JP5120497B2 - 弾性境界波装置 - Google Patents

Description

本発明は、共振子やフィルタ装置として用いられる弾性境界波装置に関し、より詳細には、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板上に、酸化珪素層及び酸化珪素よりも音速の速い誘電体からなる誘電体層が積層されている三媒質構造の弾性境界波装置に関する。

弾性表面波装置に代えて、弾性境界波装置が注目されている。弾性境界波装置は、空洞を有するパッケージを必要としないため、小型化を進めることができる。

下記の特許文献１には、図１０に示す断面構造を有する弾性境界波装置１０１が開示されている。弾性境界波装置１０１では、ＬｉＮｂＯ_３基板１０２の上面の溝１０２ａが形成されている。溝１０２ａに金属材料を充填することにより、ＩＤＴ電極１０３が形成されている。図１０では、ＩＤＴ電極１０３の１本の電極指部分のみが拡大して示されている。

上記ＬｉＮｂＯ_３基板１０２の上面を覆うように、酸化珪素膜１０４が形成されている。ここでは、ＩＤＴ電極１０３の上面がＬｉＮｂＯ_３基板１０２の上面と面一とされているため、酸化珪素膜１０４の上面を平坦化でき、挿入損失を低減することができるとされている。

また、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、酸化珪素膜１０４の厚みと、ＩＤＴ電極１０３の厚みとを特定の範囲とすることにより、ＳＨ型弾性境界波を利用した場合の損失の低減を図ることができると記載されている。

なお、ＬｉＮｂＯ_３に代えて、ＬｉＴａＯ_３を用いた構造も示されている。

ＷＯ２００８／０４４４１１

しかしながら、特許文献１に記載のＬｉＴａＯ_３を用いた弾性境界波装置では、酸化珪素膜１０４側へのＳＨ型境界波の漏洩は抑制されているものの、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板側への弾性境界波のエネルギーの漏洩があるため、伝搬損失を十分に小さくすることができないことがわかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、従来の弾性境界波装置に比べて、より一層損失を低減することが可能とされている、弾性境界波装置を提供することにある。

本発明に係る弾性境界波装置は、ＬｉＴａＯ_３からなり、上面に溝が形成されている圧電基板と、前記圧電基板の前記溝に少なくとも一部が埋め込まれるようにして形成されたＩＤＴ電極と、前記圧電基板上に積層された酸化珪素層と、前記酸化珪素層よりも音速が速い誘電体からなる誘電体層とを備える。前記ＩＤＴ電極が、密度が１６ｇ／ｃｍ^３以上の金属からなる主電極層と、密度が４ｇ／ｃｍ^３以上、１６ｇ／ｃｍ^３未満の金属からなる補助電極層とを備える。さらに、前記ＩＤＴ電極で励振される弾性境界波の波長をλとしたときに、ＩＤＴ電極の溝への埋め込み量に相当する溝の深さＡがλの０．１〜１０％の範囲内にある。また、前記酸化珪素層の膜厚Ｂが、λの２０〜１４０％の範囲内にある。また、前記主電極密度をＣ（ｇ／ｃｍ^３）とし、前記主電極層の厚みＤがλの１〜１０％の範囲内であり、前記補助電極の密度をＥ（ｇ／ｃｍ^３）とし、前記主電極層よりも上部にある補助電極の厚みＦがλの０〜１０％の範囲内にあり、ＩＤＴ電極のデューティＧが０．４〜０．７の範囲内にある。このとき、前記ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板のオイラー角（０°，θ，０°）のθが、下記の式（１）で表わされるθ_０に対し、（θ_０−２０°）以上〜（θ_０＋２０°）以下の範囲内とされている。

