(57)【要約】【課題】  電圧変化に対する空乏層の変化幅を小さくし、使用電圧範囲での電圧−共振周波数の線形性を大きく向上させる可変容量ダイオードを提供する。【解決手段】  半導体基板１に形成され、Ｐ型不純物拡散領域５とＰＮ接合を構成するＮ型不純物拡散領域６を有する可変容量ダイオードの電極３、４間に逆バイアス電圧ｖを印加した時の容量Ｃを逆バイアス電圧ｖの関数Ｃ（ｖ）で表し、その時の共振周波数ｆを逆バイアス電圧ｖの関数ｆ（ｖ）で表し、関数ｆ（ｖ）を比例式ｆ（ｖ）＝Ｋ′／√Ｃ（Ｋ′は定数）で表した場合において、関数ｆ（ｖ）のｖ＋０．０５とｖ−０．０５間の差分ｆ’（ｖ）（Ｋ／（１／√（Ｃ（ｖ＋０．０５））−１／√（Ｃ（ｖ−０．０５）））（Ｋは定数）が１＜ｖ＜３．５の範囲において以下の関係式（１）を満足するようにする。（１）式は、０．９５＜ｆ（ｖ）／ｆ（１）＜１．０５  で表される。【選択図】  図２
2006108550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成されたＰ型不純物拡散領域と、
前記半導体基板に形成され、前記Ｐ型不純物拡散領域とＰＮ接合を構成するＮ型不純物拡散領域と、
前記半導体基板上に形成され、前記Ｐ型不純物拡散領域に電気的に接続された第１の電極と、
前記半導体基板上に形成され、前記Ｎ型不純物拡散領域に電気的に接続された第２の電極とを備え、
前記第１の電極及び第２の電極間に逆バイアス電圧ｖボルト（Ｖ）を印加した時の容量Ｃ（ｐＦ）を前記逆バイアス電圧ｖの関数Ｃ（ｖ）で表し、その時の共振周波数ｆを前記逆バイアス電圧ｖの関数ｆ（ｖ）で表し、関数ｆ（ｖ）を比例式ｆ（ｖ）＝Ｋ′／√Ｃ（Ｋ′は定数）で表した場合において、前記関数ｆ（ｖ）のｖ＋０．０５とｖ−０．０５間の差分ｆ’（ｖ）＝Ｋ／（１／√（Ｃ（ｖ＋０．０５））−１／√（Ｃ（ｖ−０．０５）））（Ｋは定数）が使用電圧範囲において以下の関係式（１）を満足することを特徴とする可変容量ダイオード。
０．９５＜ｆ（ｖ）／ｆ（１）＜１．０５      ・・・（１）
【請求項２】
前記第１及び第２の電極間に印加される逆バイアス電圧により生じる空乏層幅は、入力電圧が０Ｖの場合において、前記Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度が５．４７Ｅ＋１６〜３．００Ｅ＋１７（ｃｍ3 ）のときに０．０７〜０．１１μｍであり、前記入力電圧が１Ｖの場合において、前記Ｎ型不純物拡散領域の空乏層端の実効不純物濃度が４．００Ｅ＋１６〜２．０６Ｅ＋１７  （ｃｍ3 ）のときに０．０９〜０．２０Ｖであることを特徴とする請求項１に記載の可変容量ダイオード。
【請求項３】
前記Ｐ型不純物拡散領域とＰＮ接合を構成するＮ型不純物拡散領域の面積Ｓｃｍ2 である場合において、前記逆バイアス電圧が１Ｖの時の容量Ｃ１Ｖ（ｐＦ）は、関係式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変容量ダイオード。
Ｓ×６３９９８＋０．３１６２＜Ｃ１Ｖ        ・・・（２）
【請求項４】
前記Ｐ型不純物拡散領域とＰＮ接合を構成するＮ型不純物拡散領域の面積Ｓｃｍ2 である場合において、前記逆バイアス電圧が０Ｖの時の容量Ｃ０Ｖ（ｐＦ）は、関係式（３）を満足することを特徴とする請求項１に記載の可変容量ダイオード。
Ｓ×１１４７８６＋０．５２５＜Ｃ０Ｖ        ・・・（３）
【請求項５】
