JPH10200375A

JPH10200375A - 弾性表面波機能素子

Info

Publication number: JPH10200375A
Application number: JP19460597A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yamanouchi; 和彦山之内; Wasuke Sato; 和助佐藤; Hiromasa Gotou; 広将後藤; Naohiro Kuze; 直洋久世
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1998-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電体基板上を伝搬する弾性表面波と半導体
層中の電子との相互作用を利用した弾性表面波機能素子
において、実用的な低電圧での高い増幅度が得られる弾
性表面波増幅器や、これまでにない高い効率を有する弾
性表面波コンボルバを提供する。【解決手段】弾性表面波機能素子の半導体層が弾性表
面波の伝搬する伝搬路上外に位置し、伝搬路上に対して
直角方向に複数のグレーティング電極を備え、しかも半
導体層が活性層と活性層に格子整合する緩衝層からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体基板を伝搬
する弾性表面波と半導体中の電子との相互作用を利用し
た弾性表面波増幅器や弾性表面波コンボルバ等の弾性表
面波機能素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の弾性表面波と半導体層の電子との
相互作用を用いた機能素子としては、弾性表面波の伝搬
路の幅の全体にわたって相互作用を行わせる構造の弾性
表面波機能素子がある。例えば、弾性表面波機能素子の
例として弾性表面波増幅器に関しては、直接型増幅器
（図２）、分離型増幅器（図３）、モノリシック型増幅
器（図４）の３つの構造が提案されている。第１の直接
型増幅器は、ＣｄＳやＧａＡｓのような圧電性と半導体
性を同時にもつ圧電性半導体基板１１を用い、その上に
入力用すだれ状電極４、出力用すだれ状電極５および圧
電性半導体基板１１に直流電界を印加する電極８を設
け、弾性表面波を増幅させる構造の増幅器である。しか
し、大きな圧電性と大きな電子移動度を同時にもった圧
電性半導体は現在のところ見つかっていない。第２の分
離型増幅器は、大きな圧電性をもった圧電体基板１の上
に、電子移動度の大きな半導体１２が空隙１３を介して
配置されている構造の増幅器である。この型の増幅器
は、半導体と圧電体基板の表面の平坦性と空隙の大きさ
が増幅度に大きく影響する。実用に耐える増幅度を得る
ためには、空隙をできるだけ小さくし、しかも動作領域
にわたって一定に保つ必要があり、工業的な生産は極め
て難しい。一方、第３のモノリシック型増幅器は、圧電
体基板１の上に半導体１２が空隙を持たず、誘電体膜１
４を介して形成されている構造の増幅器である。モノリ
シック型増幅器については、１９７０年代の山之内らの
研究によれば（ＹａｍａｎｏｕｃｈｉＫ．，ｅｔ．ａ
ｌ．，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩＥＥ
Ｅ、７５、ｐ７２６（１９７５））、ＬｉＮｂＯ₃ 基板
上にＳｉＯをコートし、その上にＩｎＳｂ薄膜５０ｎｍ
を蒸着した構造で、ＩｎＳｂの電子移動度として１６０
０ｃｍ² ／Ｖｓが得られ、この膜を使った弾性表面波の
増幅器では１１００Ｖというきわめて高い直流電圧を印
加し、中心周波数１９５ＭＨｚで正味利得４０ｄＢが得
られていた。しかし、ＩｎＳｂの良好な膜質が得られな
いため、実際の携帯機器などへの応用を考えると、駆動
電圧が高すぎ、また低電圧での増幅度が小さすぎるとい
う問題があった。

【０００３】次に、弾性表面波と半導体中の電子の相互
作用を利用したもう一つの応用例として弾性表面波コン
ボルバがあげられる。現在弾性表面波コンボルバはスペ
クトル拡散通信のＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏ
ｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式用の相関器
として非常に注目されている。従来より、ＣＤＭＡ用相
関器としてデジタルＬＳＩやアナログＬＳＩなどが検討
されてきたが、いずれも消費電力が極めて大きく、低消
費電力化が要求される携帯機器などへの応用には大きな
障害となっていた。そこで、原理的には消費電力が０で
ある弾性表面波コンボルバが、低消費電力と同期不要と
いう特徴を生かして実用化が検討され始めている。弾性
表面波コンボルバの研究は、例えば、Ｋ．Ｙａｍａｎｏ
ｕｃｈｉ，Ｓ．Ｍｉｔｓｕｉ，Ｋ．Ｓｈｉｂａｙａｍ
ａ：ＩＥＥＥＭＴＴ・ＳＩｎｔｅｒｎ．Ｍｉｃｒ
ｏｗａｖｅＳｙｍｐ．Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ３１（１９
８０）において、ＩｎＳｂ−ＬｉＮｂＯ₃ 系で−５９ｄ
Ｂｍのコンボリューション出力が得られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モノリ
シック型増幅器を実際の携帯電話などへの応用を可能に
するためには、少なくとも９Ｖ以下という実用的な低電
圧で良好な増幅度を得るとともに、それを容易なプロセ
スで実現させる必要がある。また、弾性表面波コンボル
バについても、さらに大きな効率を実現させなければな
らない。

【０００５】従来の構造においては、弾性表面波の電気
的インピーダンスと半導体のインピーダンスを合わせる
ために、移動度の大きなＩｎＳｂなどの半導体を用いる
場合、半導体薄膜の膜厚を非常に薄くする必要がある。
しかし、薄い膜厚では、半導体薄膜の結晶性が悪く、電
子の移動度が小さくなり、特性のよい機能素子が得られ
なかった。コンボルバにおいては、半導体層の膜厚が薄
いため、膜厚方向に出力を取り出す方法では、高い効率
が得られず、また、半導体層の膜厚を厚くしてしまうと
シート抵抗が小さくなり、弾性表面波の電界がショート
してしまうという問題があった。さらに、弾性表面波の
伝搬路上に半導体層を形成する構造では、弾性表面波の
損失が大きくなり、増幅度や効率の低下を引き起こして
いた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、発明者らが鋭意検討を行った結果、圧電体基板と活
性層の間に、活性層と格子整合する緩衝層を挿入するこ
とにより、活性層の結晶性を向上させ、さらに半導体層
を弾性表面波の伝搬路の横に配置し、グレーティング電
極を介して弾性表面波の電界を半導体層に伝え、半導体
中で相互作用を起こさせることを可能にし、低電圧印加
で大きな増幅度特性を有する弾性表面波増幅器および極
めて高い効率を有するコンボルバを実現した。

【０００７】本発明において、低電圧印加での極めて大
きな増幅特性や、極めて高効率のコンボリューション出
力を実現できたのは、１）半導体層を成長する際に、圧
電体基板上に緩衝層を挿入することにより極めて良好な
活性層が形成できた、２）圧電体基板の伝搬路上に半導
体層が存在しないため、弾性表面波の損失を最小限に抑
えることができた、３）弾性表面波の伝搬路上に配置さ
れたグレーティング電極の電極幅および電極間隔を反射
を抑えるようにに選択した、４）弾性表面波コンボルバ
の場合にはグレーティング電極に交差する櫛形取り出し
電極を形成することにより、弾性表面波と電子の相互作
用の効率を向上できた、ことによる。ここで、活性層と
いうのは、伝搬してきた弾性表面波と相互作用する電子
が存在する層をいう。

