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JP4358053B2 - Surface acoustic wave filter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本願発明は窒化物系半導体を用いた表面弾性波フィルターおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a surface acoustic wave filter using a nitride-based semiconductor and a method for manufacturing the same.

近年、携帯電話を中心とした移動体通信の利用者数は急激に増加している。このような状況の中、高い周波数領域においても安定に動作する高性能のフィルターの開発が進められている。また、最近の移動体通信機器の小型化のニーズにより、フィルター類も従来のLCフィルターから誘電体フィルター、さらに表面弾性波(Surface acoustic wave、略してSAWと称す)フィルターへと移り変わっているのが現状である。   In recent years, the number of mobile communication users centering on mobile phones has increased rapidly. Under such circumstances, development of a high-performance filter that operates stably even in a high frequency region is underway. In addition, with recent needs for downsizing of mobile communication devices, filters have been changed from conventional LC filters to dielectric filters, and surface acoustic wave (abbreviated as SAW) filters. Currently.

高い周波数領域で動作するSAWフィルターの実現のために高い表面弾性波伝播速度(以下SAW伝播速度と称す)を有する結晶材料が求められている。SAWフィルターの共振周波数は次式によって類推することができる。   In order to realize a SAW filter that operates in a high frequency region, a crystal material having a high surface acoustic wave propagation velocity (hereinafter referred to as a SAW propagation velocity) is required. The resonance frequency of the SAW filter can be estimated by the following equation.

f = Vs/(2×L)
ここで、fは共振周波数、VsはSAW伝播速度、Lは櫛型電極(IDT:Interdigital transducer)の間隔である。この式からSAWフィルターの高周波数化のためにはSAWフィルターを形成する結晶材料のSAW伝播速度の向上が効果的であることが分かる。
f = Vs / (2 × L)
Here, f is a resonance frequency, Vs is a SAW propagation velocity, and L is a distance between comb-shaped electrodes (IDT: Interdigital transducer). From this equation, it can be seen that an increase in the SAW propagation speed of the crystal material forming the SAW filter is effective for increasing the frequency of the SAW filter.

SAWフィルターの結晶材料には、従来、水晶、LiNbO、LiTaO等が用いられてきた。また、最近では、高いSAW伝播速度を有する結晶材料としてGaNやAlN等の窒化物系半導体が注目されている(例えば下記特許文献1参照)。下表にこれらの材料のSAW伝播速度についてまとめた。 Conventionally, quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 or the like has been used as the crystal material of the SAW filter. Recently, a nitride-based semiconductor such as GaN or AlN has attracted attention as a crystal material having a high SAW propagation speed (for example, see Patent Document 1 below). The following table summarizes the SAW propagation speed of these materials.

Figure 0004358053

この表から同じ櫛型電極(以下IDT電極と称す)の間隔の場合には、従来の水晶、LiNbO、LiTaOと比較してGaNやAlNの窒化物系半導体の方がより高い周波数で動作すると期待できる。また、特に窒化物系半導体を用いた結晶材料の場合には、電子デバイスの作製も可能であることから、窒化物半導体を用いたフィルターとアンプの集積化が期待されている。
Figure 0004358053

From this table, in the case of the same comb-shaped electrode (hereinafter referred to as IDT electrode) spacing, nitride semiconductors such as GaN and AlN operate at a higher frequency than conventional quartz, LiNbO 3 , and LiTaO 3. Then you can expect. In particular, in the case of a crystal material using a nitride-based semiconductor, since an electronic device can be manufactured, integration of a filter and an amplifier using a nitride semiconductor is expected.

GaNやAlNの結晶材料は従来、サファイアを基板として用い、有機金属気相成長法(以下MOCVD法と称す)や分子線エピタキシー法(以下MBE法と称す)によって結晶の成長が行われている。しかし、サファイア基板と窒化物半導体との間には10〜20%の格子不整合があるため、サファイア基板上に直接、窒化物半導体を成長すると3次元成長が起き、表面荒れが発生するとともに、多くの結晶欠陥が発生する問題があった。   Conventionally, crystal materials such as GaN and AlN use sapphire as a substrate, and crystals are grown by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOCVD method) or molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as MBE method). However, since there is a lattice mismatch of 10 to 20% between the sapphire substrate and the nitride semiconductor, when the nitride semiconductor is grown directly on the sapphire substrate, three-dimensional growth occurs, surface roughness occurs, There was a problem that many crystal defects occurred.

