JP2022172569A - 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】特性の劣化を抑制する弾性波デバイス、フィルタ及びマルチプレクサを提供する。
【解決手段】弾性波デバイスは、圧電層１４と、支持基板１０と、絶縁層１５と、第１櫛型電極と、第２櫛型電極とを備える。圧電層１４は、第１領域５０ａにおける第１表面４０ａに対し第２領域５０ｂにおける第２表面４０ｂは傾斜し、第１領域５０ａと第２領域５０ｂにおいて略均一な厚さを有する。支持基板１０は、圧電層１４に対し第１表面および第２表面と反対側に設けられ、第１領域５０ａにおける圧電層側の面に対し第２領域５０ｂにおける圧電層側の面は傾斜しない。絶縁層１５は、圧電層１４と支持基板１０との間に設けられ、第１領域５０ａにおける支持基板側の面は第２領域５０ｂにおける支持基板側の面に対し傾斜しない。第１櫛型電極は、圧電層１４の第１表面上に設けられている。第２櫛型電極は、圧電層１４の第２表面上に設けられている。
【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層を支持基板に接合した場合に圧電層の厚さを弾性波の波長以下とすることが知られている。（例えば特許文献１）。圧電層と支持基板との間に設けられた温度補償膜の厚さと圧電層の厚さの合計を弾性波の波長の２倍以下とすることが知られている（例えば特許文献２）。圧電基板の平坦部と傾斜部とに各々一対の櫛型電極を設けることが知られている（例えば特許文献３）。

特開２０１７－３４３６３号公報 特開２０１９－２０１３４５号公報 特開２０１０－１０３６２１号公報

特許文献３は、平坦部の一対の櫛型電極と傾斜部の一対の櫛型電極をそれぞれ好適な特性とすることができる。しかしながら、傾斜部における圧電層の厚さが均一でなくなるため、特性が劣化してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、特性の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、第１領域における第１表面に対し第２領域における第２表面が傾斜し、前記第１領域と前記第２領域において略均一な厚さを有する圧電層と、前記圧電層に対し前記第１表面および前記第２表面と反対側に設けられ、前記第１領域における前記圧電層側の面に対し前記第２領域における前記圧電層側の面は傾斜しない支持基板と、前記圧電層と前記支持基板との間に設けられた絶縁層と、前記第１表面上に設けられた一対の第１櫛型電極と、前記第２表面上に設けられた一対の第２櫛型電極と、を備える弾性波デバイスである。

上記構成において、前記圧電層は、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カットニオブ酸リチウム基板である構成とすることができる。

上記構成において、前記第１領域における前記圧電層のオイラー角は（０°、θ１、０°）であり、前記第２領域における前記圧電層のオイラー角は（０°、θ２、０°）であり、θ１とθ２とが異なる構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁層は、前記支持基板上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられ、前記第１領域および前記第２領域において略均一な厚さを有する第２絶縁層と、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記第２絶縁層は酸化シリコンを主成分とし、前記第１絶縁層を伝搬するバルク波の音速は前記第２絶縁層を伝搬するバルク波の音速より速い構成とすることができる。

上記構成において、前記圧電層と前記第２絶縁層の厚さの合計は、前記第１櫛型電極の電極指の平均ピッチの４倍以下かつ前記第２櫛型電極の電極指の平均ピッチの４倍以下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。

上記構成において、入力端子と、出力端子と、前記入力端子と前記出力端子との間に直列接続され、前記第１領域に設けられた直列共振器と、前記入力端子と前記出力端子との間の経路に一端が接続され、他端が接地され、前記第２領域に設けられた並列共振器と、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記第１領域における圧電層は、２５°以上かつ５５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であり、前記第２領域における圧電層は、－１５°以上かつ１５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層である構成とすることができる。

