JP3829644B2

JP3829644B2 - Surface wave device, transverse wave transducer, and method of manufacturing longitudinal wave transducer

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Publication number: JP3829644B2
Application number: JP2001134109A
Authority: JP
Inventors: 道雄門田; 俊徳三浦
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2001-05-01
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2021-05-01
Also published as: JP2002026687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に低抵抗のＺｎＯ膜を電極として機能するように形成してなる構造を有する表面波装置、横波トランスデューサー及び縦波トランスデューサーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−１６２８８１号公報には、不純物をドープすることにより低抵抗化されたＺｎＯ層を電極として用いた弾性表面波フィルタが開示されている。この先行技術に記載の弾性表面波フィルタの製造方法では、基板上にＺｎＯ層が形成され、該ＺｎＯ層にイオン注入を行うことにより、基板とＺｎＯ層との界面近傍においてＺｎＯに不純物がドープされることにより形成された低抵抗のＺｎＯ層が形成される。また、上記低抵抗のＺｎＯ層がインターデジタル電極として利用されている。すなわち、基板上に低抵抗のＺｎＯからなるインターデジタル電極が形成されており、該インターデジタル電極上にＺｎＯ層が圧電層として形成されている弾性表面波フィルタが開示されている。
【０００３】
他方、特開平８−２２８３９８号公報には、同様に低抵抗のＺｎＯ層を用いた横波トランスデューサーが開示されている。ここでは、
【０００４】
【数１】

【０００５】
からなる支持体上に、電極として機能する低抵抗のＺｎＯ層が形成されており、第１のＺｎＯ層上にエピタキシャル膜として形成された高抵抗の第２のＺｎＯ層が形成されており、該第２のＺｎＯ層上に電極が形成されている。
【０００６】
なお、以下においては、
【０００７】
【数２】

