JP3925132B2 - 表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面弾性波素子、電子回路、周波数フィルタ、周波数発振器、及び電子機器に関し、特にサファイア単結晶基板上の圧電薄膜を用いた表面弾性波素子、当該表面弾性波素子を備える電子回路、周波数フィルタ、及び周波数発振器、並びにこれらを備える電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体通信を中心とした情報通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に増大している。また、近年の情報化社会の発達に伴い移動通信体のみならず、ＢＳ（Broadcast Satellite）及びＣＳ（Commercial Satellite）放送を受信するチューナの需要も高まり、更にはコンピュータネットワークの発達によりＨＵＢ等の電気機器も高速化されている。
【０００３】
表面弾性波素子の開発に際しては、小型化、高効率化、高周波化の３つの方向での改善が重要となり、そのためには、より大きな電気機械結合係数（以下、ｋ2と表記する）、より零に近い中心周波数温度係数（以下、ＴＣＦと表記する）、より大きな表面弾性波伝播速度（以下、Ｖsと表記する）を実現することが必要となる。
【０００４】
従来、表面弾性波素子としては、圧電体単結晶上にインターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下、ＩＤＴと表記する）を形成した構造が主として用いられてきた。圧電体単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（以下、ＬｉＮｂＯ3と表記する）、タンタル酸リチウム（以下、ＬｉＴａＯ3と表記する）等が挙げられる。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、ｋ2の大きいＬｉＮｂＯ3が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣＦの小さい水晶が用いられる。更に、ｋ2及びＴＣＦがＬｉＮｂＯ3と水晶の間にあるＬｉＴａＯ3は中間的な用途に用いられている。
【０００５】
しかしながら、高ｋ2、零ＴＣＦ、高Ｖsをすべて満足した素子は圧電体単結晶だけでは実現できないので、基板と圧電体薄膜の積層構造とを用いた表面弾性波素子が考案されてきた。これは、基板と薄膜の材料の組合せ、薄膜の配向方向や膜厚の制御等により、単結晶よりも優れた特性を得るものである。例えば、ＴＣＦが零に近い基板上にｋ2の大きな圧電体薄膜を形成することにより、全体の特性が高ｋ2、零ＴＣＦの表面弾性波素子が実現可能となる。
【０００６】
ここで特に、表面弾性波素子を発振器として用いることを考えた場合、発振器には高次逓倍型、位相同期型、直接発振型等の方式があるが、素子の小型化及びジッタ特性の向上のためには直接発振型が望ましいので、発振周波数の高周波化が重要になる。発振周波数を高周波化する場合、ＩＤＴの電極ピッチのデザインルールの限界を鑑みても、圧電体層を高Ｖsを有する硬質層と積層することによって高周波化を実現する素子構造が有望である。特開平６−１６４２９４では、Ｓｉ基板上に硬質層としてダイヤモンド薄膜を形成し、更にその上にＺｎＯ圧電体層とＳｉＯ2保護層を形成することにより、高ｋ2、零ＴＣＦ、高Ｖsの両立が図られており、極めて重要な構造である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の硬質層、圧電体層を有する表面弾性波素子にあっては、以下のような問題点を有していた。
【０００８】
特開平６−１６４２９４に記載されているようなダイヤモンド薄膜硬質層を用いる場合には、高Ｖsは得られるものの、表面平坦性が得られない。現状では、ダイヤモンド薄膜が硬いため研磨加工が難しく、時間もかかり、しかもダイヤモンド薄膜が多結晶からなるために、通常の圧電体単結晶基板に比べて表面平坦性が著しく劣る。従って、そのダイヤモンド薄膜の上に堆積する圧電体薄膜の結晶性も低下し、エピタキシャル膜は得られない。圧電体薄膜の表面弾性波素子としての特性はその結晶性に大きく依存しており、多結晶のダイヤモンド薄膜硬質層を用いた場合、特にｋ2が低下するなどの問題が生ずる。
【０００９】
従って実用化に際しては、ダイヤモンド以外の単結晶状の硬質層によってＶsの増大を図ることが重要となる。ダイヤモンド以外で単結晶が入手しやすくＶsの大きな硬質層及び基板材料としてサファイアが挙げられる。サファイアは、ダイヤモンドの約１００００ｍ／ｓからは劣るものの、Ｖsが大きく、その単結晶基板は安価で汎用的に用いられ、その上に各種圧電体薄膜がエピタキシャル成長するので、非常に重要な材料である。ここで表面弾性波の伝播速度Ｖsは、ヤング率をＥ、密度をρとして、Ｖs∝（Ｅ/ρ）1/2であるから、添加物によってサファイアのヤング率を大きく密度を小さくすることができれば、伝播速度をダイヤモンド並みに増大させることも可能である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｖsが大きく、使用帯域の高周波化に対応できるサファイア硬質層を用いた表面弾性波素子、及び当該表面弾性波素子を備える電子回路、周波数フィルタ、及び周波数発振器、並びにこれらを備える電子機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
〔表面弾性波素子〕
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、サファイア単結晶基板と、前記サファイア単結晶基板上にサファイアに元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）なる組成、コランダム型結晶構造を有する硬質層と、前記硬質層上に圧電体層とを有することを特徴としている。
上記構成によれば、硬質層のヤング率の増大あるいは密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させ、表面弾性波素子をより高周波領域で使用可能にすることができる。
【００１２】
また、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、前記硬質層が、コランダム型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、硬質層が同一の結晶構造を有する単結晶基板に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の省電力化を図ることができる。
【００１３】
更に、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、窒化アルミニウムに窒化硼素を添加した（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有し、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、窒化アルミニウムのヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、窒化アルミニウムの格子定数が減少して硬質層に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１４】
また更に、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）なる組成と、ウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、酸化亜鉛のヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、酸化亜鉛の格子定数が減少して硬質層に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による表面弾性波素子は、サファイアに元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）を添加し（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有し、且つコランダム型結晶構造を有する単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成されてなる圧電体層とを有することを特徴としている。
この構成によれば、サファイア単結晶基板のヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させ、より高周波領域で表面弾性波素子を使用することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の第２の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、窒化アルミニウムに窒化硼素を添加した（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）なる組成であって、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、窒化アルミニウムのヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、窒化アルミニウムの格子定数が減少して単結晶基板に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１７】
更に、本発明の第２の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）なる組成であって、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、酸化亜鉛のヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、酸化亜鉛の格子定数が減少して単結晶基板に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１８】
〔周波数フィルタ〕
上記課題を解決するために、本発明の周波数フィルタは、上記の何れかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体層上に形成された第１の電極と、前記圧電体層上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体層に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、表面弾性波のＶsが高いため、より高い周波数の電気信号を第１の電極に印加して、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の電気信号をフィルタリングすることができる。
【００１９】
〔周波数発振器〕
上記課題を解決するために、本発明の周波数発振器は、上記の何れかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体層上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体層に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、前記圧電体層上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、表面弾性波のＶsが高いため、より高い周波数の電気信号を電気信号印加用電極に印加して表面弾性波を発生させることができるとともに、より高い周波数の表面弾性波を共振させることができる。この結果としてより高い周波数の信号を発振することができる。
