JP3172101B2 - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

弾性表面波コンボルバ

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JP3172101B2 JP25077896A JP25077896A JP3172101B2 JP 3172101 B2 JP3172101 B2 JP 3172101B2 JP 25077896 A JP25077896 A JP 25077896A JP 25077896 A JP25077896 A JP 25077896A JP 3172101 B2 JP3172101 B2 JP 3172101B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電性基板を伝搬
する弾性表面波と半導体中のキャリアとの相互作用を行
わせた半導体薄膜構造の弾性表面波コンボルバに関す
る。
【0002】
【従来技術】従来の弾性表面波と半導体薄膜中のキャリ
アとの相互作用を用いた機能素子としては、弾性表面波
の伝搬路の幅全体にわたって相互作用を行わせた構造の
機能素子が発表されている。(例えば、文献:K. Yaman
ouchi, S. Mitsui and K. Shibayama, "Efficient thin
film InSb/LiNbO3 convolver", IEEE MTT-S Internati
onal Microwave Symposium Digest, May 1980, pp. 31-
33)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の構造で
は、弾性表面波の電気的インピーダンスと半導体のイン
ピーダンスを合わせるため、移動度の大きなInSbな
どの半導体薄膜を用いる場合、半導体薄膜の膜厚を非常
に薄くする必要があり、このため半導体のキャリアの移
動度が小さくなり、特性の良い機能素子が得られなかっ
た。また、弾性表面波コンボルバでは、膜厚が薄いた
め、膜厚方向に出力を取り出す方法では、高い効率が得
られなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の弾性表面波コンボルバに関する第1の態様と
しては、圧電性基板あるいは圧電性薄膜をもつ基板上
に、入力電極と、コンボルバ取り出し電極と、コンボル
バ取り出しアース電極と、半導体薄膜とを備え、該半導
体薄膜は前記入力電極から伝搬する弾性表面波の伝搬路
上外に位置し、前記伝搬路上には該伝搬路に対して直角
に配置された複数のグレーティング電極を有する弾性表
面波コンボルバであって、前記グレーティング電極と前
記コンボルバ取り出し電極が、前記半導体薄膜上もしく
は下で交差するように配置され、かつ前記グレーティン
グ電極と前記コンボルバ取り出しアース電極が、前記伝
搬路上外で交差するように配置されているものである。
【0005】また、同第2の態様としては、圧電性基板
あるいは圧電性薄膜をもつ基板上に、入力電極と、半導
体薄膜と、該半導体薄膜に対向する位置にストリップ誘
電体膜とを備え、前記半導体薄膜と前記ストリップ誘電
体膜とは前記入力電極から伝搬する弾性表面波の伝搬路
上外もしくは路上内に位置し、前記伝搬路上には該伝搬
路に対して直角に配置された複数のグレーティング電極
を有する弾性表面波コンボルバであって、前記グレーテ
ィング電極が前記半導体薄膜上から前記伝搬路上にわた
ってストリップ誘電体膜に挟まれて配置され、かつ該ス
トリップ誘電体膜の上面に金属薄膜電極が配置され、か
つ該ストリップ誘電体膜の位置に相当する部分の前記圧
電性基板の裏面にコンボルバ取り出しアース電極が配置
されているものである。
【0006】さらに、同第3の態様としては、圧電性基
板あるいは圧電性薄膜をもつ基板上に、入力電極と、半
導体薄膜と、該半導体薄膜に対向する位置にストリップ
誘電体膜とを備え、前記半導体薄膜と前記ストリップ誘
電体膜とは前記入力電極から伝搬する弾性表面波の伝搬
路上外もしくは路上内に位置し、前記伝搬路上には該伝
搬路に対して直角に配置された複数のグレーティング電
極を有する弾性表面波コンボルバであって、前記グレー
ティング電極が前記半導体薄膜の下から前記伝搬路上に
わたってストリップ誘電体膜に挟まれて配置され、かつ
該ストリップ誘電体膜の上面に金属薄膜電極が配置さ
