(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＡＷ装置内にて固体表面における表面音響波の音響速度を制御することにより、中心周波数を制御する装置を提供する。【解決手段】装置１００は、表面音響波（「ＳＡＷ」）装置１０２、直流バイアス電圧源１０４、基板１０６、電極１０８、圧電層１１０、電極１１２、入力変換器１１４及び出力変換器１１６を備えている。直流バイアス電圧源１０４により、電極１０８と電極１１２との間に直流バイアス電圧を印加し、表面音響波の音響速度を制御する電界を圧電層１１０内に形成することにより、ＳＡＷ装置１０２の中心周波数を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置において、
圧電層と、
圧電層の第一の側部に沿った第一の電極と、
圧電層の第二の側部に沿った第二の電極とを備え、
第一及び第二の電極は、バイアス電圧を受け取って表面音響波（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ）の音響速度を制御する電界を圧電層内に形成し得るようにされている、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
第一及び第二の電極は圧電層と当接する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
第一の電極と第二の電極との間にて受け取ったバイアス電圧が変化する結果、圧電層内の電界の強度が変化し、また、表面音響波の音響速度が変化する、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、
第一の電極、圧電層及び第二の電極は、共に基板上に一体的な層として形成され、
第二の電極は基板上に形成され、圧電層は第二の電極上に形成され、第一の電極は圧電層上に形成され、
第一及び第二の電極が同一の電圧レベルにあるとき、表面音響波の音響速度は基準速度にあり、
第一の電極が第二の電極における電圧レベルよりも高い電圧レベルにあるとき、電界は第一の電極から第二の電極に向けられ、表面音響波の音響速度は圧電層の第一の極性に対し基準速度よりも速く且つ、圧電層の第二の極性に対し基準速度よりも遅く、
第一の電極が第二の電極における電圧レベルよりも低い電圧レベルにあるとき、電界は第二の電極から第一の電極に向けられ、表面音響波の音響速度は圧電層の第一の極性に対する基準速度よりも遅く且つ、圧電層の第二の極性に対する基準速度よりも速い、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、
圧電層、第一の電極、及び第二の電極は、共に基板上に一体的な層として形成され、
一体的な層は圧電性及び半導体の性質を有する材料を備える、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
第一の電極は、一体的な層の第一の部分に配置され、
第一の部分は導電率が増大するようドープされ、
第二の電極は一体的な層の第二の部分に配置され、
第二の部分は導電率が増大するようドープされ、
圧電層は、第一の電極と第二の電極との間の一体的な層の絶縁性部分内に配置される、装置。
【請求項７】
請求項５に記載の装置において、
材料は、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムを備え、基板はサファイア又は炭化ケイ素を備える、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
圧電層、第一の電極、第二の電極は共に基板上に単結晶として形成され、
第一の電極として作用する単結晶の第一の部分は、導電率が増大するようドープされ、
第二の電極として作用する第二の部分は、導電率が増大するようドープされる、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
第一の電極及び第二の電極は、表面音響波を伝搬する表面音響波デバイスの中央周波数を同調させるべく圧電層内に可調節型電界を形成し得るようにされる、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、
固体は、圧電層と、第一の電極と、第二の電極とを備え、
入力変換器と、出力変換器とを更に備え、
表面音響波は、固体の表面に沿って入力変換器から出力変換器まで移動する、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
入力変換器及び出力変換器は、第一の電極上に配置され、
第一の電極は、バイアス電圧を受け取って圧電層内に電界を形成するのに十分導電性であり、
第一の電極は、入力変換器及び出力変換器の隣接する指状体（ｆｉｎｇｅｒｓ）の間における短絡を防止するのに十分絶縁性であり且つ、誘発された電流を通る表面波の減衰程度を減少させるのに十分絶縁性である、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置において、
表面音響波共振器を形成する１つ又はそれ以上の反射器を更に備え、
第一及び第二の電極は、バイアス電圧を受け取って表面音響波共振器の中央周波数を制御する電界を圧電層内に形成し得るようにされる、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
第一の電極と第二の電極との間にて受け取ったバイアス電圧を変化させる結果、圧電層内の電界の強度が変化し且つ、表面音響波共振器の中央周波数が変化する、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置において、
複数の電極積層体を更に備え、
複数の電極積層体は、第一及び第二の電極積層体を備え、
圧電層は第一の圧電層を備え、
