[发明专利]弹性表面波功能器件

说明书

本发明涉及利用了沿着压电体衬底传输的表面波与半导体中的电子相互作用的弹性表面波放大器和弹性表面波卷积器等弹性表面波功能器件。

作为以往的应用了弹性表面波与半导体层中的电子相互作用的功能器件，有遍及弹性表面波的传输通路的宽度总体进行相互作用的构造的弹性表面波功能器件。例如，作为弹性表面波功能器件一例的弹性表面波放大器，提出了直接型放大器(图2)，分离型放大器(图3)，单片型放大器(图4)3种构造。第1种的直接型放大器是使用CdS和GaAs这样的同时具有压电性和半导体性的压电性半导体衬底11，在其上面设置输入用帘状电极4，输出用帘状电极5以及向压电性半导体衬底11加入直流电场的电极8，对弹性表面波进行放大的构造的放大器。然而，目前尚未发现同时具有大的压电性和大的电子迁移率的压电性半导体。第2种的分离型放大器是在具有大的压电性的半导体衬底1上设置输入用帘状电极4，输出用帘状电极5的同时，借助空隙13配置了电子迁移率大的半导体12的构造的放大器。这种类型的放大器中，半导体和压电体衬底表面的平坦性以及空隙的大小对于增益幅度影响很大。为了得到实用的增益幅度，需要尽可能减小空隙，而且在动作区域中保持恒定。由此工业生产极为困难。另一方面，第3种的单片型放大器是在压电体衬底1上设置输入用帘状电极4，输出用帘状电极5的同时，不具有空隙而借助介质层14形成半导体12的构造的放大器。关于单片型放大器，依据1970年代的山之内等人的研究(K.Yamanouchi，et al.，Proceedings of the IEEE，75，p726(1975))，是在LiNbO₃衬底上以SiO为敷层，在其上面蒸镀50nm的InSb薄膜的构造，作为InSb的电子迁移率可以得到1600cm²/Vs，在使用了该膜的弹性表面波放大器中，加入1100V这样极高的直流电压，在中心频率195MHz可以得到增益40dB。然而，由于不能够得到良好的InSb膜质，因此如果考虑到对实际的便携设备等的应用，则存在驱动电压过高以及低电压下的增益幅度过小这样的问题。

其次，作为利用了弹性表面波和半导体中的电子的相互作用的另一个应用例可以举出弹性表面波卷积器。目前，弹性表面波卷积器作为扩频通信中的CDMA(码分多址)方式用的相关器(correlator)非常引人注目。以往，作为CDMA用相关器研究了数字LSI和模拟LSI等，然而每一种消耗功率都极大，在对于要求低功率化的便携设备等的应用方面成为巨大的障碍。因此在原理上消耗功率为零(0)的弹性表面波卷积器由于存在低消耗功率和不需要同步这样的特点正在开始实用化研究。在弹性表面波卷积器的研究方面，例如在K.Yamanouchi，S.Mitsui，K.Shibayama，IEEE MTT-S Intern.Microwave Symp.Digest，p31(1980)中，以InSb/LiNbO₃系列可以得到-59dBm的卷积输出。

然而，为了能够把单片型放大器应用到实际的便携电话等中，至少要在9V以下这样的实用低电压下得到良好的增益幅度，同时需要以容易的工艺实现。即，如果依据至今为止的技术，则需要进行2位以上的低电压化。另外，关于弹性表面波卷积器，还必须实现大的效率。

在以往的弹性表面波功能器件的构造中，为了使弹性表面波的电的阻抗与半导体的阻抗相匹配，在使用迁移率大的InSb等的半导体的情况下，需要把半导体薄膜的膜厚做得非常薄。然而，在薄的膜厚中，半导体薄膜的晶体性恶化，电子的迁移率减小，不能够得到特性良好的功能器件。另外，在卷积器中，由于半导体层的膜厚薄，在沿着膜厚方向取出输出的方法中，不能够得到高的效率，另外，还存在着如果加厚半导体层的膜厚则薄膜电阻减小，弹性表面波的电场将短路这样的问题。进而，在弹性表面波的传输通路上形成半导体层的构造中，弹性表面波的损失加大，将引起增益幅度和效率的降低。

另外，关于缓冲层的存在，接地电极的位置以及带状电极的形状的相互作用还完全没有引起人们的注意。

从而，本发明的目的在于提供以良好膜质的半导体薄膜作为活化层，配置了半导体使得充分引起弹性表面波与半导体的相互作用的工业制造容易的弹性表面波功能器件。