DE3348366C2

DE3348366C2 - Akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung

Info

Publication number: DE3348366C2
Application number: DE3348366A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Mikoshiba; Kazuo Tsubouchi; Kazuyoshi Sugai
Original assignee: Individual
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2003-03-10
Also published as: DE3348369C2

Description

Die Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwellen bil dende Vorrichtung, umfassend ein von einem Silicium-Einkri stall gebildetes Substrat, einen auf dem Substrat vorgesehe nen Aluminiumnitrid-Film und auf dem Aluminiumnitrid-Film ei ne Elektrode zur Erzeugung einer akustischen Oberflächenwelle sowie eine Elektrode zur Detektierung einer akustischen Oberflächenwelle.

Eine als Bandpaßfilter verwendete Vorrichtung dieser Art ist z. B. aus der US-A-4,006,438 bekannt. Bei einer solchen Vor richtung wird der mögliche Anwendungsbereich entscheidend durch das Temperaturverhalten bestimmt. Insbesondere ist das Temperaturverhalten solcher Faktoren von wesentlicher Bedeu tung für die Leistungsfähigkeit des Bauelements, die die Erzeugung und Übertragung von akustischen Oberflächenwellen beeinflussen. Hierunter fallen unter anderem der elektrome chanische Kopplungskoeffizient sowie die Verzögerungszeit. Über einen weiten Temperaturbereich stabile Kenngrößen der Vorrichtung können ein gleichbleibendes Übertragungsverhalten auch bei wechselnden Betriebsbedingungen und damit vielfäl tige Einsatzmöglichkeiten gewährleisten. Hingegen ist bei der Dimensionierung und Auslegung der Vorrichtungen nicht nur auf ein temperaturstabiles Verhalten zu achten, sondern auch auf gute Übertragungscharakteristiken. Dies können z. B. ein hoher Faltungswirkungsgrad bei einem Konvolver oder eine geringe Durchlaßdämpfung bei einem Filter sein. Dabei kann jedoch das Problem auftreten, daß Maßnahmen, die der Verbesserung der Temperaturstabilität dienen, mit Maßnahmen kollidieren, welche ein gewünschtes Übertragungsverhalten bewirken sollen.

In einem Artikel "Design of a Temperature Stable Surface Acoustic Wave Device on Silicon" von Cambon und Attal, Elec tronics Letters, Band 14, Nr. 17, 17. August 1978, Seiten 536- 538, wird eine SiO₂/Si-Struktur auf ihr Temperaturverhalten und insbesondere auf das Temperaturverhalten der Phasenver zögerung hin untersucht. Die für diese Struktur verwendeten Materialien Silicium und Siliciumdioxid weisen Verzögerungs zeit-Temperaturkoeffizienten erster Ordnung mit entgegen gesetzten Vorzeichen auf. Betrachtet werden sog. klassische Schnitte des Siliciumsubstrats, nämlich (111)-Schnitt und (100)-Schnitt, wobei die Ausbreitungsrichtung akustischer Oberflächenwellen längs der (110)- bzw. (001)-Richtung liegt.

Aus der US-A-3,965,444 ist ein Oberflächenwellen-Bauelement bekannt, das auf einem Substrat aus piezoelektrischem Mate rial eine SiO₂-Schicht trägt. Das piezoelektrische Material ist ein Material mit positivem Verzögerungszeit-Temperatur koeffizienten im Gegensatz zu dem negativen Verzögerungszeit- Temperaturkoeffizienten von SiO₂. Durch geeignete Wahl der SiO₂-Schichtdicke wird ein gegen Null strebender Verzöge rungszeit-Temperaturkoeffizient erster Ordnung des Bauele ments erreicht. Aus diesem Dokument ist es ferner bekannt, daß sich der elektromechanische Kopplungskoeffizient bei einem LiTaO₃-Substrat durch die Hinzunahme einer SiO₂-Schicht verbessern läßt.

Aus der GB-A-2 001 106 ist ein zur Verwendung bei einem akustischen Oberflächenwellen-Bauelement geeigneter Schicht aufbau mit einem Substrat aus einkristallinem Aluminiumoxid und einem Epitaxialfilm aus Aluminiumnitrid auf dem Substrat bekannt. Die Oberfläche des Substrats besitzt die kristallo graphische Orientierung 1100. Interdigitalelektroden sind auf dem Aluminiumnitridfilm vorgesehen. Auf das Temperaturverhal ten dieses Schichtaufbaus wird nicht eingegangen.

