特許 7456734 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ

(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】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019112221

(22)【出願日】2019-06-17

(65)【公開番号】P2020205533

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2022-05-26

(73)【特許権者】

【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】石田 守

(72)【発明者】

【氏名】松田 隆志

【審査官】▲高▼橋 徳浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１３６３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第９９／０３７０２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０４２８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０６２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５０５９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９０４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７６０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５７４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ３／００７－Ｈ０３Ｈ３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００－Ｈ０３Ｈ９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、
前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、
を備え、
前記付加膜は前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電基板と反対側に設けられている弾性波デバイス。

【請求項2】

回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板またはＸカットタンタル酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、
前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、
を備え、
前記共振領域の平面形状は、前記厚みすべり振動の方向に延伸する一対の第１辺と前記厚みすべり振動の方向に直交する方向に延伸する一対の第２辺とを有する矩形であり、
前記付加膜は、前記共振領域の前記一対の第１辺におけるエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられている弾性波デバイス。

【請求項3】

前記付加膜は、前記共振領域内において前記少なくとも一方の電極に接し、前記共振領域外において前記少なくとも一方の電極または前記圧電基板に接する請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、
前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、
を備え、
前記付加膜の厚さは、前記付加膜の前記共振領域内の幅と同じ幅を有し前記付加膜と同じ材料からなる仮想膜が前記エッジ領域に設けられ前記中央領域および前記共振領域の外に設けられていないと仮定したときに横モードスプリアスを最も抑制する前記仮想膜の厚さより薄い弾性波デバイス。

【請求項5】

タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、
前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、
を備え、
前記付加膜は、前記一対の電極のいずれか一方の電極の前記圧電基板と反対側と、前記一対の電極の他方の電極の前記圧電基板と反対側と、の両方に設けられている弾性波デバイス。

【請求項6】

前記付加膜は、前記一対の第２辺におけるエッジ領域には設けられていない請求項２に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、
前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、
前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、
を備え、
前記付加膜は、前記中央領域を囲む前記エッジ領域と前記共振領域の外との境界の全てと平面視において重なる弾性波デバイス。

【請求項8】

前記圧電基板は回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

前記圧電基板はＸカットタンタル酸リチウム基板である請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。

【請求項11】

請求項１０に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば、圧電薄膜共振器を有する弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話等の無線端末の高周波回路用のフィルタおよびデュプレクサとして、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）およびＳＭＲ（Solid Mounted Resonator）等のＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）共振器が用いられている。ＢＡＷ共振器は圧電薄膜共振器とよばれている。圧電薄膜共振器は、圧電膜を挟み一対の電極を設ける構造を有し、圧電膜の少なくとも一部を挟み一対の電極が対向する共振領域は弾性波が共振する領域である。

【0003】

圧電薄膜共振器では共振領域の周辺部において弾性波が反射し、共振領域内に定在波が形成されると不要なスプリアスとなる。そこで、共振領域内のエッジ領域に付加膜を追加し音速をコントロールすることでスプリアスを抑制することが知られている（例えば特許文献１）。

【0004】

圧電薄膜共振器の圧電膜には、例えばスパッタリング法を用い成膜された多結晶の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が用いられる。この場合、共振領域内の振動は圧電膜の厚さ方向の振動（厚み縦振動）となる。圧電薄膜共振器の圧電膜にタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）またはニオブ酸リチウム（ＮｂＬｉＯ_３）等の単結晶圧電体を用いることが知られている（例えば非特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－４２８７１号公報

【非特許文献】

【0006】

【文献】Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics, Vol. 28, (2007), pp151-152

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

圧電膜にタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム等の単結晶圧電体を用いると、共振領域内の振動は厚みすべり振動となる。厚みすべり振動を用いた弾性波デバイスにおいて、共振領域のエッジ領域に付加膜を追加する場合、共振周波数が高くなると、付加膜の幅は小さくなる。付加膜の幅が小さくなると付加膜の形成が難しくなる。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、付加膜の幅を広くすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、を備え、前記付加膜は前記一対の電極の少なくとも一方の電極の前記圧電基板と反対側に設けられている弾性波デバイスである。
本発明は、回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板またはＸカットタンタル酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、を備え、前記共振領域の平面形状は、前記厚みすべり振動の方向に延伸する一対の第１辺と前記厚みすべり振動の方向に直交する方向に延伸する一対の第２辺とを有する矩形であり、前記付加膜は、前記共振領域の前記一対の第１辺におけるエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられている弾性波デバイスである。