【０００８】
を「バー１」と表現する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１６２８８１号公報や特開平８−２２８３９８号公報に記載の弾性表面波フィルタ及び横波トランスデューサーは、圧電体としてのＺｎＯ層に接するように、不純物が含有された低抵抗のＺｎＯ層を形成し、該低抵抗のＺｎＯ層を電極として用いることにおいて共通している。
【００１０】
しかしながら、特開平８−１６２８８１号公報に記載の弾性表面波フィルタにおける低抵抗のＺｎＯ層は、比抵抗ρが１×１０^-3Ω・ｃｍ程度と低いものの、インターデジタル電極を構成する材料としてはその比抵抗ρは高すぎるものであった。インターデジタル電極を構成する通常の電極材料であるＡｌやＡｕの比抵抗は、２×１０^-8Ω・ｃｍ程度である。そのため、特開平８−１６２８８１号公報に記載の弾性表面波フィルタでは、インターデジタル電極が大きな抵抗を有し、挿入損失が非常に大きく、実際には使用できないものであった。
【００１１】
また、この先行技術に記載の製造方法では、低抵抗のＺｎＯ層はイオン注入により形成されているので、製造装置が高価となり、かつ基板やＺｎＯ膜などに歪みが入りやすく、特性が不安定になったり、不純物がＺｎＯ層に均一に注入され難いという問題があった。
【００１２】
他方、特開平８−２２８３９８号公報には、ＺｎＯ成形体にＡｌなどの不純物をドープしたターゲットを用いてスパッタリングすることにより、基板上に低抵抗のＺｎＯ層を形成する工程が開示されている。この方法によれば、特開平８−１６２８８１号公報に記載の弾性表面波フィルタの製造方法に比べて、不純物が均一に分布され、かつ比抵抗ρをより低くすることができる。
【００１３】
もっとも、特開平８−２２８３９７号公報は、Ｒ面サファイアからなる支持体上において、低抵抗のＺｎＯ層と、高抵抗の第２のＺｎＯ層と電極とを形成した横波トランスデューサーを開示しているにとどまり、インターデジタル電極を用いた表面波装置については、何ら言及していない。
【００１４】
本発明の目的は、不純物がドープされた低抵抗のＺｎＯ層を持つ電極として用いており、かつ挿入損失を低減することができる表面波装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、様々な基板材料を用いて構成することができ、低抵抗のＺｎＯ層を電極として用いた横波トランスデューサー及び縦波トランスデューサーの製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、Ｒ面サファイア、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、（１１１），（１００）または（０１１）面シリコン、Ｚカット水晶、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ₃、及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃並びにそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種の材料からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯに不純物がドープされている低抵抗のＺｎＯ層からなる電極と、前記ＺｎＯ層からなる電極上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１０⁶Ω・ｃｍ以上であり、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成されたインターデジタル電極とを備える表面波装置の製造方法であって、前記基板上に不純物としてＡｌが０．３〜５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９５％以上としてスパッタリングにより前記低抵抗のＺｎＯ層からなる電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上にインターデジタル電極を形成する工程とを備える表面波装置の製造方法である。
本願の第２の発明は、Ｒ面サファイア、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、（１１１），（１００）または（０１１）面シリコン、Ｚカット水晶、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ ₃ 、及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ ₃ 並びにそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種の材料からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯに不純物がドープされている低抵抗のＺｎＯ層からなる電極と、前記ＺｎＯ層からなる電極上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１０ ⁶ Ω・ｃｍ以上であり、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成されたインターデジタル電極とを備える表面波装置の製造方法であって、前記基板上に不純物としてＧａが０．３〜５．５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９３．５％以上としてスパッタリングにより低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上にインターデジタル電極を形成する工程とを備える表面波装置の製造方法である。
本願の第３の発明は、Ｒ面サファイア、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、（１１１），（１００）または（０１１）面シリコン、Ｚカット水晶、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ ₃ 、及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ ₃ 並びにそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種の材料からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯに不純物がドープされている低抵抗のＺｎＯ層からなる電極と、前記ＺｎＯ層からなる電極上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１０ ⁶ Ω・ｃｍ以上であり、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成されたインターデジタル電極とを備える表面波装置の製造方法であって、前記基板上に、不純物としてＶが０．３〜５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９４％以上としてスパッタリングにより低抵抗のＺｎＯ膜からなる前記電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上にインターデジタル電極を形成する工程とを備える表面波装置の製造方法である。
【００１８】
なお、ｃ軸に平行な面のサファイアとしては、ａ面サファイアやｍ面サファイアが挙げられる。
【００２１】
本願の第４の発明は、（０，バー１，１，２）面サファイア、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ ₃ 及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ ₃ からなる群から選択した１種からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯにＧａが不純物としてドープされている低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極と、前記低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜されており、比抵抗ρが１０ ⁶ Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成された電極とを備える横波トランスデューサーの製造方法であって、前記基板上に不純物としてＡｌが０．３〜５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９５％以上としてスパッタリングにより前記低抵抗のＺｎＯ層からなる電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程とを備える横波トランスデューサーの製造方法である。
本願の第５の発明は、（０，バー１，１，２）面サファイア、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴＯ₃及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ₃からなる群から選択した１種からなる基板と、該基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯにＧａが不純物としてドープされている低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極と、前記低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜されており、比抵抗ρが１０⁶Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、圧電膜上に形成された電極とを備える横波トランスデューサーの製造方法であって、前記基板上に不純物としてＧａが０．３〜５．５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９３．５％以上としてスパッタリングにより低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程とを備える横波トランスデューサーの製造方法である。
本願の第６の発明は、（０，バー１，１，２）面サファイア、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ ₃ 及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ ₃ からなる群から選択した１種からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯにＧａが不純物としてドープされている低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極と、前記低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜されており、比抵抗ρが１０ ⁶ Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成された電極とを備える横波トランスデューサーの製造方法であって、前記基板上に、不純物としてＶが０．３〜５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９４％以上としてスパッタリングにより低抵抗のＺｎＯ膜からなる前記電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程とを備える横波トランスデューサーの製造方法である。
【００２３】
本願の第７の発明は、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、Ｚカット水晶及びそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯにＶが不純物としてドープされている低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極と、前記低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜されており、比抵抗ρが１０ ⁶ Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成された電極とを備える縦波トランスデューサーの製造方法であって、前記基板上に不純物としてＡｌが０．３〜５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９５％以上としてスパッタリングにより前記低抵抗のＺｎＯ層からなる電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程とを備える縦波トランスデューサーの製造方法である。
本願の第８の発明は、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、Ｚカット水晶及びそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種からなる基板と、前記基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯにＶが不純物としてドープされている低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極と、前記低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜されており、比抵抗ρが１０ ⁶ Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成された電極とを備える縦波トランスデューサーの製造方法であって、前記基板上に不純物としてＧａが０．３〜５．５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９３．５％以上としてスパッタリングにより低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程とを備える縦波トランスデューサーの製造方法である。
本願の第９の発明は、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、Ｚカット水晶及びそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種からなる基板と、該基板上にエピタキシャル膜として形成されており、比抵抗ρが１Ω・ｃｍ以下であり、ＺｎＯにＶが不純物としてドープされている低抵抗のＺｎＯ膜からなる電極と、前記低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜されており、比抵抗ρが１０⁶Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜と、前記圧電膜上に形成された電極とを備える縦波トランスデューサーの製造方法であって、前記基板上に、不純物としてＶが０．３〜５重量％の割合でドープされたターゲットを用い、スパッタリング時の雰囲気をＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率９４％以上としてスパッタリングにより低抵抗のＺｎＯ膜からなる前記電極を形成する工程と、前記電極上に前記圧電膜を形成する工程と、前記圧電膜上に電極を形成する工程とを備える縦波トランスデューサーの製造方法である。
本願の第１〜第９の発明では、好ましくは、前記比抵抗のＺｎＯ層からなる電極を形成する工程において、前記スパッタリング時の基板温度は２００℃以上とされる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る表面波装置の一実施例を説明するための平面図及び部分切欠正面断面図である。
セザワ波を利用した表面波装置１では、基板２上に低抵抗のＺｎＯ膜３が形成されており、該低抵抗のＺｎＯ膜３上に圧電膜４が形成されている。低抵抗のＺｎＯ膜３は、短絡電極として機能するものである。上記圧電膜４上には、インターデジタル電極５が形成されている。
【００２７】
基板２を構成する材料としては、ＺｎＯ膜３がエピタキシャル成長し得る適宜の材料、例えば、Ｒ面サファイア、ｍ面サファイア、ａ面サファイア、ｃ面サファイア面、Ｚカット水晶、回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ₃、または３３°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃などを用いることができる。
【００２８】
ＺｎＯ膜３は、ＺｎＯに不純物をドープすることにより低抵抗化されており、短絡電極として機能させるために設けられている。上記ＺｎＯにドープされる不純物としては、特に限定されるわけではないが、III Ａ、III Ｂ、ＶＡ、ＶＢ族の原子または分子が挙げられ、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｖ、ＮｂまたはＡｓを例示することができる。
【００２９】
上記ＺｎＯ膜３の形成に際しては、好ましくは薄膜形成法が用いられる。薄膜形成法としては、スパッタリングあるいはＣＶＤなどの適宜の方法を用いることができる。スパッタリングによりＺｎＯ膜３を形成する場合、Ｚｎに上記不純物を含有させてなるターゲットまたはＺｎＯ粉末と不純物の粉末とを混合して成形されたターゲットを用いることにより、上記低抵抗のＺｎＯ膜３を形成することができる。上記のように、スパッタリングやＣＶＤにより形成された低抵抗のＺｎＯ膜３では、前述した特開平８−１６２８８１号公報に記載のようなイオン注入法を用いた場合に比べて、低抵抗のＺｎＯ膜の比抵抗をより効果的に低下させることができ、例えば１×１０^-5Ω・ｃｍ程度の比抵抗ρを実現することができる。
【００３０】
また、イオン注入と異なり、高価かつ大がかりな装置を必要としない上、余分な工程がないため、ＺｎＯ膜３は、容易に形成され得る。また、イオン注入法は膜の上と下で注入量に分布があり、部分的に比抵抗の大きい層が存在し、その大きい比抵抗がＳＡＷの挿入損失をより増大させるという欠点を有していた。
【００３１】
なお、ＺｎＯにドープされる上記不純物の含有割合については、目的とする比抵抗ρにもよるが、好ましくは、ＺｎＯ１００重量％に対し、５．２重量％以下とされる。５．２重量％を超えると、比抵抗が小さくならず大きくなることがある。
【００３２】
次に、不純物がドープされたＺｎＯターゲットを用いてＥＣＲスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成した場合のスパッタリングの条件と形成される低抵抗のＺｎＯ膜の比抵抗との関係を図２〜図４に示す。
【００３３】
図２〜図４において、横軸は、それぞれ、ターゲット中に含まれる不純物量、スパッタリングに際しての雰囲気ガスとしてＡｒとＡｒ＋Ｏ₂の混合ガスを用いた場合のこれらの比、及びガス流量を示す。なお、図２において、横軸の不純物量は、不純物としてのＡｌ、ＧａまたはＶがＺｎＯセラミックターゲット中にドープされている割合（重量％）を示す。また、図２においては、基板加熱温度は４００℃、ガス流量は１０ＳＣＣＭ、雰囲気ガスはＡｒ１００％とされている。
【００３４】
また、図３では、ターゲットとしてＺｎＯに、Ａｌ₂Ｏ₃を１重量％不純物としてドープしたものを用い、ガス流量は１０ＳＣＣＭとされている。
図４では、ターゲットとしてＺｎＯセラミックターゲットに、Ａｌ₂Ｏ₃を１重量％ドープしたものを用い、基板加熱温度は４００℃、雰囲気ガスはＡｒ１００％とした。
【００３５】
図２〜図４から、ＥＣＲスパッタにより、比抵抗が１×１０^-3Ω・ｃｍのＺｎＯ膜を得るには、雰囲気ガスとして、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比９８％以上、雰囲気ガス流量４０ＳＣＣＭ以下、ガス圧２．３×１０^-3Ｔｏｒｒ以下、基板加熱温度２００℃以上、ターゲットにドープされる不純物濃度０．３〜５．２％とすることが望ましいことがわかる。
【００３６】
また、図２〜図４から明らかなように、これらの条件を調整することにより、８×１０^-4Ω・ｃｍ以下の比抵抗のＺｎＯ膜を容易に形成し得ることがわかる。次に、ＲＦマグネトロンスパッタにより、同様に低抵抗のＺｎＯ膜を形成し得ることを、図５〜図１０を参照して説明する。
【００３７】
図５ではターゲットとしてＺｎにＡｌを不純物としてドープさせたターゲットにおいてＡｌ含有量を変化させた場合の比抵抗の変化を示す。ここでは、基板加熱温度は４００℃、雰囲気ガスはＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比９６．５％とした。
【００３８】
また、図６は、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比すなわち雰囲気ガス組成を変化させた場合の比抵抗の変化を示す。ここでは、不純物としてＡｌが１重量％含有されたＺｎメタルターゲットを用いた。
【００３９】
図５及び図図６から明らかなように、Ａｌを不純物としてドープしたＺｎメタルターゲットを用い、ＲＦマグネトロンスパッタによりＺｎＯ膜を形成する場合、不純物量及び基板温度並びにガス組成を調整することにより、上記と同様に１×１０^-3Ω・ｃｍ以下及び８×１０^-4Ω・ｃｍ以下の比抵抗のＺｎＯ薄膜を形成し得ることがわかる。なお、ＲＦマグネトロンスパッタで低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合、ターゲットとしては、ＺｎメタルターゲットだけでなくＺｎＯセラミックターゲットを用いてもよいことが確かめられている。その場合には、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）のガス組成は特に限定されず、また、ガスとしてＡｒのみを用いてもよい。
【００４０】
図７及び図８は、不純物としてＡｌに代えてＧａを用いたことを除いては、図５及び図６と同様にしてＺｎＯ膜を形成した場合の結果を示し、図７及び図８は、図５及び図６に相当する図である。また、図９及び図１０は、不純物としてＡｌに代えてＶを用いたことを除いては図５及び図６と同様にしてＺｎＯ膜を形成した場合の結果を示し、図９及び図１０は、図５及び図６に相当する図である。
【００４１】
図７〜図１０から明らかなように、不純物としてＧａやＶを用いた場合においても、ＲＦマグネトロンスパッタにより、比抵抗が１×１０^-3Ω・ｃｍ以下及び８×１０^-4Ω・ｃｍ以下のＺｎＯ膜を形成し得ることがわかる。
【００４２】
また、図５及び図６から、ＲＦマグネトロンスパッタにより、不純物としてＡｌを用いて低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合には、所望とする１×１０^-3Ω・ｃｍ以下の比抵抗を実現するには、不純物量は０．３〜５重量％、基板加熱温度は２００℃以上、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比は９５％以上とすればよいことがわかる。