この問題を解決するため、サファイア基板上への窒化物半導体の成長は一般的に次の手順で行われている。サファイア基板をまず1000℃以上の高温、水素雰囲気中でクリーニングした後、基板温度を約500℃まで降温させてGaN層やAlN層(以下低温バッファー層と称す)を低温で成長した後、さらに、基板温度を約1000℃まで昇温させて目的とする窒化物系半導体を成長している(例えば下記非特許文献1、非特許文献2参照)。   In order to solve this problem, growth of a nitride semiconductor on a sapphire substrate is generally performed by the following procedure. After the sapphire substrate is first cleaned in a hydrogen atmosphere at a high temperature of 1000 ° C. or higher, the substrate temperature is lowered to about 500 ° C., and a GaN layer or an AlN layer (hereinafter referred to as a low temperature buffer layer) is grown at a low temperature. The target nitride semiconductor is grown by raising the substrate temperature to about 1000 ° C. (see, for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 below).

さらに、前記の結晶材料上にはフォトリソグラフィ工程とAl等の金属材料の蒸着により、IDT電極を形成することでSAWフィルターは作製されている。   Further, the SAW filter is manufactured by forming an IDT electrode on the crystal material by a photolithography process and vapor deposition of a metal material such as Al.

特開2001−203561号公報JP 2001-203561 A S.Nakamura、“GaN growth usi GaN buffer layer”,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.30,L1705(1991)S. Nakamura, “GaN growth usi GaN buffer layer”, Jpn. J. et al. Appl. Phys. Vol. 30, L1705 (1991) H.Amano,N.Sawaki,I.Akasaki and Y.Toyoda,“Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an AlN buffer layer”,Appl.Phys.Lett.Vol.48,353(1986)H. Amano, N .; Sawaki, I .; Akasaki and Y.K. Toyoda, “Metalorganic vapor phase epidermal growth of a high quality GaN film using an AlN buffer layer”, Appl. Phys. Lett. Vol. 48, 353 (1986)

前記のように高い周波数領域で動作するSAWフィルター用材料として期待されている窒化物系半導体の成長では成長温度を3段階に昇・降温する工程が必要なため、成長プロセスが複雑であることから高抵抗層を再現性良く、すなわち高歩留まりで、作製することが難しく、かつ、成長時間も長くなる問題点があった。また、500〜1000℃以上の温度範囲で頻繁に基板温度を変化させる成長プロセスが成長装置のヒーター材料の劣化を引き起こし、その部品寿命を短くする問題も発生した。   As described above, the growth of nitride-based semiconductors, which are expected as SAW filter materials that operate in a high frequency region, requires a process of raising and lowering the growth temperature in three stages, so the growth process is complicated. There is a problem that it is difficult to fabricate a high resistance layer with good reproducibility, that is, with a high yield, and the growth time becomes long. In addition, the growth process that frequently changes the substrate temperature in the temperature range of 500 to 1000 ° C. or more causes the deterioration of the heater material of the growth apparatus, resulting in a problem of shortening the component life.

本願発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本願発明が解決しようとする課題は、高い表面弾性波伝播速度を有し、高い周波数で効果的に動作する、窒化物系半導体を用いた表面弾性波フィルターおよびその高能率、高歩留まり、低コストの製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved by the present invention is a nitride-based semiconductor having a high surface acoustic wave propagation velocity and operating effectively at a high frequency. To provide a surface acoustic wave filter used and a high-efficiency, high-yield, low-cost manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために、本願発明では、請求項1に記載のように、
サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層と、AlNからなる第2の層とをこの順序で順次形成し、さらに、前記第2の層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成してなる薄膜構造を有し、かつ、該薄膜構造上に櫛型電極を有する表面弾性波フィルターであって、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加していることを特徴とする表面弾性波フィルターを構成する。
In order to solve the above problem, in the present invention, as described in claim 1,
Sequentially forming a first layer of sapphire or Ranaru on a substrate (AlN) x (Al 2 O 3) 1-x, and a second layer of AlN in this order, further, the second A surface acoustic wave filter having a thin film structure formed by forming a third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN on the layer, and having a comb-shaped electrode on the thin film structure In the surface acoustic wave filter, the value of x in the composition formula of the first layer increases from the substrate side toward the second layer side.