Ferner ist aus einem Artikel "Enhancement of Surface-Acous tic-Wave Piezoelectric Coupling in Three-Layer Substrates" von Venema und Dekkers, IEEE Transactions on Microwaves Theory and Techniques, MTT-23, September 1975, Seiten 765- 767, ein Dreischicht-Substrat bekannt, bei dem eine Si- Schicht eine SiO₂-Schicht trägt, auf der eine CdS-Schicht vorgesehen ist. Untersucht wird das piezoelektrische Kopp lungsverhalten des Substrats in Abhängigkeit von der Dicke der CdS-Schicht und der SiO₂-Schicht. Hinweise auf das Tempe raturverhalten des Substrats finden sich nicht.

Die US-A-4,194,171 schließlich zeigt einen Konvolver mit einem Schichtaufbau aus einem Si-Substrat, das eine SiO₂- Schicht und darüber eine ZnO-Schicht trägt. Zwischen der SiO₂-Schicht und der ZnO-Schicht ist stellenweise ein Titan- Film angeordnet. In diesem Dokument wird darauf hingewiesen, daß zur effizienten Anregung akustischer Oberflächenwellen die piezoelektrische Hauptachse des ZnO-Films senkrecht zum Substrat verlaufen muß. Jedoch wird auf das Verhalten des Konvolvers bei Temperaturschwankungen wiederum nicht einge gangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung der eingangs bezeich neten Art zu schaffen, die bei einfacher Herstellung und geringem Kostenaufwand stabile Temperatureigenschaften, insbesondere einen stabilen Verzögerungszeit-Temperaturkoef fizienten, aufweist und gleichzeitig gute Wellenausbreitungs- und -übertragungseigenschaften bietet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach einem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, daß der Aluminiumnitrid-Film eine Dicke H im Bereich zwischen 0,2 < 2πH/λ < 2,5 aufweist, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle darstellt, so daß der negative Verzögerungszeit-Temperaturkoeffizient des Aluminiumnitrid-Films den positiven Verzögerungszeit-Tempera turkoeffizienten des Substrats ausgleicht derart, daß der Verzögerungszeit-Temperaturkoeffizient der gesamten Vorrich tung gegen Null strebt, daß die Orientierung der Oberfläche des Silicium-Einkristalls der einer (111)-Kristallfläche äquivalent ist, daß die piezoelektrische Polarisierungsrich tung des Aluminiumnitrid-Films senkrecht oder parallel zur Oberfläche des Silicium-Einkristalls verläuft und daß die akustische Oberflächenwelle sich in einer zur piezoelektri schen Polarisierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senk rechten oder parallelen Richtung ausbreitet.

Nach einem zweiten Aspekt ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Aluminiumnitrid-Film eine Dicke H im Bereich zwischen 1 < 2πH/λ < 3 aufweist, wobei λ die Wellenlänge der akusti schen Oberflächenwelle darstellt, so daß der negative Ver zögerungszeit-Temperaturkoeffizient des Aluminiumnitrid-Films den positiven Verzögerungszeit-Temperaturkoeffizienten des Substrats ausgleicht derart, daß der Verzögerungszeit-Tempe raturkoeffizient der gesamten Vorrichtung gegen Null strebt, daß die Orientierung der Oberfläche des Silicium-Einkristalls der einer (110)-Kristallfläche äquivalent ist, daß die piezo elektrische Polarisierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senkrecht oder parallel zur Oberfläche des Silicium-Einkri stalls verläuft und daß die akustische Oberflächenwelle sich in einer zur piezoelektrischen Polarisierungsrichtung des Aluminumnitrid-Films senkrechten oder parallelen Richtung ausbreitet.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß der Aluminiumnitrid-Film eine Dicke H im Be reich zwischen 1 < 2πH/λ < 2 aufweist, wobei λ die Wellen länge der akustischen Oberflächenwelle darstellt, so daß der negative Verzögerungszeit-Temperaturkoeffizient des Alumini umnitrid-Films den positiven Verzögerungszeit-Temperaturkoef fizienten des Substrats ausgleicht derart, daß der Verzöge rungszeit-Temperaturkoeffizient der gesamten Vorrichtung gegen Null strebt, daß die Orientierung der Oberfläche des Silicium-Einkristalls der einer (001)-Kristallfläche äquiva lent ist, daß die piezoelektrische Polarisierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senkrecht oder parallel zur Oberfläche des Silicium-Einkristalls verläuft und daß die akustische Oberflächenwelle sich in einer zur piezoelektrischen Polari sierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senkrechten oder parallelen Richtung ausbreitet.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet für verschiedene Schnitt flächen der Silicium-Einkristalls ein besonders temperatur stabiles Verhalten, insbesondere hinsichtlich der Verzöge rungszeit (Laufzeit), bei gleichzeitig gutem elektromechani schen Kopplungskoeffizienten und geringen Ausbreitungsver lusten insbesondere im Hochfrequenzbereich. Vorzugsweise ist der Aluminiumnitrid-Film dabei ein einkristalliner epitakti scher Aluminiumnitrid-Film.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im fol genden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1-4 in Schnittansichten Ausführungsbeispiele der Erfin dung,

