JP6822597B2 - 弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶からなる圧電体を有する弾性波装置、該弾性波装置を有する高周波フロントエンド回路及び通信装置に関する。

従来、シリコンからなる支持基板上に、直接または間接に、圧電体が積層されている弾性波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１及び２に記載の弾性波装置では、シリコン基板上に、ＳｉＯ_２膜を介してＬｉＴａＯ_３単結晶圧電体が積層されている。下記の特許文献３に記載の弾性波装置では、シリコンの（１１１）面、（１００）面または（１１０）面上に、ＳｉＯ_２膜を介してＬｉＴａＯ_３からなる単結晶の圧電体が積層されている。

特許文献３では、（１１１）面を利用することにより、耐熱性を高めることができるとされている。

特開平１１−５５０７０号公報 特開２００５−３４７２９５号公報 特開２０１０−１８７３７３号公報

特許文献１〜３に記載のような従来の弾性波装置では、利用する弾性波としてのメインモードのエネルギーを圧電体内に集中させることができる。しかしながら、メインモードだけでなく、メインモードの高周波数側に位置している高次モードも同時に圧電体内に閉じこもる場合があることがわかった。そのため、高次モードがスプリアスとなり、弾性波装置の特性が劣化するという問題があった。

本発明の目的は、メインモードの良好な特性を維持しつつ、高次モードを抑制することが可能な弾性波装置、該弾性波装置を有する高周波フロントエンド回路及び通信装置を提供することにある。

本発明に係る弾性波装置は、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）を有し、前記オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における弾性定数が下記の式（１）で表される材料層と、対向し合う第１及び第２の主面を有し、前記第２の主面側から前記材料層に直接的にまたは間接的に積層されており、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）を有し、前記オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における弾性定数が下記の式（１）で表される圧電体と、前記圧電体の前記第１の主面及び前記第２の主面のうちの少なくとも一方に設けられているＩＤＴ電極と、を備え、前記材料層の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち０でない少なくとも１つの弾性定数と、前記圧電体の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち０でない少なくとも１つの弾性定数とが逆符号となっている。

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記材料層の回転操作前の弾性定数Ｃ_ａｂ ⁰としたときに、前記オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における前記弾性定数Ｃ_ａｂは、式（Ｃ_ａｂ）＝［α］^−１［Ｃ_ａｂ ^０］［β］で求められ、前記圧電体の前記オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における前記弾性定数Ｃ_ａｂは、回転操作前の前記圧電体の弾性定数をＣ_ａｂ ^１としたときに、式（Ｃ_ａｂ）＝［α］^−１［Ｃ_ａｂ ^１］［β］で求められる。
式中、α及びβは以下の通りである。

また、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、ｍ_１、ｍ_２、ｍ_３、ｎ_１、ｎ_２及びｎ_３は以下の通りである。
ｌ_１＝ｃｏｓψｃｏｓφ−ｃｏｓθｓｉｎφｓｉｎψ
ｌ_２＝−ｓｉｎψｃｏｓφ−ｃｏｓθｓｉｎφｃｏｓψ
ｌ_３＝ｓｉｎθｓｉｎφ
ｍ_１＝ｃｏｓψｓｉｎφ＋ｃｏｓθｃｏｓφｓｉｎψ
ｍ_２＝−ｓｉｎψｓｉｎφ＋ｃｏｓθｃｏｓφｃｏｓψ
ｍ_３＝−ｓｉｎθｃｏｓφ
ｎ_１＝ｓｉｎψｓｉｎθ
ｎ_２＝ｃｏｓψｓｉｎθ
ｎ_３＝ｃｏｓθ

本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）におけるＣ_４１〜Ｃ_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４、Ｃ_６１〜Ｃ_６５、Ｃ_１４、Ｃ_２４、Ｃ_３４、Ｃ_１５、Ｃ_２５、Ｃ_３５、Ｃ_４５、Ｃ_１６、Ｃ_２６、Ｃ_３６、Ｃ_４６及びＣ_５６のうちの少なくとも１つである。この場合には、オイラー角のψを調整することにより、弾性定数の符号を容易に反転させることができる。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）のうちの弾性定数Ｃ_４１またはＣ_１４を含む。この場合には高次モードをより効果的に抑制することができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）のうちの弾性定数Ｃ_４２またはＣ_２４を含む。この場合には高次モードをより効果的に抑制することができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）のうちの弾性定数Ｃ_５６またはＣ_６５を含む。この場合には高次モードをより効果的に抑制することができる。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極により励振される高次モードの少なくとも一部が、前記材料層と前記圧電体の両方を伝搬する。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記逆符号とされている弾性定数の絶対値が、１ＧＰａ以上である。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記材料層が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも、バルク波の音速が高速となる高音速材料である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記材料層が、圧電体以外の材料からなる。

