JPH025330B2 - - Google Patents
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- JPH025330B2 JPH025330B2 JP56157594A JP15759481A JPH025330B2 JP H025330 B2 JPH025330 B2 JP H025330B2 JP 56157594 A JP56157594 A JP 56157594A JP 15759481 A JP15759481 A JP 15759481A JP H025330 B2 JPH025330 B2 JP H025330B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
- H03H9/02543—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
- H03H9/02574—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of combined substrates, multilayered substrates, piezoelectrical layers on not-piezoelectrical substrate
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
本発明は、特性的に優れた新しい構造の弾性表
面波素子に関するものである。 弾性表面波（Surface Acoustic Wave）を利
用することにより各種の電気的信号を扱うための
弾性表面波素子を構成する構造（基板）としては
従来、 １ 圧電体基板のみの構造（圧電体単結晶基板、
圧電セラミツクス基板等）、 ２ 非圧電体基板上に圧電膜を形成した構造 ３ 半導体基板上に圧電膜を形成した構造、 等が知られている。 これらのうち、同一半導体基板上に集積回路と
共に弾性表面波素子を形成することができる３の
モノリシツク構造が用途上有利であり、今後発展
していくと思われる。 ところで上述の３のモノリシツク構造として
は、現在のところシリコン（Si）単結晶基板上に
スパツタリング法等により酸化亜鉛膜（ZnO）膜
を形成した構造がよく知られているが、このZnO
膜は以下のような欠点が存在するために実用上に
あたつては問題がある。 １ 電圧印加により電気的不安定性が生ずる。 ２ 良質な膜が形成しにくいため、比抵抗、圧電
性等の点で十分再現性のあるものが得られな
い。 ３ シリコン単結晶基板上に保護膜（SiO2）を
必要とする。 ４ 高周波領域において弾性表面波の伝播損失が
多い。 ５ 弾性表面波伝播特性において分布が大きい。 ６ 通常のシリコンICプロセスと合致しない。 本発明はこれらの問題点に対処してなされたも
のであり、シリコン単結晶層上に窒化アルミニウ
ム単結晶エピタキシヤル層を形成した弾性体構造
（基板）を用いることを根本的特徴とするもので、
特に（001）結晶面から成るシリコン単結晶層を
用いた弾性表面波素子を提供することを目的とす
るものである。以下図面を参照して本発明実施例
を説明する。 第１図は本発明実施例による弾性表面波素子を
示す断面図で、１はシリコン単結晶基板で（001）
結晶面もしくはこれと等価な面でカツトされたも
のから成り、２はその上に形成された窒化アルミ
ニウム（AlN）単結晶エピタキシヤル層でその
圧電軸は上記シリコン単結晶基板１面に直角にな
るように形成される。３，４は上記窒化アルミニ
ウム単結晶エピタキシヤル層２表面に形成された
くし型状から成る弾性表面波発生用電極および検
出用電極で、ｈは窒化アルミニウム単結晶エピタ
キシヤル層２の膜厚である。 以上の構造の弾性表面波素子に対しそのシリコ
ン単結晶基板１の〔110〕軸方向と等価な方向へ
弾性表面波を励振（伝播）させた時、第５図に示
すような弾性表面波の速度分散特性が得られた。
同図において横軸は窒化アルミニウム単結晶エピ
タキシヤル膜２の膜厚ｈの規格化された厚さを
2πh／λ（ここでλは弾性表面波の波長）で示し、
縦軸は弾性表面波の位相速度Vpを示すものであ
る。同図から明らかなように2πh／λが約5.0まで
弾性表面波としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応したVp
は約5083ｍ／secから約5600ｍ／secまで右上りに
上昇しており、この変化は大きな位相速度を保持
した変化であり、また膜厚に対する分散は小さか
つた。 第６図は電気機械結合係数の特性曲線を示すも
ので、横軸は第５図と同様な2πh／λで示し、縦
軸は電気機械結合係数Ｋの二乗値K2を百分率で
示すものである。同図において曲線Ａが第１図の
構造に対応した特性で、規格化膜厚2πh／λの3.1
近傍においてK2は約0.5％が得られた。この値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 第２図ａ，ｂは本発明の他の実施例を示す断面
図で、ａはシリコン単結晶基板１の表面部に弾性
表面波発生用電極３および検出用電極４を形成し
た後、これらを覆うように窒化アルミニウム単結
晶エピタキシヤル層２を形成した構造を示し、ｂ
は上記シリコン単結晶基板１表面部に部分的に高
抵抗層７もしくは空乏層を形成し、これらの層に
低抵抗シリコンから成るくし型状の弾性表面波発
生用電極５および検出用電極６を埋込み形成した
後にこれらを覆うように窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層２を形成した構成を示すもので
ある。 以上の構造の弾性表面波素子に対し第１図の構
造と同様にシリコン単結晶基板１の〔110〕軸方
向と等価な方向へ弾性表面波を励振させることに
より、第５図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第６図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
3.1近傍においてK2は約0.61％が得られた。この
値は通常弾性表面波を発生および検出させるに充
分な値である。 第３図ａ，ｂは本発明のその他の実施例を示す
もので、ａはシリコン単結晶基板１の表面部に部
分的に第２電極として一対のしやへい電極８を形
成した後、これらを覆うように窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層２を形成しこの表面に第
