JP2023029043A - 積層体、共振子、フィルタ、剥離積層体および共振子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】結晶性の高い積層体、これを利用した共振子やフィルタおよびこの共振子の製造方法を提供する。【解決手段】基板２１０と、基板２１０の上に配され、金属元素を含む単結晶からなる電極層２３０と、基板２１０と電極層２３０との間に形成され、電極層２３０の結晶配向性を向上させるバッファ層２２０と、電極層２３０の上に形成され、圧電体からなる圧電層２４０と、を備え、バッファ層２２０および圧電層２４０は、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮの何れか一方の組成を主成分とする単結晶からなる積層体。【選択図】図２
Description
本発明は、積層体、共振子、フィルタ、剥離積層体、共振子の製造方法に関する。
例えば、携帯電話やスマートフォンで通信をする場合、フィルタを用いて、アンテナで受信した電波の中から、必要な周波数の電波を取り出すことが必要となる。このようなフィルタとして、共振子を利用したフィルタが存在する。この共振子は、例えば、電極の上に圧電体からなる圧電層が積層する構造をなす。
公報記載の従来技術として、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜を備えており、窒化アルミニウム薄膜におけるスカンジウムの含有率は、スカンジウムの原子数とアルミニウムの原子数との総量を１００原子％としたとき、０．５～５０原子％である圧電体薄膜が存在する（特許文献１参照）。
また、公報記載の従来技術として、少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下において、アルミニウムとスカンジウムとでスパッタリングするスパッタリング工程を含むスカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜の製造方法が存在する。この製造方法におけるスパッタリング工程では、基板温度を５～４５０℃の範囲で、スカンジウムの含有率が０．５～５０原子％の範囲となるようにスパッタリングする（特許文献２参照）。
さらに、公報記載の従来技術として、スパッタリングにより得られ、かつスカンジウムアルミニウム窒化物からなる圧電体薄膜が存在する。その炭素原子の含有率は２．５ａｔ％以下である。圧電体薄膜の製造にあたっては、少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下で、炭素原子の含有率が５ａｔ％以下のスカンジウムアルミニウム合金ターゲット材からスカンジウムとアルミニウムとを基板上に同時にスパッタリングする（特許文献３参照）。
また、公報記載の従来技術として、少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下において、アルミニウムとスカンジウムとでスパッタリングするスパッタリング工程を含むスカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜の製造方法が存在する。この製造方法におけるスパッタリング工程では、基板温度を５～４５０℃の範囲で、スカンジウムの含有率が０．５～５０原子％の範囲となるようにスパッタリングする（特許文献２参照）。
さらに、公報記載の従来技術として、スパッタリングにより得られ、かつスカンジウムアルミニウム窒化物からなる圧電体薄膜が存在する。その炭素原子の含有率は２．５ａｔ％以下である。圧電体薄膜の製造にあたっては、少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下で、炭素原子の含有率が５ａｔ％以下のスカンジウムアルミニウム合金ターゲット材からスカンジウムとアルミニウムとを基板上に同時にスパッタリングする（特許文献３参照）。
昨今は、通信の大容量化による混雑が顕著になり、マルチバンド化とともに、高周波数化による高速化および広帯域化による大容量化が進められている。
この場合、積層体には、隣接バンドとの混線を防ぐとともに低損失性を図るために、高いＱ値が求められる。また、積層体には、電波の周波数規格を満たすための広い帯域幅に対応することが求められる。そして、Ｑ値および帯域の双方について要求される特性を実現するには、積層体の結晶性をよくすることが求められる。
本発明は、結晶性の高い積層体、これを利用した共振子若しくはフィルタおよびこの共振子の製造方法を提供することを目的とする。
この場合、積層体には、隣接バンドとの混線を防ぐとともに低損失性を図るために、高いＱ値が求められる。また、積層体には、電波の周波数規格を満たすための広い帯域幅に対応することが求められる。そして、Ｑ値および帯域の双方について要求される特性を実現するには、積層体の結晶性をよくすることが求められる。
本発明は、結晶性の高い積層体、これを利用した共振子若しくはフィルタおよびこの共振子の製造方法を提供することを目的とする。
かくして本発明によれば、基板と、基板の上に配され、金属元素を含む単結晶からなる電極層と、基板と電極層との間に形成され、電極層の結晶配向性を向上させるバッファ層と、電極層の上に形成され、圧電体からなる圧電層と、を備え、バッファ層および圧電層は、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮの何れか一方の組成を主成分とする単結晶からなる積層体が提供される。
また、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮは、（１１－２０）面のＸ線回折で６０°周期のピークが観察されるようにすることができる。
さらに、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮは、電子線回折パターンとして１つの晶帯軸が観察されるようにすることができる。
また、バッファ層および圧電層は、双方と同じ組成であるようにすることができる。
さらに、電極層は、電極層の結晶系が立方晶であるときは、ＳｃＡｌＮまたはＡｌＮとの格子不整合度が－２５％以上２％以下の範囲となるようにすることができる。
またさらに、電極層は、六方晶であるようにすることができる。
そして、圧電層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下であるようにすることができる。
また、電極層は、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０≦ｘ≦０．３のときは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなり、０．３＜ｘ≦０．５のときは、Ｃｏ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなるようにすることができる。
さらに、ＳｃＡｌＮは、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに、０＜ｘ≦０．５であるようにすることができる。
またさらに、基板は、サファイア、Ｓｉ、石英、ＳｒＴｉＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３およびＳｉＣの中から選ばれる何れかの組成を有するようにすることができる。
またさらに、電極層は、厚さが、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるようにすることができる。
そして、バッファ層は、厚さが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるようにすることができる。
さらに、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮは、電子線回折パターンとして１つの晶帯軸が観察されるようにすることができる。
また、バッファ層および圧電層は、双方と同じ組成であるようにすることができる。
さらに、電極層は、電極層の結晶系が立方晶であるときは、ＳｃＡｌＮまたはＡｌＮとの格子不整合度が－２５％以上２％以下の範囲となるようにすることができる。
またさらに、電極層は、六方晶であるようにすることができる。
そして、圧電層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下であるようにすることができる。
また、電極層は、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０≦ｘ≦０．３のときは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなり、０．３＜ｘ≦０．５のときは、Ｃｏ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなるようにすることができる。
さらに、ＳｃＡｌＮは、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに、０＜ｘ≦０．５であるようにすることができる。
またさらに、基板は、サファイア、Ｓｉ、石英、ＳｒＴｉＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３およびＳｉＣの中から選ばれる何れかの組成を有するようにすることができる。
またさらに、電極層は、厚さが、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるようにすることができる。
そして、バッファ層は、厚さが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるようにすることができる。
また、本発明によれば、上記積層体のうち、基板とは別の第２の基板、電極層とは別の第２の電極層、圧電層および電極層がこの順で積層した共振子を提供することができる。
さらに、本発明によれば、上記共振子を有し、共振子に備えられる圧電層により必要な周波数の電波を取り出すフィルタを提供することができる。
そして、本発明によれば、上記積層体から、圧電層および電極層を、剥離した剥離積層体を提供することができる。
