JP2020161899A - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents
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Abstract
【課題】特性の均質性を向上させること。【解決手段】本発明は、圧電基板１２と、前記圧電基板１２上に設けられ、複数の電極指１５を有する一対の櫛型電極１８と、規則的に配置された凸部５１および／または凹部５２を有する支持基板１０と、前記圧電基板１２と前記支持基板１０との間に直接または間接的に接合され、接合面の界面が前記凸部５１および／または凹部５２に沿って設けられた絶縁層１１と、を備える弾性波デバイスである。【選択図】図１
Description
本発明は弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば櫛型電極を有する弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関する。
スマートフォン等の通信機器に用いられる弾性波共振器として、弾性表面波共振器が知られている。弾性表面波共振器を形成する圧電基板を支持基板に接合することが知られている。支持基板の上面を粗面とすることが知られている（例えば特許文献１）。
支持基板の上面を粗面化することによりスプリアスを抑制することができる。特許文献１では、支持基板の上面の全面を研磨または全面をウエットエッチングすることにより、支持基板の上面を粗面化している。このような方法では粗面の凹凸は不規則（すなわちランダム）である。これにより、スプリアスの大きさ等が場所により異なる等、特性のばらつきが大きくなる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、特性の均質性を向上させることを目的とする。
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を有する一対の櫛型電極と、規則的に配置された凸部および／または凹部を有する支持基板と、前記圧電基板と前記支持基板との間に直接または間接的に接合され、接合面の界面が前記凸部および／または凹部に沿って設けられた絶縁層と、を備える弾性波デバイスである。
上記構成において、前記複数の電極指の配列方向とは異なる方向に前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向を有する構成とすることができる。
上記構成において、前記複数の電極指の延伸方向とは異なる方向に前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向を有する構成とすることができる。
上記構成において、前記複数の電極指の配列方向および延伸方向のいずれとも異なる方向に、前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向、並びに前記凸部および／または前記凹部の周期のうち２番目に小さい周期の方向を有する構成とすることができる。
上記構成において、前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期は、前記複数の電極指のピッチの１／４倍以上かつ２倍未満である構成とすることができる。
上記構成において、前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は島状である構成とすることができる。
上記構成において、前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は平面方向のうち１つの方向に延伸する構成とすることができる。
上記構成において、前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向はいずれも前記支持基板の側面に略平行である構成とすることができる。
本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
本発明によれば、特性の均質性を向上させることができる。
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電基板の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、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。圧電基板が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０上に絶縁層１１が設けられている。支持基板１０と絶縁層１１との界面５０は粗面であり複数の凸部５１および複数の凹部５２を有する。絶縁層１１上に圧電基板１２が設けられている。圧電基板１２上に弾性波共振器２０が設けられている。弾性波共振器２０はＩＤＴ（Inter Digital Transducer）２２および反射器２４を有する。反射器２４はＩＤＴ２２のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２２および反射器２４は、圧電基板１２上の金属膜１４により形成される。
ＩＤＴ２２は、対向する一対の櫛型電極１８を備える。櫛型電極１８は、複数の電極指１５と、複数の電極指１５が接続されたバスバー１６と、を備える。一対の櫛型電極１８の電極指１５が交差する領域が交差領域２５である。交差領域２５の長さが開口長である。一対の櫛型電極１８は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１５がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域２５において複数の電極指１５が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極１８のうち一方の櫛型電極の電極指１５のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。弾性波の波長λはほぼ電極指１５の２本分のピッチとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１５が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２２の交差領域２５内に閉じ込められる。