【０００８】すなわち、本発明の弾性表面波機能素子
は、圧電体基板上に入力電極と、出力電極と、半導体層
とを備える弾性表面波機能素子であって、前記半導体層
は前記入力電極から前記出力電極へ伝搬する弾性表面波
の伝搬路上外に位置し、該半導体層は活性層と該活性層
に格子整合する緩衝層からなり、前記伝搬路上には該伝
搬路に対して直角方向に配置された複数のグレーティン
グ電極を有することを特徴とする。該構造の弾性表面波
機能素子では、伝搬路上に伝搬してきた弾性表面波はグ
レーティング電極を介して半導体内に伝わり、半導体中
を進行する電子と相互作用することで弾性表面波を増幅
することができる。

【０００９】さらに、本発明の弾性表面波機能素子は、
圧電体基板上に、２つの入力電極と、半導体層と、グレ
ーティング電極と、櫛形取り出し電極とを備える弾性表
面波機能素子であって、前記半導体層は、弾性表面波が
伝搬する伝搬路上外に位置し、該半導体層の上あるいは
下に複数の前記グレーティング電極が伝搬方向に対して
直角に形成され、前記グレーティング電極に交差するよ
うに前記櫛形取り出し電極が同一電位になるように形成
され、かつ前記半導体層に相対するグレーティング電極
部分に、伝搬路より狭い幅で、交差するように櫛形アー
ス取り出し電極が形成され、該櫛形アース取り出し電極
が共通電極で接続されていることを特徴とする。

【００１０】更に、本発明の弾性表面波機能素子は、前
記グレーティング電極の幅Ｌが弾性表面波の波長λに対
して、Ｌ＝λ／３ｎ（ｎは正の整数）、またはＬ＝λ／
２ｎ（ｎは正の整数）、前記各グレーティング電極間の
間隔Ｓが、Ｓ＝λ／３ｎ（ｎは正の整数）、またはＳ＝
λ／２ｎ（ｎは正の整数）である複数のグレーティング
電極を有することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
する。図１に本発明の基本となる弾性表面波機能素子を
示す。１が圧電体基板、２が緩衝層、３が活性層、４が
すだれ状の入力用電極、５がすだれ状の出力用電極、６
が活性層とこの活性層と格子整合する緩衝層とからなる
半導体層に直流電界を印加する電極、７がグレーティン
グ電極である。

【００１２】本発明における圧電体基板は、圧電体単結
晶基板でも基板上に圧電体薄膜が形成されたものでもよ
い。本発明の弾性表面波機能素子において、良好な性能
を得るためには、電気機械結合定数のより大きい圧電体
基板を使用することが好ましい。圧電体単結晶基板は酸
化物系圧電体基板が好ましく、例えば、ＬｉＮｂＯ₃、
ＬｉＴａＯ₃ やＬｉ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ 、ＫＮｂＯ₃ 等は好まし
く用いられる。また、６４度Ｙカット、４１度Ｙカッ
ト、１２８度Ｙカット、ＹカットまたはＸカットまたは
ＺカットのＬｉＮｂＯ₃ や３６度ＹカットのＬｉＴａＯ
₃ などの基板カット面を用いることも好ましい。圧電性
薄膜基板は、サファイア、ＳｉやＧａＡｓ等の単結晶基
板の上に圧電性薄膜が形成されたものであり、圧電性薄
膜として例えば、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ
₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ₃ 、ＢａＴｉＯ₃
やＬｉ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ などは好ましく用いられる薄膜材料で
ある。また、サファイア、ＳｉやＧａＡｓ等の単結晶基
板と上記圧電体薄膜との間にＳｉＯやＳｉＯ₂ などの誘
電体膜が挿入されていてもよい。さらに、圧電体薄膜基
板として、サファイアやＳｉなどの単結晶基板の上に、
上記圧電体薄膜のうちの異なる種類の薄膜が交互に積み
重ねられたような多層積層膜を形成していてもよい。例
えばＬｉＮｂＯ₃ とＬｉＴａＯ₃ からなる多層積層膜な
どは好ましい例である。

【００１３】活性層は、弾性表面波機能素子の特性を向
上するために、電子移動度の大きいものが好ましく用い
られる。好ましい例としてＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＡ
ｓ、ＰｂＴｅなどがある。また２元系だけでなく、それ
らを組み合わせた３元混晶や４元混晶も好ましく用いら
れる。例えば、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ、Ｉｎ_x Ｇａ_1-xＳ
ｂ、ＩｎＡｓ_y Ｓｂ_1-y やＧａＡｓ_y Ｓｂ_1-y などが３
元混晶、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ａｓ_y Ｓｂ_1-y などが４元混晶
の例である。活性層の高電子移動度を得るために、活性
層の組成として、例えばＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｍ（ＭはＡｓ、
ＳｂなどのＶ族半導体）のｘは、０≦ｘ≦１．０が可能
だが、０．５≦ｘ≦１．０が好ましく、０．８≦ｘ≦
１．０がより好ましい範囲である。ＲＡｓ_y Ｓｂ_1-y
（ＲはＩｎ、ＧａなどのIII 族半導体）のｙは、０≦ｙ
≦１．０の範囲で高電子移動度が可能であり、０≦ｙ≦
０．５が好ましい。

【００１４】また、活性層の膜厚については、活性層の
低キャリア密度を実現し、弾性表面波と電子の相互作用
を効率的に行うためと、半導体層の上にグレーティング
電極を形成する場合にグレーティング電極の断線を防ぐ
ために、活性層の膜厚ｈ１は５μｍ以下であることが好
ましく、より好ましくは１μｍ以下が良く、さらに好ま
しくは０．８μｍ以下が良い。また、活性層の抵抗値
は、１０Ω以上が好ましく、より好ましくは５０Ω以上
であり、さらに好ましくは１００Ω以上である。

【００１５】圧電体基板と活性層はその結晶構造も格子
定数も全く異なる。例えば、圧電体基板であるＬｉＮｂ
Ｏ₃ の結晶構造はＴｒｉｇｏｎａｌであり、活性層のＩ
ｎＳｂの結晶構造はＺｉｎｃＢｌｅｎｄである。格子
定数も２５％以上異なる。故に、そのままＬｉＮｂＯ₃
基板上にＩｎＳｂを成長させようとしても欠陥が多数発
生し、良好な膜質は得られない。そこで、本発明では、
ＩｎＳｂと結晶構造が同じで格子定数も比較的近い化合
物半導体を緩衝層として用いれば良好な膜質の活性層が
実現できることを見出した。さらに、本発明の緩衝層
は、高抵抗であり、圧電体基板との界面にも電流リーク
層を形成しないという特徴も有している。また、本発明
の緩衝層中では、弾性表面波の電界はほとんど減衰させ
ないという特徴を有していることを見出した。さらに、
結晶工学的な面から言えば、発明者らの多くの実験結果
から、本発明の緩衝層を構成している化合物半導体は、
極めて格子緩和が速く、薄い膜厚で該化合物半導体独自
の構造および格子定数で成長を開始し、活性層の核形成
のための下地層を形成できることを確認している。