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、特性の劣化を抑制することができる。

図１は、実施例１における弾性波デバイスの平面図である。 図２（ａ）から図２（ｃ）は、それぞれ図１のＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図およびＣ－Ｃ断面図である。 図３（ａ）から図３（ｅ）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（その１）である。 図４（ａ）から図４（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（その２）である。 図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの別の製造方法を示す断面図である。 図６は、実施例１の変形例１における弾性波デバイスの平面図である。 図７（ａ）から図７（ｃ）は、それぞれ図６のＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図およびＣ－Ｃ断面図である。 図８（ａ）は、シミュレーションにおけるカット角θに対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａにおけるＴＣＶを示す図、図８（ｂ）は、カット角θに対する共振周波数ｆｒ、反共振周波数ｆａおよび電気機械結合係数ｋ^２を示す図である。 図９（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図、図９（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例２に係るフィルタのそれぞれ回路図および平面図である。 図１１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では弾性波共振器を有する弾性波デバイスを例に説明する。図１は、実施例１における弾性波デバイスの平面図である。図２（ａ）から図２（ｃ）は、それぞれ図１のＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図およびＣ－Ｃ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から図２（ｃ）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との間に絶縁層１５が設けられている。絶縁層１５は、支持基板１０と圧電層１４の間に設けられた温度補償膜１３と、温度補償膜１３と支持基板１０との間に設けられた境界層１２と、を備える。平面視において領域５０ａと５０ｂとが設けられている。領域５０ａおよび５０ｂにおける圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂは支持基板１０の上面４３に対し傾斜する。また、領域５０ａにおける圧電層１４の上面４０ａに対し領域５０ｂにおける圧電層１４の上面４０ｂは傾斜する。領域５０ａにおける圧電層１４の上面４０ａは＋Ｙ方向に行くにしたがい支持基板１０の上面４３から離れ、領域５０ｂにおける圧電層１４の上面４０ｂは－Ｙ方向に行くにしたがい支持基板１０の上面４３から離れる。領域５０ａおよび５０ｂにおける圧電層１４の厚さＴ４は略均一である。領域５０ａおける圧電層１４の下面４１ａと領域５０ｂにおける圧電層１４の下面４１ｂとは上面４０ａと４０ｂに対応して傾斜している。

領域５０ａおよび５０ｂにおける温度補償膜１３の厚さＴ３は略均一である。領域５０ａおける温度補償膜１３の下面４２ａに対し領域５０ｂにおける温度補償膜の下面４２ｂは傾斜する。領域５０ａにおける境界層１２の下面に対し領域５０ｂにおける境界層１２の下面は傾斜せず略平坦である。これにより、境界層１２の厚さＴ２は、温度補償膜１３の下面４２ａおよび４２ｂの傾斜に対応するように変化する。領域５０ａおよび５０ｂにおける支持基板１０の厚さＴ０は略均一である。

領域５０ａおよび５０ｂにおける圧電層１４上にそれぞれ弾性波共振器２６ａおよび２６ｂが設けられている。弾性波共振器２６ａおよび２６ｂ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、対向する一対の櫛型電極２０を備える。櫛型電極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。Ｘ方向からみて一対の櫛型電極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。一対の櫛型電極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。一対の櫛型電極２０のうち一方の櫛型電極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、一方の櫛型電極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、アルミナ基板、シリコン基板、スピネル基板、水晶基板、石英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、アルミナ基板は多結晶または非晶質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、スピルネ基板は多結晶または非晶質ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ_２基板であり、石英基板は多結晶または非晶質ＳｉＯ_２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１２を伝搬するバルク波の音速より速くなる。支持基板１０を伝搬するバルク波の音速は境界層１２を伝搬するバルク波の音速より遅くてもよい。

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、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を主成分とする絶縁膜であり、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、例えば多結晶相または非晶質層である。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１２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１２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１２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、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜またシリコン膜である。境界層１２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。

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。

［実施例１の製造方法］
図３（ａ）から図４（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３（ａ）に示すように、圧電基板１４ａの上面にフォトレジスト等のマスク層を形成し、例えば化学エッチングまたはイオンミリングを行うことで、圧電基板１４ａの上面に傾斜の異なる上面４０ａおよび４０ｂがそれぞれ領域５０ａおよび５０ｂに形成される。化学エッチングまたはイオンミリングの条件を最適化することで、圧電基板１４ａの上面４０ａおよび４０ｂは特定の結晶面となる。

図３（ｂ）に示すように、圧電基板１４ａの下面にフォトレジスト等のマスク層を形成し、例えば化学エッチングまたはイオンミリングを行うことで、圧電基板１４ａの下面に傾斜の異なる下面４１ａおよび４１ｂが形成される。このとき、上面４０ａの傾斜と下面４１ａの傾斜とが対応し、上面４０ｂの傾斜と下面４１ｂの傾斜が対応し、圧電基板１４ａの厚さは領域５０ａおよび５０ｂにおいて製造誤差を許容する範囲で略均一となるようにする。

