特開 2024-113249 弾性波装置

(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】P2024113249

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】弾性波装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240815BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 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 2023018092

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】弁理士法人大阪フロント特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大門 克也

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA14

5J097AA21

5J097EE08

5J097EE10

5J097FF03

5J097FF04

5J097FF05

5J097GG03

5J097GG04

5J097HA03

5J097KK03

5J097KK09

(57)【要約】

【課題】高次モードを抑制することができる、弾性波装置を提供することができる。
【解決手段】本発明の弾性波装置１は、支持基板３と、支持基板３上に設けられている圧電体層４と、圧電体層４上に設けられており、複数の電極指（複数の第１，第２の電極指１８，１９）を有するＩＤＴ電極５とを備える。圧電体層４の材料として、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムが用いられている。支持基板３の材料として、ＹＡＧ、ルチル、アルミン酸ランタン、チタン酸ストロンチウム及びアルミン酸イットリウムのうちの１種が用いられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と、
前記支持基板上に設けられている圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極と、
を備え、
前記圧電体層の材料として、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムが用いられており、
前記支持基板の材料として、ＹＡＧ、ルチル、アルミン酸ランタン、チタン酸ストロンチウム及びアルミン酸イットリウムのうちの１種が用いられている、弾性波装置。

【請求項2】

前記支持基板の材料として、ＹＡＧが用いられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項3】

前記支持基板の材料として、ルチルが用いられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項4】

前記支持基板の材料として、アルミン酸ランタンが用いられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項5】

前記支持基板の材料として、チタン酸ストロンチウムが用いられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項6】

前記支持基板の材料として、アルミン酸イットリウムが用いられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項7】

前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとしたときに、前記圧電体層の厚みが１λ以下である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項8】

前記圧電体層の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムが用いられており、前記圧電体層のカット角は４２°±２０°以内の範囲の角度である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項9】

前記圧電体層の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウムが用いられており、前記圧電体層のカット角は３０°±２０°以内の範囲の角度である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項10】

前記支持基板及び前記圧電体層の間に設けられている中間層をさらに備え、
前記中間層が、材料として酸化ケイ素が用いられている層を含む、請求項１に記載の弾性波装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、弾性波装置は携帯電話機のフィルタなどに広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波装置の一例が開示されている。この弾性波装置には、支持基板、低音速膜及び圧電体層の積層基板が用いられている。圧電体層上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が設けられている。特許文献１においては、圧電体層の材料の例として、ＬｉＴａＯ_３及びＬｉＮｂＯ_３などが挙げられている。支持基板の材料の例として、シリコンなどが挙げられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５９１０７６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のような積層基板が用いられた弾性波装置においては、メインモードを圧電体層側に閉じ込め得る。しかしながら、支持基板がシリコンからなる弾性波装置においては、メインモードだけでなく、高次モードも圧電体層側に閉じ込め易い。そのため、不要波である高次モードを、十分に抑制し難いことがある。

【0005】

本発明の目的は、高次モードを抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る弾性波装置は、支持基板と、前記支持基板上に設けられている圧電体層と、前記圧電体層上に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極とを備え、前記圧電体層の材料として、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムが用いられており、前記支持基板の材料として、ＹＡＧ、ルチル、アルミン酸ランタン、チタン酸ストロンチウム及びアルミン酸イットリウムのうちの１種が用いられている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の弾性波装置によれば、高次モードを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。

【図3】第１の比較例におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図4】本発明の第１の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図5】第２の比較例におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図6】本発明の第１の実施形態の第１の変形例におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図7】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。

【図8】本発明の第２の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図9】本発明の第３の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図10】本発明の第４の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【図11】本発明の第５の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

【0010】

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

【0011】

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。図２は、第１の実施形態に係る弾性波装置の平面図である。なお、図１は、図２中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。図２においては、後述する誘電体膜を省略している。

【0012】

図１に示すように、弾性波装置１は圧電性基板２を有する。より具体的には、圧電性基板２は、支持基板３と、圧電体層４とを有する。支持基板３上に圧電体層４が設けられている。このように、圧電性基板２は、圧電性を有する基板である。

【0013】

本実施形態では、支持基板３上に直接的に圧電体層４が設けられている。もっとも、支持基板３及び圧電体層４の間に中間層が設けられていてもよい。

【0014】

支持基板３の材料として、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が用いられている。なお、支持基板３の材料は上記に限定されない。本発明においては、支持基板３の材料として、ＹＡＧ、ルチル、アルミン酸ランタン、チタン酸ストロンチウム及びアルミン酸イットリウムのうちの１種が用いられていればよい。

