JPH01233819A - 弾性表面波ディバイス - Google Patents
弾性表面波ディバイスInfo
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- JPH01233819A JPH01233819A JP5931688A JP5931688A JPH01233819A JP H01233819 A JPH01233819 A JP H01233819A JP 5931688 A JP5931688 A JP 5931688A JP 5931688 A JP5931688 A JP 5931688A JP H01233819 A JPH01233819 A JP H01233819A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
弾性表面波デイバイス(SAWデイバイス)に関し、
UHF帯(1〜10 GHz)用の高安定な超高速フィ
ルタ、発振器等として用いることができ、しかも、LS
Iとの一体化が可能で紫外線露光器又は遠紫外線露光器
を光源とするフォトリソグラフィ法によってインターデ
ィジタル・トランスデューサ電極(IDT電極)を容易
に形成することができるSAWデイバイスを提供するこ
とを目的とし、 単結晶半導体基板上に形成したダイヤモンド単結晶薄膜
上に窒化アルミニウム薄膜を形成して3層複合構造とし
、窒化アルミニウム薄膜上又はダイヤモンド単結晶薄膜
と窒化アルミニウム薄膜との境界面上にIDT電極を形
成し、IDT電極を窒化アルミニウム薄膜上に形成する
場合には窒化アルミニウム薄膜の膜厚Hを1.0≦KH
≦1.3(kは波数)の範囲内とし、IDT電極をダイ
ヤモンド単結晶薄膜と窒化アルミニウム薄膜との境界面
上に形成する場合には窒化アルミニウム薄膜の膜厚Hを
1.3≦KH≦1.7(kは波数)の範囲内とし、更に
、窒化アルミニウム薄膜の膜厚Hに対するダイヤモンド
単結晶薄膜の膜厚りをD≧5Hとすることにより、レイ
リー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜と窒化アルミ
ニウム薄膜との2層膜内に閉じ込めると共にスプリアス
となるセザワ波の励振を抑圧し、もって、位相速度V−
pが約8100m/s≦Vp≦9200m/sの範囲内
の超高速レイリー波を伝播させることを可能とし、且つ
、レイリー波の実効的結合係数K”atfを0.1%以
上とする構成とする。
ルタ、発振器等として用いることができ、しかも、LS
Iとの一体化が可能で紫外線露光器又は遠紫外線露光器
を光源とするフォトリソグラフィ法によってインターデ
ィジタル・トランスデューサ電極(IDT電極)を容易
に形成することができるSAWデイバイスを提供するこ
とを目的とし、 単結晶半導体基板上に形成したダイヤモンド単結晶薄膜
上に窒化アルミニウム薄膜を形成して3層複合構造とし
、窒化アルミニウム薄膜上又はダイヤモンド単結晶薄膜
と窒化アルミニウム薄膜との境界面上にIDT電極を形
成し、IDT電極を窒化アルミニウム薄膜上に形成する
場合には窒化アルミニウム薄膜の膜厚Hを1.0≦KH
≦1.3(kは波数)の範囲内とし、IDT電極をダイ
ヤモンド単結晶薄膜と窒化アルミニウム薄膜との境界面
上に形成する場合には窒化アルミニウム薄膜の膜厚Hを
1.3≦KH≦1.7(kは波数)の範囲内とし、更に
、窒化アルミニウム薄膜の膜厚Hに対するダイヤモンド
単結晶薄膜の膜厚りをD≧5Hとすることにより、レイ
リー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜と窒化アルミ
ニウム薄膜との2層膜内に閉じ込めると共にスプリアス
となるセザワ波の励振を抑圧し、もって、位相速度V−
pが約8100m/s≦Vp≦9200m/sの範囲内
の超高速レイリー波を伝播させることを可能とし、且つ
、レイリー波の実効的結合係数K”atfを0.1%以
上とする構成とする。
本発明はUHF帯(1−10GHz)用電圧制御発振器
、帯域通過フィルタ等として使用可能な弾性表面波デイ
バイス(以下、SAWデイバイスという)に関し、更に
詳しくは、単結晶半導体基板上に形成したダイヤモンド
単結晶薄膜上に窒化アルミニウム(A I N)薄膜を
形成して3層構造としたSAWデイバイスに関する。
、帯域通過フィルタ等として使用可能な弾性表面波デイ
バイス(以下、SAWデイバイスという)に関し、更に
詳しくは、単結晶半導体基板上に形成したダイヤモンド
単結晶薄膜上に窒化アルミニウム(A I N)薄膜を
形成して3層構造としたSAWデイバイスに関する。
UHF帯(1〜10GIlz)用の電圧制御発振器や帯
域通過フィルタ等として使用可能なSAWデイバイスを
紫外線露光器或いは遠紫外線露光器を光源とするフォト
リソグラフィ法によって実現しようとした場合、紫外線
露光フォトリソグラフィ法で実現できるインターディジ
タル・トランスデューサ電極(以下、IDT電極という
)の最小電極指幅d(d=波長λ/4)は約1.0μm
であり、また、遠紫外線露光フォトリソグラフィ法で実
現 −できるEDT電極の最小電極指幅d (d−波長
λ/4)は約0.2μmであるから、弾性表面波を少な
くとも約8000m八以上の位相速度で伝播させること
ができるSAWデイバイスを実現する必要がある。また
、弾性表面波の実効的電気機械的結合係数(以下、実効