【００４３】
同様に、図７及び図８から、Ｇａを不純物として用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗１×１０^-3Ω・ｃｍ以下のＺｎＯ膜を形成する場合には、Ｇａの含有量は０．３〜５．５重量％、基板加熱温度は２００℃以上、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比は９３．５％以上とすればよいことがわかる。さらに、Ｖを不純物として用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより、低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合には、比抵抗が１×１０^-3Ω・ｃｍ以下とするには、Ｖのドープされる割合を０．３〜５重量％、基板加熱温度を２００℃以上、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比を９４％以上とすればよいことがわかる。
【００４４】
前述したＺｎＯ膜３を形成した後に、圧電膜４が形成される。圧電膜４を構成する材料は、比抵抗ρが１０⁶Ω・ｃｍ以上であり、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜を形成し得る限り特に限定されないが、好ましくは、ＺｎＯ、ＡｌＮまたはＧａＮが用いられる。
【００４５】
上記圧電膜４上に、インターデジタル電極５が形成される。インターデジタル電極５は、適宜の電極材料、例えばＡｌ、Ａｕ、またはＣｕなどにより形成することができる。
【００４６】
本実施例の表面波装置１では、基板２上に低抵抗のＺｎＯ膜３が短絡電極として形成されており、さらに圧電膜４及びインターデジタル電極５が積層されている構造を有するため、挿入損失が小さい、高効率の表面波装置を提供することができる。
【００４７】
セザワ波を利用した表面波装置では、基板として、Ｒ面サファイア、ｃ面サファイア、シリコン等の音速の速い基板を用い、従来、▲１▼ＩＤＴ／圧電膜／基板からなる基板、▲２▼ＩＤＴ／圧電膜／短絡電極／基板からなる基板、▲３▼圧電膜／ＩＤＴ／基板からなる基板、▲４▼短絡電極／圧電膜／ＩＤＴ／基板からなる基板の４種類の積層構造が知られていた。この場合の圧電膜としてＺｎＯ膜を用いた場合の電気機械結合係数ｋとＺｎＯ膜の規格化膜厚Ｈ／λ（ＨはＺｎＯ膜の膜厚、λは表面波の波長）との関係は、図１１に示すとおりであった。すなわち、上述した４種類の積層構造のうち、▲２▼の構造、ＩＤＴ／圧電膜／短絡電極／基板からなる基板の構造において、電気機械結合係数ｋが一番大きく、従って、電気とＳＡＷの変換効率が優れていることがわかる。
【００４８】
もっとも、従来、Ｒ面サファイアからなる基板上に、ＺｎＯなどの圧電膜を形成した場合（１，１，バー２，０）、（１００）または（１１０）配向のエピタキシャル膜を形成することができるものの、Ｒ面サファイアからなる基板上に金属材料を用いて短絡電極を形成した場合には、該短絡電極上にＺｎＯ膜などの圧電膜を形成した場合、該圧電膜はエピタキシャル膜にならず、しかも（０，０，０，１）配向の膜ができていた。従って、従来、実際には、電気機械結合係数ｋが小さいにも関わらず、上記▲１▼の構造、すなわちＩＤＴ／圧電膜／Ｒ面サファイアからなる基板の積層構造が用いられていた。（１，バー１，０，０）面サファイアやｃ面サファイアの場合、サファイア基板上には（０，０，０，１）配向のエピタキシャル圧電膜ができるが、金属電極上には多結晶の（０，０，０，１）配向の圧電膜しかできず、ＳＡＷの電気機械結合係数が小さく、伝搬ロスの大きいものとなっていた。
【００４９】
これに対して、本願発明者は、上記のように、ＺｎＯに不純物をドープして成膜された低抵抗のＺｎＯ膜３をＲ面サファイアからなる基板上に形成すれば、該ＺｎＯ膜の比抵抗ρが１０^-5Ω・ｃｍ程度の非常に低抵抗のＺｎＯ膜３が形成されること、さらに、該ＺｎＯ膜３上に、さらに、基板２の加熱温度を２００℃以上として、ＺｎＯ膜を成膜すれば、圧電性のあるエピタキシャル膜を形成し得ることを見出した。
【００５０】
本実施例では、このような知見に基づいてなされたものであり、基板２上に、まず低抵抗のＺｎＯ膜３を形成することにより、ＺｎＯなどからなる圧電膜４をエピタキシャル膜として形成することが可能とされている。従って、上記のように電気機械結合係数が大きな積層構造である▲２▼の構造を利用して変換効率に優れ、挿入損失が小さい表面波装置を提供することができる。
【００５１】
上記のように、Ｒ面サファイア上に、低抵抗のＺｎＯ膜を形成した状態、及び該ＺｎＯ膜３上にＺｎＯ膜を形成した状態を、それぞれ、図１２及び図１３にＲＨＥＥＤ写真で示す。図１２及び図１３のＲＨＥＥＤではいずれもスポット状の回析パターンを示していることから明らかなように、ＺｎＯ膜３及び圧電膜４としてのＺｎＯ膜のいずれもがエピタキシャル膜であることわかる。
【００５２】
なお、図１２及び図１３に示した低抵抗のＺｎＯ膜３及び圧電膜４としてのＺｎＯ膜の成膜条件は以下のとおりである。
（ａ）ＺｎＯ膜３の成膜方法及び条件
ＲＦマグネトロンスパッタ、ＺｎにＡｌを１％ドープしたターゲット、基板加熱温度２５０℃、ＲＦパワー１ＫＷ、導入ガスＡｒ＋Ｏ₂、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比９６．５％、ガス圧７×１０^-3Ｔｏｒｒ。
【００５３】
（ｂ）圧電膜４としてのＺｎＯ膜の成膜方法及び条件
ＲＦマグネトロンスパッタ、９９．９９％のＺｎターゲット、基板加熱温度２００℃、ＲＦパワー１ＫＷ、導入ガスＡｒ＋Ｏ₂、ガス圧７×１０^-3Ｔｏｒｒ。
【００５４】
図１４は、本発明の他の実施例としての横波トランスデューサーを説明するための断面図である。
横波トランスデューサー１１では、基板１２上に、低抵抗のＺｎＯ膜１３が形成されており、該低抵抗のＺｎＯ膜１３上に高抵抗の圧電膜１４が形成されている。圧電膜１４上には、金属電極１５が形成されている。また、低抵抗のＺｎＯ膜１３上において、上記圧電膜１４と隔てられて、基板１２の一方端縁１２ａに沿って金属電極１６が形成されている。
【００５５】
横波トランスデューサー１１では、電極１５，１６間に交流電圧を印加することにより横波バルク波が矢印Ａ方向に伝搬し、入力信号を横波に変換することができる。
【００５６】
基板１２は、上記のように横波バルク波を伝搬させるために設けられている。従って、横波バルク波が伝搬し得る材料、例えば、（０，バー１，１，２）面サファイア、３３°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃を用いて構成することができる。すなわち、前述した特開平８−２２８３９８号公報に記載の横波トランスデューサーでは、Ｒ面サファイアからなる支持体が用いられていたが、本実施例の横波トランスデューサー１１では、支持体としての基板１１は、上記種々の基板材料により構成することができる。Ｒ面サファイアはシート状で引き上げて育成されるため、通常横波トランスデューサーで必要とされる３０ｍｍ以上の基板は別の方法で育成する必要があり、高価であるという欠点があった。また、不純物をドープした低比抵抗のＺｎＯ膜はＲ面サファイアより、（０，バー１，１，２）面サファイア、３３°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃の方が配向しやすい（ＸＲＤの半値幅で２／３）ことを見い出した。
【００５７】
本実施例においても、基板１２上に低抵抗のＺｎＯ膜１３が第１の実施例と同様にして形成される。この低抵抗のＺｎＯ膜１３は電極として機能し、すなわち電極１６に電気的に接続されている電極として機能し、圧電膜１４に電極１５との間で電界を印加するように機能する。低抵抗のＺｎＯ膜１３は、第１の実施例と同様に形成され、従って、比抵抗は１０^-5Ω・ｃｍ程度とされている。
【００５８】
ＺｎＯ膜１３上に形成される圧電膜１４は、第１の実施例の圧電膜４と同様の材料で構成される。すなわち、ＺｎＯの格子定数の±２０％以内であり、比抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ以上である圧電材料、例えばＺｎＯ、ＡｌＮまたはＧａＮにより構成することができる。
【００５９】
電極１５，１６は、Ａｌ、Ａｕ、またはＣｕなどの適宜の金属材料を用いて構成することができる。
本実施例においても、低抵抗のＺｎＯ膜１３が第１の実施例のＺｎＯ膜３と同様にして形成され、その上に、上記圧電材料からなる圧電膜１４が形成されるので、ＺｎＯ膜１３及び圧電膜１４はエピタキシャル膜として形成される。すなわち、圧電膜１４が（１１０）方向に配向しているので、２００ＭＨｚ〜２ＧＨｚの高周波域で用いる高周波トランスデューサーを構成することができる。
これを、具体的な実験例につき説明する。
【００６０】
以下の材料を用いて、本実施例の横波トランスデューサー１１を作成した。
すなわち、１０×５×０．３５ｍｍの寸法の３３°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃からなる基板１２上に、０．３μｍの厚みの低抵抗のＺｎＯ膜１３をスパッタリングにより形成した。スパッタリングの条件は以下のとおりである。
【００６１】
ＺｎＯ膜１３の成膜条件
ＲＦマグネトロンスパッタ、ＺｎにＡｌを１％ドープしたターゲット、基板加熱温度２５０℃、ＲＦパワー１ＫＷ、導入ガスＡｒ＋Ｏ₂、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比９６．５％、ガス圧７×１０^-3Ｔｏｒｒ。
【００６２】
次に、ＺｎＯ膜１３上に、２．９μｍの厚みの圧電膜１４としてＺｎＯ膜を形成した。ＺｎＯ膜の成膜条件は以下のとおりである。
【００６３】
圧電膜１４の成膜条件
ＲＦマグネトロンスパッタ、９９．９９％のＺｎターゲット、基板加熱温度２００℃、ＲＦパワー１ＫＷ、導入ガスＡｒ＋Ｏ₂、ガス圧７×１０^-3Ｔｏｒｒ。
【００６４】
上記のようにして形成された圧電膜１４上及びＺｎＯ膜１３上にＡｌ（アルミニウム）からなる電極１５，１６を形成し、横波トランスデューサー１１を得た。この横波トランスデューサー１１の特性を図１５及び図１６に示す。図１５は時間応答を示し、図１６は周波数振幅特性を示す。これらは、ＺｎＯで励振された横波が基板を伝搬し、次に基板の裏から反射して戻ってきて、次には基板の表で反射して、基板の表と裏で反射を繰り返している時間と振幅を表している。図１５の時間の周期及び図１６の周波数間隔から明らかなように、本実施例によれば、高周波域で使用し得る横波トランスデューサーを提供し得ることがわかる。
【００６５】
なお、上記第１，第２の実施例ではそれぞれ、Ｒ面サファイア及び３３°回転ＬｉＴａＯ₃からなる基板２，１２を用いたが、本発明においては、基板として上記のように、種々の基板材料からなるものを用いることができる。
【００６６】
また、第２の実施例の横波トランスデューサーと同様に、本発明に従って縦波トランスデューサーを構成することもできる。
もっとも、縦波トランスデューサーを構成する場合、基板材料としては、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、（１１１），（１００）または（０１１）面シリコン、Ｚカット水晶、並びにそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種が好適に用いられる。これらの基板上に、第１，第２の実施例と同様に、低抵抗のＺｎＯ膜を不純物がドープされたターゲットを用いてスパッタリングにより形成し、しかる後低抵抗のＺｎＯからなる電極上に比抵抗ρが１０⁶Ω・ｃｍ以上の高抵抗を有し、格子定数がＺｎＯの格子定数の±２０％以内である圧電膜を形成し、しかる後圧電膜上に電極を形成すればよい。縦波トランスデューサーを得る場合にも、上記不純物がドープされた低抵抗のＺｎＯ膜は、横波トランスデューサーを構成する場合と同様に構成すればよく、また、圧電膜についても横波トランスデューサーの場合と同様に構成すればよい。
【００６７】
例えばｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面をもつサファイア、Ｚカット水晶及び（１１１），（１００）または（０１１）面シリコンを用いた場合に、低抵抗の（０００１）配向のＺｎＯ膜上に（０００１）配向のエピタキシャルな圧電膜を形成することができ、良好な縦波トランスデューサーを得ることができる。従って、これらの基板材料を用いた場合においても、Ｒ面サファイアからなる基板を用いた場合と同様に、第１，第２の実施例に従って、表面波装置あるいは縦波トランスデューサーを構成することができ、第１，第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明により得られる表面波装置では、基板上に低抵抗のＺｎＯ−エピタキシャル膜層からなる電極と、該ＺｎＯ層上に形成された高抵抗の圧電膜と、該圧電膜上に形成されたインターデジタル電極とが積層されているので、大きな電気機械結合係数が得られるため、挿入損失を小さくすることができ、変換効率を高めることができ、さらに小型化を図ることが可能となる。
【００６９】
上記基板として、Ｒ面サファイア、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、（１１１），（１００）または（０１１）面シリコン、Ｚカット水晶、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ₃、及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃並びにそれらと等価な面を有する材料からなる基板を用いた場合、低抵抗のＺｎＯ層上に（１１０）配向または（００１）配向のエピタキシャルな圧電膜を確実に形成することができ、本発明に従った表面波装置を容易に提供することができる。
【００７０】
第１の発明では、不純物としてのＡｌがＺｎＯ１００重量％に対し、５重量％以下の割合でドープされるので、低抵抗のＺｎＯ層の比抵抗を小さくすることができ、低抵抗のＺｎＯ層を電極として確実に機能させることができる。また、第２の発明では、不純物としてのＧａが、５．５重量％以下の割合でドープされるので、低抵抗のＺｎＯ層の比抵抗を小さくすることができ、低抵抗のＺｎＯ層を電極として確実に機能させることができる。同様に、第３の発明では、Ｖが５重量％以下の割合でＺｎＯにドープされるので、低抵抗のＺｎＯ層の比抵抗を小さくすることができ、低抵抗のＺｎＯ層を電極として確実に機能させることができる。
【００７１】
本発明により得られる横波トランスデューサーでは、３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＴａＯ₃及び３０°〜４２°回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ₃のいずれかからなる基板上に、低抵抗のＺｎＯ−エピタキシャル膜からなる電極と、該低抵抗のＺｎＯからなる電極上にエピタキシャル膜として成膜された相対的に高抵抗の圧電膜と、該圧電膜上に形成された電極とが積層されているので、横波バルク波を用いた高周波域で使用し得る横波トランスデューサーを提供することができる。
【００７２】
また、本願の第４，第７の発明では、不純物としてＡｌを用いており、ターゲット中の不純物濃度が０．３〜５重量％、さらにＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率が９５％以上とされてスパッタリングが行われてＺｎＯが形成されているので、低抵抗のＺｎＯ膜の比抵抗ρを確実に低めることができ、低抵抗のＺｎＯ膜を電極として確実に機能させることができる。同様に、第５，第６または第８，第９の発明では、不純物として、ＧａまたはＶを用いており、かつターゲット中の不純物濃度を０．３〜５．５重量％または０．３〜５重量％、さらにＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ _２）比率を９３．５または９４％以上としてスパッタリングが行われてＺｎＯ膜が形成されているので、低抵抗のＺｎＯ膜の比抵抗ρを確実に低めることができ、低抵抗のＺｎＯ膜を電極として確実に機能させることができる。
【００７３】
また、ｃ面サファイア、ｃ軸に平行な面のサファイア、（１１１），（１００）もしくは（０１１）面シリコン、Ｚカット水晶及びそれらと等価な面を有する材料からなる群から選択した１種からなる基板上に、同様にして（００１）配向のエピタキシャル圧電膜を形成することにより、高効率な縦波トランスデューサーができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例としてのセザワ波を利用した表面波装置の平面図及び（ａ）のＡ−Ａ′線に沿う部分切欠断面図。
【図２】ＥＣＲスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合のターゲットに含有される不純物量と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図３】ＥＣＲスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合のＡｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図４】ＥＣＲスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合のガス流量及びガス圧と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図５】ドープされる不純物としてＡｌを用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合の、不純物量と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図６】ドープされる不純物としてＡｌを用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合の、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図７】ドープされる不純物としてＧａを用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合の、不純物量と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図８】ドープされる不純物としてＧａを用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合の、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図９】ドープされる不純物としてＶを用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合の、不純物量と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図１０】ドープされる不純物としてＶを用い、ＲＦマグネトロンスパッタにより低抵抗のＺｎＯ膜を形成する場合の、Ａｒ／（Ａｒ＋Ｏ₂）比と、得られるＺｎＯ膜の比抵抗との関係を示す図。
【図１１】各種表面波を利用した表面波装置の積層構造と電気機械結合係数ｋとの関係を示す図。
【図１２】第１の実施例においてＲ面サファイアからなる基板上にＡｌがドープされた低抵抗のＺｎＯ膜を成膜した状態を示すＲＨＥＥＤ写真を示す図。
【図１３】第１の実施例において、Ｒ面サファイアからなる基板上に、ＡｌがドープされたＺｎＯ膜を形成し、さらにその上に圧電膜としてＺｎＯ膜を成膜した状態のＲＨＥＥＤ写真を示す図。
【図１４】本発明の第２の実施例としての横波トランスデューサーを説明するための側面断面図。
【図１５】第２の実施例で作成された横波トランスデューサーの基板の表と裏で反射する時間特性を示す図。
【図１６】第２の実施例で作成された横波トランスデューサーのアドミタンス−周波数特性を示す図。
【符号の説明】
１…表面波装置
２…基板
３…低抵抗のＺｎＯ膜
４…圧電膜
５…インターデジタル電極
１１…横波トランスデューサー
１２…基板
１３…低抵抗のＺｎＯ膜
１４…圧電膜
１５…電極
１６…電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface wave device, a transverse wave transducer, and a longitudinal wave transducer having a structure in which a low resistance ZnO film is formed on a substrate so as to function as an electrode.ーIt relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-162881 discloses a surface acoustic wave filter using a ZnO layer whose resistance is reduced by doping impurities as an electrode. In the surface acoustic wave filter manufacturing method described in this prior art, a ZnO layer is formed on a substrate, and by implanting ions into the ZnO layer, impurities are doped into ZnO in the vicinity of the interface between the substrate and the ZnO layer. Thus, a low resistance ZnO layer is formed. The low resistance ZnO layer is used as an interdigital electrode. That is, a surface acoustic wave filter is disclosed in which an interdigital electrode made of low-resistance ZnO is formed on a substrate, and a ZnO layer is formed as a piezoelectric layer on the interdigital electrode.
[0003]
On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 8-228398 discloses a transverse wave transducer that similarly uses a low-resistance ZnO layer. here,
[0004]
[Expression 1]

