JPS58156215A - 弾性表面波素子 - Google Patents

弾性表面波素子

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JPS58156215A
JPS58156215A JP3923882A JP3923882A JPS58156215A JP S58156215 A JPS58156215 A JP S58156215A JP 3923882 A JP3923882 A JP 3923882A JP 3923882 A JP3923882 A JP 3923882A JP S58156215 A JPS58156215 A JP S58156215A
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Japan
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surface acoustic
acoustic wave
substrate
axis
aluminum nitride
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JP3923882A
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Nobuo Mikoshiba
御子柴 宣夫
Kazuo Tsubouchi
和夫 坪内
Kazuyoshi Sukai
須貝 和義
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • 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
    • H03H9/02818Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02834Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • 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
    • H03H9/02574Characteristics 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)

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】 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ak (8urface Acoustic 
Valve )を利用することKより各種つ電気的信号
を扱うための弾性表面液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
ラミックス基板等)、 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。
ところで上述の2の多層構造としては、現在のところサ
ファイア基板上もしくはガラス基板上にスパッタリング
法等により酸化亜鉛膜(ZnO)を形成した構造が知ら
れているが、このZnO膜は以下のような欠点が存在す
るため問題がある。
1、 良質な膜が形成しにくいため圧電性部の点で十分
再現性のあるものが得られない。
2、  g周波領域において弾性表面波の伝播損失が多
い。
3、弾性表面波伝播特性の分散が大きい。
4、弾性表面波の遅凰時間τの温度変化率(1/τ)・
(aτ/aT)の制御が困難である。(T:周囲温1) 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
、弾性表面波に対する遅凰時間温度係数が正である弾性
体基板上に窒化アルミニウム膜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、特にサ
ファイア基板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はサファイア基板で(0001)結晶面と等価
なII(0面)あるいは(0112)結晶面と等価な面
(R面)でカットされたものから成り、2はこのす7フ
イ7基板l上に形成された窒化アルミニウム族でその圧
電軸(C軸もしくは(0001)軸)は上記サファイア
基板1面に垂直あるいは平行になるように形成される。
3.4は上記窒化アルミニウム膜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膜2の膜厚である。
サファイア基板lの(0001)結晶面と等価な面(0
面)K窒化アルミニウム膜2をこのC軸がほぼ垂直とな
るように形成したII1図の構造の弾性表面波素子に対
して、窒化アルミニウム膜2の圧電軸(C軸)方向と垂
直な方向で上記サファイア基板1の(00o1 )面上
で(11oo)軸方向と等価な方向(Y軸)に弾性表面
波を励振(伝播)させた時、第2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
化アルミニウム膜2の膜厚Hの規格化された厚さを2π
H/λ(ここでλは弾性表面波の波長)で示し、縦軸は
弾性5m1tの位相速度Vpを示すものである。同一か
ら明らかなように位相速度■2の分散は少なく、しかも
非常に大きな値の位相速度■pが得られる。
第3図は上記構造の弾性表面波素子に対して、上記同様
にサファイア基板lの(0001)面上で[1100)
軸方向と等価な方向(Y軸)に弾性表面波を伝播させた
時の電気機械結合係数の特性曲線を示すもので、横軸は
2πH/λで示し、縦軸は電気機械結合係数にの二乗K
を百分率で示すものである。同図から明らかなように、
特に規格化膜厚2πH/λが2.0〜6.0の範囲にお
いてKは0.22%〜0.27%が得られ、この値は通
常弾性表面波を発生および検出させるに望ましい値であ
り圧電性に優れていることを示している。
第4図は上記構造の弾性表面波素子に対して、上記同様
にサファイア基板lの(0001”)面上で波を励振さ
せた時の弾性表面波に対する遅延時間温度係数(TCD
)の特性曲線を示すもので、横軸は2πH/λで示し、
縦軸は弾性表面波の遅延時間t f) 温t’R化率(
”/r ) ・(at/3T)をppm/C率位で示す
ものである。ここでサファイア基板lは正の遅延時間温
度係数を有しているのに対し、窒化アルミニウム膜2は
逆に負の遅延時間温度係数を有しているために、同図か
ら明らかなようにその総合特性は両者が補償し合った値
となり、窒化アルミニウム膜2の膜厚Hの変化に応じて
変ってくる。特に上記膜厚Hな3.0<2fH/λ〈5
.0の範囲に選ぶことにより遅延時間の温度変化率を零
に近ずけることができる。
以上の実施例のようK、(0001)結晶面と等価なt
h(0面)でカットされたサファイア基板上に窒化アル
ミニウム膜2のC軸をはぼ垂直に形成し、この窒化アル
ミニウム膜2のC軸方向と垂直な方向で上記サファイア
基板】の(0003)面上で(iioo)軸方向と等価
な方向(Y軸)k弾性表面波を伝播させることKより、
速度分散特性およびに一性と共に遅延時間の温度変化特
性に優れた弾性表面波素子を得ることができる。
本発明の他の実施例を以下説明する。
サファイア基板1の(0001)結晶面と等価な面(0
