特許 7509598 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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(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 20060101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020128156

(22)【出願日】2020-07-29

(65)【公開番号】P2022025374

(43)【公開日】2022-02-10

【審査請求日】2023-06-13

(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】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中里 寿春

(72)【発明者】

【氏名】高橋 直樹

(72)【発明者】

【氏名】岩渕 亮太

【審査官】福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１１５８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１６４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０７８４８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／１８６６６１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／２５

(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、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速くかつ前記支持基板を伝搬するバルク波の音速より遅いバルク波が伝搬する境界層と、
前記支持基板と前記境界層との間に設けられ、前記境界層のＱ値の０．２倍以下のＱ値を有する中間層と、
を備える弾性波デバイス。

【請求項2】

前記中間層の厚さは、前記複数の電極指の平均ピッチの０．１倍以上である請求項１に記載の弾性波デバイス。

【請求項3】

前記境界層の厚さは、前記複数の電極指の平均ピッチの２．２倍以上である請求項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４倍以下である請求項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】

前記境界層と前記中間層とは接する請求項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】

前記境界層の厚さは、前記複数の電極指の平均ピッチの１０倍以下である請求項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】

前記境界層の主成分と前記中間層の主成分は、同じである請求項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、前記境界層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、前記中間層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】

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を備えるフィルタ。

【請求項10】

請求項９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接合することが知られている。圧電層の厚さを弾性表面波の波長以下とすることが知られている（例えば特許文献１）。圧電層と支持基板との間に温度補償膜または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）を設けることが知られている（例えば特許文献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２０１９－２０１３４５号公報

【文献】特開２０１５－１１５８７０号公報

【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】

温度補償膜または低音速膜と支持基板との間に高音速膜（境界層）を設けることでスプリアスを抑制することができる。しかしながら、よりスプリアスを抑制することが求められている。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、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、前記温度補償膜を伝搬するバルク波の音速より速くかつ前記支持基板を伝搬するバルク波の音速より遅いバルク波が伝搬する境界層と、前記支持基板と前記境界層との間に設けられ、前記境界層のＱ値の０．２倍以下のＱ値を有する中間層と、を備える弾性波デバイスである。

【0007】

上記構成において、前記中間層の厚さは、前記複数の電極指の平均ピッチの０．１倍以上である構成とすることができる。

【0008】

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２．２倍以上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４倍以下である構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記境界層と前記中間層とは接する構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記境界層の厚さは、前記複数の電極指の平均ピッチの１０倍以下である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記境界層の主成分と前記中間層の主成分は同じである構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、前記圧電層は、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、前記境界層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、前記中間層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る構成とすることができる。

【0014】

本発明は、上記弾性波デバイスを備えるフィルタである。

【0015】

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】

【0016】

本発明によれば、スプリアスを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【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）および図２（ｂ）は、比較例１に係る弾性波共振器の断面図および通過特性の模式図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例２に係る弾性波共振器の断面図および通過特性の模式図である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｃ）は、シミュレーション１における実施例１および比較例２の周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれ比較例２および実施例１のインピーダンスのスミスチャートを示す図である。

【図6】図６（ａ）から図６（ｅ）は、シミュレーション２における周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。

【図7】図７（ａ）から図７（ｅ）は、それぞれ図６（ａ）から図６（ｅ）のスプリアス応答５９付近の拡大図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、シミュレーション２における中間層のＱ値に対するそれぞれメイン応答ΔＹおよびスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。

【図9】図９（ａ）から図９（ｅ）は、シミュレーション３における周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｅ）は、それぞれ図９（ａ）から図９（ｅ）のスプリアス応答５９付近の拡大図である。

【図11】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、シミュレーション３における中間層の厚さＴ１に対するそれぞれメイン応答ΔＹおよびスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。

【図12】図１２は、シミュレーション４における中間層の厚さおよびＱ値に対するスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。

【図13】図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、シミュレーション５におけるそれぞれサンプルＡ、Ｂおよび比較例２の周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。

【図14】図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、シミュレーション５におけるそれぞれメイン応答ΔＹおよびスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。

【図15】図１５（ａ）から図１５（ｄ）は、シミュレーション６の比較例２における境界層の厚さＴ２に対する応答を示す図である。

【図16】図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、シミュレーション６の実施例１における境界層の厚さＴ２に対するそれぞれメイン応答およびスプリアス応答を示す図である。

