JP4331032B2

JP4331032B2 - 弾性表面波デバイスおよびその作製方法

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Publication number: JP4331032B2
Application number: JP2004095296A
Authority: JP
Inventors: 一巳西村; 直輝重川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005286538A

Description

本発明はナイトライド系材料を用いた弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスに係り、電極にＮｉ／Ａｌ、ナイトライド系材料、もしくはＳｉを用い、弾性表面波の損失が小さく、かつ耐熱性および耐電圧性に優れたＳＡＷデバイスおよびその作製方法に関する。

ＳＡＷデバイス（弾性表面波素子）の櫛型電極材料には、電極そのものの重さによる弾性表面波の損失を小さくするために、軽い材料であるＡｌおよびＡｌを主成分とした合金を図４に示すように単層で用いている。さらに、「非特許文献１」に紹介されているように、ナイトライド系材料であるＧａＮを用いたＳＡＷデバイスにおいても、Ａｌを用いた電極を用いている。ナイトライド系材料のＳＡＷデバイスにおいて、櫛型電極材料にＡｌを用いた場合、ナイトライド系材料にとってＡｌはオーミック電極材料であり、ナイトライド系材料のキャリア濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３以上であるような、十分に低くない場合、電極間に電流が流れ易くなるため、印加した電圧により効率よく弾性表面波が発生しなくなるため、弾性表面波の損失が大きくなる。
ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスにおいて、ＡｌおよびＡ１を主成分とした合金を櫛型電極として用いた場合、Ａｌの融点は、６６０℃程度であり、Ａｌを電極材料として用いたデバイスの場合、実際に使用できるのは４００℃以下である。さらに、Ａｌの融点は、１０００℃以上であるナイトライド系材料の融点に比べ、極めて低いため、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性を十分に活かした、高温環境下で使用できるデバイスの実現が困難である。
ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスにおいて、ＡｌおよびＡ１を主成分とした合金を櫛型電極材料として用いた場合、ナイトライド系材料の特徴である高耐電圧性を、十分に活かすことができるデバイスの実現が困難である。

Suk-Hun Lee,Hwan-Hee Jeong,Sung-Bum Bae,Hyun-Chul Choi,Jung-Hee Lee,Member,IEEE,and Yong-Hyun Lee, Member,IEEE："EpitaxiallyGrown GaN Thin-FilmSAW Filter with High Velocity and Low Insertion Loss"IEEE TRANSACTIONS ON ELECTORON DEVICES VOL.48,NO.3,MARCH(2001)pp.524-528

ナイトライド系材料によるＳＡＷデバイスにおいて、ナイトライド系材料のキャリア濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３以上であるような、十分に低くない場合にも、弾性表面波の損失を小さくする。
ナイトライド系材料によるＳＡＷデバイスにおいて、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性および高耐電圧性を活かし、高温環境下で使用できるＳＡＷデバイスを作製する。

上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項１に記載のように、
ナイトライド系材料を用いた弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスにおいて、ｎ型もしくはｐ型にドーピングされたＧａＮにより櫛型電極を形成してなるＳＡＷデバイスとするものである。

また、請求項２に記載のように、
ｎ型もしくはｐ型にドーピングされたＳｉよりなる櫛型電極を有する、ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスを作製する方法であって、ナイトライド系材料上に、スパッタ法によりＳｉを堆積し、ＰもしくはＡｓイオンを注入し、熱処理を行った後、レジストによりパターンを形成し、ＲＩＥを用いてＳｉをエッチングすることによりＳｉの櫛型電極を形成する工程を含むＳＡＷデバイスの作製方法とするものである。

