JP5989524B2 - 弾性波素子、分波器および通信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子等の弾性波素子、分波
器および通信モジュールに関する。

圧電基板と、圧電基板の主面上に設けられたＩＤＴ（InterDigital Transducer）とを
有する弾性波素子が知られている。このような弾性波素子は、例えば、分波器の送信フィルタ、受信フィルタなどに利用されている。

弾性波素子において、素子の非線形性によって発生する電気的な歪波によって電気特性が低下することがある。例えば、弾性波素子を用いた分波器においては、送信帯域および受信帯域の帯域外の妨害波と、送信波とが混合されて、受信帯域内に含まれる歪波が生る。この歪は相互変調歪（IMD：Inter-Modulation Distortion）と呼ばれ、無線装置の通信品質を低下させる原因の一つとなっている。この他、送信波の整数倍の周波数を持つ高調波歪が発生し、これが他の無線装置の通信を妨害するといった問題も生じる可能性がある。

そこで歪波によるＳＮ比の低下を抑制するために、分波器を構成するラダー型フィルタの直列共振子または並列共振子を静電容量を変えずに分割する方法が知られている（例えば、特許文献１）。これは直列共振子または並列共振子を分割することによって、その共振子に印加される電圧を分散させて歪波を抑制するものである。

特開２００７−０７４６９８号公報

しかしながら、静電容量を変えずに共振子を分割すると分割前に比べて、共振子が大型化し、ひいては弾性波素子が大型化してしまう。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、共振子を大型化することなく、歪波の影響を抑制できる弾性波素子、分波器および通信モジュールを提供することである。

本発明の一態様の弾性波素子は、圧電基板と、該圧電基板の上面に位置した少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有する弾性波素子であって、前記ＩＤＴ電極は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の伝搬方向に延びて互いに対向して配置された一対の第１および第２バスバー電極と、前記第１バスバー電極から前記第２バスバー電極に向かって延びて該第２バスバー電極に対して第１ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第１電極指と、前記第２バスバー電極から前記第１バスバー電極に向かって延びて該第１バスバー電極に対して第２ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第２電極指と、を有し、前記圧電基板の上面のうち、前記第１ギャップの領域には凹部が設けられている。

本発明の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、送信信号をフィルタリングして前記アンテナに出力する送信フィルタと、前記アンテナからの受信信号をフィルタリングする
受信フィルタと、を備え、前記送信フィルタは、上記のいずれか一の弾性波素子を備える。

本発明の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、送信端子と、受信端子と、前記アンテナ端子と前記送信端子との間に接続された送信フィルタと、前記アンテナ端子と前記受信端子との間に接続された受信フィルタとを備えた分波器であって、前記送信フィルタは、上記の弾性波素子を備える。

本発明の一態様に係る通信モジュールは、アンテナと、該アンテナに電気的に接続された上記の分波器と、該分波器に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える。

上記の構成によれば、弾性波素子を大型化することなく歪波の影響を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る通信モジュールの信号処理系の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る分波器の構成を示す回路図である。 本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子を示す平面図である。 図３のＳＡＷ素子の作用を説明するための図である。 図３のＳＡＷ素子の作用を説明するための図である。 図３のＳＡＷ素子の凹部の変形例を示す断面図である。 図３のＳＡＷ素子の凹部の変形例を示す平面図である。 図３のＳＡＷ素子の製造方法を示す断面図である。 図３のＳＡＷ素子の別の製造方法を示す断面図である。 シミュレーションに使用した基準解析モデルの断面図である。 シミュレーションの計算結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子および分波器について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

第２の実施形態以降において、既に説明された実施形態の構成と同一または類似する構成については、既に説明された実施形態と同一の符号を付し、説明を省略することがある。

＜通信モジュール＞
図１は、本発明の実施形態に係る通信モジュール１０１の要部を示すブロック図である。通信モジュール１０１は、電波を利用した無線通信を行うものである。分波器１は、通信モジュール１０１において送信周波数の信号と受信周波数の信号とを分波する機能を有している。

通信モジュール１０１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって変調および周波数の引き上げ（搬送波周波数の高周波信号への変換）がなされて送信信号ＴＳとされる。送信信号ＴＳは、バンドパスフィルタ１０５によって送信用の通過帯域以外の不要成分が除去され、増幅器１０７によって増幅されて分波器１に入力される。そして、分波器１は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去してアンテナ１０９に出力する。アンテナ１０９は、入力された電気信
号（送信信号ＴＳ）を無線信号（電波）に変換して送信する。

