DE69734285T2

DE69734285T2 - Funktionsvorrichtung mit akustischen oberflächenwellen

Info

Publication number: DE69734285T2
Application number: DE69734285T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Sendai-shi YAMANOUCHI; Hiroyuki Sendai-shi ODAGAWA; Wasuke Chofu-shi SATO; Naohiro Fuji-shi KUZE; Hiromasa Fujinomiya-shi GOTO
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Chemicals Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Chemicals Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2017-07-19
Also published as: KR20000067918A; EP0913935B1; EP0913935A1; US6194808B1; EP0913935A4; TW432783B; DE69734285D1; CN1228206A; WO1998004040A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionselement unter Verwendung von akustischen Oberflächenwellen (surface acoustic wave functional element, SAW-Funktionselement) wie einen Verstärker mit akustischen Oberflächenwellen (SAW-Verstärker) oder einen SAW-Convolver (SAW-Convolver), der eine Wechselwirkung zwischen einer sich durch ein piezoelektrisches Substrat ausbreitenden akustischen Oberflächenwelle und Elektronen im Halbleiter nutzt. Ein solcher SAW-Convolver ist beispielsweise aus US 5 030 930 bekannt.
STAND DER TECHNIK
Ein SAW-Funktionselement mit einer Struktur, in der eine Wechselwirkung entlang eines Ausbreitungspfades über die gesamte Breite einer akustischen Oberflächenwelle erfolgt, ist als herkömmliches Funktionselement bekannt, das eine Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und Elektronen im Halbleiter ausnutzt. Hinsichtlich eines SAW-Verstärkers als einem Beispiel für ein Funktionselement einer akustischen Oberflächenwelle sind beispielsweise drei Strukturen vorgeschlagen worden: der Verstärker vom Direkttyp (2), der Verstärker vom Separattyp (3) und der Verstärker vom Monolithtyp (4). Der erste Verstärker vom Direkttyp weist eine Struktur auf, bei der ein piezoelektrisches Halbleitersubstrat 11 wie CdS oder GaAs, das sowohl Piezoelektrizität als auch eine Halbleiteigenschaft aufweist, verwendet wird, um dazwischen eine Eingangselektrode 4, eine Ausgangselektrode 5 und eine Elektrode 8 zum Anlegen eines elektrischen Gleichspannungsfeldes an das piezoelektrische Halbleitersubstrat 11 zu montieren, wodurch eine akustische Oberflächenwelle verstärkt wird. Bisher ist aber kein piezoelektrischer Halbleiter gefunden worden, der sowohl eine hohe Piezoelektrizität als auch eine hohe Elektronenmobilität aufweist. Der zweite Verstärker vom Separattyp ist ein Verstärker mit einer Struktur mit einer Eingangselektrode 4 und einer Ausgangselektrode 5, die auf einem piezoelektrischen Substrat 1 mit einer hohen Piezoelektrizität angeordnet sind, und einem Halbleiter 12 mit einer hohen Elektronenmobilität, der über einem Spalt 13 ebenfalls angeordnet ist. Bei diesem Verstärkertyp wird die Verstärkungszunahme größtenteils von der Ebenheit der Oberfläche des Halbleiters und des piezoelektrischen Substrats und von der Größe des Spalts beeinflusst. Um eine Verstärkungszunahme zu erhalten, die gleich dem praktischen Nutzen ist, ist es erforderlich, den Spalt so klein wie möglich zu machen und ihn über den Betriebsbereich konstant zu halten, so dass bei der industriellen Produktion eine extreme Schwierigkeit vorliegt. Andererseits ist der dritte Verstärker vom Monolithtyp ein Verstärker einer Struktur mit einer Eingangselektrode 4 und einer Ausgangselektrode 5, die auf einem piezoelektrischen Substrat 1 ausgebildet sind, und einem Halbleiter 12, der über einer dielektrischen Schicht 14 statt eines Spalts 13 ebenfalls angeordnet ist. Nach Untersuchungen von Yamanouchi und anderen, die in den 70-er Jahren des 20. Jahrhunderts durchgeführt wurden (K. Yamanouchi et al., Proceedings of the IEEE, 75, S. 726 (1975)), wird für InSb eine Elektronenmobiltät von 1600 cm²/Vs in einer Struktur erhalten, bei der SiO auf ein LiNbO₃-Substrat aufgetragen und ein 50 nm dicker InSb-Film darauf angeordnet ist, und eine Verstärkung von 40 dB ist bei einer Mittelfrequenz von 195 MHz unter Anwendung einer extrem hohen Gleichspannung von 1100 V in einem SAW-Verstärker unter Verwendung dieses Films erhalten worden. Weil keine gute Filmqualität von InSb erhalten wurde, bestand in Anbetracht von Anwendungen für eine gegenwärtige tragbare Vorrichtung jedoch das Problem einer zu hohen Ansteuerspannung und einer zu niedrigen Verstärkungszunahme bei einer niedrigen Spannung.
Als nächstes kann ein SAW-Convolver als weitere Anwendung bezeichnet werden, bei der eine Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und Elektronen in einem Halbleiter genutzt wird. Gegenwärtig erregen SAW-Convolver die Aufmerksamkeit hauptsächlich als Korrelatoren für das CDMA-(Code Division Multiple Access, Code-Mehrfachzugriffs-)Schema für die Streuspektrum-Kommunikation. Weil früher Digital-LSI und Analog-LSI als CDMA-Korrelatoren untersucht worden sind, aber beide einen extrem hohen Stromverbrauch hatten, wurde somit ein extrem hohes Hindernis für eine handliche Vorrichtung, die einen geringen Stromverbrauch benötigt, aufgestellt. Somit beginnt die Untersuchung eines SAW-Convolver mit einem Stromverbrauch von prinzipiell null hinsichtlich einer praktischen Verwendung, wobei ein niedriger Stromverbrauch und kein Bedarf an einer Synchronisierung zunutze gemacht werden. Bei Untersuchungen eines SAW-Convolvers ist beim InSb/LiNbO₃-System beispielsweise gemäß K. Yamanouchi, S. Mitsui und K. Shibayama, IEEE MTT-S Intern Microwave Symp. Digest., S. 31 (1980) eine Faltungs-Ausgangsleistung von –59 dBm erhalten worden.
Um Anwendbarkeiten eines Verstärkers vom Monolithtyp auf gegenwärtige Mobiltelefone oder dergleichen zu gewährleisten, ist es jedoch erforderlich, eine bessere Verstärkungszunahme bei einer praktischen, niedrigen Spannung von mindestens 9 V oder weniger zu erhalten und ihn auch in ein machbares Verfahren zu implementieren. In anderen Worten muss auf eine Spannung hingezielt werden, die niedriger – um zwei Faktoren oder mehr – als bei der früheren Technik ist. Außerdem muss hinsichtlich des SAW-Convolvers ein noch höherer Wirkungsgrad erreicht werden.
Bei einer früheren Struktur von SAW-Funktionselementen war es erforderlich, die Dicke eines Halbleiterfilms durch die Verwendung eines Halbleiters wie InSb mit einer hohen Elektronenmobilität außerordentlich zu verkleinern, um die elektrische Impedanz einer akustischen Oberflächewelle auf diejenige des Halbleiters abzustimmen. Bei einer dünnen Filmdicke ist die Kristallinität des Halbleiterfilms aber schlecht, und seine Elektronenmobilität wird kleiner, so dass kein Funktionselement mit besseren Merkmalen erhalten worden ist.
Außerdem besteht bei Convolvern aufgrund der geringen Dicke der Halbleiterschicht ein Problem hinsichtlich eines Verfahrens zum Abnehmen der Ausgangsleistung in Richtung der Dicke dahingehend, dass kein hoher Wirkungsgrad erhalten wird, und weiterhin besteht ein Problem dahingehend, dass der Widerstand der Schicht abnimmt, was im Vergleich zu einer größeren Dicke der Halbleiterschicht somit zu einem Kurzschluss im elektrischen Feld einer akustischen Oberflächenwelle führt. Weiterhin nimmt bei einer Struktur, bei der eine Halbleiterschicht oberhalb des Ausbreitungspfades ausgebildet ist, der Verlust einer akustischen Oberflächenwelle zu, wodurch eine Abnahme des Verstärkungszuwachses und eine Erniedrigung des Wirkungsgrades bewirkt werden.
Noch weiterhin ist dem Vorhandensein einer Pufferschicht, der Position einer geerdeten Elektrode und einer Wechselwirkung in Form einer Streifenelektrode überhaupt keine Aufmerksamkeit gewidmet worden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines industriell leicht herstellbaren SAW-Funktionselements mit einem Halbleiterfilm mit einer guten Filmqualität als aktive Schicht, die im Halbleiter so angeordnet ist, dass eine Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und dem Halbleiter in ausreichendem Maße erfolgt. Die Erfindung ist in den anliegenden Ansprüchen definiert.
Als Ergebnis der intensiven Untersuchung zur Lösung der obigen Aufgabe implementierten die Erfinder einen SAW-Verstärker mit hohen Verstärkungsmerkmalen und einen SAW-Convolver mit einem extrem hohen Wirkungsgrad bei einer niedrigen Spannung, wobei die Kristallinität der Halbleiterschicht verbessert wurde, indem zwischen das piezoelektrische Substrat und eine aktive Schicht eine Pufferschicht eingeführt wurde, deren Gitter auf die aktive Schicht abgestimmt ist, und wobei weiterhin das Auftreten einer Wechselwirkung in der Halbleiterschicht ermöglicht wird, indem eine Halbleiterschicht neben dem Ausbreitungspfad abgeschieden wird und eine Gitterelektrode verwendet wird, um das elektrische Feld einer akustischen Oberflächenwelle auf die Halbleiterschicht zu übertragen.
Ein extrem hohes Verstärkungsmerkmal und ein extrem hoher Wirkungsgrad des Faltungs-Ausgangssignals bei einer niedrigen Spannung wurde in der vorliegenden Erfindung implementiert, 1) weil eine extrem gute aktive Schicht auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet werden konnte, indem eine Pufferschicht beim Wachstum einer Halbleiterschicht eingefügt wurde, 2) weil durch das Fehlen einer Halbleiterschicht auf dem Ausbreitungspfad einer Halbleiterschicht des piezoelektrischen Substrats der Verlust einer akustischen Oberflächenwelle minimiert werden konnte, 3) weil die Elektrodenbreite und der Elektrodenabstand in Gitterelektroden, die auf dem Ausbreitungspfad angeordnet sind, so ausgewählt wurden, dass eine Reflexion unterdrückt wird, und 4) weil der Wirkungsgrad der Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und Elektronen durch die Bildung einer mit der Gitterelektrode alternierenden Ausgangselektrode für einen Convolver für elektrische Oberflächenwellen verbessert werden konnte.
Hier bedeutet die aktive Schicht eine Schicht, in der Elektronen, die mit der sich ausbreitenden akustischen Oberfläche in Wechselwirkung treten sollen, sich ausbreiten.
Durch die richtige Auswahl der Beziehung der relativen Position der Halbleiterschicht (aktive Schicht) mit verbesserter Filmqualität als Folge einer solchen Einführung einer Pufferschicht, der Gitterelektrode und der Ausgangselektrode wurde die obige Aufgabe gelöst.

