特許 6034222 弾性波素子、分波器および通信モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6034222

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】弾性波素子、分波器および通信モジュール

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/145 20060101AFI20161121BHJP

   H03H 9/64 20060101ALI20161121BHJP

   H03H 9/72 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/145 C

   H03H9/145 Z

   H03H9/64 Z

   H03H9/72

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-41561(P2013-41561)

(22)【出願日】2013年3月4日

(65)【公開番号】特開2014-143657(P2014-143657A)

(43)【公開日】2014年8月7日

【審査請求日】2015年11月16日

(31)【優先権主張番号】特願2012-285011(P2012-285011)

(32)【優先日】2012年12月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】下園 雅久

【審査官】 橋本 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２７８４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２２７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３２８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５１９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１２７７９３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／１４５

Ｈ０３Ｈ ９／６４

Ｈ０３Ｈ ９／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電基板と、該圧電基板の上面に配置された少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有する弾性波素子であって、
前記ＩＤＴ電極は、一対の第１および第２櫛歯状電極を有し、
前記第１櫛歯状電極は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の伝搬方向に延びた第１バスバー電極と、該第１バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第２櫛歯状電極に向かって延びて前記第２櫛歯状電極に対して第１ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第１電極指とを有し、
前記第２櫛歯状電極は、前記伝搬方向に延びて前記第１電極指側で前記第１バスバー電極に対向して配置された第２バスバー電極と、該第２バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第１櫛歯状電極に向かって延びて前記第１電極指に隣り合って配置されるとともに、前記第１櫛歯状電極に対して第２ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第２電極指とを有し、
前記第１櫛歯状電極のうち前記第２ギャップを介して前記第２電極指に対向している部分および前記第２櫛歯状電極のうち前記第１ギャップを介して前記第１電極指に対向している部分は、前記圧電基板の上面との間に該圧電基板よりも誘電率が小さい絶縁膜を介して前記圧電基板の上面に配置されており、
前記圧電基板の上面の前記ＩＤＴ電極の直下領域を、前記第１電極指と前記第２電極指とが交差している領域である交差領域と、前記１電極指と前記第２電極指とが交差していない非交差領域とに分けたときに、前記第１および前記第２電極指のうち前記交差領域に位置する部分は、前記圧電基板の上面に直に配置されている弾性波素子。

【請求項2】

前記圧電基板の上面のうち前記非交差領域の全体に前記絶縁膜が配置されており、
前記第１および前記第２櫛歯状電極のうち前記非交差領域に位置する部分の全体が前記絶縁膜を介して前記圧電基板の上面に配置されている請求項１に記載の弾性波素子。

【請求項3】

前記第１バスバー電極は、前記第２バスバー電極に向かって延びた複数の第１ダミー電極指を有し、該第１ダミー電極指の先端と前記第２電極指の先端とが前記第２ギャップを介して対向しており、
前記第２バスバー電極は、前記第１バスバー電極に向かって延びた複数の第２ダミー電極指を有し、該第２ダミー電極指の先端と前記第１電極指の先端とが前記第１ギャップを介して対向している請求項１または２に記載の弾性波素子。

【請求項4】

アンテナ端子と、送信信号をフィルタリングして前記アンテナ端子に出力する送信フィルタと、前記アンテナ端子からの受信信号をフィルタリングする受信フィルタとを備えた分波器であって、
前記送信フィルタは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性波素子を有する分波器。

【請求項5】

アンテナと、該アンテナに電気的に接続された請求項４に記載の分波器と、該分波器に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える通信モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子等の弾性波素子、分波
器および通信モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

圧電基板と、圧電基板の主面上に設けられたＩＤＴ（InterDigitalTransducer）とを有する弾性波素子が知られている。このような弾性波素子は、例えば、分波器の送信フィルタ、受信フィルタなどに利用されている。

【0003】

弾性波素子において、素子の非線形性によって発生する電気的な歪波によって電気特性が低下することがある。例えば、弾性波素子を用いた分波器においては、送信帯域および受信帯域の帯域外の妨害波と、送信波とが混合されて、受信帯域内に含まれる歪波が生じる。この歪は相互変調歪（IMD：Inter-Modulation Distortion）と呼ばれ、無線装置の通信品質を低下させる原因の一つとなっている。この他、送信波の整数倍の周波数を持つ高調波歪が発生し、これが他の無線装置の通信を妨害するといった問題も生じる可能性がある。

【0004】

そこで歪波によるＳＮ比の低下を抑制するために、分波器を構成するラダー型フィルタの直列共振子または並列共振子を静電容量を変えずに分割する方法が知られている（例えば、特許文献１）。これは直列共振子または並列共振子を分割することによって、その共振子に印加される電圧を分散させて歪波を抑制するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−０７４６９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、静電容量を変えずに共振子を分割すると分割前に比べて、共振子が大型化し、ひいては弾性波素子が大型化してしまう。