また、本願発明では、請求項2に記載のように、
サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層と、AlNからなる第2の層と、Alからなる中間層とをこの順序で順次形成し、さらに、前記中間層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成してなる薄膜構造を有し、かつ、該薄膜構造上に櫛型電極を有する表面弾性波フィルターであって、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加していることを特徴とする表面弾性波フィルターを構成する。
Moreover, in this invention, as described in Claim 2,
Sapphire or Ranaru on a substrate (AlN) x (Al 2 O 3) a first layer consisting of 1-x, and a second layer of AlN, this order an intermediate layer of Al 2 O 3 And a thin film structure in which a third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN is formed on the intermediate layer, and a comb is formed on the thin film structure. Surface acoustic wave filter having a mold electrode, wherein the value of x in the composition formula of the first layer increases from the substrate side toward the second layer side Configure the filter.

また、本願発明では、請求項3に記載のように、
上記第3の層に、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、鉄の内の少なくとも1つの元素が添加されていることを特徴とする請求項1または2に記載の表面弾性波フィルターを構成する。
Moreover, in this invention, as described in Claim 3,
The surface acoustic wave filter according to claim 1 or 2, wherein at least one element of magnesium, zinc, beryllium, carbon, and iron is added to the third layer.

また、本願発明では、請求項4に記載のように、
サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層とAlNからなる第2の層とをこの順序で順次形成する第1の工程と、前記第2の層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成する第2の工程と、前記第3の層上に櫛型電極を形成する第3の工程とを有する表面弾性波フィルターの製造方法であって、前記第1の層を形成する際に、窒素原料の供給量と酸素原料の供給量とを時間経過とともに変化させて、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加している前記第1の層を形成することを特徴とする表面弾性波フィルターの製造方法を構成する。
Moreover, in this invention, as described in Claim 4,
A first step of sequentially forming a second layer of the first layer and the AlN sapphire or Ranaru on a substrate made of (AlN) x (Al 2 O 3) 1-x in this order, wherein A second step of forming a third layer of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN on the second layer; and a third step of forming a comb-shaped electrode on the third layer. A surface acoustic wave filter having a process, wherein when the first layer is formed, a supply amount of a nitrogen raw material and a supply amount of an oxygen raw material are changed over time, and the first layer is formed. A method of manufacturing a surface acoustic wave filter is provided, wherein the first layer is formed such that the value of x in the composition formula of the layer increases from the substrate side toward the second layer side.

また、本願発明では、請求項5に記載のように、
サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層と、AlNからなる第2の層と、Alからなる中間層とをこの順序で順次形成する第1の工程と、前記中間層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成する第2の工程と、前記第3の層上に櫛型電極を形成する第3の工程とを有する表面弾性波フィルターの製造方法であって、前記第1の層を形成する際に、窒素原料の供給量と酸素原料の供給量とを時間経過とともに変化させて、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加している前記第1の層を形成することを特徴とする表面弾性波フィルターの製造方法を構成する。
In the present invention, as described in claim 5,
Sapphire or Ranaru on a substrate (AlN) x (Al 2 O 3) a first layer consisting of 1-x, and a second layer of AlN, this order an intermediate layer of Al 2 O 3 And a second step of forming a third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN on the intermediate layer, and a step of forming the third layer on the third layer. A method of manufacturing a surface acoustic wave filter having a third step of forming a comb-shaped electrode, wherein when the first layer is formed, a supply amount of a nitrogen raw material and a supply amount of an oxygen raw material are passed over time. The surface elasticity is characterized in that the first layer is formed such that the value of x in the composition formula of the first layer increases from the substrate side toward the second layer side. The manufacturing method of a wave filter is comprised.

