(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面がＧａＮからなる基板を用いた弾性表面波デバイスにおいて、
前記基板の表面に、上部電極層と下部電極層の二層構造からなる櫛型電極を備え、
前記上部電極層は、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＧａＮにより形成され、
前記下部電極層は、ＡｌＧａＮにより形成されることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性表面波デバイスの作製方法であって、
前記基板上に、ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させた後、
ｎ型またはｐ型にドーピングされたＧａＮをエピタキシャル成長させ、
前記ＡｌＧａＮおよび、ｎ型またはｐ型にドーピングされた前記ＧａＮを選択的にエッチングすることにより、
前記櫛型電極の前記上部電極層および前記下部電極層を形成することを特徴とする弾性表面波デバイスの作製方法。
【請求項３】
少なくとも表面がＧａＮからなる基板を用いた弾性表面波デバイスにおいて、
前記基板の表面に、上部電極層と下部電極層の二層構造からなる櫛型電極を備え、
前記上部電極層は、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉにより形成され、
前記下部電極層は、ＡｌＧａＮにより形成されることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の弾性表面波デバイスの作製方法であって、
前記基板上に、ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させた後、
スパッタ法によりＳｉを堆積させ、
前記ＳｉにＰ、ＡｓまたはＢイオンを注入し、熱処理を行った後、
前記ＡｌＧａＮおよび、ｎ型またはｐ型にドーピングされた前記Ｓｉを選択的にエッチングすることにより、
前記櫛型電極の前記上部電極層および前記下部電極層を形成することを特徴とする弾性表面波デバイスの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも表面がナイトライド系材料からなる基板を用いた弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の弾性表面波デバイスの断面構造を示す模式図である。図９に示すように、従来の弾性表面波デバイスは、サファイア基体の表面にナイトライド系材料であるＧａＮを形成した基板１上に、単一の材料から形成された櫛型電極６を備えている。櫛型電極６を形成する材料は、櫛型電極６そのものの重さによる弾性表面波の損失を小さくするために、比重の軽い材料が望ましい。そこで、櫛型電極６は、非特許文献１に示されるように、ＡｌまたはＡｌを主成分とした合金で形成されている。
【非特許文献１】Suk-Hun Lee, Hwan-Hee Jeng,Sung-Bum Bae, Hyun-Chul Choi, Jung-Hee Lee, and Yong-Hyun Lee, “EpitaxiallyGrown GaN Thin-Film SAW Filter with High Velocity and Low Insertion Loss” IEEETRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES VOL.48, No.3, pp.524-528,(2001).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の櫛型電極６を備える弾性表面波デバイスでは、表面にナイトライド系材料であるＧａＮが形成された基板１上に、ＡｌまたはＡｌを主成分とした合金で形成された櫛型電極６を備えている。基板１に使用されたＧａＮの融点は１０００℃以上であるが、櫛型電極６に使用されたＡｌの融点は６６０℃程度であり、ＧａＮの融点に比べて極めて低い。実際にＡｌまたはＡｌを主成分とした合金により形成された櫛型電極を備える弾性表面波デバイスを使用する場合、使用可能温度の上限は４００℃以下となるといった問題があった。そのため、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性を十分に活かした、高温環境下で使用できるデバイスの実現が困難となっていた。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、少なくとも表面がナイトライド系材料からなる基板を備える弾性表面波デバイスにおいて、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性を活かし、高温環境下で使用できる弾性表面波デバイス、その作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的達成のため、本発明に係る弾性表面波デバイスでは、請求項１に記載のように、少なくとも表面がＧａＮからなる基板を用いた弾性表面波デバイスにおいて、前記基板の表面に、上部電極層と下部電極層の二層構造からなる櫛型電極を備え、前記上部電極層は、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＧａＮにより形成され、前記下部電極層は、ＡｌＧａＮにより形成されることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に記載のように、請求項１に記載の弾性表面波デバイスの作製方法であって、前記基板上に、ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させた後、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＧａＮをエピタキシャル成長させ、前記ＡｌＧａＮおよび、ｎ型またはｐ型にドーピングされた前記ＧａＮを選択的にエッチングすることにより、前記櫛型電極の前記上部電極層および前記下部電極層を形成することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３に記載のように、少なくとも表面がＧａＮからなる基板を用いた弾性表面波デバイスにおいて、前記基板の表面に、上部電極層と