特開 2024-57288 弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサおよびウエハ

(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】P2024057288

(43)【公開日】2024-04-24

(54)【発明の名称】弾性波デバイス、フィルタ、マルチプレクサおよびウエハ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240417BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022163926

(22)【出願日】2022-10-12

(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】原井 奨大

【テーマコード（参考）】

5J097

【Ｆターム（参考）】

5J097AA05

5J097AA14

5J097BB15

5J097CC05

5J097DD07

5J097EE08

5J097EE10

5J097FF05

5J097GG03

5J097KK01

5J097KK03

5J097KK09

(57)【要約】

【課題】メイン応答の劣化を抑制し、かつスプリアスを抑制することが可能な弾性波デバイスを提供する。
【解決手段】弾性波デバイスは、基板１０と、基板１０上に設けられる圧電層１４と、圧電層１４上に設けられ、平均ピッチは圧電層１４の厚さの０．５倍以上である複数の電極指１８を備える少なくとも一対の櫛型電極２０と、基板１０と圧電層１４との間に設けられ、圧電層１４のバルク波の音速より速いバルク波の音速を有する第１絶縁層１１と、第１絶縁層１１と圧電層１４との間に設けられ、第１絶縁層１１のバルク波の音速より速いバルク波の音速を有する第２絶縁層１２とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられる圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、平均ピッチは前記圧電層の厚さの０．５倍以上である複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
前記基板と前記圧電層との間に設けられ、前記圧電層のバルク波の音速より速いバルク波の音速を有する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、前記第１絶縁層のバルク波の音速より速いバルク波の音速を有する第２絶縁層と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記基板のバルク波の音速は前記第２絶縁層のバルク波の音速より速い請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記圧電層と前記第２絶縁層との間に設けられ、酸化シリコン層またはフッ素を添加した酸化シリコン層である第３絶縁層を備え、
前記第２絶縁層と前記第３絶縁層との界面と、前記圧電層と前記一対の櫛型電極との界面と、の距離は前記平均ピッチの４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】

前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの４倍以下であり、
前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の２倍以下である請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の１．１倍以下である請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの３倍以下である請求項５に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの３倍以下であり、
前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の１．３５倍以下である請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの０．８倍以下であり、
前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の２倍以下である請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

前記圧電層と前記第２絶縁層との間に厚さが前記平均ピッチの１／１６倍以上の他の層は設けられておらず、
前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、
前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の１．１倍以下である請求項２に記載の弾性波デバイス。

【請求項10】

前記第１絶縁層は、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である請求項５から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項11】

前記第１絶縁層は、多結晶または非晶質の窒化シリコン層、多結晶または非晶質の窒化アルミニウム層および多結晶または非晶質の炭化シリコン層である請求項５から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項12】

単結晶サファイア基板である基板と、
前記基板上に設けられ、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、平均ピッチは前記圧電層の厚さの０．５倍以上である複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
前記基板と前記圧電層との間に設けられ、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、
厚さは、前記平均ピッチの３倍以下であり、多結晶または非晶質の窒化酸化アルミニウム層、多結晶または非晶質の窒化アルミニウム層、多結晶または非晶質のシリコン層、多結晶または非晶質の窒化シリコン層、または、多結晶または非晶質の窒化チタン層である第２絶縁層と、
前記圧電層と前記第２絶縁層との間に設けられ、前記第２絶縁層との界面と、前記圧電層と前記一対の櫛型電極との間の界面と、の距離が前記平均ピッチの２倍以下であり、酸化シリコン層またはフッ素を添加した酸化シリコン層である第３絶縁層と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項13】

単結晶サファイア基板である基板と、
前記基板上に設けられ、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、平均ピッチは前記圧電層の厚さの０．５倍以上である複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、
前記基板と前記圧電層との間に設けられ、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、
厚さは、前記平均ピッチの０．８倍以下であり、多結晶または非晶質の炭化シリコン層、または、ダイヤモンドライクカーボン層である第２絶縁層と、
前記圧電層と前記第２絶縁層との間に設けられ、前記第２絶縁層との界面と、前記圧電層と前記一対の櫛型電極との間の界面と、の距離が前記平均ピッチの２倍以下であり、酸化シリコン層またはフッ素を添加した酸化シリコン層である第３絶縁層と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項14】

請求項１から９および１３のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。

【請求項15】

請求項１４に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

【請求項16】

基板と、
前記基板上に設けられ、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である圧電層と、
前記基板と前記圧電層との間に設けられ、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である第１絶縁層と、
前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、前記第１絶縁層のバルク波の音速より速く、かつ前記基板のバルク波の音速より遅いバルク波の音速を有する第２絶縁層と、
を備えるウエハ。