また、本願発明では、請求項6に記載のように、
上記第2の工程において、上記第3の層にマグネシウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、鉄の内の少なくとも1つの元素を添加して上記第3の層を形成することを特徴とする請求項4または5に記載の表面弾性波フィルターの製造方法を構成する。
In the present invention, as described in claim 6,
5. The method according to claim 4, wherein, in the second step, the third layer is formed by adding at least one element of magnesium, zinc, beryllium, carbon, and iron to the third layer. 5. A method for producing the surface acoustic wave filter according to 5 is configured.

また、本願発明では、請求項7に記載のように、
上記第1の層および第2の層の形成にECRプラズマ製膜装置を用いることを特徴とする請求項4または6に記載の表面弾性波フィルターの製造方法を構成する。
In the present invention, as described in claim 7,
7. The surface acoustic wave filter manufacturing method according to claim 4, wherein an ECR plasma film forming apparatus is used for forming the first layer and the second layer.

また、本願発明では、請求項8に記載のように、
上記第1の層、第2の層および中間層の形成にECRプラズマ製膜装置を用いることを特徴とする請求項5または6に記載の表面弾性波フィルターの製造方法を構成する。
In the present invention, as described in claim 8,
7. The surface acoustic wave filter manufacturing method according to claim 5, wherein an ECR plasma film forming apparatus is used to form the first layer, the second layer, and the intermediate layer.

また、本願発明では、請求項9に記載のように、
上記第1の工程における層形成は、上記基板の昇温を目的とする加熱手段を用いずに行われることを特徴とする請求項4ないし請求項8のいずれかに記載の表面弾性波フィルターの製造方法を構成する。
In the present invention, as described in claim 9,
The surface acoustic wave filter according to any one of claims 4 to 8, wherein the layer formation in the first step is performed without using a heating means for raising the temperature of the substrate. Configure the manufacturing method.

本願発明の実施によって、サファイア基板上に(AlN)(Al)1−x(ここに、0≦x≦1であり、xは基板表面からの距離の増加とともに増加する)からなる第1の層と、AlNからなる第2の層を形成し、さらに、GaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成することによって、高い表面弾性波伝播速度を有し、高い周波数で効果的に動作する、窒化物系半導体を用いた表面弾性波フィルターおよびその高能率、高歩留まり、低コストの製造方法を提供することが可能となる。 By implementing the present invention, it is composed of (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1-x (where 0 ≦ x ≦ 1, where x increases with an increase in distance from the substrate surface) on the sapphire substrate. By forming the first layer and the second layer made of AlN, and further forming the third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN, high surface acoustic wave propagation velocity It is possible to provide a surface acoustic wave filter using a nitride-based semiconductor that operates effectively at a high frequency, and a high-efficiency, high-yield, low-cost manufacturing method thereof.

以下、本願発明の窒化物系半導体を用いたSAWフィルターの層構成、および、その製造方法の詳細について説明する。   Hereinafter, the layer configuration of the SAW filter using the nitride-based semiconductor of the present invention and the details of the manufacturing method thereof will be described.

図1は本願発明の実施の形態のSAWフィルターの層構成を示す断面の模式図である。図1において、1はサファイア基板、2は(AlN)(Al)1−xからなる第1の層、3はAlNからなる第2の層、4はGaNからなる第3の層、5はAlにより形成された櫛型電極(IDT電極)である。なお、(AlN)(Al)1−x層2において、0≦x≦1であり、xは層の厚さ方向に沿って、基板1表面からの距離の増加とともの増加するように変化している。このような層は、格子定数が層の厚さ方向に沿って変化している層であり、格子不整合に基づく不都合(3次元成長や格子欠陥の発生等)を軽減するためにきわめて有効である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of a SAW filter according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a sapphire substrate, 2 is a first layer made of (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1-x , 3 is a second layer made of AlN, and 4 is a third layer made of GaN. Reference numeral 5 denotes a comb electrode (IDT electrode) made of Al. In the (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1-x layer 2, 0 ≦ x ≦ 1, and x is increased with an increase in distance from the surface of the substrate 1 along the thickness direction of the layer. It has changed to do. Such a layer is a layer whose lattice constant changes along the thickness direction of the layer, and is extremely effective for reducing inconveniences (three-dimensional growth, generation of lattice defects, etc.) due to lattice mismatch. is there.