的結合係数という)に”tarfは水晶基板上を伝播す
る弾性表面波のに2trtfと同程度の約1.0%以上
にする必要がある。
域通過フィルタ等として使用可能なSAWデイバイスを
紫外線露光器或いは遠紫外線露光器を光源とするフォト
リソグラフィ法によって実現しようとした場合、紫外線
露光フォトリソグラフィ法で実現できるインターディジ
タル・トランスデューサ電極(以下、IDT電極という
)の最小電極指幅d(d=波長λ/4)は約1.0μm
であり、また、遠紫外線露光フォトリソグラフィ法で実
現 −できるEDT電極の最小電極指幅d (d−波長
λ/4)は約0.2μmであるから、弾性表面波を少な
くとも約8000m八以上の位相速度で伝播させること
ができるSAWデイバイスを実現する必要がある。また
、弾性表面波の実効的電気機械的結合係数(以下、実効
的結合係数という)に”tarfは水晶基板上を伝播す
る弾性表面波のに2trtfと同程度の約1.0%以上
にする必要がある。
更に、近年においては、SAWデイバイスの周辺回路の
LSI化に伴い、LSIとの一体化が可能なSAWデイ
バイスが要望されている。この要望に答えるためにはS
AWデイバイスにLSIと共通の単結晶半導体基板を用
いる必要がある。・〔従来の技術及び発明が解決しよう
とする課題〕SAWデイバイスをLSIと一体化するた
めにはSiやGaAs等の単結晶半導体基板をSAWデ
イバイスの基板として用いる必要がある。一方、AIN
薄膜は音速の速い弾性表面波を実現できる材料として近
年注目され、活発に研究されている圧電性半導体薄膜で
ある。
LSI化に伴い、LSIとの一体化が可能なSAWデイ
バイスが要望されている。この要望に答えるためにはS
AWデイバイスにLSIと共通の単結晶半導体基板を用
いる必要がある。・〔従来の技術及び発明が解決しよう
とする課題〕SAWデイバイスをLSIと一体化するた
めにはSiやGaAs等の単結晶半導体基板をSAWデ
イバイスの基板として用いる必要がある。一方、AIN
薄膜は音速の速い弾性表面波を実現できる材料として近
年注目され、活発に研究されている圧電性半導体薄膜で
ある。
そこで、まず、AIN薄膜をSi単結晶基板上にスパッ
タリング蒸着してSAWデイバイスを構成することを考
える。この構成は、温度補償可能であり、実効的結合係
数Ktaffも最大で0.5%と比較的大きいので有効
なデイバイスである。しかし、第9図にその弾性表面波
(レイリー波)の速度分布特性を示すように、その位相
速度Vpは最高値で約5500+++/sであり、零温
度係数を与える厚みk)i(kは波数)が約1.4のと
きにはV−p#4950III/sであるため、IGH
zから1QGHzまでのいわゆるUHF帯の受動デイバ
イスを実現するにはその位相速度が小さすぎる。
タリング蒸着してSAWデイバイスを構成することを考
える。この構成は、温度補償可能であり、実効的結合係
数Ktaffも最大で0.5%と比較的大きいので有効
なデイバイスである。しかし、第9図にその弾性表面波
(レイリー波)の速度分布特性を示すように、その位相
速度Vpは最高値で約5500+++/sであり、零温
度係数を与える厚みk)i(kは波数)が約1.4のと
きにはV−p#4950III/sであるため、IGH
zから1QGHzまでのいわゆるUHF帯の受動デイバ
イスを実現するにはその位相速度が小さすぎる。
AIN薄膜が第6図に示す構成の場合、すなわちZ−X
面が無限に拡がった面であり、Y−X面は一様であると
した場合、厚みすべり波の位相速度Vsが約6000m
/s、レイリー波の位相速度Vpが約5600a+/s
と高速性を有しており、高速デイバイスを実現できる可
能性を有しているにも拘らず、AI!N/St又はAI
N/5iOz/Siという構成でk H#1.4のとき
のレイリー波の位相速度Vpが5000m/s以下とな
ってしまうのは、基板であるSi単結晶の弾性的性質に
原因がある。すなわち1、Si単結晶が第6図と同様の
構成の場合には、厚みすべり波の位相速度Vsが約58
00m/s、 レイリー波の位相速度Vpが約490
0m/sと遅いため、AJN/Stという複合体内では
レイリー波(1次)のみが伝播し、その高次モードの弾
性表面波は伝播できなくなくなり、しかも、その位相速
度はAI!N単体でのレイリー波の位相速度よりも遅く
なるからであると考えられる。
面が無限に拡がった面であり、Y−X面は一様であると
した場合、厚みすべり波の位相速度Vsが約6000m
/s、レイリー波の位相速度Vpが約5600a+/s
と高速性を有しており、高速デイバイスを実現できる可
能性を有しているにも拘らず、AI!N/St又はAI
N/5iOz/Siという構成でk H#1.4のとき
のレイリー波の位相速度Vpが5000m/s以下とな
ってしまうのは、基板であるSi単結晶の弾性的性質に
原因がある。すなわち1、Si単結晶が第6図と同様の
構成の場合には、厚みすべり波の位相速度Vsが約58
00m/s、 レイリー波の位相速度Vpが約490
0m/sと遅いため、AJN/Stという複合体内では
レイリー波(1次)のみが伝播し、その高次モードの弾
性表面波は伝播できなくなくなり、しかも、その位相速
度はAI!N単体でのレイリー波の位相速度よりも遅く
なるからであると考えられる。
一方、AIN薄膜をGaAs単結晶基板上にスパッタリ
ング蒸着し°ζSAWデイバイスを構成した場合の弾性
