特許 7485478 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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(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 9/25 20060101AFI20240509BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020044458

(22)【出願日】2020-03-13

(65)【公開番号】P2021145306

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-03-02

(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】西村 拓哉

(72)【発明者】

【氏名】中里 寿春

(72)【発明者】

【氏名】西澤 年雄

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 直樹

【審査官】志津木 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１６４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１４９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／１３８８４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０４３４２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１６４２０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５０３６２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ３／００７－３／１０

Ｈ０３Ｈ９／００－９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板と、
前記支持基板上に設けられる圧電層と、
前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛歯状電極と、
前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以下の厚さであり、前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号とは弾性定数の温度係数の符号が反対である温度補償膜と、
前記支持基板と前記温度補償膜との間に設けられ、前記複数の電極指の平均ピッチの２．２倍以上の厚さであり、前記支持基板を伝搬する横波の音速より遅くかつ前記温度補償膜を伝搬する横波の音速より速い横波が伝搬し、酸化アルミニウムを主成分とする多結晶または非晶質である境界層と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記温度補償膜を伝搬する横波の音速は前記圧電層を伝搬する横波の音速より遅い請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記温度補償膜の前記支持基板側の面と前記圧電層の前記一対の櫛歯状電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以下である請求項１または２に記載の弾性波デバイス。

【請求項4】

前記境界層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの４．０倍以上である請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項5】

前記支持基板を伝搬する横波の音速は前記境界層を伝搬する横波の音速の１．１倍以上である請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項6】

前記境界層を伝搬する横波の音速は前記温度補償膜を伝搬する横波の音速の１．１倍以上である請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項7】

前記横波はバルク波である請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項8】

前記温度補償膜と前記圧電層との間に設けられた接合層を備える請求項３に記載の弾性波デバイス。

【請求項9】

前記圧電層は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを主成分とする単結晶であり、前記温度補償膜は酸化シリコンを主成分とする多結晶または非晶質であり、前記支持基板はサファイア基板または炭化シリコン基板である請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項10】

前記複数の電極指の平均ピッチは、前記少なくとも一対の櫛歯状電極の前記複数の電極指の配列方向における長さを前記複数の電極指の本数で除した数である請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。

【請求項11】

請求項１から１０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12】

請求項１１に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

【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、例えば一対の櫛歯状電極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】

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張り付け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膜を設けることが知られている（例えば特許文献２から５）。低音速膜と支持基板との間に圧電層より音速の速い高音速膜（境界層）を設け、高音速膜の厚さを所定の範囲と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２、３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－０３４３６３号公報

【文献】特開２０１５－１１５８７０号公報

【文献】国際公開第２０１３／１９１１２２号

【文献】米国特許第１００２０７９６号明細書

【文献】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】

特許文献２および３では、支持基板をガラスとし、境界層（高音速膜）を酸化アルミニウムとしてシミュレーションを行っている。これは、支持基板の音速が境界層の音速より遅い場合に相当すると考えられる。しかしながら、支持基板の音速を境界層の音速より速くする場合がある。このような場合におけるスプリアスを抑制する指針については知られていない。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、支持基板を伝搬する横波の音速が境界層を伝搬する横波の音速より速い場合におけるスプリアス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、支持基板と、前記支持基板上に設けられる圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛歯状電極と、前記支持基板と前記圧電層との間に設けられ、前記複数の電極指の平均ピッチの２倍以下の厚さであり、前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号とは弾性定数の温度係数の符号が反対である温度補償膜と、前記支持基板と前記温度補償膜との間に設けられ、前記複数の電極指の平均ピッチの２．２倍以上の厚さであり、前記支持基板を伝搬する横波の音速より遅くかつ前記温度補償膜を伝搬する横波の音速より速い横波が伝搬し、酸化アルミニウムを主成分とする多結晶または非晶質である境界層と、を備える弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記温度補償膜を伝搬する横波の音速は前記圧電層を伝搬する横波の音速より遅い構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記温度補償膜の前記支持基板側の面と前記圧電層の前記一対の櫛歯状電極側の面との距離は前記複数の電極指の平均ピッチの２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、前記境界層の厚さは前記複数の電極指の平均ピッチの４．０倍以上である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記支持基板を伝搬する横波の音速は前記境界層を伝搬する横波の音速の１．１倍以上である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記境界層を伝搬する横波の音速は前記温度補償膜を伝搬する横波の音速の１．１倍以上である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記横波はバルク波である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記温度補償膜と前記圧電層との間に設けられた接合層を備える構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記圧電層は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを主成分とする単結晶であり、前記温度補償膜は酸化シリコンを主成分とする多結晶または非晶質であり、前記支持基板はサファイア基板または炭化シリコン基板である構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記複数の電極指の平均ピッチは、前記少なくとも一対の櫛歯状電極の前記複数の電極指の配列方向における長さを前記複数の電極指の本数で除した数である構成とすることができる。