Fig. 5A, 5B, 6A-6D und 7A-7F bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1-4 erhaltene Kennlinien und

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer MO-CVD-Anlage (metall organisch-chemisches Aufdampfen) für die epetaxiale Verfahrenstechnik.

Die Fig. 1-4 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen ein Substrat aus Silicium-Einkristall mit positivem Verzögerungszeit -Temperaturkoeffizienten für akustische Oberflächenwellen als elastisches Substrat verwendet wird.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Siliciumeinkristallsubstrat 11 vorgesehen, das längs einer zur (111)-Kristallfläche, zur (110)-Kristallfläche oder zur (001)-Kristallfläche äquivalenten Fläche geschnit ten ist. Ein AlN-Film 12 ist auf dem Siliciumeinkristall substrat 11 so niedergeschlagen, daß die piezoelektrische Achse (C-Achse oder [0001]-Achse) des Filmes senkrecht oder parallel zum Siliciumeinkristallsubstrat 11 verläuft. Es sind kammförmige Elektroden 13 und 14 jeweils zum Erzeugen einer akustischen Oberflächenwelle und zum Aufnehmen einer akustischen Oberflächenwelle vorgesehen. Die Stärke des AlN-Filmes 12 ist mit H bezeichnet.

Fig. 5A zeigt die Geschwindigkeitsverteilungscharakteristik, die dann erhalten wird, wenn die in Fig. 1 bis 4 dar gestellten Ausführungsbeispiele verwandt werden und sich die elastische Oberflächenwelle in einer Richtung senkrecht zur piezoelektri schen Achse (C-Achse oder [0001]-Achse) des AlN-Filmes 12 fortpflanzt. In Fig. 5A ist auf der Abszisse die normierte Stärke 2πH/λ aufgetragen, während auf der Ordinate die Phasengeschwindigkeit V_p der elastischen Oberflächen welle aufgetragen ist. Die Kurve a wird dann erhalten, wenn sich die elastische Oberflächenwelle in eine Richtung fortpflanzt, die zur [112]-Achse auf der (111)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 11 äquivalent ist, die Kurve b wird dann erhalten, wenn sich die elastische Ober flächenwelle in eine Richtung fortpflanzt, die zur [001]-Achse auf der (110)-Fläche des Siliciumeinkristall substrates 11 äquivalent ist, und die Kurve c wird dann er halten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in eine Richtung fortpflanzt, die zur [011]-Achse auf der (100)- Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 11 äquivalent ist Aus Fig. 5A ist ersichtlich, daß die Phasengeschwindigkeit V_p nicht sehr streut, jedoch sehr hoch ist.

Fig. 6A zeigt die Kennlinien des elektromechanischen Kopp lungskoeffizienten, die bei denselben Ausführungsbeispielen erhalten werden. Auf der Abszisse ist die normierte Stärke 2πH/λ aufgetragen, während auf der Ordinate der elektro mechanische Kopplungskoeffizient K² aufgetragen ist. In Fig. 6A hat die Vorrichtung A den in Fig. 1 dargestellten Auf bau. Diese Kurven zeigen, daß elektromechanische Kopplungs koeffizienten K² erhalten werden können, die für die Er zeugung und Aufnahme einer akustischen Oberflächenwelle und für eine ausgezeichnete Piezoelektrizität geeignet sind.