【図17】図１７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18】図１８（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、 図１８（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】

【0018】

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】

【0019】

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。

【0020】

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１３が設けられている。温度補償膜１３と支持基板１０との間に境界層１２が設けられている。境界層１２と支持基板１０との間に中間層１１が設けられている。支持基板１０と中間層１１との界面を界面３０、中間層１１と境界層１２との界面を界面３１、境界層１２と温度補償膜１３との界面を界面３２、温度補償膜１３と圧電層１４との界面を界面３３とする。中間層１１、境界層１２、温度補償膜１３、圧電層１４の厚さをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３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意味する。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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または多結晶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。また、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を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速より速くなる。

【0025】

温度補償膜１３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１３の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１３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、例えば非晶質層である。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１３が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルクの音速より遅くなる。

【0026】

温度補償膜１３が温度補償の機能を有するためにはメイン応答の弾性波のエネルギーが温度補償膜１３内にある程度存在することが求められる。弾性表面波のエネルギーが集中する範囲は弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には弾性表面波のエネルギーは圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）の範囲に集中し、特に圧電層１４の上面からλの範囲に集中する。そこで、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。

【0027】

境界層１２を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電層１４および温度補償膜１３内に主モードの弾性波が閉じ込められる。さらに、境界層１２を伝搬するバルク波の音速は、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速より遅い。境界層１２は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜である。境界層１２は異なる材料からなる複数の層が積層されていてもよい。

【0028】

中間層１１のＱ値は境界層１２のＱ値より低い。誘電体材料におけるＱ値は誘電正接ｔａｎδの逆数である。Ｑ値の低い誘電体材料は伝搬損失が大きい。中間層１１のバルク波の音速は、境界層１２のバルク波の音速より速くてもよいし遅くてもよい。例えば、中間層１１と境界層１２は孔のない層であり、中間層１１の材料を境界層１２の材料よりＱ値の小さい材料とする。例えば、中間層１１を、孔を有する多孔質層とし、境界層１２を多孔質でない層とする。この場合、中間層１１の材料は境界層１２の材料と同じでもよいし、異なっていてもよい。中間層１１は、例えば酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜等の無機絶縁体、樹脂等の有機絶縁体、または導電体である。

【0029】

金属膜１６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜である。電極指１８と圧電層１４との間にチタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）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、密度およびバルク波の音速を示す。バルク波の音速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、非晶質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１３として酸化シリコン膜を用いると、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅くなる。境界層１２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１２を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク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を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速より速くなる。境界層１２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を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速より速くなる。

【0034】

［比較例１］
図２（ａ）および図２（ｂ）は、比較例１に係る弾性波共振器の断面図および通過特性の模式図である。図２（ａ）に示すように、比較例１では、中間層１１および境界層１２が設けられていない。支持基板１０のバルク波の音速は温度補償膜１３のバルク波の音速より速い。このため、主モードである弾性波（例えば弾性表面波）およびバルク波を含む遅い弾性波５０は温度補償膜１３と支持基板１０との界面３４において反射する。弾性波５０より速い弾性波５１は界面３４を通過する。

【0035】

図２（ｂ）に示すように、弾性波５０に対応する低い周波数領域５４には、メイン応答５８およびバルク波に起因するスプリアス応答５９が含まれる。弾性波５１に対応する周波数領域５５は領域５４より高い。比較例１では、主モードの弾性波は圧電層１４および温度補償膜１３に閉じ込められるため、メイン応答５８が大きくなる。しかし、界面３４において反射されたバルク波によりスプリアス応答５９（高周波スプリアス）が生じる。

【0036】

［比較例２］
図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例２に係る弾性波共振器の断面図および通過特性の模式図である。図３（ａ）に示すように、比較例２では、中間層１１が設けられていない。境界層１２のバルク波の音速は温度補償膜１３のバルク波の音速より速く、支持基板１０のバルク波の音速は境界層１２のバルク音速より速い。このため、主モードである弾性波を含む遅い弾性波５０は温度補償膜１３と境界層１２との界面３２において反射する。弾性波５０より速いバルク波を含む弾性波５２は、界面３２を通過し、境界層１２と支持基板１０との界面３５において反射する。弾性波５２より速い弾性波５１は界面３２および３５を通過する。