また、通信モジュール１０１において、アンテナ１０９によって受信された無線信号は、アンテナ１０９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器１に入力される。分波器１は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して増幅器１１１に出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１１１によって増幅され、バンドパスフィルタ１１３によって受信用の通過帯域以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１０３によって周波数の引き下げおよび復調がなされて受信情報信号ＲＩＳとされる。

なお、送信情報信号ＴＩＳおよび受信情報信号ＲＩＳは、適宜な情報を含む低周波信号（ベースバンド信号）でよく、例えば、アナログの音声信号もしくはデジタル化された音声信号である。無線信号の通過帯域は、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）等の各種の規格に従ったものでよい。変調方式は、位相変調、振幅変調、周波数変調もしくはこれらのいずれか２つ以上の組み合わせのいずれであってもよい。回路方式は、図１では、ダイレクトコンバージョン方式を例示したが、それ以外の適宜なものとされてよく、例えば、ダブルスーパーヘテロダイン方式であってもよい。また、図１は、要部のみを模式的に示すものであり、適宜な位置にローパスフィルタやアイソレータ等が追加されてもよいし、また、増幅器等の位置が変更されてもよい。

＜分波器＞
図２は、本発明の実施形態に係る分波器１の構成を示す回路図である。分波器１は、図１において通信モジュール１０１に使用されているものである。

分波器１は、増幅器１０７からの送信信号ＴＳが入力される送信端子３と、送信信号ＴＳから送信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する送信フィルタ５と、送信フィルタ５からの信号が入力されるアンテナ端子７とを有している。アンテナ端子７は、アンテナ１０９に接続される。

また、分波器１は、アンテナ１０９からアンテナ端子７を介して入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯域以外の不要成分を除去して出力する受信フィルタ９と、受信フィルタ９からの信号が入力される受信端子１１とを有している。受信端子１１は、増幅器１１１に接続される。

送信フィルタ５は、例えば、ラダー型ＳＡＷフィルタによって構成されている。すなわち、送信フィルタ５は、その入力側と出力側との間において直列に接続された１以上（本実施形態では３）の第１直列共振子１５Ａ−１〜第３直列共振子１５Ａ−３と、その直列のラインと基準電位部との間に設けられた１以上（本実施形態では２）の並列共振子１５Ｂとを有している。なお、以下では、第１直列共振子１５Ａ−１〜第３直列共振子１５Ａ−３を単に「直列共振子１５Ａ」といい、これらを区別しないことがあり、また、直列共振子１５Ａおよび並列共振子１５Ｂを単に「共振子１５」といい、これらを区別しないことがある。

第１直列共振子１５Ａ−１は、送信フィルタ５においてアンテナ端子７に最も近い共振子１５である。また、送信フィルタ５、受信フィルタ９とアンテナ端子７の間には、インピーダンスマッチング用の回路が挿入されてもよい。

受信フィルタ９は、例えば、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７と、その入力側に直列に接続された補助共振子１５Ｃとを有している。なお、本実施形態において、多重モードは、２重モードを含むものとする。

＜ＳＡＷ素子＞
図３は、本発明の実施形態に係るＳＡＷ素子５１の平面図である。ＳＡＷ素子５１は、図２に示した分波器１において、第１直列共振子１５Ａ−１を構成するものである。

なお、ＳＡＷ素子５１は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともに、ｚ方向の正側（図３の紙面手前側）を上方として、上面、下面等の用語を用いるものとする。

ＳＡＷ素子５１は、例えば、１ポートＳＡＷ共振子として構成されており、圧電基板５３と、圧電基板５３の上面５３ａに設けられたＩＤＴ電極５５および反射器５７を有している。なお、ＳＡＷ素子５１は、上記の他、ＩＤＴ電極５５および反射器５７の上面に配置される付加膜、ＩＤＴ電極５５および反射器５７と圧電基板５３との間に介在する接着層、圧電基板５３の上面５３ａをＩＤＴ電極５５および反射器５７の上から覆う保護層等を有していてもよい。図３では、ＩＤＴ電極５５に信号の入出力を行うための配線およびパッドは図示を省略している。

圧電基板５３は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）単結晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）単結晶等の圧電性を有する単結晶の基板である。より具体的には、４２°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＴａＯ_３、１２８°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板もしくは０°±１０°Ｙ−ＸカットのＬｉＮｂＯ_３基板などを使用することができる。圧電基板５３の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。

