(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面がグランド面の半導体基板の表面上に配列されたキャパシタ部およびインダクタ部によって形成されて成る伝送線路と、
前記半導体基板の表層部に前記キャパシタ部を形成する２つの電極に跨るように、あるいは、前記半導体基板の表層部の前記インダクタ部を形成する導体の下に、Ｎ型またはＰ型の領域が形成されることで、前記半導体基板と前記キャパシタ部および前記インダクタ部との間に形成される接合部と、
を有し、
前記伝送線路の伝播特性が、前記２つの電極間に、あるいは、前記導体と前記Ｎ型またはＰ型の領域との間に印加される電圧によって決定される半導体装置。
【請求項２】
前記伝送線路は、左手系伝送線路からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記伝送線路は、ハイパスフィルタを構成し、前記電圧に応じて当該ハイパスフィルタのカットオフ周波数が可変である請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記伝送線路は、右手系伝送線路からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記伝送線路は、ローパスフィルタを構成し、前記電圧に応じて当該ローパスフィルタのカットオフ周波数が可変である請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記伝送線路は、直列に接続された左手系伝送線路および右手系伝送線路からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記伝送線路は、バンドパスフィルタを構成し、前記電圧に応じて当該バンドパスフィルタのカットオフ周波数が可変である請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記伝送線路は、入力端が共通に接続された左手系伝送線路および右手系伝送線路からなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記伝送線路は、バランを構成し、前記電圧に応じて当該バランの帯域幅が可変である請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
裏面がグランド面の半導体基板の表面上に配列されたキャパシタ部およびインダクタ部によって形成されて成る伝送線路と、
前記半導体基板の表層部に前記キャパシタ部を形成する２つの電極に跨るように、あるいは、前記半導体基板の表層部の前記インダクタ部を形成する導体の下に、Ｎ型またはＰ型の領域が形成されることで、前記半導体基板と前記キャパシタ部および前記インダクタ部との間に形成される接合部と、
を有し、
前記伝送線路の伝播特性が、前記２つの電極間に、あるいは、前記導体と前記Ｎ型またはＰ型の領域との間に印加される電圧によって決定される半導体装置を用いた通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および当該半導体装置を用いた通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信分野や情報処理分野において、処理速度の高速化に伴い、より小型で且つ適応帯域の広い、あるいはエネルギー効率の良い機能性素子の開発が望まれている。
【０００３】
半導体デバイスや機能性素子の分野では、１９９８年に負の誘電率や透磁率を持つ材料が理論的に予測され、その後人口手に構成された材料でその効果が確認されるに至って俄然デバイス応用、システム応用の観点で注目が集まるようになった。
【０００４】
現在、新規材料や構造のメタマテリアルを用いた、可変ビームアンテナ、可変フィルタなどが盛んに検討されている。ここに、メタマテリアルとは、電磁気学および光学的性質において、人工的に作り出した負の誘電率や透磁率を持つ左手系材料（物質）を言う。
【０００５】