【００１６】本発明における緩衝層として、例えば、Ａ
ｌＳｂ、ＺｎＴｅやＣｄＴｅなどの２元系、ＡｌＧａＳ
ｂ、ＡｌＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂなどの３元系、ＡｌＧ
ａＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＧａＳｂ、Ａ
ｌＩｎＰＳｂやＡｌＧａＰＳｂなどの４元系が好ましい
例である。さらに、上記３元系以上の緩衝層の組成を決
める際に、活性層を構成している結晶の格子定数と同じ
か、もしくは近い値を有する組成に調整することで、活
性層のより大きな電子移動度を実現させることができ
る。本発明で格子整合とよんでいるのは、結晶構造が同
じで格子定数も近いということを示す。ここで格子定数
が近いというのは、活性層を構成する結晶の格子定数と
緩衝層を構成する結晶の格子定数との違いが、±１０％
以内、より好ましくは±７％以内、さらに好ましくは±
５％以内をいう。また、該緩衝層の膜厚は活性層の上に
配置されたグレーティング電極の作製を容易にするため
に薄いほど好ましい。即ち、緩衝層の膜厚ｈ１は５ｎｍ
≦ｈ１≦３０００ｎｍが好ましく、１０ｎｍ≦ｈ１≦２
０００ｎｍがより好ましく、２０ｎｍ≦ｈ１≦１０００
ｎｍがさらに好ましい範囲である。また、上記した緩衝
層は、活性層内の電子と伝搬路上を移動する表面波との
相互作用を効率的に行うために、活性層と電気的に絶縁
している必要がある。すなわち、緩衝層の抵抗値は活性
層の抵抗値より少なくとも５〜１０倍以上高く、好まし
くは１００倍以上、より好ましくは１０００倍以上高く
するのがよい。

【００１７】また、本発明における緩衝層は２種以上の
半導体薄膜が積層されていても良く、緩衝層が２種以上
積層している場合は、活性層と接する緩衝層のみが高抵
抗となればよいため、上記した緩衝層以外でもＩｎＳｂ
やＧａＡｓＳｂのような導電性材料も緩衝層として用い
ることができる。また、上記した緩衝層のうち２種の緩
衝層を交互に積層させて超格子構造としても良い。この
２種あるいは２種以上の薄膜が積層されている緩衝層の
うちで最上面の層は活性層の格子定数とより近い値とす
る方が活性層の膜特性の向上につながる。また、上記の
緩衝層の条件と同様に、積層した緩衝層の膜厚はグレー
ティング電極の断線を防ぐために薄いほど好ましい。

【００１８】本発明においては、圧電体基板と該緩衝層
との間に誘電体層が挿入されていてもよい。この誘電体
層は圧電体基板およびその上に形成される半導体膜の保
護の目的で用いられる場合がある。誘電体層としては、
例えば、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂ 、窒化シリコン、ＣｅＯ₂ 、
ＣａＦ₂ 、ＢａＦ₂ 、ＳｒＦ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｙ₂ Ｏ₃、
ＺｒＯ₂ 、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ などが用い
られる。誘電体層の膜厚は薄い方がよく、２００ｎｍ以
下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。

【００１９】圧電体基板上のすだれ状電極および伝搬路
上のグレーティング電極の材質には特に制限はないが、
例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａ
ｌ−Ｃｕ合金、ＡｌとＴｉの多層電極等が好ましく用い
られる。

【００２０】半導体層に直流電界を印加するための電極
に使用される材料については、特に制限はないが、例え
ば、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｕ／Ｎｉ
／Ａｕ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕなどが好ましく用いられ
る。

【００２１】伝送路を伝搬する弾性表面波は、通常グレ
ーティング電極によって反射されるが、この反射をでき
る限り小さくすることも増幅度や効率の向上につなが
る。そこで、本発明のグレーティング電極は、弾性表面
波の電界を効率よく半導体層に伝えるだけでなく、その
反射をできるだけ小さくするような電極幅および電極間
隔で形成される。すなわち、本発明のグレーティング電
極の電極幅Ｌおよび電極間隔Ｓは、弾性表面波の波長λ
に対して、λ／８以上、λ以下にすることが好ましい。
さらに、グレーティング電極での反射による弾性表面波
の減衰をできるだけ小さくするためには、λ／３ｎある
いはλ／２ｎ（ｎは正の整数）にすることがより好まし
い。ｎはあまり大きくなると、電極の微細加工が困難に
なるため、８以下にすることが好ましい。また、反射に
よる減衰や電極の微細加工技術の容易さ等を考慮して、
グレーティング電極の電極幅Ｌおよび電極間隔Ｓは、λ
／６にすることがさらに好ましい。また、半導体層の上
や下の櫛形取り出し電極や半導体層以外の部分の櫛形ア
ース取り出し電極がグレーティング電極と交差する部分
では、上記電極幅および電極間の幅をさらにその１／２
以下にすることも好ましく行われる。すなわち、グレー
ティング電極と櫛形取り出し電極および櫛形アース取り
出し電極との交差部分における電極幅Ｌおよび電極間の
間隔Ｓは、それぞれ、λ／１６以上λ／２以下であるこ
とが好ましい。例えば、伝搬路上のグレーティング電極
幅および電極間隔をλ／６にすれば、半導体層上でグレ
ーティング電極と櫛形取り出し電極が交差する部分で
は、電極幅および電極間隔はλ／１２となる。

【００２２】なお、交差部分の配置については、櫛形取
り出し電極とグレーティング電極の交差部分は、半導体
層の上面で半導体表面全面にわたって交差させることが
好ましい。また、櫛形アース取り出し電極とグレーティ
ング電極の交差部分は、伝搬路上外で交差幅は伝搬路の
幅より狭いことが好ましく、さらに、交差幅を３λにす
ることが好ましい。弾性表面波の波長λはλ＝ｖ／ｆ
（ｆは周波数、ｖは弾性表面波の速度）で表わされ、速
度ｖは基板材料のそれぞれについて公知であるので、グ
レーティング電極の幅および電極間隔を使用する周波数
に対応してλ／３ｎまたはλ／２ｎを満足するように定
めることができる。ＬまたはＳの値がλ／５、λ／７な
どでは反射が大きくなる。

【００２３】本発明のグレーティング電極は、半導体層
の上部または下部に形成することができる。半導体層の
結晶性から考えると、半導体薄膜は成長するにつれて結
晶性が向上してくる傾向がある。すなわち上面にいくほ
ど電子移動度が高くなる。故に、弾性表面波と電子の相
互作用の効率を上げるためには、半導体層の上面で相互
作用させることが好ましい。