圧電基板１２は、単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板、単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板または単結晶水晶基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。絶縁層１１は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）を主成分とするアモルファスおよび／または多結晶層である。絶縁層１１は、酸化シリコンを主成分とし、弗素等の不純物を含んでいてもよい。絶縁層１１の弾性定数の温度係数の符号は圧電基板１２の弾性定数の温度係数の符号の反対である。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。
支持基板１０は、圧電基板１２のＸ方向の線膨張係数より小さな線膨張係数を有する。これにより、弾性波共振器の周波数温度係数を小さくできる。支持基板１０は、例えばサファイア基板、アルミナ基板、シリコン基板および炭化シリコン基板である。サファイア基板はｒ面、ｃ面またはａ面を上面とする単結晶酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板である。アルミナ基板は多結晶酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）基板である。シリコン基板は単結晶または多結晶シリコン（Ｓｉ）基板である。炭化シリコン基板は単結晶または多結晶炭化シリコン（ＳｉＣ）基板である。
金属膜１４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはモリブデン（Ｍｏ）を主成分とする膜であり、例えばアルミニウム膜、銅膜またはモリブデン膜である。電極指１５と圧電基板１２との間にＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１５より薄い。電極指１５を覆うように絶縁膜が設けられていてもよい。絶縁膜は保護膜または温度補償層として機能する。
支持基板１０の厚さは例えば５０μｍから５００μｍである。絶縁層１１の厚さは、例えば０．１μｍから１０μｍであり、例えば弾性波の波長λ以下である。圧電基板１２の厚さは例えば０．１μｍから２０μｍであり、例えば弾性波の波長λ以下である。弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１５を１対としたときの対数は例えば２０対から３００対である。ＩＤＴ２２のデュティ比は、電極指１５の太さ／電極指１５のピッチであり、例えば３０％から８０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。
［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、表面が平坦な支持基板１０を準備する。支持基板１０の表面の算術平均粗さＲａは例えば１ｎｍ以下である。図２（ｂ）に示すように、支持基板１０上に開口を有するマスク層４４を形成する。マスク層４４は例えばフォトレジストである。
図２（ａ）から図３（ｃ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、表面が平坦な支持基板１０を準備する。支持基板１０の表面の算術平均粗さＲａは例えば１ｎｍ以下である。図２（ｂ）に示すように、支持基板１０上に開口を有するマスク層４４を形成する。マスク層４４は例えばフォトレジストである。
図２（ｃ）に示すように、マスク層４４をマスクに支持基板１０の上部を除去する。支持基板１０の上部の除去には、例えばエッチング法またはサンドブラスト法を用いる。例えば支持基板１０がサファイア基板の場合、支持基板１０の除去には塩素系ガスを用いたドライエッチング法を用いる。支持基板１０の材料によりエッチング液およびエッチングガスを適宜選択する。
図２（ｄ）に示すように、支持基板１０上に絶縁層１１を例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法または真空蒸着法を用い形成する。これにより、支持基板１０と絶縁層１１との界面５０に凹凸が形成される。
図３（ａ）に示すように、絶縁層１１の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い平坦化する。図３（ｂ）に示すように、接合層１３を介し絶縁層１１の上面に圧電基板１２を接合する。接合層１３は例えば酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、ダイヤモンドライクカーボン層、炭化シリコン層、窒化シリコン層またはシリコン層である。接合層１３の厚さは例えば１ｎｍから１００ｎｍである。接合層１３を介さず絶縁層１１と圧電基板１２とを接合してもよい。接合には例えば表面活性化法を用いる。
図３（ｃ）に示すように、圧電基板１２の上面を例えばＣＭＰ法を用い平坦化する。これにより、支持基板１０、絶縁層１１および圧電基板１２を有する複合基板が形成される。圧電基板１２の上面に金属膜１４からなる弾性波共振器を形成する。以上により実施例１に係る弾性波デバイスが製造できる。
［凸部および凹部の立体形状の例１］