1) Ein SAW-Funktionselement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst nämlich eine Eingangselektrode, eine Ausgangselektrode und eine Halbleiterschicht, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, wobei die obige Halbleiterschicht sich außer- und oberhalb des Ausbreitungspfades einer sich von der Eingangselektrode ausbreitenden akustischen Oberflächenwelle befindet, wobei die Halbleiterschicht aus einer aktiven Schicht und einer darauf ausgerichteten Pufferschicht besteht und weiterhin eine Mehrzahl von Gitterelektroden umfasst, die auf dem obigen Ausbreitungspfad senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und mit einer größeren Breite als derjenigen des Ausbreitungspfades angeordnet sind.
2) Beim oben erwähnten 1) können Endbereiche der obigen Gitterelektroden auf der obigen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
3) Beim oben erwähnten 1) oder 2) kann das Funktionselement eine Mehrzahl von Gitterelektroden umfassen, deren Breite L, wobei die Beziehung L = λ/3n (n: positive ganze Zahl) erfüllt und deren Elektrodenabstand S, wobei die Beziehung S = λ/3n (n: positive ganze Zahl) erfüllt, wobei λ die Wellenlänge einer sich über den obigen Ausbreitungspfad ausbreitenden akustischen Oberflächenwelle ist.
4) Beim oben erwähnten 3) ist es bevorzugt, dass die Breite L der obigen Gitterelektroden λ/8 ≦ L ≦ λ erfüllt und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden λ/8 ≦ S ≦ λ erfüllt.
5) Beim oben erwähnten 3) ist es bevorzugt, dass die Breite L der obigen Gitterelektroden L = λ/6 erfüllt und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden S = λ/6 erfüllt.
6) Das in einem der obigen 1) bis 5) beschriebene SAW-Funktionselement kann weiterhin eine Elektrode zum Anlegen eines Gleichspannungsfeldes an die obige Halbleiterschicht umfassen.
7) Das in einem der obigen 1) bis 5) beschriebene SAW-Funktionselement ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eingangssignale, die sich von einer Bezugssignal-Eingangselektrode ausbreiten und die obige Eingangselektrode einer Faltung mit der obigen als Bezugssignal-Eingangselektrode verwendeten Elektrode unterzogen wird.
8) Beim obigen 7) kann das Funktionselement eine Ausgangselektrode umfassen, die so angeordnet ist, dass die obige Gitterelektrode gekreuzt und ihr Potenzial gleich damit wird.
9) Beim obigen 8) kann die obige Ausgangselektrode oberhalb der Halbleiterschicht ausgebildet sein.
10) Beim obigen 8) kann die obige Ausgangselektrode unterhalb der Halbleiterschicht ausgebildet sein.
11) Bei jedem der obigen 7) bis 9) kann das Funktionselement eine gleichmäßige Ausgangselektrode an der Unterseite der obigen Halbleiterschicht umfassen.
12) Bei jedem der obigen 7) bis 11) kann das Funktionselement eine gleichmäßige Masseanschluss-Ausgangselektrode an der Unterseite des obigen piezoelektrischen Substrats umfassen.
13) Bei jedem der obigen 8) bis 12) kann sich der Elektrodenabstand einer Gitterelektrode oberhalb des Ausbreitungspfades von demjenigen einer alternierend oberhalb oder unterhalb der Halbleiterschicht ausgebildeten Gitterelektrode und demjenigen der Ausgangselektrode unterscheiden.
14) Darüber hinaus ist das SAW-Funktionselement der vorliegenden Erfindung, das eine Gitterelektrode und eine Halbleiterschicht umfasst, die auf einem piezoelektrischen Substrat oder auf einem piezoelektrischen Filmsubstrat ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die obige Halbleiterschicht sich außer- und oberhalb des Ausbreitungspfades für eine sich ausbreitende akustische Oberflächenwelle befindet, eine Mehrzahl von Gitterelektroden senkrecht zur Ausbreitungsrichtung oberhalb der Halbleiter schicht ausgebildet ist, ein streifenförmiger, dielektrischer Film auf der Oberseite der Gitterelektroden an einem von der Halbleiterschicht verschiedenen Teil ausgebildet ist und eine Ausgangselektrode auf dem betreffenden dielektrischen Film ausgebildet ist.
15) Beim obigen 14) können die obigen streifenförmigen, dielektrischen Filme auf der Ober- und der Unterseite der Gitterelektrode ausgebildet sein.
16) Beim obigen 15) kann die Ausgangselektrode unterhalb des streifenförmigen, dielektrischen, auf der Unterseite der obigen Gitterelektrode ausgebildeten Films ausgebildet sein.
17) Bei jedem der obigen 14) bis 16) kann eine gleichmäßige Ausgangselektrode an der Unterseite der obigen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
18) Bei jedem der obigen 14) bis 16) kann die obige Gitterelektrode unterhalb der Halbleiterschicht ausgebildet sein.
19) Beim obigen 18) kann eine gleichmäßige Ausgangselektrode an der Oberseite der obigen Halbleiterschicht ausgebildet sein.
20) Beim obigen 14) bis 19) haben die obigen Gitterelektroden eine Struktur von Längen, bezogen auf die Breite, die alternierend in einer zweckmäßigen Kombination variieren, und ein streifenförmiger, dielektrischer Film kann an jeweiligen Enden alternierender Gitterelektroden ausgebildet sein.
21) Beim obigen 14) bis 19) sind die Ausgangselektroden so ausgebildet, dass sie die obigen Gitterelektroden kreuzen, und sie können verbunden sein, so dass sie dasselbe Potenzial erhalten.
22) Weiterhin ist das SAW-Funktionselement der vorliegenden Erfindung, das eine Halbleiterschicht, Gitterelektroden und Ausgangselektroden umfasst, die auf einem piezoelektrischen Substrat oder einem piezoelektrischen Filmsubstrat ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die obige Halbleiter schicht sich außer- und oberhalb des Ausbreitungspfades für eine sich fortpflanzende akustische Oberflächenwelle befindet, eine Mehrzahl von Gitterelektroden senkrecht zur Ausbreitungsrichtung oberhalb der Halbleiterschicht ausgebildet ist, die obigen Ausgangselektroden quer über den obigen Gitterelektroden so ausgebildet sind, dass sie dasselbe Potenzial erhalten, und die Masse-Ausgangselektroden mit einer schmaleren Breite als derjenigen des Ausbreitungspfades auf und quer über denjenigen Teilen der Gitterelektroden, die der obigen Halbleiterschicht gegenüberliegen, an eine gemeinsame Elektrode angeschlossen sind.
23) Beim obigen 22) können die obigen Gitterelektroden und die obigen Ausgangselektroden unterhalb der Halbleiterschicht ausgebildet sein.
24) Bei jedem der obigen 21) bis 23) können die obigen Ausgangselektroden auf dem Teil der Halbleiterschicht bis zum Ausbreitungspfad ausgebildet sein.
25) Das SAW-Funktionselement der vorliegenden Erfindung, das eine Halbleiterschicht, Gitterelektroden und Ausgangselektroden umfasst, die auf einem piezoelektrischen Substrat oder auf einem piezoelektrischen Filmsubstrat ausgebildet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die obigen Gitterelektroden bis zur Hälfte der Ober- oder der Unterseite der Halbleiterschicht ausgebildet sind und dass eine gleichmäßige Ausgangselektrode, die einen Spalt zu den Enden der obigen Gitterelektroden aufweist, ausgebildet wird.
26) Das in einem der obigen 14) bis 25) beschriebene SAW-Funktionselement ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelektroden oberhalb des Ausbreitungspfades sich hinsichtlich des Elektrodenabstands von denjenigen, die ober- oder unterhalb der Halbleiterschicht oder ober- oder unterhalb des Masseausgang-Elektrodenteils oder des streifenförmigen dielektrischen Films ausgebildet sind, unterscheiden.
27) Bei jedem der obigen 14) bis 26) ist bevorzugt, dass die Breite L der obigen Gitterelektroden λ/8 ≦ L ≦ λ erfüllt und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden λ/8 ≦ S ≦ λ erfüllt.
28) Bei jedem der obigen 21) bis 26) ist bevorzugt, dass die Elektrodenbreite L des alternierenden Teils der obigen Gitterelektroden mit einer Ausgangselektrode oder einer Masse-Ausgangselektrode λ/16 ≦ L ≦ λ/2 erfüllt und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden λ/16 ≦ S ≦ λ/2 erfüllt.
29) Bei jedem der obigen 14) bis 26) ist bevorzugt, dass die Breite L der obigen Gitterelektroden λ/6 beträgt und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden λ/6 beträgt.
30) Bei jedem der obigen 14) bis 26) kann die obige Halbleiterschicht aus einer aktiven Schicht und einer Pufferschicht, die hinsichtlich des Gitters darauf abgestimmt ist, bestehen.
31) Bei jedem der obigen 1) bis 30) wird das Verhältnis der Breite W des Ausbreitungspfades für eine akustische Oberflächenwelle zur Breite a der Halbleiterschicht vorzugsweise auf eine solche Weise bestimmt, dass die Impedanz der elektrischen Welle einer akustischen Oberflächenwelle derjenigen der Halbleiterschicht fast entspricht.
32) Bei dem in jedem der obigen 1) bis 31) beschriebenen SAW-Funktionselement erfüllt das Verhältnis der Breite W des Ausbreitungspfads zur Breite a der Halbleiterschicht vorzugsweise W/a > 1.
33) Bei dem in jedem der obigen 1) bis 32) beschriebenen SAW-Funktionselement erfüllt das Verhältnis der Breite W des Ausbreitungspfads zur Breite a der Halbleiterschicht vorzugsweise W/a = 8–10.
34) Bei dem in jedem der obigen 14) bis 33) beschriebenen SAW-Funktionselement kann ein Halbleiter, der aus einer Si, InAs, InSb, GaAs und InP umfassenden Gruppe ausgewählt ist, für die Halbleiterschicht verwendet werden.
35) Bei dem in jedem der obigen 1) bis 34) beschriebenen SAW-Funktionselement kann ein Substrat, das aus einer LiNbO₃-Einkristallsubstrat, LiTaO₃-Einkristallsubstrat und KNbO₃-Einkristallsubstrat umfassenden Gruppe ausgewählt ist, für das piezoelektrische Substrat verwendet werden.
