JP2016136712A - 弾性波デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】低損失な弾性波デバイスを提供すること。
【解決手段】２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、前記基板上に積層された１または複数の金属膜により形成され、弾性波を励振し、前記１または複数の金属膜のうち各金属膜の密度をρｉ、前記各金属膜のポアソン比をＰｉ、前記各金属膜の膜厚をｈｉ、銅の密度をρ０、銅のポアソン比をＰ０、およびピッチをλとしたとき、前記各金属膜における（ｈｉ／λ）×（ρｉ／ρ０）×（Ｐｉ／Ｐ０）を前記１または複数の金属膜について合計した値が０．０８より大きいグレーティング電極１２と、を具備する弾性波デバイス。
【選択図】図１

Description

本発明は、弾性波デバイスに関し、例えば圧電基板上に形成されたグレーティング電極を有する弾性波デバイスに関する。

携帯電話を代表とする高周波通信用システムにおいて、通信に使用する周波数帯以外の不要な信号を除去するために、高周波フィルタ等が用いられている。高周波フィルタ等には、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface acoustic wave）素子等を有する弾性波デバイスが用いられている。ＳＡＷ素子は、圧電基板上にＩＤＴ（Interdigital Transducer）等のグレーティング電極を形成した素子である。ＳＡＷ素子には弾性表面波の一種であるＳＨ（Shear Horizontal）波を用いたものがある。

ＳＨ波は、圧電基板の表面に平行な方向かつＳＨ波の伝播方向に直交する方向に圧電基板をせん断する応力が加わるような弾性表面波である。ＳＨ波は圧電基板の固体内を伝播するバルク波より音速が早い。このため、ＳＨ波は、圧電基板内にバルク波を放射しながら圧電基板の表面を伝播する。よって、ＳＨ波を用いた弾性波デバイスにおいては、低損失化に限界がある。

ＳＨ波を用いた弾性波デバイスの低損失化のため、圧電基板上に音速の遅い物質を付着させることにより、ＳＨ波の音速を遅くする。ＳＨ波の音速が圧電基板内を伝播するバルク波（例えば最も遅い横波バルク波）より遅くする。これにより、ＳＨ波伝播時のバルク波の放射が抑制され、ＳＨ波を用いた弾性波デバイスの低損失化が可能となる。このように、低損失化したデバイスを通称ラブ波型ＳＡＷデバイスという。

特許文献１には、カット角０°の回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）基板上にＡｕ電極を形成し、電極のピッチλと膜厚をｈとしたときｈ／λを０．０４から０．０８としたときに低損失となることが記載されている。ｈ／λを０．０４から０．０８とすることにより、ＳＨ波（リーキー波）の音速が最も遅い横波の音速より遅くなるため、低損失となることが記載されている。

特許文献２には、カット角３６°の回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板上にＡｕ電極を形成し、ｈ／λを０から０．０５としたときに低損失となることが記載されている。

また、ＩＤＴを有する弾性波デバイスにおいて、横モードの不要波を抑制する技術が知られている。特許文献３には、ＩＤＴの交差領域のうち中央領域に対しエッジ領域の電極指を幅広とすることで横モードの不要波を抑制することが記載されている。特許文献４には、エッジ領域の電極指に誘電体膜を付加することで横モードの不要波を抑制することが記載されている。

特開平１０−２４７８３５号公報 特開２００１−７７６６２号公報 特開２０１１−１０１３５０号公報 特表２０１３−５４４０４１号公報

しかしながら、特許文献１および２における計算は、圧電基板上に電極が一様に形成されていると仮定している。すなわち、電極がグレーティング電極ではない。例えば、特許文献２においては、ｈ／λが０から０．１までの電気機械結合係数と伝播損失が計算されているが、電極としてグレーティング電極とした計算ではない。このように、特許文献１および２におけるｈ／λの範囲は低損失な範囲を規定するものではない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、低損失な弾性波デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、前記基板上に積層された１または複数の金属膜により形成され、弾性波を励振し、前記１または複数の金属膜のうち各金属膜の密度をρｉ、前記各金属膜のポアソン比をＰｉ、前記各金属膜の膜厚をｈｉ、銅の密度をρ０、銅のポアソン比をＰ０、およびピッチをλとしたとき、前記各金属膜における（ｈｉ／λ）×（ρｉ／ρ０）×（Ｐｉ／Ｐ０）を前記１または複数の金属膜について合計した値が０．０８より大きいグレーティング電極と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。

上記構成において、前記１または複数の金属膜は、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｍｏ、ＴａおよびＰｔの少なくとも１つを主成分とする金属膜を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記合計の値は０．０９以上である構成とすることができる。

本発明は、２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｃｕを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０８より大きいグレーティング電極と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。

本発明は、２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｗを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０５より大きいグレーティング電極と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。

本発明は、２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｒｕを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０７より大きいグレーティング電極と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。

本発明は、２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｍｏを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０８より大きいグレーティング電極と、を具備することを特徴とする弾性波デバイスである。