【0007】

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、共振子を大型化することなく、歪波の影響を抑制できる弾性波素子、分波器および通信モジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様の弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板の上面に配置された少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有する弾性波素子である。前記ＩＤＴ電極は、一対の第１および第２櫛歯状電極を有し、前記第１櫛歯状電極は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の伝搬方向に延びた第１バスバー電極と、該第１バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第２櫛歯状電極に向かって延びて前記第２櫛歯状電極に対して第１ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第１電極指とを有している。前記第２櫛歯状電極は、前記伝搬方向に延びて前記第１電極指側で前記第１バスバー電極に対向して配置された第２バスバー電極と、該第２バスバー電極から前記伝搬方向に直交する方向に前記第１櫛歯状電極に向かって延びて前記第１電極指に隣り合って配置されるとともに、前記第１櫛歯状電極に対して第２ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第２電極指とを有している。前記第１櫛歯状電極のうち前記第２ギャップを介して前記第２電極指に対向して
いる部分および前記第２櫛歯状電極のうち前記第１ギャップを介して前記第１電極指に対向している部分は、前記圧電基板の上面との間に該圧電基板よりも誘電率が小さい絶縁膜を介して前記圧電基板の上面に配置されている。前記圧電基板の上面の前記ＩＤＴ電極の直下領域を、前記第１電極指と前記第２電極指とが交差している領域である交差領域と、前記１電極指と前記第２電極指とが交差していない非交差領域とに分けたときに、前記第１および前記第２電極指のうち前記交差領域に位置する部分は、前記圧電基板の上面に直に配置されている。

【0009】

本発明の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、送信信号をフィルタリングして前記アンテナ端子に出力する送信フィルタと、前記アンテナ端子からの受信信号をフィルタリングする受信フィルタと、を備え、前記送信フィルタは、上記の弾性波素子を備える。

【0010】

本発明の一態様に係る通信モジュールは、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上記の分波器と、該分波器に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。

【発明の効果】

【0011】

上記の構成によれば、弾性波素子を大型化することなく歪波の影響を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る通信モジュールの信号処理系の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係る分波器の構成を示す回路図である。

【図3】本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子を示す平面図である。

【図4】図３のＳＡＷ素子の作用を説明するための図である。

【図5】図３のＳＡＷ素子の作用を説明するための図である。

【図6】図３のＳＡＷ素子の製造方法を説明するための図である。

【図7】図３のＳＡＷ素子の変形例を示す平面図である。

【図8】実施例のシミュレーション計算に用いた解析モデルの断面図である。

【図9】（ａ）及び（ｂ）は電束密度のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図10】電気機械結合係数のシミュレーション結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子および分波器について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

【0014】

第２の実施形態以降において、既に説明された実施形態の構成と同一または類似する構成については、既に説明された実施形態と同一の符号を付し、説明を省略することがある。

【0015】

＜通信モジュール＞
図１は、本発明の実施形態に係る通信モジュール１０１の要部を示すブロック図である。通信モジュール１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器１は、通信モジュール１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。

【0016】

通信モジュール１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって
送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器１に入力される。そして、分波器１は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信号（送信信号ＴＳ）を無線信号（電波）に変換して送信する。

【0017】

また、通信モジュール１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器１に入力される。分波器１は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。

【0018】

なお、送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、図１では、ダイレクトコンバージョン方式を例示したが、それ以外の適宜なものとされてよく、例えば、ダブルスーパーヘテロダイン方式であってもよい。また、図１は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。

【0019】

＜分波器＞
図２は、本発明の実施形態に係る分波器１の構成を示す回路図である。分波器１は、図１において通信モジュール１０１に使用されているものである。

【0020】

分波器１は、増幅器１０７からの送信信号ＴＳが入力される送信端子３と、送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する送信フィルタ５と、送信フィルタ５からの信号が入力されるアンテナ端子７とを有している。アンテナ端子７は、アンテナ１０９に接続される。

【0021】

また、分波器１は、アンテナ１０９からアンテナ端子７を介して入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する受信フィルタ９と、受信フィルタ９からの信号が入力される受信端子１１とを有している。受信端子１１は、増幅器１１１に接続される。

【0022】

送信フィルタ５は、例えば、ラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。すなわち、送信フィルタ５は、その入力側と出力側との間において直列に接続された１以上（本実施形態では３）の第１直列共振子１５Ａ−１〜第３直列共振子１５Ａ−３と、その直列のラインと基準電位部との間に設けられた１以上（本実施形態では２）の並列共振子１５Ｂとを有している。なお、以下では、第１直列共振子１５Ａ−１〜第３直列共振子１５Ａ−３を単に「直列共振子１５Ａ」といい、これらを区別しないことがあり、また、直列共振子１５Ａおよび並列共振子１５Ｂを単に「共振子１５」といい、これらを区別しないことがある。

【0023】

第１直列共振子１５Ａ−１は、送信フィルタ５においてアンテナ端子７に最も近い共振子１５である。また、送信フィルタ５、受信フィルタ９とアンテナ端子７の間には、インピーダンスマッチング用の回路が挿入されてもよい。