[0005]
A low-resistance ZnO layer functioning as an electrode is formed on a support made of, and a high-resistance second ZnO layer formed as an epitaxial film is formed on the first ZnO layer, An electrode is formed on the second ZnO layer.
[0006]
In the following,
[0007]
[Expression 2]

[0008]
Is expressed as “bar 1”.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The surface acoustic wave filter and the transverse wave transducer described in JP-A-8-162881 and JP-A-8-228398 have a low-resistance ZnO layer containing impurities so as to be in contact with the ZnO layer as a piezoelectric body. It is common in forming and using the low resistance ZnO layer as an electrode.
[0010]
However, the low resistance ZnO layer in the surface acoustic wave filter described in JP-A-8-162881 has a specific resistance ρ of 1 × 10 6.^-3Although it is as low as about Ω · cm, the specific resistance ρ is too high as a material constituting the interdigital electrode. The specific resistance of Al or Au, which is a normal electrode material constituting an interdigital electrode, is 2 × 10^-8It is about Ω · cm. For this reason, in the surface acoustic wave filter described in JP-A-8-162881, the interdigital electrode has a large resistance, the insertion loss is very large, and it cannot be used in practice.
[0011]
Further, in the manufacturing method described in this prior art, since the low-resistance ZnO layer is formed by ion implantation, the manufacturing apparatus becomes expensive, and the substrate and the ZnO film are easily distorted, resulting in unstable characteristics. There is a problem that impurities are difficult to be uniformly injected into the ZnO layer.
[0012]
On the other hand, JP-A-8-228398 discloses a step of forming a low-resistance ZnO layer on a substrate by sputtering a ZnO molded body using a target doped with impurities such as Al. According to this method, impurities can be evenly distributed and the specific resistance ρ can be further reduced as compared with the method for manufacturing a surface acoustic wave filter described in JP-A-8-162881.
[0013]
However, Japanese Patent Laid-Open No. 8-228397 discloses a transverse wave transducer in which a low-resistance ZnO layer, a high-resistance second ZnO layer, and an electrode are formed on a support made of R-plane sapphire. However, no mention is made of surface wave devices using interdigital electrodes.
[0014]
  An object of the present invention is to use a surface wave device that is used as an electrode having a low-resistance ZnO layer doped with impurities and that can reduce insertion loss.SetIt is to provide a manufacturing method.
[0015]
  Another object of the present invention is a transverse wave transducer and a longitudinal wave transducer which can be constructed using various substrate materials and which use a low resistance ZnO layer as an electrode.ーIt is to provide a manufacturing method.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  The first invention of the present application is an R-plane sapphire, a c-plane sapphire, a sapphire parallel to the c-axis, a (111), (100) or (011) plane silicon, a Z-cut crystal, and a 30 ° to 42 ° rotated Y Plate LiNbO_Three, And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO_ThreeAnd a substrate made of one material selected from the group consisting of materials having surfaces equivalent to them, and an epitaxial film formed on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and containing no impurities in ZnO Is formed as an epitaxial film on the electrode made of a low resistance ZnO layer doped with ZnO and the electrode made of the ZnO layer, and has a specific resistance ρ of 10⁶A piezoelectric film having a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an interdigital electrode formed on the piezoelectric film.TableSurface wave deviceA target in which Al is doped as an impurity at a ratio of 0.3 to 5% by weight on the substrate, and the atmosphere during sputtering is Ar / (Ar + O). ₂ ) A step of forming an electrode made of the low-resistance ZnO layer by sputtering at a ratio of 95% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an interdigital electrode on the piezoelectric film. Manufacturing method of surface wave device providedIt is.
  The second invention of the present application is an R-plane sapphire, a c-plane sapphire, a sapphire parallel to the c-axis, a (111), (100) or (011) plane silicon, a Z-cut crystal, and a 30 ° to 42 ° rotated Y Plate LiNbO _Three , And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO _Three And a substrate made of one material selected from the group consisting of materials having surfaces equivalent to them, and an epitaxial film formed on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and containing no impurities in ZnO Is formed as an epitaxial film on the electrode made of a low resistance ZnO layer doped with ZnO and the electrode made of the ZnO layer, and has a specific resistance ρ of 10 ⁶ A method for manufacturing a surface acoustic wave device comprising: a piezoelectric film having a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an interdigital electrode formed on the piezoelectric film, A target doped with 0.3 to 5.5% by weight of Ga as an impurity on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O ₂ ) Forming an electrode made of a low-resistance ZnO film by sputtering at a ratio of 93.5% or more; forming the piezoelectric film on the electrode; forming an interdigital electrode on the piezoelectric film; Is a method of manufacturing a surface acoustic wave device.
  The third invention of the present application is an R-plane sapphire, a c-plane sapphire, a sapphire with a plane parallel to the c-axis, a (111), (100) or (011) plane silicon, a Z-cut crystal, and a 30 ° to 42 ° rotated Y Plate LiNbO _Three , And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO _Three And a substrate made of one material selected from the group consisting of materials having surfaces equivalent to them, and an epitaxial film formed on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and containing no impurities in ZnO Is formed as an epitaxial film on the electrode made of a low resistance ZnO layer doped with ZnO and the electrode made of the ZnO layer, and has a specific resistance ρ of 10 ⁶ A method for manufacturing a surface acoustic wave device comprising: a piezoelectric film having a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an interdigital electrode formed on the piezoelectric film, A target doped with V as a ratio of 0.3 to 5% by weight as an impurity on a substrate is used, and the atmosphere during sputtering is Ar / (Ar + O ₂ ) A step of forming the electrode made of a low resistance ZnO film by sputtering at a ratio of 94% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an interdigital electrode on the piezoelectric film. It is a manufacturing method of the surface wave device provided.
[0018]
  Examples of sapphire having a plane parallel to the c-axis include a-plane sapphire and m-plane sapphire..
[0021]
  The fourth invention of the present application is a (0,

