JP2000278084A - 弾性表面波素子 - Google Patents
弾性表面波素子Info
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- JP2000278084A JP2000278084A JP11080550A JP8055099A JP2000278084A JP 2000278084 A JP2000278084 A JP 2000278084A JP 11080550 A JP11080550 A JP 11080550A JP 8055099 A JP8055099 A JP 8055099A JP 2000278084 A JP2000278084 A JP 2000278084A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気機械結合係数Ｋ2 を大きくすることによ
り広帯域化と高効率化が図れ、保存安定性に優れた弾性
表面波素子を提供する。 【解決手段】 Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 に対する格子整合性
を持つＳｒＴｉＯ3 等の単結晶バルク材料からなる下地
基板１２の上に、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶からなる厚
さ５００ｎｍ程度の圧電体層１３が積層されている。そ
して、圧電体層１３の上面にＡｌ等の金属からなるすだ
れ状の入力側電極１４ａ、出力側電極１４ｂが形成され
ている。
り広帯域化と高効率化が図れ、保存安定性に優れた弾性
表面波素子を提供する。 【解決手段】 Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 に対する格子整合性
を持つＳｒＴｉＯ3 等の単結晶バルク材料からなる下地
基板１２の上に、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶からなる厚
さ５００ｎｍ程度の圧電体層１３が積層されている。そ
して、圧電体層１３の上面にＡｌ等の金属からなるすだ
れ状の入力側電極１４ａ、出力側電極１４ｂが形成され
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波特有の
作用を用いたフィルタ、コンボルバ等の弾性表面波素子
に関し、特に、電気機械結合係数に優れたＫＮｂＯ3 単
結晶中のＫを一部置換したＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶を圧
電体層として用いた弾性表面波素子に関するものであ
る。
作用を用いたフィルタ、コンボルバ等の弾性表面波素子
に関し、特に、電気機械結合係数に優れたＫＮｂＯ3 単
結晶中のＫを一部置換したＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶を圧
電体層として用いた弾性表面波素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】弾性表面波素子とは、電気信号を弾性体
表面を伝搬する弾性表面波（SurfaceAcoustic Wave ）
に変換し、特定周波数の信号を取り出すものである。こ
の弾性表面波が圧電体基板で効率良く励振、受信できる
ことが見い出されて以来、電磁波にはない弾性表面波の
優れた性質を利用してフィルタ、コンボルバ等をはじめ
とする種々の信号機能素子への応用が研究され、広い分
野で実用化されている。この弾性表面波素子は、従来、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 等の圧電体単結晶上に、電
気信号と弾性表面波との間の変換器として機能するすだ
れ状電極（Inter-digital Transducer）を形成すること
によって作製されていた。
表面を伝搬する弾性表面波（SurfaceAcoustic Wave ）
に変換し、特定周波数の信号を取り出すものである。こ
の弾性表面波が圧電体基板で効率良く励振、受信できる
ことが見い出されて以来、電磁波にはない弾性表面波の
優れた性質を利用してフィルタ、コンボルバ等をはじめ
とする種々の信号機能素子への応用が研究され、広い分
野で実用化されている。この弾性表面波素子は、従来、
ＬｉＮｂＯ3 、ＬｉＴａＯ3 等の圧電体単結晶上に、電
気信号と弾性表面波との間の変換器として機能するすだ
れ状電極（Inter-digital Transducer）を形成すること
によって作製されていた。
【０００３】ところで、弾性表面波素子においては、弾
性体表面を伝搬する弾性波の音速ｖとすだれ状電極の電
極幅ｗによって使用周波数ｆが決定される。その関係
は、 ｆ＝ｖ／λ＝ｖ／４ｗ （λ：弾性表面波の波長） …… （１） すなわち、電極幅ｗが小さく、音速ｖが大きい程、高周
波帯域で使用できることになる。ところが、今後の通信
の分野等で要求されるＧＨｚオーダーの高い周波数を得
ようとすれば、電極幅に関しては微細加工技術の限界が
あることから、音速の大きい弾性体材料を選択する必要
がある。音速の大きい弾性体材料の一例としてダイヤモ
ンドがあり、特開昭６４−６２９１１号公報には、ダイ
ヤモンド層上に圧電体層、電極層を順次積層した構造を
持つ弾性表面波素子が開示されている。
性体表面を伝搬する弾性波の音速ｖとすだれ状電極の電
極幅ｗによって使用周波数ｆが決定される。その関係
は、 ｆ＝ｖ／λ＝ｖ／４ｗ （λ：弾性表面波の波長） …… （１） すなわち、電極幅ｗが小さく、音速ｖが大きい程、高周
波帯域で使用できることになる。ところが、今後の通信
の分野等で要求されるＧＨｚオーダーの高い周波数を得
ようとすれば、電極幅に関しては微細加工技術の限界が
あることから、音速の大きい弾性体材料を選択する必要
がある。音速の大きい弾性体材料の一例としてダイヤモ
ンドがあり、特開昭６４−６２９１１号公報には、ダイ
ヤモンド層上に圧電体層、電極層を順次積層した構造を
持つ弾性表面波素子が開示されている。
【０００４】一方、弾性表面波素子の弾性体材料に求め
られる他の条件として、電気信号と弾性表面波の間の変
換能力を示す電気機械結合係数Ｋ2 が大きいことが挙げ
られる。Ｋ2 が大きい程、効率の良い弾性表面波素子が
得られるというわけである。この観点から、圧電性磁器
材料として従来より知られていたＫＮｂＯ3 が極めて大
きな電気機械結合係数Ｋ2 を示すことが見い出され、実
験によりこれが確認された。この実験によれば、これま
で最も大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つとされていた
ＬｉＮｂＯ3 に比べて、ＫＮｂＯ3 単結晶のＫ2 は大き
な値が得られることが確認され、特に、ＫＮｂＯ3 単結
晶の特定の結晶面（（００１）面）の特定方向（［１０
０］）で、ＬｉＮｂＯ3 のＫ2 ＝０．０５５に対してＫ
2 ＝０．５３と約１０倍の値が得られた（「ＫＮｂＯ3
圧電体単結晶を用いた超高結合弾性表面波の伝搬特
性」、山之内和彦他、日本学術振興会弾性波素子技術第
１５０委員会第５０回研究会資料、pp27-31（1996.11.2
7））。
られる他の条件として、電気信号と弾性表面波の間の変
換能力を示す電気機械結合係数Ｋ2 が大きいことが挙げ
られる。Ｋ2 が大きい程、効率の良い弾性表面波素子が
得られるというわけである。この観点から、圧電性磁器
材料として従来より知られていたＫＮｂＯ3 が極めて大
きな電気機械結合係数Ｋ2 を示すことが見い出され、実
験によりこれが確認された。この実験によれば、これま
で最も大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つとされていた
ＬｉＮｂＯ3 に比べて、ＫＮｂＯ3 単結晶のＫ2 は大き
な値が得られることが確認され、特に、ＫＮｂＯ3 単結
晶の特定の結晶面（（００１）面）の特定方向（［１０
０］）で、ＬｉＮｂＯ3 のＫ2 ＝０．０５５に対してＫ
2 ＝０．５３と約１０倍の値が得られた（「ＫＮｂＯ3
圧電体単結晶を用いた超高結合弾性表面波の伝搬特
性」、山之内和彦他、日本学術振興会弾性波素子技術第
１５０委員会第５０回研究会資料、pp27-31（1996.11.2
7））。
【０００５】なお、特開平７−９５００６号公報には、
基板上にIII−Ｖ族化合物膜が設けられ、さらにその上
に３種以上の元素から構成される複合酸化物膜が設けら
れた圧電体基板を有する弾性表面波素子が開示されてい
る。そして、上記複合酸化物膜の例としてＫＮｂＯ3 が
記載されている。ただし、この公報では、ＫＮｂＯ3の
電気機械結合係数Ｋ2 については何ら言及しておらず、
ただ単に３種以上の元素で構成される複合酸化物膜の一
例として挙げたにすぎない。
基板上にIII−Ｖ族化合物膜が設けられ、さらにその上
に３種以上の元素から構成される複合酸化物膜が設けら
れた圧電体基板を有する弾性表面波素子が開示されてい
る。そして、上記複合酸化物膜の例としてＫＮｂＯ3 が
記載されている。ただし、この公報では、ＫＮｂＯ3の
電気機械結合係数Ｋ2 については何ら言及しておらず、
ただ単に３種以上の元素で構成される複合酸化物膜の一
例として挙げたにすぎない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、弾性
表面波素子の弾性体材料としてＫＮｂＯ3 単結晶を用い
れば、電気機械結合係数Ｋ2 が大きく、効率の良い弾性
表面波素子が実現できる感触が得られた。しかしなが
ら、それと同時に、Ｋ2 の値はＫＮｂＯ3 単結晶の結晶
構造中における弾性表面波の伝搬方向に応じて種々に変
化することも判明した。したがって、弾性表面波素子を
作製するにあたり所望のＫ2 の値を得たい、あるいはＫ
2 の値を制御したい、といった要求がある場合、弾性表
面波の伝搬面を特定のＫＮｂＯ3 結晶方位面に合わせる
必要がある。つまり、特定の結晶面に合わせてすだれ状
電極を形成し、弾性表面波の伝搬面とその特定の結晶面
を一致させなければならない。
表面波素子の弾性体材料としてＫＮｂＯ3 単結晶を用い
れば、電気機械結合係数Ｋ2 が大きく、効率の良い弾性
表面波素子が実現できる感触が得られた。しかしなが
ら、それと同時に、Ｋ2 の値はＫＮｂＯ3 単結晶の結晶
構造中における弾性表面波の伝搬方向に応じて種々に変
化することも判明した。したがって、弾性表面波素子を
作製するにあたり所望のＫ2 の値を得たい、あるいはＫ
2 の値を制御したい、といった要求がある場合、弾性表
面波の伝搬面を特定のＫＮｂＯ3 結晶方位面に合わせる
必要がある。つまり、特定の結晶面に合わせてすだれ状
電極を形成し、弾性表面波の伝搬面とその特定の結晶面
を一致させなければならない。
【０００７】ところが、ＫＮｂＯ3 単結晶のバルク材料
を用いようとすると、ある特定の結晶方位を得るために
は、予め結晶方位が判明しているＫＮｂＯ3 単結晶から
特定の結晶面を切り出すという非常に煩雑な操作が必要
であった。また、ＫＮｂＯ3単結晶自体も結晶成長が難
しく、工業材料として非常に高価なものであった。これ
らの理由から、ＫＮｂＯ3 単結晶のバルク材料は弾性表
面波素子の材料として極めて使い難いものであった。
を用いようとすると、ある特定の結晶方位を得るために
は、予め結晶方位が判明しているＫＮｂＯ3 単結晶から
特定の結晶面を切り出すという非常に煩雑な操作が必要
であった。また、ＫＮｂＯ3単結晶自体も結晶成長が難
しく、工業材料として非常に高価なものであった。これ
らの理由から、ＫＮｂＯ3 単結晶のバルク材料は弾性表
面波素子の材料として極めて使い難いものであった。
【０００８】そこで、ＫＮｂＯ3 単結晶を、バルク材料
ではなく、何らかの下地の上に積層した薄膜として使用
するという考えに至ることになる。しかしながら、上記
