JPS63197111A - 弾性表面波コンボルバ - Google Patents

弾性表面波コンボルバ

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JPS63197111A
JPS63197111A JP2926187A JP2926187A JPS63197111A JP S63197111 A JPS63197111 A JP S63197111A JP 2926187 A JP2926187 A JP 2926187A JP 2926187 A JP2926187 A JP 2926187A JP S63197111 A JPS63197111 A JP S63197111A
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JP
Japan
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semiconductor
layer
film
type semiconductor
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP2926187A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuichi Mitsuzuka
三塚 秀一
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Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Original Assignee
Clarion Co Ltd
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Publication date
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  • 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】 A、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(以下本明細書においてはSAW と略記する
。)コンボルバの構造に関する。
B0発明の概要 本発明によるモノリシック SAW コンボルバは、圧
電膜/絶縁体/n型半導体/p”型半導体、圧電膜/絶
縁体/p型半導体/n+型半導体、圧電膜/絶縁体/ 
P型半導体/ n型半導体/ p4″型半導体、または
圧電膜/絶縁体/n型半導体/p型半導体 /n+型半導体構造を有する。
圧電膜/絶縁体/n型半導体/p+型 半導体4i!!造を有するときは、 n型半導体の不純
物密度Noと、その層厚りは次の条件を満足する。
I  X  I 013as−3≦ ND≦ l  X
 10” am−3Wmax + Wb < L≦Ww
+ax + Wb +2μmここで、W□、とWbは次
式で与えられる。
e :電子の電荷。
εS:半導体の誘電率。
k :ボルツマン定数、 nl:半導体の真性キャリア密度。
Njub : P+型半導体の不純物密度。
T :絶対温度、296  (K)。
圧電膜/絶縁体/P 型半導体/n+型半導体構造を有
するときは、 p型半導体の不純物密度NAと、その層
厚りは次の条件を満足する。
I  X  10” >−3≦ NA≦ l  X 1
016cm−3WoX+Wb< L ≦Wwax + 
Wl、 +  2μmここで、W、□とWbは次式で与
えられるものとする。
ただし、Lubは n十型半導体の不純物密度である。
圧電膜/絶縁体/p型半導体/n型半 導体/p4″型半導体構造を有するときは、 n型半導
体の不純物密度NDと、 P 型半導体とn型半導体の
各層の厚さの和りは次の条件を満足する範囲にある。
lXl013C11″′3≦ND≦ I  X 101
6as−31p + ′W b≦ L≦ l p + 
W+max + Wb + 2 μmここで、l、はP
型半導体の層厚であり、W□、とWbは次式で与えられ
る。
ただし、N5ubはP+型半導体の不純物密度である。
圧電膜/絶縁体/n型半導体/P型半 導体/n+型半導体構造を有するときは、 P型半導体
の不純物密度N^と、 n型半導体とP 型半導体の各
層の厚さの和りは次の条件を満足する。
l  X  1013as−3≦NA≦ l  X 1
016am−”l e + W b≦L≦ 1o+ W
*ax+ Wb+  2μmここで、l、は n型半導
体の層厚であり。
W□8とWbは次式で与えられる。
ただし$ 1’1subはn”型半導体の不純物密度で
ある。
上記半導体はSiまたはG a A sであり、上記絶
縁体は5i02であり、上記圧電膜はZnOまたはAI
Nであることができる。
」二記記載の装置において、弾性表面波の伝播モードは
、有利には、セザワ波である。そのとき、上記記載の装
置においてSiの面方位は(110)であり5弾性表面
波の伝播方向は[IQO]であるか、またはSiの面方
位は(100)であり、弾性表面波の伝播方向は[11
−01であるのが有利である。
上記記載clAfflにおいて絶縁体層は無くてもよ塾
4゜ C9従来の技術 第4図(a)、(b)および第5図(a)、(b)は二
つの異なった従来のモノリシックコンボルバのも!造を
示す断面図で1図中、1 は高濃度半導体基板、2は絶
縁体、3は圧電膜 4,4pは入力、5.5’は櫛形電
極、6 は出力、7 は裏面電極58 はゲート電極、
9 は半導体エピタキシャル膜を表わす。
第4図および第5図において、(a)と(b)は導電型
が逆になっているだけである。
第4図に示す構造は、コンボルバのコンボリューション
効率が高いという特長を有している。この構造の特性例
に関しては、次の文献を参照されたい6 文献 [1] S  、  Minagatza、  et  al。
” Efficient  ZnO−5i02− Si
 5eza%la wavaconvolver ’。
IEIEE Trans 、 5onies Ultr
ason、、  vol、sU −32゜No、5. 