θ_０＝６５．５３Ｇ＋０．７５６８Ｆ＋０．８４５４Ｅ＋７．０９１Ｄ＋１．６０９Ｃ−０．０３７８９Ｂ−３．５３５Ａ＋６０．８５ ・・・式（１）

本発明に係る弾性境界波装置のある特定の局面では、前記ＩＤＴ電極の前記溝への埋込量Ａが波長λの３〜１０％の範囲であり、酸化珪素層の膜厚Ｂがλの３０〜８０％の範囲内にあり、前記主電極層の厚みＤがλの１〜１０％の範囲内にあり、主電極層よりも上部に位置している補助電極層の厚みＦが５％以下であり、ＩＤＴ電極のデューティＧが０．４５〜０．５５の範囲にある。この場合には、弾性境界波の後述のエネルギー集中度を９０％以上とすることができ、それによって、伝搬損失を低減でき、弾性境界波装置の特性をより一層良好なものとすることができる。

より好ましくは、前記θが、（θ_０−１０°）以上、（θ_０＋１０°）以下の範囲内とされる。この場合には、弾性境界波の伝搬に際しての後述のエネルギー集中度を９９％以上とすることができ、より一層伝搬損失を低減することができる。

本発明に係る弾性境界波装置では、上記ＩＤＴ電極は、密度が４ｇ／ｃｍ^３未満の金属からなる低密度電極層をさらに備えていてもよい。このような低密度電極層としては、例えばＡｌまたはＡｌを主体とする合金などを用いることができ、それによって、ＩＤＴ電極の電気的抵抗を小さくすることができる。

本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、主電極層の上方に積層されている補助電極層と、前記主電極層の下方に積層されている補助電極層とを備えている。このように、ＩＤＴ電極において、主電極層の下方にも補助電極層が積層されていてもよく、補助電極層の材料を選択することにより、補助電極層の両側の層に対する密着性を高めたり、電極材料の拡散を防止したりすることができる。そのため、弾性境界波装置の電気的特性や信頼性を高めることができる。

本発明に係る弾性境界波装置のさらに他の特定の局面では、前記主電極層を構成している前記金属が、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属または該金属を主体とする合金からなる。この場合には、信頼性を高めることができる。

本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、前記補助電極層が、Ｔｉ、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、Ｎｉ及びＮｉＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる。この場合には、他の電極層や誘電体もしくは圧電体に対する密着性を高め、信頼性を高めることができる。また、補助電極層の両側の電極層間の電極材料の拡散を防止することもできる。

本発明に係る弾性境界波装置のさらに別の特定の局面では、上記誘電体層が、窒化珪素、酸窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及び珪素からなる群から選択された１種の誘電体材料からなる。汎用されているこれらの材料により上記誘電体層を容易に形成することができ、それによって、導波路効果により伝送特性を高めることができる。

本発明に係る弾性境界波装置によれば、ＩＤＴ電極の少なくとも一部が溝に埋め込まれているため、電気機械結合係数Ｋ^２を高めて広帯域化を図ることができ、酸化珪素層上に相対的に音速が速い誘電体層が設けられているので、弾性境界波を誘電体層よりも内側に良好に閉じ込めることができ、伝送特性を高めることができる。

加えて、上記ＩＤＴ電極が、上記主電極層及び補助電極層を有し、圧電基板のオイラー角のθが式（１）で表わされるθ_０に対し、（θ_０−２０°）〜（θ_０＋２０°）の範囲内とされているので、圧電基板側への弾性境界波の漏洩を抑制し、後述のエネルギー集中度を効果的に高めることができる。従って、ＩＤＴ電極が溝に埋め込まれた構造の従来の弾性境界波装置に比べて、より一層損失を低減することが可能となる。