表面波(レイリー波)の速度分散特性を第10図に示す
。GaΔS単結晶はSi単結晶の約5倍の電子速度を有
していることから最近注目されている基板である。しか
し、第1O図から判るように、Aj!N/GaAsの複
合構造においてはレイリー波の位相速度Vpが2700
m/sく■pく3100mへの範囲内にすぎないので、
IG)Izから10GtlzまでのUHF帯の受動デイ
バイスを実現するにはその位相速度が小さ過ぎる。
ング蒸着し°ζSAWデイバイスを構成した場合の弾性
表面波(レイリー波)の速度分散特性を第10図に示す
。GaΔS単結晶はSi単結晶の約5倍の電子速度を有
していることから最近注目されている基板である。しか
し、第1O図から判るように、Aj!N/GaAsの複
合構造においてはレイリー波の位相速度Vpが2700
m/sく■pく3100mへの範囲内にすぎないので、
IG)Izから10GtlzまでのUHF帯の受動デイ
バイスを実現するにはその位相速度が小さ過ぎる。
したがって、本発明は、U HF帯(1−10・Gtl
z)用の高安定な超高速フィルタ、発振器等として用い
ることができ、しかも、LSIとの一体化が可能で紫外
線露光器又は遠紫外線露光器を光源とするフォトリソグ
ラフィ法によってインク・−ディジタル・トランスデユ
ーサ電極(I DT電極)を容易に形成することができ
るSAWデイバイスを実現することを目的とする。
z)用の高安定な超高速フィルタ、発振器等として用い
ることができ、しかも、LSIとの一体化が可能で紫外
線露光器又は遠紫外線露光器を光源とするフォトリソグ
ラフィ法によってインク・−ディジタル・トランスデユ
ーサ電極(I DT電極)を容易に形成することができ
るSAWデイバイスを実現することを目的とする。
本発明に従うSAWデイバイスは、単結晶半導体基板上
に形成したダイヤモンド単結晶薄膜上にAlNl膜を形
成して3層複合構造とし、/IN薄膜上又はダイヤモン
ド単結晶薄膜とAIN薄膜との境界面上にEDT電極を
形成し、IDT電極をAIN薄膜上に形成する場合には
A7!N薄膜の膜厚Hを1.0≦KH≦1.3(kは波
数)の範囲内とし、IDT電極をダイヤモンド単結晶薄
膜とAl1NI膜との境界面上に形成する場合にはAI
N薄膜の膜厚Hを1.3≦KH≦1.7(kは波数)の
範囲内とし、更に、AIN薄膜の膜厚Hに対するダイヤ
モンド単結晶薄膜の膜厚りをD≧5Hとすることにより
レイリー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜とAIN
薄膜との2層膜内に閉じ込めると共にスプリアスとなる
セザワ波の励振を抑制することができるように構成する
。
に形成したダイヤモンド単結晶薄膜上にAlNl膜を形
成して3層複合構造とし、/IN薄膜上又はダイヤモン
ド単結晶薄膜とAIN薄膜との境界面上にEDT電極を
形成し、IDT電極をAIN薄膜上に形成する場合には
A7!N薄膜の膜厚Hを1.0≦KH≦1.3(kは波
数)の範囲内とし、IDT電極をダイヤモンド単結晶薄
膜とAl1NI膜との境界面上に形成する場合にはAI
N薄膜の膜厚Hを1.3≦KH≦1.7(kは波数)の
範囲内とし、更に、AIN薄膜の膜厚Hに対するダイヤ
モンド単結晶薄膜の膜厚りをD≧5Hとすることにより
レイリー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜とAIN
薄膜との2層膜内に閉じ込めると共にスプリアスとなる
セザワ波の励振を抑制することができるように構成する
。
本発明によるSAWデイバイスの構成によれば、レイリ
ー波を用いてその位相速度Vpを約8100頂/S≦V
p≦9200111/sの範囲内とすることができるの
で、紫外線露光器或いは遠紫外線露光器を用いたフォト
リソグラフィ法によるIDT電極の形成が可能なU H
F帯(I GHz〜10 G11z)用フィルタや発振
器を実現できることとなる。
ー波を用いてその位相速度Vpを約8100頂/S≦V
p≦9200111/sの範囲内とすることができるの
で、紫外線露光器或いは遠紫外線露光器を用いたフォト
リソグラフィ法によるIDT電極の形成が可能なU H
F帯(I GHz〜10 G11z)用フィルタや発振
器を実現できることとなる。
また、実効的結合係数K”*trを水晶基板内を伝播す
る弾性表面波の実効的結合係数と同程度の0.1≧とす
ることができ、しかも、スプリアスとなるセザワ波の励
振を抑制することができるので、高安定なUHF帯SA
Wデイバイスを実現できることとなる。
る弾性表面波の実効的結合係数と同程度の0.1≧とす
ることができ、しかも、スプリアスとなるセザワ波の励
振を抑制することができるので、高安定なUHF帯SA
Wデイバイスを実現できることとなる。
更に、単結晶半導体基板を有しているので、LSIとの
一体化が可能となる。
一体化が可能となる。
C実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。
。
本発明においては、A&N膜の高速性を有効に生かし、
且つ、SiやGaAs等の単結晶半導体基板を使ってL
SIとの整合性を保ちながら高速のSAWデイバイスを
実現することを考える。
且つ、SiやGaAs等の単結晶半導体基板を使ってL
SIとの整合性を保ちながら高速のSAWデイバイスを
実現することを考える。
そこで、SAWデイバイスを第7図に示す3層構成とし