【0011】

上記構成において、前記付加膜は、前記共振領域内において前記少なくとも一方の電極に接し、前記共振領域外において前記少なくとも一方の電極または前記圧電基板に接する構成とすることができる。

【0012】

本発明は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、を備え、前記付加膜の厚さは、前記付加膜の前記共振領域内の幅と同じ幅を有し前記付加膜と同じ材料からなる仮想膜が前記エッジ領域に設けられ前記中央領域および前記共振領域の外に設けられていないと仮定したときに横モードスプリアスを最も抑制する前記仮想膜の厚さより薄い弾性波デバイスである。

【0013】

本発明は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、を備え、前記付加膜は、前記一対の電極のいずれか一方の電極の前記圧電基板と反対側と、前記一対の電極の他方の電極の前記圧電基板と反対側と、の両方に設けられている弾性波デバイスである。

【0014】

上記構成において、前記一対の第２辺におけるエッジ領域には設けられていない構成とすることができる。

【0015】

本発明は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である圧電基板と、前記圧電基板を挟み、前記圧電基板に厚みすべり振動を励振する一対の電極と、前記圧電基板の少なくとも一部を挟み前記一対の電極が平面視において重なる共振領域の中央領域に設けられておらず、前記中央領域を囲む少なくとも一部のエッジ領域から前記共振領域の外にかけて設けられた付加膜と、を備え、前記付加膜は、前記中央領域を囲む前記エッジ領域と前記共振領域の外との境界の全てと平面視において重なる弾性波デバイスである。

【0016】

上記構成において、前記圧電基板は回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。

【0017】

上記構成において、前記圧電基板はＸカットタンタル酸リチウム基板である構成とすることができる。

【0018】

本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、付加膜の幅を広くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１（ａ）および図１（ｂ）は、サンプルＡに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。

【図2】図２（ａ）および図２（ｂ）は、サンプルＢに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、サンプルＡおよびＢにおける周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、サンプルＣに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、サンプルＤに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。

【図6】図６（ａ）から図６（ｃ）は、サンプルＢ、Ｃ１およびＣ２における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、サンプルＤ１およびＤ２における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。

【図8】図８（ａ）は、サンプルＤ１およびＤ３における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図、図８（ｂ）は、サンプルＢおよびＤ１における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。

【図9】図９（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図10】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１における圧電基板の結晶方位を示す斜視図である。

【図11】図１１は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図である。

【図12】図１２は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。

【図13】図１３（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図１３（ｂ）は、実施例２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】

【0022】

弾性波デバイスとして圧電薄膜共振器を例に説明する。

【0023】

［シミュレーション１］
サンプルＡおよびＢについてシミュレーションを行った。図１（ａ）および図１（ｂ）は、サンプルＡに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。圧電基板１４の法線方向をＺ方向、圧電基板１４の平面方向のうち下部電極１２の引き出し方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。なお、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電基板１４の結晶方位のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とは必ずしも対応しない。結晶方位を示す場合は、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」および「Ｚ軸方向」と記載し、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」および「Ｚ方向」と区別する。

【0024】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、圧電基板１４の上下に上部電極１６および下部電極１２が設けられている。圧電基板１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが対向する領域は共振領域５０である。下部電極１２と上部電極１６は駆動電極であり、下部電極１２と上部電極１６との間に高周波電力を印加すると、共振領域５０内の圧電基板１４に弾性波の変位がＺ方向にほぼ直交する方向（すなわち厚さに対してずれ方向）に振動する弾性波が励起される。この振動を厚みすべり振動という。厚みすべり振動の変位の最も大きい方向（厚みすべり振動の変位方向）を厚みすべり振動の方向６０とする。Ｙ方向を厚みすべり振動の方向６０とする。弾性波の波長は圧電基板１４の厚さのほぼ２倍である。共振領域５０の平面形状は略矩形である。矩形はほぼ直線の４つの辺を有する。４つの辺の延伸方向はＸ方向およびＹ方向である。

