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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】2023-09-27
(45)【発行日】2023-10-05
(54)【発明の名称】表面弾性波デバイス
(51)【国際特許分類】
H03H 9/25 20060101AFI20230928BHJP
【ＦＩ】
H03H9/25 C
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2022571802
(86)(22)【出願日】2021-05-24
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-06-30
(86)【国際出願番号】 CN2021095543
(87)【国際公開番号】W WO2021238873
(87)【国際公開日】2021-12-02
【審査請求日】2023-05-23
(31)【優先権主張番号】202010446767.2
(32)【優先日】2020-05-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】522454932
【氏名又は名称】シャーメン サンアン インテグレーテッド サーキット カンパニー リミテッド
(73)【特許権者】
【識別番号】518453730
【氏名又は名称】三安ジャパンテクノロジー株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】520273108
【氏名又は名称】福建晶安光電有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＦＵＪＩＡＮ ＪＩＮＧ’ ＡＮ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＣＯ．， ＬＴＤ
【住所又は居所原語表記】Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ， Ｈｅｎｇｓｈａｎ Ｖｉｌｌａｇｅ， Ｈｕｔｏｕ Ｔｏｗｎ， Ａｎｘｉ Ｃｏｕｎｔｙ， Ｑｕａｎｚｈｏｕ， Ｆｕｊｉａｎ ３６２４１１， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100171077
【弁理士】
【氏名又は名称】佐々木 健
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼岡 良知
(72)【発明者】
【氏名】ファン， ミンフイ
【審査官】竹内 亨
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１６１８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１１５８７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－２２３５８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０１６３１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０２７５３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１５４９５０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０９３４８７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０３Ｈ ９／００－９／７６
３／００７－３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上面を有し、前記上面から突出し、互いに離間する複数の突起部を有する基板と、前記突起部の間に形成された凹部を埋めるように前記基板上に配置された中間層と、
前記基板と反対側の前記中間層上に配置された圧電層と、
前記中間層と反対側の前記圧電層上に配置された電極層と、を備え、
前記基板は、長手方向と、前記長手方向に垂直な横方向とを規定し、前記突起部は、前記長手方向と前記横方向とに配置され、
複数の前記突起部は、互いに等距離であり、 前記突起部の少なくとも１つは、これを中心として、互いに等角度に配置された６つの隣接する前記突起部によって囲まれるように配置され、
前記中間層は、前記圧電層と接する最上層と、前記基板と接する最下層と、前記最上層と前記最下層との間に介在するミドル層とを含み、
前記突起部は、前記最下層および前記ミドル層を通って延在し、前記最上層によって囲まれている弾性表面波デバイス。
【請求項2】
上面を有し、前記上面から突出し、互いに離間する複数の突起部を有する基板と、前記突起部の間に形成された凹部を埋めるように前記基板上に配置された中間層と、
前記基板と反対側の前記中間層上に配置された圧電層と、
前記中間層と反対側の前記圧電層上に配置された電極層と、を備え、
前記基板は、長手方向と、前記長手方向に垂直な横方向とを規定し、前記突起部は、前記長手方向と前記横方向とに配置され、