Septammber 1985. pp、 670−
674第5図の構造は、コンボルバを無バイアスで動作
させることができるという特長を有している。゛それに
関しては、次の文献を参照されたい。
文献 [2] 二塚、他 「ゼロバイアス動作型モノリシックZnO/
 5i02 / Siコンボルバの試作」昭和61年秋
季応用物理学会講演予稿集、p、 905このような従
来構造のコンボルバでは、その特性を十二分に引き出す
ためには、半導体エピタキシャル膜の条件を最適に設定
する必要がある。その条件については、すでに本発明者
は1次の条件が最適であることを見出している(特願昭
61−207457号)。
N : 半導体エピタキシャル膜中の不純物密度L :
 半導体エピタキシャル膜の膜厚W□X :半(体エピ
タキシャル膜中の最大空乏幅として第4図の構造では、
次の条件が最適である。
W、aX<L≦Wsax + 2μm l  X  1013cya−3≦N≦ I  X 1
016C1l+−3・・・・・・・・・・・・ (1) また第5図の構造では次の条件が最適である。
l  X  10i3cs−3≦N≦ I  X 10
” am−31≦ L、≦ l +Wm、x +  2
μm・・・・・・・・・・・・(2) ただし、■ は第5図(a)ではP型半導体層の層厚で
あり、第5図(b)では n型半導体層の層厚である。
以上の条件式(1)および(2)によれば、半導体エピ
タキシャル膜の膜厚しは、不純物密度Nが 10”1−
3オーダーの時は5次のような程度の価となる。
L=1μm〜4μ5(Siの場合) 上の値は、半導体としてSiを用いる場合、通常のプロ
セスで製造するエピタキシャル膜としては可成り小さい
膜厚に属しており、そのために1l12造上次のような
問題がある。
(i)エピタキシャル層の堆積時、小さい膜厚のエピタ
キシャル膜を再現性良く堆積するための条件出しが難し
い。
(if)エピタキシャル層の堆積時、高濃度半導体基板
からの不純物の拡散があるため、小さい膜厚のエピタキ
シャル膜では、膜中の不純物密度を設計通りに実現する
のが難しい。
以りのように、従来構造で、より良い特性を得ようとす
ると、上に述べたような製造上の問題があった。
D0発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、以上のような従来構造の欠点をできる
だけ軽減することができる。新しい構造のモノリシック
 SAWコンボルバを提供することである。
E0問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために1本発明によるモノリシック
 SAWコンボルバは、第1導電型の高濃度半導体基板
と、上記基板上に形成され、該基板とは異なる第2導電
型の半導体膜を含む半導体エピタキシャル層と、上記半
導体エピタキシャル層上に形成された絶縁体層と、上記
絶縁体層上に形成された圧電膜とを含むことを要旨とす
る。
本発明の有利な実施の態様においては、上記半導体エピ
タキシャル層は第2導電型半導体膜と、その上に形成さ
れた第1導電型半導体膜との積層から成る。
F0作用 新しい構造では1以上述べたように、半導体基板とエピ
タキシャル膜の半導体の型が異なっているので、その界
面部には自然に空乏層がひろがっている。その様子を第
3図に示す0図中、10が空乏層を表わす。
第4図および第5図に示す従来構造では、半導体基板1
 とエピタキシャル膜9の半導体の型が同じであるので
、第3図のような空乏層は存在しない。
空乏層の中に存在するキャリアの数は周囲の部分におけ
るものより極めて小さいため1表面波に伴うポテンシャ
ルが空乏層に加えられても、空乏層 10中で発生する
損失は極めて小さい。したがって、第3図のような空乏
層が存在する新しい構造では、半導体エピタキシャル膜
の実効的な膜厚は、空乏層の幅の分だけ減少する。実効
的な膜厚を Lsff とすると、エピタキシャル膜の
膜厚L と、空乏層の幅Wbに対し、次のように表わさ
れる。
L−wz =  L   Wb       ・・・・
・・・・・・・・(3)Wbは、半導体基板の不純物密
度Nより十分に大きい時、次のように表わされる。
・・・・・・・・・・・・(4) ここで e :電子の電荷。
表、:半導体の誘電率、 k :ボルツマン定数、 T :絶対温度、 ni:半導体の真性キャリア密度。
である。
一例として、SLの場合、N =  2X10”cm−
3(n型)  N5ub =+ lXl0” am″″
3(p型)の時、常温ではWb z2.2  μ鴎であ
る。
このように新しい構造では、従来構造と比べ、エピタキ
シャル膜の膜厚を実効的に薄く出来るという特長がある
。このため、新しい構造では、従来構造の場合よりも厚
いエピタキシャル膜を用いることができ、前述したよう
な薄いエピタキシャル膜の製造に伴う困難を軽減するこ
とができる。
G、実施例 以下に、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一層詳細に説明するが、それらは例示に過ぎず、本発明
の枠を越えることなしにいろいろな変形や改良があり得
ることは勿論である。
第1図および第2図は本発明によるモノリシック SA
Wコンボルバの構成を示す断面図で1図中、第3図およ
び第5図と共通する引用番号はそれらの図におけるもの
と同じか、またはそれに対応する部分を表わす。第2図
に示す装置においては、半導体エピタキシャル膜9 は
半導体基板1 と同−遭、9電型の層 11 と反対導
電型の層12 から成っている。第1図および第2図に