【0015】

圧電体層４の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムが用いられている。より具体的には、圧電体層４の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３が用いられている。圧電体層４の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムが用いられている場合には、圧電体層４のカット角は、４２°±２０°以内の範囲の角度であることが好ましい。なお、本発明においては、圧電体層４の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウムが用いられていてもよい。

【0016】

圧電体層４上にはＩＤＴ電極５が設けられている。図２に示すように、ＩＤＴ電極５は、第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７と、複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９とを有する。第１のバスバー１６及び第２のバスバー１７は互いに対向している。第１のバスバー１６に、複数の第１の電極指１８の一端がそれぞれ接続されている。第２のバスバー１７に、複数の第２の電極指１９の一端がそれぞれ接続されている。複数の第１の電極指１８及び複数の第２の電極指１９は互いに間挿し合っている。第１の電極指１８及び第２の電極指１９は、互いに異なる電位に接続される。以下においては、第１の電極指１８及び第２の電極指１９を、単に電極指と記載することがある。

【0017】

ＩＤＴ電極５に交流電圧を印加することにより、弾性波が励振される。なお、本実施形態では、弾性波伝搬方向及び複数の電極指が伸びる方向は直交する。圧電体層４上における、ＩＤＴ電極５の弾性波伝搬方向両側に、１対の反射器６及び反射器７が設けられている。弾性波装置１は弾性表面波共振子である。もっとも、本発明に係る弾性波装置は、複数の弾性波共振子を有するフィルタ装置やマルチプレクサなどであってもよい。

【0018】

ＩＤＴ電極５及び各反射器は積層金属膜からなる。具体的には、ＩＤＴ電極５及び各反射器の層構成は、圧電体層４側から、Ｔｉ層、ＡｌＣｕ層及びＴｉ層がこの順序において積層された構成である。もっとも、ＩＤＴ電極５及び各反射器の材料は上記に限定されない。あるいは、ＩＤＴ電極５及び各反射器は単層の金属膜からなっていてもよい。

【0019】

ＩＤＴ電極５の電極指ピッチにより規定される波長をλとしたときに、圧電体層４の厚みが１λ以下であることが好ましい。それによって、弾性波の励振効率を高めることができる。もっとも、圧電体層４の厚みの範囲は上記に限定されない。なお、電極指ピッチとは、隣り合う第１の電極指１８及び第２の電極指１９の中心間距離である。具体的には、電極指ピッチをｐとしたときに、λ＝２ｐである。

【0020】

図１に戻り、圧電体層４上には、ＩＤＴ電極５を覆うように、誘電体膜８が設けられている。それによって、ＩＤＴ電極５が破損し難い。本実施形態では、誘電体膜８の材料として、酸化ケイ素が用いられている。これにより、弾性波装置１の周波数温度係数（ＴＣＦ）の絶対値を小さくすることができる。よって、弾性波装置１の周波数温度特性を改善することができる。もっとも、誘電体膜８の材料は上記に限定されない。誘電体膜８の材料として、例えば、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素などを用いることもできる。なお、誘電体膜８は、必ずしも設けられていなくともよい。

【0021】

本実施形態の特徴は、圧電体層４の材料として、タンタル酸リチウムが用いられており、支持基板３の材料として、ＹＡＧが用いられていることにある。それによって、高次モードを抑制することができる。この効果を、第１の実施形態及び第１の比較例を比較することにより、以下において具体的に示す。

【0022】

第１の比較例は、支持基板がシリコンからなる点において第１の実施形態と異なる。第１の比較例は、圧電性基板において、支持基板、窒化ケイ素層、酸化ケイ素層及び圧電体層がこの順序で積層されている点においても、第１の実施形態と異なる。第１の実施形態の構成を有する弾性波装置及び第１の比較例の弾性波装置を用意し、各弾性波装置において、アドミッタンス周波数特性を測定した。第１の実施形態の構成を有する弾性波装置の設計パラメータは以下の通りである。

【0023】

支持基板：材料…ＹＡＧ
圧電体層：材料…回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ_３、カット角…５０°、厚み…０．２λ
ＩＤＴ電極：層構成…圧電体層側からＴｉ層／ＡｌＣｕ層／Ｔｉ層、厚み…圧電体層側から０．００６λ／０．０５λ／０．００２λ
誘電体膜：材料…ＳｉＯ_２、厚み…０．０１５λ
波長λ：２μｍ
ＩＤＴ電極のデューティ比：０．５