【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、マルチプレクサおよびウエハに関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波共振器として、弾性表面波共振器が知られている。弾性表面波共振器を形成する圧電層を支持基板に接合することが知られている。圧電層の厚さを弾性表面波の波長以下とすることが知られている（例えば特許文献１）。圧電層と支持基板との間に圧電層より音速の低い低音速層を設けることが知られている（例えば特許文献２から７）。低音速層と支持基板との間に圧電層より音速の速い高音速層を設けることが知られている（例えば特許文献２、３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－０３４３６３号公報

【特許文献2】特開２０１５－１１５８７０号公報

【特許文献3】特開２０１５－１２２５６６号公報

【特許文献4】特開２０１９－２０１３４５号公報

【特許文献5】特開２０２２－２５３７４号公報

【特許文献6】米国特許第１００２０７９６号明細書

【特許文献7】国際公開第２０１７／０４３４２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

低音速層と支持基板との間に高音速層を設けることにより、スプリアス応答を抑制することができる。しかし、メイン応答が劣化してしまうことがある。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、メイン応答の劣化を抑制し、かつスプリアス応答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、基板と、前記基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、平均ピッチは前記圧電層の厚さの０．５倍以上である複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記基板と前記圧電層との間に設けられ、前記圧電層のバルク波の音速より速いバルク波の音速を有する第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、前記第１絶縁層のバルク波の音速より速いバルク波の音速を有する第２絶縁層と、を備える弾性波デバイスである

【0007】

上記構成において、前記基板のバルク波の音速は前記第２絶縁層のバルク波の音速より速い構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記圧電層と前記第２絶縁層との間に設けられ、酸化シリコン層またはフッ素を添加した酸化シリコン層である第３絶縁層を備え、前記第２絶縁層と前記第３絶縁層との界面と、前記圧電層と前記一対の櫛型電極との界面と、の距離は前記平均ピッチの４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、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの４倍以下であり、前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の２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、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の１．１倍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２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの３倍以下である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの３倍以下であり、前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の１．３５倍以下である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、前記第２絶縁層の厚さは、前記平均ピッチの０．８倍以下であり、前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の２倍以下である構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記圧電層と前記第２絶縁層との間に厚さが前記平均ピッチの１／１６倍以上の他の層は設けられておらず、前記圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であり、前記第２絶縁層のバルク波の音速は前記第１絶縁層のバルク波の音速の１．１倍以下である構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記第１絶縁層は、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である構成とすることができる。

【0016】

上記構成において、前記第１絶縁層は、多結晶または非晶質の窒化シリコン層、多結晶または非晶質の窒化アルミニウム層および多結晶または非晶質の炭化シリコン層である構成とすることができる。

【0017】

本発明は、単結晶サファイア基板である基板と、前記基板上に設けられ、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である圧電層と、前記圧電層上に設けられ、平均ピッチは前記圧電層の厚さの０．５倍以上である複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記基板と前記圧電層との間に設けられ、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、厚さは、前記平均ピッチの３倍以下であり、多結晶または非晶質の窒化酸化アルミニウム層、多結晶または非晶質の窒化アルミニウム層、多結晶または非晶質のシリコン層、多結晶または非晶質の窒化シリコン層、または、多結晶または非晶質の窒化チタン層である第２絶縁層と、前記圧電層と前記第２絶縁層との間に設けられ、前記第２絶縁層との界面と、前記圧電層と前記一対の櫛型電極との間の界面と、の距離が前記平均ピッチの２倍以下であり、酸化シリコン層またはフッ素を添加した酸化シリコン層である第３絶縁層と、を備える弾性波デバイスである。

【0018】

本発明は、単結晶サファイア基板である基板と、前記基板上に設けられ、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である圧電層と、前記圧電層上に設けられ、平均ピッチは前記圧電層の厚さの０．５倍以上である複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛型電極と、前記基板と前記圧電層との間に設けられ、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、厚さは、前記平均ピッチの０．８倍以下であり、多結晶または非晶質の炭化シリコン層、または、ダイヤモンドライクカーボン層である第２絶縁層と、前記圧電層と前記第２絶縁層との間に設けられ、前記第２絶縁層との界面と、前記圧電層と前記一対の櫛型電極との間の界面と、の距離が前記平均ピッチの２倍以下であり、酸化シリコン層またはフッ素を添加した酸化シリコン層である第３絶縁層と、を備える弾性波デバイスである。

【0019】

本発明は、上記弾性波デバイスを備えるフィルタである。

【0020】

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

【0021】

本発明は、基板と、前記基板上に設けられ、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である圧電層と、前記基板と前記圧電層との間に設けられ、多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層である第１絶縁層と、前記第１絶縁層と前記圧電層との間に設けられ、前記第１絶縁層のバルク波の音速より速く、かつ前記基板のバルク波の音速より遅いバルク波の音速を有する第２絶縁層と、を備えるウエハである。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、メイン応答の劣化を抑制し、かつスプリアス応答を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。

