JP2004292226A - ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】室温付近の温度で各種単結晶基板上に斜方晶ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を高堆積速度でエピタキシャル成長させるＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法と、この方法で得られた薄膜を備えることによって、ｋ^２が高く広帯域化、小型化、及び省電力化に優れる表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器を提供すること。
【解決手段】ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法は、液滴吐出法によってＫＮｂＯ_３を含む水溶液の液滴をＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上に塗布する塗布工程と、塗布された液滴からニオブ酸カリウム単結晶層１２をエピタキシャル成長によって析出する析出工程とを備えているものとした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、これらに使用される表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、携帯電話機等と同様、小型化、高効率化、高周波化の方向にあり、そのためには、より大きな電気機械結合係数（以下、ｋ^２）、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。例えば、高周波フィルタとして用いる場合には、損失の小さく帯域幅の広い通過帯域を得るために高ｋ^２が望まれる。共振周波数を高周波化するためには、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下、ＩＤＴ）のピッチを形成する際のデザインルールに限界があるため、より音速の速い材料が望まれている。さらに、使用温度領域での特性の安定化を得るためには、中心周波数温度係数（ＴＣＦ）が小さいことが必要となる。
【０００３】
表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にＩＤＴを形成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（以下、ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（以下、ＬｉＴａＯ_３）等である。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、ｋ^２の大きいＬｉＮｂＯ_３が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣＦの小さい水晶が用いられる。さらに、ｋ^２及びＴＣＦがそれぞれＬｉＮｂＯ_３と水晶との間にあるＬｉＴａＯ_３は、その中間的な役割を果たしている。ただし、ｋ^２の最も大きいＬｉＮｂＯ_３でも、ｋ^２〜２０％程度であった。
【０００４】
最近、ニオブ酸カリウム（以下、ＫＮｂＯ_３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．５７２１ｎｍ、ｃ＝０．３９７３ｎｍ、以下、斜方晶としては本指数表示に従う）単結晶において、大きなｋ^２の値を示すカット角が見出された。０°ＹカットＸ伝播（以下、０°Ｙ−Ｘ）ＫＮｂＯ_３単結晶板が、ｋ^２＝５３％と非常に大きな値を示すことが計算によって予測された（例えば、非特許文献１参照。）。また、０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板が、ｋ^２〜５０％の大きな値を示すことが実験でも確認され、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板を用いたフィルタの発振周波数が、室温付近で零温度特性を示すことが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。これらの単結晶板が、表面弾性波基板として用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、ｋ^２、温度係数、音速等の特性は材料固有の値であり、カット角及び伝播方向で決定される。０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板はｋ^２に優れるが、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板のような零温度特性は室温付近において示さない。また、伝播速度は同じペロブスカイト型酸化物である、チタン酸ストロンチウム（以下、ＳｒＴｉＯ_３）やチタン酸カルシウム（以下、ＣａＴｉＯ_３）に比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ_３単結晶板を用いるだけでは、高音速、高ｋ^２、零温度特性を全て満足させることはできない。
【０００６】
そこで、何等かの基板上に圧電体薄膜を堆積し、その膜厚を制御して、音速やｋ^２、温度特性を向上させることが期待される。サファイア基板上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を形成したもの（例えば、非特許文献３参照。）、ＬｉＮｂＯ_３薄膜を形成したもの（例えば、非特許文献４参照。）等が挙げられる。従って、ＫＮｂＯ_３についても、基板上に薄膜化して諸特性を全て向上させることが期待される。
【０００７】
ここで、圧電薄膜としては、そのｋ^２、温度特性を引き出すために最適な方向に配向することが望ましく、リーキー波伝播に伴う損失をなるべく小さくするためには、平坦で緻密なエピタキシャル膜であることが望ましい。ここで、ｋ^２〜５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜は、擬立方晶（１００）に相当し、ｋ^２〜１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜は、擬立方晶（１１０）に相当する。従って例えば、ＳｒＴｉＯ_３（１００）或いは（１１０）単結晶基板を用いることで、ｋ^２〜５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜、或いはｋ^２〜１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜を得ることができる。
【０００８】
従来の気相法やゾルゲル法といった一般的な薄膜形成方法で製膜する場合には、製膜温度或いは製膜後の熱処理温度として、一般のペロブスカイト型酸化物と同様少なくとも５００℃以上が必要とされていた。ところが、このＫＮｂＯ_３は室温では斜方晶であるが、２２５℃に斜方晶―正方晶転移温度を、及び４３５℃に正方晶―立方晶転移温度を有するので、製膜温度から冷却する過程において、立方晶から正方晶、斜方晶へと相転移が発生した。特に、正方晶から斜方晶への相転移時には、結晶内部の応力を緩和するために斜方晶ａ軸とｂ軸との方向が混在する双晶を形成しやすく、単一ドメインの単結晶を作製することが困難であった。
【０００９】
この問題を回避して単一ドメインの単結晶を作製するためには、製膜温度を斜方晶―正方晶の相転移温度である２２５℃以下で行う必要がある。そこで、低温状態で、ニオブ、カリウムを含んだ溶液中からＫＮｂＯ_３結晶を析出させる溶液析出法があらわれた。この方法によって、溶液としてフッ化ニオブ酸カリウム水溶液を１００℃程度の温度に加熱して水分を蒸発させて、１０μｍ程度の大きさの斜方晶ＫＮｂＯ_３結晶粉末を析出させている（例えば、非特許文献５参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−６５４８８号公報
【非特許文献１】
Ｅｌｅｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３３ （１９９７） １９３
【非特許文献２】
Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．３７ （１９９８） ２９２９
【非特許文献３】
Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．３２ （１９９３） ２３３７
【非特許文献４】
Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．３２ （１９９３） Ｌ７４５
【非特許文献５】
Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．４０ （２００１） ５６５７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法においては、水分蒸発に時間がかかるため溶質の過飽和度の時間変化速度が小さく、また、結晶成長の核生成の起点を制御することが困難であった。そのため、高堆積速度で薄膜を形成することができないという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、室温程度の低温で基板上に斜方晶ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を高堆積速度でエピタキシャル成長させることができるＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法と、この方法で得られた薄膜を備えることによって、ｋ^２が高く広帯域化、小型化、及び省電力化に優れる表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法は、ニオブ酸カリウム溶液の液滴を基板上に塗布する塗布工程と、前記液滴から斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶を析出する析出工程とを有することを特徴とする。