図４（ａ）から図４（ｍ）は、実施例１における凸部および凹部の立体形状の例１を示す図である。図４（ａ）から図４（ｋ）は斜視図であり、凸部５１のときは矢印５６ａのように上方向が＋Ｚ方向である。凹部５２のときは矢印５６ｂのように上方向が−Ｚ方向である。図４（ｌ）および図４（ｍ）は平面図および断面図である。図４（ａ）から図４（ｍ）では、凸部５１および凹部５２は島状またはドット状である。
図４（ａ）から図４（ｍ）は、実施例１における凸部および凹部の立体形状の例１を示す図である。図４（ａ）から図４（ｋ）は斜視図であり、凸部５１のときは矢印５６ａのように上方向が＋Ｚ方向である。凹部５２のときは矢印５６ｂのように上方向が−Ｚ方向である。図４（ｌ）および図４（ｍ）は平面図および断面図である。図４（ａ）から図４（ｍ）では、凸部５１および凹部５２は島状またはドット状である。
図４（ａ）に示すように、凸部５１および凹部５２は頂点５１ａおよび５２ａを有する円錐形状である。図４（ｂ）に示すように、凸部５１は上面５１ｂを有する円錐台形状であり、凹部５２は下面５２ｂを有する円錐台形状である。図４（ｃ）に示すように、凸部５１および凹部５２は円柱形状である。
図４（ｄ）に示すように、凸部５１および凹部５２は頂点５１ａおよび５２ａを有する三角錐形状である。図４（ｅ）に示すように、凸部５１は上面５１ｂを有する三角錐台形状であり、凹部５２は下面５２ｂを有する三角錐台形状である。図４（ｆ）に示すように、凸部５１および凹部５２は三角柱形状である。
図４（ｇ）に示すように、凸部５１および凹部５２は頂点５１ａおよび５２ａを有する四角錐形状である。図４（ｈ）に示すように、凸部５１は上面５１ｂを有する四角錐台形状であり、凹部５２は下面５２ｂを有する四角錐台形状である。図４（ｉ）に示すように、凸部５１および凹部５２は四角柱形状である。以上のように、凸部５１および凹部５２の立体形状は錐形状、錐台形状または柱体形状でもよい。
図４（ｊ）に示すように、凸部５１および凹部５２は半球形状である。図４（ｋ）に示すように、凸部５１は半球形状の上を上面５１ｂで切り取った形状、凹部５２は半球形状の下を面５２ｂで切り取った形状である。このように、凸部５１および凹部５２の立体形状は球形状の一部でもよい。また、凸部５１および凹部５２の立体形状は長球形状または楕円体形状の一部でもよい。図４（ｌ）および図４（ｍ）に示すように、凸部５１および凹部５２はドーナツ形状の一部である。以上のように、凸部５１および凹部５２の形状は、凸部５１および凹部５２の立体形状は、図２（ｂ）におけるマスク層４４の平面形状および図２（ｃ）における支持基板１０のエッチング条件を適宜選択することにより任意に設定できる。
［凸部および凹部の配置の例１］
凸部５１および凹部５２のＸＹ平面における配置の例を凸部５１および凹部５２の立体形状が図４（ａ）の場合を例に説明する。図５（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例１を示す平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ｂ）は凸部の例であり、図５（ｃ）は凹部の例である。
凸部５１および凹部５２のＸＹ平面における配置の例を凸部５１および凹部５２の立体形状が図４（ａ）の場合を例に説明する。図５（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例１を示す平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図５（ｂ）は凸部の例であり、図５（ｃ）は凹部の例である。
図５（ａ）から図５（ｃ）に示すように、凸部５１および凹部５２は、周期的に配列されている。凸部５１または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４ａから５４ｃは３方向である。各方向５４ａから５４ｃのなす角度は約６０°である。方向５４ａはＸ方向と略平行である。図５（ｂ）では凸部５１以外は平面である。図５（ｃ）では凹部５２以外は平面である。凸部５１および凹部５２の周期Ｐａは略均一であり、凸部５１および凹部５２の方向５４ａから５４ｃにおける幅Ｗは略均一であり、凸部５１および凹部５２の高さＨは略均一である。なお、ここで略均一とは効果を奏する程度に均一であることであり、例えば製造誤差程度のばらつきを許容する。
［凸部および凹部の配置の例２］
図６（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例２を示す平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、凸部５１または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂは２方向である。各方向５４ａと５４ｂのなす角度は約９０°である。方向５４ａおよび５４ｂはそれぞれＸ方向およびＹ方向と略平行である。図６（ｂ）では凸部５１以外は平面である。図６（ｃ）では凹部５２以外は平面である。凸部５１および凹部５２の周期Ｐａは略均一であり、凸部５１および凹部５２の方向５４ａおよび５４ｂにおける幅Ｗは略均一であり、凸部５１および凹部５２の高さＨは略均一である。
図６（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例２を示す平面図、図６（ｂ）および図６（ｃ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、凸部５１または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂは２方向である。各方向５４ａと５４ｂのなす角度は約９０°である。方向５４ａおよび５４ｂはそれぞれＸ方向およびＹ方向と略平行である。図６（ｂ）では凸部５１以外は平面である。図６（ｃ）では凹部５２以外は平面である。凸部５１および凹部５２の周期Ｐａは略均一であり、凸部５１および凹部５２の方向５４ａおよび５４ｂにおける幅Ｗは略均一であり、凸部５１および凹部５２の高さＨは略均一である。
