特開 2020-202465 圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-202465(P2020-202465A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20201120BHJP

   H03H 9/54 20060101ALI20201120BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/17 F

   H03H9/54 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-107347(P2019-107347)

(22)【出願日】2019年6月7日

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】入枝 泰成

(72)【発明者】

【氏名】谷口 眞司

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA01

5J108AA07

5J108BB08

5J108CC04

5J108DD06

5J108EE02

5J108FF02

(57)【要約】

【課題】共振特性の劣化を抑制すること、またはスプリアスを抑制すること。
【解決手段】基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域内において、弾性波を反射する第１面と第２面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部における層構成は略同じである積層膜と、を備える圧電薄膜共振器。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
前記共振領域内において、弾性波を反射する第１面と第２面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部における層構成は略同じである積層膜と、
を備える圧電薄膜共振器。

【請求項2】

複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、略一定の周期で設けられている請求項１に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項3】

前記周期は、前記積層膜の厚さの１／２より大きくかつ３／２より小さい請求項２に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項4】

前記共振領域の平面形状は略矩形であり、前記略一定の周期の方向は前記略矩形の短辺に略平行である請求項２または３に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項5】

複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は周期性を有さず設けられている請求項１に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項6】

複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方の平面形状は少なくとも１組の平行でない対向する辺を有する多角形状である請求項１に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項7】

複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は前記共振領域の重心またはその近傍に設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項8】

前記凸部と前記凹部との段差は前記積層膜の厚さの０．１倍以上である請求項１から７のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項9】

前記下部電極は第１空隙と接し、前記上部電極は第２空隙と接し、前記第１面は前記下部電極と前記第１空隙との界面であり、前記第２面は前記上部電極と前記第２空隙との界面である請求項１から８のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器。

【請求項10】

基板と、
前記基板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
前記共振領域内において、弾性波を反射する第１面と第２面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含む積層膜と、
前記積層膜内に、前記積層膜の厚さの１／２より大きくかつ３／２より小さい周期で設けられた複数の付加膜と、
を備える圧電薄膜共振器。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧電薄膜共振器を含むフィルタ。

【請求項12】

請求項１１に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電薄膜共振器、フィルタおよびマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電薄膜共振器は、例えば携帯電話等の無線機器のフィルタおよびマルチプレクサとして用いられている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する構造を有している。圧電膜を挟み下部電極と上部電極が対向する領域が共振領域である。

【0003】

共振領域内に付加膜を設けることが知られている（例えば特許文献１）。下部電極または上部電極にスリットや調整孔を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。圧電膜の膜厚を異ならせることが知られている（特許文献４）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−３１９７９６号公報

【特許文献2】特開２００６−１８０２９０号公報

【特許文献3】特開２００９−２７５５４号公報

【特許文献4】米国特許第９９９１８７１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１から４ではスプリアスを抑制することができる。しかしながら、共振特性が劣化する。またはスプリアスの抑制が十分ではない。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、共振特性の劣化を抑制すること、および／またはスプリアスを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域内において、弾性波を反射する第１面と第２面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含み、少なくとも一方は複数である凸部および凹部を有し、前記凸部と前記凹部における層構成は略同じである積層膜と、を備える圧電薄膜共振器である。

【0008】

上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は、略一定の周期で設けられている構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記周期は、前記積層膜の厚さの１／２より大きくかつ３／２より小さい構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記共振領域の平面形状は略矩形であり、前記略一定の周期の方向は前記略矩形の短辺に略平行である構成とするとができる。

【0011】

上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は周期性を有さず設けられている構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方の平面形状は少なくとも１組の平行でない対向する辺を有する多角形状である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、複数である前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は前記共振領域の重心またはその近傍に設けられている構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記凸部と前記凹部との段差は前記積層膜の厚さの０．１倍以上である構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記下部電極は第１空隙と接し、前記上部電極は第２空隙と接し、前記第１面は前記下部電極と前記第１空隙との界面であり、前記第２面は前記上部電極と前記第２空隙との界面である構成とすることができる。

