JPH05129879A - 表面弾性波増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造がシンプルで製造し易く、かつ、大きな
利得が得られる表面弾性波増幅器を得る。 【構成】 表面弾性波増幅器１は、概略、Ｐ型圧電半導
体基板２、基板２の上面に設けた一対のすだれ状電極
３，４及び電源１２にて構成されている。Ｐ型圧電半導
体基板２の材料としては、不純物濃度が１０¹⁵〜１０¹⁶
個／ｃｍ³のＰ型ＧａＡｓやＰ型ＣｄＳ等が用いられ
る。そして、キャリアである正孔の移動速度をＶ
（ｄ）、表面弾性波１５の伝搬速度をＶ（ｓ）とする
と、Ｖ（ｄ）＞Ｖ（ｓ）の関係を満足するように電源１
２によって高い直流電界をすだれ状電極３，４間に印加
して表面弾性波１５を増幅させる。Ｐ型圧電半導体基板
２の不純物濃度が高いので、キャリアの数が従来の増幅
器と比較して多くなり、表面弾性波１５の増幅量も大き
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面弾性波増幅器に関
する。

【０００２】

【従来の技術と課題】ＧａＡｓやＣｄＳ等の圧電半導体
材料を用いて作製した表面弾性波フィルタに適切な直流
電界を印加すれば、増幅機能をも有するフィルタが得ら
れることが知られている。従来の圧電半導体材料は不純
物濃度が低い（例えば、１０¹⁴個／ｃｍ³程度）ｎ型圧
電半導体であって、限られた直流電界でしか有効な利得
が得られず、その利得も４０ｄＢ／ｃｍ程度（不純物濃
度が１０¹⁴個／ｃｍ³のＧａＡｓの場合）であった。

【０００３】これとは別に、高利得を得るために、大き
な電気機械結合係数を有する圧電体と大きなキャリア移
動度を有する半導体を張り合わせた構造の表面弾性波増
幅器も提案されている。しかし、この増幅器は構造及び
製造工程が複雑になるという問題点があった。そこで、
本発明の課題は、構造がシンプルで製造し易く、かつ、
大きな利得が得られる表面弾性波増幅器を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る表面弾性波増幅器は、（ａ）不純物濃
度が高いＰ型圧電半導体基板と、（ｂ）前記圧電半導体
基板の表面に設けた一対のすだれ状電極と、（ｃ）前記
すだれ状電極間に直流電界を印加する電源と、を備えた
ことを特徴とする。不純物濃度が高いＰ型圧電半導体と
しては、不純物濃度が１０¹⁵〜１０¹⁶個／ｃｍ³のＰ型
ＧａＡｓやＰ型ＣｄＳ等が用いられる。

【０００５】

【作用】以上の構成において、電源によってすだれ状電
極間に直流電界を印加すると、この直流電界によってＰ
型圧電半導体のキャリアである正孔が表面弾性波の伝搬
方向に対して平行に移動する。この正孔の移動速度をＶ
（ｄ）、表面弾性波の伝搬速度をＶ（ｓ）とすると、 Ｖ（ｄ）＞Ｖ（ｓ） の関係を満足するように直流電界の強さを大きくすれば
正孔が表面弾性波に付随する電界と結合し、表面弾性波
が増幅される。そして、Ｐ型圧電半導体の不純物濃度が
高いため、キャリアの数は従来の増幅器と比較して多
い。従って、表面弾性波の増幅量も大きくなる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明に係る表面弾性波増幅器の一実
施例を添付図面を参照して説明する。図１に示すよう
に、表面弾性波増幅器１は、概略、Ｐ型圧電半導体基板
２と、Ｐ型半導体基板１の上面に設けた入力用すだれ状
電極３、出力用すだれ状電極４及びすだれ状電極３，４
間に直流電界を印加する電源１２にて構成されている。
圧電半導体基板２の材料としては、不純物濃度が１０¹⁵
個／ｃｍ³及び１０¹⁶個／ｃｍ³のＰ型ＧａＡｓが用いら
れる。すだれ状電極３，４は電気−機械エネルギー変換
機能を有すると共に、直流電界を表面弾性波１５の伝搬
方向と平行に圧電半導体基板２に印加するための電極機
能も有する。すだれ状電極３，４の材料としてはアルミ
ニウム等が用いられ、フォトエッチング法等の手段によ
り形成されている。すだれ状電極３，４の電極ピッチｄ
は、表面弾性波１５の波長をλとすれば、 ｄ＝（ｎ＋１／２）λ （ｎ＝０，１，２，３…） を満足するように設計される。表１に本実施例のすだれ
状電極３，４の電極ピッチｄの設計値を示す。なお、製
造加工時に要求される電極ピッチｄの平均公差は約±λ
／４である。