おいて、(a)および(b)は、第4図および第5図に
おけると同様に、導電型が逆になっているだけである。
第1図および第2図に示す新しい構造と、第4図および
第5図に示す従来の構造では、半導体側の構造が異なる
。すなわち、従来構造では、半導体基板(高不純物濃度
)と第4図および第5図に示すエピタキシャル膜の半導
体の型が同じであるのに対し、第1図および第2図に示
す新しい構造では、半導体基板(高不純物濃度)とエピ
タキシャル膜の半導体の型が異なるという違いがある。
他の部分の構造は、従来構造と同じである。
なお、第2図に示す構造は、第5図に示す従来構造と同
様に、コンボルバを無バイアスで動作させることができ
るという特長を持っている。
次に、新しい構造におけるエピタキシャル膜の望ましい
条件を述べる。新しい構造では、従来構造における条件
の式(1)、(2)のLの値を(3)式で表わされる実
効的な膜厚Loftと考えなければならない。したがっ
て、新しい構造における望ましい条件は次のようになる
。
第1図の構造では次の条件が望ましい。
W□、+ Wb < L ≦Wmax + Wb + 
 2μ閣I  X  10” tya−3≦N≦ 1×
1016a11″″3・・・・・・・・・・・・(5) また、第2図の構造では次の条件が望ましい。
1+ Wb≦L≦ l + W−ax + Wb + 
 2μ■I  X  1013cm’″3≦N≦ I 
 X I Q16am−3・・・・・・・・・・・・(
6) なお1式(6)のNの値は、第2図(a)ではn型半導
体の不純物密度で、第2図(b)ではp型半導体の不純
物密度である。
Wゎの値は前述した(4)式で与えられるが。
W□8の値は、次式で与えられる。
・・・・・・・・・・・・(7) 各パラメータは、(4)式で説明されたものと同じであ
る。
以上の式(5、)、(6)と式(1)、(2)を比較す
ると、新しい構造では、従来構造よりも、エピタキシャ
ル膜の膜厚をWbだけ大きくできることがわかるasi
の場合、10”a1″′3オーダの不純物密度の時は、
Wb ”  1μm〜数μm程度となる。この値は、前
述したエピタキシャル膜製造時の困難を、十分に軽減で
きるだけの量である。
なお、第1図および第2図には絶縁体が記されているが
、絶縁体の無い構造をとることも可能である。
本発明は、 SAWコンボルバを使用する装置全般、具
体的には、相関器、SSC通信器、レーダ、画像処理、
フーリエ変換器、等に応用できる。
H0発明の詳細 な説明した通り1本発明によれば、エピタキシャル膜を
可成り厚くできるので、従来技術による SAW コン
ボルバの製造の困難を軽減でき。
特性も良好なモノリシック SAWコンボルバを実現で
きるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明によるモノリシック SA
Wコンボルバの構成を示す断面図、第3図は本発明の詳
細な説明するための断面図、第4図および第5図は従来
のモノリシック SAWコンボルバの構成を示す断面図
である。 1・・・・・・・・・高濃度半導体基板、2・・・・・
・・・・絶縁体。 3・・・・・・・・・圧電膜、4,4′・・・・・・・
・・入力、5,5’・・・・・・・・・櫛形電極、6・
・・・・・・・・出力、7・・・・・・・・・裏面電極
、8・・・・・・・・・ゲート電極、9・・・・・・・
・・半導体エピタキシャル膜、10・・・・・・・・・
空乏層、11・・・・・・・・・半導体基板と反対導電
型のエピタキシャル層、12・・・・・・・・・半導体
基板と同一導電型のエピタキシャル層。 (b) ン約鐙QFKJ6 SAW D ン1:’ノk ハ゛f
1@(J@1図 N   ≦ (a) (b) 択4s SAW コン禾”ykiY ’111面団第4
図 (a) gJssAwコンネプν八°゛斬面図 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) (a)第1導電型の高濃度半導体基板、 (b)上記基板上に形成され、該基板とは異なる第2導
    電型の半導体膜を含む半導体エピタキシャル層、 (c)上記半導体エピタキシャル層上に形成された絶縁
    体層、および (d)上記絶縁体層上に形成された圧電膜 を含むことを特徴とする弾性表面波コンボルバ。
  2. (2)上記半導体エピタキシャル層が第2導電型半導体
    膜と、その上に形成された第1導電型半導体膜との積層
    から成ることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載
    の弾性表面波コンボルバ。
JP2926187A 1987-02-10 1987-02-10 弾性表面波コンボルバ Pending JPS63197111A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5243250A (en) * 1991-02-27 1993-09-07 Clarion Co., Ltd. Surface acoustic wave convolver device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5243250A (en) * 1991-02-27 1993-09-07 Clarion Co., Ltd. Surface acoustic wave convolver device

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