【0025】

共振領域５０の下部電極１２は、音響反射膜３１を介し基板１０上に設けられている。音響反射膜３１は、音響インピーダンスの低い膜３１ｂと音響インピーダンスの高い膜３１ａとが交互に設けられている。膜３１ａおよび３１ｂの膜厚は例えばそれぞれほぼλ／４（λは弾性波の波長）である。これにより、音響反射膜３１は弾性波を反射する。

【0026】

図２（ａ）および図２（ｂ）は、サンプルＢに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。サンプルＢでは、共振領域５０のＸ方向の両側の端部に位置するエッジ領域５２の上部電極１６上に付加膜２８が設けられている。付加膜２８は共振領域５０のＸ方向の中央領域５４には設けられていない。付加膜２８のＸ方向の幅をＷ１、付加膜２８の厚さをＴ１とする。

【0027】

サンプルＡのシミュレーションの条件は以下である。
弾性波の波長λ：１６４０ｎｍ
圧電基板１４：厚さが０．５λ＝８２０ｎｍのニオブ酸リチウム基板、Ｘ方向は結晶方位でＸ軸方向であり、Ｚ方向はＹ軸Ｚ軸平面内において、Ｚ軸方向からＹ軸方向に１０５°回転させた方向である。
下部電極１２：厚さが１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜
上部電極１６：厚さが１００ｎｍのアルミニウム膜
共振領域５０のＸ方向の幅：３０λ＝４９．２μｍ
圧電基板１４のＹ方向の幅：０．５λ＝８２０ｎｍ
膜３１ａ：厚さが４３８ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜
膜３１ｂ：厚さが３４４ｎｍのタングステン（Ｗ）膜
Ｙ方向の境界条件は無限に連続とする。

【0028】

サンプルＢのシミュレーション条件は以下である。
付加膜２８：酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）
付加膜２８の幅Ｗ１：０．２５λ（４１０ｎｍ）
付加膜２８の厚さＴ１：４０ｎｍ
その他のシミュレーション条件はサンプルＡと同じである。
なお、厚さＴ１＝４０ｎｍは、幅Ｗ１＝０．２５λにおいて厚さＴ１を最適化したときの厚さである。

【0029】

図３（ａ）および図３（ｂ）は、サンプルＡおよびＢにおける周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。アドミッタンスの絶対値｜Ｙ｜では、共振周波数および反共振周波数のピークが観察される。アドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）では、絶対値｜Ｙ｜に比べスプリアスが大きく観察される。

【0030】

図３（ａ）に示すように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａはそれぞれ約２ＧＨｚおよび２．３５ＧＨｚである。サンプルＡでは共振周波数ｆｒより高い周波数帯域にスプリアス５８が生じている。スプリアス５８は、主にＸ方向に伝搬する横モードの弾性波の定在波に起因する。

【0031】

図３（ｂ）に示すように、サンプルＢではスプリアスが小さくなっている。これは、付加膜２８を設けることにより、エッジ領域５２の音速が中央領域５４の音速より遅くなり、ピストンモードが実現されたためである。

【0032】

このようにサンプルＢにおいて、横モードスプリアスが抑制される。しかし、付加膜２８の幅Ｗ１が４１０ｎｍと小さい。このため、付加膜２８を形成するときに、細いパターンを形成することになり高度なフォトリソグラフィ技術および加工技術を用いることになる。共振周波数が５ＧＨｚから６ＧＨｚとなると、付加膜２８の幅Ｗ１は１００ｎｍ程度となり、さらに高度なフォトリソグラフィ技術および加工技術が求められる。これにより、高価な製造設備を用いることになり製造コストが高くなる。

【0033】

［シミュレーション２］
そこで、付加膜２８の幅Ｗ１を広くしたサンプルＣおよびＤについてシミュレーションを行った。

【0034】

図４（ａ）および図４（ｂ）は、サンプルＣに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、サンプルＣでは、付加膜２８の幅Ｗ１をサンプルＢの付加膜の幅より大きくした。その他の構成はサンプルＢと同じである。

【0035】

付加膜２８の幅Ｗ１が異なるサンプルＣ１およびＣ２についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は以下である。
サンプルＣ１
付加膜２８の幅Ｗ１：０．７５λ（１２３０ｎｍ）
付加膜２８の厚さＴ１：１０ｎｍ
サンプルＣ２
付加膜２８の幅Ｗ１：１．２５λ（２０５０ｎｍ）
付加膜２８の厚さＴ１：５ｎｍ
その他のシミュレーション条件はサンプルＢと同じである。
なお、厚さＴ１＝１０ｎｍおよび５ｎｍは、幅Ｗ１＝０．７５λおよび１．２５λにおいて厚さＴ１を最適化したときの厚さである。付加膜２８の幅Ｗ１を広くすると、付加膜２８の厚さＴ１を薄くした方がスプリアスが小さくなる。

