特許 7561343 表面弾性波フィルタ、デュプレクサ及びモジュール

(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】2024-09-26

(45)【発行日】2024-10-04

(54)【発明の名称】表面弾性波フィルタ、デュプレクサ及びモジュール

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/25 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

H03H9/25 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019222544

(22)【出願日】2019-12-09

(65)【公開番号】P2021093609

(43)【公開日】2021-06-17

【審査請求日】2022-12-06

(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】304023994

【氏名又は名称】国立大学法人山梨大学

(74)【代理人】

【識別番号】100156018

【弁理士】

【氏名又は名称】若田 充史

(74)【代理人】

【識別番号】100081569

【弁理士】

【氏名又は名称】若田 勝一

(72)【発明者】

【氏名】中村 浩

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 紀之

(72)【発明者】

【氏名】垣尾 省司

【審査官】福田 正悟

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１３８８１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０７２８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４７３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０２７７０７（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】

キャリア基板と、前記キャリア基板上に設けられた、圧電材料でなる圧電層と、前記圧電層上に形成されたＩＤＴ電極とを備えた共振器を有する表面弾性波フィルタであって、
前記キャリア基板は非晶質でない結晶形態を持つシリコン、サファイア、多結晶シリコン、多結晶Al ₂ O ₃ 、または多結晶サファイアからなる半導体又は絶縁体で構成され、
前記圧電層は、前記ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたとき、０．１５λ～１．５λの厚みを有し、
前記キャリア基板上に設けられる前記圧電層は、厚みの異なる複数の領域を備え、
前記圧電層に設けられる前記複数の領域の厚さは、ある領域の厚さに対し、次に厚さの小さい領域の厚さが１０％以上小さくなるように、段階的な厚さの減少を持たせて設定され、
前記圧電層に設けられる複数の領域にそれぞれＩＤＴ電極を有する共振子が構成され、
複数の前記共振子が設けられる前記圧電層の上に、第１のポート及び第２のポートが設けられ、
１つの前記キャリア基板上で、前記複数の領域上にそれぞれ形成された複数の前記共振子が、直列に接続された直列回路又は並列に接続された並列回路を構成すると共に、その直列回路又は並列回路の端部に、前記第１のポートと前記第２のポートをそれぞれ備えて構成される共振器を有する
表面弾性波フィルタ。

【請求項2】

請求項１に記載の表面弾性波フィルタにおいて、
前記圧電層で励起される圧電振動の主振動が、ＳＨモードである、表面弾性波フィルタ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の表面弾性波フィルタにおいて、
前記キャリア基板と前記圧電層との間に、両者の結合の容易化又は弾性波の音速の高速化の少なくともいずれかの役目を果たす１又は複数の中間層を備えた、表面弾性波フィルタ。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか１項に記載の表面弾性波フィルタを含んで構成された、モジュール。

【請求項5】

請求項１から３までのいずれか１項に記載の表面弾性波フィルタを含んで構成された、デュプレクサ。

【請求項6】

請求項５に記載のデュプレクサを含んで構成された、モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面弾性波フィルタ、デュプレクサ及びこれらを含むモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話端末や携帯情報端末等の通信機器端末においては、アンテナのフィルタやデュプレクサに用いられる弾性波デバイスにはより高いＱ値が求められる。弾性波デバイスにはバルク弾性波デバイスと表面弾性波デバイスとがある。これらの弾性波デバイスのうち、表面弾性波デバイスが主流として使われるものの、表面弾性波デバイスはバルク弾性波デバイスに比較してＱ値が低いという問題がある。

【0003】

そこでこのＱ値を向上させるため、特許文献１に記載のように、シリコンやサファイア等でなる基板上に、タンタル酸リチウム又はニオブ酸リチウム等からなる薄い圧電層を張り付ける多層膜構造とすることにより、弾性波基板の深さ方向への弾性波の漏洩を大幅に減少させ、これにより、Ｑ値を大幅に向上させたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２００２－５３４８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した従来の弾性波デバイスのように、弾性波の圧電層への閉じこめを良くした構造では、伝播させるべき表面弾性波以外の縦波等の他の伝搬モードも励起されることで、通過帯域より高い周波数帯域において大きな寄生共振（スプリアス）が発生することがある。この高域スプリアスはフィルタの減衰特性に悪影響を与える。その結果、その移動体通信機器で使用する通過帯域のシステムに悪影響を与えたり、そのシステムから送信される信号により、他の周波数帯域のシステムに悪影響を与えたりするおそれがある。しかしながら、弾性波デバイスを構成している圧電層の層厚みの調整のみでこのスプリアスを抑制することは困難である。

