特開 2024-47202 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】P2024047202

(43)【公開日】2024-04-05

(54)【発明の名称】弾性波装置

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240329BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022152695

(22)【出願日】2022-09-26

(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】山根 毅

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA14

5J097BB02

5J097BB11

5J097EE08

5J097EE09

5J097EE10

5J097FF04

5J097FF05

5J097GG03

5J097GG04

5J097GG07

5J097KK03

5J097KK06

5J097KK09

(57)【要約】

【課題】メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に抑制することができる、弾性波装置を提供する。
【解決手段】アルミン酸マグネシウム単結晶により構成されている単結晶スピネル基板３と、単結晶スピネル基板３上に設けられている圧電体層５と、圧電体層５上に設けられているＩＤＴ電極７とを備える。単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミン酸マグネシウム単結晶により構成されている単結晶スピネル基板と、
前記単結晶スピネル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いるＩＤＴ電極と、
を備え、
前記単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度である、弾性波装置。

【請求項2】

前記圧電体層がタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項3】

前記単結晶スピネル基板及び前記圧電体層の間に、誘電体膜が設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項4】

前記圧電体層及び前記ＩＤＴ電極の間に、誘電体膜が設けられている、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項5】

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２λ以下である、請求項１に記載の弾性波装置。

【請求項6】

前記圧電体層の厚みが１λ以下である、請求項５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として広く用いられている。下記の特許文献１には、弾性波デバイスの一例が開示されている。この弾性波デバイスにおいては、多結晶スピネル層上に圧電層が設けられている。圧電層上にＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２１６４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の弾性波デバイスにおいては、メインモード付近に生じる高次モードを十分に抑制することができないおそれがある。

【0005】

本発明の目的は、メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に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、アルミン酸マグネシウム単結晶により構成されている単結晶スピネル基板と、前記単結晶スピネル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いるＩＤＴ電極とを備え、前記単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度である。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る弾性波装置によれば、メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、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2】図１中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。

【図3】アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶方位の定義を説明するための模式図である。

【図4】アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶方位としてのオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）のときの、アルミン酸マグネシウム単結晶のＸ軸と、ＩＤＴ電極の電極指延伸方向との関係を示す模式的平面図である。

【図5】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１８０°以上、－１７５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図6】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１７５°以上、－１６５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図7】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１６５°以上、－１５５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図8】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１５５°以上、－１４５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図9】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１４５°以上、－１３５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図10】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１３５°以上、－１２５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図11】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１２５°以上、－１１５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図12】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１１５°以上、－１０５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図13】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１０５°以上、－９５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図14】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－９５°以上、－８５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図15】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－８５°以上、－７５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図16】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－７５°以上、－６５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図17】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－６５°以上、－５５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図18】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－５５°以上、－４５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図19】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－４５°以上、－３５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図20】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－３５°以上、－２５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図21】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－２５°以上、－１５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図22】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１５°以上、－５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図23】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－５°以上、５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図24】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが５°以上、１５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図25】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１５°以上、２５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図26】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが２５°以上、３５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図27】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが３５°以上、４５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図28】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが４５°以上、５５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図29】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが５５°以上、６５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図30】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが６５°以上、７５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図31】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが７５°以上、８５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図32】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが８５°以上、９５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図33】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが９５°以上、１０５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図34】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１０５°以上、１１５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図35】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１１５°以上、１２５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図36】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１２５°以上、１３５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図37】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１３５°以上、１４５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図38】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１４５°以上、１５５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図39】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１５５°以上、１６５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図40】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１６５°以上、１７５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図41】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが１７５°以上、１８０°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【図42】アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（３０°，４０°，ψ）におけるψと、縦波、速い横波及び遅い横波の周波数との関係を示す図である。

【図43】本発明の第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が４２°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。

【図44】本発明の第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，４０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が４２°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。

【図45】本発明の第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が１５２°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。

【図46】本発明の第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（３０°，４０°，８０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が９５°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。

【図47】本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

【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平面図である。図２は、図１中のＩ－Ｉ線に沿う断面図である。

