特開 2023-124231 弾性波デバイス、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】P2023124231

(43)【公開日】2023-09-06

(54)【発明の名称】弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20230830BHJP

   H03H 9/58 20060101ALI20230830BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 G

H03H9/58 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022027876

(22)【出願日】2022-02-25

(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】松田 隆志

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA01

5J108AA07

5J108BB03

5J108BB08

5J108CC04

5J108DD06

5J108EE03

5J108FF02

(57)【要約】

【課題】不要波を抑制することができる弾性波デバイス。
【解決手段】弾性波デバイスは、回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、第１厚さＴｂを有する第１圧電層１４ｂと、回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であり、第１圧電層１４ｂに積層され、第１厚さＴｂより小さい第２厚さＴａを有し、第１圧電層１４ｂの自発分極の方向と略反対方向の自発分極の方向を有する第２圧電層１４ａと、第１圧電層１４ｂの第２圧電層１４ａに対し反対の面に設けられた第１電極と、第２圧電層１４ａの第１圧電層１４ｂに対し反対の面に設けられ、第１電極とで第１圧電層１４ｂの少なくとも一部および第２圧電層１４ａの少なくとも一部を挟む第２電極とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、第１厚さを有する第１圧電層と、
回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であり、前記第１圧電層に積層され、前記第１厚さより小さい第２厚さを有し、前記第１圧電層の自発分極の方向と略反対方向の自発分極の方向を有する第２圧電層と、
前記第１圧電層の前記第２圧電層に対し反対の面に設けられた第１電極と、
前記第２圧電層の前記第１圧電層に対し反対の面に設けられ、前記第１電極とで前記第１圧電層の少なくとも一部および前記第２圧電層の少なくとも一部を挟む第２電極と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記第１圧電層は、１５８°以上かつ１６８°以下回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、
前記第２圧電層は、１５８°以上かつ１６８°以下回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であり、
前記第２厚さは前記第１厚さの０．５倍以上である請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記第２厚さは前記第１厚さの０．５６倍以上かつ０．９２倍以下である請求項２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記第２厚さは前記第１厚さの０．６８倍以上かつ０．７８倍以下である請求項２に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記第１圧電層における回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板の結晶方位のＸ軸方向と、前記第１圧電層における回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板の結晶方位のＸ軸方向と、のなす角度は５°以下である請求項２から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記第１圧電層と前記第２圧電層とは直接接合されている請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

支持基板を備え、
前記第１圧電層は前記支持基板と前記第２圧電層との間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弾性波デバイス。

【請求項8】

支持基板を備え、
前記第２圧電層は前記支持基板と前記第１圧電層との間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弾性波デバイス。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。

【請求項10】

請求項９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、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば、共振器を有する弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびデュプレクサとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）およびＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）等のＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器が用いられている。ＢＡＷ共振器は圧電薄膜共振器とよばれている。圧電薄膜共振器は、圧電層を挟み一対の電極を設ける構造を有し、圧電層の少なくとも一部を挟み一対の電極が対向する共振領域は弾性波が共振する領域である。圧電層として、自発分極が反対方向である２つの圧電層を積層することが知られている（例えば特許文献１～５）。積層する２つの圧電層を単結晶ニオブ酸リチウム基板と単結晶タンタル酸リチウム基板とすることが知られている（例えば特許文献５）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６４－７１２０７号公報

【特許文献2】特開昭４９－２５８８３号公報

【特許文献3】特開平３－１２３２１４号公報

【特許文献4】特開平１０－５１２６２号公報

【特許文献5】特開平７－２５４８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

自発分極の方向が互いに逆方向の圧電層を積層することで、第２高調波の弾性波を励振させることができる。第２高調波の弾性波を主モードとして用いる場合、基本波は不要波となる。積層された圧電層の一方を回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とし、他方を回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板とする場合、不要波である基本波の励振を抑制することが求められる。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、不要波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】