複数の前記突起部は、互いに等距離であり、 前記突起部の少なくとも１つは、これを中心として、互いに等角度に配置された６つの隣接する前記突起部によって囲まれるように配置され、
前記基板は、前記上面とは反対側の底面を有し、
前記底面に接する上部層と、前記上部層と反対側の下部層と、前記上部層と前記下部層との間に介在する多層膜部中間層とを有する多層膜部をさらに備え、
前記多層膜部の前記上部層及び前記下部層のそれぞれは、窒化アルミニウムからなり、前記多層膜部中間層は、二酸化シリコンからなることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項3】
請求項１または２に記載の弾性表面波デバイスであって、 前記突起部の各々は、頂点を有し、 前記突起部のうちの少なくとも１つは、前記長手方向において前記突起部のうちの２つの隣接する突起部の間に介在され、前記横方向において前記突起部のうちの別の２つの隣接する突起部の間に介在され、 前記突起部のうちの前記少なくとも１つの頂点および前記突起部のうちの前記２つの隣接する突起部の前記頂点は、第１の線を画定するように接続され、 前記突起部のうちの前記少なくとも１つの頂点および前記突起部のうちの前記別の２つの隣接する突起部の前記頂点は、前記横方向において第２の線を画定するように接続され、 前記第１の線は、前記第２の線に垂直であることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項4】
前記基板の厚さは、１００μｍ～１ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項5】
前記突起部の高さは、前記基板の前記上面から０.５μｍ～３μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項6】
前記中間層は、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコンおよび窒化アルミニウムから選択される材料からなる、請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項7】
前記中間層の厚さは、１μｍ～２０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項8】
前記中間層の厚さは、１.５μｍ～１０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項9】
前記中間層の前記ミドル層は、前記中間層の前記最上層および前記最下層よりも低い音響伝播速度を有する、請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項10】
前記中間層の前記最上層、前記ミドル層および前記最下層のそれぞれは、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコンおよび窒化アルミニウムから独立して選択される材料からなる請求項１に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項11】
請求項１０に記載の弾性表面波デバイスにおいて、 前記中間層の前記最上層及び前記最下層は、それぞれ窒化アルミニウムからなり、 前記中間層の前記ミドル層は、二酸化シリコンからなることを特徴とする弾性表面波デバイス。
【請求項12】
前記多層膜部中間層は、前記多層膜部の前記上部層及び前記下部層よりも低い音響伝播速度を有する、請求項２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項13】
前記突起部は、円錐状またはピラミッド状であることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。
【請求項14】
前記突起部は、円錐台状または角錐台状であることを特徴とする請求項１または２に記載の弾性表面波デバイス。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧電材料からなる装置に関し、特に弾性表面波デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
図１を参照すると、黎明期に開発された弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスは、圧電層１１と、圧電層１１上に配置された、インターデジタル電極を含む電極層１２とを含む。
【0003】
圧電体１１の作製に適した材質としては、例えば、タンタル酸リチウム(ＬｉＴａＯ ３)、ニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ ３)等が挙げられる。これらは、電気機械結合係数（Ｋ ２)は良好であるが、耐熱性に劣る。
【0004】
すなわち、上述の材料は、温度に伴って膨張または収縮しやすい。その結果、黎明期に開発されたＳＡＷデバイスには、弾性波の伝搬による共振周波数の変動が生じる。
【0005】
圧電体層１１の温度安定性の悪さを改善するために、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスが提案されている。
【0006】
