JPH01236712A - 弾性表面波ディバイス - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔４既　　要〕 弾性表面波デイバイスに関し、 ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯までの広い周波数範囲にわたる高
安定な広帯域電圧制御発振器、広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
ンの形成が可能な弾性表面波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、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インターディジタル・トランス
デューサ電極を形成し、窒化アルミニウム’ｉｉＪ膜の
膜厚Ｈを１．９≦ｋＨ≦３．０（ｋは波数）の範囲内と
し、且つ、ダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚りと窒化アル
ミニウム薄膜の膜厚Ｈとの関係を２Ｈ≦Ｄ≦６　Ｈの範
囲内とすることにより、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２Ｎ膜内に
閉じ込めると共にスプリアスとなるセザワ波の結合度を
抑圧し、且つ、レイリー波の実効的結合係数ＫＺａｆｆ
を１．０％以上とする構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明はＶ　ＨＦ帯からＵＨＦ帯（１，８０１１ｚ）ま
での広い周波数範囲にわたる広帯域電圧制御発振器、広
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ディハ・イスという）に関し、更に
詳しくは、単結晶半導体群板と窒化アルミニウム（Ａ　
／　Ｎ）薄膜との間にダイヤモンド単結晶薄膜を設けて
３層構造としたＳＡＷデイバイスに関する。

ＳＡＷデイバイスを用いて広帯域電圧制御発振器や広帯
域通過フィルタ等を実現するためには、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”ａｆ？
の大きな圧電材料（目標としては、Ｋ２□、２１．０％
）を選択する必要がある。

また、ＳＡＷデイバイスを安価に製造するためには紫外
線露光器を光源とした通常のフォトリソグラフィ法でイ
ンターディジタル・トランスデューサ電極（以下、ＴＤ
Ｔ電極という）形成できるようにする必要があり、その
ためには、ＩＤＴ電極の電極指幅ｄ　（ｄ−λ　（波長
）／４）を紫外線露光フォトリソグラフィ法の最小値で
ある０、　９μｍ以上にする必要がある。この場合、使
用周波数帯域がＶＨＦ帯（１００Ｍｔｌｚ）からＵＨＦ
帯（ｌ、８Ｇｌｌｚ）までの広い高周波範囲にわたる広
帯域ＳＡＷデイバイスを実現するためには、弾性表面波
の伝ＩＩ速度（位相速度）を約６５００ｍ／ｓ以上とす
る必要がある（Ｖｐ＝１．８ＧＩＩｚｘ４ｄ＝６５００
ｍ／ｓ）。

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〕実効的
結合係数Ｋ”＠ｔｆが１．０以上の圧電材料としては、
従来より、Ｌ　ｉｚ　Ｂ４Ｏ１，単結晶の（１１０）面
Ｚ方向伝播でに”ａｔｔ＝１．０％、ＬｉＮｂ０．単結
晶の１２８°Ｙ力ツト面Ｘ方向伝播でＫ”−ｒｅ　＝５
．５％、Ｂ　ｌ　ｚ　Ｇ　ｅ　Ｏｚｏ単結晶の（ｌ　Ｏ
Ｏ）面＜０１１＞方向伝播でＫ”１ｌｒｅ　−１，５％
、ＺｎＯ／Ｓｉ基板構造の＜ｉｏｏ＞方向伝播でに２−
ｔｔ　＝４．７％（セザワ波利用）等が実現されている
。

しかしながら、上述した圧電材料においては、その弾性
表面波の伝搬速度（位相速度）が下記の通り遅い。

Ｌ　ｉｚ　Ｂ４０６　　：　３５００ｍ／ｓＬ　１Ｎｂ
ｏｚ　　：　４０００＋ｎ／ｓＢ　ｉｚ　Ｇｅ０ｚｏ：
　１６８０ｍ／５ＺｎＯ／Ｓ　ｉ　：　５３００＋ｎ／
ｓしたがって、例えばＬｉＮｂ０：＋の場合、周波数１
．８　Ｇ　ｌｌｚ帯のＳ、ＡＷデイバイスを実現するた
めには、弾性表面波を励振するＩＤＴ電極の電極指幅ｄ
を約０．５５μｍまで狭めることが必要となり、ＺｎＯ
／Ｓｉの場合でも約０．７４μｍにすることが必要にな
る。゛ しかし、紫外線露光器を光源とする通常のフォトリソグ
ラフィ法で実現できる電極ピッチｄは１．０ｕｍが限度
であるから、ＬｉＮｂ０ｚやＺｎＯ／Ｓｉを用いた場合
には紫外線露光器を光源とする通常のフォトリソグラフ
ィ法では実現不可能であり、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ：ｌや
ＺｎＯ／Ｓｉを用いて１．８　ＧＨｚ帯までの使用が可
能なＳＡＷデイバイスを実現するためには遠紫外線露光
器を用いたフォトリソグラフィ法が必要になる。