凸部５１および凹部５２の配置の例１および例２のように、周期Ｐａの方向のうち一つの方向５４ａはＸ方向と略平行でもよい。凸部５１および凹部５２の配置の例２のように、周期Ｐａの方向のうち一つの方向５４ｂは電極指１５の延伸方向と略平行でもよい。
［凸部および凹部の配置の例３］
図７（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例３を示す平面図である。図７（ａ）に示すように、方向５４ａから５４ｃが３つの場合おいて、凸部５１または凹部５２は互いに接していてもよい。図７（ａ）に示すように、頂点５１ａまたは５２ａ同士が近づくと、凸部５１または凹部５２の平面形状は六角形となる。
図７（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例３を示す平面図である。図７（ａ）に示すように、方向５４ａから５４ｃが３つの場合おいて、凸部５１または凹部５２は互いに接していてもよい。図７（ａ）に示すように、頂点５１ａまたは５２ａ同士が近づくと、凸部５１または凹部５２の平面形状は六角形となる。
［凸部および凹部の配置の例４］
図７（ｂ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例４を示す平面図である。図７（ｂ）に示すように、方向５４ａおよび５４ｂが２つの場合おいて、凸部５１または凹部５２は互いに接していてもよい。図７（ｂ）に示すように、頂点５１ａまたは５２ａ同士が近づくと、凸部５１または凹部５２の平面形状は四角形となる。
図７（ｂ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例４を示す平面図である。図７（ｂ）に示すように、方向５４ａおよび５４ｂが２つの場合おいて、凸部５１または凹部５２は互いに接していてもよい。図７（ｂ）に示すように、頂点５１ａまたは５２ａ同士が近づくと、凸部５１または凹部５２の平面形状は四角形となる。
［凸部および凹部の配置の例５］
図８（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例５を示す平面図である。電極指１５を重ねて図示している。図８（ａ）に示すように、方向５４ａおよび５４ｂとＸ方向とのなす角度は、それぞれθａおよびθｂである。θａおよびθｂは約４５°である。凸部５１または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂはＸ方向およびＹ方向のいずれでもない。凸部５１または凹部５２の周期のうち２番目に小さい周期Ｐｂの方向５５ａおよび５５ｂはＸ方向およびＹ方向と略平行である。
図８（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例５を示す平面図である。電極指１５を重ねて図示している。図８（ａ）に示すように、方向５４ａおよび５４ｂとＸ方向とのなす角度は、それぞれθａおよびθｂである。θａおよびθｂは約４５°である。凸部５１または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂはＸ方向およびＹ方向のいずれでもない。凸部５１または凹部５２の周期のうち２番目に小さい周期Ｐｂの方向５５ａおよび５５ｂはＸ方向およびＹ方向と略平行である。
［凸部および凹部の配置の例６］
図８（ｂ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例６を示す平面図である。電極指１５を重ねて図示している。図８（ｂ）に示すように、方向５４ａおよび５４ｂとＸ方向とのなす角度θａおよびθｂは４５°と異なる。最も小さい周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂ並びに２番目に小さい周期Ｐｂの方向５５ａおよび５５ｂはいずれもＸ方向およびＹ方向と平行でない。
図８（ｂ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例６を示す平面図である。電極指１５を重ねて図示している。図８（ｂ）に示すように、方向５４ａおよび５４ｂとＸ方向とのなす角度θａおよびθｂは４５°と異なる。最も小さい周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂ並びに２番目に小さい周期Ｐｂの方向５５ａおよび５５ｂはいずれもＸ方向およびＹ方向と平行でない。
配置の例１から４のように、凸部５１および凹部５２のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４ａから５４ｃはＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方と略平行でもよい。配置の例５および６のように、周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂはＸ方向およびＹ方向のいずれとも平行でなくてもよい。
配置の例１から６では、凸部５１および凹部５２の立体形状が図４（ａ）の場合を例に説明したが、凸部５１および凹部５２の立体形状は図４（ｂ）から図４（ｍ）のいずれかでもよいし、その他の立体形状でもよい。
［凸部および凹部の立体形状の例２］
図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１における凸部および凹部の立体形状の例２を示す斜視図である。凸部５１のときは矢印５６ａのように上方向が＋Ｚ方向である。凹部５２のときは矢印５６ｂのように上方向が−Ｚ方向である。図９（ａ）から図９（ｃ）では、凸部５１および凹部５２は線状またはストライプ状である。