２つの公報に開示された技術では、ＫＮｂＯ3 を積層す
る下地はダイヤモンド層やIII−Ｖ族化合物膜に限定さ
れており、これらダイヤモンド層やIII−Ｖ族化合物膜
は格子整合性を持たないため、たとえこれらの下地の上
にＫＮｂＯ3 を積層したところでそのＫＮｂＯ3 は下地
層と格子整合されない。そのため、ダイヤモンド層やII
I−Ｖ族化合物膜上には特定の結晶面を持つＫＮｂＯ3
単結晶が成長することはなく、電気機械結合係数Ｋ2 の
値を制御し、所望の値を得ることは不可能である。
ではなく、何らかの下地の上に積層した薄膜として使用
するという考えに至ることになる。しかしながら、上記
２つの公報に開示された技術では、ＫＮｂＯ3 を積層す
る下地はダイヤモンド層やIII−Ｖ族化合物膜に限定さ
れており、これらダイヤモンド層やIII−Ｖ族化合物膜
は格子整合性を持たないため、たとえこれらの下地の上
にＫＮｂＯ3 を積層したところでそのＫＮｂＯ3 は下地
層と格子整合されない。そのため、ダイヤモンド層やII
I−Ｖ族化合物膜上には特定の結晶面を持つＫＮｂＯ3
単結晶が成長することはなく、電気機械結合係数Ｋ2 の
値を制御し、所望の値を得ることは不可能である。
【０００９】ところで、ＫＮｂＯ3 単結晶の薄膜は、レ
ーザーアブレーション法、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ゾル−ゲル法など、各種の成膜法を用いることによ
って作製が可能である。しかしながら、ＫＮｂＯ3 自体
の、特にＫと水分との反応性が高く、均質で平滑な表面
を有する薄膜を得ることが困難なため、圧電特性が安定
せず、特に、ＫＮｂＯ3 単結晶を使用する場合の最大の
利点である大きな電気機械結合係数Ｋ2 の値がなかなか
再現されない、という欠点を持っていた。
ーザーアブレーション法、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ゾル−ゲル法など、各種の成膜法を用いることによ
って作製が可能である。しかしながら、ＫＮｂＯ3 自体
の、特にＫと水分との反応性が高く、均質で平滑な表面
を有する薄膜を得ることが困難なため、圧電特性が安定
せず、特に、ＫＮｂＯ3 単結晶を使用する場合の最大の
利点である大きな電気機械結合係数Ｋ2 の値がなかなか
再現されない、という欠点を持っていた。
【００１０】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、単結晶バルク材料から特定の結晶
面を切り出すような煩雑な操作を必要とせず、また、Ｋ
ＮｂＯ3 単結晶が持つ良好な圧電性能を損なうことな
く、高効率化・広帯域化が可能で低コスト、かつ、成膜
の再現性に優れた弾性表面波素子を提供することを目的
とする。
されたものであって、単結晶バルク材料から特定の結晶
面を切り出すような煩雑な操作を必要とせず、また、Ｋ
ＮｂＯ3 単結晶が持つ良好な圧電性能を損なうことな
く、高効率化・広帯域化が可能で低コスト、かつ、成膜
の再現性に優れた弾性表面波素子を提供することを目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の弾性表面波素子は、一般式がＫ1-xＺxＮ
ｂＯ3 で表される単結晶が成長するようなバルク材料か
らなる下地基板と、この下地基板上に積層されたＫ1-x
ＺxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層と、この圧電体層
の上面または下面に設けられた電極層、を有する構成と
した。なお、ここで、ＺはＫとＦｒを除く周期律１族の
元素、すなわちＬｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓのいずれかのこ
とであり、ｘは０．０００１≦ｘ≦０．５の範囲内の数
値を示している。
めに、本発明の弾性表面波素子は、一般式がＫ1-xＺxＮ
ｂＯ3 で表される単結晶が成長するようなバルク材料か
らなる下地基板と、この下地基板上に積層されたＫ1-x
ＺxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層と、この圧電体層
の上面または下面に設けられた電極層、を有する構成と
した。なお、ここで、ＺはＫとＦｒを除く周期律１族の
元素、すなわちＬｉ、Ｎａ、Ｒｂ、Ｃｓのいずれかのこ
とであり、ｘは０．０００１≦ｘ≦０．５の範囲内の数
値を示している。
【００１２】言い換えると、本発明の技術思想は、
（１）Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶をバルクの形態ではなく
薄膜の形態で圧電体層として用いること、（２）ＫＮｂ
Ｏ3 単結晶の持つ高い圧電性能を維持しながらも薄膜表
面の平滑性を改善するために、ＫＮｂＯ3 単結晶中のＫ
の一部を他の周期律１族の元素に置換したこと、（３）
Ｋ 1-xＺxＮｂＯ3 単結晶を薄膜として積層する際にＫ
1-xＺxＮｂＯ3 単結晶が自ずと特定の結晶面を持つよう
に結晶成長するような、いわばＫ1-xＺxＮｂＯ3 に対す
る格子整合性が良好な下地材料を見い出したこと、にあ
る。なお、Ｋを他の周期律１族の元素に置換する程度
は、ＫＮｂＯ3 単結晶の圧電性を維持し得る範囲という
点から決定されるため、あくまでもＫが主体であり、そ
の範囲が０．０００１≦ｘ≦０．５（０．０１％〜５０
％）である。
（１）Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶をバルクの形態ではなく
薄膜の形態で圧電体層として用いること、（２）ＫＮｂ
Ｏ3 単結晶の持つ高い圧電性能を維持しながらも薄膜表
面の平滑性を改善するために、ＫＮｂＯ3 単結晶中のＫ
の一部を他の周期律１族の元素に置換したこと、（３）
Ｋ 1-xＺxＮｂＯ3 単結晶を薄膜として積層する際にＫ
1-xＺxＮｂＯ3 単結晶が自ずと特定の結晶面を持つよう
に結晶成長するような、いわばＫ1-xＺxＮｂＯ3 に対す
る格子整合性が良好な下地材料を見い出したこと、にあ
る。なお、Ｋを他の周期律１族の元素に置換する程度
は、ＫＮｂＯ3 単結晶の圧電性を維持し得る範囲という
点から決定されるため、あくまでもＫが主体であり、そ
の範囲が０．０００１≦ｘ≦０．５（０．０１％〜５０
％）である。
【００１３】したがって、上記（３）のような下地材料
を用いることによって、その上に成長するＫ1-xＺxＮｂ
Ｏ3 が特定の結晶面を持つ単結晶となり、その結晶面を
弾性表面波の伝搬面とすることができる。その結果、こ
の弾性表面波素子は大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つ
ことになるため、広帯域化、高効率化を図ることができ
る。また一般に、このＫ1-xＺxＮｂＯ3 はＫＮｂＯ3 に
比べて水分との反応性が低いため、膜の均質性と膜表面
の平滑性が向上し、大きな電気機械結合係数Ｋ2 の値を
再現性良く得ることができる。膜の均質性と膜表面の平
滑性の改善には、Ｚの元素として上に列挙したもののう
ち、Ｎａが特に有効である。なお、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単
結晶からなる圧電体層の厚さは、５０〜５０００ｎｍ程
度の範囲とすることが望ましい。
を用いることによって、その上に成長するＫ1-xＺxＮｂ
Ｏ3 が特定の結晶面を持つ単結晶となり、その結晶面を
弾性表面波の伝搬面とすることができる。その結果、こ
の弾性表面波素子は大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つ
ことになるため、広帯域化、高効率化を図ることができ
る。また一般に、このＫ1-xＺxＮｂＯ3 はＫＮｂＯ3 に
比べて水分との反応性が低いため、膜の均質性と膜表面
の平滑性が向上し、大きな電気機械結合係数Ｋ2 の値を
再現性良く得ることができる。膜の均質性と膜表面の平
滑性の改善には、Ｚの元素として上に列挙したもののう
ち、Ｎａが特に有効である。なお、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単
結晶からなる圧電体層の厚さは、５０〜５０００ｎｍ程
度の範囲とすることが望ましい。
【００１４】また、上記結晶面に関して具体的に言え
ば、より大きな電気機械結合係数Ｋ2を得るためには、
特に、下地基板としてＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を
含む全ての結晶面が成長するようなバルク材料を用いる
ことが望ましい。その場合、ＳｒＴｉＯ3、ＳｒＳｎ
Ｏ3、ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭ
ｏＯ3、ＭｇＯ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、Ｇａ
Ａｓ、Ｓｉから選ばれる少なくとも１つ以上の単結晶化
合物を用いることができる。なお、図６に示したよう
に、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶はＫ原子の位置が一定の割
合（ｘ）でＺ原子に置き換わった斜方晶であり、Ｘ軸を
ａ（Ｎａの場合、５．５１２Å）の稜方向、Ｙ軸をｃ
（Ｎａの場合、３．８８５Å）の稜方向、Ｚ軸をｂ（Ｎ
ａの場合、５．５７７Å）の稜方向と規定する。
ば、より大きな電気機械結合係数Ｋ2を得るためには、
特に、下地基板としてＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を
含む全ての結晶面が成長するようなバルク材料を用いる
ことが望ましい。その場合、ＳｒＴｉＯ3、ＳｒＳｎ
Ｏ3、ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭ
ｏＯ3、ＭｇＯ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、Ｇａ
Ａｓ、Ｓｉから選ばれる少なくとも１つ以上の単結晶化
合物を用いることができる。なお、図６に示したよう
に、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶はＫ原子の位置が一定の割
合（ｘ）でＺ原子に置き換わった斜方晶であり、Ｘ軸を
ａ（Ｎａの場合、５．５１２Å）の稜方向、Ｙ軸をｃ
（Ｎａの場合、３．８８５Å）の稜方向、Ｚ軸をｂ（Ｎ
ａの場合、５．５７７Å）の稜方向と規定する。
【００１５】ここで、下地基板の材料として、「Ｋ1-x
ＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を含む全ての結晶面が成長す
るようなバルク材料」という表現を用いたのは、以下の
ような意味である。図７はＫＮｂＯ3 単結晶バルク材料
の回転Ｙ板（Ｙ板とは、単位格子ａ（Ｋの場合、５．６
９５Å）とｂ（Ｋの場合、５．７２１Å）の各稜を含む
平面をいう）の回転角θと電気機械結合係数Ｋ2 の関係
を示すものである。回転Ｙ板の回転角θとは、図６に示
すように、回転Ｙ板、つまり（００１）面をＸ軸を中心
として矢印Ａの向きに回転させた際の回転角θのことで
あり、（００１）面自体は回転角θ＝０°である。図７
に示すように、ＫＮｂＯ3 の電気機械結合係数Ｋ2 が
０．５３（５３％）と最大値を示すのは回転角θ＝０°
の時であるが、回転角θ＝９０°（（０１０）面に相
当）でも電気機械結合係数Ｋ2 は０．２（２０％）前後
の値が得られ、ＬｉＮｂＯ3 のＫ2 ＝０．０５５に比べ
れば充分大きい。このデータはあくまでもＫＮｂＯ3 単
結晶に関するものであるが、この単結晶中のＫの一部を
置換したＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶も同様の傾向を示すと
