JPH0750436A - サファイア面上の酸化亜鉛圧電結晶膜 - Google Patents
サファイア面上の酸化亜鉛圧電結晶膜Info
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- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
- H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】
【目的】
【外１】
〔Ｒ面〕サファイア上に配向性のよい
【外２】
ＺｎＯエピタキシャル膜を形成する。
【構成】 ＲＦマグネトロンスパッタリング装置８の容
器７内にＣｕをドープしたＺｎメタルターゲット４をセ
ットすると共に容器７内にＡｒ＋Ｏ2ガスを導入し、タ
ーゲット４に対向させてＲ面サファイア１を配置する。
ターゲット４から飛び出たＺｎ粒子はＯ2ガスと反応
し、ＺｎＯ粒子及びＣｕ粒子としてＲ面サファイア１の
面上に付着し、Ｃｕを含有したＺｎＯエピタキシャル膜
２となる。
器７内にＣｕをドープしたＺｎメタルターゲット４をセ
ットすると共に容器７内にＡｒ＋Ｏ2ガスを導入し、タ
ーゲット４に対向させてＲ面サファイア１を配置する。
ターゲット４から飛び出たＺｎ粒子はＯ2ガスと反応
し、ＺｎＯ粒子及びＣｕ粒子としてＲ面サファイア１の
面上に付着し、Ｃｕを含有したＺｎＯエピタキシャル膜
２となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はサファイア面上の酸化亜
鉛圧電結晶膜に関する。具体的にいうと本発明は、弾性
表面波（ＳＡＷ）デバイス用の基板材料として用いられ
るＲ面サファイア上の酸化亜鉛圧電結晶膜に関する。
鉛圧電結晶膜に関する。具体的にいうと本発明は、弾性
表面波（ＳＡＷ）デバイス用の基板材料として用いられ
るＲ面サファイア上の酸化亜鉛圧電結晶膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】表面にＩＤＴ（くし歯状）電極を設けて
弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを製造するための基板材
料としては、
弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスを製造するための基板材
料としては、
【外３】 カットサファイア（α-Ａｌ2Ｏ3）〔以下、Ｒ面サファ
イアという〕の上に
イアという〕の上に
【外４】 酸化亜鉛（ＺｎＯ）〔以下、Ｑ面ＺｎＯという〕をエピ
タキシャル成長させたものがある。この基板材料にあっ
ては、図１に示すように、Ｒ面サファイア１の上にＱ面
ＺｎＯエピタキシャル膜２が成長しており、ＺｎＯエピ
タキシャル膜２の［０００１］方向〔以下、Ｃ軸とい
う〕がＲ面サファイア１の
タキシャル成長させたものがある。この基板材料にあっ
ては、図１に示すように、Ｒ面サファイア１の上にＱ面
ＺｎＯエピタキシャル膜２が成長しており、ＺｎＯエピ
タキシャル膜２の［０００１］方向〔以下、Ｃ軸とい
う〕がＲ面サファイア１の
【外５】 〔以下、Ｄ軸という〕と平行な向きを向いている。すな
わち、この基板材料は、つぎの数１で表わすような構造
をもっており、高音速、高結合な弾性表面波デバイス用
の基板材料として知られている。
わち、この基板材料は、つぎの数１で表わすような構造
をもっており、高音速、高結合な弾性表面波デバイス用
の基板材料として知られている。
【０００３】
【数１】
【０００４】Ｒ面サファイア１上にＺｎＯエピタキシャ
ル膜２を成長させて上記のような基板材料を作製する方
法としては、従来にあっては、化学輸送法やＣＶＤ法、
スパッタ法などが用いられている。
ル膜２を成長させて上記のような基板材料を作製する方
法としては、従来にあっては、化学輸送法やＣＶＤ法、
スパッタ法などが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
スパッタリングによって純粋なＺｎＯをＲ面サファイア
１上に形成した場合、Ｃ軸がＲ面サファイア１の表面と
平行に成長し、ある程度の配向性が得られるが、弾性表
面波デバイス用の基板材料として用いるためには、その