【0016】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記下部電極とで前記圧電膜の少なくとも一部を挟む共振領域を形成し、前記圧電膜上に設けられた上部電極と、前記共振領域内において、弾性波を反射する第１面と第２面の間で規定され、前記下部電極、前記圧電膜および前記上部電極を含む積層膜と、前記積層膜内に、前記積層膜の厚さの１／２より大きくかつ３／２より小さい周期で設けられた複数の付加膜と、を備える圧電薄膜共振器である。

【0017】

本発明は、上記圧電薄膜共振器を含むフィルタである。

【0018】

本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、共振特性の劣化を抑制すること、および／またはスプリアスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。

【図3】図３（ａ）は、比較例１における積層膜の断面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、実施例１における積層膜の断面図である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｄ）は、シミュレーションしたサンプルＡからＤを示す断面図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、シミュレーション結果を示す周波数に対するインピーダンスの大きさを示す図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１の変形例２および３に係る圧電薄膜共振器の平面図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、実施例１の変形例４および５に係る圧電薄膜共振器の平面図である。

【図9】図９（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図10】図１０（ａ）は、比較例１における積層膜の断面図、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、実施例２における積層膜の断面図である。

【図11】図１１（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図、図１１（ｂ）は、実施例３の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例1】

【0022】

図１は、実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図２（ａ）および図２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１は、主に基板１０、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を図示している。

【0023】

図１から図２（ｂ）に示すように、基板１０の上面に凹部が設けられ、凹部は空隙３０を形成する。空隙３０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２上に圧電膜１４が設けられている。圧電膜１４上に上部電極１６が設けられている。積層膜１８は、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む。積層膜１８の下面および上面は反射面５４および５５である。反射面５４は積層膜１８と空隙３０との界面であり、反射面５５は積層膜１８と空隙（空気）との界面である。積層膜１８内には下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６以外の付加膜が設けられていてもよい。

【0024】

圧電膜１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域は共振領域５０である。共振領域５０内では弾性波が反射面５４と５５とで反射する。これにより、共振領域５０内の積層膜１８では厚み縦振動が共振する。厚み縦振動の波長はほぼ積層膜１８の厚さの２倍となる。共振領域５０の平面形状は略矩形であり、短辺がＬ１であり、長辺がＬ２である。平面視において空隙３０は共振領域５０より大きく、空隙３０の外周は共振領域５０の外周より外側に位置している。共振領域５０の外周と空隙３０の外周との間は外周領域５６である。空隙３０の外周の外側であって圧電膜１４が設けられた領域は支持領域５８である。

【0025】

共振領域５０内に複数の凹部５２または複数の凸部５１が設けられている。図２（ａ）では、複数の凹部５２が島状に設けられている。図２（ｂ）では、複数の凸部５１が島状に設けられている。凸部５１および凹部５２の周期Ｐは、横方向（すなわち圧電膜１４の平面方向）に伝搬する横モード弾性波６０の波長λの略１／２である。横方向に伝搬する弾性波６０の波長λは厚み縦振動モードの弾性波の波長（積層膜１８の厚さの２倍）の１倍程度または１倍から数十倍である。凸部５１および凹部５２の幅Ｗは周期Ｐの略１／２である。なお、図２（ａ）では、弾性波６０を波の振幅として可視化しており、実際の弾性波６０を図示したものではない。

【0026】

下部電極１２には孔部３５が設けられている。孔部３５は、下部電極１２下の導入路３４を介し空隙３０に通じている。孔部３５および導入路３４は、空隙３０を形成するときに用いる犠牲層をエッチングするときに、犠牲層にエッチング液を導入するためのものである。

【0027】

基板１０としては、例えばシリコン基板、サファイア基板、スピネル基板、アルミナ基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等の絶縁基板または半導体基板を用いることができる。下部電極１２および上部電極１６としては、例えばルテニウム（Ｒｕ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜を用いることができる。