【0037】

図３（ｂ）に示すように、弾性波５０に対応する低い周波数領域５４には、メイン応答５８が含まれる。弾性波５２に対応する周波数領域５６は領域５４より高く、バルク波に起因するスプリアス応答５９が含まれる。弾性波５１に対応する周波数領域５５は周波数領域５６より高い。比較例２では、比較例１と同様にメイン応答５８が大きくなる。さらに、比較例１に比べ、バルク波を含む弾性波５２は境界層１２を通過するためスプリアス応答５９が小さくなる。バルク波を含む弾性波５２が支持基板１０に漏洩しないため、損失を抑制できる。界面３５において反射されたバルク波に起因するスプリアス応答５９が小さくなるものの、スプリアス応答５９は十分に小さくはない。

【0038】

比較例２において、スプリアス応答５９を小さくするためには、境界層１２を厚くすることが考えられる。また、弾性波５２を界面３５において散乱させるため、界面３５を粗面とすることが考えられる。しかし、これらの方法では製造工程が増大および製造プロセスの難易度が上昇する。

【0039】

実施例１では、境界層１２と支持基板１０との間にＱ値の低い中間層１１を設けることで、弾性波５２のシャープな反射が抑制される。これにより、バルク波に起因したスプリアスが抑制される。支持基板１０のバルク波の音速は境界層１２のバルク波の音速より速いため、バルク波を含む弾性波５２が中間層１１を通過して支持基板１０へ漏洩することが抑制される。これにより、損失を抑制できる。

【0040】

［シミュレーション１］
実施例１と比較例２の通過特性をシミュレーションした。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、
中間層１１：酸化アルミニウム層、Ｔ１＝１λ、Ｑ＝１／５０×Ｑ０
Ｑ０は境界層１２のＱ値である。
境界層１２：酸化アルミニウム層、Ｔ２＝５λ
温度補償膜１３：酸化シリコン膜、Ｔ３＝０．３λ
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：アルミニウム、厚さ０．１λ
弾性波の波長λ：５μｍ
比較例２では、中間層１１が設けられていない。

【0041】

シミュレーションに用いる各材料のバルク波の音速を以下とした。
支持基板１０ ：７０６８．２ｍ／ｓ
中間層１１ ：４５８１．８ｍ／ｓ
境界層１２ ：４５８１．８ｍ／ｓ
温度補償膜１３：３６８３．５ｍ／ｓ
圧電層１４ ：３７５０．８ｍ／ｓ

【0042】

図４（ａ）から図４（ｃ）は、シミュレーション１における実施例１および比較例２の周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）の範囲ＡおよびＢの拡大図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、メイン応答５８の大きさは実施例１と比較例２とでほぼ同じである。図４（ａ）および図４（ｃ）に示すように、スプリアス応答５９の大きさは、比較例２に比べ実施例１において小さくなっている。

【0043】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれ比較例２および実施例１のインピーダンスのスミスチャートを示す図である。周波数範囲が５００ＭＨｚから３０００ＭＨｚ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５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、実施例１では比較例２に比べ、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。このように、実施例１では比較例２に比べ、メイン応答５８の大きさを変えることなく、スプリアス応答５９を小さくできる。

【0044】

［シミュレーション２］
シミュレーション２では、中間層１１のＱ値を１×Ｑ０から１／５０×Ｑ０まで変化させた。中間層１１のＱ値が１×Ｑ０のときは比較例２に相当する。Ｑ０は境界層１２のＱ値である。その他の条件はシミュレーション１の実施例１と同じである。

【0045】

図６（ａ）から図６（ｅ）は、シミュレーション２における周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。図７（ａ）から図７（ｅ）は、それぞれ図６（ａ）から図６（ｅ）のスプリアス応答５９付近の拡大図である。

【0046】

図８（ａ）および図８（ｂ）は、シミュレーション２における中間層のＱ値に対するそれぞれメイン応答ΔＹおよびスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。メイン応答ΔＹは、図６（ａ）から図６（ｅ）における７５０ＭＨｚ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７（ａ）から図７（ｅ）における１０００ＭＨｚから２２５０ＭＨｚにおける応答のΔＹのうち最も大きいΔＹである。

【0047】

図６（ａ）から図６（ｅ）および図８（ａ）に示すように、メイン応答５８の大きさは中間層１１のＱ値を変えてもほとんど変わらない。中間層１１のＱ値が１×Ｑ１のときと１／５０×Ｑ２のときとで、メイン応答ΔＹはほぼ同じである。