【００２４】本発明において、櫛形取り出し電極および
櫛形アース取り出し電極をグレーティング電極に交差し
て形成することにより、コンボリューション出力を半導
体層の膜厚方向ではなく、横方向に取り出すことが可能
になった。このことにより、電子の動きは、グレーティ
ング電極によって形成される空乏層の大きさに応じて横
方向に流れ、半導体層の抵抗を低下させることなく、膜
厚を大きくする効果が実現できた。さらに、グレーティ
ング電極と櫛形取り出し電極あるいは櫛形アース取り出
し電極の交差位置や交差部分の電極周期を最適化するこ
とにより、これまでにないコンボルバの高効率を達成し
た。

【００２５】また、弾性表面波の伝搬路の幅Ｗと半導体
薄膜の幅ａは適当な値に選ぶことができるが、半導体部
とグレーティング電極部のトータルの抵抗値を弾性表面
波の表面インピーダンスとマッチングさせることで弾性
表面波増幅器の利得を向上することができる。半導体部
とグレーティング電極部のトータルの抵抗値は、伝搬路
の幅Ｗと半導体膜の幅ａの比（Ｗ／ａ）により変えるこ
とができる。上記のインピーダンスマッチングは、経験
上Ｗ／ａ＝８〜１０付近でマッチングがとりやすい。し
かし、弾性表面波機能素子のサイズは効率上からは、Ｗ
／ａ＞１以上にするのが好ましい。

【００２６】緩衝層や活性層などの成膜は、一般に薄膜
が成長できる方法であれば何でもよいが、例えば、一般
的な蒸着法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金
属分子線エピタキシー（ＭＯＭＢＥ）法および有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法は特に好ましい方法である。

【００２７】

【実施例】以下に本発明を具体的な実施例により述べる
が、本発明はこれらの例のみに限定されるものではな
い。また、実際の弾性表面波機能素子のデバイス化の際
には、一方向性電極の利用により、弾性表面波の双方向
性による損失分は軽減できる。

【００２８】（実施例１）圧電体基板１として直径３イ
ンチの１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板を用い
て、該圧電体基板の上にＭＢＥ法により緩衝層２として
Ａｌ_0.5 Ｇａ_0.5 ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで成長させ
た後、活性層３であるＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成
長させた。活性層の電気的特性を室温でｖａｎｄｅｒ
Ｐａｕｗ法により測定したところ、キャリア密度ｎ₀
＝１．７×１０¹⁶／ｃｍ³ 、電子移動度μ＝３３４００
ｃｍ² ／Ｖｓを得た。その後、フォトリソグラフィー技
術を用いて、緩衝層２、活性層３を弾性表面波の伝搬路
外にのみ存在するように、ストリップ状にエッチングし
た。次にリフトオフ法により、弾性表面波の伝搬路上お
よび活性層にまたがるグレーティング電極７、弾性表面
波のすだれ状入力電極４、すだれ状出力電極５および活
性層３に直流電界を印加するための電極６を形成した。
この際、グレーティング電極７はグレーティング電極の
幅Ｌを０．５μｍ、グレーティング電極間の間隔Ｓを
０．５μｍとし、伝搬路の幅／半導体層の幅（Ｗ／ａ）
を１０（Ｗ＝２６３μｍ、ａ＝２６．３μｍ）となるよ
うに形成した。以上の工程を経て作製した弾性表面波増
幅器は図１に示す構造となる。伝搬路上と半導体層上の
グレーティング電極部分を拡大したときの概略図を図５
に示す。電極６に３Ｖの電圧を印加した時の、周波数１
５２０ＭＨｚにおける増幅特性をネットワークアナライ
ザー（ＹｏｋｏｋａｗａＨｅｗｌｅｔｔＰａｃｋａ
ｒｄ８５１０Ｂ）により測定したところ、電界印加後
の利得と電界印加前の挿入損失の差を増幅度として評価
した結果、２９ｄＢの増幅が得られた。なお、この時の
ＬおよびＳの値はそれぞれλ／６であった。

【００２９】（比較例１）圧電体基板１としての直径３
インチの１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板上
に、ＭＢＥ法によりＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長
した。このＩｎＳｂ薄膜の電気特性を室温で測定したと
ころ、キャリア密度ｎ₀ ＝２．０×１０¹⁶／ｃｍ³ 、電
子移動度μ＝６５００ｃｍ² ／Ｖｓを得た。その後、実
施例１と同様に弾性表面波増幅器の構造を作製し、増幅
度を測定したが、３Ｖという低電圧では増幅が見られな
かった。すなわち、比較例１では、緩衝層がないため、
ＩｎＳｂの膜質が向上できず、電子移動度も低くなっ
た。すなわち、ＬｉＮｂＯ₃ 上に直接ＩｎＳｂを成長し
ているため、ＬｉＮｂＯ₃ 基板からのＬｉやＯの拡散に
よりＩｎＳｂの膜質は低下した。しかも、圧電体基板と
ＩｎＳｂの界面には、電流リーク層が形成され、増幅特
性の低下を引き起こしたと考えられる。実施例１で用い
たＡｌＧａＡｓＳｂ緩衝層には、ＩｎＳｂとＬｉＮｂＯ
₃ の結晶構造と格子定数を近づけて結晶性を向上させる
効果だけではなく、ＬｉＮｂＯ₃ 基板からのＬｉやＯの
拡散を防ぐ効果もある。

【００３０】（比較例２）圧電体基板１としての直径３
インチの１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板を用
いて、実施例１と同様の成長方法で同構造の成長を行っ
た後、フォトリソグラフィー技術を用いて弾性表面波の
伝搬路上に半導体層が位置するように、緩衝層２および
活性層３をエッチングした。次に実施例１と同様に、リ
フトオフ法により、入力電極４、出力電極５、半導体層
に直流電界を印加するための電極６を形成した。図６に
本比較例の概略図を示す。

【００３１】以上の工程を経て作製した弾性表面波機能
素子の半導体層に３Ｖの電圧を印加したときの、周波数
１５２０ＭＨｚにおける増幅特性を測定したが、増幅は
みられなかった。本比較例では、弾性表面波と半導体中
の電子の相互作用を起こさせるためには、弾性表面波
は、緩衝層と厚く形成された活性層を介して行う必要が
ある。本比較例の活性層は５００ｎｍと厚く、伝搬路上
に半導体層がある構造では相互作用が効率よく行えなか
った。

【００３２】（実施例２）圧電体基板１としての直径３
インチの１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上
に、スパッタ法によりＳｉＯ₂ 膜９を３０ｎｍの厚さで
形成した後、ＭＢＥ法により、緩衝層２としてＡｌ_0.5
Ｇａ_0.5 ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで成長させた後、活
性層３であるＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長した。
活性層の電気的特性を実施例１と同様に測定したとこ
ろ、ｎ₀ ＝１．８×１０¹⁶／ｃｍ³ 、μ＝３１４００ｃ
ｍ² ／Ｖｓを得た。その後、実施例１と同様の工程を用
いて、Ｌ＝０．７μｍ、Ｓ＝０．７μｍ、Ｗ／ａを１０
（Ｗ＝４００μｍ、ａ＝４０μｍ）とした図１と同様の
構造の弾性表面波機能素増幅器を作製した。この時のＬ
およびＳの値はそれぞれλ／６であった。伝搬路上とグ
レーティング電極部分を拡大したときの概略図を図７に
示す。電極６に５Ｖの電圧を印加した時の、周波数１Ｇ
Ｈｚにおける増幅特性を測定したところ、２８．８ｄＢ
の増幅が得られた。つまり、圧電体基板の上にＳｉＯ₂
膜を形成しても大きな増幅が得られることが確認でき
た。