図３（ｃ）に示すように、圧電基板１４ａの下面に温度補償膜１３を形成する。温度補償膜１３の形成には、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いる。領域５０ａおよび５０ｂにおける温度補償膜の厚さは製造誤差を許容する範囲で略均一であり、温度補償膜１３の下面４２ａおよび４２ｂの傾斜はそれぞれ圧電基板１４ａの下面４１ａおよび４１ｂの傾斜に対応する。

図３（ｄ）に示すように、」温度補償膜１３の下面に境界層１２を形成する。境界層１２の形成には、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法またはスパッタリング法を用いる。境界層１２の下面４３ａおよび４３ｂの傾斜はそれぞれ温度補償膜１３の下面４２ａおよび４２ｂの傾斜と対応する。

図３（ｅ）に示すように、境界層１２の下面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用い研磨する。これにより、境界層１２の下面は製造誤差を許容する範囲で略平坦になる。温度補償膜１３と境界層１２により絶縁層１５が形成される。

図４（ａ）に示すように、境界層１２の下面に支持基板１０を接合する。接合には例えば表面活性化法を用いる。境界層１２と支持基板１０との間には境界層１２と支持基板１０を接合するための接合層が設けられていてもよい。支持基板１０の上面および下面は製造誤差を許容する範囲で略平坦であり、支持基板１０の厚さは製造誤差を許容する範囲で略均一である。

図４（ｂ）に示すように、圧電基板１４ａの上面を研磨することで圧電基板１４ａを薄膜化し圧電層１４を形成する。圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂの傾斜はそれぞれ圧電層１４の下面４１ａおよび４１ｂの傾斜にそれぞれ対応する、領域５０ａおよび５０ｂにおける圧電層１４の厚さは製造誤差を許容する範囲で略均一となる。圧電基板１４ａの上面４０ａおよび４０ｂの研磨には例えばＣＭＰ法を用いる。ＣＭＰの条件を適宜設定することで、圧電基板１４ａの上面４０ａおよび４０ｂの傾斜を保持した状態で圧電基板１４ａを薄膜化できる。

図４（ｃ）に示すように、圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂにそれぞれ弾性波共振器２６ａおよび２６ｂを形成する。弾性波共振器２６ａおよび２６ｂは、金属膜１６を真空蒸着法およびリフトオフ法を用いパターニングすることにより形成する。弾性波共振器２６ａおよび２６ｂは、スパッタリング法およびエッチング法を用い形成してもよい。パターニング用のマスク層の形成には、フォトリソグラフィ法を用いてもよいが、フォーカスが合わせにくい場合には電子線露光技術を用いてもよい。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。

［実施例１の別の製造方法］
図５（ａ）から図５（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの別の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、図３（ａ）の工程において、圧電基板１４ａの下面（図５（ａ）では上面）にたがいに傾斜する下面４１ａおよび４１ｂを形成する。下面４１ａおよび４１ｂの形成方法は図３（ａ）における上面４０ａおよび４０ｂの形成方法と同じである。圧電基板１４ａの下面（図５（ａ）では上面）に温度補償膜１３を形成する。温度補償膜１３の形成方法は図３（ｃ）と同じである。図５（ｂ）に示すように、温度補償膜１３の下面に境界層１２を形成する。境界層１２の形成方法は図３（ｄ）と同じである。

図５（ｃ）に示すように、境界層１２の下面を例えばＣＭＰ法を用い研磨することで、境界層１２の下面を製造誤差を許容する範囲で略平坦面する。境界層１２の下面の研磨方法は図３（ｅ）と同じである。境界層１２の下面に支持基板１０を接合する。接合方法は図４（ａ）と同じである。図５（ｄ）に示すように、圧電基板１４ａの上面を研磨することで圧電基板１４ａを薄膜化し圧電層１４を形成する。圧電基板１４ａの薄膜化の方法は図４（ｂ）と同じである。その後、図４（ｃ）と同じように、圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂ上に弾性波共振器２６ａおよび２６ｂを形成する。