【0016】

本発明は、上記弾性波デバイスを備えるフィルタである。

【0017】

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、支持基板を伝搬する横波の音速が境界層を伝搬する横波の音速より速い場合におけるスプリアスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【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（ａ）から図２（ｆ）は、シミュレーションにおけるアドミッタンス｜Ｙ｜の周波数特性を示す図である。

【図3】図３（ａ）から図３（ｃ）は、シミュレーションにおけるアドミッタンス｜Ｙ｜の周波数特性を示す図である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｉ）は、シミュレーションにおけるインピーダンスのスミスチャートである。

【図5】図５（ａ）から図５（ｄ）は、シミュレーションにおける境界層の厚さＴ１に値する応答を示す図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および２に係る弾性波共振器の断面図である。

【図7】図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例３および４に係る弾性波共振器の断面図である。

【図8】図８（ａ）から図８（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例４から６に係る弾性波共振器の断面図である。

【図9】図９（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図９（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】

【0020】

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1】

【0021】

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におけ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。

【0022】

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０上に圧電層１４が設けられている。支持基板１０と圧電層１４との間に温度補償膜１２が設けられている。温度補償膜１２と支持基板１０との間に境界層１１が設けられている。境界層１１、温度補償膜１２、圧電層１４の厚さをそれぞれＴ１、Ｔ２、およびＴ４とする。厚さとは支持基板１０および圧電層１４の積層方向であるＺ方向における基板、層および膜の長さを指す。

【0023】

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。

【0024】

ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛歯状電極２０を備える。櫛歯状電極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。一対の櫛歯状電極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。一対の櫛歯状電極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。一対の櫛歯状電極２０のうち一方の櫛歯状電極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、一方の櫛歯状電極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。

【0025】

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。

【0026】

支持基板１０は、例えばサファイア基板、シリコン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、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、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。

【0027】

温度補償膜１２は、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、温度補償膜１２の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１２は、例えば無添加または弗素等の添加元素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜であり、例えばアモルファス層である。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。温度補償膜１２が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速より遅くなる。横波は、例えばバルク波である。

【0028】

境界層１１を伝搬する横波の音速は、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速より速い。これにより、圧電層１４および温度補償膜１２内に横波が閉じ込められる。さらに、境界層１１を伝搬する横波の音速は、支持基板１０を伝搬する横波の音速より遅い。境界層１１は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜である。

【0029】

金属膜１６は、例えばＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。ここで、ある材料を主成分とするとは、意図的または意図せず不純物を含むことを意味し、例えばある材料を５０原子％以上含むことであり、８０原子％以上含むことである。電極指１８と圧電層１４との間にＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）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を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償膜として機能する。

【0030】

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の太さを電極指１８のピッチで除した値であり、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。

【0031】

表１に各材料のヤング率、ポアソン比、密度および横波の音速を示す。横波の音速Ｖは、ヤング率Ｅ、ポアソン比γおよび密度ρを用い数式１により算出できる。

【数1】

【表1】

【0032】

表１において、ＬＴ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＳＡはそれぞれ単結晶タンタル酸リチウム、多結晶酸化アルミニウム、アモルファス酸化シリコンおよびサファイア（単結晶酸化アルミニウム）である。ＬＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＳｉＮおよびＳｉＣは、それぞれ単結晶ニオブ酸リチウム、多結晶シリコン、多結晶窒化アルミニウム、多結晶窒化シリコンおよび多結晶炭化シリコンである。

