JP2022042862A - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

Abstract

【課題】スプリアスを安定に抑制する弾性波デバイスを提供する。【解決手段】弾性波デバイスは、圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛歯状電極と、圧電層に対し前記少なくとも一対の櫛歯状電極と反対側に設けられた低音速層と、低音速層に対し圧電層と反対側に設けられ、バルク波の音速は低音速層のバルク波の音速より速い高音速層と、低音速層と高音速層との間に設けられ、低音速層の主成分の元素と高音速層の主成分の元素を主成分とし、高音速層の主成分の元素のうち低音速層の主成分の元素を除いた元素を第１元素とし、低音速層の主成分の元素のうち高音速層の主成分の元素を除いた元素を第２元素としたとき、高音速層から低音速層にかけて、第１元素と第２元素の合計に対する第１元素の第１原子組成比が減少し、第１元素と前記第２元素の合計に対する前記第２元素の第２原子組成比が増加する中間層１２とを備える。【選択図】図２

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、例えば一対の櫛歯状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。高音速支持基板と圧電基板との間に低音速層を設け、高音速支持基板内のうち低音速層側の表面領域の結晶性を低音速層に向かうにしたがい低くすることが知られている（例えば特許文献１）

特開２０１９－２２０７９４号公報

高音速支持基板内の表面領域の結晶性を低音速層に向かうにしたがい低くすることで、表面領域の音響インピーダンスは低音速層に向かうにしたがい低くなる。これにより、メイン応答より高周波側に生じるスプリアスを抑制できる。しかしながら、結晶性を低下させるためイオン照射等を行うことになり、音響インピーダンスを再現よく実現できない。これにより、スプリアスを安定に抑制することが難しい。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、スプリアスを安定に抑制することを目的とする。

本発明は、圧電層と、前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛歯状電極と、前記圧電層に対し前記少なくとも一対の櫛歯状電極と反対側に設けられた低音速層と、前記低音速層に対し前記圧電層と反対側に設けられ、バルク波の音速は前記低音速層のバルク波の音速より速い高音速層と、前記低音速層と前記高音速層との間に設けられ、前記低音速層の主成分の元素と前記高音速層の主成分の元素を主成分とし、前記高音速層の主成分の元素のうち前記低音速層の主成分の元素を除いた元素を第１元素とし、前記低音速層の主成分の元素のうち前記高音速層の主成分の元素を除いた元素を第２元素としたとき、前記高音速層から前記低音速層にかけて、前記第１元素と前記第２元素の合計に対する前記第１元素の第１原子組成比が減少し、前記第１元素と前記第２元素の合計に対する前記第２元素の第２原子組成比が増加する中間層と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記中間層は、前記低音速層および前記高音速層に接する構成とすることができる。

上記構成において、前記低音速層は、前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層はタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを主成分とし、前記低音速層は酸化シリコンを主成分とし、前記高音速層は酸化アルミニウムを主成分とする構成とすることができる。

上記構成において、前記高音速層に対し前記低音速層と反対側に設けられ、バルク波の音速が前記高音速層のバルク波の音速より速い支持基板を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記低音速層と前記圧電層との間に、バルク波の音速が前記低音速層のバルク波の音速より遅く、前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する温度補償膜を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記中間層において、前記高音速層から前記低音速層にかけて前記第１原子組成比が徐々に減少し、前記第２原子組成比が徐々に増加する構成とすることができる。

上記構成において、前記中間層において、前記高音速層から前記低音速層にかけて前記第１原子組成比が階段状に減少し、前記第２原子組成比が階段状に増加する構成とすることができる。

上記構成において、前記中間層において、前記高音速層から前記低音速層にかけて前記高音速層の主成分の元素の組成比が減少し、前記低音速層の主成分の元素の組成比が増加す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備えるフィルタである。

