JP4058972B2 - 表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器 - Google Patents
表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報通信分野に用いられる表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器に関し、特に圧電体層にニオブ酸カリウム膜を用いた表面弾性波素子の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などの移動体通信を中心とした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拡大している。また、近年の情報化社会の発達に伴い移動体通信のみならず、ＢＳ（Broadcast Satellite）放送及びＣＳ（Commercial Satellite）放送を受信するチューナーの需要も高まり、さらにはコンピュータネットワークの発達によりネットワークハブ等の電子機器も高速化されている。
【０００３】
従来、この種の電子機器に用いられてきた表面弾性波素子は、大きく分けて圧電材料の単結晶を用いたものと、基板上に圧電材料の薄膜を形成したものとの２種類がある。圧電材料の単結晶を用いたものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）等が代表的なものとして挙げられる。一方、圧電材料の薄膜を用いた表面弾性波素子としては、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．２３３７−２３４０に記載されているようなサファイア基板上に酸化亜鉛（以下ＺｎＯ）薄膜を形成したもの、あるいはＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ７４５−Ｌ７４７に記載されているようなサファイア基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を形成したものなどが挙げられる。
また、表面弾性波素子の性能としては、通信分野の目覚ましい発展に伴い、より大きい電気機械結合係数（以下ｋ2）を有するもの、より温度特性が良好なもの、より高周波に適用できるものへの要求が高まっている。高ｋ2の材料としては近年ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）が注目されている。特開平１０−６５４８８号公報に記載されているように、ＫＮｂＯ3のｋ2は５３％もあり、従来最も大きいとされていたＬｉＮｂＯ3より１桁大きい。ｋ2が大きくなることにより、櫛歯電極の対数を減らすことができるため、素子を小型化することができる。また、電圧制御型発振器（以下ＶＣＳＯ：Voltage Controlled SAW Oscillator）に用いる場合、周波数の可変幅を大きくできる。またフィルタに用いる場合は、比帯域幅を大きくできる。また、高周波化に関しては、特開平６−１６４２９４に記載されているように、音速の速いダイヤモンド基板を用いた表面弾性波素子が提案されている。これによれば、数ＧＨｚまでの高周波化が可能とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＫＮｂＯ3を用いた表面弾性波素子は、以下のような問題点がある。
まず、ＫＮｂＯ3は大型の単結晶が得にくいという問題がある。すなわち、量産できないため工業的に向かないという問題がある。これに対しては大型の基板上にＫＮｂＯ3薄膜を形成すればよいと考えられるが、ＫＮｂＯ3膜の特性は、その結晶方位に依存するため、そのコントロールが極めて重要なものとなる。また、このＫＮｂＯ3膜の素子特性を最大限に引き出すためには、エピタキシャル成長させる必要があるが、非常に困難である。例えば、（１００）チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）基板上にＫＮｂＯ3膜を形成すると、（００１）配向、（１１０）配向、（−１１０）配向の３種類の配向方向への成長が観測され、かつ各配向においてもそれぞれの方位が面内で９０°回転しているものが１／２の確率で存在すると考えられる。すなわち合計６種類の結晶方位が考えられる。従って、材料としてはｋ2が５３％の能力がありながら、実際の性能はその数分の一の１０％前後となってしまう。
また、ダイヤモンド基板を用いた表面弾性波素子としては、圧電体層に酸化亜鉛（以下ＺｎＯ）を用いたもののみが実用化されている。ダイヤモンド基板のダイヤモンド層は多結晶であり、ＺｎＯはこのダイヤモンド層上にｃ軸配向する。この時のｋ2は約１％程度である。一方、ＫＮｂＯ3の特性は、上記のように結晶方位及び結晶の品質に敏感であるため、結晶性のコントロールが重要であるが、多結晶のダイヤモンド層上に、そのような結晶方位のそろったＫＮｂＯ3膜を形成することは不可能である。従って、現在のところ、ｋ2が高くかつ音速の速い表面弾性波素子は無い。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、ダイヤモンド基板上に斜方晶（００１）ＫＮｂＯ3をエピタキシャル成長させ、高周波化に対応できｋ2が高く温度特性も良い薄膜を用いた表面弾性波素子を提供することを目的の一つとしている。
また、本発明は、上記ｋ2が高く、温度特性に優れた表面弾性波素子を備えた周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びにこれらを適用した電子機器を提供することを目的の一つとしている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面弾性波素子は、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層と、を備え、前記圧電体層が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなり、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸バリウム層又はチタン酸バリウム層とからなることを特徴とする。
また、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層と、を備え、前記圧電体層が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなり、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム層とからなることを特徴とする。
上記構成によれば、より高い周波数での素子駆動が可能なダイヤモンド基板上に、高ｋ2のニオブ酸カリウムからなる圧電体層を形成することができ、また温度特性にも優れた表面弾性波素子を得ることができる。また、バッファ層上に形成されるニオブ酸カリウム膜の結晶配向が安定するため、安定した製造が可能である。
【０００７】
次に、本発明に係る表面弾性波素子においては、前記ニオブ酸カリウム膜が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなることが好ましい。
ここで、斜方晶ニオブ酸カリウムの（００１）配向面とは、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数のうち、最も短いものをｃ軸とした場合の（００１）面を指すものである。
上記構成によれば、ｋ2が高いというニオブ酸カリウム膜の特性を大きく引き出すことができる。従って、例えば電極層に平面視櫛歯状の電極を形成する場合に、従来よりも電極の対数を減らすことができ、これにより表面弾性素子を小型化することができる。
【０００８】
次に、本発明に係る表面弾性波素子においては、前記バッファ層が、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、マグネシウムシリケート、カルシウムシリケート、バリウムシリケート、酸化チタンから選ばれる１又は２以上の材料からなる層を含む構成とすることができる。
また、前記バッファ層が、酸化マグネシウム、マグネシウムシリケート、カルシウムシリケート、バリウムシリケートから選ばれる材料からなる第１バッファ層と、該第１バッファ層上に形成され、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化チタンから選ばれる材料からなる第２バッファ層とを備えた積層構造とされた構成とすることもできる。
あるいは、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸バリウム層又はチタン酸バリウム層とからなる構成とすることもできる。
あるいはまた、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム層とからなる構成としてもよい。ただし、ジルコン酸ストロンチウム（０１０）面とは、斜方晶ジルコン酸ストロンチウムの格子定数の一番長い方向をｂ軸とした場合を指す。
さらに、本発明に係る表面弾性波素子においては、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層とされた構成とすることもできる。
【０００９】
上記いずれの構成のバッファ層を用いた場合にも、音速が速いダイヤモンド基板上でニオブ酸カリウム膜の配向面を（００１）面にコントロールして形成することができる。これにより、ｋ2が高く、高周波化が容易な表面弾性波素子を構成することができる。
【００１０】
次に、本発明に係る周波数フィルタは、先のいずれかに記載の表面弾性波素子の電極層に、第１電極と、該第１電極に印加される電気信号により前記ニオブ酸カリウム層に生じる表面弾性波の特定周波数又は特定帯域の周波数に共振して電気信号を出力する第２電極とが形成されたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、高周波領域で周波数の比帯域幅を大きくすることができるため、中心周波数が多少ずれても大きなＳ／Ｎ比を維持することができる周波数フィルタを実現することができる。
【００１２】
次に、本発明に係る発振器は、先のいずれかに記載の表面弾性波素子の電極層に、表面弾性波を発生させる電気信号を前記ニオブ酸カリウム層に印加するための信号印加電極と、前記信号印加電極からの電気信号により発生した表面弾性波の特定周波数成分、又は特定帯域の周波数成分を共振させる共振電極とが形成されたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、高周波化及び周波数可変幅を大きくすることが可能な発振器を実現することができる。また、ｋ2が高いことにより小型化が可能な本発明の表面弾性波素子を備えているので、より小型化することが可能である。
【００１４】
次に、本発明に係る電子回路は、先のいずれかに記載の表面弾性波素子の電極層に、表面弾性波を発生させる電気信号を前記ニオブ酸カリウム層に印加するための信号印加電極が形成され、該信号印加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、又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。
【００１５】
この構成によれば、より品質が高く、高い周波数の電気信号を用いて電気的に種々の操作を行う電子回路を構成することができ、より動作速度の速い電子回路を実現することができる。
【００１６】
次に、本発明に係る電子機器は、先に記載の周波数フィルタ、発振器、電子回路の少なくとも一つを備えたことを特徴とする。係る構成によれば、本発明に係る表面弾性波素子を備えることにより小型化することができ、かつＧＨｚ帯の高周波に対応した電子機器を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（表面弾性波素子；第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における表面弾性波素子の断面構造を模式的に示す図である。シリコン（以下Ｓｉ）基板１とダイヤモンド薄膜２とからなるダイヤモンド基板１０と、ダイヤモンド基板１０上に積層されたバッファ層３と、ＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４と、酸化シリコン（以下ＳｉＯ2）層５と、平面視櫛歯状に形成された複数の電極６を含む電極層と、を備えて構成されている。また、前記バッファ層３は、金属を含む酸化物からなる第１バッファ層３Ａ、第２バッファ層３Ｂとからなる２層構造である。