上記構成において、前記弾性波はＳＨ波である構成とすることができる。

上記構成において、前記基板上に形成され、前記グレーティング電極を覆う誘電体膜を具備する構成とすることができる。

上記構成において、前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、前記エッジ領域における前記弾性波の速度は前記中央領域における前記弾性波の速度より小さい構成とすることができる。

上記構成において、前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、前記エッジ領域における前記グレーティング電極の前記弾性波の伝搬方向の幅は前記中央領域における前記グレーティング電極の前記弾性波の伝搬方向の幅より大きい構成とすることができる。

上記構成において、前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、前記エッジ領域内の前記グレーティング電極上に付加膜が形成され、前記中央領域内の前記グレーティング電極上には付加膜が形成されていない構成とすることができる。

上記構成において、前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、前記エッジ領域内の前記グレーティング電極間の前記基板上に付加膜が形成され、前記中央領域内の前記グレーティング電極間の前記基板上には付加膜が形成されていない構成とすることができる。

本発明は、前記グレーティング電極を含むフィルタを具備する構成とすることができる。

本発明は、前記フィルタを含むデュプレクサを具備する構成とすることができる。

本発明によれば、低損失な弾性波デバイスを提供することができる。

図１（ａ）は、シミュレーションに用いた共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）から図２（ｄ）は、共振器における規格化周波数に対するアドミッタンスをシミュレーションした結果を示す図である。 図３（ａ）から図３（ｃ）は、共振器における規格化周波数に対するアドミッタンスをシミュレーションした結果を示す図である。 図４は、Ｃｕを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、共振器における規格化周波数に対するコンダクタンスをシミュレーションした結果を示す図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、共振器における規格化周波数に対するコンダクタンスをシミュレーションした結果を示す図である。 図７は、Ｗを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図８は、Ｒｕを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図９は、Ｍｏを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図１０は、Ｗを電極とした共振器の規格化ｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図１１は、Ｒｕを電極とした共振器の規格化ｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図１２は、Ｍｏを電極とした共振器の規格化ｈ／λに対するΔＹを示す図である。 図１３（ａ）は、実施例１に係る共振器の平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例１から３に係る共振器の断面図である。 図１５は、実施例２に係るフィルタを示す回路図である。 図１６は、実施例３に係るデュプレクサのブロック図である。 図１７（ａ）は、配列した電極指の平面図、図１７（ｂ）は、波数の平面図である。 図１８は、β_ｘ／β_θに対するβ_ｙ／β_θを示す図である。 図１９は、Ｍｏを金属膜とした共振器のｈ／λに対するΓを示す図である。 図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、横モードの不要波を抑制するためのＩＤＴ内の音速を示す図である。 図２１（ａ）は、実施例４の変形例１に係る弾性波デバイスの一部の平面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施例４の変形例１および比較例に係る共振器における、それぞれ反射特性のスミスチャートおよび周波数に対するコンダクタンスを示す図である。 図２３（ａ）は、実施例４の変形例２に係る弾性波デバイスの一部の平面図、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２４（ａ）は、実施例４の変形例３に係る弾性波デバイスの一部の平面図、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。

圧電基板上に形成されたグレーティング電極がＳＨ波を励振する場合についてシミュレーションした。グレーティング電極として音速の遅い物質を用いることにより、ＳＨ波の音速が横波バルク波より小さくなれば、バルク波の放射が生じず、低損失化が可能になると考えられる。そこで、音速が遅く重い物質であり、かつ圧電基板上への堆積が可能な物質として、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｒｕ（ルテニウム）およびＭｏ（モリブデン）に着目した。これらの金属の金属膜をグレーティング電極に用いた場合について、金属膜の膜厚と弾性波共振器の損失の関係を有限要素法を用いシミュレーションした。

図１（ａ）は、シミュレーションに用いた共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、圧電基板１０上にＩＤＴ１２および反射器１４が形成されている。圧電基板１０は、回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板である。ＩＤＴ１２および反射器１４は金属膜１６により形成されている。ＩＤＴ１２は一対の櫛型電極１２ａおよび１２ｂを有する。一対の櫛型電極１２ａおよび１２ｂは、それぞれ複数の電極指と、複数の電極指が接続されたバスバーを有する。一対の櫛型電極１２ａおよび１２ｂの電極指は、グレーティング電極を形成する。ＩＤＴ１２の弾性波の伝播方向の両側に反射器１４が形成されている。反射器１４は、弾性波を反射する。金属膜１６の膜厚をｈ、グレーティング電極（ＩＤＴ１２の電極指）のピッチをλとする。λは、ＩＤＴ１２が励振するＳＨ波の波長に相当する。

シミュレーションした共振器の構造を以下に示す。
ピッチλ： ４μｍ
電極指デュティ比：５０％
ＩＤＴ電極指対数：５５．５対
反射器電極指数： ２０本
開口長： ３５λ