本発明は、上記フィルタを備えるマルチプレクサである。

本発明によれば、スプリアスを安定に抑制することができる。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。 図２（ａ）は、実施例１の中間層におけるＺに対するＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の組成比、図２（ｂ）は、中間層におけるＺに対するＡｌおよびＳｉの組成比、図２（ｃ）は、中間層におけるＺに対するバルク波の音速を示す図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１に係る弾性波共振器の断面図および通過特性の模式図である。 図４は、実施例１における弾性波共振器内の弾性波の反射を示す断面図である。 図５は、実施例１と比較例２の中間層１２内のＺに対するバルク波の音速を示す図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例１および２における中間層におけるＺに対するＡｌおよびＳｉの組成比を示す図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ実施例１の変形例３および４に係る弾性波共振器の断面図である。 図８は、実施例１の変形例５に係る弾性波共振器の断面図である。 図９（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図、図９（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。

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

実施例１では弾性波デバイスが弾性波共振器を有する例を説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、実施例１における弾性波共振器の平面図および断面図である。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層の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電層の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電層が回転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上に圧電層１４が設けられている。支持基板１０と圧電層１４との間に温度補償膜１３が設けられている。温度補償膜１３と支持基板１０との間に境界層１１が設けられている。境界層１１と温度補償膜１３との間に中間層１２が設けられている。境界層１１、中間層１２、温度補償膜１３および圧電層１４の厚さをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４とする。厚さとは支持基板１０および圧電層１４の積層方向であるＺ方向における基板、層および膜の長さを意味する。中間層１２と境界層１１との界面を３０、中間層１２と温度補償膜１３との界面を３２とする。

圧電層１４上に弾性波共振器２６が設けられている。弾性波共振器２６はＩＤＴ２２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、圧電層１４上の金属膜１６により形成される。

ＩＤＴ２２は、対向する少なくとも一対の櫛歯状電極２０を備える。櫛歯状電極２０は、複数の電極指１８と、複数の電極指１８が接続されたバスバー１９と、を備える。一対の櫛歯状電極２０の電極指１８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。一対の櫛歯状電極２０は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１８が交互に設けられている。交差領域２５において複数の電極指１８が主に励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛歯状電極２０のうち一方の櫛歯状電極２０の電極指１８のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。複数の電極指１８のピッチ（電極指１８の中心間のピッチ）をＤとすると、一方の櫛歯状電極２０の電極指１８のピッチは電極指１８の２本分のピッチＤとなる。反射器２４は、ＩＤＴ２２の電極指１８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。

圧電層１４は、例えば単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）層または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）層であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム層である。

支持基板１０は、例えばサファイア基板、シリコン基板または炭化シリコン基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ_２Ｏ_３基板であり、シリコン基板は単結晶または多結晶のシリコン基板であり、炭化シリコン基板は多結晶または単結晶のＳｉＣ基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電層１４のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。また、支持基板１０として例えば硬い材料および／または熱伝導率の高い材料を選択すると、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速より速くなる。

温度補償膜１３は、圧電層１４の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する。例えば圧電層１４の弾性定数の温度係数は負であり、温度補償膜１３の弾性定数の温度係数は正である。温度補償膜１３は、例えば無添加または弗素等の添加元素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜であり、例えば非晶質層である。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。温度補償膜１３が酸化シリコン膜の場合、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルクの音速より遅くなる。

温度補償膜１３が温度補償の機能を有するためにはメイン応答の弾性波のエネルギーが温度補償膜１３内にある程度存在することが求められる。弾性表面波のエネルギーが集中する範囲は弾性表面波の種類に依存するものの、典型的には弾性表面波のエネルギーは圧電層１４の上面から２λ（λは弾性波の波長）の範囲に集中し、特に圧電層１４の上面からλの範囲に集中する。そこで、圧電層１４の厚さＴ４は、好ましくは２λ以下であり、より好ましくはλ以下であり、さらに好ましくは０．６λ以下である。

境界層１１を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速い。これにより、圧電層１４および温度補償膜１３内にバルク波が閉じ込められる。さらに、境界層１１を伝搬するバルク波の音速は、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速より遅い。境界層１１は、例えば多結晶または非晶質であり、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウムまたは窒化シリコンである。境界層１１は異なる材料からなる複数の層が積層されていてもよい。

中間層１２は、温度補償膜１３を構成する元素と境界層１１を構成する元素の両方を含む。例えば、温度補償膜１３が酸化シリコンを主成分とし、境界層１１が酸化アルミニウムを主成分とする場合、中間層１２はシリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）および酸素（Ｏ）を主成分とする。