図１は、本発明の弾性境界波装置の電極構造を説明するための部分拡大正面断面図である。 図２（ａ）は本発明の一実施形態の弾性境界波装置の電極構造を示す模式的平面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の弾性境界波装置の模式的正面断面図である。 図３は、本発明の一実施例及び変形例に係る各弾性境界波装置の減衰量周波数特性を示す図である。 図４は、本発明の第２の実施例に係る弾性境界波装置及び比較例の弾性境界波装置の各減衰量周波数特性を示す図である。 図５（ａ）は本発明の第３の実施例において、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角のθ１２０°〜１６０°の範囲で変化させた場合の弾性境界波のエネルギー集中度の変化を示す図であり、（ｂ）はエネルギー分布を示す模式図である。 図６は、ＬｉＴａＯ_３上に設けられた圧電基板の溝の深さ（％）と、ＩＤＴ電極のデューティ比と、位相最大値との関係を示す図である。 図７は、ＬｉＴａＯ_３上に設けられた酸化珪素層の厚み（％）と、ＩＤＴ電極のデューティ比と、位相最大値との関係を示す図である。 図８は、ＬｉＴａＯ_３上に設けられた主電極としてのＰｔ膜の厚み（％）と、ＩＤＴ電極のデューティ比と、位相最大値との関係を示す図である。 図９は、ＬｉＴａＯ_３上に設けられた補助電極層としてのＴｉ膜の厚みの合計（％）と、ＩＤＴ電極のデューティ比と、位相最大値との関係を示す図である。 図１０は、従来の弾性境界波装置の電極構造を説明するための模式的断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図２（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置を説明するための模式的平面断面図及び模式的正面断面図である。

図２（ｂ）に示すように、弾性境界波装置１は、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板２を有する。圧電基板２の上面には、溝２ａが形成されている。

溝２ａに、ＩＤＴ電極３の厚み方向においてＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃの少なくとも一部が埋め込まれるようにして、ＩＤＴ電極３が形成されている。

本実施形態では、図２（ａ）に示すように、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃと、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃの設けられている領域の弾性境界波の伝搬方向両側に配置された反射器４，５とを有する電極構造が形成されている。すなわち、３ＩＤＴ型の縦結合共振子型弾性境界波フィルタが、この電極構造により構成されている。ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃは、それぞれ、複数本の電極指３ａを有する。反射器４，５は、複数本の電極指を両端で短絡してなるグレーティング型反射器である。

上記電極構造を覆うように、酸化珪素層６が形成されている。そして、酸化珪素層６の上面に、酸化珪素層６に比べて音速が速い誘電体材料からなる誘電体層７が形成されている。本実施形態では、誘電体層７は窒化珪素からなる。

従って、弾性境界波装置１は、圧電基板２と、酸化珪素層６と、誘電体層７とをこの順序で積層してなるいわゆる、三媒質構造の弾性境界波装置である。三媒質構造の弾性境界波装置では、酸化珪素層６よりも音速の速い誘電体層７が設けられているので、弾性境界波は誘電体層７よりも内側に閉じ込められる。従って、導波路効果により損失を低減することができる。

また、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃ及び反射器４，５の電極指は、溝２ａにその一部が埋め込まれている。従って、溝内に電極材料の一部が充填されて電極指が形成されているため、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃにおいては、電気機械結合係数Ｋ^２を高めることができ、それによって、比帯域幅の拡大を図ることができる。

加えて、本実施形態の弾性境界波装置１では、上記ＩＤＴ電極３が、以下に述べる主電極層及び補助電極層を有し、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角のθが特定の範囲内とされているため、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃで励振された弾性境界波の圧電基板２側への漏洩を効果的に抑制することが可能とされている。それによって、弾性境界波の伝搬に際してのエネルギー集中度を高め、伝搬損失の低減を図ることができる。これを、以下においてより具体的に説明する。

図１は、本実施形態の弾性境界波装置１のＩＤＴ電極３の１本の電極指が形成されている部分を拡大して示す。ＩＤＴ電極３は、図示のように、溝２ａに一部が埋め込まれている。ここで、溝２ａの深さをＡとする。