【００３３】（比較例３）圧電体基板として１２８度Ｙ
カットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板に、実施例２と同様にＳ
ｉＯ₂ 膜を３０ｎｍの厚さで形成した後、ＭＢＥ法でＩ
ｎＳｂ膜を５００ｎｍの厚さで成長した。ＩｎＳｂ膜の
電気特性はμ＝５９００ｃｍ² ／Ｖｓにすぎなかった。
さらに、実施例１と同様の工程を用いて、弾性表面波増
幅器を作製し、実施例２と同様に増幅特性を測定した
が、増幅は見られなかった。本比較例では、ＳｉＯ₂ 層
が存在するために、圧電体基板からのＬｉやＯの拡散は
抑制できたが、アモルファス状のＳｉＯ₂ 上に直接Ｉｎ
Ｓｂを成長したため、ＩｎＳｂの膜質が悪く、実用的な
低電圧で増幅度は得られなかった。実施例２との比較
で、ＡｌＧａＡｓＳｂの緩衝層を挿入した方が、飛躍的
に電子移動度が向上することが確認できた。

【００３４】（実施例３）圧電体基板１としての直径３
インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上
に、ＭＢＥ法により、緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5
ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで成長させた後、活性層３で
あるＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長した。活性層の
電気的特性を実施例１と同様に測定したところ、ｎ₀ ＝
１．７×１０¹⁶／ｃｍ³ 、μ＝３３０００ｃｍ² ／Ｖｓ
を得た。その後、実施例１と同様の工程を用いて、Ｌ＝
Ｓ＝λ／６＝０．７５μｍ、Ｗ／ａ＝１０（Ｗ＝３００
μｍ、ａ＝３０μｍ）とした図１と同構造の弾性表面波
増幅器を作製した。半導体層の両端に形成された直流電
界印加用の電極に３Ｖの電圧を印加したところ、周波数
１ＧＨｚにおいて、３５ｄＢの増幅が得られた。

【００３５】つまり、圧電体基板の材料を最適に選択す
ることでより大きな増幅が達成できる。

【００３６】（実施例４）圧電体基板１としての直径３
インチの１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上
に、ＭＢＥ法により、第１の緩衝層２ＡとしてＡｌ_0.5
Ｇａ_0.5 ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで成長させた上に、
ＩｎＳｂによる２００ｎｍの厚さの第２の緩衝層２Ｂと
Ａｌ_0.5 Ｉｎ_0.5 Ｓｂによる１００ｎｍの第３の緩衝層
２Ｃを積層し、その上に活性層３であるＩｎＳｂを２０
０ｎｍの厚さで成長した。活性層の電気的特性を実施例
１と同様に測定したところ、ｎ₀ ＝１．５×１０¹⁶／ｃ
ｍ³、μ＝３４８００ｃｍ² ／Ｖｓを得た。その後、実
施例１と同様の工程を用いて、Ｌ＝Ｓ＝λ／６＝０．７
μｍ、Ｗ／ａ＝８（Ｗ＝４００μｍ、ａ＝５０μｍ）と
した図１と同様の構造の弾性表面波増幅器を作製した。
本実施例の伝搬路とグレーティング電極部を拡大した時
の概略図を図８に示す。この弾性表面波増幅器の増幅特
性を測定するため、半導体層の両端に形成された直流電
界印加用の電極に５Ｖの電圧を印加したところ、周波数
１ＧＨｚにおいて３３ｄＢの増幅が得られた。

【００３７】（実施例５）直径３インチのサファイアＲ
面基板１０の上に、レーザアブレーション法により圧電
性薄膜１５としてＬｉＮｂＯ₃ を２００ｎｍ成長した圧
電性薄膜基板を作製した。次に、この圧電性薄膜基板上
に、ＭＢＥ法により、緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5
ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで成長した後、活性層３であ
るＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長した。活性層の電
気的特性を実施例１と同等に測定したところ、ｎ₀ ＝
２．４×１０¹⁶／ｃｍ³ 、μ＝２５３００ｃｍ² ／Ｖｓ
を得た。その後、実施例１と同様の工程を用いて、Ｌ＝
０．８μｍ、Ｓ＝０．８μｍ、Ｗ／ａ＝８（Ｗ＝４８０
μｍ、ａ＝６０μｍ）として作製した弾性表面波増幅器
の構造を図９に示す。本実施例の弾性表面波増幅器の増
幅特性を測定するため、半導体層の両端に形成された直
流電界印加用の電極６に５Ｖの電圧を印加したところ、
周波数１ＧＨｚにおいて１９ｄＢの増幅が得られた。な
お、この時のＬおよびＳの値はそれぞれλ／６であっ
た。

【００３８】（実施例６）圧電体基板１として直径３イ
ンチの１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上
に、真空蒸着法によりＡｌの半導体層下部取り出し電極
１６を３００ｎｍの厚さで形成した後、その上にＭＢＥ
法により、緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5ＡｓＳｂを
５０ｎｍの厚さで成長させた後、活性層３であるＩｎＳ
ｂを５００ｎｍの厚さで成長させた。活性層の電気的特
性を実施例１と同様の方法で測定したところ、キャリア
密度ｎ₀ ＝２．６×１０¹⁶／ｃｍ³ 、電子移動度μ＝２
５４００ｃｍ² ／Ｖｓを得た。その後、フォトリソグラ
フィー技術を用いて、緩衝層２、活性層３を図１と同様
に、弾性表面波の伝搬路外にのみ存在するように、スト
リップ状にエッチングした。次に、露出したＡｌ取り出
し電極をウエットエッチングで除去した後、リフトオフ
法により、２つの入力電極（入力電極と参照信号用入力
電極）４、弾性表面波の伝搬路上および活性層にまたが
るグレーティング電極７を形成した。グレーティング電
極７の形状はＬ＝Ｓ＝λ／６＝１．４μｍ、Ｗ／ａ＝１
０（Ｗ＝４０μｍ、ａ＝４０μｍ）とした。最後に圧電
体基板の裏面にアース取り出し電極１８を形成した。以
上の工程を経て作製した弾性表面波コンボルバの断面構
造を図１０に示す。本実施例の素子の一方の入力電極４
に入力信号を（１ｍＷ）を入力し、かつもう一方の入力
電極４から参照信号（１ｍＷ）を入力した場合に、半導
体下部取り出し電極１６とアース取り出し電極１８の間
から出力された周波数１ＧＨｚのコンボリューション特
性をオシロスコープにより測定したところ、非線形信号
である良好なコンボリューション出力が得られ、その効
率は、−３９．５ｄＢｍであった。