前記Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度分布における不純物濃度のピーク点は、下限の空乏層端と一致するかもしくは前記下限の空乏層内に含まれることを特徴とする請求項１に記載の可変容量ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、超階段接合の可変容量ダイオード（ＶＣＤ:Variable Capasitance Diode ）に関し、特に、電圧制御発振器（ＶＣＯ:Voltage Controlled Oscillator）などに使用される可変容量ダイオードの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、電圧制御発振器にキャパシタとして用いられる可変容量ダイオードは、１対の電極とその間に形成されたＰ型不純物拡散領域及びＮ型不純物拡散領域を備え、この電極間に逆バイアス電圧を印加することによりＰＮ接合部に空乏層を形成し、これを誘電体層とするキャパシタを構成するものである。しかしながら、このような可変容量ダイオードは、使用電圧領域において、とくにその領域の下限付近において入力電圧に対する発振周波数の変動が大きく、発振周波数の電圧制御を困難にしていた。
このように可変容量ダイオードは、逆バイアス電圧を入力してＰＮ接合を空乏化することで所望の容量をもつコンデンサを形成して使用する。入力電圧に対する周波数特性は、不純物濃度によって変化するため不純物濃度分布が可変容量ダイオードの性能を決定する。
非特許文献１には、入力電圧に対して発振周波数が比例する理想的なＶＣＤの不純物濃度分布が示されている（図３（ａ）参照）。また、従来の可変容量ダイオードは、特許文献１に記載されている。
【０００３】
ところが、実際の可変容量ダイオードでは、Ｎ型不純物拡散領域（Ｎ層）をシリコンなどの半導体基板の表面領域にイオン注入・熱拡散などの方法により形成し、その後、高濃度で浅いＰ型不純物拡散領域（Ｐ層）を形成する。したがって、Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度は、Ｎ型不純物濃度とＰ型不純物濃度との差であり、Ｐ型不純物拡散領域の実効不純物濃度は、Ｐ型不純物濃度とＮ型不純物濃度との差である。そのためドナーあるいはアクセプターとして働く正味の不純物濃度分布は、ＰＮ接合の近傍において、理想の不純物濃度分布より濃度が低く、特に可変容量ダイオードの入力電圧が低い領域では入力電圧に対する発振周波数の変動が理想的な比例関係から大きく乖離していた（図４参照）。このような理想的な比例関係に近付けるため従来の電圧制御発振器では可変容量ダイオードを２個用いて互いのズレを補償するように回路を構成していた（図１（ｂ）参照）。可変容量ダイオードの入力電圧に対する発振周波数の変動が理想的な比例関係にあれば、電圧制御発振器は、図１（ａ）に示すように、１つの可変容量ダイオードで十分であり、簡単な構造にすることができる。しかしながら、実際には、このような事情により従来のものは理想的な比例関係にはなく、この関係に近付けることも実用化されていなかった。
【非特許文献１】半導体デバイス−基礎理論とプロセス技術−（Ｓ．Ｍ．ジィー著  ８４−８５頁）
【特許文献１】特開平５−１６７０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、使用電圧範囲での電圧−共振周波数の線形性（比例性）を大きく向上させる可変容量ダイオードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の可変容量ダイオードの一態様は、半導体基板と、前記半導体基板に形成されたＰ型不純物拡散領域と、前記半導体基板に形成され、前記Ｐ型不純物拡散領域とＰＮ接合を構成するＮ型不純物拡散領域と、前記半導体基板上に形成され、前記Ｐ型不純物拡散領域に電気的に接続された第１の電極と、前記半導体基板上に形成され、前記Ｎ型不純物拡散領域に電気的に接続された第２の電極とを備え、前記第１の電極及び第２の電極間に逆バイアス電圧ｖを印加した時の容量Ｃを前記逆バイアス電圧ｖの関数Ｃ（ｖ）で表し、その時の共振周波数ｆを前記逆バイアス電圧ｖの関数ｆ（ｖ）で表し、前記関数ｆ（ｖ）を比例式ｆ（ｖ）＝Ｋ′／√Ｃ（Ｋ′は定数）で表した場合において、前記関数ｆ（ｖ）のｖ＋０．０５とｖ−０．０５間の差分ｆ’（ｖ）＝Ｋ／（１／√（Ｃ（ｖ＋０．０５））−１／√（Ｃ（ｖ−０．０５）））（Ｋは定数）が１＜ｖ＜３．５の範囲において以下の関係式（１）を満足することを特徴とする。