【００２０】
〔電子回路〕
上記課題を解決するために、本発明の電子回路は、上記の周波数発振器と、前記周波数発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備え、前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行うことを特徴としている。
この構成によれば、より高い周波数の信号から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行っているため、より高い周波数の電気信号に対して電気的に種々の操作を行う電子回路を提供することができる。
【００２１】
〔電子機器〕
上記課題を解決するために、本発明の電子回路は、上記の周波数フィルタ、上記の周波数発振器、及び上記の電子回路の少なくとも１つを含むことを特徴としている。
この構成によれば、より高い周波数で動作する周波数フィルタ、周波数発振器、及び電子回路の少なくとも１つを含むため、今後より高い周波数が用いられる予定の移動通信体、衛星放送用チューナ、その他の各種電子機器を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による表面弾性波素子、電子回路、周波数フィルタ、周波数発振器、及び電子機器について詳細に説明する。
【００２３】
〔表面弾性波素子の第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による表面波弾性素子の断面図である。Ｂ（ホウ素）をＡｌに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3ターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａ（ヘクトパスカル）の条件で、Ｒ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２を堆積した。但し、Ｂの添加量、基板温度、酸素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００２４】
次に、ＢＮをＡｌＮに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、窒素分圧約１．３３×１０-5ｈＰａの条件で、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を堆積した。但し、ＢＮの添加量、基板温度、窒素分圧は、これに限るものではない。
【００２５】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３上にＩＤＴ電極４，５を形成した。
【００２６】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（１０２）／／サファイア（１０２）、面内方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ［００１］／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3［１０１］／／サファイア［１０１］の配向膜であった。
【００２７】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極４，５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは８５００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極４，５の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は４．２ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２を用いない場合にＶsが７５００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００２８】
また、硬質層として、Ｂの代わりにＭ１＝Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）の代わりに酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００２９】
上述のような構成によれば、サファイア単結晶基板上に、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）硬質層を堆積し、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００３０】
〔表面弾性波素子の第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態による表面波弾性素子の断面図である。ＢをＡｌに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3ターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａの条件で、Ｃ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２を堆積した。但し、Ｂの添加量、基板温度、酸素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００３１】
次に、ＬｉをＺｎに対して３ｍｏｌ％添加した（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａの条件で、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を堆積した。但し、Ｌｉの添加量、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００３２】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３上にＩＤＴ電極１４，１５を形成した。
【００３３】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（００１）／／サファイア（００１）、面内方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ［１００］／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3［１１０］／／サファイア［１１０］の配向膜であった。
【００３４】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極１４，１５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは７０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極１４，１５の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は３．５ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3基板１１を用いない場合にＶsが６０００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００３５】
また、硬質層として、Ｂの代わりにＭ１＝Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、Ｌｉの代わりにＭ２＝Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の代わりに（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）を圧電体層に用いた場合も同様の効果が得られた。更に、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００３６】
上述のような構成によれば、サファイア単結晶基板上に、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）硬質層を堆積し、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００３７】
〔表面弾性波素子の第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態による表面波弾性素子の断面図である。ＢＮをＡｌＮに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、窒素分圧約１．３３×１０-5ｈＰａの条件で、ＣｒをＡｌに対して３ｍｏｌ％添加したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を堆積した。但し、ＢＮの添加量、基板温度、窒素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００３８】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２上にＩＤＴ電極２３，２４を形成した。
【００３９】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（１０２）、面内方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ［００１］／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3［１０１］の配向膜であった。
【００４０】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極２３，２４の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは８５００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極２３，２４の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は４．２ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ／サファイア構造の場合にＶsが７５００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００４１】
また、単結晶基板として、Ｃｒの代わりにＭ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）の代わりに酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００４２】
上述のような構成によれば、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）単結晶基板上に、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００４３】
〔表面弾性波素子の第４実施形態〕
図４は、本発明の第４実施形態による表面波弾性素子の断面図である。ＬｉをＺｎに対して３ｍｏｌ％添加した（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａの条件で、ＣｒをＡｌに対して３ｍｏｌ％添加したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を堆積した。但し、Ｌｉの添加量、基板温度、酸素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００４４】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２上にＩＤＴ電極３３，３４を形成した。