、且つ、弾性表面波のエネルギは図の1゜Hの2層部分
にのみ閉じ込めることとする。1層は厚さ方向にC軸配
向したAIN薄膜である。C軸配向のAIN薄膜はマグ
ネトロンスパッタリング等のPVD法により形成するこ
とができる。■層としては最近スピーカ用振動板等とし
て実用化されている人工合成ダイヤモンド単結晶薄膜を
用いる。このダイヤモンド単結晶薄膜はメタンガスと水
素ガス(CH,→−02)を用いた化学気相成長法(C
VD法)やイオンビームスパッタリング等による物理蒸
着法(PVD法)により単結晶半導体基板上やガラス基
板上に形成することができる。このダイヤモンド単結晶
薄膜立方晶系(m3m)に属する真性半導体であり、S
i単結晶やGe単結晶と同等の対称性(結晶構造)を有
する。
、且つ、弾性表面波のエネルギは図の1゜Hの2層部分
にのみ閉じ込めることとする。1層は厚さ方向にC軸配
向したAIN薄膜である。C軸配向のAIN薄膜はマグ
ネトロンスパッタリング等のPVD法により形成するこ
とができる。■層としては最近スピーカ用振動板等とし
て実用化されている人工合成ダイヤモンド単結晶薄膜を
用いる。このダイヤモンド単結晶薄膜はメタンガスと水
素ガス(CH,→−02)を用いた化学気相成長法(C
VD法)やイオンビームスパッタリング等による物理蒸
着法(PVD法)により単結晶半導体基板上やガラス基
板上に形成することができる。このダイヤモンド単結晶
薄膜立方晶系(m3m)に属する真性半導体であり、S
i単結晶やGe単結晶と同等の対称性(結晶構造)を有
する。
(001)面ダイヤモンド単結晶薄膜においては、その
厚みすべり波の位相速度Vs’は約12800m/s、
レイリー波の位相速度Vp/は約11500mis
と非常に速く、上記I+■の構成においては、。
厚みすべり波の位相速度Vs’は約12800m/s、
レイリー波の位相速度Vp/は約11500mis
と非常に速く、上記I+■の構成においては、。
次式の関係が成立する。
Vs ’ >Vp ’ >Vs>Vp
に式から、5500m/s〜12800m/sの速度範
囲内にレイリー波とその高次波であるセザワ波が発生す
ることが予想される。そこで1.第7図に示す(Si又
はGaAs)単結晶半導体基板/ダイヤモンド単結晶薄
膜/Ai!N薄膜の3層構成この3層複合構造において
、ダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚をDとし、AlN薄膜
の膜厚をHとすると、第8図fa)に示すように、ダイ
ヤモンド単結晶薄膜の膜厚りがAIN膜の膜厚Hに比べ
てD〈Hとなれば、弾性表面波はSt又はGaAsの結
晶内まで浸透してGaAs又はSLのバルク波と強く結
合することとなるので、目標値であるVp≧8000m
/sを実現することができない。
囲内にレイリー波とその高次波であるセザワ波が発生す
ることが予想される。そこで1.第7図に示す(Si又
はGaAs)単結晶半導体基板/ダイヤモンド単結晶薄
膜/Ai!N薄膜の3層構成この3層複合構造において
、ダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚をDとし、AlN薄膜
の膜厚をHとすると、第8図fa)に示すように、ダイ
ヤモンド単結晶薄膜の膜厚りがAIN膜の膜厚Hに比べ
てD〈Hとなれば、弾性表面波はSt又はGaAsの結
晶内まで浸透してGaAs又はSLのバルク波と強く結
合することとなるので、目標値であるVp≧8000m
/sを実現することができない。
一方、第8図(b)に示すように、D>Hとすれば、弾
性表面波がダイヤモンド単結晶薄膜とAlN薄膜との2
層膜内のみに閉じ込められることとなるので、8000
n/s以上の位相速度を有する高速弾性表面波を実現す
ることができる。
性表面波がダイヤモンド単結晶薄膜とAlN薄膜との2
層膜内のみに閉じ込められることとなるので、8000
n/s以上の位相速度を有する高速弾性表面波を実現す
ることができる。
そこで、先ず、ダイヤモンド単結晶薄膜は十分膜J¥が
厚い(D>H)として、ダイヤモンド単結晶薄膜とAl
N薄膜との2層構造を伝播する弾性表面波を解析するこ
ととする。
厚い(D>H)として、ダイヤモンド単結晶薄膜とAl
N薄膜との2層構造を伝播する弾性表面波を解析するこ
ととする。
弾性表面波は基板面に平行に、すなわち〔1・00〕方
向へ伝播するとする。解析は、場の方定式に各境界面に
おける境界条件を適用して、大型計算機を用いて求める
ことができる。
向へ伝播するとする。解析は、場の方定式に各境界面に
おける境界条件を適用して、大型計算機を用いて求める
ことができる。
第11図はダイヤモンド単結晶薄膜とAlN薄膜との2
層構造におけるAlN薄膜の膜厚Hと弾性表面波の波数
にとの積kHに対する弾性表面波の分散特性の解析結果
を示したものである。
層構造におけるAlN薄膜の膜厚Hと弾性表面波の波数
にとの積kHに対する弾性表面波の分散特性の解析結果
を示したものである。
第11図において、曲線aはレイリー波の基本波モード
であり、曲線すはセザワ波の基本波モードである。セザ
ワ波はkH≧1.7のとき励起され、k l−I Sl
、 7ではセザワ波はダイヤモンド単結晶薄膜内のバル
ク波と結合し疑似弾性表面波(漏洩表面波)となる。レ
イリー波を用いて受動デイバイスを構成する場合、セザ
ワ波は不要成分(スプリアス)となるから、kH≦1.
