[发明专利]多个层系统、制造方法以及在多个层系统上形成的SAW设备

权利要求书

1.一种层系统，包括：

单晶蓝宝石衬底，具有第一表面；

晶体的压电层，包括AlN，在所述第一表面上外延生长，并且具有背离所述第一表面的第二表面；

其中所述第一表面是蓝宝石的晶体学R平面；

其中所述蓝宝石衬底与所述压电层之间的外延关系如下：

所述压电层(x切割)的(11-20)平面与蓝宝石(R平面)的(1-102)平面平行，

所述压电层的平面内[1-100]方向与蓝宝石的[-1-120]方向平行，并且

所述压电层的平面内[000-1]方向(晶体学c轴)与蓝宝石的[1-10-1]方向平行。

2.根据前述权利要求所述的层系统，

其中所述压电层包括掺杂有掺杂剂的AlN，所述掺杂剂改善压电耦合。

3.根据前述权利要求所述的层系统，

其中所述压电层包括AlScN，并且其中所述压电层中所包含的掺杂剂Sc的量在5at％与45at％之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的层系统，

其中所述压电层包括掺杂有Sc的AlN，并且其中纯AlN的籽晶层被布置在所述衬底与压电AlScN层之间。

5.根据前述权利要求中任一项所述的层系统，

包括被沉积到所述第二表面上的SiO₂层。

6.一种SAW设备，包括前述权利要求中任一项所述的层系统，并且具有交叉指型电极结构，所述交叉指型电极结构被布置在所述第二表面的顶部。

7.根据前述权利要求中任一项所述的SAW设备，

其中所述交叉指型电极结构适于在具有给定波长λ的所述压电层中激励SAW，其中所述压电层的厚度d_P根据关系0.3λ≤d_P≤3λ来选择。

8.根据前述权利要求中任一项所述的SAW设备，

其中所述第一表面相对于所述R平面倾斜0.5°至6°的角度δ。

9.根据前述权利要求中任一项所述的SAW设备，

其中所述交叉指型电极结构具有平面内定向，所述平面内定向具有围绕所述表面法线的在0°与90°之间的旋转角。

10.根据前述权利要求中任一项所述的SAW设备，

其中所述交叉指型电极结构包括Cu和/或Al。

11.根据前述权利要求中任一项所述的SAW设备，

包括选自以下群组的其他功能层：钝化层、SiN修整层和温度补偿层。

12.一种制造包括AlN层的层系统的方法，所述AlN层具有与所述层平行的c轴，所述方法包括以下步骤：

A)提供具有平面的第一表面的蓝宝石衬底，所述平面的第一表面是晶体学R平面；

B)将纯AlN的籽晶层沉积到所述第一表面上；

C)通过使用沉积技术将压电层外延生长到包括AlScN的所述籽晶层上，所述沉积技术选自以下项：金属有机CVD(MOCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、分子束外延(MBE)、原子层沉积(ALD)、溶胶-凝胶沉积、高温溅射和脉冲激光沉积PLD。

13.根据前述权利要求所述的方法，包括以下步骤：

D)在所述压电层的顶部形成包括交叉指型电极的电极结构，所述交叉指型电极适于生成具有中频的SAW波，

其中步骤C)包括：在进行所述外延生长工艺时，将所述外延压电层的厚度d_P控制为满足0.3λ≤d_P≤3λ的值，其中λ与所述SAW波在所述中频处的波长一致。