JPH06232677A - 表面弾性波素子 - Google Patents

表面弾性波素子

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JPH06232677A
JPH06232677A JP5013006A JP1300693A JPH06232677A JP H06232677 A JPH06232677 A JP H06232677A JP 5013006 A JP5013006 A JP 5013006A JP 1300693 A JP1300693 A JP 1300693A JP H06232677 A JPH06232677 A JP H06232677A
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賢次郎 檜垣
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英章 中幡
Akihiro Yagou
昭広 八郷
Shinichi Shikada
真一 鹿田
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    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02543Characteristics of substrate, e.g. cutting angles
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 素子の歩留りを高めかつ高周波領域において
高い電気機械的結合係数を有する表面弾性波素子を得る
ことである。 【構成】 本発明に従う表面弾性波素子は、Si基板1
上に、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素膜の少な
くともいずれかからなる第1の層2と、金属酸化物から
なり、接地のために設けられる第4の層3と、圧電体か
らなる第2の層4と、電気−機械係数を行なうための電
極を構成する第3の層5とが積層されて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、数百MHzからGHz
帯の高周波領域で動作する表面弾性波素子に関するもの
であり、特に、ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素
膜と圧電体とを組合わせた表面弾性波素子に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】表面弾性波素子は、弾性体表面を伝搬す
る表面波を利用した電気−機械変換素子であり、たとえ
ば、図4に示すような基本構造を有する。表面弾性波素
子40において、表面弾性波の励振には圧電体44によ
る圧電現象が利用される。圧電体44に設けられた一方
のくし形電極43に電気信号を印加すると、圧電体44
に歪みが生じ、これが表面弾性波となって圧電体44を
伝播し、もう1つのくし形電極43´で電気信号として
取出される。この素子の周波数特性は、図に示すよう
に、くし形電極における電極間隔をλ0 、表面弾性波の
伝搬速度をvとすれば、f0 =v/λ0 で定められる周
波数f0 を中心とした帯域通過特性を有する。
【0003】表面弾性波素子は、部品点数が少なく、小
型にすることができ、しかも表面弾性波の伝搬経路上に
おいて信号の出入れが容易である。この素子は、フィル
タ、遅延線、発振器、共振器、コンボルバーおよび相関
器等に応用することができる。特に、表面弾性波素子
は、早くからテレビの中間周波数フィルタとして実用化
され、さらにVTRならびに、自動車電話および携帯電
話等の各種の通信機器用フィルタにも応用が検討されて
きている。
【0004】従来の典型的な表面弾性波素子として、L
iNbO3 およびLiTaO3 等の圧電体結晶上に、く
し形電極を形成した構造からなる素子がある。また、Z
nO等の圧電体薄膜をガラス等の基板上にスパッタ等の
技術を用いて形成したものも用いられている。
【0005】しかしながら、上述した従来の素子構造を
用いて、高周波域(GHz帯)で使用できる素子を製造
することは困難である。圧電体単結晶上にくし形電極を
形成しただけの素子では、表面弾性波の伝搬速度vが小
さいため、1GHz以上の高い中心周波数を得ることは
困難である。
【0006】上述した式からも示唆されるように、表面