より詳細には、第１バッファ層３Ａは（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム膜からなり、第２バッファ層３Ｂは（００１）配向されたジルコン酸バリウム（以下ＢａＺｒＯ3）膜から構成されている。また、圧電体層４は、（００１）配向された斜方晶ニオブ酸カリウム膜から構成されている。
【００１８】
本実施形態の表面弾性波素子は、圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜が、（００１）の単一方向に主に配向していることで、高ｋ2が得られる。上記構成の表面弾性波素子においてＫＮｂＯ3が（００１）方向に主に配向するのは以下の理由によると考えられる。
従来、ＳｒＴｉＯ3（１００）基板上に形成されたＫＮｂＯ3膜は、（００１）、（１１０）、（−１１０）の３種類の成長を示すことが確認されている。これらの配向面におけるＫＮｂＯ3の格子定数は、（００１）面が４．０３６Å（＝√（（５．６９５Å／２）2＋（５．７２１Å／２）2））と４．０３６Åであり、配向面における単位格子の原子配置はほぼ正方形である。また（１１０）面は格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形、（−１１０）面は格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形である。ここで、例えばＳｒＴｉＯ3の（１００）配向面の格子は、格子定数が３．９０５Åの正方形であり、上記３種類のＫＮｂＯ3の配向面と比較するといずれの配向面よりも格子定数が小さくなっている。これにより、（１１０）、（−１１０）の配向面が優先的に成長し、結果として所望のｋ2が得られない。
これに対して、本実施形態の表面弾性波素子で用いられている第２バッファ層３ＢのＢａＺｒＯ3の（００１）面の格子は、格子定数が４．１９２Åの正方形であり、上記ＫＮｂＯ3の３種類の配向面のいずれよりも大きい。これにより、ＢａＺｒＯ3との格子定数差が比較的小さく、また格子が正方形に近い（００１）配向面のみの成長が促進され、格子定数差が大きい（１１０）、（−１１０）面の成長は阻害されると考えられる。ただし、本実施形態に係るＫＮｂＯ3膜はその主配向面は（００１）で単一であるものの、面内で９０°回転した結晶粒を含むツイン構造となっているため、実質的に２種類の結晶方位を含む構造となっている。しかしながら、従来のＫＮｂＯ3膜が実質的に６種類の結晶方位を有していたのと比較すると、結晶方位の制御は大幅に改善されている。
【００１９】
上記構成の表面弾性波素子の製造方法の一例を以下に詳細に説明する。図１に示す表面弾性波素子を製造するには、まずＳｉ基板１上にダイヤモンド薄膜２をＣＶＤ法により成膜して作製されたダイヤモンド基板１０を作製する。このダイヤモンド薄膜２は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素を含む薄膜を指すものであり、膜中にダイヤモンド結合を有する炭素又は、炭素と水素からなる膜である。本発明において用いられるダイヤモンド薄膜２は、上記のＣＶＤ法に限らず、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等の成膜法により形成することができる。
上記ダイヤモンド薄膜２の膜厚は、３〜２０μｍとされることが好ましい。３μｍより薄い場合には、表面弾性波の伝搬速度を高める効果及びｋ2を高める効果を得にくくなり、２０μｍを越えるとダイヤモンド薄膜２に内在する応力により剥離しやすくなる。
【００２０】
次に、上記にて得られたダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＭｇＯ膜からなる第１バッファ層３Ａを形成する。このＭｇＯ膜の成膜工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度５００℃の条件で成膜することにより、ダイヤモンド薄膜２上に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を得ることができる。
【００２１】
次いで、第１バッファ層（ＭｇＯ膜）３Ａ上に、ＢａＺｒＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＢａＺｒＯ3膜からなる第２バッファ層３Ｂを形成する。このＢａＺｒＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、上記ＭｇＯ膜３Ａ上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたＢａＺｒＯ3膜を得ることができる。
この第２バッファ層３Ｂの形成工程は、上記ＭｇＯ膜の成膜工程と同一のチャンバーを用いて行うことが好ましい。すなわち、成膜後の第１バッファ層３Ａの表面を大気に曝すことなく連続的に第２バッファ層３Ｂの成膜を行うのがよい。このような連続成膜を行うことで、第２バッファ層３Ｂの結晶性をより良好にできるとともに、基板の温度条件などの工程管理が容易になる。
【００２２】
上記第１バッファ層３Ａ、第２バッファ層３Ｂを構成するＭｇＯ膜及びＢａＺｒＯ3膜は、バッファ層３上に形成される圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜の配向制御を主目的として成膜されるため、その膜厚は可能な限り薄くすることが好ましい。具体的には、特に限定されるものではないが、ＭｇＯ膜、ＢａＺｒＯ3膜ともに２０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、過度に膜厚を薄くするとＫＮｂＯ3膜の配向制御効果を得づらくなるので、実用的には膜厚の下限は３ｎｍ程度である。
【００２３】
次に、上記バッファ層３Ｂ上に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４を形成する。このＫＮｂＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、ＢａＺｒＯ3膜３Ｂ上に（００１）配向のＫＮｂＯ3膜を形成することができる。
この圧電体層４の形成工程も、上記ＭｇＯ膜及びＢａＺｒＯ3膜の成膜工程と同一のチャンバーを用いて行うことが好ましく、このような連続成膜を行うことで、第２バッファ層３Ｂの表面の汚染を防止してＫＮｂＯ3膜の結晶性をより良好なものとすることができる。
圧電体層４の膜厚は、表面弾性波素子の特性に応じて最適な膜厚を選択すればよい。
【００２４】
次に、上記圧電体層４上に、ＳｉＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｉＯ2層５を形成する。このＳｉＯ2層５は、表面弾性波素子の温度特性を補償するだけでなく、櫛歯電極をパターニングする際に圧電体層４を保護するための保護層としても作用する。また、表面弾性波素子の経時変化に対する保護層としても働く。このＳｉＯ2層５も上述のダイヤモンド基板１０上に形成される各層と同一のチャンバーを用いて成膜することが好ましく、このような連続成膜を行うことでＫＮｂＯ3膜表面の汚染によるＫＮｂＯ3膜及びＳｉＯ2膜の特性劣化を防止することができる。このＳｉＯ2層５の膜厚は、表面弾性波素子の設計に応じて最適な膜厚を選択すればよい。
【００２５】
最後に、上記ＳｉＯ2層５上にＡｌやＣｕ等の金属薄膜を形成し、これをパターニングして櫛歯状の電極６を形成して図１に示す表面弾性波素子を得る。
上述したように、本実施形態に係る表面弾性波素子の製造方法においては、ダイヤモンド基板１０上に積層される各層の成膜法としてレーザーアブレーション法を用いたことで、各層を同一の成膜チャンバー内で連続的に形成することができるので、成膜後の各層の表面の清浄度を保持して良好な結晶性の膜を形成することができ、製造がより容易であるとともに、製造歩留まりの向上も容易である。このレーザーアブレーション法に用いる成膜装置としては、例えば複数のターゲットを装着可能なターゲットホルダと、基板ホルダを備えたものを挙げることができる。係る成膜装置を用いる場合は、初めに基板ホルダにダイヤモンド基板を載置した後、順次成膜される層の組成のターゲットを基板ホルダの前面に移動配置し、成膜を行うことで、ＳｉＯ2層あるいは電極層までの成膜を連続的に行うことができ、より効率的な表面弾性波素子の製造が可能である。
【００２６】
また、上記第１の実施形態の表面弾性波素子において、ＢａＺｒＯ3膜に代えてＢａＴｉＯ3膜を第２バッファ層３Ｂとして用いても、ほぼ同等のｋ2が得られることを本発明者は確認しており、その詳細は後述の（実施例）において述べる。
【００２７】
尚、本実施形態において上記した各層の成膜条件は一例を示したものであり、本発明を限定するものではない。また、各層の成膜に用いる成膜法も、レーザーアブレーション法に限定されず、種々の成膜法を適用することができる。例えばスパッタ法や、ＣＶＤ法、あるいはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法やゾルゲル法等により成膜しても本発明に係る表面弾性波素子は作成可能である。
また、図１に示す断面構造を備えた表面弾性波素子においては、第１バッファ層３Ａとして、ＭｇＯ膜のほかＭｇＳｉＯ4膜、Ｃａ2ＳｉＯ4膜、Ｂａ2ＳｉＯ4膜なども適用することができ、第２バッファ層としては、上記に挙げたＢａＺｒＯ3膜、ＢａＴｉＯ3膜のほか、ＴｉＯ2膜であっても良い。
また本発明に係る表面弾性波素子には、金属を含む酸化物の単結晶基板（例えばＳｒＴｉＯ3基板、サファイア基板、ＹＳＺ基板等）も用いることができ、この種の基板は、高価で大型基板が作製し難いが、表面弾性波素子としては良好な特性を得ることができる。
【００２８】
（表面弾性波素子：第２の実施形態）
次に、本発明に係る表面弾性波素子の第２の実施形態について以下に説明するが、本実施形態の表面弾性波素子の断面構造は、上記第１の実施形態と同様であるため、以下の説明は図１を参照して行う。すなわち、本実施形態の表面弾性波素子は、シリコン基板１上にダイヤモンド薄膜２を形成してなるダイヤモンド基板１０上に、２層構造のバッファ層３と、圧電体層４と、酸化シリコン層５と、電極層６とを備えて構成されている。
より詳細には、上記バッファ層３を構成する第１バッファ層３Ａが、（１００）配向でダイヤモンド基板１０上にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜から構成され、第２バッファ層３Ｂが、前記ＭｇＯ膜３Ａ上に、（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム（以下ＳｒＺｒＯ3）膜で構成されている。また、上記圧電体層４は、（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜から構成されている。
【００２９】
本実施形態の表面弾性波素子の特徴的な点は、第２バッファ層３Ｂとして（０１０）配向のＳｒＺｒＯ3膜を用いたことにある。このようなバッファ層を用いることで、本実施形態の表面弾性波素子のＫＮｂＯ3膜は（００１）配向され、高いｋ2を実現している。
本実施形態に係る圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜が、（００１）、（１１０）、（−１１０）の三種類の配向の成長ではなく、（００１）配向のみに成長するのは、上記第１の実施形態と同様の理由によると考えられる。すなわち、本実施形態において第２バッファ層３Ｂとして用いられているＳｒＺｒＯ3の結晶構造は、ａ＝５．８１０６Å、ｂ＝８．１９４０Å、ｃ＝５．７９３９Åの斜方晶であり、ＳｒＺｒＯ3（０１０）面の格子定数は４．１０３Å（√（（５．８１０６Å／２）2＋（５．７９３９Å／２）2））と、４．１０３Åであり、ほぼ正方形状に原子が配列した構造であり、格子整合性から一辺が４．０３６Åの正方形状の配列となるＫＮｂＯ3（００１）配向のみが成長し、格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形状の配列である（１１０）及び（−１１０）配向の成長は抑制されるものと考えられる。ただし、本実施形態に係るＫＮｂＯ3膜においても、面内で９０°回転した方位に配向した結晶粒が混在するツイン構造となっており、ＫＮｂＯ3膜中に２種類の結晶方位が存在している。しかしながら、従来の６種類の結晶方位が存在するＫＮｂＯ3膜よりも結晶方位が良好に制御されて成膜されていると言える。