ＩＤＴ電極３は、下から順にＴｉ膜１１、Ｐｔ膜１２、Ｔｉ膜１３、Ａｌ膜１４及びＴｉ膜１５をこの順序で積層した構造を有する。

なお、Ｔｉの密度は４．５４ｇ／ｃｍ^３であり、Ｐｔの密度は２１．４５ｇ／ｃｍ^３であり、Ａｌ膜の密度は２．７ｇ／ｃｍ^３である。

本明細書においては、複数の電極層からなるＩＤＴ電極において、各電極層の密度に応じて以下のように分類する。

密度が１６ｇ／ｃｍ^３以上の金属からなる電極層を主電極層とする。従って、上記Ｐｔ膜１２は主電極層である。密度が４ｇ／ｃｍ^３以上、１６ｇ／ｃｍ^３未満の金属からなる電極層を補助電極層とする。従って、上記Ｔｉ膜１１，１３，１５は、それぞれ、補助電極層である。

密度は４ｇ／ｃｍ^３未満の電極層を低密度電極層とする。Ａｌ膜１４は、低密度電極層である。

本発明の特徴の１つは、溝２ａの深さをＡ、酸化珪素層６の厚みをＢ、主電極層の密度をＣ（ｇ／ｃｍ^３）、主電極層の厚みをＤ、補助電極層の密度をＥ（ｇ／ｃｍ^３）、主電極層よりも上部に位置する補助電極層の厚みをＦ、ＩＤＴのデューティ比をＧとしたとき、これらの値が以下の範囲にあり、かつ（ＬｉＴａＯ_３のオイラー角のθが下記の式（１）で表わされるθ_０に対し、（θ_０−２０°）以上、（θ_０＋２０°）以下の範囲内とされていることにある。

なお、本明細書において、溝の深さＡ、酸化珪素層６の厚みＢ、主電極層の厚みＤ及び補助電極層の厚みＦを示す％の単位の値は、いずれも、ＩＤＴ電極３で励振される弾性境界波の波長λとしたとき、波長λに対する割合（％）で表わされる規格化膜厚である。

本実施形態では、上記溝の深さＡはλの０．１〜１０％の範囲内にあり、酸化珪素層６の膜厚Ｂはλの２０〜１４０％の範囲内にあり、主電極層の厚みＤは１〜１０％の範囲内にあり、補助電極層であって、主電極層よりも上部に位置するものの厚みＦは０〜１０％の範囲内にあり、上記デューティ比Ｇは０．４〜０．７の範囲内にある。上記Ａ〜Ｇで示すパラメータが上記範囲内の任意の値にあるときに、オイラー角（０°，θ，０°）におけるθが、（θ_０−２０°）以上、（θ_０＋２０°）以下の範囲内とされる。

θ_０＝６５．５３Ｇ＋０．７５６８Ｆ＋０．８４５４Ｅ＋７．０９１Ｄ＋１．６０９Ｃ−０．０３７８９Ｂ−３．５３５Ａ＋６０．８５ ・・・式（１）

これを、具体的な実験例に基づき説明する。

（第１の実施例）
上記実施形態に従って、第１の実施例の縦結合共振子型の弾性境界波装置１を以下の仕様で作製し、その減衰量周波数特性を測定した。

上記弾性境界波装置１の各層の厚みは以下の通りとした。

窒化珪素からなる誘電体層７＝２２００ｎｍ
酸化珪素層６＝７６０ｎｍ
電極積層構造：上から順にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ＝１０／１５０／１０／７６／１０（単位はいずれもｎｍ）

ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板２のオイラー角のθは１３８°とした。すなわち、オイラー角は、（０°，１３８°，０°）であり、従って、伝搬角ψは０°である。溝２ａの深さは８６ｎｍとした。

ＩＤＴ電極３のデューティ比は０．５０とした。

ＩＤＴ電極３における電極指交叉幅は８０μｍとし、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃにおける電極指の対数はそれぞれ、８，１４及び８とした。反射器４，５の電極指の対数は１５とした。ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃにおけるλは１．９μｍとし、ＩＤＴ同士が隣り合っている部分の電極指２本は狭ピッチ電極指部とした。狭ピッチ電極指部のλは１．７μｍとした。