ＩＤＴ電極５５は、圧電基板５３の上面５３ａに形成された導電層からなり、第１櫛歯電極５９Ａおよび第２櫛歯電極５９Ｂを有している。なお、以下では、第１櫛歯電極５９Ａおよび第２櫛歯電極５９Ｂを単に櫛歯電極５９といい、これらを区別しないことがある。また、第１櫛歯電極５９Ａを構成する部材については、「第１バスバー電極６１Ａ」のように、「第１」および「Ａ」を付すことがあり、第２櫛歯電極５９Ｂを構成する部材については、「第２バスバー電極６１Ｂ」等のように、「第２」および「Ｂ」を付すことがある。また、第１櫛歯電極５９Ａおよび第２櫛歯電極５９Ｂを構成する部材で対応するもの同士をまとめて称するときは、「第１」、「第２」、「Ａ」、および「Ｂ」を省略することがある。

第１櫛歯電極５９Ａは、第１バスバー電極６１Ａから第２バスバー電極６１Ｂに向かって延びた複数の第１電極指６３Ａを有する。隣接する第１電極指６３Ａの間には、第１ダミー電極指６５Ａが設けられている。

第２櫛歯電極５９Ｂは、第２バスバー電極６１Ｂから第１バスバー電極６１Ａに向かって延びた複数の第２電極指６３Ｂを有する。隣接する第２電極指６３Ｂの間には、第２ダミー電極指６５Ｂが設けられている。

一対の櫛歯電極５９は、複数の電極指６３が互いに噛み合うように配置されている。換言すれば、第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとはｘ方向に沿って交互に配置されている。

なお、ＳＡＷの伝搬方向は複数の電極指６３の向き等によって規定されるが、本実施形態では、便宜的に、ＳＡＷの伝搬方向を基準として、複数の電極指６３が延びている方向等を説明することがある。

第１、第２バスバー電極６１Ａ、６１Ｂは、例えば、長尺状であり、一定の幅でＳＡＷ
の伝搬方向（ｘ方向）に直線状に延びている。第１バスバー電極６１Ａと第２バスバー電極６１Ｂは、ＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）において対向している。また、第１バスバー電極６１Ａと第２バスバー電極６１Ｂは、例えば、互いに平行であり、両者の間の距離は、ＳＡＷの伝搬方向において一定である。

複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂは、概ね一定の幅でｙ方向に直線状に延びている。複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂは、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に沿って一定の間隔で配列されている。複数の電極指６３は、そのピッチｐが、例えば、共振させたい周波数でのＳＡＷの波長λの半波長と同等となるように設けられている。ピッチｐは、例えば、隣接する第１電極指６３Ａと第２電極指６３Ｂとの中心間距離によって規定される。ＳＡＷの波長λは、例えば、１．５μｍ〜６μｍである。

第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂの長さおよび幅ｗは、例えば、互いに同等である。なお、これらの寸法は、ＳＡＷ素子５１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。電極指６３の幅ｗは、例えば、電極指６３のピッチｐに対して０．４ｐ〜０．７ｐである。

第１ダミー電極指６５Ａは、複数の第１電極指６３Ａ間の中央に配置されている。同様に第２ダミー電極指６５Ｂは、複数の第２電極指６３Ｂ間の中央に配置されている。第１、第２ダミー電極指６５Ａ、６５Ｂの幅（ｘ方向）は、例えば、電極指６３の幅ｗと同等である。ダミー電極指６５の長さ（ｙ方向）は、電極指６３よりも短い。

第１電極指６３Ａの先端は、第２ダミー電極指６５Ｂの先端と第１ギャップ６７Ａを介して対向している。また、第２電極指６３Ｂの先端は、第１ダミー電極指６５Ａの先端と第２ギャップ６７Ｂを介して対向している。

複数の第１ギャップ６７Ａの数は、複数の第１電極指６３Ａの本数と同数である。同様に複数の第２ギャップ６７Ｂの数は、複数の第２電極指６３Ｂの本数と同数である。また、複数の第１、第２ギャップ６７Ａ，６７Ｂの幅は、複数の第１、第２電極指６３Ａ，６３Ｂの幅ｗと同等である。複数の第１、第２ギャップ６７Ａ，６７Ｂの長さｌ_ｇ（ｙ方向の大きさ。以下、ギャップの長さを「ギャップ長」と称することがある。）は、ギャップ６７同士で互いに同一である。ギャップ長ｌ_ｇは、ＳＡＷ素子５１に要求される電気特性等に応じて適宜に設定される。例えば、ギャップ長ｌ_ｇは、０．１λ〜０．６λである。

ＩＤＴ電極５５は、例えば、金属によって形成されている。この金属としては、例えば、ＡｌまたはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）が挙げられる。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−Ｃｕ合金である。なお、ＩＤＴ電極５５は、複数の金属層から構成されてもよい。ＩＤＴ電極５５の厚みは適宜に設定されてよい。