図２を参照すると、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスは、黎明期に開発されたＳＡＷデバイスと同様である。
【0007】
しかしながら、黎明期に開発されたＳＡＷデバイスと比較して、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスは、より薄い圧電層１１を有し、圧電層１１の電極層１２とは反対側に配置された中間層１４と、中間層１４の圧電層１１とは反対側に配置された基板１３とをさらに含む。
【0008】
特に、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスでは、圧電層１１の厚さは１０μｍ～２０μｍの範囲であり、電極層１２の厚さは５０ｎｍ～６００ｎｍの範囲であり、基板１３の厚さは１００μｍ～８００μｍの範囲であり、中間層１４の厚さは１０ｎｍ～５０００ｎｍの範囲である。
【0009】
基材１３は、サファイア(Ａｌ２Ｏ３)からなり、圧電層１１の物理的な膨張を抑制することができる。
【0010】
二酸化ケイ素からなる中間層１４は、二酸化ケイ素が圧電層１１の値とは反対の値の共振周波数の温度係数を有するので、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスの共振周波数の変動を補償することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
図３及び図４を参照すると、黎明期に開発されたＳＡＷデバイスと比較して、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスは圧電層１１の膨張を抑制するが、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスの圧電層１１が黎明期に開発されたＳＡＷデバイスよりも薄いことに起因して、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスから作られた共振器の共振周波数の上に複数のスプリアスモードが発生する。
【0012】
したがって、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスは、少なくともスプリアスモードを抑制することによって、さらに改善される必要がある。
【0013】
したがって、本開示の目的は、従来技術の欠点の少なくとも１つを軽減または排除することができる弾性表面波デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本開示による弾性波デバイスは、
上面を有し、前記上面から突出し、互いに離間する複数の突起部を有する基板と、
前記突起部の間に形成された凹部を埋めるように前記基板上に配置された中間層と、
前記基板と反対側の前記中間層上に配置された圧電層と、
前記中間層と反対側の前記圧電層上に配置された電極層と、を備え、
前記基板は、長手方向と、前記長手方向に垂直な横方向とを規定し、前記突起部は、前記長手方向と前記横方向とに配置され、
複数の前記突起部は、互いに等距離であり、 前記突起部の少なくとも１つは、これを中心として、互いに等角度に配置された６つの隣接する前記突起部によって囲まれるように配置され、
前記中間層は、前記圧電層と接する最上層と、前記基板と接する最下層と、前記最上層と前記最下層との間に介在するミドル層とを含み、
前記突起部は、前記最下層および前記ミドル層を通って延在し、前記最上層によって囲まれている。
上面を有し、前記上面から突出し、互いに離間する複数の突起部を有する基板と、
前記突起部の間に形成された凹部を埋めるように前記基板上に配置された中間層と、
前記基板と反対側の前記中間層上に配置された圧電層と、
前記中間層と反対側の前記圧電層上に配置された電極層と、を備え、
前記基板は、長手方向と、前記長手方向に垂直な横方向とを規定し、前記突起部は、前記長手方向と前記横方向とに配置され、
複数の前記突起部は、互いに等距離であり、 前記突起部の少なくとも１つは、これを中心として、互いに等角度に配置された６つの隣接する前記突起部によって囲まれるように配置され、
前記中間層は、前記圧電層と接する最上層と、前記基板と接する最下層と、前記最上層と前記最下層との間に介在するミドル層とを含み、
前記突起部は、前記最下層および前記ミドル層を通って延在し、前記最上層によって囲まれている。
【図面の簡単な説明】
【0015】
本開示の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して実施形態の以下の詳細な説明において明らかになるであろう。
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
本開示をより詳細に説明する前に、適切であると考えられる場合、参照番号または参照番号の末端部分は、対応するまたは類似の要素を示すために図面間で繰り返されており、これらは、任意選択で同様の特徴を有し得ることに留意されたい。
【実施例1】
【0018】
【0019】
図５に示すように、ＳＡＷデバイスは、基板３と、中間層４と、圧電層２と、電極層５とを備える。基板３は、上面３ａと、上面３ａとは反対側の底面３ｂとを有し、上面３ａから突出し互いに離間した複数の突起部３１を有する。