【００３０】
次に、本実施形態の表面弾性波素子の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の表面弾性波素子を製造するには、まずＳｉ基板１上にダイヤモンド薄膜２をＣＶＤ法により成膜して作製されたダイヤモンド基板１０を作製する。このダイヤモンド薄膜２は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素を含む薄膜を指すものであり、膜中にダイヤモンド結合を有する炭素又は、炭素と水素からなる膜である。本発明において用いられるダイヤモンド薄膜２も、上記のＣＶＤ法に限らず種々の成膜法により形成することができる。
【００３１】
次に、上記にて得られたダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＭｇＯ膜からなる第１バッファ層３Ａを形成する。このＭｇＯ膜の成膜工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度５００℃の条件で成膜することにより、ダイヤモンド薄膜２上に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を得ることができる。
【００３２】
次いで、第１バッファ層（ＭｇＯ膜）３Ａ上に、ＳｒＺｒＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｒＺｒＯ3膜からなる第２バッファ層３Ｂを前記ＭｇＯ膜と同一のチャンバー内で形成する。このＳｒＺｒＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、上記ＭｇＯ膜３Ａ上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたＳｒＺｒＯ3膜を得ることができる。
【００３３】
上記第１バッファ層３Ａ、第２バッファ層３Ｂを構成するＭｇＯ膜及びＳｒＺｒＯ3膜は、バッファ層３上に形成される圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜の配向制御を主目的として成膜されるため、その膜厚は可能な限り薄くすることが好ましい。具体的には、特に限定されるものではないが、ＭｇＯ膜、ＳｒＺｒＯ3膜ともに２０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、過度に膜厚を薄くするとＫＮｂＯ3膜の配向制御効果を得づらくなるので、実用的には膜厚の下限は３ｎｍ程度である。
【００３４】
次に、上記第２バッファ層３Ｂ上に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４を前記バッファ層３と同一のチャンバー内で形成する。このＫＮｂＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、ＳｒＺｒＯ3膜３Ｂ上に（００１）配向のＫＮｂＯ3膜を形成することができる。
【００３５】
次に、上記圧電体層４上に、ＳｉＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｉＯ2層５を前記バッファ層３及び圧電体層４と同一のチャンバー内で形成する。このＳｉＯ2層５は、表面弾性波素子の温度特性を補償するだけでなく、櫛歯電極をパターニングする際に圧電体層４を保護するための保護層としても作用する。また、表面弾性波素子の経時変化に対する保護層としても働く。
【００３６】
最後に、上記ＳｉＯ2層５上にＡｌやＣｕ等の金属薄膜を形成し、これをパターニングして櫛歯状の電極６を形成して本実施形態の表面弾性波素子を得る。
尚、上記の製造方法は、本実施形態の表面弾性波素子の製造方法の一例を示すものであり、例えばダイヤモンド基板１０への各層の成膜にレーザーアブレーション以外の成膜法も適用することができる。また各層の成膜は、必ずしも同一のチャンバー内で行わなくともよいが、同一のチャンバー内で成膜を行った方が、各層の結晶成長が良好になり、また製造工程の煩雑さが低減されるのは上記第１の実施形態で述べた通りである。
【００３７】
（表面弾性波素子：第３の実施形態）
次に、図２を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。図２は、本発明の第３の実施形態における表面弾性波素子の断面構造を示す図である。この図に示す表面弾性波素子は、Ｓｉ基板３１と、その表面に形成されたダイヤモンド薄膜３１とからなるダイヤモンド基板３０と、このダイヤモンド基板３０上に順に積層されたバッファ層３３と、圧電体層３４と、ＳｉＯ2層３５と、平面視櫛歯状に形成された電極３６とを備えて構成されている。より具体的には、バッファ層は（１００）配向のＭｇＯ膜からなり、圧電体層３４は、（００１）配向のＫＮｂＯ3膜から構成されている。
【００３８】
本実施形態の表面弾性波素子の特徴的な点は、バッファ層３３として、ダイヤモンド基板３０上に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を用いていることにある。すなわち、このＭｇＯ膜からなるバッファ層３３上に形成されたＫＮｂＯ3膜は、上記第１，第２実施形態に係る圧電体層と同様にｃ軸に配向したＫＮｂＯ3膜となり、その結果、本実施形態の表面弾性波素子においても高いｋ2を得ることができる。
本実施形態に係る圧電体層３４を構成するＫＮｂＯ3膜が、（００１）、（１１０）、（−１１０）の三種類の配向の成長ではなく、（００１）配向のみに成長するのは、上記第１、第２の実施形態と同様の理由によると考えられる。すなわち、本実施形態においてバッファ層３３として用いられているＭｇＯ（１００）面は、格子定数が４．２１３Åのほぼ正方形状に原子が配列した構造であり、格子整合性から格子定数が４．０３６Åのほぼ正方形状の配列となるＫＮｂＯ3（００１）配向のみが成長し、格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形状の配列である（１１０）及び（−１１０）配向の成長は抑制されるものと考えられる。ただし、本実施形態に係るＫＮｂＯ3膜においても、面内で９０°回転した方位に配向した結晶粒が混在するツイン構造となっており、ＫＮｂＯ3膜中に２種類の結晶方位が存在している。しかしながら、従来の６種類の結晶方位が存在するＫＮｂＯ3膜よりも結晶方位が良好に制御されて成膜されていると言える。
【００３９】
以下、本実施形態の表面弾性波素子の作製プロセスを具体的に説明する。
まず、ＣＶＤ法を用いてＳｉ基板３１上にダイヤモンド薄膜３２を形成する。本実施形態においても、ダイヤモンド薄膜３２の成膜法としてＣＶＤ法以外の方法を用いても問題ない。次に、ＭｇＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりダイヤモンド薄膜３２上にＭｇＯ膜（バッファ層）３３を形成する。このＭｇＯ膜の成膜条件として例えば真空度１×１０-3Ｔｏｒｒ（＝１３３×１０-3Ｐａ）以下、基板温度５００℃の条件で成膜することで、（１００）配向されたＭｇＯ膜を得ることができる。このＭｇＯ膜からなるバッファ層３３は、その上に形成されるＫＮｂＯ3膜の結晶配向を制御するための下地としての機能を得るのが主目的であるので、その膜厚は可能な限り薄くすることが好ましく、具体的には２０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。ただし、過度に薄くするとＫＮｂＯ3膜の配向を制御する効果が得られなくなるので、その下限値は３ｎｍ程度である。
【００４０】
次に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＫＮｂＯ3膜（圧電体層）３４を前記ＭｇＯ膜と同一のチャンバー内で形成する。このＫＮｂＯ3膜３４の成膜工程においては、例えば基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）以下の条件で、酸素プラズマをＭｇＯ膜が形成されたダイヤモンド基板上に照射しながら成膜すれば、（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜を得ることができる。
【００４１】
次に、上記圧電体層３４上に、ＳｉＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｉＯ2層３５を前記バッファ層３３及び圧電体層３４と同一のチャンバー内で形成する。このＳｉＯ2層３５は、表面弾性波素子の温度特性を補償するだけでなく、櫛歯電極をパターニングする際に圧電体層３４を保護するための保護層としても作用する。また、表面弾性波素子の経時変化に対する保護層としても働く。
【００４２】
最後に、上記ＳｉＯ2層３５上にＡｌやＣｕ等の金属薄膜を形成し、これをパターニングして櫛歯状の電極３６を形成して本実施形態の表面弾性波素子を得る。
尚、上記の製造方法は、本実施形態の表面弾性波素子の製造方法の一例を示すものであり、例えばダイヤモンド基板３０への各層の成膜にレーザーアブレーション以外の成膜法も適用することができる。また各層の成膜は、必ずしも同一のチャンバー内で行わなくともよいが、同一のチャンバー内で成膜を行った方が、各層の結晶成長が良好になり、また製造工程の煩雑さが低減されるのは上記第１の実施形態で述べた通りである。
【００４３】
（周波数フィルタ）
図３は、本発明の一実施の形態による周波数フィルタの外観を模式的に示す斜視図である。図３に示す周波数フィルタは素子基板４０を有する。この素子基板４０は、例えば図１に示す上記第１の実施形態の表面弾性波素子を適用することができる。すなわち、素子基板４０は、ダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯ膜からなるバッファ層３Ａ及びＢａＺｒＯ3膜からなるバッファ層３Ｂ、ＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４、ＳｉＯ2層５が順次積層された構成とすることができる。尚、この素子基板としては、上記第２、第３の実施形態の表面弾性波素子を用いることもできる。
【００４４】
この素子基板４０の上面には、ＡｌやＣｕ及びこれらの合金等からなる平面視櫛歯状のＩＤＴ(Interdigital transducer)電極４１、４２が形成されている。また前記ＩＤＴ電極４１，４２を挟み込むように吸音部４３（ＩＤＴ電極４１の外側）及び吸音部４４（ＩＤＴ電極４２の外側）が、素子基板４０上に形成されている。これら吸音部４３，４４は、素子基板４０の表面を伝搬する表面弾性波を吸収するものである。素子基板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、ＩＤＴ電極４２には、信号線４６Ａ，４６Ｂの一端側が接続され、これら信号線４６Ａ，４６Ｂの他端側には、それぞれ端子４６ａ，４６ｂが設けられている。尚、上記ＩＤＴ電極４１は、本発明に係る周波数フィルタの第１電極を成し、ＩＤＴ電極４２は第２電極を成すものである。
【００４５】
上記構成において、高周波信号源４５からの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、これによって素子基板４０上面に表面弾性波が発生する。ＩＤＴ電極４１から吸音部４３側に伝搬した表面弾性波は、吸音部４３により吸収され、ＩＤＴ電極４２側へ到達した表面弾性波からは、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が電気信号に変換され、信号線４６Ａ，４６Ｂを介して端子４６ａ，４６ｂに取り出される。この電気信号として取り出された成分以外の表面弾性波は、ＩＤＴ電極４２を通過して吸音部４４に達し、この吸音部により吸収される。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うち、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波を電気信号として取り出すことができる。そして、本実施形態においては、ｋ2が大きいＫＮｂＯ3を圧電体層に用いた素子基板４０が使用されていることで、従来よりも小型で比帯域幅の大きな周波数フィルタを実現することができる。また、本実施形態の周波数フィルタは、素子基板４０に、高周波特性に優れるダイヤモンド基板が用いられているので、ＧＨｚ帯の高周波として用いることができる。