【００３９】（実施例７）圧電体基板上に実施例６と同
様の半導体層を成長した後、実施例６と同様の方法で弾
性表面波コンボルバを作製した。グレーティング電極７
の形状はＬ＝Ｓ＝λ／６＝３．３μｍ、Ｗ／ａ＝１０
（Ｗ＝４００μｍ、ａ＝４０μｍ）とした。本実施例の
一方の入力電極４に入力信号（１ｍＷ）を入力し、もう
一方の入力電極から参照信号（１ｍＷ）を入力した場合
に、半導体下部取り出し電極１６から出力された周波数
４００ＭＨｚのコンボリューション特性をオシロスコー
プにより測定したところ、非線形信号である良好なコン
ボリューション出力が得られ、その効率は−３９ｄＢｍ
であった。周波数に関係なく、良好なコンボリューショ
ン出力が得られている。

【００４０】（比較例４）Ａｌを蒸着した１２８度カッ
トＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上に、ＭＢＥ法によりＩｎ
Ｓｂだけを５００ｎｍの厚さで成長させた。ＩｎＳｂ膜
の電気的特性を測定したところ、電子移動度μ＝６００
０ｃｍ² ／Ｖｓと低かった。実施例６と同様の方法で、
弾性表面波コンボルバを作製し、コンボリューション特
性を評価したが、コンボリューション出力の効率は、−
５１ｄＢｍにすぎなかった。つまり、半導体層がＩｎＳ
ｂ単独の場合は、ＩｎＳｂの結晶性が悪く、弾性表面波
と電子の相互作用を効率よく行えなかった。

【００４１】（比較例５）実施例６と同様に１２８度Ｙ
カットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板１の上に、Ａｌを蒸着
後、ＭＢＥ法により、緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5
ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで成長させた後、活性層３で
あるＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長させた。活性層
の電気的特性は実施例６と同等の結果を得た。次に、フ
ォトリソグラフィー技術を用いて、弾性表面波の伝搬路
上に半導体層が位置するように半導体層をエッチングし
た。さらに、露出したＡｌ膜をエッチング後、リフトオ
フ法により、２つの入力電極４および半導体層上に一様
な取り出し電極１７を形成した。最後に圧電体基板１の
裏面に一様なアース取り出し電極１８を形成した。本比
較例で作製した弾性表面波コンボルバの概略図を図１１
に示す。実施例６と同様にしてコンボリューション出力
特性を測定したが、コンボリューション出力の効率は−
５４ｄＢｍにすぎなかった。すなわち、伝搬路上に半導
体層が存在する場合は、弾性表面波の損失が大きくな
り、弾性表面波と電子の相互作用を効率よく行えなかっ
た。

【００４２】（実施例８）圧電体基板１として１２８度
カットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上に、まず、Ａｌ膜を
蒸着し、所定の位置にグレーティング電極７を形成した
後、ＭＢＥ法により、緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5
ＡｓＳｂを５０ｎｍの厚さで低温成長し、その後、活性
層３としてＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長した。活
性層の電気的特性を同様の方法で測定したところ、電子
移動度μ＝２５６００ｃｍ² ／Ｖｓが得られた。次にフ
ォトリソグラフィ技術を用いて、緩衝層２および活性層
３を図１２に示したようにストリップ状にエッチングし
た。さらに、リフトオフ法により、２つの入力電極４と
半導体層上の一様な取り出し電極１７を形成した。Ｌ＝
Ｓ＝λ／６＝３．３μｍ、Ｗ／ｗ＝１０（Ｗ＝４００μ
ｍ、ｗ＝４０μｍ）とした。最後に圧電体基板の裏面に
一様なアース取り出し電極１８を形成した。本実施例の
コンボリューション特性を実施例７と同様に測定したと
ころ、−４０ｄＢｍの効率が得られた。本実施例に用い
たグレーティング電極の幅および電極間の間隔はλ／６
であった。

【００４３】（実施例９）圧電体基板１として１２８度
カットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上に、ＭＢＥ法によ
り、緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5 ＡｓＳｂを５０ｎ
ｍ、さらに、活性層３としてＩｎＳｂを５００ｎｍの厚
さで成長した。活性層の電気的特性は、キャリア密度ｎ
₀ ＝１．８×１０¹⁶／ｃｍ³ 、電子移動度μ＝３３００
０ｃｍ² ／Ｖｓであった。次にフォトリソグラフィ技術
により、緩衝層２および活性層３を図１３に示したよう
にストリップ状にエッチングした。その後、リフトオフ
法により、グレーティング電極７と、半導体層上でグレ
ーティング電極７と交差する櫛形取り出し電極１９、２
つの入力電極４を形成した。最後に圧電体基板の裏面に
一様なアース電極１８を形成した。本実施例のグレーテ
ィング電極の幅Ｌおよび電極間の間隔Ｓは、Ｌ＝Ｓ＝λ
／６＝４．０μｍであり、また、半導体層上での交差部
分は、λ／１２＝２．０μｍであり、Ｗ／ａ＝１０（Ｗ
＝４００μｍ、ａ＝４０μｍ）とした。本実施例のコン
ボリューション特性を実施例７と同様に測定したとこ
ろ、櫛形取り出し電極１９と圧電体基板の裏面のアース
取り出し電極１８の間から、周波数３３３ＭＨｚの良好
なコンボリューション出力が得られ、その効率は−３５
ｄＢｍであった。つまり、櫛形取り出し電極を形成する
ことにより、半導体層上での相互作用が強められ、実施
例７の一様な取り出し電極の場合より高い効率が実現で
きた。また、本実施例のグレーティング電極とグレーテ
ィング電極に交差した櫛形取り出し電極は、ともに半導
体層の下に形成されていてもよい。さらに、一様なアー
ス取り出し電極が半導体層の下に形成されていてもよ
い。

【００４４】（実施例１０）圧電体基板１として１２８
度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板の上に、実施例９と
同様の方法で、伝搬路上外に緩衝層２と活性層３を形成
した。活性層の膜特性は実施例９と同等であった。さら
に半導体層上にＳｉＯ₂ 膜２０を３０ｎｍの厚さで形成
した。次にリフトオフ法により、該半導体層の上にグレ
ーティング電極７と、櫛形取り出し電極１９を形成し、
そして半導体層に相対するグレーティング電極部分に交
差するように、しかも伝搬路よりも狭い幅で櫛形アース
取り出し電極２１を形成した。本実施例の弾性表面波機
能素子の概略図を図１４に示す。次にコンボリューショ
ン特性を実施例７と同様に測定したところ、櫛形取り出
し電極１９から極めて良好なコンボリューション出力が
得られ、その効率は−３２ｄＢｍであった。本実施例で
は、伝搬路上のグレーティング電極幅Ｌ１と電極間隔の
幅Ｓ１が、２Ｌ１＝Ｓ１＝λ／４＝５μｍで、交差部分
のグレーティング電極幅および取り出し電極幅とグレー
ティング電極と取り出し電極間の幅がλ／８で形成され
た。