れ、かつ該ストリップ誘電体膜の位置に相当する部分の
前記圧電性基板の裏面にコンボルバ取り出しアース電極
が配置されているものである。
【0007】そして、ストリップ誘電体膜とストリップ
誘電体膜の位置に相当する部分の圧電性基板あるいは圧
電性薄膜をもつ基板の裏面にコンボルバ取り出しアース
電極を半導体薄膜に対向して2つ設けてもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】発明者らが鋭意検討を行った結
果、弾性表面波の伝搬路上にグレーティング状の電極を
配置し、かつ半導体薄膜を弾性表面波の伝搬路上外に配
置し、さらに弾性表面波の伝搬路Wと半導体幅aを特定
することにより、半導体薄膜の膜厚を厚くしても弾性表
面波の電気的インピーダンスと半導体薄膜の電気的イン
ピーダンスを一致させることができることを見出した。
半導体薄膜の膜厚を厚くできれば、半導体薄膜の電子移
動度が大きくなり、弾性表面波と電子の相互作用を効率
良く行わせることが可能になり、高効率のコンボルバが
実現でき、本発明を完成したものである。
【0009】以下に本発明をさらに詳細に説明する。図
1に示した構造において半導体薄膜及びグレーティング
電極の部分に、図5に記載した半導体薄膜、グレーティ
ング電極、コンボルバ取り出し電極、及びコンボルバ取
り出しアース電極を配置した構造が、本発明の基本とな
る弾性表面波コンボルバの構造である。1が圧電性基
板、2がグレーティング電極、4がすだれ状電極、5が
すだれ状電極、6が半導体薄膜、8がストリップ誘電体
膜、10がコンボルバ取り出し電極、13がストリップ
誘電体膜、15がコンボルバ取り出しアース電極であ
る。
【0010】本発明の基本となる弾性表面波コンボルバ
において、グレーティング電極2とコンボルバ取り出し
電極10が、半導体薄膜6の上でDの幅で交差してお
り、かつグレーティング電極2とコンボルバ取り出しア
ース電極15は、伝搬路を挟んで半導体薄膜に対向する
位置で、Eの幅で交差していることが特徴である。
【0011】また、本発明における弾性表面波コンボル
バは、図4に示すように、グレーティング電極2とコン
ボルバ取り出し電極10が、半導体薄膜6の下部で交差
していてもよい。
【0012】本発明における弾性表面波コンボルバは、
図1に示したように、グレーティング電極2が、ストリ
ップ誘電体膜8及び13に挟まれており、ストリップ誘
電体膜8の上面にコンボルバ出力取り出し用の金属薄膜
電極7が配置され、かつ該金属薄膜電極7の位置に相当
する圧電性基板1の裏面に、コンボルバ取り出しアース
電極14が形成されていることを特徴とする。
【0013】さらに、本発明における弾性表面波コンボ
ルバは、図2に示すように、グレーティング電極2が、
半導体薄膜6の下部に形成されていてもよい。
【0014】また、図3に示すように、2つのストリッ
プ誘電体膜8が、半導体薄膜6の両側に配置され、グレ
ーティング電極2を介してつながれた構造の弾性表面波
コンボルバも本発明に含まれる。
【0015】また、本発明の弾性表面波コンボルバに
は、図6に示すように、グレーティング電極2が、半導
体薄膜6の下部で切断され、Gの幅でギャップをもうけ
て、一様なコンボルバ取り出し電極が形成されている構
造も含まれる。
【0016】さらに、伝搬路上のグレーティング電極2
の電極周期と、半導体薄膜6の上部あるいは下部に形成
されるグレーティング電極2とコンボルバ取り出し電極
10の交差する部分の電極周期が異なる構造を有する弾
性表面波コンボルバも本発明に含まれる。
【0017】本発明において、グレーティング電極2の
幅は、λ/8以上λ以下が好ましく、グレーティング電
極2の間隙は、λ/8以上λ以下が好ましく形成され
る。ここで、λは弾性表面波の波長を示す。また、より
好ましくは、グレーティング電極の幅及びグレーティン
グ電極間の間隙は、それぞれλ/6で形成される。
【0018】また、弾性表面波の伝搬路の幅Wと半導体
薄膜の幅aとの比を、弾性表面波の電気的波動インピー
ダンスと半導体薄膜の電気的インピーダンスがほぼ同一
になるように決めることにより、弾性表面波の電界と半
導体薄膜中のキャリアの相互作用を効率よく行うことが
でき、高効率の弾性表面波コンボルバが実現できる。
【0019】本発明の弾性表面波コンボルバに用いられ
る圧電性基板としては、LiNbO3 、LiTaO3
KNbO3の単結晶基板が好ましく用いられる。また、
半導体薄膜としては、Si、InSb、GaAs、In