弾性波素子がより高い周波数を中心とする帯域通過特性
を有するためには、電極間隔λ0 を小さくするか、表面
弾性波の伝搬速度vを大きくする必要がある。
【0007】くし形電極の電極間隔λ0 を小さくして中
心周波数を高くすることは、フォトリソグラフィ法の微
細加工技術により制限を受ける。
【0008】そのため、表面弾性波の伝搬速度vを増加
させる技術がこれまで検討されてきた。
【0009】特開昭54−38874号公報は、表面弾
性波の伝搬速度が圧電体中におけるよりも大きなサファ
イヤ層を基板と圧電体膜との間に設けた素子を開示して
いる。また、今井らによる特開昭64−62911号公
報および中幡らによる特開平3−19842号公報は、
表面弾性波の伝搬速度を大きくするため、ダイヤモンド
層上に圧電体膜を積層させた素子を開示している。図5
(a)〜(d)は、これらの公報に開示された素子の例
を示している。
【0010】図5(a)に示す素子では、ダイヤモンド
層52上に圧電体層54が形成され、これらの層の間に
くし形電極53が設けられる。図5(b)に示す素子で
は、図5(a)に示す素子の圧電体層54上に短絡用電
極56が設けられたものである。図5(c)に示す素子
では、ダイヤモンド層52上に圧電体層54が形成さ
れ、圧電体層54上にくし形電極53が設けられてい
る。図5(d)に示す素子では、図5(c)に示す素子
において圧電体層54とダイヤモンド層52との間に短
絡用電極56が設けられたものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、図5
(c)に示すような構造を有する表面弾性波素子におい
て、圧電体層54およびダイヤモンド層52との間に短
絡用電極56を設けることで、より高い電気機械結合係
数が得られることが知られている。
【0012】ところが、ダイヤモンド層52と金属材料
からなる短絡用電極56と圧電体層54とを積層する際
に、ダイヤモンドまたは圧電体と金属材料との整合性が
あまり好ましくないため、短絡用電極形成時の条件によ
ってはしばしばダイヤモンド層52または圧電体層54
と短絡用電極56との界面において剥離が生じやすかっ
た。剥離が生じた素子は素子として機能しなくなってし
まう。また、剥離が生じない場合でも界面において結晶
欠陥が発生しやすく、このような結晶性の乱れが激しい
場合には、表面弾性波素子の短絡用電極56で表面弾性
波の散乱や減衰が生じやすく、素子特性が劣化してしま
うことがあった。
【0013】本発明は、上述した従来の課題を解決し、
素子の歩留りを高め、かつ高周波領域において高い電気
機械的結合係数を有する表面弾性波素子を提供すること
を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に従う表面弾性波
素子では、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素膜の
少なくともいずれかからなる第1の層と、圧電体からな
る第2の層と、電気−機械変換を行なうための電極を構
成する第3の層と、接地のために設けられる第4の層と
が積層されており、第4の層が導電性酸化物から形成さ
れることを特徴とする。
【0015】また、本発明に従う表面弾性波素子では、
圧電体からなる第2の層上に二酸化珪素(SiO2 )か
らなる第5の層をさらに備えてもよい。
【0016】さらに、本発明に従う表面弾性波素子で
は、第2の層がZnOから形成され、かつ第4の層が不
純物のドーピングにより導電性が付与されたZnOから
形成されてもよい。
【0017】本発明において、ダイヤモンド状炭素膜は
i−カーボンと呼ばれる。ダイヤモンド状炭素膜は、ダ
イヤモンドの気相合成に関する研究の過程で見出された
ものであり、多くの研究者によりその材質が詳しく調べ
られ、明らかにされてきた。ダイヤモンド状炭素膜を1
つの物質として定義することについての定説はないが、
この膜は、ダイヤモンド、グラファイト、アモルファス
カーボンなどとは顕著に異なるものであって、次に示す
ような性質を有している。
【0018】(1) 炭素と水素からなる組成物で、水
素の方が少ない。 (2) 結晶状態はアモルファスである。
【0019】(3) 少なくとも一般の金属に比べては
るかに硬い。 (4) 電気的には絶縁体である。
【0020】(5) 光を通過する。 また、ダイヤモンドは〜10,000(Hv)の硬度を
有する一方、ダイヤモンド状炭素膜は、たとえば、1,