7で構成することが好ましい。kH≦1.7ではレイリ
ー波の位相速度Vpは約8000m八以上となる。
であり、曲線すはセザワ波の基本波モードである。セザ
ワ波はkH≧1.7のとき励起され、k l−I Sl
、 7ではセザワ波はダイヤモンド単結晶薄膜内のバル
ク波と結合し疑似弾性表面波(漏洩表面波)となる。レ
イリー波を用いて受動デイバイスを構成する場合、セザ
ワ波は不要成分(スプリアス)となるから、kH≦1.
7で構成することが好ましい。kH≦1.7ではレイリ
ー波の位相速度Vpは約8000m八以上となる。
そこで、次に、レイリー波についての実効的結合係数に
2.f、の目標値(K”eff≧0.1%)の実現可能
性について考察することとする。実効的結合係数に’a
ffは圧電的に弾性表面波を励振できる強さに関するバ
ロメータとなる。
2.f、の目標値(K”eff≧0.1%)の実現可能
性について考察することとする。実効的結合係数に’a
ffは圧電的に弾性表面波を励振できる強さに関するバ
ロメータとなる。
この実効的結合係数K”offを考察する場合、電極の
配置形態としては4通りを考えることができる。すなわ
ち1、第1の形態はダイヤモンド単結晶薄膜とA、 l
N薄膜との境界面上にIDT電極を設けた構成であり
、第2の配置形態はIDT電極をAlN薄膜上に形成し
た構成であり、第3の形態はダイヤモンド単結晶薄膜と
AINI膜との境界面上にIDT電掻を設は且つAlN
薄膜上に接地電極を設けた構成であり、第4の配置形態
はA&N薄膜上にrDT電極を設けてダイヤモンド単結
晶薄膜とAlN薄膜との境界面上に接地電極を設けた構
成である。
配置形態としては4通りを考えることができる。すなわ
ち1、第1の形態はダイヤモンド単結晶薄膜とA、 l
N薄膜との境界面上にIDT電極を設けた構成であり
、第2の配置形態はIDT電極をAlN薄膜上に形成し
た構成であり、第3の形態はダイヤモンド単結晶薄膜と
AINI膜との境界面上にIDT電掻を設は且つAlN
薄膜上に接地電極を設けた構成であり、第4の配置形態
はA&N薄膜上にrDT電極を設けてダイヤモンド単結
晶薄膜とAlN薄膜との境界面上に接地電極を設けた構
成である。
第12図及び第13図は上述した4通りの電極配置形態
を採用した場合のレイリー波の実効的結合係数K”af
tのkH依存性の解析結果を示したものである。第12
図及び第13図から、k H≦1.7の条件下でK”a
ff≧0.1%を満足するためのk I(の範囲は次の
通りである。
を採用した場合のレイリー波の実効的結合係数K”af
tのkH依存性の解析結果を示したものである。第12
図及び第13図から、k H≦1.7の条件下でK”a
ff≧0.1%を満足するためのk I(の範囲は次の
通りである。
■ IDT電極をAlN薄膜上に設け、接地電極は使用
しない場合(第12図の曲線c)、0.7≦KH≦1.
3゜ ■ IDT電極をlI!N薄膜上に設け、接地電極をダ
イヤモン(・単結晶薄膜とAIN薄膜との境界面上に設
ける場合(第13図の曲線e>、o、2≦k H≦1.
1゜ ■ IDT電極をダイヤモンド単結晶薄膜とAIN薄膜
との境界面上に設ける場合(第12図の曲線d及び第1
3図の曲線f)、1.3≦KH≦1.7゜ 次に、レイリー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜と
AIN薄膜との2層膜内に閉じ込めるために必要なダイ
ヤモンド単結晶膜の膜厚りについて考える。
しない場合(第12図の曲線c)、0.7≦KH≦1.
3゜ ■ IDT電極をlI!N薄膜上に設け、接地電極をダ
イヤモン(・単結晶薄膜とAIN薄膜との境界面上に設
ける場合(第13図の曲線e>、o、2≦k H≦1.