Die Fig. 7A bis 7D zeigen die Kennlinien des Verzögerungs zeittemperaturkoeffizienten TCD, die bei denselben Aus führungsbeispielen erhalten werden. Auf der Abszisse ist die normierte-Stärke 2πH/λ aufgetragen, während die Ordinate das Temperaturänderungsverhältnis (1/τ)·(δτ/δ·T) der Verzögerungszeit τ der akustischen Oberflächenwelle in ppm/°C zeigt. Die in Fig. 7A dargestellte Kurve wird dann erhalten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die zur [112]-Achse auf der (111)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 11 äquiva lent ist, die Kurve in Fig. 7B wird dann erhalten, wenn sich sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die zur [001]-Achse der (110)-Fläche äquivalent ist, die Kurve von Fig. 7C wird dann erhalten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fort pflanzt, die der [100]-Achse auf den (001)-Flächen äquivalent ist und die Kurve von Fig. 7D wird dann erhalten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die der [110]-Achse auf der (001)-Fläche äquivalent ist. Da der Verzögerungszeittemperaturkoeffizient des Silicium einkristallsubstrates 11 positiv ist, während der des AlN-Filmes 12 negativ ist, kompensieren beide Temperatur koeffizienten einander und ändert sich die resultierende Kennlinie nach Maßgabe der Stärke H des AlN-Filmes 12. Die Stärke H kann so bestimmt werden, daß das Verzögerungs- Zeittemperaturänderungsverhältnis nahezu gleich Null ist.

Fig. 5B zeigt die Geschwindigkeitsverteilungskennlinien der akustischen Oberflächenwelle, die dann erhalten werden, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in eine Richtung parallel zur piezoelektrischen Achse (C-Achse oder [0001]- Achse) fortpflanzt. Die Kurve d wird dann erhalten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fort pflanzt, die der [001]-Achse auf der (001)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 11 äquivalent ist, während die Kurve e dann erhalten wird, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die der [001]-Achse auf der (110)-Fläche des Siliciumeinkristall substrates 11 äquivalent ist. Die Phasengeschwindigkeit V_p streut nicht sehr und ist sehr hoch.

Die Fig. 6C und 6D zeigen die Kennlinien des elektro mechanischen Kopplungskoeffizienten, die durch dieselbe Vorrichtung und bei denselben Fortpflanzungsrichtungen erhalten werden. Die Vorrichtung A in diesen Figuren hat den in Fig. 1 dargestellten Aufbau. Die Kurve von Fig. 6C wird dann erhalten, wenn sich die akustische Ober flächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die der [001]- Achse auf der (110)-Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 11 äquivalent ist, während die Kurve von Fig. 6D dann erhalten wird, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die zur [100]-Achse auf der (001)-Fläche des Substrates 11 äquivalent ist. Diese Figuren zeigen, daß ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient K² erhalten werden kann, der für die Erzeugung und Auf nahme einer akustischen Oberflächenwelle und für eine aus gezeichnete Piezoelektrizität geeignet ist.

Die Fig. 7E und 7F zeigen den Verzögerungszeittemperatur koeffizienten TDC der akustischen Oberflächenwelle unter denselben Bedingungen. Die Kurve von Fig. 7E wird dann erhalten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die zur [100]-Achse auf der (001)- Fläche des Siliciumeinkristallsubstrates 11 äquivalent ist, während die Kurve von Fig. 7F dann erhalten wird, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die zur [001]-Achse auf der (110)-Fläche des Substrates 11 äquivalent ist. Aus den Fig. 7A bis 7F ist ersichtlich, daß dann, wenn die Stärke H des AlN- Filmes 12 in einem Bereich liegt, der der Beziehung 0,2 < 2πH/λ < 3,0 genügt, das Verzögerungszeittemperatur änderungsverhältnis nahezu gleich Null ist.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau, der ein Siliciumeinkristallsubstrat 11, akustische Oberflächenwellen erzeugende Elektroden 13 sowie akustische Oberflächenwellen aufnehmende Elektroden 14, die alle auf der Oberfläche des Substrates 11 vorgesehen sind, und einen AlN-Film 12 umfaßt, der auf dem Substrat 11 so niederge schlagen ist, daß er die Elektroden 13 und 14 überdeckt.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau, der ein Siliciumeinkristallsubstrat 11, zwei Schirmelektroden 17, die auf Teilen des Substrates 11 vorgesehen sind, um als zweite Elektroden zu dienen, einen AlN-Film 12, der so auf dem Substrat 11 vorgesehen ist, daß er die Schirmelektroden 17 überdeckt, und akustische Oberflächenwellen erzeugende Elektroden 13 sowie akustische Oberflächenwellen aufnehmende Elektroden 14, die alle auf dem AlN-Film 12 vorgesehen sind.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel hat einen Aufbau, der ein Siliciumeinkristallsubstrat 11, die akustische Oberflächenwellen erzeugenden Elektroden 13 sowie die akustische Oberflächenwellen aufnehmenden Elektroden 14 umfaßt, die auf der Oberfläche des Substrates 11 so vorgesehen sind, daß sie als erste Elektroden dienen, wobei der AlN-Film 12 auf dem Substrat 11 so vorgesehen ist, daß er die Elektroden 13 und 14 überdeckt, und wobei zwei Schirm elektroden 17 auf Teilen des AlN-Filmes 12 vorgesehen sind.