１電極として弾性表面波検出用電極３および検出
用電極４を形成した構造を示し、ｂは上記シリコ
ン単結晶基板１表面部に部分的に低抵抗シリコン
層９を形成した後、これらを覆うように窒化シリ
コン単結晶エピタキシヤル層２を形成しこの表面
に第１電極として上記発生用電極３および検出用
電極４を形成した構造を示すものである。 以上の構造の弾性表面波素子に対し第１図の構
造と同様にシリコン単結晶基板１の〔110〕軸方
向と等価な方向へ弾性表面波を励振させることに
より、第５図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第６図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.29近傍においてK2は約0.34％が得られ、さらに
2πh／λの4.1近傍においてK2は約0.44％が得られ
いわゆるダブルピーク特性が得られた。 特に前者の第１ピークを与える薄い膜厚におい
ては分散は非常に少なく、超高周波、低分散特性
に優れていることがわかつた。これらにおける
K2値は通常弾性表面波を発生および検出させる
に充分な値である。 第４図ａ，ｂは本発明のその他の実施例を示す
もので、ａはシリコン単結晶基板１表面部に第１
電極として弾性表面波発生用電極３および検出用
電極４を形成した後、これらを覆うに窒化アルミ
ニウム単結晶エピタキシヤル層２を形成し、この
表面に部分的に第２電極として一対のしやへい電
極８を形成した構造を示し、ｂは上記シリコン単
結晶基板１表面部に部分的に高抵抵抗層７もしく
は空乏層を形成し、これらの層に低抵抗シリコン
から成るくし型状の第１電極としての上記発生用
電極５および検出用電極６を埋め込み形成した
後、これらを覆うように窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層２を形成しこの表面に第２電極
として一対のしやへい電極８を形成した構造を示
すものである。 以上の構造の弾性表面波素子に対し第１図の構
造と同様にシリコン単結晶基板１の〔110〕軸方
向と等価な方向へ弾性表面波を励振させることに
より、第５図に示すような速度分散特性が得られ
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２の規
格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいことがわ
かつた。 また第６図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.19近傍においてK2は約0.26％が得られ、さらに
2πh／λの3.6近傍においてK2は約0.54％が得られ
ダブルピーク特性が得られた。特に前者の第１ピ
ークを与える薄い膜厚においては分散は非常に少
なく、超高周波、低分散性に優れていることがわ
かつた。これらにおけるK2値は通常弾性波を発
生および検出させるに充分な値である。 第１図乃至第４図ａ，ｂの構造において、特に
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２をこ
の圧電軸がシリコン単結晶基板１面に平行かつそ
の〔110〕軸と等価な方向になるように形成した
場合の本発明のその他の実施例について以下説明
する。 先ず第１図と同一構造に形成した弾性表面波素
子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の〔110〕
軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振させた
時、第７図に示すような弾性表面波の速度分散特
性が得られた。 同図において横軸および縦軸は第５図と同一で
あり、規格化膜厚2πh／λが約5.0まで弾性表面波
としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応した位相
速度Vpは約5083ｍ／secから約5570ｍ／secまで
右上りに上昇しており、この変化は大きな位相速
度を保持した変化であり、また膜厚に対する分散
は小さかつた。特に2πh／λが1.0近傍では分散は
極小値をとるため非常に小さくなつた。 また2πh／λが0.2近傍でも分散は極大値をとる
ため小さくなつた。 第８図の曲線Ａは電気機械結合係数の二乗値
K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの2.5
近傍においてK2は約0.95％が得られた。また速度
分散の小さい1.0近傍でも0.65％が得られた。こ
れらの値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。 次に第２図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔110〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第７図に示すような速度分散特
性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシ
ヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小
さいことがわかつた。 また第８図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.39近傍においてK2は約0.15％が得られ、さらに
2πh／λの3.0近傍においてK2は約0.5％が得られ
ダブルピーク特性が得られた。これらのK2値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 次に第３図ａ，ｂと同一の構造に形成した弾性
表面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１
の〔110〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励
振させることにより、第７図に示すような速度分
散特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタ
キシヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散