000〜5,000(Hv)の硬度を有する。
【0021】ダイヤモンド状炭素膜は、ダイヤモンドの
合成と同様にプラズマCVD、イオンビーム蒸着法およ
びスパッタリング等の気相プロセスに従って製造するこ
とができる。
【0022】本発明において、ダイヤモンドおよびダイ
ヤモンド状炭素膜の少なくともいずれかからなる第1の
層が少量の不純物を含んでいてもよい。表面弾性波の伝
搬速度および電気機械的変換の効率を高める点から言え
ば、構成材料として純度の高いダイヤモンドを用いるこ
とが好ましい。
【0023】一方、ダイヤモンドは500℃以上の合成
温度が必要であるのに対し、ダイヤモンド状炭素膜は室
温でも気相合成できる。このため、ダイヤモンド状炭素
膜は、膜がその上に形成されるべき基材の選択の幅を大
きく広げる。また、ダイヤモンド状炭素膜について、大
面積の膜を容易に得ることができ、ダイヤモンドに比べ
てより平滑な平面を有する。
【0024】本発明において、ダイヤモンドおよびダイ
ヤモンド状炭素膜の少なくともいずれかからなる第1の
層は、天然あるいは超高圧合成による単結晶ダイヤモン
ドからなる層でもよく、基板上に形成されたダイヤモン
ド薄膜からなる層であってもよい。また、ダイヤモンド
状炭素膜からなる層であってもよい。
【0025】ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素膜
の少なくともいずれかからなる第1の層の厚みは、表面
弾性波の伝搬速度を大きくするために、伝播する表面弾
性波の波長の0.4倍以上が好ましく、0.6倍以上が
さらに好ましい。ダイヤモンド薄膜を形成するための基
板は、特に限定されないが、たとえば、Si、Mo、C
u、Ni、W、GaAs、およびLiNbO3 等の半導
体材料および無機材料から構成することができる。
【0026】また一方、ダイヤモンド状炭素膜を形成す
るための基板は、ダイヤモンドよりも広い範囲の基板を
適用することができる。このような基板としては、たと
えば、合成樹脂等の有機加工物からなる基板をも含む。
【0027】基板上に形成されるダイヤモンド薄膜は、
単結晶ダイヤモンドであってもよいし、多結晶ダイヤモ
ンドであってもよい。気相合成によるダイヤモンド薄膜
は、通常多結晶構造を有する。
【0028】ダイヤモンド薄膜を基板上に形成させる方
法として、たとえば、熱CVD法、プラズマCVD法、
マイクロ波CVD法、光CVD法およびレーザCVD法
等のCVD法、スパッタリング、ならびにイオンビーム
蒸着等を挙げることができる。また、ダイヤモンド状炭
素膜も、ダイヤモンド薄膜を形成したものと同様の方法
を用いて基板上に形成させることができる。
【0029】原料ガスを分解励起してダイヤモンド薄膜
を気相成長させる方法についてより具体的に列挙する
と、たとえば、(1)熱電子放射材を1500K以上の
温度に加熱して原料ガスを活性化する方法、(2)直流
波、交流波またはマイクロ波電解による放電を利用する
方法、(3)イオン衝撃を利用する方法、(4)レーザ
などの光を照射する方法、(5)原料ガスを燃焼させる
方法などがある。
【0030】ダイヤモンド薄膜およびダイヤモンド状炭
素膜を気相合成するために使用する原料物質には、炭素
含有化合物が一般的に用いられる。この炭素含有化合物
は、好ましくは水素ガスと組合わせて用いられる。また
必要に応じて、酸素含有化合物および/または不活性ガ
スが原料ガス中に添加される。
【0031】炭素含有化合物としては、たとえば、メタ
ン、エタン、プロパンおよびブタン等のパラフィン系炭
化水素、エチレン、プロピレンおよびブチレン等のオレ
フィン系炭化水素、アセチレンおよびアリレン等のアセ
チレン系炭化水素、ブタジエン等のジオレフィン系炭化
水素、シクロプロパン、チクロブタン、チクロペンタン
およびシクロヘキサン等の脂環式炭化水素、クシロブタ
ジエン、ベンゼン、トルエン、キシレンおよびナフタレ
ン等の芳香族炭化水素、アセトン、ジエチルケトンおよ
びベンゾフェノン等のケトン類、メタノールおよびエタ
ノール等のアルコール類、トリメチルアミンおよびトリ
エチルアミン等のアミン類、炭酸ガスならびに一酸化炭
素などを挙げることができる。これらは、1種類を単独
で用いることもできるし、2種類以上を併用することも
できる。また、炭素含有化合物は、グラファイト、石
炭、コークス等の炭素原料のみからなる物質であっても
よい。
【0032】原料ガスに添加される酸素含有化合物とし
