JPS60245282A - バラクタダイオ−ド - Google Patents

バラクタダイオ−ド

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Publication number
JPS60245282A
JPS60245282A JP10067884A JP10067884A JPS60245282A JP S60245282 A JPS60245282 A JP S60245282A JP 10067884 A JP10067884 A JP 10067884A JP 10067884 A JP10067884 A JP 10067884A JP S60245282 A JPS60245282 A JP S60245282A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
capacitance
layer
anode electrode
arrangement
varactor diode
Prior art date
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Pending
Application number
JP10067884A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Shino
篠 敏生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS60245282A publication Critical patent/JPS60245282A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/92Capacitors having potential barriers
    • H01L29/93Variable capacitance diodes, e.g. varactors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は同調用可変容量ダイオード(以降バラクタダ
イオードと略称する)に関する。 2〔発明の技術的背
景とその問題点〕 近年、テレビ、ラジオ等には[電子チューナ」と称して
チューナ部バラクタダイオードが用いられている。これ
は、バリコンを回して容量を変える代りにバラクタダイ
オードのバイアス電圧を変え容量を変化させて同調をと
るという方式であり、機械的に摩耗することがないので
従来見られたような、バリコン、スイッチ等の接触不良
に伴う不具合、例えば雑音、不安定性、音や映像がでな
いなどが発生しない利点がある。
第7図(a)には従来からよく知られたバラクタダイオ
ードの模式的な構造を示し、同図(b)には容量−電圧
特性(以降C−V特性と称する)を示す6図における(
101’l)はN生基板、(1012)は上記基板の一
方の主面側に形成された動作層、(1013)は上記動
作層上面の一部に設けられシゴットキ電極となるアノー
ド電極、(1014)は上記基板の他方の主面に形成さ
れたカソード電極、(1015)は上記動作層の露出部
を被覆する絶縁膜で一例の窒化けい素(S13N4)で
形成されている。このようなバラクタダイオードの半導
体材料として通常寄生抵抗成分の小さ′いGaAsが用
いられている。
近年、 GaAs MM I C(Monolithi
c MicrowaveI C)の開発が急速に進めら
れ、]、0Gl(z帯の電圧制御型発振器(VCO)も
報告されている。これについてBent]、y N、 
5cott et al、、“X−Band GaAs
Monolithic Voltage Contro
lled 0scilator”、l5SCC82,T
HAM 11.4なる文献がある。これに示されている
バラクタダイオードの模式的な構造を第8図(、)に、
また、そのC−■特性を同図(b)に示す。
このバラクタダイオードを第7図に示したものと比較す
ると、構造的には横型になりMMICに適した構造にな
っている。図における(1021)は半絶縁性基板、(
1022)は動作層(1012)に形成される空乏層端
面である。次にC−■特性につき各図(b)によって比
較すると、第8図に示す構造の方が容量がある電圧から
急激に減少していることがわかる。C−V特性中の容量
の急激な減少は原理的にはGaAsFETがピンチオフ
する時に容量が急に減少するのと同じことであり、空乏
層端面が動作層の最深部まで届いた時に空乏層端面の面
積が横方向のみとなり急激に小になるのが原因である。
容量が急激に減少することにより実現できる容量範囲を
従来型よりかなり拡げることができるが。
バイアス電圧に対して容量があまりに急に変化する個所
があり、容量のバイアス電圧に対する変化率が一定でな
く使いにくいという欠点があった。
〔発明の目的〕
この発明は上記従来の欠点を除き、容量範囲が広くとれ
る上に容量のバイアス電圧に対する変化率が一定で使い