【００４６】
（発振器）
図４は、上記本発明の実施形態の表面弾性波素子を電圧制御型の発振器（ＶＣＳＯ）に応用した一例を示す図であり、図４（ａ）は、本実施形態の発振器の側面透視図であり、図４（ｂ）は上面透視図である。図４に示すＶＣＳＯは、パッケージ６０内部に実装されている。ここで、図４において符号６１は基板であり、この基板６１上にＩＣ６２、バリキャップ、伸長コイル、及び表面弾性波素子６３が実装されている。この表面弾性波素子６３は、素子基板６４と、この素子基板６４上面に形成されて表面弾性波素子６３の電極層を成す電極６５ａ〜６５ｃとから構成されている。前記素子基板６４は、例えば図１に示したダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯ膜からなるバッファ層３Ａ及びＢａＺｒＯ3膜からなるバッファ層３Ｂ、ＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４、ＳｉＯ2層５が順次積層された本発明の第１の実施形態の構成とすることができる。電極６５ａ〜６５ｃは、平面視櫛歯状に形成されており、電極６５ａが表面弾性波素子６３の中央部に配置され、電極６５ｂ、６５ｃが電極６５ａの両側に配置されている。
基板６１上にはＩＣ６２と表面弾性波素子６３とを電気的に接続するための２本の配線６６，６６がパターニングされており、ＩＣ６２と配線６６，６６の一端側は金線などのワイヤ線６７，６７により電気的に接続され、配線６６，６６の他端側は金線などのワイヤ線６８，６８により表面弾性波素子６３上の電極６５ａと電気的に接続されている。このようにしてＩＣ６２と表面弾性波素子６３とが電気的に接続されている。
【００４７】
上記構成の本実施形態の発振器は、表面弾性波素子６３として、圧電体層にｋ2の大きいＫＮｂＯ3を用いた上記本実施形態の表面弾性波素子を備えているので、表面弾性波素子を小型化することができ、結果としてＶＣＳＯも小型化することができる。また、表面弾性波素子６３の基板にはダイヤモンド基板が用いられているので、ＧＨｚ帯の高周波にも対応できる高周波発振器として用いることができる。本実施形態のＶＣＳＯは例えばＰＬＬ（phase lock loop）回路に用いることができる。
【００４８】
（電子回路及び電子機器）
図５は、本発明の一実施の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り、図６は、本発明の一実施の形態による電子機器の一例である携帯電話機の外観を示す斜視構成図である。
図６に示す携帯電話機１００は、アンテナ１０１、受話部１０２、送話部１０３、表示部１０４、及び操作ボタン部１０５等を備えて構成されている。図５に示した電子回路は、携帯電話機１００内部に設けられる電子回路の基本構成の一例を示しており、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うなどより複雑な回路構成となっている。
【００４９】
上記の送信フィルタ８３、受信フィルタ８８は、例えば図３に示すような本発明に係る周波数フィルタを用いることができる。フィルタリングする周波数は、送信ミキサ８２から出力される信号の打ち必要となる周波数、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回路には、例えば図４に示す構成の本発明に係る発振器を設けることができる。そして、これら本発明に係る周波数フィルタや発振器を用いることで、電子回路及びこれを用いた電子機器を小型化することができる。
【００５０】
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、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限定されるものではなく、本発明の範囲内で自由に変更することができる。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。ただし、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。
（試料１）
試料１として上記第１の実施形態の構成の表面弾性波素子を作製した。
まず、シリコン基板上に、ＣＶＤ法により１５μｍのダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板を作製した。次いで、このダイヤモンド基板をレーザーアブレーション成膜装置に導入し、基板ホルダに固定した。尚、本例では、成膜装置としてチャンバー内にＭｇＯターゲット、ＢａＺｒＯ3ターゲット、ＫＮｂＯ3ターゲット、ＳｉＯターゲットが設けられており、これらのターゲットが固定されたターゲットホルダを回転させることで前記基板ホルダの前面側に移動させることができるようになっているものを用いた。すなわち、図１に示すバッファ層３、圧電体層４、ＳｉＯ2層５を同一チャンバー内で連続的に成膜可能とされた成膜装置である。
次に、成膜装置内に固定された前記ダイヤモンド基板のダイヤモンド薄膜上に、ＭｇＯターゲットを用い、基板温度５００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）の成膜条件で、レーザーアブレーション法により１０ｎｍの膜厚に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を形成した。次いで、ターゲットホルダを回転させて基板前面側にＢａＺｒＯ3ターゲットを配置し、基板温度を６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、膜厚１０ｎｍの（００１）配向にエピタキシャル成長されたＢａＺｒＯ3膜をＭｇＯ膜上に形成した。次いで、ターゲットホルダを回転させて基板前面側にＫＮｂＯ3ターゲットを配置し、基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、ＢａＺｒＯ3膜上に、膜厚２μｍの（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜を形成した。次いで、ターゲットホルダを回転させてＳｉＯターゲットを基板前面側に配置して前記ＫＮｂＯ3膜上にＳｉＯ2層を形成した。
そして、以上の成膜が終了した基板を成膜装置から取り出し、スパッタ法によりＡｌ薄膜をＳｉＯ2層上に形成した後、櫛歯状にパターニングして櫛歯電極を形成した。この櫛歯電極のピッチは１μｍとした。
【００５２】
（試料２）
次に、試料２として、図１に示す断面構造で、第２バッファ層としてＢａＴｉＯ3膜を備えた表面弾性波素子を作製した。その作製工程は、ＢａＺｒＯ3ターゲットに代えてＢａＴｉＯ3ターゲットを用い、基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、ＭｇＯ膜上に膜厚１０ｎｍの（００１）配向にエピタキシャル成長されたＢａＴｉＯ3膜を形成した以外は、上記試料１の表面弾性波素子の作製工程と同様とした。
【００５３】
（試料３）
次に、試料３として、上記第２の実施形態の構成の表面弾性波素子を作製した。その作製工程は、ＢａＺｒＯ3ターゲットに代えてＳｒＺｒＯ3ターゲットを用い、基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、ＭｇＯ膜上に膜厚１０ｎｍの（０１０）配向にエピタキシャル成長されたＳｒＺｒＯ3膜を形成した以外は、上記試料１の表面弾性波素子の作製工程と同様とした。
【００５４】
（試料４）
次に、試料４として、上記第３の実施形態の構成の表面弾性波素子を作製した。上記試料１〜３に用いたダイヤモンド基板と同等のダイヤモンド基板を使用し、このダイヤモンド基板のダイヤモンド薄膜上に、基板温度５００℃、真空度１×１０-3Ｔｏｒｒ（１３３×１０-3Ｐａ）の成膜条件で、１０ｎｍの（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を形成し、このＭｇＯ膜上に、上記試料１の作製工程と同様にして、２μｍの（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層、ＳｉＯ2層、及び１μｍピッチの櫛歯電極を形成した。
【００５５】
（評価）
上記にて得られた試料１〜４の表面弾性波素子について、ｋ2の測定、及びＧＨｚ帯の高周波発振試験として２．５ＧＨｚでの発振可否を測定した。その結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
表１に示すように、本発明による表面弾性波素子は、いずれも２０％以上の高いｋ2が得られ、かつ２．５ＧＨｚでの発振が可能であり、従来のＫＮｂＯ3膜を用いた表面弾性波素子のｋ2に対して大幅な改善が可能であることが確認された。ＫＮｂＯ3のｋ2の最高値５３％と比較すると、試料１〜４ともｋ2は最高値の約半分程度であったが、これは、ＫＮｂＯ3膜の結晶構造が、面内で９０°回転した結晶方位を有する結晶粒とのツイン構造となっているためであると考えられ、ＫＮｂＯ3膜の結晶方位とｋ2とは相関関係にあると言える。また、試料１〜３のｋ2と比較して試料４のｋ2が若干低い値となったが、これは、ＭｇＯ膜の単層構造のバッファ層を用いたために、ＫＮｂＯ3との格子整合性が試料１〜３よりもやや悪くなり、ＫＮｂＯ3膜の結晶性が若干低下したためであると考えられる。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の表面弾性波素子は、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層とを備えたことで、高いｋ2を得ることができ、またこれにより素子の小型化が可能である。
【００５９】
また本発明の表面弾性波素子を発振器に用いた場合には周波数の可変幅を大きくすることができ、周波数フィルタとして用いた場合には比帯域幅を大きくすることができる。さらに、各素子においてはＧＨｚ帯の高周波化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態の表面弾性波素子の断面構造を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の第３の実施形態の表面弾性波素子の断面構造を示す図である。
【図３】 図３は、本発明に係る周波数フィルタの一例における外観を示す斜視図である。
【図４】 図４は、本発明に係る発振器の一例を示す図であり、図４（ａ）は、発振器の側面透視図であり、図４（ｂ）は、上面透視図である。
【図５】 図５は、本発明に係る電子回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】 図６は、本発明に係る電子機器の一例としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，３０ ダイヤモンド基板
１，３１ シリコン基板
２，３２ ダイヤモンド薄膜
３，３３ バッファ層
４，３４ 圧電体層
５，３５ 酸化シリコン層
６，３６ 電極層
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報通信分野に用いられる表面弾性波素子、周波数フィルタ、発振器、電子回路、及び電子機器に関し、特に圧電体層にニオブ酸カリウム膜を用いた表面弾性波素子の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などの移動体通信を中心とした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拡大している。また、近年の情報化社会の発達に伴い移動体通信のみならず、ＢＳ（Broadcast Satellite）放送及びＣＳ（Commercial Satellite）放送を受信するチューナーの需要も高まり、さらにはコンピュータネットワークの発達によりネットワークハブ等の電子機器も高速化されている。
