Laminated structure for amplifying surface acoustic wave and amplifier

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面弾性波の増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話等の移動体通信機器の小型化、低電圧化、低消費電力化に伴い、携帯機器内部に搭載される素子のモノリシック化が活発に検討されてきた。 ところが、高周波部分の素子のうち、バンドパスフィルタはそのサイズが大きいために他の素子とのモノリシック化の効果はほとんどない。 それ故、バンドパスフィルタおよびそれより前に配置されている低雑音増幅器はそれぞれ別々のディスクリート素子として開発され、
モジュール化されてきた。 低雑音増幅器とバンドパスフィルタをモジュール化する際には、複数部品を接続する配線やインピーダンスマッチングを取るための回路が必要となる。

【０００３】一方、表面弾性波を増幅させる研究は様々な試みがなされてきた。 表面弾性波を増幅するには、圧電性のある基板表面に表面弾性波を伝搬させ、この波によって生じる電界と半導体中のキャリアを結合させればよいことが知られている。 実際の表面弾性波増幅器は、
表面弾性波を伝える圧電材料と半導体の組み合わせによって直接型増幅器（図２）、分離型増幅器（図３）、モノリシック型増幅器（図４）の３つに分類される。 第１
の直接型増幅器は、ＣｄＳやＧａＡｓのような圧電性と半導体性を同時にもつ基板８を用いて表面弾性波を増幅させる構造の増幅器である。 しかし、大きな圧電性と大きな移動度を同時にもった圧電性半導体は現在のところ見つかっていない。 第２の分離型増幅器は、大きな圧電性をもった圧電体基板の上に、移動度の大きな半導体が空隙９を介して配置されている構造の増幅器である。 この型の増幅器は、半導体と圧電体基板の表面の平坦性と空隙の大きさが増幅度に大きく影響する。 実用に耐える増幅度を得るためには、空隙をできるだけ小さくし、しかも動作領域にわたって一定に保つ必要があり、工業的な生産は極めて難しい。 一方、第３のモノリシック型増幅器は、圧電体基板の上に半導体が空隙を持たずに形成されている構造の増幅器である。 モノリシック型増幅器は高利得が得られ、高周波化も可能であり、大量生産にも向いていると言われている。 ただし、これらの表面弾性波増幅器を携帯電話などの移動体通信機器への応用を検討した例はない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モノリシック型増幅器を実現するためには、圧電体基板の上に良好な電気特性を有する半導体膜を形成させ、しかも表面弾性波と半導体のキャリアとの相互作用を効率よく行わせるために、該半導体膜の膜厚を薄膜化させる必要がある。 １９７０年代の東北大・山之内らの研究（Ｙａｍ
ａｎｏｕｃｈｉＫ． 、ｅｔ． ａｌ． 、Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、７５、ｐ７２６（１９
７５））によれば、ＬｉＮｂＯ ₃基板上にＳｉＯを３０
ｎｍコートし、その上にＩｎＳｂ薄膜５０ｎｍを蒸着した構造で、ＩｎＳｂの電子移動度として１６００ｃｍ ²
／Ｖｓが得られ、この膜を使った表面弾性波の増幅器では１１００Ｖの直流電圧を印加し、中心周波数１９５Ｍ
Ｈｚで正味利得４０ｄＢの増幅度が得られた。 また、彼らは理論的計算から、５０ｎｍという薄いＩｎＳｂ薄膜においては、キャリアの表面散乱により電子移動度は３
０００ｃｍ ² ／Ｖｓが最大であると予測していた（山之内ら、信学技報、ＵＳ７８−１７，ＣＰＭ７８−２６，
ｐ１９（１９７８））。 即ち、モノリシック型増幅器には、圧電体基板の上に良好な電気特性を持った薄膜の半導体層を形成することが極めて困難であるという問題点があった。 また、携帯機器の高周波部の低雑音増幅器とバンドパスフィルタの機能として表面弾性波増幅器を用いる場合には、３〜６Ｖの駆動電圧で増幅効果がなければ使用できない。 従来のモノリシック型増幅器では、大電圧が必要であり、低電圧駆動が可能な表面弾性波増幅器は存在していなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、発明者らが鋭意検討を行った結果、圧電体基板と半導体活性層の間に半導体緩衝層をはさむことにより、薄膜でしかも電気特性の良好な半導体活性層が得られることを見いだし、さらに該積層構造を用いて表面弾性波増幅器を作製し、実用的な低電圧で良好な増幅度が得られ、本発明を完成した。 しかも、本発明の積層構造により、半導体活性層のキャリア移動度として５０００ｃｍ
² ／Ｖｓ以上を実現し、前記山之内らの理論的予測を凌ぐことに成功した。