【0028】

圧電膜１４は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）以外にも、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）等を用いることができる。また、例えば、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上または圧電性の向上のため他の元素を含んでもよい。例えば、添加元素として、スカンジウム（Ｓｃ）、２族元素と４族元素との２つの元素、または２族元素と５族元素との２つの元素を用いることにより、圧電膜１４の圧電性が向上する。このため、圧電薄膜共振器の実効的電気機械結合係数を向上できる。２族元素は、例えばカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）または亜鉛（Ｚｎ）である。４族元素は、例えばチタン、ジルコニウム（Ｚｒ）またはハフニウム（Ｈｆ）である。５族元素は、例えばタンタル、ニオブ（Ｎｂ）またはバナジウム（Ｖ）である。さらに、圧電膜１４は、窒化アルミニウムを主成分とし、ボロン（Ｂ）を含んでもよい。

【0029】

図３（ａ）は、比較例１における積層膜の断面図、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、実施例１における積層膜の断面図である。図３（ａ）に示すように、比較例１の積層膜１８には凸部および凹部は設けられていない。積層膜１８内を横モード弾性波６０が伝搬する。弾性波６０は振幅を可視化したものである。横モード弾性波６０が伝搬すると、横モードスプリアスが生成される。図１のように、共振領域５０が略矩形であると、共振領域５０の対向する辺で反射した横モード弾性波６０が定在波となりスプリアスが生成されやすい。

【0030】

図３（ｂ）に示すように、実施例１では積層膜１８に凸部５１および凹部５２が設けられている。凸部５１と凹部５２との段差の高さはｄである、凹部５２の周期Ｐはλ／２である。凸部５１と凹部５２の境界では幾何学形状が不連続となるため横モード弾性波６０が反射する。よって、凸部５１と凹部５２の境界は横モード弾性波６０の節６２となる。凸部５１と凹部５２の境界は弾性波６０の波長λの１／４ごとに配列している。よって、弾性波６０は存在できず、横モード弾性波６０は伝搬できない。これにより、横モード弾性波６０に起因したスプリアスを抑制できる。

【0031】

図３（ｃ）に示すように、実施例１では、凸部５１と凹部５２とで積層膜１８の層構成が略同じである。すなわち、下部電極１２の材料および厚さは凸部５１と凹部５２とで略同じであり、圧電膜１４の材料および厚さは凸部５１と凹部５２とで略同じであり、上部電極１６の材料および厚さは凸部５１と凹部５２とで略同じである。また、積層膜１８内に付加膜が設けられている場合、付加膜の材料および厚さは凸部５１と凹部５２とで略同じである。これにより、凸部５１と凹部５２において、縦振動モード弾性波６４の伝搬特性は略同じである。よって、凸部５１と凹部５２で例えば共振周波数が同じとなり共振特性の劣化を抑制できる。

【0032】

[シミュレーション]
比較例１および実施例１における横モードスプリアスをシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
下部電極１２：厚さが１９８ｎｍのルテニウム膜
圧電膜１４：厚さが９８１ｎｍの窒化アルミニウム膜
上部電極１６：厚さが２１７ｎｍのルテニウム膜
共振領域５０の短辺Ｌ１の長さ：８０μｍ
共振領域５０の長辺Ｌ２の長さ：３２７μｍ
共振領域５０は、２．５ＧＨｚにおいてインピーダンスがほぼ５０Ωとなる大きさである。

【0033】

図４（ａ）から図４（ｄ）は、シミュレーションしたサンプルＡからＤを示す断面図である。図４（ａ）から図４（ｄ）では、凸部５１および凹部５２の１周期の積層膜１８を図示している。

【0034】

図４（ａ）に示すように、サンプルＡは比較例１であり、凸部５１および凹部５２は設けられていない。この構造では、横モード弾性波６０の波長λは約１８．２μｍである。

【0035】

図４（ｂ）に示すように、サンプルＢでは、凸部５１および凹部５２の周期Ｐをλ／２＝９．１μｍとした。凸部５１の中心と凹部５２の中心との距離はλ／４である。凸部５１と凹部５２との段差の高さｄを積層膜１８の厚さｔの０．１５倍とした。

【0036】

図４（ｃ）に示すように、サンプルＣでは、凸部５１および凹部５２の周期Ｐをλ／２＝９．１μｍとし、凸部５１と凹部５２との段差の高さｄを積層膜１８の厚さｔの０．２５倍とした。