従来の電磁波の伝播では、電界、磁界の伝播方向が右手系（ＲＧ-ＴＬ；Right Handed Transmission Line）で表わされる。これに対して、メタマテリアルは、負の誘電率や透磁率の効果で伝播方向が逆向きになり、左手系（ＬＨ-ＴＬ；Left Handed Transmission Line）でその関係が表わされることから左手系材料と呼ばれる。
【０００６】
メタマテリアルを用いた機能性素子としては、例えば、スタブインダクタに構成されている液晶に電圧を印加し、位相を制御することによってビーム方向を操作可能なアレーアンテナ（漏れ波アンテナ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１１３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の機能性素子の多くは、液晶や強誘電体や磁性体などを用いる構成を採っており、特殊な製造方法が必要である。したがって、より小型化や高性能化を図るために、半導体デバイスやその他の集積回路機能などとの一体化を目指すには適さない。また、ここで取り上げるメタマテリアル構造は、シールド構造への適応の期待もあって、出来る限り半導体ＬＳＩやそのパッケージなどと簡便に集積化されることが望ましい。
【０００９】
一方で、メタマテリアル構造を用いて実現可能な高周波機能性素子としては、近年のマルチバンド化、広帯域化を鑑みると、その周波数帯域が可変な構成とすることで、１つの素子で多数のバンドに対応できるなどの大きなメリットが生まれる。ここで、高周波性機能素子としては、伝送線路、フィルタ、バラン（バランス−アンバランス変換器）、アンテナなどが挙げられる。
【００１０】
以上のことから、従来の液晶や強誘電体などを用いた伝送線路の組み合わせによる高周波機能性素子は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体の増幅器や位相検波器、混合器などと簡便且つコンパクトに集積化するには適さない。
【００１１】
そこで、本発明は、簡便な構成で半導体基板上にその伝播特性が可変な左手系材料、右手系材料による伝送線路を構成可能な半導体装置および当該半導体装置を用いた通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による半導体装置は、
半導体基板上に配列されたキャパシタ部およびインダクタ部によって形成され、前記半導体基板と前記キャパシタ部および前記インダクタ部との間に接合部が形成されてなる伝送線路を有し、
前記伝送線路の伝播特性が前記接合部に印加される電圧によって決定される
構成となっている。そして、この半導体装置は、通信装置、特に３０ＧＨｚ以上の高速伝送用の通信装置に用いられる。
【００１３】
半導体の接合の性質を使って、当該接合部と電気的に結合した伝送線路を半導体基板上に作成することで、簡便な構成で伝播特性が可変な左手系、右手系の伝送線路を半導体基板上に直接的に形成できる。ここで、接合部に印加される電圧によって伝播特性が決定されるということは、当該電圧によって伝送線路の伝播特性をコントロール可能であることを意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便な構成で半導体基板上にその伝播特性が可変な左手系材料、右手系材料による伝送線路を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る半導体装置の等価回路を示す図である。
【図３】図１のａ−ａ´線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図４】電圧Ｖ１を変えたときの周波数ｆに対するエネルギー伝達効率を示す（Ｓパラメータ）を示す特性図である。
【図５】左手系の伝送線路の等価回路に基づくハイパスフィルタの周波数特性の一例を示す図である。
【図６】第１実施形態の変形例に係る伝送線路の構成の概略を示す斜視図である。
【図７】第１実施形態の変形例に係る伝送線路の等価回路を示す図である。
【図８】図５のｂ−ｂ´線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図１０】第２実施形態に係る半導体装置の等価回路を示す図である。