【０００３】
従来、この種の電子機器に用いられてきた表面弾性波素子は、大きく分けて圧電材料の単結晶を用いたものと、基板上に圧電材料の薄膜を形成したものとの２種類がある。圧電材料の単結晶を用いたものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）等が代表的なものとして挙げられる。一方、圧電材料の薄膜を用いた表面弾性波素子としては、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．２３３７−２３４０に記載されているようなサファイア基板上に酸化亜鉛（以下ＺｎＯ）薄膜を形成したもの、あるいはＪｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ７４５−Ｌ７４７に記載されているようなサファイア基板上にＬｉＮｂＯ3薄膜を形成したものなどが挙げられる。
また、表面弾性波素子の性能としては、通信分野の目覚ましい発展に伴い、より大きい電気機械結合係数（以下ｋ2）を有するもの、より温度特性が良好なもの、より高周波に適用できるものへの要求が高まっている。高ｋ2の材料としては近年ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）が注目されている。特開平１０−６５４８８号公報に記載されているように、ＫＮｂＯ3のｋ2は５３％もあり、従来最も大きいとされていたＬｉＮｂＯ3より１桁大きい。ｋ2が大きくなることにより、櫛歯電極の対数を減らすことができるため、素子を小型化することができる。また、電圧制御型発振器（以下ＶＣＳＯ：Voltage Controlled SAW Oscillator）に用いる場合、周波数の可変幅を大きくできる。またフィルタに用いる場合は、比帯域幅を大きくできる。また、高周波化に関しては、特開平６−１６４２９４に記載されているように、音速の速いダイヤモンド基板を用いた表面弾性波素子が提案されている。これによれば、数ＧＨｚまでの高周波化が可能とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＫＮｂＯ3を用いた表面弾性波素子は、以下のような問題点がある。
まず、ＫＮｂＯ3は大型の単結晶が得にくいという問題がある。すなわち、量産できないため工業的に向かないという問題がある。これに対しては大型の基板上にＫＮｂＯ3薄膜を形成すればよいと考えられるが、ＫＮｂＯ3膜の特性は、その結晶方位に依存するため、そのコントロールが極めて重要なものとなる。また、このＫＮｂＯ3膜の素子特性を最大限に引き出すためには、エピタキシャル成長させる必要があるが、非常に困難である。例えば、（１００）チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）基板上にＫＮｂＯ3膜を形成すると、（００１）配向、（１１０）配向、（−１１０）配向の３種類の配向方向への成長が観測され、かつ各配向においてもそれぞれの方位が面内で９０°回転しているものが１／２の確率で存在すると考えられる。すなわち合計６種類の結晶方位が考えられる。従って、材料としてはｋ2が５３％の能力がありながら、実際の性能はその数分の一の１０％前後となってしまう。
また、ダイヤモンド基板を用いた表面弾性波素子としては、圧電体層に酸化亜鉛（以下ＺｎＯ）を用いたもののみが実用化されている。ダイヤモンド基板のダイヤモンド層は多結晶であり、ＺｎＯはこのダイヤモンド層上にｃ軸配向する。この時のｋ2は約１％程度である。一方、ＫＮｂＯ3の特性は、上記のように結晶方位及び結晶の品質に敏感であるため、結晶性のコントロールが重要であるが、多結晶のダイヤモンド層上に、そのような結晶方位のそろったＫＮｂＯ3膜を形成することは不可能である。従って、現在のところ、ｋ2が高くかつ音速の速い表面弾性波素子は無い。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、ダイヤモンド基板上に斜方晶（００１）ＫＮｂＯ3をエピタキシャル成長させ、高周波化に対応できｋ2が高く温度特性も良い薄膜を用いた表面弾性波素子を提供することを目的の一つとしている。
また、本発明は、上記ｋ2が高く、温度特性に優れた表面弾性波素子を備えた周波数フィルタ、発振器、電子回路、並びにこれらを適用した電子機器を提供することを目的の一つとしている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面弾性波素子は、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層と、を備え、前記圧電体層が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなり、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸バリウム層又はチタン酸バリウム層とからなることを特徴とする。
また、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層と、を備え、前記圧電体層が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなり、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム層とからなることを特徴とする。
上記構成によれば、より高い周波数での素子駆動が可能なダイヤモンド基板上に、高ｋ2のニオブ酸カリウムからなる圧電体層を形成することができ、また温度特性にも優れた表面弾性波素子を得ることができる。また、バッファ層上に形成されるニオブ酸カリウム膜の結晶配向が安定するため、安定した製造が可能である。
【０００７】
次に、本発明に係る表面弾性波素子においては、前記ニオブ酸カリウム膜が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなることが好ましい。
ここで、斜方晶ニオブ酸カリウムの（００１）配向面とは、斜方晶ニオブ酸カリウムの格子定数のうち、最も短いものをｃ軸とした場合の（００１）面を指すものである。
上記構成によれば、ｋ2が高いというニオブ酸カリウム膜の特性を大きく引き出すことができる。従って、例えば電極層に平面視櫛歯状の電極を形成する場合に、従来よりも電極の対数を減らすことができ、これにより表面弾性素子を小型化することができる。
【０００８】
次に、本発明に係る表面弾性波素子においては、前記バッファ層が、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、マグネシウムシリケート、カルシウムシリケート、バリウムシリケート、酸化チタンから選ばれる１又は２以上の材料からなる層を含む構成とすることができる。
また、前記バッファ層が、酸化マグネシウム、マグネシウムシリケート、カルシウムシリケート、バリウムシリケートから選ばれる材料からなる第１バッファ層と、該第１バッファ層上に形成され、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化チタンから選ばれる材料からなる第２バッファ層とを備えた積層構造とされた構成とすることもできる。
あるいは、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸バリウム層又はチタン酸バリウム層とからなる構成とすることもできる。
あるいはまた、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム層とからなる構成としてもよい。ただし、ジルコン酸ストロンチウム（０１０）面とは、斜方晶ジルコン酸ストロンチウムの格子定数の一番長い方向をｂ軸とした場合を指す。
さらに、本発明に係る表面弾性波素子においては、前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層とされた構成とすることもできる。
【０００９】
上記いずれの構成のバッファ層を用いた場合にも、音速が速いダイヤモンド基板上でニオブ酸カリウム膜の配向面を（００１）面にコントロールして形成することができる。これにより、ｋ2が高く、高周波化が容易な表面弾性波素子を構成することができる。
【００１０】
次に、本発明に係る周波数フィルタは、先のいずれかに記載の表面弾性波素子の電極層に、第１電極と、該第１電極に印加される電気信号により前記ニオブ酸カリウム層に生じる表面弾性波の特定周波数又は特定帯域の周波数に共振して電気信号を出力する第２電極とが形成されたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、高周波領域で周波数の比帯域幅を大きくすることができるため、中心周波数が多少ずれても大きなＳ／Ｎ比を維持することができる周波数フィルタを実現することができる。
【００１２】
次に、本発明に係る発振器は、先のいずれかに記載の表面弾性波素子の電極層に、表面弾性波を発生させる電気信号を前記ニオブ酸カリウム層に印加するための信号印加電極と、前記信号印加電極からの電気信号により発生した表面弾性波の特定周波数成分、又は特定帯域の周波数成分を共振させる共振電極とが形成されたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、高周波化及び周波数可変幅を大きくすることが可能な発振器を実現することができる。また、ｋ2が高いことにより小型化が可能な本発明の表面弾性波素子を備えているので、より小型化することが可能である。
【００１４】
次に、本発明に係る電子回路は、先のいずれかに記載の表面弾性波素子の電極層に、表面弾性波を発生させる電気信号を前記ニオブ酸カリウム層に印加するための信号印加電極が形成され、該信号印加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、又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。
【００１５】
この構成によれば、より品質が高く、高い周波数の電気信号を用いて電気的に種々の操作を行う電子回路を構成することができ、より動作速度の速い電子回路を実現することができる。
【００１６】
次に、本発明に係る電子機器は、先に記載の周波数フィルタ、発振器、電子回路の少なくとも一つを備えたことを特徴とする。係る構成によれば、本発明に係る表面弾性波素子を備えることにより小型化することができ、かつＧＨｚ帯の高周波に対応した電子機器を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（表面弾性波素子；第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における表面弾性波素子の断面構造を模式的に示す図である。シリコン（以下Ｓｉ）基板１とダイヤモンド薄膜２とからなるダイヤモンド基板１０と、ダイヤモンド基板１０上に積層されたバッファ層３と、ＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４と、酸化シリコン（以下ＳｉＯ2）層５と、平面視櫛歯状に形成された複数の電極６を含む電極層と、を備えて構成されている。また、前記バッファ層３は、金属を含む酸化物からなる第１バッファ層３Ａ、第２バッファ層３Ｂとからなる２層構造である。
より詳細には、第１バッファ層３Ａは（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム膜からなり、第２バッファ層３Ｂは（００１）配向されたジルコン酸バリウム（以下ＢａＺｒＯ3）膜から構成されている。また、圧電体層４は、（００１）配向された斜方晶ニオブ酸カリウム膜から構成されている。
【００１８】
本実施形態の表面弾性波素子は、圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜が、（００１）の単一方向に主に配向していることで、高ｋ2が得られる。上記構成の表面弾性波素子においてＫＮｂＯ3が（００１）方向に主に配向するのは以下の理由によると考えられる。
