JPS62195908A - 表面弾性波素子 - 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） この発明は表面弾性波素子に関し、特にたとえば音響電
気コンボルバ、パラメトリンク発振器などに利用可能な
表面弾性波素子に関する。

（従来技術） 表面弾性波素子はフィルタや発振器など種々利用される
が、その利用分野の１つに、たとえばスペクトラム拡散
（Ｓｐｒｅａｄ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　：　Ｓ　Ｓ）通信
の受信系にお、いて拡散復調器として用いられる表面弾
性波（ＳＡＷ）コンボルバがある。ＳＡＷコンボルバは
、基板両端のインタディジタルトランスデユーサ（ＩＤ
Ｔ）により発生したたとえば角周波数ω。、波数におよ
び−にの表面弾性波が、互いにその基板中央方向に伝播
されて２つのトランスデユーサの間で相互作用し、圧電
体や半導体の持つ非線形作用によって角周波数２ω。、
波数０の弱い電界を生じるものである。

第６図はこの発明の背景となる従来のエラスティックコ
ンボルバの一例を示す図解図である。エラスティックコ
ンボルバは圧電基板１上に配置された信号入力電極２お
よび参照信号入力電極３を含み、これら２つの入力電極
２および３で発生した表面弾性波がビーム幅圧縮器４に
よって圧縮され、出力電極５としてのウェーブガイド直
下における圧電基板１の歪の非線形を利用して、出力電
極５および６からコンポルージョン信号が取り出される
。

第７図はこの発明の背景となる従来の分離媒質形コンボ
ルバの一例を示す図解図である。分離媒゛　質形コンボ
ルバは、表面波の伝播媒質である圧電基板１の上方に、
わずかの空隙を有して半導体７を配置する。２つの入力
電極２および３からの表面波の伝播に伴って圧電基板１
の表面から交流電界が洩れ、その洩れた交流電界と半導
体７中のキャリアとの相互作用によって、出力電極５お
よび６からコンポルージョン信号が取り出される。

（発明が解決しようとする問題点） 第６図に示すエラスティックコンボルバでは、圧電基板
１の持つ弱い非線形性により生じる電界をその基板表面
の金属電極５および６で直接取り出すため、効率が非常
に悪い。

第７図に示す分離媒質形コンボルバでは、半導体のもつ
非線形作用を利用し、半導体上の電極から出力信号を取
り出すために、その効率はよい。

しかしながら、非常に長い範囲、たとえば数ｃ１にわた
って圧電体１と半導体６との間の微小なエアギヤツブ（
たとえば１ｏｏｏ人のオーダ）を均一に維持する必要が
あり、その製造が困難で、高価であるばかりでなく、振
動に弱く信頼性に欠ける。

それゆえに、この発明の主たる目的は、信頼性がよくし
かも効率のよい、表面弾性波素子を提供することである
。

（問題点を解決するための手段） この発明は、簡単にいえば、ｎ　（ｐ）形半導体とｐ（
ｎ）形半導体とによって形成される段階接合を含む半導
体層、半導体層上に積層される圧電体層、および圧電体
層上に形成される少なくとも２個以上の電極を備える、
表面弾性波素子である。

（作用） 段階接合によって急勾配の空乏層容量−電圧特性曲線が
得られ、微弱な交流電界が印加されてもその空乏層容量
が大きく変化する。その変化が出力信号として取り出さ
れる。

（発明の効果） この発明によれば、モノリシック構造であるため信頼性
が高くまたその製造も容易であるばかりです＜、従来の
エラスティックコンボルバに比べて、その効率が大幅に
向上した、表面弾性波素子を得ることができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図解図である。