【図2】図２は、比較例１に係る弾性波共振器の断面図である。

【図3】図３（ａ）は、シミュレーション１における周波数に対するアドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜を示し、図３（ｂ）は、Ｑ１／Ｑ３に対するΔＹを示す図である。

【図4】図４（ａ）は、シミュレーション２における周波数に対するアドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜を示し、図４（ｂ）は、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１に対するΔＹを示す図である。

【図5】図５（ａ）から図５（ｃ）は、シミュレーション３におけるサンプルＡ～Ｄの周波数に対するアドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜を示す図である。

【図6】図６は、シミュレーション３における厚さＴ２に対するΔＹを示す図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、シミュレーション３における厚さＴ２に対するΔＹを示す図である。

【図8】図８は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の断面図である。

【図9】図９は、実施例２に係る弾性波共振器の断面図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、シミュレーション4における厚さＴ２に対するΔＹを示す図である。

【図11】図１１は、実施例３に係るウエハの断面図である。

【図12】図１２（ａ）は、実施例４に係るフィルタの回路図、図１２（ｂ）は、実施例４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】

【0024】

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0025】

実施例１では弾性波デバイスが弾性波共振器を有する例を説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１に係る弾性波共振器の平面図および断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電層の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電層の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電層が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。

【0026】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０（基板）上に圧電層１４が設けられている。支持基板１０と圧電層１４との間に絶縁層１１（第１絶縁層）が設けられている。絶縁層１１と圧電層１４との間に絶縁層１２（第２絶縁層）が設けられている。絶縁層１２と圧電層１４との間に絶縁層１３（第３絶縁層）が設けられている。絶縁層１１、１２、１３および圧電層１４の厚さをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４とする。

【0027】

圧電層１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電層１４上の金属膜１６により形成される。

【0028】

ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。一対の櫛型電極２０の電極指１８が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８が１本ごとに交互に設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が主に励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛型電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。

【0029】

圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）層または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）層であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム層である。圧電層１４の厚さＴ４は、スプリアスおよび損失を抑制する観点から１λ以下が好ましく、０．５λ以下がより好ましい。圧電層１４が薄くなりすぎると弾性波が励振され難くなることから、厚さＴ４は、０．１λ以上が好ましい。

【0030】

支持基板１０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板、石英基板または炭化シリコン基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、アルミナ基板は多結晶または非晶質Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、シリコン基板は単結晶または多結晶のシリコン基板であり、スピネル基板は多結晶または非晶質ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、石英基板は多結晶または非晶質ＳｉＯ_２基板であり、炭化シリコン基板は多結晶または単結晶のＳｉＣ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電層１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。

【0031】

絶縁層１１を伝搬するバルク波の音速は、絶縁層１３および圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電層１４および絶縁層１３内にメイン応答の弾性波のエネルギーが閉じ込められる。絶縁層１１は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層または炭化シリコン層である。弾性波を絶縁層１３および圧電層１４内に閉じ込める観点から、絶縁層１１の厚さＴ１は、０．３λ以上が好ましく、１λ以上が好ましい。特性を向上させる観点から厚さＴ１および厚さＴ２は各々１０λ以下が好ましい。なお、各層のバルク波の音速は、横波の音速Ｖ_Ｓであり、剛性率をＧ、密度をρとすると、数１で表される。

【数1】

剛性率Ｇは、ヤング率をＥ、ポアソン比をνとすると、数２で表される。

【数2】

ポアソン比νは０．２～０．３であり、典型的には０．２５である。よって、各層のヤング率および密度を測定することで、各層のバルク波の音速を算出できる。

【0032】

絶縁層１３は、例えば温度補償膜であり、圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電層１４の弾性定数の温度係数は負であり、絶縁層１３の弾性定数の温度係数は正である。絶縁層１３は、例えば無添加またはフッ素等の添加元素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層であり、例えば多結晶または非晶質である。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。絶縁層１３が酸化シリコン層の場合、絶縁層１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅くなる。

【0033】

絶縁層１３が温度補償の機能を有するためにはメイン応答の弾性波のエネルギーが絶縁層１３内にある程度存在することが求められる。弾性表面波のエネルギーが集中する範囲は弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には弾性表面波のエネルギーは圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）の範囲に集中し、特に圧電層１４の上面からλの範囲に集中する。そこで、絶縁層１３の下面から圧電層１４の上面までの距離（厚さＴ３＋Ｔ４）は、２λ以下が好ましく、１λ以下がより好ましい。