本発明により、以下に示す効果がある。
（１）ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスを製作するとき、キャリア濃度を厳密に制御せずにエピタキシャル成長した基板、つまりキャリア濃度が十分に低くない基板を用いても、損失の小さいＳＡＷデバイスを実現できる。このため、トランジスターを用いた電子回路とＳＡＷフィルターをモノリシックに集積化できる。
（２）ＳＡＷデバイスを用いたセンサーとアンプ等の電子回路をモノリシックに集積化できるため、センサー全体を小型化できる。
（３）高温で使用できるＳＡＷフィルターを実現できる。
（４）高温で使用できるＳＡＷデバイスが実現できるため、高温で使用するＳＡＷデバイスを用いたセンサーが作製できる。
（５）ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性および高耐電圧性を、十分に活かせるＳＡＷデバイスが得られる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態として、実施例を挙げ、さらに詳細に説明する。
ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスにおいて、ナイトライド系材料にとって、良好なショットキー電極であるＮｉを薄く堆積し、Ｎｉ上にＡｌを堆積させたＮｉ／Ａｌ二層の櫛型電極構造とすることにより、キャリア濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３以上であるようなナイトライド系材料を用いて製作したＳＡＷデバイスにおいても、表面空乏層が広がることにより、電流が流れ難くなり、櫛型電極そのものの重さによる損失を増大させることなく、弾性表面波の損失を減少させることができる。Ｎｉ上にＡｌを堆積させたＮｉ／Ａｌ二層の櫛型電極構造とするのは、電極そのものの重さを極力大きくしないため、密度の大きいＮｉを極力薄くし、電圧を効率よく印加できるように電極の抵抗を低くするため、電極厚さを厚くするためである。すなわち、図４に示す従来のＡｌ単層電極の性質を極力維持しつつ、電流を流れ難くするため、Ａｌとナイトライド系材料との間に薄いＮｉを挿入した電極構造とすることである。

ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスにおいて、図２に示すように、ｎ型またはｐ型にドーピングされたナイトライド系材料を櫛型電極材料とした場合、ナイトライド系材料の融点は１０００℃以上であるため、耐熱性および耐電圧性を２倍以上に向上させ、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性および高耐電圧性を、十分に活かせるＳＡＷデバイスが得られる。すなわち、弾性表面波が伝播する材料と同一の材料を用いることにより、高耐熱性および高耐電圧性を維持できる。ｎ型またはｐ型にドーピングされたナィトライド系材料を櫛型電極材料とする場合、エピタキシャル成長により基板を製作するときに、電極材料を同時に形成できる。

ナイトライド系材料を用いたＳＡＷデバイスにおいて、図２に示すように、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉを櫛型電極材料とした場合、Ｓｉの融点が１４１０℃であるため、耐熱性および耐電圧性を２倍以上に向上させ、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性および高耐電圧性を、十分に活かせるＳＡＷデバイスが得られる。ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉは、どのような基板上にも堆積可能である。

〈実施例１〉
サファイア基板または、ＳｉＣ基板または、Ｓｉ基板上にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させた基板上に、ｉ線ステッパを用いて、０.５μｍ厚さのレジストによりパターンを形成し、Ｎｉを１００〜２００Å蒸着し、蒸着したＮｉ上にＡｌを１００〜２００Å蒸着し、リフトオフ法により、図１に示すような櫛型電極パターンを形成する。このリフトオフを用いた方法では、線幅が０.５μｍ以上のものが形成可能である。Ｎｉの厚さは、厚い場合には電極そのものの重量による弾性表面波の損失が大きくなるため極力薄くするのが望ましいが、１００〜２００Åとしたのは、１００Åより薄いと効果が現れ難くいためである。Ｎｉ上にＡｌを堆積させたＮｉ／Ａｌ二層の櫛型電極構造とするのは、電極そのものの重さを極カ大きくしないため、密度の大きいＮｉを極力薄くし、電圧を効率よく印加できるように電極の抵抗を低くするため、電極厚さを厚くするためである。すなわち、図４に示す従来のＡｌ単層電極の性質を極力維持しつつ、電流を流れ難くするため、Ａｌとナイトライド系材料との間に薄いＮｉを挿入した電極構造とすることである。電極の線幅により、弾性表面波の波長が決まり、使用する周波数が決まるため、目的により線幅を決定する。電極間距離は線幅と同じとする。図３に示す交差幅は、波長の１００倍とし、図３に示す電極１と電極２の距離は、１.５ｍｍから５ｍｍとする。