が小さいことがわかつた。 また第８図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.0近傍においてK2は約1.1％が得られた。 特に第７図において2πh／λが1.0近傍の速度分
散が小さいところで約0.8％のK2が得られた。こ
れらの値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。 次に第４図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔110〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第７図に示すような速度分布特
性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシ
ヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小
さいことがわかつた。 また第８図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.7近傍においてK2は約0.56％のピークが得られ
た。 特に速度分散の小さい2πh／λが1.0近傍で約
0.12％のK2が得られた。これらの値は通常弾性表
面波を発生および検出させるに充分な値である。 第１図乃至第４図ａ，ｂの構造の弾性表面波素
子において、そのシリコン単結晶基板１の〔100〕
軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振させた場
合の本発明のその他の実施例について以下説明す
る。 先ず第１図と同一構造の弾性表面波素子の場
合、第９図に示すような弾性表面波の速度分散特
性が得られた。同図において横軸および縦軸は第
５図と同一であり、規格化膜厚2πh／λが約5.0ま
で弾性表面波としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応した位相
速度Vpは約4920ｍ／secから約5500ｍ／secまで
右上りに上昇しており、この変化は大きな位相速
度を保持した変化であり、また膜厚に対する分散
は小さかつた。 第１０図の曲線Ａは電気機械結合係数の二乗値
K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの3.1
近傍においてK2は約0.49％が得られた。この値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 次に第２図ａ，ｂと同一構造の弾性表面波素子
の場合、第９図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第１０図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
3.1近傍においてK2は約0.57％が得られた。この
値は通常弾性表面波を発生および検出させるに充
分な値である。 次に第３図ａ，ｂと同一構造の弾性表面波素子
の場合、第９図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第１０図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.25近傍においてK2は約0.35％が得られ、さらに
2πh／λの4.0近傍においてK2は約0.44％が得られ
いわゆるダブルピーク特性が得られた。 特に前者の第１ピークを与える薄い膜厚におい
ては分散は非常に少なく、超高周波、低分散特性
に優れていることがわかつた。これらにおける
K2値は通常弾性表面波を発生および検出される
に充分な値である。 次に第４図ａ，ｂと同一構造の弾性表面波素子
の場合、第９図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第１０図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.20近傍においてK2は約0.28％が得られ、さらに
2πh／λの3.5近傍においてK2は約0.51％が得られ
いわゆるダブルピーク特性が得られた。 特に前者の第１ピークを与える薄い膜厚におい
ては分散は非常に少なく、超高周波、低分散特性
に優れていることがわかつた。これらにおける
K2値は通常弾性表面波を発生および検出させる
に充分な値である。 第１図乃至第４図ａ，ｂの構造において、特に
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２をこ
の圧電軸がシリコン単結晶基板１面に平行かつそ
の〔100〕軸と等価な方向になるように形成した
場合の本発明のその他の実施例について以下説明
する。 先ず第１図と同一構造に形成した弾性表面波素
子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の〔100〕
軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振させた
時、第１１図に示すような弾性表面波の速度分散
特性が得られた。 同図において横軸および縦軸は第５図と同一で
あり、規格化膜厚2πh／λが約0.5まで弾性表面波
としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応した位相
速度Vpは約4921ｍ／secから約5600ｍ／secまで
右上りに上昇しており、この変化は大きな位相速
度を保持した変化であり、また膜厚に対する分散
は小さかつた。 第１２図の曲線Ａは電気機械結合係数の二乗値
K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの2.5
近傍においてK2は約0.9％のピークが得られた。
特に2πh／λが1.0の近傍で約0.6％のK2が得られ、
かつ第１１図のように分散は極小点で非常に小さ
い。これらの値は通常弾性表面波を発生および検
出させるに充分な値である。 次に第２図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔100〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第１１図に示すような速度分散
特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が