また、反射器４，５のλは１．９２μｍとした。

従って、Ａ＝４．５３％、Ｂ＝４０％、Ｄ＝４．０％、Ｆ＝１．５８（＝０．５２６×３）％となる。

上記のようにして、３ＩＤＴ型の縦結合共振子型弾性境界波フィルタ装置を作製し、伝送特性を測定した。結果を図３に実線で示す。比較のために、オイラー角のθを１３８°から１２６°に変更したことを除いては上記と同様にして構成された変形例の弾性境界波装置を作製し、伝送特性を測定した。図３において、破線はθ＝１２６°の場合の結果を示す。

図３から明らかなように、θ＝１２６°の場合に比べ、θ＝１３８°の場合には、通過帯域内における損失を低減することができる。これは、オイラー角のθが、最適な角度に近づいたためと考えられる。これを以下においてより明らかにする。

（第２の実施例）
オイラー角のθを１３２°に変更したことを除いては第１の実施例と同様にして、第２の実施例の３ＩＤＴ型の縦結合共振子型の弾性境界波装置を作製した。この弾性境界波装置の伝送特性を図４に実線で示す。比較のために、溝埋込量Ａを８６ｎｍから０ｎｍとしたことを除いては、すなわち溝を形成しなかったことを除いては上記と同様にして構成された比較例の弾性境界波装置を作製した。この比較例の弾性境界波装置の伝送特性を図４に破線で示す。

図４から明らかなように、比較例に比べ、第２の実施例によれば、通過帯域を広げることができ、通過帯域内における損失を低減することができ、さらに通過帯域の高周波数化が可能とされていることがわかる。これは、溝２ａにＩＤＴ電極の一部が埋め込まれているため、電気機械結合係数Ｋ^２が大きくなり、それによって通過帯域が広げられていることによる。また、オイラー角のθが最適な値に近づくため、音速が高くなり、それによって、損失の低減だけでなく、音速が高められて周波数が高められているものと考えられる。

（第３の実施例）
以下のようにして、第３の実施例の弾性境界波装置を作製した。ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃの積層構造を、Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔの３層構造とした。

Ａｌ膜の厚みは３００ｎｍ、Ｔｉ膜の厚みは５７ｎｍ、Ｐｔ膜の厚みは９０ｎｍとした。ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板におけるＬｉＴａＯ_３のオイラー角のθは１３８°とした。

溝２ａの深さは１１４ｎｍとし、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃにおけるデューティ比Ｇは０．４５または０．５５とした。その他の構造は、第１，第２の実施例と同様とした。

従って、上述したパラメータは、Ａ＝６％、Ｂ＝４０％、Ｄ＝５％、Ｆ＝３％である。

このようにして構成された弾性境界波装置において、オイラー角のθをさらに、１２０°から１６０°まで変化させたときのエネルギー集中度を有限要素法により計算した。結果を図５（ａ）に示す。

なお、エネルギー集中度は、図５（ｂ）に示すように、弾性境界波装置のＬｉＴａＯ_３と酸化珪素層６との境界を境界面としたとき、境界面に対して厚み方向位置における弾性波のエネルギー分布を求め、該エネルギー分布に基づいて計算された値である。図５（ｂ）において、実線はＳＨ波のエネルギー分布を、破線はＳＶ波のエネルギー分布を、一点鎖線はＰ波のエネルギー分布を示す。ここでエネルギー集中度とは、利用するＳＨ型弾性境界波の全エネルギーの内、（境界面＋２λ）の高さ位置から（境界面−２λ）の高さ位置までの間に存在するＳＨ型弾性境界波のエネルギーの割合をいうものとする。