配向性が不十分であった。このため、ＺｎＯエピタキシ
ャル膜２の圧電性が不十分となり、電気機械結合係数な
どの特性が所望の値よりも小さいという問題があった。
スパッタリングによって純粋なＺｎＯをＲ面サファイア
１上に形成した場合、Ｃ軸がＲ面サファイア１の表面と
平行に成長し、ある程度の配向性が得られるが、弾性表
面波デバイス用の基板材料として用いるためには、その
配向性が不十分であった。このため、ＺｎＯエピタキシ
ャル膜２の圧電性が不十分となり、電気機械結合係数な
どの特性が所望の値よりも小さいという問題があった。
【０００６】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、Ｒ面サファ
イアの面上に配向性のよいＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜
を形成することにある。
れたものであり、その目的とするところは、Ｒ面サファ
イアの面上に配向性のよいＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜
を形成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のサファイア面上
の酸化亜鉛圧電結晶膜は、Ｒ面とほぼ平行なサファイア
面上にＺｎ９５.５重量部に対してＣｕを４.５重量部以
下の割合で添加したＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜を形成
したことを特徴としている。
の酸化亜鉛圧電結晶膜は、Ｒ面とほぼ平行なサファイア
面上にＺｎ９５.５重量部に対してＣｕを４.５重量部以
下の割合で添加したＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜を形成
したことを特徴としている。
【０００８】
【作用】本発明にあっては、ＺｎＯ中のＺｎが９５.５
重量部に対してＣｕを４.５重量部以下の割合で添加し
てＲ面とほぼ平行なサファイア面上にＱ面ＺｎＯエピタ
キシャル膜を形成したところ、配向性が向上し、配向性
の高いＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜を得ることができ
た。
重量部に対してＣｕを４.５重量部以下の割合で添加し
てＲ面とほぼ平行なサファイア面上にＱ面ＺｎＯエピタ
キシャル膜を形成したところ、配向性が向上し、配向性
の高いＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜を得ることができ
た。
【０００９】
【実施例】本発明による基板材料は、図１に示したよう
にＲ面サファイア１の上にＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜
２を成長させたものであって、ＺｎＯエピタキシャル膜
２のＣ軸がＲ面サファイア１のＤ軸と平行となってい
る。ここで、ＺｎＯエピタキシャル膜２は純粋なＺｎＯ
でなく、ＺｎＯ中のＺｎが９５.５重量部に対して（有
意量以上）４.５重量部以下のＣｕが添加されている。
この割合でＣｕを添加されたＺｎＯエピタキシャル膜２
では、配向性のよい結晶膜が得られる。
にＲ面サファイア１の上にＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜
２を成長させたものであって、ＺｎＯエピタキシャル膜
２のＣ軸がＲ面サファイア１のＤ軸と平行となってい
る。ここで、ＺｎＯエピタキシャル膜２は純粋なＺｎＯ
でなく、ＺｎＯ中のＺｎが９５.５重量部に対して（有
意量以上）４.５重量部以下のＣｕが添加されている。
この割合でＣｕを添加されたＺｎＯエピタキシャル膜２
では、配向性のよい結晶膜が得られる。
【００１０】Ｒ面サファイア１上にＣｕを少量含有した
Ｑ面ＺｎＯエピタキシャル膜２を形成する方法として
は、化学輸送法、ＣＶＤ法、スパッタ法などがある。こ
のうちスパッタ法によれば、表面平坦性が良く、結晶的
にも良質なＺｎＯエピタキシャル膜２をより低温で得る
ことができる。
Ｑ面ＺｎＯエピタキシャル膜２を形成する方法として