【0006】

本発明は、上記問題点に鑑み、Ｑ値を高く保持したままで、高域スプリアスの抑制を可能とした表面弾性波フィルタ、デュプレクサ及びモジュール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】

【0007】

本発明の表面弾性波フィルタの１つの態様は、
キャリア基板と、前記キャリア基板上に設けられた、圧電材料でなる圧電層と、前記圧電層上に形成されたＩＤＴ電極とを備えた共振器を有する表面弾性波フィルタであって、
前記キャリア基板は非晶質でない結晶形態を持つシリコン、サファイア、多結晶シリコン、多結晶Al2O3、または多結晶サファイアからなる半導体又は絶縁体で構成され、
前記圧電層は、前記ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたとき、０．１５λ～１．５λの厚みを有し、
前記キャリア基板上に設けられる前記圧電層は、厚みの異なる複数の領域を備え、
前記圧電層に設けられる前記複数の領域の厚さは、ある領域の厚さに対し、次に厚さの小さい領域の厚さが１０％以上小さくなるように、段階的な厚さの減少を持たせて設定され、
前記圧電層に設けられる複数の領域にそれぞれＩＤＴ電極を有する共振子が構成され、
複数の前記共振子が設けられる前記圧電層の上に、第１のポート及び第２のポートが設けられ、
１つの前記キャリア基板上で、前記複数の領域上にそれぞれ形成された複数の前記共振子が、直列に接続された直列回路又は並列に接続された並列回路を構成すると共に、その直列回路又は並列回路の端部に、前記第１のポートと前記第２のポートをそれぞれ備えて構成される共振器を有する。
このように、共振器の圧電層を０．１５λ～１．５λの厚みとすることにより高い電気機械結合係数とＱ値が保持される。また、各共振子は、弾性波が閉じ込められる薄い圧電層の厚さを複数の領域で変化させることにより、基本波の共振周波数とは反共振周波数をほぼ一定に保ったまま、共振周波数及び反共振周波数より高い周波数であって、高域スプリアスの出現する周波数を、各領域でそれぞれ構成される共振子ごとに変化させて分散させたものである。このように、圧電層の厚さが異なる共振子ごとにスプリアスが出現する周波数を変化させたので、これらの共振子を接続して構成される共振器を有することにより、周波数の異なるスプリアスが互いに強め合うことなく、フィルタ全体としてスプリアスの少ない表面弾性波フィルタを得ることができる。
本発明において、「共振子」とは、１つのＩＤＴ電極を含んで構成されるものをいう。また「共振器」とは、複数のその共振子が直列または並列に接続される構成されるものをいう。「表面弾性波フィルタ」とは、複数のその共振器を接続することにより構成されるものをいう。

【0008】

上述した本発明の態様において、前記圧電層の前記複数の領域の厚さは、ある領域の厚さに対し、次に厚さの小さい領域の厚さが１０％以上小さくなるように、段階的な厚さの減少を持たせて設定され、前記複数の領域上にそれぞれ形成されたＩＤＴ電極が直列又は並列に接続された部分を含むものであることが好ましい。
このように、圧電層の厚さを１０％以上異ならせることにより、圧電層の厚さが異なる領域の共振子で発生するスプリアスの周波数を、互いに強め合うことなく分散することができる。また、圧電層の厚さが異なる領域の共振子どうしを直列又は並列に接続することにより、さらなるスプリアスの抑制が可能となる。

【0009】

上述した本発明の各態様において、圧電層で励起される圧電振動がＳＨモードであることが好ましい。
このように、圧電層で励起される圧電振動がＳＨモードであって、スプリアスが発生しやすい構成において、スプリアス抑制上、有効な効果が得られる。

【0010】

上述した本発明の各態様において、前記キャリア基板と前記圧電層との間に、両者の結合の容易化又は弾性波の音速の高速化の少なくともいずれかの役目を果たす１又は複数の中間層を備えることが好ましい。
このような中間層を備えることにより、キャリア基板との結合強度の向上又は伝播すべき表面弾性波の漏洩防止効果が得られる。