金属膜１６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る。電極指１８と圧電層１４との間にチタン（Ｔｉ）膜またはクロム（Ｃｒ）膜等の密着膜が設けられていてもよい。密着膜は電極指１８より薄い。電極指１８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膜として機能する。

弾性波の波長λは例えば１μｍから６μｍである。２本の電極指１８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１８の太さを電極指１８のピッチで除した値であり、例えば３０％から７０％である。ＩＤＴ２２の開口長は例えば１０λから５０λである。

表１に各材料のヤング率、ポアソン比、密度およびバルク波の音速を示す。バルク波の音速Ｖは、ヤング率Ｅ、ポアソン比γおよび密度ρを用い数式１により算出できる。

表１において、ＬＴ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＳＡはそれぞれ単結晶タンタル酸リチウム、多結晶酸化アルミニウム、非晶質酸化シリコンおよびサファイア（単結晶酸化アルミニウム）である。ＬＮ、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＳｉＮおよびＳｉＣは、それぞれ単結晶ニオブ酸リチウム、多結晶シリコン、多結晶窒化アルミニウム、多結晶窒化シリコンおよび多結晶炭化シリコンである。

表１のように、タンタル酸リチウム基板およびニオブ酸リチウム基板を圧電層１４としたとき、温度補償膜１３として酸化シリコン膜を用いると、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅くなる。境界層１１として酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜または窒化シリコン膜を用いると、境界層１１を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速くなる。支持基板１０としてサファイア基板または炭化シリコン基板を用いると、支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速より速くなる。境界層１１が酸化アルミニウム膜のときは支持基板１０をシリコン基板としても支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速より速くなる。

温度補償膜１３が酸化シリコンを主成分とし、境界層１１が酸化アルミニウムを主成分とする場合について説明する。

図２（ａ）は、実施例１の中間層におけるＺに対するＡｌ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２の組成比、図２（ｂ）は、中間層におけるＺに対するＡｌおよびＳｉの組成比、図２（ｃ）は、中間層におけるＺに対するバルク波の音速を示す図である。図２（ａ）では、全体の元素に対するＡｌ_２Ｏ_３の組成比およびＳｉＯ_２の組成比を原子単位で示している。図２（ｂ）は、Ａｌ＋Ｓｉに対するＡｌおよびＳｉの原子組成比を示している。

図２（ａ）に示すように、境界層１１ではＡｌ_２Ｏ_３の組成比は１でありＳｉＯ_２の組成比は０である。温度補償膜１３ではＡｌ_２Ｏ_３の組成比は０でありＡｌ_２Ｏ_３の組成比は１である。中間層１２においては、界面３０から３２にかけてＡｌ_２Ｏ_３の組成比が徐々に減少しＳｉＯ_２の組成比が徐々に増加する。

温度補償膜１３の主成分と境界層１１の主成分とにおいて、酸素（Ｏ）は共通である。このように、温度補償膜１３の主成分と境界層１１の主成分とに共通の元素が存在する場合、図２（ｂ）に示すように、Ｏを除いたＡｌ＋Ｓｉに対するＳｉの原子組成比およびＡｌの原子組成比を用いる。境界層１１ではＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）は１であり、Ｓｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）は０である。温度補償膜１３ではＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）は０であり、Ｓｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）は１である。中間層１２においては、界面３０から３２にかけてＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）が徐々に減少しＳｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）が徐々に増加する。すなわち中間層１２をＡｌ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚとすると、界面３０から３２にかけてｘが徐々に減少し、ｙが徐々に増加する。

図２（ｃ）に示すように、温度補償膜１３のバルク波の音速は約３７００ｍ／ｓであり、境界層１１のバルク波の音速は約４６００ｍ／ｓである。中間層１２においては、界面３０から３２にかけてＡｌ_２Ｏ_３の組成比が徐々に減少しＳｉＯ_２の組成比が徐々に増加すると、バルク波の音速は徐々に低くなる。