ては、水素、水、一酸化炭素、二酸化炭素、または過酸
化水素が容易に入手できるゆえ好ましい。
【0033】原料ガスに添加できる不活性ガスとして
は、たとえば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプト
ン、キセノン、またはラドンを用いることができる。
【0034】また、ダイヤモンドおよびダイヤモンド状
炭素膜の少なくともいずれかからなる第1の層は、単結
晶ダイヤモンドから本質的になる基板で構成されてもよ
い。単結晶ダイヤモンドの基板は、表面弾性波の伝搬速
度および電気機械結合係数を高めるため好ましく用いら
れる。このような基板として、天然ダイヤモンドまたは
超高圧合成法により製造された合成ダイヤモンドを用い
ることができる。
【0035】本発明において、圧電体からなる第2の層
は、ZnO、AlN、PB(Zr,Ti)O3 、(P
b,La)(Zr,Ti)O3 、LiTaO3 、LiN
bO3、SiO2 、Ta2 5 、Nb2 5 、BeO、
Li2 4 7 、KNbO3 、ZnS、ZnSeまたは
CdS等の圧電材料から構成することができる。
【0036】圧電体からなる第2の層は、単結晶および
多結晶のいずれであってもよいが、素子をより高周波域
で使用するようにするためには、表面弾性波の散乱が少
ない単結晶である方がより好ましい。ZnO、AlN、
およびPB(Zr,Ti)O 3 等の圧電材料からなる第
2の層は、CVD法またはスパッタリング等によって形
成することができる。
【0037】本発明において、前述した電気機械的変
換、すなわち電気信号と表面弾性波との間での変換を行
なうための電極は、典型的には、くし形電極またはイン
ターデジタル・トランデューサー(IDT)と呼ばれる
電極が用いられる。
【0038】くし形電極は、たとえば図6(a)、
(b)に示すような形状を有するものが用いられる。
【0039】くし形電極は、現在のところフォトリソグ
ラフィ法を用いて1.2μm程度の電極間隔を有するも
のまでを製造することができる。電極を形成する材料と
しては、抵抗率の小さな金属が好ましく、Au、Agお
よびAl等の低温で蒸着可能な金属、ならびにTi、W
およびMo等の高融点金属を用いることができる。電極
形成の容易さからは、AlおよびTiを用いることが好
ましく、ダイヤモンドとの密着性からはWおよびMoを
用いることが好ましい。くし形電極は、単一の金属材料
から形成されてもよく、またTiの上にAlを積層する
ように2種類以上の金属材料を組合わせて形成されても
よい。
【0040】ここで、くし形電極の作製順序を簡単に説
明する。まず、上述した材料からなる金属層を所定の場
所に形成する。次に、レジスト膜を金属層上に形成した
後、ガラス等の透明平板上にくし形電極のパターンを形
成させたマスクをレジスト膜の上方に設け、水銀ランプ
などを用いてレジスト膜を感光する。その後、現像によ
りレジストパターンが得られる。レジストパターンの形
成には、上述した方法の他に、電子ビームによりレジス
ト膜を直接感光する方法を用いることもできる。
【0041】レジストパターン形成後、エッチングによ
り金属層が所定の形状に加工される。Al等の低融点金
属からなる層をエッチングするには、たとえば、水酸化
ナトリウム溶液などのアルカリ性水溶液または硝酸など
の酸性溶液が用いられる。一方、高融点金属をエッチン
グする場合にはフッ素酸と硝酸の混合溶液が用いられ
る。また、BCl3 等のガスを用いる反応性イオンエッ
チングを金属層の加工のために用いることもできる。
【0042】一方、本発明において、電極は、また導電
性を有するダイヤモンドから形成することもできる。導
電性を有するダイヤモンドは、P、Al、PまたはSな
どの不純物を導入しながらダイヤモンドを気相成長させ
る方法、絶縁体のダイヤモンドにこれらの不純物をイオ
ン注入によりドーピングする方法、絶縁性のダイヤモン
ドに電子線を照射して光子欠陥を導入する方法、または
絶縁性ダイヤモンドを水素化する方法等により形成する
ことができる。
【0043】本発明において、電気−機械変換を行なう
ための電極を構成する第3の層は、ダイヤモンドおよび
ダイヤモンド状炭素膜の少なくともいずれかからなる第
1の層と圧電体からなる第2の層との間、または圧電体
からなる第2の層と二酸化珪素(SiO2 )からなる第
5の層との間に形成することができる。
【0044】電気−機械変換を行なうための電極を構成