［実施例１の変形例１］
図６は、実施例１の変形例１における弾性波デバイスの平面図である。図７（ａ）から図７（ｃ）は、それぞれ図６のＡ－Ａ断面図、Ｂ－Ｂ断面図およびＣ－Ｃ断面図である。図６から図７（ｃ）に示すように、領域５０ａにおける圧電層１４の上面４０ａは支持基板１０の上面４３に対し傾斜している。領域５０ｂにおける圧電層１４の上面４０ｂは支持基板１０の上面４３に対し傾斜していない。すなわち、領域５０ｂにおける圧電層１４の上面４０ｂと支持基板１０の上面３０とは略平行である。領域５０ｂにおける境界層１２の厚さＴ２は略均一である。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

［シミュレーション］
圧電層１４としてタンタル酸リチウム基板を用い、回転Ｙカット角が変化したときの弾性波共振器の特性をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
弾性波の波長λ：５．０μｍ
圧電層１４：厚さＴ４が０．４λの回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
温度補償膜１３：厚さＴ３が０．４λの酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜
境界層１２：設けていない
支持基板１０：サファイア基板
金属膜１６：厚さが０．１λのアルミニウム膜

図８（ａ）は、シミュレーションにおけるカット角θに対する共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａにおけるＴＣＶ（Temperature Coefficient of Velocity）を示す図、図８（ｂ）は、カット角θに対する共振周波数ｆｒ、反共振周波数ｆａおよび電気機械結合係数ｋ^２を示す図である。ＴＣＶは、弾性波の速度の温度係数であり、共振周波数ｆｒおよび反共振周波数ｆａのＴＣＦ（Temperature Coefficient of Frequency）に相当する。

図８（ａ）に示すように、θが０°～７０°および１３０°～１８０°ではｆｒのＴＣＶがｆａのＴＣＶより大きい。θが７０°～１３０°ではｆｒとｆａのＴＣＶはほぼ同じである。図８（ｂ）に示すように、θが１２０°～１３０°の範囲を除き反共振周波数ｆａは共振周波数ｆｒより高い。θが４０°付近でｆａおよびｆｒは最も高く、θが１３０°付近でｆａおよびｆｒは最も低い。電気機械結合係数ｋ^２はθが２０°において最も大きくθが１２０°において最も低い。

以上のシミュレーションのように、領域５０ａ（第１領域）における圧電層１４の上面４０ａ（第１表面）に対し領域５０ｂ（第２領域）における圧電層１４の上面４０ｂ（第２表面）は傾斜する。これにより、領域５０ａにおける上面４０ａ上に設けられた一対の櫛型電極２０（第１櫛型電極）を有する弾性波共振器２６ａの特性と、領域５０ｂにおける上面４０ｂ上に設けられた一対の櫛型電極２０（第２櫛型電極）を有する弾性波共振器２６ｂの特性を異ならせることができる。

［比較例１］
圧電層１４の厚さＴ４を変え、圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂ（表面）を異なる傾斜とする比較例１について説明する。図９（ａ）は、比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ａ）に示すように、比較例１では、領域５０ａおよび５０ｂにおいて境界層１２の厚さＴ２は略均一であり、温度補償膜１３の厚さＴ３は略均一である。圧電層１４の厚さＴ４は上面４０ａおよび４０ｂの傾斜に対応し変化する。圧電層１４の厚さＴ４が弾性波共振器２６ａ内および２６ｂ内において異なると特性が劣化してしまう。例えば特許文献１のように、圧電層１４が厚くなると損失が増大しスプリアスが大きくなる。

実施例１によれば、領域５０ａおよび５０ｂにおいて、圧電層１４は、領域５０ａと５０ｂにおいて略均一な厚さを有する。領域５０ａにおける支持基板１０の上面（圧電層１４側の面）に対し領域５０ｂにおける支持基板１０の上面は傾斜しない。これにより、圧電層１４の厚さが均一なため弾性波共振器２６ａおよび２６ｂの特性劣化を抑制できる。

略均一な厚さとは製造誤差を許容する程度に均一を意味し、例えば±１０％程度の厚さのばらつきを許容する。すなわち、厚さの最大値をＴｍａｘ、厚さの最小値をＴｍｉｎおよび厚さの平均値をＴａｖｅとすると、２（Ｔｍａｘ－Ｔｍｉｎ）／（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）≦０．１を許容する。２（Ｔｍａｘ－Ｔｍｉｎ）／（Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ）≦０．０５が好ましい。第１面に対し第２面が傾斜しないとは、製造誤差程度に傾斜しないことを意味し、第１面に対する第２面の角度は例えば５°以下であり、１°以下である。また、第１面および第２面が凹凸面または粗面のときは、第１面および第２面を各々近似した平面が互いに傾斜していなければよい。