上述した問題点に鑑み、本発明は、ＶＨＦ帯からＵＨＦ
帯（１，８ＧＨｚ）までの広い周波数範囲にわたる高安
定な広帯域電圧制御発振器、広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を目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図を参照すると、本発明に従う圧電薄膜ＳＡＷデイ
バイスは、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ＡｆｆｉＮ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ＡＩＮ薄膜３
との境界面上にＥＤＴ電極４を形成し・ＡＩＮ薄膜３の
膜厚Ｈを１．９≦ｋ　Ｈ≦３．０（ｋは波数）の範囲内
とし、且つ、ダイヤモンド単結晶薄膜２の膜厚りとＡＩ
Ｎ薄膜３の膜厚トＩとの関係を２Ｈ≦Ｄ≦６　Ｈの範囲
内とすることにより、レイリー波を実質的にダイヤモン
ド単結晶薄膜２とＡＩＮ薄膜３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結合度を抑圧し、
且つ、レイリー波の実効的結合係数に一□を１．０％以
上とする構成とする。

〔作　用〕

上記構成を有する圧電薄膜ＳＡＷデイバイスにおいては
、グイ・ヤモンド単結晶薄膜とＡ＃Ｎｉ膜との境界面上
にＩＤＴ電極を形成し、且つ、ＡＪＮ薄膜の膜厚Ｈを１
．９≦ｋＨ≦３．０（ｋは波数）としているので、実効
的結合係数Ｋ”ｅｆｆを１％以上とすることができ、し
かも、スプリアスとなるセザワ波の結合度を抑圧するこ
とができる。

また、上記条件下でダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚りと
ＡＩＮ薄膜の膜厚Ｈとの関係を２Ｈ≦Ｄ≦６Ｈの範囲内
としでいるので、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層膜内のみに閉し込めるこ
とが可能となり、レイリー波を用いてその位相速度を約
６５００ｍ／ｓ以上とすることができる。したがって１
．８ＧＩＩｚの周波数に対してＩＤＴ電極の電極指幅ｄ
は約０．９μｍでよいこととなり、通常の紫外線露光フ
ォトリソグラフィ法でＩＤＴ電極を形成することが可能
となる。

更に、ＳＡＷデイバイスは単結晶半導体基板を有する３
層構造となっているので、ＳＡＷデイバイスを周辺の大
規模集積回路（ＬＳＩ）と一体に形成することが可能と
なる。

（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
。

現在の紫外線露光フォトリングラフィ法で実現可能なＩ
ＤＴ電極の最小電極指幅ｄは約０．９μｍであるから、
紫外線露光フォトリソグラフィ法を用いてＩＤＴ電極を
形成することができる１、８Ｇｌｌｚまでの広帯域ＳＡ
Ｗデイバイスを実現するためには、弾性表面波の伝播速
度（位相速度）Ｖｐを約６５００ｍ／ｓ　（Ｖｐ＝１．
８ＧＨｚＸ４ｄ＝６５００ｅＡ／ｓ）以上にする必要が
ある。

また、広帯域帯ＳＡＷデイバイスとするためには、弾性
表面波の実効的結合係数に”ｏｆｆを約１．０％以上に
する必要がある。

一方、ＬＳＩの基板として（１００）面又は（１１０）
面Ｓｉ単結晶Ｓｉや（１００）面ＧａＡｓ単結晶等が用
いられていることを考慮すると、ＳＡＷデイバイスを周
辺のＬＳＩと一体に形成できるようにするためには、Ｓ
ＡＷデイバイスも直接Ｓｉ単結晶やＱａ７１．ｓ単結晶
等からなる単結晶半導体基板上に実現する必要がある。

しかしながら、Ｓｉ単結晶やＧａＡｓ単結晶は非圧電性
の立方晶系結晶であるため、Ｓｉ単結晶やＧａＡｓ単結
晶からなる単結晶半導体基板上に直接ＩＤＴ電極を設け
ても弾性表面波は励起されない。それ故、少なくともＳ
ｉ単結晶やＧａＡｓ単結晶からなる単結晶半導体基板と
圧電薄膜とを有する複合基板構造のＳＡＷデイバイスを
実現する必要がある。