【0033】

表１のように、タンタル酸リチウム基板およびニオブ酸リチウム基板を圧電層１４としたとき、温度補償膜１２として酸化シリコン膜を用いると、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速より遅くなる。境界層１１として酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜または窒化シリコン膜を用いると、境界層１１を伝搬する横波の音速は温度補償膜１２を伝搬する横波の音速より速くなる。支持基板１０としてサファイア基板または炭化シリコン基板を用いると、支持基板１０を伝搬する横波の音速は境界層１１を伝搬する横波の音速より速くなる。境界層１１が酸化アルミニウム膜のときは支持基板１０をシリコン基板としても支持基板１０を伝搬する横波の音速は境界層１１を伝搬する横波の音速より速くなる。

【0034】

以下、各層の機能および各層の厚さの好ましい範囲について考察する。温度補償膜１２は弾性波共振器の周波数温度係数を小さくする機能を有する。こ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温度補償膜１２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、圧電層１４の厚さＴ４は、好ましくは２λ以下であり、より好ましくはλ以下であり、さらに好ましくは０．６λ以下である。

【0035】

温度補償膜１２の下に温度補償膜１２より横波の音速が速い境界層１１または支持基板１０を設ける。これにより、弾性波のメイン応答のエネルギーを圧電層１４および温度補償膜１２に閉じ込めることがきる。よって、メイン応答の特性が良好となる。しかし、例えばバルク波等の不要波が温度補償膜１２と境界層１１または支持基板１０との界面で反射する。これにより、スプリアス応答が大きくなる。温度補償膜１２の厚さＴ２をλ以下、好ましくは０．６λ以下とすると、不要波の少なくとも一部は温度補償膜１２を通過し境界層１１に至る。また、メイン応答の弾性波を温度補償膜１２および圧電層１４に閉じ込めることができる。よって、損失が抑制される。

【0036】

特許文献２および３では、支持基板１０を伝搬する横波の音速が境界層１１（高音速膜）を伝搬する横波の音速より遅い。このため、温度補償膜１２（低音速膜）から境界層１１内に伝搬した不要波は境界層１１から支持基板１０に抜けていく。特許文献２および３では境界層１１が薄くなると不要波によるスプリアス応答が抑制されることが記載されている。

【0037】

しかし、支持基板１０を伝搬する横波の音速が境界層１１の音速より速くなることがある。支持基板１０として例えば硬い材料および／または熱伝導率の高い材料を選択すると、支持基板１０を伝搬する横波の音速が境界層１１を伝搬する横波の音速より速くなる。この場合、不要波が支持基板１０と境界層１１との界面で反射する。このため、境界層１１の厚さＴ１の好ましい範囲は特許文献２および３とは異なる振る舞いをすると考えられる。

【0038】

［シミュレーション］
そこで、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。
支持基板１０：サファイア基板
境界層１１：酸化アルミニウム膜
温度補償膜１２：酸化シリコン膜、Ｔ２＝０．１λ
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
金属膜１６：厚さが０．１λのアルミニウム膜
弾性波の波長：１．５μｍ
各層を伝搬する横波の音速は以下である。
支持基板１０：６８８１．５ｍ／ｓ
境界層１１：４５８１．８ｍ／ｓ
温度補償膜１２：３６８３．５ｍ／ｓ
圧電層１４：３７５３．５ｍ／ｓ

【0039】

図２（ａ）から図３（ｃ）は、シミュレーションにおけるアドミッタンス｜Ｙ｜の周波数特性を示す図である。図２（ａ）から図３（ｃ）は、それぞれ境界層１１の厚さＴ１を０λ、１λ、１．１λ、１．２λ、３λ、５λ、１０λ、３０λおよび７０λとしたときの周波数に対する弾性波共振器のアドミッタンスの大きさを示す図である。

【0040】

図２（ａ）から図３（ｃ）において、２６００ＭＨｚ付近の応答がメイン応答であり、３２００ＭＨｚから４４００ＭＨｚの応答が高周波スプリアス応答である。図２（ａ）から図３（ｄ）に示すように、メイン応答は境界層１１の厚さＴ１が大きくなっても劣化しない。一方、スプリアス応答は厚さＴ１が大きくなると小さくなる。