は、化学輸送法、ＣＶＤ法、スパッタ法などがある。こ
のうちスパッタ法によれば、表面平坦性が良く、結晶的
にも良質なＺｎＯエピタキシャル膜２をより低温で得る
ことができる。
【００１１】図２はスパッタ装置の１つであるＲＦマグ
ネトロンスパッタリング装置８を示す概略図であって、
高周波（ＲＦ周波数帯）電源３に接続されたターゲット
４の下面にはマグネット５が置かれ、ターゲット４に対
向させて試料６（Ｒ面サファイア１）が配置される。ま
た、容器７内にはＡｒ＋Ｏ2ガス又はＡｒガスが導入さ
れる一方、ポンプによって容器７内のガスが強制排気さ
れている。しかして、ターゲット４として所定量のＣｕ
をドープしたＺｎメタルターゲットを用いると共に容器
内にＡｒ＋Ｏ2ガスを導入し、このターゲット４をＡｒ
粒子で叩いてターゲット４からＺｎ粒子及びＣｕ粒子を
飛び出させ、飛び出したＺｎ粒子をＯ2ガスと反応させ
てＺｎＯとし、ＺｎＯ粒子及びＣｕ粒子を試料としてセ
ットしたＲ面サファイア１の面上に付着させ、Ｃｕを少
量含有したＺｎＯエピタキシャル膜２を得ることができ
る。あるいは、ターゲット４として所定量のＣｕをドー
プしたＺｎＯセラミックターゲットを用いると共に容器
内にＡｒガスを導入し、このターゲット４をＡｒ粒子で
叩き、ターゲット４から飛び出たＺｎＯ粒子及びＣｕ粒
子を試料（Ｒ面サファイア１）６の面上に付着させ、Ｃ
ｕを少量含有したＺｎＯエピタキシャル膜２を得ること
ができる。
ネトロンスパッタリング装置８を示す概略図であって、
高周波（ＲＦ周波数帯）電源３に接続されたターゲット
４の下面にはマグネット５が置かれ、ターゲット４に対
向させて試料６（Ｒ面サファイア１）が配置される。ま
た、容器７内にはＡｒ＋Ｏ2ガス又はＡｒガスが導入さ
れる一方、ポンプによって容器７内のガスが強制排気さ
れている。しかして、ターゲット４として所定量のＣｕ
をドープしたＺｎメタルターゲットを用いると共に容器
内にＡｒ＋Ｏ2ガスを導入し、このターゲット４をＡｒ
粒子で叩いてターゲット４からＺｎ粒子及びＣｕ粒子を
飛び出させ、飛び出したＺｎ粒子をＯ2ガスと反応させ
てＺｎＯとし、ＺｎＯ粒子及びＣｕ粒子を試料としてセ
ットしたＲ面サファイア１の面上に付着させ、Ｃｕを少
量含有したＺｎＯエピタキシャル膜２を得ることができ
る。あるいは、ターゲット４として所定量のＣｕをドー
プしたＺｎＯセラミックターゲットを用いると共に容器
内にＡｒガスを導入し、このターゲット４をＡｒ粒子で
叩き、ターゲット４から飛び出たＺｎＯ粒子及びＣｕ粒
子を試料（Ｒ面サファイア１）６の面上に付着させ、Ｃ
ｕを少量含有したＺｎＯエピタキシャル膜２を得ること
ができる。
【００１２】なお、以上に述べたＲ面サファイアとは、
厳密にいえば
厳密にいえば
【外６】 であるが、実際においてはＲ面に対して±２％程度の製
造ばらつきがあり、その程度のばらつき内では同じ効果
が得られる。すなわち、サファイアのカット面が±２％
程度ずれても配向性の良いＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜
が得られる。また、上で示したＣｕ添加物のドープ量は
ターゲット中での値であるが、スパッタではターゲット
の組成と膜の組成はほぼ一致するため、ＺｎＯエピタキ
シャル膜中のＺｎに対するドープ量と言える。
造ばらつきがあり、その程度のばらつき内では同じ効果
が得られる。すなわち、サファイアのカット面が±２％
程度ずれても配向性の良いＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜
が得られる。また、上で示したＣｕ添加物のドープ量は
ターゲット中での値であるが、スパッタではターゲット
の組成と膜の組成はほぼ一致するため、ＺｎＯエピタキ
シャル膜中のＺｎに対するドープ量と言える。
【００１３】〔具体的な実施例と従来例〕本発明の効果
を確認するため、Ｃｕを添加されたＺｎＯエピタキシャ
ル膜を有する実施例のサンプル基板と純粋なＺｎＯエピ
タキシャル膜を有する従来例のサンプル基板とを作製し
た。まず、ターゲットとしてＣｕをドープしたＺｎメタ
ルターゲットを用い、図２で説明したようなＲＦマグネ
トロンスパッタリング装置により種々のスパッタ条件下
でＲ面サファイア上にＣｕを含有したＺｎＯエピタキシ