表面弾性波素子１０は、ｎ　（ｐ）形半導体層１２．ｐ
　（ｎ）形半導体層１４および圧電体層１６が、この順
で積層的に配置されたモノリシック構造を有する。ｎ　
（ｐ）形半導体層１２およびｐ　（ｎ）形半導体層１４
は、たとえばＳｉなどの半導体材料からなる。また、圧
電体層１６は、たとえばＺｎＯからなる。この圧電体Ｊ
ｆｆｌ１６上には、信号入力用インクディジタル電極２
０および参照信号入力用インクディジタル電極２２が、
この圧電体層１６の長さ方向（ＳＡＷの伝播方向）両端
に間隔を隔てて配置される。なお、この電極２０および
２２は半導体層１２側に設けてもよい。

ｎ　（ｐ）形半導体層１２とｐ　（ｎ）形半導体層１４
との間には、第２図に示すような段階接合が形成される
。この段階接合１８では、急峻な勾配の空乏層容量（Ｃ
）−印加電圧（Ｖ）特性曲線が得られ、そのために、印
加される電界がわずか変化すると、その空乏層容量が急
激にあるいは大幅に変化する。したがって、従来のエラ
スティックコンボルバに比べて、効率ないし感度のよい
表面弾性波素子が得られる。

第３図はこの発明の他の実施例を示す断面図解図である
。この実施例では、ｎ　（ｐ）形半導体層１２が、ｎ”
　（ｐ”　）形半導体層１２ａとその上に積層されるｎ
　（ｐ）形半導体層１２ｂとを含む。

そして、ｎ　（ｐ）形半導体層１２ｂにはｐ　＋　　（
ｎ゛）形半導体層１４′が積層ないし接合される。

そして、空乏層容量以外の半導体領域については、その
比抵抗が大きいと損失が大きくなるので、導電率を大き
くするために、この実施例では、ｎ（ｐ）形半導体層１
２に、ｎ”　（ｐ”　）形半導体層１２ａを設ける。ま
た、アース電極を取り付ける必要がある場合、ｎ　（ｐ
）形半導体では、ショットキ接触となって好ましくない
ので、オーミック接触にするためにも、このｎ”　（ｐ
”　）形半導体層１２ａは有効である。

また、接合面付近の不純物濃度が高いと良好な段階接合
が得られ難いので、この実施例では、ｎ”　（ｐ”　）
形半導体層１２ａの上にｎ　（ｐ）形半導体層１２ｂと
して、エピタキシャル層を成長させ、そこに正イオンや
負イオンを注入しあるいは拡散することにより、段階接
合１８を形成する。

この第３図実施例においても、ｎ　（ｐ）形半導体層１
２ｂおよびｐ”（ｎ”）形半導体層１４′によって形成
される第４図に示すような段階接合１８によって、接合
面に急峻なＣ−Ｖ特性が得られ、したがって印加される
電圧に対する空乏層容量の変化の度合が非常に大きくな
る。

第５図はこの発明の好ましい実施例としての音響電気コ
ンボルバの一例を示す図解図である。このコンボルバ１
００は先の第３図で示す表面弾性波素子１０と同じモノ
リシック構造を有し、ｎ゛（ｐｏ）形半導体層１１２ａ
、　　ｎ　（ｐ）形半導体層１１２　ｂ、　　ｐ”　　
（ｎ”　）形半導体層１１４および圧電体層１１６がこ
の順で積層される。そして、ｎ　（ｐ）形半導体層１１
２ｂとｐ”（ｎ”）形半導体層１１４とによって、段階
接合１１８を形成する。そして、圧電体層１１６の上に
は、信号入力用インタディジタル電極１２０および参照
信号入力用インタディジタル電極１２２が、この圧電体
層１１６の長さ方向（ＳＡＷの伝播方向）両端に間隔を
隔てて配置される。そして、これら２つのインクディジ
タル電極１２０および１２２の間には、圧電体層１１６
上にゲ・−上電極１２４が形成されるとともに、ｎ＊　
（ｐ（−）形半導体Ｎ１１２ａの下面には、アース電極
１２６が形成される。