【0011】

上述した本発明の各態様の表面弾性波フィルタを含んでモジュールを実現することにより、高域スプリアスの抑制されたモジュールが提供できる。

【0012】

上述した本発明の各態様の表面弾性波フィルタを含んでデュプレクサを実現した場合も、高域スプリアスの抑制されたデュプレクサが提供できる。

【0013】

上述した本発明のデュプレクサを含んでモジュールを実現した場合も、高域スプリアスの抑制されたモジュールが提供できる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、表面弾性波デバイス（共振子）の圧電層を０．１５λ～１．５λの厚みとすることにより高いＱ値が保持される。また、弾性波が閉じ込められる薄い圧電層の厚さを共振子によって変化させることにより、基本波の共振周波数とは反共振周波数をほぼ一定に保ったまま、高域スプリアスの出現する周波数を共振子ごとに変化させることができる。このように、圧電層の厚さが異なる共振子ごとにスプリアスが出現する周波数を変化させることができるので、これらを共振子を接続して共振器を構成し、その共振器を用いて表面弾性波フィルタを構成することにより、周波数の異なるスプリアスが互いに強め合うことなく、スプリアスの少ない表面弾性波フィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1a】本発明の表面弾性波フィルタを構成する構成要素である共振子の１つを模式的に示す断面図および略図である。

【図1b】図１ａと異なる厚さの圧電層を有する共振子を模式的に示す断面図及び略図である。

【図1c】図１ａ及び図１ｂの共振子と異なる厚さを有する共振子を模式的に示す断面図及び略図である。

【図2a】図１ａないし図１ｃに示した共振子により構成される本発明に用いる共振器の一実施の形態を模式的に示す断面図である。

【図2b】図１ａ及び図１ｂに示した共振子により構成される本発明に用いる共振器の他の実施の形態を模式的に示す断面図である。

【図2c】本発明に用いる共振器との比較のための従来の共振器を模式的に示す断面図である。

【図2d】図２ｃと異なる厚さの圧電層を有する従来の共振器を模式的に示す断面図である。

【図2e】図２ｃ及び図２ｄと異なる厚さの圧電層を有する従来の共振器を模式的に示す断面図である。

【図3a】図１ａないし図１ｃに示した共振子を直列に接続して構成される本発明の共振器を示す構成図である。

【図3b】図１ａないし図１ｃに示した共振子を並列に接続して構成される本発明の共振器を示す構成図である。

【図3c】図１ａ及び図１ｂに示した共振子を直列に接続して構成される本発明の共振器を示す構成図である。

【図3d】図１ａ及び図１ｂに示した共振子を並列に接続して構成される本発明の共振器を示す構成図である。

【図4】図３ａに示した共振器をより具体化して示す平面図である。

【図5】図３ｂに示した共振器をより具体化して示す平面図である。

【図6】共振子において、共振周波数と電極周期との関係を説明するための図４の部分拡大図である。

【図7】共振子における圧電層の厚みと弾性波の音速との関係を示す相関図である。

【図8】図３ｃないし図３ｅに示した従来の共振器の周波数に対する減衰量を示す特性図である。

【図9】図３ａに示した共振器の周波数に対するアドミッタンスを示す特性図である。

【図10】図３ｂに示した共振器の周波数に対するアドミッタンスを示す特性図である。

【図11】図３ｃに示した共振器の周波数に対するアドミッタンスを示す特性図である。

【図12】図３ｄに示した共振器の周波数に対するアドミッタンスを示す特性図である。

【図13】図２ａに示した共振器を構成する厚みの異なる圧電層の形成工程の一例を示す工程図である。

【図14a】ラダー構造に組んで構成した本発明の表面弾性波フィルタの一例を示す構成図である。

【図14b】ラダー構造に組んで構成した本発明の表面弾性波フィルタの他の例を示す構成図である。

【図15】本発明の表面弾性波フィルタを用いて構成したモジュールの一例を示す構成図である。

【図16】本発明の表面弾性波フィルタを用いて構成したデュプレクサの一例を示す構成図である。

【図17】図１６のデュプレクサを用いて構成したモジュールの一例を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１ａないし図１ｃは本発明の表面弾性波フィルタを構成するための共振子の１つをそれぞれ模式的に示す断面図（右側に示す）および略図（左側に示す）である。各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、キャリア基板２と、それぞれ厚さの異なる圧電層４と、圧電層４上に形成されたＩＤＴ電極５と、キャリア基板２と圧電層４との間に設けられた中間層３とを備えている。各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、ＳＨモードの主振動を励起させるものである。

【0017】

キャリア基板２は高抵抗の半導体又は絶縁体で構成され、例えば非晶質でない結晶形態を持つシリコンや結晶質のサファイアが用いられる。キャリア基板２に用いられる材質としてはこれらに限定されず、多結晶シリコン、多結晶Al₂O₃、多結晶サファイアなど本発明の課題を解決しえるものであれば他の材質のものであってもよい。

【0018】

圧電層４には、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）（以下ＬＴと称することがある）又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）（以下ＬＮと称することがある）が用いられる。しかしながら、圧電層４はこれらの材質のものに限定されず、他の材質のものを用いることも可能である。

【0019】

ＩＤＴ電極５には、例えばＡｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇあるいはこれらの合金等を用いることができるが、他の金属あるいは合金を用いてもよい。