【0036】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、サンプルＤに係る圧電薄膜共振器の斜視図および断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、サンプルＤでは、付加膜２８を共振領域５０のエッジ領域５２から共振領域５０の外の領域５６にかけて設けた。付加膜２８の幅Ｗ１のうち共振領域５０内の幅をＷ２とした。その他の構成はサンプルＣと同じである。

【0037】

付加膜２８の幅Ｗ１が異なるサンプルＤ１およびＤ２についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は以下である。
サンプルＤ１
付加膜２８の幅Ｗ１：０．７５λ（１２３０ｎｍ）
エッジ領域５２の幅Ｗ２：０．２５λ（４１０ｎｍ）
付加膜２８の厚さＴ１：３５ｎｍ
サンプルＤ２
付加膜２８の幅Ｗ１：１．２５λ（２０５０ｎｍ）
エッジ領域５２の幅Ｗ２：０．２５λ（４１０ｎｍ）
付加膜２８の厚さＴ１：３５ｎｍ
その他のシミュレーション条件はサンプルＣと同じである。
なお、厚さＴ１＝３５ｎｍは、幅Ｗ１＝０．７５λおよび１．２５λにおいて厚さＴ１を最適化したときの厚さである。

【0038】

図６（ａ）から図６（ｃ）は、サンプルＢ、Ｃ１およびＣ２における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。図６（ａ）は図３（ｂ）とほぼ同じである。

【0039】

図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、サンプルＣ１およびＣ２では、スプリアス５８がサンプルＢより大きくなる。このように、付加膜２８の幅Ｗ１を広くすると厚さＴ１を最適化してもサンプルＢよりスプリアス５８が大きくなる。

【0040】

図７（ａ）および図７（ｂ）は、サンプルＤ１およびＤ２における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。

【0041】

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、サンプルＤ１およびＤ２では、スプリアス５８がサンプルＢと同程度である。このように、付加膜２８の幅Ｗ１を広くしても、付加膜２８をエッジ領域５２から共振領域５０の外の領域５６にかけて設け、エッジ領域５２内の付加膜２８の幅Ｗ２をサンプルＢの付加膜２８の幅Ｗ１と同程度とする。これにより、スプリアス５８をサンプルＢと同程度とできる。

【0042】

付加膜２８の幅Ｗ１は広いため、高度なフォトリソグラフィ技術および加工技術が不要となり、安価な製造装置を用い付加膜２８を形成できる。よって、製造コストを低くできる。

【0043】

[シミュレーション３]
サンプルＤ３についてシミュレーションを行った。シミュレーション条件は以下である。
サンプルＤ３
付加膜２８の幅Ｗ１：０．７５λ（１２３０ｎｍ）
エッジ領域５２の幅Ｗ２：０．２５λ（４１０ｎｍ）
付加膜２８の厚さＴ１：４０ｎｍ
サンプルＤ３は、サンプルＤ１に比べ付加膜２８の厚さＴ１をサンプルＢと同じにしている。

【0044】

図８（ａ）は、サンプルＤ１およびＤ３における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図、図８（ｂ）は、サンプルＢおよびＤ１における周波数に対するアドミッタンスの実部Ｒｅａｌ（Ｙ）および絶対値｜Ｙ｜を示す図である。挿入図６４は、共振周波数ｆｒ付近６２の｜Ｙ｜の拡大図であり、挿入図６５は、反共振周波数ｆａ付近６３の｜Ｙ｜の拡大図である。

【0045】

図８（ａ）に示すように、サンプルＤ１とＤ３とでは、アドミッタンス特性はほぼ同じであり、スプリアス５８の大きさもほぼ同じである。挿入図６４のように、共振周波数ｆｒ付近において、サンプルＤ１はＤ３より｜Ｙ｜が大きい。挿入図６５のように、反共振周波数ｆａ付近において、サンプルＤ１とＤ３とで｜Ｙ｜は同程度である。