【0034】

絶縁層１２は、メイン応答の弾性波を反射させる反射層である。絶縁層１２を伝搬するバルク波の音速は、絶縁層１１を伝搬するバルク波の音速より速い。絶縁層１２は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、シリコン層、窒化シリコン層、炭化する混相、窒化チタン層またはダイヤモンドライクカーボン層である。絶縁層１２の厚さＴ２の好ましい範囲については後述する。

【0035】

金属膜１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。電極指１８と圧電層１４との間にチタン（Ｔｉ）膜、クロム（Ｃｒ）膜または窒化チタン（ＴｉＮ）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８を覆うように絶縁層が設けられていてもよい。絶縁層は保護膜または温度補償膜として機能する。

【0036】

弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１８を１対としたときの対数は例えば２０対から３００対である。ＩＤＴ２２のデュティ比は、（電極指１８の太さ）／（電極指１８のピッチ）であり、例えば３０％から７０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。弾性波の波長λは電極指１８の平均ピッチＤの２倍である。電極指１８の平均ピッチは、ＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の本数で除することで算出できる。

【0037】

［比較例１］
図２は、比較例１に係る弾性波共振器の断面図である。図２に示すように、比較例１では、絶縁層１２が設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0038】

［シミュレーション１］
比較例１の弾性波共振器について、絶縁層１１のＱ値を変え、メイン応答とスプリアス応答のシミュレーション１を行った。シミュレーション１の条件は以下である。
支持基板１０：サファイア基板、Ｑ値＝５００
絶縁層１１：酸化アルミニウム層、厚さＴ１＝２．７λ、Ｑ値＝Ｑ１
絶縁層１３ 酸化シリコン層、厚さＴ３＝０．２λ、Ｑ値＝Ｑ３＝５００
圧電層１４：４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板、Ｔ４＝０．３λ、Ｑ値＝２０００
金属膜１６：アルミニウム膜、厚さは０．０７λ
弾性波の波長λ（２×Ｄ）：２．２μｍ
各層を伝搬するバルク波の音速は以下である。
支持基板１０：Ｖ０＝７０６８．２ｍ／ｓ
絶縁層１１：Ｖ１＝４５８１．８ｍ／ｓ
絶縁層１３：Ｖ２＝３６８３．５ｍ／ｓ
圧電層１４：Ｖ３＝３７５０．８ｍ／ｓ
Ｑ値は振動のＱ値であり、弾性波の減衰定数の逆数である。

【0039】

まず、絶縁層１１のバルク波の音速を４５８１．８ｍ／ｓとし、絶縁層１１のＱ値Ｑ１を絶縁層１３のＱ値Ｑ３に対し、１倍、０．５倍および０．２倍と変化させた。

【0040】

図３（ａ）は、シミュレーション１における周波数に対するアドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜を示し、図３（ｂ）は、Ｑ１／Ｑ３に対するΔＹを示す図である。図３（ｂ）において、ドットはシミュレーション点を示し、曲線は近似曲線である。メイン応答ΔＹは、メイン応答Ｍｎにおける共振周波数ｆｒの｜Ｙ｜と反共振周波数ｆａの｜Ｙ｜との差である。スプリアス応答ΔＹはスプリアス応答Ｓｐにおける｜Ｙ｜の差が最も大きい応答の｜Ｙ｜の差である。

【0041】

図３（ａ）に示すように、Ｑ１＝０．２×Ｑ３では、Ｑ１＝Ｑ３に比べ、スプリアス応答Ｓｐが小さくなっているものの、メイン応答Ｍｎにおける共振周波数ｆｒの｜Ｙ｜と反共振周波数ｆａの｜Ｙ｜との差も小さくなっている。図３（ｂ）に示すように、Ｑ１／Ｑ３を小さくすると、スプリアス応答ΔＹが小さくなるもののメイン応答ΔＹも小さくなる。このように、絶縁層１１のＱ値Ｑ１を低くし減衰定数を大きくすると、スプリアス応答ΔＹは小さくなるが、メイン応答ΔＹも小さくなってしまう。

【0042】

［シミュレーション２］
比較例１の弾性波共振器について、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１を変え、メイン応答とスプリアス応答のシミュレーション２を行った。
絶縁層１１：酸化アルミニウム層、厚さＴ１＝２．７λ、Ｑ値＝０．５×Ｑ３
絶縁層１１のバルク波の音速：Ｖ１
その他のシミュレーション条件はシミュレーション１と同じである。

【0043】

図４（ａ）は、シミュレーション２における周波数に対するアドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜を示し、図４（ｂ）は、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１に対するΔＹを示す図である。図４（ｂ）において、ドットはシミュレーション点を示し、曲線は近似曲線である。

