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(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】
(24)【登録日】2023-02-17
(45)【発行日】2023-02-28
(54)【発明の名称】弾性波デバイス
(51)【国際特許分類】
H03H 9/25 20060101AFI20230220BHJP
H03H 9/145 20060101ALI20230220BHJP
【ＦＩ】
H03H9/25 C
H03H9/145 C
【請求項の数】
26
(21)【出願番号】P 2021127172
(22)【出願日】2021-08-03
(62)【分割の表示】P 2018552530の分割
【原出願日】2017-11-15
(65)【公開番号】P2021177665
(43)【公開日】2021-11-11
【審査請求日】2021-08-30
(31)【優先権主張番号】P 2016228508
(32)【優先日】2016-11-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2017095057
(32)【優先日】2017-05-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504157024
【氏名又は名称】国立大学法人東北大学
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100101247
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 俊一
(74)【代理人】
【識別番号】100098327
【弁理士】
【氏名又は名称】高松 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】門田 道雄
(72)【発明者】
【氏名】田中 秀治
【審査官】吉村 伊佐雄
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００８／０１６９７２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００４－２５４２９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２２４１７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１４２９８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－１７８３３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２８３８０７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｈ３／００７－３／０６
９／００－９／１３５
９／１５－９／２４
９／３０－９／４０
９／４６－９／６２
９／６６
９／７０
９／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
弾性表面波を利用する弾性波デバイスであって、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を７０質量％以上含む基板と、
前記基板上に設けられたＬｉＴａＯ３結晶またはＬｉＮｂＯ３結晶から成る圧電薄膜と、
前記圧電薄膜に接するよう設けられたすだれ状電極とを、
有し、
伝搬する前記弾性表面波が漏洩弾性表面波を含み、
前記基板のオイラー角および前記圧電薄膜のオイラー角が、前記基板の周波数温度係数が前記圧電薄膜の周波数温度係数を補償するように選択されることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項2】
前記基板と前記圧電薄膜との間に、短絡電極および／または絶縁性の接合膜を有することを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項3】
前記基板のオイラー角および前記圧電薄膜のオイラー角が、前記基板を伝搬する前記弾性表面波の音速が、前記圧電薄膜を伝搬する前記弾性表面波の音速よりも速くなるよう選択されていることを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項4】
前記すだれ状電極は、前記圧電薄膜上に、少なくとも下部が前記圧電薄膜に埋め込まれるよう、および／または、少なくとも上部が前記圧電薄膜から突出するよう設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項5】
前記基板は水晶基板から成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項6】
前記基板は、バルク波の横波音速が３，４００乃至４，８００ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項7】
前記基板は、等方性の基板から成り、前記圧電薄膜は、厚みが０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ未満であることを
特徴とする請求項１乃至４および６のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項8】
前記基板は、水晶基板から成り、伝搬する前記弾性表面波の音速が４，５００ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項9】
前記基板は、伝搬する前記弾性表面波の音速が４，５００ｍ／ｓ以上であり、オイラー角が（０°±５°、７０°～１６５°、０°±５°）、（０°±５°、９５°～１５５°、９０°±５°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項10】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１２５°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３６°、９０°±５°）、（０°±５°、１７２°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、１２０°～１４０°、３０°～４９°）、（０°±５°、２５°～１０５°、０°±５°）、（０°±５°、０°～４５°、１５°～３５°）、（０°±５°、１０°～２０°、６０°～７０°）、（０°±５°、９０°～１８０°、３０°～４５°）、（０°±５°、０°±５°、８５°～９５°）、（９０°±５°、９０°±５°、２５°～３１°）、（０°±５°、９０°±５°、－３°～３°）、またはこれらと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項11】
前記基板は、オイラー角が（２０°±５°、１２０°±１０°、１１５°±１０°）、（０°±５°、９０°±５°、０°±１０°）、（０°±５°、９０°±５°、７５°±１０°）、（０°±５°、０°±５°、０°±１０°）、（０°±５°、０°±５°、６０°±１０°）またはこれらと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項12】
前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（９０°±５°、９０°±５°、３３°～５５°）、（９０°±５°、９０°±５°、１２５°～１５５°）またはこれらと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項13】
前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（９０°±５°、９０°±５°、３８°～６５°）、（９０°±５°、９０°±５°、１１８°～１４０°）またはこれらと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項14】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１３２°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１８°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６５°、０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８２°～１４８°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項15】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～４２°、９０°±５°）（０°±５°、１７０°～１９０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～４５°、９０°±５°）、（０°±５°、１２３°～１８０°、９０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８０°～１４８°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項16】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、１２６°～１８０°、９０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１５記載の弾性波デバイス。
【請求項17】
前記圧電薄膜は、オイラー角が（０°±５°、１０３°～１２５°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを特徴とする請求項１５または１６記載の弾性波デバイス。
【請求項18】
前記基板は、オイラー角が（１°～３９°、１００°～１５０°、０°～２０°または７０°～１２０°または１６０°～１８０°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８０°～１４８°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項19】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～２３°、０°±５°）、（０°±５°、３２°～６９°、０°±５°）、（０°±５°、１１８°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～６２°、９０°±５°）、（０°±５°、１１８°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～７２°、３０°～６０°）、（０°±５°、１１７°～１８０°、３０°～６０°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８０°～１４８°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項20】
前記圧電薄膜は、前記弾性表面波の波長の０．００１倍～２倍の厚みを有していることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項21】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１３２°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１８°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６５°、０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、７５°～１６５°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項22】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～４２°、９０°±５°）、（０°±５°、９０°～１５５°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～４５°、９０°±５°）、（０°±５°、１２３°～１８０°、９０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、７０°～１７０°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項23】
前記基板は、オイラー角が（１°～３９°、１００°～１５０°、０°～２０°または７０°～１２０°または１６０°～１８０°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、９５°～１６０°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項24】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、９０°～１７８°、０°±５°）、（０°±５°、８０°～１６０°、９０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、３５°～７０°、０°±５°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項25】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１６°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６４°、０°±５°）、（０°±５°、１３８°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３０°、９０°±５°）、（０°±５°、１３０°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～２８°、３０°～６０°）、（０°±５°、４２°～７０°、３０°～６０°）、（０°±５°、１３２°～１８０°、３０°～６０°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、７５°～１６５°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【請求項26】
前記基板は、オイラー角が（０°±５°、３２°～１１８°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３０°、９０°±５°）、（０°±５°、１７３°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～１４２°、３０°～６０°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、３５°～７０°、０°±５°）またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることを
特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話やスマートフォンの普及により、５０近い多くのバンドが２．４ＧＨｚ以下に集中し、隣とのバンドの間隔が非常に狭くなっているため、隣のバンドに干渉しないよう、急峻な周波数特性を有し、温度特性の良いフィルタやデュプレクサが強く求められている。また、急峻な周波数特性を有するフィルタやディプレクサを実現するためには、大きなインピーダンス比や高いＱを有する共振子が必要となる。ここで、Ｑはフィルタの急峻性を示すパラメータであるが、急峻性のほかに、フィルタの挿入損失も影響する。Ｑが高ければ、挿入損失も小さくなり、携帯電話やスマートフォンの電池の消耗が少なくなる。このため、フィルタには、良好な挿入損失、良好な温度特性、より良い急峻性が求められ、その共振子には、高いＱおよび大きいインピーダンス比が要求される。なお、Ｑの値はインピーダンス比に比例し、帯域に反比例するため、ほぼ同じ帯域の場合、Ｑとインピーダンス比は比例関係にある。
【0003】
弾性表面波（ＳＡＷ）フィルタは、その帯域が用いる圧電基板の電気機械結合係数（結合係数）に依存しているため、従来、フィルタの帯域に必要な結合係数を有するＬＴ（ＬｉＴａＯ３結晶）やＬＮ（ＬｉＮｂＯ３結晶）から成る圧電基板が多く使用されている。しかし、これらの基板の周波数温度特性（ＴＣＦ）は、－４０ｐｐｍ／℃から－１２０ｐｐｍ／℃であり、あまり良いとはいえない。なお、周波数温度特性（ＴＣＦ）の理論式は、以下の式で定義されている。
【0004】
【数1】
【0005】
そこで、必要な結合係数および良好なＴＣＦを得るために、マイナスのＴＣＦを有するＬＴ、ＬＮ基板と、プラスのＴＣＦをもつＳｉＯ２薄膜とを組合せて、ＳｉＯ２薄膜／高密度電極／ＬＴまたはＬＮ基板の構造とし、さらに電極に起因したＳｉＯ２膜上の凸部を除去して表面を平坦化した弾性表面波フィルタが、本発明者等により開発されている（例えば、非特許文献１参照）。この構造によれば、比較的良好な－１０ｐｐｍ／℃のＴＣＦが得られ、しかも、ＬＴまたはＬＮ基板単体の特性と同じインピーダンス比やＱが得られる。この共振子のインピーダンス比は６０ｄＢ、Ｑは８００程度である。
【0006】
なお、水晶基板は、周波数温度特性は良好であるが、圧電性を示す結合係数が小さく、スマートフォンや携帯電話で必要とされるフィルタの帯域を満足することができない。また、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）薄膜のバルク波を利用したフィルタは、共振子のＱが２０００であり、ＳＡＷフィルタに比べればフィルタ特性は急峻であるが、周波数温度特性が－３０ｐｐｍ／℃であり、あまり良いとはいえない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【文献】門田道雄、中尾武志、西山健次、谷口典生、冬爪敏之、「良好な温度特性をもつ小型弾性表面波デュプレクサ」、電気情報通信学会論文誌 Ａ、2013年、Vol.J96-A、No.6、pp.301-308