【0037】

図４（ｄ）に示すように、サンプルＤでは、凸部５１および凹部５２の周期Ｐを６．０５μｍとした。これは、約２／３×λ／２に相当する。凸部５１と凹部５２との段差の高さｄを積層膜１８の厚さｔの０．１５倍とした。

【0038】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、シミュレーション結果を示す周波数に対するインピーダンスの大きさを示す図である。縦軸は任意単位である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の範囲６５の拡大図である。図５（ａ）に示すように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａはサンプルＡからＤで変わらない。共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａにおけるインピーダンスの大きさもサンプルＡからＤで変わらない。このように、サンプルＡからＤでは、共振特性がほぼ変わらない。これは、凸部５１と凹部５２とで積層膜１８の層構成が略同じためである。

【0039】

図５（ｂ）に示すように、共振周波数ｆｒより低い周波数範囲において、４つのスプリアス６６ａから６６ｄが生成されている。共振周波数ｆｒより低い周波数範囲の点線６７はスプリアスの生成されていない理想的なインピーダンスを示す。サンプルＡに比べサンプルＢからＤでは、インピーダンスが点線６７に近づいておりスプリアスが抑制されている。このように、積層膜１８が周期的な凸部５１および凹部５２を有することで、スプリアスが抑制される。

【0040】

各スプリアス６６ａから６６ｄについてみると、スプリアス６６ａでは、サンプルＢからＤのピークの大きさは同程度であり、サンプルＡのピークより小さい。サンプルＢからＤでは同程度にスプリアス６６ａを抑制できている。

【0041】

スプリアス６６ｂでは、サンプルＢのピークはサンプルＡのピークと同程度である。サンプルＣのピークはサンプルＢのピークより小さく、サンプルＤのピークはサンプルＣのピークより小さい。

【0042】

スプリアス６６ｃでは、サンプルＢおよびＤのピークは同程度でありサンプルＡのピークより小さい。サンプルＣのピークはサンプルＢおよびＤのピークより小さい。

【0043】

スプリアス６６ｄでは、サンプルＢおよびＤのピークは同程度でありサンプルＡのピークより小さい。サンプルＣのピークはサンプルＢおよびＤのピークより小さい。

【0044】

以上のように、サンプルＢからＤは、サンプルＡよりスプリアス６６ａから６６ｄのピークが小さく、スプリアス６６ａから６６ｄを抑制できる。

【0045】

サンプルＣをＢと比較すると、スプリアス６６ａでは、サンプルＣとＢのピークは同程度であるが、スプリアス６６ｂから６６ｄではサンプルＣのピークはサンプルＢより低い。このように段差の高さｄの大きいサンプルＣはサンプルＢよりスプリアスを抑制できる。

【0046】

サンプルＤをＢと比較すると、スプリアス６６ａ、６６ｃおよび６６ｄでは、サンプルＤとＢのピークは同程度であるが、スプリアス６６ｂでは、サンプルＤのピークはサンプルＢのピークより小さく、サンプルＤのピークより小さい。このように、凸部５１および凹部５２の周期Ｐの異なるサンプルＣでは、特定のスプリアス６６ｂを抑制できる。

【0047】

以上のように、凸部５１および凹部５２の段差の高さｄは積層膜１８の厚さｔの０．１倍以上が好ましく、０．１５倍以上がより好ましく、０．２５倍以上がさらに好ましい。高さｄが大きすぎると凸部５１と凹部５２の間で圧電膜１４が破断する。このため、高さｄは厚さｔの０．９倍以下が好ましく、０．７倍以下がより好ましく、０．５倍以下がさらに好ましい。

【0048】

凸部５１および凹部５２の周期Ｐを横モード弾性波６０の波長λの１／２程度が好ましい。抑制するスプリアスにより周期Ｐは例えばλ／４λより大きく３λ／４より小さい範囲で適宜設定できる。

【0049】

［実施例１の変形例１］
図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図６（ａ）に示すように、共振領域５０の短辺Ｌ１の長さは長辺Ｌ２の長さの１／２以下である。図６（ｂ）に示すように、共振領域５０の短辺Ｌ１の長さは長辺Ｌ２の長さの１／３以下である。