36) Bei dem in jedem der obigen 1) bis 34) beschriebenen SAW-Funktionselement kann ein piezoelektrisches Filmsubstrat, das unter Verwendung eines Films gebildet wird, der aus einer LiNbO₃-Film, LiTaO₃-Film, KNbO₃-Film, PZT-Film und PbTiO₃-Film umfassenden Gruppe ausgewählt ist, für das piezoelektrische Substrat verwendet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein schematischer Schnitt eines früheren Verstärkers vom Direkttyp;
3 ist ein schematischer Schnitt eines früheren Verstärkers vom Separattyp;
4 ist ein schematischer Schnitt eines früheren Verstärkers vom Monolithtyp;
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die den vergrößerten Halbleiterschicht- und Gitterelektroden-Abschnitt eines SAW-Funktionselements, umfassend eine aus einer Pufferschicht und einer aktiven Schicht bestehende Halbleiterschicht und Gitterelektroden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, zeigt;
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines früheren SAW-Verstärkers mit einer Struktur, bei der eine Halbleiterschicht oberhalb eines Ausbreitungspfades ausgebildet ist;
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Halbleiterschicht-, des dielektrischen Schicht- und des Gitterelektroden-Abschnitts in einer vergrößerten Abbildung eines SAW-Funktionselements, wobei eine dielektrische Schicht zwischen der Pufferschicht und dem piezoelektrischen Substrat angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Halbleiterschicht- und des Gitterelektroden-Abschnitts in einer vergrößerten Abbildung eines SAW-Funktionselements mit drei Pufferschichten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements, bei dem ein piezoelektrischer Film als Substrat eingesetzt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Schnittansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur mit einer gleichmäßigen Ausgangselektrode unterhalb der Pufferschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines früheren SAW-Convolvers einer Struktur mit einer Halbleiterschicht, die oberhalb des Ausbreitungspfades ausgebildet ist;
12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur, bei der Gitterelektroden unterhalb der Pufferschicht ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur, bei der Gitterelektroden und Ausgangselektroden auf der aktiven Schicht alternieren, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements, bei dem eine Halbleiterschicht, Gitterelektroden, eine Ausgangselektrode, die sich mit den Gitterelektroden abwechselt, und eine Masse-Ausgangselektrode ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements, bei dem eine Halbleiterschicht, Gitterelektroden, eine Ausgangselektrode, die sich mit den Gitterelektroden abwechselt, und eine Masse-Ausgangselektrode so ausgebildet sind, dass die Periode des alternierenden Teils sich von derjenigen oberhalb des Ausbreitungspfades unterscheidet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16 ist eine vergrößerte Abbildung des alternierenden Teils von Gitterelektroden und einer Ausgangselektrode und diejenige von Gitterelektroden und einer Masse-Ausgangselektrode eines SAW-Funktionselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
17 ist ein Wellenformdiagramm, in dem die Wellenform am Convolver-Ausgang dargestellt ist, die tatsächlich aus einem SAW-Funktionselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde;
18 ist schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements, bei dem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der alternierende Teil von Gitterelektroden und einer Ausgangs elektrode auf der aktiven Schicht oberhalb des Ausbreitungspfades ausgebildet sind;
19 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements, bei dem verformte Gitterelektroden auf der aktiven Schicht ausgebildet sind und eine Ausgangselektrode und die Masse-Ausgangselektrode alternierend zu den Gitterelektroden ausgebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements, das auf der aktiven Schicht ausgebildete Gitterelektroden und eine Ausgangselektrode so umfasst, dass die Gitterelektroden oberhalb des Ausbreitungspfades gekreuzt werden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur mit auf der aktiven Schicht ausgebildete Gitterelektroden und einem streifenförmigen dielektrischen, auf den der Halbleiterschicht gegenüberliegenden Gitterelektroden-Abschnitten ausgebildeten Film gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21B ist ein Schnitt, der entlang der Linie X-X' von 21A genommen ist;
22 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur mit Gitterelektroden und einer damit alternierenden Ausgangselektrode, die oberhalb der Halbleiterschicht ausgebildet sind, und einem streifenförmigen dielektrischen Film, der an den der Halbleiterschicht gegenüberliegenden Gitterelektroden-Abschnitten ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
23 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur mit Gitterelektroden mit alternierend variierten Längen in einer zweckmäßigen Kombination, die unterhalb der Halbleiterschicht ausgebildet sind, und einem streifenförmigen dielektrischen Film, der an den jeweiligen Enden alternierender Gitterelektroden ausgebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
24 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines SAW-Funktionselements einer Struktur mit einer gleichmäßigen Ausgangselektrode, die an der Unterseite der Halbleiterschicht so ausgebildet ist, dass ein Spalt zu einem Ende einer jeden Gitterelektrode entsteht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESTER MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Hiernach wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen weiter beschrieben. 1 zeigt ein SAW-Element, auf das die vorliegende Erfindung sich gründet, das ein piezoelektrisches Substrat 1, eine Pufferschicht 2, eine aktive Schicht 3, eine Eingangselektrode 4, eine Ausgangselektrode 5, eine Elektrode 6 zum Anlegen eines elektrischen Gleichspannungsfeldes an einen Halbleiter und eine Gitterelektrode 7 umfasst.
Ein piezoelektrisches Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein einkristallines Substrat aus piezoelektrischen Materialien oder ein Material sein, bei dem ein piezoelektrischer Film auf dem Substrat ausgebildet ist. Um eine bessere Leistung im SAW-Funktionselement der vorliegenden Erfindung zu erhalten, ist die Verwendung eines piezoelektrischen Substrats mit einem größeren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten bevorzugt. Für ein einkristallines Substrat aus piezoelektrischen Materialien wird vorzugsweise ein piezoelektrisches Oxidsubstrat wie LiNbO₃, LiTaO₃, Li₂B₄O, oder KNbO₃ verwendet. Darüber hinaus ist es bevorzugt, ein Substrat mit einer geschnittenen Fläche, wie LiNbO₃ mit einem Schnitt in y-Richtung von 64°, einem Schnitt in y-Richtung von 41°, einem Schnitt in y-Richtung von 128°, einem Schnitt in y-Richtung, einem Schnitt in x-Richtung oder einem Schnitt in z-Richtung oder LiTaO₃ mit einem Schnitt in y-Richtung von 36° zu verwenden.
Piezoelektrische Filmsubstrate sind diejenigen, bei denen ein piezoelektrischer Film auf einem einkristallinen Substrat aus Saphir, Si, GaAs oder dergleichen ausgebildet ist, wogegen Beispiele für Dünnfilm-Materialien, die vorzugsweise für piezoelektrische Filme verwendet werden, ZnO, LiNbO₃, LiTaO₃, KNbO₃, PZT, PbTiO₃, BaTiO₃ und Li₂B₄O, sind. Darüber hinaus kann ein dielektrischer Film aus SiO, SiO₂ oder dergleichen zwischen einem einkristallinen Substrat aus Saphir, Si, GaAs oder dergleichen und dem obigen piezoelektrischen Film eingeführt werden. Weiterhin kann als piezoelektrisches Filmsubstrat ein mehrschichtiger Film wie Filme aus verschiedenen Sorten der obigen piezoelektrischen Filme aufeinandergestapelt auf einem einkristallinen Substrat aus Saphir, Si, GaAs oder dergleichen ausgebildet sein. Zum Beispiel ist ein mehrschichtiger Film, der aus LiNbO₃ und LiTaO₃ besteht, ein bevorzugtes Beispiel.
Für aktive Schichten werden diejenigen mit einer hohen Elektronenmobilität vorzugsweise zur Steigerung der Leistung eines SAW-Funktionselements verwendet. Bevorzugte Beispiele umfassen GaAs, InSb, InAs und PbTe. Darüber hinaus werden nicht nur binäre Systeme, sondern ternäre oder quaternäre Mischkristalle aus Kombinationen davon vorzugsweise verwendet. Zum Beispiel sind In_xGa_1-xAs, In_xGa_1-xSb, InAs_ySb_1-y und GaAs_ySb_1-y Beispiele für ternäre Mischkristalle, während In_xGa_1-xAs_ySb_1-y ein Beispiel für einen quaternären Mischkristall ist. Um mit Hinsicht auf x in In_xGa_1-xM (M: Halbleiter der Gruppe V wie As oder Sb) als Zusammensetzung der aktiven Schicht eine hohe Elektronenmobilität von aktiven Schichten zu erreichen, ist eine hohe Elektronenmobilität gewöhnlich innerhalb von 0 ≦ x ≦ 1,0 erhältlich, wobei 0,5 ≦ x ≦ 1,0 aber bevorzugt ist und 0,8 ≦ x ≦ 1,0 ein noch mehr bevorzugter Bereich ist. Mit Hinsicht auf y in RAs_ySb_1-y (R: Halbleiter der Gruppe III wie In oder Ga) ist eine höhere Elektronenmobilität innerhalb eines Bereichs von 0 ≦ y ≦ 1,0 erhältlich, wobei 0 ≦ y ≦ 0,5 aber bevorzugt ist.
Darüber hinaus beträgt die Dicke h1 einer aktiven Schicht vorzugsweise 5 μm oder weniger, noch mehr bevorzugt 1 μm oder weniger und noch mehr bevorzugt 0,8 μm oder weniger, um eine niedrige Ladungsdichte der aktiven Schicht zu implementieren und eine effiziente Wechselwirkung einer akustischen Oberflächenwelle und von Elektronen miteinander zu ermöglichen und um darüber hinaus im Fall der Bildung einer Gitterelektrode auf der Halbleiterschicht das Brechen eines Drahts in einer Gitterelektrode zu verhindern. Darüber hinaus beträgt der Wert des Widerstands in der aktiven Schicht vorzugsweise 10 Ω oder mehr, noch mehr bevorzugt 50 Ω oder mehr und noch mehr bevorzugt 100 Ω oder mehr.
Sowohl hinsichtlich der Kristallstruktur als auch der Gitterkonstante sind das piezoelektrische Substrat und die aktive Schicht ziemlich verschieden. Zum Beispiel gehört das LiNbO₃ des piezoelektrischen Substrats zum trigonalen System, während das InSb der aktiven Schicht zum Zinkblendesystem gehört. Die Gitterkonstante unterscheidet sich ebenfalls um mehr als 25%. Folglich treten sogar dann, wenn ein Versuch unternommen wird, InSb auf dem LiNbO₃-Substrat als solches zu ziehen, viele Defekte auf, und es wird keine gute Filmqualität erhalten. Somit wurde bei der vorliegenden Erfindung gefunden, dass die Verwendung eines Verbundhalbleiters, dessen Kristallstruktur identisch mit InSb als Pufferschicht ist und dessen Gitterkonstante derjenigen von InSb relativ gut entspricht, die Implementierung einer aktiven Schicht mit einer guten Filmqualität ermöglicht. Weiterhin ist die Pufferschicht der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen hohen Widerstand hat und an der Grenzfläche mit dem piezoelektrischen Substrat keine Stromableitschicht bildet. Außerdem wurde gefunden, dass bei der Pufferschicht der vorliegenden Erfindung das elektrische Feld einer akustischen Oberflächenwelle dahingehend zu charakterisieren ist, dass es kaum gedämpft wird. Weiterhin wurde bestätigt, dass vom Gesichtspunkt der Kristallziehtechnik aus der die Pufferschicht der vorliegenden Erfindung bildende Verbundhalbleiter eine extrem schnelle Kristallrelaxation hat und mit einer geringen Dicke mit einer Struktur und einer Gitterkonstante zu wachsen beginnt, die für den betreffenden Verbundhalbleiter spezifisch sind, wodurch die Bildung einer Unterschicht zur Keimbildung auf der aktiven Schicht ermöglicht wird.