やすいように改良された横型バラクタダイオードの構造
を提供する。
〔発明の概要〕
この発明は半絶縁性基板または半絶縁性基板上に高比抵
抗エピタキシヤル層を備えてなる半導体基体と、こ“の
半導体基体の上面に形成された低比抵抗動作層と、この
低比抵抗動作層上に設けられたアノード電極およびカソ
ード電極を有するバラクタダイオードにおいて、低比抵
抗動作層の層厚がアノード電極配設側からカソード電極
配設側に向って漸次大なるように形成されていることを
特徴とするバラクタダイオードであり、容量範囲が広く
とれるとともに容量がバイアス電圧に対して一定の変化
率で変化するようにした。
〔発明の実施例〕
次に、この発明を実施例のMMICにつき図面を参照し
て詳細に説明する。
第1図(a)に−例の横型バラクタダイオードの構造を
模式的に示す。図中、 (32)は例えば3回の選択的
イオン注入法によって半絶縁性基板(31)に形成され
たろチップ状の動作層、(34)はアノード電極で例え
ばショットキ電極となるアルミニウム層で、上記動作層
(32)はその底面が片側にステップ状をなして漸次薄
く形成された部分の上面に形成されたもの、また、(3
3)はカソード電極で、例えばオーム性電極となるAu
Ge層(Geが12重量%を占める)で上記動作層(3
1)の層厚の大なる部位の上面に設けられたもの、(3
5)は半絶縁性基板の動作層が設けられている側の主面
上に上記電極配設部を除いて被着された絶縁膜で例えば
窒化けい素で形成されたものである。なお1図示の実施
例における動作層(32)はカソード電極(33)側で
厚く、アノード電極(34)側へ底面が3段階のステッ
プで薄くなっている。
次に、第1図(b)はアノード電極に逆バイアスを印加
した場合のC−V特性図を示し、やや波打ってはいるが
バイアス電圧の変化に対し広範囲にわたって比較的一定
に近い変化率をもって変化していることが示されている
。これは従来のものが容量があるバイアス電圧から急激
に減少するのと顕著に異なっており、これにつき第2図
を参照しながら原理を説明する。すなわち、アノードに
除徐にバイアスしていくと始めは破線で示される空乏層
が動作層全体に拡がった(A)の状態になる。
ついで、空乏層端面が第1番目のステップ(321)に
達した(B)の状態の時、空乏層の端面の面積がこのス
テップ(321)の分だけ減少し、第1回目の容量の比
較的急な減少が起こる。以下、同様の原理によって空乏
層端が第2ステツプ(322)に達しく(C)の状態)
、さらに第3ステツプ(323)に達する毎に容量が比
較的急に減少し、全体としてC−V特性は上記ステップ
毎に比較的一定に近い変化率で広い可変容量範囲をもつ
バラクタダイオードを実現できるわけである。
成上においては動作層のステップが3段の場合を例示し
たが、段数を増せばC−■特性の波打ちが微小になり容
量の変化率も一定に近づく。ここで極限状態として動作
層のステップ数が無限、すなわち、動作層の底面がテー
パ状になった場合について第3図(a)を参照して定量
的に説明する。
横方向に拡がった空乏層端面の容量分は小さく、かつ一
定の値Csとし、空乏層の縦方向への伸びをd、動作層
の厚さをDとする。電極の面積Sおよび空乏層端の面積
S′との関係は次式で与えられる。
S’ D−d D 誘電率をEとすればダイオードの全容量Cは次式%式% 上式の計算結果の一例を第3図(b)に示す。図中にプ
ロットされた実線と破線は夫々をこの発明にかかる第1
図(a)の構造と、従来の第8図(a)の構造のものの
C−y特性を示している。これによってみてもこの発明
の場合は広範囲にわたって容量変化率が一定に近いこと
が明らかである。さらに、テーパの形状を連続した斜面
(断面図で直線状)でなく、種々の形状とすることによ
り所望のC−■特性を得ることができる。その簡単な例
を第4図に示す。同図の(a)に示す各種の形状A、B
Cにより各々のC−V特性は(b)図にA’ 、B’ 
C′で示すようになる。
上記説明された原理に基づく一例の横型バラクタダイオ
ードの構造を第5図(a)に模式的に断面図示し、また
、そのC−V特性を同図(b)に示−す。
図において、(52)は連続した斜面(断面図で直線状
)(521)部を有する動作層で、例えば5〜6回以上
の選択的イオン注入により形成されるもの、(33)は
動作層の厚い側の上面に設けられたカソード電極、(3
4)は動作層の上記斜面部によって薄く形成された側の
上面に設けられたアノード電極、(35)は上記電極配
設部を除く上面に形成された絶縁膜て例えば窒化けい素
(Si3N4)でなるものである。成上の構造により、
C−B特性は同図(b)にみられるようにほとんど直線
、すなわち、容量のバイアス電圧に対する変化率が広範
囲にわたってほぼ一定になっている。
上記動作層の形成方法は5〜6回以上の選択的イオン注
入法を例示したが、アノード電極の面積。
形状によってはさらに多数回のイオン注入を施して良い
結果が得られた。
次に、イオン注入を施したのちイオン種の活性化をはか