圧電層１４の上面４０ａに対する上面４０ｂの傾斜する角度は、弾性波共振器２６ａと２６ｂの特性を異ならせる観点から、５°以上が好ましく、１０°以上が好ましい。弾性波共振器２６ａと２６ｂを製造する観点から、上面４０ａに対する上面４０ｂの傾斜角は６０°以下が好ましい。

圧電層１４は、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カットニオブ酸リチウム基板である。この場合、領域５０ａにおける圧電層１４のオイラー角は（０°、θ１、０°）であり、領域５０ｂにおける圧電層１４のオイラー角は（０°、θ２、０°）であり、θ１とθ２とが異なる。これにより、領域５０ａと５０ｂの回転カット角が異なるため、弾性波共振器２６ａと２６ｂの特性を異ならせることができる。

［実施例１の変形例２］
図９（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図９（ｂ）に示すように、実施例１の変形例２では、領域５０ａおよび５０ｂにおいて、圧電層１４の厚さＴ４は略均一であり、境界層１２の厚さは略均一である。温度補償膜１３の厚さＴ３は圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂの傾斜に対応し変化する。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２のように、温度補償膜１３の厚さＴ３を変えてもよい。

しかし、絶縁層１５が、支持基板１０上に設けられた境界層１２（第１絶縁層）と、境界層１２上に設けられた温度補償膜１３（第２絶縁層）と、を備える場合、領域５０ａ内および５０ｂ内において圧電層１４に近い温度補償膜１３の厚さＴ３が変化すると、弾性波共振器２６ａおよび２６ｂの特性が劣化する。よって、実施例１のように、領域５０ａおよび５０ｂにおいて、温度補償膜１３は略均一な厚さを有することが好ましい。

温度補償膜１３は、酸化シリコンを主成分とし、境界層１２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、主モードの弾性波（弾性表面波、例えばＳＨ（Shear Horizontal）波）は主に温度補償膜１３と境界層１２の間の界面において反射され、圧電層１４と温度補償膜１３に閉じ込められる。よって、弾性波共振器２６ａおよび２６ｂの周波数温度特性を小さくし、かつ主モードの弾性波を圧電層１４と温度補償膜１３に閉じ込めることができ、損失を抑制できる。図２（ａ）、図２（ｂ）、図７（ａ）および図７（ｂ）のように、主モードの弾性波より速いバルク波等の弾性波４６は、境界層１２と支持基板１０との界面で反射しＩＤＴ２２に戻る。これにより、スプリアスとなる。図２（ｃ）のように、圧電層１４の上面４０ａおよび４０ｂが支持基板１０の上面に対し傾斜していると、弾性波４６は、反射を繰り返すことで、弾性波共振器２６ａおよび２６ｂの外に出てしまう。これによりスプリアスを抑制できる。図７（ｃ）のように、実施例１の変形例１では、弾性波共振器２６ａでは、弾性波４６は、反射を繰り返すことで、弾性波共振器２６ａの外に出てしまい、スプリアスを抑制できる。

圧電層１４と温度補償膜１３の厚さの合計Ｔ４＋Ｔ３は、弾性波共振器２６ａおよび２６ｂの櫛型電極２０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。これにより、特許文献２のように周波数温度特性を小さくしかつ損失を抑制できる。圧電層１４と温度補償膜１３の厚さＴ４およびＴ３が薄いため、弾性波共振器２６ａおよび２６ｂ内において圧電層１４および温度補償膜１３の厚さＴ４およびＴ３が変化すると、温度特性および共振特性が劣化してしまう。よって、領域５０ａおよび５０ｂにおいて、圧電層１４の厚さＴ４を略均一とし、温度補償膜１３の厚さＴ３を略均一とすることが好ましい。なお、電極指１８の平均ピッチＤは、ＩＤＴ２２のＸ方向の幅を電極指１８の本数で除することで算出できる。