第一の電極積層体は、第一の電極と、第一の圧電層と、第二の電極とを備え、
第二の電極積層体は、第三の電極と、第二の圧電層と、第四の電極とを備え、
第一及び第二の電極は、第一のバイアス電圧を受け取って表面音響波の音響速度を制御する第一の電界を第一の圧電層内に形成し得るようにされ、
第三及び第四の電極は、第二のバイアス電圧を受け取って表面音響波の音響速度を制御する第二の電界を第二の圧電層内に形成し得るようにされる、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、
第一の電極積層体の第二の電極を第二の電極積層体の第三の電極から絶縁する積層体絶縁体を更に備え、
積層体絶縁体は、第一及び第二の圧電層よりも弱い圧電効果を有する、非圧電性の絶縁性材料又は絶縁性の圧電性材料を備える、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の装置において、
圧電層上に形成された入力変換器と、出力変換器とを更に備え、
第一の電極は、入力変換器と出力変換器との間にて圧電層上に形成され、
表面音響波は入力変換器から出力変換器まで移動する、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、
第一の電極は、圧電層の頂面にて入力変換器と出力変換器との間に形成される、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
第一の電極は導電性材料を備える、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、
第二の電極は導電性材料を備える、装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置において、
圧電層、第一の電極、第二の電極、入力変換器及び出力変換器は、可調節型の表面音響波遅延線を形成する、装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の装置において、
圧電層上に形成された１つ又はそれ以上の反射器を更に備え、
１つ又はそれ以上の反射器は、表面音響波に対する音響共振キャビティを形成し、
圧電層の頂面の上及び１つ又はそれ以上の反射器の間に形成された入力変換器と、出力変換器とを備える、装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、
１つ又はそれ以上の反射器は、１つ又はそれ以上のエッチング処理した溝型の機械式反射器を備え、
第一の電極は、１つ又はそれ以上のエッチング処理した溝型の機械式反射器上に形成される、装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置において、
１つ又はそれ以上の反射器は、１つ又はそれ以上の導電性反射器を備え、
導電性反射器は第一の電極を備える、装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の装置において、
圧電層上に形成された広帯域幅入力変換器と、広帯域幅出力変換器とを更に備え、
広帯域幅入力変換器と広帯域幅出力変換器との間にて圧電層上に形成された複数の溝アレイを更に備え、
第一の電極は複数の溝アレイ上に形成され、
広帯域幅入力変換器は表面音響波を複数の溝アレイに向けて送り、
複数の溝アレイは選ばれた周波数の波を出力変換器に向け、
圧電層、第一の電極、第二の電極、広帯域幅入力変換器、広帯域幅出力変換器、及び複数の溝アレイは同調可能なフィルタを形成し、
複数の溝アレイ、第一の電極及び第二の電極が表面音響波の同調可能なフィルタの中央周波数を選ぶ、装置。
【請求項２５】
方法において、
表面音響波を圧電層を備える固体中に導入するステップと、
圧電層の第一の側部に沿った第一の電極と、圧電層の第二の側部に沿った第二の電極との間にバイアス電圧を印加して表面音響波の音響速度を制御する電界を圧電層内に形成するステップとを備える、方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、
表面音響波デバイスは、表面音響波を伝搬し、バイアス電圧を印加するステップは、
可調節型のバイアス電圧を第一の電極又は第二の電極に印加して、表面音響波デバイスの中央周波数を同調させる可調節型の電界を圧電層内に形成するステップを備える、方法。
【請求項２７】
請求項２４に記載の方法において、
第一及び第二の電極が同一の電圧レベルにあるとき、表面音響波の音響速度は基準速度にあり、
バイアス電圧を印加するステップは、
もし所望の音響速度レベルが基準速度以上ならば、第一の電極にて、圧電層の第一の極性に対し第二の電極よりも高い電圧レベルを印加し、又は第二の電極にて圧電層の第二の極性に対し第一の電極よりも高い電圧レベルを印加して、表面音響波の音響速度を基準速度以上に上昇させるステップと、
もし音響速度レベルが基準速度以下ならば、第二の電極にて、圧電層の第一の極性に対し第一の電極よりも高い電圧レベルを印加し、又は第一の電極にて圧電層の第二の極性に対し第二の電極よりも高い電圧レベルを印加して、表面音響波の音響速度を基準速度以下に低下させるステップとを備える、方法。
【請求項２８】
方法において、
基板上に圧電性半導体材料の第一の層を導電性であるように形成するステップと、
第一の層上に圧電性半導体材料の第二の層を絶縁性であるように形成するステップと、
第二の層上に圧電性半導体材料の第三の層を導電性であるように形成するステップと、
表面音響波を導入し得るよう入力変換器を第三の層上に配置するステップと、
バイアス電圧源と、第一の層及び第三の層との間に電気路を提供し、表面音響波の音響速度を制御する電界を第二の層内に形成するステップとを備える、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、
圧電材料は実質的に絶縁性であり、第一の層を形成するステップは、