ＩＤＴ電極５５によって圧電基板５３に交流電圧が印加されると、圧電基板５３の上面５３ａ付近において上面５３ａに沿ってｘ方向に伝搬するＳＡＷが誘起される。また、ＳＡＷは、電極指６３によって反射される。そして、電極指６３のピッチｐを半波長とする定在波が形成される。定在波は、当該定在波と同一周波数の電気信号に変換され、電極指６３によって取り出される。このようにして、ＳＡＷ素子５１は、共振子もしくはフィルタとして機能する。

反射器５７は、圧電基板５３の上面５３ａに形成された導電層によって構成されており、平面視において格子状に形成されている。すなわち、反射器５７は、ＳＡＷの伝搬方向に交差する方向において互いに対向する一対のバスバー電極およびこれらバスバー電極間においてＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に延びる複数の電極指を有している
。反射器５７の複数の電極指は、ＩＤＴ電極５５の複数の電極指６３と概ね同等のピッチで配列されている。

ＳＡＷ素子５１は、上記の基本的な構成に加え、歪波がＳＮ比に及ぼす影響を抑制するための構成として、凹部６９を有している。

凹部６９は図３に示すように圧電基板５３の上面５３ａのうち、ギャップ６７の領域に形成されている。ＳＡＷ素子５１において、凹部６９はギャップ６７とほぼ一致する領域に形成されており、その開口面の形状は例えば矩形状である。ギャップ６７の領域に凹部６９を設けることによって歪波を抑制することができる。凹部６９を設けることによって歪波を抑制することができる理由を図４および図５を用いて説明する。

図４は図３に示すＩＤＴ電極５５の一部分を抜き出した図である。図４において、第１櫛歯電極５９Ａが第２櫛歯電極５９Ｂよりも電位が高い状態にあるとする。このとき圧電基板５３の第１櫛歯電極５９Ａと第２櫛歯電極５９Ｂとの間の領域には、主として矢印で示した方向の電場が発生している。すなわち、電極指６３の交差領域（第１電極指６３Ａと第２電極指６３ＢとがＳＡＷの伝搬方向において隣り合う領域）では、ＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）に沿った電場Ｅｘが発生し、ギャップ６７の領域ではＳＡＷの伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）に沿った電場Ｅｙが発生する。

このような電場が発生すると圧電体からなる圧電基板５３が有する非線形性によって歪電流が発生する。歪電流のうち、２次の非線形性に起因する電流は電場の２乗に比例する。すなわち、Ｉ _２ ＝αＥ ^２
なる式で表される歪電流Ｉ _２ が発生する。この式で、αは圧電基板の結晶方位に依存する係数である。歪電流Ｉ _２ は電場Ｅの２乗に比例するため、電場Ｅの極性に寄らず圧電基板の結晶方位に対して同じ方向に流れる。つまり、図４に示したように、ｘ方向の電場Ｅｘに対してはｘ方向の歪電流Ｉ _２ｘ が流れ、ｙ方向の電場Ｅｙに対してはｙ方向の歪電流Ｉ _２ｙ （第１ギャップ６７Ａにおける歪電流をＩ _２ｙ Ａ、第２ギャップ６７Ｂにおける歪電流をＩ _２ｙ Ｂとする。）が流れる。なお、ここではαが正の定数である場合について説明したが、実際のαは圧電基板の材料および結晶方位に依存する複素数となる。

ここでｘ方向に沿った歪電流Ｉ_２ｘに着目すると、第１電極指６３Ａの両側において歪電流Ｉ_２ｘの向きは、第１電極指６３Ａを基準にして逆方向であるため打ち消しあって０になる。このため、歪電流Ｉ_２ｘに基づく歪波がＳＡＷ素子５１の外部に出力されることは基本的にはない。第２電極指６３Ｂの両側においても同様に歪電流Ｉ_２ｘは打ち消し合う。よってＩＤＴ電極５５の交差領域全体における歪電流Ｉ_２は打ち消しあってＳＡＷ素子５１の外部に歪波として出力されることはない。

一方、ｙ方向に沿った電場Ｅｙに着目すると、第１ギャップ６７Ａにおける歪電流Ｉ_２ｙＡ、第２ギャップ６７Ｂにおける歪電流Ｉ_２ｙＢはいずれも第１電極指６３Ａを基準にして同方向であるため、これらの歪電流Ｉ_２ｙは打ち消し合わない。

このように打ち消し合わずに残ったギャップ６７における歪電流Ｉ_２ｙが歪波の発生要因の１つになっていると考えられる。これは本願発明者等が歪波に関する種々の実験を行い、考察を重ねた結果、初めて見出したものである。