【0020】

中間層３はキャリア基板２と圧電層４との結合強度を高めるかあるいは弾性波の伝搬速度の高速化を図る層の少なくともいずれかの目的を持って設けられる層である。キャリア基板２と圧電層４との結合強度を高める目的を持って設けられる場合、中間層３には例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等が用いられる。また、弾性波の高速化層として中間層３を設ける場合には、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は窒化ホウ素アルミニウム（Ｂ_ＸＡｌ_１－ＸＮ）等が用いられる。

【0021】

このような弾性波デバイス１を製造する場合、圧電層４にはなるべく薄いものを用いることがＱ値を向上させる上で有効である。圧電層４としては例えば１５°～５２°ＹカットＸ伝搬のＬＴが用いられる。

【0022】

図１ａ～図１ｃにそれぞれ示す共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃが互いに異なる点は、圧電層４の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３が互いに異なる（ｔ１＞ｔ２＞ｔ３）ことである。本発明の表面弾性波フィルタを構成するための共振器は、図２ａに示すように、例えば共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを一体の共振器として設ける。そして、その共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃが配置されている領域の圧電層４の厚さが少なくとも２種以上異なるように構成する。あるいは例えば図２ｂに示すように、例えば共振子１Ａ、１Ｂを一体の共振器として設け、その共振子１Ａ、１Ｂが配置されている領域の圧電層４の厚さを異なるように構成してもよい。なお、図２ａのように共振子が三つある場合において、三つの領域の圧電層の厚さが二種類のみに構成（例えばｔ1＝ｔ２＞ｔ３）してもある程度のスプリアス抑制効果が抑制できる。

【0023】

図２ｃ～図２ｅは圧電層４の厚さが異なる従来構成の共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚ（圧電層４の厚さがそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３）を示す。これらの共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚは、本発明によるスプリアス抑制効果を説明するために示した比較例である。

【0024】

図３ａないし図３ｄは共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを用いて構成される本発明の共振器６Ａ～６Ｄを示す構成図である。図３ａの共振器６Ａは、圧電層４の厚さが異なる共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを直列に接続して構成した例を示す。図３ｂの共振器６Ｂは、圧電層４の厚さが異なる共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを並列に接続して構成した例を示す。図３ｃの共振器６Ｃは、圧電層４の厚さが異なる共振子１Ａ、１Ｂを直列に接続して構成した例を示す。図３ｄの共振器６Dは、圧電層４の厚さが異なる共振子１Ａ、１Ｂを並列に接続して構成した例を示す。

【0025】

図４は、図３ａに示すように、共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを直列に接続して構成した共振器６Ａを、より具体化して示す平面図である。各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、くし歯状電極であるＩＤＴ電極５の両側に反射器７を設けて構成される。各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、互いに直列に接続され、その直列接続回路の一端には第１のポート８Ａが設けられ、他端には第２のポート９Ａが設けられる。

【0026】

図５は、図３ｂに示すように、共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを並列に接続して構成した共振器６Ｂをより具体化して示す平面図である。各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、くし歯状電極であるＩＤＴ電極５の両側に反射器７を設けて構成される。共振器６Ｂの互いに並列に接続されたＩＤＴ電極５の一端には第１のポート８Ｂが設けられ、他端には第２のポート９Ｂが設けられる。

【0027】

２つの共振子１Ａ、１Ｂを直列に接続して共振器６Ｃ（図３ｃ参照）を構成する場合は、図４から共振子１Ｃを除いた構成になる。また、２つの共振子１Ａ、１Ｂを並列に接続して共振器（図３ｄ参照）を構成する場合は、図５から共振子１Ｃを除いた構成になる。

【0028】

例えば図４に示すように、第１のポート８Ａと第２のポート９Ａとの間に高周波信号を入力するとＩＤＴ電極５の個々の電極間に電界が発生し、表面弾性波が励振されて圧電層４上を伝搬し、反射器７で反射されて電気的な共振が発生する。その共振周波数ｆ_Ｒは、圧電層４を伝搬する表面弾性波の波長であるλと、電極周期Ｐとにより決定され、電極周期Ｐ（図６参照）は、Ｐ＝λ／２により決定される。

【0029】

次に、本発明により、ＩＤＴ電極５を設ける圧電層４の厚さを異ならせた場合、スプリアス抑制効果が得られた検証結果について説明する。この検証は、シミュレーションにより行なった。すなわち、図２ｃ～図２ｅに示すように、共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの各圧電層４の厚みを、それぞれｔ１、ｔ２、ｔ３と均一にしたものと、図３ａ～図３ｄに示す本発明による共振器６Ａ～６Ｄとについて、スプリアス抑制効果について比較した。ここで、検証を行なう表面弾性波フィルタの構成材料として、本発明の共振器と従来例の共振器に共通に、キャリア基板２に２００μｍの厚さのシリコンを用いた。