【0024】

受信フィルタ９は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１５Ｃとを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。

【0025】

＜ＳＡＷ素子＞
図３は、本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子５１の平面図である。ＳＡＷ素子５１は、図２に示した分波器１において、第１直列共振子１５Ａ−１を構成するものである。

【0026】

なお、ＳＡＷ素子５１は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側（図３の紙面手前側）を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。

【0027】

ＳＡＷ素子５１は、例えば、１ポートＳＡＷ共振子として構成されており、圧電基板５３と、圧電基板５３の上面５３ａに設けられたＩＤＴ電極５５および反射器５７を有している。なお、ＳＡＷ素子５１は、上記の他、ＩＤＴ電極５５および反射器５７の上面に配置される付加膜、ＩＤＴ電極５５および反射器５７と圧電基板５３との間に介在する接着層、圧電基板５３の上面５３ａをＩＤＴ電極５５および反射器５７の上から覆う保護層等を有していてもよい。図３では、ＩＤＴ電極５５に信号の入出力を行うための配線およびパッドは図示を省略している。

【0028】

圧電基板５３は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）単結晶等の圧電性を有する単結晶の基板である。より具体的には、４２°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ_３、１２８°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板もしくは０°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板などを使用することができる。圧電基板５３の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。

【0029】

ＩＤＴ電極５５は、圧電基板５３の上面５３ａに形成された導電層からなり、第１櫛歯状電極５９Ａおよび第２櫛歯状電極５９Ｂを有している。なお、以下では、第１櫛歯状電極５９Ａおよび第２櫛歯状電極５９Ｂを単に櫛歯状電極５９といい、これらを区別しないことがある。また、第１櫛歯状電極５９Ａを構成する部材については、「第１バスバー電極６１Ａ」のように、「第１」および「Ａ」を付すことがあり、第２櫛歯状電極５９Ｂを構成する部材については、「第２バスバー電極６１Ｂ」等のように、「第２」および「Ｂ」を付すことがある。また、第１櫛歯状電極５９Ａおよび第２櫛歯状電極５９Ｂを構成する部材で対応するもの同士をまとめて称するときは、「第１」、「第２」、「Ａ」、および「Ｂ」を省略することがある。

【0030】

第１櫛歯状電極５９Ａは、第１バスバー電極６１Ａから第２バスバー電極６１Ｂに向かって延びた複数の第１電極指６３Ａを有する。隣接する第１電極指６３Ａの間には、第１ダミー電極指６５Ａが設けられている。

【0031】

第２櫛歯状電極５９Ｂは、第２バスバー電極６１Ｂから第１バスバー電極６１Ａに向かって延びた複数の第２電極指６３Ｂを有する。隣接する第２電極指６３Ｂの間には、第２ダミー電極指６５Ｂが設けられている。

【0032】

一対の櫛歯状電極５９は、複数の電極指６３が互いに噛み合うように配置されている。換言すれば、第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとはｘ方向に沿って交互に配置されている。

【0033】

なお、ＳＡＷの伝搬方向は複数の電極指６３の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、ＳＡＷの伝搬方向を基準として、複数の電極指６３が延びている方向
等を説明することがある。

【0034】

第１、第２バスバー電極６１Ａ、６１Ｂは、例えば、長尺状であり、一定の幅でＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に直線状に延びている。第１バスバー電極６１Ａと第２バスバー電極６１Ｂは、ＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）において対向している。また、第１バスバー電極６１Ａと第２バスバー電極６１Ｂは、例えば、互いに平行であり、両者の間の距離は、ＳＡＷの伝搬方向において一定である。

【0035】

複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂは、概ね一定の幅でｙ方向に直線状に延びている。複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂは、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に沿って一定の間隔で配列されている。複数の電極指６３は、そのピッチｐが、例えば、共振させたい周波数でのＳＡＷの波長λの半波長と同等となるように設けられている。ピッチｐは、例えば、隣接する第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとの中心間距離によって規定される。ＳＡＷの波長λは、例えば、１．５μｍ〜６μｍである。

【0036】

第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂの長さおよび幅ｗは、例えば、互いに同等である。なお、これらの寸法は、ＳＡＷ素子５１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指６３の幅ｗは、例えば、電極指６３のピッチｐに対して０．４ｐ〜０．７ｐである。

【0037】

第１ダミー電極指６５Ａは、複数の第１電極指６３Ａ間の中央に配置されている。同様に第２ダミー電極指６５Ｂは、複数の第２電極指６３Ｂ間の中央に配置されている。第１、第２ダミー電極指６５Ａ、６５Ｂの幅（ｘ方向）は、例えば、電極指６３の幅ｗと同等である。ダミー電極指６５の長さ（ｙ方向）は、電極指６３よりも短い。

【0038】

第１電極指６３Ａの先端は、第２ダミー電極指６５Ｂの先端と第１ギャップ６７Ａを介して対向している。また、第２電極指６３Ｂの先端は、第１ダミー電極指６５Ａの先端と第２ギャップ６７Ｂを介して対向している。