Als Pufferschichten gemäß der vorliegenden Erfindung sind binäre Systeme wie AlSb, ZnTe und CdTe und ternäre Systeme wie AlGaSb, AlAsSb und AlInSb und quaternäre Systeme wie AlGaAsSb, AlInAsSb, AlInGaSb, AlInPSb und AlGaPSb bevorzugte Beispiele. Weiterhin kann bei der Bestimmung der Zusammensetzung der obigen Pufferschichten von ternären oder höheren Systemen eine höhere Elektronenmobilität der aktiven Schicht implementiert werden, indem eine Zusammensetzung eingestellt wird, deren Gitterkonstante identisch mit derjenigen des die aktive Schicht darstellenden Kristalls ist oder dieser nahe kommt. Die Abstimmung des Gitters, auf die sich in der vorliegenden Erfindung bezogen wird, bedeutet dieselbe Kristallstruktur und eine ähnliche Gitterkonstante. Hier bedeutet die Ähnlichkeit der Gitterkonstante, dass die Differenz der Gitterkonstante zwischen demjenigen Kristall, der eine aktive Schicht darstellt, und demjenigen, der eine Pufferschicht darstellt, innerhalb von ±10%, vorzugsweise innerhalb von ±7% und noch mehr bevorzugt innerhalb von ±5% liegt. Außerdem ist für eine effizientere Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und Elektronen eine kleinere Dicke der Pufferschicht besser. Die Dicke h2 der Pufferschicht reicht nämlich vorzugsweise von 5 nm ≦ h2 ≦ 3000 nm, noch mehr bevorzugt von 10 nm ≦ h2 ≦ 2000 nm und noch mehr bevorzugt von 20 nm ≦ h2 ≦ 1000 nm. Darüber hinaus muss die Pufferschicht von Elektronen in der aktiven Schicht elektrisch isoliert sein. Es ist nämlich ratsam, dass der Widerstand der Pufferschicht um das wenigstens 5- bis 10-fache, vorzugsweise um das 100-fache und noch mehr bevorzugt um das 1000-fache größer als derjenige der aktiven Schicht gemacht wird.
Darüber hinaus kann es sich bei der Pufferschicht der vorliegenden Erfindung um eine Mehrfachschicht von zwei Typen oder mehr von Halbleiterfilmen handeln.
Im Fall einer Mehrfachschicht von zwei oder mehr Pufferschichten können, weil nur notwendig ist, dass die in Kontakt mit der aktiven Schicht befindliche Pufferschicht einen hohen Widerstand hat, außer den obigen Beispielen für Pufferschichten auch leitfähige Materialien wie InSb oder GaAsSb für die Pufferschicht verwendet werden. Außerdem können zwei Pufferschichtsorten der obigen Pufferschichten alternierend aufeinander gestapelt werden, wodurch eine Übergitterstruktur erzeugt wird. Diese trägt zur Förderung der Filmmerkmale in der aktiven Pufferschicht dahingehend bei, dass die obere Schicht der aus zwei oder mehr Filmsorten gestapelten Pufferschichten fast dieselbe Gitterkonstante wie die aktive Schicht erhält. Außerdem ist es – wie bei den Bedingungen für die obige Pufferschicht – für das Verhindern eines Kabelbruchs der Gitterelektrode umso vorteilhafter, je kleiner die Dicke der mehrschichtigen Pufferschicht ist.
In der vorliegenden Erfindung kann eine dielektrische Schicht zwischen dem piezoelektrischen Substrat und der Pufferschicht eingeschlossen sein. Diese dielektrische Schicht wird in einigen Fällen zum Schutz des piezoelektrischen Substrats und des darauf ausgebildeten Halbleiterfilms verwendet. Für die dielektrische Schicht verwendete Beispiele sind SiO, SiO₂, Siliciumnitrid, CeO₂, CaF₂, BaF₂, SrF₂, TiO₂, Y₂O₃, ZrO₂, MgO, Al₂O₃ und Ta₂O₅. Die dielektrische Schicht wird umso besser, je kleiner sie ist, und hat vorzugsweise eine Dicke von 200 nm oder weniger und noch mehr bevorzugt eine Dicke von 100 nm oder weniger.
Für den streifenförmigen dielektrischen Film der vorliegenden Erfindung können Materialien der obigen dielektrischen Schicht auf vergleichbare Weise eingesetzt werden. Im Übrigen wird der streifenförmige dielektrische Film für eine effiziente Abnahme des Faltungs-Ausgangssignals ausgebildet. Das Faltungs-Ausgangssignal kann aufgrund einer Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und Elektronen in der Halbleiterschicht über die Gitterelektrode zum Faltungs-Ausgangssignal oberhalb des Ausbreitungspfades addiert werden.
Mit Hinblick auf die Materialien der Elektrode auf dem piezoelektrischen Substrat und der Gitterelektrode oberhalb des Ausbreitungspfades gibt es keine spezielle Einschränkung, wobei aber beispielsweise Elektroden aus Al, Au, Pt, Cu, einer Al-Ti-Legierung, einer Al-Cu-Legierung und eine mehrschichtige Elektrode aus Al und Ti vorzugsweise verwendet werden.
Mit Hinblick auf Materialien, die in Elektroden zum Anlegen eines Gleichspannungsfeldes an die Halbleiterschicht verwendet werden, gibt es keine spezielle Einschränkung, wobei aber Al, Au, Ni/Au, Ti/Au, Cu/Ni/Au und AuGe/Ni/Au vorzugsweise verwendet werden.
Eine sich durch den Ausbreitungspfad ausbreitende akustische Oberflächenwelle wird von der Gitterelektrode normalerweise reflektiert, wobei die Minimierung dieser Reflexion aber auch zu einer Verbesserung der Verstärkungszunahme und des Wirkungsgrades führt. Somit wird die Gitterelektrode der vorliegenden Erfindung bei einer Elektrodenbreite und einem Elektrodenabstand gebildet, die das elektrische Feld einer akustischen Oberflächenwelle effektiv auf die Halbleiterschicht übertragen und die Reflexion minimieren. Die Elektrodenbreite L und der Elektrodenabstand S in der Gitterelektrode der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise auf nicht weniger als λ/8 und nicht mehr als λ für die Wellenlänge λ einer akustischen Oberflächenwelle eingestellt. Weiterhin wird sie zur Minimierung der Dämpfung der akustischen Oberflächenwelle aufgrund einer Reflexion von der Gitterelektrode vorzugsweise auf λ/3n oder λ/2n (n: positive ganze Zahl) eingestellt. Weil bei einer zu starken Erhöhung von n ein Feinstrukturierungsverfahren der Elektrode erschwert ist, wird n vorzugsweise auf 8 oder kleiner eingestellt.
Darüber hinaus werden mit Hinblick auf die Dämpfung aufgrund der Reflexion und der Leichtigkeit der Technik zur Formgebung der Elektrode die Elektrodenbreite L und der Elektrodenabstand S in der Gitterelektrode der vorliegenden Erfindung noch mehr bevorzugt auf λ/6 eingestellt. Außerdem werden, wenn die Ausgangselektrode sich ober- oder unterhalb der Halbleiterschicht oder im alternierenden Teil einer Masse-Ausgangselektrode oberhalb der Gitterelektrode außerhalb der Halbleiterschicht befinden, die obige Elektrodenbreite und der Elektrodenabstand vorzugsweise weiterhin zu einer Hälfte davon oder weniger gemacht. Die Elektrodenbreite L und der Abstand S zwischen Elektroden im alternierenden Teil der obigen Gitterelektrode mit der obigen Ausgangselektrode bzw. der obigen Masse-Ausgangselektrode betragen vorzugsweise nämlich λ/16 ≦ L ≦ λ/2 bzw. λ/16 ≦ S ≦ λ/2. Zum Beispiel werden bei einer Einstellung der Breite der Gitterelektrode und des Elektrodenabstands oberhalb des Ausbreitungspfades auf λ/6 die Elektrodenbreite und der Elektrodenabstand im alternierenden Bereich der Gitterelektrode und der Ausgangselektrode auf der Halbleiterschicht λ/12. Im Übrigen werden mit Hinblick auf die Anordnung des alternierenden Teils der alternierende Teil der Ausgangselektrode und der Gitterelektrode vorzugsweise über die gesamte Halbleiter-Oberfläche auf der Oberseite der Halbleiterschicht gekreuzt.
Darüber hinaus sind die alternierende Breite der Ausgangselektrode und der Gitterelektrode vorzugsweise schmaler als die Breite des Ausbreitungspfades außer- und oberhalb des Ausbreitungspfades und werden noch mehr bevorzugt auf 3λ eingestellt. Die Wellenlänge λ einer akustischen Oberflächenwelle wird durch den Term λ = v/f (v: Geschwindigkeit einer akustischen Oberflächenwelle und f: Frequenz) ausgedrückt, und weil die Geschwindigkeit v für einzelne piezoelektrische Substratmaterialien bekannt ist, können die Breite und der Elektrodenabstand der Gitterelektrode auf einen gewünschten Wert festgelegt werden, z.B. so, dass λ/3n oder λ/2n entsprechend einer zu verwendenden Frequenz erfüllt sind.
Die Gitterelektrode der vorliegenden Erfindung kann auf der Ober- oder der Unterseite der Halbleiterschicht ausgebildet sein. Mit Hinblick auf die Kristallinität der Halbleiterschicht wird die Kristallinität umso höher, je mehr der Halbleiterfilm wächst. In anderen Worten erhöht sich die Elektronenmobilität, je mehr man nach oben geht. Demgemäß ist es zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Wechselwirkung zwischen einer akustischen Oberflächenwelle und Elektronen bevorzugt, eine Wechselwirkung an der Oberseite der Halbleiterschicht zuzulassen.
In der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Bildung einer Ausgangselektrode und einer Masse-Ausgangselektrode quer über der Gitterelektrode das Abnehmen des Faltungs-Ausgangssignals in einer Längsrichtung, aber nicht in einer vertikalen Richtung der Halbleiterschicht. Als Folge davon fließt die Elektronenbewegung in einer Längsrichtung im Verhältnis zur Größe der von der Gitterelektrode gebildeten Verarmungsschicht, so dass die Wirkung einer Erhöhung der Filmdicke ohne eine Verminderung des Widerstandes der Halbleiterschicht implementiert wurde. Weiterhin wird durch eine Optimierung des Elektrodenabstandes der alternierenden Position oder der alternierenden Position der Gitterelektrode mit der Ausgangselektrode oder der Masse-Ausgangselektrode ein Convolver mit einem höheren Wirkungsgrad als je zuvor erreicht.
Außerdem können die Breite W des Ausbreitungspfades für eine akustische Oberflächenwelle und die Breite a des Halbleiterfilms auf einen zweckmäßigen Wert hin ausgewählt werden, wobei aber die Abstimmung des Gesamtwiderstands des Halberleiterschicht-Abschnitts und des Gitterelektroden-Abschnitts auf die Oberflächenimpedanz einer akustischen Oberflächenwelle die Verbesserung des Wirkungsgrades der Wechselwirkung zwischen der akustischen Oberflächenwelle und Elektronen ermöglicht. Der Widerstands-Gesamtwert des Halbleiterschicht-Abschnitts und des Gitterelektroden-Abschnitts kann in Abhängigkeit vom Verhältnis W/a der Breite W des Ausbreitungspfades zum a der Halbleiterschicht verändert werden. Um einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen, ist es bevorzugt, W/a auf einen Wert größer 1 zu setzen, und noch mehr bevorzugt, den Gesamtwiderstand des Halbleiterschicht-Abschnitts und des Gitterelektroden-Abschnitts auf die Oberflächenimpedanz einer akustischen Oberflächenwelle abzustimmen. Empirisch erfolgt ein Abgleich leicht nahe von W/a = 8–10.