【0030】

本発明の共振器と従来例の共振器の他の構成要素の材質は、表１に示す通りである。すなわち、ＩＤＴ電極５にＡｌ、圧電層４にＬＴ、中間層３に二酸化ケイ素を用いた。また、ＩＤＴ電極５の周期Ｐ（＝λ／２）を０．９μｍ（λ＝１．８μｍ）、共振子１Ａの圧電層４の厚さを０．３λ（０，５４μｍ）、共振子１Ｂの圧電層４の厚さを０．２５λ（０．４５μｍ）、共振子１Ｃの圧電層４の厚さを０．２λ（０．３６μｍ）とした。また、共振子１Ａの中間層３の厚さ０．０８λ（０，１４μｍ）、共振子１Ｂ、１Ｃの中間層３の厚さは０．０６λ（０．１１μｍ）とした。また、ＩＤＴ電極５の厚さは、０．０８λ（０．１４μｍ）とした。

【0031】

【表1】

【0032】

図８は図３ｃないし図３ｅに示した比較例の共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの周波数に対するアドミッタンス（dBシーメンス）を、１つのグラフに纏めて示す特性図である。共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚは、それぞれ共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを３つずつ並列に接続した構成としたものである。図８に示すように、圧電層４の厚さが表１の１Ａ、１Ｂ、１Ｃに示すように異なる（共振器６Ａの圧電層４の厚さがｔ１、６Ｂがｔ２、６Ｃがｔ３）場合、２ＧHz近傍の基本波の共振周波数ｆ_Ｒや反共振周波数ｆ_Ａは殆ど変化しない。しかしながら、２．８GHz近傍の高域スプリアスが発生する周波数は、圧電層４の厚みが薄くなるに従って、より高い側に移行する。

【0033】

この理由は次のように説明できる。図7に示すように、圧電層４の厚さが薄くなると、圧電層４内の弾性波の音速は大となる。スプリアスは、振動モードの異なる振動が同時に励起されることによって起こることが多いが、薄い圧電層４をキャリア基板２上に形成した構造では、圧電層４内での音速の圧電層厚に対する依存性が振動モードによって異なる。すなわち、基本波の振動モードの場合、膜厚が薄くなることによる音速の上昇度合より、スプリアス振動モードの場合、膜厚が薄くなることによる音速の上昇度合が大となる。このため、スプリアスが発生する周波数は、圧電層４の厚さが薄い程高くなる図示の現象が起こると説明できる。図5に示すように、これらの共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚにおける、スプリアス発生周波数帯域における最大アドミッタンスと最小アドミッタンスとの差は３２ｄＢであった。

【0034】

図９は図３ａ及び図４に示した共振器６Ａ、すなわち厚さの異なる共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを直列に接続して構成した共振器６Ａの周波数に対するアドミッタンスを示す特性図である。このように、各スプリアス発生周波数帯域における最大アドミッタンスと最小アドミッタンスとの差は２０ｄＢと、個々の共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの場合より大幅に減少した。このように、スプリアス発生周波数帯域における最大アドミッタンスと最小アドミッタンスとの差、言い換えればスプリアスが大幅に減少した理由は、共振器６Ａにおける各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃの共振周波数と反共振周波数はほぼ同じであり、圧電層４の厚さを変えることにより、周波数及び反共振周波数より高い周波数のスプリアスは異なるように分散させて、各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを電気的に直列に接続することにより、圧電層４の厚さが異なる領域ごとの共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて分散したスプリアスが合成された結果、レベルが低減されるためである。

【0035】

図１０は図３ｂ及び図５に示した共振器６Ｂ、すなわち厚さの異なる共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを並列に接続して構成した共振器６Ｂの周波数に対するアド
ミッタンスを示す特性図である。この共振器６Ｂの場合も、スプリアス発生周波数帯域における最大アドミッタンスと最小アドミッタンスとの差は２０ｄＢと、個々の共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの場合より大幅に減少した。このようにスプリアスが大幅に減少した理由は、図９に示す共振器６Ａの場合と同様に、各共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃの圧電層４の厚さが異なる領域ごとに、スプリアスの周波数が異なるように分散させ、これらの共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃを並列に接続させたため、共振子１Ａ、１Ｂ、１Ｃの分散したスプリアスが合成されたためである。