する第3の層がダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素
膜の少なくともいずれかからなる第1の層と圧電体から
なる第2の層との間に設けられる場合には、接地のため
に設けられる第4の層は、圧電体からなる第2の層と二
酸化珪素(SiO2 )からなる第5の層との間および/
または圧電体からなる第2の層上に設けることができ
る。
【0045】また、電気−機械変換を行なうための電極
を構成する第3の層が圧電体からなる第2の層と二酸化
珪素(SiO2 )からなる第5の層との間に設けられる
場合には、接地のために設けられる第4の層は、ダイヤ
モンドおよびダイヤモンド状炭素膜の少なくともいずれ
かからなる第1の層と圧電体からなる第2の層との間お
よび/または二酸化珪素(SiO2 )からなる第5の層
上に設けることができる。
【0046】本発明において、接地のために設けられる
第4の層が、少なくともダイヤモンドおよびダイヤモン
ド状炭素膜の少なくともいずれかからなる第1の層と圧
電体からなる第2の層との間または圧電体からなる第2
の層と二酸化珪素(SiO2)からなる第5の層との間
に挟込まれる構造とすることで、より高い電気機械的結
合がもたらされる。
【0047】本発明において、圧電体からなる第2の層
と接地のために設けられる第4の層とが異なった材料か
ら形成されてもよく、また基本的に同一の材料から形成
されてもよい。
【0048】ただし、第2の層と第4の層を異なった材
料から形成する場合に比べて、第2の層と第4の層を基
本的に同一の材料から形成する方が表面弾性波素子にお
ける第2の層と第4の層との界面での密着性をより高め
ることができる。
【0049】第2の層と第4の層を基本的に同一の材料
から形成する場合、たとえば、第2の層をある圧電材料
から形成し、第2の層を構成する圧電材料中に不純物を
ドーピングすることにより導電性が付与された材料(酸
化物)から第4の層を形成することができる。より具体
的に言えば、第2の層をZnOから形成し、第2の層を
構成するZnO中にAl、V、Ga、またはIn等の金
属元素をドーピングすることにより導電性が付与された
ZnOから第4の層を形成すればより好ましい。
【0050】一方、第2の層と第4の層を異なった材料
から形成する場合、たとえば、圧電材料ではないSnO
2 、In2 3 、TiO、LiV2 4 、ReO3 、L
aTiO3 、SrVO3 、CaCrO3 、V2 3 、V
2 、CrO2 、IrO2 等の導電性酸化物から第4の
層を形成することができる。また、第2の層をある圧電
材料から形成し、第2の層を構成する圧電材料以外の圧
電材料中に不純物をドーピングすることにより導電性が
付与された材料から第4の層を形成することもできる。
より具体的に言えば、第2の層をAlN、PB(Zr,
Ti)O3 、LiTaO3 、またはSiO2 等から形成
し、第2の層を構成する圧電材料中にAl、V、Ga、
またはIn等の金属元素がドーピングされたZnOから
第4の層を形成することができる。
【0051】第4の層を導電性が付与されたZnO等の
圧電材料から形成する場合は、Al 2 3 、V2 3
Ga2 3 、またはIn2 3 等の金属酸化物を含む焼
結体のターゲットを用いたスパッタリングなどを用いる
ことができる。
【0052】また、第4の層を圧電材料ではない導電性
酸化物から形成する場合は、スパッタリング、イオンプ
レーティング法、電子ビーム(EB)蒸着法などを用い
ることができる。
【0053】本発明において、接地のために設けられる
第4の層の抵抗率は、10-2Ωcm以下とすることが好
ましく、10-3Ωcm以下であればより好ましい。
【0054】本発明において、二酸化珪素(SiO2
からなる第5の層は、たとえば、スパッタリング法、イ
オンプレーティング法、CVD法、電子ビーム(EB)
蒸着法、低温CVD法により成長させることができる。
二酸化珪素(SiO2 )は、結晶質のものであってもよ
く、また非晶質のものであってもよい。
【0055】
【作用】本発明者らは、ダイヤモンドおよびダイヤモン
ド状炭素膜の少なくともいずれかからなる第1の層上
に、圧電体からなる第2の層と、電気−機械変換を行な
うための電極を構成する第3の層と、接地のために設け
られる第4の層とが積層された構造の表面弾性波素子に
おいて、あるいはダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭
素膜の少なくともいずれかからなる第1の層上に、圧電
体からなる第2の層と、電気−機械変換を行なうための
電極を構成する第3の層と、接地のために設けられる第
4の層と、さらに二酸化硅素(SiO2 )からなる第5
の層が積層された構造の表面弾性波素子において、接地
のために設けられる第4の層を、従来のように金属材料
から形成するのではなく、導電性を有する金属酸化物か
ら形成することで、作製プロセス中の剥離を減少させ、
かつ特性の劣化がほとんどない表面弾性波素子が得られ
ることを見い出した。
【0056】これは、接地のために設けられる第4の層
を導電性を有する金属酸化物で形成することで、接地の
ために設けられる第4の層の下地層となる、ダイヤモン
ドおよびダイヤモンド状炭素膜の少なくともいずれかか
らなる第1の層または圧電体からなる第2の層の結晶面
と、密着性の良い第4の層を積層することができるよう
になり、下地層となるダイヤモンドおよびダイヤモンド
状炭素膜の少なくともいずれかからなる第1の層または
圧電体からなる第2の層と接地のために設けられる第4
の層との界面部分における結晶性の乱れを大幅に抑制す
ることができるようになるためと考えられる。
【0057】さらに、本発明に従う表面弾性波素子で
は、第2の層をZnOから形成し、接地のために設けら
れる第4の層を不純物のドーピングにより導電性が付与
されたZnOから形成すれば、特に接地のために設けら
れる第4の層の下地層となる、圧電体からなる第2の層
の結晶面と、第4の層との密着性がより高められ、下地
層となる圧電体からなる第2の層と接地のために設けら
れる第4の層との界面部分における結晶性の乱れをさら
に一層抑制することができるものと考えられる。
【0058】本発明に従う表面弾性波素子では、作製プ
ロセス中の温度変化に伴って熱膨張応力が接地のために
設けられる第4の層にかかることがあっても、第4の層
と下地層となる第1または第2の層との密着性が良好で
あるため、従来のように安易に剥離が生じることはな
い。したがって、本発明に従う表面弾性波素子では、接
地のために設けられる第4の層と下地層となる第1また
は第2の層との界面で表面弾性波の散乱や減衰が起こる
ことはほとんどなく、良好な素子特性を得ることができ
る。
【0059】加えて、作製プロセス中の温度変化等に対
する素子の構造上の耐性が付与されることで、素子の歩
留りを向上させることもできる。
【0060】このように、本発明においては、素子の歩
留りを高め、かつ高周波領域において高い電気機械変換
効率を有する表面弾性波素子が提供される。
【0061】
【実施例】実施例1 10×10×1mmのSi基板を準備し、これをプラズ
マCVD装置内に設置した。反応室内を排気するととも
に、反応室内にH2 :CH4 =200:1の混合ガスを
導入した。反応室内の圧力が約40Torr、基板温度
が850℃、マイクロ波パワーが400Wの条件下で、
プラズマCVDを行ない、Si基板上に厚さ30μmの
ダイヤモンド薄膜を成長させた。次いで、大気中に45
0℃で10分間放置してダイヤモンド薄膜の抵抗率を高
めた。
【0062】次に、ダイヤモンド薄膜の表面を研磨した
後、アルミナ(Al2 3 )を含むZnO多結晶体をタ
ーゲットとして、スパッタ出力150W、基板温度20
0℃の条件下で、Ar:O2 =1:1の混合ガスでスパ
ッタするマグネトロンスパッタリングにより、ZnOに
対してAlが2.0atomic%ドーピングされた導
電性ZnO薄膜を厚み500Åで堆積させた。このと
き、堆積させた導電性ZnO薄膜の抵抗値は1.0×1
-3Ωcm以下とした。
【0063】さらに、連続して、Li2 CO3 を含むZ
nO多結晶体からなるターゲットを用いて同一条件下で
マグネットロンスパッタリングにより、ZnOに対して
Liが2.0atomic%ドーピングされた絶縁性の
ZnO薄膜を厚み5.0μmで堆積させた。
【0064】次に、絶縁性のZnO薄膜上に、Alから
なる厚さ500ÅのAl層を抵抗加熱法により蒸着し
た。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、Al層か
ら電極間隔2μmのくし形電極を形成した。くし形電極
の形状は、図6(a)に示すものと同様とした。
【0065】図1は、以上の構成で形成された実施例1
に基づく表面弾性波素子を示す断面図である。
【0066】図1に示すように、Si基板1上にダイヤ
モンド薄膜2が形成され、そのダイヤモンド薄膜2上に