【０００６】即ち本発明は、圧電体基板の上に、半導体緩衝層を介して、膜厚ｈ ₁が、５ｎｍ≦ｈ ₁ ≦５００ｎ
ｍの半導体活性層が積層されており、該半導体緩衝層を構成する結晶の格子定数が、半導体活性層を構成する結晶の格子定数と同じか、もしくは近い値を有していることを特徴とする積層構造、さらに、本発明の表面弾性波増幅器は、圧電体基板の上に、すだれ状の入力電極と出力電極を形成し、両電極の間に前記積層構造が配置され、該半導体活性層に直流電圧を印加できる電極を備えていることを特徴とする。 ここで、半導体活性層というのは、伝搬してきた表面弾性波を半導体中のキャリアのエネルギーによって励振させる層をいう。

【０００７】本発明において半導体活性層のきわめて良好な電気特性を薄膜において実現できたのは、圧電体基板と半導体活性層の間に半導体緩衝層を挿入することにより、半導体活性層の結晶性を向上させることができたことにより、薄膜でも該半導体活性層の電気特性が飛躍的に向上することを見い出した。 さらに、本発明の半導体緩衝層として、Ｓｂを含有する化合物半導体を用いることにより、さらに良好な電気特性が得られることを見い出した。 即ち、本発明において半導体活性層のキャリア移動度を薄膜で５０００ｃｍ ² ／Ｖｓ以上が可能になり、さらに本発明の表面弾性波増幅器において、携帯機器などに使用できる実用的な低電圧ではじめて増幅効果を得ることができた。 なお、本発明の積層構造を用いれば、表面弾性波増幅器だけでなく、表面弾性波コンボルバやコリレータなどの表面弾性波素子にも応用が可能である。

【０００８】以下に本発明をさらに詳細に説明する。 図１が本発明の基本となる表面弾性波増幅のための積層構造と表面弾性波増幅器の例である。 図１−（ａ）が積層構造の断面図であり、図１−（ｂ）が表面弾性波増幅器の斜視図である。 １が圧電体基板、２が半導体緩衝層、
３が半導体活性層である。 図１−（ｂ）に示すように、
本発明の表面弾性波増幅器は、入力用すだれ状電極４、
出力用すだれ状電極５、入出力電極の間に配置された半導体積層構造６と半導体活性層へ直流電界が印加できる電極７から構成されている。

【０００９】本発明における圧電体基板は、圧電体単結晶でも圧電体薄膜基板でもよい。 圧電体単結晶基板は酸化物系圧電体基板が好ましく、例えば、ＬｉＮｂＯ ₃ 、
ＬｉＴａＯ ₃やＬｉ ₂ Ｂ ₄ Ｏ ₇等は好ましく用いられる。 また、６４゜Ｙカット、４１゜Ｙカット、１２８゜Ｙカット、ＹカットのＬｉＮｂＯ ₃や３６゜ＹカットのＬｉＴａＯ ₃などの基板カット面を用いることも好ましい。 圧電体薄膜基板は、サファイアやＳｉ等の単結晶基板の上に圧電体薄膜が形成されたものであり、圧電体薄膜として例えば、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ ₃ 、ＬｉＴａ
Ｏ ₃ 、ＰＺＴ、ＰｂＴｉＯ ₃ 、ＢａＴｉＯ ₃やＬｉ ₂ Ｂ
₄ Ｏ ₇などは好ましく用いられる薄膜材料である。 また、サファイヤやＳｉ等の単結晶基板と上記圧電体薄膜との間にＳｉＯやＳｉＯ ₂などの誘電体膜が挿入されていてもよい。 さらに、圧電体薄膜基板として、サファイアやＳｉ等の単結晶基板の上に、上記圧電体薄膜の異なる種類の薄膜が交互に積み重ねられたような多層積層膜を形成していてもよい。 例えばＬｉＮｂＯ ₃とＬｉＴａ
Ｏ ₃からなる多層積層膜などは好ましい例である。