【0012】

図１及び図２に示すように、弾性波装置１は圧電性基板２を有する。図２に示すように、圧電性基板２は、単結晶スピネル基板３と、圧電体層５とを有する。本実施形態においては、単結晶スピネル基板３上に、直接的に圧電体層５が設けられている。もっとも、単結晶スピネル基板３上に、他の層を介して間接的に圧電体層５が設けられていてもよい。

【0013】

単結晶スピネル基板３は、具体的には、アルミン酸マグネシウム単結晶基板である。弾性波装置１において、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶は、具体的には、ＭｇＡｌＯ_２の単結晶である。

【0014】

圧電体層５は、本実施形態では、回転Ｙカットのタンタル酸リチウム層である。具体的には、圧電体層５は、回転ＹカットのＬｉＴａＯ_３層である。圧電体層５のオイラー角を（φ_ＬＴ，θ_ＬＴ，ψ_ＬＴ）としたときに、φ_ＬＴは０°±５°の範囲内の角度であり、θ_ＬＴは－１８０°以上、１８０°以下の範囲内の角度であり、ψ_ＬＴは０°±５°の範囲内の角度である。もっとも、圧電体層５は、例えば、ＬｉＮｂＯ_３層などのニオブ酸リチウム層であってもよい。

【0015】

圧電体層５は、第１の主面５ａ及び第２の主面５ｂを有する。第１の主面５ａ及び第２の主面５ｂは互いに対向している。第１の主面５ａ及び第２の主面５ｂのうち、第２の主面５ｂが単結晶スピネル基板３側に位置している。圧電体層５の第１の主面５ａには、ＩＤＴ電極７と、１対の反射器８及び反射器９とが設けられている。

【0016】

図１に示すように、ＩＤＴ電極７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。ＩＤＴ電極７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、メインモードが励振されると共に、高次モードも励振される。本発明においては、高次モードはＳＨモードまたはＳＶモードである。

【0017】

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。複数の電極指が延びる方向を電極指延伸方向としたときに、反射器８及び反射器９は、ＩＤＴ電極７を挟み互いに対向している。弾性波装置１においては、ＩＤＴ電極７及び１対の反射器の材料として、Ａｌが用いられている。もっとも、ＩＤＴ電極７及び１対の反射器の材料は上記に限定されない。ＩＤＴ電極７及び１対の反射器は、単層の金属膜からなっていてもよく、積層金属膜からなっていてもよい。

【0018】

ところで、上記アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶方位としてのオイラー角（φ，θ，ψ）を、図３を参照して説明する。

【0019】

図３は、アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶方位の定義を説明するための模式図である。

【0020】

図３に示すように、アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶構造は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する。ここで、アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶構造において、右ネジの回転方向を正とした場合、Ｚ－Ｘ－Ｚを回転軸とする。結晶方位としてのオイラー角（φ，θ，ψ）とは、以下のａ）～ｃ）を経た方位である。ａ）（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をＺ軸回りに「φ」回転し、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とする。次に、ｂ）（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）をＸ１軸回りに「θ」回転し、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とする。さらに、ｃ）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）をＺ２軸回りに「ψ」回転し、（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）とした方位が、オイラー角（φ，θ，ψ）である。

【0021】

図４は、アルミン酸マグネシウム単結晶の結晶方位としてのオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）のときの、アルミン酸マグネシウム単結晶のＸ軸と、ＩＤＴ電極の電極指延伸方向との関係を示す模式的平面図である。

【0022】

ＩＤＴ電極７の電極指延伸方向と直交する方向を方向Ｘａとする。本実施形態においては、図４に示すように、アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）のときに、Ｘ軸と、方向Ｘａとが同一の方向となる。

【0023】

弾性波装置１においては、図２に示す圧電体層５が単結晶スピネル基板３に積層されている方向は、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）のときの、Ｚ軸方向である。

【0024】

本実施形態の特徴は、以下の構成を有することにある。１）単結晶スピネル基板３上に圧電体層５が設けられていること。２）単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度であること。それによって、メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に抑制することができる。この詳細を、以下において説明する。