中間層１２の成膜には、例えばスパッタリング法を用いる。シリコンターゲットとアルミニウムターゲットを準備し、スパッタリングガスとしてアルゴン等の希ガスに酸素ガスを混入する。シリコンターゲットからスパッタリングされたシリコン原子、アルミニウムターゲットからスパッタリングされたアルミニウム原子は酸素と反応し、酸化シリコンと酸化アルミニウムとして成膜される。シリコンターゲットに印加されるパワーとアルミニウムターゲットに印加されるパワーの比を変えることで酸化シリコンと酸化アルミニウムの組成比を変化できる。

境界層１１を成膜するときには、アルミニウムターゲットにパワーを印加しシリコンターゲットにはパワーを印加しない。これにより、境界層１１として酸化アルミニウムが成膜できる。中間層１２を成膜するときは、アルミニウムターゲットに印加するパワーを徐々に小さくし、シリコンターゲットに印加するパワーを徐々に大きくする。これにより、中間層１２においては界面３０から３２にかけてＡｌ_２Ｏ_３の組成比が徐々に減少しＳｉＯ_２の組成比が徐々に増加する。温度補償膜１３を成膜するときには、シリコンターゲットにパワーを印加しアルミニウムターゲットにはパワーを印加しない。これにより、温度補償膜１３として酸化シリコンが成膜できる。中間層１２の成膜には真空蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いてもよい。

［比較例１］
図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例１に係る弾性波共振器の断面図および通過特性の模式図である。図３（ａ）に示すように、比較例１では、中間層１２が設けられていない。境界層１１のバルク波の音速は温度補償膜１３のバルク波の音速より速い。弾性波５０は温度補償膜１３と境界層１１との界面３４において反射し弾性波５２となる。弾性波５０の一部は界面３４において屈折し境界層１１に侵入する。周波数の低い主モードの弾性波は界面３４で反射し易く、バルク波等の高周波の弾性波は界面３４を通過し易い。このため、主モードの弾性波は圧電層１４および温度補償膜１３に閉じ込められやすくなる。バルク波等の高周波の弾性波の一部は界面３４において反射し弾性波５２となり、一部は界面３４において屈折し弾性波５１となる。界面３４で反射したバルク波等はＩＤＴ２２に達し、スプリアス応答の原因となる。境界層１１に侵入したバルク波等は、境界層１１の厚さを適切に設定することでＩＤＴ２２への到達が抑制されスプリアス応答が抑制される。

図３（ｂ）に示すように、通過特性には、メイン応答５４と、メイン応答５４より高い周波数にスプリアス応答５６と、が生じる。スプリアス応答５６は主に界面３４において反射したバルク波等の弾性波５２に起因する。比較例１のように、境界層１１を設けることで、主モードの弾性波は圧電層１４および温度補償膜１３に閉じ込められるため、メイン応答５４が大きくなる。しかし、界面３４において反射されたバルク波によりスプリアス応答５６（高周波スプリアス）が生じる。

図４は、実施例１における弾性波共振器内の弾性波の反射を示す断面図である。実施例１では、温度補償膜１３と境界層１１との間にバルク波の音速が変化する中間層１２が設けられている。これにより、弾性波５０が反射する界面が不明瞭となり、中間層１２内で反射され弾性波５２ａ～５２ｃとなる。これにより、弾性波５２ａ～５２ｃの位相がずれスプリアス応答５６を抑制できる。

［比較例２］
中間層１２として、特許文献１のようにイオン照射等により結晶性を変化させることが考えられる。しかしながら、イオン照射等により結晶性を変化させる方法では、中間層１２内のバルク波の音速が安定しない。例えば中間層１２内のバルク波の音速が温度補償膜１３のバルク波の音速より遅くなることもあり得る。

図５は、実施例１と比較例２の中間層１２内のＺに対するバルク波の音速を示す図である。図５に示すように、比較例２では中間層１２内のバルク波の音速を安定に設定できないため、中間層１２の界面３２付近のバルク波の音速が中間層１２より小さくなることがある。これにより、中間層１２内に弾性波のエネルギーが存在してしまい、損失が大きくなる。このように適切なスプリアスの低減が難しくなる。