【００１０】半導体活性層は、電子もしくはホールの移動度が大きいものが好ましく用いられる。 半導体活性層を構成する半導体膜として、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＳ
ｂ、ＩｎＡｓ、ＰｂＴｅなどが好ましく用いられる。 また２元系だけでなく、これら２元系を組み合わせた３元混晶や４元混晶も好ましく用いられる。 例えば、Ｉｎ _x
Ｇａ _1-x ＡｓやＩｎＡｓ _y Ｓｂ _1-yなどが３元混晶、Ｉ
ｎ _x Ｇａ _1-x Ａｓ _y Ｓｂ _1-yなどが４元混晶の例である。 また、半導体活性層は、異なる組成の半導体膜が積層された多層積層膜が形成されていてもよい。 半導体活性層のキャリア移動度は表面弾性波増幅器の増幅度を大きくするために５０００ｃｍ ² ／Ｖｓ以上が好ましく、
極めて良好な増幅度を得るためには１００００ｃｍ ² ／
Ｖｓ以上のキャリア移動度を有していることがより好ましい。 この高キャリア移動度を得るために、半導体活性層の組成として、Ｉｎ _x Ｇａ _1-x Ａｓのｘは、０≦ｘ≦
１．０が可能だが、０．５≦ｘ≦１．０が好ましく、
０．８≦ｘ≦１．０がより好ましい範囲である。 ＩｎＡ
ｓ _y Ｓｂ _1-yのｙは、０≦ｙ≦１．０の範囲で高キャリア移動度が可能であり、０．５≦ｙ≦１．０がより好ましい。

【００１１】また、半導体活性層の膜厚ｈ ₁については、ｈ ₁が５ｎｍ以下になると半導体活性層の結晶性が悪くなり、５０００ｃｍ ² ／Ｖｓ以上というような高いキャリア移動度が得られない。 また、逆にｈ ₁が５００
ｎｍ以上になると半導体活性層が低抵抗化すると同時に、表面弾性波とキャリアの相互作用効率が低下してしまう。 即ち、高キャリア移動度を実現し、表面弾性波とキャリアとの相互作用を効率よく行うために、半導体活性層の膜厚ｈ ₁は、５ｎｍ≦ｈ ₁ ≦５００ｎｍである必要があり、好ましくは、１０ｎｍ≦ｈ ₁ ≦３５０ｎｍであり、より好ましくは１２ｎｍ≦ｈ ₁ ≦２００ｎｍの範囲である。 さらに、半導体活性層の抵抗値は、１０Ω以上が好ましく、より好ましくは５０Ω以上であり、さらに好ましくは１００Ω以上である。

【００１２】本発明における圧電体基板の上に形成される半導体緩衝層の抵抗値は絶縁もしくは半絶縁が好ましいが、これらに準じた高い抵抗値であればよい。 例えば、半導体緩衝層の抵抗値が半導体活性層の少なくとも５〜１０倍以上高く、好ましくは１００倍以上、より好ましくは１０００倍以上高いものである。 高抵抗な半導体緩衝層として、例えば、ＧａＳｂ、ＡｌＳｂ、ＺｎＴ
ｅやＣｄＴｅなどの２元系、ＡｌＧａＳｂ、ＡｌＡｓＳ
ｂ、ＧａＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＳｂなどの３元系、ＡｌＧ
ａＡｓＳｂ、ＡｌＩｎＧａＳｂ、ＡｌＩｎＡｓＳｂ、Ａ
ｌＩｎＰＳｂやＡｌＧａＰＳｂなどの４元系が好ましい例である。 また、これらの半導体緩衝層の組成を決める際に、半導体活性層を構成している結晶の格子定数と同じか、もしくは近い値を有する組成に調整することで、
半導体活性層のより大きなキャリア移動度を実現させることができる。 ここで格子定数が近いというのは、半導体活性層を構成する結晶の格子定数と半導体緩衝層を構成する結晶の格子定数との違いが、±５％以内、より好ましくは±２％以内をいう。