【0044】

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１を速くすると、メイン応答ＭｎのΔＹは大きくなるが、スプリアス応答ＳｐのΔＹも大きくなってしまう。

【0045】

比較例１のシミュレーション１および２のように、スプリアス応答ＳｐのΔＹを小さくすると、メイン応答ＭｎのΔＹが小さくなり、メイン応答ＭｎのΔＹを大きくすると、スプリアス応答ＳｐのΔＹが大きくなる。このように、メイン応答の劣化を抑制し、かつスプリアス応答を抑制することは難しい。

【0046】

比較例１において、スプリアス応答を抑制しようとすると、メイン応答が劣化する理由について、図２を用いて説明する。電極指１８は、メイン応答の弾性表面波５０とスプリアス応答の不要波５２を励振する。弾性表面波５０は例えばＳＨ（Shear Horizontal）波であり、不要波５２は例えばバルク波である。特許文献４のように、弾性表面波５０は圧電層１４の上面から２λ程度までの範囲を伝搬する。よって、圧電層１４の厚さＴ４が例えば電極指１８の平均ピッチＤの２倍（λ）以下での場合（すなわち、電極指１８の平均ピッチＤが圧電層１４の厚さＴ４の０．５倍以上の場合）、かつ、絶縁層１３の厚さＴ３と圧電層１４の厚さＴ４の合計が例えば電極指１８の平均ピッチＤの４倍（２×λ）以下の場合について、弾性表面波５０の閉じ込めと不要波５２の減衰を考える。

【0047】

不要波５２が支持基板１０との界面５６において反射することでスプリアス応答となる。そこで、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１を圧電層１４のバルク波の音速Ｖ４および絶縁層１３のバルク波の音速Ｖ３より速くする。周波数の低い弾性表面波５０は絶縁層１１と１３との界面５５において反射しやすくなる。周波数の高い不要波５２（例えばバルク波）は界面５５を透過しやすくなる。界面５５を透過した不要波５２は支持基板１０と絶縁層１１との界面５６において反射され、電極指１８に戻りスプリアス応答となる。絶縁層１１の厚さＴ１およびＱ値Ｑ１等を適宜設定することで、絶縁層１１を通過する不要波５２を減衰させることができる。これにより、スプリアス応答を抑制できる。一方、弾性表面波５０は界面５５において反射され、圧電層１４および絶縁層１３内に閉じ込められるため、メイン応答は劣化しにくい。

【0048】

しかし、界面５５において、弾性表面波５０が反射され、不要波５２を透過させるためには、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１が圧電層１４のバルク波の音速Ｖ４および絶縁層１３のバルク波の音速Ｖ３に比べ速すぎないことが条件となる。例えば、シミュレーション１では、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１は、圧電層１４のバルク波の音速Ｖ４の１．２２倍であり、かつ絶縁層１３のバルク波の音速Ｖ３の１．２４倍である。この場合、弾性表面波５０の閉じ込め効果は十分でなく、弾性表面波５０の一部は絶縁層１１内に侵入する。このため、弾性表面波５０が減衰し、メイン応答が劣化してしまう。

【0049】

シミュレーション１では、絶縁層１１のＱ値Ｑ１を低くすることで、スプリアス応答を抑制できる。しかし、絶縁層１１内に侵入した弾性表面波５０が減衰するためメイン応答が劣化してしまう。シミュレーション２では、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１を速くすることで、弾性表面波５０が絶縁層１１に侵入することを抑制でき、メイン応答の劣化を抑制できる。しかし、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１が速くなると、界面５５において不要波５２が反射されやすくなるため、スプリアス応答が大きくなってしまう。

【0050】

［実施例１］
実施例１において、スプリアス応答を抑制し、かつメイン応答の劣化を抑制できる理由について、図１（ｂ）を用いて説明する。実施例１では、絶縁層１２（第２絶縁層）を絶縁層１１（第１絶縁層）と圧電層１４との間に設ける。絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２は絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１より速い。これにより、弾性表面波５０は、絶縁層１２と１３との間の界面５４において反射しやすくなり、絶縁層１１に侵入しにくくなる。これにより、メイン応答の劣化を抑制できる。また、不要波５２は界面５４を透過し絶縁層１１に侵入する。これにより、不要波５２は絶縁層１１において減衰し、スプリアス応答を抑制できる。

【0051】

絶縁層１２の厚さＴ２が大きすぎると、不要波５２が界面５４において反射されやすくなる。この観点から厚さＴ２は、平均ピッチＤの４倍（２×λ）以下が好ましく、３倍（１．５×λ）以下がより好ましく、２倍（１×λ）以下がさらに好ましく、０．８倍（０．４×λ）以下がさらに好ましい。界面５４において弾性表面波５０が反射しやすくする観点から、厚さＴ２は、平均ピッチＤの０．０２倍（０．０１×λ）以上が好ましく、０．２倍（０．１×λ）以上がより好ましい。