1゜ ■ IDT電極をダイヤモンド単結晶薄膜とAIN薄膜
との境界面上に設ける場合(第12図の曲線d及び第1
3図の曲線f)、1.3≦KH≦1.7゜ 次に、レイリー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜と
AIN薄膜との2層膜内に閉じ込めるために必要なダイ
ヤモンド単結晶膜の膜厚りについて考える。
第14図は、k Hを0.1.1及び3としたときのレ
イリー波の変位の相対振幅の深さ(Z軸方向)依存性に
ついての解析結果を示したものである。
イリー波の変位の相対振幅の深さ(Z軸方向)依存性に
ついての解析結果を示したものである。
第14図において、横軸は、ダイヤモンド単結晶薄膜と
AIN薄膜との境界面からのZ軸方向の距離をAI!N
薄膜の膜厚Hで除した値Z/Hで表したものである。実
線の特性曲線UzはZ軸成分の相対振幅値であり、破線
の特性曲線UxはX軸成分の相対振幅値である。
AIN薄膜との境界面からのZ軸方向の距離をAI!N
薄膜の膜厚Hで除した値Z/Hで表したものである。実
線の特性曲線UzはZ軸成分の相対振幅値であり、破線
の特性曲線UxはX軸成分の相対振幅値である。
第14図から判るように、kH≦1.0のときにはレイ
リー波の浸透深さが6Hよりも遥かに深くなりダイヤモ
ンド単結晶薄膜の形成コストが高く′なるので、kH≧
1とすることが望ましい。一方、1、0≦KH≦1.7
の範囲ではダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚りをD≧5H
とすれば、レイリー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄
膜とAIN薄膜との2層内に閉じ込めることができる。
リー波の浸透深さが6Hよりも遥かに深くなりダイヤモ
ンド単結晶薄膜の形成コストが高く′なるので、kH≧
1とすることが望ましい。一方、1、0≦KH≦1.7
の範囲ではダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚りをD≧5H
とすれば、レイリー波を実質的にダイヤモンド単結晶薄
膜とAIN薄膜との2層内に閉じ込めることができる。
よって、以上の解析結果から、IDT電極をAIN薄膜
上に形成する場合(この場合、ダイヤモンド単結晶薄膜
とAIN薄膜との境界面に接地電極は設けない) 、A
IN薄膜の膜厚Hを1.0≦KH≦1.3の範囲内で制
御し、IDT電極をダイヤモンド単結晶薄膜とAI!N
薄膜との境界面上に設ける場合(この場合、AIN薄膜
上に接地電極を設けてもよい)、Aj!Ni膜の膜厚H
を1.3≦KH≦1.7の範囲内で制御すればよいこと
が判る。
上に形成する場合(この場合、ダイヤモンド単結晶薄膜
とAIN薄膜との境界面に接地電極は設けない) 、A
IN薄膜の膜厚Hを1.0≦KH≦1.3の範囲内で制
御し、IDT電極をダイヤモンド単結晶薄膜とAI!N
薄膜との境界面上に設ける場合(この場合、AIN薄膜
上に接地電極を設けてもよい)、Aj!Ni膜の膜厚H
を1.3≦KH≦1.7の範囲内で制御すればよいこと
が判る。
1.0≦KH≦1.7のとき、第12図から、レイリー
波の位相速度は約81000m八へVp≦9200s/
sであるから、超高速な弾性表面波を伝播させることが
可能となる。この弾性表面波を利用すれば、例えば正規
形IDT電極を用いてIGtlz用トランスバーサル形
フィルタとして形成するならば、正規形IDT!極の電
極指幅dは2μI11〜2.3μmとなり、通常の紫外
線露光器を用いたフォトリソグラフィ法で実現可能であ
る。−方、1OGH2のフィルタの場合、電極指幅dは
062μm〜0.23μmとなるので、遠紫外&?!露
光器を用いたフォトリソグラフィ法で十分実現可能であ
る。
波の位相速度は約81000m八へVp≦9200s/
sであるから、超高速な弾性表面波を伝播させることが
可能となる。この弾性表面波を利用すれば、例えば正規
形IDT電極を用いてIGtlz用トランスバーサル形
フィルタとして形成するならば、正規形IDT!極の電
極指幅dは2μI11〜2.3μmとなり、通常の紫外
線露光器を用いたフォトリソグラフィ法で実現可能であ
る。−方、1OGH2のフィルタの場合、電極指幅dは
062μm〜0.23μmとなるので、遠紫外&?!露
光器を用いたフォトリソグラフィ法で十分実現可能であ
る。
第1図及び第2図は本発明によるSAWデイバイスの第
1実施例を示すものである。これらの図において、1は
St単結晶、GaAs単結晶等からなる単結晶半導体基
板、2はダイヤモンド単結晶薄膜、3はC軸配向のAI
N薄膜、4はAlN薄膜3上に形成されたIDT’電極
である。この実施例において、ダイヤモンド単結晶薄膜
2の膜厚り及びAIN薄膜3の膜厚I4は、1.0≦k
H≦1.3.0≧5Hの条件を満足するように設定さ
れる。
1実施例を示すものである。これらの図において、1は
St単結晶、GaAs単結晶等からなる単結晶半導体基
板、2はダイヤモンド単結晶薄膜、3はC軸配向のAI
N薄膜、4はAlN薄膜3上に形成されたIDT’電極
である。この実施例において、ダイヤモンド単結晶薄膜
2の膜厚り及びAIN薄膜3の膜厚I4は、1.0≦k
H≦1.3.0≧5Hの条件を満足するように設定さ
れる。
第3図及び第4図は本発明の第2実施例を示すものであ
る。この実施例ではダイヤモンド単結晶薄膜2とC軸配
向のAIN薄膜3との境界面上にIDT電極4が設けら
れている。更に、第5図は本発明の第3実施例を示すも
のである。この実施例ではダイヤモンド単結晶薄膜2と
C軸配向のAjtN薄膜3との境界面上にIDT電極4
が設けられ、且つ、AlN薄膜3上に接地電極5が設け
られている。これら第2及び第3実施例において、ダイ
ヤモンド単結晶薄膜2の膜厚り及びAAN薄膜3の膜厚
Hは、1.3≦KH≦1.7.D≧5Hの条件を満足す
るように設定される。
る。この実施例ではダイヤモンド単結晶薄膜2とC軸配
向のAIN薄膜3との境界面上にIDT電極4が設けら
れている。更に、第5図は本発明の第3実施例を示すも
のである。この実施例ではダイヤモンド単結晶薄膜2と