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
非特許文献１に記載の弾性波フィルタでは、比較的良好なＴＣＦが得られるが、ＳｉＯ２薄膜が柱状構造多結晶膜であるため、その共振子のＱやインピーダンス比は、ＬＴやＬＮ基板単体の特性と同じ程度であり、周波数特性の急峻性がまだまだ不十分であるという課題があった。
【0009】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、ＴＣＦが良好で、共振子のＱやインピーダンス比を高めることができる弾性波デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明に係る弾性波デバイスは、弾性表面波を利用する弾性波デバイスであって、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を７０質量％以上含む基板と、前記基板上に設けられたＬｉＴａＯ３結晶またはＬｉＮｂＯ３結晶から成る圧電薄膜と、前記圧電薄膜に接するよう設けられたすだれ状電極とを、有することを特徴とする。ここで、圧電薄膜には、圧電薄板も含まれている。
【0011】
本発明に係る弾性波デバイスで、基板は、バルク波の横波音速がＬＴやＬＮの横波音速に近い、３，４００ｍ／ｓから４，８００ｍ／ｓであることが好ましい。これらの基板の多くは、等方性の基板であり、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に異方性はないが、圧電単結晶である水晶基板は異方性を有するため、異なる性質を持つ。このため、水晶基板を用いた場合には、その水晶基板は、伝搬する前記弾性表面波の音速が、前記圧電薄膜を伝搬する前記弾性表面波の音速よりも速くなるよう構成されていることがより好ましい。また、その音速差は、300m/s以上であることが好ましく、さらに600m/s以上であることが好ましい。また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記弾性表面波は漏洩弾性表面波（ＬＳＡＷ）であることが好ましい。さらに、ＳＨ（shear horizontal）成分を５０％以上、より好ましくは６５％以上有しているＬＳＡＷであることが好ましい。また、前記弾性表面波は、音速が４，５００ｍ／ｓ以上のＳ波であってもよい。なお、用いた弾性表面波が漏洩弾性表面波かどうかは、基板のオイラー角から理論的に求めることができる。
【0012】
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を７０質量％以上含む基板は、弾性表面波（ＳＡＷ）に対してプラスのＴＣＦが得られる。このため、本発明に係る弾性波デバイスでは、マイナスのＴＣＦを有するＬｉＴａＯ３結晶（ＬＴ）またはＬｉＮｂＯ３結晶（ＬＮ）から成る圧電薄膜を、プラスのＴＣＦを有する基板上に設けることにより、ゼロｐｐｍ／℃に近い良好なＴＣＦを得ることができる。また、ＬＴまたはＬＮから成る圧電薄膜を、漏洩弾性表面波（ＬＳＡＷ）を励振するオイラー角とし、基板を、ＬＴまたはＬＮのＬＳＡＷの音速と同程度またはそれ以上に速い音速を有するオイラー角とすることにより、圧電薄膜での漏洩成分がないＬＳＡＷのモードを用いることができる。このため、ＬＴまたはＬＮ基板単体での特性より、例えば１５から２０ｄＢも大きいインピーダンス比を得ることができる。また、このインピーダンス比は、帯域が同じ場合は、Ｑでは６倍から１０倍に相当し、非常に優れた急峻性および挿入損失の特性を得ることができる。また、結合係数も、わずかではあるが、圧電薄膜自身より大きくすることができる。
【0013】
本発明に係る弾性波デバイスは、前記基板と前記圧電薄膜との間に、接地された短絡電極および／または絶縁性の接合膜を有していてもよい。この場合、例えば、すだれ状電極／圧電薄膜／基板、すだれ状電極／圧電薄膜／接合膜／基板、すだれ状電極／圧電薄膜／短絡電極／基板、すだれ状電極／圧電薄膜／短絡電極／接合膜／基板、または、すだれ状電極／圧電薄膜／接合膜／短絡電極／基板の構造を有している。この場合、短絡電極や接合膜を有していても、優れた特性を損なうことなく、良好なＴＣＦ、ならびに、高いＱおよびインピーダンス比を得ることができる。特に、短絡電極を有する場合には、結合係数を高めることができ、漏洩弾性表面波の伝搬損失を低減することができる。なお、接合膜は、吸音性がなく、硬い材質のものから成ることが好ましく、例えばＳｉ膜やＳｉＯ２膜から成っていてもよい。
【0014】
本発明に係る弾性波デバイスで、前記すだれ状電極は、前記圧電薄膜上に、少なくとも下部が前記圧電薄膜に埋め込まれるよう、および／または、少なくとも上部が前記圧電薄膜から突出するよう設けられていてもよい。この場合、いずれの構造であっても、優れた特性を有し、高いインピーダンス比を得ることができる。特に、すだれ状電極の全体または下部が圧電薄膜に埋め込まれる構造のとき、音速が速くなり、高周波化に有利である。なお、この場合、圧電薄膜と基板との間が電気的に短絡されていてもよい。
【0015】
本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を８０質量％以上含んでいることが好ましく、９９質量％以上１００質量％未満であることがさらに好ましく、１００質量％含む溶融石英がより好ましく、さらに圧電単結晶である水晶基板から成ることがさらに好ましい。また、前記基板は、伝搬する前記弾性表面波の音速が３，４００乃至４，８００ｍ／ｓであってもよい。また、前記基板は、水晶を除く等方性の基板から成り、前記圧電薄膜は、厚みが０．００１ｍｍ以上０．０１ｍｍ未満であってもよい。また、前記基板は、水晶基板から成り、伝搬する前記弾性表面波の音速が４，５００ｍ／ｓ以上、または４，８００ｍ／ｓ以上、または５，０００ｍ／ｓ以上であってもよい。これらのいずれの構成であっても、優れた特性を有し、良好なＴＣＦ、ならびに、高いＱおよびインピーダンス比を得ることができる。なお、水晶基板の場合は、等方性の基板より大きなプラスのＴＣＦを有するため、圧電薄膜の厚みにはこだわらない。
【0016】
水晶を除く等方性の基板では、弾性波の伝搬方向に依存性はないが、水晶を用いた場合には、異方性を持つため、用いる水晶基板の方位角や伝搬方向（オイラー角）により特性が異なり、適したオイラー角の選択は重要である。本発明に係る弾性波デバイスは、まず、パワーフローアングル（ＰＦＡ）がおおむね、ゼロであるオイラー角を選ぶことが望ましい。オイラー角がゼロから大きくずれると、弾性波がすだれ状電極と斜めの方向に伝搬していくためである。ＰＦＡがおおむねゼロを示す水晶基板のオイラー角は、(０°±５°、０°～１８０°、４０°±１２°）、(１０°±５°、０°～１８０°、４２°±８°）、（２０°±５°、０°～１８０°、５０°±８°)、(０°±５°、０°～１８０°、０°±５°）、(１０°±５°、０°～１８０°、０°±５°）、（２０°±５°、０°～１８０°、０°±５°)、(０°±５°、０°～１８０°、９０°±５°）、(１０°±５°、０°～１８０°、９０°±５°）、（２０°±５°、０°～１８０°、９０°±５°)とそれと等価な方位角である。
【0017】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１２５°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３６°、９０°±５°）、（０°±５°、１７２°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、１２０°～１４０°、３０°～４９°）、（０°±５°、２５°～１０５°、０°±５°）、（０°±５°、０°～４５°、１５°～３５°）、（０°±５°、１０°～２０°、６０°～７０°）、（０°±５°、９０°～１８０°、３０°～４５°）、（０°±５°、０°±５°、８５°～９５°）、（９０°±５°、９０°±５°、２５°～３１°）、（０°±５°、９０°±５°、－３°～３°）であってもよい。また、前記基板は、オイラー角が（２０°±５°、１２０°±１０°、１１５°±１０°）、（０°±５°、９０°±５°、０°±１０°）、（０°±５°、９０°±５°、７５°±１０°）、（０°±５°、０°±５°、０°±１０°）、（０°±５°、０°±５°、６０°±１０°）であってもよい。これらの場合、良好なＴＣＦを示す。
【0018】
また、より高いＱおよびインピーダンス比の特性を得るために、以下の音速やオイラー角、膜厚であることが好ましい。すなわち、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、伝搬する前記弾性表面波の音速が４，５００ｍ／ｓ以上であり、オイラー角が（０°±５°、７０°～１６５°、０°±５°）あるいは（０°±５°、９５°～１５５°、９０°±５°）であってもよい。好ましくは、基板は、伝搬する弾性表面波の音速が４，８００ｍ／ｓ以上であり、オイラー角が（０°±５°、９０°～１５０°、０°±５°）あるいは（０°±５°、１０３°～１４０°、９０°±５°）であることがより好ましく、さらに基板は、伝搬する弾性表面波の音速が５，０００ｍ／ｓ以上であり、オイラー角が（０°±５°、１００°～１４０°、０°±５°）あるいは（０°±５°、１１０°～１３５°、９０°±５°）であることが好ましい。
【0019】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、レイリー波やＬＳＡＷのＴＣＦがプラスを示すオイラー角が（０°±５°、０°～１３２°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１８°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６５°、０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、０°±５°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８２°～１４８°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１２°、０°±５°）、（０°±５°、４４°～６３°、０°±５°）、（０°±５°、１３５°～１８０°、０°±５°）であることがより好ましい。また、圧電薄膜は、オイラー角が（０°±５°、９０°～１４０°、０±５°）であることがより好ましい。この組合せでは、特に良好なＴＣＦが得られる。
【0020】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、レイリー波やＬＳＡＷのＴＣＦがプラスを示すオイラー角が（０°±５°、０°～４２°、９０°±５°）、（０°±５°、１７０°～１９０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～４５°、９０°±５°）、（０°±５°、１２３°～１８０°、９０°±５°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８０°～１４８°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～３４°、９０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、９０°±５°）であることがより好ましい。また、圧電薄膜は、オイラー角が（０°±５°、９０°～１４０°、０°±５°）であることがより好ましく、さらに（０°±５°、９５°～１４３°、０°±５°）であることが好ましく、さらに（０°±５°、１０３°～１２５°、０°±５°）であることがより好ましい。
【0021】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、高音速ＬＳＡＷを有するオイラー角が（１°～３９°、１００°～１５０°、０°～２０°または７０°～１２０°または１６０°～１８０°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８０°～１４８°、０°±５°）であってもよい。さらに、基板は、５，０００ｍ／ｓ前後の高音速ｆａｓｔ ｓｈｅａｒを有するオイラー角、（２０°±５°、１２０°±１０°、１１５°±１０°）、（０°±５°、９０°±５°、０°±１０°）、（０°±５°、９０°、７５°±１０°）、（０°±５°、０°、０°±１０°）、（０°±５°、０°、６０°±１０°）でもよい。
【0022】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～２３°、０°±５°）、（０°±５°、３２°～６９°、０°±５°）、（０°±５°、１１８°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～６２°、９０°±５°）、（０°±５°、１１８°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～７２°、３０°～６０°）、（０°±５°、１１７°～１８０°、３０°～６０°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、８０°～１４８°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板のオイラー角は、（０°±５°、０°～１２°、０°±５°）、（０°±５°、３７°～６６°、０°±５°）、（０°±５°、１３２°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～５０°、９０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～１７°、３０°～６０°）、（０°±５°、３５°～６７°、３０°～６０°）、（０°±５°、１２３°～１８０°、３０°～６０°）であることがより好ましい。
【0023】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、オイラー角が（９０°±５°、９０°±５°、３３°～５５°）、（９０°±５°、９０°±５°、１２５°～１５５°）であってもよい。また、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（９０°±５°、９０°±５°、３８°～６５°）、（９０°±５°、９０°±５°、１１８°～１４０°）であってもよい。
【0024】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記圧電薄膜は、ＬｉＴａＯ３結晶から成り、前記弾性波の波長の０．００１倍～２倍の厚みを有していてもよい。この場合、圧電薄膜の厚みが、弾性波の波長の０．０１倍～０．６倍であることが好ましく、０．０２倍～０．６倍であることがより好ましく、さらに０．０３倍～０．４倍であることが好ましく、さらに、０．０３倍～０．３倍であることがより好ましい。
【0025】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、レイリー波やＬＳＡＷのＴＣＦがプラスを示すオイラー角が（０°±５°、０°～１３２°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１８°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６５°、０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、０°±５°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、７５°～１６５°、０°±５°）であってもよく、より好ましくは（０°±５°、１００°～１６０°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板のオイラー角が（０°±５°、０°～１２°、０°±５°）、（０°±５°、４４°～６３°、０°±５°）、（０°±５°、１３５°～１８０°、０°±５°）であることがより好ましい。また、この場合、前記圧電薄膜は、前記弾性表面波の波長の０．００１倍～２倍の厚みを有していることが好ましく、０．０１倍～０．６倍であることがより好ましく、０．０１２倍～０．６倍であることがより好ましく、０．０２倍～０．５倍であることがより好ましく、さらに０．０３倍～０．３３倍であることが好ましい。
【0026】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、レイリー波やＬＳＡＷのＴＣＦがプラスを示すオイラー角が（０°±５°、０°～４２°、９０°±５°）（０°±５°、９０°～１５５°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～４５°、９０°±５°）、（０°±５°、１２３°～１８０°、９０°±５°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、７０°～１７０°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板のオイラー角が（０°±５°、０°～３４°、９０°±５°）、（０°±°、１２６°～１８０°、９０°±５°）であることがより好ましい。また、この場合、前記圧電薄膜は、前記弾性表面波の波長の０．００１倍～２倍の厚みを有していることが好ましく、０．０１倍～０．５倍の厚みを有していることが好ましく、０．０２倍～０．３３倍であることがより好ましく、さらに０．０６倍～０．３倍であることが好ましい。