本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記材料層が、単結晶からなる。圧電体以外の単結晶である場合、圧電効果が材料層において生じないため、さらなる高次モードの発生を抑制することができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電体が、単結晶からなる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の厚みが、１０λ以下である。この場合には、高次モードをより効果的に抑制することができる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の厚みが、３．５λ以下である。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の厚みが、２．５λ以下である。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の厚みが、１．５λ以下である。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体の厚みが、０．５λ以下である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記材料層が、支持基板である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電体が圧電基板である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電体は、タンタル酸リチウムである。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電体は、ニオブ酸リチウムである。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記材料層は、シリコンからなる。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記材料層における前記圧電体が積層されている側とは反対側の面に積層されている支持基板がさらに備えられている。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体が圧電基板であり、前記圧電基板に直接的にまたは間接的に材料層が積層されている。

本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体と前記材料層が積層された、板波のモードを励振する構造である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記材料層と、前記圧電体との間に設けられており、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも低速である低音速膜がさらに備えられている。好ましくは、前記低音速膜が酸化ケイ素膜である。この場合には、周波数温度特性を改善することができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記低音速膜の厚みが、２λ以下である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記低音速膜と、前記材料層との間に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも高速である、高音速膜がさらに備えられている。この場合には、メインモードに最も近い周波数位置に生じる高次モードを効果的に抑制することができる。上記高音速膜としては、好ましくは、窒化ケイ素膜が用いられる。より好ましくは、窒化ケイ素膜の膜厚は、０．２５λ以上、０．５５λ以下とされる。この場合には、高次モードをより一層効果的に抑制することができる。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、弾性波装置が弾性表面波装置である。

本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、板波を励振する弾性波装置である。

本発明に係る高周波フロントエンド回路は、本発明に従って構成された弾性波装置と、パワーアンプと、を備える。

本発明に係る通信装置は、本発明に従って構成された弾性波装置と、パワーアンプとを有する高周波フロントエンド回路と、ＲＦ信号処理回路と、を備える。

本発明に係る弾性波装置、高周波フロントエンド回路及び通信装置によれば、メインモードの良好な特性を維持しつつ、メインモードの高周波側に位置している高次モードを効果的に抑制することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。 図３は、第１の実施形態及び第１の比較例の各弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図４は、図３中の円Ａで示されている部分付近を拡大して示す図である。 図５は、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７のオイラー角が（０°，０°，０°）である場合に、シリコン単結晶のオイラー角が（−４５°，−５４．７°，１８０°）及び（−４５°，−５４．７°，０°）の場合の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図６は、第２の実施形態及び第3の実施形態の各弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図７は、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とオイラー角（φ，θ，ψ）との関係を示す模式図である。 図８は、シリコン単結晶からなる支持基板の弾性定数Ｃ_４１を、タンタル酸リチウムからなる圧電単結晶の弾性定数Ｃ_４１に対して符号を反転させた弾性波装置と、反転させていない弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図９は、シリコン単結晶からなる基板の弾性定数Ｃ_４２を、タンタル酸リチウムからなる圧電単結晶の弾性定数Ｃ_４２に対して符号を反転させた弾性波装置と、反転させていない弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図１０は、シリコン単結晶からなる基板の弾性定数Ｃ_５６を、タンタル酸リチウムからなる圧電単結晶の弾性定数Ｃ_５６に対して符号を反転させた弾性波装置と、反転させていない弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図１１は、弾性定数Ｃ_５６の大きさと、高次モードの位相最大値との関係を示す図である。 図１２は、圧電体の膜厚と、高次モード位相差との関係を示す図である。 図１３は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図１４は、第５の実施形態の弾性波装置及び第２の比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図１５は、本発明の第６の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図１６は、第５の実施形態及び第６の実施形態に係る各弾性波装置の位相特性を示す図である。 図１７は、図１６の一部を拡大して示す図である。 図１８は、第７の実施形態の弾性波装置における、窒化ケイ素膜の膜厚と、高次モード位相最大値との関係を示す図である。 図１９は、窒化ケイ膜の膜厚と高次モードの位相最大値との関係を示す図である。 図２０は、第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。 図２１は、シリコンの結晶方位の定義を説明するための模式図である。 図２２は、第８の実施形態の弾性波装置及び第３の比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す図である。 図２３は、第９の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。 図２４は、第９の実施形態及び第４の比較例において、ニオブ酸リチウムを伝搬するレイリー波を利用した場合の高次モードの応答を示す図である。 図２５は、材料層と圧電体のオイラー角がいずれも（０°，０°，０°）の場合における、両者の座標軸の関係を示す図である。 図２６は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の概略構成図である。