本実施の形態においては、第3の層としてGaN層4を用いたが、第3の層としてAlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる層を用いても良い。 In the present embodiment , the GaN layer 4 is used as the third layer, but a layer made of AlN or a mixed crystal of GaN and AlN may be used as the third layer.

前記第1の層である(AlN)(Al)1−x層2はECR(Electron Cycrotron Resonance)プラズマ製膜装置によりAlと窒素と酸素とを原料に用い、室温において、基板の昇温を目的とする加熱手段を用いずに、Arプラズマ中で10nm程度の膜厚になるように堆積を行った。また、この時、酸素のガス流量を6.1sccmから0sccmへ、窒素原料の供給速度すなわち窒素ガスの流量を0sccmから6sccmに段階的に増加させ、(AlN)(Al)1−x層2中におけるxの値が基板1側から第2の層であるAlN層3側に向かって、この場合には0から1まで、増加するようにした。 The (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1-x layer 2 as the first layer is made of Al, nitrogen, and oxygen as raw materials by an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma film forming apparatus, and at room temperature. Deposition was performed in Ar plasma so as to have a film thickness of about 10 nm without using a heating means for increasing the temperature. At this time, the oxygen gas flow rate is increased from 6.1 sccm to 0 sccm, the supply rate of the nitrogen raw material, that is, the nitrogen gas flow rate is increased stepwise from 0 sccm to 6 sccm, and (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1− The value of x in the x layer 2 was increased from 0 to 1 in this case from the substrate 1 side toward the AlN layer 3 side as the second layer.

一方、前記の第2の層であるAlN層3は、同じ装置内で、Alと窒素を原料に用い、窒素のガス流量を6sccmで固定して、10nm程度の堆積を行った。なお、xの値が0から1まで変化することは必要ではなく、xの値が基板1側から第2の層であるAlN層3側に向かって増加していれば、本発明の効果は現われる。   On the other hand, the AlN layer 3 as the second layer was deposited to a thickness of about 10 nm in the same apparatus using Al and nitrogen as raw materials and fixing the nitrogen gas flow rate at 6 sccm. It is not necessary for the value of x to change from 0 to 1. If the value of x increases from the substrate 1 side toward the AlN layer 3 side as the second layer, the effect of the present invention is Appear.

なお、例えば、第1の層である(AlN)(Al)1−x層2は1〜200nmの膜厚で設計することができるが、好ましくは5〜50nm程度である。また、第2の層であるAlN層3は1〜200nmの膜厚で設計することができるが、好ましくは5〜50nm程度である。 For example, the (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1-x layer 2 as the first layer can be designed with a film thickness of 1 to 200 nm, preferably about 5 to 50 nm. The AlN layer 3 as the second layer can be designed with a film thickness of 1 to 200 nm, preferably about 5 to 50 nm.

さらに、第2の層であるAlN層3上に、同じ装置内で、Alからなる中間層を1〜100nm程度積層し、その上に第3の層であるGaN層4を形成した構造を用いても同様の効果を得ることができた。 Further, on the AlN layer 3 which is the second layer, an intermediate layer made of Al 2 O 3 is laminated in an amount of about 1 to 100 nm in the same apparatus, and the GaN layer 4 which is the third layer is formed thereon. The same effect could be obtained even if the structure was used.

上記の、(AlN)(Al)1−x2とAlN層3とを形成する工程、または、その工程に上記中間層を形成する工程を追加した工程を第1の工程とする。 The step of forming the (AlN) x (Al 2 O 3 ) 1-x 2 and the AlN layer 3 or the step of adding the step of forming the intermediate layer to the step is the first step. .

上記第1の工程における層形成にECRプラズマ製膜装置を用いているが、これ以外に、基板の昇温を目的とする加熱手段を必要としない製膜装置、たとえばプラズマCVD装置等を用いてもよい。   Although the ECR plasma film-forming apparatus is used for the layer formation in the first step, a film-forming apparatus that does not require a heating means for raising the temperature of the substrate, such as a plasma CVD apparatus, is used. Also good.