【0025】

従来においては、多結晶スピネル基板及び圧電体層の積層基板が用いられることがあった。しかしながら、多結晶スピネル基板における横波バルク波の音速は５４８４ｍ／ｓであり、ほぼ一定である。そのため、例えばカットオフ周波数を低く調整することにより、高次モードを抑制することは非常に困難である。なお、以下においては、横波バルク波を横波と記載する。横波には、速い横波及び遅い横波が含まれる。本明細書においては、特に断りのない場合には、横波とは遅い横波をいうものとする。

【0026】

従来の例とは異なり、本実施形態においては、単結晶スピネル基板３及び圧電体層５の積層基板が用いられている。この場合には、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶におけるオイラー角（φ，θ，ψ）を調整することにより、単結晶スピネル基板３における横波の音速を容易に調整することができる。単結晶スピネル基板３における横波の音速を、５４８４ｍ／ｓよりも高く、または低くすることにより、従来よりも、メインモード付近に高次モードが生じることを抑制することができる。これを実現することができる構成が、弾性波装置１における、アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度とされた構成である。

【0027】

なお、本明細書においては、音速の差が、当該音速の１％以内である場合には、同じ音速であるとする。例えば、５４８４ｍ／ｓ±５４．８４ｍ／ｓの範囲内の音速は同じ音速であるとする。よって、以下においては、５４８４ｍ／ｓ±５４．８４ｍ／ｓの範囲内の音速は、５４８４ｍ／ｓであるとする。アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが、φ±５°の範囲内の角度であれば、単結晶スピネル基板３における横波の音速は変わらないことがわかっている。

【0028】

図５～図４１は、アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφの範囲毎において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。例えば、図５は、アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφが－１８０°以上、－１７５°未満である場合において、単結晶スピネル基板における横波の音速が５４８４ｍ／ｓ以外となるθ及びψの範囲を示す図である。

【0029】

図５においては、領域Ａ及び複数の領域Ｂが示されている。領域Ａは、図５における白色により示す領域である。領域Ｂは、図５における黒色により示す領域である。図６～図４１においても同様である。オイラー角（φ，θ，ψ）におけるθ及びψが領域Ａの範囲内の角度である場合、単結晶スピネル基板３における横波の音速は、５４８４ｍ／ｓよりも高い音速、または低い音速である。他方、θ及びψが領域Ｂの範囲内の角度である場合、単結晶スピネル基板３における横波の音速は５４８４ｍ／ｓである。本実施形態では、φが－１８０°以上、－１７５°未満である場合において、θ及びψは、図５における領域Ａの範囲内の角度である。

【0030】

一方で、図６～図４０により、φの範囲を１０°毎に分けて、それぞれのφの範囲の場合の領域Ａ及び領域Ｂを示している。具体的には、図６～図４０においては、φの範囲として、－１７５°以上、１７５°未満を１０°毎に分けて示している。そして、図４１により、φが１７５°以上、１８０°未満である場合における領域Ａ及び領域Ｂを示している。なお、図５～図４１の領域Ａは、θ及びψだけでなく、φの範囲を示すともいえる。例えば、φが図５～図４１のうち、図５における領域Ａの範囲内の角度である場合、φは－１８０°以上、－１７５°未満である。

【0031】

図５～図４１をより詳細に説明する。図５～図４１は、θ及びψを、各１０°毎の範囲に分けたときの、各範囲の組合せをマトリクス状に示した図である。図５～図４１の各図における左側には、θの１０°毎の各範囲における代表値が記載されている。言い換えれば、代表値は、１０°毎の各範囲における、それぞれの中央の値である。各図における上側には、ψの１０°毎の各範囲における代表値が記載されている。そして、各図においては、θ及びψの各１０°毎の範囲同士が交叉する範囲がそれぞれ、破線のボックスとして示されている。これらのボックスにおいては、θの範囲は、「θの代表値－５°以上、θの代表値＋５°未満」であり、ψの範囲は「ψの代表値－５°以上、ψの代表値＋５°未満」である。

【0032】

よって、例えば、図５～図４１の各図においては、領域Ａ及び領域Ｂの境界に、領域Ａまたは領域Ｂの下限値が位置している場合には、該領域の角度が下限値以上であることを示す。他方、各図においては、領域Ａ及び領域Ｂの境界に、領域Ａまたは領域Ｂの上限値が位置している場合には、該領域の角度が上限値未満であることを示す。