表１は、金属膜１６の材料としてシミュレーションに用いた金属の物性値を示す表である。表１に示すように、金属膜として、Ｃｕ膜、Ｗ膜、Ｒｕ膜およびＭｏ膜を用いた。物性値として、密度、ヤング率およびポアソン比を用いた。

まず、金属膜１６をＣｕ膜として、シミュレーションを行なった。

図２（ａ）から図３（ｃ）は、共振器における規格化周波数に対するアドミッタンスをシミュレーションした結果を示す図である。金属膜１６の膜厚ｈのＩＤＴ１６のピッチ（すなわちＳＨ波の波長）λに対する比率である比膜厚（ｈ／λ）を０．０２から０．１１まで変化させている。横軸は規格化した周波数であり、縦軸はアドミッタンスである。金属膜１６はＣｕ膜とし、圧電基板１０は３６°回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板である。

共振器の損失の度合いを評価する尺度として、共振器の共振点と反共振点とのアドミッタンス差分ΔＹを用いる。共振器の共振点においては、アドミッタンスが大きい方が損失が小さい。共振器の反共振点においては、アドミッタンスが小さい方が損失が小さい。そこで、ΔＹが大きいほど、共振器のＱ値が大きく低損失となる。

図２（ａ）から図３（ｃ）に示すように、ｈ／λが０．０２から０．０８まではΔＹは比較的小さいが、ｈ／λが０．０９から０．１１では、ΔＹが比較的大きくなる。このように、ｈ／λが０．０８以下の共振器に比べΔＹが０．０９以上の共振器はΔＹが大きく、低損失な共振器である。また、ｈ／λが０．０２から０．０６では、共振点および反共振点のピークは鋭くない。ｈ／λが０．０８では、共振点のピークが鋭くＱ値が高くなる。ｈ／λが０．０９から０．１１では、共振点および反共振点のピークが鋭くＱ値が高くなる。

図４は、Ｃｕを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。圧電基板１０のＹカット角を２０°、３０°、３６°、４２°および４８°とした。Ｙカット角が２０°より小さいと電気機械結合係数が小さくなる。Ｙカット角が４８°より大きいと周波数の温度係数が大きくなる。よって、Ｙカット角が２０°から４８°の範囲は実用的な範囲である。

図４に示すように、ｈ／λが０．０８以下の範囲３０では、ｈ／λに対するΔＹの極大点を有する。これは、ＳＨ波の最適膜厚を示すものであり、ＳＨ波の音速が横波バルク波より遅くなったためではない。ｈ／λが０．０８より大きい範囲３２では、ΔＹが著しく大きくなる。

図５（ａ）から図６（ｃ）は、共振器における規格化周波数に対するコンダクタンスをシミュレーションした結果を示す図である。金属膜１６はＣｕ膜とし、圧電基板１０は３６°回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板である。共振点のピークを除いたコンダクタンスを破線の直線で近似している。ｈ／λが０．０９から０．１１では、共振点と反共振点との間に、破線よりコンダクタンスが低くなる領域４０が生じる。領域４０は、バルク波の放射がなく、コンダクタンスが低下した領域と考えられる。以上のように、ｈ／λ＝０．０８を境にΔＹおよびコンダクタンスの振る舞いが大きく変わる。ｈ／λが０．０８より大きくなると、ＳＨ波の音速が横波バルク波より遅くなり、バルク波の放射が抑制され、低損失の共振器が実現できると考えられる。

次に、金属膜１６をＷ膜、Ｒｕ膜およびＭｏ膜とした場合のシミュレーションを行なった。図７は、Ｗを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。図７に示すように、ｈ／λに対するΔＹの振る舞いは、Ｃｕの場合と同様である。ΔＹの振る舞いが変化する境界点はｈ／λが約０．０５である。

図８は、Ｒｕを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。図８に示すように、ｈ／λに対するΔＹの振る舞いは、Ｃｕの場合と同様である。ΔＹの振る舞いが変化する境界点はｈ／λが約０．０７である。

図９は、Ｍｏを電極とした共振器のｈ／λに対するΔＹを示す図である。図９に示すように、ｈ／λに対するΔＹの振る舞いは、Ｃｕの場合と同様である。ΔＹの振る舞いが変化する境界点はｈ／λが約０．０８である。

Ｗ、ＲｕおよびＭｏについて、ｈ／λを規格化した。金属膜１６の密度をρ、Ｃｕの密度をρ０、金属膜１６のポアソン比をＰ、Ｃｕのポアソン比をＰ０とする。このとき、規格化ｈ／λ＝（ｈ／λ）×（ρ／ρ０）×（Ｐ／Ｐ０）とする。Ｃｕの場合、規格化ｈ／λはｈ／λと同じである。