【0052】

絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が速すぎると、不要波５２が界面５４において反射されやすくなる。この観点から絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２は、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の２倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましく、１．３５倍以下がさらに好ましく、１．１倍以下がさらに好ましい。界面５４において弾性表面波５０が反射しやすくする観点から、音速Ｖ２は、音速Ｖ１の１．０１倍以上が好ましく、１．０２倍以上がより好ましい。

【0053】

支持基板１０のバルク波の音速Ｖ０が速い場合には、図１（ｂ）および図２の界面５６において不要波５２が反射されやすく、スプリアス応答が生じやすい。一方、支持基板１０は、各層を支持する観点から硬い材料を用いることがある。支持基板１０のバルク波の音速Ｖ０が絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２より速い場合、絶縁層１１および１２を設けることが好ましい。支持基板１０のバルク波の音速Ｖ０は、例えば絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２の１．１倍以上であり、１．２倍以上である。

【0054】

絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１が速すぎると、不要波５２が絶縁層１１に侵入しにくくなる。この観点から、絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１は、圧電層１４のバルク波の音速Ｖ４および絶縁層１３のバルク波の音速Ｖ３の１．５倍以下が好ましく、１．３倍以下がより好ましい。絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１が遅すぎると、弾性表面波５０が絶縁層１１に侵入してしまう。この観点から、音速Ｖ１は、音速Ｖ４およびＶ３の１．０５倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。

【0055】

［シミュレーション３］
実施例１において、絶縁層１２の厚さＴ２およびバルク波の音速を変えてメイン応答とスプリアス応答のシミュレーション３を行った。シミュレーション３の条件は以下である。
絶縁層１１：酸化アルミニウム層、厚さＴ１＝２．７λ、Ｑ値＝Ｑ１＝２５０
絶縁層１２：厚さＴ２、Ｑ値＝Ｑ２＝５００
絶縁層１１のバルク波の音速：Ｖ１＝４５８１．８ｍ／ｓ
絶縁層１２のバルク波の音速：Ｖ２
その他のシミュレーション条件はシミュレーション１と同じである。

【0056】

図５（ａ）から図５（ｃ）は、シミュレーション３におけるサンプルＡ～Ｄの周波数に対するアドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜を示す図である。サンプルＡ～Ｄの条件は以下である。
サンプルＡ：Ｔ２＝０．３λ、Ｖ２＝６０２９ｍ／ｓ＝１．３２×Ｖ１
サンプルＢ：Ｔ２＝０λ（比較例１）
サンプルＣ：Ｔ２＝１．１λ、Ｖ２＝６０２９ｍ／ｓ＝１．３２×Ｖ１
サンプルＤ：Ｔ２＝０．０１λ、Ｖ２＝６０２９ｍ／ｓ＝１．３２×Ｖ１

【0057】

図５（ａ）に示すように、サンプルＡは、サンプルＢに比べ、スプリアス応答Ｓｐがやや小さく、メイン応答Ｍｎがやや大きい。図５（ｂ）に示すように、サンプルＣは、サンプルＡに比べ、メイン応答Ｍｎはほぼ同じであり、スプリアス応答Ｓｐは大きい。図５（ｃ）に示すように、サンプルＤは、サンプルＡに比べ、メイン応答Ｍｎがやや小さく、スプリアス応答Ｓｐはやや大きい。

【0058】

図６は、シミュレーション３における厚さＴ２に対するΔＹを示す図である。絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２は６０２９ｍ／ｓである。厚さＴ２＝０は比較例１に相当する。各サンプルＡ～Ｄの厚さＴ２を矢印で示している。ドットはシミュレーション点を示し、曲線は近似曲線である。図６に示すように、厚さＴ２が０より大きいとき、メイン応答ΔＹは比較例１のサンプルＢより大きくなる。厚さＴ２が０．７λ以下では、スプリアス応答ΔＹは比較例１と同程度である。このように、厚さＴ２が０．７λ以下ではスプリアス応答ΔＹは比較例１のサンプルＢと同程度でありかつメイン応答を大きくできる。厚さＴ２が０．７λ以上かつ１．５λ以下ではスプリアス応答ΔＹはサンプルＢより大きいものの、メイン応答ΔＹをサンプルＢより大きくできる。