【0036】

図１１は図３ｃに示した共振器６Ｃ、すなわち厚さの異なる共振子１Ａ、１Ｂを直列に接続して構成した共振器６Ｃの周波数に対する減衰量を示す特性図である。この共振器６Ｃの場合も、スプリアス発生周波数帯域における最大アドミッタンスと最小アドミッタンスとの差は２５ｄＢと、個々の共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの場合より減少した。このようにスプリアスが減少した理由は、図８、図９に示す、共振器６Ａ、６Ｂの場合と同様に、圧電層４の厚さが異なる領域ごとに、スプリアスが発生する周波数が分散するためである。圧電層４の厚さが２種となる共振器６Ｃの場合、圧電層４の厚さが３種である共振器６Ａ、６Ｂの場合に比較して、スプリアスの抑制度合が小さくなる理由は、圧電層４の厚さの異なる個々の領域で発生するスプリアスの強度が、共振器６Ｃの場合の方が、共振器６Ａ、６Ｂの場合より大きくなるためである。

【0037】

図１２は図３ｄに示した共振器６Ｄ、すなわち厚さの異なる共振子１Ａ、１Ｂを並列に接続して構成した共振器６Ｄの周波数に対するアドミッタンスを示す特性図である。この共振器６Ｄの場合も、スプリアス発生周波数帯域における最大アドミッタンスと最小アドミッタンスとの差は２５ｄＢと、個々の共振器６Ｘ、６Ｙ、６Ｚの場合より減少した。このように、共振器６Ｄのスプリアスが抑制される理由、及び共振器６Ａ、６Ｂよりスプリアスが大きくなる理由は、図１１に示した共振器６Ｃの場合と同じである。

【0038】

図１３は厚さがｔ１、ｔ２、ｔ３と異なるように圧電層４を形成する工程の一例を示す工程図である。図１３（ａ）に示すように、圧電層４の表面のうち、厚さを薄くしない領域４ａ、すなわち厚さｔ１としておくべき領域には、レジスト１０ａを形成する。そして、レジスト１０ａを形成していない領域４ｂに例えばアルゴンガスイオンのようなイオン１１の照射によるエッチングを行ない、図１３（ｂ）に示すように、圧電層４の薄くなった領域４ｃを形成する。続いて、さらに薄い圧電層の領域を得る場合には、図１３（ｃ）に示すように、厚さｔ１、ｔ２として残しておく領域４ａ、４ｃにレジスト１０ａ、１０ｂを残留あるいは新たに形成し、残りの領域４ｄにイオン１１を照射してエッチングを行なう。これにより、図１３（ｄ）に示すように、領域４ｃよりさらに厚さがｔ３と薄くなった領域４ｅを形成した後、レジスト１０ａ、１０ｂを除去する。

【0039】

このようにして圧電層４に厚さが異なる複数の領域４ａ、４ｃ、４ｅを形成した後、各領域４ａ、４ｃ、４ｅにそれぞれフォトリソグラフィ技術を用いてＩＤＴ電極５を形成する。

【0040】

圧電層４の厚さが異なる各領域４ａ、４ｂ、４ｃの厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は、ある領域４ａ（４ｂ）の厚さｔ１（ｔ２）に対し、次に厚さの小さい領域４ｂ（４ｃ）の厚さｔ２（ｔ３）が１０％以上小さくなるように、段階的な厚さの減少を持たせて設定することが好ましい。理論的には多少でも厚さの相違を設ければスプリアスの周波数がずれて分散するため、若干のスプリアス最大減衰量と最小減衰量との差は減少する。しかし、ある程度の厚さの相違として上記の１０％以上の相違を設けることにより、各領域４ａ、４ｂ、４ｃで発生するスプリアスの周波数が重ならないようにはっきりと分散することができるため、最大減衰量と最小減衰量との差は減少の程度は大きくなるためである。前記の数値例においては、
ｔ２／ｔ１＝０．２５／０．３＝０．８３
ｔ３／ｔ２＝０．２／０．２５＝０．８０
であり、圧電層４の領域４ａと４ｃの厚さの差は１－０．８３＝０．１７（１７％）であり、圧電層４の領域４ｃと４ｅの厚さの差は１－０．８０＝０．２０（２０％）である。

【0041】

圧電層４としてＬＴ、中間層３に二酸化ケイ素、キャリア基板２にシリコンを用いて構成したものにおいて、圧電層４の厚みは１．５λ以下とすることが好ましい。圧電層４の厚みが１．５λより大きくなると、圧電層４を薄くしたことによる、表面弾性波を圧電層４に沿ってガイドするガイド作用が低下し、Ｑ値の低下を招くからである。