〈実施例２〉
サファィア基板または、ＳｉＣ基板または、Ｓｉ基板上にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長さぜた基板上に、蒸着またはスパッタ法によりＮｉを１００〜２００Å堆積し、堆積したＮｉ上にＡｌを１００〜２００Å堆積し、ｉ線ステッパを用いて、０.５μｍ厚さのレジストによりパターンを形成し、塩素系ガスを用いたＲＩＥによりエッチングし、櫛型電極を形成する。堆積する金属の厚さを選んだ理由は、実施例１で説明したとおりである。電極の線幅により、弾性表面波の波長が決まり、使用する周波数が決まるため、目的により線幅を決定する。電極間距離は線幅と同じとする。図３に示す交差幅は、波長の１００倍とし、図３に示す電極１と電極２の距離は、１.５ｍｍから５ｍｍとする。この方法では、０.３μｍ程度の細い線幅まで形成できる。すなわち、上記のリフトオフ法よりも波長の短い弾性表面波が伝播するＳＡＷデバイスを製作できる。

〈実施例３〉
サファイア基板または、ＳｉＣ基板または、Ｓｉ基板上にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させ、その上層に、キャリア濃度を１０^１８ｃｍ^−３以上となるようにＳｉまたはＭｇをドーピングしたＧａＮを５００〜１０００Å程度エピタキシャル成長させた基板に、ｉ線ステッパを用いて、０.５μｍ厚さのレジストによりパターンを形成し、塩素系ガスを用いたＲＩＥで、ＳｉまたはＭｇをドーピングしたＧａＮをエッチングすることにより櫛型電極を形成する。電極の線幅により、弾性表面波の波長が決まり、使用する周波数が決まるため、目的により線幅を決定する。図３に示す交差幅は、波長の１００倍とし、図３に示す電極１と電極２の距離は、１.５ｍｍから５ｍｍとする。この方法では、０.３μｍ程度の細い線幅まで形成できる。

〈実施例４〉
サファイア基板または、ＳｉＣ基板または、Ｓｉ基板上にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させた基板上に、スパツタ法によりＳｉを５００〜１０００Å堆積し、ＰまたはＡｓまたはＢイオンを注入し、９００℃以上の熱処理を行い、Ｓｉのキャリア濃度を１０^１８ｃｍ^−３以上とした後、ｉ線ステッパを用いて、０.５μｍ厚さのレジストによりパターンを形成し、フッ素系のＲＩＥを用いてＳｉをエッチングすることにより櫛型電極を形成する。電極の線幅により、弾性表面波の波長が決まり、使用する周波数が決まるため、目的により線幅を決定する。電極間距離は線幅と同じとする。図３に示す交差幅は、波長の１００倍とし、図３に示す電極１と電極２の距離は、１.５ｍｍから５ｍｍとする。この方法では、０.３μｍ程度の細い線幅まで形成できる。

本発明の実施例で例示したＮｉ／Ａｌ二層電極構造のＳＡＷデバイスの断面構造を示す模式図。本発明の実施例で例示したナイトライド系材料またはＳｉを電極に用いたＳＡＷデバイスの断面構造を示す模式図。本発明の実施例で例示したＳＡＷデバイスの平面図。従来の電極構造のＳＡＷデバイスの断面構造を示す模式図。

符号の説明

１：基板（ナイトライド系材料）
２：Ａｌ
３：Ｎｉ
４：Ｎｉ／Ａｌ二層ＩＤＴ（櫛型電極）
５：ナイトライド系材料（またはＳｉ）
６：櫛型電極

Claims

ナイトライド系材料を用いた弾性表面波デバイスにおいて、ｎ型もしくはｐ型にドーピングされたＧａＮにより櫛型電極を形成してなることを特徴とする弾性表面波デバイス。
ｎ型もしくはｐ型にドーピングされたＳｉよりなる櫛型電極を有する、ナイトライド系材料を用いた弾性表面波デバイスを作製する方法であって、ナイトライド系材料上に、スパッタ法によりＳｉを堆積し、ＰもしくはＡｓイオンを注入し、熱処理を行った後、レジストによりパターンを形成し、ＲＩＥを用いてＳｉをエッチングすることによりＳｉの櫛型電極を形成する工程を含むことを特徴とする弾性表面波デバイスの作製方法。