C軸配向のAjtN薄膜3との境界面上にIDT電極4
が設けられ、且つ、AlN薄膜3上に接地電極5が設け
られている。これら第2及び第3実施例において、ダイ
ヤモンド単結晶薄膜2の膜厚り及びAAN薄膜3の膜厚
Hは、1.3≦KH≦1.7.D≧5Hの条件を満足す
るように設定される。
第1図ないし第5図から判るように、SAWデイバイス
は34単結晶、GaAs単結晶等からなる単結晶半導体
基板1を有しているので、単結晶半導体基板lを共i1
1基板として周辺のLSI(図示せず)と一体に形成す
ることが可能であり、また、LSIとの電気的接続はA
I SA u等の導体薄膜6によって容易に行なうこ
とができる。
は34単結晶、GaAs単結晶等からなる単結晶半導体
基板1を有しているので、単結晶半導体基板lを共i1
1基板として周辺のLSI(図示せず)と一体に形成す
ることが可能であり、また、LSIとの電気的接続はA
I SA u等の導体薄膜6によって容易に行なうこ
とができる。
更に、SAWデイバイスの中間層として採用したダイA
・モンド単結晶薄膜はそれ自体が真性半導体であるから
、ダイヤモンド゛単結晶薄膜内に例えばホウ素B・やイ
ンジウムInを1・−ブすればP型半導体として利用で
き、また、リンPや砒素Asを)・−ブすればN型半導
体として利用でき、半導体製作工程内で同時に製作処理
可能となる。
・モンド単結晶薄膜はそれ自体が真性半導体であるから
、ダイヤモンド゛単結晶薄膜内に例えばホウ素B・やイ
ンジウムInを1・−ブすればP型半導体として利用で
き、また、リンPや砒素Asを)・−ブすればN型半導
体として利用でき、半導体製作工程内で同時に製作処理
可能となる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、単結
晶半導体基板とダイヤモンド単結晶薄膜とAlN薄膜と
の3層構造において、レイリー波を実質的にダイヤモン
ド単結晶薄膜とAlN7J膜との2層膜内に閉じ込める
と共にスプリアスとなるセザワ波の励振を抑制し、且つ
、レイリー波の実効的結合係数K”afrを0.1%以
上とすることができるので、U HF帯(I Gtlz
” 10 G11z)用の電圧制御発振器、帯域通過フ
ィルタ等として用いることができ、しかも、LSIとの
一体化が可能で紫外線露光フォトリソグラフィ法による
電極パターンの形成が可能なSAWデイバイスを提供す
ることができる。
晶半導体基板とダイヤモンド単結晶薄膜とAlN薄膜と
の3層構造において、レイリー波を実質的にダイヤモン
ド単結晶薄膜とAlN7J膜との2層膜内に閉じ込める
と共にスプリアスとなるセザワ波の励振を抑制し、且つ
、レイリー波の実効的結合係数K”afrを0.1%以
上とすることができるので、U HF帯(I Gtlz
” 10 G11z)用の電圧制御発振器、帯域通過フ
ィルタ等として用いることができ、しかも、LSIとの
一体化が可能で紫外線露光フォトリソグラフィ法による
電極パターンの形成が可能なSAWデイバイスを提供す
ることができる。
第1図は本発明の第1実施例を示すSAWデイバイスの
概略縦断面図、 第2図は第1図に示すSAWデイバイスの第1図中■−
■線に沿った要部断面図、 第3図は本発明の第2実施例を示すSAWデイバイスの
縦断面図、 第4図は第3図に示すSAWデイバイスの第3図中TV
−TV線に沿った要部断面図、第5図は本発明の第2実
施例を示すSAWデイバイスの縦断面図、 第6図はAIN膜の構造及び座標軸を示す図、第7図は
Si又はGaAsからなる単結晶半導体基板とダイヤモ
ンド単結晶薄膜とAI!N薄膜との3層構造及び座標軸
を示す図、 第8図はAlN薄膜に対するダイヤモンド単結晶薄膜の
膜厚と弾性表面波の浸透深さとの関係を示す図、 第9図は(0001)面AlN薄膜と(001)面(1
00)方向Si単結晶との2層構造にける弾性表面波の
位相速度のkH依存性を示す図、第10図は(0001
)面AlN薄膜と(αOf)面(100)方向GaAs
単結晶との2層構造における弾性表面波の位相速度のk
H依存性を示す図、 第11図は(OOO1)面AlN薄膜と(001)而(
100)方向ダイヤモンド単結晶薄膜との2層構造にお
ける弾性表面波の位相速度のkH依存性を示す図、 第12図及び第13図はそれぞれ(0001)面AlN
薄膜と(100)面(100)方向ダイヤモンド単結晶
薄膜との2層構造におけるレイリー波の実効的結合係数
K”a f fのk H依存性を示す図、 第14図は(0001)面AlN薄膜と(100)面(
100)方向ダイヤモンド単結晶薄膜との2層構造にお
けるレイリー波の変位の相対振幅の深さ依存性を示す図
である。 図において、1は単結晶半導体基板、2はダイヤモンド
単結晶薄膜、3はAINWt膜、4はIDT電極、5は
接地電極、6は導体薄膜をそれぞれ示す。
概略縦断面図、 第2図は第1図に示すSAWデイバイスの第1図中■−
■線に沿った要部断面図、 第3図は本発明の第2実施例を示すSAWデイバイスの
縦断面図、 第4図は第3図に示すSAWデイバイスの第3図中TV
−TV線に沿った要部断面図、第5図は本発明の第2実
施例を示すSAWデイバイスの縦断面図、 第6図はAIN膜の構造及び座標軸を示す図、第7図は
Si又はGaAsからなる単結晶半導体基板とダイヤモ
ンド単結晶薄膜とAI!N薄膜との3層構造及び座標軸
を示す図、 第8図はAlN薄膜に対するダイヤモンド単結晶薄膜の
膜厚と弾性表面波の浸透深さとの関係を示す図、 第9図は(0001)面AlN薄膜と(001)面(1
00)方向Si単結晶との2層構造にける弾性表面波の
位相速度のkH依存性を示す図、第10図は(0001
)面AlN薄膜と(αOf)面(100)方向GaAs
単結晶との2層構造における弾性表面波の位相速度のk
H依存性を示す図、 第11図は(OOO1)面AlN薄膜と(001)而(
100)方向ダイヤモンド単結晶薄膜との2層構造にお
ける弾性表面波の位相速度のkH依存性を示す図、 第12図及び第13図はそれぞれ(0001)面AlN
薄膜と(100)面(100)方向ダイヤモンド単結晶
薄膜との2層構造におけるレイリー波の実効的結合係数