bar

1, 1, 2) plane sapphire, 30 ° to 42 ° rotated Y plate LiTaO. _Three And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO _Three A low-resistance ZnO formed as an epitaxial film on the substrate selected from the group consisting of: a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with Ga as an impurity An epitaxial film is formed on the electrode made of the film and the electrode made of the low resistance ZnO, and the specific resistance ρ is 10 ⁶ A method of manufacturing a transverse wave transducer comprising a piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an electrode formed on the piezoelectric film. A target doped with 0.3 to 5% by weight of Al as an impurity on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O ₂ ) A shear wave comprising a step of forming an electrode composed of the low-resistance ZnO layer by sputtering at a ratio of 95% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an electrode on the piezoelectric film. It is a manufacturing method of a transducer.
No. of this application5The invention of (0,

Bar

1,1,2) plane sapphire, 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTO_ThreeAnd 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO_ThreeA substrate made of one type selected from the group consisting of: and an epitaxial film formed on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less,GaIs formed as an epitaxial film on the electrode made of a low resistance ZnO film doped with impurities and the electrode made of the low resistance ZnO, and has a specific resistance ρ of 10⁶A piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and having a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an electrode formed on the piezoelectric filmNext toWave transducerA target in which Ga is doped in an amount of 0.3 to 5.5 wt% as an impurity on the substrate, and the atmosphere during sputtering is Ar / (Ar + O ₂ ) Including a step of forming an electrode made of a low-resistance ZnO film by sputtering at a ratio of 93.5% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an electrode on the piezoelectric film. Method for manufacturing shear wave transducerIt is.
The sixth invention of the present application is a (0,

