JPH02186820A - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電膜と半導体で構成されるモノリシック弾
性表面波コンボルバの改良に関するものである。

［発明の概要］ 本発明は、圧電体、絶縁体および半導体の積層構造に構
成し、前記圧電体上に少なくとも１個の入力電極とゲー
ト電極とを配置し、上記絶縁体と半導体との界面に制御
電極アレイを形成し、更に前記制御電極アレイに外部バ
イアス源を接続する接続電極を形成させた弾性表面波（
ＳＡＷと略記する）コンボルバにおいて、前記半導体を
構成している低不純物濃度エピタキシャル層を可及的に
薄くして、コンボリューション効率を高く保持できるよ
うにしたものである。

［従来の技術］ 第３図は、従来のアレイ電極型ＳＡＷコンボルバの平面
図であり、第４図はその（Ａ−Ａ）線の拡大断面図であ
る。

同図において、１は圧電膜、２は絶縁体、３は半導体基
板、４はゲート電極、５は櫛形電極、６は裏面電極、７
は入力端子、８は出力端子、９は制御電極アレイ、１ｏ
は制御バイアス源、１１は接続電極（抵抗体または金属
）、１２は半導体基板を形成している低不純物濃度エピ
タキシャル層、１３は高濃度半導体基板を示す。

第５図は、上記した従来のＳＡＷコンボルバの改良発明
として、本出願人によって提出された先願（特願昭６３
−７１４６９号）に係る図面であって、前記第３図の（
Ａ　−Ａ）線に沿って切断した拡大断面図である。

第４図と第５図との構成上の違いは、第４図の構成では
、絶縁体２の膜厚が一様であるのに対し。

第５図の構成では、絶縁体２が凹凸であり、絶縁体の薄
い部分に制御電極アレイ９が設けられていることである
。この制御電極アレイ９は半導体基板３の導電型と異な
る型の導電型の半導体（半導体基板がｎ型半導体であれ
ばｐ型半導体）である（第４図、第５図とも）１通常、
前記制御電極アレイ９は、半導体基板３と異なる型の不
純物を拡散するか、イオン注入することによって形成さ
れる。

上記構成によるアレイ電極型コンボルバは、制御電極ア
レイ９に印加するバイアス電圧によって、半導体の表面
状態を直接に制御することができるため、コンボルバの
コンボリューション出力は上記バイアスに対して即応性
があり、そのためにコンボリューション出力の高速制御
が可能なＳＡＷコンボルバを実現できるという特徴があ
る。特に第５図の構成は第４図の構成と比較して半導体
表面に少数キャリアの電荷層ができにくいため、より高
効率のコンボルバを実現できるという特徴がある。なお
、従来のコンボルバ（第４図の構造）に関しては、例え
ば下記の文献に詳しく述べられている。

Ｙ　、　Ａｒｉｍｏｔｏ、　ｅｔ　ａｌ。

“Ｚｎ○／　Ｓｉ　　Ｓ　ＡＷ　ｃｏｎｖｏｌｖｅｒ　
ｗｉｔｈ　ｓｕｆａｃｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｊ
ｕｎｃｔｉｏｎｓ”Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙｓｉｃｓＬ
ｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ、　３１　、Ｎａ　２　。

１５　　Ｊｕｌｙ　　１９７７、　　Ｐ６３−６５［発
明が解決しようとする課題］ しかして、第４図および第５図に示した構成において、
コンボリューション効率を可及的に大きくするためには
、低不純物濃度エピタキシャル層１２の膜厚を充分に薄
くする必要がある。このエピタキシャル層１２が厚いと
、層中で生ずるエネルギー損失が大きく、そのため表面
波の伝播損失が大きくなってしまい、それによってコン
ボリューション効率が低下する結果となる。上記エピタ
キシャル層の厚さとしては、半導体表面の最大空乏層幅
に近い値程度まで薄くすることが望ましい。

この点に関しては、特開昭６３−６２２８１号公報に詳
細に説明されている。

しかし、従来のアレイ電極型コンボルバでは、前記エピ
タキシャル層１２の層厚を薄くすると。

不都合な点が生じてしまう。それを説明するため、第３
図の（Ｂ−Ｂ）線に沿った拡大断面図を第６図（従来構
造）に示す。この第６図は表面波の進行方向に直交する
面の断面図であり、表面波の進行方向に沿った方向の構
造が、第４図および第５図のように異なる場合でも、上
述した直交面の断面図は基本的に第６図の構造を有して
いる。

第６図の構造においては、制御電極アレイ９とエピタキ
シャル層１２は互いに導電型が異なるためにｐｎ接合を
形成している。このｐｎ接合は接続電極１１によってバ
イアス源１０に接続されている。