Die Fig. 6A und 6B zeigen die K² Kennlinien, die dann er halten werden, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in eine Richtung senkrecht zur piezoelektrischen Achse des AlN-Filmes 12 bei Verwendung von akustische Oberflächen wellen bildenden Vorrichtungen mit dem in Fig. 2 bis 4 dargestellten Aufbau fortpflanzt. In diesen Figuren ent spricht die Vorrichtung B Fig. 2, die Vorrichtung C Fig. 3 und die Vorrichtung D Fig. 4. Diese Figuren zeigen, daß ein elektromechanischer Kopplungskoeffizient K² erhalten werden kann, der für die Erzeugung und Aufnahme einer akustischen Oberflächenwelle und für eine ausge zeichnete Piezoelektrizität geeignet ist.

Fig. 6C und 6D zeigen die K² Kennlinien, die dann erhalten werden, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung parallel zur piezoelektrischen Achse des AlN-Filmes 12 bei Verwendung der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Vorrichtungen fortpflanzt. Die Kurve von Fig. 6C wird dann erhalten, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die der [001]-Achse auf der (110)-Fläche des Substrates 11 äquivalent ist, während die Kurve von Fig. 6D dann erhalten wird, wenn sich die akustische Oberflächenwelle in die Richtung fortpflanzt, die der [100]-Achse auf der (001)-Fläche des Substrates äquivalent ist. Diese Figuren zeigen, daß ein elektro mechanischer Kopplungskoeffizient K² erhalten werden kann, der für die Erzeugung und die Aufnahme von akustischen Ober flächenwellen und für eine ausgezeichnete Piezoelektrizität geeignet ist.

Aus den Fig. 6A bis 6D ist ersichtlich, daß dann, wenn die normierte Stärke 2πH/λ in einem Bereich von 0,2 bis 6,0 liegt, K² Werte erhalten werden können, die sich für die Anwendung in der Praxis und für eine ausgezeichnete Piezoelektrizität eignen.

Der AlN-Film kann ein AlN-Einkristallepitaxialfilm sein. In diesem Fall kann die akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung durch die in Fig. 8 dargestellte Anordnung hergestellt werden.

Fig. 8 zeigt das Blockschaltbild einer MO-CVD-Anlage (metallorganischchemisches Aufdampfen) für die Epitaxial verfahrenstechnik. Eine Standardreaktionsröhre 31, in der ein Siliciumeinkristallsubstrat 32 zu bearbeiten ist, wird auf einer drehbaren Halteplatte 33 angeordnet. Wie es in Fig. 8 dargestellt ist, sind weiterhin eine Wasser stoffgasquelle (H₂) 34, eine Ammoniakgasquelle (NH₃) 35, eine Aluminiumlegierungsquelle 36, die Trimethylaluminium (TMA, Al(CH₃)₃: flüssig bei normaler Temperatur) beispiels weise sein kann, Rohre 37A und 37B, Ventile 38, Strömungsmesser 39, Reiniger 40, eine Hochfrequenz spule 41, ein Unterdrucksaugrohr 42 und ein Auslaßrohr 43 vorgesehen.