面)Km化アルミニウム膜2をこのC軸がはば垂直にな
るように形成した第1図の構造の弾性表面波素子に対し
て窒化アルミニウム112の圧電軸(C軸)方向と垂直
な方向で上記サファイア基板lの(0001)面上で(
1120)軸方向と等価な方向CX軸)K弾性表#ar
IL素子を伝播させた時、第5#tJK示すような弾性
表面波の速度分散特性が祷られた。
同図から明らかなように位相速1LVpの分散は少なく
、しかも非常に大きな値の位相速度■、が得られる。
816図は上記構造の弾性表面波素子に対して、上記同
様にサファイア基板lの(0001)面上で(3120
)軸方向と等価な方向(X軸))c弾性表面波を伝播さ
せた時の電気機械結合係数の特性−−(K41t)を示
すものである。
同図から明らかなように、%に規格膜厚2πH/λが2
.0〜8.0の範囲においてKは0.2%〜0628%
が得られ、この値は通常弾性表由波を発生および検出さ
せるに望ましい値であり圧電性に優れていることを示し
ている。
第7図は上記構造の弾性表面波素子に対して、上記同様
にサファイア基板五の(0001)−上で〔1120〕
軸方向トf4i11す方向(x軸)k弾性表面波を伝播
させた時の弾性表面波に対する遅延時間温度係数(TC
D ’)の特性曲線を示すものである。
rrIU図から明らかなように轡に窒化アルミニウムj
I20属厚Hを3.0(2πH/λ<6.0の範11K
j!lぶことにより遅延時間の温度変化率を零に近ずけ
ることができる。
以上の実施例のように、(0001)結晶面と等価な面
(Cff1 ”)でカットされたサファイア基板上に窒
化アルミニウム膜2のC軸をはぼ垂直に形成し、この窒
化フルミニラム膜2のC軸方向と直角な方向で上記サフ
ァイア基板1の(0001)II上で〔1120〕軸方
向と等価な方向(X軸)K弾性表−波を伝播させること
により、速度分散特性およびに41性と共Kjl砥時開
時間度変化特性に優れた弾性表面波素子を得ることがで
きる。
本発明のその他の実施例を以下説明する。
サファイア基板1の(0112)結晶面と等価な面(R
−)に窒化アルミニウム膜2をこのC軸が上記サファイ
ア基板lの〔0111〕軸方向と平行になるよ5に形成
した第1図の構造の弾性表面波素子に対して、窒化アル
ミニウム膜2の圧電軸(C軸)方向と平行な方向で上記
サファイア基板1の(0112)面上(R11)で(0
111)軸方向と等価な方向に弾性am波を伝播させた
時、第8図に示すような弾性表IOmの適度分散特性が
得られた。
同図から明らかなように位相速度■、の分散は少なく、
しかも非常に大きな値の位相速度■pが得られる。
第**は上記構造の弾性表面波素子に対して、上記同様
にサファイア基板1の(0112)It上で(0111
)軸方向と等価な方向に弾性表面波を伝播させた締の電
気機械結合係数の特性−!I(Kq!i性)を示すもの
である。
同図から明らかなように、特に規格膜厚’;ltH/λ
が1.0− & 0の範囲においてに2は0.75%〜
0.8%が得られ、この値は通常弾性表面all−発生
および検出させるに望ましい値であり圧電性に優れてい
ることを示している。
第1θ図は上記構造の弾性表面波素子に対して、上記一
様にサフイ7基@1の(Gill)面上で(0111)
軸方向と等価な方向に弾性表面波を伝播させた時の弾性
表面fILK′;r1する遅延時間温度係数(TCD 
)の特性曲線を示すものである。
同図から明らかなよ5に哲に窒化アルミニウム族2の膜
厚Hを2.0(2fH/λ〈5.0の範11に選ぶこと
により遅延時間の温度変化率を零に近ずけることができ
る。
以上の実施例のように、(0112)結晶向と等価な面
でカットされたサファイア基板上に窒化アルミニウム1
12のC軸を上記サファイア基板五の(0111)軸方
向と平行に形成し、この窒化アル建ニウムjII2のC
軸方向と平行な方向で上記すフッイア基板1の(000
1)面上で〔1120〕軸方向と等価な方向に弾性表面
波を伝播させることKより、適度分散特性およびに一性
と共に遅延時間の温度変化特性に優れた弾性表面波素子
を得ることができるO 各実施例で用いられた窒化アルミニウム膜はバンドギャ
ップが約6.2eVと大きく、また比抵抗6 が10  Ω−以上のものが容易に得られるので良好な
絶縁性を示す。この窒化アルミニウム膜は単結晶である
ことが望ましいが、周知のMO−CVD技術を用いるこ
とにより単結晶エピタキシャル族を容易に形成すること
ができる。
また゛従来においてのスパッタリング法等による酸化亜
鉛j1[比べ窒化アルミニウム膜は再現性に優れ、膜質
が均一なものが得られるのでII#に高周aにおける伝
搬損失を小さく抑えることができる。
41に上記窒化アルミニウム膜は弾性表面波に対する遅
延時間温度係数が負である性質を有しているので、サフ
ァイア基板のようにそれと逆に遅延時間温度係数が正で
ある性質を有している基板上に形成すれば遅延時間温度
係数は相互に補償されるために、温度変化に対して安定
な特性を得ることができる。4IK温度変化に対する素
子の安定性は共振器、発振器等の狭帯域信号処理素子に
おいて最も重要な性能であるが゛、上記各実施例構造に
よれば温度変化に対して安定な動作を行なわせることが
できる。しかも高周波化、低損失化も併せて計ることが
できる。
上記窒化アルミニウム膜を形成すべき基板としてはサフ
ァイアに@らず、遅延時間温度係数が負である材料であ
れば任意のものを選択することができる。
以上述べて明らかなように本発明によれば、弾性表面波
に対する遅延時間温度係数が正である弾性体基板上に窒
化アルミニウム膜を形成するようKした弾性体構造を用
いるものであるから、特性的に優れた弾性表面波素子を
得ることができる。
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
!6弾性表面波速度が大きいため高周波での波長が大き
くなるので、<シ履状電極等の製造が容易になる。
2、膜厚変動による周波数変動率が小さいため設計した
動作周波1kK合わせた素子の製造が容易となるので、
歩留り向上によるコストダウンを計ることができる。
3、弾性表面波素子の遅延時間を零に近ずけることがで
きる。
4 絶縁性に富んだ窒化アルミニウム膜を容易に得るこ
とができ、またMO−CVD技術によりその単結晶エピ
タキシャル膜の形成も容易となる。
なお本文実施例中で示した基板および基板上く形成され
た窒化アルミニウム膜の結晶向および弾性表面波を励振
(伝播)させる結晶方向は、実施例以外に適当な選択を
行なっても同様な効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例を示す断面図、@2図乃至纂lO
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・・・サファイア基板、2・・・窒化フルミニラム膜
、3・・・弾性表面波発生用電極、4・・・弾性表面波
検出用電極。 特許出願人 御子柴 宣 夫 坪  内  和  夫 代理人 弁理士  永 1)武三部 図面の浄書(内存に変更なしン 第1図 3            4 第2図 2’JCH/?−− 第3図 とルHへ− 手続補正書(方式・自船 昭和!S7 年4 月 9日 1、事件の表示 昭和67年@l’Flll  第segss号3、 捕
正をする者 事件との関係  轡許出皐人 4、代理人〒105