Die Bildung der Pufferschicht und der aktiven Schicht der vorliegenden Erfindung kann durch jedes beliebige Verfahren erfolgen, wenn es sich um ein Verfahren handelt, dass das generelle Wachstum eines Dünnfilms ermöglicht. Zum Beispiel sind das Verdampfungsverfahren, das Molekularstrahl-Epitaxie- (MBE-)Verfahren, das Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahren unter Verwendung metallorganischer Verbindungen (MOMBE-Verfahren) und das Verfahren der chemischen Abscheidung aus der Gasphase unter Verwendung metallorganischer Verbindungen (MOCVD-Verfahren) besonders bevorzugte Verfahren.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung ist unten unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt. Unter Verwendung von unidirektionalen Elektroden zur Erzeugung von SAW-Funktionselementen als praktische Vorrichtungen wird eine Verminderung von Verlusten aufgrund der Bidirektionalität von akustischen Oberflächenwellen ermöglicht.
(Beispiel 1)
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1, einem in y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 3 inch, wurde eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens gezogen, und dann wurde eine aktive InSb-Schicht 3 mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht mittels des Van-der-Pauw-Verfahrens gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Trägerdichte bzw. ihre Elektronenmobilität n_o = 1,7 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 33 400 cm²/Vs betrugen. Dann wurden, wie in 1 veranschaulicht ist, die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3 mittels Photolithographie zu Streifen mit einer solchen Breite a, dass die Schichten sich nur außerhalb eines Ausbreitungspfades von akustischen Oberflächenwellen (dessen Breite mit W bezeichnet ist) befanden, geätzt. Als Nächstes wurde ein Abhebeverfahren zur Bildung der Gitterelektroden 7, die sich quer über den Ausbreitungspfad von akustischen Oberflächenwellen und die aktive Schicht 3 befanden, einer SAW-Kaskaden-Eingangselektrode 4, eine Kaskaden-Ausgangselektrode 5 und eine Elektrode 6 zum Anlegen eines elektrischen Gleichspannungsfeldes an die aktive Schicht 3 verwendet. Die Gitterelektroden 7 wurden so ausgebildet, dass ihre Breite L 0,5 μm betrug, wobei der Abstand zwischen den Gitterelektroden 0,5 μm betrug, und das Verhältnis der Breite des Ausbreitungspfades zur Breite der Halbleiterschicht (W/a) 10 betrug (W = 263 μm und a = 26,3 μm). 1 zeigt die Struktur eines SAW-Verstärkers, der mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde. 5 ist eine vergrößerte schematische Ansicht der Gitterelektroden auf dem Ausbreitungspfad und der Halbleiterschicht. Als die Verstärkungsmerkmale bei 1520 MHz unter Verwendung eines Netzwerkanalysators (8510B von Yokokawa Hewlett Packard) gemessen wurden, wobei eine Spannung von 3 V an die Elektrode 6 angelegt wurde, wurde festgestellt, dass die Verstärkungszunahme, d.h. die Differenz zwischen der Zunahme nach dem Anlegen eines elektrischen Feldes und dem Insertionsverlust vor dem Anlegen des elektrischen Feldes, 29 dB betrug. Der Wert von L und derjenige von S betrugen λ/6.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein InSb-Film wurde mittels des MBE-Verfahrens mit einer Dicke von 500 nm auf einem piezoelektrischen Substrat 1 oder einem in Y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 3 inch gezogen. Als die elektrischen Merkmale des InSb-Films bei Raumtemperatur gemessen wurden, wurde festgestellt, dass seine Trägerdichte bzw. seine Elektronenmobilität n_o = 2,0 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 6500 cm²/Vs betrugen. Als dann die Verstärkungszunahme mittels eines SAW-Verstärkers gemessen wurde, der auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 1 hergestellt worden war, wurde bei nur 3 V keine Verstärkung beobachtet. Das heißt, dass, weil in Vergleichsbeispiel 1 keine Pufferschicht verfügbar war, die Qualität des InSb-Films nicht verbessert war, so dass die Elektronenmobilität abnahm. Durch die Diffusion von Li- und O-Atomen aus dem LiNbO₃-Substrat verschlechterte sich die Qualität des InSb-Films, weil die InSb-Schicht direkt auf der LiNbO₃-Schicht gezogen worden war. Darüber hinaus bildete sich eine Stromableitschicht an der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Substrat und der InSb-Schicht. Es wird angenommen, dass die Stromableitschicht eine Verschlechterung der Verstärkungsleistung bewirkte. Es wird festgestellt, dass die in Beispiel 1 verwendete AlGaAsSb-Pufferschicht die Kristallinität erhöht, indem die Kristallstruktur und die Gitterstruktur an diejenige von InSb angenähert werden und eine Diffusion von Li- und O-Atomen aus einem LiNbO₃-Substrat verhindert wird.
(Vergleichsbeispiel 2)
Unter Verwendung eines in y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Einkristallsubstrats mit einem Durchmesser von 3 inch als piezoelektrisches Substrat 1 wurden eine Pufferschicht und eine aktive Schicht auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 1 gezogen. Dann wurden die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3 photolithographisch so geätzt, dass eine Halbleiterschicht auf dem Ausbreitungspfad von akustischen Oberflächenwellen positioniert wurde. Als Nächstes wurde das Abhebeverfahren wie im Fall von Beispiel 1 zur Bildung einer Eingangselektrode 4, einer Ausgangselektrode 5 und einer Elektrode 6 zum Anlegen eines elektrischen Gleichspannungsfeldes an die Halbleiterschicht verwendet. 6 ist eine schematische Ansicht von Vergleichsbeispiel 2. Als die Verstärkungsmerkmale eines SAW-Verstärkers, der mittels des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde, bei 1520 MHz gemessen wurden, wobei eine Spannung von 3 V an die Halbleiterschicht des Verstärkers angelegt wurde, wurde keine Verstärkung beobachtet. Bei diesem Vergleichsbeispiel müssen die akustischen Oberflächenwellen durch die Pufferschicht und die aktive Schicht, die dick ausgebildet sind, erzeugt werden, um eine Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und Elektronen in der Halbleiterschicht zu bewirken. In Vergleichsbeispiel 2 war die aktive Schicht mit 500 nm so dick, dass die Wechselwirkung ineffizient war.
(Beispiel 2)
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 wurde als in y-Richtung um 128° geschnittener LiNbO₃-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 3 inch ein SiO₂-Film 9 mit einer Dicke von 30 nm mittels des Sputterverfahrens gebildet, dann wurde ein Al_0,5Ga_0,5AsSb-Film mittels des MBE-Verfahrens als Pufferschicht 2 mit einer Dicke von 50 nm gezogen, und als Nächstes wurde ein InSb-Film, d.h. eine aktive Schicht 3, mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht auf dieselbe Weise wie im Fall von 1 gemessen wurde, wurde festgestellt, dass ihre Trägerdichte und ihre Elektronenmobilität n_o = 1,8 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 31 400 cm²/Vs betrugen. Dann wurde mittels desselben Verfahrens wie im Fall von Beispiel 1 ein SAW-Verstärker mit derselben Struktur wie der Verstärker in 1 hergestellt, wobei L, S bzw. W/a auf 0,7 μm, 0,7 μm bzw. 10 eingestellt wurden (W = 400 μm und a = 40 μm). Die Werte von L und S waren gleich λ/6. 7 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Ausbreitungspfades und der Gitterelektroden. Als die Verstärkungsmerkmale bei 1 GHz gemessen wurden, wobei eine Spannung von 5 V an die Elektrode 6 angelegt wurde, wurde ermittelt, dass die Verstärkung 28,8 dB entsprach. Dies bedeutet seinerseits, dass eine hohe Verstärkungszunahme sogar dann erhalten wird, wenn ein SiO₂-Film auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist.
(Vergleichsbeispiel 3)
Wie im Fall von Beispiel 2 wurde auf einem piezoelektrischen Substrat 1, einem in y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 3 inch, ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 30 nm gebildet, und dann wurde ein InSb-Film mit einer Dicke von 500 nm mittels des MBE-Verfahrens gezogen. Die Elektronenmobilität des InSb-Films betrug μ = 5900 cm²/Vs. Es wurde festgestellt, dass die Einführung einer Pufferschicht aus AlGaAsSb eine signifikante Erhöhung der Elektronenmobilität bewirkte. Wenn ein SAW-Verstärker, der mittels desselben Verfahrens wie im Fall von Beispiel 1 hergestellt wurde, zur Messung der Verstärkungsmerkmale auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 2 verwendet wurde, wurde keine Verstärkung beobachtet. Bei Vergleichsbeispiel 3 ermöglichte es die SiO₂-Schicht, ein Diffundieren von Li- und O-Atomen aus dem piezoelektrischen Substrat zu hemmen. Weil der InSb-Film aber direkt auf einer amorphen SiO₂-Schicht gezogen wurde, war seine Qualität so schlecht, dass bei praktischen niedrigen Spannungen keine Verstärkung beobachtet wurde. Ein Vergleich mit Beispiel 2 hat gezeigt, dass durch die Einführung einer Pufferschicht aus AlGaAsSb die Elektronenmobilität deutlich erhöht wird.
(Beispiel 3)
Auf einem piezoelektrischen Substrat, einem in y-Richtung um 64° geschnittenen LiNbO₃-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 3 inch, wurde eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm gezogen, und dann wurde eine aktive InSb-Schicht 3 mit einer Dicke von 500 nm mittels des MBE-Verfahrens gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Trägerdichte bzw. ihre Elektronenmobilität n_o = 1,7 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 33 000 cm²/Vs betrugen. Dann wurde mittels desselben Verfahrens wie im Fall von Beispiel 1 ein SAW-Verstärker mit derselben Struktur wie in 1 hergestellt, wobei L, S und λ/6 auf 0,75 μm eingestellt wurden und W/a auf 10 eingestellt wurde (W = 300 μm und a = 30 μm). Als eine Spannung von 3 V an die an beiden Enden des Halbleiters ausgebildeten Elektroden angelegt wurde, um ein elektrisches Gleichspannungsfeld anzulegen, wurde bei 1 GHz eine Verstärkungszunahme von 35 dB ermittelt. Dies deutet darauf hin, dass durch die Auswahl des besten piezoelektrischen Substratmaterials die Verstärkung erhöht wird.
(Beispiel 4)
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1, einem in y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Einkristallsubstrat mit einem Durchmesser von 3 inch, wurde eine erste Pufferschicht 2A aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens gezogen. Dann wurden auf der Pufferschicht eine zweite InSb-Pufferschicht 2B mit einer Dicke von 200 nm und eine dritte Al_0,5In_0,5AsSb-Pufferschicht 2C mit einer Dicke von 100 nm in dieser Reihenfolge aufeinander abgeschieden. Als Nächstes wurde auf den Pufferschichten eine aktive InSb-Schicht 3 mit einer Dicke von 200 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Trägerdichte bzw. ihre Elektronenmobilität n_o = 1,5 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 34 800 cm²/Vs betrugen. Dann wurde mittels desselben Verfahrens wie im Fall von Beispiel 1 ein SAW-Verstärker mit derselben Struktur wie in 1 hergestellt, wobei L, S und λ/6 auf 0,7 μm eingestellt wurden und W/a auf 8 eingestellt wurde (W = 300 μm und a = 50 μm). 8 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des Ausbreitungspfades und der Gitterelektroden von Beispiel 4. Als zur Messung der Verstärkungsmerkmale des SAW-Verstärkers eine Spannung von 5 V an die an beiden Enden des Halbleiters ausgebildeten Elektroden angelegt wurde, um ein elektrisches Gleichspannungsfeld anzulegen, wurde bei 1 GHz eine Verstärkungszunahme von 33 dB ermittelt.