ゲート電極１２４には、バイアス電圧が印加され、した
がって、段階接合１１８には、空乏層容量が生じる。そ
の状態で２つの入力インタディジタル電極１２０および
１２２からそれぞれ信号が入力されると、圧電体層１１
６としてのＺｎＯに伝わる表面弾性波によって、その空
乏層容量が変化する。この空乏層容量の変化に応じた電
圧が、ゲート電極１２２から結合コンデンサを通して取
り出される。。

すなわち、圧電体層の両端の入力電極より励振された、
たとえば角周波数ω。、波数におよび−にの弾性表面波
がゲート電極の直下の圧電体層ですれちがう際、圧電体
層のもつ非線形作用により、角周波数２ω。、波数Ｏの
コンポルージョン信号が発生するが、これは非常に弱い
電界のため、直接取り出すと効率が非常に低い。そこで
、超階段接合面に逆バイアスを印加し、空乏層を作る。

そこに圧電体層で生じたコンポルージョン信号の電界を
印加し、階段接合のもつ急勾配のＣ−Ｖ特性曲線を利用
して空乏層容量の変化をゲート電極より出力信号として
取り出す。

なお、この実施例のように、圧電体層１１６としてＺｎ
Ｏを用いると、セザワ波あるいはレーリー波で、電気機
械結合係数ＫＺが大きく取れ、しかも非線形結合係数が
大きな圧電体層が実現でき、したがって帯域幅が広く大
きなりＴ積が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図解図である。 第２図は第１図実施例の不純物濃度分布を示す図である
。 第３図はこの発明の他の実施例を示す断面図解図である
。 第４図は第３図実施例の不純物濃度分布を示す図である
。 第５図はこの発明の好ましい実施例としての音響電気コ
ンボルバの一例を示す斜視図である。 第６図はこの発明の背景となるエラスティックコンボル
バの一例を示す図解図である。 第７図はこの発明の背景となる分離媒質形コンボルバの
一例を示す図解図である。 図において、１０は表面弾性波素子、１２はｎ（ｐ）形
半導体層、１２ａ、１１２ａはｎ’　（ｐ゛）形半導体
領域、１２ｂ、１１２ｂはｎ　（ｐ）形半導体領域、１
４はｐ　（ｎ）形半導体層、１４’、１１４はｐ”（ｎ
”）形半導体層、１６，１１６は圧電体層、１８，１１
８は段階接合、２０．２２，１．２０，１２２はインク
ディジタル電極、１００は音響電気コンボルバ、１２４
はゲート電極、１２６はアース電極を示す。 第　１　図 工仁１９七ジイル層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ｎ（ｐ）形半導体とｐ（ｎ）形半導体とによって形
   成される段階接合を含む半導体層、前記半導体層上に積
   層される圧電体層、および前記圧電体層上に形成される
   少なくとも２個以上の電極を備える、表面弾性波素子。 ２　前記ｎ（ｐ）形半導体はｎ＾＋（ｐ＾＋）形半導体
   上に積層され、前記ｐ（ｎ）形半導体がｐ＾＋（ｎ＾＋
   ）形半導体である、特許請求の範囲第１項記載の表面弾
   性波素子。 ３　前記ｎ（ｐ）形半導体およびｐ＾＋（ｎ＾＋）形半
   導体はエピタキシャル層を含む、特許請求の範囲第２項
   記載の表面弾性波素子。 ４　前記圧電体層はＺｎＯを含む、特許請求の範囲第１
   項ないし第３項のいずれかに記載の表面弾性波素子。 ５　前記電極がくし型構造を有することを特徴とする、
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の
   表面弾性波素子。 ６　前記電極のうち少なくとも２個の電極の間の前記圧
   電体層上にゲート電極が形成され、それによって音響電
   気コンボルバとして構成された、特許請求の範囲第１項
   ないし第５項のいずれかに記載の表面弾性波素子。