ここで、ある層がある成分を主成分とする、ある層はある成分以外に意図的または意図せず添加された不純物を含むことを許容し、ある層におけるある成分の原子濃度は例えば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がフッ素等の不純物を含むことを許容し、温度補償膜１３内の酸素濃度とシリコン濃度との合計は５０原子％以上または８０原子％以上であり、酸素濃度およびシリコン濃度は各々１０原子％以上または２０原子％以上である。また、境界層１２が酸化アルミニウムを主成分とするとは、境界層１２が不純物を含むことを許容し、境界層１２内の酸素濃度とアルミニウム濃度との合計は５０原子％以上または８０原子％以上であり、酸素濃度およびアルミニウム濃度は各々１０原子％以上または２０原子％以上である。

境界層１２が薄くなると主モードの弾性波が圧電層１４および温度補償膜１３に閉じ込められにくくなり、メイン応答が劣化する。この観点から、境界層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの２．２倍（１．１λ）以上が好ましく、３．０倍（１．５λ）以上がより好ましい。境界層１２を厚くすると、製造工程が増大および製造プロセスの難易度が上昇する。この観点から、境界層１２の厚さＴ２は電極指１８の平均ピッチＤの１０倍（５λ）以下が好ましく、８倍（４λ）以下がより好ましい。

バルク波を含む弾性波４６を境界層１２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。

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。

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１２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１２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１２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４６が境界層１２と温度補償膜１３との界面で反射されてしまう。この観点から境界層１２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。

絶縁層１５は、酸化シリコン層、窒化シリコン層または酸化アルミニウム層のように均一な材料からなる１層でもよい。

実施例２は、実施例１およびその変形例をフィルタに用いる例である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、実施例２に係るフィルタのそれぞれ回路図および平面図である。図１０（ａ）に示すように、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、直列共振器Ｓ１～Ｓ３が直列接続されている。入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、並列共振器Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。並列共振器Ｐ１およびＰ２の一端は入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間の経路に接続され、他端はグランド端子Ｇｎｄに接続され接地されている。

図１０（ｂ）に示すように、支持基板１０および圧電層１４上に弾性波共振器２６ａ、２６ｂ、配線４４が設けられている。弾性波共振器２６ａおよび２６ｂは各々ＩＤＴ２２と反射器２４を有している。配線４４は弾性波共振器２６ａおよび２６ｂを電気的に接続する。配線４４は、金層、銅層またはアルミニウム層を含む金属層である。複数の弾性波共振器２６ａは、直列共振器Ｓ１～Ｓ３を含み、弾性波共振器２６ｂは並列共振器Ｐ１およびＰ２を含む。配線４４の一部は、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄを含む。

実施例２によれば、直列共振器Ｓ１～Ｓ３は領域５０ａに設けられ、並列共振器Ｐ１およびＰ２は領域５０ｂに設けられている。これにより、図８（ａ）および図８（ｂ）のように、直列共振器Ｓ１～Ｓ３と並列共振器Ｐ１およびＰ２とで、周波数温度係数を異ならせることができる。また、電極指１８のピッチＤが同じであっても、共振周波数ｆｒを異ならせることができ、かつ反共振周波数ｆａを異ならせることができる。

圧電層１４を回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板とし、領域５０ａのカット角θを４０°とし、領域５０ｂのカット角θを０°とする。これにより、図８（ｂ）のように、直列共振器Ｓ１～Ｓ３と並列共振器Ｐ１およびＰ２との電気機械結合係数ｋ^２をほぼ同じにできる。図８（ａ）のように、カット角θが４０°のとき、反共振周波数ｆａのＴＣＶは－３４ｐｐｍ／Ｋであり、共振周波数ｆｒのＴＣＶは－１８ｐｐｍ／Ｋであり、差は１６ｐｐｍ／Ｋである。直列共振器Ｓ１～Ｓ３の反共振周波数ｆａは通過帯域の高周波数端を形成し、並列共振器Ｐ１およびＰ２の低周波端を形成する。よって、ｆａとｆｒのＴＣＶの差が大きいと通過帯域幅の温度係数が大きくなってしまう。領域５０ａのカット角θを４０°とし、領域５０ｂのカット角θを０°とすると、直列共振器Ｓ１～Ｓ３の反共振周波数ｆａのＴＣＶは－３４ｐｐｍ／Ｋであり、並列共振器Ｐ１およびＰ２の共振周波数ｆｒのＴＣＶは－２４ｐｐｍ／Ｋであり、差は９ｐｐｍ／Ｋである。よって、通過帯域幅の温度係数を小さくできる。