るために高温でのアニールが施されるが、これにより注
入された不純物(イオン種)が少し拡散し、ステップ部
がなめらかな形状となり斜面に近づくという効果がある
ので有限回数のイオン注入で目的を達しうる。
また、上記動作層の形成方法としてテーパの形状、また
はこれに近いステップ形状をしたマスクを設け、これに
よってイオン注入を施すようにしてもよい。すなわち、
第6図に示すように、動作層(52)の下面を斜面(5
21)に形成する予定域の」上面に窒化けい素(Si3
N、)、酸化シリコン(SiO2)のマスク層(10)
を形成してイオン注入を施せば1回のイオン注入で達成
できる。なお、上記マスク層(10)は複数回のステッ
プエッチによって成型される。
成上の各実施例は個別半導体素子について説明したが、
複数個の能動素子、例えばFET、および複数個の受動
素子を含む半導体集積回路、例えばMMICにも適用で
きる。店だ、基板材料としてGaAsを想定して説明し
たが、他の半導体、例えばInP、 Ir+GaAs、
 GaA]、As等でもよい。さらに、カソード電極は
オーム性電極として説明したが、アノード電極と同じ金
属、例えばアルミニウムを用いてもショットキ接合の順
方向電圧分の約0.8Vを考慮すれば適用できる。また
、アノード電極はショットキ電極として説明したが、ア
ノ−1〜電極の下にP−領域を設けPN接合としてもよ
い。
また、基板は半絶縁性基板を想定して説明したが、゛ト
絶3縁性基板イにバッファ層と称される高比抵抗エピタ
キシヤル層を有する基板を用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば、MMIC等の半導
体集積回路に特に適する容量範囲が広くとれ、しかも容
量がバイアス電圧に対して一定の変化率で変化する顕著
な特性を備えた横型バラクタダイオードを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はこの発明の1実施例の横型バラクタダイ
オードの模式的構造を示す断面図、同図(b)は(a)
の横型バラクタダイオードのC−■特性を示す線−1第
2図および第3図はいずれもC−V特性を説明するため
の図、第4図は動作層の形状とC−V特性との相関を説
明するための図、第5図(a)は別の1実施例の・横型
バラクタダイオードの模式的構造を示す断面図、同図(
b)は図(a)の横型バラクタダイオードのC−■特性
を示す線図、第6図はこの発明にかかる動作層の形成法
を説明するための断面図、第7図(、)は従来のバラク
タダイオードの模式的構造を示す断面図、同図(b)は
図(a)のバラクタダイオードのC−■特性を示す線図
、第8図(、)および(b)は従来の横型ダイオードに
つき第7図(a)および(b)に準じて夫々を示す断面
図および線図である。 31−−−一半絶縁性基板 32、42.52−−−一動作層 33−−−−カソード電極 34−−−−アノード電極
35−−−一絶縁膜 321、322.323・・・−一一一動作層の第1.
2.3ステップ521−−−一動作層の斜面部 10−−−−イオン注入のマスク層 代理人 弁理人 井 上 −男 第 5 図 第 6 図 第 7 図 ((1> ’ tb) 第 8 図 (aン (b) 7/−r叡珈→(Vλ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半絶縁性基板または半絶縁性基板上に高比抵抗エピタキ
    シヤル層を備えてなる半導体基体と、この半導体基体の
    上面に形成された低比抵抗動作層と、この低比抵抗、動
    作層上に設けられたアノード電極およびカソード電極を
    有するバラクタダイオードにおいて、前記低比抵抗動作
    層は、その層厚がアノード電極配設側からカソード電極
    配設側に向って漸次大なるように形成されていることを
    特徴とするバラクタダイオード。
JP10067884A 1984-05-21 1984-05-21 バラクタダイオ−ド Pending JPS60245282A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4903086A (en) * 1988-01-19 1990-02-20 E-Systems, Inc. Varactor tuning diode with inversion layer
US5506442A (en) * 1993-11-25 1996-04-09 Nec Corporation Variable-capacitance device and semiconductor integrated circuit device having such variable-capacitance device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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