考えられる。したがって、本発明においては、Ｋ2 の値
が従来のＬｉＮｂＯ3 に比べて高い値を取るような全て
の結晶面を含む表現として、（００１）面をＸ軸を中心
として任意の角度に回転させた面、すなわち「Ｘ軸を含
む全ての結晶面」という表現を用いた。
ＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を含む全ての結晶面が成長す
るようなバルク材料」という表現を用いたのは、以下の
ような意味である。図７はＫＮｂＯ3 単結晶バルク材料
の回転Ｙ板（Ｙ板とは、単位格子ａ（Ｋの場合、５．６
９５Å）とｂ（Ｋの場合、５．７２１Å）の各稜を含む
平面をいう）の回転角θと電気機械結合係数Ｋ2 の関係
を示すものである。回転Ｙ板の回転角θとは、図６に示
すように、回転Ｙ板、つまり（００１）面をＸ軸を中心
として矢印Ａの向きに回転させた際の回転角θのことで
あり、（００１）面自体は回転角θ＝０°である。図７
に示すように、ＫＮｂＯ3 の電気機械結合係数Ｋ2 が
０．５３（５３％）と最大値を示すのは回転角θ＝０°
の時であるが、回転角θ＝９０°（（０１０）面に相
当）でも電気機械結合係数Ｋ2 は０．２（２０％）前後
の値が得られ、ＬｉＮｂＯ3 のＫ2 ＝０．０５５に比べ
れば充分大きい。このデータはあくまでもＫＮｂＯ3 単
結晶に関するものであるが、この単結晶中のＫの一部を
置換したＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶も同様の傾向を示すと
考えられる。したがって、本発明においては、Ｋ2 の値
が従来のＬｉＮｂＯ3 に比べて高い値を取るような全て
の結晶面を含む表現として、（００１）面をＸ軸を中心
として任意の角度に回転させた面、すなわち「Ｘ軸を含
む全ての結晶面」という表現を用いた。
【００１６】以上に挙げたＳｒＴｉＯ3、ＳｒＳｎＯ3、
ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭｏ
Ｏ3、ＭｇＯ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、ＧａＡ
ｓ、Ｓｉ等の材料は、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶に対する
格子整合性を元来有している。したがって、これらの化
合物を下地基板に用いさえすれば、その上のＫ1-xＺxＮ
ｂＯ3 単結晶を特定の結晶面を持つように成長させるこ
とができるのである。例えばＳｒＴｉＯ3 を用いた場
合、ＳｒＴｉＯ3 の結晶面を（１００）面にすれば、そ
の上に成長するＫ1-xＺxＮｂＯ3 は（００１）面とな
り、（００１）面を弾性表面波の伝搬面とすることがで
きる。その結果、この弾性表面波素子は大きな電気機械
結合係数Ｋ2 を持つことになり、広帯域化、高効率化を
図ることができる。
ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭｏ
Ｏ3、ＭｇＯ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、ＧａＡ
ｓ、Ｓｉ等の材料は、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶に対する
格子整合性を元来有している。したがって、これらの化
合物を下地基板に用いさえすれば、その上のＫ1-xＺxＮ
ｂＯ3 単結晶を特定の結晶面を持つように成長させるこ
とができるのである。例えばＳｒＴｉＯ3 を用いた場
合、ＳｒＴｉＯ3 の結晶面を（１００）面にすれば、そ
の上に成長するＫ1-xＺxＮｂＯ3 は（００１）面とな
り、（００１）面を弾性表面波の伝搬面とすることがで
きる。その結果、この弾性表面波素子は大きな電気機械
結合係数Ｋ2 を持つことになり、広帯域化、高効率化を
図ることができる。
【００１７】また、下地基板全体を上記のような特性を
持つ単結晶バルク材料で構成することに代えて、下地基
板にＳｉ、ＧａＡｓ等の一般の半導体基板を用い、この
下地基板上にＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶が成長するような
材料からなるバッファ層を積層し、そのバッファ層の上
にＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層を積層する
構成としてもよい。なお、このバッファ層は、５〜１０
００ｎｍ程度の厚さの範囲とすることが望ましい。この
構成の場合も、バッファ層として、上述したようなＫ
1-xＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を含む全ての結晶面が成長
するような材料を用いるのが効果的である。
持つ単結晶バルク材料で構成することに代えて、下地基
板にＳｉ、ＧａＡｓ等の一般の半導体基板を用い、この
下地基板上にＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶が成長するような
材料からなるバッファ層を積層し、そのバッファ層の上
にＫ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層を積層する
構成としてもよい。なお、このバッファ層は、５〜１０
００ｎｍ程度の厚さの範囲とすることが望ましい。この
構成の場合も、バッファ層として、上述したようなＫ
1-xＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を含む全ての結晶面が成長
するような材料を用いるのが効果的である。
【００１８】さらに、上記の構成に加えて、下地基板と
バッファ層との間に、音速の大きな結晶材料からなる音
速バッファ層を設けてもよい。この音速の大きな結晶材
料としては、サファイヤ、ＢＮから選ばれる少なくとも
１つ以上の結晶化合物、またはＢ4Ｃ を用いることがで
きる。このような音速バッファ層を設けた場合、弾性表
面波が伝搬する基板表面で弾性表面波の伝搬速度が増大
するため、上記（１）式中のｖが大きくなり、使用周波
数ｆを大きくすることができる。すなわち、より高周波
帯域での使用に好適な弾性表面波素子用基板とすること
ができる。この構造とする場合、バッファ層の厚さを５
〜１０００ｎｍ程度として音速バッファ層の厚さを１０
０〜１０００ｎｍ程度とすることが望ましい。音速バッ
ファ層の厚さがこれより小さくなると、弾性表面波の伝
搬速度の増大に寄与しなくなってしまうからである。
バッファ層との間に、音速の大きな結晶材料からなる音
速バッファ層を設けてもよい。この音速の大きな結晶材
料としては、サファイヤ、ＢＮから選ばれる少なくとも
１つ以上の結晶化合物、またはＢ4Ｃ を用いることがで
きる。このような音速バッファ層を設けた場合、弾性表
面波が伝搬する基板表面で弾性表面波の伝搬速度が増大
するため、上記（１）式中のｖが大きくなり、使用周波
数ｆを大きくすることができる。すなわち、より高周波
帯域での使用に好適な弾性表面波素子用基板とすること
ができる。この構造とする場合、バッファ層の厚さを５
〜１０００ｎｍ程度として音速バッファ層の厚さを１０
０〜１０００ｎｍ程度とすることが望ましい。音速バッ
ファ層の厚さがこれより小さくなると、弾性表面波の伝
搬速度の増大に寄与しなくなってしまうからである。
【００１９】そして、上記全ての構成に加えて、上記圧
電体層上に例えばＳｉＯ2 からなる温度安定化層を積層
してもよい。この構成とした場合、圧電体層表面がＳｉ
Ｏ2層で覆われ、圧電体層と逆の温度係数を持つＳｉＯ
2 が圧電体層と電極層の熱膨張差によって圧電体層に生
じる歪みを緩和するため、弾性表面波素子の温度特性を
安定化することができる。このＳｉＯ2 からなる温度安
定化層の厚さは、１００〜１００００ｎｍ程度の範囲と
することが望ましい。
電体層上に例えばＳｉＯ2 からなる温度安定化層を積層
してもよい。この構成とした場合、圧電体層表面がＳｉ
Ｏ2層で覆われ、圧電体層と逆の温度係数を持つＳｉＯ
2 が圧電体層と電極層の熱膨張差によって圧電体層に生
じる歪みを緩和するため、弾性表面波素子の温度特性を
安定化することができる。このＳｉＯ2 からなる温度安
定化層の厚さは、１００〜１００００ｎｍ程度の範囲と
することが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。図１
（ａ）、（ｂ）は本実施の形態の弾性表面波素子を示す
図であり、本実施の形態の素子は入力信号から特定周波
数の信号を取り出す弾性表面波フィルタの例である。
明の第１の実施の形態を図１を参照して説明する。図１
（ａ）、（ｂ）は本実施の形態の弾性表面波素子を示す
図であり、本実施の形態の素子は入力信号から特定周波
数の信号を取り出す弾性表面波フィルタの例である。
【００２１】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ＳｒＴ
ｉＯ3 等の単結晶バルク材料からなる下地基板１２の上
に、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶（ただし、ｘ：０．００
０１≦ｘ≦０．５）からなる圧電体層１３が積層されて
いる。そして、圧電体層１３の上面にＡｌ等の金属から
なるすだれ状電極１４ａ、１４ｂ（電極層）が形成され
ている。圧電体層１３の厚さは５００ｎｍ程度、電極１
４ａ、１４ｂの厚さは２０〜５００ｎｍ程度である。な
お、圧電体層１３の材料としては、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3
の他、Ｋ1-xＬｉxＮｂＯ3、Ｋ1-xＲｂxＮｂＯ3、Ｋ1-x
ＣｓxＮｂＯ3を用いることができる。下地基板１２の材
料としては、ＳｒＴｉＯ3の他、ＳｒＳｎＯ3、ＳｒＺｒ
Ｏ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭｏＯ3、Ｍｇ
Ｏ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、ＧａＡｓ、Ｓｉ
から選ばれる少なくとも１つ以上の化合物を用いること
ができる。電極１４ａ、１４ｂの材料としては、Ａｌの
他、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ等の金属およびこれら
の合金を用いることができる。
ｉＯ3 等の単結晶バルク材料からなる下地基板１２の上
に、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶（ただし、ｘ：０．００
０１≦ｘ≦０．５）からなる圧電体層１３が積層されて
いる。そして、圧電体層１３の上面にＡｌ等の金属から
なるすだれ状電極１４ａ、１４ｂ（電極層）が形成され
ている。圧電体層１３の厚さは５００ｎｍ程度、電極１
４ａ、１４ｂの厚さは２０〜５００ｎｍ程度である。な
お、圧電体層１３の材料としては、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3
の他、Ｋ1-xＬｉxＮｂＯ3、Ｋ1-xＲｂxＮｂＯ3、Ｋ1-x
ＣｓxＮｂＯ3を用いることができる。下地基板１２の材
料としては、ＳｒＴｉＯ3の他、ＳｒＳｎＯ3、ＳｒＺｒ
Ｏ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭｏＯ3、Ｍｇ
Ｏ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、ＧａＡｓ、Ｓｉ
から選ばれる少なくとも１つ以上の化合物を用いること
ができる。電極１４ａ、１４ｂの材料としては、Ａｌの