【００４５】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（００１）、面内方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ［１００］／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3［１１０］の配向膜であった。
【００４６】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極３３，３４の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは７０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極３３，３４の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は３．５ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１を用いない場合にＶsが６０００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００４７】
また、単結晶基板として、Ｃｒの代わりにＭ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、Ｌｉの代わりにＭ２＝Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の代わりに（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）を圧電体層に用いた場合も同様の効果が得られた。更に、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００４８】
上述のような構成によれば、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）単結晶基板上に、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００４９】
〔周波数フィルタ〕
図５は、本発明の一実施形態による周波数フィルタの外観を示す斜視図である。図５に示した周波数フィルタは基板４０を有する。この基板４０は、例えば図１に示したＲ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２及び（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を順に積層して形成した基板、図２に示したＣ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２及び（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を順に積層して形成した基板、図３に示したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を積層して形成した基板、又はＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を積層して形成した基板である。
【００５０】
この基板４０上面にはＩＤＴ電極４１及びＩＤＴ電極４２が形成されている。ＩＤＴ電極４１，４２は、例えばＡｌ又はＡｌ合金により形成され、その厚みはＩＤＴ電極４１，４２のピッチの１００分の１程度に設定される。また、ＩＤＴ電極４１，４２を挟むように、基板４０の上面には吸音部４３，４４が形成されている。吸音部４１，４２は、基板４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板４０上に形成されたＩＤＴ電極４１には高周波信号源４５が接続されており、ＩＤＴ４２には信号線が接続されている。尚、上記ＩＤＴ電極１４は本発明にいう第１電極に相当し、ＩＤＴ電極４２は本発明にいう第２電極に相当する。
【００５１】
上記構成において、高周波信号源４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極４１に印加され、これによって基板４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は６０００〜８５００ｍ／ｓ程度の速度で基板４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極４１から吸音剤４３側へ伝播した表面弾性波は吸音剤４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子４６ａ，４６ｂに取り出される。尚、上記特定の周波数又は特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極４２を通過して吸音剤４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極４１に供給した電気信号の内、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。
【００５２】
〔周波数発振器〕
図６は、本発明の一実施形態による周波数発振器の外観を示す斜視図である。図６に示した周波数発振器は基板５０を有する。この基板５０は、例えば図１に示したＲ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２及び（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を順に積層して形成した基板、図２に示したＣ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２及び（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を順に積層して形成した基板、図３に示したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を積層して形成した基板、又はＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を積層して形成した基板である。
【００５３】
この基板５０上面にはＩＤＴ電極５１が形成されており、更にＩＤＴ電極５１を挟むように、ＩＤＴ電極５２，５３が形成されている。ＩＤＴ電極５１〜５３は、例えばＡｌ又はＡｌ合金により形成され、それぞれの厚みはＩＤＴ電極５１〜５３各々のピッチの１００分の１程度に設定される。ＩＤＴ電極５１を構成する一方の櫛歯状電極５１ａには高周波信号源５４が接続されており、他方の櫛歯状電極５１ｂには信号線が接続されている。尚、ＩＤＴ電極５１は、本発明にいう電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極５２，５３はＩＤＴ電極５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる本発明にいう共振用電極に相当する。
【００５４】
上記構成において、高周波信号源５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極５１の一方の櫛歯状電極５１ａに印加され、これによって基板４０の上面にＩＤＴ電極５２側に伝播する表面弾性波及びＩＤＴ電極５３側に伝播する表面弾性波が発生する。尚、この表面弾性波の速度は６０００〜８５００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波の内の特定の周波数成分の表面弾性波はＩＤＴ電極５２及びＩＤＴ電極５３で反射され、ＩＤＴ電極５２とＩＤＴ電極５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極５２，５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極５１ｂの他方の櫛歯状電極５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極５２とＩＤＴ電極５３との共振周波数に応じて周波数（又はある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子５５ａと端子５５ｂに取り出すことができる。
【００５５】
図７は、本発明の実施形態の表面弾性波素子（周波数発振器）をＶＣＳＯ（Voltage Controlled SAW Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した一例を示す図であり、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面図透視図である。ＶＣＳＯは金属製（アルミニウム又はステンレス製）の筐体６０内部に実装される。６１は基板であり、この基板６１上にＩＣ（Integrated Circuit）及び周波数発振器６３が実装されている。ＩＣ６２は外部の回路（図示せず）から入力される電圧値に応じて、周波数発振器６３に印加する周波数を制御するものである。
【００５６】
周波数発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は図６に示した周波数発振器とほぼ同様である。尚、基板６４は、例えば図１に示したＲ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２及び（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を順に積層して形成した基板、図２に示したＣ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２及び（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を順に積層して形成した基板、図３に示したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を積層して形成した基板、又はＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を積層して形成した基板である。
【００５７】
また、基板６１上には、ＩＣ６２と周波数発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２及び配線６６が例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、周波数発振器６３及び配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と周波数発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【００５８】
図７に示したＶＣＳＯは、例えば図８に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。図８は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。図８に示したように、ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、及びＶＣＯ７４から構成される。
【００５９】
位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力する。低域フィルタ７２は位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させ、増幅器７３は低域フィルタ７２から出力される信号を増幅する。ＶＣＯ７４は、入力される電圧値に応じて周波数がある範囲で連続的に発振周波数が変化する発振回路である。かかりＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力する。