小さいことがわかつた。 また第１２図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.34近傍においてK2は約0.15％が得られ、さらに
2πh／λの3.1近傍においてK2は約0.48％が得られ
ダブルピーク特性が得られた。これらのK2値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 次に第３図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔100〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第１１図に示すような速度分散
特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が
小さいことがわかつた。 また第１２図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.0近傍においてK2は約1.0％が得られた。特に
2πh／λが1.0近傍において、約0.7％のK2が得ら
れかつ第１１図のように分散は極小点で非常に小
さい。これらの値は通常弾性表面波を発生および
検出させるに充分な値である。 次に第４図ａとｂと同一構造に形成した弾性表
面波を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔100〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第１１図に示すような速度分布
特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が
小さいことがわかつた。 また第１２図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.7近傍においてK2は約0.55％のピークが得られ
た。 この値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。 以上説明して明らかなように本発明によれば、
シリコン単結晶基板（層）上に窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層を形成した弾性体構造を
用い、特に（001）結晶面から成るシリコン単結
晶基板を用いて弾性表面波を伝播させるように構
成するものであるから、特性的に優れた弾性表面
波素子を得ることができる。 なお本文各実施例における窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層の膜厚ｈの最適範囲は各特
性図から明らかであるが、各実施例ごとに示せば
次表のようになる。
面波素子に関するものである。 弾性表面波（Surface Acoustic Wave）を利
用することにより各種の電気的信号を扱うための
弾性表面波素子を構成する構造（基板）としては
従来、 １ 圧電体基板のみの構造（圧電体単結晶基板、
圧電セラミツクス基板等）、 ２ 非圧電体基板上に圧電膜を形成した構造 ３ 半導体基板上に圧電膜を形成した構造、 等が知られている。 これらのうち、同一半導体基板上に集積回路と
共に弾性表面波素子を形成することができる３の
モノリシツク構造が用途上有利であり、今後発展
していくと思われる。 ところで上述の３のモノリシツク構造として
は、現在のところシリコン（Si）単結晶基板上に
スパツタリング法等により酸化亜鉛膜（ZnO）膜
を形成した構造がよく知られているが、このZnO
膜は以下のような欠点が存在するために実用上に
あたつては問題がある。 １ 電圧印加により電気的不安定性が生ずる。 ２ 良質な膜が形成しにくいため、比抵抗、圧電
性等の点で十分再現性のあるものが得られな
い。 ３ シリコン単結晶基板上に保護膜（SiO2）を
必要とする。 ４ 高周波領域において弾性表面波の伝播損失が
多い。 ５ 弾性表面波伝播特性において分布が大きい。 ６ 通常のシリコンICプロセスと合致しない。 本発明はこれらの問題点に対処してなされたも
のであり、シリコン単結晶層上に窒化アルミニウ
ム単結晶エピタキシヤル層を形成した弾性体構造
（基板）を用いることを根本的特徴とするもので、
特に（001）結晶面から成るシリコン単結晶層を
用いた弾性表面波素子を提供することを目的とす
るものである。以下図面を参照して本発明実施例
を説明する。 第１図は本発明実施例による弾性表面波素子を
示す断面図で、１はシリコン単結晶基板で（001）
結晶面もしくはこれと等価な面でカツトされたも
のから成り、２はその上に形成された窒化アルミ
ニウム（AlN）単結晶エピタキシヤル層でその
圧電軸は上記シリコン単結晶基板１面に直角にな
るように形成される。３，４は上記窒化アルミニ
ウム単結晶エピタキシヤル層２表面に形成された
くし型状から成る弾性表面波発生用電極および検
出用電極で、ｈは窒化アルミニウム単結晶エピタ
キシヤル層２の膜厚である。 以上の構造の弾性表面波素子に対しそのシリコ
ン単結晶基板１の〔110〕軸方向と等価な方向へ
弾性表面波を励振（伝播）させた時、第５図に示
すような弾性表面波の速度分散特性が得られた。
同図において横軸は窒化アルミニウム単結晶エピ
タキシヤル膜２の膜厚ｈの規格化された厚さを
2πh／λ（ここでλは弾性表面波の波長）で示し、
縦軸は弾性表面波の位相速度Vpを示すものであ
る。同図から明らかなように2πh／λが約5.0まで
弾性表面波としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応したVp
は約5083ｍ／secから約5600ｍ／secまで右上りに
上昇しており、この変化は大きな位相速度を保持
した変化であり、また膜厚に対する分散は小さか
つた。 第６図は電気機械結合係数の特性曲線を示すも
ので、横軸は第５図と同様な2πh／λで示し、縦
軸は電気機械結合係数Ｋの二乗値K2を百分率で
示すものである。同図において曲線Ａが第１図の
構造に対応した特性で、規格化膜厚2πh／λの3.1
近傍においてK2は約0.5％が得られた。この値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 第２図ａ，ｂは本発明の他の実施例を示す断面
図で、ａはシリコン単結晶基板１の表面部に弾性
表面波発生用電極３および検出用電極４を形成し