【0059】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、シミュレーション３における厚さＴ２に対するΔＹを示す図である。図７（ａ）は、メイン応答ΔＹを示し、図７（ｂ）は、スプリアス応答ΔＹを示す。ドットはシミュレーション点を示し、直線はドットとつなぐ線である。絶縁層１２の音速Ｖ２は以下の４水準とした。
Ｖ２＝４９８３ｍ／ｓ＝１．０９×Ｖ１
Ｖ２＝６０２９ｍ／ｓ＝１．３２×Ｖ１
Ｖ２＝７５０５ｍ／ｓ＝１．６４×Ｖ１
Ｖ２＝８５０４ｍ／ｓ＝１．８６×Ｖ１

【0060】

図７（ａ）に示すように、絶縁層１２が厚くなると、メイン応答ΔＹは大きくなる。絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が速くなるとメイン応答ΔＹは大きくなる。図７（ｂ）に示すように、ある音速Ｖ２のときに厚さＴ２を大きくすると、閾値の厚さまでは、スプリアス応答ΔＹは比較例１と同程度である。閾値の厚さを越えると、スプリアス応答ΔＹが大きくなる。音速Ｖ２が速くなると、閾値の厚さが小さくなる。

【0061】

図７（ｂ）のように、Ｖ２＝１．８６×Ｖ１およびＶ２＝１．６４×Ｖ１では、スプリアス応答ΔＹは５２ｄＢ程度で飽和している。スプリアス応答ΔＹが４０ｄＢ程度でスプリアス応答の抑制効果があると考えると、絶縁層１２の厚さＴ２が１．５λ（平均ピッチＤの３倍）以下かつ絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約１．３５倍以下であるとき、スプリアス応答を抑制し、かつメイン応答を比較例１より大きくできる。

【0062】

また、絶縁層１２の厚さＴ２が０．４λ（平均ピッチＤの０．８倍）以下かつ絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約２倍以下であるとき、スプリアス応答を抑制し、かつメイン応答を比較例１より大きくできる。

【0063】

絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約１．１倍以下であるとき、絶縁層１２の厚さによらず、スプリアス応答ΔＹを比較例１と同程度以下とでき、かつメイン応答を比較例１より大きくできる。特に、絶縁層１２の厚さＴ２が約１．５λ（平均ピッチＤの３倍）以下のとき、スプリアス応答ΔＹを比較例１と同程度以下にできる。

【0064】

また、絶縁層１２の厚さＴ２が０．７λ（平均ピッチＤの１．４倍）以下かつ絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約１．３５倍以下であるとき、スプリアス応答を比較例１より抑制し、かつメイン応答を比較例１より大きくできる。

【0065】

さらに、絶縁層１２の厚さＴ２が０．３λ（平均ピッチＤの０．６倍）以下かつ絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約１．６５倍以下であるとき、スプリアス応答を比較例１より抑制し、かつメイン応答を比較例１より大きくできる。

【0066】

さらに、絶縁層１２の厚さＴ２が０．２λ（平均ピッチＤの０．４倍以下）かつ絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約１．９倍以下であるとき、スプリアス応答を比較例１より抑制し、かつメイン応答を比較例１より大きくできる。

【0067】

シミュレーション３では、圧電層１４として４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板を用いていたが、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であれば、弾性波の主な伝搬方向は結晶方位のＸ軸方向となり、シミュレーション３と同じである。よって、シミュレーション３の結果は、圧電層１４が回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板である場合に適用できる。また、３０°～６０°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板はＳＨ波を主モードとする。よって、圧電層１４が３０°～６０°（または３６°～５０°）回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板の場合に、シミュレーション３の結果をより適用できる。なお、弾性波はＬａｍｂ波等でもよい。

【0068】

シミュレーション３では、絶縁層１３として無添加の酸化シリコン層を用いていたが酸化シリコン層にフッ素等の他の元素が添加されていても絶縁層１３のバルク波の音速は大きくは変わらない。よって、シミュレーション３の結果は、絶縁層１３が酸化シリコン層またはフッ素等の他の元素を添加した酸化シリコン層である場合に適用できる。

【0069】

シミュレーション３では、絶縁層１１として多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層を用いており、シミュレーション３の結果を絶縁層１１が多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層の場合に適用できる。絶縁層１１は、多結晶または非晶質の窒化シリコン層、多結晶または非晶質の窒化アルミニウム層および多結晶または非晶質の炭化シリコン層でもよい。