多くの場合、半導体としてはＳｉが用いられ、接続電極
１１としてはＡＱ電極が用いられる。そのような材料が
用いられた場合、前述したようにコンボリューション効
率を大きくする目的でエピタキシャル層１２の層厚を薄
くすると、実際上、不都合な点が生じる。エピタキシャ
ル層１２を薄くするためには、必然的に制御電極アレイ
９の厚さも薄くしなければならないため、前述したｐｎ
接合は浅いｐｎ接合となる。このような場合、接続電極
１１としてＡＱ電極を用いると、ＡＱ／ＳＬ接合のシン
ターの工程で、いわゆるアロイスパイクが生じ易くなる
。アロイスパイクが生じると。

ｐｎ接合にリーク電流が流れ、制御電極アレイ９に目的
のバイアスが印加できなくなるという問題が生じる。接
続電極１１としてＡＱ−Ｓｉ合金を用いると、アロイス
パイクを防止することが可能であるが、その場合、余剰
なＳｉが周辺部に析出し、オーミック接触の劣化や、圧
電膜１の膜質低下につながるため、根本的な解決とはな
り難い。

従って従来構造においては、実際上、エピタキシャル層
１２をあまり薄くできず、高いコンボリューションを得
るのが困難であり、また薄いエピタキシャル層を用いた
場合は、アロイスパイク発生による歩留まりの低下とい
う問題が生じる。

［発明の目的］ 本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので
あって、バイアスに対する即応性をもち。

かつコンボリューション効率が高く、歩留まりも良いＳ
ＡＷコンボルバを提供することを主たる目的としている
ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、圧電体、絶縁体および半導体の積層構造によ
って構成され、前記圧電体上に少なくとも１個の入力電
極とゲート電極とが配置され、前記絶縁体と半導体との
界面に制御電極アレイが形成され、更に前記制御電極ア
レイに外部バイアス源を接続する接続電極が形成された
弾性表面波コンボルバにおいて、上記半導体が低不純物
濃度エピタキシャル層と高濃度半導体基板とから構成さ
れ、少なくとも前記エピタキシャルの層厚が１弾性表面
波伝播部分に対して、前記接続電極下に対応する部分を
厚くしたこと、また前記制御電極の厚さを、ゲート電極
の下部分に対して、接続電極の下部分を厚くしたことに
よって、上述した問題点の解決を図ったものである。

［作用］ 上記構成のＳＡＷコンボルバにおいては、エピタキシャ
ル層の厚さは、表面波が伝播する部分では薄く、接続電
極の下では厚くなるように形成できるので、コンボリュ
ーション効率の向上とアロイスパイク発生の防止に効果
がある。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例によるＳＡＷコンボルバの
要部を示すもので、第３図に示した従来構造において、
表面波の進行方向に直交する面での断面図であり、表面
波の進行方向に沿った方向の構造は、第４図あるいは第
５図と同様の構造をとるものとする。

第１図と前記第６図の構造上の違いは、制御電極アレイ
９と制御バイアス源１０とを接続する部分の構造が異な
る点である。

即ち、第６図の従来構造においては、エピタキシャル層
１２の層厚が１表面波が伝播する部分でも、接続電極１
１の下の部分でも同じ厚さになっているが、第１図に示
した構造にあっては、エピタキシャル層の厚さは、表面
波が伝播する部分では薄く、接続電極１１の下では厚く
なるように形成されている。また、第１図の構造では、
接続型ｔｉｌｌの下にある制御電極アレイ９の厚さを他
の部分より厚くなるように形成している。

本発明において、第１図に示すような構造をとる理由は
、エピタキシャル層を可及的に薄くしながら、アロイス
パイクの発生を防止するためである。

前述したように、エピタキシャル層を薄くすることによ
ってコンボリューション効率が向上するのは１表面波の
伝播損失がエピタキシャル層が薄いほど小さくなるため
である。従ってエピタキシャル層を薄くするには、表面
波が伝播する部分だけでよい。一方、アロイスパイクの
発生を防止するには、接続電極１１の下の部分のｐｎ接
合が、前述したような浅いｐｎ接合とならないような必
要がある。そのためには接続ＴＪｉｔＬＬ１の下のエピ
タキシャル層を厚くシ、シかも電極１１の下の制御電極
アレイ９の厚さを厚く形成すれば良い。

本発明では、第１図の構造に示すように、表面波が伝播
する部分では、エピタキシャル層を尊くし、一方、接続
電極１１の下のエピタキシャル層を厚くして、さらに電
極１１の下の制御電極アレイ９の厚さを厚くするのは、
以上の理由によるものである。