は導電性のZnOからなる接地層3が形成され、さらに
その上に絶縁性のZnOからなる圧電体層4が形成され
ている。さらに圧電体層4上にはくし形電極5が形成さ
れている。
【0067】比較例1 なお、上記の表面弾性波素子と比較するため、比較例1
では、接地層を金属材料Alを用いて真空蒸着法により
厚さ500Åで形成すること以外、すべて上述した実施
例1と同様にして表面弾性波素子を作製した。
【0068】比較例1の表面弾性波素子では、Si基板
上にダイヤモンド薄膜が形成され、そのダイヤモンド薄
膜上にAlからなる接地層が形成され、さらにその上に
絶縁性ZnOからなる圧電体層が形成されている。さら
に、圧電体層上には、くし形電極が形成されている。
【0069】以上のようにして得た実施例1および比較
例1の表面弾性波素子を各々10個ずつ作製し、剥離発
生の有無および一次モードの電気機械結合係数K2 の評
価を行なった。その結果を表1に示す。
【0070】
【表1】
【0071】実施例2 実施例1と同様に、10×10×1mmのSi基板を準
備し、これをプラズマCVD装置内に設置した。反応室
内を排気するとともに、反応室内にH2 :CH 4 =20
0:1の混合ガスを導入した。反応室内の圧力が約40
Torr、基板温度が850℃、マイクロ波パワーが4
00Wの条件下で、プラズマCVDを行ない、Si基板
上に厚さ30μmのダイヤモンド薄膜を成長させた。次
いで、大気中に450℃で10分間放置してダイヤモン
ド薄膜の抵抗率を高めた。
【0072】次に、ダイヤモンド薄膜の表面を研磨した
後、Ga2 3 を含むZnO多結晶体をターゲットとし
て、スパッタ出力150W、基板温度200℃の条件下
で、Ar:O2 =1:1の混合ガスでスパッタするマグ
ネットロンスパッタリングにより、ZnOに対してGa
が3.0atomic%ドーピングされた導電性ZnO
薄膜を厚み500Åで堆積させた。このとき、堆積させ
た導電性ZnO薄膜の抵抗値は1.0×10-3Ωcm以
下とした。
【0073】さらに、連続して、Li2 CO3 を含むZ
nO多結晶体からなるターゲットを用いて同一条件下で
マグネトロンスパッタリングにより、ZnOに対してL
iが2.0atomic%ドーピングされた絶縁性のZ
nO薄膜を厚み2.5μmで堆積させた。
【0074】次に、絶縁性のZnO薄膜上に、Alから
なる厚さ500ÅのAl層を抵抗加熱法により蒸着し
た。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、Al層か
ら電極間隔2μmのくし形電極を形成した。くし形電極
の形状は、実施例1に示すものと同様とした。
【0075】次いで、SiO2 をターゲットとして、ス
パッタ出力200W、基板温度150℃の条件下で、A
r:O2 =1:1の混合ガスでスパッタするマグネトロ
ンスパッタリングにより、絶縁性のZnO薄膜上に非晶
質SiO2 薄膜を厚み4μmで成長させた。
【0076】図2は、上記の構成で形成された実施例2
に基づく表面弾性波素子を示す断面図である。
【0077】図2に示すように、Si基板1上にダイヤ
モンド薄膜2が形成され、そのダイヤモンド薄膜2上に
は導電性のZnOからなる接地層3が形成され、さらに
その上に絶縁性のZnOからなる圧電体層4が形成され
ている。圧電体層4上にはくし形電極5が形成され、さ
らにくし形電極5を覆うようにして非晶質SiO2 薄膜
6が形成されている。
【0078】比較例2 なお、上記の実施例2に従う表面弾性波素子と比較する
ため、比較例2では、接地層を金属材料Alを用いて真
空蒸着法により厚さ500Åで形成すること以外すべて
上述した実施例2と同様にして表面弾性波素子を作製し
た。
【0079】比較例2の表面弾性波素子では、Si基板
上にダイヤモンド薄膜が形成され、そのダイヤモンド薄
膜上にAlからなる接地層が形成され、その上に絶縁性
ZnOからなる圧電体層が形成され、さらにその上にく
し形電極が形成され、そのくし形電極を覆うようにして
非晶質SiO2 膜が形成されている。
【0080】以上のようにして得た実施例2および比較
例2の表面弾性波素子を各々10個ずつ作製し、剥離の
発生有無および一次モードの電気機械結合係数K2 の評
価を行なった。その結果を表2に示す。
【0081】
【表2】
【0082】実施例3 図3に示す構造を有する表面弾性波素子を作製した。
【0083】図3に示すように、Si基板1上には、ダ