た後、これらを覆うように窒化アルミニウム単結
晶エピタキシヤル層２を形成した構造を示し、ｂ
は上記シリコン単結晶基板１表面部に部分的に高
抵抗層７もしくは空乏層を形成し、これらの層に
低抵抗シリコンから成るくし型状の弾性表面波発
生用電極５および検出用電極６を埋込み形成した
後にこれらを覆うように窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層２を形成した構成を示すもので
ある。 以上の構造の弾性表面波素子に対し第１図の構
造と同様にシリコン単結晶基板１の〔110〕軸方
向と等価な方向へ弾性表面波を励振させることに
より、第５図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第６図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
3.1近傍においてK2は約0.61％が得られた。この
値は通常弾性表面波を発生および検出させるに充
分な値である。 第３図ａ，ｂは本発明のその他の実施例を示す
もので、ａはシリコン単結晶基板１の表面部に部
分的に第２電極として一対のしやへい電極８を形
成した後、これらを覆うように窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層２を形成しこの表面に第
１電極として弾性表面波検出用電極３および検出
用電極４を形成した構造を示し、ｂは上記シリコ
ン単結晶基板１表面部に部分的に低抵抗シリコン
層９を形成した後、これらを覆うように窒化シリ
コン単結晶エピタキシヤル層２を形成しこの表面
に第１電極として上記発生用電極３および検出用
電極４を形成した構造を示すものである。 以上の構造の弾性表面波素子に対し第１図の構
造と同様にシリコン単結晶基板１の〔110〕軸方
向と等価な方向へ弾性表面波を励振させることに
より、第５図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第６図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.29近傍においてK2は約0.34％が得られ、さらに
2πh／λの4.1近傍においてK2は約0.44％が得られ
いわゆるダブルピーク特性が得られた。 特に前者の第１ピークを与える薄い膜厚におい
ては分散は非常に少なく、超高周波、低分散特性
に優れていることがわかつた。これらにおける
K2値は通常弾性表面波を発生および検出させる
に充分な値である。 第４図ａ，ｂは本発明のその他の実施例を示す
もので、ａはシリコン単結晶基板１表面部に第１
電極として弾性表面波発生用電極３および検出用
電極４を形成した後、これらを覆うに窒化アルミ
ニウム単結晶エピタキシヤル層２を形成し、この
表面に部分的に第２電極として一対のしやへい電
極８を形成した構造を示し、ｂは上記シリコン単
結晶基板１表面部に部分的に高抵抵抗層７もしく
は空乏層を形成し、これらの層に低抵抗シリコン
から成るくし型状の第１電極としての上記発生用
電極５および検出用電極６を埋め込み形成した
後、これらを覆うように窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層２を形成しこの表面に第２電極
として一対のしやへい電極８を形成した構造を示
すものである。 以上の構造の弾性表面波素子に対し第１図の構
造と同様にシリコン単結晶基板１の〔110〕軸方
向と等価な方向へ弾性表面波を励振させることに
より、第５図に示すような速度分散特性が得られ
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２の規
格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいことがわ
かつた。 また第６図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.19近傍においてK2は約0.26％が得られ、さらに
2πh／λの3.6近傍においてK2は約0.54％が得られ
ダブルピーク特性が得られた。特に前者の第１ピ
ークを与える薄い膜厚においては分散は非常に少
なく、超高周波、低分散性に優れていることがわ
かつた。これらにおけるK2値は通常弾性波を発
生および検出させるに充分な値である。 第１図乃至第４図ａ，ｂの構造において、特に
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２をこ
の圧電軸がシリコン単結晶基板１面に平行かつそ
の〔110〕軸と等価な方向になるように形成した
場合の本発明のその他の実施例について以下説明
する。 先ず第１図と同一構造に形成した弾性表面波素
子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の〔110〕
軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振させた
時、第７図に示すような弾性表面波の速度分散特
性が得られた。 同図において横軸および縦軸は第５図と同一で
あり、規格化膜厚2πh／λが約5.0まで弾性表面波
としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応した位相
速度Vpは約5083ｍ／secから約5570ｍ／secまで
右上りに上昇しており、この変化は大きな位相速
度を保持した変化であり、また膜厚に対する分散
は小さかつた。特に2πh／λが1.0近傍では分散は
極小値をとるため非常に小さくなつた。 また2πh／λが0.2近傍でも分散は極大値をとる
ため小さくなつた。 第８図の曲線Ａは電気機械結合係数の二乗値
K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの2.5
近傍においてK2は約0.95％が得られた。また速度
分散の小さい1.0近傍でも0.65％が得られた。こ
れらの値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。 次に第２図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔110〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第７図に示すような速度分散特