この方法によれば、液滴から斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶を例えば大気圧にて室温程度の低温で析出することができるので、製膜時間の短縮化を図ることができ、また得られたニオブ酸カリウム単結晶薄膜からｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで作製することができる。
【００１３】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記液滴の塗布を液滴吐出法によって行うことが好ましい。
このようにすれば、基板上の所望する位置に、所定量の液滴を塗布することができる。
また、特に、前記液滴の体積を１００ピコリットル以下とすれば、塗布した後に溶媒が蒸発しやすく、溶質の過飽和度の時間変化速度を大きくすることができる。さらに、液滴の塗布位置を連続的に制御することができるので、薄膜の形成面積を所望する大きさで製膜できる。そのため、前述したようにｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００１４】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記塗布工程と前記析出工程とを繰り返し行うとともに、後の工程で塗布する液滴を、先に行った析出工程で析出した前記斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶の少なくとも一部と重なるように塗布することが好ましい。
この方法によれば、先に析出した単結晶に連続させて次々と新しい単結晶を析出させることができ、これにより大面積の単結晶薄膜を形成することができる。さらに、前述のようにｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００１５】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記ニオブ酸カリウム溶液が、フッ化ニオブ酸カリウム水溶液であることが好ましい。
この方法によれば、水溶液なので室温付近でも液滴からの水分蒸発が高速度であるため、溶質濃度の大きな時間変化を得ることができ、高堆積速度で単結晶薄膜を製膜することができる。そのため、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００１６】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記基板として該基板表面の垂直及び面内方向とも配向した結晶軸を表面に有したものを用い、前記ニオブ酸カリウム単結晶を前記基板上にエピタキシャル成長させることが好ましい。
この方法によれば、基板上の配向状態に沿って結晶を析出させるので、薄膜全体にわたって配向方法が揃ったニオブ酸カリウム単結晶薄膜を製膜することができ、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００１７】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記基板としてチタン酸ストロンチウム（１００）単結晶基板を用いることが好ましい。
この方法によれば、汎用的なペロブスカイト型酸化物単結晶板であるチタン酸ストロンチウム単結晶基板においても、基板上に低コストでニオブ酸カリウム単結晶薄膜を形成でき、また、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００１８】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記基板として、シリコン単結晶基板と、該シリコン単結晶基板上にエピタキシャル成長させたバッファ層とから構成されているものを用いることが好ましい。
この方法によれば、シリコン単結晶基板上にバッファ層が設けられているので、安価なシリコン単結晶基板にもニオブ酸カリウム単結晶を析出させることができ、低コストでニオブ酸カリウム単結晶薄膜を形成して、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００１９】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記バッファ層として、ＮａＣｌ型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物で構成される第２バッファ層とを作製することが好ましい。
さらに、前記バッファ層として、フルオライト型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とから構成される第２バッファ層とを作製することが好ましい。
この方法によれば、シリコン単結晶とニオブ酸カリウム単結晶との間に、双方に好適なバッファ層が形成されるので、安価な単結晶基板であるシリコン単結晶基板上でもニオブ酸カリウム単結晶を製膜することができ、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００２０】
また、本発明では、前記ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法において、前記基板として、石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料で構成される基板本体と、該基板本体上に形成されたバッファ層とから構成されるものを用い、該バッファ層として、前記基板上に該基板面の結晶方位とは無関係に面内配向成長させた第１バッファ層と、該第１バッファ層上にエピタキシャル成長させた酸化物からなる第２バッファ層とを、イオンビーム照射を伴う気相法によって作製することが好ましい。
この方法によれば、表面弾性波素子に好適な石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンなどの材料からなる基板上にも、高品質なＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を低コストで製膜することができ、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００２１】
本発明は、前記第１バッファ層をＮａＣｌ型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を単純ペロブスカイト型酸化物で作製することが好ましい。
また、前記第１バッファ層をフルオライト型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を、層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とで作製することが好ましい。
この方法によれば、安価な石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコン等の任意の材料の基板上に、高品質なＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を低コストで製膜することができ、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を低コストで得ることができる。
【００２２】
本発明の表面弾性波素子は、本発明に係る製造方法によって製造するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を備えていることを特徴とする。
この表面弾性波素子によれば、大きな電気機械結合係数を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を備えているので、小型で安価な表面弾性波素子を実現することができる。
【００２３】
本発明の周波数フィルタは、本発明に係る表面弾性波素子を備えていることを特徴とする。
また、本発明の周波数発振器は、本発明に係る表面弾性波素子を備えることを特徴とする。
この周波数フィルタ及び周波数発振器によれば、小型で安価であるとともに、フィルタ特性の広帯域化を実現することができる。
【００２４】
本発明の電子回路は、本発明に係る周波数発振器を備えていることを特徴とする。
この周波数発振器によれば、広帯域のフィルタ特性を有し、小型で安価であるとともに、省電力化に対応することができる。
また、本発明の電子機器は、本発明に係る周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路のうち少なくとも１つを備えていることを特徴とする。
この電子機器によれば、小型化、広帯域化、省電力化を向上することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態に係るニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）単結晶薄膜１０は、図１に示すように、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）単結晶基板１１と、このＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上にエピタキシャル成長したＫＮｂＯ_３単結晶層１２とから構成されている。
このＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１は、基板表面の垂直方向に（１００）配向及び面内方向に（００１）配向の結晶軸を有している。
【００２６】
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０を液滴吐出法にて製膜する際に使用する液滴吐出装置１３は、図２に示すように、基板移動機構１４、ヘッド移動機構１５、吐出ヘッド１６、及びリザーバ１７を備えている。