図１０は、Ｗを電極とした共振器の規格化ｈ／λに対するΔＹを示す図である。図１１は、Ｒｕを電極とした共振器の規格化ｈ／λに対するΔＹを示す図である。図１２は、Ｍｏを電極とした共振器の規格化ｈ／λに対するΔＹを示す図である。図１０から図１２に示すように、規格化ｈ／λが０．０８より大きい範囲３２において、バルク波の放射を抑制でき、低損失化が可能となる。このように、規格化ｈ／λを用いることにより、金属膜１６の材料によらず、範囲３０と３２との間の境界を一般化できる。

図１３（ａ）は、実施例１に係る共振器の平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、共振器１００は、回転ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板である圧電基板１０上にＩＤＴ１２および反射器１４が形成されている。ＩＤＴ１２および反射器１４は金属膜１６により形成される。圧電基板１０のＹカット角は、２０°以上かつ４８°以下である。Ｙカット角は、２５°以上または３０°以上でもよく、４５°以下または４０°以下でもよい。ＩＤＴ１２の電極指はグレーティング電極を形成する。グレーティング電極は金属膜１６により形成される。金属膜１６の規格化膜厚ｈ／λは０．０８より大きい。Ｙカット角を２０°以上かつ４８°以下とし、規格化ｈ／λを０．０８より大きくすると、ＩＤＴ１２が励振する弾性波の主モードはＳＨ波となる。

これにより、図４、図１１から図１２のように、バルク波の放射を抑制し、低損失化が可能となる。低損失化のためには、規格化ｈ／λは０．０９以上が好ましく、０．１０以上がより好ましい。規格化ｈ／λが０．１４より大きくなると、ＳＨ波と同程度の周波数のレーリー波が大きくなる。このため、スプリアスが大きくなる。よって、規格化ｈ／λは０．１４以下が好ましく、０．１３以下がより好ましく、０．１２以下がさらに好ましい。

金属膜１６の主成分は、音速が遅く重い物質であることが好ましい。さらに、圧電基板１０上への堆積が可能であることが好ましい。金属膜１６の主成分は、例えばＣｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｔａ（タンタル）およびＰｔ（白金）の少なくとも１つであることが好ましい。

図４のように、金属膜１６の主成分がＣｕのとき、ｈ／λは０．０８より大きいことが好ましく、０．０９以上がより好ましく、０．１０以上がさらに好ましい。図７のように、金属膜１６の主成分がＷのとき、ｈ／λは０．０５より大きいことが好ましく、０．０５５以上がより好ましく、０．０６以上がさらに好ましい。図８のように、金属膜１６の主成分がＲｕのとき、ｈ／λは０．０７より大きいことが好ましく、０．０８以上がより好ましく、０．０９以上がさらに好ましい。図９のように、金属膜１６の主成分がＭｏのとき、ｈ／λは０．０８より大きいことが好ましく、０．０９以上がより好ましく、０．１０以上がさらに好ましい。なお、主成分とは、意図しない不純物や、特性改善のために意図的添加した不純物を除く成分であり、例えば５０原子％以上含む成分である。また、例えばポアソン比／密度が、純粋な金属に対し±１０％以内となるような範囲で他の元素を含んでいてもよい。

電極指のピッチは、グレーティング電極（ＩＤＴ１２）と反射器１４とで１０％以下、好ましくは５％以下の範囲で異なっていてもよい。また、グレーティング電極内でピッチが１０％以下、好ましくは５％以下の範囲で変調されていてもよい。この場合、ｈ／λのλとしてグレーティング電極内のいずれもピッチを用いても、ｈ／λの誤差は１０％以下、または５％以下であり、結果にほとんど影響しない。

図１４（ａ）から図１４（ｃ）は、それぞれ実施例１の変形例１から３に係る共振器の断面図である。図１４（ａ）に示すように、圧電基板１０上に金属膜１６を覆うように誘電体膜１８が形成されている。誘電体膜１８は、周波数調整および／または温度変化補償のための膜である。誘電体膜１８としては、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜を用いることができる。誘電体膜１８は、金属膜１６に比べ軽い膜である。このため、誘電体膜１８の有無は、上記シミュレーションの結果にほとんど影響しない。

図１４（ｂ）に示すように、金属膜１６と圧電基板１０との間に密着層１７が形成されていてもよい。密着層１７は、金属膜１６と圧電基板１０との密着を向上させるための膜である。密着層１７としては、例えばＴｉ（チタン）またはＣｒ（クロム）を用いることができる。密着層１７の材料は金属膜１６より軽くかつ薄い。このため、密着層１７の有無は、上記シミュレーションの結果にほとんど影響しない。