他、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ等の金属およびこれら
の合金を用いることができる。
【００２２】すだれ状電極１４ａ、１４ｂは、図１
（ａ）に示すように、処理すべき信号が入力される入力
側電極１４ａと、選択された特定周波数の信号のみを出
力する出力側電極１４ｂからなり、これら電極１４ａ、
１４ｂが基板の両端に対向するように配置されている。
各電極１４ａ、１４ｂは多数対の電極指を有しており、
例えば弾性表面波の波長をλとしたとき、各電極指の幅
ｗはλ／４、対数が３０、入力側電極１４ａと出力側電
極１４ｂ間の距離Ｌが５０λ、である。
（ａ）に示すように、処理すべき信号が入力される入力
側電極１４ａと、選択された特定周波数の信号のみを出
力する出力側電極１４ｂからなり、これら電極１４ａ、
１４ｂが基板の両端に対向するように配置されている。
各電極１４ａ、１４ｂは多数対の電極指を有しており、
例えば弾性表面波の波長をλとしたとき、各電極指の幅
ｗはλ／４、対数が３０、入力側電極１４ａと出力側電
極１４ｂ間の距離Ｌが５０λ、である。
【００２３】上記構成の弾性表面波フィルタ１１は、下
地基板１２上に、レーザーアブレーション法、スパッタ
リング法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法等により圧電体層１
３となるＫ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶を成膜し、蒸着、ス
パッタリング法等によりＡｌ膜を成膜した後、フォトリ
ソグラフィー技術を用いてＡｌ膜をパターニングし、す
だれ状電極１４ａ、１４ｂを形成することによって、作
製することができる。
地基板１２上に、レーザーアブレーション法、スパッタ
リング法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル法等により圧電体層１
３となるＫ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶を成膜し、蒸着、ス
パッタリング法等によりＡｌ膜を成膜した後、フォトリ
ソグラフィー技術を用いてＡｌ膜をパターニングし、す
だれ状電極１４ａ、１４ｂを形成することによって、作
製することができる。
【００２４】そして、この弾性表面波フィルタ１１にお
いては、入力側電極１４ａに信号を入力すると、圧電体
層１３の持つ圧電効果によって隣り合う電極指間に互い
に逆位相の歪みが生じ、基板表面に弾性波が励起され
る。励起された弾性波は基板表面を伝搬し、出力側電極
１４ｂで高周波信号に変換され、取り出される。
いては、入力側電極１４ａに信号を入力すると、圧電体
層１３の持つ圧電効果によって隣り合う電極指間に互い
に逆位相の歪みが生じ、基板表面に弾性波が励起され
る。励起された弾性波は基板表面を伝搬し、出力側電極
１４ｂで高周波信号に変換され、取り出される。
【００２５】本実施の形態の弾性表面波フィルタ１１に
おいては、下地基板１２にＳｒＴｉＯ3 等のＫ1-xＮａx
ＮｂＯ3 単結晶に対する格子整合性を有する材料を用い
たことによって、圧電体層１３をなすＫ1-xＮａxＮｂＯ
3 単結晶が特定の結晶面、例えば（００１）面を持つよ
うにすることができる。その結果、この弾性表面波フィ
ルタ１１は大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つことにな
り、広帯域、高効率の弾性表面波フィルタとすることが
できる。さらに、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 はＫＮｂＯ3 に比
べて水分との反応性が低いため、圧電体層１３の材料に
Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 を用いたことで膜の均質性と膜表面
の平滑性が向上し、大きな電気機械結合係数Ｋ2 を再現
性良く得ることができる。
おいては、下地基板１２にＳｒＴｉＯ3 等のＫ1-xＮａx
ＮｂＯ3 単結晶に対する格子整合性を有する材料を用い
たことによって、圧電体層１３をなすＫ1-xＮａxＮｂＯ
3 単結晶が特定の結晶面、例えば（００１）面を持つよ
うにすることができる。その結果、この弾性表面波フィ
ルタ１１は大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つことにな
り、広帯域、高効率の弾性表面波フィルタとすることが
できる。さらに、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 はＫＮｂＯ3 に比
べて水分との反応性が低いため、圧電体層１３の材料に
Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 を用いたことで膜の均質性と膜表面
の平滑性が向上し、大きな電気機械結合係数Ｋ2 を再現
性良く得ることができる。
【００２６】また、弾性表面波フィルタ１１の製造工程
において、従来のようにＫＮｂＯ3バルク単結晶を結晶
成長させたり、ＫＮｂＯ3 単結晶から（００１）面を切
り出すような困難な作業が不要となり、レーザーアブレ
ーション法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル
法等の薄膜形成技術を用いてＫ1-xＮａxＮｂＯ3 圧電体
層１３を容易に形成することができる。その結果、従来
に比べて製造コストの低減を図ることができる。
において、従来のようにＫＮｂＯ3バルク単結晶を結晶
成長させたり、ＫＮｂＯ3 単結晶から（００１）面を切
り出すような困難な作業が不要となり、レーザーアブレ
ーション法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾル−ゲル
法等の薄膜形成技術を用いてＫ1-xＮａxＮｂＯ3 圧電体
層１３を容易に形成することができる。その結果、従来
に比べて製造コストの低減を図ることができる。
【００２７】（第２の実施の形態）以下、本発明の第２
の実施の形態を図２を参照して説明する。図２は本実施
の形態の弾性表面波フィルタ２１を示す断面図である
が、本実施の形態の弾性表面波フィルタが第１の実施の
形態のフィルタと異なる点は、下地基板上に設けたバッ
ファ層の上に圧電体層を積層した点である。
の実施の形態を図２を参照して説明する。図２は本実施
の形態の弾性表面波フィルタ２１を示す断面図である
が、本実施の形態の弾性表面波フィルタが第１の実施の
形態のフィルタと異なる点は、下地基板上に設けたバッ
ファ層の上に圧電体層を積層した点である。
【００２８】図２に示すように、Ｓｉ等の下地基板２２
上に、ＢａＭｏＯ3 等の単結晶材料からなるバッファ層
２５、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層２３
が順次積層されている。そして、圧電体層２３の上面に
すだれ状電極２４ａ、２４ｂ（電極層）が形成されてい
る。例えば、バッファ層２５の厚さは２０ｎｍ程度、圧
電体層２３の厚さは５００ｎｍ程度、である。なお、下
地基板２２の材料としては、Ｓｉの他、ＧａＡｓ等の一
般の半導体材料を用いることができる。また、圧電体層
２３の材料は、第１の実施の形態における圧電体層とし
て用いた種々の単結晶材料を用いることができる。バッ
ファ層２５の材料は、ＢａＭｏＯ3の他、ＭｇＯ、Ｐ
ｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3 から選ばれる少なくとも
１つ以上の単結晶化合物、もしくはＳｉＮx を用いるこ
とができる。電極２４ａ、２４ｂの材料は第１の実施の
形態と同様の金属を用いることができる。
上に、ＢａＭｏＯ3 等の単結晶材料からなるバッファ層
２５、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層２３
が順次積層されている。そして、圧電体層２３の上面に
すだれ状電極２４ａ、２４ｂ（電極層）が形成されてい
る。例えば、バッファ層２５の厚さは２０ｎｍ程度、圧
電体層２３の厚さは５００ｎｍ程度、である。なお、下
地基板２２の材料としては、Ｓｉの他、ＧａＡｓ等の一
般の半導体材料を用いることができる。また、圧電体層
２３の材料は、第１の実施の形態における圧電体層とし
て用いた種々の単結晶材料を用いることができる。バッ
ファ層２５の材料は、ＢａＭｏＯ3の他、ＭｇＯ、Ｐ
ｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3 から選ばれる少なくとも
１つ以上の単結晶化合物、もしくはＳｉＮx を用いるこ
とができる。電極２４ａ、２４ｂの材料は第１の実施の
形態と同様の金属を用いることができる。
【００２９】本実施の形態の弾性表面波フィルタ２１に
おいても、大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つことで高
効率の弾性表面波フィルタが得られる、膜の均質性と膜
表面の平滑性に優れた弾性表面波フィルタが得られる、
という第１の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きる。さらに、本実施の形態の場合、第１の実施の形態
と異なり、ＳｒＴｉＯ3 等の単結晶バルク材料を用意す
る必要がなく、ＢａＭｏＴｉＯ3 等の材料を薄膜状にし
て一般的な半導体基板の上に形成すればよいので、トラ
ンジスタＩＣ等の周辺回路素子と集積化を図ることがで
き、小型で軽量なモノリシック素子を実現することがで
きるという利点をも有している。
おいても、大きな電気機械結合係数Ｋ2 を持つことで高
効率の弾性表面波フィルタが得られる、膜の均質性と膜
表面の平滑性に優れた弾性表面波フィルタが得られる、
という第１の実施の形態と同様の効果を奏することがで
きる。さらに、本実施の形態の場合、第１の実施の形態
と異なり、ＳｒＴｉＯ3 等の単結晶バルク材料を用意す
る必要がなく、ＢａＭｏＴｉＯ3 等の材料を薄膜状にし
て一般的な半導体基板の上に形成すればよいので、トラ
ンジスタＩＣ等の周辺回路素子と集積化を図ることがで
き、小型で軽量なモノリシック素子を実現することがで
きるという利点をも有している。
【００３０】（第３の実施の形態）以下、本発明の第３
の実施の形態を図３を参照して説明する。図３は本実施
の形態の弾性表面波フィルタ３１を示す断面図である
が、本実施の形態の弾性表面波フィルタが第１、第２の
実施の形態のフィルタと異なる点は、下地基板上に音速
バッファ層を設け、その上にバッファ層、圧電体層を順
次積層した点である。
の実施の形態を図３を参照して説明する。図３は本実施
の形態の弾性表面波フィルタ３１を示す断面図である
が、本実施の形態の弾性表面波フィルタが第１、第２の
実施の形態のフィルタと異なる点は、下地基板上に音速
バッファ層を設け、その上にバッファ層、圧電体層を順
次積層した点である。
【００３１】図３に示すように、Ｓｉ等の下地基板３２
上に、サファイヤ等の音速の大きな材料からなる音速バ
ッファ層３６、ＢａＭｏＯ3 等の単結晶材料からなるバ
ッファ層３５、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電
体層３３が順次積層されている。そして、圧電体層３３
の上面にすだれ状電極３４ａ、３４ｂ（電極層）が形成
されている。例えば、音速バッファ層３６の厚さは１０
０ｎｍ程度、バッファ層３５の厚さは２０ｎｍ程度、圧
電体層３３の厚さは５００ｎｍ程度、である。なお、音
速バッファ層３６に用いる材料としては、サファイヤの
他、ＢＮ 、Ｂ4Ｃ等を用いることができる。また、圧電
体層３３、下地基板３２、バッファ層３５、電極３４
ａ、３４ｂの材料は第２の実施の形態と同様のものを用
いることができる。