【0046】

図８（ｂ）に示すように、サンプルＢとＤ１とでは、アドミッタンス特性はほぼ同じであり、スプリアス５８の大きさもほぼ同じである。挿入図６４および６５のように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近において、サンプルＢとＤ１とで｜Ｙ｜は同程度である。

【0047】

以上のように、サンプルＤ３のように、サンプルＤにおいて、付加膜２８の厚さＴ１をサンプルＢで最適な付加膜２８の厚さＴ１とすると、共振周波数ｆｒ付近の｜Ｙ｜のピークの急峻性が小さくなる。サンプルＤ１のように、付加膜２８の厚さＴ１をサンプルＢで最適な付加膜２８の厚さＴ１より小さくすると、共振周波数ｆｒ付近の｜Ｙ｜のピークの急峻性はサンプルＢと同程度となる。以上のように、サンプルＤでは、付加膜２８の最適な厚さＴ１はサンプルＢにおいて最適な厚さＴ１より小さくなる。

【0048】

以上のシミュレーションのように、サンプルＤでは、スプリアスをサンプルＢと同程度に抑制でき、かつ付加膜２８の幅Ｗ１を大きくできる。以下、上記知見に基づく実施例について説明する。

【実施例1】

【0049】

図９（ａ）は、実施例１に係る圧電薄膜共振器の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、基板１０上に音響反射膜３１が設けられている。膜３１ａと膜３１ｂの積層数は任意に設定できる。音響反射膜３１は、音響特性の異なる少なくとも２種類の層が間隔をあけて積層されていればよい。また、基板１０が音響反射膜３１の音響特性の異なる少なくとも２種類の層のうちの１層であってもよい。例えば、音響反射膜３１は、基板１０中に音響インピーダンスの異なる膜が一層設けられている構成でもよい。

【0050】

音響反射膜３１上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２上に圧電基板１４が設けられている。圧電基板１４上に上部電極１６が設けられている。共振領域５０は平面視において音響反射膜３１と重なり、音響反射膜３１は共振領域５０と同じ大きさまたは共振領域５０より大きい。

【0051】

共振領域５０の平面形状は矩形であり、矩形の４つの辺のうち一対の辺はＹ方向にほぼ延伸し、別の一対の辺はＸ方向に延伸する。共振領域５０の中央領域５４に対し、Ｘ方向の両側にエッジ領域５２が設けられている。エッジ領域５２はほぼＹ方向に延伸する。エッジ領域５２のＸ方向の幅Ｗ２はＹ方向においてほぼ一定である。エッジ領域５２に隣接して共振領域５０の外に領域５６が設けられている。領域５６の幅はＹ方向においてほぼ一定である。エッジ領域５２の上部電極１６上と領域５６の上部電極１６および圧電基板１４上に厚さＴ１の付加膜２８が設けられている。共振領域５０のうちエッジ領域５２に挟まれる中央領域５４には付加膜２８は設けられていない。

【0052】

基板１０は、例えばシリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、スピネル基板、石英基板、水晶基板、ガラス基板、セラミック基板またはＧａＡｓ基板等である。下部電極１２および上部電極１６は、例えばルテニウム、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｔｉ、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の単層膜またはこれらの積層膜である。付加膜２８は、密度が高い材料が好ましく、例えば酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化ニオブ（ＮｂＯ_ｘ）、または酸化タングステン（ＷＯ_ｘ）を主成分とする。付加膜２８は、下部電極１２および上部電極１６において例示した金属膜または酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜でもよい。付加膜２８の材料は下部電極１２および上部電極１６の材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0053】

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例１における圧電基板１４の結晶方位を示す斜視図である。図１０（ａ）は、圧電基板１４が単結晶ニオブ酸リチウム基板を示す斜視図である。図１０（ａ）に示すように、圧電基板１４がニオブ酸リチウム（ＬＮ）の場合、結晶方位の破線矢印のように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向をそれぞれ結晶方位の＋Ｘ軸方向、＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向とし、Ｘ軸方向を中心にＹ軸Ｚ軸平面上を＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向から＋Ｚ軸方向に１０５°回転させる。回転後のＹ軸方向およびＺ軸方向を実線矢印で示す。このように回転させるとＺ方向は＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の方向６０となる。