さらに、本発明によれば、上記共振子を有し、共振子に備えられる圧電層により必要な周波数の電波を取り出すフィルタを提供することができる。
そして、本発明によれば、上記積層体から、圧電層および電極層を、剥離した剥離積層体を提供することができる。
さらに、本発明によれば、基板と、基板の上に配され金属元素を含む単結晶からなる電極層と、基板と電極層との間に形成され電極層の結晶配向性を向上させるバッファ層と、電極層の上に形成され、圧電体からなる圧電層と、を備え、バッファ層および圧電層は、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮの何れか一方の組成を主成分とする単結晶からなる積層体を形成する積層体形成工程と、積層体上に、金属を含む第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、基板とは別の第２の基板の表面に、金属を含む第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、第２の基板の第２の金属層に、積層体上に形成された第１の金属層を貼り付ける貼付工程と、積層体から基板およびバッファ層を剥離する剥離工程と、を含む共振子の製造方法を提供することができる。
ここで、剥離工程は、基板およびバッファ層をともに剥離するようにすることができる。
また、剥離工程は、基板を剥離した後にバッファ層を剥離するようにすることができる。
また、剥離工程は、基板を剥離した後にバッファ層を剥離するようにすることができる。
本発明によれば、結晶性の高い積層体、これを利用した共振子若しくはフィルタおよびこの共振子の製造方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
＜共振子１００の全体説明＞
図１は、本実施の形態が適用される共振子１００を説明する図である。
図示する共振子１００は、支持体である基板１１０と、下側に形成される電極である下部電極層１２０と、圧電体からなる圧電層１３０と、上側に形成される電極である上部電極層１４０とを備える。基板１１０、下部電極層１２０、圧電層１３０および上部電極層１４０の各層は、この順で、下方から上方に向け、積層されている。なお、下方、上方等の向きを表す文言は、これらの各層の積層の状態を便宜上説明するため、図中での向きを表すのに使用する用語である。よって、共振子１００が実際に使用されるときに、各層がこの向きに配されるとは、限らない。
＜共振子１００の全体説明＞
図１は、本実施の形態が適用される共振子１００を説明する図である。
図示する共振子１００は、支持体である基板１１０と、下側に形成される電極である下部電極層１２０と、圧電体からなる圧電層１３０と、上側に形成される電極である上部電極層１４０とを備える。基板１１０、下部電極層１２０、圧電層１３０および上部電極層１４０の各層は、この順で、下方から上方に向け、積層されている。なお、下方、上方等の向きを表す文言は、これらの各層の積層の状態を便宜上説明するため、図中での向きを表すのに使用する用語である。よって、共振子１００が実際に使用されるときに、各層がこの向きに配されるとは、限らない。
基板１１０は、第２の基板の一例であり、下部電極層１２０、圧電層１３０、上部電極層１４０を支持するための支持基板である。この支持基板は、圧電層１３０の薄膜を成長させるための基板とは別の基板である。また、本実施の形態では、基板１１０として、例えば、シリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を使用する。そして、基板１１０は、下部に空洞１１１を有する。
下部電極層１２０は、第２の電極層の一例であり、基板１１０の上に形成される。下部電極層１２０で使用される材料は、特に限られるものではない。下部電極層１２０は、Ｒｕ（ルテニウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（白金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）などにより形成することができる。
圧電層１３０は、下部電極層１２０の上に形成され、圧電体からなる。そして詳しくは後述するが、圧電体による圧電効果を利用して、必要な周波数の電波を選別して取り出す。
上部電極層１４０は、電極層の一例であり、圧電層１３０上に形成される。上部電極層１４０は、金属元素を含む単結晶からなる。上部電極層１４０は、下部電極層１２０と同じ金属により形成してもよく、異なる金属から形成してもよい。
圧電層１３０は、下部電極層１２０の上に形成され、圧電体からなる。そして詳しくは後述するが、圧電体による圧電効果を利用して、必要な周波数の電波を選別して取り出す。
上部電極層１４０は、電極層の一例であり、圧電層１３０上に形成される。上部電極層１４０は、金属元素を含む単結晶からなる。上部電極層１４０は、下部電極層１２０と同じ金属により形成してもよく、異なる金属から形成してもよい。
つまり、共振子１００は、圧電層１３０が下部電極層１２０と上部電極層１４０とに挟まれる構造となる。下部電極層１２０、圧電層１３０、上部電極層１４０は、例えば、スパッタにより形成することができる。
共振子１００は、例えば、バンドパスフィルタ（Band-Pass Filter：ＢＰＦ）に用いることができる。また、共振子１００は、特に、ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）フィルタに用いることが好ましい。なお、図示する共振子１００は、ＦＢＡＲ型(Film Bulk Acoustic Resonator)のＢＡＷフィルタである。ＦＢＡＲ型のＢＡＷフィルタでは、共振器の下部に空洞（キャビティ）１１１を設ける。そしてこれにより、基板１１０に束縛されないで、圧電層１３０を自由に振動させる。さらに、圧電層１３０がスパッタなどにより薄く形成でき、また、弾性表面波を利用するＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）型のフィルタのように、微細なパターンで電極を設ける必要がない。そのため高周波化が図りやすい特徴を有する。
ＢＡＷは、３次元的な拡がりを持つ媒質中を伝搬する弾性波である。この場合、ＢＡＷは、圧電層１３０を媒質とし、圧電層１３０の厚み方向に縦振動し伝搬する。そして、弾性波により圧電層１３０を共振させる。この場合、入力される電波により圧電層１３０を共振させる。そして、圧電層１３０が、共振する周波数の範囲は、入力される電波の中で取り出したい周波数の範囲である。この周波数の範囲は、圧電層１３０の厚み、組成などを変化させることで、調整することができる。
そして、共振による振動が生じると、圧電層１３０により電気信号への変換が行われる。即ち、圧電層１３０の共振を利用することで、予め定められた周波数の範囲の電波を取り出し、電気信号に変換できる。
そして、共振による振動が生じると、圧電層１３０により電気信号への変換が行われる。即ち、圧電層１３０の共振を利用することで、予め定められた周波数の範囲の電波を取り出し、電気信号に変換できる。
共振子１００を高周波のバンドパスフィルタとして用いた場合、Ｑ値と広い帯域幅の両立が求められる。Ｑ値は、選択度（Quality Factor）であり、選択できる周波数の鋭さを表す。Ｑ値が大きい場合、隣接する周波数帯に対し、混線を防ぐための急峻性および低損失性に優れる。帯域幅は、選択できる周波数の幅であり、バンドパスフィルタを通過できる電波の最高周波数と最低周波数の差である。帯域幅が広いと、フィルタを利用する機器の周波数規格を満たすことがより容易になる。帯域幅は、圧電層１３０を構成する圧電体の電気機械結合係数ｋ２に比例する。電気機械結合係数ｋ２は、圧電効果の効率を表す量である。Ｑ値や電気機械結合係数ｋ２は、より大きいことが好ましい。
そして、両者の積であるｋ２Ｑは、バンドパスフィルタの性能指数と考えることができる。このｋ２Ｑは、圧電層１３０を構成する圧電体の特性で決まる。従来、圧電体として、例えば、ＡｌＮやＳｃＡｌＮを使用することが試みられている。しかし、従来のＡｌＮでは、帯域幅が不足する。また、従来のＳｃＡｌＮでは、帯域幅は増加するが、Ｑ値が減少する。つまり、従来は、帯域幅とＱ値との両立が困難であった。
本実施の形態の圧電層１３０は、単結晶からなる。圧電層１３０を単結晶からなるものとすることで、共振子１００をバンドパスフィルタとして用いた場合、高いＱ値が得られるとともに、広い帯域幅が得られることが期待できる。即ち、高いＱ値と広い帯域幅の双方を両立できることが期待できる。
＜圧電層１３０を作成するための積層体＞
次に、このような単結晶の圧電層１３０を作成するための積層体について説明する。
図２は、圧電層１３０を作成するために使用する積層体２００について示した図である。
図示する積層体２００は、基板２１０と、中間層であるバッファ層２２０と、電極となる電極層２３０と、圧電体からなる圧電層２４０とを備える。
また、基板２１０は、バッファ層２２０、電極層２３０、圧電層２４０をスパッタ法により薄膜として成長させるための成長用基板である。そのため、基板２１０は、単結晶の基板とする。
バッファ層２２０は、基板２１０と電極層２３０との間に形成され、電極層２３０の結晶配向性を向上させるための中間層である。
電極層２３０は、図１の共振子１００中の上部電極層１４０に対応する。よって、電極層２３０は、金属元素を含む単結晶からなる。
圧電層２４０は、図１の共振子１００中の圧電層１３０に対応する。よって、圧電層２４０は、圧電体からなる。
本実施の形態で、バッファ層２２０および圧電層２４０は、ＡｌＮを主成分とする単結晶からなる。ここで、ＡｌＮを主成分とするとは、ＡｌＮをモル比で５０％以上含むことを指す。バッファ層２２０および圧電層２４０は、ＡｌＮの単結晶に代えて、ＳｃＡｌＮを主成分とする単結晶からなるものでもよい。バッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０について詳しくは、後述する。
次に、このような単結晶の圧電層１３０を作成するための積層体について説明する。
図２は、圧電層１３０を作成するために使用する積層体２００について示した図である。
図示する積層体２００は、基板２１０と、中間層であるバッファ層２２０と、電極となる電極層２３０と、圧電体からなる圧電層２４０とを備える。