(Beispiel 5)
Mittels des Laserabtragungsverfahrens wurde ein piezoelektrischer Film 15 aus LiNbO₃ mit einer Dicke von 200 nm auf einem Saphir-Substrat 10 mit einer R-Oberfläche und einem Durchmesser von 3 inch gezogen, wodurch ein piezoelektrisches Filmsubstrat erzeugt wurde. Als Nächstes wurde auf diesem Substrat eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens gezogen, und eine aktive InSb-Schicht 3 wurde mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 1 gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Trägerdichte bzw. ihre Elektronenmobilität n_o = 2,4 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 25 300 cm²/Vs betrugen. Dann wurde mittels desselben Verfahrens wie im Fall von Beispiel 1 ein SAW-Verstärker mit derselben Struktur wie in 1 hergestellt, wobei L, S bzw. W/a auf 0,8 μm, 0,8 μm bzw. 8 eingestellt wurden (W = 480 μm und a = 60 μm). 9 ist eine schematische Ansicht des Verstärkers. Als zur Messung der Verstärkungsmerkmale des SAW-Verstärkers von Beispiel 5 eine Spannung von 5 V an die an beiden Enden des Halbleiters ausgebildeten Elektroden angelegt wurde, um ein elektrisches Gleichspannungsfeld anzulegen, wurde bei 1 GHz eine Verstärkungszunahme von 19 dB ermittelt. Die Werte für L und S waren gleich λ/6.
(Beispiel 6)
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 wurde als in y-Richtung um 128° geschnittenes LiNbO₃-Einkristallsubstrat der untere Teil einer Halbleiter-Ausgangselektrode 16 aus Al mit einer Dicke von 400 nm durch Abscheidung aus der Gasphase gebildet, und dann wurde eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens auf dem Substrat gezogen. Als Nächstes wurde eine aktive InSb-Schicht mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht bei Raumtemperatur auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Trägerdichte bzw. ihre Elektronenmobilität n_o = 2,6 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 25 400 cm²/Vs betrugen. Dann wurden, wie in 1 veranschaulicht ist, die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3 mittels Photolithographie so zu Streifen geätzt, dass die Schichten sich nur außerhalb des Ausbreitungspfades von akustischen Oberflächenwellen befanden. Nachdem die Ausgangselektrode von A1 durch Nassätzen entfernt worden war, wurden zwei Eingangselektroden (eine Eingangselektrode und eine Referenzsignal-Eingangselektrode) und Gitterelektroden 7, die sich über den Ausbreitungspfad von akustischen Oberflächenwellen und die aktive Schicht erstreckten, mittels des Abhebeverfahrens gebildet. Die Gitterelektroden 7 waren so geformt, dass L = S = λ/6 = 1,4 μm und dass W/a = 10 (W = 400 μm und a = 40 μm). Schließlich wurde eine Masse-Ausgangselektrode 18 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats gebildet. 10 zeigt die Querschnittsstruktur eines SAW-Convolvers, der mittels des obigen Verfahrens hergestellt wurde. Als die Faltungsmerkmale eines Ausgangssignals mit einer Frequenz von 1 GHz aus der Ausgangselektrode 16 des unteren Teils des Halbleiters mit einem Oszilloskop gemessen wurden, indem ein Eingangssignal (1 mW) an eine der Eingangselektroden 4 angelegt und ein Referenzsignal (1 mW) durch die andere an das Element des Beispiels angelegt wurden, wurde festgestellt, dass das Faltungs-Ausgangssignal ein gutes, nichtlineares Signal war und sein Wirkungsgrad –39,5 dBm entsprach.
(Beispiel 7)
Eine Halbleiterschicht, die derjenigen von Beispiel 6 ähnlich war, wurde auf einem piezoelektrischen Substrat gezogen, und ein SAW-Convolver wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 6 angefertigt. Die Gitterelektroden 7 waren so geformt, dass L = S = λ/6 = 3,3 μm und dass W/a = 10 (W = 400 μm und a = 40 μm). Als die Faltungsmerkmale eines Ausgangssignals mit einer Frequenz von 400 MHz aus der Ausgangselektrode 16 des unteren Teils des Halbleiters mit einem Oszilloskop gemessen wurden, indem ein Eingangssignal (1 mW) an eine der Eingangselektroden 4 angelegt und ein Referenzsignal (1 mW) durch die andere an das Element des Beispiels angelegt wurden, wurde festgestellt, dass das Faltungs-Ausgangssignal ein gutes, nichtlineares Signal war und sein Wirkungsgrad –39,5 dBm betrug. Ein Vergleich mit Beispiel 6 zeigt, dass ein gutes Faltungs-Ausgangssignal unabhängig von der Frequenz erhalten werden kann.
(Vergleichsbeispiel 4)
Auf einem in y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Substrat, auf dem ein Al-Film abgeschieden war, wurde mittels des MBE-Verfahrens ein InSb-Film mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale des InSb-Films gemessen wurden, wurde festgestellt, dass er eine niedrige Elektronenmobilität von μ = 6000 cm²/Vs aufwies. Eine Auswertung der Faltungsmerkmale eines SAW-Convolvers, die auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 6 durchgeführt wurde, zeigte, dass der Wirkungsgrad des Faltungs-Ausgangssignals nur –51 dBm entsprach. Dies bedeutet wiederum, dass, wenn eine Halbleiterschicht nur aus einer InSb-Schicht besteht, die Kristallinität von InSb so gering ist, dass eine Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und Elektronen ineffizient ist.
(Vergleichsbeispiel 5)
Auf einem in y-Richtung um 128° geschnittenen LiNbO₃-Substrat wurde ein Al-Film auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 6 abgeschieden. Als Nächstes wurde eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens auf dem Substrat gezogen, und dann wurde eine aktive Schicht 3 aus InSb mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Es wurde ermittelt, dass die aktive Schicht dieselben elektrischen Merkmale wie im Fall von Beispiel 6 hatte. Mittels Photolithographie wurde die Halbleiterschicht so geätzt, dass sie auf einem Ausbreitungspfad von akustischen Oberflächenwellen positioniert war. Nachdem der freiliegende Al-Film geätzt war, wurde eine Ausgangselektrode 17 auf zwei Eingangelektroden und dem Halbleiter mittels des Abhebeverfahrens gebildet. Schließlich wurde eine Masse-Ausgangselektrode 18 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats 1 gebildet. 11 ist eine schematische Ansicht eines gemäß des Beispiels hergestellten SAW-Convolvers. Als die Faltungsmerkmale auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 6 gemessen wurden, wurde festgestellt, dass der Wirkungsgrad der Faltungs-Ausgangsleistung nur –54 dBm entsprach. Dies bedeutet, dass, wenn ein Halbleiter sich auf einem Ausbreitungspfad befindet, der Verlust der akustischen Oberflächenwelle so groß ist, dass eine Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und Elektronen ineffizient ist.
(Beispiel 8)
Auf einem piezoelektrischen Substrat, einem in y-Richtung um 128° geschnittenen Einkristall-Substrat aus LiNbO₃, wurde ein Al-Film abgeschieden, wodurch Gitterelektroden 7 in ihrer Position gebildet wurden, und dann wurde eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens bei einer tiefen Temperatur auf dem Substrat gezogen. Als Nächstes wurde eine aktive Schicht 3 aus InSb mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Als die elektrischen Merkmale der aktiven Schicht auf dieselbe Weise gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Elektronen mobilität μ = 25 600 cm²/Vs betrug. Mittels Photolithographie wurden die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3 als Streifen geätzt, wie in 12 dargestellt ist. Darüber hinaus wurden zwei Eingangselektroden 4 und eine Ausgangselektrode 17 auf einer Halbleiterschicht mittels des Abhebeverfahrens gebildet. L = S = λ/6 = 3,3 μm und W/a = 10 (W = 400 μm und a = 40 μm). Schließlich wurde eine Masse-Ausgangselektrode 18 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats gebildet. Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 8 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde festgestellt, dass der Wirkungsgrad des Faltungs-Ausgangssignals –40 dBm betrug. Die Breite der für das Beispiel verwendeten Gitterelektroden und der Abstand dazwischen betrugen λ/6.
(Beispiel 9)
Unter Verwendung eines in y-Richtung um 128° geschnittenen Einkristall-Substrat aus LiNbO₃ mit einem Durchmesser von 3 inch als piezoelektrisches Substrat 1 wurde eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens auf dem Substrat gezogen, und dann wurde eine aktive Schicht 3 aus InSb mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Die Trägerdichte bzw. die Elektronenmobilität der aktiven Schicht betrugen n_o = 1,8 × 10¹⁶/cm³ bzw. μ = 33 000 cm²/Vs. Dann wurden gemäß der Darstellung in 1 die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3 mittels Lithographie als Streifen geätzt, und die Gitterelektroden 7, eine Ausgangselektrode 19, die die Gitterelektroden 7 auf einer Halbleiterschicht kreuzte, und zwei Eingangselektroden 4 wurden mittels des Abhebeverfahrens gebildet. Schließlich wurde eine Masse-Ausgangselektrode 18 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats gebildet. Die Breite der Gitterelektroden 7, L, und der Abstand dazwischen, S, betrugen λ/6 = 4,0 μm. Am Kreuzungspunkt auf dem Halbleiter war jedoch L = S = λ/12 = 2,0 μm und W/a = 10 (W = 400 μm und a = 40 μm). Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 9 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal mit einer Frequenz von 333 MHz zwischen der Ausgangselektrode 19 und der Masse-Ausgangselektrode 18 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats erhalten, und es wurde festgestellt, dass der Wirkungsgrad des Ausgangssignals –35 dBm entsprach. Das heißt, dass durch die Ausbildung der Ausgangselektrode die Wechselwirkung auf der Halbleiterschicht verstärkt wurde, so dass im Vergleich zur Ausgangselektrode in Beispiel 7 ein höherer Wirkungsgrad erhalten wurde. In Beispiel 9 können die Gitterelektroden und die sie kreuzende Ausgangselektrode unter der Halbleiterschicht ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Masse-Ausgangselektrode auch unter der Halbleiterschicht ausgebildet sein.
(Beispiel 10)
Auf einem in y-Richtung um 128° geschnittenen Einkristall-Substrat aus LiNbO₃ wurde eine Halbleiterschicht 20, die aus einer Pufferschicht 2 und einer aktiven Schicht 3 bestand, außerhalb eines Ausbreitungspfades auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 9 gebildet. Die aktive Schicht hatte dieselben Filmmerkmale wie diejenige von Beispiel 9. Darüber hinaus wurde der SiO₂-Film 21 mit einer Dicke von 300 nm auf der Halbleiterschicht gebildet. Dann wurden mittels des Abhebeverfahrens die Gitterelektroden 7 und eine Ausgangselektrode 19 auf der Halbleiterschicht gebildet, und dann wurde eine Masse-Ausgangselektrode 22, die schmaler als der Ausbreitungspfad war, so ausgebildet, dass die Elektrode diejenigen Teile der Gitterelektrode kreuzte, die der Halbleiterschicht gegenüber lagen. 14 ist eine schematische Ansicht eines SAW-Funktionselements gemäß Beispiel 10. Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 10 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein hervorragendes Faltungs-Ausgangssignal aus der Ausgangselektrode erhalten, und ein –32 dBm entsprechender Wirkungsgrad wurde erreicht. In Beispiel 10 erfüllten die Breite der Gitterelektroden, L1, und des Abstands dazwischen, S1, auf dem Ausbreitungspfad die Gleichung 2L1 = S1 = λ/4 = 5 μm. Beispiel 10 war so angeordnet, dass die Breite der Gitterelektroden, diejenige der Ausgangselektrode und der Abstand zwischen den Gitterelektroden und der Ausgangselektrode am Kreuzungspunkt λ/8 betrugen.