実施例１によれば、櫛歯状電極２０は、圧電層１４上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指１８を備え、少なくとも一対である。温度補償膜１３（低音速層）は、圧電層１４に対し櫛歯状電極２０と反対側に設けられている。境界層１１（高音速層）は、温度補償膜１３に対し圧電層１４と反対側に設けられ、バルク波の音速は温度補償膜１３のバルク波の音速より速い。

このような構成において、中間層１２は、温度補償膜１３と境界層１１との間に設けられ、温度補償膜１３の主成分の元素と境界層１１の主成分の元素を主成分とする。境界層１１の主成分の元素のうち温度補償膜１３の主成分の元素を除いた元素を第１元素（例えばＡｌ）とし、温度補償膜１３の主成分の元素のうち境界層１１の主成分の元素を除いた元素を第２元素（例えばＳｉ）としたとき、図２（ｂ）のように、境界層１１から温度補償膜１３にかけて、第１元素と第２元素の合計に対する第１元素の第１原子組成比（例えばＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ））が減少し、第１元素と第２元素の合計に対する第２元素の第２原子組成比（例えばＳｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ））が増加する。

すなわち、中間層１２において、境界層１１から温度補償膜１３にかけて境界層１１の主成分の元素の組成比が減少し、温度補償膜１３の主成分の元素の組成比が増加する。

これにより、中間層１２のバルク波の音速は、境界層１１から温度補償膜１３にかけて遅くなる。よって、図４のようにスプリアス応答を抑制できる。また、中間層１２内のバルク波の音速は境界層１１のバルク波の音速以下かつ温度補償膜１３のバルク波の音速以上となる。よって、図５の比較例２のような中間層１２内のバルク波の音速が温度補償膜１３のバルク波の音速より遅くなることを抑制できる。よって、適切にスプリアスを抑制できる。

第１元素および第２元素は各々複数の元素でもよい。この場合は、第１原子組成比は、複数の第１元素の組成比の合計であり、第２原子組成比は複数の第２元素の組成比の合計である。低音速層の主成分の元素と高音速層の主成分の元素とに共通の元素がなくてもよい。この場合、第１元素は低音速層の主成分の元素であり、第２元素は高音速層の主成分の元素である。

層または膜がある元素を主成分とするとは、層または膜はその機能を発揮する程度に主成分とする元素を含めばよい。層または膜は主成分以外に意図的または意図せず不純物を含んでもよい。層または膜における主成分の元素の濃度の合計は例えば５０原子％以上または８０原子％以上である。

例えば、温度補償膜１３が酸化シリコンを主成分とするとは、温度補償膜１３は温度補償の効果を発揮する程度にシリコンおよび酸素を含めばよく、温度補償膜１３が意図的または意図せず弗素等の不純物を含んでもよい。温度補償膜１３におけるシリコンと酸素の濃度の合計は例えば５０原子％以上または８０原子％以上である。シリコン濃度および酸素濃度は各々１０原子％以上であることが好ましい。

例えば、境界層１１が酸化アルミニウムを主成分とするとは、境界層１１はバルク波の音速が温度補償膜１３のバルク波の音速より速くなる程度にアルミニウムおよび酸素を含めばよく、境界層１１が意図的または意図せず不純物を含んでもよい。境界層１１におけるアルミニウムと酸素の濃度の合計は例えば５０原子％以上または８０原子％以上である。アルミニウム濃度および酸素濃度は各々１０原子％以上であることが好ましい。

中間層１２が温度補償膜１３の主成分の元素と境界層１１の主成分の元素を主成分とするとは、中間層１２が温度補償膜１３の主成分および境界層１１の主成分以外の意図的または意図しない不純物を含んでもよい。例えば、温度補償膜１３が酸化シリコンを主成分とし、境界層１１が酸化アルミニウムを主成分とする場合、中間層１２におけるシリコン濃度、アルミニウム濃度および酸素濃度の合計は例えば５０原子％以上または８０原子％以上である。

中間層１２は、温度補償膜１３および境界層１１に接する。これにより、温度補償膜１３と境界層１１との間におけるバルク波の音速は、温度補償膜１３のバルク波の音速以上かつ境界層１１のバルク波の音速以下となる。よって、スプリアスを適切に抑制できる。