従来、ＳｒＴｉＯ3（１００）基板上に形成されたＫＮｂＯ3膜は、（００１）、（１１０）、（−１１０）の３種類の成長を示すことが確認されている。これらの配向面におけるＫＮｂＯ3の格子定数は、（００１）面が４．０３６Å（＝√（（５．６９５Å／２）2＋（５．７２１Å／２）2））と４．０３６Åであり、配向面における単位格子の原子配置はほぼ正方形である。また（１１０）面は格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形、（−１１０）面は格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形である。ここで、例えばＳｒＴｉＯ3の（１００）配向面の格子は、格子定数が３．９０５Åの正方形であり、上記３種類のＫＮｂＯ3の配向面と比較するといずれの配向面よりも格子定数が小さくなっている。これにより、（１１０）、（−１１０）の配向面が優先的に成長し、結果として所望のｋ2が得られない。
これに対して、本実施形態の表面弾性波素子で用いられている第２バッファ層３ＢのＢａＺｒＯ3の（００１）面の格子は、格子定数が４．１９２Åの正方形であり、上記ＫＮｂＯ3の３種類の配向面のいずれよりも大きい。これにより、ＢａＺｒＯ3との格子定数差が比較的小さく、また格子が正方形に近い（００１）配向面のみの成長が促進され、格子定数差が大きい（１１０）、（−１１０）面の成長は阻害されると考えられる。ただし、本実施形態に係るＫＮｂＯ3膜はその主配向面は（００１）で単一であるものの、面内で９０°回転した結晶粒を含むツイン構造となっているため、実質的に２種類の結晶方位を含む構造となっている。しかしながら、従来のＫＮｂＯ3膜が実質的に６種類の結晶方位を有していたのと比較すると、結晶方位の制御は大幅に改善されている。
【００１９】
上記構成の表面弾性波素子の製造方法の一例を以下に詳細に説明する。図１に示す表面弾性波素子を製造するには、まずＳｉ基板１上にダイヤモンド薄膜２をＣＶＤ法により成膜して作製されたダイヤモンド基板１０を作製する。このダイヤモンド薄膜２は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素を含む薄膜を指すものであり、膜中にダイヤモンド結合を有する炭素又は、炭素と水素からなる膜である。本発明において用いられるダイヤモンド薄膜２は、上記のＣＶＤ法に限らず、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法等の成膜法により形成することができる。
上記ダイヤモンド薄膜２の膜厚は、３〜２０μｍとされることが好ましい。３μｍより薄い場合には、表面弾性波の伝搬速度を高める効果及びｋ2を高める効果を得にくくなり、２０μｍを越えるとダイヤモンド薄膜２に内在する応力により剥離しやすくなる。
【００２０】
次に、上記にて得られたダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＭｇＯ膜からなる第１バッファ層３Ａを形成する。このＭｇＯ膜の成膜工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度５００℃の条件で成膜することにより、ダイヤモンド薄膜２上に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を得ることができる。
【００２１】
次いで、第１バッファ層（ＭｇＯ膜）３Ａ上に、ＢａＺｒＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＢａＺｒＯ3膜からなる第２バッファ層３Ｂを形成する。このＢａＺｒＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、上記ＭｇＯ膜３Ａ上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたＢａＺｒＯ3膜を得ることができる。
この第２バッファ層３Ｂの形成工程は、上記ＭｇＯ膜の成膜工程と同一のチャンバーを用いて行うことが好ましい。すなわち、成膜後の第１バッファ層３Ａの表面を大気に曝すことなく連続的に第２バッファ層３Ｂの成膜を行うのがよい。このような連続成膜を行うことで、第２バッファ層３Ｂの結晶性をより良好にできるとともに、基板の温度条件などの工程管理が容易になる。
【００２２】
上記第１バッファ層３Ａ、第２バッファ層３Ｂを構成するＭｇＯ膜及びＢａＺｒＯ3膜は、バッファ層３上に形成される圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜の配向制御を主目的として成膜されるため、その膜厚は可能な限り薄くすることが好ましい。具体的には、特に限定されるものではないが、ＭｇＯ膜、ＢａＺｒＯ3膜ともに２０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、過度に膜厚を薄くするとＫＮｂＯ3膜の配向制御効果を得づらくなるので、実用的には膜厚の下限は３ｎｍ程度である。
【００２３】
次に、上記バッファ層３Ｂ上に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４を形成する。このＫＮｂＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、ＢａＺｒＯ3膜３Ｂ上に（００１）配向のＫＮｂＯ3膜を形成することができる。
この圧電体層４の形成工程も、上記ＭｇＯ膜及びＢａＺｒＯ3膜の成膜工程と同一のチャンバーを用いて行うことが好ましく、このような連続成膜を行うことで、第２バッファ層３Ｂの表面の汚染を防止してＫＮｂＯ3膜の結晶性をより良好なものとすることができる。
圧電体層４の膜厚は、表面弾性波素子の特性に応じて最適な膜厚を選択すればよい。
【００２４】
次に、上記圧電体層４上に、ＳｉＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｉＯ2層５を形成する。このＳｉＯ2層５は、表面弾性波素子の温度特性を補償するだけでなく、櫛歯電極をパターニングする際に圧電体層４を保護するための保護層としても作用する。また、表面弾性波素子の経時変化に対する保護層としても働く。このＳｉＯ2層５も上述のダイヤモンド基板１０上に形成される各層と同一のチャンバーを用いて成膜することが好ましく、このような連続成膜を行うことでＫＮｂＯ3膜表面の汚染によるＫＮｂＯ3膜及びＳｉＯ2膜の特性劣化を防止することができる。このＳｉＯ2層５の膜厚は、表面弾性波素子の設計に応じて最適な膜厚を選択すればよい。
【００２５】
最後に、上記ＳｉＯ2層５上にＡｌやＣｕ等の金属薄膜を形成し、これをパターニングして櫛歯状の電極６を形成して図１に示す表面弾性波素子を得る。
上述したように、本実施形態に係る表面弾性波素子の製造方法においては、ダイヤモンド基板１０上に積層される各層の成膜法としてレーザーアブレーション法を用いたことで、各層を同一の成膜チャンバー内で連続的に形成することができるので、成膜後の各層の表面の清浄度を保持して良好な結晶性の膜を形成することができ、製造がより容易であるとともに、製造歩留まりの向上も容易である。このレーザーアブレーション法に用いる成膜装置としては、例えば複数のターゲットを装着可能なターゲットホルダと、基板ホルダを備えたものを挙げることができる。係る成膜装置を用いる場合は、初めに基板ホルダにダイヤモンド基板を載置した後、順次成膜される層の組成のターゲットを基板ホルダの前面に移動配置し、成膜を行うことで、ＳｉＯ2層あるいは電極層までの成膜を連続的に行うことができ、より効率的な表面弾性波素子の製造が可能である。
【００２６】
また、上記第１の実施形態の表面弾性波素子において、ＢａＺｒＯ3膜に代えてＢａＴｉＯ3膜を第２バッファ層３Ｂとして用いても、ほぼ同等のｋ2が得られることを本発明者は確認しており、その詳細は後述の（実施例）において述べる。
【００２７】
尚、本実施形態において上記した各層の成膜条件は一例を示したものであり、本発明を限定するものではない。また、各層の成膜に用いる成膜法も、レーザーアブレーション法に限定されず、種々の成膜法を適用することができる。例えばスパッタ法や、ＣＶＤ法、あるいはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法やゾルゲル法等により成膜しても本発明に係る表面弾性波素子は作成可能である。
また、図１に示す断面構造を備えた表面弾性波素子においては、第１バッファ層３Ａとして、ＭｇＯ膜のほかＭｇＳｉＯ4膜、Ｃａ2ＳｉＯ4膜、Ｂａ2ＳｉＯ4膜なども適用することができ、第２バッファ層としては、上記に挙げたＢａＺｒＯ3膜、ＢａＴｉＯ3膜のほか、ＴｉＯ2膜であっても良い。
また本発明に係る表面弾性波素子には、金属を含む酸化物の単結晶基板（例えばＳｒＴｉＯ3基板、サファイア基板、ＹＳＺ基板等）も用いることができ、この種の基板は、高価で大型基板が作製し難いが、表面弾性波素子としては良好な特性を得ることができる。
【００２８】
（表面弾性波素子：第２の実施形態）
次に、本発明に係る表面弾性波素子の第２の実施形態について以下に説明するが、本実施形態の表面弾性波素子の断面構造は、上記第１の実施形態と同様であるため、以下の説明は図１を参照して行う。すなわち、本実施形態の表面弾性波素子は、シリコン基板１上にダイヤモンド薄膜２を形成してなるダイヤモンド基板１０上に、２層構造のバッファ層３と、圧電体層４と、酸化シリコン層５と、電極層６とを備えて構成されている。
より詳細には、上記バッファ層３を構成する第１バッファ層３Ａが、（１００）配向でダイヤモンド基板１０上にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜から構成され、第２バッファ層３Ｂが、前記ＭｇＯ膜３Ａ上に、（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム（以下ＳｒＺｒＯ3）膜で構成されている。また、上記圧電体層４は、（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜から構成されている。
【００２９】
本実施形態の表面弾性波素子の特徴的な点は、第２バッファ層３Ｂとして（０１０）配向のＳｒＺｒＯ3膜を用いたことにある。このようなバッファ層を用いることで、本実施形態の表面弾性波素子のＫＮｂＯ3膜は（００１）配向され、高いｋ2を実現している。
本実施形態に係る圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜が、（００１）、（１１０）、（−１１０）の三種類の配向の成長ではなく、（００１）配向のみに成長するのは、上記第１の実施形態と同様の理由によると考えられる。すなわち、本実施形態において第２バッファ層３Ｂとして用いられているＳｒＺｒＯ3の結晶構造は、ａ＝５．８１０６Å、ｂ＝８．１９４０Å、ｃ＝５．７９３９Åの斜方晶であり、ＳｒＺｒＯ3（０１０）面の格子定数は４．１０３Å（√（（５．８１０６Å／２）2＋（５．７９３９Å／２）2））と、４．１０３Åであり、ほぼ正方形状に原子が配列した構造であり、格子整合性から一辺が４．０３６Åの正方形状の配列となるＫＮｂＯ3（００１）配向のみが成長し、格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形状の配列である（１１０）及び（−１１０）配向の成長は抑制されるものと考えられる。ただし、本実施形態に係るＫＮｂＯ3膜においても、面内で９０°回転した方位に配向した結晶粒が混在するツイン構造となっており、ＫＮｂＯ3膜中に２種類の結晶方位が存在している。しかしながら、従来の６種類の結晶方位が存在するＫＮｂＯ3膜よりも結晶方位が良好に制御されて成膜されていると言える。
【００３０】
次に、本実施形態の表面弾性波素子の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の表面弾性波素子を製造するには、まずＳｉ基板１上にダイヤモンド薄膜２をＣＶＤ法により成膜して作製されたダイヤモンド基板１０を作製する。このダイヤモンド薄膜２は、ダイヤモンド又はダイヤモンド状炭素を含む薄膜を指すものであり、膜中にダイヤモンド結合を有する炭素又は、炭素と水素からなる膜である。本発明において用いられるダイヤモンド薄膜２も、上記のＣＶＤ法に限らず種々の成膜法により形成することができる。
【００３１】
次に、上記にて得られたダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＭｇＯ膜からなる第１バッファ層３Ａを形成する。このＭｇＯ膜の成膜工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度５００℃の条件で成膜することにより、ダイヤモンド薄膜２上に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を得ることができる。