【００４５】本実施例では、半導体層とグレーティング
電極の間に誘電体膜２０を挿入した。この誘電体膜２０
は、半導体層とグレーティング電極をショットキー接合
にするために挿入されている。ただし、グレーティング
電極の蒸着方法によって、容易にショットキー接合が形
成できる場合には、この誘電体膜２０を形成する必要は
ない。

【００４６】（実施例１１）実施例１０と同様の方法で
弾性表面波機能素子を形成し、伝搬路上のグレーティン
グ電極７の幅Ｌ２と電極間隔Ｓ２を、Ｌ２＝Ｓ２＝λ／
８で形成し、半導体層上と半導体層に相対するグレーテ
ィング電極と櫛形取り出し電極１９および櫛形アース取
り出し電極２２の交差部分では、電極幅Ｌ３と電極間隔
Ｓ３は、Ｌ３＝Ｓ３＝λ／１６と変化させて形成した。
本実施例におけるλは４０μｍであった。グレーティン
グ電極７と櫛形アース取り出し電極２１の交差部分は、
伝搬路の幅Ｗより狭く、かつ伝搬路上外に、交差幅Ｅ
（図１４）は３λで形成された。本実施例のコンボリュ
ーション特性を実施例７と同様に測定したところ、櫛形
取り出し電極から、周波数２００ＭＨｚの良好なコンボ
リューション出力が得られ、−３０ｄＢｍという極めて
高い効率を達成した。図１５に実際に得られたコンボリ
ューション出力波形を示す。

【００４７】（実施例１２）実施例１０と同様の方法で
弾性表面波機能素子を作製し、特に図１６に示したよう
に、グレーティング電極７と櫛形取り出し電極１９の交
差部分を半導体層上から伝搬路上にわたって形成した。
本実施例において、グレーティング電極の幅と取り出し
電極の幅および電極間隔はλ／８で形成された。本実施
例の弾性表面波機能素子のコンボリューション特性を実
施例７と同様に測定したところ、櫛形取り出し電極から
良好なコンボリューション出力が得られ、その効率は−
３６ｄＢｍであった。

【００４８】（実施例１３）実施例１０と同様の方法で
弾性表面波機能素子を作製し、特に、図１７に示したよ
うに、グレーティング電極と取り出し電極の電極ピッチ
を変化させないために、半導体層部分を２倍の長さにし
て、変形させたグレーティング電極２２と櫛形取り出し
電極１９および櫛形アース取り出し電極２１を形成し
た。本実施例において、グレーティング電極の幅Ｌ、グ
レーティング電極の間隔Ｓ、櫛形取り出し電極の幅、グ
レーティング電極と櫛形取り出し電極の間隔は全てλ／
８で形成された。本実施例の弾性表面波機能素子のコン
ボリューション特性を実施例７と同様の方法で測定した
ところ、櫛形取り出し電極から要項なコンボリューショ
ン出力が得られ、その効率は−３９ｄＢｍであった。本
実施例の電極構造を用いれば、グレーティング電極と櫛
形取り出し電極の交差部分の微細加工が容易になる。

【００４９】（実施例１４）実施例１０と同様にして１
２８度ＹカットＬｉＮｂＯ₃ 単結晶基板１の上に、ＭＢ
Ｅ法により緩衝層２としてＡｌ_0.5 Ｇａ_0.5 ＡｓＳｂを
５０ｎｍの厚さで成長し、さらにその上に活性層３とし
てＩｎＳｂを５００ｎｍの厚さで成長した。ＩｎＳｂの
膜特性は、実施例９と同様であった。本実施例では、図
１８に示すように、所定の位置の半導体層を残してエッ
チングした後、リフトオフ法により、２つの入力電極
４、半導体層上にグレーティング電極７とグレーティン
グ電極７と交差させながら伝搬路上にまで伸ばした櫛形
取り出し電極２３を形成した。最後に圧電体基板の裏面
にアース取り出し電極１８を形成した。同様にして本実
施例の弾性表面波機能素子のコンボリューション特性を
測定したところ、良好なコンボリューション出力が得ら
れ、その効率は−４０ｄＢｍであった。

【００５０】以上の実施例の中で達成された弾性表面波
コンボルバの−４０ｄＢｍを越える効率は、これまでに
ない極めて高い効率であり、コンボルバの様々な用途展
開を可能にするものである。

【００５１】

【発明の効果】本発明の弾性表面波素子において、半導
体層を成長する際に、圧電体基板上に本発明の緩衝層を
挿入することにより極めて良好な膜質の活性層が形成で
きた。また、弾性表面波の伝搬路上外に半導体層を配置
することにより弾性表面波の損失を最小限にできた。さ
らに、伝搬路上に形成されたグレーティング電極の電極
幅や電極間距離を弾性表面波の反射を抑制するように選
択でき、しかも、このグレーティング電極に交差する櫛
形取り出し電極や櫛形アース取り出し電極を形成するこ
とにより、弾性表面波と電子の相互作用の効率を大幅に
向上できた。

【００５２】本発明の弾性表面波機能素子は、半導体に
直流電界印加電極を設けた弾性表面波増幅器に応用すれ
ば、実用的な低電圧で極めて高い増幅度を達成できる。
また、弾性表面波コンボルバに応用すれば、これまで達
成できなかった極めて高い効率を実現できる。すなわ
ち、本発明の弾性表面波機能素子はこれまでの移動体通
信の携帯機器に用いられる部品に大きな変革をもたら
し、増幅器やフィルタおよびその周辺回路を単一素子で
置き換えることを可能にする。また、将来の発展が大き
く期待されているスペクトル拡散通信におけるＣＤＭＡ
用相関器として本発明の弾性表面波コンボルバを用いれ
ば、低消費電力化と高効率化を同時に達成することがで
き、産業上の有用性は計り知れない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す弾性表面波機能素子の
概略図である。

【図２】従来の直接型増幅器の断面図である。

【図３】従来の分離型増幅器の断面図である。

【図４】従来型のモノリシック型増幅器の断面図であ
る。

【図５】本発明の一実施例に従う緩衝層と活性層からな
る半導体層とグレーティング電極を備えた弾性表面波機
能素子の半導体層とグレーティング電極部を拡大したと
きの概略図である。

【図６】従来の伝搬路上に半導体層が存在する構造の弾
性表面波素子の概略図である。

【図７】本発明の一実施例に従う緩衝層と圧電体基板に
誘電体薄膜を挿入した場合の弾性表面波機能素子の半導
体層と誘電体膜およびグレーティング電極部を拡大した
概略図である。

【図８】本発明の一実施例に従う３層の緩衝層を積層し
た場合の弾性表面波機能素子の半導体層とグレーティン
グ電極部を拡大したときの概略図である。

【図９】本発明の一実施例に従う圧電性薄膜を基板とし
て用いた弾性表面波機能素子の概略図である。

【図１０】本発明の一実施例に従う緩衝層の下に一様な
取り出し電極を持つ構造の弾性表面波機能素子の断面図
である。

【図１１】従来の伝搬路上に半導体層が存在する構造の
弾性表面波コンボルバの概略図である。

【図１２】本発明の一実施例に従う緩衝層の下にグレー
ティング電極が形成されている弾性表面波機能素子の概
略図である。

【図１３】本発明の一実施例に従う活性層上でグレーテ
ィング電極と櫛形取り出し電極とが交差している構造の
弾性表面波機能素子の概略図である。

【図１４】本発明の一実施例に従う半導体層と、グレー
ティング電極と、グレーティング電極に交差する櫛形取
り出し電極とアース取り出し電極が形成された弾性表面
波機能素子の概略図である。