図５（ａ）から明らかなように、オイラー角のθが変化するにつれて、上記エネルギー集中度が変化することがわかる。デューティＧが０．４５及び０．５５のいずれの場合においても、オイラー角のθが１２０°から１４２°までの範囲内では、θが増加するにつれ、エネルギー集中度が高くなっていることがわかる。そして、デューティ比が０．５の場合は、θ＝１４２°〜１４３°の場合に、エネルギー集中度が１００％と最も高くなる。デューティ比が０．５５の場合には、θ＝１４９°〜１５０°の場合に、１００％と最大値となっていることがわかる。

よって、最も好ましくはデューティが０．４５の場合には、θは１４２°〜１４３°の範囲内であり、デューティが０．５５の場合には、θは１４９°〜１５０°の範囲内である。この最も好ましいθの値±２０°の範囲内であれば、エネルギー集中度は９０％以上であり、最も好ましいθ±１０°の範囲内であれば９９％以上の値となることがわかる。

従って、第３の実施例によれば、オイラー角のθを、オイラー角の最適な値をθ_０とした場合、（θ_０−２０°）以上、（θ_０＋２０°）以下の範囲とすれば、エネルギー集中度９０％以上とすることができ、（θ_０−１０°）以上、（θ_０＋１０°）以下の範囲とすれば、エネルギー集中度９９％以上とし得ることがわかる。

（第４の実施例）
デューティを０．５０としたことを除いては、第３の実施例と同様の構造の弾性境界波装置を設計した。この弾性境界波装置を中心条件とし、溝の深さＡを５〜７％、酸化珪素層の膜厚を４０〜８０％、Ｐｔ膜１２の膜厚を４〜６％、Ｔｉ膜１１，１３，１５の内、Ｐｔ膜１２より上方に位置しているＴｉ膜１３，１５の膜厚の合計を２〜６％とし、デューティが０．４５、０．５０または０．５５とした場合のエネルギー集中度が最大となるθ_０を有限要素法により求めた。

結果を図６〜図９に示す。図６〜図９において、縦軸の位相最大値θ_ｍａｘは、エネルギー集中度が最大となる位相の値を示す。図６は、溝の深さＡを変化させた場合の位相最大値θ_ｍａｘの変化を示し、図７〜図９は、それぞれ、酸化珪素層の膜厚、Ｐｔ膜の膜厚及びＴｉ膜１３，１５の膜厚の合計を変化させた場合の位相最大値θ_ｍａｘの変化を示す図である。

図６〜図９から明らかなように、各条件において、エネルギー集中度が最大となるθ_ｍａｘが存在し、これらの条件を変化させることにより、θ_ｍａｘが変化することがわかる。

第３の実施例及び第４の実施例の結果を踏まえ、第３の実施例と同様の構造において、窒化珪素層７の厚みＢ＝１１６％、Ａｌ膜１４の厚み＝１６％、溝２ａの深さＡ＝０〜１０％、酸化珪素層６の厚み＝３０〜８０％、Ｐｔ膜１２の厚みＤ＝３〜６％、Ｔｉ膜１１，１３，１５の内、Ｐｔ膜１２よりも上方に位置しているＴｉ膜１３，１５の膜厚の合計Ｆ＝０〜１１％、デューティ＝０．４５〜０．５５、オイラー角のθ＝１２０°〜１８０°の範囲でこれらを任意に組み合わせた構造につき有限要素法により、エネルギー集中度が最大となる位相最大値θ_ｍａｘを求めた。結果を表１〜表５に示す。