【0033】

なお、本明細書においては、－１８０゜は＋１８０゜と等価であるとする。すなわち、－１８５°以上、－１８０°以下は、＋１７５°以上、＋１８０°以下と同じ範囲を意味する。

【0034】

図５～図４１における領域Ａ及び領域Ｂを導出した弾性波装置１の設計パラメータは、以下の通りである。なお、以下においては、図２に示した、ＩＤＴ電極７の電極指ピッチにより規定される波長をλとする。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の中心間の、電極指延伸方向と直交する方向における距離である。電極指ピッチをｐとしたときに、λ＝２ｐである。

【0035】

単結晶スピネル基板３；材料…ＭｇＡｌＯ_２の単結晶、厚み…１０μｍ
圧電体層５；材料…ＬｉＴａＯ_３、厚み１μｍ
ＩＤＴ電極７；材料…Ａｌ、厚み…０．１μｍ
波長λ；２μｍ

【0036】

単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψをそれぞれ、－１８０°以上、１８０°未満の範囲内において１０°刻みで変化させた。上記のように、φ、θ及びψをそれぞれ変化させた場合において、単結晶スピネル基板３を伝搬する横波の音速を求めた。これにより、図５～図４１の領域Ａ及び領域Ｂを導出した。この導出の一例を示す。

【0037】

図４２は、アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（３０°，４０°，ψ）におけるψと、縦波、速い横波及び遅い横波の周波数との関係を示す図である。

【0038】

図４２の関係を導出した際、波長λは２μｍとされている。ここで、音速をｖ、周波数をｆとすると、ｆ＝ｖ／λの関係が成立する。よって、音速が５４８４ｍ／ｓである場合、周波数としては２７４２ＭＨｚに相当する。そして、横波の周波数が２７４２ＭＨｚとなるψは－３０°及び１５０°である。φが－２５°以上、３５°未満、及び１４５°以上、１５５°未満である場合においても、横波の周波数は２７４２ＭＨｚと変わらず、音速は５４８４ｍ／ｓと変わらない。他方、φが－１８０°以上、－２５°未満、３５°以上、１４５°未満、及び１５５°以上、１８０°である場合においては、横波の周波数は２７４２ＭＨｚとは異なり、音速は５４８４ｍ／ｓとは異なる。これらに基づき、図２６の領域Ａの一部、及び２つの領域Ｂを導出した。これと同様のことを繰り返すことにより、図５～図４１の領域Ａ及び領域Ｂを導出した。

【0039】

なお、例えば、圧電体層５を構成している圧電体のカット角や、アルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）によって、ＳＨ型の横波の音速がＳＶ型の横波の音速よりも高いか、あるいは低いかが異なる。そのため、圧電体のカット角やアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角などの条件によって、遅い横波がＳＨ型であるか、ＳＶ型であるかが異なる。

【0040】

以下において、第１の実施形態の効果をより詳細に説明する。図４３～図４６を参照して、４種の効果を説明する。図４３～図４６では、第１の実施形態において、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）、及び圧電体層５を構成しているタンタル酸リチウムのカット角がそれぞれ異なる例と、比較例とを比較した結果を示す。具体的には、第１の実施形態及び比較例において、インピーダンス周波数特性を比較した。比較例は、単結晶スピネル基板３ではなく、多結晶スピネル基板が用いられている点において、第１の実施形態と異なる。図４３及び図４４に示す場合には、遅い横波はＳＨ型である。図４５及び図４６に示す場合には、遅い横波はＳＶ型である。

【0041】

図４３は、第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が４２°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。なお、図４３中の一点鎖線は、第１の実施形態においての、単結晶スピネル基板３におけるＳＨ型の横波の音速に相当する周波数を示す。図４３中の二点鎖線は、比較例における横波の音速に相当する周波数を示す。これらは、図４４においても同様である。