【0070】

絶縁層１１が多結晶または非晶質の酸化アルミニウム層の場合、絶縁層１２として、例えば、多結晶または非晶質の窒化酸化アルミニウム層、多結晶または非晶質の窒化アルミニウム層、多結晶または非晶質のシリコン層、多結晶または非晶質の窒化シリコン層、または、多結晶または非晶質の窒化チタン層を用いることにより、絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２を絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１より速くかつＶ１の約１．３５倍以下にできる。また、絶縁層１２として、例えば、多結晶または非晶質の炭化シリコン層、または、ダイヤモンドライクカーボン層を用いることにより、絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２を絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１より速くかつＶ１の約２倍以下にできる。なお、材料名＋層とは、層の中に材料を構成する元素以外に意図的または意図せず不純物が含まれることを許容し、例えば材料を構成する元素の合計が８０原子％以上または９０原子％以上である。例えば、酸化アルミニウム層では、アルミニウムと酸素の含有率の合計が８０原子％以上または９０原子％以上である。

【0071】

［実施例１の変形例１］
図８は、実施例１の変形例１に係る弾性波共振器の断面図である。図８に示すように、支持基板１０と絶縁層１１との間に絶縁層１５が設けられている。絶縁層１５は、例えば絶縁層１１よりＱ値の低いＱ値を有する減衰層である。その他の構成は実施例１と同じであり、説明を省略する。

【0072】

実施例１の変形例１のように、Ｑ値の低い絶縁層１５を設けることで、絶縁層１５において不要波５２をより減衰できるため、スプリアス応答をより抑制できる。絶縁層１５は、減衰層以外の絶縁層でもよい。絶縁層１５のＱ値は絶縁層１１のＱ値の０．５倍以下が好ましく、０．２倍以下がより好ましい。

【実施例0073】

図９は、実施例２に係る弾性波共振器の断面図である。図９に示すように、圧電層１４と絶縁層１２との間には他の層が設けられておらず、圧電層１４と絶縁層１２とは直接接している。その他の構成は実施例１と同じであり、説明を省略する。

【0074】

［シミュレーション４］
実施例２において、絶縁層１２の厚さＴ２およびバルク波の音速を変えてメイン応答とスプリアス応答のシミュレーション４を行った。シミュレーション４の条件は絶縁層１３を設けない以外はシミュレーション３と同じである。絶縁層１２の音速Ｖ２は以下の３水準とした。
Ｖ２＝４９８３ｍ／ｓ＝１．０９×Ｖ１
Ｖ２＝６０２９ｍ／ｓ＝１．３２×Ｖ１
Ｖ２＝６８８２ｍ／ｓ＝１．５０×Ｖ１
絶縁層１２および１３を設けない比較例２についてもシミュレーションを行った。

【0075】

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、シミュレーション4における厚さＴ２に対するΔＹを示す図である。図１０（ａ）は、メイン応答ΔＹを示し、図１０（ｂ）は、スプリアス応答ΔＹを示す。ドットはシミュレーション点を示し、直線はドットとつなぐ線である。

【0076】

図１０（ａ）に示すように、絶縁層１２が厚くなると、メイン応答ΔＹは大きくなる。絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が速くなるとメイン応答ΔＹは大きくなる。図１０（ｂ）に示すように、Ｖ２＝１．０９×Ｖ１では、厚さＴ２によらず、スプリアス応答ΔＹは比較例２と同程度である。

【0077】

シミュレーション４のように、圧電層１４と絶縁層１２との間に他の層が設けられていない場合にも、絶縁層１２を設けることで、メイン応答の劣化を抑制しかつスプリアス応答を抑制できる。なお、厚さがλ／３２以下の層は、特性にほとんど影響しない。よって、圧電層１４と絶縁層１２との間に厚さがλ／３２（平均ピッチＤの１／１６）以上の他の層が設けられていないことが好ましい。圧電層１４と絶縁層１２との間に厚さがλ／６４（平均ピッチＤの１／３２）以上の他の層が設けられていないことがより好ましい。例えば、圧電層１４と絶縁層１２との間に、圧電層１４と絶縁層１２とを接合する接合層として、厚さが１０ｎｍ～１００ｎｍの酸化アルミニウム層または窒化酸化アルミニウム層が設けられていてもよい。

【0078】

絶縁層１２のバルク波の音速Ｖ２が絶縁層１１のバルク波の音速Ｖ１の約１．１倍以下であるとき、スプリアス応答ΔＹを比較例２と同程度以下とでき、かつメイン応答を比較例２より大きくできる。特に、絶縁層１２の厚さＴ２が約０．５λ（平均ピッチＤの１倍以下）のとき、スプリアス応答ΔＹを比較例２と同程度以下にできる。

【0079】

実施例２においても、支持基板１０と絶縁層１１との間に実施例１の変形例１の絶縁層１５を設けてもよい。

【0080】

実施例１、２およびその変形例において、支持基板１０と絶縁層１１との界面等の各層間の界面が平坦面の例を説明したが、これらの界面の少なくとも１つの界面を例えば算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以上の粗面としてもよい。