第一の層を形成する間、第一の層の導電率を増大させるようドーパントを圧電半導体材料に追加するステップを備え、
第三の層を形成するステップは、
第三の層を形成する間、第三の層の導電率を増大させるようドーパントを圧電材料内に追加するステップを備える、方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法において、
出力変換器を第三の層上に配置するステップを更に備え、
第三の層を形成するステップは、
第三の層に対しある量のドーパントを圧電半導体材料に追加するステップを備え、該ドーパントの量は、第三の層を、
バイアス電圧を受け取り且つ第二の層内に電界を形成するのに十分導電性であり、
入力変換器及び出力変換器の隣接する指状体の間の短絡を防止するのに十分絶縁性であり、
表面音響波の電界によって誘発された電流の抵抗損失を通じて表面音響波を減衰させないよう十分絶縁性であるようにするのに十分である、方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０１］  本発明は、全体として、表面音響波デバイス（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、より具体的には、表面音響波デバイス内の音響速度を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０２］  既知の表面音響波（「ＳＡＷ」）装置は、圧電性質を有する固体の表面にて互いに隔てられた入力及び出力指間電極（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ）（ＩＤＴｓ）をしばしば利用する。１つの実施の形態において、固体は、石英のような圧電材料の単結晶を備えている。別の例において、固体は、その幾つかを非圧電単結晶基板に堆積させた、圧電性である１つ又はそれ以上の薄膜を備えている。入力ＩＤＴは、入力電気信号をＳＡＷ装置内にて表面音響波に変換する。表面音響波は、固体の表面に沿って出力ＩＤＴまで伝搬する。出力ＩＤＴは、表面音響波を出力電気信号に変換する。固体の表面に沿った伝搬路は、表面音響波に対する遅延路として作用する。表面音響波が入力ＩＤＴから出力ＩＤＴまで移動するには、ある長さの時間がかかる。時間の程度は、固体の材料の性質及び入力ＩＤＴと出力ＩＤＴとの間の音響路の長さに依存する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
［０３］  ＳＡＷ装置の中央周波数はＩＤＴの幾何学的形態に基づく。固体及びＩＤＴが形成され且つＳＡＷ装置内に一体化された後、ＳＡＷ装置の中央周波数は一定とされる。異なる中央周波数を有するＳＡＷ装置を製造するため、設計者は、ＳＡＷ装置に対する異なる固体材料の形態又は異なるＩＤＴの幾何学的形態何れかを選ぶことができる。１つの実施例において、設計者は、ＳＡＷ装置の中央周波数を変化させるべく異なる音響速度を有する圧電結晶を選ぶことができる。別の実施例において、設計者は、ＳＡＷ装置の中央周波数を変化させるべく圧電層にてＩＤＴにおける幾何学的形態を変更することができる。１つの短所として、かかるＳＡＷ装置の中央周波数は、製造時に一定のものとされる。先行の試みにおいて、ＳＡＷ装置の周波数を予め同調する能力は制限されている。
［０４］  このように、ＳＡＷ装置内にて固体表面における表面音響波の音響速度の制御を改良することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
［０５］  本発明は、１つの実施の形態において装置を対象とする。該装置は、圧電層と、圧電層の第一の側部に沿った第一の電極と、圧電層の第二の側部に沿った第二の電極とを備えている。第一及び第二の電極は、バイアス電圧を受け取って表面音響波の音響速度を制御する電界を圧電層内に形成し得るようにされている。
［０６］  本発明の別の実施の形態は方法を対象とする。表面音響波は圧電層を備える固体内に導入される。バイアス電圧が圧電層の第一の側部に沿った第一の電極と圧電層の第二の側部に沿った第二の電極との間に印加され表面音響波の音響速度を制御する電界を圧電層内に形成する。
［０７］  本発明の更に別の実施の形態は方法を対象とする。圧電半導体材料の第一の層が基板上に導電性であるように形成される。圧電半導体材料の第二の層が第一の層上に絶縁性であるように形成される。圧電半導体材料の第三の層が第二の層上に導電性であるように形成される。入力変換器が表面音響波を導入し得るよう第三の層上に配置される。電気路がバイアス電圧源と第一及び第三の層との間に提供され、圧電表面音響波の音響速度を制御する電界を第二の層内に形成する。
［０８］  本発明の実施の形態の特徴は、以下の説明、請求の範囲及び添付図面から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
［１６］  図１を参照すると、１つの実施例における装置１００は、表面音響波（「ＳＡＷ」）装置１０２と、直流（「ＤＣ」）バイアス電圧源１０４とを備えている。１つの実施例におけるＳＡＷ装置１０２は、基板１０６と、電極１０８と、圧電層１１０と、電極１１２と、入力変換器１１４と、出力変換器１１６とを備えている。直流バイアス電圧源１０４は、電極１０８と電極１１２との間に直流バイアス電圧を提供し、圧電層１１０内に電界を形成する。１つの実施例における上側電極１１２は変換器と同一の平均電圧に維持され、このため装置の頂面を亙る電位はほぼ均一な電位を有する。電極１０８、１１２は、圧電層１１０を均一に電界バイアスさせる。電界が圧電効果を通して圧電層１１０の材料の特性を乱す一方、これは、波の伝搬物理学を変更して１つの実施例において、電界とバイアスされていない音響速度からの偏倚との間にてほぼ直線状の関係となるため、表面音響波の音響速度を制御すべく電界が採用可能である。このため、電界を採用してＳＡＷ装置１０２の中央周波数を同調させることができる。ＳＡＷ装置１０２は、ＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振器、ＳＡＷ遅延線又は同様のものを備えることができる。