Pよりなる群から選ばれる半導体薄膜が好ましく用いら
れる。本発明において、半導体薄膜6は、直接圧電性基
板1上に蒸着してもよい。
【0020】(実施例) 圧電性基板1の上に、グレーティング電極2、コンボル
バ取り出し電極10、コンボルバ取り出しアース電極1
5を形成し、さらにすだれ状電極4及び5と半導体薄膜
6を、すだれ状電極の幅Wと半導体薄膜の幅aの比が、
a/W=0.2で形成した。これにより、図7に示した
ように良好なコンボリューション出力が得られた。
【0021】
【発明の効果】本発明のコンボルバの構造を形成するこ
とにより、これまでにない高効率の弾性表面波コンボル
バなどの非線形機能素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す弾性表面波コンボルバ
の俯瞰図である。
【図2】本発明の一実施例を示す弾性表面波コンボルバ
の俯瞰図である。
【図3】本発明の一実施例を示す弾性表面波コンボルバ
の俯瞰図である。
【図4】本発明の一実施例を示す弾性表面波コンボルバ
における、半導体薄膜とグレーティング電極とコンボル
バ取り出し電極を示す部分の概略図である。
【図5】本発明の一実施例を示す弾性表面波コンボルバ
における、半導体薄膜上でグレーティング電極と交差し
たコンボルバ取り出し電極とコンボルバ取り出しアース
電極を示す部分の概略図である。
【図6】本発明の一実施例を示す弾性表面波コンボルバ
における、グレーティング電極、半導体薄膜、コンボル
バ取り出し電極、及びコンボルバ取り出しアース電極の
部分の構造を示す概略図である。
【図7】本発明の一実施例におけるコンボルバ出力パタ
ーンを示す図である。
【符号の説明】
1 圧電性基板 2 グレーティング電極 4 すだれ状電極 5 すだれ状電極 6 半導体薄膜 7 金属薄膜電極 8 ストリップ誘電体膜 10 コンボルバ取り出し電極 11 コンボルバ取り出し電極 12 金属薄膜電極 13 ストリップ誘電体膜 14 コンボルバ取り出しアース電極 15 コンボルバ取り出しアース電極 16 コンボルバ出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−200375(JP,A) 特開 平10−65492(JP,A) 特開 平8−307203(JP,A) 特開 平8−250974(JP,A) 特開 平2−26118(JP,A) PROCEEDINGS OF TH E IEEE,VOL.64,NO.5, MAY 1976,p.724−748(Fig. 24) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/72 H03H 9/25

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電性基板あるいは圧電性薄膜をもつ基
    板上に、入力電極と、コンボルバ取り出し電極と、コン
    ボルバ取り出しアース電極と、半導体薄膜とを備え、該
    半導体薄膜は前記入力電極から伝搬する弾性表面波の伝
    搬路上外に位置し、前記伝搬路上には該伝搬路に対して
    直角に配置された複数のグレーティング電極を有する弾
    性表面波コンボルバであって、前記グレーティング電極
    と前記コンボルバ取り出し電極が、前記半導体薄膜上で
    交差するように配置され、かつ前記グレーティング電極
    と前記コンボルバ取り出しアース電極が、前記伝搬路上
    外で交差するように配置されていることを特徴とする弾
    性表面波コンボルバ。
  2. 【請求項2】 圧電性基板あるいは圧電性薄膜をもつ基
    板上に、入力電極と、コンボルバ取り出し電極と、コン
    ボルバ取り出しアース電極と、半導体薄膜とを備え、該
    半導体薄膜は前記入力電極から伝搬する弾性表面波の伝
    搬路上外に位置し、前記伝搬路上には該伝搬路に対して
    直角に配置された複数のグレーティング電極を有する弾
    性表面波コンボルバであって、前記グレーティング電極
    と前記コンボルバ取り出し電極が、前記半導体薄膜下で
    交差するように配置され、かつ前記グレーティング電極
    と前記コンボルバ取り出しアース電極が、前記伝搬路上
    外で交差するように配置されていることを特徴とする弾
    性表面波コンボルバ。
  3. 【請求項3】 圧電性基板あるいは圧電性薄膜をもつ基
    板上に、入力電極と、半導体薄膜と、該半導体薄膜に対