なお、ここでは電場Ｅに起因する歪波について説明したが、この他、ＳＡＷの振動に起因する歪波も存在している。ＳＡＷの振動に起因する歪波も、電場Ｅに起因する歪波と同様にギャップ６７における歪電流が発生要因になっていると考えられる。なお、電場Ｅに起因する歪波は圧電体の誘電率の非線形性に起因するものであり、ＳＡＷの振動に起因す
る歪波は圧電体の弾性定数の非線形性に起因するものである。

図５は、ギャップ６７付近をｙ方向に沿って切断したときの断面図であり、（ａ）はギャップ６７に凹部６９が形成されていない状態のもの、（ｂ）はギャップ６７に凹部６９を形成した状態のもの（ＳＡＷ素子５１）である。なお、図５においても図４と同様に第１櫛歯電極５９Ａが第２櫛歯電極５９Ｂよりも電位が高い状態を示している。

図５（ａ）のように凹部６９が形成されていない場合、上述したように圧電基板５３のギャップ６７の直下の領域において電場Ｅｙが生じている。この電場Ｅｙは、電極指６３に近い圧電基板５３の上面側ほど大きい。

一方、図５（ｂ）に示すように圧電基板５３の上面５３ａのうち、ギャップ６７の部分に凹部６９を設ければ、圧電基板中に大きな電場Ｅｙが発生していた部分が存在しなくなり、結果としてギャップ６７の直下の領域に発生する電場Ｅｙを小さくすることができる。上述のようにギャップ６７に発生する電場Ｅｙが歪波の発生要因の１つであると考えられるため、この電場Ｅｙを弱めることによって歪波が抑制されることとなる。また、従来の方法のように共振子を分割するものではなく、ＩＤＴ電極５５の大きさは変わらないためＳＡＷ素子５１が大型化することもない。

凹部６９の断面形状は、図５（ｂ）のように例えば矩形状である。また、凹部６９の深さｄ（圧電基板５３の上面５３ａから底面までの寸法）は、例えば、０．１μｍ〜２μｍである。より好ましくは、凹部６９の深さｄをギャップ長ｌ_ｇと同等にすることである。後述するシミュレーション結果によれば、凹部６９の深さｄを大きくしていくとギャップ６７の直下領域に生じる電場Ｅｙの抑制効果も大きくなっていくと考えられるが、深さｄがギャップ長ｌ_ｇと同等になるとその抑制効果は変わらなくなるからである。

図６に凹部６９の断面形状の変形例を示す。凹部６９の断面形状は、例えば、図６（ａ）に示すように下に向かうほど狭まる傾斜面を有するものであってもよいし、図６（ｂ）に示すように下に凸の曲面を有するものであってもよい。また、図６（ｃ）および（ｄ）に示すように凹部６９の一部が電極指６３およびダミー電極指６５の直下に位置するような形状であってもよい。具体的には、図６（ｃ）のように下に向かうほど広がる傾斜面を有する凹部６９であってもよいし、図６（ｄ）のように凹部６９の開口面がギャップ６７よりも大きいものであってもよい。特に、図６（ｃ）および図６（ｄ）のように凹部６９の一部が電極指６３およびダミー電極指６５の直下に位置する形状であれば、ギャップ６７の直下に生じる不要な電場Ｅｙの抑制効果を高めることができる。また、図６（ｅ）に示すように凹部６９の幅がギャップ６７の幅よりも狭いものであってもよい。

図７は凹部６９の平面形状の変形例を示す図であり、ＩＤＴ電極５５の一部分の平面図である。図７に示す変形例では凹部６９は開口面がギャップ６７の領域からはみ出すようにして凹部６９が形成されている。具体的には、凹部６９の開口面のＳＡＷの伝搬方向（ｘ方向）の幅は、そのギャップ６７の両隣に位置する電極指６３まで広がっている。換言すれば、図７に示す凹部６９の変形例の幅は、隣り合う第１電極指６３Ａ間の間隔または隣り合う第２電極指６３Ｂ間の間隔と同等である。このように凹部６９の開口面の幅を電極指６３の幅よりも広くすることによって、歪波の発生要因となる電場Ｅｙの抑制効果を高めることができる。

凹部６９の開口面は図３および図７に示したように矩形状のものに限られず、円状、楕円状、多角形状など任意の形状が可能である。

以上、図２における第１直列共振子１５Ａ−１を構成するＳＡＷ素子５１について説明
したが、第１直列共振子１５Ａ−１以外の第２、第３直列共振子１５Ａ−２、１５Ａ−３、第１、第２並列共振子１５Ｂ−１、１５Ｂ−２および補助共振子１５Ｃの構成は、凹部６９が設けられていない点を除いて、第１直列共振子１５Ａ−１（ＳＡＷ素子５１）と概ね同様である。なお、これらの共振子１５においても、第１直列共振子１５Ａ−１と同様に凹部６９が設けられてもよい。また、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７においても、同様の凹部６９が設けられていてもよい。

相互変調歪は送信端子３から入力される送信波と、アンテナ端子７から入力される妨害波が、同時にＳＡＷ共振子に印加されることによって発生するため、送信波および妨害波の双方の強度が大きい第１直列共振子１５Ａ−１が最も強い歪波を発生させることが多い。このため、第１直列共振子１５Ａ−１に凹部６９を設けることが、分波器全体の相互変調歪を抑制することに最も効果がある。ただし、その他の共振子、特にアンテナ端子７に近い第１並列共振子１５Ｂ−１、補助共振子１５Ｃもある程度の歪波の発生源になるため、これらの共振子にも凹部６９を設けることで、更なる歪波の抑制を図ることができる。

多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、図２において模式的に示すように、例えば、縦結合型のものであり、ＳＡＷの伝搬方向において配列された複数（本実施形態では３つ）のＩＤＴ電極５５と、その両側に配置された反射器５７とを有している。また、多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、例えば、入力された不平衡信号を平衡信号に変換して出力する不平衡入力−平衡出力型のものである。

複数の共振子１５および多重モード型ＳＡＷフィルタ１７は、例えば、１つの圧電基板５３の上面５３ａに共に設けられている。

次に図８を用いてＳＡＷ素子５１の製造方法の一例について説明する。図８（ａ）〜（ｄ）はＳＡＷ素子５１の製造プロセス順に並べた断面図であり、図３のＡ−Ａ’線における断面に相当する。ＳＡＷ素子５１の製造方法に対応する図５（ａ）〜（ｄ）の工程は、いわゆるウエハプロセスにおいて実現される。すなわち、分割されることによって圧電基板５３となる母基板を対象に、薄膜形成やフォトリソグラフィー法などが行われ、その後、ダイシングされることにより、多数個分のＳＡＷ素子５１または分波器１が並行して形成される。ただし、図５（ａ）〜（ｄ）では１つのＳＡＷ素子５１に対応する部分のみを図示する。

図５（ａ）に示すように、まず、圧電基板５３の上面５３ａ上には、ＩＤＴ電極５５が形成される。具体的には、まず、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の薄膜形成法によって、上面５３ａ上に金属層が形成される。次に
、金属層に対して、縮小投影露光機（ステッパー）およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いたフォトリソグラフィー法等によりパターニングが行われる。パターニングにより、ＩＤＴ電極５５が形成される。なお、図示を省略するが、ＩＤＴ電極５５が形成された後に酸化ケイ素等からなる保護層が形成される。保護層はスパッタリング法等の薄膜形成法により保護層となる薄膜が形成された後、ギャップ６７が露出するようにＲＩＥ等によって薄膜の一部が除去されることにより形成される。

次に図８（ｂ）に示すように、レジスト層２１が形成される。レジスト層２１は、ギャップ６７が露出するようにパターニングされる。

レジスト層２１を形成した後、図８（ｃ）に示すように、ＲＩＥやウェットエッチングなどによって圧電基板５３の上面のうちレジスト層２１から露出しているギャップ６７の部分を所定の深さになるように削り取る。これによってギャップ６７の部分に凹部６９が形成される。なお、レジスト層２１のパターニング形状、エッチングの条件などを変える
ことによって、凹部６９を所望の形状にすることができる。

その後、図８（ｄ）に示すようにレジスト層２１を除去することによってＳＡＷ素子５１が完成する。

図９はＳＡＷ素子５１の製造方法の別の例を示す図であり、図８と同様に図３のＡ−Ａ’線における断面に相当する。

図８に示した例では、ＩＤＴ電極５５を形成した後に凹部６９を形成したが、図９に示す製造方法はＩＤＴ電極５５を形成する前に凹部６９を形成するものである。

具体的には、まず図９（ａ）に示すように圧電基板５３の上面５３ａにレジスト層２１を形成する。そして、圧電基板５３の上面５３ａのうち、凹部６９が形成される部分が露出するようにレジスト層２１をパターニングする。

次に図９（ｂ）に示すように、ＲＩＥやウェットエッチングなどによって圧電基板５３の上面のうちレジスト層２１から露出している部分を所定の深さまで削り取る。これによって凹部６９が形成される。

その後、図９（ｃ）に示すようにスパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法等の薄膜形成法によって、上面５３ａ上に金属層を形成する。