【0054】

図１０（ｂ）は、圧電基板１４が単結晶タンタル酸リチウム基板を示す斜視図である。図１０（ｂ）に示すように、圧電基板１４がタンタル酸リチウム（ＬＴ）の場合、結晶方位の破線矢印のように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向をそれぞれ結晶方位の－Ｚ軸方向、＋Ｙ軸方向および＋Ｘ軸方向とし、Ｘ軸方向を中心にＹ軸Ｚ軸平面上を＋Ｙ軸方向および＋Ｚ軸方向を＋Ｙ軸方向から＋Ｚ軸方向に４２°回転させる。回転後のＹ軸方向およびＺ軸方向を実線矢印で示す。このように回転させるとＹ方向は＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向となる。このとき、Ｙ方向が厚みすべり振動の方向６０となる。

【0055】

実施例１では、サンプルＤのように、スプリアスを抑制し、かつ付加膜２８の幅Ｗ１を広くできる。

【0056】

［実施例１の変形例１］
図１１は、実施例１の変形例１に係る圧電薄膜共振器の平面図である。図１１に示すように、実施例１の変形例１では、共振領域５０のＸ方向の両側のエッジ領域５２ａおよびエッジ領域５２ａ外側の領域５６ａに付加膜２８が設けられている。さらに、共振領域５０のＹ方向の両側のエッジ領域５２ｂおよびエッジ領域５２ｂ外側の領域５６ｂに付加膜２８が設けられている。これにより、中央領域５４を囲むエッジ領域５２ａおよび５２ｂと領域５６ａおよび５６ｂとに付加膜２８が設けられている。付加膜２８のＸ方向の幅Ｗ１ａとＹ方向の幅Ｗ１ｂは略等しくてもよいし異なっていてもよい。エッジ領域５２ａの幅Ｗ２ａとエッジ領域５２ｂの幅Ｗ２ｂとは略等しくてもよいし異なっていてもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１では、Ｘ方向およびＹ方向に伝搬する弾性波に起因する横モードスプリアスを抑制できる。

【0057】

［実施例１の変形例２］
図１２は、実施例１の変形例２に係る圧電薄膜共振器の断面図である。図１２に示すように、実施例１の変形例２では、音響反射膜３１の代わりに空隙３０が設けられている。エッジ領域５２の上部電極１６上と領域５６の上部電極１６および圧電基板１４上とに付加膜２８ａが設けられ、エッジ領域５２の下部電極１２下と領域５６の下部電極１２および圧電基板１４下とに付加膜２８ｂが設けられている。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの幅は略等しくてもよいし異なっていてもよい。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの厚さは略等しくてもよいし異なっていてもよい。付加膜２８ａと付加膜２８ｂの主成分は同じでもよいし異なっていてもよい。その他の構成は実施例１およびその変形例１と同じであり説明を省略する。

【0058】

実施例１およびその変形例１のように、下部電極１２の下に音響反射膜３１が設けられている場合に、付加膜２８は下部電極１２および圧電基板１４の下に設けられていてもよいし、下部電極１２および圧電基板１４の下と上部電極１６および圧電基板１４の上との両方に設けられていてもよい。実施例１の変形例２のように、下部電極１２の下に空隙３０が設けられている場合に、付加膜２８は、下部電極１２および圧電基板１４の下と上部電極１６および圧電基板１４の上とのいずれか一方に設けられ、他方に設けられていなくてもよい。

【0059】

共振領域５０の平面形状として略矩形の場合を例に説明したが、共振領域５０の平面形状は略楕円形、略円形または略多角形でもよい。付加膜２８は中央領域５４を囲む一部に設けられていればよい。中央領域５４は、共振領域５０の中心（例えば重心）を含む領域である。

【0060】

実施例１およびその変形例によれば、下部電極１２および上部電極１６（一対の電極）は、圧電基板１４を挟み、圧電基板１４に厚みすべり振動を励振する。付加膜２８は、圧電基板１４の少なくとも一部を挟み下部電極１２と上部電極１６とが平面視において重なる共振領域５０の中央領域５４に設けられておらず、中央領域５４を囲む少なくとも一部のエッジ領域５２から共振領域５０の外の領域５６にかけて設けられている。これにより、シミュレーション２のサンプルＤのように、サンプルＢと同程度にスプリアスを抑制し、かつ付加膜２８の幅Ｗ１を小さくできる。よって、製造コストを削減できる。

【0061】

付加膜２８は下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方の電極の圧電基板１４と反対側に設けられている。これにより、スプリアスを抑制できる。