図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１における凸部および凹部の立体形状の例２を示す斜視図である。凸部５１のときは矢印５６ａのように上方向が＋Ｚ方向である。凹部５２のときは矢印５６ｂのように上方向が−Ｚ方向である。図９（ａ）から図９（ｃ）では、凸部５１および凹部５２は線状またはストライプ状である。
図９（ａ）に示すように、凸部５１および凹部５２は断面形状が三角形状の線状である。線５１ｃおよび５２ｃはそれぞれ凸部５１および凹部５２における三角形の頂点をつなぐ線である。図９（ｂ）に示すように、凸部５１および凹部５２は断面形状が半円形状の線状である。図９（ｃ）に示すように、凸部５１および凹部５２は断面形状が四角形状の線状である。以上のように、凸部５１および凹部５２は直線状に延伸していてもよいし、曲線状に延伸していてもよい。
［凸部および凹部の配置の例７］
凸部５１および凹部５２のＸＹ平面における配置の例を凸部５１および凹部５２の立体形状が図９（ａ）である場合を例に説明する。図１０（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例７を示す平面図、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１０（ｂ）は凸部の例であり、図１０（ｃ）は凹部の例である。
凸部５１および凹部５２のＸＹ平面における配置の例を凸部５１および凹部５２の立体形状が図９（ａ）である場合を例に説明する。図１０（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例７を示す平面図、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１０（ｂ）は凸部の例であり、図１０（ｃ）は凹部の例である。
図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、凸部５１および凹部５２は、周期的に配列されている。凸部５１または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４はＸ方向と略平行である。図１０（ｂ）では凸部５１以外は平面である。図１０（ｃ）では凹部５２以外は平面である。周期Ｐａは略均一であり、凸部５１および凹部５２の方向５４における幅Ｗは略均一であり、凸部５１および凹部５２の高さＨは略均一である。
［凸部および凹部の配置の例８、９］
図１１（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例８を示す平面図である。図１１（ａ）に示すように、周期Ｐａの方向５４はＹ方向である。凸部および凹部の配置の例７および８のように、周期Ｐａの方向５４はＸ方向またはＹ方向と略平行でもよい。
図１１（ａ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例８を示す平面図である。図１１（ａ）に示すように、周期Ｐａの方向５４はＹ方向である。凸部および凹部の配置の例７および８のように、周期Ｐａの方向５４はＸ方向またはＹ方向と略平行でもよい。
図１１（ｂ）は、実施例１における凸部および凹部の配置の例９を示す平面図である。図１１（ｂ）に示すように、方向５４はＸ方向およびＹ方向と異なっている。すなわち、方向５４はＸ方向およびＹ方向から傾斜している。このように、方向５４はＸ方向およびＹ方向のいずれとも平行でなくてもよい。
配置の例７から９では、凸部５１および凹部５２の立体形状が図９（ａ）の場合を例に説明したが、凸部５１および凹部５２の立体形状は図９（ｂ）および図９（ｃ）のいずれかでもよいし、その他の立体形状でもよい。配置の例７から９では、凸部５１または凹部５２が離れている場合を例に説明したが、凸部５１または凹部５２は接していてもよい。
［凸部および凹部の配置の例１０］
図１２は、実施例１に凸部および凹部の配置の例１０を示す平面図である。図１２に示すように、範囲５８内では凸部５１および凹部５２の配置および大きさは不規則である。範囲５８はＸ方向およびＹ方向に周期的に配列されている。範囲５８の周期ＰａおよびＰｂは略均一である。周期Ｐａは凸部５１および凹部５２のうち最も小さい周期であり、周期Ｐｂは２番目に小さい周期である。
図１２は、実施例１に凸部および凹部の配置の例１０を示す平面図である。図１２に示すように、範囲５８内では凸部５１および凹部５２の配置および大きさは不規則である。範囲５８はＸ方向およびＹ方向に周期的に配列されている。範囲５８の周期ＰａおよびＰｂは略均一である。周期Ｐａは凸部５１および凹部５２のうち最も小さい周期であり、周期Ｐｂは２番目に小さい周期である。
凸部および凹部の配置の例１０のように、複数の凸部５１または複数の凹部５２をグループとし、グループの配列が規則的でもよい。凸部５１および凹部５２の立体形状として図４（ａ）を例に説明したが、凸部５１および凹部５２の立体形状は立体形状の例１および２のいずれか、またはその他の立体形状でもよい。範囲５８内に異なる立体形状の凸部５１または凹部５２が設けられていてもよい。
［実施例１の変形例１］
図１３は、実施例1の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３に示すように、支持基板１０と絶縁層１１との界面５０に付加膜５３が設けられている。付加膜５３の上面は支持基板１０上面より細かい粗面である。付加膜５３は、例えば酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜であり、その音響インピーダンスは絶縁層１１の音響インピーダンスより大きい。付加膜５３の厚さは例えば０．１μｍ以下である。これにより、界面５０において弾性波はより散乱する。付加膜５３は島状でもよいし、１層の膜で厚さの異なる部分を有する構造でもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１のように、絶縁層１１は支持基板１０に間接的に接合されていてもよい。