【0042】

また、圧電層４の厚みは、以下の理由で０．１５λ以上とすることが好ましい。圧電層４として例えば４２°ＹカットＸ伝搬のＬＴを用い、中間層３に二酸化ケイ素を用い、キャリア基板２にシリコンを用いた場合に、圧電層４の厚さを変化させると、電気機械結合係数Ｋ２（％）が変化する。前述のようにキャリア基板２に例えば０．０８λの厚みの中間層３を介して圧電層４を設けた場合、圧電層４の厚みが０．１５λで電気機械結合係数Ｋ２がピークを示すが、０．１５λより小さくなると、電気機械結合係数Ｋ２の変化が大きく劣化し始めるため、特性が不安定になり歩留まり低下を招く。したがって、圧電層４の厚みは０．１５λ以上であることが好ましい。

【0043】

上記例では、中間層３として二酸化ケイ素を用いた場合について説明したが、中間層３として窒化アルミニウム又は窒化ホウ素アルミニウム等の弾性波の伝搬の高速化のための材料を用いれば、伝搬すべき表面弾性波の伝搬速度を高め、より高周波での特性を改善することができる。

【0044】

本発明を実施する場合、中間層３を無くし、圧電層４とキャリア基板２とを直接接合してもよい。この場合も圧電層４を薄くすることによる表面弾性波のガイド作用によるＱ値の向上効果を、中間層を設けた場合のように得られる。但し、その効果は中間層３がある場合より劣る可能性がある。

【0045】

また、本発明を実施する場合、中間層３として、第一層と第二層の２層を設けてもよい。その場合、圧電層４側の第一層として高速化層を用い、キャリア基板２側の第二層として結合を強化する層を用いることができる。すなわち、第一層として窒化アルミニウム又は窒化ホウ素アルミニウム等を用い、第二層として二酸化ケイ素等を用いることにより、Ｑ値の向上と結合強度の向上の効果が得られる。この他、第一層として二酸化ケイ素を用い、第二層として窒化アルミニウム又は窒化ホウ素アルミニウム等を用いることも可能である。また、中間層３として３層以上の層構造を採用することも可能である。

【0046】

また、圧電層４とキャリア基板２との接合層にシリコン多結晶層を設けてもよい。接合層にシリコン多結晶層を設けることで、高周波のリーク電流を抑える効果があり、圧電層を高周波の波長近くに薄くした場合、高周波ノイズを抑圧する効果がある。

【0047】

図１４ａは直列腕を構成する共振器Ｓ１～Ｓ４及び並列腕を構成する共振器Ｐ１～Ｐ３によりラダー型に組まれた表面弾性波フィルタを示す。この表面弾性波フィルタは、互いに直列接続された共振器Ｓ１～Ｓ４の両端に入力ポート１３と出力ポート１４とを有する。並列腕を構成する共振器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、直列腕を構成する共振器Ｓ１～Ｓ４どうしを接続するライン１５とグランド１６との間にそれぞれ挿入される。この構成において、直列腕を構成する共振器Ｓ１～Ｓ４のそれぞれに、異なる厚さの圧電層を備えることにより、スプリアス減少の効果が得られる。共振器Ｓ１～Ｓ４のうち、２つ以上の共振子の圧電層４の厚さを異ならせてもスプリアス減少の効果が得られる。

【0048】

直列腕を構成する共振器Ｓ１～Ｓ４ではなく、並列腕を構成する共振器Ｐ１～Ｐ３のすべて又は２つの共振器の圧電層の厚さを異ならせてもスプリアス減少の効果が得られる。直列腕を構成する共振器Ｓ１～Ｓ４のうちの２つ以上と、並列腕を構成する共振器Ｐ１～Ｐ３の２つ以上のものの圧電層４の厚さを異ならせて構成しても、スプリアス減少の効果が得られる。ラダー型に組まれる共振器Ｓ１～Ｓ４及びＰ１～Ｐ３の数は、用途に応じて任意に変更される。

【0049】

図１４ｂは図１４ａの変形例の表面弾性波フィルタを示すもので、図１４ａの共振器Ｓ１～Ｓ４、Ｐ１～Ｐ３の一部（この例では直列腕の初段の共振器Ｓ１）を２つの共振器Ｓ１１とＳ１２に分割し、これらの共振器Ｓ１１とＳ１２の圧電層４の厚さを異ならせて、互いに直列に接続したものである。他の共振器Ｓ２～Ｓ４、Ｐ１～Ｐ３の圧電層４の厚さは同一とする。このように、一部の共振器を分割し、分割した圧電層の厚さを異ならせることにより、共振器Ｓ１１とＳ１２とで発生するスプリアスを低減することが可能となり、そのスプリアスの影響を低減することができる。共振器Ｓ１１とＳ１２とは互いに並列接続しても、スプリアスの低減効果が得られる。