この表１〜表５の結果により、多変量線形回帰式を導いた。その結果、下記の式（１）を得た。

θ_０＝６５．５３Ｇ＋０．７５６８Ｆ＋０．８４５４Ｅ＋７．０９１Ｄ＋１．６０９Ｃ−０．０３７８９Ｂ−３．５３５Ａ＋６０．８５ ・・・式（１）

式（１）は上述した各範囲内においてパラメータＡ〜Ｇの任意の条件におけるθ_ｍａｘの値であるθ_０値を示すものである。

従って、上記式（１）を満たすθ_０となるようにこれらのパラメータＡ〜Ｇの値を調整すれば、エネルギー集中度を最大とし得ることがわかる。それによって、弾性境界波装置１において、通過帯域内における損失を大幅に低減することができる。また、前述した通り、（θ_０−２０°）以上、（θ_０＋２０°）以下の範囲とすれば、エネルギー集中度を９０％以上とすることができ、（θ_０−１０°）以上、（θ_０＋１０°）以下の範囲とすれば９９％以上とし得ることがわかる。

なお、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃは、厚み方向においてその一部が溝２ａに埋め込まれていたが、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃの厚み方向における全ての部分が溝２ａに埋め込まれ、ＩＤＴ電極３Ａ〜３Ｃの上面と圧電基板２の上面とが面一とされていてもよい。また、縦結合共振子型の弾性境界波装置１につき説明したが、本発明は３ＩＤＴ型の縦結合共振子型弾性境界波フィルタ装置に限らず、様々な弾性境界波装置に適用し得ることを指摘しておく。

また、上記実施形態では、主電極層としてのＰｔ膜１２の上方にＴｉ膜１３，１５からなる各補助電極層が形成されており、下方にもＴｉ膜１１からなる補助電極層が形成されていたが、補助電極層は上方及び下方のいずれかにのみ形成されていてもよい。もっとも、前述した式（１）における補助電極層の膜厚Ｆは、補助電極層の膜厚の合計とする。なお、主電極層よりも下方に位置する補助電極層の膜厚は小さいことが望ましく、概ね１％以下とするのが良い。この理由として、主電極層よりも下方に位置する補助電極層の膜厚分だけ主電極層が上方に位置し、その分電気機械結合係数Ｋ^２が小さくなるからである。

もっとも、前述した通り、Ｔｉなどの補助電極層を構成する材料は、電極層同士や電極層と圧電基板などとの密着性を高めたり、電極材料の拡散を防止したりする機能を有するため、主電極層の下方にも補助電極層が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、主電極層として、Ｐｔ膜１２が設けられていたが、複数の主電極層が形成されていてもよい。その場合、厚みＤは、複数の主電極層の厚みの合計となる。

主電極層を構成する金属は、密度が１６ｇ／ｃｍ^３以上である限り特に限定されない。好ましくは、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ及びＩｒからなる群から選択された少なくも１種の金属または該金属を主体とする合金が用いられ、その場合には、信頼性を高めることができる。

補助電極層を構成する金属は、密度が４ｇ／ｃｍ^３以上、１６ｇ／ｃｍ^３未満の密度を有する限り、特に限定されない。好ましくは、Ｔｉ、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、Ｎｉ及びＮｉＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなり、その場合には、他の電極層や圧電基板への密着性を高めたり、電極層間における電極材料の拡散を抑制したりすることができる。

また、上記実施形態では、低密度電極層を構成しているＡｌ膜１４が設けられていたが、低密度電極層は備えられておらずともよい。

また、低密度電極層を構成する材料としてＡｌを用いたが、もっとも、低密度電極層は、密度が４ｇ／ｃｍ^３未満の適宜の金属により形成することができる。ＡｌまたはＡｌを主体とする合金が好ましく、その場合には、電気抵抗が低いため、ＩＤＴ電極の抵抗損失を低めることができる。

誘電体層７は、酸化珪素層６よりも音速が速い限り、適宜の誘電体材料により形成することができる。このような誘電体材料としては、好ましくは、窒化珪素、酸窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、珪素などを挙げることができ、いずれにしても、音速が相対的に速いため、誘電体層７よりも内側に境界波のエネルギーを効果的に閉じ込めることができる。従って、伝送特性を良好なものとすることができる。また、窒化珪素、酸窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは珪素は、汎用されている誘電体材料であるため、誘電体層７を容易に形成することができる。