また、基板２１０は、バッファ層２２０、電極層２３０、圧電層２４０をスパッタ法により薄膜として成長させるための成長用基板である。そのため、基板２１０は、単結晶の基板とする。
バッファ層２２０は、基板２１０と電極層２３０との間に形成され、電極層２３０の結晶配向性を向上させるための中間層である。
電極層２３０は、図１の共振子１００中の上部電極層１４０に対応する。よって、電極層２３０は、金属元素を含む単結晶からなる。
圧電層２４０は、図１の共振子１００中の圧電層１３０に対応する。よって、圧電層２４０は、圧電体からなる。
本実施の形態で、バッファ層２２０および圧電層２４０は、ＡｌＮを主成分とする単結晶からなる。ここで、ＡｌＮを主成分とするとは、ＡｌＮをモル比で５０％以上含むことを指す。バッファ層２２０および圧電層２４０は、ＡｌＮの単結晶に代えて、ＳｃＡｌＮを主成分とする単結晶からなるものでもよい。バッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０について詳しくは、後述する。
本実施の形態では、バッファ層２２０および圧電層２４０は、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮの何れか一方の組成を主成分とする単結晶である。ＳｃＡｌＮは、ＡｌＮのＡｌが、Ｓｃに置換した組成であると考えることができる。よって、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）と表記することもできる。この場合、ｘは、０以上０．５以下であることが好ましく、ｙは、０．５以上１．０以下であることが好ましい。ｘが０．５を超えるとＳｃＡｌＮの結晶系が変わり、圧電性が小さくなるからである。また、結晶性を高くする観点から、ｘは、０．００５以上０．３５以下であることが好ましく、ｙは、０．６５以上０．９９５以下であることがさらに好ましい。また、圧電層２４０の圧電性を高くする観点からは、ｘは、０．３５以上０．５以下であることが好ましく、ｙは、０．５以上０．６５以下であることが好ましい。実際には、圧電層２４０に要求される特性を満たす結晶性や、圧電層２４０に要求される圧電性の観点から、ｘ、ｙを適宜定めることになる。なお本実施の形態では、ＳｃＡｌＮとして、主に、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの組成を有するものを使用する。
また、電極層２３０は、上述したように単結晶のＲｕが主成分である。バッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０は、詳しくは後述するが、例えば、スパッタ法により形成することができる。この際に、バッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０を上記材料の組み合わせとすることで、これら各層を単結晶にしやすくなる。
また、電極層２３０は、上述したように単結晶のＲｕが主成分である。バッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０は、詳しくは後述するが、例えば、スパッタ法により形成することができる。この際に、バッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０を上記材料の組み合わせとすることで、これら各層を単結晶にしやすくなる。
図３は、圧電層２４０、電極層２３０、バッファ層２２０および基板２１０の組み合わせと、圧電層の結晶性との関係について示した図である。
ここでは、作成した薄膜構成、ＸＲＣ（X-ray Rocking Curve：Ｘ線ロッキングカーブ法）の結果について示している。薄膜構成は、薄膜を構成する層の組み合わせであり、括弧内は、その層の厚さを示している。また、ＸＲＣの結果は、圧電層２４０の（０００２）面の２θ、強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、ＦＷＨＭの３つについて示している。
ここでは、作成した薄膜構成、ＸＲＣ（X-ray Rocking Curve：Ｘ線ロッキングカーブ法）の結果について示している。薄膜構成は、薄膜を構成する層の組み合わせであり、括弧内は、その層の厚さを示している。また、ＸＲＣの結果は、圧電層２４０の（０００２）面の２θ、強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、ＦＷＨＭの３つについて示している。
図３で、Ｎｏ．Ａ１～Ｎｏ．Ａ１０は、圧電層２４０／電極層２３０／基板２１０の組み合わせに対するＸＲＣの結果を示している。即ち、バッファ層２２０は形成していない。
ここでは、圧電層２４０として、ＡｌＮを使用している。また、電極層２３０として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮを使用している。さらに、基板２１０は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）である。
そしてこの場合、Ｎｏ．Ａ１０を除く全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。即ち、電極層２３０として金属を使用することが有効であることが確認できる。対して、Ｎｏ．Ａ１０のように電極層２３０として金属を使用しない場合、ＦＷＨＭが大きく、サファイアの基板２１０に対し、結晶性がよいものが形成できていないことを示している。
ここでは、圧電層２４０として、ＡｌＮを使用している。また、電極層２３０として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮを使用している。さらに、基板２１０は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）である。
そしてこの場合、Ｎｏ．Ａ１０を除く全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。即ち、電極層２３０として金属を使用することが有効であることが確認できる。対して、Ｎｏ．Ａ１０のように電極層２３０として金属を使用しない場合、ＦＷＨＭが大きく、サファイアの基板２１０に対し、結晶性がよいものが形成できていないことを示している。
また、図３で、Ｎｏ．Ａ１１～Ｎｏ．Ａ２２は、圧電層２４０／電極層２３０／バッファ層２２０／基板２１０の組み合わせに対するＸＲＣの結果を示している。なお、Ｎｏ．Ａ１８のように、電極層２３０とバッファ層２２０とを逆にした場合もある。
ここでは、圧電層２４０として、ＡｌＮを使用している。また、電極層２３０として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗを使用している。さらに、バッファ層２２０として、ＡｌＮ、Ｐｔ、Ａｌを使用している。そして、基板２１０は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）である。
そしてこの場合、全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。これより、圧電層２４０およびバッファ層２２０としてＡｌＮを使用し、電極層２３０として金属を使用した場合、結晶性がよいものが形成できることを示している。
ここでは、圧電層２４０として、ＡｌＮを使用している。また、電極層２３０として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗを使用している。さらに、バッファ層２２０として、ＡｌＮ、Ｐｔ、Ａｌを使用している。そして、基板２１０は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）である。
そしてこの場合、全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。これより、圧電層２４０およびバッファ層２２０としてＡｌＮを使用し、電極層２３０として金属を使用した場合、結晶性がよいものが形成できることを示している。
さらに、図３で、Ｎｏ．Ａ２３～Ｎｏ．Ａ３１は、圧電層２４０およびバッファ層２２０として、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎを使用した場合のＸＲＣの結果を示している。
そしてこの場合、全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。これより、圧電層２４０およびバッファ層２２０としてＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎを使用し、電極層２３０として金属を使用した場合、結晶性がよいものが形成できることを示している。
そしてこの場合、全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。これより、圧電層２４０およびバッファ層２２０としてＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎを使用し、電極層２３０として金属を使用した場合、結晶性がよいものが形成できることを示している。
そして、図３で、Ｎｏ．Ａ３２～Ｎｏ．Ａ３３は、圧電層２４０として、Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎを使用した場合のＸＲＣの結果を示している。
そしてこの場合、Ａ３２では、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。一方、Ａ３３ではＦＷＨＭが大きくなっている。
Ａ１とＡ１１との比較、Ａ２とＡ１３との比較、Ａ５とＡ１５との比較等により、基板２１０と電極層２３０の間にバッファ層２２０を設けた方が、圧電層２４０の結晶性がよくなることが示されている。
そしてこの場合、Ａ３２では、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。一方、Ａ３３ではＦＷＨＭが大きくなっている。
Ａ１とＡ１１との比較、Ａ２とＡ１３との比較、Ａ５とＡ１５との比較等により、基板２１０と電極層２３０の間にバッファ層２２０を設けた方が、圧電層２４０の結晶性がよくなることが示されている。