【００６０】
〔電子回路〕
図９は、本発明の一実施形態による電子回路の電気的構成を示すブロック図である。尚、図７に示した電子回路は、例えば図１０に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。図１０は、本発明の一実施形態による電子機器の１つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。図１０に示した携帯電話機１００は、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５等を備えて構成されている。
【００６１】
図９に示した電子回路は、携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、及び入力／表示回路９４を含んで構成される。尚、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【００６２】
送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図１０中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングする。尚、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ８３は、中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。尚、送信フィルタ８３から出力される信号は不図示の変換回路によりＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力する。
【００６３】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信する。また、送受分波器８５はアンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力する。尚、送受信分波器８５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅８７は送受分波器８５からの受信信号を増幅する。尚、低雑音増幅器８７から出力される信号は、不図示の変換回路により中間信号（ＩＦ）に変換される。
【００６４】
受信フィルタ８８は不図示の変換回路により変換された中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングする。尚、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路９０は受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図１０中の受話器１０２に相当するものである。
【００６５】
周波数シンセサイザ９２は送信ミキサ８３へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）及び受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。尚、周波数シンセサイザ９２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、更に分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成する。制御回路９２は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、及び入力／表示回路９４を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力／表示回路９４は、携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図１０に示した液晶表示部１０４及び操作釦部１０５に相当する。
【００６６】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８として図５に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路は、図８に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図６に示した周波数発振器又は図７に示した周波数発振器（ＶＣＳＯ）を設けたものである。
【００６７】
以上、本発明の実施形態による表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上記実施形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路を一例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は携帯電話機に限定される訳ではなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子回路に適用することができる。
【００６８】
更に、移動体通信機器のみならずＢＳ及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サファイアと同じコランダム型結晶構造を有する金属酸化物をサファイアに固溶させた硬質層又は単結晶基板を用いることにより、ヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波の伝播速度を増大させ、表面弾性波素子をより高周波領域で使用することができるようになり、ダイヤモンド硬質層を用いずに高周波発振器などの高周波通信用デバイスを実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図３】 本発明の第３実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図４】 本発明の第４実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図５】 本発明の一実施形態による周波数フィルタの外観を示す斜視図である。
【図６】 本発明の一実施形態による周波数発振器の外観を示す斜視図である。
【図７】 本発明の実施形態の表面弾性波素子（周波数発振器）をＶＣＳＯ（Voltage Controlled SAW Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した一例を示す図であり、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面図透視図である。
【図８】 ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図９】 本発明の一実施形態による電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の一実施形態による電子機器の１つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１……Ｒ面サファイア（１０２）単結晶基板
２……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（１０２）硬質層
３……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）圧電体層
４，５……ＩＤＴ電極
１１……Ｃ面サファイア（００１）単結晶基板
１２……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（００１）硬質層
１３……（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）圧電体層
１４，１５……ＩＤＴ電極
２１……（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（１０２）単結晶基板
２２……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）圧電体層
２３，２４……ＩＤＴ電極
３１……（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（００１）単結晶基板
３２……（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）圧電体層
３３，３４……ＩＤＴ電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面弾性波素子、電子回路、周波数フィルタ、周波数発振器、及び電子機器に関し、特にサファイア単結晶基板上の圧電薄膜を用いた表面弾性波素子、当該表面弾性波素子を備える電子回路、周波数フィルタ、及び周波数発振器、並びにこれらを備える電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体通信を中心とした情報通信分野の著しい発展に伴い、表面弾性波素子の需要が急速に増大している。また、近年の情報化社会の発達に伴い移動通信体のみならず、ＢＳ（Broadcast Satellite）及びＣＳ（Commercial Satellite）放送を受信するチューナの需要も高まり、更にはコンピュータネットワークの発達によりＨＵＢ等の電気機器も高速化されている。
【０００３】
表面弾性波素子の開発に際しては、小型化、高効率化、高周波化の３つの方向での改善が重要となり、そのためには、より大きな電気機械結合係数（以下、ｋ2と表記する）、より零に近い中心周波数温度係数（以下、ＴＣＦと表記する）、より大きな表面弾性波伝播速度（以下、Ｖsと表記する）を実現することが必要となる。
【０００４】
従来、表面弾性波素子としては、圧電体単結晶上にインターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下、ＩＤＴと表記する）を形成した構造が主として用いられてきた。圧電体単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（以下、ＬｉＮｂＯ3と表記する）、タンタル酸リチウム（以下、ＬｉＴａＯ3と表記する）等が挙げられる。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、ｋ2の大きいＬｉＮｂＯ3が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣＦの小さい水晶が用いられる。更に、ｋ2及びＴＣＦがＬｉＮｂＯ3と水晶の間にあるＬｉＴａＯ3は中間的な用途に用いられている。
【０００５】
しかしながら、高ｋ2、零ＴＣＦ、高Ｖsをすべて満足した素子は圧電体単結晶だけでは実現できないので、基板と圧電体薄膜の積層構造とを用いた表面弾性波素子が考案されてきた。これは、基板と薄膜の材料の組合せ、薄膜の配向方向や膜厚の制御等により、単結晶よりも優れた特性を得るものである。例えば、ＴＣＦが零に近い基板上にｋ2の大きな圧電体薄膜を形成することにより、全体の特性が高ｋ2、零ＴＣＦの表面弾性波素子が実現可能となる。
【０００６】