【0050】

図１４ｂの表面弾性波フィルタにおいて、他の共振器Ｓ２～Ｓ４及びＰ１～Ｐ３の少なくとも一部においても、それぞれ圧電層４の厚さを異ならせて、互いに直列又は並列に接続して構成しても、スプリアスの影響を低減させることができる。なお、すべての共振器Ｓ１～Ｓ４及びＰ１～Ｐ３をそれぞれ圧電層の厚さが異なる共振器に分割して直列又は並列に接続してもよいが、共振器の分割数を多くすると、共振器で必要とする所要面積が増大するため、設計上の最適化により、共振器の一部のみを分割して直列又は並列に接続することが好ましいこともある。

【0051】

図１５は例えば図３ａ～図３ｄ又は図１４ａもしくは図１４ｂのように構成された本発明による表面弾性波フィルタを用いた受信フィルタ２０によるモジュール２１の一例を示す。このモジュール２１は、異なる複数の送受信信号を扱う移動体通信機器に使用されるものである。このモジュール２１は、各周波数対応の本発明による表面弾性波フィルタにより構成される複数の受信フィルタ２０と、各受信フィルタ２０に対応して設けられたローノイズアンプ（ＬＮＡ）２２と、複数の受信フィルタ２０と不図示のアンテナポートとの間に挿入されるスイッチ回路２３が含まれる。

【0052】

このモジュール２１にも、受信回路を構成する場合に必要となる他の受動素子や回路を含んで構成してもよい。また、モジュール２１は、他の回路とを組み合わせにより構成してもよい。

【0053】

図１５に示すように、本発明の表面弾性波フィルタ２０を用いたモジュール２１においても、高域スプリアスが抑制されたモジュール２１を実現できる。

【0054】

図１６は本発明による表面弾性波フィルタ用いて構成した送信フィルタ２５及び受信フィルタ２６を用いたデュプレクサ２７の一例を示す。図１６に示す送信フィルタ２５及び受信フィルタ２６は、例えば図３ａ～図３ｄの共振器６Ａ～６Ｄを有する表面弾性波フィルタ、又は図１４ａもしくは図１４ｂように構成された表面弾性波フィルタを用いたものである。このデュプレクサ２７は、送信信号の周波数帯と受信信号の周波数帯が近接している移動体通信機器に使用されるものである。送信フィルタ２５は不図示のアンテナに接続されるアンテナポート２８と、不図示の送信回路に接続される送信回路接続ポート２９との間に挿入される。受信フィルタ２６はアンテナポート２８と、不図示の受信回路に接続される受信回路接続ポート３０との間に挿入される。アンテナポート２８とグランドとの間は適宜のインピーダンス素子３１で接続され、この素子３１もデュプレクサ２７の一部に含まれる。このように本発明の表面弾性波フィルタを用いてデュプレクサ２７を構成することにより、高域スプリアスが抑制されたデュプレクサ２７を実現できる。

【0055】

図１７は本発明によるデュプレクサ２７を用いて構成したモジュール３３の一例を示す。このモジュール３３は、異なる複数の送受信信号を扱う移動体通信機器に使用されるものである。モジュール３３は、図１６に示した複数のデュプレクサ２７と、各デュプレクサ２７にそれぞれ対応して設けられた送信回路３４に挿入されたパワーアンプ３５と、受信回路３６とを含んで構成される。複数のデュプレクサ２７と不図示のアンテナポートとの間にスイッチ回路３７が挿入され、このスイッチ回路３７もモジュール３３に含まれる。

【0056】

このモジュール３３にも、送受信回路を構成する場合に必要となる他の受動素子や回路を含んで構成してもよい。また、モジュール３３は、デュプレクサ２７と、パワーアンプ３５以外の他の回路とを組み合わせにより構成してもよい。

【0057】

図１７に示すように、本発明の表面弾性波フィルタを含むデュプレクサ２７を用いたモジュール３３においても、高域スプリアスが抑制されたモジュール３３を実現できる。

【0058】

以上、本発明についての説明を行なったが、上述した実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更、付加が可能である。

【符号の説明】

【0059】

１Ａ～１Ｃ…共振子
２…キャリア基板
３…中間層
４…圧電層
５…ＩＤＴ電極
７…反射器
６Ａ～６Ｄ…共振器
２１、３３…モジュール
２７…デュプレクサ
Ｓ１～Ｓ４、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｐ１～Ｐ３…共振器
ｔ１、ｔ２、ｔ３…共振子が配置された領域

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図3d】

【図4】

【図6】

【図7】

【図5】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14a】

【図14b】

【図15】

【図16】

【図17】