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。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図であり、図２は、第１の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。

弾性波装置１は、単結晶からなる材料層２を有する。なお、材料層２は、シリコン（Ｓｉ）単結晶である。材料層２上に、単結晶からなる圧電体３が積層されている。圧電体３は、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶である。材料層２は、本実施形態では、圧電体３を支持している支持基板の機能をも有している。

圧電体３は、対向し合う第１，第２の主面３ａ，３ｂを有する。上記圧電体３は、第２の主面３ｂ側から、材料層２上に直接積層されている。第１の主面３ａ上に、ＩＤＴ電極４及び反射器５，６が設けられている。それによって、弾性波装置１では、弾性波共振子が構成されている。なお、弾性波装置１は、圧電体３を伝搬する弾性表面波を利用する弾性表面波装置である。もっとも、本発明において、弾性波装置は弾性表面波を利用したものに限定されず、弾性波を利用したものであればよい。

ＩＤＴ電極４及び反射器５，６はＡｌからなる。もっとも、ＩＤＴ電極４及び反射器５，６は、他の金属により構成されてもよい。また、ＩＤＴ電極４及び反射器５，６は、複数の金属膜を積層した積層金属膜からなるものであってもよい。

上記圧電体３は、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶からなり、すなわち圧電単結晶からなる。このＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶のオイラー角は、（０°，４５°，０°）とされている。また、ＩＤＴ電極４の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、圧電体３の膜厚は、０．３０λとされている。ＩＤＴ電極４の膜厚は、０．０８λとされている。なお、本実施形態では、λは、１．０μｍである。

弾性波装置１の特徴は、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）を有し、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における弾性定数が下記の式（１）で表される材料層と、対向し合う第１及び第２の主面を有し、第２の主面側から材料層に直接的にまたは間接的に積層されており、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）を有し、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における弾性定数が下記の式（１）で表される圧電体と、圧電体の第１の主面及び第２の主面のうちの少なくとも一方に設けられているＩＤＴ電極と、を備えており、材料層の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち０でない少なくとも１つの弾性定数と、圧電体の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち０でない少なくとも１つの弾性定数とが逆符号となっていることである。それによって、高次モードの抑制が図られている。これを、以下においてより詳細に説明する。

単結晶及び単結晶にほぼ近い材料の場合、結晶方位に応じ、弾性定数が下記の式（１）で表される。したがって、圧電体３は、単結晶だけでなく、単結晶にほぼ近い状態の圧電体も含む。また、材料層２は、単結晶だけでなく、単結晶にほぼ近い状態の材料層も含む。これは、以下のすべての実施形態で同様である。

なお、回転操作後の弾性定数をＣ_ａｂとした場合、すなわち、あるオイラー角における弾性定数をＣ_ａｂとした場合、弾性定数Ｃ_ａｂは一般的に知られているシリコン弾性定数のテンソルに対し、それぞれ３つのオイラー角に対応した回転処理をした後の弾性定数である。この座標変換の方法により、各結晶方位における弾性定数を導くことができる。

すなわち、前記材料層の回転操作前の弾性定数Ｃ_ａｂ ⁰としたときに、前記オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における前記弾性定数Ｃ_ａｂは、式（Ｃ_ａｂ）＝［α］^−１［Ｃ_ａｂ ^０］［β］で求められ、前記圧電体の前記オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における前記弾性定数Ｃ_ａｂは、回転操作前の前記圧電体の弾性定数をＣ_ａｂ ^１としたときに、式（Ｃ_ａｂ）＝［α］^−１［Ｃ_ａｂ ^１］［β］で求められる。なお、座標変換の方法については、文献「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成１３年１１月３０日発行、５４９頁）に記載されている。