【0006】

本発明は、回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、第１厚さを有する第１圧電層と、回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であり、前記第１圧電層に積層され、前記第１厚さより小さい第２厚さを有し、前記第１圧電層の自発分極の方向と略反対方向の自発分極の方向を有する第２圧電層と、前記第１圧電層の前記第２圧電層に対し反対の面に設けられた第１電極と、前記第２圧電層の前記第１圧電層に対し反対の面に設けられ、前記第１電極とで前記第１圧電層の少なくとも一部および前記第２圧電層の少なくとも一部を挟む第２電極と、を備える弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記第１圧電層は、１５８°以上かつ１６８°以下回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、前記第２圧電層は、１５８°以上かつ１６８°以下回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であり、前記第２厚さは前記第１厚さの０．５倍以上である構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記第２厚さは前記第１厚さの０．５６倍以上かつ０．９２倍以下である構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、前記第２厚さは前記第１厚さの０．６８倍以上かつ０．７８倍以下である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記第１圧電層における回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板の結晶方位のＸ軸方向と、前記第１圧電層における回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板の結晶方位のＸ軸方向と、のなす角度は５°以下である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記第１圧電層と前記第２圧電層とは直接接合されている構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、支持基板を備え、前記第１圧電層は前記支持基板と前記第２圧電層との間に設けられている構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、支持基板を備え、前記第２圧電層は前記支持基板と前記第１圧電層との間に設けられている構成とすることができる。

【0014】

本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。

【0015】

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】

【0016】

本発明によれば、電気機械結合係数を調整可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例１および実施例１における圧電薄膜共振器の動作を説明する図である。

【図3】図３は、実施例１における圧電層の結晶方位を示す図である。

【図4】図４は、比較例２における周波数に対する｜Ｙ｜を示す図である。

【図5】図５は、実施例１における周波数に対する｜Ｙ｜を示す図である。

【図6】図６（ａ）は、Ｔａ／Ｔｂに対する基本波のｋ^２を示す図、図６（ｂ）は、Ｔａ／Ｔｂに対する基本波のΔｋ^２を示す図である。

【図7】図７は、Ｔａ／Ｔｂに対する基本波のｋ^２を示す図である。

【図8】図８は、Ｔａ／Ｔｂに対するｋ^２およびｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を示す図である。

【図9】図９（ａ）および図９（ｂ）は、θに対するＴａ／Ｔｂを示す図である。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図11】図１１は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図12】図１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１２（ｂ）は、実施例２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】

【0018】

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

【実施例0019】

弾性波デバイスとして圧電薄膜共振器を例に説明する。図１（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。圧電層１４ａおよび１４ｂの積層方向をＺ方向、下部電極１２の引き出し方向をＸ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。

【0020】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、基板１０上に圧電層１４が設けられている。圧電層１４は、積層された圧電層１４ａおよび１４ｂを備える。圧電層１４ａおよび１４ｂの厚さはそれぞれＴａおよびＴｂである。圧電層１４の厚さはＴである。圧電層１４ａは回転Ｙカットニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）基板であり、圧電層１４ｂは回転Ｙカットタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板である。圧電層１４ａの分極方向５２ａは下向きである。圧電層１４ｂの分極方向５２ｂは上向きであり、圧電層１４ａと１４ｂとは例えば表面活性化法により直接接合されている。圧電層１４ａと１４ｂとが表面活性化法により接合されている場合、圧電層１４ａと１４ｂとの間にアモルファス層が形成される場合がある。この場合、アモルファス層の厚さは圧電層１４ａおよび１４ｂの厚さに比べ十分小さいため、圧電層１４ａと１４ｂとは直接接合されているとみなせる。

【0021】

圧電層１４の上下に上部電極１６および下部電極１２がそれぞれ設けられている。圧電層１４ａの少なくとも一部および圧電層１４ｂの少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる領域は共振領域５０である。基板１０と下部電極１２との間に空隙３４が設けられている。下部電極１２と空隙３４との界面において弾性波が反射する。平面視において、空隙３４は共振領域５０に重なり、空隙３４は共振領域５０と同じ大きさまたは共振領域５０より大きい。

【0022】

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等である。下部電極１２および上部電極１６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膜を積層した積層膜である。

【0023】

図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例１および実施例１における圧電薄膜共振器の動作を説明する図である。図２（ａ）および図２（ｂ）では、下部電極１２、圧電層１４および上部電極１６を示す。右側の図は、Ｚ方向の位置に対する弾性波の変位を示す図である。なお、図２（ｂ）において、説明を簡単にするため厚さＴａとＴｂとを同じとして図示している。

