[发明专利]蓝宝石平面上的氧化锌压电晶体膜

说明书

本发明涉及一种提供在蓝宝石平面上的氧化锌压电晶体膜，该晶体膜用于在一种声表面波器件中的声表面波的传播。

用于SAW器件的一种典型的声表面波(SAW)基片，由在一种非压电衬底上提供一种压电晶体膜而制得。为激发声表面波，由一种叉指电极形成的换能器提供于一压电晶体膜的外表面，或提供于该压电晶体膜和非压电衬底间的界面上。

关于上述SAW基片，已知的是一种由蓝宝石(α-Al₂O₃)的非压电衬底和一氧化锌(ZnO)的压电晶体膜形成的SAW基片。与这样的氧化锌/蓝宝石SAW基片相关，又进一步使用了(0112)一平面切向蓝宝石(以下称为“R-平面蓝宝石”)，这样，(1120)—平面氧化锌(以下称为Q-平面ZnO)外延生长在此R-平面上。

图1显示了一种SAW基片3，该基片如前所述，由在一R-平面蓝宝石衬底1上生长Q-平面ZnO外延膜2而获得。与该SAW基片3有关，当该蓝宝石衬底1的R-平面和氧化锌外延膜2的Q-平面互为平行，且氧化锌外延膜2的〔0001〕方向(C-轴向)和该蓝宝石衬底1的〔0111〕方向(D-轴向)互为平行，如图1中箭矢所示，则SAW基片3可提供一种高声速和高耦合。

为了在蓝宝石衬底1上形成氧化锌外延膜2，通常使用化学输运法、CVD或溅射法。而上述方法中，特别广泛使用溅射法。

当用溅射法在一蓝宝石的R-平面上形成一纯氧化锌薄膜时，虽然氧化锌(ZnO)的C-轴一定程度上平行于该蓝宝石衬底，且在ZnO的Q-平面上获得一定程度的取向，该取向仍不足以将由这样一层ZnO薄膜形成的SAW基片用于实用。结果，该叉指换能器的特征，如机电耦合系数，仍劣于使用这样的SAW基片的SAW器件中的预定值。

因此，本发明的一个目的是，改善外延生长于上述R-平面蓝宝石衬底上的一种ZnO压电晶体膜的晶体取向。

本发明涉及一种外延生长蓝宝石  R-平面之上的Q-平面氧化锌压电晶体膜，本发明的特征在于，该氧化锌压电晶体膜含有对于Zn和Cu总量而言按重量不大于4.5％的Cu。

上述的、相对于Zn和Cu的总量的Cu含量较好地是选用0.4-4.0％(重量)范围，更好地是选用0.6-3.0％(重量)范围，最好地是选用0.9-2.0％(重量)范围。

在本发明中，其上形成ZnO压电晶体膜的蓝宝石的R-平面在制造过程中，有占精确的R-平面的约±2％的分散。然而，这样一个范围内的分散实质上并不导致效果的不同。换句话说，可以在蓝宝石上形成一个Q-平面ZnO外延膜，尽管其切割平面偏差约±2％。

根据本发明，如从下述实施例的描述可清楚看到，可以获得一种具有优异取向的Q-平面ZnO压电晶体膜。因此，根据由该ZnO压电晶体膜所形成的SAW基片，可以改善叉指换能器的性能，如机电耦合系数，从而，由此提供一种完全可行的SAW器件。

结合附图，从下述对本发明的详细描述，将使得本发明的上述的、及其它的目的、特征、领域及优点更加显见。

图1为说明本发明所注意的SAW基片的透视图；

图2为说明RF磁控溅射装置的剖视图；

图3为说明一衍射峰半带宽的定义图；

图4说明随Cu含量的ZnO薄膜中的衍射峰半带宽的变化。

如图1所示及以上所述，本发明涉及一种由在一R-平面蓝宝石衬底1上生长Q-平面ZnO外延膜2而获得的SAW基片3。在该SAW基片3中，ZnO外延膜2的C-轴向平行于该蓝宝石衬底1的D-轴向。该ZnO外延膜2不是纯ZnO所制，而是含有Cu。该Cu含量不大于Zn和Cu总量的4.5％(重量)。包含上述含量的Cu的ZnO外延膜2具有优异的取向。

如前所述，在R-平面蓝宝石衬底上含有前述量的Cu的Q-平面ZnO外延膜2的形成方法有化学输运法、CVD及溅射法。特别是，用溅射法，可以在较低温度下，获得具有优异、高品质的表面平滑度的ZnO外延膜2。

图2显示了一种RF磁控溅射装置4，作为一溅射器例子。该溅射装置4包括一气密容器5，并设有一进气口6和出气口7。一种适当的溅射气体从进气口6引进该容器5，而存留于该容器5的气体被一泵(图中未示)强制地从出气口7排放出。上述R-平面蓝宝石衬底1置于该容器5中，一靶极8置于正对着蓝宝石衬底1之下。一高频(RF)电源(9)施加高频电压于一阳极(未示)及一阴极(未示)之间。该阳极和阴极分别置于蓝宝石衬底1的上、下表面及靶极8。一磁铁10置于靶极8之下。