bar

1, 1, 2) plane sapphire, 30 ° to 42 ° rotated Y plate LiTaO. _Three And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO _Three A low-resistance ZnO formed as an epitaxial film on the substrate selected from the group consisting of: a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with Ga as an impurity An epitaxial film is formed on the electrode made of the film and the electrode made of the low resistance ZnO, and the specific resistance ρ is 10 ⁶ A method of manufacturing a transverse wave transducer comprising a piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an electrode formed on the piezoelectric film. A target doped with 0.3 to 5% by weight of V as an impurity on the substrate is used, and the atmosphere during sputtering is Ar / (Ar + O ₂ ) A transverse wave comprising a step of forming the electrode made of a low-resistance ZnO film by sputtering at a ratio of 94% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an electrode on the piezoelectric film. It is a manufacturing method of a transducer.
[0023]
  According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a substrate made of one type selected from the group consisting of a c-plane sapphire, a sapphire parallel to the c-axis, a Z-cut crystal, and a material having an equivalent surface thereof; An epitaxial film is formed on the electrode composed of a low-resistance ZnO film having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, doped with ZnO as an impurity, and an electrode composed of the low-resistance ZnO. It is formed as a film and has a specific resistance ρ of 10 ⁶ A method of manufacturing a longitudinal wave transducer comprising a piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an electrode formed on the piezoelectric film. Then, using a target doped with Al as an impurity at a ratio of 0.3 to 5% by weight on the substrate, the atmosphere during sputtering is Ar / (Ar + O ₂ ) A step of forming an electrode made of the low-resistance ZnO layer by sputtering at a ratio of 95% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an electrode on the piezoelectric film. It is a manufacturing method of a wave transducer.
  According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a substrate made of one type selected from the group consisting of a c-plane sapphire, a sapphire parallel to the c-axis, a Z-cut crystal, and a material having an equivalent surface thereof; An epitaxial film is formed on the electrode composed of a low-resistance ZnO film having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, doped with ZnO as an impurity, and an electrode composed of the low-resistance ZnO. It is formed as a film and has a specific resistance ρ of 10 ⁶ A method of manufacturing a longitudinal wave transducer comprising a piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an electrode formed on the piezoelectric film. Then, a target doped with 0.3 to 5.5% by weight of Ga as an impurity on the substrate is used, and the atmosphere during sputtering is Ar / (Ar + O ₂ ) Including a step of forming an electrode made of a low-resistance ZnO film by sputtering at a ratio of 93.5% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an electrode on the piezoelectric film. This is a method of manufacturing a longitudinal wave transducer.
  No. of this application9According to the present invention, c-plane sapphire, sapphire parallel to the c-axis, Z-cut quartz, and a substrate selected from the group consisting of materials having surfaces equivalent thereto, and an epitaxial film formed on the substrate The specific resistance ρ is 1 Ω · cm or less, and ZnOVIs formed as an epitaxial film on the electrode made of a low resistance ZnO film doped with impurities and the electrode made of the low resistance ZnO, and has a specific resistance ρ of 10⁶A piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and having a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and an electrode formed on the piezoelectric filmVerticalWave transducerThe target at the time of sputtering is Ar / (Ar + O) using a target doped with V as an impurity at a ratio of 0.3 to 5% by weight on the substrate. ₂ ) Vertically comprising a step of forming the electrode made of a low resistance ZnO film by sputtering at a ratio of 94% or more, a step of forming the piezoelectric film on the electrode, and a step of forming an electrode on the piezoelectric film. Manufacturing method of wave transducerIt is.
  In the first to ninth inventions of the present application, preferably, in the step of forming an electrode composed of the ZnO layer having the specific resistance, the substrate temperature during the sputtering is set to 200 ° C. or higher.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
[0026]
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a partially cutaway front sectional view for explaining an embodiment of the surface acoustic wave device according to the present invention.
In the surface wave device 1 using Sezawa waves, a low resistance ZnO film 3 is formed on a substrate 2, and a piezoelectric film 4 is formed on the low resistance ZnO film 3. The low resistance ZnO film 3 functions as a short-circuit electrode. An interdigital electrode 5 is formed on the piezoelectric film 4.
[0027]
The material constituting the substrate 2 is an appropriate material on which the ZnO film 3 can be epitaxially grown, for example, R-plane sapphire, m-plane sapphire, a-plane sapphire, c-plane sapphire plane, Z-cut crystal, rotating Y plate LiNbO._ThreeOr 33 ° rotated Y plate LiTaO_ThreeEtc. can be used.
[0028]
The ZnO film 3 has a low resistance by doping impurities into ZnO, and is provided to function as a short-circuit electrode. The impurity doped in the ZnO is not particularly limited, but includes III A, III B, VA, and VB atoms or molecules, for example, Al, Ga, V, Nb, or As. can do.
[0029]
In forming the ZnO film 3, a thin film forming method is preferably used. As a thin film forming method, an appropriate method such as sputtering or CVD can be used. When the ZnO film 3 is formed by sputtering, the low resistance ZnO film 3 is formed by using a target obtained by mixing Zn with the impurity or a target formed by mixing ZnO powder and impurity powder. can do. As described above, in the low resistance ZnO film 3 formed by sputtering or CVD, the low resistance ZnO film is used as compared with the case where the ion implantation method as described in JP-A-8-162881 is used. Specific resistance can be reduced more effectively, for example, 1 × 10^-FiveA specific resistance ρ of about Ω · cm can be realized.
[0030]
Further, unlike ion implantation, an expensive and large-scale apparatus is not required, and there is no extra process, so that the ZnO film 3 can be easily formed. In addition, the ion implantation method has a defect that the implantation amount is distributed above and below the film, and there is a layer having a large specific resistance, and the large specific resistance further increases the insertion loss of SAW.
[0031]
The content ratio of the impurity doped in ZnO is preferably 5.2% by weight or less with respect to 100% by weight of ZnO, although it depends on the target specific resistance ρ. If it exceeds 5.2% by weight, the specific resistance may not increase but increase.
[0032]
Next, the relationship between the sputtering conditions and the specific resistance of the low resistance ZnO film formed when a low resistance ZnO film is formed by ECR sputtering using a ZnO target doped with impurities is shown in FIGS. Shown in
[0033]
2 to 4, the horizontal axis represents the amount of impurities contained in the target and Ar and Ar + O as the atmospheric gases during sputtering, respectively.₂These ratios and gas flow rates when using a mixed gas of are shown. In FIG. 2, the amount of impurities on the horizontal axis indicates the ratio (wt%) in which Al, Ga, or V as an impurity is doped in the ZnO ceramic target. In FIG. 2, the substrate heating temperature is 400 ° C., the gas flow rate is 10 SCCM, and the atmospheric gas is Ar 100%.
[0034]
In FIG. 3, ZnO is used as a target, Al₂O_ThreeIs used as a 1% by weight impurity, and the gas flow rate is 10 SCCM.
In FIG. 4, a ZnO ceramic target is used as the target, and Al₂O_Three1 wt% doped, the substrate heating temperature was 400 ° C., and the atmospheric gas was Ar 100%.
[0035]
2 to 4, the specific resistance is 1 × 10 by ECR sputtering.^-3In order to obtain a ZnO film of Ω · cm, Ar / (Ar + O₂) Ratio 98% or more, atmospheric gas flow rate 40SCCM or less, gas pressure 2.3 × 10^-3It can be seen that it is desirable to set the impurity concentration to be 0.3 to 5.2% torr or less, the substrate heating temperature of 200 ° C. or more, and the target doping concentration.
[0036]
As is apparent from FIGS. 2 to 4, by adjusting these conditions, 8 × 10^-FourIt can be seen that a ZnO film having a specific resistance of Ω · cm or less can be easily formed. Next, the fact that a low-resistance ZnO film can be similarly formed by RF magnetron sputtering will be described with reference to FIGS.
[0037]
FIG. 5 shows a change in specific resistance when the Al content is changed in a target obtained by doping Zn with Al as an impurity as a target. Here, the substrate heating temperature is 400 ° C., and the atmospheric gas is Ar / (Ar + O₂) The ratio was 96.5%.
[0038]
FIG. 6 shows Ar / (Ar + O₂) Shows the change in specific resistance when the ratio, that is, the atmospheric gas composition is changed. Here, a Zn metal target containing 1% by weight of Al as an impurity was used.
[0039]
As apparent from FIGS. 5 and 6, when a ZnO film is formed by RF magnetron sputtering using a Zn metal target doped with Al as an impurity, the impurity amount, the substrate temperature, and the gas composition are adjusted to adjust the above amount. Same as 1 × 10^-3Ω · cm or less and 8 × 10^-FourIt can be seen that a ZnO thin film having a specific resistance of Ω · cm or less can be formed. In addition, when forming a low resistance ZnO film by RF magnetron sputtering, it has been confirmed that not only a Zn metal target but also a ZnO ceramic target may be used as a target. In that case, Ar / (Ar + O₂The gas composition is not particularly limited, and only Ar may be used as the gas.
[0040]
FIGS. 7 and 8 show the results when a ZnO film was formed in the same manner as FIGS. 5 and 6 except that Ga was used instead of Al as an impurity. FIGS. It is a figure equivalent to FIG.5 and FIG.6. FIGS. 9 and 10 show the results when a ZnO film was formed in the same manner as FIGS. 5 and 6 except that V was used instead of Al as an impurity. FIGS. FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 5 and FIG. 6.
[0041]
As is apparent from FIGS. 7 to 10, even when Ga or V is used as an impurity, the specific resistance is 1 × 10 6 by RF magnetron sputtering.^-3Ω · cm or less and 8 × 10^-FourIt can be seen that a ZnO film of Ω · cm or less can be formed.
[0042]
5 and 6, when a low-resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering using Al as an impurity, a desired 1 × 10^-3In order to realize a specific resistance of Ω · cm or less, the impurity amount is 0.3 to 5% by weight, the substrate heating temperature is 200 ° C. or higher, and Ar / (Ar + O₂It is understood that the ratio may be 95% or more.
[0043]
Similarly, from FIGS. 7 and 8, using Ga as an impurity, low resistance of 1 × 10 6 by RF magnetron sputtering.^-3When forming a ZnO film of Ω · cm or less, the Ga content is 0.3 to 5.5 wt%, the substrate heating temperature is 200 ° C. or higher, and Ar / (Ar + O₂It is understood that the ratio may be 93.5% or more. Furthermore, when a low-resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering using V as an impurity, the specific resistance is 1 × 10.^-3In order to make Ω · cm or less, the doping ratio of V is 0.3 to 5% by weight, the substrate heating temperature is 200 ° C. or higher, and Ar / (Ar + O₂It is understood that the ratio may be 94% or more.
[0044]
After the ZnO film 3 is formed, the piezoelectric film 4 is formed. The material constituting the piezoelectric film 4 has a specific resistance ρ of 10⁶Although it is not particularly limited as long as it can form a piezoelectric film having a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO, it is preferably ZnO, AlN or GaN.
[0045]
An interdigital electrode 5 is formed on the piezoelectric film 4. The interdigital electrode 5 can be formed of an appropriate electrode material such as Al, Au, or Cu.
[0046]
In the surface acoustic wave device 1 of the present embodiment, a low resistance ZnO film 3 is formed as a short-circuit electrode on the substrate 2, and the piezoelectric film 4 and the interdigital electrode 5 are further laminated. Therefore, it is possible to provide a highly efficient surface acoustic wave device.
[0047]
In a surface wave device using Sezawa waves, a substrate having a high sound velocity such as R-plane sapphire, c-plane sapphire, silicon, etc. has been used. Conventionally, (1) a substrate made of IDT / piezoelectric film / substrate, (2) IDT Four types of laminated structures are known: / piezoelectric film / short-circuit electrode / substrate made of substrate, (3) piezoelectric film / IDT / substrate made of substrate, and (4) short-circuit electrode / piezoelectric film / IDT / substrate made of substrate. It was. In this case, when the ZnO film is used as the piezoelectric film, the relationship between the electromechanical coupling coefficient k and the normalized thickness H / λ of the ZnO film (H is the thickness of the ZnO film and λ is the wavelength of the surface wave) is It was as shown in FIG. That is, among the four types of laminated structures described above, the electromechanical coupling coefficient k is the largest in the structure of (2) and the structure of the substrate consisting of IDT / piezoelectric film / short-circuit electrode / substrate. It can be seen that the conversion efficiency is excellent.
[0048]
However, conventionally, when a piezoelectric film such as ZnO is formed on a substrate made of R-plane sapphire, an epitaxial film with a (1, 1, bar 2, 0), (100) or (110) orientation can be formed. However, when a short electrode is formed using a metal material on a substrate made of R-plane sapphire, when a piezoelectric film such as a ZnO film is formed on the short electrode, the piezoelectric film does not become an epitaxial film, Moreover, a (0, 0, 0, 1) oriented film was formed. Therefore, conventionally, in spite of the fact that the electromechanical coupling coefficient k is small, the structure of the above (1), that is, the laminated structure of the substrate made of IDT / piezoelectric film / R-plane sapphire has been used. In the case of (1,

bar

1, 0, 0) -plane sapphire or c-plane sapphire, an epitaxial piezoelectric film with (0, 0, 0, 1) orientation can be formed on the sapphire substrate, but polycrystalline metal is formed on the metal electrode. Only piezoelectric films with (0, 0, 0, 1) orientation could be formed, and SAW had a small electromechanical coupling coefficient and a large propagation loss.
[0049]
In contrast, if the inventor forms a low-resistance ZnO film 3 formed by doping ZnO with an impurity as described above on a substrate made of R-plane sapphire, the ratio of the ZnO film is reduced. Resistance ρ is 10^-FiveIf a ZnO film 3 having a very low resistance of about Ω · cm is formed, and a ZnO film is further formed on the ZnO film 3 at a heating temperature of 200 ° C. It has been found that an epitaxial film having a property can be formed.
[0050]
In the present embodiment, based on such knowledge, a low resistance ZnO film 3 is first formed on the substrate 2 to form a piezoelectric film 4 made of ZnO or the like as an epitaxial film. Is possible. Therefore, it is possible to provide a surface acoustic wave device that is excellent in conversion efficiency and has a small insertion loss by using the structure (2) that is a laminated structure having a large electromechanical coupling coefficient as described above.
[0051]
As described above, a state in which a low-resistance ZnO film is formed on R-plane sapphire and a state in which a ZnO film is formed on the ZnO film 3 are shown in FIGS. 12 and 13 as RHEED photographs, respectively. As is clear from the fact that both RHEEDs in FIGS. 12 and 13 show spot-like diffraction patterns, it can be understood that both the ZnO film 3 and the ZnO film as the piezoelectric film 4 are epitaxial films.
[0052]
The conditions for forming the low resistance ZnO film 3 and the ZnO film as the piezoelectric film 4 shown in FIGS. 12 and 13 are as follows.
(A) Formation method and condition of ZnO film 3
RF magnetron sputtering, Zn 1% doped target, substrate heating temperature 250 ° C., RF power 1 KW, introduced gas Ar + O₂, Ar / (Ar + O₂) Ratio 96.5%, gas pressure 7 × 10^-3Torr.
[0053]
(B) Formation method and condition of ZnO film as piezoelectric film 4
RF magnetron sputtering, 99.99% Zn target, substrate heating temperature 200 ° C., RF power 1 KW, introduced gas Ar + O₂, Gas pressure 7 × 10^-3Torr.
[0054]
FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a transverse wave transducer as another embodiment of the present invention.
In the transverse wave transducer 11, a low resistance ZnO film 13 is formed on a substrate 12, and a high resistance piezoelectric film 14 is formed on the low resistance ZnO film 13. A metal electrode 15 is formed on the piezoelectric film 14. A metal electrode 16 is formed on the low resistance ZnO film 13 along the one end edge 12 a of the substrate 12, separated from the piezoelectric film 14.
[0055]
In the transverse wave transducer 11, by applying an AC voltage between the

electrodes

15 and 16, the transverse wave bulk wave propagates in the direction of arrow A, and the input signal can be converted into a transverse wave.
[0056]
The substrate 12 is provided for propagating the transverse bulk wave as described above. Therefore, materials that can propagate shear wave bulk waves, such as, (0,