以上の目標をまとめると、ＳＡＷデイバイスに要求され
る特性は、 ■　Ｖｐ≧６５００ｍ八であること。

■　に”ａｔｅ≧１．０％であること。

■　少な（とも単結晶半導体基板と圧電薄膜とを有する
複合基板構造であること。

等となる。

、圧電薄膜材料としては、ＺｎＯ薄膜や／ＩＮ薄膜等が
考えられる。ＺｎＯ薄膜は早くから研究されてきた膜で
ある。そこで、ｚｎＯＦＪ膜とＳｉ単結晶との２層構造
を考えることとする。

第４図はＺｎＯ薄膜とＳｉ単結晶との２層構造及び座標
軸を示しており、第７図は第４図の構造における弾性表
面波の分散゛特性の解析結果を示したものである。第７
図から、弾性表面波（レイリー波及びセザワ波）の波数
にとＺｎＯ薄膜の膜厚Ｈとの積ｋＨに対する弾性表面波
（レイリー波及びセザワ波）の伝搬速度（位相速度）Ｖ
ｐの依存性が判る。

ＺｎＯ薄膜をスパンクリングによりＣ軸配向させるため
には、実際にはＺｎＯ薄膜と５ｉ０２薄膜とＳｉ単結晶
との３層構成にする必要があるが、Ｓｉ０ｇ薄膜は十分
薄くするため、弾性表面波特性に大きな影響を及ぼさな
い。したがって、ＺｎＯ薄膜とＳｉ単結晶との２層構造
における弾性表面波の分散特性を解析しても本質からは
外れない。

第７図から判るように、レイリー波及びセザワ波のどち
らを用いても、位相速度Ｖｐは２７００ｎ／ｓ≦Ｖｐ≦
５．５００ｎ／ｓの範囲内となるノテ、本発明の目標で
あるＶｐ≧６５００ｍ／ｓを達成できない。これは、Ｚ
ｎＯのみの厚みすべり波の位相速度が約２７００ｍ／ｓ
と遅いことに起因している。

それ故、ＺｎＯ１ｉ膜を利用することは望ましくない。

一方、ＡＩＮ薄膜は圧電性の点ではＺｎＯ薄膜に劣るが
、それ自体の弾性表面波の位相速度Ｖｐが約５６００ｍ
／ｓ、バルク厚みすべり波の位相速度Ｖｐが約６０００
ｎ八と高速性を有しており、有望である。

そこで、ＡＡＮ薄膜とＳｉ単結晶との２層構造を考える
こととする。第８図はＡｌＮ７ｉＪ膜とＳｉ単結晶との
２層構造における弾性表面波の分散特性を示したもので
ある。ＡＩＮ薄膜とＳｉ単結晶との２層構造と座標軸と
の関係は第４図と同様である。

第８図から、ＡＩＮ薄膜とＳｉ単結晶との２層構造にお
ける位相速度Ｖｐは４９００ｎ／ｓ＜Ｖｐ＜５６００ｎ
／ｓとなり、やはり目標の実現は不可能であることが判
る。これは、基板として用いられているＳｉ単結晶の厚
みすべり波の位相速度Ｖｐが約５８４０ｍ／ｓ（レイリ
ー波ではｖｐ＝４９１０ｎ／ｓ）と遅く、且つ、ＡＩＮ
薄膜自体のレイリー波の位相速度Ｖｐよりも小さいため
である。

同様の問題が、立方晶系に属するＧａＡｓ単結晶を用い
た場合にも生じる。第９図はＡＡＮＩ膜とＧａＡｓ単結
晶との２層構造における弾性表面波の分散特性を示した
ものである。第９図から判るように、位相速度Ｖｐは２
７００ｎ／ｓ＜Ｖｐ＜３１００ｎ／ｓの範囲内であり、
それ以上の速度（約３０８６ｎ／ｓ）では弾性表面波が
ＧａＡｓ単結晶のバルク波と結合し、漏洩表面波となっ
てしまう。

以上の解析結果からＳｉ単結晶やＧａＡｓ単結晶は弾性
体としては不適当であることが判る。それ故、弾性表面
波をＳｉ単結晶やＧａＡｓ単結晶中に浸透させないこと
が望ましい。