【図１１】図８のｃ−ｃ´線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図１２】印加電圧Ｖを変化させたときの空乏層容量Ｃの変化の様子を表わすＣ−Ｖ特性の例を示す特性図である。
【図１３】右手系の伝送線路の等価回路に基づくローパスフィルタの周波数特性の一例を示す図である。
【図１４】第２実施形態の変形例に係る伝送線路の構成の概略を示す斜視図である。
【図１５】第２実施形態の変形例に係る伝送線路の等価回路を示す図である。
【図１６】図１２のｄ−ｄ´線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図１８】第３実施形態に係る半導体装置の等価回路を示す図である。
【図１９】図１８の等価回路で表現されるバンドパスフィルタの周波数特性の一例を示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図２１】第４実施形態に係る半導体装置の等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（ハイパスフィルタの例）
２．第２実施形態（ローパスフィルタの例）
３．第３実施形態（バンドパスフィルタの例）
４．第４実施形態（バランの例）
５．第１乃至第４実施形態の作用効果
６．変形例
７．適用例
【００１７】
＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。本実施形態に係る半導体装置１０は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどのアクティブ素子や回路が形成可能なシリコン基板等の半導体基板１１上に形成された、メタマテリアル構造体の所謂左手系の伝送線路１２を有する構成となっている。伝送線路１２は、例えば、電磁波を伝達するマイクロストリップ伝送線路である。
【００１８】
伝送線路１２は、キャパシタ部１３、インダクタ部１４およびＭＳＭ(Metal-shottzk-Metal)接合部１５を含む構成となっている。この伝送線路１２は、図の左側の端部に所望の信号ＲＦが入力されると、当該信号ＲＦを左側から右側に伝播させて右側の端部から出力する。このときの伝送線路１２の等価回路は、図２に示すように、インダクタンスＬおよび可変キャパシタンスＶＣで表現される。この伝送線路１２は、所謂左手系伝送線路と総称される構造である。
【００１９】
図３に、図１のａ−ａ´線に沿った断面構造を示す。半導体基板１１は誘電体として用いられる。そのため、半導体基板１１は、Ｆｅなどがドープされた高抵抗基板（Ｓｉ(Semi-insulating)基板）である。半導体基板１１の裏面にはグランド面１６が形成されている。半導体基板１１の表層部には、キャパシタ部１３を形成する２つの電極１３１，１３２に跨るようにＮ−またはＰ−領域１７が形成されている。
【００２０】
このように、キャパシタ部１３を形成する２つの電極１３１，１３２に跨るようにＮ−またはＰ−領域１７を形成することにより、両電極１３１，１３２の直下には、メタルショットキー接合に基づく空乏層１８が形成される。これにより、キャパシタ部１３の形成部分の直下にＭＳＭ接合部１５が形成される。
【００２１】
このＭＳＭ接合部１５において、電極１３１，１３２間に外部から電圧Ｖ１を印加し、当該電圧Ｖ１の電圧値によって空乏層１８の幅を変化させることで、キャパシタ部１３のキャパシタンス成分を変化させることができる。結果として、電圧Ｖ１の電圧値に応じて伝送線路１２のキャパシタンス値を可変とすることができる。
【００２２】
以上のようにして構成された本実施形態に係る伝送線路１２は、左手系の伝送線路として、図２に示された等価回路を持つ伝送線路である。そして、伝送線路１２の伝播定数やインピーダンス特性は、図１に示した接合容量部、即ちＭＳＭ接合部１５に外部から印加する電圧Ｖ１に応じて容易に可変な特性となる。換言すれば、伝送線路１２は、電圧Ｖ１に応じて可変な伝播定数やインピーダンス特性を持つ。図４に、電圧Ｖ１を変えたときの周波数ｆに対するエネルギー伝達効率（所謂、ＳパラメータＳ２１）を示す。
【００２３】