図３の実線は、本実施形態の弾性波装置のインピーダンス特性を示し、破線が、第１の比較例の弾性波装置のインピーダンス特性を示す。なお、第１の実施形態では、材料層２を構成しているシリコン単結晶のオイラー角は、（−４５°，−５４．７°，１８０°）である。これに対して、第１の比較例では、シリコン単結晶のオイラー角は（−４５°，−５４．７°，０°）とされている。

ここで、シリコンにおいて、φ＝−４５°、θ＝−５４．７°で指定される面はシリコンの（１１１）面を表している。本実施形態及び第１の比較例では、ψが１８０°と０°の２つの方位の結果を示したが、これら２つの方位はともにシリコン（１１１）面で、積層される圧電体の結晶構造に対して、面内で１８０°回転して積層した構造に相当する。また、（−４５°，−５４．７°，１８０°）と（−４５°，−５４．７°，０°）の２つの方位のシリコン内を伝搬する弾性波の音速は同じとなる。なぜならば、進行波と後退波とで弾性波の速度は変わらないためである。これを言い換えると、２つの方位において、式（１）で示した各弾性定数の絶対値は同じで、符号が異なることになる。

図３では、第１の実施形態及び第１の比較例の双方において、３．８ＧＨｚ付近にメインモードの応答が現れている。そして、第１の比較例では、５．７ＧＨｚ付近に高次モードによる応答が現れている。すなわち、図３の円Ａで囲まれた部分において、第１の比較例では高次モードの応答が現れている。

図４は、図３の円Ａで示されている付近を拡大して示す図である。図３及び図４から明らかなように、第１の比較例では、高次モードによる応答が大きく現れているのに対し、本実施形態では、５．７ＧＨｚ付近において高次モードの応答がほとんど現れていないことがわかる。従って、本実施形態によれば、高次モードによるスプリアスが抑制されるため、共振特性の劣化が生じ難いことがわかる。

図３、図４で示した２つのシリコンの方位では弾性波の音速は同じである。従来は、積層構造の膜厚、材料の設計を行う際には、各層の音速のみを考慮して設計を行っていたが、本結果から、弾性波のモードに影響するパラメータは音速だけではなく、弾性定数の符号も影響していることが明らかとなった。

また、図３から明らかなように、第１の実施形態におけるメインモードの応答の大きさは、第１の比較例と同等である。従って、メインモードの特性を維持しつつ、高次モードを抑制し得ることがわかる。

上記のように、第１の実施形態において、第１の比較例に比べ、高次モードの抑制が可能となる理由を、以下において説明する。

本願発明者らは、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）を有し、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における弾性定数が式（１）で表される材料層２と、対向し合う第１及び第２の主面を有し、第２の主面側から材料層に直接的にまたは間接的に積層されており、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）を有し、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における弾性定数が式（１）で表される圧電体と、圧電体の第１の主面及び第２の主面のうちの少なくとも一方に設けられているＩＤＴ電極と、を備える構造においては、圧電体の結晶方位と材料層２における結晶方位を特定の範囲とすることにより、上記高次モードの励振を抑制し得ることを見出し、本発明をなすに至った。

下記の式（２）は、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７のオイラー角（０°、０°、０°）で２０℃における弾性定数を示す。

なお、上記式（２）は、Ｎ．Ｍ．Ｓｈｏｒｒｏｃｋｓ ｅｔ ａｌ．の文献（Ｐｒｏｃ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ（１９８１））に表されているものである。

なお、単結晶方位を回転操作により回転させた場合、上記式（１）で表される弾性定数が変化する。下記の表１は、オイラー角が（０°、４５°、０°）のときの圧電体としてのＬｉ_２Ｂ_４Ｏ_７の弾性定数を示す。なお、以下においては、式（１）で示した弾性定数について、表１のような表形式で示すこととする。表１において、左端の縦軸の１〜６は、Ｃ_ａｂのａを示す。また、上端の欄の１〜６は、Ｃ_ａｂのｂを示す。

上記表１から明らかなように、弾性定数Ｃ_５１〜Ｃ_５４、Ｃ_６１〜Ｃ_６４、Ｃ_１５、Ｃ_１６、Ｃ_２５、Ｃ_２６、Ｃ_３５、Ｃ_３６、Ｃ_４５、Ｃ_４６の値は０となっており、他の弾性定数は０ではない。