【0039】

複数の第１ギャップ６７Ａの数は、複数の第１電極指６３Ａの本数と同数である。同様に複数の第２ギャップ６７Ｂの数は、複数の第２電極指６３Ｂの本数と同数である。また、複数の第１、第２ギャップ６７Ａ，６７Ｂの幅は、複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂの幅ｗと同等である。複数の第１、第２ギャップ６７Ａ，６７Ｂの長さｌ_ｇ（ｙ方向の大きさ。以下、ギャップの長さを「ギャップ長」と称することがある。）は、ギャップ６７同士で互いに同一である。ギャップ長ｌ_ｇは、ＳＡＷ素子５１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。例えば、ギャップ長ｌ_ｇは、０．１λ〜０．６λである。

【0040】

ＩＤＴ電極５５は、例えば、金属によって形成されている。この金属としては、例えば、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）が挙げられる。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金である。なお、ＩＤＴ電極５５は、複数の金属層から構成されてもよい。ＩＤＴ電極５５の厚みは適宜に設定されてよい。

【0041】

ＩＤＴ電極５５によって圧電基板５３に交流電圧が印加されると、圧電基板５３の上面５３ａ付近において上面５３ａに沿ってｘ方向に伝搬するＳＡＷが誘起される。また、ＳＡＷは、電極指６３によって反射される。そして、電極指６３のピッチｐを半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指６３によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子５１は、共振子もしくはフィルタとして機能する。

【0042】

反射器５７は、圧電基板５３の上面５３ａに形成された導電層によって構成されており
、平面視において格子状に形成されている。すなわち、反射器５７は、ＳＡＷの伝搬方向に交差する方向において互いに対向する一対のバスバー電極およびこれらバスバー電極間においてＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に延びる複数の電極指を有している。反射器５７の複数の電極指は、ＩＤＴ電極５５の複数の電極指６３と概ね同等のピッチで配列されている。

【0043】

ＳＡＷ素子５１は、上記の基本的な構成に加え、歪波がＳＮ比に及ぼす影響を抑制するための構成として、絶縁膜６９を有している。

【0044】

絶縁膜６９は圧電基板５３の上面５３ａの所定の領域にのみ形成されている。具体的には、圧電基板５３の上面５３ａのうちＩＤＴ電極５５の直下領域を、第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとが交差している交差領域Ｔｃと、交差領域Ｔｃ以外の領域、すなわち第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとが交差していない非交差領域Ｔｎとに分けたときに、非交差領域Ｔｎには絶縁膜６９が形成されているが、交差領域Ｔｃには絶縁膜６９は形成されていない。

【0045】

このように絶縁膜６９を形成した結果、一対の櫛歯状電極５９のうち非交差領域Ｔｎに位置する部分全体が絶縁膜６９を介して圧電基板５３の上面５３ａに配置されることとなる。なお、ＳＡＷ素子５１において、櫛歯状電極５９のうち非交差領域Ｔｎに位置する部分とは、バスバー電極６１、ダミー電極指６５および電極指６３の根本部分（隣り合う電極指とｘ方向において交差しない部分）である。

【0046】

このような絶縁膜６９を設けることによって歪波を抑制することができる。また、ＩＤＴ電極５５の大きさはそのまま維持されるため、ＳＡＷ素子５１が大型化されることもない。絶縁膜６９を設けることによって歪波を抑制することができる理由を図４および図５を用いて説明する。

【0047】

図４は図３に示すＩＤＴ電極５５の一部分を抜き出した図である。図４において、第１櫛歯状電極５９Ａが第２櫛歯状電極５９Ｂよりも電位が高い状態にあるとする。このとき圧電基板５３の第１櫛歯状電極５９Ａと第２櫛歯状電極５９Ｂとの間の領域には、主として黒塗りの矢印で示した方向の電場Ｅが発生している。すなわち、交差領域Ｔｃでは、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に沿った電場Ｅｘが発生し、ギャップ６７の領域ではＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に沿った電場Ｅｙが発生する。

【0048】

このような電場が発生すると圧電体からなる圧電基板５３が有する非線形性によって歪電流が発生する。歪電流のうち、２次の非線形性に起因する電流Ｉ_２は電場Ｅの２乗に比例する。すなわち、Ｉ_２＝αＥ^２
なる式で表される歪電流Ｉ_２が発生する。この式で、αは圧電基板の結晶方位に依存する係数である。歪電流Ｉ_２は電場Ｅの２乗に比例するため、電場Ｅの極性に寄らず圧電基板の結晶方位に対して同じ方向に流れる。つまり、図４に示したように、ｘ方向の電場Ｅｘに対してはｘ方向の歪電流Ｉ_２ｘが流れ、ｙ方向の電場Ｅｙに対してはｙ方向の歪電流Ｉ_２ｙ（第１ギャップ６７Ａにおける歪電流をＩ_２ｙＡ、第２ギャップ６７Ｂにおける歪電流をＩ_２ｙＢとする。）が流れる。なお、ここではαが正の定数である場合について説明したが、実際のαは圧電基板の材料および結晶方位に依存する複素数となる。