基板移動機構１４は、スライダ１８ａと、スライダ１８ａ上に載置されたテーブル１８ｂと、スライダ１８ａをＹ軸方向に沿って移動させるガイドレール１９とを備えており、例えばリニアモータ（図示せず）によりスライダ１８ａをガイドレール１９上に移動させる。このテーブル１８ｂ上にＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１が設置される。
ヘッド移動機構１５は、一対の架台２０ａ、２０ｂと、この上に設けられた走行路２０ｃとを備えている。走行路２０ｃは、Ｘ軸方向、すなわち基板移動機構１４のＹ軸方向と直交する方向に沿って配置され、例えばリニアモータ（図示せず）等の作動によって、吐出ヘッド１６をガイドレール１９が延在するＸ軸方向に移動させるよう構成されたものである。
【００２７】
吐出ヘッド１６は、図３に示すようにキャビティ２１と、ノズルプレート２２と、吐出機構２３とを備えている。
キャビティ２１は、塗布する溶液で満たされるようになっており、ノズルプレート２２には、キャビティ２１から液滴を噴射するための孔状のノズル２４が縦横に整列した状態で複数形成されている。
吐出機構２３は圧電素子を備えており、図示しない電源部からの通電によって駆動して、キャビティ２１内の溶液をノズル２４から吐き出す。
吐出機構２３及びノズル２４は、ノズル２４の一回あたりの吐出量が１００ピコリットル以下、好ましくは２０ピコリットル以下となるように調整されている。
リザーバ１７は、塗布する溶液を内部に貯留するもので、吐出ヘッド１６のキャビティ２１に連通されている。
【００２８】
次に、本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０の製造方法について説明する。
この製造方法は、液滴吐出法によってＫＮｂＯ_３を含む水溶液の液滴をＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上に塗布する塗布工程と、塗布された液滴から斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶をエピタキシャル成長によって析出する析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
【００２９】
まず、塗布工程の前に原料を調製する。炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）粉末と酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）粉末を、Ｋ：Ｎｂ＝１：１のモル比で混合して空気中１０００℃で１２時間仮焼きし、ＫＮｂＯ_３原料粉を調整する。
得られたＫＮｂＯ_３原料粉をさらに粉砕した後、フッ化カリウム（ＫＦ）粉末を１：１のモル比で混合し、７００℃１２時間仮焼きしてフッ化ニオブ酸カリウム（Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ）を得る。
【００３０】
次に、Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５を調製する。
８０℃に加温した純水中に粉砕したＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ粉末を１ｗｔ％程度の溶液濃度となるように秤量、投入し、２４時間程度マグネチックスターラ等によって攪拌して溶解して無色透明な飽和濃度近傍のＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５とする。
溶解温度、時間等の条件はこれに限るものでなく、また、濃度は過飽和であっても構わない。
このＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５を図２に示す液滴吐出装置１３のリザーバ１７に貯留する。
【００３１】
続いて、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１を準備する。
ここでは、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１を有機溶媒に浸漬した後、超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えば、エチルアルコールとアセトンの１：１混合液を使用することができるが、これに限るものではない。
このＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１を、図２に示す液滴吐出装置１３のテーブル１８ｂ上に設置する。
【００３２】
次に、Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の液滴をＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上に液滴吐出法によって塗布する塗布工程について説明する。
まず、基板移動機構１４及びヘッド移動機構１５を作動して、吐出ヘッド１６とＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１とを、所望する所定の初期位置に対向する位置までそれぞれ移動する。
そして、リザーバ１７内のＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５をキャビティ２１に供給し、キャビティ２１内を充填した後、吐出機構２３を駆動してノズル２４からＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１表面へＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の液滴を吐出する。
こうして、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上にＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５を塗布する。
【００３３】
次に，前記液滴から斜方晶ＫＮｂＯ_３単結晶を析出する析出工程について説明する。
吐出された液滴は、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上に付着した際、液滴の体積が２０ピコリットル以下と微小なので、Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５中の水分が室温のような低温でもすぐに蒸発して単結晶の析出が開始する。
こうして、ＳｒＴｉＯ_３単結晶を種結晶として、膜面の垂直方向に（１１０）配向、及び面内で（００１）配向の斜方晶ＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させる。
【００３４】
この塗布工程と析出工程とを繰り返し行う。
まず、後の塗布工程で塗布するＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の液滴を、先に行った析出工程で析出した斜方晶ＫＮｂＯ_３単結晶の少なくとも一部と重なるように塗布できる位置へ、ヘッド移動機構１５を駆動して吐出ヘッド１６を移動する。
そして、吐出機構２３を駆動してノズル２４からＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１表面へＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の液滴を吐出する。
こうして、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１表面のＸ軸方向に連続して、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２を析出する。
【００３５】
その後、基板移動機構１４を駆動してＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１をＹ軸方向に移動する。
そして、上述した塗布工程と析出工程を同様に繰り返すことによって、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１表面全体にＫＮｂＯ_３単結晶層１２を析出する。
さらに、所望する厚さになるまで同様の操作を繰り返す。
こうして、ＫＮｂＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３をそれぞれ斜方晶、立方晶指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ_３（１１０）／ＳｒＴｉＯ_３（１００）、面内方向にＫＮｂＯ_３＜００１＞／／ＳｒＴｉＯ_３＜００１＞の方位関係を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０を製膜する。
【００３６】
次に、本実施形態に係る表面弾性波素子２６について説明する。
この表面弾性波素子２６は、図４に示すように、上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０を備える。
以下、表面弾性波素子２６の製造方法について説明する。
まず、金属アルミニウム（Ａｌ）を用いた真空蒸着により、基板温度４５℃、真空度６．６５×１０^−５Ｐａ（５×１０^−７Ｔｏｒｒ）の条件で、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０上に一対のＡｌ電極２７ａ、２７ｂを堆積する。
なお、基板温度、真空度、アルゴン酸素比はこれに限るものではない。
次に、Ａｌ電極２７ａ、２７ｂに対して、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターンニングプロセスの連続プロセスを行い、一対のＩＤＴ２８ａ、２８ｂを形成する。