図４（ａ）は、本実施の形態が適用されるＡｌＮのＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過電子顕微鏡）像を示した図である。この場合、上方が、結晶成長方向であり、ＡｌＮの結晶軸は、［０００１］である。
また、図４（ｂ）は、本実施の形態が適用されるＡｌＮの電子回折パターンを示した図である。この電子回折パターンは、図４（ａ）の円内に電子線ビームを照射することで取得した。この円として表される電子線ビームの直径は、約２００ｎｍである。
図４（ｂ）に示すように、本実施の形態が適用されるＡｌＮでは、ミラー指数として、（０００２）面と、（１－１００）面とが観測される。この場合の晶帯軸は、［１１－２０］の１つである。これは、電子回折パターンとして１つの晶帯軸が観察される、と言うこともできる。つまり、本実施の形態が適用されるＡｌＮは、結晶性に優れた単結晶であることを示す。また、このＡｌＮは、ｃ軸方向とともにａｂ面内回転が制御されており、３軸配向している、と言うこともできる。この場合、ＡｌＮは、ａｂ面内で回転方向が揃い、ｃ軸方向に伸びた状態の柱状のドメイン１種類からなる。
なお、ミラー指数や晶帯軸の記載の方法として、図にあるように、通常は、負数である場合、オーバーバーを使用して負数であることを示すが、ここでは、記載の都合上、負数である場合は、「－」（マイナス）を用いる。
また、図４（ｂ）は、本実施の形態が適用されるＡｌＮの電子回折パターンを示した図である。この電子回折パターンは、図４（ａ）の円内に電子線ビームを照射することで取得した。この円として表される電子線ビームの直径は、約２００ｎｍである。
図４（ｂ）に示すように、本実施の形態が適用されるＡｌＮでは、ミラー指数として、（０００２）面と、（１－１００）面とが観測される。この場合の晶帯軸は、［１１－２０］の１つである。これは、電子回折パターンとして１つの晶帯軸が観察される、と言うこともできる。つまり、本実施の形態が適用されるＡｌＮは、結晶性に優れた単結晶であることを示す。また、このＡｌＮは、ｃ軸方向とともにａｂ面内回転が制御されており、３軸配向している、と言うこともできる。この場合、ＡｌＮは、ａｂ面内で回転方向が揃い、ｃ軸方向に伸びた状態の柱状のドメイン１種類からなる。
なお、ミラー指数や晶帯軸の記載の方法として、図にあるように、通常は、負数である場合、オーバーバーを使用して負数であることを示すが、ここでは、記載の都合上、負数である場合は、「－」（マイナス）を用いる。
図４（ｃ）は、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８ＮのＴＥＭ像を示した図である。この場合も、上方が、結晶成長方向であり、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの結晶軸は、［０００１］である。
また、図４（ｄ）は、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの電子回折パターンを示した図である。図４（ｄ）に示すように、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎでは、ミラー指数として、（０００２）面と、（１－１００）面とが観測される。この場合の晶帯軸は、［１１－２０］の１つである。即ち、この場合も、電子回折パターンとして１つの晶帯軸が観察される、と言うことができる。つまり、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎは、結晶性に優れた単結晶であることを示す。また、このＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎも、３軸配向している、と言うこともできる。この場合、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎは、ａｂ面内で回転方向が揃い、ｃ軸方向に伸びた状態の柱状のドメイン１種類からなる。
また、図４（ｄ）は、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの電子回折パターンを示した図である。図４（ｄ）に示すように、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎでは、ミラー指数として、（０００２）面と、（１－１００）面とが観測される。この場合の晶帯軸は、［１１－２０］の１つである。即ち、この場合も、電子回折パターンとして１つの晶帯軸が観察される、と言うことができる。つまり、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎは、結晶性に優れた単結晶であることを示す。また、このＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎも、３軸配向している、と言うこともできる。この場合、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎは、ａｂ面内で回転方向が揃い、ｃ軸方向に伸びた状態の柱状のドメイン１種類からなる。
図４（ｅ）は、多結晶のＡｌＮのＴＥＭ像を示した図である。この場合も、上方が、結晶成長方向であり、ＡｌＮの結晶軸は、［０００１］である。
また、図４（ｆ）は、多結晶のＡｌＮの電子回折パターンを示した図である。図４（ｆ）に示すように、多結晶のＡｌＮでは、ミラー指数として、（０００２）面、（１－１００）面の他に、（１１－２０）面とが観測される。この場合の晶帯軸は、［１１－２０］、［１－１００］の２つである。即ち、この場合は、電子回折パターンとして２つの晶帯軸が観察される、と言うことができる。これによりこのＡｌＮは、多結晶であることがわかる。また、図４（ｅ）に［１１－２０］の箇所と、［１－１００］の箇所とを図示している。つまり、このＡｌＮは、ｃ軸配向しているが、ａｂ面内回転が制御されていない。この場合、ＡｌＮは、ａｂ面内で互いに３０°回転した状態であり、かつｃ軸方向に伸びた状態の柱状のドメイン２種類が混在する。
また、図４（ｆ）は、多結晶のＡｌＮの電子回折パターンを示した図である。図４（ｆ）に示すように、多結晶のＡｌＮでは、ミラー指数として、（０００２）面、（１－１００）面の他に、（１１－２０）面とが観測される。この場合の晶帯軸は、［１１－２０］、［１－１００］の２つである。即ち、この場合は、電子回折パターンとして２つの晶帯軸が観察される、と言うことができる。これによりこのＡｌＮは、多結晶であることがわかる。また、図４（ｅ）に［１１－２０］の箇所と、［１－１００］の箇所とを図示している。つまり、このＡｌＮは、ｃ軸配向しているが、ａｂ面内回転が制御されていない。この場合、ＡｌＮは、ａｂ面内で互いに３０°回転した状態であり、かつｃ軸方向に伸びた状態の柱状のドメイン２種類が混在する。
図５は、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８ＮのＦＷＨＭが小さい場合の面内Ｘ線回折の結果を示している。即ち、図５は、図４（ｃ）の場合の面内Ｘ線回折の結果を示している。
面内Ｘ線回折は、Ｉｎ ｐｌａｉｎｅ ＸＲＤとも呼ばれ、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの結晶性を評価することができる。このＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの測定した面のミラー指数は、（１１－２０）である。つまり、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎ層の表面に垂直な面である。図示するように、面内Ｘ線回折では、６０°周期のピークが現れる。これにより、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの面は、６回対称の構造を有し、結晶性が良好な単結晶であることがわかる。なお、面内Ｘ線回折で、６０°周期のピークが現れるのは、図４（ａ）のＡｌＮの場合も同様である。
面内Ｘ線回折は、Ｉｎ ｐｌａｉｎｅ ＸＲＤとも呼ばれ、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの結晶性を評価することができる。このＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの測定した面のミラー指数は、（１１－２０）である。つまり、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎ層の表面に垂直な面である。図示するように、面内Ｘ線回折では、６０°周期のピークが現れる。これにより、本実施の形態が適用されるＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの面は、６回対称の構造を有し、結晶性が良好な単結晶であることがわかる。なお、面内Ｘ線回折で、６０°周期のピークが現れるのは、図４（ａ）のＡｌＮの場合も同様である。
＜電極層２３０＞
電極層２３０として使用できる金属としては、圧電層２４０が、電極層２３０上に結晶性に優れた状態で形成できることが求められる。圧電層２４０を構成するＡｌＮやＳｃＡｌＮは、六方晶であるため、この金属が、六方晶であるときは、圧電層２４０を電極層２３０上に結晶性に優れた状態で形成できる。例えば、スパッタ法により電極層２３０上に圧電層２４０を形成する際には、六方晶の金属の（０００１）面上に、同じく六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面がエピタキシャル成長する。つまり、ＡｌＮやＳｃＡｌＮは、成長面が（０００１）面である。またこれは、ＡｌＮやＳｃＡｌＮは、成長面がｃ面である、あるいはｃ軸方向に成長すると言うこともできる。
電極層２３０として使用できる金属としては、圧電層２４０が、電極層２３０上に結晶性に優れた状態で形成できることが求められる。圧電層２４０を構成するＡｌＮやＳｃＡｌＮは、六方晶であるため、この金属が、六方晶であるときは、圧電層２４０を電極層２３０上に結晶性に優れた状態で形成できる。例えば、スパッタ法により電極層２３０上に圧電層２４０を形成する際には、六方晶の金属の（０００１）面上に、同じく六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面がエピタキシャル成長する。つまり、ＡｌＮやＳｃＡｌＮは、成長面が（０００１）面である。またこれは、ＡｌＮやＳｃＡｌＮは、成長面がｃ面である、あるいはｃ軸方向に成長すると言うこともできる。
