【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，具体涉及一种压电谐振器结构及其生长方法。
技术介绍
1、压电谐振器广泛应用于移动通讯领域，是射频滤波器的核心组成部分；随着5g通讯时代，通讯波段日益复杂化，压电谐振器的重要性日益突出。谐振器除应用在通信领域外，还可被用于压力传感器、温度传感器、化学传感器等领域。氧化镓半导体材料具有超宽禁带宽度，绝缘性好，防漏电能力强，适合用于制备半导体器件；氧化镓具有β、ε、α、γ、δ五种相，研究文献指出(european physical journal b 7,93,2020)，ε相氧化镓(ε-ga2o3)薄膜材料还具有压电系数大的特点。因此，ε-ga2o3薄膜材料适合用于制备高q值、高机电耦合系数的压电谐振器，在射频通讯等领域具有良好的应用前景。而硅(111)可以作为ε-ga2o3的生长基底，在大尺寸的硅基底上制备氧化镓压电谐振器有利于降低成本。
2、射频信号在压电谐振器中主要以声波方式传播，而由于硅材料的声波波速较低，压电层中的声波能量容易向基底泄漏，导致压电谐振器性能的下降。文献(cn108631747a)通过在压电层下方加入一层二氧化硅低声速层，可以实现对声波能量的束缚，防止声波能量泄漏到硅基底中；但对于ε-ga2o3，这种硅基底上二氧化硅不适用于ε-ga2o3薄膜的生长，反而会破坏ε-ga2o3薄膜的生长(zl201910335562.4)。高结晶质量、高晶向一致性的ε-ga2o3薄膜制备难度大，难以生长在二氧化硅等介质材料层上，而只能生长在少数特定种类(如aln、蓝宝石、碳化硅等)、特定晶向的基
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于ε-ga2o3材料的saw压电谐振器结构，该结构利用横向生长方法解决介质层上方的高质量ε-ga2o3薄膜生长问题，实现了基于硅基底的高性能氧化镓压电谐振器。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、本专利技术第一方面提供了一种压电谐振器，所述压电谐振器包括由下至上依次设置的：硅基底、aln插入层、能量束缚层、ε相氧化镓层和叉指电极；
4、所述能量束缚层分布有开孔，开孔穿过能量束缚层向下贯通至暴露出aln插入层；
5、所述ε相氧化镓层从暴露的aln插入层开始生长，经开孔向上生长，然后横向生长覆盖整个能量束缚层；
6、声波在所述能量束缚层中传播的速率低于声波在所述硅基底和所述aln插入层中传播的速率。
7、本专利技术中的开孔可以是贯通能量束缚层，然后暴露出aln插入层上表面；也可以是贯通能量束缚层，并继续向下，开孔深入到aln插入层中，但没有贯通aln插入层。
8、优选地，所述硅基底为硅(111)，或与硅(111)存在≤4°倾角的硅基底材料。
9、优选地，所述能量束缚层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种。
10、优选地，所述aln插入层的厚度为1-100nm；所述能量束缚层的厚度为10-1000nm；所述ε相氧化镓层的厚度为100-6000nm。
11、优选地，所述开孔的形状包括三角形、矩形、六边形和圆形中的至少一种；本专利技术中并不限于开孔的具体形状，采用常规的规则图形即可。
12、优选地，所述开孔的平均横向面积≤压电谐振器横向面积的10％。
13、优选地，所述开孔的总面积之和≤压电谐振器横向面积的15％。
14、本专利技术第二方面提供了一种声表面波谐振器，所述声表面波谐振器的结构包括所述的压电谐振器。
15、本专利技术第三方面提供了所述的压电谐振器的生长方法，包括以下步骤：
16、(1)在硅基底上生长aln插入层；
17、(2)在aln插入层上沉积能量束缚层；在能量束缚层表面开孔，开孔穿过能量束缚层向下贯通至暴露出aln插入层；从开孔底部开始生长ε相氧化镓层，经开孔向上生长，然后横向生长覆盖整个能量束缚层；
18、(3)在ε相氧化镓层上沉积叉指电极。
19、优选地，所述制备方法步骤(2)中的开孔具体步骤为：通过涂胶、光刻、显影，在能量束缚层上形成周期或非周期分布图案，显影后图案底部暴露出能量束缚层，通过干法刻蚀，沿光刻后形成的图案，刻蚀形成开孔。