bar

1, 1, 2) plane sapphire, 33 ° rotated Y plate LiTaO_ThreeCan be used. That is, in the transverse wave transducer described in JP-A-8-228398 described above, a support made of R-plane sapphire is used, but in the transverse wave transducer 11 of the present embodiment, the substrate 11 as the support is It can be constituted by the above-mentioned various substrate materials. Since R-plane sapphire is raised and grown in the form of a sheet, a substrate of 30 mm or more, which is usually required for a transverse wave transducer, needs to be grown by another method and has a drawback of being expensive. Also, the low resistivity ZnO film doped with impurities is (0,

bar

1, 1, 2) plane sapphire, 33 ° rotated Y plate LiTaO rather than R plane sapphire._ThreeIt was found that is more easily oriented (2/3 in the half width of XRD).
[0057]
Also in this embodiment, the low resistance ZnO film 13 is formed on the substrate 12 in the same manner as in the first embodiment. The low resistance ZnO film 13 functions as an electrode, that is, functions as an electrode electrically connected to the electrode 16, and functions to apply an electric field between the electrode 15 and the piezoelectric film 14. The low-resistance ZnO film 13 is formed in the same manner as in the first embodiment, so that the specific resistance is 10^-FiveIt is about Ω · cm.
[0058]
The piezoelectric film 14 formed on the ZnO film 13 is made of the same material as the piezoelectric film 4 of the first embodiment. That is, it is within ± 20% of the lattice constant of ZnO, and the specific resistance is 10⁶A piezoelectric material having a resistance of Ω · cm or more, such as ZnO, AlN, or GaN, can be used.
[0059]
The

electrodes

15 and 16 can be configured using an appropriate metal material such as Al, Au, or Cu.
Also in this embodiment, the low resistance ZnO film 13 is formed in the same manner as the ZnO film 3 of the first embodiment, and the piezoelectric film 14 made of the above-described piezoelectric material is formed thereon, so that the ZnO film 13 The piezoelectric film 14 is formed as an epitaxial film. That is, since the piezoelectric film 14 is oriented in the (110) direction, a high frequency transducer used in a high frequency range of 200 MHz to 2 GHz can be configured.
This will be described for a specific experimental example.
[0060]
The transverse wave transducer 11 of this example was produced using the following materials.
That is, a 33 ° rotated Y plate LiTaO having dimensions of 10 × 5 × 0.35 mm_ThreeA low resistance ZnO film 13 having a thickness of 0.3 μm was formed on the substrate 12 made of the above by sputtering. The sputtering conditions are as follows.
[0061]
Conditions for forming the ZnO film 13
RF magnetron sputtering, Zn 1% doped target, substrate heating temperature 250 ° C., RF power 1 KW, introduced gas Ar + O₂, Ar / (Ar + O₂) Ratio 96.5%, gas pressure 7 × 10^-3Torr.
[0062]
Next, a ZnO film was formed on the ZnO film 13 as the piezoelectric film 14 having a thickness of 2.9 μm. The conditions for forming the ZnO film are as follows.
[0063]
Deposition conditions of the piezoelectric film 14
RF magnetron sputtering, 99.99% Zn target, substrate heating temperature 200 ° C., RF power 1 KW, introduced gas Ar + O₂, Gas pressure 7 × 10^-3Torr.
[0064]

Electrodes

15 and 16 made of Al (aluminum) were formed on the piezoelectric film 14 and the ZnO film 13 formed as described above, whereby the transverse wave transducer 11 was obtained. The characteristics of the transverse wave transducer 11 are shown in FIGS. FIG. 15 shows the time response, and FIG. 16 shows the frequency amplitude characteristic. In these, the transverse wave excited by ZnO propagates through the substrate, then reflects back from the back of the substrate, then reflects off the front of the substrate, and repeats reflection on the front and back of the substrate. It represents time and amplitude. As is apparent from the time period of FIG. 15 and the frequency interval of FIG. 16, it can be seen that according to this embodiment, a transverse wave transducer that can be used in a high frequency region can be provided.
[0065]
In the first and second embodiments, R-plane sapphire and 33 ° rotated LiTaO are used._ThreeHowever, in the present invention, the substrate made of various substrate materials can be used as described above.
[0066]
Similarly to the transverse wave transducer of the second embodiment, a longitudinal wave transducer can be configured according to the present invention.
However, in the case of constituting a longitudinal wave transducer, as a substrate material, c-plane sapphire, sapphire parallel to the c-axis, (111), (100) or (011) plane silicon, Z-cut crystal, and those One type selected from the group consisting of materials having equivalent surfaces is preferably used. Similar to the first and second embodiments, a low-resistance ZnO film is formed on these substrates by sputtering using an impurity-doped target, and then compared with an electrode made of low-resistance ZnO. Resistance ρ is 10⁶A piezoelectric film having a high resistance of Ω · cm or more and a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO may be formed, and then an electrode may be formed on the piezoelectric film. In the case of obtaining a longitudinal wave transducer, the low-resistance ZnO film doped with the impurity may be constructed in the same manner as that of the transverse wave transducer, and the piezoelectric film is also a case of the transverse wave transducer. What is necessary is just to comprise similarly.
[0067]
For example, when c-plane sapphire, sapphire having a plane parallel to the c-axis, Z-cut crystal, and (111), (100), or (011) plane silicon are used, a low-resistance (0001) -oriented ZnO film is formed. An epitaxial piezoelectric film having a (0001) orientation can be formed, and a good longitudinal wave transducer can be obtained. Therefore, even when these substrate materials are used, a surface wave device or a longitudinal wave transducer can be configured according to the first and second embodiments, similarly to the case where a substrate made of R-plane sapphire is used. The same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.
[0068]
【The invention's effect】
  In the present inventionMore obtainedIn the surface wave device, an electrode composed of a low resistance ZnO-epitaxial film layer on a substrate, a high resistance piezoelectric film formed on the ZnO layer, and an interdigital electrode formed on the piezoelectric film are provided. Since they are stacked, a large electromechanical coupling coefficient can be obtained, so that insertion loss can be reduced, conversion efficiency can be increased, and further miniaturization can be achieved.
[0069]
As the substrate, R-plane sapphire, c-plane sapphire, sapphire parallel to the c-axis, (111), (100) or (011) plane silicon, Z-cut quartz, 30 ° to 42 ° rotated Y plate LiNbO_Three, And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO_ThreeIn addition, when a substrate made of a material having a surface equivalent to them is used, an epitaxial piezoelectric film having a (110) orientation or a (001) orientation can be reliably formed on a low resistance ZnO layer. A surface wave device according to the above can be easily provided.
[0070]
  In the first invention,impuritiesAs AlIs doped at a ratio of 5% by weight or less with respect to 100% by weight of ZnO.BecauseThe specific resistance of the low resistance ZnO layer can be reduced, and the low resistance ZnO layer can function reliably as an electrode.In the second invention, since Ga as an impurity is doped at a ratio of 5.5% by weight or less, the specific resistance of the low-resistance ZnO layer can be reduced, and the low-resistance ZnO layer can be used as an electrode. Can function reliably. Similarly, in the third invention, since V is doped in ZnO at a ratio of 5 wt% or less, the specific resistance of the low resistance ZnO layer can be reduced, and the low resistance ZnO layer can be reliably used as an electrode. Can function.
[0071]
  BookInventionMore obtainedIn the transverse wave transducer, 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO_ThreeAnd 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO_ThreeAn electrode made of a low-resistance ZnO-epitaxial film on a substrate made of any of the above, a relatively high-resistance piezoelectric film formed as an epitaxial film on the electrode made of ZnO having a low resistance, and the piezoelectric Since the electrode formed on the film is laminated, a transverse wave transducer that can be used in a high frequency region using a transverse wave bulk wave can be provided.
[0072]
  In the fourth and seventh inventions of the present application, Al is used as the impurity, the impurity concentration in the target is 0.3 to 5% by weight, and Ar / (Ar + O ₂ ) Since the ZnO is formed by sputtering at a ratio of 95% or more, the specific resistance ρ of the low resistance ZnO film can be reliably reduced, and the low resistance ZnO film functions reliably as an electrode. Can be made. Similarly, in the fifth, sixth or eighth, ninth invention,As an impurity, GaOr VUsingAnd the impurity concentration in the target is 0.3-5.5 wt% or 0.3-5 wt%, and Ar / (Ar + O ₂ ) Since the ZnO film is formed by sputtering with a ratio of 93.5 or 94% or moreThe specific resistance ρ of the low-resistance ZnO film can be reliably reduced, and the low-resistance ZnO film can function reliably as an electrode.
[0073]
Also, from one type selected from the group consisting of c-plane sapphire, sapphire parallel to the c-axis, (111), (100) or (011) plane silicon, Z-cut quartz, and materials having equivalent surfaces A high-efficiency longitudinal wave transducer can be formed by similarly forming an (001) -oriented epitaxial piezoelectric film on the resulting substrate.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a plan view of a surface acoustic wave device using a Sezawa wave as an embodiment of the present invention and a partially cutaway sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the amount of impurities contained in a target and the specific resistance of the obtained ZnO film when a low-resistance ZnO film is formed by ECR sputtering.
FIG. 3 shows Ar / (Ar + O in the case of forming a low-resistance ZnO film by ECR sputtering.₂) Is a graph showing the relationship between the ratio and the specific resistance of the obtained ZnO film.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a gas flow rate and a gas pressure when a low resistance ZnO film is formed by ECR sputtering, and a specific resistance of the obtained ZnO film.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the amount of impurities and the specific resistance of the obtained ZnO film when Al is used as an impurity to be doped and a low-resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering.
FIG. 6 shows a case where Ar is used as an impurity to be doped and a low resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering.₂) Is a graph showing the relationship between the ratio and the specific resistance of the obtained ZnO film.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the amount of impurities and the specific resistance of the obtained ZnO film when Ga is used as an impurity to be doped and a low-resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering.
FIG. 8 shows Ar / (Ar + O when Ga is used as an impurity to be doped and a low resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering.₂) Is a graph showing the relationship between the ratio and the specific resistance of the obtained ZnO film.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of impurities and the specific resistance of the obtained ZnO film when V is used as an impurity to be doped and a low-resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering.
FIG. 10 shows Ar / (Ar + O when V is used as an impurity to be doped and a low-resistance ZnO film is formed by RF magnetron sputtering.₂) Is a graph showing the relationship between the ratio and the specific resistance of the obtained ZnO film.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a laminated structure of a surface acoustic wave device using various surface waves and an electromechanical coupling coefficient k.
12 is a RHEED photograph showing a state in which a low-resistance ZnO film doped with Al is formed on a substrate made of R-plane sapphire in the first embodiment. FIG.
FIG. 13 shows an RHEED photograph in a state where a ZnO film doped with Al is formed on a substrate made of R-plane sapphire and a ZnO film is further formed thereon as a piezoelectric film in the first embodiment. Figure.
FIG. 14 is a side cross-sectional view for explaining a transverse wave transducer as a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing time characteristics reflected on the front and back of the substrate of the transverse wave transducer created in the second embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing an admittance-frequency characteristic of a transverse wave transducer created in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Surface wave device
2 ... Board
3. Low resistance ZnO film
4. Piezoelectric film
5 ... Interdigital electrode
11 ... Shear wave transducer
12 ... Board
13 ... low resistance ZnO film
14 ... Piezoelectric film
15 ... Electrode
16 ... Electrode