第3の層であるGaN層4はMOCVD装置を用いてエピタキシャル成長した。この時、原料ガスにトリメチルガリウムとアンモニアを用いた。以下、GaN層4の成長手順について説明する。前記の積層構造を有する試料をMOCVD装置の成長チャンバー内に設置し、アンモニア雰囲気中で1050℃まで温度を昇温した。次に、トリメチルガリウムを成長チャンバー内に導入、膜厚が2μmになるように、流量と時間を調整してGaN層4の成長を行った。成長終了後にはアンモニア雰囲気中で温度を室温まで低下させ試料を取り出した。上記の、第3の層であるGaN層4を形成する工程を第2の工程とする。   The GaN layer 4 as the third layer was epitaxially grown using an MOCVD apparatus. At this time, trimethylgallium and ammonia were used as source gases. Hereinafter, the growth procedure of the GaN layer 4 will be described. The sample having the above laminated structure was placed in the growth chamber of the MOCVD apparatus, and the temperature was raised to 1050 ° C. in an ammonia atmosphere. Next, trimethylgallium was introduced into the growth chamber, and the GaN layer 4 was grown by adjusting the flow rate and time so that the film thickness was 2 μm. After completion of the growth, the temperature was lowered to room temperature in an ammonia atmosphere and a sample was taken out. The step of forming the GaN layer 4 as the third layer is the second step.

本願発明の効果を説明するために、GaNの成長を行った時の成長温度の時間変化を図2に示す。また、比較のために、前述した従来の低温バッファー層を用いてGaN層を成長した場合の成長温度の時間変化を図3に示した。従来の方法においては、低温バッファー層形成のために、温度を一時的に500℃にまで下げなければならない。図2と図3との比較から明らかなように、本願発明によりその成長工程が簡略化され、かつ、成長時間も短縮できることが分かる。   In order to explain the effect of the present invention, FIG. 2 shows the time change of the growth temperature when GaN is grown. For comparison, FIG. 3 shows the time change of the growth temperature when a GaN layer is grown using the above-described conventional low-temperature buffer layer. In the conventional method, the temperature must be temporarily reduced to 500 ° C. in order to form the low-temperature buffer layer. As is clear from the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, it can be seen that the growth process is simplified and the growth time can be shortened by the present invention.

本願発明の手法で成長したGaN層の抵抗率は約3×10Ω・cmであった。しかし、成長チャンバー内の汚染の状況等によりGaN成長中にn型不純物が混入し、抵抗率の低下を招くことがあった。また、このような抵抗率の低下は、SAWフィルターの性能指数の1つである電気機械結合定数を低下させた。このようにGaN層の抵抗率が低下した場合には、GaNの成長中にマグネシウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、鉄等のp型の不純物となる元素の少なくとも1つを含むガスを用いてドーピングを行うことで効果的に抵抗率は向上した。 The resistivity of the GaN layer grown by the method of the present invention was about 3 × 10 6 Ω · cm. However, n-type impurities may be mixed during GaN growth due to contamination in the growth chamber and the like, leading to a decrease in resistivity. In addition, such a decrease in resistivity decreased the electromechanical coupling constant, which is one of the performance indexes of the SAW filter. When the resistivity of the GaN layer is reduced in this way, doping is performed using a gas containing at least one element that becomes a p-type impurity such as magnesium, zinc, beryllium, carbon, and iron during the growth of GaN. This effectively improved the resistivity.

なお、例えば、第3の層であるGaN層4の膜厚は1〜20μmの範囲で設計することができるが、好ましくは0.5〜5μmである。さらに、第3の層としては、GaNに代えて、SAW伝播速度の大きなAlNやAlNとGaNの混晶にを用いても良い。また、成長法に関してもMOCVDの他、MBEやガスソースMBEを用いることができる。   For example, the film thickness of the GaN layer 4 as the third layer can be designed in the range of 1 to 20 μm, preferably 0.5 to 5 μm. Further, as the third layer, instead of GaN, AlN having a high SAW propagation speed or a mixed crystal of AlN and GaN may be used. As for the growth method, MBE or gas source MBE can be used in addition to MOCVD.

第3の層であるGaN層4を形成した後、図1に示したように、GaN層4上に、フォトリソグラフィ工程とAlの蒸着により200nmの膜厚でIDT電極5を形成した。このIDT電極5を形成する工程を第3の工程とする。   After forming the third GaN layer 4, as shown in FIG. 1, the IDT electrode 5 was formed on the GaN layer 4 to a thickness of 200 nm by a photolithography process and Al deposition. The step of forming the IDT electrode 5 is a third step.