０．９５＜ｆ（ｖ）／ｆ（１）＜１．０５      ・・・（１）
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、使用電圧範囲での電圧−共振周波数の線形性（比例性）を大きく向上させる可変容量ダイオードを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、図１乃至図６を参照して実施例１を説明する。
図１は、この実施例の超階段接合の可変容量ダイオードを用いた電圧制御発振器、図２は、この実施例を説明する半導体基板に形成された可変容量ダイオードの断面図及び平面図、図３（ａ）は、入力電圧に対して発振周波数が比例する理想的な可変容量ダイオードの不純物濃度分布図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す不純物濃度分布を有する理想的な可変容量ダイオードの入力電圧−共振周波数変化特性を説明する特性図、図４は、従来技術の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を説明する特性図、図５（ａ）は、この実施例における可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を示す分布図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す実効不純物濃度分布を有する可変容量ダイオードの入力電圧−共振周波数変化特性を示す特性図、図６は、従来の可変容量ダイオードの空乏層幅と比較した、この実施例を説明する可変容量ダイオードのＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度に依存する空乏層幅を示す特性図である。
【０００９】
図２は、この実施例を説明する半導体基板に形成された可変容量ダイオードの断面図及び半導体基板内部の部分透過平面図である。シリコンなどの半導体基板１は、高濃度のＮ＋基板であり、表面領域にＮ−領域（ウエル領域）２が形成されている。Ｎ−領域２には基板表面に接してＰ型不純物拡散領域５が形成され、基板表面から離れＰ型不純物拡散領域５と接してＮ型不純物拡散領域６が形成されている。両領域の境界にはＰＮ接合が形成されている。半導体基板１の表面には外部端子を有する第１の電極３が設けられ、裏面には外部端子を有する第２の電極４が設けられている。第１の電極３は、Ｐ型不純物拡散領域５に電気的に接続され、第２の電極４は、Ｎ型不純物拡散領域６に電気的に接続されている。
このＰ型不純物拡散領域５及びＮ型不純物拡散領域６を形成するには、初めにイオン注入・熱拡散の通常の半導体技術を用いて半導体基板１の表面領域深くにＮ型不純物拡散領域６を形成する。その後、高濃度で浅いＰ型不純物拡散領域５をイオン注入・熱拡散の通常の半導体技術を用いて形成する。したがって、この時のＰ型不純物拡散領域５の実効不純物濃度は、Ｐ型不純物濃度からＮ型不純物濃度を引いた残りになり、Ｎ型不純物拡散領域６の実効不純物濃度は、Ｎ型不純物濃度からＰ型不純物濃度を引いた残りになる。
【００１０】
そのため、前述のように、ドナーあるいはアクセプターとして働く正味の不純物濃度分布は、ＰＮ接合の近傍において、理想の不純物濃度分布より濃度が低く、特に可変容量ダイオードの入力電圧が低い領域では入力電圧に対する発振周波数の変動が理想的な比例関係から大きく乖離しているのが従来の可変容量ダイオードであった（図４参照）が、この実施例では、可変容量ダイオードの入力電圧が低い領域でのＮ型不純物拡散領域６の実効不純物濃度を従来の可変容量ダイオードより理想の不純物濃度分布に近付けることができる。