【0042】

図４３に示す場合の第１の実施形態においては、単結晶スピネル基板３におけるＳＨ型の横波の音速は５４８４ｍ／ｓよりも高く、周波数は２７４２ＭＨｚよりも高い。この場合、弾性波装置１において、高次モードとしてのＳＨモードが生じる周波数も高くなる。それによって、矢印Ｃにより示すように、第１の実施形態においては、比較例よりも、高次モードが生じる周波数をメインモードの周波数から遠ざけることができる。すなわち、メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に抑制することができる。

【0043】

図４４は、第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，４０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が４２°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。

【0044】

図４４に示す場合の第１の実施形態においては、単結晶スピネル基板３におけるＳＨ型の横波の音速は５４８４ｍ／ｓよりも低く、周波数は２７４２ＭＨｚよりも低い。この場合、弾性波装置１におけるＳＨモードのカットオフ周波数を、２７４２ＭＨｚよりも低くすることができる。これにより、弾性波装置１において、高次モードとしてのＳＨモードが生じることを抑制できる。

【0045】

図４５は、第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°，０°，０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が１５２°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。なお、図４５中の一点鎖線は、第１の実施形態においての、単結晶スピネル基板３におけるＳＶ型の横波の音速に相当する周波数を示す。図４５中の二点鎖線は、比較例における横波の音速に相当する周波数を示す。これらは、図４６においても同様である。

【0046】

図４５に示す場合の第１の実施形態においては、単結晶スピネル基板３におけるＳＶ型の横波の音速は５４８４ｍ／ｓよりも高く、周波数は２７４２ＭＨｚよりも高い。この場合、弾性波装置１において、高次モードとしてのＳＶモードが生じる周波数も高くなる。それによって、矢印Ｃにより示すように、第１の実施形態においては、比較例よりも、高次モードが生じる周波数をメインモードの周波数から遠ざけることができる。すなわち、メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に抑制することができる。

【0047】

図４６は、第１の実施形態において、単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）が（３０°，４０°，８０°）であり、圧電体層を構成しているタンタル酸リチウムのカット角が９５°Ｙである場合のインピーダンス周波数特性と、比較例のインピーダンス周波数特性とを示す図である。

【0048】

図４６に示す場合の第１の実施形態においては、単結晶スピネル基板３におけるＳＶ型の横波の音速は５４８４ｍ／ｓよりも低く、周波数は２７４２ＭＨｚよりも低い。この場合、弾性波装置１におけるＳＶモードのカットオフ周波数を、２７４２ＭＨｚよりも低くすることができる。これにより、弾性波装置１において、高次モードとしてのＳＶモードが生じることを抑制できる。図４３～図４６のいずれの場合でも、弾性波装置１をフィルタ装置に用いた場合において、フィルタ特性の劣化を抑制することができる。

【0049】

上記のように、第１の本実施形態では、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψは、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度である。言い換えれば、本実施形態では、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、表１～表４５に示すいずれかの組み合わせである。

【0050】

【表1】

【0051】

【表2】

【0052】

【表3】

【0053】

【表4】

【0054】

【表5】

【0055】

【表6】

【0056】

【表7】

【0057】

【表8】

【0058】

【表9】

【0059】

【表10】

【0060】

【表11】

【0061】

【表12】

【0062】

【表13】

【0063】

【表14】

【0064】

【表15】

【0065】

【表16】

【0066】

【表17】

【0067】

【表18】

【0068】

【表19】

【0069】

【表20】

【0070】

【表21】

【0071】

【表22】

【0072】

【表23】

【0073】

【表24】

【0074】

【表25】

【0075】

【表26】

【0076】

【表27】

【0077】

【表28】

【0078】

【表29】

【0079】

【表30】

【0080】

【表31】

【0081】

【表32】

【0082】

【表33】

【0083】

【表34】

【0084】

【表35】

【0085】

【表36】

【0086】

【表37】

【0087】

【表38】

【0088】

【表39】

【0089】

【表40】

【0090】

【表41】

【0091】

【表42】

【0092】

【表43】

【0093】

【表44】

【0094】

【表45】

【0095】

ところで、図２に示す圧電体層５の第１の主面５ａには、ＩＤＴ電極７を覆うように、保護膜が設けられていてもよい。この場合には、ＩＤＴ電極７が破損し難い。保護膜の材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素などを用いることができる。