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 弾性表面波に対する遅鷺時間温度係数が正である
    弾性体基板と、この弾性体基板上に形成されかつ圧電軸
    が配向した窒化アルミニウム膜と、これら所定位−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、 上記弾性体基板がサファイアから成ることを特徴
    とする特許請求の範8111項記載の弾性表面波素子。 3、 上記サファイア基板が(0001)結晶向と等価
    な面からなり、窒化アルミニウム膜の圧電軸が上記サフ
    ァイア基板K[i直あるいは水平になるように形成され
    、上記サファイア基板の(0001) ml上で(11
    00)軸と等価な方向に弾性表面波を伝播させることを
    4911とする特許請求の範8第2項記載の弾性表面波
    素子。 4、上記窒化フルミニラム膜の膜厚Hが、に214Vλ
    〈6(ただし、λは弾性表面波の波長を示す)の範■に
    属することを特徴とする特許請求の範S第s*e載の弾
    性表iia液素子。 5、 上記サファイア基板が(0001)結晶面と等価
    な画からなり、窒化アルミニウム膜の圧電軸が上記すフ
    ァイア基板Kli直あるいは水平になるように形成され
    、上記サファイア基板の(0001)面上で(112G
    )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項記載の弾性表面波素子。 6、上記窒化フルミニラム膜の膜厚Hが、2く2gH/
    λ〈8の範■に属することを特徴とする特許請求の鳴−
    115項記載の弾性表m波素子。 7、 上記サファイア基板が(0112)結晶向と等価
    な画からなり、窒化フルミニラム膜の圧電軸が上記すフ
    ァイア基板に垂直あるいは水平になるように形成され、
    上記サファイア基板の(0112)面上で(0111)
    軸と等価な方向に弾性表1iil波を伝播させることを
    特徴とする特許請求の範5tvcz項記載の弾性表面波
    素子。 8、上記窒化アルミニウム膜の膜厚Hが、l〈2xH/
    λ〈8の範i!!tlK属することを41111とする
    特許請求の範181纂7項記載の弾性表面波素子。 9、上記窒化アルミニウム膜が単結晶エピタキシャル膜
    から成ることを特徴とする特許請求の範囲111項乃至
    第8項のいずれかに記載の弾性表面波素子。
JP3923882A 1982-03-11 1982-03-11 弾性表面波素子 Pending JPS58156215A (ja)

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DE3308365A DE3308365A1 (de) 1982-03-11 1983-03-09 Akustische oberflaechenwellen bildende vorrichtung
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DE3348366A DE3348366C2 (de) 1982-03-11 1983-03-09 Akustische Oberflächenwellen bildende Vorrichtung
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FR8303952A FR2523382B1 (fr) 1982-03-11 1983-03-10 Dispositif a onde acoustique de surface
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