ここで特に、表面弾性波素子を発振器として用いることを考えた場合、発振器には高次逓倍型、位相同期型、直接発振型等の方式があるが、素子の小型化及びジッタ特性の向上のためには直接発振型が望ましいので、発振周波数の高周波化が重要になる。発振周波数を高周波化する場合、ＩＤＴの電極ピッチのデザインルールの限界を鑑みても、圧電体層を高Ｖsを有する硬質層と積層することによって高周波化を実現する素子構造が有望である。特開平６−１６４２９４では、Ｓｉ基板上に硬質層としてダイヤモンド薄膜を形成し、更にその上にＺｎＯ圧電体層とＳｉＯ2保護層を形成することにより、高ｋ2、零ＴＣＦ、高Ｖsの両立が図られており、極めて重要な構造である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の硬質層、圧電体層を有する表面弾性波素子にあっては、以下のような問題点を有していた。
【０００８】
特開平６−１６４２９４に記載されているようなダイヤモンド薄膜硬質層を用いる場合には、高Ｖsは得られるものの、表面平坦性が得られない。現状では、ダイヤモンド薄膜が硬いため研磨加工が難しく、時間もかかり、しかもダイヤモンド薄膜が多結晶からなるために、通常の圧電体単結晶基板に比べて表面平坦性が著しく劣る。従って、そのダイヤモンド薄膜の上に堆積する圧電体薄膜の結晶性も低下し、エピタキシャル膜は得られない。圧電体薄膜の表面弾性波素子としての特性はその結晶性に大きく依存しており、多結晶のダイヤモンド薄膜硬質層を用いた場合、特にｋ2が低下するなどの問題が生ずる。
【０００９】
従って実用化に際しては、ダイヤモンド以外の単結晶状の硬質層によってＶsの増大を図ることが重要となる。ダイヤモンド以外で単結晶が入手しやすくＶsの大きな硬質層及び基板材料としてサファイアが挙げられる。サファイアは、ダイヤモンドの約１００００ｍ／ｓからは劣るものの、Ｖsが大きく、その単結晶基板は安価で汎用的に用いられ、その上に各種圧電体薄膜がエピタキシャル成長するので、非常に重要な材料である。ここで表面弾性波の伝播速度Ｖsは、ヤング率をＥ、密度をρとして、Ｖs∝（Ｅ/ρ）1/2であるから、添加物によってサファイアのヤング率を大きく密度を小さくすることができれば、伝播速度をダイヤモンド並みに増大させることも可能である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｖsが大きく、使用帯域の高周波化に対応できるサファイア硬質層を用いた表面弾性波素子、及び当該表面弾性波素子を備える電子回路、周波数フィルタ、及び周波数発振器、並びにこれらを備える電子機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
〔表面弾性波素子〕
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、サファイア単結晶基板と、前記サファイア単結晶基板上にサファイアに元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）なる組成、コランダム型結晶構造を有する硬質層と、前記硬質層上に圧電体層とを有することを特徴としている。
上記構成によれば、硬質層のヤング率の増大あるいは密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させ、表面弾性波素子をより高周波領域で使用可能にすることができる。
【００１２】
また、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、前記硬質層が、コランダム型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、硬質層が同一の結晶構造を有する単結晶基板に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の省電力化を図ることができる。
【００１３】
更に、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、窒化アルミニウムに窒化硼素を添加した（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有し、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、窒化アルミニウムのヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、窒化アルミニウムの格子定数が減少して硬質層に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１４】
また更に、本発明の第１の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）なる組成と、ウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、酸化亜鉛のヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、酸化亜鉛の格子定数が減少して硬質層に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による表面弾性波素子は、サファイアに元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）を添加し（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有し、且つコランダム型結晶構造を有する単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成されてなる圧電体層とを有することを特徴としている。
この構成によれば、サファイア単結晶基板のヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させ、より高周波領域で表面弾性波素子を使用することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の第２の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、窒化アルミニウムに窒化硼素を添加した（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）なる組成であって、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、窒化アルミニウムのヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、窒化アルミニウムの格子定数が減少して単結晶基板に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１７】
更に、本発明の第２の観点による表面弾性波素子は、前記圧電体層が、酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）なる組成であって、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴としている。
この構成によれば、酸化亜鉛のヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波のＶsを増大させるとともに、酸化亜鉛の格子定数が減少して単結晶基板に格子整合することで薄膜の結晶性が向上してｋ2が向上し、表面弾性波素子の高周波化、省電力化を図ることができる。
【００１８】
〔周波数フィルタ〕
上記課題を解決するために、本発明の周波数フィルタは、上記の何れかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体層上に形成された第１の電極と、前記圧電体層上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体層に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、表面弾性波のＶsが高いため、より高い周波数の電気信号を第１の電極に印加して、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の電気信号をフィルタリングすることができる。
【００１９】
〔周波数発振器〕
上記課題を解決するために、本発明の周波数発振器は、上記の何れかに記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体層上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体層に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、前記圧電体層上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、表面弾性波のＶsが高いため、より高い周波数の電気信号を電気信号印加用電極に印加して表面弾性波を発生させることができるとともに、より高い周波数の表面弾性波を共振させることができる。この結果としてより高い周波数の信号を発振することができる。
【００２０】
〔電子回路〕
上記課題を解決するために、本発明の電子回路は、上記の周波数発振器と、前記周波数発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備え、前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行うことを特徴としている。
この構成によれば、より高い周波数の信号から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行っているため、より高い周波数の電気信号に対して電気的に種々の操作を行う電子回路を提供することができる。
【００２１】
〔電子機器〕
上記課題を解決するために、本発明の電子回路は、上記の周波数フィルタ、上記の周波数発振器、及び上記の電子回路の少なくとも１つを含むことを特徴としている。
この構成によれば、より高い周波数で動作する周波数フィルタ、周波数発振器、及び電子回路の少なくとも１つを含むため、今後より高い周波数が用いられる予定の移動通信体、衛星放送用チューナ、その他の各種電子機器を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による表面弾性波素子、電子回路、周波数フィルタ、周波数発振器、及び電子機器について詳細に説明する。
【００２３】
〔表面弾性波素子の第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による表面波弾性素子の断面図である。Ｂ（ホウ素）をＡｌに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3ターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａ（ヘクトパスカル）の条件で、Ｒ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２を堆積した。但し、Ｂの添加量、基板温度、酸素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００２４】
次に、ＢＮをＡｌＮに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、窒素分圧約１．３３×１０-5ｈＰａの条件で、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を堆積した。但し、ＢＮの添加量、基板温度、窒素分圧は、これに限るものではない。
【００２５】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３上にＩＤＴ電極４，５を形成した。
【００２６】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（１０２）／／サファイア（１０２）、面内方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ［００１］／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3［１０１］／／サファイア［１０１］の配向膜であった。