そこで、（Ｓｉ又はＧａＡｓ）単結晶とダイヤモンド単
結晶薄膜、とＣ軸配向のＡＩＮ薄膜との３層構造を有す
るＳＡＷデイバイスを考え、弾性表面波をダイヤモンド
単結晶薄膜とＡＩ！Ｎ薄膜との２層内にのみ閉じ込める
こととする。Ｃ軸配向のＡＪＮ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。

ダイヤモンド単結晶薄膜はメタンガスと水素ガス（Ｃ１
１４十Ｈ，）を用いた化学気相成長法（ＣＶ　Ｄ法）や
イオンビームスパッタリング等による物理蒸着法（ＰＶ
Ｄ法）により単結晶半専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のレイ
リー波の位相速度Ｖｐは約１１５００ｍへ、バルク厚み
すべり波の位相速度Ｖｐは約１２８００ｍ／ｓと超高速
性を有する。

第５図は（Ｓｉ又はＱａＡｓ）単結晶とダイヤモンド単
結晶薄膜とＡ／Ｎ薄膜との３層構造及び座標軸を示した
ものである。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、ＡＩＮ薄膜の膜厚を１−１
とすると、第６図ｔａ＋に示すように、ダイヤモンド単
結晶薄膜の膜厚りがＡＮＮ膜の膜厚Ｈに比べてＤ　＜　
１−１となれば、弾性表面波はＳｉ又はＧａＡｓの結晶
内まで浸透してＧａＡｓ又はＳｔ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≧６５００ｉｎ
八を実現することができない。

一方、第６図ｆｂ）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ＡβＮ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、６５
００ｍ八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厚が厚
い（Ｄ＞Ｈ）として、ダイヤモンド単結晶薄膜とＡＩＮ
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（１００）方向
へ伝播するとする。解析は、場の方程式に各境界面にお
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１０図はダイヤモンド単結晶薄膜とＡＩＮ薄膜との２
層構造におけるＡＩＮ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１０図において、曲線すはレイリー波の基本波モード
を示す。この波はＡｆＮｌ膜内で対称ラム波の如く振る
舞う。一方、曲線ａはセザワ波の基本波モードであり、
ｋＨ≧１．７で励振される。

この波はＡＩＮ薄膜内で反対称ラム波の如（振る舞う。

勿論、レイリー波及びセザワ波とも高次モードを有して
いる。

ｋＨ≦６の範囲内では、レイリー波の高次モード及びセ
ザワ波の高次モードは全てダイヤモンド単結晶薄膜内で
バルク波と結合し、漏洩表面波となる。

第１０図から判るように、ｋＨ１の場合、弾性表面波の
位相速度Ｖｐは限りなくダイヤモンド単結晶薄膜での弾
性表面波の位相速度に近づき、ｋＨ＞６の場合、弾性表
面波の位相速度ＶｐはＡｌＮ３膜での弾性表面波の位相
速度に近づく。

第１Ｏ図から、位相速度Ｖｐ≧６５００ｍへの目標を達
成するためには、ｋＨ≦３．０とする必要があることが
判る。

そこで、次に、レイリー波及びセザワ波についての実効
的結合係数に２．、ｆの目標値（Ｋ”＊ｔｔ≧１．０％
）の実現可能性について考察するこ七とする。実効的結
合係数Ｋ”ｍｔｔ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”ｓｆｆ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、第１の形態はダイヤモンド単結晶薄膜とＡＩＮ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ＩＤ’Ｔ’電極をＡＩＮ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Ａｌ
１Ｎ薄膜との境界面上にＥＤＴ電極を設は且つＡＩＮ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
ＡＩＮ薄膜上にＩＤＴ電極を設けてダイヤモンド単結晶
薄膜とＡＩＮ薄膜との境界面上に接地電極を設けた構成
である。

第１１図及び第１２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Ｋｔ、□
のｋ　Ｈ依存性の解析結果を示したものであり、第１３
図及び第１４図は上述した４通りの電極配置形態を採用
した場合のセザワ波の実効的結合係数ＫｔｍｆｔのｋＨ
依存性の解析結果を示したものである。

第１１図ないし第１４図から、１．９≦ｋＨ≦３．０と
し、且つ、ＩＤＴ電極をＡＩＮ薄膜とダイヤモンド単結
晶薄膜との境界面上に配置した場合に、実効的結合係数
Ｋ”ｓｆｆカ月、θ％≦に２．ｆｆ＜１．８５％の高結
合レイリー波を励起し得ることが判る。