【００３２】
次いで、第１バッファ層（ＭｇＯ膜）３Ａ上に、ＳｒＺｒＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｒＺｒＯ3膜からなる第２バッファ層３Ｂを前記ＭｇＯ膜と同一のチャンバー内で形成する。このＳｒＺｒＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、上記ＭｇＯ膜３Ａ上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたＳｒＺｒＯ3膜を得ることができる。
【００３３】
上記第１バッファ層３Ａ、第２バッファ層３Ｂを構成するＭｇＯ膜及びＳｒＺｒＯ3膜は、バッファ層３上に形成される圧電体層４を構成するＫＮｂＯ3膜の配向制御を主目的として成膜されるため、その膜厚は可能な限り薄くすることが好ましい。具体的には、特に限定されるものではないが、ＭｇＯ膜、ＳｒＺｒＯ3膜ともに２０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、過度に膜厚を薄くするとＫＮｂＯ3膜の配向制御効果を得づらくなるので、実用的には膜厚の下限は３ｎｍ程度である。
【００３４】
次に、上記第２バッファ層３Ｂ上に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４を前記バッファ層３と同一のチャンバー内で形成する。このＫＮｂＯ3膜の形成工程において、例えば真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、基板温度６００℃の条件で、基板表面に酸素プラズマを照射しながら成膜を行うことにより、ＳｒＺｒＯ3膜３Ｂ上に（００１）配向のＫＮｂＯ3膜を形成することができる。
【００３５】
次に、上記圧電体層４上に、ＳｉＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｉＯ2層５を前記バッファ層３及び圧電体層４と同一のチャンバー内で形成する。このＳｉＯ2層５は、表面弾性波素子の温度特性を補償するだけでなく、櫛歯電極をパターニングする際に圧電体層４を保護するための保護層としても作用する。また、表面弾性波素子の経時変化に対する保護層としても働く。
【００３６】
最後に、上記ＳｉＯ2層５上にＡｌやＣｕ等の金属薄膜を形成し、これをパターニングして櫛歯状の電極６を形成して本実施形態の表面弾性波素子を得る。
尚、上記の製造方法は、本実施形態の表面弾性波素子の製造方法の一例を示すものであり、例えばダイヤモンド基板１０への各層の成膜にレーザーアブレーション以外の成膜法も適用することができる。また各層の成膜は、必ずしも同一のチャンバー内で行わなくともよいが、同一のチャンバー内で成膜を行った方が、各層の結晶成長が良好になり、また製造工程の煩雑さが低減されるのは上記第１の実施形態で述べた通りである。
【００３７】
（表面弾性波素子：第３の実施形態）
次に、図２を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。図２は、本発明の第３の実施形態における表面弾性波素子の断面構造を示す図である。この図に示す表面弾性波素子は、Ｓｉ基板３１と、その表面に形成されたダイヤモンド薄膜３１とからなるダイヤモンド基板３０と、このダイヤモンド基板３０上に順に積層されたバッファ層３３と、圧電体層３４と、ＳｉＯ2層３５と、平面視櫛歯状に形成された電極３６とを備えて構成されている。より具体的には、バッファ層は（１００）配向のＭｇＯ膜からなり、圧電体層３４は、（００１）配向のＫＮｂＯ3膜から構成されている。
【００３８】
本実施形態の表面弾性波素子の特徴的な点は、バッファ層３３として、ダイヤモンド基板３０上に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を用いていることにある。すなわち、このＭｇＯ膜からなるバッファ層３３上に形成されたＫＮｂＯ3膜は、上記第１，第２実施形態に係る圧電体層と同様にｃ軸に配向したＫＮｂＯ3膜となり、その結果、本実施形態の表面弾性波素子においても高いｋ2を得ることができる。
本実施形態に係る圧電体層３４を構成するＫＮｂＯ3膜が、（００１）、（１１０）、（−１１０）の三種類の配向の成長ではなく、（００１）配向のみに成長するのは、上記第１、第２の実施形態と同様の理由によると考えられる。すなわち、本実施形態においてバッファ層３３として用いられているＭｇＯ（１００）面は、格子定数が４．２１３Åのほぼ正方形状に原子が配列した構造であり、格子整合性から格子定数が４．０３６Åのほぼ正方形状の配列となるＫＮｂＯ3（００１）配向のみが成長し、格子定数が４．０３６Åと３．９７３Åの長方形状の配列である（１１０）及び（−１１０）配向の成長は抑制されるものと考えられる。ただし、本実施形態に係るＫＮｂＯ3膜においても、面内で９０°回転した方位に配向した結晶粒が混在するツイン構造となっており、ＫＮｂＯ3膜中に２種類の結晶方位が存在している。しかしながら、従来の６種類の結晶方位が存在するＫＮｂＯ3膜よりも結晶方位が良好に制御されて成膜されていると言える。
【００３９】
以下、本実施形態の表面弾性波素子の作製プロセスを具体的に説明する。
まず、ＣＶＤ法を用いてＳｉ基板３１上にダイヤモンド薄膜３２を形成する。本実施形態においても、ダイヤモンド薄膜３２の成膜法としてＣＶＤ法以外の方法を用いても問題ない。次に、ＭｇＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりダイヤモンド薄膜３２上にＭｇＯ膜（バッファ層）３３を形成する。このＭｇＯ膜の成膜条件として例えば真空度１×１０-3Ｔｏｒｒ（＝１３３×１０-3Ｐａ）以下、基板温度５００℃の条件で成膜することで、（１００）配向されたＭｇＯ膜を得ることができる。このＭｇＯ膜からなるバッファ層３３は、その上に形成されるＫＮｂＯ3膜の結晶配向を制御するための下地としての機能を得るのが主目的であるので、その膜厚は可能な限り薄くすることが好ましく、具体的には２０ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。ただし、過度に薄くするとＫＮｂＯ3膜の配向を制御する効果が得られなくなるので、その下限値は３ｎｍ程度である。
【００４０】
次に、ＫＮｂＯ3ターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＫＮｂＯ3膜（圧電体層）３４を前記ＭｇＯ膜と同一のチャンバー内で形成する。このＫＮｂＯ3膜３４の成膜工程においては、例えば基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）以下の条件で、酸素プラズマをＭｇＯ膜が形成されたダイヤモンド基板上に照射しながら成膜すれば、（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜を得ることができる。
【００４１】
次に、上記圧電体層３４上に、ＳｉＯターゲットを用いたレーザーアブレーション法によりＳｉＯ2層３５を前記バッファ層３３及び圧電体層３４と同一のチャンバー内で形成する。このＳｉＯ2層３５は、表面弾性波素子の温度特性を補償するだけでなく、櫛歯電極をパターニングする際に圧電体層３４を保護するための保護層としても作用する。また、表面弾性波素子の経時変化に対する保護層としても働く。
【００４２】
最後に、上記ＳｉＯ2層３５上にＡｌやＣｕ等の金属薄膜を形成し、これをパターニングして櫛歯状の電極３６を形成して本実施形態の表面弾性波素子を得る。
尚、上記の製造方法は、本実施形態の表面弾性波素子の製造方法の一例を示すものであり、例えばダイヤモンド基板３０への各層の成膜にレーザーアブレーション以外の成膜法も適用することができる。また各層の成膜は、必ずしも同一のチャンバー内で行わなくともよいが、同一のチャンバー内で成膜を行った方が、各層の結晶成長が良好になり、また製造工程の煩雑さが低減されるのは上記第１の実施形態で述べた通りである。
【００４３】
（周波数フィルタ）
図３は、本発明の一実施の形態による周波数フィルタの外観を模式的に示す斜視図である。図３に示す周波数フィルタは素子基板４０を有する。この素子基板４０は、例えば図１に示す上記第１の実施形態の表面弾性波素子を適用することができる。すなわち、素子基板４０は、ダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯ膜からなるバッファ層３Ａ及びＢａＺｒＯ3膜からなるバッファ層３Ｂ、ＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４、ＳｉＯ2層５が順次積層された構成とすることができる。尚、この素子基板としては、上記第２、第３の実施形態の表面弾性波素子を用いることもできる。
【００４４】
この素子基板４０の上面には、ＡｌやＣｕ及びこれらの合金等からなる平面視櫛歯状のＩＤＴ(Interdigital transducer)電極４１、４２が形成されている。また前記ＩＤＴ電極４１，４２を挟み込むように吸音部４３（ＩＤＴ電極４１の外側）及び吸音部４４（ＩＤＴ電極４２の外側）が、素子基板４０上に形成されている。これら吸音部４３，４４は、素子基板４０の表面を伝搬する表面弾性波を吸収するものである。素子基板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、ＩＤＴ電極４２には、信号線４６Ａ，４６Ｂの一端側が接続され、これら信号線４６Ａ，４６Ｂの他端側には、それぞれ端子４６ａ，４６ｂが設けられている。尚、上記ＩＤＴ電極４１は、本発明に係る周波数フィルタの第１電極を成し、ＩＤＴ電極４２は第２電極を成すものである。
【００４５】
上記構成において、高周波信号源４５からの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、これによって素子基板４０上面に表面弾性波が発生する。ＩＤＴ電極４１から吸音部４３側に伝搬した表面弾性波は、吸音部４３により吸収され、ＩＤＴ電極４２側へ到達した表面弾性波からは、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が電気信号に変換され、信号線４６Ａ，４６Ｂを介して端子４６ａ，４６ｂに取り出される。この電気信号として取り出された成分以外の表面弾性波は、ＩＤＴ電極４２を通過して吸音部４４に達し、この吸音部により吸収される。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うち、特定の周波数又は特定の帯域の周波数の表面弾性波を電気信号として取り出すことができる。そして、本実施形態においては、ｋ2が大きいＫＮｂＯ3を圧電体層に用いた素子基板４０が使用されていることで、従来よりも小型で比帯域幅の大きな周波数フィルタを実現することができる。また、本実施形態の周波数フィルタは、素子基板４０に、高周波特性に優れるダイヤモンド基板が用いられているので、ＧＨｚ帯の高周波として用いることができる。
【００４６】
（発振器）
図４は、上記本発明の実施形態の表面弾性波素子を電圧制御型の発振器（ＶＣＳＯ）に応用した一例を示す図であり、図４（ａ）は、本実施形態の発振器の側面透視図であり、図４（ｂ）は上面透視図である。図４に示すＶＣＳＯは、パッケージ６０内部に実装されている。ここで、図４において符号６１は基板であり、この基板６１上にＩＣ６２、バリキャップ、伸長コイル、及び表面弾性波素子６３が実装されている。この表面弾性波素子６３は、素子基板６４と、この素子基板６４上面に形成されて表面弾性波素子６３の電極層を成す電極６５ａ〜６５ｃとから構成されている。前記素子基板６４は、例えば図１に示したダイヤモンド基板１０上に、ＭｇＯ膜からなるバッファ層３Ａ及びＢａＺｒＯ3膜からなるバッファ層３Ｂ、ＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層４、ＳｉＯ2層５が順次積層された本発明の第１の実施形態の構成とすることができる。電極６５ａ〜６５ｃは、平面視櫛歯状に形成されており、電極６５ａが表面弾性波素子６３の中央部に配置され、電極６５ｂ、６５ｃが電極６５ａの両側に配置されている。