上に、サファイヤ等の音速の大きな材料からなる音速バ
ッファ層３６、ＢａＭｏＯ3 等の単結晶材料からなるバ
ッファ層３５、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電
体層３３が順次積層されている。そして、圧電体層３３
の上面にすだれ状電極３４ａ、３４ｂ（電極層）が形成
されている。例えば、音速バッファ層３６の厚さは１０
０ｎｍ程度、バッファ層３５の厚さは２０ｎｍ程度、圧
電体層３３の厚さは５００ｎｍ程度、である。なお、音
速バッファ層３６に用いる材料としては、サファイヤの
他、ＢＮ 、Ｂ4Ｃ等を用いることができる。また、圧電
体層３３、下地基板３２、バッファ層３５、電極３４
ａ、３４ｂの材料は第２の実施の形態と同様のものを用
いることができる。
【００３２】特に、本実施の形態の弾性表面波フィルタ
３１の場合、音速バッファ層３６を設けたことにより弾
性表面波が伝搬する基板表面で弾性表面波の伝搬速度が
増大するため、使用周波数を大きくすることができ、高
周波帯域での使用に好適な弾性表面波フィルタとするこ
とができる。
３１の場合、音速バッファ層３６を設けたことにより弾
性表面波が伝搬する基板表面で弾性表面波の伝搬速度が
増大するため、使用周波数を大きくすることができ、高
周波帯域での使用に好適な弾性表面波フィルタとするこ
とができる。
【００３３】（第４の実施の形態）以下、本発明の第４
の実施の形態を図４を参照して説明する。図４は本実施
の形態の弾性表面波フィルタ４１を示す断面図である
が、本実施の形態の弾性表面波フィルタが第１〜第３の
実施の形態のフィルタと異なる点は、圧電体層上に温度
安定化層を形成した点である。
の実施の形態を図４を参照して説明する。図４は本実施
の形態の弾性表面波フィルタ４１を示す断面図である
が、本実施の形態の弾性表面波フィルタが第１〜第３の
実施の形態のフィルタと異なる点は、圧電体層上に温度
安定化層を形成した点である。
【００３４】図４に示すように、ＳｒＴｉＯ3 等の単結
晶バルク材料からなる下地基板４２の上にＫ1-xＮａxＮ
ｂＯ3 単結晶からなる圧電体層４３が積層され、その上
面にＡｌ等からなるすだれ状電極４４ａ、４４ｂ（電極
層）が形成されている。そして、電極４４ａ、４４ｂの
上方を含む圧電体層４３上の全面を覆うようにＳｉＯ 2
からなる温度安定化層４７が形成されている。この温度
安定化層４７の厚さは１０００ｎｍ程度、圧電体層４３
の厚さは５００ｎｍ程度、である。
晶バルク材料からなる下地基板４２の上にＫ1-xＮａxＮ
ｂＯ3 単結晶からなる圧電体層４３が積層され、その上
面にＡｌ等からなるすだれ状電極４４ａ、４４ｂ（電極
層）が形成されている。そして、電極４４ａ、４４ｂの
上方を含む圧電体層４３上の全面を覆うようにＳｉＯ 2
からなる温度安定化層４７が形成されている。この温度
安定化層４７の厚さは１０００ｎｍ程度、圧電体層４３
の厚さは５００ｎｍ程度、である。
【００３５】本実施の形態の弾性表面波フィルタ４１の
場合、圧電体層４３表面がＳｉＯ2からなる温度安定化
層４７で覆われているが、ＳｉＯ2 がＫ1-xＮａxＮｂＯ
3 と逆の温度係数を持ち、圧電体層４３と電極４４ａ、
４４ｂとの熱膨張差によって圧電体層４３に生じる歪み
を緩和するため、弾性表面波フィルタの温度特性を安定
化することができる。
場合、圧電体層４３表面がＳｉＯ2からなる温度安定化
層４７で覆われているが、ＳｉＯ2 がＫ1-xＮａxＮｂＯ
3 と逆の温度係数を持ち、圧電体層４３と電極４４ａ、
４４ｂとの熱膨張差によって圧電体層４３に生じる歪み
を緩和するため、弾性表面波フィルタの温度特性を安定
化することができる。
【００３６】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態で挙げた各層の厚さ、電極の寸法等
の具体的な数値はほんの一例にすぎず、適宜設計変更が
可能である。そして、電極に関しては、圧電体層の上面
側に設ける代わりに、圧電体層の下面側（下地基板やバ
ッファ層との界面側）に設けてもよい。また、第４の実
施の形態として、第１の実施の形態の積層構造の上にＳ
ｉＯ2 層を設けた例を示したが、第２、第３の実施の形
態の積層構造の上にＳｉＯ2 層を設けてもよいことは勿
論である。さらに、弾性表面波素子として弾性表面波フ
ィルタの例を挙げたが、電極の構成等を代えることによ
って、フィルタ以外にも弾性表面波コンボルバ等をはじ
めとする種々の通信機能素子に本発明を適用することが
できる。
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲において種々の変更を加えることが可能である。例
えば上記実施の形態で挙げた各層の厚さ、電極の寸法等
の具体的な数値はほんの一例にすぎず、適宜設計変更が
可能である。そして、電極に関しては、圧電体層の上面
側に設ける代わりに、圧電体層の下面側（下地基板やバ
ッファ層との界面側）に設けてもよい。また、第４の実
施の形態として、第１の実施の形態の積層構造の上にＳ
ｉＯ2 層を設けた例を示したが、第２、第３の実施の形
態の積層構造の上にＳｉＯ2 層を設けてもよいことは勿
論である。さらに、弾性表面波素子として弾性表面波フ
ィルタの例を挙げたが、電極の構成等を代えることによ
って、フィルタ以外にも弾性表面波コンボルバ等をはじ
めとする種々の通信機能素子に本発明を適用することが
できる。
【００３７】
【実施例】次に、本発明の効果を実証する実施例につい
て具体的に説明する。ただし、以下の実施例は本発明の
一態様を示すものであって、この発明を限定するもので
はなく、本発明の技術範囲において適宜変更可能であ
る。
て具体的に説明する。ただし、以下の実施例は本発明の
一態様を示すものであって、この発明を限定するもので
はなく、本発明の技術範囲において適宜変更可能であ
る。
【００３８】（実施例１）実施例１は、上記第１の実施
の形態の構造を持つ弾性表面波フィルタを用いてＳｒＴ
ｉＯ3下地基板を用い、Ｋに対するＮａの置換割合を変
化させた場合の素子特性上の影響、およびＫＮｂＯ3 圧
電体層を用いた場合と比較した影響を調べたものであ
る。実施例１で用いた試料は、図５に示すように、入力
側電極５４ａ、出力側電極５４ｂともに開口長が６７．
５μｍ（１８λ）で一定のすだれ状Ａｌ電極（正規型電
極）であり、測定用のプロービングパッド５８を設け
た。弾性表面波の波長λを３．７５μｍとして、各電極
指の幅を０．９３７５μｍ（λ／４）、対数を３０、入
力側電極５４ａと出力側電極５４ｂ間の距離を０．１８
７５ｍｍ（５０λ）と０．３７５ｍｍ（１００λ）の２
種類、とした。そして、Ｋに対するＮａの置換割合
（ｘ）を変えた４種類の試料（構成例１：ｘ＝０．００
０１，構成例２：ｘ＝０．００１，構成例３：ｘ＝０．
１，構成例４：ｘ＝０．５）を作製した。具体的な材料
の組み合わせは表１に示す通りである。
の形態の構造を持つ弾性表面波フィルタを用いてＳｒＴ
ｉＯ3下地基板を用い、Ｋに対するＮａの置換割合を変
化させた場合の素子特性上の影響、およびＫＮｂＯ3 圧
電体層を用いた場合と比較した影響を調べたものであ
る。実施例１で用いた試料は、図５に示すように、入力
側電極５４ａ、出力側電極５４ｂともに開口長が６７．
５μｍ（１８λ）で一定のすだれ状Ａｌ電極（正規型電
極）であり、測定用のプロービングパッド５８を設け
た。弾性表面波の波長λを３．７５μｍとして、各電極
指の幅を０．９３７５μｍ（λ／４）、対数を３０、入
力側電極５４ａと出力側電極５４ｂ間の距離を０．１８
７５ｍｍ（５０λ）と０．３７５ｍｍ（１００λ）の２
種類、とした。そして、Ｋに対するＮａの置換割合
（ｘ）を変えた４種類の試料（構成例１：ｘ＝０．００
０１，構成例２：ｘ＝０．００１，構成例３：ｘ＝０．
１，構成例４：ｘ＝０．５）を作製した。具体的な材料
の組み合わせは表１に示す通りである。
【００３９】ここで、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 の成膜にはゾ
ル−ゲル法を用いた。ゾルゲル液の作製方法と成膜条件
は次の通りである。予め、脱水蒸留した溶媒（メトキシ
エタノール）約１５０ｍｌに、エトキシカリウム、エト
キシナトリウム、ペンタエトキシニオブの各化合物（全
て高純度化学（株）製）を溶解させた。この溶液を１２
４℃（溶媒の沸点）で２４時間還流した。その後、必要
に応じ、金属の価数と等モルの配位子を加え、さらに１
２４℃で６時間加熱撹拌（還流）し、液を安定化させ
た。反応が終了した時点で室温まで冷却し、溶媒を加
え、濃度調整し、最終的に０．２モル／Ｌの４種類のＮ
ａ置換ＫＮｂＯ3 ゾルゲル液（Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3：ｘ
＝０．０００１，０．００１，０．１，０．５）を得
た。なお、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 のｘを変えるには、個々
のゾルゲル液をｘの値に応じて混合比を変えてミキシン
グしている。例えばｘ＝０．０００１の場合、エトキシ
カリウムを０．９９９９モル、エトキシナトリウムを
０．０００１モル、ペンタエトキシニオブを１．０００
０モルとする。また、成膜は、各々に調整されたゾルゲ
ル液をスピンナーによりＳｒＴｉＯ3単結晶基板上に塗
布し、溶媒を１５０℃で乾燥後、大気中で８００℃の温
度で焼成した。得られた膜厚は５００ｎｍであった。
ル−ゲル法を用いた。ゾルゲル液の作製方法と成膜条件
は次の通りである。予め、脱水蒸留した溶媒（メトキシ
エタノール）約１５０ｍｌに、エトキシカリウム、エト
キシナトリウム、ペンタエトキシニオブの各化合物（全
て高純度化学（株）製）を溶解させた。この溶液を１２
４℃（溶媒の沸点）で２４時間還流した。その後、必要
に応じ、金属の価数と等モルの配位子を加え、さらに１
２４℃で６時間加熱撹拌（還流）し、液を安定化させ
た。反応が終了した時点で室温まで冷却し、溶媒を加
え、濃度調整し、最終的に０．２モル／Ｌの４種類のＮ
ａ置換ＫＮｂＯ3 ゾルゲル液（Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3：ｘ
＝０．０００１，０．００１，０．１，０．５）を得
た。なお、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 のｘを変えるには、個々
のゾルゲル液をｘの値に応じて混合比を変えてミキシン
グしている。例えばｘ＝０．０００１の場合、エトキシ
カリウムを０．９９９９モル、エトキシナトリウムを
０．０００１モル、ペンタエトキシニオブを１．０００
０モルとする。また、成膜は、各々に調整されたゾルゲ
ル液をスピンナーによりＳｒＴｉＯ3単結晶基板上に塗
布し、溶媒を１５０℃で乾燥後、大気中で８００℃の温
度で焼成した。得られた膜厚は５００ｎｍであった。
【００４０】また、比較例として、同じＳｒＴｉＯ3単
結晶基板の上にＫＮｂＯ3 を形成したもの（比較例１）
を作製した。
結晶基板の上にＫＮｂＯ3 を形成したもの（比較例１）
を作製した。
【００４１】各試料につき、表１に示す伝搬方向におけ
る弾性表面波の伝搬速度ｖ、電気機械結合係数Ｋ2 、素
子表面粗さＲａを測定した。伝搬速度ｖは、入力側と出
力側の電極間距離Ｌの異なる２つの試料（Ｌが５０λと
１００λ）の入力側電極に高周波パルスをそれぞれ入力
し、その出力側電極への到着時間差Δｔを測定し、伝搬
路長の差ΔＬ（＝５０λ）から次式により求めた。測定
は２５℃で行った。 ｖ＝ΔＬ／Δｔ ……（２）
る弾性表面波の伝搬速度ｖ、電気機械結合係数Ｋ2 、素
子表面粗さＲａを測定した。伝搬速度ｖは、入力側と出
力側の電極間距離Ｌの異なる２つの試料（Ｌが５０λと
１００λ）の入力側電極に高周波パルスをそれぞれ入力