【００２７】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極４，５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは８５００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極４，５の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は４．２ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２を用いない場合にＶsが７５００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００２８】
また、硬質層として、Ｂの代わりにＭ１＝Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）の代わりに酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００２９】
上述のような構成によれば、サファイア単結晶基板上に、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）硬質層を堆積し、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００３０】
〔表面弾性波素子の第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態による表面波弾性素子の断面図である。ＢをＡｌに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3ターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａの条件で、Ｃ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２を堆積した。但し、Ｂの添加量、基板温度、酸素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００３１】
次に、ＬｉをＺｎに対して３ｍｏｌ％添加した（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａの条件で、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を堆積した。但し、Ｌｉの添加量、基板温度、酸素分圧は、これに限るものではない。
【００３２】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３上にＩＤＴ電極１４，１５を形成した。
【００３３】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（００１）／／サファイア（００１）、面内方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ［１００］／／（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3［１１０］／／サファイア［１１０］の配向膜であった。
【００３４】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極１４，１５の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは７０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極１４，１５の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は３．５ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3基板１１を用いない場合にＶsが６０００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００３５】
また、硬質層として、Ｂの代わりにＭ１＝Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、Ｌｉの代わりにＭ２＝Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の代わりに（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）を圧電体層に用いた場合も同様の効果が得られた。更に、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００３６】
上述のような構成によれば、サファイア単結晶基板上に、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）硬質層を堆積し、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００３７】
〔表面弾性波素子の第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態による表面波弾性素子の断面図である。ＢＮをＡｌＮに対して３ｍｏｌ％添加した（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、窒素分圧約１．３３×１０-5ｈＰａの条件で、ＣｒをＡｌに対して３ｍｏｌ％添加したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を堆積した。但し、ＢＮの添加量、基板温度、窒素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００３８】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２上にＩＤＴ電極２３，２４を形成した。
【００３９】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（１０２）、面内方向に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ［００１］／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3［１０１］の配向膜であった。
【００４０】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極２３，２４の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは８５００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極２３，２４の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は４．２ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ／サファイア構造の場合にＶsが７５００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００４１】
また、単結晶基板として、Ｃｒの代わりにＭ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）の代わりに酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００４２】
上述のような構成によれば、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）単結晶基板上に、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００４３】
〔表面弾性波素子の第４実施形態〕
図４は、本発明の第４実施形態による表面波弾性素子の断面図である。ＬｉをＺｎに対して３ｍｏｌ％添加した（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏターゲットを用いたレーザアブレーションにより、基板温度８００℃、酸素分圧約１．３３×１０-2ｈＰａの条件で、ＣｒをＡｌに対して３ｍｏｌ％添加したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を堆積した。但し、Ｌｉの添加量、基板温度、酸素分圧、基板の面方位は、これに限るものではない。
【００４４】
更に、金属アルミニウムを蒸着後、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターニングの連続プロセスを行い、（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２上にＩＤＴ電極３３，３４を形成した。
【００４５】
得られた表面弾性波素子は、膜面に垂直方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（００１）、面内方向に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ［１００］／／（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3［１１０］の配向膜であった。
【００４６】
得られた表面弾性波素子について、ＩＤＴ電極３３，３４の間での表面弾性波の遅延時間Ｖopenから求めたＶsは７０００ｍ／ｓであった。ＩＤＴ電極３３，３４の間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖshortとの差から求めると、ｋ2は０．０１となった。また共振周波数は３．５ＧＨｚであった。（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１を用いない場合にＶsが６０００ｍ／ｓ、ｋ2が０．０１であることから、（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１はｋ2を減少させることなく高Ｖs化に効果があることが明らかである。
【００４７】
また、単結晶基板として、Ｃｒの代わりにＭ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏの少なくとも１つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様な効果が得られた。更に、圧電体層として、Ｌｉの代わりにＭ２＝Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）を用いた場合も同様の効果が得られた。また、（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の代わりに（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）を圧電体層に用いた場合も同様の効果が得られた。更に、ＫＮｂＯ3やＬｉＮｂＯ3などの他の圧電体にも有効である。尚、ＩＤＴ電極を圧電体層の下に形成した場合も同様の効果が得られた。そして、周波数温度特性の改善や表面保護のために、表面にＳｉＯ2膜を堆積した場合も同様の効果が得られた。
【００４８】