【００１３】また、実際に圧電体基板の上に、半導体緩衝層を形成する工程において、特にＳｂ含有の半導体緩衝層は格子緩和がきわめて速く、圧電体基板との格子不整が大きくても半導体緩衝層の超薄膜を成長するだけで格子乱れは緩和し、半導体緩衝層を構成している結晶独自の格子定数で成長をはじめる。 そして半導体活性層を成長する直前には、半導体緩衝層の表面状態はきわめて良好となり、その上に形成される半導体活性層の結晶性を大きく向上させることができる。 半導体緩衝層の膜厚は、結晶性の面から見れば厚いほど良いが、表面弾性波とキャリアの相互作用のしやすさの面から見ると薄いほど好ましい。 即ち、半導体緩衝層の膜厚ｈ ₂は、２０ｎ
ｍ≦ｈ ₂ ≦２０００ｎｍが好ましく、５０ｎｍ≦ｈ ₃ ≦
１０００ｎｍがより好ましい範囲である。

【００１４】また、圧電体基板と半導体緩衝層との間に誘電体層が挿入されていてもよい。 この誘電体層は圧電体基板およびその上に形成される半導体層の保護の目的で用いられる場合がある。 誘電体層としては、例えば、
ＳｉＯ、ＳｉＯ ₂ 、窒化シリコン、ＣｅＯ ₂ 、Ｃａ
Ｆ ₂ 、ＢａＦ ₂ 、ＳｒＦ ₂ 、ＴｉＯ ₂ 、Ｙ ₂ Ｏ ₃ 、Ｚｒ
Ｏ ₂ 、ＭｇＯ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃などが用いられる。 誘電体層の膜厚は薄いほうがよいが、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。

【００１５】さらに半導体活性層の保護の目的で半導体活性層の上に誘電体層や半導体層が積層されていてもよい。 誘電体層としては前記の組成のものを用いることができる。 半導体層としては、前記半導体緩衝層と同じ組成のものが使用できる。 半導体緩衝層や半導体活性層などの成膜は、一般に薄膜の単結晶が成長できる方法であれば何でもよいが、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や、有機金属分子線エピタキシー（ＭＯＭＢＥ）法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や原子層エピタキシー（ＡＬＥ）法は特に好ましい方法である。 また、本発明のすだれ状電極４、５の材質には特に制限はないが、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｃｕ合金、ＡｌとＴｉの多層電極等が好ましく用いられる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明を具体的な実施例により述べるが、本発明はこれらの例のみに限定されるものではない。 また、実際の表面波増幅器のデバイス化の際には、
一方向性電極の利用により、表面弾性波の双方向性による損失分は軽減できる。 また、電気機械結合定数のより大きい圧電体基板の使用等で利得を改善することもできる。

【００１７】

【実施例１】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.38 Ｉｎ _0.62
Ｓｂ _.を１５０ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＳｂを５０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧ
ａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、３２０００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。 なお、積層膜の電子移動度は、Ｖａｎｄｅｒ Ｐａｕｗ法により測定した。

【００１８】次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．７５
μｍの正規型電極とし、伝搬長は、３００μｍとした。
引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 表面弾性波の伝搬長は、表面弾性波の波長の整数倍に形成することが好ましい。

【００１９】次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、ネットワークアナライザー（Ｙｏ
ｋｏｋａｗａ Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ、８５
１０Ｂ）で、電界印加後の利得（または挿入損失）と電界印加前の挿入損失の差から求めた。 本実施例１の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧３Ｖ、中心周波数１５２０ＭＨｚで２２ｄＢであった。 この値は、携帯機器の高周波部の低雑音増幅器とバンドパスフィルタの部分に用いる場合に良好な増幅度であり、しかもモノリシック化された単一素子で形成されているため、携帯機器の小型化や配線によるリターンロスの低減化が実現できる。