図１４（ｃ）に示すように、金属膜１６は、複数の金属膜１６ａおよび１６ｂが積層されていてもよい。このとき、規格化ｈ／λは、各金属膜１６ａおよび１６ｂで算出した規格化ｈ／λの和とすることができる。金属膜１６ａの膜厚、密度およびポアソン比をｈ１、ρ１およびＰ１とし、金属膜１６ｂの膜厚、密度およびポアソン比をｈ２、ρ２およびＰ２とする。金属膜１６ａの規格化ｈ１／λ＝（ｈ１／λ）×（ρ１／ρ０）×（Ｐ１／Ｐ０）であり、金属膜１６ｂの規格化ｈ２／λ＝（ｈ２／λ）×（ρ２／ρ０）×（Ｐ２／Ｐ０）である。よって、規格化ｈ／λ＝規格化ｈ１／λ＋規格化ｈ２／λ＝（ｈ１／λ）×（ρ１／ρ０）×（Ｐ１／Ｐ０）＋（ｈ２／λ）×（ρ２／ρ０）×（Ｐ２／Ｐ０）である。このように算出した規格化ｈ／λが０．０８より大きければよい。

このように、グレーティング電極として、圧電基板１０上に複数の金属膜が積層されているとき、複数の金属膜のうち各金属膜の密度をρｉ、各金属膜のポアソン比をＰｉ、各金属膜の膜厚をｈｉ、銅の密度をρ０、銅のポアソン比をＰ０、およびピッチをλとしたとき、各金属膜における（ｈｉ／λ）×（ρｉ／ρ０）×（Ｐｉ／Ｐ０）を複数の金属膜について合計した値が０．０８より大きければよい。

実施例２は、弾性波デバイスとしてフィルタの例である。図１５は、実施例２に係るフィルタを示す回路図である。図１５に示すように、フィルタ１０２において、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ４が直列に接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に１または複数の並列共振器Ｐ１からＰ３が並列に接続されている。直列共振器Ｓ１からＳ４および並列共振器Ｐ１からＰ３の少なくとも１つが実施例１またはその変形例に係る共振器である。このように、フィルタ１０２は、実施例１またはその変形例のグレーティング電極を含む。これにより、フィルタ１０２の損失を抑制できる。

フィルタ１０２の直列共振器および並列共振器の個数および接続は適宜設定できる。また、実施例２はラダー型フィルタを例に説明したがフィルタは、多重モードフィルタ等でもよい。

実施例３は弾性波デバイスとしてデュプレクサの例である。図１６は、実施例３に係るデュプレクサのブロック図である。図１６に示すように、デュプレクサ１０４において、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ２２が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ２４が接続されている。送信フィルタ２２および受信フィルタ２４の少なくとも一方に実施例２に係るフィルタ１０２を用いることができる。このように、デュプレクサ１０４は実施例２に係るフィルタ１０２を含む。これにより、デュプレクサ１０４の損失を抑制できる。

デュプレクサ１０４として、送信フィルタ２２と受信フィルタ２４を有する例を説明したが、両方のフィルタとも送信フィルタでもよいし、受信フィルタでもよい。

実施例４は、グレーティング電極を厚くすることにより、異方性係数を負から正に変える例である。図１７（ａ）は、配列した電極指の平面図、図１７（ｂ）は、波数の平面図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）におけるＸ方向およびＹ方向は、異方性係数を説明するための方向であり、圧電基板の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。

図１７（ａ）に示すように、圧電基板上にＩＤＴ１２の電極指１３ａがＸ方向に配列している。Ｘ方向に直交する方向をＹ方向とする。弾性波はＸ方向に伝搬する。図１７（ｂ）に示すように、Ｘ方向の弾性波の波数をβ_ｘ、Ｙ方向の弾性波の波数をβ_ｙとする。Ｘ方向からＹ方向に角度θの方向の弾性波の波数β_θが角度θに対して放物線近似できるとすると、波数β_θは異方性係数γ用い、β_ｘ ^２＋γ・β_ｙ ^２＝β_θ ^２で表される。

図１８は、β_ｘ／β_θに対するβ_ｙ／β_θを示す図である。β_ｘ／β_θはＸ方向の弾性波の位相速度の逆速度（ｓｌｏｗｎｅｓｓ）に相当し、β_ｙ／β_θはＹ方向の弾性波の位相速度の逆速度に対応する。図１８は、異方性係数γが１、０および−３のときを示している。異方性係数γが正のときの逆速度面７０は、原点からみて凸型となる。このため、γ＞０のときを凸型ともいう。異方性係数γが０のとき、逆速度面７１は平面となる。異方性係数γが負のとき逆速度面７２は原点からみて凹型となる。このため、γ＜０のときを凹型ともいう。

圧電基板として回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板を用いた場合、異方性係数γは負となる。電極指の材料および膜厚を変え、異方性係数γをシミュレーションした。

シミュレーションには、図１（ａ）および図１（ｂ）の構造を用いた。シミュレーションした共振器の構造を以下に示す。
圧電基板１０：４２°ＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板
ピッチλ： ４μｍ
電極指デュティ比：５０％
ＩＤＴ電極指対数および開口長：無限