［１７］  基板１０６は、薄い単結晶膜を形成する表面を提供する作用を果たす。例えば、基板１０６は、圧電層１１０及び電極１０８、１１２を支持する。１つの実施例において、当該技術分野の当業者に理解されるように、１つ又はそれ以上の中間層を基板１０６と電極１０８との間に配置して、基板層１０６における電極１０８の成長を促進することができる。１つの実施例において、基板１０６は、ｃ面サファイアのような音響速度が速く且つ低損失である結晶を備えている。別の実施例において、基板１０６は、炭化ケイ素を備えることができる。基板１０６の寸法は、選ばれた材料及び（又は）所期の用途に基づいて変更可能である。１つの実施例において、基板１０６は、４０ないし５００μｍの厚いｃ面サファイア基板層を備えている。
［１８］  圧電層１１０は、ＩＤＴと共に作用して電力と音響パワーとの間で変換を行い、このため、ＩＤＴは、表面音響波を発生させ且つ検出することができる。例えば、当該技術分野の当業者により理解されるように、ＳＡＷ装置１０２が作用する間、電気信号が入力変換器１１４に印加され、これによって表面音響波はＳＡＷ装置１０２内を伝搬する。出力変換器１１６は、その後、当該技術分野の当業者により理解されるように、伝搬した表面音響波を出力電気信号に変換する。１つの実施例における圧電層１１０は、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムのような半導体及び圧電性質の双方を有する材料を備えている。圧電層１１０の厚さは、選ばれた材料及び所期の用途に基づいて変更することができる。例えば、圧電層１１０の厚さは、０．１ないし１０μｍの範囲とすることができる。１つの実施例において、圧電層１１０は１μｍの厚い窒化ガリウム層を備えている。１つの実施例における圧電層１１０は、ドーピングせずに堆積させ、このため該圧電層は実質的に絶縁性である。１つの実施例において、圧電層１１０は、約１×１０＾１０オーム／スクエア以上のシート抵抗率を有する。１つの実施例における圧電層１１０の抵抗率は、電極１０８、１１２の抵抗率よりも少なくとも１０倍大きい。
［１９］  電極１０８、１１２は、圧電層１１０の側部に沿って配置されている。例えば、電極１０８は、圧電層１１０の第一の側部に沿って配置され、電極１１２は、圧電層１１０の第二の側部に沿って配置される。１つの実施例において、電極１０８、１１２は圧電層１１０の頂面及び底面のような圧電層１１０の両側部に沿って配置されている。１つの実施例において、電極１０８、１１２は圧電層と当接する。別の実施例において、１つ又はそれ以上の他方の層は電極１０８、１１２と圧電層１１０との間に配置されている。
［２０］  １つの実施例において、電極１０８、１１２は、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムの僅かに導電性のドープした層を備えている。電極１０８、１１２の寸法は、選ばれた材料及び所期の用途に基づいて変更可能である。例えば、電極１０８、１１２の厚さは、０．０５ないし２μｍの範囲とすることができる。１つの実施例において、電極１０８、１１２の各々は、１０００オングストロームの厚さの僅かにドープした窒化ガリウム層を備えている。１つの実施例における電極１０８、１１２は、実質的に絶縁性である一方、直流バイアス電圧を受け取ると共に、圧電層１１０内にて電界を発生させるのに十分な導電率を有する。この実施例において電極１０８、１１２は、直流バイアス電圧を受け取るのに十分導電性である一方、電極１１２は、入力変換器１１４及び出力変換器１１６の内部にて隣接する指状体の間の短絡を防止するのに十分絶縁性である。また、この例において、電極１０８、１１２の抵抗率は、波の電界により流れるよう誘発された電流に起因する顕著なＳＡＷ伝搬損失を防止するのに十分大きくなければならない。１つの実施例における電極１０８、１１２の抵抗率レベルは、電極１０８、１１２に添加されるドーパントの量によって制御される。１つの実施例において、電極１０８、１１２の原材料は、電極１０８、１１２の抵抗率を低下させるべくドーパントが添加される前に実質的に絶縁性である。１つの実施例において、電極１０８、１１２の抵抗率は、圧電層１１０の抵抗率よりも少なくとも１０倍低い。１つの実施例において、電極１０８、１１２は、約１×１０＾８オーム／スクエアのシート抵抗率を備えている。
［２１］  １つの形態において、電極１０８、１１２は、同一のシート抵抗率を有する。１つの代替的な形態において、電極１１２は、約１×１０＾８オーム／スクエアのシート抵抗率を有する一方、電極１０８はより導電性である。この形態において、電極１０８の抵抗率は、波の電界により誘発された電流の抵抗損失を通じて過剰な伝搬損失を防止するのに十分低い。例えば、この形態における電極１０８は１×１０＾４オーム／スクエア以下のシート抵抗率を有する。別の形態において、電極１０８は、金属又はその他の導電性材料の層を備えている。
［２２］  電極１０８、１１２は、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を同調させるべく圧電層１１０内に電界を発生させる作用を果たす。圧電層１１０の圧電性質のため、圧電層１１０は、電界を機械的歪みに変換する。このため、電界が圧電層１１０に印加されたとき、圧電層１１０の形状は変化し、このことは、圧電層１１０の機械的性質、圧電性質及び誘電性質を変化させることになる。一方、これらの圧電層の性質の変化は表面音響波の速度の変化を引き起こす。表面音響波の音響速度を制御することにより、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を制御することができる。