Während das Siliciumeinkristallsubstrat 32 in der Standard reaktionsröhre 31 durch die drehbare Halteplatte 33 gedreht wird, und das Substrat 32 durch die Hochfrequenzspule 41 Wärme ausgesetzt wird, wird Trimethylaluminium, das durch das Wasserstoffgas in Blasen aufsteigt, der Reaktionsröhre 31 über die Leitung 37A zugeführt und wird Ammoniakgas der Reaktionsröhre 31 über die Leitung 37B zugeführt. Das Trimethylaluminium und das Ammoniak reagieren miteinander in der Reaktionsröhre 31, was zur Ausbildung und zum epitaxialen Wachstum einer AlN-Filmes auf dem Siliciumeinkristallsubstrat 32 führt.

Eine Filmwachstumsgeschwindigkeit von 3 l m/h des AlN-Filmes wurde unter den folgenden Epitaxialarbeitsverhältnissen erhalten. Erwärmung des Siliciumeinkristallsubstrates 32: 1260°C, Wasserstoffgasstrom: 5 l/min, Ammoniakstrom: 3 l/min, Trimethylaluminiumstrom 13,6×10^-6 mol/min. Es wurden weiterhin Siliciumeinkristallsubstrate mit (111)-Kristall fläche, (110)-Kristallfläche und (100)-Kristallfläche jeweils verwandt und in derselben Weise bearbeitet. Das hat zur Folge, daß in jedem Fall der AlN-Film in die (0001)- Kristallfläche wuchs.

Es kann ein Substrat aus einem anderen Material als Silicium einkristall benutzt werden, um darauf den AlN-Film vorzu sehen, wobei der gelieferte Verzögerungszeittemperatur koeffizient negativ ist. Beispielsweise kann das Substrat eine Siliciumeinkristallplatte und einen Siliciumoberflächen schutzfilm aus Siliciumdioxid umfassen, der auf der Silicium einkristallplatte niedergeschlagen ist.

Da der AlN-Film einen großen Bandabstand von 6,2 eV hat und leicht so ausgebildet werden kann, daß sein spezifischer Widerstand größer als 10¹⁶ Ωcm ist, stellt er eine ausgezeichnete Isolierung dar.

Weiterhin ist der AlN-Film dem Zinkoxidfilm überlegen, der durch Aufdampfen ausgebildet wird, da ein Film mit gleichmäßiger und konstanter Qualität erhalten werden kann. Das macht es möglich, selbst im Hochfrequenzband die Fortpflanzungsverluste klein zu halten.

Da insbesondere der Verzögerungszeittemperaturkoeffizient für die akustische Oberflächenwelle des AlN-Filmes negativ ist, wenn er auf einem Substrat aus Silicium-Einkristall niedergeschlagen wird, dessen Verzögerungs zeitkoeffizient wiederum positiv ist, kompensieren beide Temperaturkoeffizienten einander, so daß die sich er gebende Kennlinie gegenüber einer Temperaturänderung stabil ist. Die Stabilität der akustische Oberflächenwellen erzeugenden Vorrichtung gegenüber einer Temperaturänderung ist der wichtigste Faktor bei einer Schmalbandsignal verarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Resonator, einem Oszillator usw. Von diesem Standpunkt aus stellt jede der oben beschriebenen Vorrichtungen eine stabile Funktion gegenüber einer Temperaturänderung sicher. Durch dieselben Vorrichtungen ist auch die Eignung für das Hochfrequenz band bei niedrigen Fortpflanzungsverlusten sichergestellt.

Wie es oben beschrieben wurde, ergibt sich gemäß der Er findung durch die Verwendung eines elastischen Aufbaues mit einem auf einem elastischen Substrat, dessen Ver zögerungszeittemperaturkoeffizient für die akustische Ober flächenwelle positiv ist, niedergeschlagenen AlN-Film eine elastische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung, die in ihren verschiedenen Kennwerten ausgezeichnet ist.

Durch die Erfindung wird hauptsächlich folgendes bewirkt:

1. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle ist die Wellenlänge im Hochfrequenzband groß, was die Herstellung der kammförmigen Elektroden erleichtert.
2. Aufgrund des kleinen Frequenzänderungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Änderung der Filmstärke ist es leicht, Vorrichtungen herzustellen, die sich für das ge wünschte Frequenzband eignen, was zu einer guten Produktivi tät und zur Verminderung der Kosten führt.
3. Es ist möglich, die Verzögerungszeit der akustische Oberflächenwellen bildenden Vorrichtung nahezu gleich Null zu halten.
4. Der AlN-Film mit guter Isolierung kann leicht ausgebildet werden. Weiterhin läßt sich ein einkristalliner epitaxialer AlN-Film leicht nach dem MO-CVD-Verfahren ausbilden.