支持基板１０は、境界層１１に対し温度補償膜１３と反対側に設けられ、バルク波の音速が境界層１１のバルク波の音速より速い。これにより、バルク波の音速が速く硬い支持基板１０が境界層１１、中間層１２、温度補償膜１３および圧電層１４を支持できる。

［実施例１の変形例１］
図６（ａ）は、実施例１の変形例１における中間層におけるＺに対するＡｌおよびＳｉの組成比を示す図である。図６（ａ）に示すように、実施例１の変形例１では、中間層１２は複数の層１２_１～１２_７を備えている。各層１２_１の組成比をＡ１_ｘ１Ｓｉ_ｙ１Ｏ_ｚ１とし、各層１２_ｉの組成比をＡ１_ｘｉＳｉ_ｙｉＯ_ｚｉとする。このとき、ｘｉ－１＞ｘｉかつｙｉ－１＜ｙｉである。ｚｉは任意である。実施例１の図２（ｂ）のように、中間層１２において、境界層１１から温度補償膜１３にかけて第１原子組成比（例えばＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ））が徐々に減少し、第２原子組成比（例えばＳｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ））が徐々に増加してもよい。実施例１の変形例１のように、中間層１２において、境界層１１から温度補償膜１３にかけて第１原子組成比（例えばＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ））が階段状に減少し、第２原子組成比（例えばＳｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ））が階段状に増加してもよい。

［実施例１の変形例２］
図６（ｂ）は、実施例１の変形例２における中間層におけるＺに対するＡｌおよびＳｉの組成比を示す図である。図６（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、界面３０および３１において、Ａｌの組成比およびＳｉの組成比が不連続に変化する。界面３０における中間層１２のＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３０）は１より小さく、Ｓｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３０）は０より大きい。界面３２における中間層１２のＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３２）は０より大きく、Ｓｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３２）は１より小さい。このように、界面３０および３２の少なくとも一方において、境界層１１の主成分の元素濃度および温度補償膜１３の主成分の原子濃度は不連続に変化してもよい。

実施例１およびその変形例２において、境界層１１の主成分の元素濃度および温度補償膜１３の主成分の原子濃度は直線的に変化しているが曲線的に変化してもよい。

［実施例１の変形例３］
図７（ａ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波共振器の断面図である。図７（ａ）に示すように、実施例１の変形例３では支持基板１０と境界層１１との間の界面３５は凹凸面である。界面３５の凹凸は規則的でもよいし非規則的でもよい。界面３５の凹凸が規則的な場合、凹凸の高さは例えば０．３λ以上であり、凹凸の周期は例えば０．８λ以上である。界面３５の凹凸が非規則的な場合、界面３５の算術平均粗さＲａは例えば０．０２μｍ以上である。その他の界面は平坦面である。中間層１２において反射されなかったバルク波等の弾性波の一部が界面３５において散乱されるためスプリアス応答をより抑制できる。

［実施例１の変形例４］
図７（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る弾性波共振器の断面図である。図７（ｂ）に示すように、実施例１の変形例４では支持基板１０と境界層１１との間に中間層１２が設けられている。支持基板１０のバルク波の音速は境界層１１のバルク波の音速より速い。中間層１２は、境界層１１の主成分の元素と支持基板１０の主成分の元素を主成分とし、支持基板１０から境界層１１にかけて支持基板１０の主成分の組成比が減少し、境界層１１の主成分の組成比が増加する。例えば、境界層１１が酸化アルミニウム層の場合、支持基板１０は、シリコン基板または炭化シリコン基板である。支持基板１０が炭化シリコン基板の場合、中間層１２は、シリコン、炭素、アルミニウムおよび酸素を主成分とし、界面３６から界面３８にかけて、シリコンおよび炭素の合計の組成比が減少し、アルミニウムおよび酸素の合計の組成比が増加する。

実施例１の変形例４のように、境界層１１が低音速層として機能し、支持基板１０が高音速層として機能してもよい。この場合、低音速層である境界層１１と圧電層１４との間に、バルク波の音速が境界層１１のバルク波の音速より遅い温度補償膜１３を備える。これにより、温度補償膜１３と境界層１１との間の界面３４において反射されなかったバルク波等の弾性波の一部が中間層１２において分散して反射される。よって、スプリアス応答をより抑制される。