上述のような構成によれば、元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）の少なくとも一つを添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）単結晶基板上に、（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）又は（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）圧電体層を堆積することにより、ｋ2を減少させることなく高Ｖsを実現させることが可能となる。
【００４９】
〔周波数フィルタ〕
図５は、本発明の一実施形態による周波数フィルタの外観を示す斜視図である。図５に示した周波数フィルタは基板４０を有する。この基板４０は、例えば図１に示したＲ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２及び（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を順に積層して形成した基板、図２に示したＣ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２及び（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を順に積層して形成した基板、図３に示したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を積層して形成した基板、又はＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を積層して形成した基板である。
【００５０】
この基板４０上面にはＩＤＴ電極４１及びＩＤＴ電極４２が形成されている。ＩＤＴ電極４１，４２は、例えばＡｌ又はＡｌ合金により形成され、その厚みはＩＤＴ電極４１，４２のピッチの１００分の１程度に設定される。また、ＩＤＴ電極４１，４２を挟むように、基板４０の上面には吸音部４３，４４が形成されている。吸音部４１，４２は、基板４０の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板４０上に形成されたＩＤＴ電極４１には高周波信号源４５が接続されており、ＩＤＴ４２には信号線が接続されている。尚、上記ＩＤＴ電極１４は本発明にいう第１電極に相当し、ＩＤＴ電極４２は本発明にいう第２電極に相当する。
【００５１】
上記構成において、高周波信号源４５から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極４１に印加され、これによって基板４０の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は６０００〜８５００ｍ／ｓ程度の速度で基板４０上面を伝播する。ＩＤＴ電極４１から吸音剤４３側へ伝播した表面弾性波は吸音剤４３で吸収されるが、ＩＤＴ電極４２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極４２のピッチ等に応じて定まる特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子４６ａ，４６ｂに取り出される。尚、上記特定の周波数又は特定の帯域の周波数以外の周波数成分は、大部分がＩＤＴ電極４２を通過して吸音剤４４に吸収される。このようにして、本実施形態の周波数フィルタが備えるＩＤＴ電極４１に供給した電気信号の内、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波のみを得る（フィルタリングする）ことができる。
【００５２】
〔周波数発振器〕
図６は、本発明の一実施形態による周波数発振器の外観を示す斜視図である。図６に示した周波数発振器は基板５０を有する。この基板５０は、例えば図１に示したＲ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２及び（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を順に積層して形成した基板、図２に示したＣ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２及び（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を順に積層して形成した基板、図３に示したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を積層して形成した基板、又はＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を積層して形成した基板である。
【００５３】
この基板５０上面にはＩＤＴ電極５１が形成されており、更にＩＤＴ電極５１を挟むように、ＩＤＴ電極５２，５３が形成されている。ＩＤＴ電極５１〜５３は、例えばＡｌ又はＡｌ合金により形成され、それぞれの厚みはＩＤＴ電極５１〜５３各々のピッチの１００分の１程度に設定される。ＩＤＴ電極５１を構成する一方の櫛歯状電極５１ａには高周波信号源５４が接続されており、他方の櫛歯状電極５１ｂには信号線が接続されている。尚、ＩＤＴ電極５１は、本発明にいう電気信号印加用電極に相当し、ＩＤＴ電極５２，５３はＩＤＴ電極５１によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる本発明にいう共振用電極に相当する。
【００５４】
上記構成において、高周波信号源５４から高周波信号が出力されると、この高周波信号はＩＤＴ電極５１の一方の櫛歯状電極５１ａに印加され、これによって基板４０の上面にＩＤＴ電極５２側に伝播する表面弾性波及びＩＤＴ電極５３側に伝播する表面弾性波が発生する。尚、この表面弾性波の速度は６０００〜８５００ｍ／ｓ程度である。これらの表面弾性波の内の特定の周波数成分の表面弾性波はＩＤＴ電極５２及びＩＤＴ電極５３で反射され、ＩＤＴ電極５２とＩＤＴ電極５３との間には定在波が発生する。この特定の周波数成分の表面弾性波がＩＤＴ電極５２，５３で反射を繰り返すことにより、特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分が共振して、振幅が増大する。この特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分の表面弾性波の一部は、ＩＤＴ電極５１ｂの他方の櫛歯状電極５１ｂから取り出され、ＩＤＴ電極５２とＩＤＴ電極５３との共振周波数に応じて周波数（又はある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子５５ａと端子５５ｂに取り出すことができる。
【００５５】
図７は、本発明の実施形態の表面弾性波素子（周波数発振器）をＶＣＳＯ（Voltage Controlled SAW Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した一例を示す図であり、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面図透視図である。ＶＣＳＯは金属製（アルミニウム又はステンレス製）の筐体６０内部に実装される。６１は基板であり、この基板６１上にＩＣ（Integrated Circuit）及び周波数発振器６３が実装されている。ＩＣ６２は外部の回路（図示せず）から入力される電圧値に応じて、周波数発振器６３に印加する周波数を制御するものである。
【００５６】
周波数発振器６３は、基板６４上に、ＩＤＴ電極６５ａ〜６５ｃが形成されており、その構成は図６に示した周波数発振器とほぼ同様である。尚、基板６４は、例えば図１に示したＲ面（１０２）サファイア単結晶基板１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層２及び（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層３を順に積層して形成した基板、図２に示したＣ面（００１）サファイア単結晶基板１１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3硬質層１２及び（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層１３を順に積層して形成した基板、図３に示したＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板２１上に（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ圧電体層２２を積層して形成した基板、又はＲ面（１０２）（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3単結晶基板３１上に（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ圧電体層３２を積層して形成した基板である。
【００５７】
また、基板６１上には、ＩＣ６２と周波数発振器６３とを電気的に接続するための配線６６がパターニングされている。ＩＣ６２及び配線６６が例えば金線等のワイヤー線６７によって接続され、周波数発振器６３及び配線６６が金線等のワイヤー線６８によって接続されることにより、ＩＣ６２と周波数発振器６３とが配線６６を介して電気的に接続されている。
【００５８】
図７に示したＶＣＳＯは、例えば図８に示すＰＬＬ回路のＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）として用いられる。ここで、ＰＬＬ回路について簡単に説明する。図８は、ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。図８に示したように、ＰＬＬ回路は、位相比較器７１、低域フィルタ７２、増幅器７３、及びＶＣＯ７４から構成される。
【００５９】
位相比較器７１は、入力端子７０から入力される信号の位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力する。低域フィルタ７２は位相比較器７１から出力される誤差電圧信号の位置の低周波成分のみを通過させ、増幅器７３は低域フィルタ７２から出力される信号を増幅する。ＶＣＯ７４は、入力される電圧値に応じて周波数がある範囲で連続的に発振周波数が変化する発振回路である。かかりＰＬＬ回路は、入力端子７０から入力される位相（又は周波数）とＶＣＯ７４から出力される信号の位相（又は周波数）との差が減少するように動作し、ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数を入力端子７０から入力される信号の周波数に同期させる。ＶＣＯ７４から出力される信号の周波数が入力端子７０から入力される信号の周波数に同期すると、その後は一定の位相差を除いて入力端子７０から入力される信号に一致し、また、入力信号の変化に追従するような信号を出力する。
【００６０】
〔電子回路〕
図９は、本発明の一実施形態による電子回路の電気的構成を示すブロック図である。尚、図７に示した電子回路は、例えば図１０に示す携帯電話機１００の内部に設けられる回路である。図１０は、本発明の一実施形態による電子機器の１つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。図１０に示した携帯電話機１００は、アンテナ１０１、受話器１０２、送話器１０３、液晶表示部１０４、及び操作釦部１０５等を備えて構成されている。
【００６１】
図９に示した電子回路は、携帯電話機１００内に設けられる電子回路の基本構成を示し、送話器８０、送信信号処理回路８１、送信ミキサ８２、送信フィルタ８３、送信電力増幅器８４、送受分波器８５、アンテナ８６ａ，８６ｂ、低雑音増幅器８７、受信フィルタ８８、受信ミキサ８９、受信信号処理回路９０、受話器９１、周波数シンセサイザ９２、制御回路９３、及び入力／表示回路９４を含んで構成される。尚、現在実用化されている携帯電話機は、周波数変換処理を複数回行っているため、その回路構成はより複雑となっている。