【0027】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、オイラー角が（１°～３９°、１００°～１５０°、０°～２０°または７０°～１２０°または１６０°～１８０°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、９５°～１６０°、０°±５°）であってもよい。また、基板は、オイラー角が（１°～３９°、７０°～１５０°、０°～２０°または７０°～１２０°または１６０°～１８０°）であり、圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、２５°～５１°、０°±５°）、であってもよい。
【0028】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、オイラー角が（０°±５°、９０°～１７８°、０°±５°）、（０°±５°、８０°～１６０°、９０°±５°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、レイリー波を励起するオイラー角が（０°±５°、３５°～７０°、０°±５°）、より好ましくは（０°±５°、４５°～６３°、０°±５°）、さらに好ましくは（０°±５°、４８°～６０°、０°±５°）であってもよい。また、この場合、ＬＳＡＷおよびレイリー波のＴＣＦがプラスを示す基板のオイラー角が、（０°±５°、９０°～１７８°、０°±５°）、および（０°±５°、１２５°～１６０°、９０°±５°）であることが好ましい。
【0029】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、オイラー角が（０°±５°、０°～１６°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６４°、０°±５°）、（０°±５°、１３８°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３０°、９０°±５°）、（０°±５°、１３０°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～２８°、３０°～６０°）、（０°±５°、４２°～７０°、３０°～６０°）、（０°±５°、１３２°～１８０°、３０°～６０°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、７５°～１６５°、０°±５°）、より好ましくは（０°±５°、９０°～１６０°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板のオイラー角は、（０°±５°、４３°～６１°、０°±５°）、（０°±５°、１４７°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１５°、９０°±５°）、（０°±５°、１３４°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～２３°、３０°～６０°）、（０°±５°、４３°～６７°、３０°～６０°）、（０°±５°、１３７°～１８０°、３０°～６０°）であることがより好ましい。
【0030】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、前記基板は、オイラー角が（０°±５°、３２°～１１８°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３０°、９０°±５°）、（０°±５°、１７３°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～１４２°、３０°～６０°）であり、前記圧電薄膜は、ＬｉＮｂＯ３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、３５°～７０°、０°±５°）、より好ましくは（０°±５°、４５°～６３°、０°±５°）であってもよい。この場合、基板のオイラー角は、（０°±５°、４０°～１０２°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１７°、９０°±５°）、（０°±５°、１７５°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、１３°～１３０°、３０°～６０°）であることがより好ましい。
【0031】
また、本発明に係る弾性波デバイスで、利用する弾性表面波は基本モードであっても、高次モードであってもよい。高次モードを利用する場合、圧電薄膜は、弾性表面波の波長の０．３５倍～９．３倍の厚みを有していることが好ましい。また、基板と圧電薄膜との間に短絡電極を有する場合には、圧電薄膜は、弾性表面波の波長の０．５倍～９倍の厚みを有していることが好ましい。これらの場合、高いインピーダンス比を得ることができる。
【0032】
ここで、オイラー角（φ、θ、ψ）は、右手系であり、基板や圧電薄膜の切断面と、弾性表面波の伝搬方向とを表現するものである。すなわち、基板を構成する結晶や、ＬＴまたはＬＮの結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対し、Ｚ軸を回転軸としてＸ軸を反時計廻りにφ回転し、Ｘ’軸を得る。次に、そのＸ’軸を回転軸としてＺ軸を反時計廻りにθ回転しＺ’軸を得る。このとき、Ｚ’軸を法線とし、Ｘ’軸を含む面を、基板や圧電薄膜の切断面とする。また、Ｚ’軸を回転軸としてＸ’軸を反時計廻りにψ回転した方向を、弾性表面波の伝搬方向とする。また、これらの回転によりＹ軸が移動して得られる、Ｘ’軸およびＺ’軸と垂直な軸を、Ｙ′軸とする。
【0033】
オイラー角をこのように定義することにより、例えば、４０°回転Ｙ板Ｘ方向伝搬は、オイラー角で（０°、１３０°、０°）と表され、４０°回転Ｙ板９０°Ｘ方向伝搬は、オイラー角で（０°、１３０°、９０°）と表される。
【0034】
なお、本発明に係る弾性波デバイスで、基板および圧電薄膜は、上記のオイラー角だけでなく、結晶学的に等価なオイラー角を有するものであってもよい。この場合でも、より良好なＴＣＦ、ならびに、より高いＱおよびインピーダンス比の特性を得ることができる。また、基板や圧電薄膜を所望のオイラー角で切り出す際には、オイラー角の各成分に対して、最大で±０．５°程度の誤差が発生する可能性がある。ＩＤＴの形状に関しては、伝搬方向ψに対し、±３°程度の誤差が生じる可能性がある。弾性波の特性に関しては、（φ、θ、ψ）のオイラー角のうち、φ、ψに関しては、±５°程度のずれによる特性差はほとんどない。
【発明の効果】
【0035】
本発明によれば、ＴＣＦが良好で、共振子のＱやインピーダンス比を高めることができる弾性波デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
以下、特に説明がない場合、厚み０．０８波長のアルミニウム電極から成るすだれ状電極をＡｌ－ＩＤＴと記載する。
【図1】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／圧電基板から成る従来の弾性波デバイス、（ｂ）本発明の実施の形態の弾性波デバイス、（ｃ）本発明の実施の形態の弾性波デバイスの、接合膜を有する変形例を示す斜視図である。
【図2】従来の弾性波共振子の（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３２°、０°）ＬＴ基板の、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである（図中、Ｚが最小と最大の周波数をそれぞれ、共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）、インピーダンスをそれぞれＺｒ、Ｚａといい、帯域は（ｆａ－ｆａ）／ｆｒ、インピーダンス比は２０×ＬＯＧ（Ｚａ／Ｚｒ）で表される）。
【図3】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、９０°）水晶基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１２０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図4】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、３０°）水晶基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、６０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図5】（０°、１３０°、ψ）水晶基板（quartz）における、レイリー波（Rayleigh）およびＬＳＡＷの音速（Phase velocity）の伝搬方向（Propagation direction）ψ依存性を示すグラフである。
【図6】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３２°、０°）ＬＴ薄膜／（１１０）Ｓｉ基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３２°、０°）ＬＴ薄膜／ｃサファイア基板の構造を有する弾性波共振子の、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図7】（０°、θ、０°）水晶基板（quartz）における、（ａ）レイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷの音速（Phase velocity）、（ｂ）レイリー波とＬＳＡＷのＴＣＦ、（ｃ）ＬＳＡＷの縦波の変位成分Ｕ１、ＳＨ成分Ｕ２、ＳＶ（shear vertical）成分Ｕ３の基板表面での変位比率のθ依存性を示すグラフである。
【図8】（０°、θ、９０°）水晶基板（quartz）における、（ａ）レイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷの音速（Phase velocity）、（ｂ）レイリー波とＬＳＡＷのＴＣＦ、（ｃ）ＬＳＡＷの縦波の変位成分Ｕ１、ＳＨ成分Ｕ２、ＳＶ成分Ｕ３の基板表面での変位比率のθ依存性を示すグラフである。
【図9】（φ、θ、ψ）水晶基板（quartz）における、様々なφおよびθでの音速（Phase velocity）のψ依存性を示すグラフである。
【図10】（０°、θ、０°）ＬＴ基板における、（ａ）レイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷの音速（Phase velocity）（図中、実線（ｖｆ）および破線（ｖｍ）は、それぞれＬＴ基板表面が電気的に開放した場合および短絡した場合の音速）、（ｂ）レイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷの電気機械結合係数（coupling factor）、（ｃ）ＬＳＡＷのＴＣＦ、のθ依存性を示すグラフである。
【図11】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、θ、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１１５°～１４５°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）のθ依存性を示すグラフである（各グラフ中のθは、水晶基板のθである）。
【図12】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θ、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、（ａ）Ａｌ厚が０．０８波長、（ｂ）Ａｌ厚が０．２波長のときのインピーダンス比（Impedance ratio）のθ依存性を示すグラフである（共振・反共振周波数間において、実線はリップルのない特性を、破線はリップルのある特性を示す）。
【図13】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長および０．２波長のときの（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図14】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、θ、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１００°～１７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）のθ依存性を示すグラフである（各グラフ中のθは、水晶基板のθである）。
【図15】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（０°、θ、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、（ａ）ＬＴ厚が０．１５波長でＡｌ厚が０．０８波長、（ｂ）ＬＴ厚が０．１５波長でＡｌ厚が０．１波長、ならびに、ＬＴ厚が１．２５波長および２波長でＡｌ厚が０．２波長のときの、インピーダンス比（Impedance ratio）のθ依存性を示すグラフ（共振・反共振周波数間において、実線はリップルのない特性を、破線はリップルのある特性を示す）、（ｃ） （ｂ）において、水晶基板のθ＝１２５．２５°のときのインピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図16】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（０°、１２８°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長および０．２波長のときの（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図17】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、４５°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の（ａ）インピーダンス（Ｚ）の周波数特性、（ｂ）Ａｌ厚が０．１２波長および０．２波長のときのインピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図18】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（２０°、１２０°、１１５°）水晶基板、および、Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（０°、１３０°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子のインピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図19】（ａ） （０°、θLT、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、０°）水晶基板、（ｂ） （０°、θLT、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、９０°）水晶基板、（ｃ） （０°、θLT、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、３０°～６０°）水晶基板における、θLT＝８０°、１２５°、１４８°のときの、ＴＣＦのθquartz依存性を示すグラフである。
【図20】（ａ）（０°、θ、０°）ＬＮ基板の表面が電気的に開放（Ｖｆ）および短絡（Ｖｍ）したときのレイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷの音速（Phase velocity）、（ｂ）レイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷの電気機械結合係数（coupling factor）、（ｃ）レイリー波（Rayleigh）とＬＳＡＷのＴＣＦ、のθ依存性を示すグラフである。
【図21】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１１５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図22】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、θ、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、ＬＳＡＷおよびレイリー波に対するインピーダンス比（Impedance ratio）の、θ依存性を示すグラフ、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θ、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長および０．２波長のときの、ＬＳＡＷに対するインピーダンス比（Impedance ratio）、ならびに、Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、５５°、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θ、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長のときの、レイリー波に対するインピーダンス比（Impedance ratio）の、θ依存性を示すグラフである（共振・反共振周波数間において、実線はリップルのない特性を、破線はリップルのある特性を示す）。