しかし、レイリー波を利用する場合には同じくセザワ波
も励起されてセザワ波がスプリアスとなる。それ故、セ
ザワ波が励起されないか又はその実効的結合係数Ｋ”ｓ
ｆｆが十分小さ（なるように構成する必要がある。

第１３図及び第１４図から判るように、ｋＨ＞３．０の
領域ではＩＤＴ電極の構成に拘らずセザワ波が励起され
、且つ、その実効的結合係数Ｋ”ｏｔｔが０．１％以上
になるので、セザワ波の結合度を抑圧する意味で適切で
ない。一方、１．９≦ｋＨ≦３．０とすれば、セザワ波
のＫ”ｓｆｆは０．０５％以下と十分小さくなる。特に
、ＩＤＴ電極をＡＪＮＩ膜とダイヤモンド単結晶薄膜と
の境界面上に設ければ、２．２≦ｋＨ≦２．５の範囲内
でセザワ波の実効的結合係数はＫ”ｔｈｔｔ　＃　０と
なり、セザワ波は全く励起されなくなる。

以上の解析結果から、ｋＨを１．９≦ｋ　Ｈ≦３６０の
範囲内とし、且つ、ＩＤＴ電極をＡ１Ｎ薄膜とダイヤモ
ンド単結晶薄膜との境界面に設けることが望ましい。こ
のとき、基本波レイリー波の実効的結合係数は１．０％
≦に２ａｔｔ　＜　１．８５％の範囲内となり、レイリ
ー波の位相速度は６５００ＴＩＩ八≦Ｖへ≦７８００ｍ
／ｓの範囲内となる。セザワ波の実効的結合係数がに”
ａｆｆζＯとなるｋ　Ｈ＝　２．３のとき、基本波レイ
リー波の位相速度Ｖｐはｖｐ＝７３００ｍ八であり、周
波数を１．８　Ｇ１１ｚとすれば、ＩＤＴ電極の電極指
幅ｄ　（λ／４）は約１．０１８ｍとなり、紫外線露光
によるフォトリソグラフィ法で十分実現可能である。ま
た、Ｖｐ＃６５００ｍ／ｓの場合でも、］、、８ＧＨｚ
の周波数に対してＩＤＴ電極の電極指幅ｄはｄ＃０．９
μｍとなるから、紫外線露光フォトリングラフィ法で実
現可能である。

次に、セザワ波を実質的にダイヤモンド単結晶薄膜とＡ
ｌＮ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１５図は、ｋＨ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。

第１５図において、横軸は、ダイヤモンド単結晶薄膜と
ＡｌＮ薄膜との境界面からのＺ軸方向の距離をＡＩＮ薄
）漠の膜厚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１５図から判るように、１．９≦ｋ　Ｈ≦３．０の頭
載でレイリー波を用いる場合には少なくともダイヤモン
ド単結晶薄膜の膜厚りをＤ≧２Ｈとする必要がある。一
方、ｋＨ＝１のときレイリー波は６Ｈの深さまで浸透す
るから、１．９≦ｋ　Ｈ≦３．０の条件下ではダイヤモ
ンド単結晶薄膜の膜厚りを２Ｈ≦Ｄ≦６Ｈの範囲内で調
整すればよいことが判る。

以上の解析結果から、基板構成を５ｉｊｉ結晶、ＧａＡ
ｓ単結晶等の単結晶半導体基板とダイヤモンド単結晶薄
膜とＡ、ｊ２Ｎ薄膜との３層構造とし、ＩＤＴ電極をダ
イヤモンド単結晶薄膜とＡｌＮ薄膜との境界面上に設け
、ダイヤモンド単結晶薄膜の膜厚り及びＡｌＮ薄膜の膜
厚Ｈが１．９≦ｋ　Ｉ−１≦３．０及び２Ｈ≦Ｄ≦６Ｈ
の範囲内となるように構成することにより、Ｖｐ≧６５
００１１１／ｓ及びＫ”ａｒｆ≧１．０％の条件を満た
すＶＨＦ帯〜ＵＨＦ帯（１，８Ｇ１１ｚ）用法帯域ＳＡ
Ｗデイバイスを実現できることが判る。しかも、スプリ
アスとしてのレイリー波の結合度を抑圧することができ
るので、高安定な広帯域ＳＡＷデイバイスを提供するこ
とができる。