また、本願発明の実施によって作製したSAWフィルターの特性解析から得られたSAW伝播速度は5800m/s、電気機械的結合定数は4.2%であり、その特性が実用上においても十分な性能であることが確認できた。   Further, the SAW propagation speed obtained from the analysis of the characteristics of the SAW filter produced by the implementation of the present invention is 5800 m / s, and the electromechanical coupling constant is 4.2%, and the characteristics are sufficient in practical use. It was confirmed that there was.

本願発明では、前述のように窒化物半導体を成長する際の基板クリーニング、および、低温バッファー層成長の工程が不要となる。そのため、窒化物半導体の成長に必要な時間を短縮でき、かつ、ヒーター寿命を長くすることができるため、その結果として、低コストのSAWフィルターを短時間で再現性良く、すなわち高歩留まりで作製することを可能にする。   In the present invention, as described above, the steps of cleaning the substrate and growing the low-temperature buffer layer when growing the nitride semiconductor become unnecessary. As a result, the time required for the growth of the nitride semiconductor can be shortened and the heater life can be extended. As a result, a low-cost SAW filter can be produced in a short time with good reproducibility, that is, with a high yield. Make it possible.

すなわち、本願発明の実施によって、高い表面弾性波伝播速度を有し、高い周波数で効果的に動作する、窒化物系半導体を用いた表面弾性波フィルターおよびその高能率、高歩留まり、低コストの製造方法を提供することが可能となる。   That is, by implementing the present invention, a surface acoustic wave filter using a nitride-based semiconductor that has a high surface acoustic wave propagation velocity and operates effectively at a high frequency, and its high efficiency, high yield, and low cost manufacturing. It becomes possible to provide a method.

本願発明は、窒化物半導体を用いたSAWフィルターの実用化および応用を進展させる上で大きな効果を有する。   The present invention has a great effect in promoting practical application and application of SAW filters using nitride semiconductors.

本発明の実施の形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining embodiment of this invention. 本発明に係る表面弾性波フィルターの製造方法における工程中の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change in the process in the manufacturing method of the surface acoustic wave filter which concerns on this invention. 従来の表面弾性波フィルターの製造方法における工程中の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change in the process in the manufacturing method of the conventional surface acoustic wave filter.

符号の説明Explanation of symbols

1…サファイア基板、2…(AlN)(Al)1−x層、3…AlN層、4…GaN層、5…IDT電極。 1 ... sapphire substrate, 2 ... (AlN) x ( Al 2 O 3) 1-x layer, 3 ... AlN layer, 4 ... GaN layer, 5 ... IDT electrode.

Claims (9)

サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層と、AlNからなる第2の層とをこの順序で順次形成し、さらに、前記第2の層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成してなる薄膜構造を有し、かつ、該薄膜構造上に櫛型電極を有する表面弾性波フィルターであって、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加していることを特徴とする表面弾性波フィルター。 Sequentially forming a first layer of sapphire or Ranaru on a substrate (AlN) x (Al 2 O 3) 1-x, and a second layer of AlN in this order, further, the second A surface acoustic wave filter having a thin film structure formed by forming a third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN on the layer, and having a comb-shaped electrode on the thin film structure In the surface acoustic wave filter, the value of x in the composition formula of the first layer increases from the substrate side toward the second layer side. サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層と、AlNからなる第2の層と、Alからなる中間層とをこの順序で順次形成し、さらに、前記中間層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成してなる薄膜構造を有し、かつ、該薄膜構造上に櫛型電極を有する表面弾性波フィルターであって、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加していることを特徴とする表面弾性波フィルター。 Sapphire or Ranaru on a substrate (AlN) x (Al 2 O 3) a first layer consisting of 1-x, and a second layer of AlN, this order an intermediate layer of Al 2 O 3 And a thin film structure in which a third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN is formed on the intermediate layer, and a comb is formed on the thin film structure. Surface acoustic wave filter having a mold electrode, wherein the value of x in the composition formula of the first layer increases from the substrate side toward the second layer side filter. 上記第3の層に、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、鉄の内の少なくとも1つの元素が添加されていることを特徴とする請求項1または2に記載の表面弾性波フィルター。   3. The surface acoustic wave filter according to claim 1, wherein at least one element of magnesium, zinc, beryllium, carbon, and iron is added to the third layer. サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層とAlNからなる第2の層とをこの順序で順次形成する第1の工程と、前記第2の層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成する第2の工程と、前記第3の層上に櫛型電極を形成する第3の工程とを有する表面弾性波フィルターの製造方法であって、前記第1の層を形成する際に、窒素原料の供給量と酸素原料の供給量とを時間経過とともに変化させて、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加している前記第1の層を形成することを特徴とする表面弾性波フィルターの製造方法。 A first step of sequentially forming a second layer of the first layer and the AlN sapphire or Ranaru on a substrate made of (AlN) x (Al 2 O 3) 1-x in this order, wherein A second step of forming a third layer of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN on the second layer; and a third step of forming a comb-shaped electrode on the third layer. A surface acoustic wave filter having a process, wherein when the first layer is formed, a supply amount of a nitrogen raw material and a supply amount of an oxygen raw material are changed over time, and the first layer is formed. A method for producing a surface acoustic wave filter, comprising forming the first layer, wherein the value of x in the composition formula of the layer increases from the substrate side toward the second layer side. サファイアからなる基板上に(AlN)(Al)1−xからなる第1の層と、AlNからなる第2の層と、Alからなる中間層とをこの順序で順次形成する第1の工程と、前記中間層上にGaN、AlN、または、GaNとAlNとの混晶からなる第3の層を形成する第2の工程と、前記第3の層上に櫛型電極を形成する第3の工程とを有する表面弾性波フィルターの製造方法であって、前記第1の層を形成する際に、窒素原料の供給量と酸素原料の供給量とを時間経過とともに変化させて、前記第1の層の組成式におけるxの値が前記基板側から前記第2の層側に向かって増加している前記第1の層を形成することを特徴とする表面弾性波フィルターの製造方法。 Sapphire or Ranaru on a substrate (AlN) x (Al 2 O 3) a first layer consisting of 1-x, and a second layer of AlN, this order an intermediate layer of Al 2 O 3 And a second step of forming a third layer made of GaN, AlN, or a mixed crystal of GaN and AlN on the intermediate layer, and a step of forming the third layer on the third layer. A method of manufacturing a surface acoustic wave filter having a third step of forming a comb-shaped electrode, wherein when the first layer is formed, a supply amount of a nitrogen raw material and a supply amount of an oxygen raw material are passed over time. The surface elasticity is characterized in that the first layer is formed such that the value of x in the composition formula of the first layer increases from the substrate side toward the second layer side. Wave filter manufacturing method. 上記第2の工程において、上記第3の層にマグネシウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、鉄の内の少なくとも1つの元素を添加して上記第3の層を形成することを特徴とする請求項4または5に記載の表面弾性波フィルターの製造方法。   5. The method according to claim 4, wherein, in the second step, the third layer is formed by adding at least one element of magnesium, zinc, beryllium, carbon, and iron to the third layer. 6. A method for producing a surface acoustic wave filter according to 5. 上記第1の層および第2の層の形成にECRプラズマ製膜装置を用いることを特徴とする請求項4または6に記載の表面弾性波フィルターの製造方法。   7. The method of manufacturing a surface acoustic wave filter according to claim 4, wherein an ECR plasma film forming apparatus is used for forming the first layer and the second layer. 上記第1の層、第2の層および中間層の形成にECRプラズマ製膜装置を用いることを特徴とする請求項5または6に記載の表面弾性波フィルターの製造方法。   7. The method of manufacturing a surface acoustic wave filter according to claim 5, wherein an ECR plasma film forming apparatus is used for forming the first layer, the second layer, and the intermediate layer. 上記第1の工程における層形成は、上記基板の昇温を目的とする加熱手段を用いずに行われることを特徴とする請求項4ないし請求項8のいずれかに記載の表面弾性波フィルターの製造方法。   The surface acoustic wave filter according to any one of claims 4 to 8, wherein the layer formation in the first step is performed without using a heating means for raising the temperature of the substrate. Production method.
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