最後に図９（ｄ）に示すようにフォトリソグラフィー法等により金属層をパターニングすることによってＩＤＴ電極５５が形成され、ＳＡＷ素５１が完成する。

凹部６９を圧電基板５３の上面５３ａに設けることによって、歪波を低減させることができることをシミュレーションによって確かめた。

図１０はそのシミュレーションに用いたＳＡＷ素子の基準解析モデルＳである。基準解析モデルＳにおいて、圧電基板５３の材料はタンタル酸リチウム単結晶とした。また圧電基板５３の上は空気層４９とした。各部分の寸法は図１０に示したとおりである。基準解析モデルＳについて、凹部６９を設けていないものと凹部６９の深さｄが異なる３種類（ｄ＝０．２５μｍ、ｄ＝０．５μｍ、ｄ＝１．０μｍ）について圧電基板５３における電場の最大値Ｅ_maxと静電容量Ｃを計算した。

ここでＩＤＴ電極５５に、電場の振幅がＥ _１ 、Ｅ _２ である２つの正弦波の交流電圧が印加された場合、圧電基板５３の誘電性によって流れる電流Ｉは、次の（１）式によって表される。

Ｉ＝ａε｛Ｅ _１ ｓｉｎ（ω _１ t）＋Ｅ _２ ｓｉｎ（ω _２ t）｝＋ｂε _２ ｛Ｅ _１ ｓｉｎ（ω _１ t）＋Ｅ _２ ｓｉｎ（ω _２ t）｝ ^２ ＋・・・ （１）
（１）式において、ａ、ｂは定数、εは誘電率、ε _２ は２次の非線形誘電率である。また、簡単のために３次以上の非線形の項は省略し、ＳＡＷの振動に起因する歪波（圧電体の弾性定数の非線形性）は考慮しないものとする。さらに（１）式を展開すると次のようになる。

Ｉ＝ａε｛Ｅ _１ ｓｉｎ（ω _１ t）＋Ｅ _２ ｓｉｎ（ω _２ t）｝＋ｂε _２ ｛Ｅ _１ ^２ ｓｉｎ ^２ （ω _１ ｔ）＋２Ｅ _１ Ｅ _２ ｓｉｎ（ω _１ ｔ）ｓｉｎ（ω _２ ｔ）＋Ｅ _２ ^２ ｓｉｎ ^２ （ω _２ ｔ）｝＋・・・
この式において、｛Ｅ _１ ^２ ｓｉｎ ^２ （ω _１ ｔ）＋２Ｅ _１ Ｅ _２ ｓｉｎ（ω _１ ｔ）ｓｉｎ（ω _２ ｔ）＋Ｅ _２ ^２ ｓｉｎ ^２ （ω _２ ｔ）｝が２次の歪電流であり、そのうちの第１項と第３項が２次の高調波歪、第２項が相互変調歪である。

（１）式から圧電基板中の電場と歪波との間には相関があるといえる。なお、（１）式において、２次の非線形項であるε _２ 項には電場Ｅの２乗が含まれることから、電場Ｅが大きくなると発生する歪波は急速に大きくなる。このため、圧電基板中の電場Ｅの最大値Ｅ _max が歪波の発生強度の指標となる。

またギャップ６７の部分は、電極指６３、バスバー電極６１および両者の間の圧電基板（誘電率をεとする）からなる一種のキャパシタと考えることができるが、この場合、キャパシタに蓄えられる静電エネルギーＥ _ｎｇ は、次の（２）式で表される。
Ｅ _ｎｇ ∝∫ε|Ｅ| ^２ ｄｖ （２）
（２）式からわかるように、静電エネルギーＥ _ｎｇ は電場Ｅの２乗を電場Ｅのある領域全体にわたって積分したものに比例しているので、電場Ｅの２乗に比例する２次の歪波と相関があると考えられる。

一方、キャパシタに蓄えられる静電エネルギーＥ _ｎｇ は、静電容量Ｃを用いて次の（３）式によっても表すことができる。
Ｅ _ｎｇ ＝ＣＶ ^２ ／２ （３）
（２）式および（３）式から静電容量Ｃは電場Ｅの２乗平均に比例するといえるため、静電容量Ｃを調べれば、結果的に歪波（２次の高調波歪および相互変調歪）の強度を調べることができる。

シミュレーション計算の結果、図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、電場の最大値Ｅ _max および静電容量Ｃのいずれも凹部６９の深さｄが大きくなるにつれて減少していく
ことが確認できた。したがって、凹部６９を形成することによって歪波を低減できると考えられる。また、計算結果からして凹部６９の深さｄがギャップ長ｌ _ｇ と同程度の１μｍ以上になると電場の最大値Ｅ _max および静電容量Ｃはそれ程大きくならないと考えられる
ため、凹部６９の深さｄはギャップ長ｌ _ｇ と同程度あれば十分といえる。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