イヤモンド薄膜2が形成されている。ダイヤモンド薄膜
2上にくし形電極5が形成され、さらにこのくし形電極
を覆うようにして絶縁性のZnOからなる圧電体層4が
形成されている。圧電体層4上には導電性のZnOから
なる接地層からなる圧電体層3が形成され、さらにその
上にSiO2 薄膜6が形成されている。
【0084】図3に示す構造を有する表面弾性波素子の
作製にあたっては、ダイヤモンド薄膜は実施例1の形成
条件と同様の条件下でプラズマCVDにより形成させ
た。ダイヤモンド薄膜の厚みは30μmとした。また、
絶縁体ZnOからなる厚さ0.9μmの圧電体層4およ
びくし形電極5を実施例1と同様の条件下で形成させ
た。接地層3は、絶縁体ZnOからなる圧電体層4の表
面上に、ZnOに対してInが3.0atomic%ド
ーピングされた導電性のZnO薄膜をスパッタリング法
により厚さ500Åで形成させた。また、SiO2 薄膜
6は、実施例2の合成条件と同様の条件下でスパッタリ
ングにより形成させた。SiO2 薄膜6の厚みは3μm
とした。
【0085】比較例3 なお、上記の実施例3に従う表面弾性波素子と比較する
ため、比較例3では、接地層を、金属材料Alを用いて
真空蒸着により厚さ500Åで形成したこと以外、すべ
て上述した実施例3と同様にして表面弾性波素子を作製
した。
【0086】比較例3の表面弾性波素子では、Si基板
上にダイヤモンド薄膜が形成され、そのダイヤモンド薄
膜上にくし形電極が形成されている。さらに、くし形電
極を覆うように絶縁性ZnOからなる圧電体層が形成さ
れ、圧電体層上にAlからなる接地層が形成されてい
る。さらに、接地層上にSiO2 薄膜が形成されてい
る。
【0087】以上のようにして得られた実施例3および
比較例3の表面弾性波素子を各々10個ずつ作製し、剥
離の発生有無および一次モードの電気機械結合係数K2
の評価を行なった。その結果を表3に示す。
【0088】
【表3】
【0089】表1〜表3の結果より明らかなように、接
地層が金属酸化物から形成された本実施例1〜3に基づ
く表面弾性波素子では、接地層が金属材料から形成され
る比較例1〜3の表面弾性波素子に比べて、剥離の発生
が大幅に抑えられるとともに高い電気機械結合係数が得
られることが示された。
【0090】本実施例に基づく表面弾性波素子は、特
に、自動車電話、携帯電話等の通信機器に用いられる高
周波フィルタとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に従う表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例に従う表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。
【図3】本発明の第3の実施例に従う表面弾性波素子の
構造を示す断面図である。
【図4】表面弾性波素子の基本的な構造を模式的に示す
斜視図である。
【図5】従来の表面弾性波素子の構造を示す断面図であ
る。
【図6】くし形電極の形状を示す平面図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 ダイヤモンド薄膜 3 接地層 4 圧電体層 5 くし形電極 6 SiO2 薄膜 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿田 真一 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイヤモンドおよびダイヤモンド状炭素
    膜の少なくともいずれかからなる第1の層と、 圧電体からなる第2の層と、 電気−機械変換を行なうための電極を構成する第3の層
    と、 接地のために設けられる第4の層とが積層された表面弾
    性波素子において、 前記第4の層が導電性酸化物から形成されていることを
    特徴とする、表面弾性波素子。
  2. 【請求項2】 前記圧電体からなる第2の層上に二酸化
    珪素(SiO2 )からなる第5の層をさらに備えること
    を特徴とする、請求項1に記載の表面弾性波素子。
  3. 【請求項3】 前記第2の層がZnOから形成され、か
    つ前記第4の層が不純物のドーピングにより導電性が付
    与されたZnOから形成されていることを特徴とする、
    請求項1に記載の表面弾性波素子。
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