し、その出力側電極への到着時間差Δｔを測定し、伝搬
路長の差ΔＬ（＝５０λ）から次式により求めた。測定
は２５℃で行った。 ｖ＝ΔＬ／Δｔ ……（２）
【００４２】電気機械結合係数Ｋ2 は、入力側と出力側
の電極間の伝搬路上をＡｌで被覆した試料を別に用意
し、Ａｌ被覆のない本試料とＡｌ被覆した別試料に対し
て双方の入力側電極に同位相の連続波を入力した時の出
力側電極で得られる２つの出力信号の位相差Δφを測定
し、次式により求めた。 Ｋ2 ＝２・（ｖopen−ｖshort）／ｖopen ＝（２・ｖshort・Δφ）／（ω・ｄ） ……（３） ここで、ｖopenはＡｌが被覆されていない試料での伝搬
速度、ｖshortはＡｌが被覆された試料での伝搬速度、
ωは入力信号の角速度、ｄはＡｌで被覆された部分の長
さ、である。測定は２５℃で行った。
の電極間の伝搬路上をＡｌで被覆した試料を別に用意
し、Ａｌ被覆のない本試料とＡｌ被覆した別試料に対し
て双方の入力側電極に同位相の連続波を入力した時の出
力側電極で得られる２つの出力信号の位相差Δφを測定
し、次式により求めた。 Ｋ2 ＝２・（ｖopen−ｖshort）／ｖopen ＝（２・ｖshort・Δφ）／（ω・ｄ） ……（３） ここで、ｖopenはＡｌが被覆されていない試料での伝搬
速度、ｖshortはＡｌが被覆された試料での伝搬速度、
ωは入力信号の角速度、ｄはＡｌで被覆された部分の長
さ、である。測定は２５℃で行った。
【００４３】素子表面粗さＲａは、触針式粗さ計（ＴＥ
ＮＣＯＲ社製Ｐ−１）を用い、スキャン速度１０μｍ／
ｓｅｃで２５０μｍの範囲の二乗平均粗さで評価した。
評価結果を表１に示す。
ＮＣＯＲ社製Ｐ−１）を用い、スキャン速度１０μｍ／
ｓｅｃで２５０μｍの範囲の二乗平均粗さで評価した。
評価結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】この結果から明らかなように、構成例１〜
４の場合、電気機械結合係数Ｋ2 は３〜６％と大きな値
をとり、素子表面粗さＲａが３０〜１００Åの値をとる
ことがわかった。また、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 中のＮａの
置換割合を大きくする程、電気機械結合係数Ｋ2 が小さ
く、素子表面粗さＲａが小さくなることがわかった。ま
た、比較例１の試料では、電気機械結合係数Ｋ2 は４％
であったが、素子表面粗さＲａが１６０Åと構成例１〜
４に比べて大きい値であった。すなわち、構成例１〜４
の試料は、弾性表面波の伝搬面とＫ1-xＮａxＮｂＯ3 単
結晶の特定の結晶面が一致し、かつ、素子表面の平滑性
が改良されたため、比較例１と同等以上の電気機械結合
係数Ｋ2 を持ち、広帯域で低損失な特性を有することが
わかった。
４の場合、電気機械結合係数Ｋ2 は３〜６％と大きな値
をとり、素子表面粗さＲａが３０〜１００Åの値をとる
ことがわかった。また、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 中のＮａの
置換割合を大きくする程、電気機械結合係数Ｋ2 が小さ
く、素子表面粗さＲａが小さくなることがわかった。ま
た、比較例１の試料では、電気機械結合係数Ｋ2 は４％
であったが、素子表面粗さＲａが１６０Åと構成例１〜
４に比べて大きい値であった。すなわち、構成例１〜４
の試料は、弾性表面波の伝搬面とＫ1-xＮａxＮｂＯ3 単
結晶の特定の結晶面が一致し、かつ、素子表面の平滑性
が改良されたため、比較例１と同等以上の電気機械結合
係数Ｋ2 を持ち、広帯域で低損失な特性を有することが
わかった。
【００４６】（実施例２）実施例１ではＫと置換する元
素としてＮａを用いたが、実施例２では他の置換元素を
用いた場合の効果を調べた。実施例２で用いた試料も素
子構造に関しては実施例１の試料と同一である。そし
て、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 中の置換元素（Ｚ）として、Ｋと
Ｆｒを除く周期律１族の元素であるＬｉ、Ｒｂ、Ｃｓを
用い、置換割合をｘ＝０．００１で一定とした３種類の
試料（構成例５：Ｚ＝Ｌｉ，構成例６：Ｚ＝Ｒｂ，構成
例７：Ｚ＝Ｃｓ）を作製した。評価結果を表２に示す。
素としてＮａを用いたが、実施例２では他の置換元素を
用いた場合の効果を調べた。実施例２で用いた試料も素
子構造に関しては実施例１の試料と同一である。そし
て、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 中の置換元素（Ｚ）として、Ｋと
Ｆｒを除く周期律１族の元素であるＬｉ、Ｒｂ、Ｃｓを
用い、置換割合をｘ＝０．００１で一定とした３種類の
試料（構成例５：Ｚ＝Ｌｉ，構成例６：Ｚ＝Ｒｂ，構成
例７：Ｚ＝Ｃｓ）を作製した。評価結果を表２に示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】この結果から明らかなように、置換元素と
してＬｉ、Ｒｂ、Ｃｓを用いた構成例５〜７における電
気機械結合係数Ｋ2 は６％であり、置換元素としてＮａ
を用いた構成例２と同等の電気機械結合係数Ｋ2 を得る
ことができた。
してＬｉ、Ｒｂ、Ｃｓを用いた構成例５〜７における電
気機械結合係数Ｋ2 は６％であり、置換元素としてＮａ
を用いた構成例２と同等の電気機械結合係数Ｋ2 を得る
ことができた。
【００４９】（実施例３）実施例３は、置換元素をＮ
ａ、置換割合をｘ＝０．００１に固定した上で下地基板
の材料を変え、本発明の効果を調べたものである。実施
例３で用いた試料も素子構造に関しては実施例１の試料
と同一である。そして、置換元素をＮａ、置換割合をｘ
＝０．００１に固定し、下地基板を種々に変えた１４種
類の試料（構成例２：ＳｒＴｉＯ3（１００），構成例
８：ＳｒＴｉＯ3（１１０），構成例９：ＳｒＴｉＯ
3（１１１），構成例１０：ＳｒＳｎＯ 3（１１０），構
成例１１：ＳｒＺｒＯ3（００１），構成例１２：Ｓｒ
ＭｏＯ3（１１０），構成例１３：ＳｒＨｆＯ3（１１
０），構成例１４：ＢａＭｏＯ3（１１０），構成例１
５：ＭｇＯ（１００），構成例１６：Ｐｔ（１１１），
構成例１７：ＭｇＡｌ2Ｏ4（１１０），構成例１８：Ｋ
ＴａＯ3（１１０），構成例１９：ＧａＡｓ（１１
０），構成例２０：Ｓｉ（１１０））を作製した。一
方、比較例として下地基板にガラス基板を用いた試料
（比較例２）を作製した。評価結果を表３に示す。
ａ、置換割合をｘ＝０．００１に固定した上で下地基板
の材料を変え、本発明の効果を調べたものである。実施
例３で用いた試料も素子構造に関しては実施例１の試料
と同一である。そして、置換元素をＮａ、置換割合をｘ
＝０．００１に固定し、下地基板を種々に変えた１４種
類の試料（構成例２：ＳｒＴｉＯ3（１００），構成例
８：ＳｒＴｉＯ3（１１０），構成例９：ＳｒＴｉＯ
3（１１１），構成例１０：ＳｒＳｎＯ 3（１１０），構
成例１１：ＳｒＺｒＯ3（００１），構成例１２：Ｓｒ
ＭｏＯ3（１１０），構成例１３：ＳｒＨｆＯ3（１１
０），構成例１４：ＢａＭｏＯ3（１１０），構成例１
５：ＭｇＯ（１００），構成例１６：Ｐｔ（１１１），
構成例１７：ＭｇＡｌ2Ｏ4（１１０），構成例１８：Ｋ
ＴａＯ3（１１０），構成例１９：ＧａＡｓ（１１
０），構成例２０：Ｓｉ（１１０））を作製した。一
方、比較例として下地基板にガラス基板を用いた試料
（比較例２）を作製した。評価結果を表３に示す。
【００５０】
【表３】
【００５１】この結果から明らかなように、比較例２の
場合、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 との格子整合性を持たないガ
ラス基板上にＫ1-xＮａxＮｂＯ3 を形成したことで特定
の結晶面が得られず、伝搬速度ｖ、電気機械結合係数Ｋ
2 ともに測定不能であった。これに対して、構成例２お
よび構成例８〜２０の場合、電気機械結合係数Ｋ2 は２
〜１１％の値をとることがわかった。したがって、構成
例２および構成例８〜２０の試料では、従来に比べて大
きい電気機械結合係数Ｋ2 が得られ、広帯域で低損失な
特性を有することがわかった。
場合、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 との格子整合性を持たないガ
ラス基板上にＫ1-xＮａxＮｂＯ3 を形成したことで特定
の結晶面が得られず、伝搬速度ｖ、電気機械結合係数Ｋ
2 ともに測定不能であった。これに対して、構成例２お
よび構成例８〜２０の場合、電気機械結合係数Ｋ2 は２
〜１１％の値をとることがわかった。したがって、構成
例２および構成例８〜２０の試料では、従来に比べて大
きい電気機械結合係数Ｋ2 が得られ、広帯域で低損失な
特性を有することがわかった。
【００５２】（実施例４）実施例１〜３が下地基板バル
ク材料の上に直接圧電体層を形成したのに対し、実施例
４は、上記第２の実施の形態の構造を持つ弾性表面波フ
ィルタを用いて本発明特有のバッファ層を用いた場合の
効果を調べたものである。実施例４で用いた試料は電極
構造に関しては実施例１の試料と同一である。そして、
置換元素をＮａ、置換割合をｘ＝０．００１に固定した
上で、下地基板とバッファ層の組み合わせを代えた８種
類の試料（構成例２１：ＢａＭｏＯ3／Ｓｉ，構成例２
２：ＭｇＯ／Ｓｉ，構成例２３：Ｐｔ／Ｓｉ，構成例２
４：ＳｉＮx／Ｓｉ，構成例２５：ＭｇＡｌ2Ｏ4／Ｓ
ｉ，構成例２６：ＫＴａＯ3／Ｓｉ，構成例２７：Ｂａ
ＭｏＯ3／ＧａＡｓ，構成例２８：ＢａＭｏＯ3／Ａｌ2
Ｏ3）を作製した。具体的な材料の組み合わせは表４に
示す通りである。
ク材料の上に直接圧電体層を形成したのに対し、実施例
４は、上記第２の実施の形態の構造を持つ弾性表面波フ
ィルタを用いて本発明特有のバッファ層を用いた場合の
効果を調べたものである。実施例４で用いた試料は電極
構造に関しては実施例１の試料と同一である。そして、
置換元素をＮａ、置換割合をｘ＝０．００１に固定した
上で、下地基板とバッファ層の組み合わせを代えた８種
類の試料（構成例２１：ＢａＭｏＯ3／Ｓｉ，構成例２
２：ＭｇＯ／Ｓｉ，構成例２３：Ｐｔ／Ｓｉ，構成例２
４：ＳｉＮx／Ｓｉ，構成例２５：ＭｇＡｌ2Ｏ4／Ｓ
ｉ，構成例２６：ＫＴａＯ3／Ｓｉ，構成例２７：Ｂａ
ＭｏＯ3／ＧａＡｓ，構成例２８：ＢａＭｏＯ3／Ａｌ2
Ｏ3）を作製した。具体的な材料の組み合わせは表４に
示す通りである。
【００５３】例えば、構成例２１の場合、Ｋ1-xＮａxＮ
ｂＯ3 の成膜に実施例１と同じゾル−ゲル法を用い、Ｂ
ａＭｏＯ3 の成膜にはレーザーアブレーション法を用い
た。ＢａＭｏＯ3 成膜条件は、ターゲット：ＢａＭｏＯ
3 、基板温度：６５０℃、使用レーザー：ＡｒＦ（波
長：１９３ｎｍ）、レーザーパワー：４Ｊ／ｃｍ2 、１
５Ｈｚ、雰囲気（酸素）：０．０５Torr、膜厚：２０ｎ
ｍ、成膜時間２０分、とした。
ｂＯ3 の成膜に実施例１と同じゾル−ゲル法を用い、Ｂ
ａＭｏＯ3 の成膜にはレーザーアブレーション法を用い
た。ＢａＭｏＯ3 成膜条件は、ターゲット：ＢａＭｏＯ
3 、基板温度：６５０℃、使用レーザー：ＡｒＦ（波
長：１９３ｎｍ）、レーザーパワー：４Ｊ／ｃｍ2 、１
５Ｈｚ、雰囲気（酸素）：０．０５Torr、膜厚：２０ｎ
ｍ、成膜時間２０分、とした。
【００５４】各試料の評価項目は実施例１の場合と同一
である。評価結果を表４に示す。
である。評価結果を表４に示す。
【００５５】
【表４】
【００５６】この結果から明らかなように、構成例２１
〜２８の場合には、電気機械結合係数Ｋ2 は２〜４％の
範囲で大きな値をとることがわかった。したがって、構
成例２１〜２８の試料は、弾性表面波の伝搬面とＫ1-x
ＮａxＮｂＯ3 単結晶の特定の結晶面が一致するため、
従来の薄膜圧電材料では得られない広帯域で低損失な特
性を有することがわかった。
〜２８の場合には、電気機械結合係数Ｋ2 は２〜４％の