【0020】
中間層４は、突起部３１の間に形成された凹部を埋めるように基板３上に配置されている。
【0021】
圧電層２は、基板３とは反対側の中間層４上に配置されている。電極層５は、中間層４とは反対側の圧電層２上に配置されている。
【0022】
圧電層２は、上面２ａと、上面２ａとは反対側の下面２ｂとを有し、圧電性を示す圧電材料からなる。本実施形態において、圧電材料としては、ＬｉＴａO３が例示されるが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、圧電層２は、ＬｉＮｂO３から作製されてもよい。
【0023】
圧電層２は、弾性波の波長の１/４(λ/４)、すなわち約１.６８μｍの厚さ(Ｔ２)を有することができる。いくつかの実施形態では、圧電層２の厚さ(Ｔ２)は、０. １μｍ～３０μｍの範囲の厚さを有してもよい。
【0024】
本実施形態では、基板３は、サファイアと呼ばれることが多い単結晶Ａl ２ O ３からなり、基板３の厚さ(Ｔ３)は２００μｍである。いくつかの実施形態では、基板３は、炭化ケイ素(SiＣ)などのダイヤモンドライク炭素系材料から作製されてもよく、基板３の厚さ(Ｔ３)は、１００μｍ～１ｍｍの範囲の厚さを有してもよい。
【0025】
本実施形態では、突起部３１は、中間層４内に延在し、円錐形状を有するが、これに限定されない。突起部３１の高さ(Ｈ３１)は、１. ８μｍであり、圧電層２の下面２ｂに接していない頂点３１ａを有している。すなわち、突起３１の頂点３１ａは、圧電体層２の下面２ａから離間している。
【0026】
いくつかの実施形態では、突起部３１は、例えば、正方形底面とする正方形ピラミッド形状、五角形を底面とする五角形ピラミッド形状など、正方形、長方形、その他幾何学的形状を底面とするピラミッド形状であってもよい。いくつかの実施形態では、突起部３１の各々の高さ(Ｈ３１)は、上面３ａから測定されたときに、０. ５μｍ～３μｍの範囲の高さを有してもよい。
【0027】
図６に示すように、本実施形態では、基板３は、長手方向Ｃ１と、長手方向Ｃ１に垂直な横方向Ｒ１とを規定し、突起部３１は、長手方向Ｃ１と横方向Ｒ１とに配置されている。
【0028】
本実施形態において、突起部３１の少なくとも１つは、長手方向Ｃ１において隣り合う２つの突起部３１の間に介在し、横方向Ｒ１において隣り合う２つの突起部３１の間に介在する。
【0029】
少なくとも１つの突起部３１の頂点３１ａと、隣接する２つの突起部３１の長手方向Ｃ１の頂点３１ａとは、第１の線L１を画定するように接続されている。少なくとも１つの突起部３１の頂点３１ａと、横方向Ｒ１において隣り合う２つの突起部３１の頂点３１ａとは、第２の線L２を画定するように接続されている。第１線路L１は、第２線路L２に対して垂直である。
【0030】
図５に示すように、中間層４は、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムから選択される材料からなる単層である。
【0031】
本実施形態では、中間層４は二酸化シリコンから作られ、厚さ(Ｔ４)は実質的に０.４５λ、すなわち約１.８９μｍである。
【0032】
中間層４の厚さ(Ｔ４)は、突起部３１の頂点３ｌａが圧電層２の下面２ｂに接触しないように、突起部３１の高さ(Ｈ３１)よりも大きい。いくつかの実施形態では、中間層４の厚さ(Ｔ４)は、１μｍ～２０μｍの範囲であり得る。
【0033】
本実施形態では、電極層５は、３００ｎｍの厚さ(Ｔ５)を有し、複数の電極指５１を含むインターデジタル電極構造として形成されている。いくつかの実施形態では、電極層５は、１０ｎｍ～５０００ｎｍの範囲の厚さ(Ｔ５)を有し得る。
【0034】
また、電極指５１の形状及び本数は、実際には当業者により最適化され得る。また、本発明の本質的な特徴ではないので、ここでは詳細な説明を省略する。
【実施例2】
【0035】
図７および図８を参照すると、ＳＡＷデバイスの第２の実施形態は、ＳＡＷデバイスの第１の実施形態と同様の構造を有する。しかしながら、中間層４は三層構造として形成され、基板３の突起部３１は異なるように配置され、ＳＡＷデバイスの第２の実施形態は、多層膜部６をさらに含む。
【0036】
中間層４は、圧電層２と接する最上層４１と、基板３と接する最下層４３と、最上層４１と最下層４３との間に介在するミドル層４２とを含む。突起部３１は、最下層４３およびミドル層４２を貫通し、最上層４１に囲まれている。
【0037】
中間層４の最上層４１、ミドル層４２、最下層４３は、それぞれ、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムから独立して選択される材料からなる。本実施形態では、最上層４１、最下層４３は窒化アルミニウムからなり、ミドル層４２は二酸化シリコンからなる。
【0038】
ミドル層４２は、最上層４１および最下層４３よりも低い音響伝播速度を有する。厚さに関して、最上層４１は６００ｎｍの厚さ(Ｔ４１)を有し、最下層４３は６００ｎｍの厚さ(Ｔ４３)を有し、ミドル層４２は５００ｎｍの厚さ(Ｔ４２)を有する。したがって、中間層４の厚さ(Ｔ４)は、合計で１７００ｎｍ (すなわち、１.７μｍ)である。いくつかの実施形態では、中間層４は、１. ５μｍ～１０μｍの範囲の厚さ(Ｔ４)を有してもよい。
【0039】