下部電極層の二層構造からなる櫛型電極を備え、前記上部電極層は、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉにより形成され、前記下部電極層は、ＡｌＧａＮにより形成されることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４に記載のように、請求項３に記載の弾性表面波デバイスの作製方法であって、前記基板上に、前記ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させた後、スパッタ法によりＳｉを堆積させ、前記ＳｉにＰ、ＡｓまたはＢイオンを注入し、熱処理を行った後、前記ＡｌＧａＮおよびｎ型またはｐ型にドーピングされた前記Ｓｉを選択的にエッチングすることにより、前記櫛型電極の前記上部電極層および前記下部電極層を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性を活かし、高温環境下で使用できる弾性表面波デバイス、その作製方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面構造を示す模式図、図２は、図１に示す弾性表面波デバイスの平面図、図３は、図２に示す櫛型電極２の一部を拡大した拡大図である。図に示すように、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスは、櫛型電極２を基板１上の両端部に備えている。ここで、基板１は、後述するように、サファイア基体の表面にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させて形成している。そして、基板１の表面上に、電極幅ｈ、電極空隙ａ、交差幅Ｈおよび電極周期Ｔの櫛型電極２を形成している。そして、櫛型電極２の交差幅Ｈを励振される弾性表面波の波長の１００倍とし、櫛型電極２間の距離Ｌを１．５ｍｍから５ｍｍとしている。
【００１２】
また、第１の実施形態に係る櫛型電極２は、上部電極層２ａと下部電極層２ｂの二層構造で形成されている。従来の弾性表面波デバイスに備えられた櫛型電極６の材料は、サファイア基体の表面にナイトライド系材料であるＧａＮを形成した基板１に比べて融点の低いＡｌであったため、ナイトライド系材料の特徴である高耐熱性を十分に活かした、高温環境下で使用できるデバイスの実現が困難となるといった問題があった。そこで、第１の実施形態では、櫛型電極２を上部電極層２ａと下部電極層２ｂとの二層構造とし、ｎ型またはｐ型にドーピングされたナイトライド系材料であるＧａＮで上部電極層２ａを形成し、広バンドギャップ材料であるＡｌＧａＮで下部電極層２ｂを形成している。ＧａＮの融点は１０００℃以上であるため、これにより、耐熱性および耐電圧性を２倍以上に向上させ、ＧａＮの特徴である高耐熱性を活用でき、高温環境下でも使用可能な弾性表面波デバイスを提供することができる。
【００１３】
また、第１の実施形態では、図１に示したように、櫛型電極２の下部電極層２ｂを広バンドギャップ材料であるＡｌＧａＮにより形成しているので、リーク電流を低減でき、基板１上に励振される弾性表面波の損失を減少させることができる。
【００１４】
以下に、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスの作製方法について説明する。図４、図５は、図１に示す弾性表面波デバイスを作製する手順を示した作業手順図である。図４（ａ）に示すように、まず、サファイア基体の表面にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させて、基板１を作製する。次に、図４（ｂ）に示すように、基板１の表面のＧａＮ層上に、ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させて、ＡｌＧａＮ膜４を形成する。更に、図４（ｃ）に示すように、キャリア濃度が１０１８ｃｍ−３以上となるように、ＳｉまたはＭｇをドーピングしたＧａＮをＡｌＧａＮ膜４上にエピタキシャル成長させる。そして、５００〜１０００Å程度の厚さで、ｎ型またはｐ型にドーピングしたＧａＮ膜３を形成する。
【００１５】
次に、図４（ｄ）に示すように、ｉ線ステッパを用いて、０．５μｍ厚さのレジスト５を塗布した後、露光することで、パターンを形成する。その後、図５（ｅ）に示すように、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング装置で、ＳｉまたはＭｇをドーピングしたＧａＮ膜３および、ＡｌＧａＮ膜４と塩素系ガスとを化学反応させて、揮発性の塩化物を生成させて、ＧａＮ膜３および、ＡｌＧａＮ膜４を選択的にエッチングする。この工程により、櫛型電極２の上部電極層２ａと下部電極層２ｂが形成される。最後に、図５（ｆ）に示すように、レジスト除去液を使用して、レジスト５を取り除くことで、櫛型電極２を作製している。
【００１６】
上記の作製方法により、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスを作製する場合、ＧａＮの特徴である高耐熱性を活用でき、高温環境下でも使用可能な弾性表面波デバイスを作製することができる。また、上記の作製方法によれば、サファイア基体の表面にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させて基板１を作製する工程で、櫛型電極２を形成する上部電極層２ａの材料であるＡｌＧａＮと、下部電極層２ｂの材料であるｎ型またはｐ型にドーピングされたＧａＮとを同時に堆積させることができる。また、図４および図５に示した作製方法によれば、櫛型電極２の電極幅ｈを０．３μｍ程度まで細くすることができる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスと異なる点を中心に図６〜図８を参照して説明する。また、第２に実施形態に係る弾性表面波デバイスについて、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスと同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。
【００１８】
なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１９】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面構造を示す模式図である。図６に示すように、第２の実施形態に係る櫛型電極９を備える弾性表面波デバイスは、図１および図２に示した第１の実施形態に係る櫛型電極２を備える弾性表面波デバイスと同じ構造をしている。また、第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスを形成している材料も、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスを形成している材料とほとんど同じである。第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスが、第１の実施形態と異なる点は、櫛型電極９の上部電極層９ａの材料が異なるだけである。第２の実施形態では、櫛型電極９の上部電極層９ａをｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉで形成し、下部電極９ｂを広バンドギャップ材料であるＡｌＧａＮにより形成している。Ｓｉの融点が１４１０℃であるため、これにより、耐熱性および耐電圧性を２倍以上に向上させることができ、ＧａＮの特徴である高耐熱性を活用でき、高温環境下でも使用可能な弾性表面波デバイスを提供することができる。更に、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉは、どのような基板上にも堆積可能である。そして、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスは、櫛型電極９の交差幅Ｈを励振される弾性表面波の波長の１００倍とし、櫛型電極９間の距離Ｌを１．５ｍｍから５ｍｍとしている。
【００２０】
次に、第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスの作製方法について説明する。図７、図８は、図６に示す弾性表面波デバイスを作製する手順を示した作業手順図である。図７（ａ）に示すように、サファイア基体の表面にアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させて、基板１を作製する。次に、図７（ｂ）に示すように、基板１の表面のＧａＮ層上に、ＡｌＧａＮをエピタキシャル成長させて、ＡｌＧａＮ膜４を形成する。更に、図７（ｃ）に示すように、スパッタ法によりＳｉを５００〜１０００Å堆積し、Ｓｉ膜を形成する。その後、ＳｉにＰ、ＡｓまたはＢイオンを注入し、９００℃以上の熱処理を行い、Ｓｉのキャリア濃度を１０１８ｃｍ−３以上とする。よって、ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉ膜８が形成される。
【００２１】
次に、図７（ｄ）に示したように、ｉ線ステッパを用いて、０．５μｍ厚さのレジスト５を塗布した後、露光することで、パターンを形成する。その後、図８（ｅ）に示すように、フッ素系の反応性イオンエッチング装置を用いて、Ｓｉとフッ素系ガスとを化学反応させて、揮発性のフッ素化合物を生成させて、Ｓｉ膜８を選択的にエッチングする。この工程で、櫛型電極９の上部電極層９ａが形成される。更に、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング装置を用いて、ＡｌＧａＮ膜４と塩素系ガスとを化学反応させて、揮発性の塩化物を生成させて、ＡｌＧａＮ膜４を選択的にエッチングする。この工程で、櫛型電極９の下部電極層９ｂが形成される。最後に、図８（ｆ）に示すように、レジスト除去液を使用して、レジスト５を取り除くことで、櫛型電極９を作製している。
【００２２】
上記の作製方法により、ＧａＮの特徴である高耐熱性を活用でき、高温環境下でも使用可能な弾性表面波デバイスを作製することができる。また、図７および図８に示した作製方法によれば、櫛型電極９の電極幅ｈを０．３μｍ程度まで細くすることができる。
【００２３】
なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスおよび、第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスに使用される基板１は、サファイア基体にＧａＮを堆積させて形成されているが、特にこれに限定されるものでなく、他の材料の基体、例えば、ＳｉＣ基体またはＳｉ基体にＧａＮを堆積させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、基板上に櫛型電極を備える弾性表面波デバイスであれば、例えば、フィルタ、発信器、共振子および遅延線等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面構造を示す模式図である。
【図２】図１に示す弾性表面波デバイスの平面図である。
【図３】図２に示す櫛型電極の一部を拡大した拡大図である。
【図４】図１に示す弾性表面波デバイスを作製する手順を示した作業手順図である。
【図５】図４に続く作業手順図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る弾性表面波デバイスの断面構造を示す模式図である。
【図７】図６に示す弾性表面波デバイスを作製する手順を示した作業手順図である。
【図８】図７に続く作業手順図である。
【図９】従来の弾性表面波デバイスの断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  基板、２  櫛型電極、２ａ  上部電極層、２ｂ  下部電極層、
３  ｎ型またはｐ型にドーピングされたＧａＮ膜、４  ＡｌＧａＮ膜、
５  レジスト、８  ｎ型またはｐ型にドーピングされたＳｉ膜、
９  櫛型電極、９ａ  上部電極層、９ｂ  下部電極層
【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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【図８】
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【図９】
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