シミュレーションに用いたＣｕ膜、Ｗ膜およびＭｏ膜の物性値は実施例１と同じとした。Ａｌ膜およびＴｉ膜の物性値は表２とした。

図１９は、Ｍｏを金属膜とした共振器のｈ／λに対するΓを示す図である。異方性係数γ＝１＋Γである。つまり、Γが−１より大きいとき異方性係数γは正となり、Γが−１より小さいとき異方性係数は負となる。図１９に示すように、電極指１３ａの膜厚（電極指１３ａを形成する金属膜）のＳＨ波の波長に対する比膜厚ｈ／λが大きくなるとΓは大きくなる。ｈ／λが約０．０８以下ではΓ＜−１（つまり異方性係数は負）であり、膜厚ｈ／λが約０．０８より大きい範囲ではΓ＞−１（つまり異方性係数は正）となる。このように、異方性係数γは電極指１３ａの膜厚が大きくなると負から正となる。

表３は、金属膜としてＭｏ膜、Ｃｕ膜、Ａｌ膜、Ｗ膜およびＴｉ膜を用いた場合のｈ／λとΓを示す表である。

表３に示すように、Ｍｏ膜ではｈ／λが約０．０８より大きい範囲でΓ＞−１となる。Ｃｕ膜ではｈ／λが約０．０８以上でΓ＞−１となる。Ａｌ膜ではｈ／λが約０．１５以上でΓ＞−１となる。Ｗ膜ではｈ／λが約０．０５以上でΓ＞−１となる。Ｔｉ膜ではｈ／λが約０．１２５以上でΓ＞−１となる。

以上のように、異方性係数γが負から正になる比膜厚ｈ／λは、実施例１においてアドミッタンス差分の振る舞いが変わるｈ／λ、つまりＳＨ波の音速が横波バルク波より遅くなるｈ／λとほぼ一致する。このように、実施例１において低損失となるｈ／λの範囲では異方性係数γは正である。異方性係数γが正となるｈ／λがＳＨ波の音速が横波バルク波より遅くなるｈ／λとほぼ同じとなる理由は明確ではないが、弾性波が関係していることから、実施例１と同様に電極指１３ａを形成する金属膜のポアソン比と密度で規格化できると考えられる。

異方性係数γが正の場合、負の場合より横モードの不要波の抑制が容易である。例えば、異方性係数γが正の場合、特許文献３および４の方法を用い横モードの不要波を抑制できる。

図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、横モードの不要波を抑制するためのＩＤＴ内の音速を示す図である。図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、それぞれ異方性係数γが正および負の場合に対応する。図２０（ａ）および図２０（ｂ）の左図に示すように、ＩＤＴ１２は、２つの櫛型電極１２ａおよび１２ｂを備えている。櫛型電極１２ａおよび１２ｂは電極指１３ａとバスバー１３ｂを有する。複数の電極指１３ａがバスバー１３ｂに接続されている。電極指１３ａはグレーティング電極に相当する。電極指１３ａが交差する領域が交差領域５６（開口領域ともいう）である。交差領域５６は中央領域５０およびエッジ領域５２を有する。交差領域５６とバスバー１３ｂとの間がギャップ領域５４である。

図２０（ａ）の右図に示すように、異方性係数γが正のとき、交差領域５６に比べギャップ領域５４の音速を速くする。これにより、弾性波が交差領域５６内に閉じ込められる。エッジ領域５２の音速を中央領域５０より遅くする。これにより、横モードによる不要波を抑制できる。図２０（ｂ）の右図に示すように、異方性係数γが負のとき、交差領域５６に比べギャップ領域５４の音速を遅くする。これにより、弾性波が交差領域５６内に閉じ込められる。エッジ領域５２の音速を中央領域５０より速くする。これにより、横モードによる不要波を抑制できる。このような構造をピストンモード構造という。

異方性係数が正の場合に対応し、エッジ領域５２の音速を中央領域５０より遅くするためには、特許文献３のように、エッジ領域５２の電極指１３ａの幅を中央領域５０の電極指１３ａの幅より大きくする。一方、異方性係数が負の場合に対応し、エッジ領域５２の音速を中央領域５０より速くするためには、エッジ領域５２の電極指１３ａの幅を中央領域５０の電極指１３ａの幅より小さくする。電極指１３ａの幅を狭く形成することは、製造の観点から負担が大きい。よって、異方性係数が正の場合は負の場合より、横モードの不要波を抑制することが容易である。また、エッジ領域５２の音速を中央領域５０より遅くする方法としては、特許文献４のように、エッジ領域５２の電極指１３ａ上に付加膜を形成する等の方法も用いることができる。

回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板の異方性係数は図２０（ｂ）のような負であるが、電極の膜厚を大きくする。これにより、図２０（ａ）のように異方性係数が正となる。よって、横モードの不要波の抑制が容易となる。

実施例４によれば、圧電基板１０を２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板とする。実施例１と同様に、グレーティング電極として、圧電基板１０上に複数の金属膜が積層されているとき、複数の金属膜のうち各金属膜の密度をρｉ、各金属膜のポアソン比をＰｉ、各金属膜の膜厚をｈｉ、銅の密度をρ０、銅のポアソン比をＰ０、およびピッチをλとしたとき、各金属膜における（ｈｉ／λ）×（ρｉ／ρ０）×（Ｐｉ／Ｐ０）を複数の金属膜について合計した値が０．０８より大きくする。これにより、圧電基板１０では異方性係数は負であるが、弾性波デバイスとして異方性係数を正とすることができる。