性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシ
ヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小
さいことがわかつた。 また第８図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.39近傍においてK2は約0.15％が得られ、さらに
2πh／λの3.0近傍においてK2は約0.5％が得られ
ダブルピーク特性が得られた。これらのK2値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 次に第３図ａ，ｂと同一の構造に形成した弾性
表面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１
の〔110〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励
振させることにより、第７図に示すような速度分
散特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタ
キシヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散
が小さいことがわかつた。 また第８図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.0近傍においてK2は約1.1％が得られた。 特に第７図において2πh／λが1.0近傍の速度分
散が小さいところで約0.8％のK2が得られた。こ
れらの値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。 次に第４図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔110〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第７図に示すような速度分布特
性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシ
ヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小
さいことがわかつた。 また第８図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二乗
値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.7近傍においてK2は約0.56％のピークが得られ
た。 特に速度分散の小さい2πh／λが1.0近傍で約
0.12％のK2が得られた。これらの値は通常弾性表
面波を発生および検出させるに充分な値である。 第１図乃至第４図ａ，ｂの構造の弾性表面波素
子において、そのシリコン単結晶基板１の〔100〕
軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振させた場
合の本発明のその他の実施例について以下説明す
る。 先ず第１図と同一構造の弾性表面波素子の場
合、第９図に示すような弾性表面波の速度分散特
性が得られた。同図において横軸および縦軸は第
５図と同一であり、規格化膜厚2πh／λが約5.0ま
で弾性表面波としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応した位相
速度Vpは約4920ｍ／secから約5500ｍ／secまで
右上りに上昇しており、この変化は大きな位相速
度を保持した変化であり、また膜厚に対する分散
は小さかつた。 第１０図の曲線Ａは電気機械結合係数の二乗値
K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの3.1
近傍においてK2は約0.49％が得られた。この値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 次に第２図ａ，ｂと同一構造の弾性表面波素子
の場合、第９図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第１０図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
3.1近傍においてK2は約0.57％が得られた。この
値は通常弾性表面波を発生および検出させるに充
分な値である。 次に第３図ａ，ｂと同一構造の弾性表面波素子
の場合、第９図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第１０図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.25近傍においてK2は約0.35％が得られ、さらに
2πh／λの4.0近傍においてK2は約0.44％が得られ
いわゆるダブルピーク特性が得られた。 特に前者の第１ピークを与える薄い膜厚におい
ては分散は非常に少なく、超高周波、低分散特性
に優れていることがわかつた。これらにおける
K2値は通常弾性表面波を発生および検出される
に充分な値である。 次に第４図ａ，ｂと同一構造の弾性表面波素子
の場合、第９図に示すような速度分散特性が得ら
れ、窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２
の規格化膜厚2πh／λに対して分散が小さいこと
がわかつた。 また第１０図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.20近傍においてK2は約0.28％が得られ、さらに
2πh／λの3.5近傍においてK2は約0.51％が得られ
いわゆるダブルピーク特性が得られた。 特に前者の第１ピークを与える薄い膜厚におい
ては分散は非常に少なく、超高周波、低分散特性
に優れていることがわかつた。これらにおける
K2値は通常弾性表面波を発生および検出させる
に充分な値である。 第１図乃至第４図ａ，ｂの構造において、特に
窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル層２をこ
の圧電軸がシリコン単結晶基板１面に平行かつそ
の〔100〕軸と等価な方向になるように形成した
場合の本発明のその他の実施例について以下説明
する。 先ず第１図と同一構造に形成した弾性表面波素