【0024】

図２（ａ）に示すように、比較例１では、圧電層１４は分極方向５２が１方向の１つの圧電層である。この場合、右図のように、基本波では圧電層１４の上面の変位が０のとき、圧電層１４の下面の変位がＥとなる。これにより、基本波では、下部電極１２と上部電極１６との電位が異なり、下部電極１２と上部電極１６との間に所定の周波数の交流信号を加えると圧電層１４に基本波が励振する。一方、第２高調波では下部電極１２と上部電極１６との電位がほぼ同じとなる。よって、圧電層１４に第２高調波はほとんど励振されない。圧電層１４の厚さＴは基本波の波長のほぼ１／２となる。共振周波数の高い圧電薄膜共振器を作製するためには、圧電層１４の厚さＴを薄くすることになる。しかし、圧電層１４と支持基板との間に空隙３４が存在するため、圧電層１４を薄くすると、圧電層１４が破壊されやすくなる。また、圧電層１４の厚さＴの製造ばらつきにより、共振周波数等の特性がばらつきやすくなる。

【0025】

図２（ｂ）に示すように、実施例１では、圧電層１４ａの分極方向５２ａは下向き、圧電層１４ｂの分極方向５２ｂは上向きである。右図のように、第２高調波では圧電層１４の上面の変位が０のとき、圧電層１４の下面の変位が０である。圧電層１４のＺ方向のほぼ中央付近の変位はＥである。圧電層１４ａの分極方向５２ａと圧電層１４ｂの分極方向５２ｂとは逆方向のため、第２高調波では下部電極１２と上部電極１６との電位が異なる、下部電極１２と上部電極１６との間に所定の周波数の交流信号を加えると第２高調波が励振する。一方、基本波では下部電極１２と上部電極１６との電位がほぼ同じとなる。よって、圧電層１４に基本波はほとんど励振されない。厚さＴはほぼ第２高調波の波長となる。このため、同じ共振周波数を有する圧電薄膜共振器を作製する場合に、実施例１では、比較例１に対し、圧電層１４の厚さＴを約２倍にできる。これにより、圧電層１４の破損を抑制できる。また、共振周波数等の特性のばらつきを抑制できる。

【0026】

圧電層１４ａおよび１４ｂに回転カット角が１６３°のタンタル酸リチウム基板また回転カット角が１６３°のニオブ酸リチウム基板を用いると、圧電層１４に厚みすべり振動が励起される。厚みすべりの振動方向はＹ方向となる。また、圧電層１４には厚み縦振動はほとんど励振されない。このことから、厚みすべり振動を主モードとする場合、回転カット角が１６３°とすることが好ましい。

【0027】

圧電層１４ａと１４ｂを同じ材料とする場合、圧電特性は材料により決まってしまう。そこで、圧電層１４ａをタンタル酸リチウム基板とし、圧電層１４ｂをニオブ酸リチウム基板とすることで、電気機械結合係数ｋ^２等の圧電特性を、圧電層１４ａと１４ｂをタンタル酸リチウム基板とした場合の圧電特性と、圧電層１４ａと１４ｂをニオブ酸リチウム基板とした場合の圧電特性と、の間にすることができる。

【0028】

図３は、実施例１における圧電層の結晶方位を示す図である。なお、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向は結晶方位の軸方向であり、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した方向である。圧電層１４ａとして、１６３°回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板を用い、圧電層１４ｂとして、１６３°回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板を用いている。

【0029】

図３に示すように、圧電層１４ａの結晶方位の＋Ｘ軸方向と圧電層１４ｂの結晶方位の＋Ｘ軸方向とはほぼ同じ方向であり、Ｘ方向である。圧電層１４ａでは、＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を破線矢印のように、それぞれ－Ｚ方向および＋Ｙ方向とする。Ｘ軸を中心に、Ｙ軸およびＺ軸を＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向の方にθ＝１６３°回転させる。タンタル酸リチウム基板およびニオブ酸リチウム基板は、三方晶系イルメナイトに類似の結晶構造を有し、＋Ｚ軸方向が結晶方位のｃ軸方向に対応する。＋Ｚ軸方向が自発分極の方向となる。このとき、圧電層１４ａの上面および下面はそれぞれ－面および＋面と称し、分極方向５２ａを下向きに図示する。

【0030】

圧電層１４ｂでは、＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を破線矢印のように、それぞれ＋Ｚ方向および－Ｙ方向とする。Ｘ軸を中心に、Ｙ軸およびＺ軸を＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向の方にθ＝１６３°回転させる。このときの＋Ｚ軸方向が結晶方位のｃ軸方向に対応する。＋Ｚ軸方向が自発分極の方向となる。このとき、圧電層１４ｂの上面および下面はそれぞれ＋面および－面と称し、分極方向５２ｂを上向きに図示する。圧電層１４ａおよび１４ｂの自発分極の方向は、Ｘ線回折法を用い、Ｚ軸方向を同定することで、確認できる。