そして、グレーティング電極（電極指１３ａ）が設けられた交差領域５６は、グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域５０とグレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域５２を有する。エッジ領域５２における弾性波の速度を中央領域５０における弾性波の速度より大きくする。これにより、横モードの不要波の抑制が容易となる。

横モードの不要波の抑制方法について説明する。図２１（ａ）は、実施例４の変形例１に係る弾性波デバイスの一部の平面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、ＩＤＴ１２が形成されている。エッジ領域５２の電極指１３ａの幅Ｗ５２は中央領域５０の電極指１３ａの幅Ｗ５０より広い。エッジ領域５２と中央領域５０のピッチＷ１３は同じである。このため、エッジ領域５２のデュティ比（Ｗ５２／Ｗ１３）は中央領域５０のデュティ比（Ｗ５０／Ｗ１３）より大きくなる。

実施例４の変形例１の共振器について実際に試作を行なった。試作した構造は以下である。
ピッチλ Ｗ１３：３．８４μｍ
中央領域５０のデュティ比：４５％
エッジ領域５２のデュティ比：５０％
交差領域５６の長さＬ５０（開口長）：２０λ
エッジ領域５２の長さＬ５２：１．５λ
ＩＤＴ電極指対数：１００対
電極材料：銅
電極膜厚ｈ／λ：０．１λ
エッジ領域５２のデュティ比を４５％とした比較例についても試作した。

図２２（ａ）および図２２（ｂ）は、実施例４の変形例１および比較例に係る共振器における、それぞれ反射特性のスミスチャートおよび周波数に対するコンダクタンスを示す図である。図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示すように、比較例においては矢印で示すようにスプリアスが発生している。実施例４の変形例１ではスプリアスが抑制されている。これは、エッジ領域５２のデュティ比が中央領域５０のデュティ比より大きいため、エッジ領域５２の弾性波の速度が中央領域５０の弾性波の速度より遅くなったためと考えられる。

このように、実施例４の変形例１によれば、グレーティング電極が銅のとき、グレーティング電極の膜厚ｈ／λを０．０８以上とする。エッジ領域５２における弾性波の伝搬方向の幅Ｗ５２を中央領域５０におけるグレーティング電極の弾性波の伝搬方向の幅Ｗ５０より大きくする。これにより、横モードの不要波を抑制できる。

電極指１３ａの膜厚が小さく、異方性係数γが負の場合、ピストンモード構造とするためには、エッジ領域５２の電極指１３ａの幅Ｗ５２を中央領域５０の幅Ｗ５２より小さくなる。電極指１３ａの幅を小さくすることは製造の観点から難しい。実施例４の変形例１では、ｈ／λを大きくし、異方性係数γを正とする。これにより、エッジ領域５２の電極指１３ａの幅Ｗ５２を大きくすることによりピストンモード構造が実現できる。よって、より簡単に横モードの不要波を抑制できる。

図２３（ａ）は、実施例４の変形例２に係る弾性波デバイスの一部の平面図、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、エッジ領域５２において、圧電基板１０および電極指１３ａ上に付加膜４２が形成されている。付加膜４２は弾性波の伝搬方向に連続して帯状に形成されている。

実施例４の変形例２によれば、エッジ領域５２内のグレーティング電極上に付加膜４２が形成され、中央領域５０内のグレーティング電極上には付加膜４２が形成されていない。これにより、エッジ領域５２の音速を中央領域５０より遅くできる。付加膜４２としては、例えば五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）膜または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜を用いることができる。付加膜４２の密度は例えば４ｇ／ｃｍ^３以上が好ましい。また、付加膜４２の膜厚は例えば２００ｎｍ以下が好ましい。

付加膜４２はエッジ領域５２内の電極指１３ａ上に少なくとも一部に形成されていればよい。付加膜４２は電極指１３ａ間の圧電基板１０上に形成されていなくともよい。電極指１３ａ上に形成される付加膜４２は絶縁膜または金属膜とすることができる。電極指１３ａ間の圧電基板１０上に形成される付加膜４２は絶縁膜であることが好ましい。

異方性係数γが負の場合、付加膜４２を付加することによりピストンモード構造を実現することはできない。実施例４の変形例２では、ｈ／λを大きくし、異方性係数γを正とする。これにより、エッジ領域５２の電極指１３ａ上に付加膜４２を形成することで、簡単にピストンモード構造を実現できる。

図２４（ａ）は、実施例４の変形例３に係る弾性波デバイスの一部の平面図、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示すように、エッジ領域５２において、電極指１３ａ間の圧電基板１０上に付加膜４４が形成されている。電極指１３ａ上には付加膜４４は形成されていない。