弾性波素子は、例えば、保護層の厚さが比較的大きい弾性境界波素子であってもよい。

ＩＤＴ電極５５の形状は、図示したものに限定されない。例えば、ＩＤＴ電極５５は、いわゆるアポダイズが施されたものであってもよいし、ダミー電極指６５が設けられないものであってもよい。また、ＩＤＴ電極５５は、バスバー電極６１が傾斜もしくは屈曲するものであってもよいし、バスバー電極６１の弾性波の伝搬方向に直交する方向（ｙ方向）の大きさが変化するものであってもよい。また、ＩＤＴ電極５５は、電極指６３のピッチが一定でなく、狭くなる部分が設けられてもよい。また、電極指６３またはダミー電極指６５は、その先端の角部が面取りされていてもよいし、先端の幅（ｘ方向）が大きくされていてもよい。

また上述した実施形態では、凹部６９が第１ギャップ６７Ａおよび第２ギャップ６７Ｂの両方に設けられたＳＡＷ素子５１について説明したが、凹部６９は第１ギャップ６７Ａおよび第２ギャップ６７Ｂの少なくとも一方のギャップに設けられていればよく、例えば、第１ギャップ６７Ａのみに凹部６９を設けるようにしてもよい。また、複数のギャップ６７の全てに凹部６９が設けられていなくてもよく、複数のギャップ６７の一部だけに凹部６９を設けるようにしてもよい。

５１…ＳＡＷ素子
５３…圧電基板
５３ａ…上面
５５…ＩＤＴ電極
５９Ａ…第１櫛歯電極
５９Ｂ…第２櫛歯電極
６１Ａ…第１バスバー電極
６１Ｂ…第２バスバー電極
６３Ａ…第１電極指
６３Ｂ…第２電極指
６７Ａ…第１ギャップ
６７Ｂ…第２ギャップ
６９…凹部

Claims (8)

1. 圧電基板と、該圧電基板の上面に位置した少なくとも１つのＩＤＴ電極とを有する弾性波素子であって、
   前記ＩＤＴ電極は、前記圧電基板を伝搬する弾性波の伝搬方向に延びて互いに対向して配置された一対の第１および第２バスバー電極と、前記第１バスバー電極から前記第２バスバー電極に向かって延びて該第２バスバー電極に対して第１ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第１電極指と、前記第２バスバー電極から前記第１バスバー電極に向かって延びて該第１バスバー電極に対して第２ギャップを有する位置に先端が位置している複数の第２電極指とを有し、
   前記圧電基板の上面のうち、前記第１ギャップ領域には凹部が設けられており、
   前記圧電基板の上面は、前記伝搬方向において前記第１電極指および前記第２電極指が交差する部分と重なる領域では、前記第１電極指および前記第２電極指が位置する部位と、前記第１電極指と前記第２電極指との間の部位とで同じ高さとなる部分を備える、弾性波素子。
2. 前記凹部の一部は、前記第１電極指および前記第２バスバー電極の少なくとも一方の直下に位置している請求項１に記載の弾性波素子。
3. 前記第１電極指が延びている方向を第１方向とし、該第１方向と直交する方向を第２方向としたときに、前記凹部の開口面の前記第２方向における幅は、前記第１電極指の前記第２方向における幅以上である請求項１または２に記載の弾性波素子。
4. 前記第２バスバー電極は、前記第１バスバー電極に向かって延びた複数のダミー電極指を有し、
   該ダミー電極指の先端と前記第１電極指の先端とが前記第１ギャップを介して対向している請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性波素子。
5. 前記伝搬方向において前記ダミー電極指と重なる領域は、前記圧電基板の上面が、前記第１電極指および前記第２電極指が位置する部位と同じ高さになっている、請求項４に記載の弾性波素子。
6. 前記圧電基板の上面のうち、前記第２ギャップの領域にも凹部が設けられている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の弾性波素子。
7. アンテナ端子と、送信端子と、受信端子と、前記アンテナ端子と前記送信端子との間に接続された送信フィルタと、前記アンテナ端子と前記受信端子との間に接続された受信フィルタとを備えた分波器であって、
   前記送信フィルタは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の弾性波素子を備える分波器。
8. アンテナと、
   該アンテナに電気的に接続された請求項７に記載の分波器と、
   該分波器に電気的に接続されたＲＦ−ＩＣとを備える通信モジュール。

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