ャル膜を形成し、実施例のサンプル基板を多数作製し
た。スパッタ条件としては、ＲＦ電力、基板加熱温度、
ガス（Ａｒ：Ｏ2＝５０：５０）の圧力を変化させた。
また、ターゲットに含有されているＣｕの含有量も変化
させた。
を確認するため、Ｃｕを添加されたＺｎＯエピタキシャ
ル膜を有する実施例のサンプル基板と純粋なＺｎＯエピ
タキシャル膜を有する従来例のサンプル基板とを作製し
た。まず、ターゲットとしてＣｕをドープしたＺｎメタ
ルターゲットを用い、図２で説明したようなＲＦマグネ
トロンスパッタリング装置により種々のスパッタ条件下
でＲ面サファイア上にＣｕを含有したＺｎＯエピタキシ
ャル膜を形成し、実施例のサンプル基板を多数作製し
た。スパッタ条件としては、ＲＦ電力、基板加熱温度、
ガス（Ａｒ：Ｏ2＝５０：５０）の圧力を変化させた。
また、ターゲットに含有されているＣｕの含有量も変化
させた。
【００１４】一方、純粋なＺｎメタルターゲットを用
い、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置により実施例
と同様な種々のスパッタ条件下でＲ面サファイア上にＺ
ｎＯエピタキシャル膜を形成し、従来例のサンプル基板
を作製した。
い、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置により実施例
と同様な種々のスパッタ条件下でＲ面サファイア上にＺ
ｎＯエピタキシャル膜を形成し、従来例のサンプル基板
を作製した。
【００１５】〔評価方法〕こうして作製した実施例及び
従来例の各サンプル基板のＺｎＯエピタキシャル膜は、
Ｘ線ディフラクトメータ法を用いて評価した。これはサ
ンプル基板にＸ線を照射して得られた回折波により結晶
性を評価するものである。今回のＺｎエピタキシャル膜
においては、サンプル基板に平行な結晶面、すなわちＺ
ｎＯエピタキシャル膜のＱ面からの回折波によるピーク
が得られ、そのピークの強度が強いほど配向性がよい。
言い換えると、結晶面が平行に揃った良質な膜であるこ
とを示す。さらに、このピーク強度の強さは、図３に示
すように、ピーク強度の１／２の高さで切った回折強度
曲線の幅、すなわち半値幅［ＺｎＯ・Ｑ面回折ピーク半
値幅］によって評価した。
従来例の各サンプル基板のＺｎＯエピタキシャル膜は、
Ｘ線ディフラクトメータ法を用いて評価した。これはサ
ンプル基板にＸ線を照射して得られた回折波により結晶
性を評価するものである。今回のＺｎエピタキシャル膜
においては、サンプル基板に平行な結晶面、すなわちＺ
ｎＯエピタキシャル膜のＱ面からの回折波によるピーク
が得られ、そのピークの強度が強いほど配向性がよい。
言い換えると、結晶面が平行に揃った良質な膜であるこ
とを示す。さらに、このピーク強度の強さは、図３に示
すように、ピーク強度の１／２の高さで切った回折強度
曲線の幅、すなわち半値幅［ＺｎＯ・Ｑ面回折ピーク半
値幅］によって評価した。
【００１６】〔結果〕純粋なＺｎターゲットを用いて従
来例のサンプル基板を作製した場合と、Ｃｕを２ｗｔ％
ドープしたＺｎターゲットを用いて実施例のサンプル基
板を作製した場合におけるＲＦパワー、基板温度及びガ
ス圧の各条件と、Ｘ線ディフラクトメータ法により分析
した各サンプル基板のＺｎＯ・Ｑ面ピーク半値幅の値を
次の表１に示す。
来例のサンプル基板を作製した場合と、Ｃｕを２ｗｔ％
ドープしたＺｎターゲットを用いて実施例のサンプル基
板を作製した場合におけるＲＦパワー、基板温度及びガ
ス圧の各条件と、Ｘ線ディフラクトメータ法により分析
した各サンプル基板のＺｎＯ・Ｑ面ピーク半値幅の値を
次の表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１より同じ条件における従来例と実施例
の対応するサンプル基板同志では、従来例のサンプル基
板よりＣｕをドープした実施例のサンプル基板のほうが
回折ピークの半値幅が小さく、結晶的に優れていること
が分かる。また、このようなＺｎＯ／サファイアを弾性
表面波デバイス用の基板材料として用いる場合、実用的
には回折ピークの半値幅が０.８゜程度より小さいこと
が必要であるが、純粋なＺｎターゲットを用いた従来例