一方、金属が立方晶であるときは、電極層２３０と圧電層２４０との格子定数の相違が問題になる。この場合、電極層２３０と圧電層２４０を構成するＳｃＡｌＮまたはＡｌＮとの格子不整合度が－２５％以上２％以下の範囲となることが必要である。この場合、立方晶である金属のｆｃｃ（１１１）面またはｂｃｃ（１１０）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面が成長する。
「格子不整合度」は、電極層２３０と圧電層２４０との原子間距離の差Δｘと電極層２３０の原子間距離ｘとの比である、Δｘ／ｘとして表すことができる。格子不整合度があったとしても、この値が小さければ、電極層２３０上に圧電層２４０を形成できる。例えば、スパッタ法により電極層２３０上に圧電層２４０を形成する際に、電極層２３０上に圧電層２４０の薄膜をエピタキシャル成長させることができる。この場合、電極層２３０上に圧電層２４０を構成するＡｌＮやＳｃＡｌＮの格子がゆがむことにより、これらの層の界面での格子の連続性を保ちつつ、圧電層２４０が、エピタキシャル成長する。
格子不整合度は、電極層２３０と圧電層２４０とが双方とも六方晶であるときは、双方の格子定数の単なる比でよい。一方、電極層２３０が立方晶であり、圧電層２４０が六方晶であるときは、３次元的に見方を変更する必要がある。
格子不整合度は、電極層２３０と圧電層２４０とが双方とも六方晶であるときは、双方の格子定数の単なる比でよい。一方、電極層２３０が立方晶であり、圧電層２４０が六方晶であるときは、３次元的に見方を変更する必要がある。
図６（ａ）～（ｅ）は、格子不整合度を算出する際に使用する原子間距離ｘについて示した図である。
このうち、図６（ａ）は、立方晶のｆｃｃ（１００）面を示し、図６（ｂ）は、立方晶のｆｃｃ（１１１）面を示す。図６（ａ）の場合、ｘは、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１００））は、ａｘ （１００）＝ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃが、そのまま使用できる。対して、図６（ｂ）の場合、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１１１））は、ａｘ （１１１）＝（√２／２）ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃをそのまま使用することができない。よって、立方晶である金属のｆｃｃ（１１１）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａｆｃｃはそのまま使用できず、原子間距離ｘとして、（√２／２）ａｆｃｃを使用する。
このうち、図６（ａ）は、立方晶のｆｃｃ（１００）面を示し、図６（ｂ）は、立方晶のｆｃｃ（１１１）面を示す。図６（ａ）の場合、ｘは、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１００））は、ａｘ （１００）＝ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃが、そのまま使用できる。対して、図６（ｂ）の場合、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１１１））は、ａｘ （１１１）＝（√２／２）ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃをそのまま使用することができない。よって、立方晶である金属のｆｃｃ（１１１）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａｆｃｃはそのまま使用できず、原子間距離ｘとして、（√２／２）ａｆｃｃを使用する。
また、図６（ｃ）は、立方晶のｂｃｃ（１００）面を示し、図６（ｄ）は、立方晶のｂｃｃ（１１０）面を示す。図６（ｃ）の場合、格子定数をａｂｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ
（１００））は、ａｘ
（１００）＝ａｂｃｃとなり、格子定数ａｂｃｃが、そのまま使用できる。また、図６（ｄ）の場合、ｘは、格子定数をａｂｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ
（１１０））は、ａｘ
（１１０）＝ａｂｃｃとなり、この場合も格子定数ａｂｃｃをそのまま使用することができる。
さらに、図６（ｅ）は、六方晶の（０００１）面を示している。図６（ｅ）の場合、格子定数をａｈｃｐとすると、ｘ（＝ａｘ （０００１））は、ａｘ （０００１）＝ａｈｃｐとなり、格子定数ａｈｃｐが、そのまま使用できる。よって、立方晶である金属のｂｃｃ（１１０）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａｆｃｃを、原子間距離ｘとしてそのまま使用できる。
さらに、図６（ｅ）は、六方晶の（０００１）面を示している。図６（ｅ）の場合、格子定数をａｈｃｐとすると、ｘ（＝ａｘ （０００１））は、ａｘ （０００１）＝ａｈｃｐとなり、格子定数ａｈｃｐが、そのまま使用できる。よって、立方晶である金属のｂｃｃ（１１０）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａｆｃｃを、原子間距離ｘとしてそのまま使用できる。
ただし、実際の結晶系では、図６（ａ）～（ｅ）で示す原子間距離ｙも存在する。例えば、図６（ｄ）の立方晶のｂｃｃ（１１０）面の場合、ｙ＝√２ｘである。また、例えば、図６（ｅ）の六方晶の（０００１）面の場合、ｙ＝√３ｘである。よって、実際にエピタキシャル成長をするときは、ｘの値が整合しても、ｙの値は整合せず、歪んでいることになる。
つまり、原子間距離ｘとは、電極層２３０と圧電層２４０とが接合するそれぞれの面内における、最も近い原子同士の距離を指す。
つまり、原子間距離ｘとは、電極層２３０と圧電層２４０とが接合するそれぞれの面内における、最も近い原子同士の距離を指す。
図７は、電極層２３０と圧電層２４０との格子不整合度の具体例について示した表である。
図７では、電極層２３０を構成する材料の種類（「金属」として図示）、結晶構造、エピタキシャル成長面（「Epitaxial planeとして図示」）、格子定数、原子間距離ｘ、格子不整合度を示している。このうち、結晶構造は、ｆｃｃやｂｃｃが立方晶、ｈｅｘａｇｏｎａｌが、六方晶を示す。また、格子不整合度は、ＡｌＮを基準とする場合、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎを基準とする場合、Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎを基準とする場合の３通りについて示している。さらに、金属の他、ＡｌＮ、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎ、Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎ、ＺｒＮについて併せて図示している。また、電極層２３０を構成する材料は、図３に示す圧電層２４０の（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下になるものを選択することが好ましい。即ち、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下であれば、結晶性は良好であるが、２．５°を超えると結晶性が良好とは言えない。
これらの観点から、電極層２３０を構成する材料は、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０≦ｘ≦０．３のときは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなることが好ましい。また、この材料は、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０．３＜ｘ≦０．５のときは、Ｃｏ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなることが好ましい。また、これら単体だけでなく、合金でもよい。
図７では、電極層２３０を構成する材料の種類（「金属」として図示）、結晶構造、エピタキシャル成長面（「Epitaxial planeとして図示」）、格子定数、原子間距離ｘ、格子不整合度を示している。このうち、結晶構造は、ｆｃｃやｂｃｃが立方晶、ｈｅｘａｇｏｎａｌが、六方晶を示す。また、格子不整合度は、ＡｌＮを基準とする場合、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎを基準とする場合、Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎを基準とする場合の３通りについて示している。さらに、金属の他、ＡｌＮ、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎ、Ｓｃ０．５Ａｌ０．５Ｎ、ＺｒＮについて併せて図示している。また、電極層２３０を構成する材料は、図３に示す圧電層２４０の（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下になるものを選択することが好ましい。即ち、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下であれば、結晶性は良好であるが、２．５°を超えると結晶性が良好とは言えない。