こうして、表面弾性波素子２６を製造する。
【００３７】
得られた表面弾性波素子２６において、ＩＤＴ２８ａ、２８ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖ_ｏｐｅｎから求めた音速は４０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ２８ａ、２８ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}との差から求めたｋ^２は２５％であった。
ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を高温で気相法により作製した場合に得られたｋ^２も２５％であることから、液滴吐出法によっても十分大きなｋ^２値を得ることができた。
【００３８】
なお、上述した析出工程において、Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の液滴中の水分を大気圧下で自然乾燥によって蒸発させたが、析出速度を増加させるために減圧した雰囲気で析出させても構わない。
また、テーブル１８ｂを常温状態としているが、同様に析出速度を増加させるために室温よりも高い温度となるよう加熱しても構わない。
さらに、ニオブ酸カリウム溶液として、フッ化ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウム水溶液を用いても、Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂ_１−ｙＴａ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００３９】
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法によれば、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上に塗布されたＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の微小液滴を、核生成の起点とすることができる。また、塗布後に水溶液中の水分がすぐに蒸発するので、溶質の過飽和度の時間変化速度を大きくすることができ、高堆積速度でＫＮｂＯ_３単結晶層１２を析出してエピタキシャル成長させることができる。さらに、液滴の塗布位置を連続的に制御することができるので、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０の形成面積や厚さを所望する大きさに製膜できる。この結果、ｋ^２に優れる表面弾性波素子２６を低コストで作製することができる。
【００４０】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図５から図７を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態が上記第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態のＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０は、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１１上にＫＮｂＯ_３単結晶を液滴吐出法によってエピタキシャル成長させて製造するようにしたのに対して、第２の実施形態では、シリコン（Ｓｉ）単結晶基板３０ａと、その上に気相法によってエピタキシャル成長させたバッファ層３１とから構成される基板３０上に、ＫＮｂＯ_３単結晶を液滴吐出法によってエピタキシャル成長させてＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３２を製造するようにした点である。
【００４１】
このＳｉ単結晶基板３０ａの表面は、斜方晶（１００）配向で構成されており自然酸化膜で被膜されている。
バッファ層３１は、第１バッファ層３４と、第１バッファ層３４上にエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５とから構成されている。
第１バッファ層３４は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる第１バッファ層３４ａと、第１バッファ層３４ａの上にエピタキシャル成長させたＣｅＯ_２からなる第１バッファ層３４ｂとから構成されている。
【００４２】
第１バッファ層３４ａ及び第１バッファ層３４ｂは、金属酸化物で構成される。この金属酸化物としては、ＮａＣｌ構造又はフルオライト構造の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉよりも熱力学的に酸素と結合しやすい金属を含む、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、若しくはこれらを含む固溶体のうち少なくとも１種、又はＹＳＺ、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、若しくはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。ここでは、第１バッファ層３４ａとして、ＹＳＺを立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させ、第１バッファ層３４ｂとして、ＣｅＯ_２を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させて構成するものとしている。
【００４３】
第２バッファ層３５は、層状ペロブスカイト型酸化物であるＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘを正方晶又は斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５ａと、第２バッファ層３５ａの上に単純ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ_３を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５ｂとから構成されている。
ＫＮｂＯ_３単結晶層１２は、第２バッファ層３５の上に斜方晶（１１０）又は（００１）配向で構成される。
第１バッファ層３４を、ＭｇＯのようなＮａＣｌ構造の金属酸化物で作製する場合には、第２バッファ層３５として、ＳｒＴｉＯ_３のみを立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させても同様の効果を得ることができる。
【００４４】
このバッファ層３１を、イオンビーム照射を伴う気相法によって製膜する。本実施形態では、パルス・レーザー蒸着（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ： ＰＬＤ）法にて薄膜を作製する。この成膜時に使用する成膜装置３６は、図６に示すように、内部を減圧可能なプロセスチャンバ３７と、Ｓｉ単結晶基板３０ａに対向して配設された成膜母材３８と、成膜母材３８を載置して自公転可能とした母材支持部３９と、Ｓｉ単結晶基板３０ａを保持する保持部４０とを備えている。
また、成膜装置３６は、反射高速電子線回折（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、ＲＨＥＥＤと略称する）法で薄膜４１を分析する際に用いるＲＨＥＥＤ源４２と、ＲＨＥＥＤ源４２からＳｉ単結晶基板３０ａ上に堆積した薄膜４１に入射されて反射されたビームを検知するＲＨＥＥＤスクリーン４３とを備えている。
【００４５】
ＰＬＤ法とは、基板の上に薄膜を形成している間は、プロセスチャンバ３７の内部空間を非常に低い圧力とした酸素雰囲気、例えばおよそ大気圧の千分の一程度とした圧力下において、自転している成膜母材３８にＡｒＦ又はＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム４４をパルス的に照射し、この照射によって成膜母材３８を構成している成分をプラズマプルーム（プラズマや分子状態）４５としてＳｉ単結晶基板３０ａまで飛翔させて被成膜面上に薄膜４１を堆積させる成膜法である。
【００４６】
次に、本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３２の製造方法について説明する。
この製造方法は、Ｓｉ単結晶基板３０ａ上にバッファ層３１をＰＬＤ法によって形成した後、液滴吐出法によってＫＮｂＯ_３を含む水溶液の液滴をバッファ層３１上に塗布する塗布工程と、塗布した液滴から斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶をエピタキシャル成長によって析出する析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
【００４７】
まず、第１の実施形態と同様の方法によって、例えば、飽和濃度近傍のＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５を調製する。
続いて、Ｓｉ単結晶基板３０ａを準備する。
Ｓｉ単結晶基板３０ａを有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。また、自然酸化膜を残した状態とするため、通常のＳｉ単結晶基板の代表的な洗浄方法であるＲＣＡ洗浄や弗酸洗浄といった自然酸化膜を除去する工程を行う必要はない。この自然酸化膜は、Ｓｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンに回析パターンが観測されず、Ｓｉ（１００）２×１による再構成表面が形成されないことから確認できる。
【００４８】
次に、バッファ層３１をＰＬＤ法によって、図６に示す成膜装置３６にて製膜する方法について説明する。