また、本実施形態に係る伝送線路１２は、シリコン基板等の半導体基板１１上に直接形成することが可能である。したがって、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどのアクティブ素子や回路などと容易に集積化することが可能である。
【００２４】
このように、シリコン基板等の半導体基板１１上に形成された左手系の伝送線路１２の等価回路（図２参照）に基づく周波数特性の計算例を図５に示す。この周波数特性から明らかなように、左手系伝送線路１２は、基本的に、ハイパスフィルタの特性を持つことがわかる。この左手系伝送線路１２の伝播定数は、外部から印加する電圧Ｖ１によって制御可能である。したがって、電圧Ｖ１に応じてハイパスフィルタのカットオフ周波数を可変とすることができ、あらゆる帯域のハイパスフィルタを構成することができる。
【００２５】
（第１実施形態の変形例）
本実施形態では、伝送線路１２のキャパシタンス成分が可変な構成としたが、インダクタンス成分が可変な構成とすることも可能である。
【００２６】
図６は、第１実施形態の変形例に係る伝送線路の概略構成を示す斜視図である。図６において、図１と同等部分（対応部分）については同一符号を付して示し、重複説明は省略する。
【００２７】
本変形例に係る伝送線路１２Ａは、シリコン基板等の半導体基板１１上に形成され、キャパシタ部１３Ａ、インダクタ部１４ＡおよびＭＳＭ接合部１５Ａを含む構成となっている。この伝送線路１２Ａは、図の左側の端部に所望の信号ＲＦが入力されると、当該信号ＲＦを左側から右側に伝播させて右側の端部から出力する。このときの伝送線路１２Ａの等価回路は、図７に示すように、可変インダクタンスＶＬおよびキャパシタンスＣで表現される。
【００２８】
図８に、図６のｂ−ｂ´線に沿った断面構造を示す。キャパシタ部１３Ａは、２つの電極１３１，１３２からなり、当該電極１３１，１３２間にキャパシタンスを形成する。インダクタ部１４Ａのインダクタンス成分を構成する部分の直下には、Ｎ−またはＰ−領域１７が形成されている。これにより、インダクタ部１４Ａの形成部分の直下にＭＳＭ接合部１５Ａが形成される。
【００２９】
また、Ｎ−またはＰ−領域１７にはコンタクト部（図示せず）が形成され、当該コンタクト部を介して外部から電気的な接続が可能となっている。そして、Ｎ−またはＰ−領域１７とその直上の導体１４１との間に電圧Ｖ２を印加することで、当該電圧Ｖ２の電圧値によってインダクタ部１４Ａのインダクタンス値を可変とすることができる。
【００３０】
上記第１実施形態およびその変形例において、ＭＳＭ接合部１５，１５Ａを形成するのに必要なＮ−またはＰ−領域１７の不純物（ドーパント）については、周知の拡散法やイオン注入法などを用いて簡単に形成することができる。
【００３１】
また、上記第１実施形態およびその変形例では、接合としてＭＳＭ接合の例を挙げて説明したが、本発明はＭＳＭ接合に限られるものではない。例えば、所謂Ｐ−Ｎ接合を用いても勿論何ら差し支えもなく、キャパシタンス値やインダクタンス値が可変な構成を実現することができる。
【００３２】
＜２．第２実施形態＞
第１実施形態では、左手系と呼ばれる構成の伝送線路を例に挙げた。これに対応した右手系と呼ばれる伝送線路も同じ原理で構成することが可能である。この右手系の伝送線路について、第２実施形態として以下に説明する。
【００３３】
図９は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。本実施形態に係る半導体装置２０は、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどのアクティブ素子や回路が形成可能なシリコン基板等の半導体基板２１上に、右手系の伝送線路２２が形成された構成となっている。伝送線路２２は、例えば、電磁波を伝達するマイクロストリップ伝送線路である。
【００３４】
伝送線路２２は、キャパシタ部２３とインダクタ部２４とが交互に直列に形成された構成となっている。伝送線路２２は、図の左側の端部に所望の信号ＲＦが入力されると、当該信号ＲＦを左側から右側に伝播させて右側の端部から出力する。このときの伝送線路２２の等価回路は、図１０に示すように、インダクタンスＬおよび可変キャパシタンスＶＣで表現される。この伝送線路２２は、所謂右手系伝送線路と総称される構造である。
【００３５】