【図23】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜／（０°、１３０°、０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長および０．２波長のときの（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）のＬＮの膜厚依存性を示すグラフである。
【図24】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、θ、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、ＬＳＡＷおよびレイリー波に対するインピーダンス比（Impedance ratio）の、θ依存性を示すグラフ、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θ、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長および０．２波長のときの、ＬＳＡＷに対するインピーダンス比（Impedance ratio）、ならびに、Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、３８°、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θ、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長のときの、レイリー波に対するインピーダンス比（Impedance ratio）の、θ依存性を示すグラフである（共振・反共振周波数間において、実線はリップルのない特性を、破線はリップルのある特性を示す）。
【図25】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜／（０°、１１５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、Ａｌ厚が０．０８波長および０．２波長のときの（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）のＬＮの膜厚依存性を示すグラフである。
【図26】（ａ） （０°、θLN、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、０°）水晶基板、（ｂ） （０°、θLN、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、９０°）水晶基板、（ｃ） （０°、θLN、０°）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、３０°～６０°）水晶基板における、θLT＝３８°、８５°、１５４°のときの、ＴＣＦのθquartz依存性を示すグラフである。
【図27】Ａｌ－ＩＤＴ／（９０°、９０°、ψ）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板、および、Ａｌ－ＩＤＴ／（９０°、９０°、ψ）ＬＮ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する縦波型の漏洩弾性表面波共振子のインピーダンス比（Impedance ratio）のψ依存性を示すグラフである。
【図28】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／溶融石英基板の構造を有する弾性波共振子のインピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図29】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／各種基板の構造を有する弾性波共振子のインピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図30】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／ＳｉＯ２膜／高音速基板、および、Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜／ＳｉＯ２膜／高音速基板の構造を有する弾性波共振子の、ＬＳＡＷのインピーダンス比のＳｉＯ２膜の膜厚依存性を示すグラフである。
【図31】各種ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）の、様々な材質のすだれ状電極の厚み（Electrode thickness）依存性を示すグラフである。
【図32】各種ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）の、様々な材質のすだれ状電極のメタライゼーション比（Metalization ratio）依存性を示すグラフである（メタライゼーション比＝２×電極幅／波長）。
【図33】（ａ）ＩＤＴ／圧電薄膜／基板の構造、（ｂ）ＩＤＴ／圧電薄膜／短絡電極／基板の構造、（ｃ）圧電薄膜／ＩＤＴ／基板（上図：ＩＤＴが基板側に埋め込まれたもの、下図：ＩＤＴが圧電薄膜側に埋め込まれたもの）、（ｄ）短絡電極／圧電薄膜／ＩＤＴ／基板（上図：ＩＤＴが基板側に埋め込まれたもの、下図：ＩＤＴが圧電薄膜側に埋め込まれたもの）の構造を有する弾性波デバイスの正面図である。
【図34】（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜、および、（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板を有する、図３３（ａ）～（ｄ）に示す各構造の弾性波共振子の（ａ）帯域（Bandwidth）、（ｂ）インピーダンス比（Impedance ratio）の、ＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図35】（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜、および、（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板を有し、Ａｌ－ＩＤＴの一部または全部がＬＴ薄膜に埋め込まれている構造、および、Ａｌ－ＩＤＴがＬＴ薄膜に埋め込まれていない構造を有する弾性波共振子のインピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図36】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／接合膜／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の（ａ）音速（Phase velocity）、（ｂ）帯域（Bandwidth）、（ｃ）インピーダンス比（Impedance ratio）の、接合膜（Boundary film）の膜厚依存性を示すグラフである。
【図37】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／ＳｉＯ２／ＳｉｘＮｙ／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／ＳｉｘＮｙ／ＳｉＯ２／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板、（ｃ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／ＺｎＯ／ＳｉＯ２／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板、（ｄ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子のインピーダンス比（Impedance ratio）の、ＳｉＯ２の膜厚依存性を示すグラフである。
【図38】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／ＳｉＯ２／ＳｉｘＮｙ／接合膜の３層目／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／ＳｉｘＮｙ／ＳｉＯ２／接合膜の３層目／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、接合膜の３層目が様々な材料から成るときのインピーダンス比（Impedance ratio）の、接合膜の３層目（Third layer film）の膜厚依存性を示すグラフである。
【図39】Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子のインピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示すグラフである。
【図40】各種ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、高次モードにおけるインピーダンス比（Impedance ratio）の、様々な材質のすだれ状電極の厚み（Electrode thickness）依存性を示すグラフである。
【図41】Ａｕ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板、および、Ａｕ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／短絡電極／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子のインピーダンス比（Impedance ratio）のＬＴの膜厚依存性を示すグラフである。
【図42】（ａ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（０°、θ、０°）水晶基板、（ｂ）Ａｌ－ＩＤＴ／（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜／（０°、θ、９０°）水晶基板の構造を有する弾性波共振子の、ＬＴの各種膜厚での、高次モード（1-th）におけるインピーダンス比（Impedance ratio）のθ依存性を示すグラフである。
【図43】本発明の実施の形態の弾性波デバイスの製造方法を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４３は、本発明の実施の形態の弾性波デバイスを示している。
図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態の弾性波デバイス１０は、基板１１と、その基板１１の上に設けられた圧電薄膜１２と、その圧電薄膜１２の上に設けられたすだれ状電極（ＩＤＴ）１３とを有している。
図１乃至図４３は、本発明の実施の形態の弾性波デバイスを示している。
図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態の弾性波デバイス１０は、基板１１と、その基板１１の上に設けられた圧電薄膜１２と、その圧電薄膜１２の上に設けられたすだれ状電極（ＩＤＴ）１３とを有している。
【0038】
基板１１は、ＳｉＯ２を７０質量％以上含んでいる。基板１１は、例えば、水晶、パイレックス（登録商標）ガラス、溶融石英、ほう珪酸ガラス、合成石英、石英ガラスなどから成っている。圧電薄膜１２は、ＬｉＴａＯ３結晶（ＬＴ）またはＬｉＮｂＯ３結晶（ＬＮ）から成っている。また、弾性波共振子の場合、すだれ状電極１３を挟むよう設けられた、多数本電極指から成る反射器１４を有している。
【0039】
すだれ状電極（ＩＤＴ）１３は、１組から成り、それぞれバスバーと、バスバーの長さ方向に対して垂直方向に伸びるよう、バスバーに接続した複数の電極指２１とを有している。各ＩＤＴ１３は、複数の電極指２１が互いに交互するように（噛み合うように）配置されている。各ＩＤＴ１３は、各電極指２１のピッチがほぼ一定になっている。電極指２１がｍ本の場合、（ｍ－１）／２＝Ｎを対数と呼ぶ。隣り合う電極指２１（中央）間の長さをｌとすると、２ｌ＝λが１周期になり、弾性波デバイスで励振される弾性波の波長に相当する。
【0040】
各反射器１４は、弾性表面波の伝搬方向に沿って、すだれ状電極１３との間に間隔を開けて、すだれ状電極１３を両側から挟むよう設けられている。各反射器１４は、１組のバスバーと、各バスバー間に架け渡されて延びる複数の電極指とを有している。各反射器１４は、各電極指のピッチが、すだれ状電極１３の各電極指のピッチとほぼ同じピッチで、一定になっている。
【0041】
なお、比較のため、図１（ａ）に、従来の弾性波デバイス５０を示す。図１（ａ）に示すように、従来の弾性波デバイス５０は、ＬＴやＬＮから成る圧電基板５１の上に、すだれ状電極（ＩＤＴ）５２が形成された構造を有している。また、すだれ状電極５２を挟むよう１組ずつの反射器５３を有している。
【0042】
なお、以下では、オイラー角（φ、θ、ψ）を、単に（φ、θ、ψ）で表す。また、圧電薄膜１２やすだれ状電極１３、すだれ状電極５２の厚みを、使用する弾性波デバイスの波長λに対する倍率で表す。また、基板１１としては、特に断りがない限り、水晶基板１１を用いている。また、以下に示す基板１１や圧電薄膜１２のオイラー角は、結晶学的に等価なオイラー角であってもよい。
【0043】
［ＬＴ、ＬＮ、水晶の各基板等の特性の具体例］
図２（ａ）および（ｂ）に、図１（ａ）に示す従来の弾性波デバイス５０で、（０°、１１０°、０°）のＬＴ基板から成る圧電基板５１、および（０°、１３２°、０°）のＬＴ基板から成る圧電基板５１の上に、それぞれ厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極５２を形成して作製したＳＡＷ共振子について、得られたインピーダンス（Ｚ）の周波数特性をそれぞれ示す。
図２（ａ）および（ｂ）に、図１（ａ）に示す従来の弾性波デバイス５０で、（０°、１１０°、０°）のＬＴ基板から成る圧電基板５１、および（０°、１３２°、０°）のＬＴ基板から成る圧電基板５１の上に、それぞれ厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極５２を形成して作製したＳＡＷ共振子について、得られたインピーダンス（Ｚ）の周波数特性をそれぞれ示す。
【0044】
図２（ａ）に示すように、（０°、１１０°、０°）ＬＴ基板の場合、共振周波数ｆｒと反共振周波数ｆａとの間に大きなリップルがあり、ｆｒとｆａとの間の帯域ＢＷ［＝（ｆａ－ｆｒ）／ｆｒ］は５．２％、共振インピーダンスと反共振インピーダンスとの比（Ｚ比）は５３ｄＢであった。また、図２（ｂ）に示すように、（０°、１３２°、０°）ＬＴ基板の場合、ｆｒとｆａとの間のリップルは改善され、ＢＷは３．８％、インピーダンスの比は６３ｄＢであった。
【0045】
図３（ａ）および（ｂ）に、図１（ｂ）に示す弾性波デバイス１０で、ＬＴの圧電薄膜１２と水晶基板１１とを組み合わせた、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、９０°）水晶基板１１、および、（０°、１２０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、０°）水晶基板１１の上に、それぞれ厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成したものについて、得られたインピーダンス（Ｚ）の周波数特性をそれぞれ示す。
【0046】
図３（ａ）に示すように、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、９０°）水晶基板１１の場合、ＬＴのオイラー角が図２（ａ）と同じであるにもかかわらず、リップルがなくなり、ＢＷは６．１％で約２０％広くなり、インピーダンス比は７７．５ｄＢで２４．５ｄＢ大きくなり、大幅に改良されている。このインピーダンス比の増加は、Ｑでは１０倍以上に相当する。また、図３（ｂ）に示すように、（０°、１２０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、０°）水晶基板１１の場合、ＢＷは５．５％、インピーダンス比は７７．０ｄＢであり、図２（ｂ）と比べて、ＢＷが広くなり、インピーダンス比も１５ｄＢと大幅に改良されている。これらのインピーダンス比の増加は、Ｑでは１０倍以上に相当する。この結果から、水晶基板１１を用いることにより、ＬＴ基板単体の場合と比べて、非常に優れた急峻性および挿入損失の特性を得ることができるといえる。また、結合係数も、わずかではあるが大きくすることができる。
【0047】
なお、（０°、１３０°、９０°）水晶基板１１や（０°、１３０°、０°）水晶基板１１では、ＬＳＡＷとレイリー波とが励振されるが（図５、図７および図８参照）、図３の特性はＬＳＡＷを用いたものである。レイリー波を用いたときのＳＡＷは、全くあるいは小さなレスポンスしか確認されなかった。
【0048】
図４（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、３０°）水晶基板１１、および、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、６０°）水晶基板１１の上に、それぞれ厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成したものについて、得られたインピーダンス（Ｚ）の周波数特性をそれぞれ示す。図４（ａ）および（ｂ）とも、帯域内に大きなリップルが生じており、良好な特性が得られなかった。しかし、水晶のψが、８５°、９５°、－５°、５°のときには、図３（ａ）および（ｂ）と同じ特性が得られている。このように、Ａｌ厚とオイラー角によっては、大きなリップルが生じることがあるため、Ａｌ厚とオイラー角の選定は重要である。
【0049】