【0049】

ここでｘ方向に沿った歪電流Ｉ_２ｘに着目すると、第１電極指６３Ａを流れる歪電流Ｉ_２ｘは、第１電極指６３Ａに流れ込む歪電流Ｉ_２ｘと第１電極指６３Ａから流れ出る歪電流Ｉ_２ｘとが逆方向であるため打ち消しあって０になる。このため、歪電流Ｉ_２ｘに基づく歪波がＳＡＷ素子５１の外部に出力されることは基本的にはない。第２電極指６３Ｂにおいても同様に歪電流Ｉ_２ｘは打ち消し合う。よってＩＤＴ電極５５の交差領域Ｔｃ全体
における歪電流Ｉ_２は打ち消しあってＳＡＷ素子５１の外部に歪波として出力されることはない。

【0050】

一方、ｙ方向に沿った電場Ｅ_ｙに着目すると、第１ギャップ６７Ａにおける歪電流Ｉ_２ｙＡ、第２ギャップ６７Ｂにおける歪電流Ｉ_２ｙＢはいずれも同方向であるため、これらの歪電流Ｉ_２ｙは打ち消し合わない。

【0051】

このように打ち消し合わずに残ったギャップ６７における歪電流Ｉ_２ｙが歪波の発生要因の１つになっていると考えられる。これは本発明者等が歪波に関する種々の実験を行い、考察を重ねた結果、初めて見出したものである。

【0052】

ここでは電場Ｅに起因する歪波について説明したが、この他、ＳＡＷの振動に起因する歪波も存在している。ＳＡＷの振動に起因する歪波も、電場Ｅに起因する歪波と同様にギャップ６７における歪電流が発生要因になっていると考えられる。なお、電場Ｅに起因する歪波は圧電体の誘電率の非線形性に起因するものであり、ＳＡＷの振動に起因する歪波は圧電体の弾性定数の非線形性に起因するものである。

【0053】

図５は、ギャップ６７付近をｙ方向に沿って切断したときの断面図であり、（ａ）は絶縁膜６９が形成されていない状態のもの、（ｂ）は絶縁膜６９を形成した状態のもの（ＳＡＷ素子５１）である。なお、図５においても図４と同様に第１櫛歯状電極５９Ａが第２櫛歯状電極５９Ｂよりも電位が高い状態を示している。

【0054】

図５（ａ）のように絶縁膜６９が形成されていない場合、上述したように圧電基板５３のギャップ６７の直下の領域において電場Ｅｙが生じている。この電場Ｅｙは、電極指６３に近い圧電基板５３の上面側ほど大きい。

【0055】

一方、図５（ｂ）に示すように圧電基板５３の上面５３ａのうち、交差領域Ｔｎに圧電基板５３よりも誘電率の低い絶縁膜６９を設けると、第１電極指６３Ａから圧電基板５３を経由して第２ダミー電極指６５Ｂまで到達する距離が長くなる。一般的に対向する一対の電極間に発生する電場Ｅの大きさは電極間の距離に反比例するから、図５（ｂ）における電場Ｅｙの大きさは図５（ａ）における電場Ｅｙよりも小さくなる。また、圧電基板５３よりも誘電率の小さい絶縁膜６９が設けられていることによって、絶縁膜６９に電場Ｅが集中し、距離を離した以上に電場Ｅｙを弱める効果が発揮される。

【0056】

上述のようにギャップ６７に発生する電場Ｅｙが歪波の発生要因の１つであると考えられるため、この電場Ｅｙを弱めることによって歪波が抑制されることとなる。

【0057】

一方、ＳＡＷ素子５１において、図３に示したように交差領域Ｔｃには絶縁膜６９は形成されておらず、電極指６３の交差領域Ｔｃに位置する部分は圧電基板５３の上面５３ａに直に配置されている。ＩＤＴ電極５５によって励振されたＳＡＷは主として圧電基板５３の上面５３ａのうち交差領域Ｔｃをｘ方向に沿って伝搬するが、歪波を抑制するために設けた絶縁膜６９は非交差領域Ｔｎのみに設けられているため、ＳＡＷの伝搬に基づく電気特性が絶縁膜６９によって劣化するのを抑制することができる。

【0058】

したがってＳＡＷ素子５１によれば、ＳＡＷの伝搬に基づく電気特性を維持しつつ歪波を抑制することができる。

【0059】

またＳＡＷ素子５１においては、非交差領域Ｔｎをｘ方向に沿って延長した領域にも絶縁膜６９が形成されているが、交差領域Ｔｃをｘ方向に沿って延長した領域には絶縁膜６９は形成されていない。よって反射器５７を構成する電極指のうち交差領域Ｔｃをｘ方向
に延長した領域に位置する部分は、圧電基板５３の上面５３ａに直に形成されている。これによって反射器５７のＳＡＷを反射させる機能を維持することができる。