Obwohl eine Masse-Ausgangselektrode breiter als ein Ausbreitungspfad ausgebildet werden kann, wird die Ausgangselektrode vorzugsweise so angeordnet, dass sie schmaler als der Ausbreitungspfad ist und die Gitterelektroden außerhalb des Pfades kreuzt.
In Beispiel 10 wurde eine dielektrische Schicht 21 zwischen die Halbleiterschicht und die Gitterelektroden eingeführt. Die dielektrische Schicht 21 dient zur Herstellung von Schottky-Kontakten zwischen der Halbleiterschicht und Gitterelektroden. Die dielektrische Schicht 21 ist aber unnötig, wenn Schottky-Kontakte durch ein Abscheiden der Gitterelektrode leicht gebildet werden können.
(Beispiel 11)
Ein SAW-Funktionselement wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 10 so gebildet, dass die Breite der Gitterelektroden 7 auf einem Ausbreitungspfad, L2, und der Abstand dazwischen, S2, die Gleichung L2 = S2 = λ/8 erfüllten und die Breite der Gitterelektroden auf der Halbleiterschicht und an den Kreuzungspunkten zwischen den der Halbleiterschicht gegenüberliegenden Gitterelektroden, der Ausgangselektrode 19 und der Masse-Ausgangselektrode 22, L3, und der Abstand zwischen den Elektroden, S3, die Gleichung L3 = S3 = λ/16 erfüllten. Bei Beispiel 11 betrug der Wert von λ 40 μm. 15 ist eine allgemeine schematische Ansicht des SAW-Funktionselements, und 16 ist eine vergrößerte Ansicht eines Kreuzungspunktes. Die Kreuzungspunkte zwischen den Gitterelektroden 7 und der Masse-Ausgangselektrode 24 waren außerhalb des Ausbreitungspfades so ausgebildet, dass die Breite der Kreuzungspunkte, E, kleiner als diejenige des Ausbreitungspfades, W, und gleich 3λ war. Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 11 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal mit einer Frequenz von 200 MHz aus der Ausgangselektrode erhalten, und sein Wirkungsgrad war mit –30 dBm ausgesprochen hoch. 17 zeigt die beobachtete Wellenform eines Faltungs-Ausgangssignals.
(Beispiel 12)
Ein SAW-Funktionselement wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 10 hergestellt. Verbindungen zwischen den Gitterelektroden 7 und der Ausgangselektrode 19 wurden gemäß der Darstellung insbesondere in 18 auf dem Halbleiter und dem Ausbreitungspfad gebildet. Beispiel 12 war so angeordnet, dass die Breite der Gitterelektroden und der Ausgangselektrode und der Abstand dazwischen λ/8 betrugen. Als die Faltungsmerkmale eines SAW-Funktionselements für Beispiel 12 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal aus der Ausgangselektrode erhalten, und ihr Wirkungsgrad entsprach –36 dBm.
(Beispiel 13)
Ein SAW-Funktionselement wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 10 hergestellt. Wie insbesondere in 19 dargestellt ist, wurde die Länge des Halbleiters verdoppelt, und verformte Gitterelektroden 23, eine verformte Ausgangselektrode 19 und eine verformte Masse-Ausgangselektrode 22 wurden gebildet, um eine Änderung der Abstände zwischen den Gitterelektroden und der Ausgangselektrode zu verhindern. Beispiel 13 war so angeordnet, dass die Breite der Gitterelektroden, L, der Abstand dazwischen, die Breite der Ausgangselektrode und der Abstand zwischen den Gitterelektroden und der Ausgangselektrode alle λ/8 betrugen. Als die Faltungsmerkmale eines SAW-Funktionselements für Beispiel 13 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal aus der Ausgangselektrode erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –36 dBm. Die Elektrodenstruktur gemäß Beispiel 13 erleichtert eine feinere Ausarbeitung der Kreuzungsstellen zwischen den Gitterelektroden und der Ausgangselektrode.
(Beispiel 14)
Wie im Fall von Beispiel 10 wurden ein in y-Richtung um 128° geschnittenes Einkristall-Substrat aus LiNbO₃ 1, eine Pufferschicht 2 aus Al_0,5Ga_0,5AsSb mit einer Dicke von 50 nm mittels des MBE-Verfahrens und dann eine aktive Schicht 3 aus InSb mit einer Dicke von 500 nm auf der Pufferschicht gezogen. Der InSb-Film hatte dieselben Merkmale wie derjenige von Beispiel 9. In Beispiel 14 erfolgte ein Ätzen so, dass Teile der Halbleiterschicht intakt blieben, wie in 20 veranschaulicht ist. Dann wurde ein Abhebeverfahren zur Bildung von zwei Eingangselektroden 4, Gitterelektroden 7 auf der Halbleiterschicht und einer Ausgangselektrode 24, die sich über einem Ausbreitungspfad erstreckte, wobei sie die Gitterelektroden 7 kreuzte, verwendet. Schließlich wurde eine Masse-Ausgangselektrode 18 auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats gebildet. Als die Faltungsmerkmale des SAW-Funktionselements gemäß Beispiel 14 auf vergleichbare Weise gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –40 dBm.
(Beispiel 15)
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 wurden ein in y-Richtung um 128° geschnittenes Einkristall-Substrat aus LiNbO₃, eine Halbleiterschicht 20 aus InSb mit einer Dicke von 500 nm mittels des MBE-Verfahrens gezogen. Als die elektrischen Merkmale der Halbleiterschicht gemessen wurden, wurde festgestellt, dass ihre Elektronenmobilität μ = 6500 cm²/Vs betrug. Eine dielektrische Schicht 21 einschließlich eines SiO₂-Films und ein streifenförmiger dielektrischer Film 25B, die eine Dicke von 30 nm hatten, wurden auf der Halbleiterschicht gebildet. Die InSb-Schicht wurde mittels Photolithographie so geätzt, dass sie nur auf der Außenseite eines Ausbreitungspfades vorlag. Darüber hinaus wurden mittels des Abhebeverfahrens die Gitterelektroden 7 und die Ausgangselektroden 4 gemäß der Darstellung in 21A gebildet. Dann wurde der streifenförmige dielektrische Film 25A auf denjenigen Teilen der Gitterelektroden gebildet, die der Halbleiterschicht gegenüberlagen, und eine Ausgangselektrode 26 wurde auf dem streifenförmigen dielektrischen Film 25A gebildet. Schließlich wurde auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats eine Masse-Ausgangselektrode 18 an der dem streifenförmigen dielektrischen Film entsprechenden Position gebildet. Die Breite der Gitterelektroden in Beispiel 15, L, und der Abstand dazwischen, S, betrugen L = S = λ/6 = 3,33 μm, und die Breite des Ausbreitungspfades, W, bzw. diejenige des Halbleiters, a, betrugen W = 400 μm bzw. a = 40 μm. Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 15 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal aus der Ausgangselektrode auf dem streifenförmigen dielektrischen Film erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –39 dBm. Das heißt, dass bestätigt wurde, dass ein Faltungs-Ausgangssignal aufgrund einer Wechselwirkung auf einer Halbleiterschicht zwischen akustischen Oberflächenwellen, die sich durch Gitterelektroden ausbreiteten, durch einen dielektrischen Film effizient extrahiert werden kann.
Der streifenförmige dielektrische Film 25 des Beispiels braucht nicht immer eine Sandwich-Struktur zu haben, sondern er kann nur auf der Oberseite der Gitterelektroden ausgebildet sein. Die Masse-Ausgangselektrode kann auch unter dem dielektrischen Film, der auf der Unterseite der Gitterelektroden vorhanden ist, ausgebildet sein. Es ist auch möglich, die Gitterelektroden unter der Halbleiterschicht auszubilden. Zusätzlich zur Ausgangselektrode auf dem dielektrischen Film kann eine Ausgangselektrode auf der Oberseite oder auf der Unterseite der Halbleiterschicht ausgebildet sein, um durch die Addition von Ausgangssignalen einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
(Beispiel 16)
Eine Filmstruktur wurde auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 15 aufgebaut. Das Ätzen erfolgte so, dass eine InSb-Schicht 20, d.h. eine Halbleiterschicht, sich nur außerhalb eines Ausbreitungspfades befand. Dann wurde das Abhebeverfahren verwendet, um gemäß der Darstellung in 22 zwei Eingangselektroden 4, Gitterelektroden 7 und eine Ausgangselektrode 19, die so positioniert war, dass die Elektrode die Gitterelektroden 7 auf der Halbleiterschicht kreuzte, zu bilden. Darüber hinaus wurde der streifenförmige dielektrische Film 25 in denjenigen Teilen der Gitterelektroden gebildet, die der Halbleiterschicht 20 gegenüberlagen, und eine Ausgangselektrode 26 wurde auf dem Film gebildet. Schließlich wurde auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats eine Masse-Ausgangselektrode 18 in der dem streifenförmigen dielektrischen Film 25 entsprechenden Position ausgebildet. Die Breite der Gitterelektroden in Beispiel 16, L, und der Abstand dazwischen, S, betrugen L = S = λ/6 = 3,33 μm, und die Breite des Ausbreitungspfades, W, bzw. diejenige des Halbleiters, a, betrugen W = 400 μm bzw. a = 40 μm. Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 16 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde aus der Ausgangselektrode 26 auf dem streifenförmigen dielektrischen Film und aus der Ausgangselektrode 19 ein gutes Faltungs-Ausgangssignal erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –37 dBm. Die Gitter- und die Ausgangselektroden können unter der Halbleiterschicht ausgebildet sein. Die Gitterelektroden können auch zwischen den streifenförmigen dielektrischen Schichten angeordnet sein.
(Beispiel 17)
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1, einem in y-Richtung um 128° geschnittenen Einkristall-Substrat aus LiNbO₃, wurden alternierende Gitterelektroden 7 ausgebildet, indem Stücke mit einer Breite der Gitterelektroden in einer zweckmäßigen Kombination alternierend variiert wurden, wie in 2 und 3 veranschaulicht ist. Dann wurde eine InSb-Schicht 20 mittels des MBE-Verfahrens mit einer Dicke von 500 nm gezogen. Es wurde ermittelt, dass die Elektronenmobilität der Schicht μ = 6000 cm²/Vs betrug. Unnötige Teile der InSb-Schicht wurden mittels Photolithographie weggeätzt, und der streifenförmige dielektrische Film 25 wurde an einem Ende jeder der Gitterelektroden wie in Beispiel 15 ausgebildet. Zur Bildung von zwei Eingangselektroden 4, einer Ausgangselektrode 17 auf der Halbleiterschicht und einer Ausgangselektrode 26 auf dem streifenförmigen dielektrischen Film wurde das Abhebeverfahren verwendet. Schließlich wurde auf der Rückseite des piezoelektrischen Substrats eine Masse-Ausgangselektrode 18 an der dem streifenförmigen dielektrischen Film entsprechenden Position ausgebildet. Als die Faltungsmerkmale für Beispiel 17 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde ein gutes Faltungs-Ausgangssignal aus den beiden Ausgangselektroden auf dem streifenförmigen dielektrischen Film und der Halbleiterschicht erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –38 dBm. Die Breite der Gitterelektroden in Beispiel 17, L, und der Abstand dazwischen, S, betrugen L = S = λ/6 = 3,33 μm.