【００２０】

【実施例２】実施例１のサンプルを用いて、所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが１．４μｍの正規型電極とし、伝搬長は、２８０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。 実施例２の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧３Ｖ、中心周波数８
００ＭＨｚで１２ｄＢであった。 この値は、携帯機器の高周波部の低雑音増幅器とバンドパスフィルタの部分に用いる場合に良好な増幅度であり、しかもモノリシック化された単一素子で形成されているため、携帯機器の小型化や配線によるリターンロスの低減化が実現できる。

【００２１】

【実施例３】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ｓｂ _.を２００ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓ _0.5 Ｓｂ _0.5を６０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、３００００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。 次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．６μｍの正規型電極とし、伝搬長は、２４０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。

【００２２】次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。
実施例３の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧３Ｖ、中心周波数１９００ＭＨｚで２６ｄＢであった。 この値は、携帯機器の高周波部の低雑音増幅器とバンドパスフィルタの部分に用いる場合に極めて良好な増幅度であり、しかもモノリシック化された単一素子で形成されているため、携帯機器の小型化や配線によるリターンロスの低減化が実現できる。

【００２３】

【実施例４】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ｓｂ _.を１５０ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓ _0.5 Ｓｂ _0.5を５０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、２０９００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。 次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．７５μｍの正規型電極とし、伝搬長は、３００μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。

【００２４】次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。
実施例４の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧３Ｖ、中心周波数１５３０ＭＨｚで１３ｄＢであった。 この値は、携帯機器の高周波部の低雑音増幅器とバンドパスフィルタの部分に用いる場合に良好な増幅度であり、しかもモノリシック化された単一素子で形成されているため、携帯機器の小型化や配線によるリターンロスの低減化が実現できる。 以上の実施例からわかるように、本発明の表面弾性波増幅器は、実用的な低電圧で良好な増幅度が得られており、現在のアナログ及びデジタル携帯電話（８００ＭＨｚ）やＧＳＭ用携帯電話（９００ＭＨｚ）だけでなく、ＰＤＣデジタル携帯電話（１５００ＭＨｚ）やＰＨＳ簡易型携帯電話（１９００ＭＨｚ）など高周波用にも広く応用が可能である。

【００２５】

【実施例５】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ｓｂ _.を１００ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓ _0.5 Ｓｂ _0.5を２００ｎｍ成長させたのち、
保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、３２０００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。

【００２６】次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．７５
μｍの正規型電極とし、伝搬長は、３００μｍとした。
引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。 実施例５の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧６Ｖ、中心周波数１５０５ＭＨｚで６ｄＢであった。 ６Ｖという低電圧で増幅効果が得られた。

【００２７】

【実施例６】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ｓｂ _.を１５０ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓを３５０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、２２０００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。

【００２８】次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．６μ
ｍの正規型電極とし、伝搬長は、２４０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。 実施例６の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧６Ｖ、中心周波数１５００ＭＨｚで２ｄＢであった。 ６Ｖという低電圧で増幅効果が得られた。

【００２９】

【実施例７】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ａｓ _0.12 Ｓｂ _0.88を１５０ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓを５０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、１３０００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。 次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが１．４μｍの正規型電極とし、伝搬長は、５６０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１
と同様の方法で行った。 実施例７の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧５Ｖ、中心周波数８１０ＭＨｚで６ｄＢであった。 ５Ｖという低電圧で増幅効果が得られた。

【００３０】

【実施例８】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ａｓ _0.12 Ｓｂ _0.88.を１５０ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓを２０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、８０００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。

【００３１】次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが１．４μ
ｍの正規型電極とし、伝搬長は、５６０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。 実施例８の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧６Ｖ、中心周波数８３５ＭＨｚで３ｄＢであった。 ６Ｖという低電圧で増幅効果が得られた。

【００３２】

【実施例９】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体緩衝層としてＡｌ _0.5 Ｇａ _0.5
Ａｓ _0.12 Ｓｂ _0.88を１５０ｎｍ成長させた。 次に半導体活性層としてＩｎＡｓを１０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 この積層膜の電子移動度は、５０００ｃｍ ² ／Ｖｓであった。