［２３］  １つの実施例において電極１０８、１１２により形成された電界は、圧電層１１０の表面に対して実質的に垂直である。印加された電界の方向に依存して、表面音響波の音響速度は、基準速度から増大又は減少させることができる。電極１０８、１１２が同一の電圧レベルにあるとき、表面音響波の音響速度は基準速度にある。例えば、当該技術分野の当業者に理解されるように、基準速度は、圧電層１１０、電極１０８、１１２のようなその他の薄膜層、基板１０６の材料の性質によって決定される。電極１０８、１１２の第一の電極が電極１０８、１１２の第二の電極における電圧レベルよりも高い電圧レベルにあるとき、電界は電極１０８、１１２の第一の電極から電極１０８、１１２の第二の電極に向けられ、表面音響波の音響速度は基準速度よりも速い。電極１０８、１１２の第一の電極が電極１０８、１１２の第二の電極における電圧レベルよりも低い電圧レベルにあるとき、電界が電極１０８、１１２の第二の電極から電極１０８、１１２の第一の電極に向けられ、表面音響波の音響速度は基準速度よりも低い。
［２４］  当該技術分野にて既知であるように、圧電材料は第一の極性と、第二の極性とを備え、第一の極性は第二の極性の逆である。１つの実施例における圧電層１１０の極性は、基板１０８上に堆積させたときの圧電層の結晶方位に基づく。例えば、第一の電極にて圧電層の第一の極性に対し第二の電極よりも高い電圧レベルを印加することは、第二の電極にて圧電層の第二の極性に対し第一の電極よりも高い電圧レベルを印加することと実質的に等価的である。また、当該技術分野の当業者により理解されるように、第二の電極にて圧電層の第一の極性に対し第一の電極よりも高い電圧レベルを印加することは、第一の電極にて圧電層の第二の極性に対する第二の電極よりも高い電圧レベルを印加することと実質的に等価的である。
［２５］  表面音響波の音響速度が電界によって改変されるとき、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数も改変される。１つの実施例において、電極１０８から電極１１２に向けられた電界は、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を増大させる一方、電極１１２から電極１０８に向けられた電界は、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を減少させるであろう。別の実施例において、電極１０８から電極１１２に向けられた電界は、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を減少させる一方、電極１１２から電極１０８に向けられた電界は、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を増大させるであろう。
［２６］  １つの実施例におけるＳＡＷ装置１０２は、ＳＡＷ共振器を形成する１つ又はそれ以上の溝反射器を備えている。例えば、溝反射器は、表面音響波に対する表面音響波共振キャビティを形成する。電極１０８、１１２は、直流バイアス電圧を受け取ってＳＡＷ共振器の中央周波数を制御する電界を圧電層１１０内に形成し得るようにされている。電極１０８又は電極１１２にて受け取った直流バイアス電圧を変化させる結果、圧電層１１０内の電界の強度が変化し、また、ＳＡＷ共振器の中央周波数が変化する。
［２７］  図２を参照すると、別の実施例におけるＳＡＷ装置１０２は、基板１０６と、入力変換器１１４と、出力変換器１１６と、第一の電極積層体２０２と、第二の電極積層体２０４と、積層体絶縁体２６とを備えている。１つの実施例における第一及び第二の電極積層体２０２、２０４の各々は、電極１０８と、圧電層１１０と、電極１１２とを備えている。１つの実施の形態において、図１の圧電層１１０は、２つの部分、例えば、第一の電極積層体２０２及び第二の電極積層体２０４の２つの圧電層１１０に分割される。１つの実施の形態における第一の電極積層体２０２は、基板１０６の上に形成される。１つの実施の形態における積層体絶縁体２０６は、第一の電極積層体２０２の頂部と、第一の電極積層体２０２と第二の電極積層体２０４との間に形成される。１つの実施の形態において、第一の電極積層体２０２の圧電層１１０及び第二の電極積層体２０４の圧電層１１０は、同一の結晶方位又は極性を備えている。１つの実施の形態において入力変換器１１４及び出力変換器１１６は第二の電極積層体２０４の頂部に形成される。１つの実施の形態において、１つの実施の形態における第一の電極積層体２０２の電極１０８、１１２及び第二の電極積層体２０４の電極１０８は、１つ又はそれ以上の通路構造体（例えば、図３に示した通路３０４）により直流バイアス電圧源１０４と結合される。
［２８］  １つの実施の形態において電極積層体２０２、２０４の圧電層１１０は、各々約１．０μｍ、又は約０．５μｍである組み合わせた厚さを備えている。１つの実施の形態における積層体絶縁体２０６は、実質的に非圧電の絶縁性材料を備えている。別の実施例において、積層体絶縁体２０６は、電極１０８、１１２よりも弱い圧電効果を有する。１つの実施の形態における積層体絶縁体２０６は、第一の電極積層体２０２の電極１１２を第二の電極積層体２０４の電極１０８から絶縁する作用を果たす。当該技術分野の当業者が選ぶことのできる積層体絶縁体２０６に対する材料の例は、窒化材料を備えている。
［２９］  図２を参照すると、１つの実施例において第一の電極積層体２０２及び第二の電極積層体２０４を有する実施例は、図１の実施例と比較して同様の電界強度に対して低い直流バイアス電圧を有する。例えば、第一の電極積層体２０２及び第二の電極積層体２０４の圧電層１１０が各々０．５μｍの厚さを有する場合、バイアス電圧は、厚さ１．０μｍの単一の圧電層１１０のバイアス電圧の約１／２である。更なる実施例において、バイアス電圧を減少させるため複数の電極積層体が形成されている。