Claims

R-plane sapphire, c-plane sapphire, sapphire parallel to c-axis, (111), (100) or (011) plane silicon, Z-cut quartz, 30 ° -42 ° rotated Y-plate LiNbO ₃ , and 30 °- A substrate made of one material selected from the group consisting of a 42 ° rotated Y-plate LiTaO ₃ and a material having an equivalent surface;
An electrode made of a low-resistance ZnO layer formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and doped with impurities in ZnO;
A piezoelectric film formed as an epitaxial film on the electrode made of the ZnO layer, having a specific resistance ρ of 10 ⁶ Ω · cm or more and a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO;
A method of manufacturing a surface acoustic wave device comprising an interdigital electrode formed on the piezoelectric film ,
Using a target Al as an impurity is doped in a proportion of 0.3 to 5% by weight on the substrate, the low-resistance ZnO layer by sputtering atmosphere during sputtering as a Ar / (Ar + _{O 2)} ratio of 95% or more Forming an electrode comprising:
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an interdigital electrode on the piezoelectric film.

R-plane sapphire, c-plane sapphire, sapphire parallel to c-axis, (111), (100) or (011) plane silicon, Z-cut quartz, 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO _3Three , And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO _3Three And a substrate made of one material selected from the group consisting of materials having surfaces equivalent to them,
An electrode made of a low-resistance ZnO layer formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and doped with impurities in ZnO;
It is formed as an epitaxial film on the electrode made of the ZnO layer and has a specific resistance ρ of 10 ⁶⁶ A piezoelectric film that is Ω · cm or more and whose lattice constant is within ± 20% of the lattice constant of ZnO;
A method of manufacturing a surface acoustic wave device comprising an interdigital electrode formed on the piezoelectric film,
A target doped with 0.3 to 5.5% by weight of Ga as an impurity on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O _２2 ) Forming an electrode made of a low resistance ZnO film by sputtering with a ratio of 93.5% or more;
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an interdigital electrode on the piezoelectric film.

R-plane sapphire, c-plane sapphire, sapphire parallel to c-axis, (111), (100) or (011) plane silicon, Z-cut quartz, 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO _3Three , And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO _3Three And a substrate made of one material selected from the group consisting of materials having surfaces equivalent to them,
An electrode made of a low-resistance ZnO layer formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and doped with impurities in ZnO;
It is formed as an epitaxial film on the electrode made of the ZnO layer and has a specific resistance ρ of 10 ⁶⁶ A piezoelectric film that is Ω · cm or more and whose lattice constant is within ± 20% of the lattice constant of ZnO;
A method of manufacturing a surface acoustic wave device comprising an interdigital electrode formed on the piezoelectric film,
A target doped with V as an impurity at a ratio of 0.3 to 5% by weight on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O _２2 ) Forming the electrode composed of a low-resistance ZnO film by sputtering with a ratio of 94% or more;
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an interdigital electrode on the piezoelectric film.

(0, bar 1, 1, 2) plane sapphire, 30 ° -42 ° rotated Y plate Li TaO _3Three And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO _3Three A substrate made of one kind selected from the group consisting of:
An electrode made of a low-resistance ZnO film, formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with Ga as an impurity;
It is formed as an epitaxial film on the low resistance ZnO electrode and has a specific resistance ρ of 10 ⁶⁶ It has a high resistance of Ω · cm or more and the lattice constant is within ± 20% of the lattice constant of ZnO.
A piezoelectric film,
A method of manufacturing a transverse wave transducer comprising an electrode formed on the piezoelectric film,
A target doped with 0.3 to 5% by weight of Al as an impurity on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O _２2 ) Forming an electrode composed of the low-resistance ZnO layer by sputtering at a ratio of 95% or more;
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an electrode on the piezoelectric film.

A substrate made of one type selected from the group consisting of (0, bar 1, 1, 2) plane sapphire, 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO ₃ and 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO ₃ ;
An electrode made of a low-resistance ZnO film, formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with Ga as an impurity;
It is formed as an epitaxial film on the electrode made of low-resistance ZnO , has a high resistivity of ρ · 10 ⁶ Ω · cm or more, and has a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO.
A piezoelectric film,
A method of manufacturing a transverse wave transducer comprising an electrode formed on the piezoelectric film ,
Using a target Ga as an impurity is doped at a ratio of 0.3 to 5.5 wt% on the substrate, the atmosphere during the sputtering as a Ar / (Ar + _{O 2)} ratio of 93.5% or more low-resistance by a sputtering Forming an electrode made of a ZnO film of
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an electrode on the piezoelectric film.

(0, bar 1, 1, 2) plane sapphire, 30 ° -42 ° rotated Y plate LiTaO _3Three And 30 ° -42 ° rotated Y plate LiNbO _3Three A substrate made of one kind selected from the group consisting of:
An electrode made of a low-resistance ZnO film, formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with Ga as an impurity;
It is formed as an epitaxial film on the low resistance ZnO electrode and has a specific resistance ρ of 10 ⁶⁶ It has a high resistance of Ω · cm or more and the lattice constant is within ± 20% of the lattice constant of ZnO.
A piezoelectric film,
A method of manufacturing a transverse wave transducer comprising an electrode formed on the piezoelectric film,
A target doped with V as an impurity at a ratio of 0.3 to 5% by weight on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O _２2 ) Forming the electrode composed of a low-resistance ZnO film by sputtering with a ratio of 94% or more;
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an electrode on the piezoelectric film.

a substrate made of one type selected from the group consisting of c-plane sapphire, sapphire with a plane parallel to the c-axis, Z-cut quartz, and materials equivalent to them,
An electrode made of a low-resistance ZnO film, formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with V as an impurity;
It is formed as an epitaxial film on the low resistance ZnO electrode and has a specific resistance ρ of 10 ⁶⁶ It has a high resistance of Ω · cm or more and the lattice constant is within ± 20% of the lattice constant of ZnO.
A piezoelectric film,
A method of manufacturing a longitudinal wave transducer comprising an electrode formed on the piezoelectric film,
A target doped with 0.3 to 5% by weight of Al as an impurity on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O _２2 ) Forming an electrode composed of the low-resistance ZnO layer by sputtering at a ratio of 95% or more;
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an electrode on the piezoelectric film.

a substrate made of one type selected from the group consisting of c-plane sapphire, sapphire with a plane parallel to the c-axis, Z-cut quartz, and materials equivalent to them,
An electrode made of a low-resistance ZnO film, formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with V as an impurity;
It is formed as an epitaxial film on the low resistance ZnO electrode and has a specific resistance ρ of 10 ⁶⁶ It has a high resistance of Ω · cm or more and the lattice constant is within ± 20% of the lattice constant of ZnO.
A piezoelectric film,
A method of manufacturing a longitudinal wave transducer comprising an electrode formed on the piezoelectric film,
A target doped with 0.3 to 5.5% by weight of Ga as an impurity on the substrate was used, and the atmosphere during sputtering was Ar / (Ar + O _２2 ) Forming an electrode made of a low resistance ZnO film by sputtering with a ratio of 93.5% or more;
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an electrode on the piezoelectric film.

a substrate made of one type selected from the group consisting of c-plane sapphire, sapphire with a plane parallel to the c-axis, Z-cut quartz, and materials equivalent to them,
An electrode made of a low-resistance ZnO film, formed as an epitaxial film on the substrate, having a specific resistance ρ of 1 Ω · cm or less, and ZnO doped with V as an impurity;
It is formed as an epitaxial film on the electrode made of low-resistance ZnO , has a high resistivity of ρ · 10 ⁶ Ω · cm or more, and has a lattice constant within ± 20% of the lattice constant of ZnO.
A piezoelectric film,
A method of manufacturing a longitudinal wave transducer comprising an electrode formed on the piezoelectric film ,
On the substrate, using a target V as impurities are doped at a ratio of 0.3 to 5 wt%, the atmosphere during the sputtering Ar / (Ar + _{O 2)} by sputtering as the ratio of 94% or more low-resistance ZnO film Forming the electrode comprising:
Forming the piezoelectric film on the electrode;
And a step of forming an electrode on the piezoelectric film.

In the step of forming an electrode composed of a ZnO layer having a specific resistance,
The method for manufacturing a surface acoustic wave device according to claim 1, wherein a substrate temperature during the sputtering is 200 ° C. or higher.