【0048】

図７（ａ）から図７（ｅ）および図８（ｂ）に示すように、中間層１１のＱ値が小さくなるとスプリアス応答５９が小さくなる。中間層１１のＱ値が０．２×Ｑ０以下となるとスプリアス応答ｍａｘΔＹは急激に小さくなる。中間層１１のＱ値が１／５０×Ｑ０のとき、Ｑ値が１×Ｑ０に比べスプリアス応答ｍａｘΔＹは約１／７になる。

【0049】

以上のように、中間層１１のＱ値を境界層１２のＱ値Ｑ０より小さくすると、メイン応答ΔＹは変わらず、スプリアス応答ｍａｘΔＹを小さくできる。

【0050】

［シミュレーション３］
シミュレーション３では、中間層１１のＱ値を１／１０×Ｑ０とし、中間層１１の厚さＴ１を０．２λから１λまで変化させた。その他の条件はシミュレーション１の実施例１と同じである。

【0051】

図９（ａ）から図９（ｅ）は、シミュレーション３における周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。図１０（ａ）から図１０（ｅ）は、それぞれ図９（ａ）から図９（ｅ）のスプリアス応答５９付近の拡大図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、シミュレーション３における中間層の厚さＴ１に対するそれぞれメイン応答ΔＹおよびスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。

【0052】

図９（ａ）から図９（ｅ）および図１１（ａ）に示すように、メイン応答５８の大きさは中間層１１の厚さＴ１を変えてもほとんど変わらない。図１０（ａ）から図１０（ｅ）および図１１（ｂ）に示すように、中間層１１の厚さＴ１が厚くなるとスプリアス応答５９が小さくなる。中間層１１の厚さＴ１が１λのとき、Ｔ１が０．２λに比べスプリアス応答ｍａｘΔＹは約１／２になる。以上のように、中間層１１の厚さＴ１を厚くすると、スプリアス応答ｍａｘΔＹを小さくできる。

【0053】

［シミュレーション４］
シミュレーション４では、境界層１２の厚さＴ２を１．１λとし、中間層１１のＱ値および厚さＴ１を変え、スプリアス応答ｍａｘΔＹをシミュレーションした。図１２は、シミュレーション４における中間層の厚さおよびＱ値に対するスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。図１２に示すように、中間層１１の厚さＴ１を０．０５λ以上とし、中間層１１のＱ／Ｑ０を０．２以下とすると、スプリアス応答ｍａｘΔＹはほぼ－２０ｄＢ以下となり、中間層１１のＱ／Ｑ０を０．１以下とすると、スプリアス応答ｍａｘΔＹはほぼ－１７．５ｄＢ以下となる。

【0054】

［シミュレーション５］
シミュレーション５では、中間層１１のバルク波の音速を境界層１２と異ならせた。中間層１１の材料およびバルク波の音速を以下とした。
サンプルＡ：酸化アルミニウム、４５８１．８ｍ／ｓ
サンプルＢ：サファイア、７０６８．２ｍ／ｓ
中間層１１のＱは支持基板１０のＱ値Ｑ０´としたとき、１／５０×Ｑ０´とした。中間層１１の厚さＴ１を１λとしてその他の条件はシミュレーション１と同じである。

【0055】

図１３（ａ）から図１３（ｃ）は、シミュレーション５におけるそれぞれサンプルＡ、Ｂおよび比較例２の周波数に対するアドミッタンスの大きさ｜Ｙ｜を示す図である。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、シミュレーション５におけるそれぞれメイン応答ΔＹおよびスプリアス応答ｍａｘΔＹを示す図である。

【0056】

図１４（ａ）に示すように、中間層１１のバルク波の音速を変えてもメイン応答ΔＹは比較例２とほぼ同じである。図１３（ａ）から図１３（ｃ）および図１４（ｂ）に示すように、サンプルＢのように中間層１１のバルク波の音速をサンプルＡより大きくするとスプリアス応答ｍａｘΔＹは大きくなるものの比較例２より小さい。このように、中間層１１のバルク波の音速を境界層１２のバルク波の音速から変えてもメイン応答の大きさを変えずに高周波スプリアスを抑制できる。サンプルＡとＢの比較より、中間層１１のバルク波の音速は遅い方が高周波スプリアスを抑制できる。