【0050】

下部電極１２と上部電極１６との間に大電力の高周波信号が加わると、共振領域５０の積層膜１８は発熱する。共振領域５０の周縁部では積層膜１８を熱が伝導し基板１０に放熱されやすい。共振領域５０の中央部では共振領域５０の外周までの距離が長いため、熱が放射されにくい。これにより、共振領域５０の中央部の積層膜１８の温度が上昇すると、積層膜１８が破壊されてしまう。このため、耐電力性が低下する。

【0051】

そこで、実施例１の変形例１のように、短辺Ｌ１を長辺Ｌ２の１／２以下または１／３以下とする。これにより、共振領域５０の中央部と共振領域５０の外周との距離が短くなり共振領域５０の中央部からの放熱性が向上する。よって、耐電力性が向上する。

【0052】

しかし、共振領域５０の短辺Ｌ１が短くなると、長辺Ｌ２間に横モード弾性波６０の大きな振幅を有する定在波が存在しやすくなる。これにより、スプリアスが生成されやすくなる。そこで、積層膜１８が短辺Ｌ１の延伸方向に周期Ｐを有する凸部５１および凹部５２を有する。これにより、スプリアスを抑制できる。

【0053】

［実施例１の変形例２］
図７（ａ）は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図７（ａ）に示すように、共振領域５０の凸部５１または凹部５２は不規則に設けられている。これにより、複数の横モード弾性波について共振領域５０内に大きな振幅を有する定在波が存在しにくくなる。よって、スプリアスを抑制できる。

【0054】

［実施例１の変形例３］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例３に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図７（ｂ）に示すように、共振領域５０の凸部５１または凹部５２の平面形状は少なくとも１組の平行な対向する辺を有さない多角形状である。これにより、凸部５１と凹部５２との境界において反射した横モードの弾性波は凸部５１または凹部５２内で反射を繰り返すため大きな振幅を有する定在波が存在しにくくなる。よって、スプリアスを抑制できる。

【0055】

［実施例１の変形例４］
図８（ａ）は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図８（ａ）に示すように、共振領域５０の平面形状は略矩形であり、短辺Ｌ１の長さは長辺Ｌ２の長さの１／２以下である。このように、短辺Ｌ１が長辺Ｌ２より非常に短いときの長辺Ｌ２の延伸方向には横モードの定在波は存在しにくく短辺Ｌ１の延伸方向に横モードの定在波が存在しやすい。そこで、凸部５１および凹部５２は長辺Ｌ２の延伸方向に延伸する長方形状でもよい。

【0056】

［実施例１の変形例５］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例５に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図８（ｂ）に示すように、共振領域５０の平面形状は短軸Ｌ３および長軸Ｌ４を有する略楕円形状である。凸部５１または凹部５２は、長軸Ｌ４の共振領域５０の中心６９（短軸Ｌ３と長軸Ｌ４とが交差する点）近傍に設けられている。凸部５１または凹部５２の平面形状は三日月状である。

【0057】

共振領域５０の平面形状が略楕円形の場合、横モードの定在波は焦点付近に集中する。このため、共振領域５０の中心６９付近の焦点において積層膜１８が発熱しやすくなる。そこで、共振領域５０の中心６９またはその近傍に凸部５１または凹部５２を設けることにより、定在波が中心６９付近に集中しにくくなる。よって、共振領域５０の中心６９付近での積層膜１８の発熱を抑制できる。よって、耐電力性を改善できる。実施例１と同様にスプリアスも抑制できる。

【0058】

実施例１およびその変形例によれば、共振領域５０内において、少なくとも一方は複数である凸部５１および凹部５２を有し、凸部５１と凹部５２における積層膜１８の層構成は略同じである。積層膜１８は、弾性波を反射する反射面５４（第１面）と反射面５５（第２面）の間で規定され、下部電極１２、圧電膜１４および上部電極１６を含む。