図５に、（０°、１３０°、ψ）水晶基板１１における、レイリー波およびＬＳＡＷの音速の伝搬方向ψ依存性を求めたものを示す。図５に示すように、ψ＝０°、９０°の水晶基板１１のＬＳＡＷ音速は、約５，０００ｍ／ｓと高音速であるが、ψ＝３０°、６０°でのＬＳＡＷ音速は、約３，８００ｍ／ｓと低音速である。なお、伝搬方向ψに対する音速Ｖの接線δＶ／δψが０のとき、ＰＦＡ（パワーフローアングル）＝０となる。図５のレイリー波ではψ＝０°、３５°、９０°で、漏洩弾性表面波ではψ＝０°、４２°、９０°近傍で、ＰＦＡ＝０となる。
【0050】
図３乃至図５に示すように、用いたＬＴ薄膜１２のＬＳＡＷ音速が４１００ｍ／ｓであるのに対し、ＬＳＡＷ音速が３，８００ｍ／ｓで低音速である（０°、１３０°、３０°）および（０°、１３０°、６０°）の水晶基板１１を用いた場合には、Ａｌ厚が０．０８波長のときは、良好な特性が得られず、ＬＳＡＷ音速が５，０００ｍ／ｓ程度で高音速の（０°、１３０°、０°）および（０°、１３０°、９０°）の水晶基板１１を用いた場合には、良好な特性が得られている。また、図２および図３に示すように、（０°、１１０°、０°）ＬＴ基板と（０°、１３２°、０°）ＬＴ基板とでは、前者の方が大きな漏洩成分をもつにもかかわらず、特性改善効果が大きい。これらの結果から、特性向上の大きな原因として、ＬＴ薄膜１２よりもＬＳＡＷが高音速の水晶基板１１を接合することにより、ＬＴ薄膜１２のＬＳＡＷの漏洩成分がゼロになることが考えられる。
【0051】
図６（ａ）および（ｂ）に、高音速を持つ（１１０）面（００１）方向伝搬Ｓｉ基板およびｃサファイア基板に、それぞれ（０°、１３２°、０°）ＬＴ薄膜（厚み０．１５波長）を接合し、その上にそれぞれ厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極を形成したＳＡＷ共振子について、得られたインピーダンス（Ｚ）の周波数特性をそれぞれ示す。図６（ａ）に示すように、Ｓｉ基板を用いた場合、ＢＷは４．４％、インピーダンス比は６９ｄＢであった。また、図６（ｂ）に示すように、サファイア基板を用いた場合、ＢＷは５．７％、インピーダンス比は６８ｄＢであった。
【0052】
図６（ａ）および（ｂ）に示す特性は、図２（ｂ）のＬＴ基板単体のＳＡＷ共振子の特性に比べ、ＢＷは広く、インピーダンス比は５から６ｄＢ良好になっているが、図３に示すＬＴ薄膜１２／水晶基板１１の方が、より良好な特性を有している。水晶、ＬＴ，ＬＮなどの圧電基板は、レイリー波の他に、ＬＳＡＷが励起されるが、Ｓｉ基板やサファイア基板は圧電性がないため、ＳＡＷモードのうちレイリー波しか励起されない。このことから、Ｓｉ基板やサファイア基板を使用するより、水晶基板１１を使用した方が良好な特性が得られるのは、用いた水晶基板１１がＬＴ薄膜１２と同じＬＳＡＷを使用しているのに対し、Ｓｉ基板やサファイア基板では、ＬＴ薄膜に比べバルク波の横波音速が大きく、かつ、使用したＬＴ薄膜のＬＳＡＷとは異なるレイリー波を用いているためだと考えられる。
【0053】
以上の結果から、用いるＬＴ、ＬＮなどの圧電薄膜１２に対し、バルク波の横波の音速が近く、その音速よりＳＨ成分を主成分とする高音速の基板を下地基板として接合することにより、良好な特性が得られる。圧電薄膜１２と基板とのＬＳＡＷの音速差は、大きければ大きいほど好ましく、例えば300m/s以上であることが好ましく、さらに600m/s以上であることが好ましい。
【0054】
図７（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）水晶基板１１のレイリー波とＬＳＡＷの、音速およびＴＣＦのθ依存性をそれぞれ示す。また、図７（ｃ）に、ＬＳＡＷの縦波の変位成分Ｕ１、ＳＨ成分Ｕ２、ＳＶ成分Ｕ３の基板表面での変位の比率を示す。図７（ａ）に示すように、θ＝７０°～１６５°で４，５００ｍ／ｓ以上、θ＝９０°～１５０°で４，８００ｍ／ｓ以上、θ＝１００°～１４０°で５，０００ｍ／ｓ以上の高音速が得られている。また、図７（ｂ）に示すように、レイリー波では、θ＝０°～１３２°でＴＣＦがプラスになり、ＬＳＡＷでは、θ＝０°～１８°、４３°～６６°、１３２°～１８０°でＴＣＦがプラスになっている。ＬＳＡＷでマイナスのＴＣＦを有するＬＴおよびＬＮとの組み合わせでは、このレイリー波やＬＳＡＷでＴＣＦがプラスになるオイラー角を有する水晶基板１１が好ましく、ゼロｐｐｍ／℃に近い良好なＴＣＦを得ることができる。より好ましくは、＋５ｐｐｍ／℃以上のＴＣＦを有する、レイリー波のθ＝０°～１３０°、ＬＳＡＷのθ＝０°～１６°、４４°～６５°、１３５°～１８０°の水晶基板１１と組み合わせることにより、より良好なＴＣＦを得ることができる。また、図７（ｃ）に示すように、ＬＳＡＷ音速の大きいθ＝７０°～１６５°で、ＳＨ成分（Ｕ２成分）が５０％以上と多くなっていることがわかる。
【0055】
図８（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、９０°）水晶基板１１のレイリー波とＬＳＡＷの、音速およびＴＣＦのθ依存性をそれぞれ示す。また、図８（ｃ）に、ＬＳＡＷの縦波の変位成分Ｕ１、ＳＨ成分Ｕ２、ＳＶ成分Ｕ３の基板表面での変位の比率を示す。図８（ａ）に示すように、θ＝９０°～１５０°で４，５００ｍ／ｓ以上、θ＝１０３°～１４３°で４，８００ｍ／ｓ以上、θ＝１１０°～１３５°で５，０００ｍ／ｓ以上の高音速が得られている。また、図８（ｂ）に示すように、レイリー波では、θ＝０°～４２°、１７０°～１８０°でＴＣＦがプラスになり、ＬＳＡＷでは、θ＝０°～４１°、１２３°～１８０°でＴＣＦがプラスになっている。ＬＳＡＷでマイナスのＴＣＦを有するＬＴおよびＬＮとの組み合わせでは、レイリー波やＬＳＡＷでＴＣＦがプラスになるオイラー角を有する水晶基板１１が好ましく、ゼロｐｐｍ／℃に近い良好なＴＣＦを得ることができる。より好ましくは、＋５ｐｐｍ／℃以上のＴＣＦを有する、レイリー波ではθ＝０°～３９°、１７２°～１８０°、ＬＳＡＷではθ＝０°～３９°、１２６°～１８０°の水晶基板１１と組み合わせることにより、より良好なＴＣＦを得ることができる。また、図８（ｃ）に示すように、ＬＳＡＷ音速の大きいθ＝８５°～１６５°で、ＳＨ成分（Ｕ２成分）が６５％以上と多くなっていることがわかる。
【0056】
図９に、各種オイラー角の水晶基板１１の音速を示す。図９に示すオイラー角の水晶基板１１では、ψ＝０°～２０°、７０°～１２０°、１６０°～１８０°で、４，５００ｍ／ｓ以上の高音速が得られている。また、図示していないが、（１°～３９°、１００°～１５０°、０°～２０°）、（１°～３９°、１００°～１５０°、７０°～１２０°）、（１°～３９°、１００°～１５０°、１６０°～１８０°）で、高音速のＬＳＡＷが得られる。
【0057】
弾性波デバイスでは、ＬＳＡＷが斜めに伝搬しないよう、パワーフローアングルがゼロに近い方向（ＬＳＡＷの伝搬方向の接線がゼロの伝搬方向）の基板を使用するのが好ましい。図９に示すオイラー角の水晶基板１１では、パワーフローアングルがゼロに近い方向は、（０°±５°、θ、３５°±８°）、（１０°±５°、θ、４２°±８°）、（２０°±５°、θ、５０°±８°）、（０°±５°、θ、０°±５°）、（１０°±５°、θ、０°±５°）、（２０°±５°、θ、０°±５°）、（０°±５°、θ、９０°±５°）、（１０°±５°、θ、９０°±５°）、（２０°±５°、θ、９０°±５°）であり、これらのオイラー角の基板を用いることが好ましい。
【0058】
［ＬＴ薄膜／水晶基板の構造を有する弾性波デバイスの具体的な実施例］
図１０（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）ＬＴ基板のレイリー波とＬＳＡＷの、音速および電気機械結合係数（結合係数：coupling factor）のθ依存性を示す。また、図１０（ｃ）に、（０°、θ、０°）ＬＴ基板のＬＳＡＷの、ＴＣＦのθ依存性を示す。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＴ基板では一般的に、漏洩成分が小さく、結合係数が４％以上である、θ＝１２０°～１４６°のＬＳＡＷが使用されている。このときの音速Ｖｍ（基板表面を電気的に短絡した時の音速）は、４，０００～４，１００ｍ／ｓである。しかし、フィルタの帯域は、使用する基板の結合係数に依存するため、所望の帯域を満足させる結合係数を選ぶ必要がある。本発明の実施の形態の弾性波デバイス１０によれば、ＬＴの下に同程度あるいは高音速な基板を使用すると漏洩成分が小さくなるため、結合係数が大きいθ＝６５°～１４８°を使用し、そのときの音速３，７００～４，１００ｍ／ｓと同程度あるいはそれより高音速である水晶基板１１を用いることにより、良好な特性が得られる。
図１０（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）ＬＴ基板のレイリー波とＬＳＡＷの、音速および電気機械結合係数（結合係数：coupling factor）のθ依存性を示す。また、図１０（ｃ）に、（０°、θ、０°）ＬＴ基板のＬＳＡＷの、ＴＣＦのθ依存性を示す。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＴ基板では一般的に、漏洩成分が小さく、結合係数が４％以上である、θ＝１２０°～１４６°のＬＳＡＷが使用されている。このときの音速Ｖｍ（基板表面を電気的に短絡した時の音速）は、４，０００～４，１００ｍ／ｓである。しかし、フィルタの帯域は、使用する基板の結合係数に依存するため、所望の帯域を満足させる結合係数を選ぶ必要がある。本発明の実施の形態の弾性波デバイス１０によれば、ＬＴの下に同程度あるいは高音速な基板を使用すると漏洩成分が小さくなるため、結合係数が大きいθ＝６５°～１４８°を使用し、そのときの音速３，７００～４，１００ｍ／ｓと同程度あるいはそれより高音速である水晶基板１１を用いることにより、良好な特性が得られる。
【0059】
また、図１０（ｃ）に示すように、ＬＴ基板のＬＳＡＷのＴＣＦはいずれもマイナスで、－３０～－７０ｐｐｍ／℃である。ＬＴ基板単体で使用されているθ＝１２０°～１４６°のＬＳＡＷのＴＣＦは、約－３３ｐｐｍ／℃であるが、レイリー波やＬＳＡＷのプラスのＴＣＦを有する水晶基板１１、すなわち図７に示すレイリー波の（０°、０°～１３０°、０°）、ＬＳＡＷの（０°、１３２°～１８０°、０°）の水晶基板１１、または、図８に示すレイリー波の（０°、０°～３９°、９０°）、（０°、１７２°～１８０°）、ＬＳＡＷの（０°、０°～４１°、９０°）、（０°、１２３°～１８０°、９０°）の水晶基板１１と組み合わせることにより、ＬＴ基板単体のＴＣＦの１／３以下の良好なＴＣＦが得られる。
【0060】
図１１（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１１５°～１４５°、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＴのθ依存性を示す。なお、図１１（ａ）および（ｂ）のグラフ中のθは、水晶基板１１のθである。図１１（ａ）に示すように、ＬＴのθ＝８２°～１４８°で、３．５％の帯域が得られている。また、図１１（ｂ）に示すように、ＬＴのθ＝８５°～１４８°で、７０ｄＢ以上、ＬＴのθ＝９０°～１４０°で、７３ｄＢ以上、ＬＴのθ＝９５°～１３５°で、７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0061】
図１２（ａ）にＡｌ厚０．０８波長のときの、図１２（ｂ）にＡｌ厚０．２波長のときの、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θ、０°）水晶基板１１の上に、Ａｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、得られた弾性波共振子のインピーダンス比の、水晶のθ依存性を示す。図１２（ａ）では、実線は共振子のｆｒ～ｆａ間の帯域内にリップルのない特性を、破線はリップルのある特性を示している。水晶の（０°、１１５°～１４５°、０°）で、良好なインピーダンス比が得られているがそれ以外では、リップルが見られる。しかし、図１２（ｂ）ではほとんど、リップルは見られず、どの方位角でも大きなインピーダンスが得られている。このように、Ａｌ電極厚により、インピーダンス比のθ依存性が異なる。なお、図示していないが、Ａｌ電極厚が０．０８波長以上では、Ａｌ電極厚が０．２波長に近い特性が得られている。Ａｌ電極が０．０８波長のとき、図７（ｂ）から、水晶のＬＳＡＷがプラスのＴＣＦとなる範囲を考慮すると、水晶基板１１が（０°、１３２°～１４５°、０°）であることが好ましく、（０°、１３５°～１４５°、０°）であることがより好ましい。この場合、マイナスのＴＣＦを有するＬＴ薄膜１２と、プラスのＴＣＦを有する水晶基板１１とを組み合わせることにより、弾性波デバイス１０のＴＣＦを大幅に改善することができる。特に、水晶基板１１が（０°、１３５°～１４５°、０°）のときには、より良好なＴＣＦが得られる。
【0062】
図１３（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（０°、１３０°、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＴの膜厚依存性を示す。図１３（ａ）に示すように、ＬＴの膜厚が０．０２波長～２波長で、３％以上の帯域が得られている。また、図１３（ｂ）に示すように、Ａｌ厚が０．０８波長のとき、ＬＴの膜厚が０．０１波長～０．６波長で７０ｄＢ以上、０．０２波長～０．４波長で７３ｄＢ以上、０．０３波長～０．３波長で７５ｄＢのインピーダンス比が得られている。一方、Ａｌ厚が０．２波長のときは、ＬＴ厚２波長以下で７０ｄＢのインピーダンス比が、０．０２波長～０．０４３波長で７３ｄＢ以上、０．０３波長～０．３３波長で７５ｄＢのインピーダンス比が得られている。なお、Ａｌ厚が０．１波長～０．３波長のときも、Ａｌ厚が２波長のときとほぼ同じ値を示す。
【0063】
図１４（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１００°～１７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＴのθ依存性を示す。なお、図１４（ａ）および（ｂ）のグラフ中のθは、水晶基板１１のθである。図１４（ａ）に示すように、水晶基板１１のθ＝１６５°、１７５°を除けば、ＬＴのθ＝７５°～１５５°で３．５％の帯域が得られている。また、図１４（ｂ）に示すように、ＬＴのθ＝８０°～１５２°で７０ｄＢ以上、θ＝９０°～１４０°で７３ｄＢ以上、θ＝９５°～１３５°で７５ｄＢ以上、ＬＴのθ＝１０３°～１２５°でおおむね７７ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0064】
図１５（ａ）に、（０°、１２０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θ、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、得られた弾性波共振子のインピーダンス比の、水晶基板１１のθ依存性を示す。図中、実線は共振子の帯域内にリップルのない特性を、破線はリップルのある特性を示している。一方、図１５（ｂ）に、ＬＴ厚が０．１５波長のとき、Ａｌ厚が０．１波長、ならびに、ＬＴ厚が１．２５波長および２波長のとき、Ａｌ厚が０．２波長の、インピーダンス比とオイラー角θとの関係を示す。
【0065】
Ａｌ厚の０．０８波長の図１５（ａ）では、水晶の（０°、１００°～１６５°、９０°）で、良好なインピーダンス比が得られている。図８（ｂ）から、Ａｌ厚の０．０８波長近傍では、水晶のレイリー波やＬＳＡＷがプラスのＴＣＦとなる水晶基板１１のオイラー角が（０°、１２３°～１６５°、９０°±５°）であることが好ましく、＋５ｐｐｍ／℃以上のＴＣＦとなる水晶のオイラー角（０°、１２６°～１６５°、９０°±５°）がより好ましく、＋７ｐｐｍ／℃以上のＴＣＦとなる（０°、１２７°～１６５°、９０°±５°）であることがさらに好ましい。この場合、マイナスのＴＣＦを有するＬＴ薄膜１２と、プラスのＴＣＦを有する水晶基板１１とを組み合わせることにより、弾性波デバイス１０のＴＣＦを大幅に改善することができる。特に、水晶基板１１が（０°、１２７°～１６５°、９０°±５°）のときには、より良好なＴＣＦが得られる。
【0066】
図１５（ｃ）に、Ａｌ厚が０．１波長のときの、（０°、１２０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１２５．２５°、９０°）水晶基板１１の周波数特性を示す。この水晶の方位角では、特定のＡｌ厚で帯域内にリップルが発生しており、そのために図１５（ｂ）のインピーダンス比が他の方位角より小さくなっている。特に、（０°、１２６°、０°）ＬＴ薄膜１２との組み合わせのときに大きなリップルが発生しやすいため、（０°、１２６°、０°）ＬＴ薄膜１２と（０°、１２５．２５°、９０°）水晶基板１１との組み合わせは避けるのが望ましい。
【0067】
図１６（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（０°、１２８°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＴの膜厚依存性を示す。図１６（ａ）に示すように、図１３（ａ）とほぼ同じ特性が得られ、ＬＴの膜厚が０．０４波長以上２波長以下で、３％以上の帯域が得られている。また、図１６（ｂ）に示すように、図１３（ｂ）とほぼ同じ特性が得られ、Ａｌ厚が０．０８波長のとき、ＬＴの膜厚が０．０１波長～０．６波長で７０ｄＢ以上、０．０２波長～０．４波長で７３ｄＢ以上、０．０３波長～０．３波長で７５ｄＢのインピーダンス比が得られている。一方、Ａｌ厚が０．２波長のとき、ＬＴ厚が２波長以下で７０ｄＢのインピーダンス比が、０．０２波長～０．０．４３波長で７３ｄＢ以上、０．０３波長～０．３３波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。なお、Ａｌ厚が０．１波長以下では、０．０８波長と同程度の値を示し、Ａｌ厚が０．１波長～０．３波長のとき、Ａｌ厚が０．２波長のときとほぼ同じ値を示す。