他方、材料層としてのオイラー角（−４５°，−５４．７°，０°）のシリコン単結晶の弾性定数は下記の表２に示す通りとなる。また、第１の比較例で用いたオイラー角（−４５°，−５４．７°，１８０°）の材料層としてのシリコン単結晶の弾性定数は下記の表３で示す通りとなる。

第１の実施形態の圧電体３の弾性定数を示す上記表１と、第１の実施形態の材料層２の弾性定数を示す上記表２とを対比すると、弾性定数Ｃ_４１、Ｃ_４２、Ｃ_６５と、これらと対称な位置にある弾性定数Ｃ_１４、Ｃ_２４及びＣ_５６とにおいて、正負の符号が、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７とシリコン単結晶との間で逆転している。

他方、第１の比較例の圧電体３の弾性定数を示す上記表１と、第１の比較例の材料層２の弾性定数を示す上記表３とを対比すれば明らかなように、第１の比較例では、Ｃ_４１，Ｃ_４２、Ｃ_６５と、これらと対称な位置にある弾性定数Ｃ_１４、Ｃ_２４及びＣ_５６とが、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７とシリコン単結晶とで符号が反転しておらず、同符号であることがわかる。また、表１と表３において、０でない弾性定数の符号は全て同符号である。

本実施形態では、材料層２の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち０でない少なくとも１つの弾性定数と、圧電体３の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち０でない少なくとも１つの弾性定数とが逆符号となっている。それによって、高次モードが抑制される。この理由は、以下の通りであると考えられる。

まず、単結晶または単結晶に近い材料からなる圧電体３と、単結晶または単結晶に近い材料からなる材料層２とを直接的または間接的に積層した構造では、双方の膜厚により決定される高次モードが発生する。この高次モードにより、材料層２の表面のうち、圧電体３側の表面に高次モードに起因する応力が生じる。この応力により、材料層２に変位が生じ、図３に示した高次モードが励振されていると考えられる。一方、上記圧電体３と上記材料層２との間で、逆符号の弾性定数が存在している場合、材料層２は、圧電体３側から加わった応力方向とは逆の方向に変位しようとすることとなる。そのため、高次モードの励振が阻害され、高次モードが抑制されていると考えられる。

従って、本実施形態のように、圧電体３及び材料層２における式（１）の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち、０でない少なくとも１つの弾性定数が、圧電体３と材料層２とで逆符号とされておればよい。

なお、０でない弾性定数の符号、すなわち正負は、結晶方位を変更することにより調整することができる。上記のように、材料層２において、オイラー角（−４５°，−５４．７°，１８０°）の第１の比較例の場合に対して、オイラー角のψを０°となるように結晶方位を調整することにより、第１の実施形態のように、Ｃ_４１、Ｃ_４２及びＣ_５６並びにこれらと対称な位置にある弾性定数の符号を逆転させることができる。

式（１）における弾性定数のうち、圧電体３の弾性定数と材料層２の弾性定数とが逆符号となっている弾性定数は、好ましくは、Ｃ_４１〜Ｃ_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４及びＣ_６１〜Ｃ_６５並びにこれらと対称な位置にある弾性定数の少なくとも１つであることが望ましい。なぜならば、これらの弾性定数については、上記結晶方位の調整により、符号を容易に反転させることができるからである。

また、材料層２の結晶方位を調整した場合、材料層２中を伝搬する弾性波の音速は変化する場合があるが、材料層２を伝搬する弾性波の音速はメインモードの音速よりは十分大きい。そのため、前述したように圧電体３中に多くのエネルギーが存在するメインモードは、大きな影響を受けない。よって、メインモードの応答による特性を維持しつつ、高次モードを独立に抑制することができる。

上記のように、単結晶または単結晶に近い材料からなる材料層２上に、単結晶または単結晶に近い材料からなる圧電体３が積層されている構造における高次モードの抑制が、材料層２の弾性定数の符号と、圧電体３の弾性定数の符号とを調整することにより果たすことができる。つまり、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）を有し、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における弾性定数が式（１）で表される材料層２上に、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）を有し、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における弾性定数が式（１）で表される圧電体３が積層されている構造における高次モードの抑制を、材料層２の弾性定数の符号と、圧電体３の弾性定数の符号とを調整することにより果たすことができる。