これらの観点から、電極層２３０を構成する材料は、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０≦ｘ≦０．３のときは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなることが好ましい。また、この材料は、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０．３＜ｘ≦０．５のときは、Ｃｏ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなることが好ましい。また、これら単体だけでなく、合金でもよい。
＜基板２１０＞
上述した例では、基板２１０は、サファイアを使用したが、これに限られるものではない。ただし、基板は、サファイア、Ｓｉ、石英、ＳｒＴｉＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３およびＳｉＣの中から選ばれる何れかの組成を有するものを使用することが好ましい。これらの基板２１０であれば、基板２１０上に、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮからなるバッファ層２２０をエピタキシャル成長することがより容易になる。
上述した例では、基板２１０は、サファイアを使用したが、これに限られるものではない。ただし、基板は、サファイア、Ｓｉ、石英、ＳｒＴｉＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３およびＳｉＣの中から選ばれる何れかの組成を有するものを使用することが好ましい。これらの基板２１０であれば、基板２１０上に、ＡｌＮまたはＳｃＡｌＮからなるバッファ層２２０をエピタキシャル成長することがより容易になる。
＜積層体２００の製造方法の説明＞
次に、積層体２００を製造する方法の説明を行う。
次に、積層体２００を製造する方法の説明を行う。
図８は、積層体２００の製造方法を説明したフローチャートである。
また、図９は、このとき基板２１０上に成膜したバッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０について示した図である。
まず、サファイアの単結晶基板であり、ｃ面が表面である基板２１０をスパッタ装置に入れて加熱し、水分を除去する（ステップ１０１）。基板２１０は、１０００Ｗの出力で３０ｓの加熱を２回行った。このとき、基板２１０は、約４００℃～５００℃に達する。
また、図９は、このとき基板２１０上に成膜したバッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０について示した図である。
まず、サファイアの単結晶基板であり、ｃ面が表面である基板２１０をスパッタ装置に入れて加熱し、水分を除去する（ステップ１０１）。基板２１０は、１０００Ｗの出力で３０ｓの加熱を２回行った。このとき、基板２１０は、約４００℃～５００℃に達する。
次に、基板２１０上にバッファ層２２０として、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの薄膜を成膜する（ステップ１０２）。このとき、本実施の形態では、Ｈｉ－ｐｕｌｓｅ（ハイパルス）スパッタ法を使用してバッファ層２２０の成膜を行う。Ｈｉ－ｐｕｌｓｅスパッタ法は、基板２１０とターゲットとの間にパルスにて電圧を印加する。そして、スパッタ装置内に導入されたスパッタガスをプラズマ化して、ターゲットに衝突させ、ターゲットから遊離した成分を基板２１０上に成膜する。この場合、ターゲットは、Ｓｃを２０％含有したＡｌであり、スパッタガスとして、Ａｒ（アルゴン）とＮ２（窒素）を１：１の比率で混合したガスを使用する。また、スパッタガスの圧力を０．７３Ｐａとする。そして、基板２１０とターゲットとの間の電圧を９２９Ｖとして、電流を２．５Ａとする。また、パルス条件は、１０００Ｈｚ、パルス幅を２０μｓとする。即ち、このときのデューティ比は、２％になる。遊離したターゲットの成分は、プラズマ化した窒素と反応し、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎとなる。バッファ層２２０は、厚さが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。バッファ層２２０の厚さが１０ｎｍ未満であると、島状成長し、表面をうまく覆うことが出来ない。また、バッファ層２２０の厚さが１００ｎｍを超えると転移や欠陥が生じやすい。
なお、ターゲットとして、Ｓｃを２０％含有したＡｌを使用したため、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎが成膜したが、ターゲット中のＳｃとＡｌの比率を変更することで、成膜するＳｃＡｌＮ中のＳｃとＡｌとの比率を変更することができる。
なお、ターゲットとして、Ｓｃを２０％含有したＡｌを使用したため、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎが成膜したが、ターゲット中のＳｃとＡｌの比率を変更することで、成膜するＳｃＡｌＮ中のＳｃとＡｌとの比率を変更することができる。
そして、バッファ層２２０を成膜した基板２１０を再加熱する（ステップ１０３）。このとき、例えば、１０００Ｗの出力で３０ｓの加熱を１回行う。このとき、基板２１０は、約４００℃～５００℃に達する。これにより、次の電極層２３０を形成する際に、電極層２３０の結晶性が向上する。
次に、バッファ層２２０上に電極層２３０として、Ｒｕの薄膜を成膜する（ステップ１０４）。このとき、本実施の形態では、Ｈｉ－ｐｕｌｓｅスパッタ法ではなく、通常のＤＣ（直流）スパッタ法を使用する。このとき、Ｒｕからなるターゲットを使用して、スパッタガスとして、Ａｒを使用する。また、スパッタガスは、例えば、圧力を０．５Ｐａとし、１０００Ｗの出力でスパッタを行う。電極層２３０は、厚さが、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。電極層２３０の厚さが１０ｎｍ未満であると、電極として上手く機能しない可能性がある。また、電極層２３０の厚さが１０００ｎｍを超えると圧電層と同等の厚みに達し、圧電性に悪影響を及ぼす可能性がある。
さらに、電極層２３０上に圧電層２４０として、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの薄膜を成膜する（ステップ１０５）。このとき、本実施の形態では、Ｈｉ－ｐｕｌｓｅスパッタ法を使用し、ＡｌとＳｃを含むターゲットを用いて圧電層２４０の成膜を行う。スパッタの条件は、ステップ１０２の場合と同様であるが、成膜時間は、数時間要する。このとき、基板２１０は、約２００℃～３５０℃で収束する。この圧電層２４０は、電極層２３０上の前面に形成される。圧電層２４０は、厚さが、１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。
なお、上述した場合では、バッファ層２２０および圧電層２４０を双方ともＳｃ０．２Ａｌ０．８Ｎとしたが、双方ともＡｌＮとしてもよい。つまり、バッファ層２２０および圧電層２４０は、双方ともＳｃＡｌＮまたはＡｌＮであることが好ましい。即ち、バッファ層２２０および圧電層２４０を双方とも同じ組成とする。この場合、ターゲットの交換が不要となる。ただし、バッファ層２２０および圧電層２４０の一方をＳｃＡｌＮとし、他方をＡｌＮとしてもよい。ただし、この場合、ターゲットの交換が必要となる。
＜共振子１００の製造方法の説明＞
次に、積層体２００を使用した共振子１００の製造方法について説明する。
図１０（ａ）～（ｆ）は、共振子１００の製造方法について示した図である。
まず、図８で説明した方法で積層体２００を形成する（積層体形成工程）。
次に、図１０（ａ）に示すように、積層体２００上に第１の金属層を形成する。第１の金属層は、スパッタにより形成することができる。第１の金属層は、下部電極層１２０（図１参照）の一部となるものである。なお、図１０（ａ）では、この第１の金属層を下部電極層１２０の一部を意味する下部電極層１２０ａとして図示している。よって、この工程は、積層体２００上に、金属を含む第１の金属層（下部電極層１２０ａ）を形成する第１の金属層形成工程として捉えることができる。
次に、積層体２００を使用した共振子１００の製造方法について説明する。
図１０（ａ）～（ｆ）は、共振子１００の製造方法について示した図である。
まず、図８で説明した方法で積層体２００を形成する（積層体形成工程）。
次に、図１０（ａ）に示すように、積層体２００上に第１の金属層を形成する。第１の金属層は、スパッタにより形成することができる。第１の金属層は、下部電極層１２０（図１参照）の一部となるものである。なお、図１０（ａ）では、この第１の金属層を下部電極層１２０の一部を意味する下部電極層１２０ａとして図示している。よって、この工程は、積層体２００上に、金属を含む第１の金属層（下部電極層１２０ａ）を形成する第１の金属層形成工程として捉えることができる。
次に、図１０（ｂ）に示すように、基板１１０上に第２の金属層を形成する。第２の金属層は、第１の金属層と同様に、スパッタにより形成することができる。第２の金属層は、下部電極層１２０（図１参照）の一部となるものである。なお、図１０（ｂ）では、この第２の金属層を下部電極層１２０の一部を意味する下部電極層１２０ｂとして図示している。よって、この工程は、基板２１０（図１０では、「Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板」として図示）とは別の第２の基板（基板１１０）上に第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程として捉えることができる。なお、基板１１０は、図１で説明したように、第２の基板の一例であり、シリコン（Ｓｉ）の単結晶基板である（図１０では、「Ｓｉ基板」として図示）。
下部電極層１２０ａ、１２０ｂは、Ｒｕ（ルテニウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（白金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）などを使用することができる。
下部電極層１２０ａ、１２０ｂは、Ｒｕ（ルテニウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｐｔ（白金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）などを使用することができる。