第１図及び第２図は本発明によるＳＡＷデイバイスの一
実施例を示すものである。これらの図において、１はＳ
ｉ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ＡｌＮ
薄膜、４はダイヤモンド単結晶薄膜２とＡｌＮ薄膜３と
の境界面上に形成されたＩＤＴ電極である。第３図は本
発明によるＳＡＷデイバイスの他の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Ａｊ２Ｎ薄膜３との境界面上にＩＤＴ電極４が設
けられ、且つ、ＡＮＮ薄膜３上に接地電極５が設けられ
ている。これらの実施例において、ダイヤモンド単結晶
薄膜２の膜厚り及びＡｌＮ薄膜３の膜厚Ｈは、１．９≦
ｋＨ≦３．０゜２　Ｈ≦Ｄ≦６Ｈの条件を満足するよう
に設定される。

第１図ないし第３図から判るように、ＳＡＷデイバイス
はＳｉ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１を共通基
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Ａ１、
Ａｕ等の導体薄膜６によって容易に行なうことができる
。

〔発明の効果〕

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ＡｌＮ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結合度を抑圧し、且つ
、レイリー波の実効的結合係数に２０．を１．０％以上
とすることができるので、ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯（１，
’８　Ｇ１１ｚ）までの広い周波数範囲にわたる高安定
な広帯域電圧制御発振器、広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
形成が可能な弾性表面波デイバイスを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す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ｎ−
ｎ線に沿った要部断面図、 第３図は本発明の他の実施例を示すＳＡＷデイバイスの
縦断面図、 第４図はＺｎＯ薄膜とＳｉ単結晶との２層構造及び座標
軸を示す図、 第５図はＳｉ単結晶又はＧａＡｓ単結晶からなる単結晶
半導体基板とダイヤモンド単結晶薄膜とＡＩＮ薄膜との
３層構造及び座標軸を示す図、第６図は／ＩＮ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７図はＺｎＯ薄膜とＳｉ単結晶との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８図は（０００１）面／ＩＮ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ｋ　Ｈ依存性を示す図、第９図は（０００１
）面ＡＡＮ薄膜と（００１）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１０図は（０００１）面ＡＩＮ薄膜と（００１）面（
１００）方向ダイヤモンド単結晶薄膜との２層構造にお
ける弾性表面波の位相速度のｋＨ依存性を示す図、 第１１図及び第１２図はそれぞれ（０００１）面ＡＩＮ
薄膜と（１００）面（１００）方向ダイヤモンド単結品
薄ｆｌＩとの２層構造におけるレイリー波の実効的結合
係数Ｋｚａｆｔのｋ　Ｈ依存性を示す図、 第１３図及び第１４図はそれぞれ（０００１）面ＡＩＮ
ｇ膜と（１００）面（１００）方向ダイヤモンド単結晶
薄膜との２層構造におけるセザワ波の実効的結合係数Ｋ
”ａｆｆのｋＨ依存性を示す図、第１５図は（０００１
）面ＡＪＮＩ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、ｌは単結晶半導体基板、２はダイヤモンド
単結晶薄膜、３は／ＩＮ薄膜、４は正規形ＩＤＴ電極、
５は接地電極、６は導体薄膜をそれぞれ示す。 本発明の一実施例を示すＳＡＷデイバイスの縦断面図第
１図に示すＳＡＷデイバイスのｎ−■線断面図第２Ｔｆ
Ａ 本発明の他の実施ｆ・Ｊを示すＳＡＷデイバイスの縦断
ｆ２第３回 ５　・接地を極 ＺｎＱ　”　Ｓｉ講造及び座標軸を示す２第４＠ （５４又はＧａＡｓ）τダイヤモンド、摸十ＡｔＮ膜復
造及び座標軸を示す図 ！ ５ＣＯｆ− のｋＨ依存住を示す図 ＄７図 のｋＨ依存性を示す図 第８図 （０００１）　ＡＩＮ　／（ＯＯｔ）ＩＦＯＯＩ　Ｇａ
Ａｓ２６ＣＯ「 位相速度のｋＨ依存性と示す図 ＠９ＴｊＪ ｋＨ ＡＪ！Ｎ＋ダイヤモンドの２層講造におけるセザワ波の
に２ｓｆｆのｋＨ依存性 第１３回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、 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１．９≦ｋＨ≦３．０（ｋは波数）の範囲
   内とし、且つ、ダイヤモンド単結晶薄膜（２）の膜厚Ｄ
   と窒化アルミニウム薄膜（３）の膜厚Ｈとの関係を２Ｈ
   ≦Ｄ≦６Ｈの範囲内としたことを特徴とする弾性表面波
   ディバイス。