Die Kristallorientierungen des Substrates und des AlN- Filmes und gleichfalls die Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle sind nicht auf diejenigen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Orientierungen und Richtungen können ähnliche Wirkungen zeigen.

Claims

1. Akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung, umfassend

- ein von einem Silicium-Einkristall gebildetes Substrat (11)
- einen auf dem Substrat (11) vorgesehenen Aluminium nitrid-Film (12) und
- auf dem Aluminiumnitrid-Film (12) eine Elektrode (13) zur Erzeugung einer akustischen Oberflächenwelle sowie eine Elektrode (14) zur Detektierung einer akustischen Oberflächenwelle,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Aluminiumnitrid-Film (12) eine Dicke H im Be reich zwischen 0,2 < 2πH/λ < 2,5 aufweist, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle darstellt, so daß der negative Verzögerungszeit-Temperaturkoeffi zient des Aluminiumnitrid-Films den positiven Verzöge rungszeit-Temperaturkoeffizienten des Substrats aus gleicht derart, daß der Verzögerungszeit-Temperatur koeffizient der gesamten Vorrichtung gegen Null strebt, daß die Orientierung der Oberfläche des Silicium-Ein kristalls (11) der einer (111)-Kristallfläche äquivalent ist,
daß die piezoelektrische Polarisierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senkrecht oder parallel zur Ober fläche des Silicium-Einkristalls (11) verläuft und daß die akustische Oberflächenwelle sich in einer zur piezoelektrischen Polarisierungsrichtung des Aluminium nitrid-Films (12) senkrechten oder parallelen Richtung ausbreitet.

2. Akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung, umfassend

dadurch gekennzeichnet,
daß der Aluminiumnitrid-Film (12) eine Dicke H im Be reich zwischen 1 < 2πH/λ < 3 aufweist, wobei λ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle darstellt, so daß der negative Verzögerungszeit-Temperaturkoeffi zient des Aluminiumnitrid-Films den positiven Verzöge rungszeit-Temperaturkoeffizienten des Substrats aus gleicht derart, daß der Verzögerungszeit-Temperaturkoef fizient der gesamten Vorrichtung gegen Null strebt, daß die Orientierung der Oberfläche des Silicium-Ein kristalls (11) der einer (110)-Kristallfläche äquivalent ist,
daß die piezoelektrische Polarisierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senkrecht oder parallel zur Ober fläche des Silicium-Einkristalls (11) verläuft und daß die akustische Oberflächenwelle sich in einer zur piezoelektrischen Polarisierungsrichtung des Aluminum nitrid-Films (12) senkrechten oder parallelen Richtung ausbreitet.

3. Akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung, umfassend

- ein von einem Silicium-Einkristall gebildetes Substrat (11),
- einen auf dem Substrat (11) vorgesehenen Aluminium nitrid-Film (12) und
- auf dem Aluminiumnitrid-Film (12) eine Elektrode (13) zur Erzeugung einer akustischen Oberflächenwelle sowie eine Elektrode (14) zur Detektierung einer akustischen Oberflächenwelle,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Aluminiumnitrid-Film (12) eine Dicke H im Be reich zwischen 1 < 2πH/λ < 2 aufweist, wobei λ die Wel lenlänge der akustischen Oberflächenwelle darstellt, so daß der negative Verzögerungszeit-Temperaturkoeffizient des Aluminiumnitrid-Films den positiven Verzögerungs zeit-Temperaturkoeffizienten des Substrats ausgleicht derart, daß der Verzögerungszeit-Temperaturkoeffizient der gesamten Vorrichtung gegen Null strebt,
daß die Orientierung der Oberfläche des Silicium-Ein kristalls (11) der einer (001)-Kristallfläche äquivalent ist,
daß die piezoelektrische Polarisierungsrichtung des Aluminiumnitrid-Films senkrecht oder parallel zur Ober fläche des Silicium-Einkristalls (11) verläuft und
daß die akustische Oberflächenwelle sich in einer zur piezoelektrischen Polarisierungsrichtung des Aluminium nitrid-Films (12) senkrechten oder parallelen Richtung ausbreitet.

4. Oberflächenwellenbauelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumnitrid-Film (12) ein einkristalliner epitaxischer Aluminiumnitrid- Film ist.