なお、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７の結晶方位がオイラー角で（０°，０°，０°）であり、シリコン単結晶の結晶方位がオイラー角で（−４５°，−５４．７°，１８０°）及び（−４５°，−５４．７°，０°）の場合のインピーダンス特性を図５に示す。すなわち、シリコン単結晶の結晶方位は上記第１の実施形態及び第１の比較例と同じであるが、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７の結晶方位が（０°，０°，０°）の場合には、式（２）に示したように、Ｃ_４１、Ｃ_４２、Ｃ_６５及びこれらと対称な位置の弾性定数が０となっている。従って、図５に示すように、高次モードの応答は抑制されていない。

なお、図５では、シリコン単結晶の結晶方位が（−４５°，−５４．７°，１８０°）の場合を実線で、（−４５°，−５４．７°，０°）の場合を破線で示したが、実際には実線と破線とがほぼ重なっている。従って、シリコン単結晶の結晶方位がいずれの場合であっても、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７単結晶の弾性定数と、０でない弾性定数の符号の反転が果たされていない。よって、高次モードを抑制することができていない。

すなわち、本発明では、上記のように、Ｃ_５１〜Ｃ_５４、Ｃ_６１〜Ｃ_６４、Ｃ_１５、Ｃ_１６、Ｃ_２５、Ｃ_２６、Ｃ_３５、Ｃ_３６、Ｃ_４５、Ｃ_４６の弾性定数のうち少なくとも１つが、０でないことが必要である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は第１の実施形態と同様に、単結晶または単結晶に近い材料からなる材料層２上に、単結晶または単結晶に近い材料からなる圧電体３が積層されている。つまり、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）を有し、オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における弾性定数が式（１）で表される材料層２上に、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）を有し、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における弾性定数が式（１）で表される圧電体３が積層されている。もっとも、圧電体３は、第２の実施形態では、ＬｉＴａＯ_３からなり、その膜厚は０．３０λ、カット角は５０°Ｙとした。従って、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角は、（０°，１４０°，０°）とされている。

その他の構成、すなわちＩＤＴ電極の材料、膜厚、圧電体の膜厚、及びλは、第１の実施形態と同様とした。

第２の実施形態では、シリコン単結晶からなる材料層の結晶方位はオイラー角で（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした。また、シリコン単結晶の結晶方位をオイラー角で（−４５°，−５４．７°，０°）の材料層を有することを除いては、上記第２の実施形態と同様の第３の実施形態の弾性波装置を構成した。

上記（−４５°，−５４．７°，１８０°）のオイラー角の材料層としてのシリコン単結晶の弾性定数を下記の表４に示す。

また、（−４５°，−５４．７°，０°）のオイラー角の材料層としてのシリコン単結晶の弾性定数を下記の表５に示す。

また、圧電体としてのＬｉＴａＯ_３のオイラー角（０°，１４０°，０°）における弾性定数を表６に示す。

上記第２の実施形態及び第３の実施形態のインピーダンス特性を図６に示す。図６の実線が第２の実施形態の結果を、破線が第３の実施形態の結果を示す。図６から明らかなように、第３の実施形態に比べ、第２の実施形態によれば、５４００ＭＨｚ付近に現れている高次モードがより一層効果的に抑制されていることがわかる。

なお、図７は、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とオイラー角（φ，θ，ψ）との関係を示す模式図である。

本明細書において、オイラー角（φ、θ、ψ）は、文献「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成１３年１１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。シリコンの場合を例に説明すると、図２１に示したようにシリコンの結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と定義する。オイラー角（φ、θ、ψ）とは、右ネジの回転方向を正とし、図７に示すように、１）（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をＺ軸回りに「φ」回転し、（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）とし、次に、２）（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）をＸ_１軸回りに「θ」回転し、（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）とする。このＺ_２軸を法線とする面が材料層、または、圧電体の主面となる。さらに３）（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）をＺ_２軸回りに「ψ」回転し、（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）とする。このとき、前述の回転操作をオイラー角で（φ、θ、ψ）と表す。

式（１）で示した弾性定数とは、材料層、または、圧電体の弾性定数の文献値に対して、前述した回転操作により弾性定数を座標変換したのちの弾性定数のことを言う。つまり、同一の材料であっても、使用するオイラー角により、弾性定数の各成分は各種値、符号を取り得る。