【0041】

図４（ａ）から図４（ｉ）は、シミュレーションにおけるインピーダンスのスミスチャートである。周波数範囲は３１００ＭＨｚから４６００ＭＨｚにおける弾性波共振器のインピーダンスを示すスミスチャートである。図４（ａ）から図４（ｉ）に示すように、境界層１１の厚さＴ１が大きくなると高周波スプリアスによるインピーダンスのディスパリティが小さくなる。

【0042】

図５（ａ）から図５（ｄ）は、シミュレーションにおける境界層の厚さＴ１に値する応答を示す図である。図５（ａ）は、メイン応答を示し、図５（ｂ）は、メイン応答の厚さＴ１が１０λ以下を拡大した図である。図５（ｃ）は、スプリアス応答を示し、図５（ｄ）は、スプリアス応答の厚さＴ１が１０λ以下を拡大した図である。メイン応答ΔＹは、図２（ａ）から図３（ｃ）における２６００ＭＨｚ付近の共振周波数におけるアドミッタンス｜Ｙ｜と反共振周波数における｜Ｙ｜との差である。スプリアス応答ｍａｘΔＹは、図２（ａ）から図３（ｃ）における３２００ＭＨｚから４６００ＭＨｚにおける応答のΔＹのうち最も大きいΔＹである。

【0043】

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、境界層１１の厚さＴ１を０λから７０λとしてもメイン応答ΔＹは８４ｄＢから８５．５ｄＢであり、大きくは変わらない。詳細にみると、厚さＴ１が１．１λ以下となるとメイン応答ΔＹが若干小さくなり、厚さＴ１が１λ以下となるとメイン応答ΔＹはさらに小さくなる。

【0044】

図５（ｃ）および図５（ｄ）に示すように、境界層１１の厚さＴ１が大きくなるとスプリアス応答ｍａｘΔＹが小さくなる。図５（ｃ）に示すように、厚さＴ１が１０λ以下となるとスプリアス応答ｍａｘΔＹが大きくなり、図５（ｄ）に示すように厚さＴ１が１．１以下となると、スプリアス応答ｍａｘΔＹは急激に大きくなり、２０ｄＢ以上となる。

【0045】

以上のシミュレーションからスプリアス応答を抑制するためには境界層１１を厚くすることが有効であることがわかる。これは、境界層１１を厚くすることで、境界層１１と支持基板１０との界面において反射された不要波が圧電層１４に戻ることを抑制できるためと考えられる。この結果は、特許文献２および３におけるシミュレーションの結果とは反対である。このように、支持基板１０を伝搬する横波の音速が境界層１１を伝搬する横波の音速より速くなると、境界層１１の厚さＴ１に対するスプリアス応答の振る舞いは特許文献２および３とは逆となることがわかった。

【0046】

実施例１によれば、弾性定数の温度係数の符号が圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対である温度補償膜１２の厚さＴ２を複数の電極指１８の平均ピッチの２倍以下（すなわち弾性波の波長λの１倍以下）とする。これにより、不要波は温度補償膜１２と境界層１１との間の界面を通過し境界層１１内に伝搬する。また、メイン応答の弾性波を圧電層１４および温度補償膜１２内に閉じ込めることができるため、メイン応答を大きくできる。横波の音速が支持基板１０を伝搬する横波の音速より遅くかつ温度補償膜１２を伝搬する横波の音速より速い境界層１１の厚さＴ１を複数の電極指１８の平均ピッチの２．２倍以上（弾性波の波長λの１．１倍以上）とする。これにより、境界層１１と支持基板１０との間の界面において反射された弾性波が圧電層１４内に伝搬することが抑制でき、スプリアス応答を抑制できる。

【0047】

不要波を境界層１１に通過させる観点から、温度補償膜１２の厚さＴ２は、電極指１８の平均ピッチの１．５倍以下が好ましく、１倍以下がより好ましい。温度補償膜１２の温度補償機能を発揮させる観点から、厚さＴ２は、電極指１８の平均ピッチの０．１倍以上が好ましく、０．２倍以上がより好ましい。

【0048】

スプリアス応答を抑制する観点から、境界層１１の厚さＴ１は電極指１８の平均ピッチの２．５倍以上が好ましく、３．０倍以上がより好ましく、４．０倍以上がさらに好ましい。境界層１１が厚いと境界層１１の積層時間が長くなる。よって、境界層１１の厚さＴ１は電極指１８の平均ピッチの１００倍以下が好ましく、２０倍以下がより好ましい。