図５（ａ）は、この実施例において説明する可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲での空乏化する領域を示している。縦軸が実効不純物濃度を示し、横軸が空乏層の幅を示している。また、逆バイアス電圧である入力電圧（ＶＲ）を印加した時に空乏層が生じる。この図では、使用電圧範囲での入力電圧下限の空乏化領域（空乏層）（Ａ）と入力電圧（ＶＲ）上限の空乏化領域（空乏層）（Ｂ）が示されている。図に示されているように、Ｐ型不純物拡散領域５（Ｐ層）の実効不純物濃度及びＮ型不純物拡散領域６（Ｎ層）の実効不純物濃度は、図４に示す従来のものに比較して格段に理想の不純物濃度分布に近付いている。
【００１１】
入力電圧に対して共振周波数が比例する理想的な可変容量ダイオードの不純物濃度分布（図３（ａ）参照）を有すると、図３（ｂ）に示すように理想的な入力電圧−周波数変化特性の可変容量ダイオードが得られる。この実施例においても、可変容量ダイオードは、図５（ａ）に示すような理想に近い不純物濃度分布を有しているので、図５（ｂ）に示すように、使用電圧領域で入力電圧と発振周波数の比例性が向上する。図５（ｂ）は、縦軸が共振周波数（ｆ）であり、横軸が入力電圧（ＶＲ）（Ｖ）である。入力電圧ＶＲの上限と下限の間でほぼ直線になっていて、比例性が向上しているのが分かる。これに対して、従来の可変容量ダイオードは、図４に示すようなかなり理想から離れた不純物濃度分布を有しているので、使用電圧領域で入力電圧と発振周波数の比例性が悪く、とくに、入力電圧ＶＲの下限で直線性（比例性）が大きく崩れている。
【００１２】
また、従来の可変容量ダイオードのＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度は、入力電圧下限の空乏化領域（Ａ）端より外側にそのピーク濃度点を有しているが、これは、ＰＮ接合近傍の不純物濃度が大きく低下していることを示している（図４参照）。しかし、図５（ａ）に示すように、この実施例の可変容量ダイオードのＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度は、入力電圧下限の空乏化領域（Ａ）端と近似してピーク濃度点を有している。これは、ＰＮ接合近傍の不純物濃度が理想に近い不純物濃度になっていることを示している。また、ＰＮ接合近傍の不純物濃度が理想に近付いているので、入力電圧下限の空乏化領域（Ａ）における空乏層幅（Ｗ）を従来の入力電圧下限の空乏化領域（Ａ）における空乏層幅（Ｗ0 ）（図４参照）より狭くする（Ｗ＜Ｗ0 ）ことができる。
【００１３】
電圧制御発振器の共振回路の共振周波数ｆが下式にしめすように、コンデンサの容量Ｃの平方根の逆数に比例することは知られている。電極間に逆バイアス電圧ｖを印加した時の容量Ｃを前記逆バイアス電圧ｖの関数Ｃ（ｖ）で表し、その時の共振周波数ｆを前記逆バイアス電圧ｖの関数ｆ（ｖ）で表すと、ｆは、以下の関係式（４）で表される。
ｆ（ｖ）＝Ｋ′／√（Ｃ（ｖ））（Ｋ′は定数）  ・・・（４）
コンデンサとしてこの実施例の可変容量ダイオードを用いた場合、入力電圧ｖの微小変化に対して、共振周波数ｆもまた変化するため、共振周波数を入力電圧ｖ（ボルト（Ｖ））の関数として、ｖ＋０．０５Ｖとｖ−０．０５Ｖとで差分（ｆ’）をとると、
ｆ’（ｖ）＝Ｋ／（ｆ（ｖ＋０．０５）−ｆ（ｖ−０．０５））＝１／（（１／√（Ｃ（ｖ＋０．０５））−（１／√（Ｃ（ｖ−０．０５）））（Ｋは定数）                                                ・・・（５）
となる。
【００１４】
この実施例では、可変容量ダイオードは、使用電圧範囲において、以下の関係式（１）を満足する。つまり、比例性が格段に上がる。
０．９５＜ｆ（ｖ）／ｆ（１）＜１．０５      ・・・（１）
ｆ（１）は、入力電圧が１Ｖの時の共振周波数である。
入力電圧ｖと共振周波数ｆが完全に比例する場合（図３（ａ）に示す理想的な可変容量ダイオードの不純物濃度分布の場合）には、いかなるｖ（Ｖ）に対してもｆ’（ｖ）は一定の値となる。しかしながら、図４に示す様な従来の可変容量ダイオードでは、入力電圧と共振周波数の比例性の誤差が大きく、（１）式に示すような範囲から大きく外れている。