【0031】

自発分極は電界が加わらない状態で分極している状態である。タンタル酸リチウムは、ＬｉおよびＴａが陽イオンとなり、Ｏが陰イオンとなる。Ｌｉ、ＴａおよびＯの原子が電荷を打ち消すように位置していれば、自発分極は生じない。これらの原子が電荷を打ち消す位置よりずれているため、自発分極が生じる。ニオブ酸リチウムにおいても同様に自発分極が生じる。

【0032】

圧電層１４ａの＋Ｘ軸方向と圧電層１４ｂの＋Ｘ軸方向とを略同じ方向とすることで、圧電層１４ａの自発分極の方向（＋Ｚ軸方向）と圧電層１４ｂの自発分極の方向（＋Ｚ軸方向）は、略反対方向となる。例えば、圧電層１４ａの＋Ｘ軸方向と圧電層１４ｂのＸ軸方向とが異なると、圧電層１４ａの自発分極の方向（＋Ｚ軸方向）と圧電層１４ｂの自発分極の方向（＋Ｚ軸方向）は、反対方向とはならない。圧電層１４ａの自発分極の方向（＋Ｚ軸方向）と圧電層１４ｂの自発分極の方向（＋Ｚ軸の方向）とが略反対方向とは、圧電層１４ａの＋Ｘ軸方向と圧電層１４ｂの＋Ｘ軸方向とのなす角度が５°以下の範囲内である程度を許容する。

【0033】

［シミュレーション］
圧電薄膜共振器の周波数特性を有限要素法を用い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。
圧電層１４の厚さＴ：３００ｎｍ
下部電極１２：厚さが３０ｎｍのアルミニウム膜
上部電極１６：厚さが３０ｎｍのアルミニウム膜
圧電層１４ｂの厚さＴｂに対する圧電層１４ａの厚さＴａをＴａ／Ｔｂとした。Ｔａ／Ｔｂ＝１のとき、圧電層１４ａおよび１４ｂの厚さＴａおよびＴｂはいずれも１５０ｎｍである。

【0034】

比較例２として、圧電層１４ａおよび１４ｂをともに１６３°回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板を用いた場合における周波数特性をシミュレーションした。圧電層１４ａと圧電層１４ｂとは、分極方向が互いに反対方向となるように接合されている。図４は、比較例２における周波数に対する｜Ｙ｜を示す図である。｜Ｙ｜はアドミッタンスの絶対値である。図４に示すように、Ｔａ／Ｔｂ＝１のとき、第２高調波による弾性波の応答として、共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２が観察される。基本波の応答は観測されない。Ｔａ／Ｔｂ＝０．９０４８のとき、第２高調波による弾性波の応答として、共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２が観察され、かつ基本波の弾性波の応答として、共振周波数ｆｒ１および反共振周波数ｆａ１が観察される。

【0035】

比較例２のように、圧電層１４ａと１４ｂとを同じ材料とした場合、Ｔａ／Ｔｂ＝１とすることで、不要波である基本波はほとんど励振されない。一方、Ｔａ／Ｔｂを１から異ならせると、不要波である基本波が励振される。

【0036】

実施例１として、圧電層１４ａに１６３°回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板を用い、圧電層１４ｂに１６３°回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板を用いた場合における周波数特性をシミュレーションした。圧電層１４ａと圧電層１４ｂとは、分極方向が互いに反対方向となるように接合されている。図５は、実施例１における周波数に対する｜Ｙ｜を示す図である。｜Ｙ｜はアドミッタンスの絶対値である。図５に示すように、Ｔａ／Ｔｂ＝１のとき、第２高調波による弾性波の応答として、共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２が観察されかつ基本波の弾性波の応答として、共振周波数ｆｒ１および反共振周波数ｆａ１が観察される。Ｔａ／Ｔｂ＝０．７１７８のとき、第２高調波による弾性波の応答として、共振周波数ｆｒ２および反共振周波数ｆａ２が観察され、基本波の応答は観測されない。

【0037】

このように、圧電層１４ａに回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板を用い、圧電層１４ｂに回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板を用いた場合、厚さＴａを厚さＴｂより小さくすることで基本波を抑制することができる。そこで、Ｔａ／Ｔｂを変え、基本波の電気機械結合係数ｋ^２をシミュレーションした。