(Beispiel 18)
Zur Herstellung eines SAW-Funktionselements auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 8 wurden Gitterelektroden 7 gemäß der Darstellung in 24 teilweise unter einer Halbleiterschicht 20 gebildet, und eine Ausgangselektrode 27 wurde so gebildet, dass ein Spalt G zwischen der Ausgangselektrode und den Enden der Gitterelektrode vorlag. Beispiel 18 war so angeordnet, dass die Breite der Gitterelektroden, L, und der Abstand dazwischen, S, L = S = λ/6 betrugen und G = λ/4 betrug. Als die Faltungsmerkmale des SAW-Funktionselements von Beispiel 17 auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 7 gemessen wurden, wurde aus der Ausgangselektrode ein gutes Faltungs-Ausgangssignal erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –40 dBm. Die Ausgangselektrode des Beispiel bewirkte eine Verkürzung der interaktiven Teile der Gitteelektroden und der Ausgangselektrode, macht aber den Bedarf an Kreuzungspunkten überflüssig, wodurch die Feinarbeit erleichtert wird.
(Beispiel 19)
Unter Verwendung eines in y-Richtung um 36° geschnittenen Einkristall-Substrat aus LiTaO₃ als piezoelektrisches Substrat wurde ein SAW-Funktionselement auf dieselbe Weise wie im Fall von Beispiel 11 hergestellt. Als die Faltungsmerkmale des Elements auf vergleichbare Weise gemessen wurden, wurde aus einer Ausgangselektrode ein gutes Faltungs-Ausgangssignal erhalten, und sein Wirkungsgrad entsprach –39 dBm.
Wie oben beschrieben wurde, erreichten die SAW-Convolver in den Beispielen einen noch nie dagewesenen hohen Wirkungsgrad, der Werten von über –40 dBm entspricht. Ein so hoher Wirkungsgrad ermöglicht die Verwendung von Convolvern in verschiedenen Anwendungen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Bei der Herstellung eines SAW-Funktionselements der vorliegenden Erfindung bewirkte eine Pufferschicht der vorliegenden Erfindung auf einem piezoelektrischen Substrat beim Ziehen einer Halbleiterschicht die Bildung einer aktiven Schicht mit einer hervorragenden Filmqualität. Durch das Abscheiden der Halbleiterschicht außerhalb eines Ausbreitungspfades von akustischen Oberflächenwellen wird der Verlust der akustischen Oberflächenwellen minimiert. Die Breite der auf dem Ausbreitungspfad ausgebildeten Gitterelektroden und der Abstand dazwischen könnten so ausgewählt werden, dass eine Reflexion von akustischen Oberflächenwellen vermindert würde. Darüber hinaus wurde durch die Bildung einer Ausgangselektrode und einer Masse-Ausgangselektrode, die die Gitterelektrode kreuzen, der Wirkungsgrad der Wechselwirkung zwischen akustischen Oberflächenwellen und Elektronen signifikant erhöht.
Ein SAW-Funktionselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wenn es bei einem SAW-Verstärker mit Halbleitern angewandt wird, die mit angelegten Gleichspannungselektroden versehen sind, eine ungewöhnlich hohe Verstärkungszunahme bei einer praktischen, niedrigen Spannung erreichen. Das Element kann, wenn es bei einem SAW-Convolver angewandt wird, auch einen ungewöhnlich hohen Wirkungsgrad erreichen. In anderen Worten erneuert ein SAW-Funktionselement der vorliegenden Erfindung Teile, die in tragbaren Geräten für die mobile Kommunikation verwendet werden, radikal und ersetzt alleine einen Verstärker, einen Filter oder deren periphere Schaltungen. Unter Verwendung eines SAW-Convolvers gemäß der vorliegenden Erfindung als Vorrichtung in Relation zu CDMA bei der Streuspektrum-Kommunikation, deren zukünftige Entwicklung vorhersehbar ist, werden eine Verminderung des Stromverbrauchs und gleichzeitig eine Erhöhung des Wirkungsgrades ermöglicht. Zusammengenommen bietet die vorliegende Erfindung industrielle Anwendbarkeit.

Claims

Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle, umfassend: – eine Halbleiterschicht (20); – eine Mehrzahl von Gitterelektroden (7) zur Übertragung einer akustischen Oberflächenwelle zur Halbleiterschicht (20); – eine Mehrzahl von Ausgangselektroden, die an eine gemeinsame Elektrode (19) angeschlossen sind, damit sie dasselbe Potenzial haben, und – Masse-Ausgangselektroden (22); – ausgebildet auf einem piezoelektrischen Substrat (1) oder auf einem piezoelektrischen Filmsubstrat, wobei die Halbleiterschicht (20) sich neben dem Ausbreitungspfad für eine sich ausbreitende akustische Oberflächenwelle befindet; die Mehrzahl von Gitterelektroden (7) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustische Oberflächenwelle ausgebildet ist; jedes Ende der Mehrzahl von Gitterelektroden (7) sich auf der Oberseite der Halbleiterschicht (20) erstreckt; jedes Ende der Mehrzahl von Ausgangselektroden (19) sich auf der Oberseite der Halbleiterschicht (20) erstreckt; die jeweiligen Enden der Ausgangselektroden (19) sich alternierend mit den jeweiligen Enden der Gitterelektroden (7) auf der Oberseite der Halbleiterschicht (20) erstrecken und die Masse-Ausgangselektroden (22) in einer schmaleren Breite als derjenigen des Ausbreitungspfades ausgebildet sind und alternierend mit den anderen Enden der Mehrzahl von Gitterelektroden (7) angeordnet sind.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle, umfassend: – eine Halbleiterschicht (20); – eine Mehrzahl von Gitterelektroden (7) zur Übertragung einer akustischen Oberflächenwelle zur Halbleiterschicht (20); – eine Mehrzahl von Ausgangselektroden, die an eine gemeinsame Elektrode (19) angeschlossen sind, damit sie dasselbe Potenzial haben, und – Masse-Ausgangselektroden (22); – ausgebildet auf einem piezoelektrischen Substrat (1) oder auf einem piezoelektrischen Filmsubstrat, wobei die Halbleiterschicht (20) sich neben dem Ausbreitungspfad für eine sich ausbreitende akustische Oberflächenwelle befindet; die Mehrzahl von Gitterelektroden (7) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustische Oberflächenwelle ausgebildet ist; jedes Ende der Mehrzahl von Gitterelektroden (7) sich auf der Oberseite der Halbleiterschicht (20) erstreckt; jedes Ende der Mehrzahl von Ausgangselektroden (19) sich auf der Oberseite der Halbleiterschicht (20) erstreckt; die jeweiligen Enden der Mehrzahl von Ausgangselektroden (19) sich alternierend mit den jeweiligen Enden der Gitterelektroden (7) unterhalb der Halbleiterschicht (20) erstrecken und jede der Mehrzahl der Masse-Ausgangselektroden (22) in einer schmaleren Breite als derjenigen des Ausbreitungspfades ausgebildet ist und alternierend mit den anderen Enden der Mehrzahl von Gitterelektroden (7) angeordnet ist.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle, umfassend: – eine Halbleiterschicht (20); – eine Mehrzahl von Gitterelektroden (7) zur Übertragung einer akustischen Oberflächenwelle zur Halbleiterschicht (20); – eine Einheits-Ausgangselektrode (27) und – Masse-Ausgangselektroden (22); – ausgebildet auf einem piezoelektrischen Substrat (1) oder auf einem piezoelektrischen Filmsubstrat, wobei die Halbleiterschicht (20) sich neben dem Ausbreitungspfad für eine sich ausbreitende akustische Oberflächenwelle befindet; die Mehrzahl von Gitterelektroden (7) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustische Oberflächenwelle ausgebildet ist; jedes Ende der Mehrzahl von Gitterelektroden (7) auf halbem Wege auf der Ober- oder der Unterseite der Halbleiterschicht (20) ausgebildet ist und zwischen der Einheits-Ausgangselektrode (27) und jedem der Enden der Gitterelektroden (7) ein Spalt (G) vorhanden ist und die Masse-Ausgangselektroden (22) in einer schmaleren Breite als derjenigen des Ausbreitungspfades ausgebildet sind und alternierend mit den anderen Enden der Mehrzahl von Gitterelektroden (7) angeordnet sind.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Breite L der Gitterelektroden (7) λ/8 ≦ L ≦ λ erfüllt und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden (7) λ/8 ≦ S ≦ λ erfüllt, wobei λ die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle darstellt.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektrodenbreite L des alternierenden Teils der Gitterelektroden (7) mit den Ausgangselektroden (19) oder den Masse-Ausgangselektroden (22) λ/16 ≦ L ≦ λ/2 erfüllt und der Abstand S zwischen den Elektroden λ/16 ≦ S ≦ λ/2 erfüllt, wobei λ die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle darstellt.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Breite L der Gitterelektroden (7) λ/6 und der Abstand S zwischen den Gitterelektroden (7) λ/6 beträgt, wobei λ die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle darstellt.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Halbleiterschicht (20) aus einer aktiven Schicht (3) und einer hinsichtlich des Gitters dazu passenden Pufferschicht (2) besteht.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verhältnis der Breite (W) des Ausbreitungspfads für eine akustische Oberflächenwelle zur Breite (a) der Halbleiterschicht (20) auf eine solche Weise bestimmt wird, dass die Impedanz der elektrischen Welle einer akustischen Oberflächenwelle derjenigen der Halbleiterschicht (20) fast entspricht.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verhältnis der Breite (W) des Ausbreitungspfads zur Breite (a) der Halbleiterschicht (20) W/a > 1 erfüllt.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verhältnis der Breite (W) des Ausbreitungspfads zur Breite (a) der Halbleiterschicht (20) W/a = 8–10 erfüllt.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Halbleiter, der aus einer Si, InAs, InSb, GaAs und InP umfassenden Gruppe ausgewählt ist, für die Halbleiterschicht (20) verwendet wird.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Substrat, das aus einer LiNbO₃-Einkristallsubstrat, LiTaO₃-Einkristallsubstrat und KNbO₃-Einkristallsubstrat umfassenden Gruppe ausgewählt ist, für das piezoelektrische Substrat verwendet wird.
Element mit einer Funktion einer akustischen Oberflächenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein piezoelektrisches Filmsubstrat, das unter Verwendung eines Films gebildet wird, der aus einer LiNbO₃-Film, LiTaO₃-Film, KNbO₃-Film, PZT-Film und PbTiO₃-Film umfassenden Gruppe ausgewählt ist, für das piezoelektrische Substrat verwendet wird.