実施例４の変形例３によれば、エッジ領域５２内のグレーティング電極間の圧電基板１０上に付加膜４４が形成され、中央領域５０内のグレーティング電極間の圧電基板１０上には付加膜４４が形成されていない。これにより、エッジ領域５２の音速を中央領域５０より遅くできる。付加膜４４としては、例えば五酸化タンタル膜または酸化アルミニウム膜を用いることができる。付加膜４４の密度は例えば４ｇ／ｃｍ^３以上が好ましい。また、付加膜４２の膜厚は例えば２００ｎｍ以下が好ましい。

付加膜４４はエッジ領域５２内の電極指１３ａ間の少なくとも一部に形成されていればよい。付加膜４４は絶縁膜であることが好ましい。

異方性係数γが負の場合、付加膜４４を付加することによりピストンモード構造とすることはできない。実施例４の変形例３では、ｈ／λを大きくし、異方性係数γを正とする。これにより、エッジ領域５２の電極指１３間の圧電基板１０上に付加膜４４を形成することで、簡単にピストンモード構造を実現できる。

実施例４およびその変形例において、金属膜１６を実施例１の変形例のように複数の膜で形成してもよい。中央領域５０が主に弾性波デバイスの特性に寄与するため、中央領域５０の長さがエッジ領域５２の長さより大きいことが好ましい。中央領域５０の長さはエッジ領域５２の長さの２倍以上が好ましく、１０倍以上が好ましい。実施例４およびその変形例において、実施例１の変形例のように、金属膜１６を複数の膜で形成してもよい。実施例４およびその変形例を実施例２のフィルタおよび実施例３のデュプレクサに用いてもよい。

実施例１から４およびその変形例において、弾性波デバイスとして弾性表面波デバイスを例に説明したが、弾性波デバイスは、ラブ波デバイスまたは弾性境界波デバイス等でもよい。また、圧電基板１０は、サファイア基板等の支持基板に接合された圧電基板でもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 圧電基板
１２ ＩＤＴ
１２ａ、１２ｂ 櫛型電極
１３ａ 電極指
１４ 反射器
１６ 金属膜
１８ 誘電体膜
２２ 送信フィルタ
２４ 受信フィルタ
４２、４４ 付加膜
５０ 中央領域
５２ エッジ領域
５４ ギャップ領域
５６ 交差領域

Claims (15)

1. ２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、
   前記基板上に積層された１または複数の金属膜により形成され、弾性波を励振し、前記１または複数の金属膜のうち各金属膜の密度をρｉ、前記各金属膜のポアソン比をＰｉ、前記各金属膜の膜厚をｈｉ、銅の密度をρ０、銅のポアソン比をＰ０、およびピッチをλとしたとき、前記各金属膜における（ｈｉ／λ）×（ρｉ／ρ０）×（Ｐｉ／Ｐ０）を前記１または複数の金属膜について合計した値が０．０８より大きいグレーティング電極と、
   を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
2. 前記１または複数の金属膜は、Ｃｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｍｏ、ＴａおよびＰｔの少なくとも１つを主成分とする金属膜を含むことを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
3. 前記合計の値は０．０９以上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。
4. ２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、
   前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｃｕを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０８より大きいグレーティング電極と、
   を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
5. ２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、
   前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｗを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０５より大きいグレーティング電極と、
   を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
6. ２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、
   前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｒｕを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０７より大きいグレーティング電極と、
   を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
7. ２０°以上かつ４８°以下のカット角を有するＹカットＸ伝播タンタル酸リチウム基板と、
   前記基板上に形成され、弾性波を励振し、Ｍｏを主成分とし、膜厚をｈ、ピッチをλとしたとき、ｈ／λが０．０８より大きいグレーティング電極と、
   を具備することを特徴とする弾性波デバイス。
8. 前記弾性波はＳＨ波であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
9. 前記基板上に形成され、前記グレーティング電極を覆う誘電体膜を具備することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
10. 前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、
    前記エッジ領域における前記弾性波の速度は前記中央領域における前記弾性波の速度より小さいことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
11. 前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、
    前記エッジ領域における前記グレーティング電極の前記弾性波の伝搬方向の幅は前記中央領域における前記グレーティング電極の前記弾性波の伝搬方向の幅より大きいことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
12. 前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、
    前記エッジ領域内の前記グレーティング電極上に付加膜が形成され、前記中央領域内の前記グレーティング電極上には付加膜が形成されていないことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
13. 前記グレーティング電極が設けられた領域は、前記グレーティング電極の延伸方向における中央に設けられた中央領域と前記グレーティング電極の延伸方向におけるエッジに設けられたエッジ領域とを有し、
    前記エッジ領域内の前記グレーティング電極間の前記基板上に付加膜が形成され、前記中央領域内の前記グレーティング電極間の前記基板上には付加膜が形成されていないことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
14. 前記グレーティング電極を含むフィルタを具備することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
15. 前記フィルタを含むデュプレクサを具備することを特徴とする請求項１４記載の弾性波デバイス。

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