【0049】

メイン応答の弾性波のエネルギーを温度補償膜１２内に存在させる観点から、圧電層１４の厚さＴ４は複数の電極指１８の平均ピッチの２倍以下が好ましく、１倍以下がより好ましい。圧電層１４を機能させる観点から、圧電層１４の厚さＴ４は複数の電極指１８の平均ピッチの０．１倍以上が好ましく、０．２倍以上がより好ましい。

【0050】

弾性表面波のエネルギーが圧電層１４の表面からλまでの範囲にほとんど存在する場合には、メイン応答の弾性波を圧電層１４および温度補償膜１２内に閉じ込め、かつスプリアス応答を抑制する観点から、温度補償膜１２の支持基板１０側の面と圧電層１４の櫛歯状電極２０側の面との距離（Ｔ２＋Ｔ４）は複数の電極指１８の平均ピッチの２倍以下が好ましく、１．６倍以下がより好ましい。

【0051】

なお、複数の電極指１８の平均ピッチは、弾性波共振器２６のうちＩＤＴ２２のＸ方向の長さを電極指１８の本数で除することにより算出できる。

【0052】

温度補償膜１２を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速より速くてもよいが、弾性波が温度補償膜１２内に存在しやすくなるため、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速より遅いことが好ましい。これにより、温度補償膜１２としてより機能することができる。温度補償膜１２を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速の０．９９倍以下が好ましい。温度補償膜１２を伝搬する横波の音速が遅すぎると、圧電層１４内に弾性波が存在しにくくなる。よって、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速の０．９倍以上が好ましい。

【0053】

境界層１１を伝搬する横波の音速は、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。また、境界層１１を伝搬する横波の音速は圧電層１４を伝搬する横波の音速より大きいことが好ましい。境界層１１を伝搬する横波の音速が速すぎると、不要波が境界層１１と温度補償膜１２との界面で反射されてしまう。この観点から境界層１１を伝搬する横波の音速は温度補償膜１２を伝搬する横波の音速の２．０倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましい。

【0054】

支持基板１０を伝搬する横波の音速は境界層１１を伝搬する横波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。支持基板１０を伝搬する横波の音速は境界層１１を伝搬する横波の音速の２．０倍以下が好ましい。

【0055】

圧電層１４は、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを主成分とする単結晶であり、温度補償膜１２は酸化シリコンを主成分とする多結晶または非晶質であり、境界層１１は酸化アルミニウムを主成分とする多結晶または非晶質であり、支持基板１０はサファイア基板または炭化シリコン基板である。これにより、シミュレーションのように、スプリアス応答を抑制できる。なお、ある材料を主成分とするとは、意図的または意図せず不純物を含むことを意味し、例えばある材料を５０原子％以上含むことであり、８０原子％以上含むことである。

【0056】

［実施例１の変形例１］
図６（ａ）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６（ａ）に示すように、圧電層１４と温度補償膜１２との間の接合層１３が設けられている。接合層１３は、圧電層１４と温度補償膜１２とを接合する。圧電層１４と温度補償膜１２とを直接接合させることが難しい場合、接合層１３を設けてもよい。接合層１３は、例えば、酸化アルミニウム膜、シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜である。接合層１３の厚さＴ３は、圧電層１４および温度補償膜１２の機能を損なわない観点から、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましい。接合層１３としての機能を損なわない観点から、厚さＴ３は、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。メイン応答の弾性波を圧電層１４に閉じ込める観点から、接合層１３を伝搬する横波の音速は温度補償膜１２を伝搬する横波の音速より速いことが好ましい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0057】

［実施例１の変形例２］
図６（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波共振器の断面図である。図６（ｂ）に示すように、境界層１１は積層された複数の境界層１１ａから１１ｂを含んでいる。境界層１１ａから１１ｂを伝搬する横波の音速は、温度補償膜１２を伝搬する横波の音速より速く、かつ支持基板１０を伝搬する横波の音速より遅い。境界層１１の厚さＴ１は複数の境界層１１ａから１１ｂの厚さＴ１ａからＴ１ｂの合計である。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例２のように、境界層１１は異なる材料からなり積層された複数の境界層１１ａから１１ｂを含んでもよい。