まず、第１バッファ層３４ａをＳｉ単結晶基板３０ａ上に製膜する。
脱脂洗浄したＳｉ単結晶基板３０ａを保持部４０に装填した後、プロセスチャンバ３７内へ導入して、１．３３×１０^−６Ｐａ（１×１０^−８Ｔｏｒｒ）まで減圧し、図示しない赤外線ランプを用いて１０℃／分で７００℃まで加熱昇温する。途中５００℃以上の温度領域で、自然酸化膜が一部ＳｉＯとして蒸発するために、真空度が１．３３×１０^−４Ｐａ（１×１０^−６Ｔｏｒｒ）まで上昇するが、７００℃では６．６５×１０^−５Ｐａ（５×１０^−７Ｔｏｒｒ）以下の一定値となる。なお、Ｓｉ単結晶基板３０ａ表面に新たな熱酸化膜を形成しない範囲内であれば、昇温速度、基板温度、圧力等の条件は、これに限るものではない。
【００４９】
圧力が一定となった後、ＹＳＺからなる成膜母材３８ａを、Ｓｉ単結晶基板３０ａに対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、基板温度が６５０℃以上７５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−３Ｐａ（１×１０^−５Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材３８ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ^２以上３Ｊ／ｃｍ^２以下、及びレーザー周波数が５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム４４を照射する。
このとき、Ｙ、Ｚｒプラズマが選択的に基板に到達でき、基板上の自然酸化膜をＳｉＯとして除去しながらＹＳＺとしてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記の範囲に限らない。
ただし、条件によっては、ＹＳＺ第１バッファ層３４ａが形成されても、Ｓｉ単結晶基板３０ａとの界面に酸素が供給されて新しい酸化膜が形成される場合がある。
なお、ＺｒＯ_２が立方晶として固溶体を形成するのであれば、Ｙの代わりにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの何れか１つの元素を添加してもよい。
【００５０】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム４４のパルス光を入射する。そして、成膜母材３８ａの表面にＹ、Ｚｒ、Ｏからなるプラズマプルーム４５を発生させる。このプラズマプルーム４５を成膜母材３８ａから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３０ａに、基板温度７００℃、酸素分圧６．６５×１０^−３Ｐａ（５×１０^−５Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図５に示すようにＹＳＺ第１バッファ層３４ａを５ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００５１】
続いて、第１バッファ層３４ｂの製膜を行う。
ＣｅＯ_２からなる成膜母材３８ｂがＳｉ単結晶基板３０ａと対向する位置となるように母材支持部３９を回転移動する。この成膜母材３８ｂの表面に、上述と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム４４のパルス光を照射する。このときの照射条件は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材３８ｂ表面にＣｅ、Ｏからなるプラズマプルーム４５を発生させる。このプラズマプルーム４５を成膜母材３８ｂから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３０ａに、基板温度７００℃、酸素分圧６．６５×１０^−３Ｐａ（５×１０^−５Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図５に示すようにＣｅＯ_２第１バッファ層３４ｂを１０ｎｍエピタキシャル成長させる。
ＣｅＯ_２としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記のものに限るものではない。また、ＣｅＯ_２が立方晶として固溶体を形成するのであれば、Ｐｒ又はＺｒを添加しても同様の効果が得られる。
【００５２】
次に、第２バッファ層３５ａの製膜を行う。
ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘからなる成膜母材３８ｃがＳｉ単結晶基板３０ａと対向する位置となるように母材支持部３９を回転移動する。この成膜母材３８ｃの表面に、上述と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム４４のパルス光を照射する。このときの照射条件は、基板温度が５５０℃以上６５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０^−１Ｔｏｒｒ）以下であること以外は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材３８ｃの表面にＹ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏからなるプラズマプルーム４５を発生させる。このプラズマプルーム４５を成膜母材３８ｃから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３０ａに、基板温度６００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件で２分間照射して、図５に示すようにＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ第２バッファ層３５ａを２ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００５３】
Ｙ、Ｂａ、Ｃｕプラズマが１：２：３の定比で基板に到達でき、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘとしてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限るものではない。また、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘの代わりに、Ｍ_２ＲｕＯ_４（ＭはＣａ、Ｓｒ，Ｂａの何れか１つの元素を示す。）、ＲＥ_２ＮｉＯ_４（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの何れか一つの元素を示す。）とＮｉＯの固溶体、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち何れか一つの元素を示す。）、（Ｂｉ、ＲＥ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）を用いても同様の効果が得られる。
【００５４】
そして、第２バッファ層３５ｂの製膜を行う。
ＳｒＴｉＯ_３からなる成膜母材３８ｄがＳｉ単結晶基板３０ａと対向する位置となるように母材支持部３９を回転移動する。この成膜母材３８ｄの表面に、ＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム４４のパルス光を照射する。このときの照射条件は、基板温度が５５０℃以上６５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０^−１Ｔｏｒｒ）以下であること以外は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材３８ｄの表面にＳｒ、Ｔｉ、Ｏからなるプラズマプルーム４５を発生させる。このプラズマプルーム４５を成膜母材３８ｄから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３０ａに、基板温度６００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件で３０分間照射して、図５に示すようにＳｒＴｉＯ_３第２バッファ層３５ｂを１００ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００５５】
Ｓｒ、Ｔｉプラズマが１：１の定比でＳｉ単結晶基板３０ａに到達でき、ＳｒＴｉＯ_３としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限るものではない。また、ＳｒＴｉＯ_３の代わりに、ＭＴｉＯ_３（ＭはＣａ、Ｂａのうち何れか一つの元素を示す。）、ＲＥＡｌＯ_３（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）、ＭＡｌＯ_３（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち何れか一つの元素を示す。）、ＲＥＧａＯ_３（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）を用いても同様の効果が得られる。
【００５６】
成膜されたバッファ層３１の上に、上述した第１の実施形態と同様の液滴吐出法によって、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２をエピタキシャル成長させる。