子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の〔100〕
軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振させた
時、第１１図に示すような弾性表面波の速度分散
特性が得られた。 同図において横軸および縦軸は第５図と同一で
あり、規格化膜厚2πh／λが約0.5まで弾性表面波
としてのモードは消失しなかつた。 しかし2πh／λの０〜5.0の範囲に対応した位相
速度Vpは約4921ｍ／secから約5600ｍ／secまで
右上りに上昇しており、この変化は大きな位相速
度を保持した変化であり、また膜厚に対する分散
は小さかつた。 第１２図の曲線Ａは電気機械結合係数の二乗値
K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの2.5
近傍においてK2は約0.9％のピークが得られた。
特に2πh／λが1.0の近傍で約0.6％のK2が得られ、
かつ第１１図のように分散は極小点で非常に小さ
い。これらの値は通常弾性表面波を発生および検
出させるに充分な値である。 次に第２図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔100〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第１１図に示すような速度分散
特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が
小さいことがわかつた。 また第１２図の曲線Ｂは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
0.34近傍においてK2は約0.15％が得られ、さらに
2πh／λの3.1近傍においてK2は約0.48％が得られ
ダブルピーク特性が得られた。これらのK2値は
通常弾性表面波を発生および検出させるに充分な
値である。 次に第３図ａ，ｂと同一構造に形成した弾性表
面波素子を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔100〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第１１図に示すような速度分散
特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が
小さいことがわかつた。 また第１２図の曲線Ｃは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.0近傍においてK2は約1.0％が得られた。特に
2πh／λが1.0近傍において、約0.7％のK2が得ら
れかつ第１１図のように分散は極小点で非常に小
さい。これらの値は通常弾性表面波を発生および
検出させるに充分な値である。 次に第４図ａとｂと同一構造に形成した弾性表
面波を用意し、そのシリコン単結晶基板１の
〔100〕軸方向と等価な方向へ弾性表面波を励振さ
せることにより、第１１図に示すような速度分布
特性が得られ、窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層２の規格化膜厚2πh／λに対して分散が
小さいことがわかつた。 また第１２図の曲線Ｄは電気機械結合係数の二
乗値K2特性を示すもので、規格化膜厚2πh／λの
2.7近傍においてK2は約0.55％のピークが得られ
た。 この値は通常弾性表面波を発生および検出させ
るに充分な値である。 以上説明して明らかなように本発明によれば、
シリコン単結晶基板（層）上に窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層を形成した弾性体構造を
用い、特に（001）結晶面から成るシリコン単結
晶基板を用いて弾性表面波を伝播させるように構
成するものであるから、特性的に優れた弾性表面
波素子を得ることができる。 なお本文各実施例における窒化アルミニウム単
結晶エピタキシヤル層の膜厚ｈの最適範囲は各特
性図から明らかであるが、各実施例ごとに示せば
次表のようになる。
【表】
以上説明した本発明によれば次のような効果が
得られる。 １ エピタキシヤル膜による窒化アルミニウム膜
を用いるので、膜質が均一であり高周波での伝
播損失が小さい。 ２ 弾性表面波音速が大きいため高周波での波長
が大きくなり、くし型電極等の製造が容易にな
る。 ３ 弾性表面波音速の周波数分散が小さく抑えら
れるので、信号伝播に伴なう波形歪が小さくな
る。 ４ 共通半導体基板上に集積回路および弾性表面
波素子を形成するモノリシツク構造が可能とな
る。 ５ 窒化アルミニウム膜はバンドギヤツプが約
6.2eVと大きくまた比抵抗1016Ωcm以上のもの
が得られるため、電気的に安定であり、MO−
CVD技術を用いて容易に形成できるためシリ
コンのICプロセスと合致する。 以上のように本発明による構造は、特に弾性表
面波素子と半導体集積回路とを同一半導体基板上
に形成することができるため広範囲の用途への適
用が可能となる。
得られる。 １ エピタキシヤル膜による窒化アルミニウム膜
を用いるので、膜質が均一であり高周波での伝
播損失が小さい。 ２ 弾性表面波音速が大きいため高周波での波長
が大きくなり、くし型電極等の製造が容易にな
る。 ３ 弾性表面波音速の周波数分散が小さく抑えら
れるので、信号伝播に伴なう波形歪が小さくな
る。 ４ 共通半導体基板上に集積回路および弾性表面
波素子を形成するモノリシツク構造が可能とな
る。 ５ 窒化アルミニウム膜はバンドギヤツプが約
6.2eVと大きくまた比抵抗1016Ωcm以上のもの
が得られるため、電気的に安定であり、MO−
CVD技術を用いて容易に形成できるためシリ
コンのICプロセスと合致する。 以上のように本発明による構造は、特に弾性表
面波素子と半導体集積回路とを同一半導体基板上
に形成することができるため広範囲の用途への適
用が可能となる。
第１図、第２図ａ，ｂ、第３図ａ，ｂおよび第
４図ａ，ｂはいずれも本発明実施例を示す断面
図、第５図乃至第１２図はいずれも本発明により
得られた結果を示す特性図である。 １……シリコン単結晶基板、２……窒化アルミ
ニウム単結晶エピタキシヤル層、３，４，５，６
……くし型電極、７……高抵抗シリコン層、８…
…しやへい電極、９……低抵抗シリコン層。
４図ａ，ｂはいずれも本発明実施例を示す断面