【0068】
図１７（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（０°、４５°、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．１２波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ、ＬＴ薄膜１２の厚みが０．１５波長のときのインピーダンス（Ｚ）の周波数特性および、インピーダンス比のＬＴの膜厚依存性を示す。ここで、使用した（０°、４５°、０°）水晶基板１１は、レイリー波のＴＣＦがプラスの２５ｐｐｍ／℃、レイリー波の音速が３２７０ｍ／ｓ、ＬＳＡＷの音速が３９５０ｍ／ｓである。図１７（ａ）に示すように、周波数は３ＧＨｚと低いが、７５ｄＢの良好なインピーダンス比が得られている。また、図１７（ｂ）に示すように、ＬＴの膜厚が０．４３波長以下で、７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。このように、Ａｌ電極を少し厚くすることにより、ＬＳＡＷ音速の遅い基板でも良好な特性が得られる。
【0069】
図１８に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（２０°、１２０°、１１５°）水晶基板１１、および、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（０°、１３０°、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、インピーダンス比のＬＴの膜厚依存性を示す。ここで、使用した（２０°、１２０°、１１５°）水晶基板１１は、音速５０００ｍ／ｓ前後の高音速のＳ波（fast shear wave）を励振する方位角を有し、（０°、１３０°、０°）水晶基板１１は、高音速のＬＳＡＷを励振する方位角を有するものである。図１８に示すように、（０°、１３０°、０°）水晶基板１１のものでは、７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られるのは、ＬＴ厚が０．８波長以下のときだけであるのに対し、高音速のＳ波の（２０°、１２０°、１１５°）水晶基板１１のものでは、ＬＴ厚が１０波長でも７２ｄＢのインピーダンス比が得られ、図示していないが、ＬＴ厚が２０波長でも７０ｄＢが得られている。このような高音速Ｓ波のオイラー角には、（２０°±５°、１２０°±１０°、１１５°±１０°）、（０°±５°、９０°±５°、０°±１０°）、（０°±５°、９０°、７５°±１０°）、（０°±５°、０°、０°±１０°）、（０°±５°、０°、６０°±１０°）がある。
【0070】
図１９（ａ）～（ｃ）にそれぞれ、（０°、θLT、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、０°）水晶基板１１、（０°、θLT、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、９０°）水晶基板１１、（０°、θLT、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、３０°～６０°）水晶基板１１における、ＴＣＦのθquartz依存性を示す。図１９（ｃ）の水晶基板１１の３０°～６０°は伝搬方向であり、水晶基板１１のθに応じてＰＦＡ＝０の伝搬方向が少しずつ変化するが、ＰＦＡ＝０の伝搬方向はいずれも、３０°～６０°の範囲内である。ＬＴ薄膜１２は、最適方位角（０°、８０°～１４８°、０°）のうち、図１０（ｃ）に示すＴＣＦの絶対値のほぼ最大値を示す（０°、１２５°、０°）、最小値を示す（０°、８０°、０°）および（０°、１４８°、０°）について示した。図１９（ａ）～（ｃ）に示すように、ＬＴ薄膜１２のＴＣＦの半分で、実用的な－２０～＋２０ｐｐｍ／℃を実現できる水晶基板１１の方位角は、（０°±５°、０°～２３°、０°±５°）、（０°±５°、３２°～６９°、０°±５°）、（０°±５°、１１８°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～６２°、９０°±５°）、（０°±５°、１１８°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～７２°、３０°～６０°）、（０°±５°、１１７°～１８０°、３０°～６０°）である。より良好な－１０～＋１０ｐｐｍ／℃を実現できる水晶基板１１の方位角は、（０°±５°、０°～１２°、０°±５°）、（０°±５°、３７°～６６°、０°±５°）、（０°±５°、１３２°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～５０°、９０°±５°）、（０°±５°、１２６°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～１７°、３０°～６０°）、（０°±５°、３５°～６７°、３０°～６０°）、（０°±５°、１２３°～１８０°、３０°～６０°）である。
【0071】
［ＬＮ薄膜／水晶基板の構造を有する弾性波デバイスの具体的な実施例］
図２０（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）ＬＮ基板のレイリー波とＬＳＡＷの、音速および電気機械結合係数のθ依存性を示す。また、図２０（ｃ）に、（０°、θ、０°）ＬＮ基板のレイリー波とＬＳＡＷの、ＴＣＦのθ依存性を示す。図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＮ基板では一般的に、漏洩成分が小さく結合係数が大きい、θ＝１３１°～１５４°のＬＳＡＷや、結合係数が大きい、θ＝９０°近傍のＬＳＡＷや、基板表面に音速の遅い電極を用いて、漏洩成分をゼロにしたラブ波などが使用されている。使用されているＬＳＡＷの音速Ｖｍは、４，１５０～４，４５０ｍ／ｓである。
図２０（ａ）および（ｂ）に、（０°、θ、０°）ＬＮ基板のレイリー波とＬＳＡＷの、音速および電気機械結合係数のθ依存性を示す。また、図２０（ｃ）に、（０°、θ、０°）ＬＮ基板のレイリー波とＬＳＡＷの、ＴＣＦのθ依存性を示す。図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＮ基板では一般的に、漏洩成分が小さく結合係数が大きい、θ＝１３１°～１５４°のＬＳＡＷや、結合係数が大きい、θ＝９０°近傍のＬＳＡＷや、基板表面に音速の遅い電極を用いて、漏洩成分をゼロにしたラブ波などが使用されている。使用されているＬＳＡＷの音速Ｖｍは、４，１５０～４，４５０ｍ／ｓである。
【0072】
また、図２０（ｃ）に示すように、ＬＮ基板のＬＳＡＷのＴＣＦはいずれもマイナスであり、ＬＮ基板単体で使用されているθ＝１３１°～１５４°やθ＝９０°近傍のＬＳＡＷのＴＣＦは、－７３～－９３ｐｐｍ／℃と良くない。
【0073】
図２１に、ＬＳＡＷ音速が４，２５０ｍ／ｓの（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）と、ＬＳＡＷ音速が５，０４０ｍ／ｓの（０°、１１５°、９０°）水晶基板１１（図８（ａ）参照）とを組み合わせ、ＬＮ薄膜１２の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波共振子について、得られたインピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示す。図２１に示すように、インピーダンス比は、７９．３ｄＢであり、ＬＮ基板単体の従来のＳＡＷ特性に比べ１９ｄＢ大きくなった。このように、ＬＮを用いても、ＬＴの場合と同様に、良好な特性が得られる。すなわち、結合係数が大きいＬＮ薄膜１２を使用し、そのときのＬＳＡＷ音速と同程度あるいは音速より高音速である水晶基板１１を用いることにより、良好な特性が得られる。
【0074】
図２２（ａ）に、（０°、θ、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、ＬＳＡＷおよびレイリー波に対して得られた弾性波共振子のインピーダンス比の、ＬＮのθ依存性を示す。図２２（ａ）に示すように、ＬＳＡＷの場合、Ａｌ厚０．０８波長と０．２波長のときの共振子のインピーダンス比を示し、中央に広がるインピーダンス比７０ｄＢ以上の実線がリップルのない良好な特性を、両側の７０ｄＢ以下の破線がリップルのある特性を示している。Ａｌ厚が０．０８波長のとき、ＬＮのθ＝１００°～１６０°で、Ａｌ厚が０．２波長のとき、ＬＮのθ＝７０°～１６５°で、大きなインピーダンス比が得られている。Ａｌ厚が０．０６波長から０．０９波長のときには、Ａｌ厚が０．０８波長と同じインピーダンス比を示す。Ａｌ厚が０．０９波長から０．２２波長のときには、０．２波長のときと同じインピーダンス比が得られる。一方、レイリー波の場合、Ａｌ厚が０．０８波長のときの共振子のインピーダンス比を示し、ＬＮのθ＝３５°～７０°で７０ｄＢ以上、θ＝４５°～６３°で７５ｄＢ以上の大きなインピーダンス比が得られている。
【0075】
図２２（ｂ）に、（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θ、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、ＬＳＡＷに対して得られた弾性波共振子のインピーダンス比、ならびに、（０°、５５°、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θ、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、レイリー波に対して得られた弾性波共振子のインピーダンス比の、水晶基板１１のθ依存性を示す。図中、両側に分かれた７５ｄＢ以下のインピーダンス比を示しているのは、帯域内にリップルのある特性であり、インピーダンス比７５ｄＢ以上の値を示しているのはリップルのない良好な特性である。図２２（ｂ）に示すように、（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２のものは、Ａｌ厚が０．０８波長でも、水晶のθ＝１２０°～１４５°で、大きなインピーダンス比が得られているが、Ａｌ厚が０．２波長のときには、全方位角で大きなインピーダンス比が得られている。なお、Ａｌ厚が０．０６波長から０．０９波長ときには、Ａｌ厚が０．０８波長と同じインピーダンス比を示す。Ａｌ厚が０．０９波長から０．２２波長のときには、０．２波長のときと同じインピーダンス比が得られる。Ａｌ厚が０．０８波長のときには、図７（ｂ）から、水晶基板１１のＬＳＡＷのＴＣＦがプラスとなるオイラー角は、（０°、１３２°～１８０°、０°±５°）であり、＋５ｐｐｍ／℃のＴＣＦとなるオイラー角は、（０°、１３５°～１８０°、０°±５°）である。この場合、マイナスのＴＣＦを有するＬＮ薄膜１２と、プラスのＴＣＦを有する水晶基板１１とを組み合わせることにより、弾性波デバイス１０のＴＣＦを大幅に改善することができる。図７（ｂ）および図２２（ｂ）の結果から、ＴＣＦとインピーダンス比とを考慮すると、水晶基板１１のオイラー角は（０°、１３２°～１４５°、０°±５°）であることが好ましく、（０°、１３５°～１４５°、０°±５°）であることがより好ましい。一方、図２２（ｂ）に示すように、（０°、５５°、０°）ＬＮ薄膜１２のものは、実線で示すように、水晶基板１１のオイラー角が（０°、９０°～１７８°、０°±５°）で、７０ｄＢのインピーダンス比が得られている。また、破線部分はリップがあり、インピーダンス比が７０ｄＢ以下の特性を示している。この水晶基板１１の方位角では、ＬＳＡＷあるいはレイリー波のいずれかが、ＴＣＦプラスを示している。
【0076】
図２３（ａ）および（ｂ）に、（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２／（０°、１３０°、０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＮの膜厚依存性を示す。図２３（ａ）に示すように、ＬＮの膜厚が０．０３波長～２波長で、７％以上の帯域が得られている。また、図２３（ｂ）に示すように、Ａｌ厚が０．０８波長のとき、ＬＮの膜厚が０．０１２波長～０．６波長で７０ｄＢ以上、０．０２波長～０．５波長で７３ｄＢ以上、０．０３波長～０．３３波長で７５ｄＢのインピーダンス比が得られている。Ａｌ厚が０．２波長のとき、ＬＮの膜厚が０．０１２波長～２波長で７０ｄＢ以上、０．０２波長～０．７波長で７３ｄＢ以上、０．０３波長～０．４波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0077】
図２４（ａ）に、（０°、θ、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３０°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、ＬＳＡＷおよびレイリー波に対して得られた弾性波共振子のインピーダンス比の、ＬＮのθ依存性を示す。図２４（ａ）に示すように、ＬＳＡＷの場合、Ａｌ厚０．０８波長と０．２波長のときの共振子のインピーダンス比を示し、インピーダンス比７０ｄＢ以上の中央の実線が帯域内にリップルのない特性を、両側の７０ｄＢ以下の破線がリップルのある特性を示している。Ａｌ厚が０．０８波長のとき、ＬＮのθ＝９５°～１５５°で、Ａｌ厚が０．２波長のとき、θ＝７０°～１７０°で、大きなインピーダンス比が得られている。なお、Ａｌ厚が０．０６波長から０．０９波長のときには、Ａｌ厚が０．０８波長と同じインピーダンス比を示す。Ａｌ厚が０．０９波長から０．２２波長のときには、０．２波長のときと同じインピーダンス比が得られる。一方、レイリー波の場合、Ａｌ厚が０．０８波長のときの共振子のインピーダンス比を示し、ＬＮのθ＝２５°～５１°で７０ｄＢ以上、θ＝２９°～４７°で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0078】
図２４（ｂ）に、（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θ、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、ＬＳＡＷに対して得られた弾性波共振子のインピーダンス比、ならびに、（０°、３８°、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θ、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、レイリー波に対して得られた弾性波共振子のインピーダンス比の、水晶基板１１のθ依存性を示す。図２４（ｂ）に示すように、ＬＳＡＷの場合、インピーダンス比７０ｄＢ以上の中央の実線が帯域内にリップルのない特性を、両側の７０ｄＢ以下の破線がリップルのある特性を示している。Ａｌ厚が０．０８波長のとき、水晶のθ＝９０°～１５５°で、Ａｌ厚が０．２波長のとき、全方位角で、大きなインピーダンス比が得られている。なお、Ａｌ厚が０．０６波長から０．０９波長のときには、Ａｌ厚が０．０８波長と同じインピーダンス比を示す。Ａｌ厚が０．０９波長から０．２２波長のときには、０．２波長のときと同じインピーダンス比が得られる。一方、図８（ｂ）から、水晶基板１１は、ＬＳＡＷのＴＣＦがプラスとなるオイラー角は、（０°、１２３°～１８０°、９０°±５°）であり、＋５ｐｐｍ／℃のＴＣＦとなるオイラー角は、（０°、１２６°～１８０°、９０°±５°）である。この場合、マイナスのＴＣＦを有するＬＮ薄膜１２と、プラスのＴＣＦを有する水晶基板１１とを組み合わせることにより、弾性波デバイス１０のＴＣＦを大幅に改善することができる。図８（ｂ）および図２４（ｂ）の結果から、ＴＣＦとインピーダンス比とを考慮すると、水晶基板１１のオイラー角は（０°、１２３°～１５５°、９０°±５°）であることが好ましく、（０°、１２６°～１５５°、９０°±５°）であることがより好ましい。さらに好ましいのは、水晶のＬＳＡＷのＴＣＦが＋７ｐｐｍ／℃以上の（０°、１２７°～１５５°、９０°±５°）である。一方、レイリー波の場合、水晶基板１１のオイラー角が（０°、８０°～１６０°、９０°±５°）で７０ｄＢの、（０°、１１５°～１４５°、９０°±５°）で７５ｄＢのインピーダンス比が得られている。ＬＳＡＷやレイリー波がプラスＴＣＦを示す方位角を考慮に入れると、水晶基板１１のオイラー角は、（０°、１２５°～１６０°、９０°±５°）が望ましい。
【0079】
図２５（ａ）および（ｂ）に、（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２／（０°、１１５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長および０．２波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＮの膜厚依存性を示す。図２５（ａ）に示すように、ＬＮの膜厚が０．０１２波長～２波長で、５％以上の帯域が得られている。また、図２５（ｂ）に示すように、Ａｌ厚が０．０８波長のとき、ＬＮの膜厚が０．０１波長～０．５波長で７０ｄＢ以上、０．０２波長～０．３３波長で７３ｄＢ以上、０．０６波長～０．３波長で７５ｄＢのインピーダンス比が得られている。一方、Ａｌ厚が０．２波長のとき、ＬＮの膜厚が０．０１波長～２波長で７０ｄＢ以上、０．０２波長～０．４３波長で７３ｄＢ以上、０．０６波長～０．３６波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0080】