図１１に、図９のｃ−ｃ´線に沿った断面構造を示す。第１実施形態の場合と同様に、半導体基板２１の裏面にはグランド面２６が形成されている。半導体基板２１の表層部にＮまたはＰの領域２７を形成することで、キャパシタ部２３の導体２３１の直下に空乏層２８が形成される。これにより、キャパシタ部２３の形成部分の直下にＭＳ接合部２５が形成される。このＭＳ接合部２５に外部から電圧Ｖ３を印加することで、当該電圧Ｖ３の電圧値によってキャパシタ部２３のキャパシタンス成分を可変とすることができる。
【００３６】
（ＭＳ接合による接合容量）
ＭＳ接合による接合容量Ｃは、よく知られているように、ショットキー接合の性質から次式（１）で与えられる。
Ｃ＝Ｓ×εO ×εs ／ｄ
＝Ｓ×（ｅ×εO ×εs ／２×（Ｖｄ＋Ｖ））1/2   ……（１）
ここで、Ｓは接合の面積、ｅは電子素電荷、εO は真空中の材料誘電率、εs は相対誘電率、ｄは接合空乏層厚み、Ｖｄは接合の拡散電位、Ｖは印加電圧である。
【００３７】
上記式（１）から明らかなように、接合容量Ｃは、印加電圧Ｖの１／２乗に比例する。例えば、電極サイズが１００μｍ×４００μｍ、ドナー濃度Ｎｄが５×１０18（ｃｍ-3）で、Ｖ＝−Ｖｄのとき、接合容量Ｃは最大で６８０［ｐＦ］程度と見積ることができる。このケースにおけるＣ−Ｖ特性の例を図１２に示す。このＣ−Ｖ特性は、印加電圧Ｖを変化させたときの空乏層容量（接合容量）Ｃの変化を表わしている。
【００３８】
以上のようにして構成された本実施形態に係る伝送線路２２は、右手系の伝送線路として、図１０に示された等価回路を持つ伝送線路である。そして、伝送線路２２の伝播定数やインピーダンス特性は、図９に示した接合容量部、即ちＭＳ接合部２５に外部から印加する電圧Ｖ３に応じて容易に可変な特性となる。換言すれば、伝送線路２２は、電圧Ｖ３に応じて可変な伝播定数やインピーダンス特性を持つ。
【００３９】
このように、シリコン基板等の半導体基板２１上に形成された右手系の伝送線路２２の等価回路（図１０参照）に基づく周波数特性の計算例を図１３に示す。この周波数特性から明らかなように、右手系伝送線路２２は、基本的に、ローパスフィルタの特性を持つことがわかる。この右手系伝送線路２２の伝播定数は、外部から印加する電圧Ｖ３によって制御可能である。したがって、電圧Ｖ３に応じてローパスフィルタのカットオフ周波数を可変とすることができ、あらゆる帯域のローパスフィルタを構成することができる。
【００４０】
（第２実施形態の変形例）
本実施形態では、伝送線路２２のキャパシタンス成分が可変な構成としたが、インダクタンス成分が可変な構成とすることも可能である。
【００４１】
図１４は、第２実施形態の変形例に係る伝送線路の概略構成を示す斜視図である。図１４において、図９と同等部分については同一符号を付して示し、重複説明は省略する。
【００４２】
本変形例に係る伝送線路２２Ａは、シリコン基板等の半導体基板２１上に形成され、キャパシタ部２３Ａ、インダクタ部２４ＡおよびＭＳＭ接合部２５Ａを含む構成となっている。この伝送線路２２Ａは、図の左側の端部に所望の信号ＲＦが入力されると、当該信号ＲＦを左側から右側に伝播させて右側の端部から出力する。このときの伝送線路２２Ａの等価回路は、図１５に示すように、可変インダクタンスＶＬおよびキャパシタンスＣで表現される。
【００４３】
図１６に、図１４のｄ−ｄ´線に沿った断面構造を示す。半導体基板２１の表層部にＮまたはＰの領域２７を形成することで、インダクタ部２４Ａの導体２４１の直下に空乏層２８が形成される。これにより、インダクタ部２４Ａの形成部分の直下にＭＳ接合部２５Ａが形成される。そして、このＭＳ接合部２５Ａに対して電圧Ｖ４を印加することで、当該電圧Ｖ４の電圧値によってインダクタ部２４Ａのインダクタンス値を可変とすることができる。
【００４４】
以上説明した異なる２つの伝送線路、即ち第１実施形態に係る左手系伝送線路１２と、第２実施形態に係る右手系伝送線路２２を基本とし、これらを組み合わせることによって様々なタイプの回路を形成することができる。
【００４５】
＜３．第３実施形態＞
図１７は、本発明の第３実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。図１７において、図１および図９と同等部分には同一符号を付して示し、重複説明は省略する。