【0096】

圧電体層５の厚みが２λ以下であることが好ましい。この場合には、弾性波装置１の周波数温度特性に対する、単結晶スピネル基板３の影響を相対的に大きくすることができる。それによって、弾性波装置１における周波数温度特性を良好にすることができる。

【0097】

圧電体層５の厚みが１λ以下であることがより好ましい。この場合には、メインモードの弾性波を効率的に励振させることができる。加えて、単結晶スピネル基板３によって、メインモードの弾性波を圧電体層５側に反射させることができる。よって、メインモードの弾性波のエネルギーを圧電体層５側に効果的に閉じ込めることができる。従って、Ｑ値を良好にすることができる。

【0098】

図４７は、第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

【0099】

本実施形態は、圧電体層５の第１の主面５ａ及びＩＤＴ電極７の間に、第１の誘電体膜２６が設けられている点において、第１の実施形態と異なる。本実施形態は、圧電体層５の第２の主面５ｂ及び単結晶スピネル基板３の間に、第２の誘電体膜２４が設けられている点においても、第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の弾性波装置は第１の実施形態の弾性波装置１と同様の構成を有する。

【0100】

第１の誘電体膜２６及び第２の誘電体膜２４は、平面視において、ＩＤＴ電極７と重なっている。本明細書において平面視とは、図２及び図４７における上方に相当する方向から弾性波装置を見ることをいう。例えば、図２及び図４７においては、圧電体層５側及び単結晶スピネル基板３側のうち、圧電体層５側が上方である。

【0101】

第１の誘電体膜２６及び第２の誘電体膜２４の材料としては、例えば、酸化ケイ素などを用いることができる。なお、第１の誘電体膜２６及び第２の誘電体膜２４の材料は上記に限定されない。

【0102】

本実施形態では、第１の誘電体膜２６の厚みは、例えば、０．００２５λである。第２の誘電体膜２４の厚みは、例えば、０．２５λである。もっとも、第１の誘電体膜２６及び第２の誘電体膜２４の厚みは上記に限定されない。

【0103】

第１の誘電体膜２６及び第２の誘電体膜２４の厚みを調整することにより、比帯域を容易に調整することができる。ここでいう比帯域は、共振周波数をｆｒ、反共振周波数をｆａとしたときに、｜ｆａ－ｆｒ｜／ｆｒ×１００［％］により表わされる。

【0104】

本実施形態では、第１の誘電体膜２６及び第２の誘電体膜２４のうち少なくとも一方が設けられていればよい。第１の誘電体膜２６または第２の誘電体膜２４の厚みを調整することにより、比帯域を容易に調整することができる。

【0105】

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、単結晶スピネル基板３を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度である。それによって、メインモード付近に高次モードが生じることを効果的に抑制することができる。

【0106】

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。

【0107】

＜１＞アルミン酸マグネシウム単結晶により構成されている単結晶スピネル基板と、前記単結晶スピネル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いるＩＤＴ電極と、を備え、前記単結晶スピネル基板を構成しているアルミン酸マグネシウム単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）におけるφ、θ及びψが、図５～図４１におけるいずれかの領域Ａの範囲内の角度である、弾性波装置。

【0108】

＜２＞前記圧電体層がタンタル酸リチウム層またはニオブ酸リチウム層である、＜１＞に記載の弾性波装置。

【0109】

＜３＞前記単結晶スピネル基板及び前記圧電体層の間に、誘電体膜が設けられている、＜１＞または＜２＞に記載の弾性波装置。

【0110】

＜４＞前記圧電体層及び前記ＩＤＴ電極の間に、誘電体膜が設けられている、＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【0111】

＜５＞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２λ以下である、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の弾性波装置。

【0112】

＜６＞前記圧電体層の厚みが１λ以下である、＜５＞に記載の弾性波装置。

【符号の説明】

【0113】

１…弾性波装置
２…圧電性基板
３…単結晶スピネル基板
５…圧電体層
５ａ，５ｂ…第１，第２の主面
７…ＩＤＴ電極
８，９…反射器
１６，１７…第１，第２のバスバー
１８，１９…第１，第２の電極指
２４…第２の誘電体膜
２６…第１の誘電体膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】