こうして、ＫＮｂＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、ＣｅＯ_２、ＹＳＺ、Ｓｉをそれぞれ斜方晶、立方晶、正方晶、立方晶、立方晶、立方晶で指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ_３（００１）／ＳｒＴｉＯ_３（１００）／ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ（００１）／ＣｅＯ_２（１００）／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）、面内方向にＫＮｂＯ_３＜１１０＞／／ＳｒＴｉＯ_３＜０１０＞／／ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ＜１００＞／／ＣｅＯ_２＜０１１＞／／ＹＳＺ＜０１１＞／／Ｓｉ＜０１１＞の方位関係を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３２を製膜する。
【００５７】
上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３２上に、第１の実施形態と同様の方法で一対のＩＤＴ２８ａ、２８ｂを形成して、図７に示す本実施形態に係る表面弾性波素子４６を製造する。
本実施形態によって得られた表面弾性波素子４６もｋ^２が２５％であり、十分大きなｋ^２値を得ることができた。
なお、ニオブ酸カリウム溶液として、フッ化ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウム水溶液を用いても、Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂ_１−ｙＴａ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法によれば、Ｓｉ単結晶基板３０ａ上にバッファ層３１を形成後、Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の微小液滴を塗布するので、安価なＳｉ単結晶基板を使用して低コストでＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３２を製造でき、また、このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３２から大きなｋ^２値を有する表面弾性波素子４６を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第３の実施形態が上記第２の実施形態と異なる点は、第２の実施形態では、Ｓｉ単結晶基板３０ａ上にバッファ層３１を作製し、ＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させるようにしたのに対して、第３の実施形態では、水晶基板（基板本体）５０上にバッファ層３１を作製してその上にＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させるようにした点である。
【００５９】
本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜５２は、図８に示すように、基板５３と、その上にエピタキシャル成長させたＫＮｂＯ_３単結晶層１２とから構成されている。
基板５３は、水晶基板（基板本体）５０と、この水晶基板５０上に形成されたバッファ層３１とから構成されている。
水晶基板５０の構成材料は、水晶以外の石英、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料であってもよく、多結晶ＹＳＺ基板のようなセラミックスや、ガラス基板のようなアモルファスであってもよい。また、ペロブスカイト型酸化物がエピタキシャル成長できないような結晶構造を有していても良い。ここでは、汎用的であり、表面弾性波素子用基板として重要な水晶としている。
【００６０】
バッファ層３１は、第１バッファ層３４と、この第１バッファ層３４上に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ_３からなる第２バッファ層３５とから構成されている。
第１バッファ層３４は、金属酸化物で構成される。この金属酸化物としては、ＮａＣｌ構造又はフルオライト構造の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉよりも熱力学的に酸素と結合しやすい金属を含む、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、若しくはこれらを含む固溶体のうち少なくとも１種、又はＹＳＺ、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、若しくはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。さらに面内配向方向は、基板面の結晶方位とは無関係であって構わない。
【００６１】
本実施形態の第１バッファ層３４は、ＮａＣｌ型酸化物であり立方晶（１００）で面内配向成長したＭｇＯで構成されている。
なお、第１バッファ層３４にＹＳＺ或いはＹＳＺ／ＣｅＯ_２のようなフルオライト型酸化物を用いる場合には、以下に示す構造のものをエピタキシャル成長させて使用する。
すなわち、第２バッファ層３５として、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘなどの層状ペロブスカイト構造の金属酸化物を、正方晶又は斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させ、さらにその上に、ＳｒＴｉＯ_３を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた構成とする。
ＫＮｂＯ_３単結晶層１２は、ＫＮｂＯ_３単結晶が、斜方晶（１１０）又は（００１）配向で構成されている。
【００６２】
次に、上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜５２の製造方法について、以下、工程を追って説明する。
まず、第１の実施形態と同様の方法によって、飽和濃度近傍のＫ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５を調製する。
続いて、水晶基板５０を準備する。
水晶基板５０を有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。
【００６３】
次に、水晶基板５０上にバッファ層３１を図６に示す成膜装置３６にて製膜する。
まず、第１バッファ層３４を水晶基板５０上に製膜する。
脱脂洗浄した水晶基板５０を保持部３９に装填した後、プロセスチャンバ３７内へ導入し、アルゴン：酸素＝１００：１の分圧比で１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）の圧力となるよう混合ガスを導入する。
なお、圧力条件は、これに限るものではない。
【００６４】
圧力が一定となった後、Ｍｇ又はＭｇＯからなる成膜母材３８ａを水晶基板５０に対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、堆積時の圧力が１．３３×１０^−３Ｐａ（１×１０^−５Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材３８ａの表面に、レーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ^２以上３Ｊ／ｃｍ^２以下、レーザー周波数が５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下となるエキシマレーザーを照射する。
なお、ＭｇＯとして面内配向成長できるのであれば、各条件はこれに限るものではない。
【００６５】
ここでは、Ｍｇの成膜母材３８ａに、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム４５のパルス光を入射する。そして、成膜母材３８ａの表面にＭｇのプラズマプルーム４４を発生させる。このプラズマプルーム４４を成膜母材３８ａから４０ｍｍ離れた位置に配設された水晶基板５０に、圧力１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図８に示すようにＭｇＯ第１バッファ層３４を１０ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００６６】
このとき、水晶基板５０の表面における法線方向と４５度をなす方向から、アルゴンイオンビームを基板上に照射する。ここで、イオンビームソース源としては、Ｋａｕｆｆｍａｎｎイオンソースが好ましく、イオンビームの加速電圧は２００ｅＶ程度、電流を１０ｍＡ程度とするのが好ましい。
基板温度は、特にヒータ等による温度制御をするものではないが、アルゴンイオンビームの衝撃により基板温度は５０〜７０℃に上昇する。
【００６７】
ＭｇＯ第１バッファ層３４を堆積した後、第２の実施形態と同様の方法にて、ＳｒＴｉＯ_３第２バッファ層３５を１００ｎｍエピタキシャル成長させる。そして、水晶基板５０における表面の法線方向と４５度をなす方向から、アルゴンイオンビームを上述と同様の条件で基板上に照射して、基板５３を得る。
得られた基板５３のバッファ層３１の上に、上述した第１の実施形態と同様の液滴吐出法によって、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２をエピタキシャル成長させる。
こうして、ＫＮｂＯ_３、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ_３をそれぞれ斜方晶、立方晶、立方晶で指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ_３（００１）／ＳｒＴｉＯ_３（１００）／ＭｇＯ（１００）、面内方向にＫＮｂＯ_３＜１１０＞／／ＳｒＴｉＯ_３＜０１０＞／／ＭｇＯ＜０１０＞の方位関係を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜５２を製膜する。
【００６８】