図１３は、実施例1の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１３に示すように、支持基板１０と絶縁層１１との界面５０に付加膜５３が設けられている。付加膜５３の上面は支持基板１０上面より細かい粗面である。付加膜５３は、例えば酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜であり、その音響インピーダンスは絶縁層１１の音響インピーダンスより大きい。付加膜５３の厚さは例えば０．１μｍ以下である。これにより、界面５０において弾性波はより散乱する。付加膜５３は島状でもよいし、１層の膜で厚さの異なる部分を有する構造でもよい。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例１のように、絶縁層１１は支持基板１０に間接的に接合されていてもよい。
［シミュレーション１］
実施例１と比較例１についてシミュレーションを行った。比較例１は支持基板１０と絶縁層１１との界面５０を平面とした。シミュレーション条件は以下である。
支持基板１０： サファイア基板
絶縁層１１：平均厚さが２μｍ（０．４λ）の酸化シリコン膜
圧電基板１２：厚さが２μｍ（０．４λ）の４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指１５：厚さが５００ｎｍのアルミニウム膜
電極指１５のピッチλ：５μｍ
電極指１５の対数：１０対
凸部５１の形状：図５（ｂ）の断面図の断面形状とし、Ｐａ＝３μｍ、Ｗ＝２．７μｍ、Ｈ＝１．６５μｍとした
Ｙ方向の幅をλ／３２とする２．５次元の有限要素法を用いアドミッタンスをシミュレーションした。アドミッタンスのシミュレーション結果から電極指１５が１００対かつ開口長が２５λの弾性波共振器のアドミッタンスに換算した。
実施例１と比較例１についてシミュレーションを行った。比較例１は支持基板１０と絶縁層１１との界面５０を平面とした。シミュレーション条件は以下である。
支持基板１０： サファイア基板
絶縁層１１：平均厚さが２μｍ（０．４λ）の酸化シリコン膜
圧電基板１２：厚さが２μｍ（０．４λ）の４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指１５：厚さが５００ｎｍのアルミニウム膜
電極指１５のピッチλ：５μｍ
電極指１５の対数：１０対
凸部５１の形状：図５（ｂ）の断面図の断面形状とし、Ｐａ＝３μｍ、Ｗ＝２．７μｍ、Ｈ＝１．６５μｍとした
Ｙ方向の幅をλ／３２とする２．５次元の有限要素法を用いアドミッタンスをシミュレーションした。アドミッタンスのシミュレーション結果から電極指１５が１００対かつ開口長が２５λの弾性波共振器のアドミッタンスに換算した。
図１４は、シミュレーション１における周波数に対するアドミッタンスの大きさを示す図である。図１４に示すように、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａより高い周波数にスプリアス６４が生成されている。スプリアス６４は、電極指１５が励振する主モードの弾性波とともに励振するバルク波に起因する。支持基板１０を硬い基板とすると支持基板１０の音速は絶縁層１１および圧電基板１２の音速より速くなる。すなわち支持基板１０の音響インピーダンスが絶縁層１１および圧電基板１２の音響インピーダンスより高くなる。比較例１のように、支持基板１０と絶縁層１１の界面５０が平坦の場合、電極指１５が励振したバルク波が界面５０において反射される。反射されたバルク波に起因しスプリアス６４が生成される。実施例１では、界面５０が粗面のため界面でバルク波は散乱または支持基板１０ａに吸収される。これにより、比較例１に比べスプリアス６４が小さい。このように、実施例１ではスプリアスを低減できる。
［シミュレーション２］
支持基板１０と絶縁層１１との間の界面５０の不規則な粗面とし、シミュレーションを行った。界面５０のＺ方向の最大値と最小値との差Ｄを３水準とした。
サンプルＡ：Ｄ＝１μｍ
サンプルＢ：Ｄ＝２μｍ
サンプルＣ：Ｄ＝４μｍ
その他のシミュレーション条件はシミュレーション１と同じである。
支持基板１０と絶縁層１１との間の界面５０の不規則な粗面とし、シミュレーションを行った。界面５０のＺ方向の最大値と最小値との差Ｄを３水準とした。
サンプルＡ：Ｄ＝１μｍ
サンプルＢ：Ｄ＝２μｍ
サンプルＣ：Ｄ＝４μｍ
その他のシミュレーション条件はシミュレーション１と同じである。
図１５は、シミュレーション２における周波数に対するアドミッタンスの大きさを示す図である。バルク波に起因するスプリアス６４が形成される周波数帯域を拡大している。図１５に示すように、サンプルＡは比較例１とほぼ同じスプリアスの大きさである。サンプルＢはサンプルＡよりスプリアスが小さく、サンプルＣはサンプルＢよりスプリアスが小さい。このように、粗面の粗さによりスプリアスの大きさが異なる。
不規則な凹凸を有する粗面では、ＸＹ平面の場所により粗面の粗さが異なることになる。これにより、微視的にみるとスプリアスの大きさ等の特性が場所により異なることになる。例えば、粗面の粗さをスプリアスが最も小さくなる粗さとしても、場所によりスプリアスの大きさが異なると、巨視的にみれば最適なスプリアスより大きくなってしまう。
実施例１では、凸部５１および／または凹部５２を規則的に配置している。これにより、スプリアスの大きさ等の特性を均一にできる。
［実験１］
実施例１と比較例１について弾性波共振器を作製した。作製条件は以下である。
支持基板１０： 厚さが５００μｍのサファイア基板
絶縁層１１：平均厚さが２．８μｍ（０．４λ）の酸化シリコン膜
接合層１３:厚さが１０ｎｍの酸化アルミニウム膜