【００１５】
次に、図６を参照してこの実施例の実効不純物濃度に依存する空乏層幅を説明する。図６は、縦軸がＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度Ｎｄ（ｃｍ3 ）を表し、横軸は、空乏層幅Ｗ（μｍ）を表している。特性曲線Ａ（−◆−）は、この実施例の入力電圧が０Ｖのとき（この時の容量はＣ０Ｖで表す）の空乏層幅を表し、特性曲線Ｂ（−◇−）は、この実施例の入力電圧が１Ｖのとき（この時の容量はＣ１Ｖで表す）の空乏層幅を表し、特性曲線ａ（−▲−）は、図４に示す従来の入力電圧が０Ｖのとき（この時の容量はＣ０Ｖで表す）の空乏層幅を表し、特性曲線ｂ（−△−）は、図４に示す従来の入力電圧が１Ｖのとき（この時の容量はＣ１Ｖで表す）の空乏層幅を表す。
【００１６】
電極（図２の３、４）間に印加される逆バイアス電圧により生じる空乏層幅Ｗは、入力電圧が０Ｖの場合において、Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度Ｎｄが５．４７Ｅ＋１６〜３．００Ｅ＋１７（ｃｍ3 ）のときに約０．０７〜０．１１μｍであり、入力電圧が１Ｖの場合において、Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度Ｎｄが２．９４Ｅ＋１６〜２．０６Ｅ＋１７（ｃｍ3 ）のときに約０．０９〜０．２０Ｖである。これに対して、図４に示す特性を有する従来の可変容量ダイオードの電極間に印加される逆バイアス電圧により生じる空乏層幅Ｗは、入力電圧が０Ｖの場合において、Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度Ｎｄが４．００Ｅ＋１６〜１．５０Ｅ＋１７（ｃｍ3 ）のときに約０．０９〜０．１６μｍであり、入力電圧が１Ｖの場合において、Ｎ型不純物拡散領域の実効不純物濃度Ｎｄが２．５０Ｅ＋１６〜９．５０Ｅ＋１６（ｃｍ3 ）のときに約０．１３〜０．２４μｍである。この様に、この実施例と従来例とを比較すると、この実施例の実効不純物濃度は高くなり、空乏層幅は狭くなっている。
【００１７】
以上の通り、可変容量ダイオードの使用電圧範囲において、例えば、入力電圧１＜ｖ＜３．５の範囲で入力電圧ｖと共振周波数ｆの比例性の誤差が１Ｖ入力時で±５％以内と従来技術の可変容量ダイオードに比べて小さいため、電圧制御発振器の設計が容易になり、また、電圧制御発信器の共振回路に用いた場合、所望の周波数に同調するために必要な時間が短縮される。
また、Ｎ型不純物濃度からＰ型不純物濃度を差し引いた濃度分布（以下、実効不純物濃度分布という）のＰＮ接合近辺の不純物分布が従来の可変容量ダイオードより急峻なため、従来品より低い入力電圧で理想的な不純物濃度分布近辺まで空乏化することができる。そして、この実施例の可変容量ダイオードは、従来の可変容量ダイオードと比較してＰ型不純物拡散領域（Ｐ層）が急峻に形成されるので、１．５Ｖ以下の入力電圧において、理想的な不純物濃度分布領域を低電圧側に延長することができる。その結果、入力電圧の変化に対する発振周波数の変動が１Ｖ入力時の±５％以内にまで抑えることが出来るため、電圧制御発振器の設計が容易になり、また電圧制御発振器が所望の周波数に同調するために必要な時間が短縮される。
【００１８】
また、従来品で問題であった使用電圧領域下限近辺、特に１．５Ｖ以下の入力電圧に対して電圧と共振周波数の比例性が向上するため、図１（ｂ）に示すように、従来の可変容量ダイオードを用いた電圧制御発振器は、特性を補償する為に２個必要だったが、この実施例の可変容量ダイオードを用いると１個で同じ作用効果の回路（図１（ａ）参照）を構成できる。勿論、この実施例の可変容量ダイオードを図１（ｂ）の回路に用いることが可能である。
【実施例２】
【００１９】