【0062】

付加膜２８は、共振領域５０内において下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方の電極に接し、共振領域５０外において下部電極１２および上部電極１６の少なくとも一方の電極または圧電基板１４に接する。これにより、スプリアスを抑制できる。

【0063】

シミュレーション３のサンプルＤ１とＤ３との比較のように、付加膜２８の厚さＴ１は、付加膜２８と同じ材料からなる仮想膜（サンプルＢの付加膜）がエッジ領域５２に設けられ中央領域５４および共振領域５０の外の領域５６に設けられていないと仮定したときに横モードスプリアスを最も抑制する仮想膜の厚さ（サンプルＢの付加膜の厚さ）より薄い。これにより、図８（ａ）のように、共振特性をサンプルＢと同程度とすることができる。

【0064】

付加膜２８は、厚みすべり振動の方向６０に直交する方向における共振領域５０の両側のエッジ領域５２から共振領域５０の外にかけて設けられている。これにより、スプリアスを抑制できる。

【0065】

実施例１のように、付加膜２８は、圧電基板１４の平面方向のうちＸ方向（第１方向）における共振領域５０の両側のエッジ領域５２から共振領域５０の外の領域５６にかけて設けられ、平面方向のうちＹ方向（第１方向に交差する第２方向）における共振領域５０の両側のエッジ領域には設けられていない。このように、付加膜２８は横モードの弾性波の定在波が問題となる方向に設け、他の方向には設けなくてもよい。実施例１では、厚みすべり振動の方向６０に直交する方向の共振領域５０両側に付加膜２８を設けているが、任意の方向の共振領域５０の領域に付加膜２８を設ける。厚みすべり振動の方向６０およびその直交方向はスプリアスが発生しやすいため、厚みすべり振動の方向６０および／または方向６０に直交する方向の共振領域５０両側に付加膜２８を設けることが好ましい。

【0066】

実施例１の変形例１のように、付加膜２８は、中央領域５４を囲むエッジ領域５２と共振領域５０の外との境界の全てと平面視において重なることが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制できる。共振領域５０の平面形状を略矩形とし、矩形の４辺を方向６０およびその直交方向とし、４辺に付加膜２８を設けることが好ましい。これにより、スプリアスをより抑制できる。

【0067】

圧電基板１４を単結晶ニオブ酸リチウム基板とする場合、圧電基板１４を回転Ｙカットニオブ酸リチウム基板とする。このとき、圧電基板１４の上面の法線方向（Ｚ方向）はＹ軸Ｚ軸平面内の方向である。これにより、圧電基板１４の平面方向に厚みすべり振動が生じる。Ｘ軸方向は、圧電基板１４の平面方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。

【0068】

圧電基板１４の上面の法線方向（Ｚ方向）を結晶方位の＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向とする。これにより、厚みすべり振動の方向６０およびその直交方向が圧電基板１４の平面方向となる。Ｚ方向は、＋Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向に１０５°回転した方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。

【0069】

圧電基板１４を単結晶タンタル酸リチウム基板とする場合、圧電基板１４をＸカットタンタル酸リチウム基板とする。このとき、圧電基板１４の上面の法線方向（Ｚ方向）はＸ軸方向である。これにより、圧電基板１４の平面方向では厚みすべり振動が生じる。Ｘ軸方向は、圧電基板１４の法線方向から±５°の範囲内とすることが好ましく、±１°の範囲内とすることがより好ましい。

【0070】

結晶方位の＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向を圧電基板１４のＹ方向とする。これにより、圧電基板１４の平面方向のうち＋Ｙ軸方向から－Ｚ軸方向に４２°回転させた方向が厚みすべり振動の方向６０となる。

【実施例2】

【0071】

実施例２は、実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いたフィルタおよびデュプレクサの例である。図１３（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１３（ａ）に示すように、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に、１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４および１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ４の少なくとも１つの共振器に実施例１およびその変形例の圧電薄膜共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。

【0072】

図１３（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１３（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。

【0073】

マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。

【0074】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0075】

１０ 基板
１２ 下部電極
１４ 圧電基板
１６ 上部電極
２８ 付加膜
３０ 空隙
３１ 音響反射膜
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
５０ 共振領域
５２ エッジ領域
５４ 中央領域
５６ 領域
６０ 厚みすべり振動の方向

【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】