20、优选地，所述制备方法中，可以采用mocvd沉积aln插入层，也可以采用磁控溅射沉积aln插入层，当采用mocvd沉积aln插入层时，生长温度为950-1100℃，生长气压18-22torr；当采用磁控溅射沉积aln插入层时，温度为500-700℃。
21、优选地，所述制备方法中，可以采用磁控溅射沉积能量束缚层，设置气压0.005-0.015毫托，溅射温度为室温，溅射功率为80-100w，沉积能量束缚层。
22、优选地，所述制备方法中，可以采用cvd沉积ε相氧化镓层，也可以采用mocvd沉积ε相氧化镓层；当采用cvd沉积ε相氧化镓层时，生长温度为500-650℃；当采用mocvd沉积ε相氧化镓层时，生长温度为500-600℃。
23、优选地，所述制备方法中，采用电子束蒸发法沉积叉指电极。
24、优选地，所述步骤(2)可以替换为：通过涂胶、光刻、显影，在aln插入层表面形成光刻胶柱，然后沉积能量束缚层，移出光刻胶柱形成开孔；从开孔底部开始生长ε相氧化镓层，经开孔向上生长，然后横向生长覆盖整个能量束缚层；进一步优选地，所述光刻胶柱的高度＞能量束缚层厚度。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、本专利技术通过采用薄膜横向生长的方法，解决ε-ga2o3薄膜生长受基底限制的问题，最终构造出基于硅基底的高性能ε-ga2o3声表面波谐振器结构。
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1.一种压电谐振器，其特征在于，所述压电谐振器包括由下至上依次设置的：硅基底、AlN插入层、能量束缚层、ε相氧化镓层和叉指电极；
2.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述硅基底为硅(111)，或与硅(111)存在≤4°倾角的硅基底材料。
3.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述能量束缚层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述AlN插入层的厚度为1-100nm；所述能量束缚层的厚度为10-1000nm；所述ε相氧化镓层的厚度为100-6000nm。
5.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述开孔的形状包括三角形、矩形、六边形和圆形中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的压电谐振器，其特征在于，所述开孔的平均横向面积≤压电谐振器横向面积的10％。
7.根据权利要求6所述的压电谐振器，其特征在于，所述开孔的总面积之和≤压电谐振器横向面积的15％。
8.一种声表面波谐振器，其特征在于，所述声表面波谐振器的结构
9.一种权利要求1-7任一项所述的压电谐振器的生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的压电谐振器的生长方法，其特征在于，所述步骤(2)可以替换为：通过涂胶、光刻、显影，在AlN插入层表面形成光刻胶柱，然后沉积能量束缚层，移出光刻胶柱形成开孔；从开孔底部开始生长ε相氧化镓层，经开孔向上生长，然后横向生长覆盖整个能量束缚层。
...【技术特征摘要】
1.一种压电谐振器，其特征在于，所述压电谐振器包括由下至上依次设置的：硅基底、aln插入层、能量束缚层、ε相氧化镓层和叉指电极；
2.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述硅基底为硅(111)，或与硅(111)存在≤4°倾角的硅基底材料。
3.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述能量束缚层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述aln插入层的厚度为1-100nm；所述能量束缚层的厚度为10-1000nm；所述ε相氧化镓层的厚度为100-6000nm。
5.根据权利要求1所述的压电谐振器，其特征在于，所述开孔的形状包括三角形、矩形、六边形和圆形中的至少一种。
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