【００４６】
本実施形態に係る半導体装置３０は、第１実施形態に係る左手系伝送線路１２と第２実施形態に係る右手系伝送線路２２とを直列に接続した構成となっている。２つの伝送線路１２，２２の具体的な構成については先述した通りである。
【００４７】
すなわち、左手系伝送線路１２は、キャパシタ部１３およびインダクタ部１４を含み、キャパシタ部１３にＭＳＭ部１５が形成されることによってキャパシタンス成分が可変な構成となっている。右手系伝送線路２２は、キャパシタ部２３およびインダクタ部２４を含み、キャパシタ部２３にＭＳ部２５が形成されることによってキャパシタンス成分が可変な構成となっている。
【００４８】
そして、左手系伝送線路１２のＭＳＭ部１５に印加する電圧Ｖ１１と、右手系伝送線路２２のＭＳ部２５に印加する電圧Ｖ１２とを逆バイアス状態で変化させることにより、ＭＳＭ部１５およびＭＳ部２５の各空乏層の幅を制御できる。その結果、左手系伝送線路１２および右手系伝送線路２２の各キャパシタンス値を可変とすることができる。
【００４９】
このときの本実施形態に係る半導体装置３０の等価回路は、図１８に示すように、図２の等価回路と図１０の等価回路とを直列に接続した等価回路モデルとなる。これにより、バンドパスフィルタを構成することができる。そして、このバンドパスフィルタの帯域幅は、外部電圧Ｖ１１，Ｖ１２の各電圧値に応じて可変となる。すなわち、外部電圧Ｖ１１の電圧値を変化させることによって低域側のカットオフ周波数を、外部電圧Ｖ１２の電圧値を変化させることによって高域側のカットオフ周波数をそれぞれ独自にコントロールすることが可能である。
【００５０】
図１９に、図１８の等価回路で表現されるバンドパスフィルタの周波数特性の一例を示す。外部電圧Ｖ１１によって低域側のカットオフ周波数を、外部電圧Ｖ１２によって高域側のカットオフ周波数をそれぞれ独立に変化させることができる。また、図１９の周波数特性において、低域側、高域側の減衰特性は、伝送線路１２，２２に組み込んだキャパシタ部１３，２３およびインダクタ部１４，２４の段数構成によって可変である。
【００５１】
なお、第１実施形態、第２実施形態の各変形例から容易に推察できるように、これら変形例で示したように、インダクタンス成分を可変な構成とすることによっても、本実施形態に係るバンドパスフィルタと同様のバンドパスフィルタを形成できる。
【００５２】
このときには、図１７と同様にして、それぞれの伝送線路１２，２２のインダクタ形成部分に設けられるＭＳ接合部分にやはり独立に外部から電圧を印加するようにする。そして、外部電圧の電圧値によって低域側、高域側それぞれのカットオフ周波数を独立に制御可能なバンドパスフィルタを簡単に構成できる。
【００５３】
＜４．第４実施形態＞
図２０は、本発明の第４実施形態に係る半導体装置の構成の概略を示す斜視図である。図２０において、図１および図９と同等部分には同一符号を付して示し、重複説明は省略する。
【００５４】
本実施形態に係る半導体装置４０は、第１実施形態に係る左手系伝送線路１２と第２実施形態に係る右手系伝送線路２２とを、入力端が共通になるように接続した構成となっている。この接続関係により、バラン（バランス−アンバランス変換器）を構成することができる。２つの伝送線路１２，２２の具体的な構成については先述した通りである。
【００５５】
すなわち、左手系伝送線路１２は、キャパシタ部１３およびインダクタ部１４を含み、キャパシタ部１３にＭＳＭ部１５が形成されることによってキャパシタンス成分が可変な構成となっている。右手系伝送線路２２は、キャパシタ部２３およびインダクタ部２４を含み、キャパシタ部２３にＭＳ部２５が形成されることによってキャパシタンス成分が可変な構成となっている。
【００５６】
そして、左手系伝送線路１２のＭＳＭ部１５に印加する電圧Ｖ１１と、右手系伝送線路２２のＭＳ部２５に印加する電圧Ｖ１２とを逆バイアス状態で変化させることにより、ＭＳＭ部１５およびＭＳ部２５の各空乏層の幅を制御できる。その結果、左手系伝送線路１２および右手系伝送線路２２の各キャパシタンス値を可変とすることができる。
【００５７】