図２６（ａ）～（ｃ）にそれぞれ、（０°、θLN、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、０°）水晶基板１１、（０°、θLN、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、９０°）水晶基板１１、（０°、θLN、０°）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、θquartz、３０°～６０°）水晶基板１１における、ＴＣＦのθquartz依存性を示す。図２６（ｃ）の水晶基板１１の３０°～６０°は伝搬方向であり、水晶基板１１のθに応じてＰＦＡ＝０の伝搬方向が少しずつ変化するが、ＰＦＡ＝０の伝搬方向はいずれも、３０°～６０°の範囲内である。ＬＮ薄膜１２は、最適方位角（０°±５°、７５～１６５°、０°±５°）のうち、図２０（ｃ）に示すＬＳＡＷのＴＣＦの絶対値の最小値を示す（０°、１５４°、０°）、最大値を示す（０°、８５°、０°）、およびレイリー波の最適方位の（０°、３８°、０°）について示した。図２６（ａ）～（ｃ）に示すように、ＴＣＦの実用的な－２０～＋２０ｐｐｍ／℃を実現できる水晶基板１１の方位角は、ＬＳＡＷでは、（０°±５°、０°～１６°、０°±５°）、（０°±５°、４２°～６４°、０°±５°）、（０°±５°、１３８°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３０°、９０°±５°）、（０°±５°、１３０°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～２８°、３０°～６０°）、（０°±５°、４２°～７０°、３０°～６０°）、（０°±５°、１３２°～１８０°、３０°～６０°）である。レイリー波では、（０°±５°、３２°～１１８°、０°±５°）、（０°±５°、０°～３０°、９０°±５°）、（０°±５°、１７３°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～１４２°、３０～６０°）である。より良好な－１０～＋１０ｐｐｍ／℃を実現できる水晶基板１１の方位角は、ＬＳＡＷでは、（０°±５°、４３°～６１°、０°±５°）、（０°±５°、１４７°～１８０°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１５°、９０°±５°）、（０°±５°、１３４°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、０°～２３°、３０°～６０°）、（０°±５°、４３°～６７°、３０°～６０°）、（０°±５°、１３７°～１８０°、３０°～６０°）である。レイリー波では、（０°±５°、４０°～１０２°、０°±５°）、（０°±５°、０°～１７°、９０°±５°）、（０°±５°、１７５°～１８０°、９０°±５°）、（０°±５°、１３°～１３０°、３０～６０°）である。
【0081】
図２７に、（９０°、９０°、ψ）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１、および、（９０°、９０°、ψ）ＬＮ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した、縦波型の漏洩弾性表面波共振子の弾性波デバイス１０について、インピーダンス比のＬＴのψ依存性を示す。図２７に示すように、ＬＴ薄膜１２のものでは、ψ＝３３°～５５°、１２５°～１５５°のときに、ＬＮ薄膜１２のものでは、ψ＝３８°～６５°、１１８°～１４０°のときに、７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0082】
［水晶以外の基板の検討］
基板１１として、水晶以外の材料について検討を行った。図２８に、基板１１として溶融石英基板を用い、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／溶融石英基板の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示す。また、表７に、溶融石英など、基板１１等の薄膜に使用される各種材料の定数を示す。表７に示すように、使用した溶融石英は、ＳｉＯ２が１００質量％であり、バルク波の横波の音速が約３，７５７ｍ／ｓである。図２８に示すように、溶融石英基板で、７６ｄＢの良好なインピーダンス比が得られている。表７に示すように、ＳｉＯ２膜は溶融石英と同じ定数であり、ＳｉＯを成分とする膜は、ＳｉＯＦやＳｉＯＮなどの膜であり、ＳｉＯ以外の成分をＺとしたとき、ＳｉＯｘＺｙの化学式において、ｘがｘ＋ｙに対し３０％以上である膜を示している。この膜は、ＳｉＯ２膜と同じ特性が得られる。
基板１１として、水晶以外の材料について検討を行った。図２８に、基板１１として溶融石英基板を用い、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／溶融石英基板の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示す。また、表７に、溶融石英など、基板１１等の薄膜に使用される各種材料の定数を示す。表７に示すように、使用した溶融石英は、ＳｉＯ２が１００質量％であり、バルク波の横波の音速が約３，７５７ｍ／ｓである。図２８に示すように、溶融石英基板で、７６ｄＢの良好なインピーダンス比が得られている。表７に示すように、ＳｉＯ２膜は溶融石英と同じ定数であり、ＳｉＯを成分とする膜は、ＳｉＯＦやＳｉＯＮなどの膜であり、ＳｉＯ以外の成分をＺとしたとき、ＳｉＯｘＺｙの化学式において、ｘがｘ＋ｙに対し３０％以上である膜を示している。この膜は、ＳｉＯ２膜と同じ特性が得られる。
【0083】
【表7】
【0084】
図２９に、基板１１として、パイレクスガラス、ほう珪酸ガラス、合成石英、溶融石英、石英ガラスの基板を用い、それぞれ（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／各種基板の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、インピーダンス比のＬＴの膜厚依存性を示す。図２９に示すように、ＳｉＯ２の含有率が高い溶融石英、合成石英、石英ガラスの基板では、ＬＴの膜厚が０．５２波長以下で、ＳｉＯ２の含有率が７０～８０質量％程度のパイレクスガラス、ほう珪酸ガラスの基板では、ＬＴの膜厚が０．３４波長以下で、７０ｄＢ以上の良好なインピーダンス比が得られている。なお、ＬＴ薄膜の代わりにＬＮ薄膜を用いた場合でも、同様な特性が得られることも確認している。
【0085】
図３０に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／ＳｉＯ２膜／高音速基板、および、（０°、１３１°、０°）ＬＮ薄膜１２／ＳｉＯ２膜／高音速基板の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、ＬＳＡＷのインピーダンス比のＳｉＯ２膜の膜厚依存性を示す。表７に示すサファイアやアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ＳｉＣなどの、横波音速が５，９００ｍ／ｓ以上の高音速基板上にＬＴ薄膜やＬＮ薄膜を形成しただけでは、図６（ｂ）のｃサファイア基板の例のように、７０ｄＢ以下のインピーダンス比しか得えられない。しかし、図３０に示すように、高音速基板と薄膜との境界に、０．１５波長のＳｉＯ２膜を形成することにより、ＬＴ薄膜で７３ｄＢ、ＬＮ薄膜で７８ｄＢの大きなインピーダンス比が得られる。また、ＳｉＯ２膜の膜厚が０．３波長以上では、ＬＴ薄膜で７５ｄＢ、ＬＮ薄膜で７９ｄＢの大きなインピーダンス比が得られる。厚いＳｉＯ２膜が形成された基板は反ってしまうため、ＳｉＯ２膜をあまり厚くすることは好ましくない。このため、ＳｉＯ２膜の膜厚は、１波長以下、できれば０．５波長以下が望ましい。
【0086】
［すだれ状電極についての検討］
すだれ状電極１３の最適な厚みやメタライゼーション比について検討を行った。図３１（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、様々な材質のすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、すだれ状電極１３の厚み依存性を示す。すだれ状電極１３として、Ａｌ、Ｃｕ、ＭｏおよびＰｔから成るものを用いた。また、すだれ状電極１３のメタライゼーション比は、０．５とした。
すだれ状電極１３の最適な厚みやメタライゼーション比について検討を行った。図３１（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、様々な材質のすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、すだれ状電極１３の厚み依存性を示す。すだれ状電極１３として、Ａｌ、Ｃｕ、ＭｏおよびＰｔから成るものを用いた。また、すだれ状電極１３のメタライゼーション比は、０．５とした。
【0087】
図３１（ａ）に示すように、すだれ状電極１３がいずれの材質であっても、電極厚みが０．００５～０．２波長で、４％以上の帯域が得られている。また、図３１（ｂ）に示すように、すだれ状電極１３が密度２，６９９ｋｇ／ｍ３のＡｌから成る場合、電極厚みが０．００５～０．３２波長で７０ｄＢ以上、０．００５～０．２８波長で７３ｄＢ以上、０．００５～０．２５波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。また、すだれ状電極１３が密度８，９３０ｋｇ／ｍ３のＣｕから成る場合、電極厚みが０．００５～０．２０波長で７０ｄＢ以上、０．００５～０．１９波長で７３ｄＢ以上、０．００５～０．１８波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0088】
また、すだれ状電極１３が密度１０，２１９ｋｇ／ｍ３のＭｏから成る場合、電極厚みが０．００５～０．２８波長で７０ｄＢ以上の、０．００５～０．２７波長で７３ｄＢ以上、０．００５～０．２０波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。また、すだれ状電極１３が密度２１，４００ｋｇ／ｍ３のＰｔから成る場合、電極厚みが０．００５～０．２０波長で７０ｄＢ以上、０．００５～０．１３波長で７３ｄＢ以上、０．００５～０．１１波長で７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。
【0089】
このように、電極の種類により、最適な厚みが異なり、低密度の電極ほど、大きなインピーダンス比のとれる最適厚みの範囲が広い。このことから、最適厚みの範囲は電極の密度に依存するといえる。最適厚みの範囲と電極の密度との関係を、表８に示す。表８中の「Ａ」は７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られる条件、「Ｂ」は７３ｄＢ以上のインピーダンス比が得られる条件、「Ａ」は７５ｄＢ以上のインピーダンス比が得られる条件を示している。合金や多層電極膜を用いる場合には、電極厚みと理論的な電極密度から平均密度を求め、その平均密度に基づいて、表８から最適な電極厚みを求めればよい。なお、表８の関係は、圧電薄膜１２がＬＮから成る場合でも適用できることを確認している。
【0090】
【表8】
【0091】
図３２（ａ）および（ｂ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、各材質のすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、電極のメタライゼーション比依存性を示す。各すだれ状電極１３は、それぞれ図３１（ｂ）から求めた最適膜厚とした。すなわち、すだれ状電極１３がＡｌのとき、電極厚みは０．０８波長、Ｃｕのとき０．０４５波長、Ｍｏのとき０．０５波長、Ｐｔのとき０．０３波長とした。
【0092】
図３２（ａ）に示すように、すだれ状電極１３がいずれの材質であっても、メタライゼーション比が０．５より小さいところで、最も広い帯域が得られている。また、図３２（ｂ）に示すように、電極の種類により、インピーダンス比が高くなるメタライゼーション比、すなわち最適なメタライゼーション比が異なっている。表９に、最適メタライゼーション比と電極の密度との関係を示す。表９中の「Ａ」は高いインピーダンス比（概ね７５．５ｄＢ以上）が得られる条件、「Ｂ」はより高いインピーダンス比（概ね７６．５ｄＢ以上）が得られる条件、「Ｃ」は最も高いインピーダンス比（概ね７７．５ｄＢ以上）が得られる条件を示している。合金や多層電極膜を用いる場合には、電極厚みと理論的な電極密度から平均密度を求め、その平均密度に基づいて、表９から最適なメタライゼーション比を求めればよい。なお、表９の関係は、圧電薄膜１２がＬＮから成る場合でも適用できることを確認している。
【0093】
【表9】
【0094】
［水晶基板、圧電薄膜、すだれ状電極および短絡電極の配置の変形例］
図１（ｂ）には、弾性波デバイス１０として、ＩＤＴ（すだれ状電極）１３／圧電薄膜１２／水晶基板１１の構造を示しているが、短絡電極３１を含めて、図３３（ａ）～（ｄ）に示すような構造も考えられる。なお、図３３では、圧電薄膜１２がＬｉＴａＯ３結晶（ＬＴ）から成り、基板１１が水晶基板から成る例を示している。図３３（ａ）は、ＩＤＴ１３／圧電薄膜１２（ＬＴ）／基板１１から成る構造であり、図１（ｂ）と同じ構造である。図３３（ｂ）は、ＩＤＴ１３／圧電薄膜１２（ＬＴ）／短絡電極３１／基板１１である。図３３（ｃ）は、圧電薄膜１２（ＬＴ）／ＩＤＴ１３／基板１１であり、ＩＤＴ１３が基板１１の側に埋め込まれているもの（上図）と、圧電薄膜１２の側に埋め込まれているもの（下図）がある。図３３（ｄ）は、短絡電極３１／圧電薄膜１２（ＬＴ）／ＩＤＴ１３／基板１１であり、ＩＤＴ１３が基板１１の側に埋め込まれているもの（上図）と、圧電薄膜１２の側に埋め込まれているもの（下図）がある。
図１（ｂ）には、弾性波デバイス１０として、ＩＤＴ（すだれ状電極）１３／圧電薄膜１２／水晶基板１１の構造を示しているが、短絡電極３１を含めて、図３３（ａ）～（ｄ）に示すような構造も考えられる。なお、図３３では、圧電薄膜１２がＬｉＴａＯ３結晶（ＬＴ）から成り、基板１１が水晶基板から成る例を示している。図３３（ａ）は、ＩＤＴ１３／圧電薄膜１２（ＬＴ）／基板１１から成る構造であり、図１（ｂ）と同じ構造である。図３３（ｂ）は、ＩＤＴ１３／圧電薄膜１２（ＬＴ）／短絡電極３１／基板１１である。図３３（ｃ）は、圧電薄膜１２（ＬＴ）／ＩＤＴ１３／基板１１であり、ＩＤＴ１３が基板１１の側に埋め込まれているもの（上図）と、圧電薄膜１２の側に埋め込まれているもの（下図）がある。図３３（ｄ）は、短絡電極３１／圧電薄膜１２（ＬＴ）／ＩＤＴ１３／基板１１であり、ＩＤＴ１３が基板１１の側に埋め込まれているもの（上図）と、圧電薄膜１２の側に埋め込まれているもの（下図）がある。
【0095】
図３４（ａ）および（ｂ）に、図３３（ａ）～（ｄ）の４通りの構造の弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の帯域およびインピーダンス比の、ＬＴの膜厚依存性を示す。ここで、圧電薄膜１２は、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜であり、水晶基板１１は、（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板であり、ＩＤＴ１３は、厚みが０．０８波長のＡｌ電極である。なお、短絡電極３１は、薄い電極面が水晶基板１１や圧電薄膜１２の表面全体を覆うよう設けられたもので、その電極面が全て電気的に短絡されている。また、短絡電極３１は、ＩＤＴ１３には接続されていない浮き電極である。
【0096】
図３４（ａ）に示すように、ＬＴの膜厚がいずれの膜厚であっても、図３３（ａ）に示すＩＤＴ／ＬＴ／水晶の構造で、もっとも広い帯域が得られている。また、図３４（ｂ）に示すように、図３３（ａ）に示すＩＤＴ／ＬＴ／水晶、および図３３（ｂ）に示すＩＤＴ／ＬＴ／短絡電極／水晶の構造で、大きなインピーダンス比が得られている。なお、必要とされる帯域は用途によって異なるが、インピーダンス比は、機械的Ｑに大きく影響を与えるため、大きいほど良い。このため、図３３（ｂ）に示す構造であっても、図３３（ａ）に示す構造と同じ条件で、同様の効果が得られると考えられる。
【0097】
また、図３５に示すように、弾性波デバイス１０は、ＩＤＴ１３の全体が圧電薄膜１２に埋め込まれていてもよく、下部が圧電薄膜１２に埋め込まれ、上部が圧電薄膜１２から突出するよう設けられていてもよい。図３５には、それら２つの構造および図３３（ａ）の構造の弾性波デバイス１０について、それぞれ得られたインピーダンス比の圧電薄膜１２の膜厚依存性を示す。ここで、圧電薄膜１２は、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜であり、水晶基板１１は、（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板であり、ＩＤＴ１３は、厚みが０．０８波長のＡｌ電極である。図３５に示すように、ＬＴの膜厚が０．５波長以下ではいずれの構造とも、よく似たインピーダンス比が得られている。また、図３５に示すように、圧電薄膜１２にＩＤＴ１３を埋め込んだ構造では、埋め込んでいない構造に比べ、音速が速く、高周波化に有利であると考えられる。
【0098】
［接合膜を有する変形例］
図１（ｃ）に示すように、弾性波デバイス１０は、水晶基板１１と圧電薄膜１２との間に、絶縁性の接合膜３２を有していてもよい。接合膜３２は、吸音性が小さく、硬い材質のものから成ることが好ましく、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、多結晶Ｓｉ、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ：ｘ，ｙは整数）などから成っている。