【0057】

［シミュレーション６］
シミュレーション６では、境界層１２の厚さＴ２を変化させた。まず、中間層１１を設けていない比較例２について境界層１２の厚さＴ２を変化させた。厚さＴ２を変えていることと温度補償膜１３の厚さＴ３を０．１λとしていること以外の条件はシミュレーション１の比較例２と同じである。

【0058】

図１５（ａ）から図１５（ｄ）は、シミュレーション６の比較例２における境界層の厚さＴ２に対する応答を示す図である。図１５（ａ）は、メイン応答を示し、図１５（ｂ）は、メイン応答の厚さＴ２が１０λ以下を拡大した図である。図１５（ｃ）は、スプリアス応答を示し、図１５（ｄ）は、スプリアス応答の厚さＴ２が１０λ以下を拡大した図である。

【0059】

図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、境界層１２の厚さＴ２を０λから７０λとしてもメイン応答ΔＹは変わらない。詳細にみると、厚さＴ２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Ｔ２が１λ以下となるとメイン応答ΔＹはさらに小さくなる。

【0060】

図１５（ｃ）および図１５（ｄ）に示すように、境界層１２の厚さＴ２が大きくなるとスプリアス応答ｍａｘΔＹが小さくなる。図１５（ｃ）に示すように、厚さＴ２が１０λ以下となるとスプリアス応答ｍａｘΔＹが大きくなり、図１５（ｄ）に示すように厚さＴ２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。

【0061】

次に、実施例１について境界層１２の厚さＴ２を変化させた。厚さＴ２を変えていること以外の条件はシミュレーション１の実施例１と同じである。

【0062】

図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、シミュレーション６の実施例１における境界層の厚さＴ２に対するそれぞれメイン応答およびスプリアス応答を示す図である。図１６（ａ）に示すように、メイン応答ΔＹは境界層１２の厚さＴ２にあまり依存しない。厚さＴ２が１．１λ以下になるとメイン応答ΔＹが若干低下する。図１６（ｂ）に示すように、スプリアス応答ｍａｘΔＹは境界層１２の厚さＴ２にあまり依存しない。厚さＴ２が１．１λ以下になるとスプリアス応答ｍａｘΔＹが若干低下する。

【0063】

シミュレーション６では、比較例２と実施例１とで温度補償膜１３の厚さＴ３が異なるため、単純には比較できないものの、実施例１では比較例２に比べ境界層１２の厚さＴ２が薄くなってもメイン応答ΔＹは低下せず、スプリアス応答ｍａｘΔＹは大きくならない。このように、境界層１２を薄くしてもスプリアス応答を抑制できる。よって、境界層１２を厚くすることによる製造工程の増加を抑制できる。

【0064】

図３（ａ）の比較例２では、境界層１２を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速くかつ支持基板１０を伝搬するバルク波の音速より遅い。このとき、図３（ａ）のように、バルク波を含む弾性波５２が境界層１２と支持基板１０との界面３５において反射する。このため、図３（ｂ）のように、メイン応答５８より高い周波数範囲にスプリアス応答５９が生じる。そこで、実施例１では、支持基板１０と境界層１２との間に、境界層１２のＱ値より低いＱ値を有する中間層１１を設ける。これにより、図４（ａ）から図４（ｃ）のように、メイン応答５８は劣化せず、スプリアス応答５９を抑制できる。

【0065】

図１２のように、中間層１１の厚さＴ１を電極指１８の平均ピッチＤの０．１倍（０．０５λ）以上とし、中間層１１のＱ値を境界層１２のＱ値Ｑ０の０．２倍以下とする。これにより、スプリアス応答ｍａｘΔＹを約－２０ｄＢ以下とすることができる。スプリアス応答を抑制する観点から、中間層１１の厚さＴ１は電極指１８の平均ピッチＤの０．２倍（０．１λ）以上が好ましく、０．４倍（０．２λ）以上がより好ましい。中間層１１の厚さＴ１は例えば電極指１８の平均ピッチＤの１０倍（５λ）以下である。スプリアス応答を抑制する観点から、中間層１１のＱ値は境界層１２のＱ値Ｑ０の０．１以下が好ましく、０．０５以下がより好ましい。中間層１１のＱ値は０より大きい。なお、複数の電極指１８の平均ピッチＤ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。