次に、図７を参照して実施例２を説明する。
この実施例は、入力電圧０．５Ｖで実効不純物濃度分布の最高濃度領域が空乏化している超階段接合の可変容量ダイオードに特徴がある。図７（ａ）は、この実施例可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を示す特性図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す実効不純物濃度分布の入力電圧−周波数変化特性を示す特性図である。図７（ａ）は、縦軸が実効不純物濃度を示し、横軸が空乏層の幅を示している。また、逆バイアス電圧である入力電圧（ＶＲ）を印加した時に空乏層が生じる。この図では、使用電圧範囲での入力電圧下限０．５Ｖの空乏化領域（空乏層）（Ｃ）と入力電圧（ＶＲ）上限４Ｖの空乏化領域（空乏層）（Ｄ）が示されている。図に示されているように、Ｐ型不純物拡散領域（Ｐ層）の実効不純物濃度及びＮ型不純物拡散領域（Ｎ層）の実効不純物濃度は、図４に示す従来のものに比較して、格段に理想の不純物濃度分布に近付いている。
【００２０】
この実施例においても、可変容量ダイオードは、図７（ａ）に示すように理想に近い不純物濃度分布を有しているので、図７（ｂ）に示すように、使用電圧領域で入力電圧と発振周波数の比例性が向上する。図７（ｂ）は、縦軸が共振周波数（ｆ）であり、横軸が入力電圧（ＶＲ）（Ｖ）である。入力電圧ＶＲの上限  （＝４Ｖ）と下限（＝０．５Ｖ）の間でほぼ直線になっていて、比例性が向上しているのが分かる。これに対して、従来の可変容量ダイオードは、かなり理想から離れた不純物濃度分布を有しているので、使用電圧領域で入力電圧と発振周波数の比例性が悪く、とくに、入力電圧ＶＲの下限で直線性（比例性）が大きく崩れている。
また、従来の可変容量ダイオードのＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度は、入力電圧下限の空乏化領域（Ａ）端より外側にそのピーク濃度点（Ｐ）を有しているが、これは、ＰＮ接合近傍の不純物濃度が大きく低下していることを示している（図４参照）。
【００２１】
しかし、図７（ａ）に示すように、この実施例の可変容量ダイオードのＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度は、入力電圧下限（０．５Ｖ）の空乏化領域（Ｃ）端にピーク濃度点Ｐを有しているが、これは、ＰＮ接合近傍の不純物濃度が理想に近い不純物濃度になっていることを示している。また、ＰＮ接合近傍の不純物濃度が理想に近付いているので、入力電圧下限の空乏化領域（Ｃ）における空乏層幅を従来の入力電圧下限の空乏化領域における空乏層幅より狭くすることができる。
この様に、この実施例の可変容量ダイオードでは使用電圧領域の電圧下限である０．５Ｖで実効不純物濃度分布の濃度ピークが空乏化しているため入力電圧０．５Ｖから３．５Ｖの範囲において、図３（ａ）に示す理想的な不純物分布の領域を使用することができ、入力電圧に対する共振周波数の比例性が向上する。
【実施例３】
【００２２】
次に、図８及び図９を参照して実施例３を説明する。
この実施例は、素子領域で図８に示す不純物濃度分布を有する超階段接合の可変容量ダイオードに特徴がある。図８は、この実施例の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布を示す特性図、図９（ａ）は、この実施例の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び入力電圧に対する空乏化領域を示す特性図、図９  （ｂ）は、この実施例の可変容量ダイオードの電圧−共振周波数特性を示す特性図である。図８は、縦軸が不純物濃度Ｎｄ（ｃｍ3 ）を表し、横軸が半導体基板表面からの深さ（μｍ）を表している。この可変容量ダイオードは、図に示すように、半導体基板表面にＮ型不純物拡散領域が形成され、この領域とＰＮ接合を構成し、この領域より深い位置に形成されたＰ型不純物拡散領域を有している。図９（ａ）は、縦軸が実効不純物濃度を表し、横軸が半導体基板表面からの深さＷ（μｍ）を表している。そして、特性曲線は、入力電圧に対する空乏化領域を示している。曲線のａ点は、入力電圧０Ｖでの空乏化領域（ＰＮ接合部から伸びる空乏層が終わる点）、曲線のｂ点は、入力電圧４Ｖでの空乏化領域である。図９（ｂ）は、縦軸が共振周波数ｆ（ａ．ｕ．）を表し、横軸が入力電圧ＶＲ（Ｖ）を表している。