中間層１２は、支持基板１０と境界層１１との間、および境界層１１と温度補償膜１３との間の少なくとも一方に設けられていればよい。

［実施例１の変形例５］
図８は、実施例１の変形例５に係る弾性波共振器の断面図である。図８に示すように、圧電層１４と温度補償膜１３との間の接合層１５が設けられている。接合層１５は、圧電層１４と温度補償膜１３とを接合する。圧電層１４と温度補償膜１３とを直接接合させることが難しい場合、接合層１５を設けてもよい。接合層１５は、例えば、酸化アルミニウム膜、シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化シリコン膜または炭化シリコン膜である。接合層１５の厚さは、圧電層１４および温度補償膜１３の機能を損なわない観点から、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましい。接合層１５としての機能を損なわない観点から、接合層１５の厚さＴ５は、１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。メイン応答の弾性波を圧電層１４に閉じ込める観点から、接合層１５を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速より速いことが好ましい。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のおよびその変形例において、境界層１１の厚さＴ１が厚くなると、支持基板１０と境界層１１との界面で反射したバルク波等の弾性波５１（図３（ａ）参照）がＩＤＴ２２に到達しにくくなりスプリアス応答５６が抑制される。この観点から、境界層１１の厚さＴ１は電極指１８の平均ピッチＤの０．６倍（０．３λ）以上が好ましく、２倍（１λ）以上がより好ましい。製造工程を削減する観点から、境界層１１の厚さＴ１は電極指１８の平均ピッチＤの２０倍（１０λ）以下が好ましい。

図３（ａ）の弾性波５０の一部を境界層１１に通過させる観点から、温度補償膜１３の厚さＴ３は、電極指１８の平均ピッチＤの１．５倍（０．７５λ）以下が好ましく、１倍（０．５λ）以下がより好ましい。温度補償膜１３の温度補償機能を発揮させる観点から、厚さＴ３は、電極指１８の平均ピッチＤの０．０５倍（０．１λ）以上が好ましく、０．１倍（０．２λ）以上がより好ましい。電極指１８の平均ピッチＤは、交差領域２５におけるＩＤＴのＸ方向の幅を電極指１８で除することにより算出できる。

メイン応答の弾性波のエネルギーを温度補償膜１３内に存在させる観点から、圧電層１４の厚さＴ４は複数の電極指１８の平均ピッチＤの２倍（１λ）以下が好ましく、１倍（０．５λ）以下がより好ましい。圧電層１４を機能させる観点から、圧電層１４の厚さＴ４は複数の電極指１８の平均ピッチＤの０．０５倍（０．１λ）以上が好ましく、０．１倍（０．２λ）以上がより好ましい。

弾性表面波のエネルギーが圧電層１４の表面から２λまでの範囲にほとんど存在する場合には、メイン応答の弾性波を圧電層１４および温度補償膜１３内に閉じ込め、かつスプリアス応答を抑制する観点から、温度補償膜１３の支持基板１０側の面と圧電層１４の櫛歯状電極２０側の面との距離（Ｔ３＋Ｔ４）は複数の電極指１８の平均ピッチＤの４倍（２λ）以下が好ましく、３倍（１．５λ）以下がより好ましく、２倍（１λ）以下がより好ましい。

スプリアス応答を抑制する観点から、図４の弾性波５２ａ～５２ｃは位相が異なることが好ましい。この観点から、中間層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの０．０２倍（０．０１λ）以上が好ましく、０．２倍（０．１λ）以上がより好ましい。また、厚さＴ２は平均ピッチＤの１０倍（５λ）以下が好ましい。

実施例１の変形例２の図６（ｂ）において、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３０）とＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３２）との差、およびＳｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３０）とＳｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３２）との差が小さいと中間層１２において反射される弾性波５２ａ～５２ｃの位相差が小さく、スプリアス応答５６の抑圧効果が小さくなる。この観点から｜Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３０）－Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３２）｜は０．２以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。｜Ｓｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３２）－Ｓｉ／（Ａｌ＋Ｓｉ）（３０）｜は０．２以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。