【0060】

また絶縁膜６９は、非交差領域Ｔｎの全体にわたって形成されており、櫛歯状電極５９のうち少なくともバスバー電極６１およびダミー電極指６５は全体が非交差領域Ｔｎに配置されることとなるため、バスバー電極６１およびダミー電極指６５に絶縁膜６９による段差が生じることがない。これによりバスバー電極６１およびダミー電極指６５に段差による段切れが発生しにくくなり、導通不良が発生するのを抑制することができる。

【0061】

一方、電極指６３は非交差領域Ｔｎと交差領域Ｔｃとの境界付近で絶縁膜６９による段差が形成されるが、絶縁膜６９の厚みを電極指６３の厚みよりも薄くすることによって、電極指６９の段切れを抑制することができる。よって、絶縁膜６９の厚みは、櫛歯状電極５９の厚み（特に電極指６３の厚み）よりも薄くするとよい。また絶縁膜６９を非交差領域Ｔｎから交差領域Ｔｃに向かうにつれて厚みが漸次薄くなるように形成することによっても、電極指６３の段切れを抑制することができる。

【0062】

絶縁膜６９は、圧電基板５３よりも誘電率の小さい材料であればどのような材料を用いてもよい。例えば、圧電基板５３としてＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３などを用いた場合には、絶縁膜６９としては、ＳｉＯ_２等の酸化珪素、ＳｉＮ等の酸化窒素、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化アルミニウムといった絶縁材料を用いることができる。絶縁膜６９の厚みは、例えば、６ｎｍ〜６００ｎｍである。

【0063】

以上、図２における第１直列共振子１５Ａ−１を構成するＳＡＷ素子５１について説明したが、第１直列共振子１５Ａ−１以外の第２、第３直列共振子１５Ａ−２、１５Ａ−３、第１、第２並列共振子１５Ｂ−１、１５Ｂ−２および補助共振子１５Ｃの構成は、絶縁膜６９が設けられていない点を除いて、第１直列共振子１５Ａ−１（ＳＡＷ素子５１）と概ね同様である。なお、これらの共振子１５においても、第１直列共振子１５Ａ−１と同様に絶縁膜６９が設けられてもよい。また、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７においても、同様の絶縁膜６９が設けられていてもよい。

【0064】

相互変調歪は送信端子３から入力される送信波と、アンテナ端子７から入力される妨害波が、同時にＳＡＷ共振子に印加されることによって発生するため、送信波および妨害波の双方の強度が大きい第１直列共振子１５Ａ−１が最も強い歪波を発生させることが多い。このため、第１直列共振子１５Ａ−１に絶縁膜６９を設けることが、分波器全体の相互変調歪を抑制することに最も効果がある。ただし、その他の共振子、特にアンテナ端子７に近い第１並列共振子１５Ｂ−１、補助共振子１５Ｃもある程度の歪波の発生源になるため、これらの共振子にも絶縁膜６９を設けることで、更なる歪波の抑制を図ることができる。

【0065】

多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、図２において模式的に示すように、例えば、縦結合型のものであり、ＳＡＷの伝搬方向において配列された複数（本実施形態では３つ）のＩＤＴ電極５５と、その両側に配置された反射器５７とを有している。また、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、例えば、入力された不平衡信号を平衡信号に変換して出力する不平衡入力−平衡出力型のものである。

【0066】

複数の共振子１５および多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、例えば、１つの圧電基板５３の上面５３ａに共に設けられている。

【0067】

次に図６を用いてＳＡＷ素子５１の製造方法の一例について説明する。図６（ａ）〜（ｄ）はＳＡＷ素子５１の製造プロセス順に並べた図である。図６において、左側の列が平
面図であり、右側の列が左側の列に示した各平面図のＡ−Ａ’線における断面である。ＳＡＷ素子５１の製造方法に対応する図６（ａ）〜（ｄ）の工程は、いわゆるウエハプロセスにおいて実現される。すなわち、分割されることによって圧電基板５３となる母基板を対象に、薄膜形成やフォトリソグラフィー法などが行われ、その後、ダイシングされることにより、多数個分のＳＡＷ素子５１または分波器１が並行して形成される。ただし、図６（ａ）〜（ｄ）では１つのＳＡＷ素子５１に対応する部分のみを図示する。

【0068】

図６（ａ）に示すように、まず、圧電基板５３の上面５３ａには、絶縁膜６９となる膜６９’が形成される。具体的には、酸化珪素、酸化窒素等の絶縁材料を用いて、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の薄膜形成法によっ
て、上面５３ａ全体に膜６９’を形成する。

【0069】

次に図６（ｂ）に示すように、膜６９’に対して縮小投影露光機（ステッパー）およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われる。このパターニングにより交差領域Ｔｃに形成されていた膜６９’が除去されて、非交差領域Ｔｎに絶縁膜６９が形成される。