【0038】

図６（ａ）は、Ｔａ／Ｔｂに対する基本波のｋ^２を示す図、図６（ｂ）は、Ｔａ／Ｔｂに対する基本波のΔｋ^２を示す図である。図６（ａ）において、黒丸はシミュレーションした点を示し、曲線は黒丸をつなぐ線である。図６（ｂ）において、Δｋ^２は、Ｔａ／Ｔｂに対するｋ^２の変化率であり、図６（ａ）の隣接する黒丸間の傾きに相当する。

【0039】

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、基本波の電気機械結合係数ｋ^２はＴａ／Ｔｂが０．７０～０．７５において０．０６程度となる。Ｔａ／Ｔｂが０．７以下ではＴａ／Ｔｂが小さくなるとｋ^２が大きくなり、Ｔａ／Ｔｂが０．７５以上ではＴａ／Ｔｂが大きくなるとｋ^２が大きくなる。

【0040】

θを１５８°、１６３°および１６８°に設定し、Ｔａ／Ｔｂを変え、基本波のｋ^２をシミュレーションした。図７は、Ｔａ／Ｔｂに対する基本波のｋ^２を示す図である。図７に示すように、θが１５８°、１６３°および１６８°のいずれにおいても基本波のｋ^２は０．７０～０．７５において最小となる。範囲Ｒ１～Ｒ３は、θがそれぞれ１５８°、１６３°および１６８°のときに、基本波のｋ^２がＴａ／Ｔｂ＝１のときのｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）より小さくなる範囲である。Ｔａ／Ｔｂが範囲Ｒ１～Ｒ３内であれば、基本波のｋ^２は、Ｔａ／Ｔｂ＝１のときのｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）以下となる。

【0041】

図８は、Ｔａ／Ｔｂに対するｋ^２およびｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を示す図である。θが１５８°、１６３°および１６８°において、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）が１．０、０．８、０．６、０．５、０．４および０．２となるＴａ／Ｔｂと、ｋ^２が０．１％となるＴａ／Ｔｂを示している。

【0042】

図９（ａ）および図９（ｂ）は、θに対するＴａ／Ｔｂを示す図である。図９（ａ）は、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）が０．５より小さくなるＴａ／Ｔｂの範囲を示し、図９（ｂ）は、基本波のｋ^２が０．１％以下となる範囲を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）において、黒丸はシミュレーション点を示し、直線は黒丸の近似直線、ハッチは直線間の範囲を示している。

【0043】

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）が０．５より小さくなるＴａ／Ｔｂの範囲、および基本波のｋ^２が０．１％以下となるＴａ／Ｔｂの範囲は、θにあまり依存しない。

【0044】

実施例１によれば、図１（ａ）および図１（ｂ）のように、圧電層１４ｂ（第１圧電層）と圧電層１４ａ（第２圧電層）は積層されている。圧電層１４ｂは、回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、厚さＴｂ（第１厚さ）を有する。圧電層１４ａは、回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であり、厚さＴａ（第２厚さ）を有し、圧電層１４ｂの自発分極の方向と略反対方向の自発分極の方向を有する。下部電極１２（第１電極）は、圧電層１４ｂの圧電層１４ａに対し反対の面に設けられている。上部電極１６（第２電極）は、圧電層１４ａの圧電層１４ｂに対し反対の面に設けられ、下部電極１２とで圧電層１４ｂの少なくとも一部および圧電層１４ａの少なくとも一部を挟む。このような構造において、厚さＴａを厚さＴｂより小さくする。これにより、基本波のｋ^２を小さくすることができ、不要波を抑制できる。なお、圧電層１４ａと１４ｂとの自発分極の方向が略反対方向とは、基本波を抑制できる程度に反対方向であればよい。圧電層１４ａと１４ｂとの自発分極の方向のなす角度は、１７５°以上かつ１８５°以下であることが好ましく、１７７°以上かつ１８３°以下であることがより好ましく、１７８°以上かつ１８２°以下であることがさらに好ましい。

【0045】

図８から図９（ｂ）より、基本波の大きさはθにあまり依存しない。このことから、圧電層１４ｂは、１５８°以上かつ１６８°以下回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板であり、圧電層１４ａは、１５８°以上かつ１６８°以下回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板であれば、図８から図９（ｂ）と同様の結果が得られると考えられる。図８より、厚さＴａは厚さＴｂの０．５倍以上であれば、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を１より小さくできる。厚みすべり振動の弾性波を励振させ、厚み縦振動の弾性波を励振させないため、圧電層１４ｂおよび１４ａのθは、１６０°以上かつ１６６°以下が好ましく、１６１°以上かつ１６５°以下がより好ましい。