［３０］  図１又は図２の実施の形態において、単に説明の目的にのみ、電気的に同調可能なＳＡＷ装置１０２を形成するのに利用可能な１つの方法について以下に説明する。１つの実施例において、層１０８、１１０、１１２は、基板１０６の上に共に一体的な層として形成される。例えば、層１０８、１１０、１１２は、基板１０６の上に薄膜として堆積される。１つの実施例において層１０８、１１０、１１２は、分子線エピタキシーによって基板１０６の上に単一の一体的結晶として形成される。１つの実施例において、層１０８、１１０、１１２を単一の一体化した結晶として形成する結果、強力な圧電レベルを有する圧電層が形成される。分子線エピタキシーマシンは、当該技術の当業者に理解されるように、薄膜が堆積されるとき基材料（例えば、窒化ガリウム）に添加されたドーパントの量を調節することを許容する。窒化ガリウムのような材料は、圧電性で且つ半導性である。このため、これらの材料は、圧電性を活用し得るように極めて絶縁性であるか又は電極として作用するよう部分的に導電性であるように制御することができる。
［３１］  基層１０６上に堆積すべき第一の層は電極１０８である。１つの実施例において、層１０８、１１０、１１２は、窒化ガリウム層である。非ドープ窒化ガリウムは実質的に絶縁性材料である。電極１０８の導電率を増大させるため、分子線エピタキシーマシンは、電極１０８が堆積されている間、窒化ガリウムに対し僅かなレベルのドーピングを追加し得るよう設定される。電極１０８に対し窒化ガリウムに追加されるドーパントの量は、電極１０８をバイアス電圧を受け取るのに十分に導電性にすると共に、電界を圧電層１１０内に形成するのに十分なものとする。僅かにドープした窒化ガリウムは、所望の厚さの僅かに導電性の電極を実現し得るように基層１０６に堆積させる。１つの実施例において、電極１０８の厚さは１０００オングストロームである。
［３２］  電極１０８が基板１０６上に形成された後、分子線エピタキシーマシンの追加したドーパントのレベルは減少する。１つの実施例において、分子線エピタキシーマシンは、圧電層１１０が堆積されている間、窒化ガリウムにドーパントが追加されないよう設定される。次に、ドーパント無しの窒化ガリウムを電極１０８上に堆積させ、所望の厚さの絶縁層を実現する。１つの実施例において、圧電層１１０の厚さは１μｍである。
［３３］  圧電層１１０が電極１０８上に形成された後、分子線エピタキシーマシンを再度調節して窒化ガリウムに対して僅かなレベルのドーパントを提供するようにする。１つの実施例において、電極１１２を形成するため使用されるドーパントのレベルは、電極１０８に対して使用されるものと同一レベルのドーパントに設定することができる。別の実施例において、電極１０８、１１２のドーパントのレベルは、異なるものとすることができる。電極１１２に対し窒化ガリウムに追加されるドーパントの量は、入力変換器１１４及び出力変換器１１６内にて隣接する指状体の間の短絡を防止するのに十分絶縁性であり、また、波の電界により誘発された電流の抵抗率損失を通じて表面音響波を減衰させないように十分絶縁性である一方、電極１１２をバイアス電圧を受け取り且つ電界を圧電層１１０内に形成するのに十分、導電性とするのに十分であるものとする。１つの実施例において、電極１１２の厚さは１０００オングストロームである。
［３４］  図２の実施例において、次に、積層体絶縁体２０６を電極積層体２０２の電極１１２上に堆積させる。次に、電極積層体２０４（例えば、電極１０８の別の例の場合、圧電層１１０、電極１１２）を積層体絶縁体２０６の頂部に形成する。追加的な電極積層体をそれぞれの積層体絶縁体が互いの間に配置された状態にて追加することができる。１つの実施例における積層体絶縁体２０６は、圧電層１１０よりも実質的に低い圧電率の結晶層を備えている。
［３５］  層１０８、１１０、１１２（図１）又は複数の電極積層体２０２、２０４及び積層体絶縁体２０６（図２）が基板１０６上に形成された後、１つの実施例における入力変換器１１４及び出力変換器１１６を当該技術の当業者が理解するように、電極１１２（又は電極積層体２０４の電極１１２）に追加する。１つの実施例において、入力変換器１１４及び出力変換器１１６は、指間電極（「ＩＤＴ」）を備えている。１つの実施例において、入力変換器１１４及び出力変換器１１６の各々は、交流極性を有する四分波長幅指状体から成っており、指状体の幅及び空隙の間隔は１μｍであり、指の長さは４００μｍである。また、層１０８、１１０、１１２を形成した後、直流電圧バイアス源１０４を電極１０８、１１２と接続する。例えば、バイアス直流電圧源１０４と電極１０８、１１２との間に電気路が提供される。１つの実施例における通路構造体（例えば、図３の通路３０４）を使用して電極１０８との接続を許容する。
［３６］  次に、説明の目的のため、ＳＡＷ装置１０２を電気的に同調するのに利用可能な１つの方法に関して１つの実施例として説明する。１つの実施例における基準音響速度及びＳＡＷ装置の中央周波数は、製造時に一定とされる。ＳＡＷ装置の基準音響速度は、１つの実施例において、特別な基板と、表面における追加的な薄膜とを備える、選ばれた固体材料の形態の性質である。ＳＡＷ装置の基準中央周波数は、当該技術の当業者が理解するように、選ばれた固体材料の形態と、選ばれた変換器の形態との関数である。ＳＡＷ装置１０２の電界を同調することは、ＳＡＷ装置１０２の基準音響速度及び中央周波数を変化させることを許容する作用を果たすことになる。
［３７］  １つの実施例における表面音響波はＳＡＷ装置１０２内に導入される。例えば、入力変換器１１４に印加された電気信号は、ＳＡＷ装置１０２内に表面音響波を発生させる。ＳＡＷ装置１０２の電界の同調を許容するため、電極１０８、１１２は、直流バイアス電圧を受け取って表面音響波の音響速度を制御する電界を圧電層１１０内に形成する。表面音響波の音響速度の制御は、ＳＡＷ装置１０２の中央周波数を制御することになる。バイアス電圧は、圧電層１１０内の電界を調節することを許容するよう調節可能であり、その結果、ＳＡＷ装置１０２の音響速度及び中央周波数が調節されることになる。