圧電基板１２：厚さが２μｍ（０．４λ）の４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指１５：圧電基板１２側から厚さが１６０ｎｍのチタン膜、厚さが２６８ｎｍのアルミニウム膜
電極指１５のピッチλ：５μｍ
電極指１５の対数：１００対
凸部５１の立体形状：図４（ａ）の円錐形状
凸部５１の配置：図８（ｂ）の配置、Ｐａ＝３μｍ、Ｗ＝２．７μｍ、Ｈ＝１．６５μｍとした。
実施例１と比較例１について弾性波共振器を作製した。作製条件は以下である。
支持基板１０： 厚さが５００μｍのサファイア基板
絶縁層１１：平均厚さが２．８μｍ（０．４λ）の酸化シリコン膜
接合層１３:厚さが１０ｎｍの酸化アルミニウム膜
圧電基板１２：厚さが２μｍ（０．４λ）の４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指１５：圧電基板１２側から厚さが１６０ｎｍのチタン膜、厚さが２６８ｎｍのアルミニウム膜
電極指１５のピッチλ：５μｍ
電極指１５の対数：１００対
凸部５１の立体形状：図４（ａ）の円錐形状
凸部５１の配置：図８（ｂ）の配置、Ｐａ＝３μｍ、Ｗ＝２．７μｍ、Ｈ＝１．６５μｍとした。
図１６は、実験１における周波数に対するアドミッタンスの実部および大きさを示す図である。図１６は、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａ付近の拡大図である。図１６に示すように、実施例１は比較例１に比べスプリアス６６が小さくなっている。スプリアス６６は、バルク波に起因するものでなくＹ方向に伝搬する弾性波に起因する横モードスプリアスである。図１６のように、実施例１では横モードスプリアスを小さくできる。特に、図８（ｂ）のように方向５４ａから５４ｂをＸ方向およびＹ方向のいずれとも異ならせることで横モードスプリアスを抑制できる。
実施例１によれば、一対の櫛型電極１８は、圧電基板１２上に設けられ、複数の電極指１５を有する。支持基板１０ａは規則的に配置された凸部５１および／または凹部５２を有する。絶縁層１１は、圧電基板１２と支持基板１０との間に直接または間接的に接合され、接合面の界面が凸部５１および／または凹部５２に沿って設けられている。これにより、スプリアスの大きさ等の特性の均一性を向上させることができる。
絶縁層１１は支持基板１０の上面に接する。これにより、バルク波が界面５０において散乱または支持基板１０に吸収され、スプリアス６４を抑制できる。
界面５０の算術平均粗さＲａは、１０ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下がさらに好ましい。界面５０の算術平均粗さは絶縁層１１と圧電基板１２との界面の算術平均粗さおよび／または圧電基板１２の表面の算術平均粗さの１０倍以上が好ましく１００倍以上がより好ましい。
凸部および凹部の配置の例５、６および９のように、複数の電極指１５の配列方向（Ｘ方向）と異なる方向に、凸部５１および／または凹部５２の周期のうち最も小さい周期Ｐａの方向５４、５４ａおよび５４ｂを有する。これにより、凹部５２または凸部５１で反射するＸ方向に伝搬するバルク波の位相が異なる。よって、バルク波に起因するスプリアスを抑制できる。方向５４、５４ａおよび５４ｂとＸ方向のなす角度は１０°以上が好ましく、２０°以上がより好ましく、３０°以上がさらに好ましい。
また、複数の電極指１５の延伸方向（Ｙ方向）と異なる方向に、周期Ｐａの方向５４、５４ａおよび４ｂを有する。これにより、凹部５２または凸部５１で反射するＹ方向に伝搬する弾性波の位相が異なる。よって、横モードスプリアスを抑制できる。方向５４、５４ａおよび５４ｂとＹ方向のなす角度は１０°以上が好ましく、２０°以上がより好ましく、３０°以上がさらに好ましい。
凸部および凹部の配置の例６のように、Ｘ方向およびＹ方向のいずれとも異なる方向に、周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂ並びに凸部５１および／または凹部５２の周期のうち２番目に小さい周期Ｐｂの方向５５ａおよび５５ｂを有する。これにより、バルク波に起因するスプリアスおよび横モードスプリアスをより抑制できる。方向５５ａおよび５５ｂとＸ方向およびＹ方向のなす角度は１０°以上が好ましく、２０°以上がより好ましく、３０°以上がさらに好ましい。
周期Ｐａは、弾性波の波長λとしたとき、λ／１６以上かつλ未満、すなわち、複数の電極指１５のピッチの１／８倍以上かつ２倍未満が好ましい。これにより、Ｘ方向に伝搬するバルク波および／またはＹ方向に伝搬する弾性波の位相を異ならせることができる。よって、スプリアスをより抑制できる。周期Ｐａは、複数の電極指１５のピッチの０．１５倍以上かつ１．８倍以下がより好ましく、１／４倍以上かつ３／４倍以下がさらに好ましい。電極指１５の平均ピッチは、ＩＤＴ２２のＸ方向の長さを電極指１５の本数で除することにより算出できる。
立体形状の例１の図４（ａ）から図４（ｌ）のように、凸部５１および凹部５２の少なくとも一方を島状とすることができる。立体形状の例２の図９（ａ）から図９（ｃ）ように、凸部５１および凹部５２の少なくとも一方を平面方向のうち１つの方向に延伸する形状とすることができる。
凸部および凹部の配置の例３の図７（ａ）では、周期Ｐａの方向５４ａはＸ方向であるが、方向５４ｂおよび５４ｃはＹ方向と平行でない。Ｘ方向およびＹ方向は支持基板１０の側面の方向である。この場合、太線５７のように、支持基板１０は凸凹に割れようとする。このため、凸凹のいずれかが起点となり支持基板１０にクラックが導入されうる。
一方、凸部および凹部の配置の例４の図７（ｂ）では、周期Ｐａの方向５４ａおよび５４ｂはいずれもＸ方向およびＹ方向と略平行である。支持基板１０を切断するときに太線５７のように、支持基板１０は直線的に割れる。よって、支持基板１０のクラック等を抑制できる。