【0059】

これにより、図５（ａ）のように、凸部５１と凹部５２における共振特性がほぼ同じとなる。よって、Ｑ値等の共振特性の劣化を抑制できる。なお、凸部５１と凹部５２における積層膜１８の層構成は略同じであるとは、積層膜１８を構成する複数の層の各々の層において、材料が凸部５１と凹部５２とで略同じであり、厚さが凸部５１と凹部５２とで略同じことである。材料および厚さが略同じとは、凸部５１と凹部５２とで同時に積層膜１８を形成したときに生じる誤差および製造誤差程度の誤差を許容する。

【0060】

下部電極１２の下面が空隙３０気（第１空隙）と接し、上部電極１６の上面が空気（第２空隙）と接しているとき、反射面５４は下部電極１２と空隙３０との界面に相当し、反射面５５は上部電極１６と空気との界面に相当する。

【0061】

実施例１およびその変形例１および４のように、複数である凸部５１および凹部５２の少なくとも一方は、略一定の周期Ｐで設けられている。これにより、図５（ｂ）のようにスプリアスを抑制できる。なお、略一定周期Ｐとは、横方向に伝搬する弾性波の波長λの±１／１６程度の誤差を許容する。

【0062】

周期Ｐは、横方向に伝搬する弾性波６０の波長λの１／４より大きくかつ３／４より小さい。これにより、横モードの弾性波６０の定在波の存在を抑制し、スプリアスを抑制できる。略一定の周期Ｐは、横方向に伝搬する弾性波６０の波長λの３／８より大きくかつ５／８より小さいことが好ましい。横方向に伝搬する弾性波６０の波長を縦振動の弾性波の波長と同程度とすると、周期Ｐは、積層膜１８の厚さの１／２より大きくかつ３／２より小さいことが好ましく、３／４より大きくかつ５／４より小さいことがより好ましい。

【0063】

共振領域５０の平面形状は略矩形であり、略一定の周期Ｐの方向は略矩形の短辺Ｌ１に略平行である。これにより、スプリアスが生成されやすい短辺Ｌ１のスプリアスを抑制できる。なお、略平行とはスプリアスが抑制できる程度の誤差を許容する。周期Ｐの方向と短辺Ｌ１の延伸方向のなす角度は例えば±２０°の範囲である。

【0064】

実施例１の変形例２のように、複数である凸部５１および凹部５２の少なくとも一方は不規則に（すなわち周期性を有さず）設けられていてもよい。これにより、複数の横モードのスプリアスを抑制できる。

【0065】

実施例１およびその変形例１、２および４において、凸部５１または凹部５２の平面形状として略正方形および略長方形の例を説明したが、凹部５２の平面形状は、略円、略長円、略楕円でもよい。

【0066】

実施例１の変形例３のように、複数である凸部５１および凹部５２の少なくとも一方の平面形状は少なくとも１組の平行でない対向する辺を有する多角形状でもよい。これにより、複数の横モードのスプリアスを抑制できる。

【0067】

実施例１の変形例５のように、複数である凸部５１および凹部５２の少なくとも一方は共振領域５０の中心６９（例えば重心）またはその近傍に設けられていてもよい。共振領域５０の中心６９には定在波が集まりやすい。そこで、共振領域５０の中心６９に凸部５１または凹部５２を設けることで、共振領域５０の中心６９付近での積層膜１８の発熱を抑制できる。

【0068】

共振領域５０の平面形状が略楕円形のとき、共振領域５０の楕円形の焦点に定在波が集まりやすい。そこで、共振領域５０の中心６９近傍の焦点に凸部５１または凹部５２を設けることが好ましい。

【実施例2】

【0069】

図９（ａ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、反射面５４と５５との間の積層膜１８に付加膜２０が設けられている。圧電膜１４には凸部および凹部は設けられていない。付加膜２０の周期Ｐは横モード弾性波６０の波長λの略１／２である。付加膜２０の幅Ｗ、は周期Ｐの略１／２である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0070】

図１０（ａ）は、比較例１における積層膜の断面図、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、実施例２における積層膜の断面図である。図１０（ａ）に示すように、図３（ａ）において説明したように、比較例１では横モード弾性波６０が定在波となりスプリアスが生成されやすい。