そして、図１０（ｃ）に示すように、第１の金属層（下部電極層１２０ａ）を形成した積層体２００の上面と、第２の金属層（下部電極層１２０ｂ）が形成された基板１１０の上面とを貼り付ける。よって、この工程は、第２の基板（基板１１０）の第２の金属層（下部電極層１２０ｂ）に、積層体２００上に形成された第１の金属層（下部電極層１２０ａ）を貼り付ける貼付工程として捉えることができる。これらを貼り付けるには、例えば、接合機を用い、熱や圧力を印加して接合させる。
その結果、図１０（ｃ）に示すように、基板１１０、下部電極層１２０ｂ、下部電極層１２０ａ、圧電層２４０（圧電層１３０）、電極層２３０（上部電極層１４０）、バッファ層２２０、基板２１０が積層した接合体が形成される。なお、下部電極層１２０ａおよび下部電極層１２０ｂは、下部電極層１２０として捉えることができる。
その結果、図１０（ｃ）に示すように、基板１１０、下部電極層１２０ｂ、下部電極層１２０ａ、圧電層２４０（圧電層１３０）、電極層２３０（上部電極層１４０）、バッファ層２２０、基板２１０が積層した接合体が形成される。なお、下部電極層１２０ａおよび下部電極層１２０ｂは、下部電極層１２０として捉えることができる。
次に、積層体２００から基板２１０およびバッファ層２２０を剥離する（剥離工程）。これは、例えば、レーザリフトオフ装置を使用し、パルス発振の高密度ＵＶ（ultraviolet）レーザ光を用いて行うことができる。
このとき、図１０（ｆ）に示すように、基板２１０およびバッファ層２２０をともに剥離することができる場合がある。
一方、図１０（ｄ）に示すように、バッファ層２２０の少なくとも一部が、剥離できずに残る場合がある。図１０（ｄ）の場合、図１０（ｅ）に示すＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）により、バッファ層２２０を除去する。その結果、図１０（ｆ）に示す状態になる。この場合、基板２１０を剥離した後にバッファ層２２０を剥離する、と言うことができる。
また、図１０（ｆ）の状態は、積層体２００から、圧電層２４０および電極層２３０を、剥離した剥離積層体である、ということができる。
そしてこれらの工程の結果、図１０（ｆ）に示すように、基板１１０、下部電極層１２０、圧電層１３０、上部電極層１４０が積層した共振子１００を製造することができる。
このとき、図１０（ｆ）に示すように、基板２１０およびバッファ層２２０をともに剥離することができる場合がある。
一方、図１０（ｄ）に示すように、バッファ層２２０の少なくとも一部が、剥離できずに残る場合がある。図１０（ｄ）の場合、図１０（ｅ）に示すＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）により、バッファ層２２０を除去する。その結果、図１０（ｆ）に示す状態になる。この場合、基板２１０を剥離した後にバッファ層２２０を剥離する、と言うことができる。
また、図１０（ｆ）の状態は、積層体２００から、圧電層２４０および電極層２３０を、剥離した剥離積層体である、ということができる。
そしてこれらの工程の結果、図１０（ｆ）に示すように、基板１１０、下部電極層１２０、圧電層１３０、上部電極層１４０が積層した共振子１００を製造することができる。
以上詳述した形態によれば、結晶性が良好なバッファ層２２０、電極層２３０を得ることができる。そして、その上に積層する圧電層２４０も結晶性を良好にすることができる。これは、単結晶からなるバッファ層２２０、電極層２３０、圧電層２４０を得ることができる、と言うこともできる。
圧電層２４０の結晶性を良好にすることで、高いＱ値を有するとともに、広い帯域を有するフィルタを実現することができる共振子や高周波フィルタを製造することが期待できる。つまり、従来は、高いＱ値と広い帯域幅とはトレードオフの関係にあったが、本実施の形態のフィルタは、これらを両立することが期待できる。
また、圧電層２４０の結晶性を良好にすることで、粒界が少なくなり、低損失となる。その結果、高いＱ値を実現しやすい。また、本実施の形態の積層体は、基板２１０からエピタキシャル成長を行うことで、低損失となりやすく、やはり高いＱ値を実現しやすい。また、本実施の形態の積層体は、高熱伝導であり、耐電圧性に優れる。そのため、排熱性が良好であり、出力が１０Ｗ以上の基地局向けのフィルタとして使用できる。さらに長寿命が期待できる。
圧電層２４０の結晶性を良好にすることで、高いＱ値を有するとともに、広い帯域を有するフィルタを実現することができる共振子や高周波フィルタを製造することが期待できる。つまり、従来は、高いＱ値と広い帯域幅とはトレードオフの関係にあったが、本実施の形態のフィルタは、これらを両立することが期待できる。
また、圧電層２４０の結晶性を良好にすることで、粒界が少なくなり、低損失となる。その結果、高いＱ値を実現しやすい。また、本実施の形態の積層体は、基板２１０からエピタキシャル成長を行うことで、低損失となりやすく、やはり高いＱ値を実現しやすい。また、本実施の形態の積層体は、高熱伝導であり、耐電圧性に優れる。そのため、排熱性が良好であり、出力が１０Ｗ以上の基地局向けのフィルタとして使用できる。さらに長寿命が期待できる。
なお、上述した例では、共振子１００をＦＢＡＲ型のＢＡＷフィルタに適用する例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）型のＢＡＷフィルタに適用してもよい。ＳＭＲ型のＢＡＷフィルタは、共振子の下部に音響多層膜（ミラー層）を設け、これにより、弾性波を反射させる構成を採る。つまり、この場合、基板１１０には、空洞１１１を設けず、基板１１０と下部電極層１２０との間に音響多層膜（ミラー層）を成膜する。
１００…共振子、１１０、２１０…基板、１２０…下部電極層、１３０、２４０…圧電層、１４０…上部電極層、２２０…バッファ層、２３０…電極層
図３は、圧電層２４０、電極層２３０、バッファ層２２０および基板２１０の組み合わせと、圧電層の結晶性との関係について示した図である。
ここでは、作成した薄膜構成、ＸＲＣ（X-ray Rocking Curve：Ｘ線ロッキングカーブ法）の結果について示している。薄膜構成は、薄膜を構成する層の組み合わせであり、括弧内は、その層の厚さを示している。また、ＸＲＣの結果は、圧電層２４０の（０００２）面の２θ、強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum：半値幅）の３つについて示している。
ここでは、作成した薄膜構成、ＸＲＣ（X-ray Rocking Curve：Ｘ線ロッキングカーブ法）の結果について示している。薄膜構成は、薄膜を構成する層の組み合わせであり、括弧内は、その層の厚さを示している。また、ＸＲＣの結果は、圧電層２４０の（０００２）面の２θ、強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）、ＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum：半値幅）の３つについて示している。
また、図３で、Ｎｏ．Ａ１１～Ｎｏ．Ａ２２は、圧電層２４０／電極層２３０／バッファ層２２０／基板２１０の組み合わせに対するＸＲＣの結果を示している。なお、Ｎｏ．Ａ１８のように、電極層２３０とバッファ層２２０とを逆にした場合もある。
ここでは、圧電層２４０として、ＡｌＮを使用している。また、電極層２３０として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗを使用している。さらに、バッファ層２２０として、ＡｌＮ、Ｐｔ、Ａｌを使用している。そして、基板２１０は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）である。
そしてこの場合、全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。これより、圧電層２４０およびバッファ層２２０としてＡｌＮを使用し、電極層２３０として金属を使用した場合、結晶性がよいものが形成できることを示している。
ここでは、圧電層２４０として、ＡｌＮを使用している。また、電極層２３０として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗを使用している。さらに、バッファ層２２０として、ＡｌＮ、Ｐｔ、Ａｌを使用している。そして、基板２１０は、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）である。
そしてこの場合、全ての場合で、ＦＷＨＭが小さく、圧電層２４０として、結晶性がよいものが形成できることを示している。これより、圧電層２４０およびバッファ層２２０としてＡｌＮを使用し、電極層２３０として金属を使用した場合、結晶性がよいものが形成できることを示している。
「格子不整合度」は、電極層２３０の原子間距離と圧電層２４０の原子間距離との差Δｘと電極層２３０の原子間距離ｘとの比である、Δｘ／ｘとして表すことができる。格子不整合度が存在しても、この値が小さければ、電極層２３０上に圧電層２４０を形成できる。例えば、スパッタ法により電極層２３０上に圧電層２４０を形成する際に、電極層２３０上に圧電層２４０の薄膜をエピタキシャル成長させることができる。この場合、電極層２３０上に圧電層２４０を構成するＡｌＮやＳｃＡｌＮの格子がゆがむことにより、これらの層の界面での格子の連続性を保ちつつ、圧電層２４０が、エピタキシャル成長する。
格子不整合度は、電極層２３０と圧電層２４０とが双方とも六方晶であるときは、双方の格子定数の単なる比でよい。一方、電極層２３０が立方晶であり、圧電層２４０が六方晶であるときは、３次元的に見方を変更する必要がある。
格子不整合度は、電極層２３０と圧電層２４０とが双方とも六方晶であるときは、双方の格子定数の単なる比でよい。一方、電極層２３０が立方晶であり、圧電層２４０が六方晶であるときは、３次元的に見方を変更する必要がある。
図６（ａ）～（ｅ）は、格子不整合度を算出する際に使用する原子間距離ｘについて示した図である。