【0024】

第１の比較例の弾性波装置の設計パラメータは、以下のパラメータ以外は、第１の実施形態の構成を有する弾性波装置の上記設計パラメータと同様である。

【0025】

支持基板：材料…Ｓｉ
窒化ケイ素層：厚み…０．１５λ
酸化ケイ素層：厚み…０．１５λ

【0026】

図３は、第１の比較例におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。図４は、第１の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【0027】

図３に示すように第１の比較例においては、矢印Ａ１～Ａ３により示す周波数付近に、高次モードに起因する大きなリップルが生じている。これに対して、図４に示すように、第１の実施形態においては、高次モードが抑制されていることがわかる。これは以下の理由による。

【0028】

図１に示す第１の実施形態においては、支持基板３の材料として、ＹＡＧが用いられている。ＹＡＧを用いると、支持基板３を伝搬するバルク波の音速が、圧電体層４を伝搬する高次モードの音速よりも低くなる。これにより、高次モードを支持基板３側から漏洩させることができる。従って、高次モードを抑制することができる。加えて、第１の実施形態においては、支持基板３を伝搬するバルク波の音速が、圧電体層４を伝搬するメインモードの音速よりも高い。よって、メインモードを圧電体層４側に閉じ込めることもできる。

【0029】

これらは、圧電体層４の材料として、タンタル酸リチウムが用いられている場合においても、ニオブ酸リチウムが用いられている場合においても同様である。圧電体層４の材料として、ニオブ酸リチウムが用いられている場合に、高次モードを抑制できることを、以下において示す。

【0030】

図１を援用して示す圧電体層４の材料として、ニオブ酸リチウムが用いられている点のみにおいて第１の実施形態と異なる弾性波装置を、第１の実施形態の第１の変形例の弾性波装置とする。第１の変形例の構成を有する弾性波装置、及び第２の比較例の弾性波装置のアドミッタンス周波数特性を比較した。

【0031】

第２の比較例は、支持基板がシリコンからなる点において第１の変形例と異なる。第１の変形例の構成を有する弾性波装置の設計パラメータは、圧電体層のパラメータ以外においては、図４のアドミッタンス周波数特性を求めた第１の実施形態の構成を有する弾性波装置の設計パラメータと同様である。具体的には、第１の変形例の構成を有する弾性波装置における圧電体層のパラメータは以下の通りである。

【0032】

圧電体層：材料…回転ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３、カット角…４０°、厚み…０．２λ

【0033】

第２の比較例の弾性波装置の設計パラメータは、支持基板の材料がシリコンである点以外では、第１の変形例の構成を有する弾性波装置の上記設計パラメータと同様である。

【0034】

図５は、第２の比較例におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。図６は、第１の実施形態の第１の変形例におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【0035】

図５に示すように第２の比較例においては、矢印Ａ１～Ａ３により示す周波数付近に、高次モードに起因する大きなリップルが生じている。これに対して、図６に示すように、第１の変形例においては、高次モードが抑制されていることがわかる。

【0036】

なお、圧電体層の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウムが用いられている場合には、圧電体層のカット角は、３０°±２０°以内の範囲の角度であることが好ましい。

【0037】

図１に示すように、第１の実施形態においては、支持基板３上に直接的に圧電体層４が設けられている。もっとも、圧電性基板２の積層構造は上記に限定されない。例えば、図７に示す第１の実施形態の第２の変形例においては、支持基板３及び圧電体層４の間に、中間層２５が設けられている。すなわち、支持基板３上に、中間層２５を介して間接的に圧電体層４が設けられている。

【0038】

本変形例においては、中間層２５は積層体である。具体的には、中間層２５は、第１の層２６及び第２の層２７を含む。圧電性基板２２においては、支持基板３上に第１の層２６が設けられている。第１の層２６上に第２の層２７が設けられている。第２の層２７上に圧電体層４が設けられている。

【0039】

中間層２５の第１の層２６の材料として、窒化ケイ素が用いられている。第２の層２７の材料として、酸化ケイ素が用いられている。もっとも、中間層２５の各層の材料は上記に限定されない。