    向する位置にストリップ誘電体膜とを備え、前記半導体
    薄膜と前記ストリップ誘電体膜とは前記入力電極から伝
    搬する弾性表面波の伝搬路上外もしくは路上内に位置
    し、前記伝搬路上には該伝搬路に対して直角に配置され
    た複数のグレーティング電極を有する弾性表面波コンボ
    ルバであって、前記グレーティング電極が前記半導体薄
    膜上から前記伝搬路上にわたってストリップ誘電体膜に
    挟まれて配置され、かつ該ストリップ誘電体膜の上面に
    金属薄膜電極が配置され、かつ該ストリップ誘電体膜の
    位置に相当する部分の前記圧電性基板の裏面にコンボル
    バ取り出しアース電極が配置されていることを特徴とす
    る弾性表面波コンボルバ。
  4. 【請求項4】 圧電性基板あるいは圧電性薄膜をもつ基
    板上に、入力電極と、半導体薄膜と、該半導体薄膜に対
    向する位置にストリップ誘電体膜とを備え、前記半導体
    薄膜と前記ストリップ誘電体膜とは前記入力電極から伝
    搬する弾性表面波の伝搬路上外もしくは路上内に位置
    し、前記伝搬路上には該伝搬路に対して直角に配置され
    た複数のグレーティング電極を有する弾性表面波コンボ
    ルバであって、前記グレーティング電極が前記半導体薄
    膜の下から前記伝搬路上にわたってストリップ誘電体膜
    に挟まれて配置され、かつ該ストリップ誘電体膜の上面
    に金属薄膜電極が配置され、かつ該ストリップ誘電体膜
    の位置に相当する部分の前記圧電性基板の裏面にコンボ
    ルバ取り出しアース電極が配置されていることを特徴と
    する弾性表面波コンボルバ。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の弾性表面波コンボルバ
    において、前記グレーティング電極の端部との間に、ギ
    ャップを有して一様なコンボルバ取り出し電極が形成さ
    れていることを特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  6. 【請求項6】 請求項1から5のいずれか1項に記載の
    弾性表面波コンボルバにおいて、伝搬路上のグレーティ
    ング電極の周期と半導体の上及び下のグレーティング電
    極の周期が異なる構造であることを特徴とする弾性表面
    波コンボルバ。
  7. 【請求項7】 請求項1から4のいずれか一項に記載の
    弾性表面波コンボルバにおいて、グレーティング電極の
    幅が弾性表面波長λのλ/8以上λ以下であり、かつグ
    レーティング電極間の間隙がλ/8以上λ以下であるこ
    とを特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  8. 【請求項8】 請求項1から4のいずれか一項に記載の
    弾性表面波コンボルバにおいて、グレーティング電極の
    幅が弾性表面波長λのλ/6であり、かつグレーティン
    グ電極の間隙がλ/6であることを特徴とする弾性表面
    波コンボルバ。
  9. 【請求項9】 請求項1から6のいずれか一項に記載の
    弾性表面波コンボルバにおいて、弾性表面波の伝搬路の
    幅Wと半導体薄膜の幅aとの比a/Wが、弾性表面波の
    電気的波動インピーダンスと半導体薄膜の電気的波動イ
    ンピーダンスがほぼ同一の値になるように定めたことを
    特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  10. 【請求項10】 請求項1から7のいずれか一項に記載
    の弾性表面波コンボルバにおいて、圧電性基板として、
    LiNbO3 、LiTaO3 、およびKNbO3 単結晶
    基板より成る群から選ばれる圧電性基板を用いることを
    特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  11. 【請求項11】 請求項1から8のいずれか一項に記載
    の弾性表面波コンボルバにおいて、半導体薄膜として、
    Si、InSb、GaAs、およびInPより成る群か
    ら選ばれる半導体薄膜を用いることを特徴とする弾性表
    面波コンボルバ。
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