前記エピタキシャル層を第１図に示すように形成するに
は、厚いエピタキシャル基板の一部（表面波が伝播する
部分）をエツチング技術によって掘り込むことによって
容易に実現できる。また。

接続電極１１の下の制御電極アレイの厚さを厚くするの
も、通常のＩＣのプロセス技術（拡散、イオン注入）に
よって容易に実現できることである。

なお、前記アレイ電極型コンボルバは、第３図に平面図
として示した形状の他に、第２図に示すような形状をと
ることも可能であるが、この場合も本発明を実施できる
。第２図の形状に本発明を実施するには、前記と同様に
、表面波の伝播する部分のエピタキシャル層を薄くし、
２本の接続電極１１の下の部分のエピタキシャル層を厚
くして、接続電極１１の下は、第１図のように制御電極
アレイ９を厚く形成すれば良い。

本発明のＳＡＷコンボルバを構成する圧電膜、絶縁体お
よび半導体の各材質は、従来構造と同様に種々のものを
用いることができる。

例えば、圧電膜と°してはＺｎＯやＡＱＮ、絶縁体とし
ては、ＳｉＯ，やＳｉＮｘ、半導体としてはＳｉやＧ　
ａ　Ａ　ｓ等を用いることができる。また、ゲート電極
や裏面電極としては、ＡＱ、ＡＱ／Ｔｉ。

Ａｎ等を用いることができるし、接続電極としては、ア
モルファスＳｉ、Ａｎ、ＡＱ／Ｔｉ、Ａｎ等を用いるこ
とができる。

特に圧電膜としてＺｎＯ１絶縁体としてＳｉｏ、、半導
体としてＳｉを用いる場合は、コンボルバを伝わる表面
波の電気機械的結合定数を大きくし、それによってコン
ボリューション効率を高くするためには１表面波の伝播
モードがセザワ波であるようにするのが有利である。そ
の場合、Ｓｉの面方位を（１１０）とし、弾性表面波の
伝播方向を［１００１とすると、電気機械的結合定数を
特に大きくすることができるため、極めて有利である。

またＳｉの面方位を（１００）とし、表面波の伝播方向
を［１１０１としても、電気機械的結合定数が可成り大
きいので、上記の条件の次に有利と言える。

なお、本発明は、ＳＡＷコンボルバを使用する装置全般
に応用できる。具体的には、相関器。

ＳＳＣ通信器、レーダー、画像処理、フーリエ変換器な
どに応用できる。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明によれば、バイアスに対す
る即応性をもち、しかもコンボリューション効率が高い
ＳＡＷコンボルバを歩留まり良く得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すＳＡＷコンボルバの部
分断面図、第２図は他の実施例を示すＳＡＷコンボルバ
の平面図、第３図は従来のＳＡＷコンボルバの平面図、
第４図はその（Ａ　−Ａ）線の拡大断面図、第５図は改
良されたＳＡＷコンボルバの部分断面図、第６図は従来
のＳＡＷコンボルバの部分断面図である。 １・・・・・・・・・圧電膜、２・・・・・・・・・絶
縁体、３・・・・・・・・・半導体基板、４・・・・・
・・・・ゲート電極、５・・・・・・・・・櫛形電極、
６・・・・・・・・・裏面電極、７・・・・・・・・・
入力端子、８・・・・・・・・・出力端子、９・・・・
・・・・・制御電極アレイ、１０・・・・・・・・・制
御バイアス源、１１・・・・・・・・・接続電極、１２
・・・・・・・・・低不純物濃度エピタキシャル層、１
３・・・・・・・・・高濃度半導体基板。 特許出願人　　　　クラリオン株式会社代理人　弁理士
　　永　１）武　三　部第１ 図 第２　口 ↓’−１０ 第３０ 第４０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　圧電体、絶縁体および半導体の積層構造によっ
   て構成され、前記圧電体上に少なくとも１個の入力電極
   とゲート電極とが配置され、前記絶縁体と半導体との界
   面に制御電極アレイが形成され、更に前記制御電極アレ
   イに外部バイアス源を接続する接続電極が形成された弾
   性表面波コンボルバにおいて、 前記半導体が低不純物濃度エピタキシャル層と高濃度半
   導体基板とから構成され、少なくとも前記エピタキシャ
   ルの層厚が、弾性表面波伝播部分に対して、前記接続電
   極下に対応する部分を厚くしたことを特徴とする弾性表
   面波コンボルバ。
2. （２）　前記制御電極の厚さを、ゲート電極の下部分に
   対して、接続電極の下部分を厚くした第１請求項記載の
   弾性表面波コンボルバ。