基板６１上にはＩＣ６２と表面弾性波素子６３とを電気的に接続するための２本の配線６６，６６がパターニングされており、ＩＣ６２と配線６６，６６の一端側は金線などのワイヤ線６７，６７により電気的に接続され、配線６６，６６の他端側は金線などのワイヤ線６８，６８により表面弾性波素子６３上の電極６５ａと電気的に接続されている。このようにしてＩＣ６２と表面弾性波素子６３とが電気的に接続されている。
【００４７】
上記構成の本実施形態の発振器は、表面弾性波素子６３として、圧電体層にｋ2の大きいＫＮｂＯ3を用いた上記本実施形態の表面弾性波素子を備えているので、表面弾性波素子を小型化することができ、結果としてＶＣＳＯも小型化することができる。また、表面弾性波素子６３の基板にはダイヤモンド基板が用いられているので、ＧＨｚ帯の高周波にも対応できる高周波発振器として用いることができる。本実施形態のＶＣＳＯは例えばＰＬＬ（phase lock loop）回路に用いることができる。
【００４８】
（電子回路及び電子機器）
図５は、本発明の一実施の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り、図６は、本発明の一実施の形態による電子機器の一例である携帯電話機の外観を示す斜視構成図である。
図６に示す携帯電話機１００は、アンテナ１０１、受話部１０２、送話部１０３、表示部１０４、及び操作ボタン部１０５等を備えて構成されている。図５に示した電子回路は、携帯電話機１００内部に設けられる電子回路の基本構成の一例を示しており、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うなどより複雑な回路構成となっている。
【００４９】
上記の送信フィルタ８３、受信フィルタ８８は、例えば図３に示すような本発明に係る周波数フィルタを用いることができる。フィルタリングする周波数は、送信ミキサ８２から出力される信号の打ち必要となる周波数、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回路には、例えば図４に示す構成の本発明に係る発振器を設けることができる。そして、これら本発明に係る周波数フィルタや発振器を用いることで、電子回路及びこれを用いた電子機器を小型化することができる。
【００５０】
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、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限定されるものではなく、本発明の範囲内で自由に変更することができる。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。ただし、以下の実施例は本発明の技術範囲を限定するものではない。
（試料１）
試料１として上記第１の実施形態の構成の表面弾性波素子を作製した。
まず、シリコン基板上に、ＣＶＤ法により１５μｍのダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板を作製した。次いで、このダイヤモンド基板をレーザーアブレーション成膜装置に導入し、基板ホルダに固定した。尚、本例では、成膜装置としてチャンバー内にＭｇＯターゲット、ＢａＺｒＯ3ターゲット、ＫＮｂＯ3ターゲット、ＳｉＯターゲットが設けられており、これらのターゲットが固定されたターゲットホルダを回転させることで前記基板ホルダの前面側に移動させることができるようになっているものを用いた。すなわち、図１に示すバッファ層３、圧電体層４、ＳｉＯ2層５を同一チャンバー内で連続的に成膜可能とされた成膜装置である。
次に、成膜装置内に固定された前記ダイヤモンド基板のダイヤモンド薄膜上に、ＭｇＯターゲットを用い、基板温度５００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）の成膜条件で、レーザーアブレーション法により１０ｎｍの膜厚に（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を形成した。次いで、ターゲットホルダを回転させて基板前面側にＢａＺｒＯ3ターゲットを配置し、基板温度を６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、膜厚１０ｎｍの（００１）配向にエピタキシャル成長されたＢａＺｒＯ3膜をＭｇＯ膜上に形成した。次いで、ターゲットホルダを回転させて基板前面側にＫＮｂＯ3ターゲットを配置し、基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、ＢａＺｒＯ3膜上に、膜厚２μｍの（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜を形成した。次いで、ターゲットホルダを回転させてＳｉＯターゲットを基板前面側に配置して前記ＫＮｂＯ3膜上にＳｉＯ2層を形成した。
そして、以上の成膜が終了した基板を成膜装置から取り出し、スパッタ法によりＡｌ薄膜をＳｉＯ2層上に形成した後、櫛歯状にパターニングして櫛歯電極を形成した。この櫛歯電極のピッチは１μｍとした。
【００５２】
（試料２）
次に、試料２として、図１に示す断面構造で、第２バッファ層としてＢａＴｉＯ3膜を備えた表面弾性波素子を作製した。その作製工程は、ＢａＺｒＯ3ターゲットに代えてＢａＴｉＯ3ターゲットを用い、基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、ＭｇＯ膜上に膜厚１０ｎｍの（００１）配向にエピタキシャル成長されたＢａＴｉＯ3膜を形成した以外は、上記試料１の表面弾性波素子の作製工程と同様とした。
【００５３】
（試料３）
次に、試料３として、上記第２の実施形態の構成の表面弾性波素子を作製した。その作製工程は、ＢａＺｒＯ3ターゲットに代えてＳｒＺｒＯ3ターゲットを用い、基板温度６００℃、真空度１×１０-5Ｔｏｒｒ（１３３×１０-5Ｐａ）、成膜中に基板表面に酸素プラズマを照射する成膜条件で、ＭｇＯ膜上に膜厚１０ｎｍの（０１０）配向にエピタキシャル成長されたＳｒＺｒＯ3膜を形成した以外は、上記試料１の表面弾性波素子の作製工程と同様とした。
【００５４】
（試料４）
次に、試料４として、上記第３の実施形態の構成の表面弾性波素子を作製した。上記試料１〜３に用いたダイヤモンド基板と同等のダイヤモンド基板を使用し、このダイヤモンド基板のダイヤモンド薄膜上に、基板温度５００℃、真空度１×１０-3Ｔｏｒｒ（１３３×１０-3Ｐａ）の成膜条件で、１０ｎｍの（１００）配向にエピタキシャル成長されたＭｇＯ膜を形成し、このＭｇＯ膜上に、上記試料１の作製工程と同様にして、２μｍの（００１）配向されたＫＮｂＯ3膜からなる圧電体層、ＳｉＯ2層、及び１μｍピッチの櫛歯電極を形成した。
【００５５】
（評価）
上記にて得られた試料１〜４の表面弾性波素子について、ｋ2の測定、及びＧＨｚ帯の高周波発振試験として２．５ＧＨｚでの発振可否を測定した。その結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
表１に示すように、本発明による表面弾性波素子は、いずれも２０％以上の高いｋ2が得られ、かつ２．５ＧＨｚでの発振が可能であり、従来のＫＮｂＯ3膜を用いた表面弾性波素子のｋ2に対して大幅な改善が可能であることが確認された。ＫＮｂＯ3のｋ2の最高値５３％と比較すると、試料１〜４ともｋ2は最高値の約半分程度であったが、これは、ＫＮｂＯ3膜の結晶構造が、面内で９０°回転した結晶方位を有する結晶粒とのツイン構造となっているためであると考えられ、ＫＮｂＯ3膜の結晶方位とｋ2とは相関関係にあると言える。また、試料１〜３のｋ2と比較して試料４のｋ2が若干低い値となったが、これは、ＭｇＯ膜の単層構造のバッファ層を用いたために、ＫＮｂＯ3との格子整合性が試料１〜３よりもやや悪くなり、ＫＮｂＯ3膜の結晶性が若干低下したためであると考えられる。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の表面弾性波素子は、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層とを備えたことで、高いｋ2を得ることができ、またこれにより素子の小型化が可能である。
【００５９】
また本発明の表面弾性波素子を発振器に用いた場合には周波数の可変幅を大きくすることができ、周波数フィルタとして用いた場合には比帯域幅を大きくすることができる。さらに、各素子においてはＧＨｚ帯の高周波化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の第１の実施形態の表面弾性波素子の断面構造を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の第３の実施形態の表面弾性波素子の断面構造を示す図である。
【図３】 図３は、本発明に係る周波数フィルタの一例における外観を示す斜視図である。
【図４】 図４は、本発明に係る発振器の一例を示す図であり、図４（ａ）は、発振器の側面透視図であり、図４（ｂ）は、上面透視図である。
【図５】 図５は、本発明に係る電子回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】 図６は、本発明に係る電子機器の一例としての携帯電話機の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，３０ ダイヤモンド基板
１，３１ シリコン基板
２，３２ ダイヤモンド薄膜
３，３３ バッファ層
４，３４ 圧電体層
５，３５ 酸化シリコン層
６，３６ 電極層
Claims (6)
- シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層と、を備え、
前記圧電体層が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなり、
前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（００１）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸バリウム層又はチタン酸バリウム層とからなることを特徴とする表面弾性波素子。 - シリコン基板上にダイヤモンド薄膜を形成したダイヤモンド基板と、該ダイヤモンド基板上に、金属を含む酸化物を少なくとも一層以上エピタキシャル成長させて形成されたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたニオブ酸カリウムからなる圧電体層と、該圧電体層上に形成された酸化シリコン層と、該酸化シリコン層上に形成された電極層と、を備え、
前記圧電体層が、（００１）配向の斜方晶ニオブ酸カリウムからなり、
前記バッファ層が、（１００）配向にエピタキシャル成長された酸化マグネシウム層と、該酸化マグネシウム層上に（０１０）配向にエピタキシャル成長されたジルコン酸ストロンチウム層とからなることを特徴とする表面弾性波素子。 - 請求項１又は２に記載の表面弾性波素子の電極層に、第１電極と、該第１電極に印加される電気信号により前記圧電体層に生じる表面弾性波の特定周波数又は特定帯域の周波数に共振して電気信号を出力する第２電極とが形成されたことを特徴とする周波数フィルタ。
- 請求項１又は２に記載の表面弾性波素子の電極層に、表面弾性波を発生させる電気信号を前記ニオブ酸カリウム層に印加するための信号印加電極と、前記信号印加電極からの電気信号により発生した表面弾性波の特定周波数成分、又は特定帯域の周波数成分を共振させる共振電極とが形成されたことを特徴とする発振器。
- 請求項１又は２に記載の表面弾性波素子の電極層に、表面弾性波を発生させる電気信号を前記ニオブ酸カリウム層に印加するための信号印加電極が形成され、該信号印加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、又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３に記載の周波数フィルタ、請求項４に記載の発振器、請求項５に記載の電子回路の少なくとも一つを備えたことを特徴とする電子機器。
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