のサンプル基板では表１中の全ての条件において実用性
のあるものは得られていない。これに対しＣｕをドープ
した実施例のサンプル基板の場合には、適当な条件を選
択すれば、十分に実用性のあるＺｎＯエピタキシャル膜
を得ることができる。
の対応するサンプル基板同志では、従来例のサンプル基
板よりＣｕをドープした実施例のサンプル基板のほうが
回折ピークの半値幅が小さく、結晶的に優れていること
が分かる。また、このようなＺｎＯ／サファイアを弾性
表面波デバイス用の基板材料として用いる場合、実用的
には回折ピークの半値幅が０.８゜程度より小さいこと
が必要であるが、純粋なＺｎターゲットを用いた従来例
のサンプル基板では表１中の全ての条件において実用性
のあるものは得られていない。これに対しＣｕをドープ
した実施例のサンプル基板の場合には、適当な条件を選
択すれば、十分に実用性のあるＺｎＯエピタキシャル膜
を得ることができる。
【００１９】表２は表１の条件中で最もＺｎＯ・Ｑ面回
折ピークの半値幅が小さいスパッタ条件（ＲＦパワー
１.０ｋＷ、基板温度２５０℃、ガス圧５×１０-3Tor
r）において、ＺｎＯ中のＺｎに対するＣｕの添加量を
０〜５ｗｔ％（つまり、Ｚｎ１００〜９５重量部に対し
Ｃｕを０〜５重量部）の間で変化させた時の回折ピーク
の半値幅を示す。また、図４は表２をグラフに表わした
ものである。
折ピークの半値幅が小さいスパッタ条件（ＲＦパワー
１.０ｋＷ、基板温度２５０℃、ガス圧５×１０-3Tor
r）において、ＺｎＯ中のＺｎに対するＣｕの添加量を
０〜５ｗｔ％（つまり、Ｚｎ１００〜９５重量部に対し
Ｃｕを０〜５重量部）の間で変化させた時の回折ピーク
の半値幅を示す。また、図４は表２をグラフに表わした
ものである。
【００２０】
【表２】
【００２１】表２及び図４よりＣｕの添加量が４.５ｗ
ｔ％以下であれば、ＣｕをドープしていないＺｎＯに比
べて配向性が良くなることが分かる。
ｔ％以下であれば、ＣｕをドープしていないＺｎＯに比
べて配向性が良くなることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、Ｒ面サファイア等の表
面に配向性の高いＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜を形成す
ることができる。この結果、十分な圧電性を示すＺｎＯ
エピタキシャル膜を得ることができ、電気機械結合係数
などの特性も向上するので、本発明によれば、弾性表面
波デバイス用の基板として実用的なものを得ることがで
きる。
面に配向性の高いＱ面ＺｎＯエピタキシャル膜を形成す
ることができる。この結果、十分な圧電性を示すＺｎＯ
エピタキシャル膜を得ることができ、電気機械結合係数
などの特性も向上するので、本発明によれば、弾性表面
波デバイス用の基板として実用的なものを得ることがで
きる。
【図１】Ｒ面サファイアの上に形成されたＱ面ＺｎＯを
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図２】ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図３】回折強度曲線の半値幅の定義を説明するための
図である。
図である。
【図４】Ｃｕの添加量を０〜５ｗｔ％の範囲内で変化さ
せた時の回折ピークの半値幅の変化を示す図である。
せた時の回折ピークの半値幅の変化を示す図である。
１ Ｒ面サファイア ２ Ｑ面ＺｎＯ ８ ＲＦマグネトロンスパッタリング装置
Claims (1)
- 【請求項１】 【外１】 とほぼ平行なサファイア面上にＺｎ９５.５重量部に対
してＣｕを４.５重量部以下の割合で添加した 【外２】 酸化亜鉛エピタキシャル膜を形成したことを特徴とする
サファイア面上の酸化亜鉛圧電結晶膜。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21509193A JP3085043B2 (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | サファイア面上の酸化亜鉛圧電結晶膜 |
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