本実施形態では、図８に示すように、突起部３１は互いに等距離に配置される。突起部３１の少なくとも１つは、これを中心として、互いに等角度に配置された６つの隣接する突起部３１によって囲まれるように配置されている。具体的には、これら６つの隣接する突起部３１の頂点３１ａは、正六角形として構成されている。
【0040】
多層膜部６は、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、窒化アルミニウムから選択される材料からなる。本実施形態では、多層膜部６は、基板３の底面３ｂに接する上部層６１と、上部層６１とは反対側の下部層６３と、上部層６１と下部層６３との間に介在する多層膜部中間層６２とを含む。
【0041】
多層膜部６の上部層６１、多層膜部中層６２および下部層６３のそれぞれは、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、および窒化アルミニウムから独立して選択される材料から作製される。本実施形態では、上部層６１および下部層６３が窒化アルミニウムからなり、多層膜部中層６２が二酸化シリコンからなるため、多層膜部中間層６２は上部層６１および下部層６３よりも低い音響伝播速度を有する。
【0042】
上部層６１の厚さ(Ｔ６１)は１００ｎｍであり、下部層６３の厚さ(Ｔ６３)は１００ｎｍであり、多層膜部中間層６２の厚さ(Ｔ６２)は２００ｎｍである。したがって、多層膜部６の厚さ(Ｔ６)は、合計で４００ｎｍである。
【実施例3】
【0043】
図９を参照すると、ＳＡＷデバイスの第３の実施形態は、各突起部３１が円錐台形状であることを除いて、ＳＡＷデバイスの第１の実施形態と同様の構造を有する。いくつかの実施形態では、突起部３１の各々は、上端３１ｂを有する角錐台形状を有してもよい。
【0044】
本実施形態では、突起部３１の高さ(Ｈ３１)は１. ５μｍであり、突起部３１の上端３１ｂは圧電層２の下面２ｂで終端している。すなわち、突起部３１の高さ(Ｈ３１)は、中間層４の厚さ(Ｔ４)と同じである。
【実施例4】
【0045】
図１０を参照すると、ＳＡＷデバイスの第４の実施形態は、突起部３１の各々が図８に示されるように構成されることを除いて、ＳＡＷデバイスの第１の実施形態と同様の構造を有する。具体的には、隣り合う６つの突起部３１の頂点(３１)は、正六角形として構成されている。
【0046】
図１１において、縦軸は、インピーダンスの逆数であるアドミタンス（Ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）(単位:ジーメンス、Ｓ)を示す。図１１におけるジーメンス(Ｓ)のアドミタンス（Ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）と、図３及び図４におけるデシベル(dＢ)のアドミタンス（Ａｄｍｉｔｔａｎｃｅ）とは、dＢ=２０log １０(Ｓ)の関係を有する。
【0047】
Ｑ値は共振器の品質を示すパラメータであるところ、明らかに、過渡期に開発されたＳＡＷデバイスは、黎明期に開発されたＳＡＷデバイスと比較して、より高いＱ値を有するが、複数のスプリアスモードを示す。
【0048】
Ｑ値は、周波数対帯域幅比率(Ｑ=f ０/Δf)によって定義され、ここで、f ０は、インピーダンスの実数部がその極大値に達する共振器の中心周波数であり、Δfは、中心周波数におけるピーク値から-３dＢで測定される帯域幅である。
【0049】
Ｑ値が高いほど、ピークはシャープになる。対照的に、本開示のＳＡＷデバイスの第４の実施形態は、高いＱ値を有するだけでなく、軽減されたスプリアスモードも示す。
【産業上の利用可能性】
【0050】
要するに、本開示のＳＡＷデバイスは、基板３の上面３ａから突出し、互いに離間する複数の突起部３１を有することにより、スプリアスモードの形成を効果的に抑制することができる。
【0051】
上記の説明では、説明の目的のために、実施形態の完全な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載されている。しかしながら、１つまたは複数の他の実施形態が、これらの具体的な詳細のうちのいくつかがなくても実施され得ることが、当業者には明らかであろう。
【0052】
また、本明細書全体を通して、「一実施形態」、「実施形態」、序数の表示を伴う実施形態などへの言及は、特定の特徴、構造、または特性が本開示の実施に含まれ得ることを意味することも理解されたい。
【0053】
本明細書では、開示を簡素化し、様々な発明の態様の理解を助ける目的で、様々な特徴が単一の実施形態、図、またはそれらの説明にまとめられていることがあり、１つの実施形態からの１つまたは複数の特徴または特定の詳細が、適切な場合、本開示の実施において、別の実施形態からの１つまたは複数の特徴または特定の詳細と一緒に実施され得ることをさらに理解されたい。
【0054】
例示的な実施形態と見なされるものに関連して本開示を説明してきたが、本開示は、開示された実施形態に限定されるものではなく、すべてのそのような修正および等価な構成を包含するように、最も広い解釈の趣旨および範囲内に含まれる様々な構成を包含することが意図されることを理解されたい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】