図、第５図乃至第１２図はいずれも本発明により
得られた結果を示す特性図である。 １……シリコン単結晶基板、２……窒化アルミ
ニウム単結晶エピタキシヤル層、３，４，５，６
……くし型電極、７……高抵抗シリコン層、８…
…しやへい電極、９……低抵抗シリコン層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ （001）結晶面もしくはそれと等価な面から
成るシリコン単結晶層と、この上に形成されかつ
圧電軸が配向した窒化アルミニウム単結晶エピタ
キシヤル層と、これら所定位置に形成された電極
とを含むことを特徴とする弾性表面波素子。 ２ 上記窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル
層の圧電軸がシリコン単結晶層に垂直になるよう
に形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の弾性表面波素子。 ３ 上記窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル
層の圧電軸がシリコン単結晶層に平行かつその
〔110〕結晶軸と等価な方向になるように形成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
弾性表面波素子。 ４ 上記窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル
層の圧電軸がシリコン単結晶層に平行かつその
〔100〕結晶軸と等価な方向になるように形成され
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
弾性表面波素子。 ５ 上記シリコン単結晶層面上の〔110〕軸と等
価な方向に弾性表面波を伝播させることを特徴と
する特許請求の範囲第２項又は第３項記載の表面
弾性波素子。 ６ 上記シリコン単結晶層面上の〔100〕軸と等
価な方向に弾性表面波を伝播させることを特徴と
する特許請求の範囲第２項又は第４項記載の表面
弾性波素子。 ７ 上記窒化アルミニウム単結晶エピタキシヤル
層の膜厚ｈが、2πh／λ＜5.0（ただし、λは弾性
表面波の波長を示す）の範囲に属することを特徴
とする特許請求の範囲第２項乃至第６項のいずれ
かに記載の表面弾性波素子。 ８ 上記電極が窒化アルミニウム単結晶エピタキ
シヤル層の表面部に形成されたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記
載の弾性表面波素子。 ９ 上記電極がシリコン単結晶層と窒化アルミニ
ウム単結晶エピタキシヤル層間に形成されたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項の
いずれかに記載の弾性表面波素子。 １０ 上記電極が窒化アルミニウム単結晶エピタ
キシヤル層の表面部に一対の第１電極として形成
され、上記シリコン単結晶層と窒化アルミニウム
単結晶エピタキシヤル層間に他の第２電極として
一対のしやへい電極が形成されたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに
記載の弾性表面波素子。 １１ 上記電極がシリコン単結晶層と窒化アルミ
ニウム単結晶エピタキシヤル層間に一対の第１電
極として形成され、上記窒化アルミニウム単結晶
エピタキシヤル層の表面部に他に第２電極として
一対のしやへい電極が形成されたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに
記載の弾性表面波素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15759481A JPS5859617A (ja) | 1981-10-05 | 1981-10-05 | 弾性表面波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15759481A JPS5859617A (ja) | 1981-10-05 | 1981-10-05 | 弾性表面波素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5859617A JPS5859617A (ja) | 1983-04-08 |
| JPH025330B2 true JPH025330B2 (ja) | 1990-02-01 |
Family
ID=15653119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15759481A Granted JPS5859617A (ja) | 1981-10-05 | 1981-10-05 | 弾性表面波素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5859617A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04207106A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-29 | Kubota Corp | 乗用型芝刈機 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0388406A (ja) * | 1989-04-11 | 1991-04-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 弾性表面波素子 |
-
1981
- 1981-10-05 JP JP15759481A patent/JPS5859617A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NATIONAL TECHNICAL REPORT=1976 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04207106A (ja) * | 1990-11-30 | 1992-07-29 | Kubota Corp | 乗用型芝刈機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5859617A (ja) | 1983-04-08 |
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