範囲で大きな値をとることがわかった。したがって、構
成例２１〜２８の試料は、弾性表面波の伝搬面とＫ1-x
ＮａxＮｂＯ3 単結晶の特定の結晶面が一致するため、
従来の薄膜圧電材料では得られない広帯域で低損失な特
性を有することがわかった。
【００５７】（実施例５）実施例５は、上記第３の実施
の形態の構造を持つ弾性表面波フィルタを用いてバッフ
ァ層と下地基板の間に音速の大きなバッファ層を挿入し
た場合の効果を調べたものである。実施例５で用いた試
料も電極構造に関しては実施例１の試料と同一である。
そして、下地基板をＳｉ（１１０）基板、バッファ層を
ＢａＭｏＯ3 （１１０）、圧電体層Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 の
置換元素ＺをＮａ、置換割合をｘ＝０．００１に固定し
た上で、音速バッファ層の種類を代えた３種類の試料
（構成例２９：Ａｌ2Ｏ3，構成例３０：ＢＮ，構成例３
１：Ｂ4Ｃ）を作製した。具体的な材料の組み合わせは
表５に示す通りである。また、音速バッファ層がない場
合の例として、比較例３（実施例４の構成例２１と同
じ）を示した。
の形態の構造を持つ弾性表面波フィルタを用いてバッフ
ァ層と下地基板の間に音速の大きなバッファ層を挿入し
た場合の効果を調べたものである。実施例５で用いた試
料も電極構造に関しては実施例１の試料と同一である。
そして、下地基板をＳｉ（１１０）基板、バッファ層を
ＢａＭｏＯ3 （１１０）、圧電体層Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 の
置換元素ＺをＮａ、置換割合をｘ＝０．００１に固定し
た上で、音速バッファ層の種類を代えた３種類の試料
（構成例２９：Ａｌ2Ｏ3，構成例３０：ＢＮ，構成例３
１：Ｂ4Ｃ）を作製した。具体的な材料の組み合わせは
表５に示す通りである。また、音速バッファ層がない場
合の例として、比較例３（実施例４の構成例２１と同
じ）を示した。
【００５８】例えば、構成例２９の場合、Ｋ1-xＮａxＮ
ｂＯ3 の成膜に実施例１と同じゾル−ゲル法を用い、Ｂ
ａＭｏＯ3 の成膜に実施例４と同じレーザーアブレーシ
ョン法を用い、Ａｌ2Ｏ3の成膜にはスパッタリング法を
用いた。Ａｌ2Ｏ3成膜条件は、ターゲット：Ａｌ2Ｏ3、
基板温度：６５０℃、雰囲気圧：０．０１Torr、Ｏ2／
Ａｒ：１／５、ＲＦパワー：３００Ｗ、成膜時間：３０
分、膜厚：１００ｎｍ、とした。
ｂＯ3 の成膜に実施例１と同じゾル−ゲル法を用い、Ｂ
ａＭｏＯ3 の成膜に実施例４と同じレーザーアブレーシ
ョン法を用い、Ａｌ2Ｏ3の成膜にはスパッタリング法を
用いた。Ａｌ2Ｏ3成膜条件は、ターゲット：Ａｌ2Ｏ3、
基板温度：６５０℃、雰囲気圧：０．０１Torr、Ｏ2／
Ａｒ：１／５、ＲＦパワー：３００Ｗ、成膜時間：３０
分、膜厚：１００ｎｍ、とした。
【００５９】各試料の評価項目は実施例１の場合と同一
である。評価結果を表５に示す。
である。評価結果を表５に示す。
【００６０】
【表５】
【００６１】この結果から明らかなように、構成例２９
〜３１の場合、音速バッファ層がない比較例３と比べて
伝搬速度ｖが１．５〜２．５倍大きくなった。したがっ
て、構成例２９〜３１の試料は、比較例３の試料に比べ
て伝搬速度が大きくなったことにより、高周波帯域での
使用が可能であることがわかった。
〜３１の場合、音速バッファ層がない比較例３と比べて
伝搬速度ｖが１．５〜２．５倍大きくなった。したがっ
て、構成例２９〜３１の試料は、比較例３の試料に比べ
て伝搬速度が大きくなったことにより、高周波帯域での
使用が可能であることがわかった。
【００６２】（実施例６）実施例６は、上記第４の実施
の形態の構造を持つ弾性表面波フィルタを用いて本発明
特有の温度安定化層を用いた場合の効果を調べたもので
ある。実施例６で用いた試料も電極構造に関しては実施
例１の試料と同一である。そして、ＳｒＴｉＯ3 基板上
にＫ1-xＮａxＮｂＯ3 を積層し、さらに温度安定化層と
してＳｉＯ2 膜を積層した構成例３２を作製した（表６
に示す通り）。温度安定化層がない場合の例として比較
例４（実施例１の構成例２と同じ）を示した。
の形態の構造を持つ弾性表面波フィルタを用いて本発明
特有の温度安定化層を用いた場合の効果を調べたもので
ある。実施例６で用いた試料も電極構造に関しては実施
例１の試料と同一である。そして、ＳｒＴｉＯ3 基板上
にＫ1-xＮａxＮｂＯ3 を積層し、さらに温度安定化層と
してＳｉＯ2 膜を積層した構成例３２を作製した（表６
に示す通り）。温度安定化層がない場合の例として比較
例４（実施例１の構成例２と同じ）を示した。
【００６３】構成例３２の場合、Ｋ1-xＮａxＮｂＯ3 の
成膜に実施例１と同じゾル−ゲル法を用い、ＳｉＯ2 の
成膜にはスパッタリング法を用いた。ＳｉＯ2 成膜条件
は、ターゲット：ＳｉＯ2 、基板温度：６５０℃、雰囲
気圧：０．０１Torr、Ｏ2 ／Ａｒ：１／５、ＲＦパワ
ー：３００Ｗ、膜厚：１００ｎｍ、成膜時間１０分、と
した。
成膜に実施例１と同じゾル−ゲル法を用い、ＳｉＯ2 の
成膜にはスパッタリング法を用いた。ＳｉＯ2 成膜条件
は、ターゲット：ＳｉＯ2 、基板温度：６５０℃、雰囲
気圧：０．０１Torr、Ｏ2 ／Ａｒ：１／５、ＲＦパワ
ー：３００Ｗ、膜厚：１００ｎｍ、成膜時間１０分、と
した。
【００６４】各試料の評価項目として、実施例１〜５の
伝搬速度ｖと電気機械結合係数Ｋ2に加え、周波数温度
係数ＴＣＦを測定した。周波数温度係数ＴＣＦは、温度
ＴをΔＴだけ変化させた時の遅延線型オシレータの発振
周波数ｆの変化Δｆを測定し、次式により求めた。 ＴＣＦ＝（１／ｆ）・（Δｆ／ΔＴ） ……（４） なお、測定は１０℃から６５℃の範囲で行った。評価結
果を表６に示す。
伝搬速度ｖと電気機械結合係数Ｋ2に加え、周波数温度
係数ＴＣＦを測定した。周波数温度係数ＴＣＦは、温度
ＴをΔＴだけ変化させた時の遅延線型オシレータの発振
周波数ｆの変化Δｆを測定し、次式により求めた。 ＴＣＦ＝（１／ｆ）・（Δｆ／ΔＴ） ……（４） なお、測定は１０℃から６５℃の範囲で行った。評価結
果を表６に示す。
【００６５】
【表６】
【００６６】この結果から明らかなように、温度安定化
層を持つ構成例３２は、温度安定化層を持たない比較例
４と比べて、伝搬速度はやや小さくなるものの、電気機
械結合係数Ｋ2 は大きい値を維持しつつ、周波数温度係
数ＴＣＦをはるかに小さくできることがわかった。した
がって、構成例３２の試料は、比較例４の試料に比べて
温度特性を安定化できることがわかった。
層を持つ構成例３２は、温度安定化層を持たない比較例
４と比べて、伝搬速度はやや小さくなるものの、電気機
械結合係数Ｋ2 は大きい値を維持しつつ、周波数温度係
数ＴＣＦをはるかに小さくできることがわかった。した
がって、構成例３２の試料は、比較例４の試料に比べて
温度特性を安定化できることがわかった。
【００６７】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
弾性表面波素子によれば、下地基板にＫ1-xＺxＮｂＯ3
単結晶に対する格子整合性を持つ材料を用いたことでＫ
1-xＺxＮｂＯ3 単結晶が特定の結晶面を持つように成長
させることができるため、弾性表面波素子が大きな電気
機械結合係数Ｋ2 を持つことになり、広帯域化、高効率
化を図ることができる。さらに、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 はＫ
ＮｂＯ3 に比べて水分との反応性が低いため、圧電体層
材料にＫ1-xＺxＮｂＯ3 を用いたことで膜の均質性と膜
表面の平滑性が向上し、大きな電気機械結合係数Ｋ2 を
再現性良く得ることができる。また、素子を製造する際
には、周知の薄膜形成技術を用いてＫ1-xＺxＮｂＯ3圧
電体層を容易に形成でき、従来に比べて製造コストを低
減することができる。そして、音速バッファ層を下地基
板上に設けることにより、高周波帯域化を図ることがで
きる。さらに、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 圧電体層上に温度安定
化層を設けることにより、温度特性の安定化を図ること
ができる。一方、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 圧電体層、バッファ
層、音速バッファ層、温度安定化層等を一般的な半導体
基板の上で薄膜として使用することで、トランジスタＩ
Ｃ等の周辺回路素子と集積化を図ることができ、小型で
軽量な弾性表面波素子を実現することができる。
弾性表面波素子によれば、下地基板にＫ1-xＺxＮｂＯ3
単結晶に対する格子整合性を持つ材料を用いたことでＫ
1-xＺxＮｂＯ3 単結晶が特定の結晶面を持つように成長
させることができるため、弾性表面波素子が大きな電気
機械結合係数Ｋ2 を持つことになり、広帯域化、高効率
化を図ることができる。さらに、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 はＫ
ＮｂＯ3 に比べて水分との反応性が低いため、圧電体層
材料にＫ1-xＺxＮｂＯ3 を用いたことで膜の均質性と膜
表面の平滑性が向上し、大きな電気機械結合係数Ｋ2 を
再現性良く得ることができる。また、素子を製造する際
には、周知の薄膜形成技術を用いてＫ1-xＺxＮｂＯ3圧
電体層を容易に形成でき、従来に比べて製造コストを低
減することができる。そして、音速バッファ層を下地基
板上に設けることにより、高周波帯域化を図ることがで
きる。さらに、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 圧電体層上に温度安定
化層を設けることにより、温度特性の安定化を図ること
ができる。一方、Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 圧電体層、バッファ
層、音速バッファ層、温度安定化層等を一般的な半導体
基板の上で薄膜として使用することで、トランジスタＩ
Ｃ等の周辺回路素子と集積化を図ることができ、小型で
軽量な弾性表面波素子を実現することができる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態の弾性表面波フィ
ルタを示す、（ａ）斜視図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線に
沿う断面図、である。
ルタを示す、（ａ）斜視図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ線に
沿う断面図、である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態の弾性表面波フィ
ルタを示す断面図である。
ルタを示す断面図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態の弾性表面波フィ
ルタを示す断面図である。
ルタを示す断面図である。
【図４】 本発明の第４の実施の形態の弾性表面波フィ
ルタを示す断面図である。
ルタを示す断面図である。
【図５】 本発明の実施例で用いた試料の弾性表面波フ
ィルタを示す平面図である。
ィルタを示す平面図である。
【図６】 本発明で圧電体層として用いるＫ1-xＺxＮｂ
Ｏ3 の結晶面を示す図である。
Ｏ3 の結晶面を示す図である。
【図７】 ＫＮｂＯ3 単結晶の回転Ｙ板における回転角
と電気機械結合係数の関係を示すグラフである。
と電気機械結合係数の関係を示すグラフである。
１１，２１，３１，４１ 弾性表面波フィルタ １２，２２，３２，４２ 下地基板 １３，２３，３３，４３ 圧電体層 １４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ，４