【００６２】
送話器８０は、例えば音波信号を電気信号に変換するマイクロフォン等で実現され、図１０中の送話器１０３に相当するものである。送信信号処理回路８１は、送話器８０から出力される電気信号に対して、例えばＤ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を施す回路である。送信ミキサ８２は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングする。尚、送信ミキサ８２に供給される信号の周波数は、例えば３８０ＭＨｚ程度である。送信フィルタ８３は、中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。尚、送信フィルタ８３から出力される信号は不図示の変換回路によりＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号の周波数は、例えば１．９ＧＨｚ程度である。送信電力増幅器８４は、送信フィルタ８３から出力されるＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器８５へ出力する。
【００６３】
送受分波器８５は、送信電力増幅器８４から出力されるＲＦ信号をアンテナ８６ａ，８６ｂへ出力し、アンテナ８６ａ，８６ｂから電波の形で送信する。また、送受分波器８５はアンテナ８６ａ，８６ｂで受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器８７へ出力する。尚、送受信分波器８５から出力される受信信号の周波数は、例えば２．１ＧＨｚ程度である。低雑音増幅８７は送受分波器８５からの受信信号を増幅する。尚、低雑音増幅器８７から出力される信号は、不図示の変換回路により中間信号（ＩＦ）に変換される。
【００６４】
受信フィルタ８８は不図示の変換回路により変換された中間周波数（ＩＦ）の必要となる周波数の信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。受信ミキサ８９は、周波数シンセサイザ９２から出力される信号を用いて送信信号処理回路８１から出力される信号をミキシングする。尚、受信ミキサ８９に供給される中間周波数は、例えば１９０ＭＨｚ程度である。受信信号処理回路９０は受信ミキサ８９から出力される信号に対して、例えばＡ／Ｄ変換処理、復調処理等の処理を施す回路である。受話器９１は、例えば電気信号を音波に変換する小型スピーカ等で実現され、図１０中の受話器１０２に相当するものである。
【００６５】
周波数シンセサイザ９２は送信ミキサ８３へ供給する信号（例えば、周波数３８０ＭＨｚ程度）及び受信ミキサ８９へ供給する信号（例えば、周波数１９０ＭＨｚ）を生成する回路である。尚、周波数シンセサイザ９２は、例えば７６０ＭＨｚの発振周波数で発信するＰＬＬ回路を備え、このＰＬＬ回路から出力される信号を分周して周波数が３８０ＭＨｚの信号を生成し、更に分周して周波数が１９０ＭＨｚの信号を生成する。制御回路９２は、送信信号処理回路８１、受信信号処理回路９０、周波数シンセサイザ９２、及び入力／表示回路９４を制御することにより携帯電話機の全体動作を制御する。入力／表示回路９４は、携帯電話機１００の使用者に対して機器の状態を表示したり、操作者の指示を入力するためのものであり、例えば図１０に示した液晶表示部１０４及び操作釦部１０５に相当する。
【００６６】
以上の構成の電子回路において、送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８として図５に示した周波数フィルタが用いられている。フィルタリングする周波数（通過させる周波数）は、送信ミキサ８２から出力される信号の内の必要となる周波数、及び、受信ミキサ８９で必要となる周波数に応じて送信フィルタ８３及び受信フィルタ８８で個別に設定されている。また、周波数シンセサイザ９２内に設けられるＰＬＬ回路は、図８に示したＰＬＬ回路のＶＣＯ７４として、図６に示した周波数発振器又は図７に示した周波数発振器（ＶＣＳＯ）を設けたものである。
【００６７】
以上、本発明の実施形態による表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば上記実施形態においては電子機器として携帯電話機を、電子回路として携帯電話機内に設けられる電子回路を一例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は携帯電話機に限定される訳ではなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子回路に適用することができる。
【００６８】
更に、移動体通信機器のみならずＢＳ及びＣＳ放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。更には、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サファイアと同じコランダム型結晶構造を有する金属酸化物をサファイアに固溶させた硬質層又は単結晶基板を用いることにより、ヤング率の増大又は密度の減少によって表面弾性波の伝播速度を増大させ、表面弾性波素子をより高周波領域で使用することができるようになり、ダイヤモンド硬質層を用いずに高周波発振器などの高周波通信用デバイスを実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図３】 本発明の第３実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図４】 本発明の第４実施形態による表面波弾性素子の断面図である。
【図５】 本発明の一実施形態による周波数フィルタの外観を示す斜視図である。
【図６】 本発明の一実施形態による周波数発振器の外観を示す斜視図である。
【図７】 本発明の実施形態の表面弾性波素子（周波数発振器）をＶＣＳＯ（Voltage Controlled SAW Oscillator：電圧制御ＳＡＷ発振器）に応用した一例を示す図であり、（ａ）は側面透視図であり、（ｂ）は上面図透視図である。
【図８】 ＰＬＬ回路の基本構成を示すブロック図である。
【図９】 本発明の一実施形態による電子回路の電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の一実施形態による電子機器の１つとしての携帯電話機の外観の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１……Ｒ面サファイア（１０２）単結晶基板
２……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（１０２）硬質層
３……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）圧電体層
４，５……ＩＤＴ電極
１１……Ｃ面サファイア（００１）単結晶基板
１２……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）2Ｏ3（００１）硬質層
１３……（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）圧電体層
１４，１５……ＩＤＴ電極
２１……（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（１０２）単結晶基板
２２……（Ａｌ0.97Ｂ0.03）Ｎ（１１０）圧電体層
２３，２４……ＩＤＴ電極
３１……（Ａｌ0.97Ｃｒ0.03）2Ｏ3（００１）単結晶基板
３２……（Ｚｎ0.97Ｌｉ0.03）Ｏ（００１）圧電体層
３３，３４……ＩＤＴ電極
Claims (11)
- サファイア単結晶基板と、
前記サファイア単結晶基板上に形成され、サファイアに元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）を添加した（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有する硬質層と、
前記硬質層上に形成されてなる圧電体層と
を有することを特徴とする表面弾性波素子。 - 前記硬質層は、コランダム型結晶構造を有することを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。
- 前記圧電体層は、窒化アルミニウムに窒化硼素を添加した（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有し、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。
- 前記圧電体層は、酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）なる組成と、ウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴とする請求項１記載の表面弾性波素子。
- サファイアに元素Ｍ１（Ｍ１＝Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ）を添加し（Ａｌ1-xＭ１x）2Ｏ3（０≦ｘ≦０．５）なる組成を有し、且つコランダム型結晶構造を有する単結晶基板と、
前記単結晶基板上に形成されてなる圧電体層と
を有することを特徴とする表面弾性波素子。 - 前記圧電体層は、窒化アルミニウムに窒化硼素を添加した（Ａｌ1-xＢx）Ｎ（０≦ｘ≦０．５）なる組成であって、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴とする請求項５記載の表面弾性波素子。
- 前記圧電体層は、酸化亜鉛に元素Ｍ２（Ｍ２＝Ｌｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ）の少なくとも１つを添加した（Ｚｎ1-xＭ２x）Ｏ（０≦ｘ≦０．５）なる組成であって、且つウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴とする請求項５記載の表面弾性波素子。
- 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体層上に形成された第１の電極と、
前記圧電体層上に形成され、前記第１の電極に印加される電気信号によって前記圧電体層に生ずる表面弾性波の特定の周波数又は特定の帯域の周波数に共振して電気信号に変換する第２の電極と
を備えることを特徴とする周波数フィルタ。 - 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の表面弾性波素子が備える前記圧電体層上に形成され、印加される電気信号によって前記圧電体層に表面弾性波を発生させる電気信号印加用電極と、
前記圧電体層上に形成され、前記電気信号印加用電極によって発生される表面弾性波の特定の周波数成分又は特定の帯域の周波数成分を共振させる共振用電極と
を備えることを特徴とする周波数発振器。 - 請求項９記載の周波数発振器と、
前記周波数発振器に設けられている前記電気信号印加用電極に対して前記電気信号を印加する電気信号供給素子とを備え、
前記電気信号の周波数成分から特定の周波数成分を選択し若しくは特定の周波数成分に変換し、又は、前記電気信号に対して所定の所定の変調を与え、所定の復調を行い、若しくは所定の検波を行うことを特徴とする電子回路。 - 請求項８記載の周波数フィルタ、請求項９記載の周波数発振器、及び請求項１０記載の電子回路の少なくとも１つを含むことを特徴とする電子機器。
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