【００３３】次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．７５
μｍの正規型電極とし、伝搬長は、３００μｍとした。
引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した。 次に、表面弾性波増幅器の特性を測定した。 増幅度の評価は、実施例１と同様の方法で行った。 実施例９の表面弾性波増幅器を評価した結果、その増幅度は、直流印加電圧６Ｖ、中心周波数１５６０ＭＨｚで４ｄＢであった。 ６Ｖという低電圧で増幅効果が得られた。

【００３４】

【比較例１】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体活性層としてＩｎＳｂを５０ｎ
ｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 そしてこの積層膜の電気特性を測定したが、本比較例では半導体活性層であるＩｎＳｂを直接、圧電体基板の上に形成したために、半導体活性層の結晶性が悪く、電子移動度は１７００ｃｍ ² ／Ｖｓにすぎなかった。 次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが１．４μｍの正規型電極とし、伝搬長は、５６０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した後、表面弾性波増幅特性を測定したが、増幅はみられなかった。

【００３５】

【比較例２】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体活性層としてＩｎＡｓ _0.5 Ｓｂ
_0.5を５０ｎｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂ
を２ｎｍ成長させた。 そしてこの積層膜の電気特性を測定したが、本比較例では半導体活性層であるＩｎＡｓ
_0.5 Ｓｂ _0.5を直接、圧電体基板の上に形成したために、半導体活性層の結晶性が悪く、電子移動度は１２０
０ｃｍ ² ／Ｖｓにすぎなかった。 次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが０．７５μｍの正規型電極とし、伝搬長は、３００μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した後、表面弾性波増幅特性を測定したが、増幅はみられなかった。

【００３６】

【比較例３】直径３インチの６４度ＹカットＬｉＮｂＯ
₃単結晶基板の上にＳｉＯ ₂ １０ｎｍを蒸着したのち、
ＭＢＥ法により、半導体活性層としてＩｎＡｓを５０ｎ
ｍ成長させたのち、保護層としてＧａＳｂを２ｎｍ成長させた。 そしてこの積層膜の電気特性を測定したが、本比較例では半導体活性層であるＩｎＡｓを直接、圧電体基板の上に形成したために、半導体活性層の結晶性が悪く、電子移動度は９００ｃｍ ² ／Ｖｓにすぎなかった。
次に所定の位置の半導体層をエッチングにより除き、圧電体基板を露出させた。 その圧電体基板表面に入出力電極としてすだれ状のＡｌ電極をリソグラフィプロセスによって形成した。 電極はピッチが１．４μｍの正規型電極とし、伝搬長は、５６０μｍとした。 引き続き半導体活性層に直流電界印加用の電極を形成した後、表面弾性波増幅特性を測定したが、増幅はみられなかった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の積層構造は、これまでの理論予測を凌ぐ高キャリア移動度を達成でき、しかもこの積層構造を用いた表面弾性波増幅器は、実用的な低電圧でこれまでにない大きな増幅度を実現できる。 また、本発明の表面弾性波増幅器を携帯機器の高周波部に導入すれば、これまでディスクリート素子として使用されてきた低雑音増幅器とバンドパスフィルタの２つの素子を単一部品で置き換えることが可能となる。 即ち、モノリシック化された表面弾性波増幅器ではこれまで複数の部品をつないでいた配線やインピーダンスマッチング回路も不要となり、携帯機器の小型化、軽量化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す（ａ）積層構造の断面図（ｂ）表面弾性波増幅器の斜視図

【図２】直接型増幅器

【図３】分離型増幅器

【図４】モノリシック型増幅器

【符号の説明】

１ 圧電体基板 ２ 半導体緩衝層 ３ 半導体活性層 ４ 入力用すだれ状電極 ５ 出力用すだれ状電極 ６ 半導体膜積層構造 ７ 半導体活性層へ直流電界が印加できる電極 ８ 圧電性半導体基板 ９ 空隙 １０ 誘電体膜

フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁶識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｈ 9/25 Ｈ０３Ｈ 9/25 Ｅ Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｓ