特許 7527604 弾性波デバイス

(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】2024-07-26

(45)【発行日】2024-08-05

(54)【発明の名称】弾性波デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/17 20060101AFI20240729BHJP

【ＦＩ】

H03H9/17 F

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021537314

(86)(22)【出願日】2020-08-04

(86)【国際出願番号】 JP2020029759

(87)【国際公開番号】W WO2021025004

(87)【国際公開日】2021-02-11

【審査請求日】2023-02-13

(31)【優先権主張番号】P 2019145908

(32)【優先日】2019-08-08

(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】100143834

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 修二

(72)【発明者】

【氏名】門田 道雄

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀治

【審査官】竹内 亨

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５２８９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５１４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０２０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２５９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１９８６５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／０３１７４８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／００－９／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電基板と、
前記圧電基板に接するよう設けられた電極と、
前記圧電基板および／または前記電極に接するよう設けられた音響多層膜とを有し、
前記音響多層膜は、少なくとも３層で、低音響インピーダンス膜と高音響インピーダンス膜とが交互に積層され、
前記音響多層膜の各低音響インピーダンス膜および各高音響インピーダンス膜のうち、前記少なくとも３層を構成する層の平均厚みが、バルク波の０．０１６波長～０．１１波長であり、
前記バルク波の共振特性のうちの６ＧＨｚ以上となる高次モードを利用するよう構成されていることを
特徴とする弾性波デバイス。

【請求項2】

前記音響多層膜は、低音響インピーダンス膜と高音響インピーダンス膜とが交互に連続して３層以上２０層以下で積層されてい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】

前記音響多層膜は、前記低音響インピーダンス膜を１層以上、前記高音響インピーダンス膜を２層以上有し、１層の前記低音響インピーダンス膜の厚みまたはいずれか２層の各低音響インピーダンス膜の平均厚みと、いずれか２層の各高音響インピーダンス膜の平均厚みとの和が、前記バルク波の０．０７～０．１５波長であ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】

前記音響多層膜の各低音響インピーダンス膜および／または各高音響インピーダンス膜は、Ｍｇ合金、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、ＺｎＯ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＳｉＯ_ｘＦ_ｙ（ここで、ｘおよびｙは正の実数）、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｇ、Ｈｆ、ＴｉＯ_２、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、およびＣｕのうちの少なくとも１つを含む膜、または、これらのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、窒化膜、炭化膜もしくはヨウ化膜から成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】

前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、またはランガサイトの単結晶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】

前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ_３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、６６．５°～８２°、０°～１８０°）および（９０°±５°、９０°±５°、０°～１８０°）のいずれか一方、または、これらのいずれか一方と結晶学的に等価なオイラー角であり、
前記圧電基板の厚みすべり振動を利用するよう構成されていることを
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7】

前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ_３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、１１９°～１３３°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、
前記圧電基板の厚み縦振動を利用するよう構成されていることを
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8】

前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ_３結晶から成り、ストリップ型で、オイラー角が（０°±５°、－１２３°～－８０°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、
前記圧電基板の厚みすべり振動を利用するよう構成されていることを
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9】

前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ_３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、５６°～９６°、０°～１８０°）および（９０°±５°、９０°±５°、０°～１８０°）のいずれか一方、または、これらのいずれか一方と結晶学的に等価なオイラー角であり、
前記圧電基板の厚みすべり振動を利用するよう構成されていることを
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10】

前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ_３結晶から成り、オイラー角が（０°±５°、１１２°～１３８°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であり、
前記圧電基板の厚み縦振動を利用するよう構成されていることを
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11】

前記圧電基板は、ＬｉＴａＯ_３結晶から成り、ストリップ型で、オイラー角が（０°±５°、６３°～９１°、０°～１８０°）および（９０°±５°、９０°±５°、０°～１８０°）のいずれか一方、または、これらのいずれか一方と結晶学的に等価なオイラー角であり、
前記圧電基板の厚みすべり振動を利用するよう構成されていることを
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12】

前記圧電基板との間に前記音響多層膜を挟むよう、前記音響多層膜の前記圧電基板とは反対側に設けられた保持基板を有す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】

圧電基板と、
前記圧電基板に接するよう設けられた電極と、
前記圧電基板および／または前記電極に接するよう設けられた音響多層膜とを有し、
バルク波の共振特性のうちの高次モードを利用するよう構成され、
前記圧電基板は２枚を重ね合わせて成り、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）であり、
前記圧電基板の厚み縦振動の２倍波の約３倍または約５倍の高次モードを利用するよう構成されていることを
特徴とする弾性波デバイス。

【請求項14】

各圧電基板は、φ＝－５°～５°、θ＝１１９°～１３３°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＮｂＯ_３結晶、または、φ＝－５°～５°、θ＝１１２°～１３８°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＴａＯ_３結晶から成ることを特徴とする請求項１３記載の弾性波デバイス。

【請求項15】

圧電基板と、
前記圧電基板に接するよう設けられた電極と、
前記圧電基板および／または前記電極に接するよう設けられた音響多層膜とを有し、
バルク波の共振特性のうちの高次モードを利用するよう構成され、
前記圧電基板は２枚を重ね合わせて成り、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）であり、
前記圧電基板の厚みすべり振動の２倍波の約３倍または約５倍の高次モードを利用するよう構成されていることを
特徴とする弾性波デバイス。

【請求項16】

各圧電基板は、φ＝－５°～５°、θ＝６６．５°～８２°、ψ＝０°～１８０°、もしくはφ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＮｂＯ_３結晶、または、φ＝－５°～５°、θ＝５６°～９６°、ψ＝０°～１８０°、もしくはφ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＴａＯ_３結晶から成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】

前記圧電基板は、ストリップ型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18】

各圧電基板は、φ＝－５°～５°、θ＝－１２３°～－８０°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＮｂＯ_３結晶、または、φ＝－５°～５°、θ＝６３°～９１°、ψ＝０°～１８０°、もしくはφ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＴａＯ_３結晶から成ることを特徴とする請求項１７記載の弾性波デバイス。

【請求項19】

前記音響多層膜は、１層以上の低音響インピーダンス膜と２層以上の高音響インピーダンス膜とが交互に積層されており、１層の前記低音響インピーダンス膜の厚みまたはいずれか２層の各低音響インピーダンス膜の平均厚みと、いずれか２層の各高音響インピーダンス膜の平均厚みとの和が、前記バルク波の０．０２～０．０９波長であることを特徴とする請求項１３乃至１８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、スマートフォン等で主に使用されている７００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数帯には、８０近くのバンドがあり、非常に混雑している、その対策として、第５世代移動通信システム（５Ｇ）では、３．６ＧＨｚから４．９ＧＨｚの周波数帯の利用が計画されており、また、その次の第６世代では、６ＧＨｚ以上の周波数帯を使用する計画もなされている。

【0003】

従来、７００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数帯では、圧電薄膜としてＬｉＴａＯ_３結晶（ＬＴ）やＬｉＮｂＯ_３結晶（ＬＮ）を用いた弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスや、バルク波弾性波のＦＢＡＲ（薄膜圧電共振子；Film Bulk Acoustic Resonator）デバイスが用いられている。しかし、ＳＡＷデバイスの周波数ｆは、基板の音速をＶ、すだれ状電極の周期（ピッチ）をｐｉｔｃｈとすると、ｆ＝Ｖ／ｐｉｔｃｈで決まるため、音速やピッチの限界から、高周波側では３．５ＧＨｚが限界であった。

【0004】

一方、圧電薄膜を用いたバルク波弾性波のＦＢＡＲデバイスには、圧電薄膜の上下に空洞を必要とする空洞型ＦＢＡＲ、および、圧電薄膜の片側の空洞の代わりに、音響多層膜と保持基板とを有する音響多層膜構造ＦＢＡＲがある。また、空洞型ＦＢＡＲには、ＡｌＮやＳｃＡｌＮの圧電薄膜を用いたもの（例えば、非特許文献１または２参照）や、ＬＮの単結晶薄板を用いたものがある（例えば、非特許文献３参照）。前者の空洞型ＦＢＡＲでは、ＡｌＮやＳｃＡｌＮ膜などがｃ軸配向しているため、用いるバルク波の振動モードは、厚み縦振動のみとなる。この縦波の音速は、（ｃ３３^Ｄ／密度）^１／２で表され（ｃ３３^Ｄは弾性スティッフネス定数）、励振周波数は、厳密には電極の質量負荷により低下するが、おおよそ音速／（２×膜厚）で表される。このため、励振周波数を高周波にするためには、圧電薄膜の膜厚を極端に薄くしなければならない。また、ＬＮの単結晶薄板を用いた空洞型ＦＢＡＲでも、励振周波数は基板の厚みに反比例するため、励振周波数を高周波にするためには、圧電薄膜の膜厚を極端に薄くしなければならない。非特許文献１乃至３に記載の空洞型ＦＢＡＲでは、圧電薄膜の膜厚が０．９～２μｍのとき、約２ＧＨｚの励振周波数と、６０ｄＢ程度のインピーダンス比が得られている。

【0005】

しかし、これらの空洞型ＦＢＡＲのうち、圧電薄膜としてＡｌＮやＳｃＡｌＮを用いたものは、これらが多結晶薄膜であるため、超高周波での減衰が大きく、良好な特性を実現するのが困難であるという問題があった。例えば、ＡｌＮを用いた空洞型ＦＢＡＲでは、２ＧＨｚで７０ｄＢのインピーダンス比が得られているが、５ＧＨｚのときには、インピーダンス比が５０ｄＢまで低下してしまうことが確認されている（例えば、非特許文献４または５参照）。

【0006】

また、高周波で使用するための音響多層膜構造ＦＢＡＲとして、ＺｎＯから成る圧電薄膜（厚みｔ＝波長／２）と、音響膜を多数積層した音響多層膜と、保持基板とを積層した構造を有するものが提案されている（例えば、非特許文献６参照）。この弾性波デバイスでは、基本モードの励振を大きくするために、各音響膜の厚みを、圧電薄膜の厚みの半分（すなわち、波長／４）としている。この弾性波デバイスも、バルク波の振動モードが厚み縦振動であるが、基本モードの３ＧＨｚで、実測で２１ｄＢのインピーダンス比しか得られておらず、ＡｌＮ膜からなる空洞型ＦＢＡＲより特性が劣っているため、実用化には至っていない。

【0007】

また、音響多層膜構造ＦＢＡＲで、高い共振周波数が得られるものとして、上下電極の間に、ＺｎＯおよびＡｌＮのいずれかから成り、［０００１］方向が圧電体薄膜の面に略平行な１方向に配向した第１の圧電体層と、［０００１］方向が第１圧電体層と１８０°異なる方向に配向した第２の圧電体層とを重ねた圧電体薄膜を設けた高次モード薄膜共振器が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この共振器によれば、圧電体薄膜の厚さが同じ従来のものと比べて、共振周波数が２倍になる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【文献】John D. Larson III et al., “Power Handling and Temperature Coefficient Studies in FBAR Duplexers for the 1900 MHz PCS Band”, Proc. IEEE Ultrason. Symp., 2000, p.869-874

【文献】Keiichi Umeda et al., “PIEZOELECTRIC PROPERTIES OF ScAlN THIN FILMS FOR PIRZO-MEMS DEVICES”, Proc. MEMS (Taipei, Taiwan), 2013, p.20-24,

【文献】多井知義、他３名、「LiNbO3, LiTaO3を用いた単結晶FBARの開発」、Proceeding of Symposium on Ultrasonic Electronics、2007年、Vol. 28、p.151-152

【文献】Tsuyoshi Yokoyama et al., “Highly Piezoelectric Co-Doped AlN Thin Films for Wideband FBAR Applications”, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. & Freq. Control, June 2015, Vol. 62, No. 6, p.1007-1015

【文献】T. Nishihara et al., “High Performance and Miniature Thin Film Bulk Acoustic Wave Filters for 5 GHz”, 2002 IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, p.969-972

【文献】Hideaki Kobayashi et al., “Fabrication of Piezoelectric Thin Film Resonators with Acoustic Quarter-Wave Multilayers”, Japan, J. Appl. Phys., 2002, Vol. 40, p.3455-3457

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００７－３６９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

非特許文献１および２に記載のような空洞型ＦＢＡＲや、非特許文献６に記載の音響多層膜構造ＦＢＡＲでは、それぞれ５ＧＨｚや３ＧＨｚでインピーダンス比が５０ｄＢまで低下しており、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯では、インピーダンス比が大きい良好な特性を得ることはできないという課題があった。また、非特許文献１乃至３に記載のような空洞型ＦＢＡＲは、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯では、圧電薄膜が０．３～０．６μｍと極端に薄くなるため、機械的強度を保つのが困難であるという課題もあった。特に、非特許文献３に記載の空洞型ＦＢＡＲは、圧電薄膜がＬＮ単結晶薄板であるため、多結晶薄膜より機械的強度が得られず、実用化することはできない。

【0011】

音響多層膜構造ＦＢＡＲである特許文献１に記載の高次モード薄膜共振器は、非特許文献１乃至３に記載のような基本波を用いた空洞型ＦＢＡＲと比べ、同じ共振周波数では、圧電体薄膜の厚みは２倍となるが、圧電体薄膜を構成する２枚の圧電体層は、従来の圧電体薄膜と同じ厚みとなる。このため、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯では、各圧電体層が極端に薄くなり、これらの機械的強度を保つのが困難であるという課題があった。また、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯では、圧電体薄膜が２倍の厚みになっても、まだ非常に薄いため、圧電体薄膜自体の機械的強度を保つのも困難であるという課題もあった。また、周波数が５６０ＭＨｚの時でさえ１２ｄＢのインピーダンス比しか得られておらず、６ＧＨｚになると、インピーダンス比はさらに小さくなるため、実用化は困難であるという課題もあった。なお、非特許文献６や特許文献１に記載のような音響多層膜構造ＦＢＡＲは、多結晶圧電薄膜を用いたものしかなく、基本モードですら良好な特性が実現されておらず、その周波数は３ＧＨｚ以下である。

【0012】

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯で、良好な特性を得ることができると共に、十分な機械的強度を保つ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】

【0013】

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、圧電基板と、前記圧電基板に接するよう設けられた電極と、前記圧電基板および／または前記電極に接するよう設けられた音響多層膜とを有し、前記音響多層膜は、少なくとも３層で、低音響インピーダンス膜と高音響インピーダンス膜とが交互に積層され、前記音響多層膜の各低音響インピーダンス膜および各高音響インピーダンス膜のうち、前記少なくとも３層を構成する層の平均厚みが、バルク波の０．０１６波長～０．１１波長であり、前記バルク波の共振特性のうちの６ＧＨｚ以上となる高次モードを利用するよう構成されていることを特徴とする。

【0014】

本発明に係る弾性波デバイスは、音響多層膜により、基本モード（０次）より周波数が高い高次モード（オーバートーン）（１次モード、２次モード、・・・）を励振することができる。また、圧電基板の種類や音響多層膜の各層の厚みを調製することにより、大きいインピーダンス比を有する高次モードを得ることができる。本発明に係る弾性波デバイスは、この高次モードを利用することにより、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯で、インピーダンス比が大きい良好な特性を得ることができる。また、高次モードを利用することにより、圧電基板を極端に薄くする必要がなく、圧電基板の上下に空洞を必要としないため、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯でも、十分な機械的強度を保つことができる。ここで、インピーダンス比は、共振周波数における共振インピーダンスＺｒと、反共振周波数における反共振インピーダンスＺａとの比［２０×ｌｏｇ（Ｚａ／Ｚｒ）］である。

【0015】

本発明に係る弾性波デバイスで、電極は、２つ以上から成ることが好ましい。また、電極は、圧電基板の一方の表面全体を覆っていてもよく、圧電基板の一部を覆っていてもよい。また、電極は、平面形状が円形や多角形、楕円形など、いかなる形状であってもよい。また、本発明に係る弾性波デバイスは、圧電基板の両面にそれぞれ電極を有する構造であってもよく、２つの共振子が直列に接続された構造、すなわち圧電基板と音響多層膜との間に共通電極を有し、圧電基板の音響多層膜とは反対側の表面に２つの電極を有する構造であってもよい。また、圧電基板の片面または両面に電極を複数有し、圧電基板上に３個以上の共振子を形成し、それらを直列および／または並列に接続することにより、ラダーフィルタや多重モードフィルタを形成してもよい。なお、圧電基板には、圧電薄膜や圧電薄板も含まれる。

【0016】

本発明に係る弾性波デバイスで、前記音響多層膜は、低音響インピーダンス膜と高音響インピーダンス膜とが交互に連続して３層以上２０層以下で積層されていることが好ましい。また、この場合、その音響インピーダンス膜は、圧電基板に近い層に形成されることが好ましい。また、前記音響多層膜は、前記低音響インピーダンス膜を１層以上、前記高音響インピーダンス膜を２層以上有し、１層の前記低音響インピーダンス膜の厚みまたはいずれか２層の各低音響インピーダンス膜の平均厚みと、いずれか２層の各高音響インピーダンス膜の平均厚みとの和が、前記バルク波の０．０７～０．１５波長であってもよい。これらにより、基本モードの約３倍以上の周波数で、高次モードを励振することができる。なお、バルク波の波長は、２×（圧電基板の厚み）で定義される。圧電基板の厚みｔに、圧電基板両面の電極の平均厚ｍｔを含めた実効的な厚み（ｔ＋ｍｔ）で定義されることもある。

【0017】

本発明に係る弾性波デバイスで、前記音響多層膜の各低音響インピーダンス膜および／または各高音響インピーダンス膜は、例えば、Ｍｇ合金、ＳｉＯ_２、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、ＺｎＯ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＳｉＯ_ｘＦ_ｙ（ここで、ｘおよびｙは正の実数）、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｇ、Ｈｆ、ＴｉＯ_２、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、およびＣｕのうちの少なくとも１つを含む膜、または、これらのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、窒化膜、炭化膜もしくはヨウ化膜から成ることが好ましい。低音響インピーダンス膜は、隣り合う高音響インピーダンス膜よりも、音響インピーダンスが小さいものから成っていればよい。

【0018】

本発明に係る弾性波デバイスで、前記圧電基板は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、またはランガサイトの単結晶から成ることが好ましい。この場合、高次モードを励振しやすい。なお、ＦＢＡＲで用いられるＡｌＮやＳｃＡｌＮなどのｃ軸配向した圧電多結晶薄膜は、圧電定数が小さいため、高次モードを励振することが難しい。また、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）やＬｉＴａＯ_３（ＬＴ）などの単結晶の圧電基板は、結合係数が大きく、成膜による多結晶膜とは異なり、任意の方位角を使用することができる。このため、バルク波の縦波を利用した厚み縦振動に加え、横波を利用した厚みすべり振動も使用することができる。

【0019】

本発明に係る弾性波デバイスは、ＬｉＮｂＯ_３結晶から成る圧電基板の厚みすべり振動を利用する場合、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板は、オイラー角が（０°±５°、６６．５°～８２°、０°～１８０°）および（９０°±５°、９０°±５°、０°～１８０°）のいずれか一方、または、これらのいずれか一方と結晶学的に等価なオイラー角であることが好ましく、オイラー角が（０°±５°、７０°～８１°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることがより好ましく、オイラー角が（０°±５°、７２°～７８°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることがさらに好ましい。

【0020】

また、ＬｉＮｂＯ_３結晶から成る圧電基板の厚み縦振動を利用する場合、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板は、オイラー角が（０°±５°、１１９°～１３３°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることが好ましく、オイラー角が（０°±５°、１２３°～１２９°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることがより好ましい。

【0021】

また、ＬｉＮｂＯ_３結晶から成るストリップ型の圧電基板の厚みすべり振動を利用する場合、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板は、オイラー角が（０°±５°、－１２３°～－８０°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることが好ましく、オイラー角が（０°±５°、－１１２°～－９０°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることがより好ましい。

【0022】

本発明に係る弾性波デバイスは、ＬｉＴａＯ_３結晶から成る圧電基板の厚みすべり振動を利用する場合、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板は、オイラー角が（０°±５°、５６°～９６°、０°～１８０°）および（９０°±５°、９０°±５°、０°～１８０°）のいずれか一方、または、これらのいずれか一方と結晶学的に等価なオイラー角であることが好ましく、オイラー角が（０°±５°、６２°～９３°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることがより好ましい。

【0023】

また、ＬｉＴａＯ_３結晶から成る圧電基板の厚み縦振動を利用する場合、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板は、オイラー角が（０°±５°、１１２°～１３８°、０°～１８０°）、またはこれと結晶学的に等価なオイラー角であることが好ましい。

【0024】

また、ＬｉＴａＯ_３結晶から成るストリップ型の圧電基板の厚みすべり振動を利用する場合、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板は、オイラー角が（０°±５°、６３°～９１°、０°～１８０°）および（９０°±５°、９０°±５°、０°～１８０°）のいずれか一方、または、これらのいずれか一方と結晶学的に等価なオイラー角であることが好ましい。

【0025】

本発明に係る弾性波デバイスは、前記圧電基板との間に前記音響多層膜を挟むよう、前記音響多層膜の前記圧電基板とは反対側に設けられた保持基板を有することが好ましい。保持基板は、圧電基板や電極、音響多層膜を支持可能であれば、いかなるものから成っていてもよく、例えば、Ｓｉ基板、水晶基板、サファイア基板、ガラス基板、石英基板、ゲルマニウム基板、アルミナ基板などから成っている。

【0026】

本発明に係る弾性波デバイスは、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板と、前記圧電基板に接するよう設けられた電極と、前記圧電基板および／または前記電極に接するよう設けられた音響多層膜とを有し、バルク波の共振特性のうちの高次モードを利用するよう構成され、前記圧電基板は２枚を重ね合わせて成り、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）であり、前記圧電基板の厚み縦振動の２倍波の約３倍または約５倍の高次モードを利用するよう構成されていてもよい。この場合、各圧電基板は、φ＝－５°～５°、θ＝１１９°～１３３°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＮｂＯ_３結晶、または、φ＝－５°～５°、θ＝１１２°～１３８°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＴａＯ_３結晶から成ることが好ましい。なお、圧電基板を２枚重ね合わせたときのバルク波の波長は、２×（２枚の圧電基板の合計厚み）である。

【0027】

また、本発明に係る弾性波デバイスは、大きいインピーダンス比を得るために、圧電基板と、前記圧電基板に接するよう設けられた電極と、前記圧電基板および／または前記電極に接するよう設けられた音響多層膜とを有し、バルク波の共振特性のうちの高次モードを利用するよう構成され、前記圧電基板は２枚を重ね合わせて成り、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）である、または、一方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ）、他方の圧電基板は、上面のオイラー角が（φ、θ、ψ＋１８０°）、下面のオイラー角が（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）であり、前記圧電基板の厚みすべり振動の２倍波の約３倍または約５倍の高次モードを利用するよう構成されていてもよい。この場合、前記圧電基板は、ストリップ型であってもよい。

【0028】

また、この場合、厚みすべり振動を利用するとき、各圧電基板は、φ＝－５°～５°、θ＝６６．５°～８２°、ψ＝０°～１８０°、もしくはφ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＮｂＯ_３結晶、または、φ＝－５°～５°、θ＝５６°～９６°、ψ＝０°～１８０°、もしくはφ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＴａＯ_３結晶から成ることが好ましい。また、ストリップ型のとき、各圧電基板は、φ＝－５°～５°、θ＝－１２３°～－８０°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＮｂＯ_３結晶、または、φ＝－５°～５°、θ＝６３°～９１°、ψ＝０°～１８０°、もしくはφ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、もしくはこれらと結晶学的に等価なオイラー角を有するＬｉＴａＯ_３結晶から成ることが好ましい。

【0029】

また、これらの圧電基板が２枚を重ね合わせて成る場合、前記音響多層膜は、１層以上の低音響インピーダンス膜と２層以上の高音響インピーダンス膜とが交互に積層されており、１層の前記低音響インピーダンス膜の厚みまたはいずれか２層の各低音響インピーダンス膜の平均厚みと、いずれか２層の各高音響インピーダンス膜の平均厚みとの和が、前記バルク波の０．０２～０．０９波長であることが好ましい。

【0030】

ここで、オイラー角（φ、θ、ψ）は、右手系であり、圧電基板の切断面と、弾性波の伝搬方向とを表現するものである。すなわち、圧電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、圧電基板の切断面とする。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。

【0031】

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°、－５０°、０°）と表され、４０°回転Ｙ板９０°Ｘ方向伝搬は、オイラー角で（０°、－５０°、９０°）と表される。なお、圧電基板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。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。また、オイラー角（０°、θ、０°）に対し、（０°、θ＋３６０°、０°）は、オイラー角で等価な面である。一方、（０°、θ＋１８０°、０°）は、（０°、θ、０°）とはオイラー角で等価な面ではないが、基板の表裏の関係にある。しかし、圧電基板を単板で用いるときの弾性波デバイスでは、表と裏でも同じ特性を示すため、ここでは、基板の表裏の関係の方位も、等価な面とみなす。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯で、良好な特性を得ることができると共に、十分な機械的強度を保つ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】

【0033】

【図1】（ａ）本発明の実施の形態の弾性波デバイスを示す斜視図、（ｂ） （ａ）の側面図、（ｃ） （ａ）の弾性波デバイスの、上部電極が２つの変形例を示す斜視図、（ｄ） （ｃ）の側面図、（ｅ） （ａ）の弾性波デバイスの、上部電極が３つの変形例を示す斜視図、（ｆ） （ｅ）の側面図、（ｇ） （ｅ）の等価回路である。

【図2】（ａ）本発明の実施の形態の弾性波デバイスの、細長いストリップ（strip）型の構造を成す変形例を示す斜視図、（ｂ） （ａ）の側面図、（ｃ） （ａ）の弾性波デバイスの、上部電極が２つの変形例を示す斜視図、（ｄ） （ｃ）の側面図、（ｅ） （ａ）の弾性波デバイスの、細長い溝状の切込を有する変形例を示す斜視図、（ｆ） （ｅ）の側面図、（ｇ） （ａ）の弾性波デバイスの、上部電極が３つの変形例を示す斜視図、（ｈ） （ｇ）の側面図、（ｉ） （ｇ）の等価回路である。

【図3】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを、励起されるバルク波の（ａ）０．２５波長、（ｂ）０．０５波長としたときの、厚みすべり振動の周波数特性を示すグラフである。

【図4】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、θ、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚みすべり振動の高次モードの（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。

【図5】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板とし、（ａ）高音響インピーダンス膜の厚さを０．０６２５波長としたときの、低音響インピーダンス膜の厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフ、（ｂ）低音響インピーダンス膜の厚さを０．０６２５波長としたときの、高音響インピーダンス膜の厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフ、（ｃ）音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図6】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、音響多層膜の層数と、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図7】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（９０°、９０°、ψ）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図8】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、（ａ）圧電基板を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚み縦振動の周波数特性を示すグラフ、（ｂ）圧電基板を（０°、θ、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比のθ依存性を示すグラフ、（ｃ）圧電基板を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図9】図２（ａ）および（ｂ）に示すストリップ型の弾性波デバイスの、（ａ）圧電基板を（０°、θ、１８°）ＬＮ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比のθ依存性を示すグラフ、（ｂ）圧電基板を（０°、－１００°、１８°）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図10】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、（ａ）圧電基板を（０°、θ、ψ）のＬＴ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比のθ依存性を示すグラフ、（ｂ）圧電基板を（０°、７４°、ψ）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフ、（ｃ）圧電基板を（９０°、９０°、ψ）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図11】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、（ａ）圧電基板を（０°、θ、ψ）ＬＴ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比のθ依存性を示すグラフ、（ｂ）圧電基板を（０°、１３０°、ψ）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図12】図２（ａ）および（ｂ）に示すストリップ型の弾性波デバイスの、（ａ）圧電基板を（０°、θ、ψ）ＬＴ基板とし、音響多層膜の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比のθ依存性を示すグラフ、（ｂ）圧電基板を（０°、７４°、１７５°）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフ、（ｃ）圧電基板を（９０°、９０°、３７°）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜の各層の平均厚さと、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図13】図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（９０°、９０°、ψ）ＬＮ基板としたときの、任意の２層の低音響インピーダンス膜の平均厚みと２層の高音響インピーダンス膜の平均厚みとの和と、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図14】本発明の実施の形態の弾性波デバイスの、圧電基板が２枚から成る変形例を示す側面図である。

【図15】図１４に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、３０６°、ψ）ＬＮ基板（０°、１２６°、ψ）としたときの、厚み縦振動の周波数特性を示すグラフである。

【図16】（ａ） 図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、１２６°、０°）ＬＮ基板としたときの、厚み縦振動の基本モードの約３倍の高次モード付近、（ｂ） 図１５に示す厚み縦振動の２倍波の約３倍の高次モード（９．８ＧＨｚ）付近の周波数特性を示すグラフである。

【図17】図１４に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、３０６°、ψ）ＬＮ基板（０°、１２６°、ψ）としたとき、および、圧電基板を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、３０６°、ψ＋１８０°）ＬＮ基板（０°、１２６°、ψ＋１８０°）としたとき、ならびに、図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板としたときの、（ａ）低音響インピーダンス膜の厚さと、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフ、（ｂ）低音響インピーダンスの平均厚さと高音響インピーダンスの平均厚さの和と、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【図18】図１４に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、２５４°、０°）ＬＮ基板（０°、７４°、０°）、（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、２５４°、１８０°）ＬＮ基板（０°、７４°、１８０°）、（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、７４°、１８０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、１８０°）、（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、２５４°、９０°）ＬＮ基板（０°、７４°、９０°）、および（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、７４°、９０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、９０°）としたとき、ならびに、図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイスの、圧電基板を（０°、７４°、０°）ＬＮ基板としたときの、低音響インピーダンスの平均厚さと高音響インピーダンスの平均厚さの和と、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0034】

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１８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および図２に示すように、弾性波デバイス１０は、バルク波の共振特性のうちの高次モードを利用するよう構成されており、圧電基板１１と電極１２と音響多層膜１３と保持基板１４とを有している。

【0035】

圧電基板１１は、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７、またはランガサイトの単結晶から成っている。電極１２は、２つ以上から成り、それぞれ薄い板状を成している。各電極１２は、圧電基板１１の表面に沿って、それぞれ圧電基板１１の一方の表面または他方の表面に貼り付けられている。各電極１２は、圧電基板１１の表面全体を覆うよう設けられていてもよく、圧電基板１１の表面の一部を覆うよう設けられていてもよい。また、各電極１２は、平面形状がいかなる形状であってもよく、図１（ａ）に示すように円形であってもよく、図１（ｃ）、（ｅ）に示すように矩形状であってもよい。

【0036】

また、図１（ａ）、（ｂ）、図２（ａ）、（ｂ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、電極１２は１対から成り、それぞれ圧電基板１１の一方の表面および他方の表面に設けられていてもよい。また、図１（ｃ）、（ｄ）、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、電極１２は３つから成り、２つの共振子が直列に接続された構造を成すよう、１つの電極１２が、共通電極として圧電基板１１の一方の表面を覆うよう設けられ、残りの２つの電極１２が、圧電基板１１の他方の表面に並べて設けられていてもよい。また、図１（ｅ）、（ｆ）、図２（ｇ）、（ｈ）に示すように、電極１２は４つから成り、３つの共振子が直列または並列に接続された構造を成すよう、１つの電極１２が、共通電極として圧電基板１１の一方の表面を覆うよう設けられ、残りの３つの電極１２が、圧電基板１１の他方の表面に並べて設けられていてもよい。また、それらの電極１２の個数がさらに多くてもよい。

【0037】

図１および図２に示すように、音響多層膜１３は、圧電基板１１の一方の表面に設けられた電極１２の、圧電基板１１とは反対側の面に貼り付けられている。音響多層膜１３は、圧電基板１１の側からその反対側に向かって、低音響インピーダンス膜１３ａと高音響インピーダンス膜１３ｂとが交互に積層されている。また、音響多層膜１３は、低音響インピーダンス膜１３ａと高音響インピーダンス膜１３ｂとが交互に連続して３層以上２０層以下で積層されていることが好ましい。図１および図２に示す具体的な一例では、最も圧電基板１１に近い層が低音響インピーダンス膜１３ａであり、低音響インピーダンス膜１３ａと高音響インピーダンス膜１３ｂとが交互に連続して６層積層されている。

【0038】

各低音響インピーダンス膜１３ａおよび各高音響インピーダンス膜１３ｂは、バルク波の縦波および横波のいずれを利用する場合にも、表１または表２に示す材料の少なくとも１つを含む膜、または、これらのうちの少なくとも１つを含む酸化膜、窒化膜、炭化膜もしくはヨウ化膜から成っている。なお、表１中のＺｌは、バルク波の縦波の音響インピーダンス、ｃ３３は弾性スティッフネス定数、表２中のＺｓは、バルク波の横波の音響インピーダンス、ｃ４４は弾性スティッフネス定数である。また、表１および表２中のＳｉ_ｘＮ_ｙの、ｘおよびｙは正の実数である。

【0039】

【表1】

【0040】

【表2】

【0041】

各低音響インピーダンス膜１３ａは、隣り合う高音響インピーダンス膜１３ｂよりも、音響インピーダンスが小さいものから成っている。各低音響インピーダンス膜１３ａは、同じものから成っていてもよいが、異なるものから成っていてもよい。また、各高音響インピーダンス膜１３ｂも、同じものから成っていてもよいが、異なるものから成っていてもよい。図１および図２に示す具体的な一例では、各低音響インピーダンス膜１３ａはＡｌ膜、各高音響インピーダンス膜１３ｂはＷ膜から成っている。

【0042】

保持基板１４は、圧電基板１１との間に音響多層膜１３を挟むよう、音響多層膜１３の圧電基板１１とは反対側の面に貼り付けられている。保持基板１４は、圧電基板１１や電極１２、音響多層膜１３を支持するよう設けられている。図１および図２に示す具体的な一例では、保持基板１４は、Ｓｉ基板から成っているが、その他にも、水晶基板やサファイア基板、ガラス基板、石英基板、ゲルマニウム基板、アルミナ基板などから成っていてもよい。

【0043】

弾性波デバイス１０は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、電極１２が１対から成るものであってもよい。また、図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、圧電基板１１の他方の表面、すなわち音響多層膜１３とは反対側の面に、電極（上部電極）１２が２つ、圧電基板１１の一方の表面に、電極（下部電極）１２が１つ設けられた、２つの共振子が直列に接続された構造を成していてもよい。この場合、上部電極１２を入出力電極、下部電極１２をアース共通電極とすることにより、多重モードフィルタを構成可能である。

【0044】

また、弾性波デバイス１０は、図２に示すように、細長いストリップ（strip）型の構造を成していてもよい。この構造では、圧電基板１１の他方の表面、すなわち音響多層膜１３とは反対側の面に設けられた電極１２の、１対の長辺側の側面が、圧電基板１１の側面の位置に揃うよう形成されている。この場合、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、電極１２が１対から成るものであってもよい。また、図２（ｃ）および（ｄ）に示すように、圧電基板１１の他方の表面に、電極（上部電極）１２が２つ、圧電基板１１の一方の表面に、電極（下部電極）１２が１つ設けられた、２つの共振子が直列に接続された構造を成していてもよい。この場合、上部電極１２を入出力電極、下部電極１２をアース共通電極とすることにより、多重モードフィルタを構成可能である。また、図２（ｅ）および（ｆ）に示すように、圧電基板１１から音響多層膜１３まで、それぞれ対向する一対の側縁に、その側縁間の幅が狭くなるよう、一方の端部と他方の端部とを残して細長い溝状（矩形状）の切込１５を入れて、ストリップ（strip）型の構造を形成していてもよい。

【0045】

また、弾性波デバイス１０は、図１（ｅ）、（ｆ）、図２（ｇ）、（ｈ）に示すように、上部電極１２が３つ、下部電極が１つ設けられ、それらの電極１２が接続された構造を成していてもよい。この場合、３つの上部電極１２を、それぞれフィルタの入力電極、出力電極、アース共通電極とし、下部電極１２をその３つの共振子を接続する共通電極とすることにより、それぞれ図１（ｇ）および図２（ｉ）の等価回路で示すＴ型ラダーフィルタを構成可能である。また、上部電極１２、下部電極１２がそれぞれ、４個以上、２個以上あってもよい。この場合、さらに段数の多いラダーフィルタを構成可能である。なお、図１に示す弾性波デバイス１０は、圧電基板１１の厚みすべり振動、または、圧電基板１１の厚み縦振動を利用することができる。また、図２に示す弾性波デバイス１０は、圧電基板１１の厚みすべり振動を利用することができる。

【0046】

次に、作用について説明する。
弾性波デバイス１０は、音響多層膜１３により、基本モード（０次）より周波数が高い高次モード（１次モード、２次モード、・・・）を励振することができる。また、圧電基板１１の種類や音響多層膜１３の各層の厚みを調製することにより、大きいインピーダンス比を有する高次モードを得ることができる。弾性波デバイス１０は、この高次モードを利用することにより、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯で、インピーダンス比が大きい良好な特性を得ることができる。また、高次モードを利用することにより、圧電基板１１を極端に薄くする必要がなく、圧電基板１１の上下に空洞を必要としないため、６ＧＨｚ以上の超高周波数帯でも、十分な機械的強度を保つことができる。

【0047】

なお、図１（ａ）および図２（ａ）において、Ｍ軸は、圧電基板が（±９０°、±９０°、ψ）の時はＹ軸を、それ以外のオイラー角の時はＸ軸を示している。また、ψは、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、Ｍ軸から反時計回りに、回転したＭ軸に接した面に垂直な方向Ｎとの角度である。

【0048】

［ＬＮ基板の厚みすべり振動］
図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイス１０について、ＬＮ基板の圧電基板１１を用いて、厚みすべり振動の周波数特性、および、高次モードのインピーダンス比等を求めた。圧電基板１１の他方の表面、すなわち音響多層膜１３とは反対側の面に設けられた電極１２（以下では、「上部電極」という）をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とし、圧電基板１１を、オイラー角が（０°、７５°、ψ）のＬＮ基板（厚み１μｍ）とし、圧電基板１１と音響多層膜１３との間の電極１２（以下では、「下部電極」という）をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とした。また、音響多層膜１３を、Ａｌ膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＷ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したものとし、保持基板１４をＳｉ基板とした。なお、ここでは、下部電極のＡｌ電極、および、１層目の低音響インピーダンス膜１３ａのＡｌ膜の両者の厚みを区別しているが、その両者が同じ材料の場合、両者を合計した膜厚を低音響インピーダンス膜１３ａの厚みとしてもよい。

【0049】

なお、電極１２は、質量負荷による周波数の低下を抑えるため、低密度で、５０ｎｍと薄いＡｌ電極を上部電極に用いている。また、以下では、オイラー角（φ、θ、ψ）を、単に（φ、θ、ψ）で表す。

【0050】

音響多層膜１３の各層の平均厚さを、励起されるバルク波の０．２５波長（圧電基板１１の厚みの半分）としたときの周波数特性を、図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すように、厚みすべり振動の基本共振周波数（基本モード）の１．９ＧＨｚが強く励振され、７３ｄＢのインピーダンス比が得られていることが確認された。また、基本モードの約３．６倍の６．９ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比は、４０ｄＢ程度であることも確認された。

【0051】

次に、音響多層膜１３の各層の平均厚さを、図３（ａ）の１／５、すなわち０．０５波長にしたときの周波数特性を、図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、６．９ＧＨｚの高次モードの周波数の共振特性が強く励振され、７２ｄＢのインピーダンス比が得られていることが確認された。これは、図３（ａ）の基本モードのインピーダンス比７３ｄＢと同程度である。また、基本モードの１～２ＧＨｚ帯での励振が３つに分かれ、それぞれのインピーダンス比が、１７ｄＢ以下に抑圧されており、スプリアスとして影響が少ないことが確認された。

【0052】

次に、圧電基板１１を（０°、θ、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、約７ＧＨｚの高次モードの帯域（Bandwidth）およびインピーダンス比（Impedance ratio）のθ依存性を、それぞれ図４（ａ）および（ｂ）に示す。なお、厚み振動では、厚みに対して垂直な水平面での電極１２の形状が、ｘ方向およびｙ方向に対してほぼ対称であるため、ψ＝０°～１８０°である（以下も同様）。図４（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、θ＝６６．５°～８２°で５０ｄＢ以上、θ＝７０°～８１°で６０ｄＢ以上、θ＝７２°～７８°で７０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0053】

次に、図４（ｂ）の結果から、圧電基板１１を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板とし、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さを０．０６２５波長としたときの、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さと、約７ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、インピーダンス比は、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さが０．０１６波長～０．１１波長で５０ｄＢ以上、０．０２６波長～０．１０波長で６０ｄＢ以上、０．０３７５波長～０．０９波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0054】

次に、圧電基板１１を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板とし、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さを０．０６２５波長としたときの、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さと、約７ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さが０．０１６波長～０．１０７波長で５０ｄＢ以上、０．０２５波長～０．１０波長で６０ｄＢ以上、０．０３８波長～０．０８波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0055】

次に、圧電基板１１を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約７ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０２３波長～０．０９７波長で５０ｄＢ以上、０．０３２波長～０．０８７波長で６０ｄＢ以上、０．０４３波長～０．０７波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0056】

次に、圧電基板１１を（０°、７５°、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、音響多層膜１３の層数と、約７ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図６に示す。図６に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３が３層以上で６０ｄＢ以上、４層～２０層で７０ｄＢ以上得られることが確認された。なお、音響多層膜１３が２０層を超えると、圧電基板１１に大きな反りが生じたり、割れたりするなど、製造上問題があるため、２０層以下であることが好ましい。

【0057】

図６の結果から、例えば、音響多層膜１３の１層目から４層目までの厚さが、それぞれ０．０５波長であって、５層目および６層目が２波長のとき、音響多層膜１３の６層の平均厚さは０．７波長になる。しかし、実際には、１層目から４層目までの厚さが、それぞれ０．０５波長の条件を満たしているため、高インピ－ダンスを実現することができる。このため、音響多層膜１３の各層の平均厚さは、圧電基板１１の側から、３層目または４層目までの平均厚さ、あるいは、音響多層膜１３中の任意の連続する３層または４層分の平均厚さで計算してもよい。なお、１層目近傍で電極１２として非常に薄い多層膜電極１２を用いた場合には、電極１２として作用しているため、音響多層膜１３として作用していないこともある。また、Ａｌ電極のように、電極１２と音響インピーダンス膜とを兼用できる電極１２は、音響多層膜１３の層として含むこともできる。

【0058】

次に、圧電基板１１を（９０°、９０°、ψ）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約７ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図７に示す。図７に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０２波長～０．０９５波長で５０ｄＢ以上、０．０３波長～０．０８８波長で６０ｄＢ以上、０．０５波長～０．０７波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0059】

［ＬＮ基板の厚み縦振動］
図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイス１０について、ＬＮ基板の圧電基板１１を用いて、厚み縦振動の周波数特性、および、高次モードのインピーダンス比等を求めた。上部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とし、圧電基板１１を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（厚み１μｍ）とし、下部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とした。また、音響多層膜１３を、Ａｌ膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＷ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したものとし、保持基板１４をＳｉ基板とした。

【0060】

音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの周波数特性を、図８（ａ）に示す。図８（ａ）に示すように、厚み縦振動の高次モードでは、図３（ｂ）の厚みすべり振動の高次モードの約１．６倍の、１１ＧＨｚの周波数の共振特性が強く励振され、６３ｄＢのインピーダンス比が得られていることが確認された。高次モードの周波数の違いは、バルク波の横波の音速と縦波の音速との差によるものである。これらの結果から、厚み縦振動の高次モードを利用すると、インピーダンス比は低くなるものの、より高周波のデバイスを実現できることがわかる。

【0061】

次に、圧電基板１１を（０°、θ、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、約１１ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比のθ依存性を、図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、θ＝１１９°～１３３°で５０ｄＢ以上、θ＝１２３°～１２９°で６０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0062】

次に、図８（ｂ）の結果から、圧電基板１１を（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約１１ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０３２波長～０．０８波長で５０ｄＢ以上、０．０４３波長～０．０７波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0063】

［ストリップ型のＬＮ基板の厚みすべり振動］
図２（ａ）および（ｂ）に示すストリップ型の弾性波デバイス１０について、ＬＮ基板の圧電基板１１を用いて、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比等を求めた。上部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とし、圧電基板１１を（０°、θ、１８°）ＬＮ基板（厚み１μｍ）とし、下部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とした。また、音響多層膜１３を、Ａｌ膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＷ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したものとし、保持基板１４をＳｉ基板とした。

【0064】

音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、高次モードのインピーダンス比のθ依存性を、図９（ａ）に示す。図９（ａ）に示すように、インピーダンス比は、θ＝－１２３°～－８０°で５０ｄＢ以上、－１１２°～－９０°で６０ｄＢ以上得られることが確認された。なお、ψは１８°で代表したが、上部電極１２の構造等でψの最適値は多少異なるものの、ψ＝０°～１８０°の範囲では、インピーダンス比の差は２ｄＢ以内に収まる。

【0065】

次に、図９（ａ）の結果から、圧電基板１１を（０°、－１００°、１８°）ＬＮ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０２波長～０．１波長で５０ｄＢ以上、０．０２５波長～０．０８８波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0066】

［ＬＴ基板の厚みすべり振動］
図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイス１０について、ＬＴ基板の圧電基板１１を用いて、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比等を求めた。上部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とし、圧電基板１１を（０°、θ、ψ）のＬＴ基板（厚み１μｍ）とし、下部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とした。また、音響多層膜１３を、Ａｌ膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＷ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したものとし、保持基板１４をＳｉ基板とした。

【0067】

ＬＴ基板を用いたときには、横波音速がＬＮに比べて遅いため、厚みすべり振動の高次モードの周波数が低くなる。最適方位角近傍のＬＴを用いたときの高次モードの周波数は、約６．１ＧＨｚであった。音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、その約６．１ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比のθ依存性を、図１０（ａ）に示す。図１０（ａ）に示すように、インピーダンス比は、θ＝５６°～９６°で５０ｄＢ以上、θ＝６２°～９３°で６０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0068】

次に、図１０（ａ）の結果から、圧電基板１１を（０°、７４°、ψ）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約６．１ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０２波長～０．０８３波長で５０ｄＢ以上、０．０３３波長～０．０７５波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0069】

次に、圧電基板１１を（９０°、９０°、ψ）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約６．１ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図１０（ｃ）に示す。図１０（ｃ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０２３波長～０．０８８波長で５０ｄＢ以上、０．０３６波長～０．０７波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0070】

［ＬＴ基板の厚み縦振動］
図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイス１０について、ＬＴ基板の圧電基板１１を用いて、厚み縦振動の高次モードのインピーダンス比等を求めた。上部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とし、圧電基板１１を（０°、θ、ψ）ＬＴ基板（厚み１μｍ）とし、下部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とした。また、音響多層膜１３を、Ａｌ膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＷ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したものとし、保持基板１４をＳｉ基板とした。

【0071】

この場合も、ＬＴ基板を用いたときには、縦波音速がＬＮに比べて遅いため、厚み縦振動の高次モードの周波数が低くなる。最適方位角近傍のＬＴを用いたときの高次モードの周波数は、約１０ＧＨｚであった。音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、その約１０ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比のθ依存性を、図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）に示すように、インピーダンス比は、θ＝１１２°～１３８°で５０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0072】

次に、図１１（ａ）の結果から、圧電基板１１を（０°、１３０°、ψ）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約１０ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０３７波長～０．０７波長で５０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0073】

［ストリップ型のＬＴ基板の厚みすべり振動］
図２（ａ）および（ｂ）に示すストリップ型の弾性波デバイス１０について、ＬＴ基板の圧電基板１１を用いて、厚みすべり振動の高次モードのインピーダンス比等を求めた。上部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とし、圧電基板１１を（０°、θ、ψ）ＬＴ基板（厚み１μｍ）とし、下部電極をＡｌ電極（厚み５０ｎｍ）とした。また、音響多層膜１３を、Ａｌ膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＷ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したものとし、保持基板１４をＳｉ基板とした。

【0074】

この場合の高次モードの周波数は、約６ＧＨｚであった。音響多層膜１３の各層の平均厚さを０．０５波長にしたときの、その約６ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比のθ依存性を、図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）に示すように、インピーダンス比は、θ＝６３°～９１°で５０ｄＢ以上、θ＝６８°～８６°で５５ｄＢ以上得られることが確認された。

【0075】

次に、図１２（ａ）の結果から、圧電基板１１を（０°、７４°、１７５°）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約６ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０２波長～０．０８波長で５０ｄＢ以上、０．０３波長～０．０７波長で５５ｄＢ以上得られることが確認された。なお、ψは１７５°で代表したが、上部電極１２の構造等でψの最適値は多少異なるものの、ψ＝０°～１８０°の範囲では、インピーダンス比の差は２ｄＢ以内に収まる。

【0076】

次に、圧電基板１１を（９０°、９０°、３７°）ＬＴ基板としたときの、音響多層膜１３の各層の平均厚さと、約６ＧＨｚの高次モードのインピーダンス比との関係を求め、図１２（ｃ）に示す。図１２（ｃ）に示すように、インピーダンス比は、音響多層膜１３の各層の平均厚さが０．０３１波長～０．０７７波長で５０ｄＢ以上、０．０４０波長～０．０５５波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。なお、ψは３７°で代表したが、上部電極１２の構造等でψの最適値は多少異なるものの、ψ＝０°～１８０°の範囲では、インピーダンス比の差は２ｄＢ以内に収まる。

【0077】

なお、図５、図７～図１２には、高次（オーバートーン）モードのインピーダンス比と音響多層膜の各層の平均厚さとの関係を示しているが、低音響インピーダンス膜の平均厚みと高音響インピーダンス膜の平均厚みとが異なるときにも、大きなインピーダンス比が得られる。例えば、圧電基板１１を（９０°、９０°、ψ）ＬＮ基板とし、音響多層膜１３をＳｉＯ_２膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＴａ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に４層積層したものとしたときの、２層の低音響インピーダンス膜１３ａの平均厚みと２層の高音響インピーダンス膜１３ｂの平均厚みとの和と、インピーダンス比との関係を求め、図１３に示す。

【0078】

図１３に示すように、インピ―ダンス比は、和の厚みが０．０７～０．１５波長で６０ｄＢ以上、０．０８３～０．１４２波長で６５ｄＢ以上、０．１～０．１３波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。この関係は、図５、図７～図１２に示すＬＮやＬＴの方位角、厚みすべり、厚み縦振動においても適用することができ、０．０７～０．１５波長で大きなインピーダンス比が得られ、０．０８３～０．１４２波長でより大きなインピーダンス比が得られ、０．１～０．１３波長でさらに大きなインピーダンス比が得られる。

【0079】

［圧電基板を２枚重ねたときの高次モード］
図１（ａ）および（ｂ）に示す弾性波デバイス１０は、圧電基板１１が１枚の単板であるが、図１４に示すように、圧電基板１１が、２枚の圧電基板１１ａ、１１ｂを貼り合わせて成っていてもよい。図１４に示す構造として、例えば、圧電基板１１が、（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（厚み１μｍ）から成る圧電基板１１ａと、（０°、３０６°、ψ）ＬＮ基板（厚み１μｍ）から成る圧電基板１１ｂとが接合されたものから成り、圧電基板１１の上下にそれぞれ電極１２としてＡｌ電極（厚み１００ｎｍ）が設けられ、音響多層膜１３として、下部電極の下部にＳｉＯ_２膜の低音響インピーダンス膜１３ａ（厚み１００ｎｍ）とＴａ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂ（厚み１００ｎｍ）とが交互に５層成膜され、その最下部のＴａ膜に保持基板１４としてＳｉ基板が接合された構造とした。このときの厚み縦振動の周波数特性を、図１５に示す。

【0080】

なお、この圧電基板１１は、接合された２枚の圧電基板１１ａ、１１ｂの構造が、（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、３０６°、ψ）ＬＮ基板（０°、１２６°、ψ）という組み合わせになっている。ここで、＋Ｚ方向を＋面とすると、（０°、－９０°～９０°、ψ）はＬＮ基板の＋面、（０°、９０°～２７０°、ψ）は－面となるため、－ＬＮ＋／＋ＬＮ－の接合に相当している。＋面と－面は、それぞれθが３６０°ごとの周期となる。この構造は、特許文献１における［０００１］配向（（０°、０°、ψ）に相当）のＺｎＯ膜と、［０００－１］配向（（０°、１８０°、ψ）に相当）のＺｎＯ膜とが重ねられた構造とは、基板材料や方位角が異なっている。また、ＺｎＯ膜やＡｌＮ膜などの多結晶薄膜は、Ｘ方向、Ｙ方向に等方で、正確には、ψ＝∞であり、［０００１］配向膜は（０°、０°、∞）に、［０００－１］配向膜は（０°、１８０°、∞）に相当し、ψについては決定されず、Ｘ方向、Ｙ方向に＋、－はない。このように、多結晶薄膜は、単結晶薄板とは大きく異なる。また、ｃ軸が面に平行に配向した膜の場合も同様で、［１０００］膜は（∞、－９０°、０°）に、［－１０００］膜は（∞、９０°、０°）に相当し、φについては決定されず、Ｘ方向、Ｙ方向に＋、－はない。このため、この方位でも、単結晶薄板とは大きく異なる。

【0081】

図１５に示すように、３．３ＧＨｚに２倍波が認められ、９．８ＧＨｚにその３倍の高次モードが認められた。このように、軸方法が異なる２枚の圧電基板１１ａ、１１ｂを重ねた弾性波デバイス１０において、２倍波の約３倍のオーバートーンレスポンス（高次モード）が励振されることが確認された。なお、図１５中には記載されていないが、約５倍のオーバートーンレスポンスも励振されていることも確認している。

【0082】

図１（ａ）に示す構造の特性と、図１４に示す構造の特性との比較を行った。図１（ａ）に示す構造として、圧電基板１１が、（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（厚み２μｍ）から成り、圧電基板１１の上下にそれぞれ電極１２としてＡｌ電極（厚み１００ｎｍ）が設けられ、音響多層膜１３として、下部電極の下部にＳｉＯ_２膜の低音響インピーダンス膜１３ａ（厚み１００ｎｍ）とＴａ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂ（厚み１００ｎｍ）とが交互に６層成膜され、その最下部のＴａ膜に保持基板１４としてＳｉ基板が接合された構造とした。図１４に示す構造は、上記の構造とした。

【0083】

図１（ａ）に示す構造の、基本モードの約３倍のオーバートーン（高次モード）、および、図１４に示す構造の、２倍波の約３倍のオーバートーン（高次モード）の周波数特性を、それぞれ図１６（ａ）および（ｂ）に示す。図１６（ａ）に示すように、圧電基板１１が１枚のときには、４．８ＧＨｚで、６３ｄＢのインピーダンス比が得られるのに対し、図１６（ｂ）に示すように、圧電基板１１が２枚から成るときには、９．８ＧＨｚで、より大きいインピーダンス比の７５ｄＢが得られることが確認された。また、図１（ａ）に示す構造では、図１６（ａ）に示すように、帯域内にリップルが存在するのに対し、図１４に示す構造では、図１６（ｂ）に示すように、帯域内にリップルが存在しないことも確認された。このように、圧電基板１１として、２枚の圧電基板１１ａ、１１ｂを、＋面同士、あるいは－面同士を重ねて構成することにより、大きな利点が得られるといえる。なお、音響多層膜１３を６層として検討したが、３層以上であれば同様の特性を示す。

【0084】

次に、以下の３通りの構造について、検討を行った。
Ａ構造：図１４に示す構造において、圧電基板１１が（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、３０６°、ψ）ＬＮ基板（０°、１２６°、ψ）で、厚みが２枚合わせて２μｍの場合
Ｂ構造：図１４に示す構造において、圧電基板１１が（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、３０６°、ψ＋１８０°）ＬＮ基板（０°、１２６°、ψ＋１８０°）で、厚みが２枚合わせて２μｍの場合
Ｃ構造（比較例）：図１（ａ）に示す構造において、圧電基板１１が（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（厚み２μｍ）の場合

【0085】

Ａ構造～Ｃ構造の３通りの場合について、Ｔａ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さが０．０４波長（波長は、圧電基板１１の厚さの２倍の４μｍ）のときの、ＳｉＯ_２膜の低音響インピーダンス膜１３ａの厚さとインピーダンス比との関係を、図１７（ａ）に示す。また、これら３通りの場合について、低音響インピーダンス膜１３ａの平均厚さと高音響インピーダンス膜１３ｂの平均厚さとの和と、インピーダンス比との関係を、図１７（ｂ）に示す。

【0086】

図１７（ａ）に示すように、Ａ構造の場合、インピーダンス比は、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さが０．００５～０．０５波長で６０ｄＢ以上、００６８～０．０４１波長で６５ｄＢ以上、０．００９～０．０３５波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。また、図示していないが、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さを０．０４波長として、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さを変化させたときも同様に、インピーダンス比は、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さが０．００５～０．０５波長で６０ｄＢ以上、０．００６８～０．０４１波長で６５ｄＢ以上、０．００９～０．０３５波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。

【0087】

また、Ｂ構造の場合、インピーダンス比は、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さが０．００８～０．０４波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。また、図示していないが、低音響インピーダンス膜１３ａの厚さを０．０４波長として、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さを変化させたときも同様に、インピーダンス比は、高音響インピーダンス膜１３ｂの厚さが０．００８～０．０４波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。また、Ａ構造は、Ｃ構造と比べて、１２ｄＢ程度大きいインピーダンス比が得られ、Ｂ構造は、Ｃ構造と同程度の大きさのインピーダンス比が得られることが確認された。

【0088】

また、図１７（ｂ）に示すように、Ａ構造の場合、インピーダンス比は、低音響インピーダンス膜１３ａの平均厚さと高音響インピーダンス膜１３ｂの平均厚さとの和が、０．０２～０．０９波長で６０ｄＢ以上、０．０２８～０．０８５波長で６５ｄＢ以上、０．０４～０．０８波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。また、Ｂ構造の場合、インピーダンス比は、その和が０．０３４～０．０８２波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。また、Ａ構造は、Ｃ構造と比べて、１４ｄＢ程度大きいインピーダンス比が得られ、Ｂ構造は、Ｃ構造と同程度の大きさのインピーダンス比が得られることが確認された。なお、Ａ構造およびＢ構造での低音響インピーダンス膜１３ａおよび高音響インピーダンス膜１３ｂの最適な厚さは、ＳｉＯ_２膜およびＴａ膜以外の組み合わせでも同様である。なお、図中には記載していないが、（０°、１２６°、ψ）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ）／（０°、１２６°、ψ＋１８０°）ＬＮ基板（０°、３０６°、ψ＋１８０°）で、厚みが２枚合わせて２μｍの構造についても、Ｂ構造と同じ特性を示すことを確認している。

【0089】

また、図１５～図１７に示す結果は、ＬＮ基板やＬＴ基板での、他の厚み縦振動の２倍波にも適用できる。すなわち、（φ、θ、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ）／（φ、θ＋１８０°、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ、ψ）の場合、（φ、θ、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ）／（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ、ψ＋１８０°）の場合、および、（φ、θ、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ）／（φ、θ、ψ＋１８０°）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）の場合であって、ＬＮ基板のとき、φ＝－５°～５°、θ＝１１９°～１３３°、ψ＝０°～１８０°およびこれらと結晶学的に等価なオイラー角の場合、ＬＴ基板のとき、φ＝－５°～５°、θ＝１１２°～１３８°、ψ＝０°～１８０°およびこれらと結晶学的に等価なオイラー角の場合に適用できる。

【0090】

次に、圧電基板１１が、（０°、７４°、０°）ＬＮ基板を２枚重ねたものから成る場合の、厚みすべり振動の２倍波について検討を行った。検討した圧電基板１１の構造は、以下の６通りである。
Ｄ構造：（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、２５４°、０°）ＬＮ基板（０°、７４°、０°）
Ｅ構造：（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、２５４°、１８０°）ＬＮ基板（０°、７４°、１８０°）
Ｆ構造：（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、７４°、１８０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、１８０°）
Ｇ構造：（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、２５４°、９０°）ＬＮ基板（０°、７４°、９０°）
Ｈ構造：（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、０°）／（０°、７４°、９０°）ＬＮ基板（０°、２５４°、９０°）
Ｉ構造（比較例）：（０°、７４°、０°）ＬＮ基板（厚み２μｍ）

【0091】

Ｄ構造～Ｈ構造の５通りは、いずれも１μｍの厚さのＬＮ基板を２枚重ねたものである。なお、いずれの構造も、圧電基板１１の上下の電極１２を、厚さ１００ｎｍのＡｌ電極、音響多層膜１３を、ＳｉＯ_２膜の低音響インピーダンス膜１３ａとＴａ膜の高音響インピーダンス膜１３ｂとを交互に６層積層したもの、保持基板１４をＳｉ基板としている。Ｄ構造～Ｉ構造の６通りの場合について、低音響インピーダンス膜１３ａの平均厚さと高音響インピーダンス膜１３ｂの平均厚さとの和と、インピーダンス比との関係を、図１８に示す。

【0092】

図１８に示すように、Ｄ構造の場合、インピーダンス比は、低音響インピーダンス膜１３ａの平均厚さと高音響インピーダンス膜１３ｂの平均厚さとの和が、０．０４５～０．０７３波長で６０ｄＢ以上、０．０４５６～０．０７２波長で６５ｄＢ以上、０．０４６～０．０６９波長で７０ｄＢ以上、０．０４９～０．０６３波長で７５ｄＢ以上得られることが確認された。また、Ｅ構造の場合、インピーダンス比は、その和が、０．０４７～０．０６５波長で５５ｄＢ以上、０．０５～０．０６２波長で６０ｄＢ以上得られることが確認された。また、Ｆ構造の場合、インピーダンス比は、その和が、０．０４６～０．０６波長で６０ｄＢ以上、０．０４７～０．０５８波長で６５ｄＢ以上、０．０４９～０．０５６３波長で７０ｄＢ以上得られることが確認された。また、Ｇ構造およびＨ構造では、インピーダンス比が５０ｄＢ以下となり、良好な特性が得られないことが確認された。なお、音響多層膜１３は６層で検討したが、３層以上であれば同様の特性を示す。

【0093】

また、図１８に示すように、Ｄ構造およびＦ構造は、Ｉ構造と比べて、それぞれ１５ｄＢおよび８ｄＢ程度大きいインピーダンス比が得られることが確認された。Ｅ構造は、Ｉ構造と同程度の大きさのインピーダンス比が得られることが確認された。また、Ｄ構造～Ｆ構造の音響多層膜１３の各膜の波長（波長は、圧電基板１１の厚さの２倍）で規格化したときの厚さは、Ｉ構造の場合の半分であることも確認された。

【0094】

また、図１８に示す結果は、ＬＮ基板およびＬＴ基板の厚みすべり振動、ストリップ型の厚みすべり振動、ならびに、図１、図２の構造にも適用できる。すなわち、Ｄ構造では、（φ、θ、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ）／（φ、θ＋１８０°、ψ）（ＬＮまたはＬＴ）（φ、θ、ψ）、Ｅ構造では、（φ、θ、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ）／（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ、ψ＋１８０°）、Ｆ構造では、（φ、θ、ψ）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ）／（φ、θ、ψ＋１８０°）（ＬＮ基板またはＬＴ基板）（φ、θ＋１８０°、ψ＋１８０°）の場合であって、それぞれ以下の場合に適用できる。ＬＮ基板のとき、φ＝－５°～５°、θ＝６６．５°～８２°、ψ＝０°～１８０°、および、φ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、および、これらと結晶学的に等価なオイラー角の場合である。ＬＴ基板のとき、φ＝－５°～５°、θ＝５６°～９６°、ψ＝０°～１８０°、および、φ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、および、これらと結晶学的に等価なオイラー角の場合である。ストリップ型の厚みすべり振動の場合、ＬＮ基板のとき、φ＝－５°～５°、θ＝－１２３°～―８０°、ψ＝０°～１８０°、および、これらと結晶学的に等価なオイラー角の場合、ＬＴ基板のとき、φ＝－５°～５°、θ＝６３°～９１°、ψ＝０°～１８０°、および、φ＝８５°～９５°、θ＝８５°～９５°、ψ＝０°～１８０°、および、これらと結晶学的に等価なオイラー角の場合である。

【符号の説明】

【0095】

１０ 弾性波デバイス
１１ 圧電基板
１２ 電極
１３ 音響多層膜
１３ａ 低音響インピーダンス膜
１３ｂ 高音響インピーダンス膜
１４ 保持基板
１５ 切込

【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】