【0071】

図１０（ｂ）に示すように、実施例２では上部電極１６上に周期Ｐで付加膜２０が設けられている。周期Ｐはλ／２である。付加膜２０が設けられている領域５３ａと設けられていない領域５３ｂでは、音響インピーダンスが異なる。このため、領域５３ａと５３ｂとの境界では幾何学形状が不連続となるため横モード弾性波６０が反射する。よって、実施例１の図３（ｂ）と同様に、弾性波６０は存在できず、横モード弾性波６０は伝搬できない。これにより、横モード弾性波６０に起因したスプリアスを抑制できる。

【0072】

図１０（ｃ）に示すように、実施例２では、領域５３ａと５３ｂとで積層膜１８の厚さが異なる。このため、領域５３ａの縦振動の弾性波６４ａの伝搬特性と領域５３ｂの縦振動の弾性波６４ｂの伝搬が異なる。例えば、領域５３ａと５３ｂとの共振周波数が異なる。これにより、実施例１に比べＱ値等の共振特性が低下する。

【0073】

実施例２によれば、複数の付加膜２０は、積層膜１８内に、横方向に伝搬する弾性波の波長λの１／４より大きくかつ３／４より小さい周期で設けられている。これにより、横モード弾性波６０に起因したスプリアスを抑制できる。周期Ｐは、横方向に伝搬する弾性波６０の波長λの３／８より大きくかつ５／８より小さいことが好ましい。横方向に伝搬する弾性波６０の波長を縦振動の弾性波の波長と同程度とすると、周期Ｐは、積層膜１８の厚さの１／２より大きくかつ３／２より小さいことが好ましく、３／４より大きくかつ５／４より小さいことがより好ましい。

【0074】

複数の付加膜２０は、略一定の周期Ｐで設けられている。これにより、スプリアスをより抑制できる。なお、実施例１と同様に、略一定周期Ｐとは、横方向に伝搬する弾性波の波長λの±１／１６程度の誤差を許容する。

【0075】

共振領域５０の平面形状は略矩形であり、略一定の周期Ｐの方向は略矩形の短辺Ｌ１の延伸方向に略平行である。これにより、スプリアスが生成されやすい短辺Ｌ１のスプリアスを抑制できる。なお、略平行とはスプリアスが抑制できる程度の誤差を許容する。周期Ｐの方向と短辺Ｌ１の延伸方向のなす角度は例えば±２０°の範囲である。

【0076】

実施例１、２およびその変形例では、基板１０の上面に空隙３０となる凹部が設けられている場合を例に説明したが、基板１０の上面は平坦であり、空隙はドーム状の膨らみを有していてもよい。

【0077】

また、実施例１、２およびその変形例では、反射面５４が積層膜１８と空隙３０の界面の例を説明したが、反射面５４は積層膜１８と弾性波を反射する音響反射膜との界面でもよい。音響反射膜は、音響インピーダンスの高い膜と音響インピーダンスの低い膜とが交互に設けられている。音響インピーダンスの高い膜と音響インピーダンスの低い膜との膜厚は例えばそれぞれほぼ縦振動の弾性波の波長の１／４である。

【0078】

共振領域５０の平面形状として略矩形または略楕円形の例を説明したが、共振領域５０の平面形状は略五角形等の略多角形でもよい。少なくとも１組の対向する辺が平行でない略多角形でもよい。

【実施例3】

【0079】

実施例３は、実施例１、２およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１１（ａ）は、実施例３に係るフィルタの回路図である。図１１（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１つの共振器に実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

【0080】

図１１（ｂ）は、実施例３の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１１（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例３のフィルタとすることができる。送信フィルタ４０には大電力の高周波信号が印加される。そこで、送信フィルタ４０に実施例３のフィルタを用いることが好ましい。

【0081】

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0082】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0083】

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電膜
１６ 上部電極
１８ 積層膜
２０ 付加膜
３０ 空隙
５０ 共振領域
５１ 凸部
５２ 凹部
５３ａ、５３ｂ 領域
５４、５５ 反射面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】