上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜５２上に、第１の実施形態と同様の方法で一対のＩＤＴ２８ａ、２８ｂを形成して、図９に示す本実施形態に係る表面弾性波素子５４を製造する。
その結果、本実施形態によって得られた表面弾性波素子５４もｋ^２が２５％であり、十分大きなｋ^２値を得ることができた。
なお、ニオブ酸カリウム溶液として、フッ化ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウム水溶液を用いても、Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂ_１−ｙＴａ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法によれば、表面弾性波素子用の基板として重要な水晶等で構成された任意の材料で構成される基板上でも、Ｋ_２ＮｂＯ_３Ｆ水溶液２５の微小液滴を塗布することによってＫＮｂＯ_３単結晶薄膜５２を作製できる。また、このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜５２から、大きなｋ^２値を有する表面弾性波素子５４を低コストで得ることができる。
【００６９】
次に、本発明に係る表面弾性波素子が設けられた周波数フィルタについて説明する。
図１０に示す周波数フィルタ６０は、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３２、５２の何れか一つからなる表面弾性波素子６１と、表面弾性波素子６１の表面を伝播する表面弾性波を吸収する一対の吸音部６２ａ、６２ｂとを備えている。
表面弾性波素子６１の上面には、一対のＩＤＴ６３ａ、６３ｂが形成されている。このＩＤＴ電極６３ａ、６３ｂは、Ａｌ又はＡｌ合金で構成され、厚さがＩＤＴピッチの１００分の１程度に設定されている。
ＩＤＴ電極６３ａには、高周波信号源６４が接続されており、ＩＤＴ６３ｂには、端部に端子６５ａ、６５ｂとを備える信号線６５が接続されている。
吸音部６２ａ、６２ｂは、ＩＤＴ６３ａ、６３ｂを挟み込むように形成されている。
【００７０】
周波数フィルタ６０においては、高周波数信号源６４から高周波信号を出力するとＩＤＴ６３ａに印加して、表面弾性波素子６１の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度で表面弾性波素子６１上面を伝播する。この表面弾性波のうち、ＩＤＴ６３ａから吸音部６２ａ側へ伝播した表面弾性波は、吸音部６２ａで吸収される。しかし、ＩＤＴ６３ｂ側に伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ６３ｂの配線ピッチ等に応じて定まる特定の周波数、又は特定の帯域における周波数を有する表面弾性波は電気信号に変換される。残りの大部分は、ＩＤＴ６３ｂを通過して吸音部６２ｂに吸収される。
【００７１】
この周波数フィルタ６０によれば、ＩＤＴ６３ａに供給した電気信号のうち、特定の周波数、又は、特定の帯域における周波数を有する表面弾性波のみを高効率で得る（フィルタリング）ことができる。
【００７２】
図１１に示す周波数発振器７０は、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３２、５２の何れか一つからなる表面弾性波素子７１を備えている。
表面弾性波素子７１の上面には、ＩＤＴ７２と、このＩＤＴ７２を挟み込んで一対のＩＤＴ７３ａ、７３ｂが形成されている。これらのＩＤＴ７２、７３ａ、７３ｂは、Ａｌ又はＡｌ合金で構成され、厚さがＩＤＴピッチの１００分の１程度に設定されている。
ＩＤＴ７２は、さらに、一対の櫛歯状電極７２ａ、７２ｂを備えている。一方の櫛歯状電極７２ａには、高周波信号源７４が接続されており、他方の櫛歯状電極７２ｂには端子７５ａ、７５ｂを有する信号線７６が接続されている。
【００７３】
この周波数発振器７０において、高周波信号源７４から高周波信号を出力すると、この周波数信号は、櫛歯状電極７２ａに印加され、表面弾性波素子７１の上面にＩＤＴ７３ａ側に伝播する表面弾性波、及びＩＤＴ７３ｂ側に伝播する表面弾性波を発生させる。この表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度である。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波が、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂそれぞれで反射され、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂの間に定在波が発生する。この定在波のうち、特定の周波数成分が共振して振幅が増大する。
この周波数成分、又は、特定の帯域における周波数成分を有する表面弾性波の一部が、櫛歯状電極７２ｂから取り出されて、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂの共振周波数に応じた周波数（又は、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子７５ａ、７５ｂから取り出される。
【００７４】
図１２に、この周波数発振器７０をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ＳＡＷ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）８０に応用した一例を示す。このＶＣＳＯ８０は、金属製（アルミニウム、又はステンレススチール製）の筐体８１内部に実装されている。ＶＣＳＯ８０は、ＳＡＷ基板８２上に、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）８３と周波数発振器８４とが実装されている。ＩＣ８３は、図示しない外部回路から入力した電圧値に応じて、周波数発振器８４に印加する周波数を制御するものである。
周波数発振器８４が具備する表面弾性波素子８５上には、ＩＤＴ８６ａ、８６ｂ、８６ｃが形成されている。ＳＡＷ基板８２上には、ＩＣ８３と周波数発振器８４とを電気的に接続するための配線８７がパターンニングされている。ＩＣ８３及び配線８７が金線等のワイヤ線８８ａ、８８ｂによって接続されて電気的にも接続される。
【００７５】
このＶＣＳＯ８０は、例えば、図１３に示すＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路９０のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）９１として用いられる。ＰＬＬ回路９０は、入力端子９２、位相比較器９３、低減フィルタ９４、増幅器９５とを他に備えている。
位相比較器９３は、入力端子９２から入力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力する。低減フィルタ９４は、位相比較器９３から出力される誤差電圧信号の位置の低周波数成分のみを通過させ、増幅器９５は、低減フィルタ９４から出力される信号を増幅する。ＶＣＯ９１は、入力される電圧値に応じてある範囲で連続的に発振周波数が変化する発振回路である。
【００７６】
このＰＬＬ回路９０は、入力端子９２から入力される位相（又は周波数）との差が減少するように動作する。すなわち、ＶＣＯ９１から出力される信号の周波数が入力端子９２から入力される信号の周波数に同期すると、その後は、一定の位相差を除いて入力端子９２から入力する信号に一致し、入力信号の変化に追従する信号を出力する。
この周波数発振器７０によれば、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３２、５２の何れか一つを備えているので、小型で安価であるとともに、広帯域の信号に対応できる高機能なフィルタ特性を得ることができる。
【００７７】
次に、周波数フィルタ６０及び周波数発振器７０が具備され、図１４に示す電気的構成を有する電子回路１００について説明する。この電子回路１００は、例えば、図１５に示す携帯電話機（電子機器）１０１の内部に設けられている。この携帯電話機１０１は、液晶表示部１０２、及び操作釦１０３とを備えている。
電子回路１００は、送話器１０４、送信信号処理回路１０５、送信ミキサ１０６、送信フィルタ１０７、送信電力増幅器１０８、送受分波器１０９、アンテナ１１０、低雑音増幅器１１１、受信フィルタ１１２、受信ミキサ１１３、受信信号処理回路１１４、受話器１１５、周波数シンセザイザ１１６、制御回路１１７、及び入力／表示回路１１８とを備えている。
【００７８】
送話器１０４は、音声等の音波信号を電波信号に変換するマイクロフォン等であり、送信信号処理回路１０５は、送話器１０４から出力される電気信号に対して、Ｄ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を行っている。送信ミキサ１０６は、周波数シンセサイザ１１６から出力される信号を用いて送信信号処理回路１０５から出力される信号をミキシングする。送信フィルタ１０７は、図１０に示す周波数フィルタ６０であり、中間周波数（ＩＦ）のうち必要となる周波数を有する信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。通過した信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換される。送信電力増幅器１０８は、ＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器１０９へ出力する。
送受分波器１０９は、増幅されたＲＦ信号をアンテナ１１０から電波の形で送信する。また、アンテナ１１０から受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器１１１へ出力する。
【００７９】