【００２３】
図９（ｂ）に示すように、入力電圧０．５Ｖから３．５Ｖの範囲で入力電圧−共振周波数が比例するような不純物分布になっているため、この実施例の可変容量ダイオードは、この領域で入力電圧−共振周波数特性が安定している。
【実施例４】
【００２４】
次に、図１０を参照して実施例４を説明する。
図１０（ａ）は、この実施例の可変容量ダイオードの素子面積（ｃｍ2 ）と入力電圧１Ｖの場合の容量Ｃ１Ｖ（ｐＦ）の相関を示す特性図、図１０（ｂ）は、この実施例の可変容量ダイオードの素子面積（ｃｍ2 ）と入力電圧０Ｖの場合の容量Ｃ０Ｖ（ｐＦ）の相関を示す特性図である。この実施例の可変容量ダイオードは、図２を参照して説明される。素子面積は、図２に示すＮ型不純物拡散領域（面積をＳとする）に相当している。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、ｙは、Ｃ１Ｖ及びＣ０Ｖ（容量）に相当し、ｘは、Ｓ（Ｎ型不純物拡散領域面積＝素子面積）に相当する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の縦軸は、容量（Ｃ１Ｖ、Ｃ０Ｖ）（ｐＦ）を表し、横軸は、Ｎ型不純物拡散領域面積Ｓ（ｃｍ2 ）を表している。
【００２５】
ＰＮ接合の単位面積あたりの容量Ｃ（ｐＦ）／（ｃｍ2 ）は、空乏層幅Ｗ（μｍ）と下記の関係式（６）により表される。
Ｃ＝Ｋｓ・ε0 ／Ｗ                    ・・・（６）
（Ｋｓはシリコンの比誘電率、ε0 は真空の誘電率）
従来のＶＣＤと比較してＰ型不純物拡散領域（Ｐ層）を急峻に形成することによって、入力電圧ｖと共振周波数ｆの比例性を向上させたこの実施例の可変容量ダイオードは、ＰＮ接合の不純物濃度が高いため、従来例と同じ電圧を入力した場合に空乏層幅が薄くなる。
図１０（ａ）に示す可変容量ダイオードは、Ｎ型不純物を拡散した部分の面積（Ｓ（ｃｍ2 ）と逆バイアス電圧１Ｖの場合の容量Ｃ１Ｖ（ｐＦ）は、次の関係式（２）を満たしている。
Ｓ×６３９９８＋０．３１６２＜Ｃ１Ｖ      ・・・（２）
【００２６】
この関係を満たしている領域は、図１０（ａ）の式ｙ＝６３９９８ｘ＋０．３１６２（ｙは、縦軸（Ｃ１Ｖ）、ｘは、横軸（素子面積Ｓ）を表す）の直線を境界とする斜線部分であり、この関係を満たす部分に容量（Ｃ１Ｖ）と面積（Ｓ）があてはまるように可変容量ダイオードを形成すると、入力電圧と共振周波数の比例性を満足するものが得られる。
また、さらに入力電圧が低い領域での入力電圧ｖと共振周波数ｆの比例性を向上させたデバイスにおいて、図１０（ｂ）に示す可変容量ダイオードは、Ｎ型不純物を拡散した部分の面積Ｓ（ｃｍ2 ）と逆バイアス電圧０Ｖの場合の容量Ｃ０Ｖ（ｐＦ）は、次の関係式（３）を満たしている。
Ｓ×１１４７８６＋０．５２５＜Ｃ０Ｖ      ・・・（３）
【００２７】
この関係を満たしている領域は、図１０（ｂ）の式ｙ＝１１４７８６ｘ＋０．５２５（ｙは、縦軸（Ｃ０Ｖ）、ｘは、横軸（素子面積Ｓ）を表す）の直線を境界とする斜線部分であり、この関係を満たす部分に容量（Ｃ１Ｖ）と面積（Ｓ）があてはまるように可変容量ダイオードを形成すると、入力電圧と共振周波数の比例性を満足するものが得られる。