［３８］  １つの実施例において、表面音響波の音響速度（又はＳＡＷ装置１０２の中央周波数）は、電界を圧電層１１０に印加する前に測定する。測定した音響速度が所望の音響速度レベルにあるならば、その場合、１つの実施例における電極１０８、１１２は電界を圧電層１１０内に発生させる必要はない。しかし、現在の音響速度が所望の音響速度レベルにないならば、その場合、バイアス電圧を電極１０８及び（又は）１１２に印加して電界を圧電層１１０内に発生させることができる。１つの実施例において、表面音響波の音響速度は、バイアス電圧が電極１０８及び（又は）１１２に印加されている間に、測定する。測定した音響速度が所望の音響速度レベルにあるならば、その場合、バイアス電圧の現在のレベルを一定に保って測定した音響速度を維持する。しかし、測定した音響速度が所望の音響速度レベルにないならば、その場合、電極１０８及び（又は）１１２に印加されたバイアス電圧を、所望の音響速度レベルが実現される迄、変化させる。
［３９］  図３を参照すると、別の形態におけるＳＡＷ装置１０２は、可調節型遅延線３０２を備えている。図３のＳＡＷ装置１０２は、電極１１２の１つの代替的な形態としての電極３０３を示す。この形態における電極３０３は、アルミニウム又はその他の導電性材料のような金属を備えることができる。通路３０４は、電極１０８を直流バイアス電圧源１０４と接続する。入力変換器１１４及び出力変換器１１６は、電極３０３ではなくて圧電層１１０の上に配置される（又は図１及び図２に示すように、電極１１２）。例えば、入力変換器１１４及び出力変換器１１６が圧電層１１０の頂面にて電極３０３の両側部に配置される。この形態において、電極３０３は、変換器１１４、１１６の間の遅延路内に配置され、また、調節したＳＡＷ速度領域は、その領域の上方に変換器を備えていない。図３の電極の形態は、電極１０８、３０３に対し広範囲の抵抗率又は導電率を許容し、それは、当該技術の当業者により理解されるように、変換器１１４、１１６が電極３０３の頂部に配置されていないからである。この電極の形態は、またＳＡＷフィルタ、ＳＡＷ共振器又は同様のもののようなＳＡＷ装置１０２のその他の実施の形態にも適用可能である。
［４０］  図４を参照すると、別の形態におけるＳＡＷ装置１０２は、同調可能な共振器４０２を備えている。同調可能な共振器４０２は、例えば、溝反射器４０４のような１つ又はそれ以上の反射器を備えている。溝反射器４０４は、変換器１１４、１１６の両側部にて表面音響波に対する表面音響波共振キャビティを形成する。電極４０６は電極１１２の１つの代替的な形態を備えている。この実施例における電極４０６は溝反射器４０４の上に薄い金属膜を備えている。溝反射器４０４及び電極１１２の下方の圧電層１１０の一部分は、当該技術の当業者が理解するように、直流バイアス電圧源１０４によってバイアスされ、同調可能な共振器４０２の共振周波数を調節する。
［４１］  図５を参照すると、更に別の形態におけるＳＡＷ装置１０２は、同調可能な共振器５０２を備えている。同調可能な共振器５０２は、例えば、導電性反射器５０４のような反射器の１つの代替的な形態を備えている。１つの実施例における導電性反射器５０４は、金属又はその他の導電性材料で出来た反射器を備えている。この実施例において、導電性反射器５０４は、バイアス電圧を受け取る電極１１２を備えている。
［４２］  図６及び図７を参照すると、別の形態におけるＳＷ装置１０２は、同調可能なフィルタ６０２を備えている。１つの実施例における同調可能なフィルタ６０２は、広帯域幅入力変換器６０４と、広帯域幅出力変換器６０６と、複数の溝アレイ６０８とを備えている。１つの実施例における溝アレイ６０８は、周波数選択可能な溝アレイを備えている。溝アレイ６０８は、バイアス電圧を受け取り得るように電極３０３によって覆われている。広帯域幅入力変換器６０４は、電気信号を表面音響波に変換し、該表面音響波は、ＳＡＷ装置１０２を通って溝アレイ６０８に向けて進む。１つの実施例における溝アレイ６０８は、圧電層１１０に形成される（例えば、エッチングされる）。その後、電極３０３を溝アレイ６０８の上に形成する。１つの実施例において、電極３０３は、溝アレイ６０８の上に蒸発させた金属を備えている。この例において、金属の蒸発は、圧電層１１０の表面の上方の１点から向けられ、このため、圧電層１１０における溝パターンは、電極３０３の頂部にて複製される。溝アレイ６０８は、１つ又はそれ以上の経路６１０、６１２、６１４及び（又は）６１６に沿って選ばれた表面音響波を広帯域幅の出力変換器６０６に向けて実質的に反射する。当該技術の当業者により理解されるように、電極１０８、３０８に対するバイアス電圧を調節することは、反射する溝アレイ、従って同調可能なフィルタ６０２の中央周波数及び（又は）通過帯域周波数を調節することになろう。
［４３］  以下に、説明の目的のため、図３ないし図７の実施の形態におけるＳＡＷ装置１０２を形成するのに利用可能な１つの方法の１つの実施例について説明する。１つの実施例における層１０８、１１０は、互いに基板１０６上に一体的な層として形成される。例えば、層１０８、１１０は、基板１０６上に薄膜として堆積させる。１つの実施例における層１０８、１１０は、分子線エピタキシーによって基板１０６上に単一の一体的な結晶として形成される。層１０８、１１０を１つの実施例において単一の一体的な結晶として形成することは、強力な圧電レベルを有する圧電層を製造することになる。分子線エピタキシーマシンは、当該技術の当業者が理解するように、薄膜が堆積されるとき、基材料（例えば、窒化ガリウム）に追加されるドーパントのレベルを調節することを許容する。窒化ガリウムのような材料は、圧電性で且つ半導性である。このため、これらの材料は、圧電性を活用し得るように極めて絶縁性であるか又は電極として作用するよう部分的に導電性であるよう制御することができる。