【0070】

絶縁膜６９を形成する方法としては、この他にも例えばリフトオフ法を採用してもよい。具体的には、絶縁膜６９を形成する部分が開口するようにパターニングされたレジスト層を圧電基板５３の上面５３ａに形成し、このレジスト層の上から絶縁膜となる絶縁材料の膜を形成した後、レジスト層を除去すればよい。

【0071】

次に図６（ｃ）に示すように、アルミニウム等の金属材料を用いて、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法によって、上面５３ａ全体にＩＤＴ電極５５となる膜５５’を形成する。

【0072】

次に図６（ｄ）に示すように、膜５５’に対して縮小投影露光機およびＲＩＥ装置を用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われる。このパターニングによって、ＩＤＴ電極５５が形成されて、図３に示したＳＡＷ素子５１が完成する。

【実施例】

【0073】

上述した実施形態に係るＳＡＷ素子５１と実質的に同じ構成からなる実施例のＳＡＷ素子について、歪波の低減効果及び絶縁膜６９の電気特性への影響を有限要素法によるシミュレーションによって調べた。

【0074】

シミュレーションは以下の条件のもとで行った。
・圧電基板の材料：ＬｉＴａＯ_３
・圧電基板のカット角：４２°ＹカットＸ伝搬
・デューティ：０．５
・電極指ピッチｐ：２．３１μｍ
・電極指の厚み：０．４μｍ
・ギャップ長ｌ_ｇ：１．０μｍ
（歪低減効果）
まず歪低減効果のシミュレーション結果について図８及び図９を用いて説明する。歪低減効果は、絶縁膜６９を設けていない比較例のＳＡＷ素子と、絶縁膜６９を設けた実施例のＳＡＷ素子５１のそれぞれについてシミュレーション用の解析モデルを作製し、その解析モデルについて圧電基板５３のギャップ６７における電束密度Ｄを対比することによって確かめた。

【0075】

ここで電束密度Ｄを計算したのは、電束密度Ｄと比例関係にある電場Ｅが歪波の発生強
度の指標となるからである。電場Ｅが歪波の発生強度の指標となる理由は以下の通りである。

【0076】

ＩＤＴ電極５５に電場の振幅がＥ_１、Ｅ_２である２つの正弦波の交流電圧が印加された場合、圧電基板５３の誘電性によって流れる電流Ｉは、次の（１）式によって表される。

【0077】

Ｉ＝ａε｛Ｅ_１ｓｉｎ（ω_１t）＋Ｅ_２ｓｉｎ（ω_２t）｝＋ｂε_２｛Ｅ_１ｓｉｎ（ω_１t）＋Ｅ_２ｓｉｎ（ω_２t）｝^２＋・・・ （１）
（１）式において、ａ、ｂは定数、εは誘電率、ε_２は２次の非線形誘電率である。また、簡単のために３次以上の非線形の項は省略し、ＳＡＷの振動に起因する歪波（圧電体の弾性定数の非線形性）は考慮しないものとする。さらに（１）式を展開すると次のようになる。

【0078】

Ｉ＝ａε｛Ｅ_１ｓｉｎ（ω_１t）＋Ｅ_２ｓｉｎ（ω_２t）｝
＋ｂε_２｛Ｅ_１^２ｓｉｎ^２（ω_１ｔ）＋２Ｅ_１Ｅ_２ｓｉｎ（ω_１ｔ）ｓｉｎ（ω_２ｔ）＋Ｅ_２^２ｓｉｎ^２（ω_２ｔ）｝＋・・・（２）
（２）式において、｛Ｅ_１^２ｓｉｎ^２（ω_１ｔ）＋２Ｅ_１Ｅ_２ｓｉｎ（ω_１ｔ）ｓｉｎ（ω_２ｔ）＋Ｅ_２^２ｓｉｎ^２（ω_２ｔ）｝が２次の歪電流であり、そのうちの第１項と第３項が２次の高調波歪、第２項が相互変調歪である。

【0079】

この式から圧電基板中の電場と歪波との間には相関があるといえる。特に（１）式において、２次の非線形項であるε_２項には電場Ｅの２乗が含まれることから、電場Ｅが大きくなると発生する歪波は急速に大きくなる。よって、圧電基板中の電場Ｅの最大値Ｅmax
が歪波の発生強度の指標となり、ひいては圧電基板中の電束密度Ｄの最大値Ｄmaxを計算
すれば歪波の発生強度を調べることができる。

【0080】

図８は歪低減効果をシミュレーションする際に用いた実施例の解析モデルの概略図であり、図５と同様にギャップ６７の部分をｙ方向に沿って切断したときの断面に相当する。図８に示すように、実施例の解析モデルでは、絶縁膜６９の電極指６３側の端部がギャップ６７の中央に位置しているものである。また絶縁膜６９についての設定条件は、材料がＳｉＯ_２、厚みが５０ｎｍである。なお、比較例の解析モデルは絶縁膜６９を設けていないこと以外は、実施例の解析モデルと同じである。