【0058】

［実施例１の変形例３］
図７（ａ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の断面図である。図７（ａ）に示すように、支持基板１０と境界層１１との界面１５ａは規則的な凹凸面である。界面１５ａの算術平均粗さＲａは例えば０．０２μｍ以上である。その他の界面は平坦面である。不要波が界面１５ａにおいて散乱されるためスプリアス応答をより抑制できる。この場合、境界層１１の厚さＴ１は境界層１１の平均の厚さとなる。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

【0059】

［実施例１の変形例４］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の断面図である。図７（ｂ）に示すように、支持基板１０の下面１５ｃは規則的な凹凸面である。下面１５ｃの算術平均粗さＲａは例えば０．０２μｍ以上である。その他の界面は平坦面である。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

【0060】

［実施例１の変形例５］
図８（ａ）は、実施例１の変形例５に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ａ）に示すように、支持基板１０と境界層１１の界面１５ａおよび境界層１１と温度補償膜１２との界面１５ｂは規則的な凹凸面である。界面１５ｂの凹凸は例えば界面１５ａの凹凸に追従している。界面１５ａおよび１５ｂの算術平均粗さＲａは例えば０．０２μｍ以上である。その他の界面は平坦面である。不要波が界面１５ａおよび１５ｂで乱反射されるためスプリアス応答をより抑制できる。この場合、境界層１１の厚さＴ１は境界層１１の平均の厚さとなり、温度補償膜１２の厚さＴ２は温度補償膜１２の平均の厚さとなる。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

【0061】

［実施例１の変形例６］
図８（ｂ）は、実施例１の変形例６に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ｂ）に示すように、境界層１１と温度補償膜１２との界面１５ｂは規則的な凹凸面である。界面１５ｂの算術平均粗さＲａは例えば０．０２μｍ以上である。その他の界面は平坦面である。不要波が界面１５ｂにおいて散乱されるためスプリアス応答をより抑制できる。この場合、温度補償膜１２の厚さＴ２は温度補償膜１２の平均の厚さとなる。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。

【0062】

［実施例１の変形例７］
図８（ｃ）は、実施例１の変形例７に係る弾性波共振器の断面図である。図８（ｃ）に示すように、支持基板１０と境界層１１との界面１５ａは不規則的な（すなわちランダムな）粗面である。界面１５ａの算術平均粗さＲａは例えば０．０２μｍ以上である。その他の界面は平坦面である。その他の構成は実施例１の変形例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例４から６において規則的な凹凸面に代わりに不規則的な粗面でもよい。

【0063】

実施例１の変形例３から６のように、各層の界面および支持基板１０の下面の少なくとも１つの面は規則的な凹凸面でもよい。実施例１の変形例７のように、各層の界面および支持基板１０の下面の少なくとも１つの面は不規則的な粗面でもよい。実施例１の変形例３から７では、凹凸面または粗面において不要波が散乱されるためスプリアス応答を抑制できる。各層の界面が平坦面でない場合、各層の厚さは各層の平均の厚さとなる。実施例１に規則的な凹凸面または不規則的な粗面を設けてもよい。

【0064】

実施例１およびその変形例において、一対の櫛歯状電極２０が主に励振する弾性波がＳＨ（Shear Horizontal）波であるとき、不要波としてバルク波が励振しやすい。圧電層１４が３６°以上かつ４８°以下回転Ｙカットタンタル酸リチウム層のとき、ＳＨ波が励振される。よって、このとき、境界層１１を設けることが好ましい。一対の櫛歯状電極２０が主に励振する弾性波は、ＳＨ波に限らず例えばＬａｍｂ波であってもよい。

【実施例2】

【0065】

図９（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図９（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２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Ｓ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１の弾性波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。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。

【0066】

［実施例２の変形例１］
図９（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９（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から入力された高周波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から入力された高周波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。

【0067】

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。

【0068】

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】

【0069】

１０ 支持基板
１１ 境界層
１２ 温度補償膜
１３ 接合層
１４ 圧電層
１６ 金属膜
１８ 電極指
２０ 櫛歯状電極
２２ ＩＤＴ
２６ 弾性波共振器
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】