［４４］  基層１０６上に堆積すべき第一の層は電極１０８である。１つの実施例において、層１０８、１１０は窒化ガリウム層である。非ドープ窒化ガリウムは、実質的に絶縁性材料である。電極１０８の導電率を向上させるため、分子線エピタキシーマシンは、電極１０８が堆積されている間、窒化ガリウムに対し僅かなレベルのドーピングを追加し得るよう設定される。電極１０８に対し窒化ガリウムに追加されるドーパントの量は、電極１０８がバイアス電圧を受け取ると共に、電界を圧電層１１０内に形成するのに十分導電性となるようにするのに十分である。この僅かにドープした窒化ガリウムは、基板１０６に堆積させ、所望の厚さの僅かに導電性電極を実現する。１つの実施例において、電極１０８の厚さは１０００オングストロームである。
［４５］  電極１０８が基板１０６上に形成された後、分子線エピタキシーマシンの追加されたドーパントのレベルは減少する。１つの実施例において、分子線エピタキシーマシンは、圧電層１１０が堆積されている間、窒化ガリウムにドーパントが追加されないよう設定される。次に、ドーパント無しの窒化ガリウムを電極１０８上に堆積させ、所望の厚さの絶縁層を実現する。１つの実施例において、圧電層１１０の厚さは１μｍである。
［４６］  圧電層１１０が電極１０８上に形成された後、１つの実施例において、溝反射器４０４が圧電層１１０（図４、図６及び図７）に形成される。１つの実施例における溝反射器４０４はイオンフライス削り法又はプラズマエッチング法によって切り込む。次に、電極３０３、４０６及び（又は）反射器５０４に対する金属層を圧電層１１０（図３及び図５）又は溝反射器４０４（図４、図６及び図７）上に形成する。１つの実施例における金属層は、金属蒸着法によって形成される。１つの実施例における金属の層の厚さは１０００オングストロームである。
［４７］  入力及び出力変換器１１４、１１６（図３ないし図５）又は１つの実施例において広帯域幅入力及び出力変換器６０４、６０６（図６及び図７）が圧電層１１０に追加される。１つの実施例において、変換器１１４、１１６又は６０４、６０６は金属蒸着法によって形成される。１つの実施例において、電極３０３、４０６、反射器５０４、変換器１１４、１１６又は６０４、６０６は、当該技術の当業者により理解されるように、金属蒸着法の１回の工程の間に形成され、ＳＡＷ装置１０２を製造するステップ数を減少させる。直流バイアス電圧源１０４は、電極１０８、３０３、４０６、反射器５０４及び（又は）変換器１１４、１１６、６０４、６０６と電気的に結合される。例えば、直流バイアス電圧源１０４、電極１０８、３０３、４０６、反射器５０４及び（又は）変換器１１４、１１６、６０４、６０６の間に電気路が提供される。１つの実施例において、通路３０４を使用して電極１０８及び（又は）その他の低レベルな電極との接続を許容する。
［４８］  本発明による多数の代替的な実施の形態が存在する。１つの実施例において、電極１０８は、金属層、パッド又はストリップを備えている。１つの実施例において、電極積層体２０４（又は最上側電極積層体）は、図３に示したような電極１１２に対する代替的な形態を備えている。別の実施例における電極積層体２０２、２０４は、直流バイアス電圧源１０４と接続するための１つ又はそれ以上の通路３０４を備えている。別の実施例において、電極積層体２０２は第一の電圧源によりバイアスされ、電極積層体２０４は、第二の電圧源によってバイアスされる。別の実施例における入力変換器１１４及び出力変換器１１６は、更なる調節のためバイアスさせることができる。１つの実施例において、変換器１１４、１１６は、電極１０８、１１２と同一の電圧源からバイアスされる。別の実施例において、電極１０８、１１２は、第一の電圧源からバイアスされ、変換器１１４、１１６は第二の電圧源からバイアスされる。この実施例において、変換器１１４、１１６は、電極１０８、１１２よりも高電圧又は低電圧にてバイアスすることができる。例えば、変換器１１４、１１６は、電極１０８、１１２の電圧の２倍の電圧にてバイアスすることができる。
［４９］  本明細書にて説明したステップ又は工程は単に一例にしか過ぎない。本発明の精神から逸脱せずに、これらのステップ又は工程に対し多数の変形例が存在する。例えば、これらのステップは、異なる順序にて実行し又はこれらのステップは追加し、廃止し又は改変することが可能である。
［５０］  本発明の一例としての実施の形態を本明細書にて詳細に示し且つ説明したが、当該技術の当業者には、色々な改変例、追加、置換及び同様のものが本発明の精神から逸脱せずに具体化することが可能であり、従って、これらは、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲に属すると見なされることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】表面音響波デバイスと、該表面音響波デバイス内にて２つの電極の間にバイアス電圧を提供して電界を表面音響波デバイスの圧電層内に形成する直流バイアス源とを備える装置の１つの実施の形態を示す図である。
【図２】表面音響波デバイスと、該表面音響波デバイス内にて２つの電極積層体の各々の２つの電極の間にバイアス電圧を提供する直流バイアス源との別の実施の形態を示す図である。
【図３】可調節型遅延線を備える表面音響波デバイスの１つの実施の形態を示す図である。
【図４】同調可能な共振器を備える表面音響波デバイスの１つの実施の形態を示す図である。
【図５】同調可能な共振器を備える表面音響波デバイスの別の実施の形態を示す図である。
【図６】同調可能なフィルタを備える表面音響波デバイスの１つの実施の形態を示す頂面図である。
【図７】図６の同調可能なフィルタを示す側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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