このうち、図６（ａ）は、立方晶のｆｃｃ（１００）面（面心立方格子の（１００）面）を示し、図６（ｂ）は、立方晶のｆｃｃ（１１１）面を示す。図６（ａ）の場合、ｘは、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１００））は、ａｘ （１００）＝ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃが、そのまま使用できる。対して、図６（ｂ）の場合、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１１１））は、ａｘ （１１１）＝（√２／２）ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃをそのまま使用することができない。よって、立方晶である金属のｆｃｃ（１１１）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａｆｃｃはそのまま使用できず、原子間距離ｘとして、（√２／２）ａｆｃｃを使用する。
このうち、図６（ａ）は、立方晶のｆｃｃ（１００）面（面心立方格子の（１００）面）を示し、図６（ｂ）は、立方晶のｆｃｃ（１１１）面を示す。図６（ａ）の場合、ｘは、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１００））は、ａｘ （１００）＝ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃが、そのまま使用できる。対して、図６（ｂ）の場合、格子定数をａｆｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ （１１１））は、ａｘ （１１１）＝（√２／２）ａｆｃｃとなり、格子定数ａｆｃｃをそのまま使用することができない。よって、立方晶である金属のｆｃｃ（１１１）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａｆｃｃはそのまま使用できず、原子間距離ｘとして、（√２／２）ａｆｃｃを使用する。
また、図６（ｃ）は、立方晶のｂｃｃ（１００）面（体心立方格子の（１００）面）を示し、図６（ｄ）は、立方晶のｂｃｃ（１１０）面を示す。図６（ｃ）の場合、格子定数をａｂｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ
（１００））は、ａｘ
（１００）＝ａｂｃｃとなり、格子定数ａｂｃｃが、そのまま使用できる。また、図６（ｄ）の場合、ｘは、格子定数をａｂｃｃとすると、ｘ（＝ａｘ
（１１０））は、ａｘ
（１１０）＝ａｂｃｃとなり、この場合も格子定数ａｂｃｃをそのまま使用することができる。よって、立方晶である金属のｂｃｃ（１１０）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａ
ｂｃｃ
を、原子間距離ｘとしてそのまま使用できる。
さらに、図６（ｅ）は、六方晶の（０００１）面を示している。図６（ｅ）の場合、格子定数をａｈｃｐとすると、ｘ（＝ａｘ （０００１））は、ａｘ （０００１）＝ａｈｃｐとなり、格子定数ａｈｃｐが、そのまま使用できる。よって、六方晶である金属の（０００１）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａ ｈｃｐ を、原子間距離ｘとしてそのまま使用できる。
さらに、図６（ｅ）は、六方晶の（０００１）面を示している。図６（ｅ）の場合、格子定数をａｈｃｐとすると、ｘ（＝ａｘ （０００１））は、ａｘ （０００１）＝ａｈｃｐとなり、格子定数ａｈｃｐが、そのまま使用できる。よって、六方晶である金属の（０００１）面の上に、六方晶のＡｌＮ（０００１）面、ＳｃＡｌＮ（０００１）面を成長させるときは、格子定数ａ ｈｃｐ を、原子間距離ｘとしてそのまま使用できる。
図８は、積層体２００の製造方法を説明したフローチャートである。
また、図９は、このとき基板２１０上に成膜したバッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０について示した図である。
まず、サファイアの単結晶基板であり、ｃ面が表面である基板２１０をスパッタ装置に入れて加熱し、水分を除去する（ステップ１０１）。基板２１０は、１０００Ｗの出力で３０ｓの加熱を２回行った。このとき、基板２１０の温度は、約４００℃～５００℃に達する。
また、図９は、このとき基板２１０上に成膜したバッファ層２２０、電極層２３０および圧電層２４０について示した図である。
まず、サファイアの単結晶基板であり、ｃ面が表面である基板２１０をスパッタ装置に入れて加熱し、水分を除去する（ステップ１０１）。基板２１０は、１０００Ｗの出力で３０ｓの加熱を２回行った。このとき、基板２１０の温度は、約４００℃～５００℃に達する。
そして、バッファ層２２０を成膜した基板２１０を再加熱する（ステップ１０３）。このとき、例えば、１０００Ｗの出力で３０ｓの加熱を１回行う。このとき、基板２１０の温度は、約４００℃～５００℃に達する。これにより、次の電極層２３０を形成する際に、電極層２３０の結晶性が向上する。
さらに、電極層２３０上に圧電層２４０として、Ｓｃ０．２Ａｌ０．８Ｎの薄膜を成膜する（ステップ１０５）。このとき、本実施の形態では、Ｈｉ－ｐｕｌｓｅスパッタ法を使用し、ＡｌとＳｃを含むターゲットを用いて圧電層２４０の成膜を行う。スパッタの条件は、ステップ１０２の場合と同様であるが、成膜時間は、数時間要する。このとき、基板２１０の温度は、約２００℃～３５０℃で収束する。この圧電層２４０は、電極層２３０上の全面に形成される。圧電層２４０は、厚さが、１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることが好ましい。
Claims (18)
- 基板と、
前記基板の上に配され、金属元素を含む単結晶からなる電極層と、
前記基板と前記電極層との間に形成され、当該電極層の結晶配向性を向上させるバッファ層と、
前記電極層の上に形成され、圧電体からなる圧電層と、
を備え、
前記バッファ層および前記圧電層は、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮの何れか一方の組成を主成分とする単結晶からなる積層体。 - 前記ＳｃＡｌＮおよび前記ＡｌＮは、（１１－２０）面のＸ線回折で６０°周期のピークが観察される請求項１に記載の積層体。
- 前記ＳｃＡｌＮおよび前記ＡｌＮは、電子線回折パターンとして１つの晶帯軸が観察される請求項１に記載の積層体。
- 前記バッファ層および前記圧電層は、双方とも同じ組成である請求項１に記載の積層体。
- 前記電極層は、当該電極層の結晶系が立方晶であるときは、前記ＳｃＡｌＮまたは前記ＡｌＮとの格子不整合度が－２５％以上２％以下の範囲となる請求項１に記載の積層体。
- 前記電極層は、六方晶である請求項１に記載の積層体。
- 前記圧電層は、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が、２．５°以下である請求項１に記載の積層体。
- 前記電極層は、
前記ＡｌＮまたは前記ＳｃＡｌＮを、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに０≦ｘ≦０．３のときは、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなり、０．３＜ｘ≦０．５のときは、Ｃｏ、Ｒｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、ＺｒＮ、Ｔｉの中から選ばれる少なくとも１つからなる請求項１に記載の積層体。 - 前記ＳｃＡｌＮは、ＳｃｘＡｌｙＮ（ｘ＋ｙ＝１）の組成で表したときに、０＜ｘ≦０．５である請求項１に記載の積層体。
- 前記基板は、サファイア、Ｓｉ、石英、ＳｒＴｉＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３およびＳｉＣの中から選ばれる何れかの組成を有する請求項１に記載の積層体。
- 前記電極層は、厚さが、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である請求項１に記載の積層体。
- 前記バッファ層は、厚さが、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１に記載の積層体。
- 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の積層体のうち、前記基板とは別の第２の基板、前記電極層とは別の第２の電極層、前記圧電層および当該電極層がこの順で積層した共振子。
- 請求項１３に記載の共振子を有し、
前記共振子に備えられる圧電層により必要な周波数の電波を取り出すフィルタ。 - 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の積層体から、前記圧電層および前記電極層を、剥離した剥離積層体。
- 基板と、当該基板の上に配され金属元素を含む単結晶からなる電極層と、当該基板と当該電極層との間に形成され当該電極層の結晶配向性を向上させるバッファ層と、当該電極層の上に形成され、圧電体からなる圧電層と、を備え、当該バッファ層および当該圧電層は、ＳｃＡｌＮおよびＡｌＮの何れか一方の組成を主成分とする単結晶からなる積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体上に、金属を含む第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、
前記基板とは別の第２の基板の表面に、金属を含む第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、
前記第２の基板の前記第２の金属層に、前記積層体上に形成された前記第１の金属層を貼り付ける貼付工程と、
前記積層体から前記基板および前記バッファ層を剥離する剥離工程と、
を含む共振子の製造方法。 - 前記剥離工程は、前記基板および前記バッファ層をともに剥離する請求項１６に記載の共振子の製造方法。
- 前記剥離工程は、前記基板を剥離した後に前記バッファ層を剥離する請求項１６に記載の共振子の製造方法。
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