１…弾性境界波装置
２…圧電基板
２ａ…溝
３…ＩＤＴ電極
３Ａ〜３Ｃ…ＩＤＴ電極
３ａ…電極指
４，５…反射器
６…酸化珪素層
７…誘電体層（窒化珪素層）
１１，１３，１５…Ｔｉ膜
１２…Ｐｔ膜
１４…Ａｌ膜

Claims (9)

1. ＬｉＴａＯ_３からなり、上面に溝が形成されている圧電基板と、
   前記圧電基板の前記溝に少なくとも一部が埋め込まれるようにして形成されたＩＤＴ電極と、
   前記圧電基板上に積層された酸化珪素層と、
   前記酸化珪素層よりも音速が速い誘電体からなる誘電体層とを備え、
   前記ＩＤＴ電極が、密度が１６ｇ／ｃｍ^３以上の金属からなる主電極層と、密度が４ｇ／ｃｍ^３以上、１６ｇ／ｃｍ^３未満の金属からなる補助電極層とを備え、
   前記ＩＤＴ電極で励振される弾性境界波の波長をλとしたときに、ＩＤＴ電極の溝への埋め込み量に相当する溝の深さＡがλの０．１〜１０％の範囲内であり、前記酸化珪素層の膜厚Ｂが、λの２０〜１４０％の範囲内にあり、前記主電極密度をＣ（ｇ／ｃｍ^３）とし、前記主電極層の厚みＤがλの１〜１０％の範囲内であり、前記補助電極の密度をＥ（ｇ／ｃｍ^３）とし、前記主電極層よりも上部にある補助電極の厚みＦがλの０〜１０％の範囲内にあり、ＩＤＴ電極のデューティＧが０．４〜０．７の範囲内にあるときに、前記ＬｉＴａＯ_３からなる圧電基板のオイラー角（０°，θ，０°）のθが、下記の式（１）で表わされるθ_０に対し、（θ_０−２０°）以上〜（θ_０＋２０°）以下の範囲内とされている、弾性境界波装置。
   θ_０＝６５．５３Ｇ＋０．７５６８Ｆ＋０．８４５４Ｅ＋７．０９１Ｄ＋１．６０９Ｃ−０．０３７８９Ｂ−３．５３５Ａ＋６０．８５ ・・・式（１）
2. 前記ＩＤＴ電極の前記溝への埋込量Ａが波長λの３〜１０％の範囲であり、酸化珪素層の膜厚Ｂがλの３０〜８０％の範囲内にあり、前記主電極層の厚みＤがλの１〜１０％の範囲内にあり、主電極層よりも上部に位置している補助電極層の厚みＦが５％以下であり、ＩＤＴ電極のデューティＧが０．４５〜０．５５の範囲にある、請求項１に記載の弾性境界波装置。
3. 前記θが、（θ_０−１０°）以上、（θ_０＋１０°）以下の範囲にある、請求項１または２に記載の弾性境界波装置。
4. 前記ＩＤＴ電極が、密度が４ｇ／ｃｍ^３未満の金属からなる低密度電極層をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
5. 前記低密度電極層が、ＡｌまたはＡｌを主体とする合金からなる、請求項４に記載の弾性境界波装置。
6. 前記ＩＤＴ電極が、主電極層と、主電極層の上方に積層されている補助電極層と、前記主電極層の下方に積層されている補助電極層をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
7. 前記主電極層を構成している前記金属が、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ａｕ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属または該金属を主体とする合金からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
8. 前記補助電極層が、Ｔｉ、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、Ｎｉ及びＮｉＣｒからなる群から選択された少なくとも１種の金属からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。
9. 前記誘電体層が、窒化珪素、酸窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及び珪素からなる群から選択された１種の誘電体材料からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。

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