K”a f fのk H依存性を示す図、 第14図は(0001)面AlN薄膜と(100)面(
100)方向ダイヤモンド単結晶薄膜との2層構造にお
けるレイリー波の変位の相対振幅の深さ依存性を示す図
である。 図において、1は単結晶半導体基板、2はダイヤモンド
単結晶薄膜、3はAINWt膜、4はIDT電極、5は
接地電極、6は導体薄膜をそれぞれ示す。
Claims (2)
- 1.単結晶半導体基板(1)上に形成したダイヤモンド
単結晶薄膜(2)上に窒化アルミニウム薄膜(3)を形
成して3層複合構造とし、 窒化アルミニウム薄膜(3)上にインターディジタル・
トランスデューサ電極(4)を形成し、窒化アルミニウ
ム薄膜(3)の膜厚Hを1.0≦KH≦1.3(kは波
数)の範囲内とし、 窒化アルミニウム薄膜(3)の膜厚Hに対するダイヤモ
ンド単結晶薄膜(2)の膜厚DをD≧5Hとしたことを
特徴とする弾性表面波ディバイス。 - 2.単結晶半導体基板(1)上に形成したダイヤモンド
単結晶薄膜(2)上に窒化アルミニウム薄膜(3)を形
成して3層複合構造とし、 ダイヤモンド単結晶薄膜(2)と窒化アルミニウム薄膜
(3)との境界面上にインターディジタル・トランスデ
ューサ電極(4)を形成し、窒化アルミニウム薄膜(3
)の膜厚Hを1.3≦KH≦1.7(kは波数)の範囲
内とし、 窒化アルミニウム薄膜(3)の膜厚Hに対するダイヤモ
ンド単結晶薄膜(2)の膜厚DをD≧5Hとしたことを
特徴とする弾性表面波ディバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5931688A JPH01233819A (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 弾性表面波ディバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5931688A JPH01233819A (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 弾性表面波ディバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01233819A true JPH01233819A (ja) | 1989-09-19 |
Family
ID=13109834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5931688A Pending JPH01233819A (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 弾性表面波ディバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01233819A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0363495A1 (en) * | 1988-03-17 | 1990-04-18 | Fujitsu Limited | Surface acoustic wave device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5631213A (en) * | 1979-08-24 | 1981-03-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Surface elastic wave element |
JPS5864815A (ja) * | 1981-10-14 | 1983-04-18 | Nobuo Mikoshiba | 弾性表面波素子 |
JPS58156217A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-17 | Nobuo Mikoshiba | 弾性表面波素子 |
JPS5964908A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-13 | Nobuo Mikoshiba | 弾性表面波素子 |
JPS60119114A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-26 | Murata Mfg Co Ltd | 表面波装置 |
-
1988
- 1988-03-15 JP JP5931688A patent/JPH01233819A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5631213A (en) * | 1979-08-24 | 1981-03-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Surface elastic wave element |
JPS5864815A (ja) * | 1981-10-14 | 1983-04-18 | Nobuo Mikoshiba | 弾性表面波素子 |
JPS58156217A (ja) * | 1982-03-11 | 1983-09-17 | Nobuo Mikoshiba | 弾性表面波素子 |
JPS5964908A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-13 | Nobuo Mikoshiba | 弾性表面波素子 |
JPS60119114A (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-26 | Murata Mfg Co Ltd | 表面波装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0363495A1 (en) * | 1988-03-17 | 1990-04-18 | Fujitsu Limited | Surface acoustic wave device |
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