【0081】

図９（ａ）は圧電基板５３の上面５３ａから０．０２μｍの深さにおける圧電基板中の電束密度Ｄを示すグラフである。同グラフにおいて横軸は解析モデルのｘ方向における位置であり、ギャップ６７の中心を「０」としている。また、同グラフにおいて実線が実施例の計算結果であり、破線が比較例の計算結果である。

【0082】

このグラフからわかるように、電極指６３側（Position＞０）における電束密度Ｄの最大値Ｄ_max1、ダミー電極指６５側（Position＜０）の電束密度Ｄの最大値Ｄ_max2（絶対値で見たときの最大値）いずれも、実施例の方が比較例よりも小さくなっている。

【0083】

図９（ｂ）は圧電基板５３の上面５３ａからの深さが異なる３か所（depth＝０．０２
μｍ、０．０８μｍ、０．１４μｍ）における電束密度の最大値Ｄ_max1、Ｄ_max2の計算結果を示すグラフである。

【0084】

このグラフからわかるように電束密度の最大値Ｄ_max1、Ｄ_max2はいずれの深さにおいても実施例の方が比較例よりも小さくなっている。

【0085】

よって図９に示した結果から、実施例のＳＡＷ素子によれば歪波を抑制することができ
ることを確認できた。

【0086】

（電気特性への影響）
次に絶縁膜６９の電気特性への影響のシミュレーション結果について説明する。

【0087】

上述した実施形態のＳＡＷ素子５１は、絶縁膜６９が非交差領域Ｔｎにのみ設けられており、交差領域Ｔｃには絶縁膜６９を設けないようにしたが、これは絶縁膜６９を交差領域Ｔｃにまで形成するとＳＡＷ素子５１の電気特性が劣化すると考えられるためである。そこで、絶縁膜６９を交差領域Ｔｃにも形成した場合の電気特性についてシミュレーションを行った。

【0088】

具体的には交差領域Ｔｃに絶縁膜６９が形成されていない実施例のＳＡＷ素子と交差領域Ｔｃにも絶縁膜６９が形成されている比較例のＳＡＷ素子について、電気機械結合係数Ｋ^２を計算した。なお、絶縁膜６９はＳｉＯ_２からなるものとし、比較例については絶縁膜６９の厚みが異なる４種類の解析モデルについて計算を行った。

【0089】

図１０に電気機械結合係数Ｋ^２の計算結果のグラフを示す。同グラフにおいて横軸は絶縁膜６９の厚みであり、厚みが０の位置にプロットされているのが実施例である。厚みが０の位置以外の位置にプロットされているのが比較例である。

【0090】

図１０に示すグラフからわかるように交差領域Ｔｃにも絶縁膜６９を設けると電気機械結合係数Ｋ^２が小さくなる。このように電気機械結合係数Ｋ^２が小さくなるとＳＡＷの伝搬損失の増加、Δｆの狭小化などが起こり、ＳＡＷ素子の電気特性が劣化することとなる。

【0091】

よって図１０に示す結果から、交差領域Ｔｃに絶縁膜６９を設けないことによって電気特性の劣化を抑制することができるといえる。

【0092】

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

【0093】

上述した実施の形態に係るＳＡＷ素子５１では絶縁膜６９が非交差領域Ｔｎの全体にわたって形成されていたが、絶縁膜６９は少なくとも第１櫛歯状電極５９Ａのうち第２ギャップ６７Ｂを介して第２電極指６３Ｂに対向している部分および第２櫛歯状電極５９Ｂのうち第１ギャップ６７Ａを介して第１電極指６３Ａに対向している部分に形成されていればよい。したがって、例えば、図７に示すように非交差領域Ｔｎのうち、第１ダミー電極指６５Ａおよび第２ダミー電極指６５Ｂが設けられている領域にのみ形成するようにしてもよい。

【0094】

ＩＤＴ電極５５の形状は、図示したものに限定されない。例えば、ＩＤＴ電極５５は、いわゆるアポダイズが施されたものであってもよいし、ダミー電極指６５が設けられないものであってもよい。また、ＩＤＴ電極５５は、バスバー電極６１が傾斜もしくは屈曲するものであってもよいし、バスバー電極６１の弾性波の伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）の大きさが変化するものであってもよい。また、ＩＤＴ電極５５は、電極指６３のピッチが一定でなく、狭くなる部分が設けられてもよい。また、電極指６３またはダミー電極指６５は、その先端の角部が面取りされていてもよいし、先端の幅（ｘ方向）が大きくされていてもよい。

【符号の説明】

【0095】

５１…ＳＡＷ素子
５３…圧電基板
５３ａ…上面
５５…ＩＤＴ電極
５９Ａ…第１櫛歯状電極
５９Ｂ…第２櫛歯状電極
６１Ａ…第１バスバー電極
６１Ｂ…第２バスバー電極
６３Ａ…第１電極指
６３Ｂ…第２電極指
６７Ａ…第１ギャップ
６７Ｂ…第２ギャップ
６９…絶縁膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】