【0046】

図８より、Ｔａ／Ｔｂが０．５２以上かつ０．９７以下のとき、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を０．８以下にできる。Ｔａ／Ｔｂが０．５５以上かつ０．９４以下のとき、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を０．６以下にできる。Ｔａ／Ｔｂが０．５６以上かつ０．９２以下のとき、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を０．５以下にできる。Ｔａ／Ｔｂが０．５８以上かつ０．９０以下のとき、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を０．４以下にできる。Ｔａ／Ｔｂが０．６２以上かつ０．８５以下のとき、ｋ^２／ｋ^２（Ｔａ／Ｔｂ＝１）を０．２以下にできる。Ｔａ／Ｔｂが０．６８以上かつ０．７８以下のとき、ｋ^２を０．１％以下にできる。

【0047】

圧電層１４ａの自発分極の方向と圧電層１４ｂの自発分極の方向とを略反対方向とするため、圧電層１４ａにおけるタンタル酸リチウム基板の結晶方位のＸ軸方向と、圧電層１４ｂにおけるニオブ酸リチウム基板の結晶方位のＸ軸方向と、のなす角度は５°以下であることが好ましく、２°以下であることがより好ましい。

【0048】

圧電層１４ａと１４ｂとは直接接合され、圧電層１４ａと１４ｂとの界面は平坦面（例えば算術表面粗さＲａは１０ｎｍ以下）である。これにより、圧電層１４に第２高調波が励振できる。

【0049】

［実施例１の変形例１］
図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施例１の変形例１から３に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１０（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、圧電層１４ａの分極方向５２ａが上方向であり、圧電層１４ｂの分極方向５２ｂが下方向である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0050】

［実施例１の変形例２］
図１０（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、圧電層１４ａの上面と圧電層１４ｂの下面が接合されており、圧電層１４ａの下面に下部電極１２が設けられ、圧電層１４ｂの上面に上部電極１６が設けられている。圧電層１４ａの分極方向５２ａは上方向であり、圧電層１４ｂの分極方向５２ｂは下方向である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0051】

［実施例１の変形例３］
図１０（ｃ）に示すように、実施例１の変形例３では、圧電層１４ａの分極方向５２ａは下方向であり、圧電層１４ｂの分極方向５２ｂは上方向である。その他の構成は実施例１の変形例２と同じであり説明を省略する。

【0052】

実施例１およびその変形例１のように、圧電層１４ｂは基板１０（支持基板）と圧電層１４ａとの間に設けられていてもよい。実施例１の変形例２および３のように、圧電層１４ａは基板１０と圧電層１４ｂとの間に設けられていてもよい。基本波を抑制するＴａ／Ｔｂは、基本波が励振したときに、自発分極によって発生する電荷量で決まる。このため、上記シミュレーションによって得られたＴａ／Ｔｂの好ましい範囲は、実施例１の変形例１から３にも適用できる。また、好ましいＴａ／Ｔｂの範囲は、圧電薄膜共振器の共振周波数等の周波数、下部電極１２および上部電極１６の材料、並びに圧電層１４ａ、１４ｂ、下部電極１２および上部電極１６に依存せず適用できる。

【0053】

［実施例１の変形例４］
図１１は、実施例１の変形例４に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１１に示すように、実施例１の変形例４では、空隙３４の代わりに、基板１０と下部電極１２との間に音響反射膜３０が設けられている。音響反射膜３０は、音響インピーダンスの低い膜３１と音響インピーダンスの高い膜３２とが交互に設けられている。膜３１および３２の膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。これにより、音響反射膜３０は弾性波を反射する。膜３１と膜３２の積層数は任意に設定できる。音響反射膜３０は共振領域５０に重なり、音響反射膜３０は共振領域５０と同じ大きさまたは共振領域５０より大きい。音響反射膜３０の膜３１は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等である。膜３２は、例えばタングステン、タンタル、モリブデン、ルテニウム等である。

【0054】

実施例１およびその変形例１から３のように、圧電薄膜共振器は、空隙３４が弾性波を反射するＦＢＡＲでもよい。実施例１の変形例４のように、圧電薄膜共振器は音響反射膜３０が弾性波を反射するＳＭＲでもよい。共振領域５０の平面形状が矩形の例を説明したが、共振領域５０は、楕円形状または五角形状等の多角形状でもよい。

【実施例0055】

実施例２は、実施例１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１２（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１２（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。

【0056】

図１２（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１２（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２のフィルタとすることができる。

【0057】

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。

【0058】

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。