また、可変容量ダイオードの用途として、入力電圧の変化に対して、共振周波数の変化が大きい事が必要とされる用途（チューナー用途）があるが、このような用途のダイオードは、例えば、従来技術のダイオードではＣ１Ｖ（ＶＲ＝１の空乏層幅ａ）とＣ２５Ｖ（ＶＲ＝２５の空乏層幅ｂ）の比が７程度のものが用いられてきた（図１１（ａ））。しかし、Ｃ０Ｖ、Ｃ１Ｖでの空乏層幅が薄いこの実施例の拡散プロファイルを適用することにより、従来技術より低電圧同様の容量比（例えば、Ｃ１Ｖ（ＶＲ＝１の空乏層幅ａ）のＣ７Ｖ（ＶＲ＝７の空乏層幅ｂ）比が７程度）を実現することができ( 図１１（ｂ））、容量変化が大きいことが必要な用途の可変容量ダイオードの低電圧化に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例である実施例１の超階段接合の可変容量ダイオードを用いた電圧制御発振器。
【図２】実施例１を説明する半導体基板に形成された可変容量ダイオードの断面図及び平面図。
【図３】図３（ａ）は、入力電圧に対して発振周波数が比例する理想的な可変容量ダイオードの不純物濃度分布図及び図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す不純物濃度分布を有する理想的な可変容量ダイオードの入力電圧−共振周波数変化特性を説明する特性図。
【図４】従来技術の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を説明する特性図。
【図５】図５（ａ）は、実施例１における可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を示す分布図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す実効不純物濃度分布を有する可変容量ダイオードの入力電圧−共振周波数変化特性を示す特性図。
【図６】従来の可変容量ダイオードの空乏層幅と比較した、実施例１を説明する可変容量ダイオードのＮ型不純物拡散領域の実効不純物濃度に依存する空乏層幅を示す特性図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の一実施例である実施例２の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を示す特性図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す実効不純物濃度分布の入力電圧−周波数変化特性を示す特性図。
【図８】本発明の一実施例である実施例３の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布を示す特性図。
【図９】図９（ａ）は、実施例３の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び入力電圧に対する空乏化領域を示す特性図。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の一実施例である実施例４の可変容量ダイオードの素子面積（ｃｍ2 ）と入力電圧１Ｖの場合の容量Ｃ１Ｖ（ｐＦ）の相関を示す特性図、図１０（ｂ）は、この実施例の可変容量ダイオードの素子面積（ｃｍ2 ）と入力電圧０Ｖの場合の容量Ｃ０Ｖ（ｐＦ）の相関を示す特性図。
【図１１】図１１（ａ）は、従来の可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を示す分布図、図１１（ｂ）は、実施例４における可変容量ダイオードの実効不純物濃度分布及び使用電圧範囲で空乏化する領域を示す分布図。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・半導体基板
２・・・Ｎ−領域
３、４・・・電極
５・・・Ｐ型不純物拡散領域（Ｐ層）
６・・・Ｎ型不純物拡散領域（Ｎ層）
【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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