図１（ｃ）に示すように、弾性波デバイス１０は、水晶基板１１と圧電薄膜１２との間に、絶縁性の接合膜３２を有していてもよい。接合膜３２は、吸音性が小さく、硬い材質のものから成ることが好ましく、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、多結晶Ｓｉ、窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ：ｘ，ｙは整数）などから成っている。
【0099】
図３６（ａ）～（ｃ）に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／接合膜３２／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、それぞれ得られた弾性波共振子の音速、帯域およびインピーダンス比の、接合膜３２の膜厚依存性を示す。接合膜３２としては、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）、多結晶Ｓｉ、および窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ：ｘ，ｙは整数）を用いた。用いた接合膜３２の材料定数を、表７に示す。なお、表７には、検討には用いていないが、接合膜３２として使用可能な材料の材料定数も示している。
【0100】
図３６（ａ）～（ｃ）に示すように、接合膜３２が、バルク横波音速［（Ｃ４４
Ｅ／密度）１／２］が水晶の音速より大幅に遅いＴａ２Ｏ５やＺｎＯから成る場合には、接合膜３２の膜厚が増えるに従って、ＳＡＷの音速が急激に小さくなり、帯域も急激に狭くなり、インピーダンス比も急激に小さくなる。また、接合膜３２が、横波音速が速いＳｉｘＮｙから成る場合には、接合膜３２の膜厚が増えるに従って、ＳＡＷの音速が大きくなり、帯域がわずかに狭くなり、インピーダンスがわずかに小さくなる。また、接合膜３２が、横波音速が水晶の音速に近い多結晶ＳｉやＳｉＯ２から成る場合には、接合膜３２の膜厚が増えるに従って、ＳＡＷの音速がわずかに変化し、帯域もわずかに狭くなるが、インピーダンス比は、接合膜３２の厚み３波長まで、大きな変動は認められない。特にＳｉＯ２膜の場合には、プラスのＴＣＦを有するため、ＴＣＦ改善に有効であり、ＳｉＯ２膜が０．１波長以上ではＴＣＦがプラス５ｐｐｍ／℃以上、０．２波長以上ではプラス１０ｐｐｍ／℃以上改善される。また、水晶の方位角θが±１０°程度ずれても、同じＴＣＦが得られる。しかも、図３６（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜が１．２波長以下では、インピーダンス比の劣化がない。また、図３６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜が０．３波長以下では、帯域に減少はなく、０．５波長でも９４％の帯域を確保できる。また、前述のＳｉＯを主成分とするＳｉＯｘＺｙ膜でも、ＳｉＯ２と同じ特性が得られる。
【0101】
表７および図３６から、接合膜３２とその最適厚みとの関係は、バルク横波音速に依存していることがわかる。接合膜３２を用いたときの弾性波デバイス１０の特性は、図３６（ｃ）に示すように、接合膜３２の厚みが０．３４波長以下では、バルク横波音速にはほとんど関係なく、大きなインピーダンス比が得られる。しかし、それ以上の厚みになると、接合膜３２の最適厚みは、接合膜３２のバルク横波音速に大きく依存している。また、接合膜３２の厚みが０．１３波長以下で、より大きなインピーダンス比が得られ、接合膜３２の厚みが０．０４波長以下で、さらに大きなインピーダンス比が得られる。
【0102】
表１０に、接合膜３２の横波音速と、接合膜３２の最適な膜厚との関係を示す。表１０中の「Ａ」は高いインピーダンス比（概ね７０ｄＢ以上）が得られる条件、「Ｂ」はより高いインピーダンス比（概ね７３ｄＢ以上）が得られる条件、「Ｃ」は最も高いインピーダンス比（概ね７５ｄＢ以上）が得られる条件を示している。なお、表１０の関係は、圧電薄膜１２がＬＮから成る場合でも適用できることを確認している。
【0103】
【表10】
【0104】
［接合膜が複数の場合の変形例］
接合層３２が２層の場合について検討を行った。（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／接合膜３２の１層目／接合膜３２の２層目／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、共振子のインピーダンス比の、接合膜３２の１層目および２層目の膜厚依存性を求めた。このとき、表１０に示す横波音速が異なる４種の材料を、それぞれＶｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４とし、これらのうちの２つを接合膜３２の１層目および２層目として様々に組み合わせたものについて求めた。また、Ｖｓ１をＴａ２Ｏ５、Ｖｓ２をＺｎＯ、Ｖｓ３をＳｉＯ２、Ｖｓ４をＳｉｘＮｙとして検討した。
接合層３２が２層の場合について検討を行った。（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／接合膜３２の１層目／接合膜３２の２層目／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、共振子のインピーダンス比の、接合膜３２の１層目および２層目の膜厚依存性を求めた。このとき、表１０に示す横波音速が異なる４種の材料を、それぞれＶｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４とし、これらのうちの２つを接合膜３２の１層目および２層目として様々に組み合わせたものについて求めた。また、Ｖｓ１をＴａ２Ｏ５、Ｖｓ２をＺｎＯ、Ｖｓ３をＳｉＯ２、Ｖｓ４をＳｉｘＮｙとして検討した。
【0105】
検討結果のうち、接合膜３２の１層目および２層目をそれぞれ、Ｖｓ３膜およびＶｓ４膜、Ｖｓ４膜およびＶｓ３膜、Ｖｓ２膜およびＶｓ３膜、Ｖｓ１膜およびＶｓ３膜としたときの、Ｖｓ３（ＳｉＯ２）膜の膜厚依存性の結果を、図３７（ａ）～（ｄ）に示す。各図中の数値は、接合膜３２の膜の内、Ｖｓ３とは異なる方の膜の厚さ（波長）を示している。また、表１１に、これらの検討結果から得られた、接合膜３２の１層目および２層目の組合せと最適な合計膜厚との関係を示す。表１１中の「Ａ」は高いインピーダンス比（概ね７０Ｂ以上）が得られる条件、「Ｂ」はより高いインピーダンス比（概ね７３ｄＢ以上）が得られる条件、「Ｃ」は最も高いインピーダンス比（概ね７５ｄＢ以上）が得られる条件を示している。良好なインピーダンス比を示す条件は、接合膜３２の１層目は表１０の条件を、１層目および２層目の合計膜厚は、表１１の条件を満たせばよい。なお、図３７（ａ）～（ｄ）に示すように、２層目がＳｉＯ２膜の場合、１層目の層の種類や厚みを選ぶことにより、ＳｉＯ２膜が１．５波長以下で、７５ｄＢ以上のインピーダンス比を得ることができる。
【0106】
【表11】
【0107】
次に、接合層３２が３層の場合について検討を行った。（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／接合膜３２の１層目／接合膜３２の２層目／接合膜３２の３層目／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．０８波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、共振子のインピーダンス比の、接合膜３２の３層目の膜厚依存性を求めた。このとき、表１０に示す横波音速が異なる４種の材料を、それぞれＶｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、Ｖｓ４とし、これらのうちの３つを接合膜３２の１層目、２層目および３層目として様々に組み合わせたものについて求めた。また、Ｖｓ１をＴａ２Ｏ５、Ｖｓ２をＺｎＯ、Ｖｓ３をＳｉＯ２、Ｖｓ４をＳｉｘＮｙとして検討した。
【0108】
検討結果のうち、接合膜３２の１層目をＶｓ３（厚み０．１波長）、２層目をＶｓ４（厚み０．１波長）とし、３層目をＶｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３、またはＶｓ４としたときの結果を、図３８（ａ）に示す。図３８（ａ）に示すように、３層目がＶｓ１（Ｔａ２Ｏ５）膜やＶｓ２（ＺｎＯ）膜のとき、膜厚１波長以下で７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られ、３層目がＶｓ３（ＳｉＯ２）膜やＶｓ４（ＳｉｘＮｙ）膜のとき、膜厚５波長以下で７５ｄＢ程度のインピーダンス比が得られている。
【0109】
また、検討結果のうち、接合膜３２の１層目をＶｓ４（厚み０．０１波長）、２層目をＶｓ３（厚み０．１波長）とし、３層目をＶｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３、またはＶｓ４としたときの結果を、図３８（ｂ）に示す。図３８（ｂ）に示すように、３層目がＶｓ１（Ｔａ２Ｏ５）膜やＶｓ２（ＺｎＯ）膜のとき、膜厚１波長以下で７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られ、３層目がＶｓ３（ＳｉＯ２）膜やＶｓ４（ＳｉｘＮｙ）膜のとき、膜厚５波長以下で７３ｄＢ程度のインピーダンス比が得られている。
【0110】
また、表１２に、これらの検討結果から得られた、接合膜３２の１層目～３層目の組合せと最適な合計膜厚との関係を示す。表１２中の「Ａ」は高いインピーダンス比（概ね７０ｄＢ以上）が得られる条件、「Ｂ」はより高いインピーダンス比（概ね７３ｄＢ以上）が得られる条件を示している。良好なインピーダンス比を示す条件は、接合膜３２の１層目は表１０の条件を、１層目～３層目の合計膜厚は、表１２の条件を満たせばよい。なお、接合膜３２が４層以上の場合でも、１層目は表１０を満たす必要がある。
なお、音速などを求める材料の定数は、公に公表されている定数を用いている。また、薄膜が２つ以上の膜の混合膜の場合は、それぞれの膜の相加平均とすればよい。
なお、図３８（ａ）および（ｂ）に示すように、１層目または２層目がＳｉＯ２膜の場合、ＳｉＯ２膜以外の層の種類や厚みを選ぶことにより、ＳｉＯ２膜が１．５波長以下で、７５ｄＢ以上のインピーダンス比を得ることができる。
なお、音速などを求める材料の定数は、公に公表されている定数を用いている。また、薄膜が２つ以上の膜の混合膜の場合は、それぞれの膜の相加平均とすればよい。
なお、図３８（ａ）および（ｂ）に示すように、１層目または２層目がＳｉＯ２膜の場合、ＳｉＯ２膜以外の層の種類や厚みを選ぶことにより、ＳｉＯ２膜が１．５波長以下で、７５ｄＢ以上のインピーダンス比を得ることができる。
【0111】
【表12】
【0112】
［弾性表面波の高次モードを利用する場合についての検討］
弾性波デバイス１０で、弾性表面波の高次モードを利用する場合について検討を行った。図３９に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．６波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示す。図３９に示すように、１．２５ＧＨｚに基本モード（0-th）が、３．６ＧＨｚにその高次モード（1-th）が確認された。
弾性波デバイス１０で、弾性表面波の高次モードを利用する場合について検討を行った。図３９に、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．６波長のＡｌのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、インピーダンス（Ｚ）の周波数特性を示す。図３９に示すように、１．２５ＧＨｚに基本モード（0-th）が、３．６ＧＨｚにその高次モード（1-th）が確認された。
【0113】
図４０に、各種の材料から成るすだれ状電極１３について、高次モードにおける弾性波デバイス１０のインピーダンス比と電極厚との関係を示す。ここでは、弾性波デバイス１０として、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２（厚み０．１５波長）／（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板１１の上に、厚みが０．６波長の各種のすだれ状電極１３を形成したものを用いている。図４０に示すように、電極の種類により、最適な厚みが異なり、低密度の電極ほど、大きなインピーダンス比のとれる最適厚みの範囲が広く、最適厚みが高くなることがわかる。最適厚みの範囲と電極の密度との関係を、表１３に示す。表１３は、すだれ状電極１３のメタライゼーション比が０．５のときのものである。
【0114】
【表13】
【0115】
すだれ状電極１３として合金や多層電極膜を用いる場合には、電極厚みと理論的な電極密度から平均密度を求め、その平均密度に基づいて、表１３から最適な電極厚みを求めればよい。また、表１３はメタライゼーション比が０．５のものであるため、メタライゼーション比を考慮して、例えばメタライゼーション比が０．２５の場合には、電極の厚みは、０．５／０．２５＝２になるため、表１３の２倍の厚みを考慮すればよい。
【0116】
弾性表面波の高次モードを利用する場合の、圧電薄膜１２の厚みについて検討を行った。図４１に、図３３（ａ）に示すＩＤＴ１３／圧電薄膜１２／水晶基板１１の構造、および、図３３（ｂ）に示すＩＤＴ１３／圧電薄膜１２／短絡電極３１／水晶基板１１の構造の弾性波デバイス１０について、それぞれ得られたインピーダンス比の圧電薄膜１２の膜厚依存性を示す。ここで、圧電薄膜１２は、（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜であり、水晶基板１１は、（０°、１３２．７５°、９０°）水晶基板であり、ＩＤＴ１３は、厚みが０．２波長のＡｕ電極である。図４１に示すように、短絡電極３１を有しない図３３（ａ）の構造では、ＬＴの膜厚が０．３５～９．３波長のとき、短絡電極３１を有する図３３（ｂ）の構造では、ＬＴの膜厚が０．５～９波長のとき、７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。なお、ＬＴ薄膜の代わりにＬＮ薄膜を用いた場合でも、同様な特性が得られることも確認している。
【0117】
図４２（ａ）および（ｂ）に、それぞれ（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（０°、θ、０°）水晶基板１１、および（０°、１１０°、０°）ＬＴ薄膜１２／（０°、θ、９０°）水晶基板１１の上に、Ａｕのすだれ状電極１３を形成した弾性波デバイス１０について、得られた弾性波共振子の高次モード（1-th）のインピーダンス比の、水晶基板１１のθ依存性を示す。ここで、ＬＴの厚みを、０．５波長（λ）、１波長、２波長、４波長の４種類とした。また、すだれ状電極１３の厚みを、０．２波長とした。
【0118】
図４２（ａ）および（ｂ）に示すように、ＬＴの膜厚が０．５～４波長のとき、ほぼ全てのθの範囲で、概ね７０ｄＢ以上のインピーダンス比が得られている。これは、基本モードのときと同様に、ＬＴの膜厚が厚くても、すだれ状電極１３のＡｕの厚みも０．２波長と比較的厚いためであると考えられる。
【0119】
［本発明の実施の形態の弾性波デバイスの製造方法］
図４３に示すように、弾性波デバイス１０は、以下のようにして製造される。まず、ＬＴまたはＬＮから成る圧電基板１２ａを準備し（図４３（ａ）参照）、水晶基板１１の上に、その圧電基板１２ａを接合する（図４３（ｂ）の左図参照）。また、圧電基板１２ａと水晶基板１１との間に、短絡電極３１や接合膜３２を形成する場合には、水晶基板１１の上に短絡電極３１や接合膜３２を接合した後、その上に圧電基板１２ａを接合する（図４３（ｂ）の右図参照）。各基板や膜は、接着剤を用いて接合してもよいが、接合面をプラズマなどで活性化処理して接合する、いわゆる直接接合で接合してもよい。
図４３に示すように、弾性波デバイス１０は、以下のようにして製造される。まず、ＬＴまたはＬＮから成る圧電基板１２ａを準備し（図４３（ａ）参照）、水晶基板１１の上に、その圧電基板１２ａを接合する（図４３（ｂ）の左図参照）。また、圧電基板１２ａと水晶基板１１との間に、短絡電極３１や接合膜３２を形成する場合には、水晶基板１１の上に短絡電極３１や接合膜３２を接合した後、その上に圧電基板１２ａを接合する（図４３（ｂ）の右図参照）。各基板や膜は、接着剤を用いて接合してもよいが、接合面をプラズマなどで活性化処理して接合する、いわゆる直接接合で接合してもよい。
【0120】
接合後、圧電基板１２ａを研磨して薄膜状（圧電薄膜１２）にする（図４３（ｃ）参照）。その圧電薄膜１２の表面に、Ａｌなどから成る電極膜を形成し、その上にレジストを塗布した後、パターニング（露光、現像）してエッチングを行い、レジストを除去することにより、すだれ状電極１３および反射器１４を形成する（図４３（ｄ）参照）。その後、不要な部分を分離することにより、弾性波デバイス１０を製造することができる（図４３（ｅ）参照）。なお、図４３（ｃ）～（ｅ）には、図４３（ｂ）の左図の場合を示しているが、図４３（ｂ）の右図の場合には、水晶基板１１と圧電薄膜１２との間に、短絡電極３１や接合膜３２を有する弾性波デバイス１０を製造することができる。
【符号の説明】
【0121】
１０ 弾性波デバイス
１１ 基板（水晶基板）
１２ 圧電薄膜（ＬＴ薄膜、ＬＮ薄膜）
１２ａ 圧電基板
１３ すだれ状電極（ＩＤＴ）
２１ 電極指
１４ 反射器
３１ 短絡電極
３２ 接合膜
５０ 従来の弾性波デバイス
５１ 圧電基板
５２ すだれ状電極（ＩＤＴ）
５３ 反射器
１１ 基板（水晶基板）
１２ 圧電薄膜（ＬＴ薄膜、ＬＮ薄膜）
１２ａ 圧電基板
１３ すだれ状電極（ＩＤＴ）
２１ 電極指
１４ 反射器
３１ 短絡電極
３２ 接合膜
５０ 従来の弾性波デバイス
５１ 圧電基板
５２ すだれ状電極（ＩＤＴ）
５３ 反射器
【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】