このバラン構成の半導体装置４０において、２つの伝送線路１，２２に共通の入力端に入力された信号ＲＦｉｎは、２つに分割されて１８０度位相が異なる信号ＲＦｏｕｔ−，ＲＦｏｕｔ＋として左手系伝送線路１２および右手系伝送線路２２から出力される。このときの等価回路を図２１に示す。バランの帯域幅については、バンドパスフィルタの場合と同様に、外部電圧Ｖ１１，Ｖ１２の各電圧値に応じて可変となる。その結果、非常に広い帯域に亘って動作させることが可能となる。
【００５８】
＜５．第１乃至第４実施形態の作用効果＞
以上第１乃至第４実施形態で説明したように、半導体の接合の性質を使って、当該接合部と電気的に結合した２種類の伝送線路１２，２２を半導体基板上に作成することで、簡便な構成で伝播特性が可変な伝送線路１２，２２を半導体基板上に直接的に形成できる。これらの構成による各種機能性素子、具体的には高周波素子（回路）は、外部電圧をコントロールすることによってその特性が周波数軸上でコントロール可能である。これは、あらゆる帯域の機能性素子に対応できることを意味し、様々なアプリケーションに対応可能な構成であるという大きなメリットを持つ。
【００５９】
これらの機能性素子を半導体基板上に直接的に形成可能であるということは、あらゆるタイプのアクティブ素子と同時に集積化が可能であることを意味し、パッケージ等を介してチップ部品等とした場合に比較して、電気的な寄生成分の影響を避けることができる。その結果、機能性素子の特性向上を図ることができる。さらに、機能性素子をアクティブ素子（回路）と同じ半導体基板上に形成できることは、コンパクト性、生産性、コストの面においても有利となる。
【００６０】
また、これらの機能性素子は、外部電圧によってキャパシタ部１２，２２やインダクタ部１３，２３に形成される空乏層の幅を変換させることで、諸特性を外部からコントロール可能である。しかも、半導体接合の性質を逆バイアス状態で使用するために消費電力も極めて低い。さらに、左手系、右手系の組合せによる機能性素子においては、従来の右手系のみで構成された機能性素子に比して、広帯域性、低損失性などの面においても優れている。
【００６１】
以上から明らかなように、第１乃至第４実施形態によれば、特性的にも、消費電力的にも、形状ファクター的にも、従来の液晶や強誘電体などを用いた場合に比べて非常に優れた機能性素子、具体的には高周波素子（回路）を半導体基板上に形成することができる。
【００６２】
＜６．変形例＞
上記第１乃至第４実施形態では、半導体基板としてシリコン基板を使用する場合を例に挙げたが、シリコン基板に限られるものではない。例えば、絶縁性が得られる半導体、その他のＧｅなどのIV族半導体、或いは、ＧａＡｓやＩｎＰといった III−Ｖ族半導体、或いは、ＺｎＳやＺｎＳｅなどのII−IV族、或いはこれらの３元化合物、４元化合物など何でも良いことは容易に理解できる。
【００６３】
伝送線路１２，２２として使用する導体の金属についても、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなど、半導体との接合においてＭＳ接合を形成できる材料であれば何でも良いことは言うまでもない。
【００６４】
＜７．適用例＞
上記第１乃至第４実施形態に係る半導体装置、即ちハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、バラン等の機能性素子は、通信装置、特に３０ＧＨｚ以上の高速伝送用の通信装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０，１０Ａ…半導体装置（ハイパスフィルタ）、１１…半導体基板、１２，１２Ａ…左手系伝送線路、１３，１３Ａ…キャパシタ部、１４，１４Ａ…インダクタ部、１５，１５Ａ…ＭＳＭ接合部、２０，２０Ａ…半導体装置（ローパスフィルタ）、２１…半導体基板、２２，２２Ａ…右手系伝送線路、２３，２３Ａ…キャパシタ部、２４，２４Ａ…インダクタ部、２５，２５Ａ…ＭＳ接合部、３０…半導体装置（バンドパスフィルタ）４０…半導体装置（バラン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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