【０００７】

【表１】

【０００８】すだれ状電極３，４はそれぞれ引き出し電
極３ａ，３ｂ、４ａ，４ｂにて入力側ＣＲ並列回路５及
び出力側ＣＲ並列回路６に電気的に接続されている。さ
らに、入力側ＣＲ並列回路５は高周波トランス９を介し
て交流パルス発生器に電気的に接続している。出力側Ｃ
Ｒ並列回路６は高周波トランス１０を介して受信器に電
気的に接続されている。入力側と出力側の間は電源１２
が電気的に接続され、すだれ状電極３，４間に適切な直
流電界が印加される。

【０００９】以上の構成からなる装置を用いて表面弾性
波増幅器１の増幅作用を評価した。電源１２によってす
だれ状電極３，４間に１０ＫＶ／ｃｍの直流パルス電界
を印加して、Ｐ型圧電半導体基板２のキャリアである正
孔の移動速度Ｖ（ｄ）が表面弾性波１５の伝搬速度Ｖ
（ｓ）より大きくなる状態にする。この状態の下で、交
流パルス発生器から入力用すだれ状電極３に電気信号を
供給する。電気信号は表面弾性波１５に変換され、表面
弾性波１５は圧電体基板２の表面部分をすだれ状電極４
に向かって伝搬する。正孔は表面弾性波１５に付随する
電界に結合し、表面弾性波１５が増幅される。特に、

【００１０】

【数１】

【００１１】の関係を満足する表面弾性波１５の角周波
数ωで最大の増幅利得が得られる。さらに、従来のｎ型
圧電半導体を用いた表面弾性波増幅器においては、

【００１２】

【数２】

【００１３】の関係式を満足しなければ大きな利得が得
られなかった。ところが、本実施例のように不純物濃度
が高いＰ型圧電半導体を用いた場合、（２）式を満足し
なくても大きな増幅利得が得られた。表２には評価結果
が示されている。表面弾性波１５は共鳴角周波数ω
（Ｐ）にて増幅される。なお、表２には、表１の設計値
に基づいて作製したすだれ状電極３，４の電極ピッチｄ
の実測値及び平均誤差も示している。

【００１４】

【表２】

【００１５】表２より、従来の表面弾性波増幅器の利得
が４０ｄＢ／ｃｍ程度であるのに比べ、本実施例１，２
の表面弾性波増幅器の利得は１００〜３００ｄＢ／ｃｍ
以上であり、著しくアップしていることが認められる。
なお、本発明に係る表面弾性波増幅器は前記実施例に限
定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形す
ることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、圧電半導体基板の材料として、不純物濃度が高
いＰ型圧電半導体を用いたので、従来の表面弾性波増幅
器と比較してキャリアの数が多くなり、増幅機能が向上
した表面弾性波増幅器を得ることができる。しかも、製
造に際しては、圧電半導体基板の材料として不純物濃度
が高いＰ型圧電半導体を採用するだけですみ、圧電体と
半導体を貼り合わせた表面弾性波増幅器と比較して構
造、製造工程共に簡略なものとなる。

【００１７】また、直流電界の印加方向を逆にすれば、
表面弾性波を減衰させることができ、スイッチング機能
を備えさせることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面弾性波増幅器の一実施例を示
す概略構成図。

【符号の説明】

１…表面弾性波増幅器 ２…Ｐ型圧電半導体 ３，４…すだれ状電極 １２…電源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不純物濃度が高いＰ型圧電半導体基板
   と、 前記圧電半導体基板の表面に設けた一対のすだれ状電極
   と、 前記すだれ状電極間に直流電界を印加する電源と、 を備えたことを特徴とする表面弾性波増幅器。