【0066】

図１６（ａ）のように、メイン応答ΔＹを劣化させないため、境界層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの２．２倍（１．１λ）以上が好ましく、３．０倍（１．５λ）以上がより好ましい。図１５（ｃ）および図１５（ｄ）のように、比較例２では境界層１２の厚さＴ２が１．１λ以上でも厚さＴ１が厚くなるほどスプリアス応答ｍａｘΔＹが抑制される。境界層１２を厚くすると、製造工程が増大および製造プロセスの難易度が上昇する。一方、図１６（ｂ）のように、実施例１では、境界層１２の厚さＴ２が１．１λ以上ではスプリアス応答ｍａｘΔＹはほとんど変わらない。すなわち、実施例１では、境界層１２の厚さＴ２を比較例２ほど厚くしなくてもスプリアス応答を抑制できる。境界層１２を薄くできるため、製造工程を削減し製造プロセスの難易度を低下できる。この観点から、境界層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの１０倍（５λ）以下が好ましく、８倍（４λ）以下がより好ましい。

【0067】

図３（ｂ）のように、バルク波を含む弾性波５２を境界層１２に通過させる観点から、温度補償膜１３の厚さＴ３は、電極指１８の平均ピッチＤの１．５倍（０．７５λ）以下が好ましく、１倍（０．５λ）以下がより好ましい。温度補償膜１３の温度補償機能を発揮させる観点から、厚さＴ３は、電極指１８の平均ピッチＤの０．０５倍（０．１λ）以上が好ましく、０．１倍（０．２λ）以上がより好ましい。

【0068】

メイン応答の弾性波のエネルギーを温度補償膜１３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Ｄの２倍（１λ）以下が好ましく、１倍（０．５λ）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Ｄの０．０５倍（０．１λ）以上が好ましく、０．１倍（０．２λ）以上がより好ましい。

【0069】

弾性表面波のエネルギーが圧電層１４の表面から２λ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１３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１３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（Ｔ３＋Ｔ４）は複数の電極指１８の平均ピッチＤの４倍（２λ）以下が好ましく、３倍（１．５λ）以下がより好ましく、２倍（１λ）以下がより好ましい。

【0070】

バルク波を含む弾性波５２が中間層１１において反射されるため、境界層１２と中間層１１とは接することが好ましく、温度補償膜１３と境界層１２とは接することが好ましい。

【0071】

温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より速くてもよいが、弾性波が温度補償膜１３内に存在しやすくなるため、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅いことが好ましい。これにより、温度補償膜１３としてより機能することができる。温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９９倍以下が好ましい。温度補償膜１３を伝搬するバルク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１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９倍以上が好ましい。

【0072】

境界層１２を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速の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１２を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より大きいことが好ましい。境界層１２を伝搬するバルク波の音速が速すぎると、バルク波を含む弾性波５２が境界層１２と温度補償膜１３との界面３２で反射されてしまう。この観点から境界層１２を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましい。

【0073】

支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速の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を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましい。

【0074】

境界層１２の主成分と中間層１１の主成分を同じとすることで、境界層１２と中間層１１のバルク波の音速をほぼ同じにできる。実施例１のシミュレーション１から６のように、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とする。温度補償膜１３は、酸化シリコンを主成分とする多結晶または非晶質とする。境界層１２および中間層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とする。これにより、スプリアス応答を抑制できる。ここで、ある層がある材料を主成分とするとは、ある層が意図的または意図せず不純物を含むことを含み、例えばある層内にある材料を５０原子％以上含むことであり、８０原子％以上含むことである。例えば境界層１２が酸化アルミニウムを主成分とするとは、境界層１２内のアルミニウムと酸素の合計の組成を例えば５０原子％含むことであり、８０原子％以上含むことである。

【0075】

［実施例１の変形例１］
図１７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１７に示すように、圧電層１４と温度補償膜１３との間の接合層１５が設けられている。接合層１５は、圧電層１４と温度補償膜１３とを接合する。圧電層１４と温度補償膜１３とを直接接合させることが難しい場合、接合層１５を設けてもよい。接合層１５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１５の厚さＴ５は、圧電層１４および温度補償膜１３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１５としての機能を損なわない観点から、厚さＴ５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１５を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク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。

【0076】

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Ｘ伝搬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１２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】

【0077】

図１８（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１８（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およびその変形例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。

【0078】

［実施例２の変形例１］
図１８（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１８（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。

【0079】

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。

【0080】

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】

【0081】

１０ 支持基板
１１ 中間層
１２ 境界層
１３ 温度補償膜
１４ 圧電層
１５ 接合層
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】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】