低雑音増幅器１１１は、入力された信号を増幅して図示しない変換回路に出力し、変換回路は、この信号をＩＦに変換する。受信フィルタ１１２は、図１０に示す周波数フィルタ６０であって、ＩＦのうち必要となる周波数を有する信号のみを通過させ、不要となる信号をカットする。
受信ミキサ１１３は、周波数シンセサイザ１１６から出力される信号を用いて受信フィルタ１１２から出力される信号をミキシングする。
受信信号処理回路１１４は、受信ミキサ１１３から出力される電気信号に対して、Ｄ／Ａ変換処理、復調処理等の処理を行っている。
受話器１１５は、電波信号を音声等の音波信号に変換する小型スピーカ等で構成されている。
【００８０】
周波数シンセサイザ１１６は、上述した図１３に示すＰＬＬ回路９０を備え、ＰＬＬ回路９０から出力する信号を分周して送信ミキサ１０６及び受信ミキサ１１３に供給する信号を生成し、一部をさらに分周して受信ミキサ１１３へ供給する信号を生成する。これらの信号は、送信フィルタ１０７及び受信フィルタ１１２で個別に設定されている。
入力／表示回路１１８は、携帯電話機１０１の使用者に対して機器の状態を表示したり、使用者の指示を入力するためのものであり、図１５に示す液晶表示部１０２及び操作釦１０３に相当する。
制御回路１１７は、上記の送信信号処理回路１０５、受信信号処理回路１１４、周波数シンセサイザ１１６、及び入力／表示回路１１８を制御することによって、携帯電話機１０１の全体動作を制御する。
この電子回路１００及び携帯電話機１０１によれば、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３２、５２の何れか一つを備えているので、小型化、広帯域化、省電力化を向上することができる。
【００８１】
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、上記実施形態では電子機器として携帯電話機１０１とし、電子回路として携帯電話機１０１内に設けられた電子回路１００としたが、本発明は、携帯電話機に限られるものではなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子機器に適用することができる。
【００８２】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）及びＣＳ（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。また、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号、又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるＫＮｂＯ_３薄膜の断面図である。
【図２】第１の実施形態における液滴吐出装置を示す斜視図である。
【図３】図２における液滴吐出装置の吐出ヘッドの構造を示す図である。
【図４】第１の実施形態における表面弾性波素子の断面を示す図である。
【図５】第２の実施形態におけるＫＮｂＯ_３薄膜の断面を示す図である。
【図６】第２の実施形態における成膜装置を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態における表面弾性波素子の断面を示す図である。
【図８】第３の実施形態におけるＫＮｂＯ_３薄膜の断面を示す図である。
【図９】第３の実施形態における表面弾性波素子の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態における周波数フィルタの斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態における周波数発振器を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態における周波数発振器を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態における電子回路を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施形態における携帯電話機を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、３２、５２ ニオブ酸カリウム単結晶薄膜、１１ チタン酸ストロンチウム単結晶基板（基板）、１２ ニオブ酸カリウム単結晶層（ニオブ酸カリウム単結晶）、２５ フッ化ニオブ酸カリウム水溶液、２６、４６、５４、６１、７１、８５ 表面弾性波素子、３０、５３ 基板、３０ａ シリコン単結晶基板（基板）、３１ バッファ層、３４ 第１バッファ層、３５ 第２バッファ層、５０水晶基板（基板本体）、６０ 周波数フィルタ、７０、８４ 周波数発振器、１００ 電子回路、１０１ 携帯電話機（電子機器）

Claims (18)

1. ニオブ酸カリウム溶液の液滴を基板上に塗布する塗布工程と、
   前記液滴から斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶を析出する析出工程と
   を有することを特徴とするニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
2. 前記液滴の塗布を、液滴吐出法によって行うことを特徴とする請求項１記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
3. 前記液滴の体積が１００ピコリットル以下であることを特徴とする請求項２記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
4. 前記塗布工程と前記析出工程とを繰り返し行うとともに、後の工程で塗布する液滴を、先に行った析出工程で析出した前記斜方晶ニオブ酸カリウム単結晶の少なくとも一部と重なるように塗布することを特徴とする請求項１から３の何れか記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
5. 前記ニオブ酸カリウム溶液が、フッ化ニオブ酸カリウム水溶液であることを特徴とする請求項１から４の何れか記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
6. 前記基板として、該基板表面の垂直及び面内方向とも配向した結晶軸を表面に有したものを用い、
   前記ニオブ酸カリウム単結晶を前記基板上にエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１から５の何れか記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
7. 前記基板として、チタン酸ストロンチウム（１００）単結晶基板を用いることを特徴とする請求項６記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
8. 前記基板として、シリコン単結晶基板と、該シリコン単結晶基板上にエピタキシャル成長させたバッファ層とから構成されるものを用いることを特徴とする請求項６記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
9. 前記バッファ層として、ＮａＣｌ型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物で構成される第２バッファ層とを作製することを特徴とする請求項８記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
10. 前記バッファ層として、フルオライト型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とから構成される第２バッファ層とを作製することを特徴とする請求項８記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
11. 前記基板として、石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料で構成される基板本体と、該基板本体上に形成されたバッファ層とから構成されるものを用い、
    該バッファ層として、前記基板上に該基板面の結晶方位とは無関係に面内配向成長させた第１バッファ層と、該第１バッファ層上にエピタキシャル成長させた酸化物からなる第２バッファ層とを、イオンビーム照射を伴う気相法によって作製することを特徴とする請求項６記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
12. 前記第１バッファ層をＮａＣｌ型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を単純ペロブスカイト型酸化物で作製することを特徴とする請求項１１記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
13. 前記第１バッファ層をフルオライト型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を、層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とで作製することを特徴とする請求項１１記載のニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法。
14. 請求項１から１３の何れか記載の製造方法によって製造されるニオブ酸カリウム単結晶薄膜を備えていることを特徴とする表面弾性波素子。
15. 請求項１４記載の表面弾性波素子を備えていることを特徴とする周波数フィルタ。
16. 請求項１４記載の表面弾性波素子を備えていることを特徴とする周波数発振器。
17. 請求項１６記載の周波数発振器を備えていることを特徴とする電子回路。
18. 請求項１５記載の周波数フィルタ、請求項１６記載の周波数発振器、請求項１７記載の電子回路のうち少なくとも１つを備えていることを特徴とする電子機器。

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