温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より速くてもよいが、弾性波が温度補償膜１３内に存在しやすくなるため、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より遅いことが好ましい。これにより、温度補償膜１３としてより機能することができる。温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９９倍以下が好ましい。温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速が遅すぎると、圧電層１４内に弾性波が存在しにくくなる。よって、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速の０．９倍以上が好ましい。

境界層１１を伝搬するバルク波の音速は、温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。また、境界層１１を伝搬するバルク波の音速は圧電層１４を伝搬するバルク波の音速より大きいことが好ましい。境界層１１を伝搬するバルク波の音速が速すぎると、バルク波を含む弾性波５２が境界層１１と温度補償膜１３との界面３４で反射されてしまう。この観点から境界層１１を伝搬するバルク波の音速は温度補償膜１３を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましく、１．５倍以下がより好ましい。

支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速の１．１倍以上が好ましく、１．２倍以上がより好ましい。支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１１を伝搬するバルク波の音速の２．０倍以下が好ましい。

実施例１およびその変形例において、一対の櫛歯状電極２０が主に励振する弾性波がＳＨ（Shear Horizontal）波であるとき、不要波としてバルク波が励振しやすい。圧電層１４が３６°以上かつ４８°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層のとき、ＳＨ波が励振される。よって、このとき、境界層１１を設けることが好ましい。一対の櫛歯状電極２０が主に励振する弾性波は、ＳＨ波に限らず例えばＬａｍｂ波であってもよい。

図９（ａ）は、実施例２に係るフィルタの回路図である。図９（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およびその変形例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９（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９（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 境界層
１２ 中間層
１３ 温度補償膜
１４ 圧電層
１５ 接合層
１６ 金属膜
１８ 電極指
２０ 櫛歯状電極
２２ ＩＤＴ
２６ 弾性波共振器
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ

Claims (11)

1. 圧電層と、
   前記圧電層上に設けられ、弾性波を励振する複数の電極指を備える少なくとも一対の櫛歯状電極と、
   前記圧電層に対し前記少なくとも一対の櫛歯状電極と反対側に設けられた低音速層と、
   前記低音速層に対し前記圧電層と反対側に設けられ、バルク波の音速は前記低音速層のバルク波の音速より速い高音速層と、
   前記低音速層と前記高音速層との間に設けられ、前記低音速層の主成分の元素と前記高音速層の主成分の元素を主成分とし、前記高音速層の主成分の元素のうち前記低音速層の主成分の元素を除いた元素を第１元素とし、前記低音速層の主成分の元素のうち前記高音速層の主成分の元素を除いた元素を第２元素としたとき、前記高音速層から前記低音速層にかけて、前記第１元素と前記第２元素の合計に対する前記第１元素の第１原子組成比が減少し、前記第１元素と前記第２元素の合計に対する前記第２元素の第２原子組成比が増加する中間層と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記中間層は、前記低音速層および前記高音速層に接する請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記低音速層は、前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する請求項２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記圧電層はタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムを主成分とし、
   前記低音速層は酸化シリコンを主成分とし、
   前記高音速層は酸化アルミニウムを主成分とする請求項２に記載の弾性波デバイス。
5. 前記高音速層に対し前記低音速層と反対側に設けられ、バルク波の音速が前記高音速層のバルク波の音速より速い支持基板を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
6. 前記低音速層と前記圧電層との間に、バルク波の音速が前記低音速層のバルク波の音速より遅く、前記圧電層の弾性定数の温度係数の符号と反対の符号の弾性定数の温度係数を有する温度補償膜を備える請求項１または２に記載の弾性波デバイス。
7. 前記中間層において、前記高音速層から前記低音速層にかけて前記第１原子組成比が徐々に減少し、前記第２原子組成比が徐々に増加する請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
8. 前記中間層において、前記高音速層から前記低音速層にかけて前記第１原子組成比が階段状に減少し、前記第２原子組成比が階段状に増加する請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
9. 前記中間層において、前記高音速層から前記低音速層にかけて前記高音速層の主成分の元素の組成比が減少し、前記低音速層の主成分の元素の組成比が増加する請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを備えるフィルタ。
11. 請求項１０に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。

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