【0040】

中間層２５の層数は２層に限定されない。例えば、中間層２５は単層の誘電体層であってもよい。あるいは、中間層２５は３層以上の層を含んでいてもよい。

【0041】

本変形例における中間層２５は、酸化ケイ素層としての第２の層２７を含む。なお、例えば、中間層２５が単層の誘電体層である場合には、中間層２５が酸化ケイ素層であってもよい。これらのように、中間層２５が、材料として酸化ケイ素が用いられている層を含むことが好ましい。それによって、弾性波装置の周波数温度係数の絶対値を小さくすることができ、弾性波装置の周波数温度特性を改善することができる。

【0042】

以下において、支持基板３の材料のみが第１の実施形態と異なる例を、第２～第５の実施形態により示す。第２～第５の実施形態の説明には、第１の実施形態の説明に用いた図面及び符号を援用することとする。第２～第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、メインモードを圧電体層４側に閉じ込めることができ、かつ高次モードを抑制することができる。なお、第２～第５の実施形態においては、圧電体層４の材料として、タンタル酸リチウムが用いられている。もっとも、圧電体層４の材料として、ニオブ酸リチウムが用いられている場合においても、メインモードを圧電体層４側に閉じ込めることができ、かつ高次モードを抑制することができる。

【0043】

第２の実施形態では、支持基板３の材料として、ルチルが用いられている。より具体的には、支持基板３の材料として、結晶構造がルチル型であるＴｉＯ_２が用いられている。

【0044】

第３の実施形態では、支持基板３の材料として、アルミン酸ランタンが用いられている。より具体的には、支持基板３の材料として、ＬａＡｌＯ_３が用いられている。

【0045】

第４の実施形態では、支持基板３の材料として、チタン酸ストロンチウムが用いられている。より具体的には、支持基板３の材料として、ＳｒＴｉＯ_３が用いられている。

【0046】

第５の実施形態では、支持基板３の材料として、アルミン酸イットリウムが用いられている。より具体的には、支持基板３の材料として、ＹＡｌＯ_３が用いられている。

【0047】

第２～第５の実施形態の構成を有するそれぞれの弾性波装置のアドミッタンス周波数特性を求めた。なお、上記各弾性波装置の設計パラメータは、支持基板の材料以外の点においては、図４のアドミッタンス周波数特性を求めた第１の実施形態の構成を有する弾性波装置の設計パラメータと同様である。

【0048】

図８は、第２の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。図９は、第３の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。図１０は、第４の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。図１１は、第５の実施形態におけるアドミッタンス周波数特性を示す図である。

【0049】

図８に示すように、第２の実施形態においては、高次モードが抑制されていることがわかる。同様に、図９～図１１に示すように、第３～第５の実施形態においても、高次モードが抑制されていることがわかる。

【0050】

以下において、本発明に係る弾性波装置の形態の例をまとめて記載する。

【0051】

＜１＞支持基板と、前記支持基板上に設けられている圧電体層と、前記圧電体層上に設けられており、複数の電極指を有するＩＤＴ電極と、を備え、前記圧電体層の材料として、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムが用いられており、前記支持基板の材料として、ＹＡＧ、ルチル、アルミン酸ランタン、チタン酸ストロンチウム及びアルミン酸イットリウムのうちの１種が用いられている、弾性波装置。

【0052】

＜２＞前記支持基板の材料として、ＹＡＧが用いられている、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0053】

＜３＞前記支持基板の材料として、ルチルが用いられている、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0054】

＜４＞前記支持基板の材料として、アルミン酸ランタンが用いられている、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0055】

＜５＞前記支持基板の材料として、チタン酸ストロンチウムが用いられている、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0056】

＜６＞前記支持基板の材料として、アルミン酸イットリウムが用いられている、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0057】

＜７＞前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチにより規定される波長をλとしたときに、前記圧電体層の厚みが１λ以下である、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【0058】

＜８＞前記圧電体層の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムが用いられており、前記圧電体層のカット角は４２°±２０°以内の範囲の角度である、＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【0059】

＜９＞前記圧電体層の材料として、回転ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウムが用いられており、前記圧電体層のカット角は３０°±２０°以内の範囲の角度である、＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【0060】

＜１０＞前記支持基板及び前記圧電体層の間に設けられている中間層をさらに備え、前記中間層が、材料として酸化ケイ素が用いられている層を含む、＜１＞～＜９＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【符号の説明】

【0061】

１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…支持基板
４…圧電体層
５…ＩＤＴ電極
６，７…反射器
８…誘電体膜
１６，１７…第１，第２のバスバー
１８，１９…第１，第２の電極指
２２…圧電性基板
２５…中間層
２６，２７…第１，第２の層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】