また、図８（ｂ）のように、カット角θが４０°のとき、反共振周波数ｆａは約７９０ＭＨｚであり、共振周波数ｆｒは約７５５ＭＨｚであり、差は約３５ＭＨｚである。領域５０ａのカット角θを４０°とし、領域５０ｂのカット角θを０°とすると、直列共振器Ｓ１～Ｓ３の反共振周波数ｆａは約７９０ＭＨｚであり、並列共振器Ｐ１およびＰ２の共振周波数ｆｒは訳７１２ＭＨｚであり、差は７８ＭＨｚである。よって、直列共振器Ｓ１～Ｓ３の電極指１８のピッチＤと並列共振器Ｐ１およびＰ２のピッチＤとをほぼ同じとしても通過帯域幅を確保できる。

領域５０ａにおける圧電層１４は、２５°以上かつ５５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であることが好ましく、３０°以上かつ５０°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であることがより好ましく、３５°以上かつ４５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であることがさらに好ましい。領域５０ｂにおける圧電層１４は、－１５°以上かつ１５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であることが好ましく、－１０°以上かつ１０°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であることがより好ましく、－５°以上かつ５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であることがさらに好ましい。

直列共振器Ｓ１～Ｓ３および並列共振器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てもよい。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１１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１１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６０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６２が接続されている。送信フィルタ６０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６２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６０および受信フィルタ６２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
１２ 境界層
１３ 温度補償膜
１４ 圧電層
１５ 絶縁層
１６ 金属膜
１８ 電極指
２０ 櫛型電極
２２ ＩＤＴ
２５ 交差領域
２６ａ、２６ｂ 弾性波共振器
４０ａ、４０ｂ 圧電層の上面
５０ａ、５０ｂ 領域
６０ 送信フィルタ
６２ 受信フィルタ

Claims (10)

1. 第１領域における第１表面に対し第２領域における第２表面が傾斜し、前記第１領域と前記第２領域において略均一な厚さを有する圧電層と、
   前記圧電層に対し前記第１表面および前記第２表面と反対側に設けられ、前記第１領域における前記圧電層側の面に対し前記第２領域における前記圧電層側の面は傾斜しない支持基板と、
   前記圧電層と前記支持基板との間に設けられた絶縁層と、
   前記第１表面上に設けられた一対の第１櫛型電極と、
   前記第２表面上に設けられた一対の第２櫛型電極と、
   を備える弾性波デバイス。
2. 前記圧電層は、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カットニオブ酸リチウム基板である請求項１に記載の弾性波デバイス。
3. 前記第１領域における前記圧電層のオイラー角は（０°、θ１、０°）であり、前記第２領域における前記圧電層のオイラー角は（０°、θ２、０°）であり、θ１とθ２とが異なる請求項２に記載の弾性波デバイス。
4. 前記絶縁層は、前記支持基板上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられ、前記第１領域および前記第２領域において略均一な厚さを有する第２絶縁層と、を備える請求項１から３のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
5. 前記第２絶縁層は酸化シリコンを主成分とし、
   前記第１絶縁層を伝搬するバルク波の音速は前記第２絶縁層を伝搬するバルク波の音速より速い請求項４に記載の弾性波デバイス。
6. 前記圧電層と前記第２絶縁層の厚さの合計は、前記第１櫛型電極の電極指の平均ピッチの４倍以下かつ前記第２櫛型電極の電極指の平均ピッチの４倍以下である請求項４に記載の弾性波デバイス。
7. 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を含むフィルタ。
8. 入力端子と、
   出力端子と、
   前記入力端子と前記出力端子との間に直列接続され、前記第１領域に設けられた直列共振器と、
   前記入力端子と前記出力端子との間の経路に一端が接続され、他端が接地され、前記第２領域に設けられた並列共振器と、
   を備える請求項７に記載のフィルタ。
9. 前記第１領域における圧電層は、２５°以上かつ５５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層であり、
   前記第２領域における圧電層は、－１５°以上かつ１５°以下回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム層である請求項８記載のフィルタ。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載のフィルタを備えるマルチプレクサ。
    

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