ＩＤＴ２２がＳＨ（Shear Horizontal）を励振するとき、バルク波が生成されやすい。圧電基板１２が３６°以上かつ４８°以下回転Ｙカットタンタル酸リチウム基板のとき、ＳＨ波が励振される。よって、このとき、界面５０の凸部５１および凹部５２を設けることが好ましい。圧電基板１２の厚さが弾性波の波長λ以下のとき、すなわち電極指１５のピッチの平均値に２倍以下のとき、損失が抑制される。また、支持基板１０の上面から圧電基板１２の上面までの距離が電極指１５のピッチの平均値に４倍以下のとき、損失が抑制される。
弾性波が支持基板１０に漏れないように、支持基板１０の音響インピーダンスは圧電基板１２の音響インピーダンスより高い（すなわち支持基板１０の音速は圧電基板１２の音速より速い）ことが好ましい。また、絶縁層１１内に弾性波が伝搬するため絶縁層１１の音響インピーダンスは圧電基板１２および支持基板１０の音響インピーダンスより低い（すなわち絶縁層１１の音速は圧電基板１２および支持基板１０の音速より遅い）ことは好ましい。
図１７（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図１７（ａ）に示すように、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Ｓ３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およびＰ２が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１の弾性波共振器を用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。
［実施例２の変形例１］
図１７（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１７（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０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４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
図１７（ｂ）は、実施例２の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１７（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０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４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例２のフィルタとすることができる。
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
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 支持基板
１１ 絶縁層
１２ 圧電基板
１３ 接合層
１５ 電極指
１８ 櫛型電極
２０ 弾性波共振器
２２ ＩＤＴ
５４、５４ａ−５４ｃ、５５ａ、５５ｂ 周期の方向
１１ 絶縁層
１２ 圧電基板
１３ 接合層
１５ 電極指
１８ 櫛型電極
２０ 弾性波共振器
２２ ＩＤＴ
５４、５４ａ−５４ｃ、５５ａ、５５ｂ 周期の方向
Claims (10)
- 圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられ、複数の電極指を有する一対の櫛型電極と、
規則的に配置された凸部および／または凹部を有する支持基板と、
前記圧電基板と前記支持基板との間に直接または間接的に接合され、接合面の界面が前記凸部および／または凹部に沿って設けられた絶縁層と、
を備える弾性波デバイス。 - 前記複数の電極指の配列方向とは異なる方向に前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向を有する請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記複数の電極指の延伸方向とは異なる方向に前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向を有する請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
- 前記複数の電極指の配列方向および延伸方向のいずれとも異なる方向に、前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向、並びに前記凸部および／または前記凹部の周期のうち２番目に小さい周期の方向を有する請求項１に記載の弾性波デバイス。
- 前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期は、前記複数の電極指のピッチの１／４倍以上かつ２倍未満である請求項２から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は島状である請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記凸部および前記凹部の少なくとも一方は平面方向のうち１つの方向に延伸する請求項１から５のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記凸部および／または前記凹部の周期のうち最も小さい周期の方向はいずれも前記支持基板の側面に略平行である請求項７に記載の弾性波デバイス。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
- 請求項９に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
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