【図１５】本発明の一実施例に従う弾性表面波機能素子
から実際に得られたコンボルバ出力波形を示す図であ
る。

【図１６】本発明の一実施例に従うグレーティング電極
と櫛形取り出し電極の交差部分が活性層上から伝搬路上
にわたって形成された弾性表面波機能素子の概略図であ
る。

【図１７】本発明の一実施例に従う活性層上に変形させ
たグレーティング電極が形成され、該グレーティング電
極に交差する櫛形取り出し電極とアース取り出し電極が
形成された弾性表面波機能素子の概略図である。

【図１８】本発明の一実施例に従う活性層上にグレーテ
ィング電極が形成され、伝搬路上でグレーティング電極
と交差するように形成された櫛形取り出し電極とアース
取り出し電極を備えた弾性表面波機能素子の概略図であ
る。

【符号の説明】

１圧電体基板２緩衝層３活性層４入力電極５出力電極６活性層に直流電界を印加するための電極７グレーティング電極８半導体に直流電界を印加するための電極９ＳｉＯ₂ 膜１０サファイア基板１１圧電性半導体基板１２半導体１３空隙１４誘電体膜１５圧電性薄膜１６半導体層下部取り出し電極１７半導体層上部取り出し電極１８圧電体基板裏面のアース取り出し電極１９半導体層上でグレーティング電極と交差する櫛形
取り出し電極２０誘電体膜２１グレーティング電極と交差する櫛形アース取り出
し電極２２変形させたグレーティング電極２３伝搬路上の櫛形取り出し電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤広将静岡県富士市鮫島２番地の１旭化成工業株式会社内 (72)発明者久世直洋静岡県富士市鮫島２番地の１旭化成工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体基板上に入力電極と、出力電極
と、半導体層とを備える弾性表面波機能素子において、
前記半導体層は前記入力電極から前記出力電極へ伝搬す
る弾性表面波の伝搬路上外に位置し、該半導体層は活性
層と該活性層に格子整合する緩衝層とからなり、前記伝
搬路上には該伝搬路に対して直角にかつ伝搬路の幅より
広い幅で配置された複数のグレーティング電極を有する
ことを特徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項２】請求項１に記載の弾性表面波機能素子に
おいて、前記グレーティング電極の一端部が前記半導体
層の上に形成されていることを特徴とする弾性表面波機
能素子。
【請求項３】請求項１または２に記載の弾性表面波機
能素子において、伝搬路を伝搬する弾性表面波の波長λ
に対して、前記グレーティング電極の幅Ｌおよび前記グ
レーティング電極間の間隔Ｓが、Ｌ＝Ｓ＝λ／３ｎ、ま
たはＬ＝Ｓ＝λ／２ｎ（ｎは正の整数）である複数のグ
レーティング電極を有することを特徴とする弾性表面波
機能素子。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の弾性
表面波機能素子において、前記半導体層に直流電界を印
加するための電極が形成されていることを特徴とする弾
性表面波機能素子。
【請求項５】請求項１に記載の弾性表面波機能素子に
おいて、前記出力電極を参照信号用入力電極とし、該参
照信号用入力電極および前記入力電極から伝搬する２つ
の入力信号をコンボリューションさせることを特徴とす
る弾性表面波機能素子。
【請求項６】請求項５に記載の弾性表面波機能素子に
おいて、前記グレーティング電極の一端部が、前記半導
体層の上に形成されていることを特徴とする弾性表面波
機能素子。
【請求項７】請求項５または６に記載の弾性表面波機
能素子において、伝搬路を伝搬する弾性表面波の波長λ
に対して、前記グレーティング電極の幅Ｌおよび前記グ
レーティング電極間の間隔Ｓが、Ｌ＝Ｓ＝λ／３ｎ、ま
たはＬ＝Ｓ＝λ／２ｎ（ｎは正の整数）である複数のグ
レーティング電極を有することを特徴とする弾性表面波
機能素子。
【請求項８】請求項５から７のいずれかに記載の弾性
表面波機能素子において、前記半導体層の下に一様な取
り出し電極を有し、かつ前記圧電体基板の下部に一様な
アース取り出し電極を有することを特徴とする弾性表面
波機能素子。
【請求項９】請求項５から７のいずれかに記載の弾性
表面波機能素子において、前記グレーティング電極に交
差し、かつ同一電位になるように配置した櫛形取り出し
電極を有することを特徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項１０】請求項９に記載の弾性表面波機能素子
において、前記櫛形取り出し電極が、半導体層の上に形
成されていることを特徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項１１】請求項９または１０に記載の弾性表面
波機能素子において、前記櫛形取り出し電極が、半導体
層部分から伝搬路上にわたって形成されていることを特
徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項１２】請求項９に記載の弾性表面波機能素子
において、前記櫛形取り出し電極が、伝搬路上の外に、
あるいは伝搬路上から伝搬路上外にわたって形成されて
いることを特徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項１３】請求項９から１２のいずれかに記載の
弾性表面波機能素子において、前記半導体層の下に一様
なアース取り出し電極を有することを特徴とする弾性表
面波機能素子。
【請求項１４】請求項９から１２のいずれかに記載の
弾性表面波機能素子において、前記圧電体基板の下部に
一様なアース取り出し電極を有することを特徴とする弾
性表面波機能素子。
【請求項１５】請求項９に記載の弾性表面波機能素子
において、前記櫛形取り出し電極が、半導体層上でグレ
ーティング電極と交差しており、かつ前記半導体層に相
対するグレーティング電極部分に、伝搬路幅より狭い幅
で、交差するように櫛形アース取り出し電極が形成さ
れ、該櫛形アース取り出し電極が共通電極で接続されて
いることを特徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項１６】請求項１５に記載の弾性表面波機能素
子において、前記櫛形取り出し電極が、前記半導体層部
分から伝搬路上にわたって形成されていることを特徴と
する弾性表面波機能素子。
【請求項１７】請求項１５または１６に記載の弾性表
面波機能素子において、前記櫛形アース取り出し電極
が、伝搬路上外から伝搬路上にわたって形成されている
ことを特徴とする弾性表面波機能素子。
【請求項１８】請求項９から１７のいずれかに記載の
弾性表面波機能素子において、前記グレーティング電極
の電極周期と、櫛形取り出し電極または櫛形アース取り
出し電極の交差する部分の電極周期が異なることを特徴
とする弾性表面波機能素子。
【請求項１９】請求項１から１８のいずれかに記載の
弾性表面波機能素子において、前記伝搬路の幅Ｗと前記
半導体層の幅ａとの比が、Ｗ／ａ＞１であることを特徴
とする弾性表面波機能素子。