４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ すだれ状電極（電極
層） ２５，３５ バッファ層 ３６ 音速バッファ層 ４７ 温度安定化層
４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ すだれ状電極（電極
層） ２５，３５ バッファ層 ３６ 音速バッファ層 ４７ 温度安定化層
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 幸俊 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 岡田 升宏 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 今西 正夫 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 Ｆターム(参考） 5J097 AA06 AA19 AA21 AA23 AA29 AA32 BB08 BB11 EE08 EE10 FF01 FF02 HA03 HB08 KK06 KK09
Claims (11)
- 【請求項１】 一般式がＫ1-xＺxＮｂＯ3 （Ｚ：ＫとＦ
ｒを除く周期律１族の元素、ｘ：０．０００１≦ｘ≦
０．５の範囲の数値）で表される単結晶が成長するよう
なバルク材料からなる下地基板と、該下地基板上に積層
された前記Ｋ1- xＺxＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層
と、該圧電体層の上面または下面に設けられた電極層、
を有することを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の弾性表面波素子におい
て、 前記下地基板が、前記Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸を
含む全ての結晶面が成長するようなバルク材料からなる
ことを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項３】 請求項２に記載の弾性表面波素子におい
て、 前記下地基板のバルク材料が、ＳｒＴｉＯ3、ＳｒＳｎ
Ｏ3、ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＭｏＯ3、ＳｒＨｆＯ3、ＢａＭ
ｏＯ3、ＭｇＯ、Ｐｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3、Ｇａ
Ａｓ、Ｓｉから選ばれる少なくとも１つ以上の単結晶化
合物からなることを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項４】 下地基板と、該下地基板上に積層され、
一般式がＫ1-xＺxＮｂＯ3 （Ｚ：ＫとＦｒを除く周期律
１族の元素、ｘ：０．０００１≦ｘ≦０．５の範囲の数
値）で表される単結晶が成長するような材料からなるバ
ッファ層と、該バッファ層上に積層された前記Ｋ1-xＺx
ＮｂＯ3 単結晶からなる圧電体層と、該圧電体層の上面
または下面に設けられた電極層、を有することを特徴と
する弾性表面波素子。 - 【請求項５】 請求項４に記載の弾性表面波素子におい
て、 前記バッファ層が、前記Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶のＸ軸
を含む全ての結晶面が成長するような材料からなること
を特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項６】 請求項５に記載の弾性表面波素子におい
て、 前記バッファ層の材料が、ＢａＭｏＯ3、ＭｇＯ、Ｐ
ｔ、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＫＴａＯ3 から選ばれる少なくとも
１つ以上の単結晶化合物、もしくはＳｉＮx からなるこ
とを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項７】 請求項４ないし６のいずれかに記載の弾
性表面波素子において、 前記下地基板と前記バッファ層との間に、音速の大きな
材料からなる音速バッファ層が設けられたことを特徴と
する弾性表面波素子。 - 【請求項８】 請求項７に記載の弾性表面波素子におい
て、 前記音速の大きな材料が、サファイヤ、ＢＮから選ばれ
る少なくとも１つ以上の結晶化合物、もしくはＢ4Ｃ か
らなることを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれかに記載の弾
性表面波素子において、 前記圧電体層と逆の温度係数を持ち、前記圧電体層と前
記電極層の熱膨張差によって圧電体層に生じる歪みを緩
和する材料からなる温度安定化層が、前記圧電体層上に
積層されたことを特徴とする弾性表面波素子。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の弾性表面波素子にお
いて、 前記歪みを緩和する材料がＳｉＯ2 であることを特徴と
する弾性表面波素子。 - 【請求項１１】 請求項１ないし１０のいずれかに記載
の弾性表面波素子において、 前記Ｋ1-xＺxＮｂＯ3 単結晶中のＺがＮａであることを
特徴とする弾性表面波素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08055099A JP4186300B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 弾性表面波素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08055099A JP4186300B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 弾性表面波素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000278084A true JP2000278084A (ja) | 2000-10-06 |
| JP4186300B2 JP4186300B2 (ja) | 2008-11-26 |
Family
ID=13721462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08055099A Expired - Lifetime JP4186300B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 弾性表面波素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4186300B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6720846B2 (en) | 2001-03-21 | 2004-04-13 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave device with KNb03 piezoelectric thin film, frequency filter, oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus |
| US6849861B2 (en) | 2001-03-28 | 2005-02-01 | Seiko Epson Corporation | Electronic device and electronic apparatus |
| JP2007184513A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-07-19 | Seiko Epson Corp | 圧電体積層体、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータ |
| JP2007287918A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Seiko Epson Corp | 圧電体積層体、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータ、ならびに圧電体積層体の製造方法 |
| JP2010045752A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Tatung Univ | 高周波表面音響波デバイスおよびその基板 |
| WO2011034136A1 (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | 住友電気工業株式会社 | 基板、基板の製造方法、ｓａｗデバイスおよびデバイス |
| JP2011066818A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 基板、ｓａｗデバイスおよびデバイス |
| US8614535B2 (en) | 2010-09-07 | 2013-12-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Substrate, manufacturing method of substrate and saw device |
| JP2014033210A (ja) * | 2005-12-06 | 2014-02-20 | Seiko Epson Corp | 圧電体積層体、表面弾性波素子、薄膜圧電共振子および圧電アクチュエータ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SG10201905013VA (en) | 2018-06-11 | 2020-01-30 | Skyworks Solutions Inc | Acoustic wave device with spinel layer |
| US11876501B2 (en) | 2019-02-26 | 2024-01-16 | Skyworks Solutions, Inc. | Acoustic wave device with multi-layer substrate including ceramic |
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-
1999
- 1999-03-24 JP JP08055099A patent/JP4186300B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US9431597B2 (en) | 2005-12-06 | 2016-08-30 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric laminate, surface acoustic wave device, thin-film piezoelectric resonator, and piezoelectric actuator |
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| JP2010045752A (ja) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Tatung Univ | 高周波表面音響波デバイスおよびその基板 |
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