また、材料層と圧電体のオイラー角がいずれも（０°，０°，０°）の場合における、両者の座標軸の関係を図２５に示す。図２５のＸ、Ｙ、Ｚ軸を材料層の結晶軸、図２５のＸａ、Ｙａ、Ｚａが圧電体の結晶軸である。オイラー角が（０°，０°，０°）の場合には図２５に示したように、ＸとＸａ、ＹとＹａ、ＺとＺａが同一方向となるように定義する。圧電体を伝搬する弾性波がＸ伝搬の場合には、Ｘａ方向とＩＤＴ電極が垂直となる。

弾性定数Ｃ_ａｂと、応力Ｔ_ａ及び歪みＳ_ｂとの間には、下記の式（３）に示す関係がある。

なお、表４及び表５では、上記弾性定数の有効数字は２桁とされている。

また、絶対値が１×１０^９Ｎ／ｍ^２以下の弾性定数は値自体が小さく、高次モードに与える影響が小さいためゼロとみなす。逆に言うと、本発明による高次モード抑制の効果を得るためには、絶対値が１×１０^９Ｎ／ｍ^２以上の弾性定数の符号を反転させる必要がある。

また、表４及び表５において＊を付けた欄では、弾性定数はψの１８０°回転では値が変化しない。これに対して、０でない残りの弾性定数は、ψを１８０°回転した場合、絶対値は変わらないが、符号が変化する。この符号が変化する弾性定数としては、Ｃ_４１、Ｃ_４２、Ｃ_６５及びこれらと対称なＣ_１４、Ｃ_２４及びＣ_５６などが挙げられる。

また、シリコン単結晶の結晶方位が（−４５°，−５４．７°，０°）と（−４５°，−５４．７°，１８０°）の場合のシリコン単結晶の弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）、Ｃ_４２（＝Ｃ_２４）及びＣ_６５（＝Ｃ_５６）の符号は、下記の表７に示す通りである。

他方、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角は（０°，１４０°，０°）であり、この場合、ＬｉＴａＯ_３の弾性定数は下記の表８に示す通りである。すなわち、第２の実施形態及び第３の実施形態における圧電体の弾性定数は表８に示す通りである。

従って、表８におけるＣ_４１＝Ｃ_１４、Ｃ_４２＝Ｃ_２４及びＣ_６５＝Ｃ_５６の符号は、以下の表９に示す通りとなる。

すなわち、シリコン単結晶の結晶方位がオイラー角で（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした場合、（−４５°，−５４．７°，０°）の場合と比べ、Ｃ_４１及びＣ_６５において符号は逆転されていることがわかる。

ところで、上記弾性定数Ｃ_４１〜Ｃ_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４及びＣ_６１〜Ｃ_６５並びにこれらと対称な位置にある弾性定数のうち、圧電体３の弾性定数と材料層２の弾性定数とで１つの弾性定数のみ逆符号とした場合のインピーダンス特性を図８〜図１０にそれぞれ示す。構造は第２の実施形態に記載した構造で、ＬｉＴａＯ_３のオイラー角は（０°，１４０°，０°）、シリコンのオイラー角が（−４５°，−５４．７°，０°）の場合の弾性定数を基準として、Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）、Ｃ_４２（＝Ｃ_２４）、Ｃ_６５（＝Ｃ_５６）の値を適宜変更して評価を行った。なお、基準とした構造では、ＬｉＴａＯ_３の弾性波装置と、シリコンの弾性波装置とは全て同符号である。この基準とした構造の波形を図８〜１０の破線で示す。

図８の実線は、圧電体３の弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）の符号と、材料層２の弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）の符号のみを、逆符号とした場合、破線は、弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）を同符号とした場合の弾性波装置のインピーダンス特性を示す。図８に示すように、符号の反転により高次モードがわずかに抑制されていることがわかる。

図９の実線は、圧電体３の弾性定数Ｃ_４２（＝Ｃ_２４）の符号と、材料層２の弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）の符号のみを逆符号とした場合の弾性波装置のインピーダンス特性を示す。破線は、弾性定数Ｃ_４２（＝Ｃ_２４）を同符号とした場合の弾性波装置のインピーダンス特性を示す。

図１０の実線は、圧電体３の弾性定数Ｃ_５６（＝Ｃ_６５）の符号と、材料層２の弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）の符号のみを、逆符号とした場合の弾性波装置のインピーダンス特性を示す。図１０においても、破線は、弾性定数Ｃ_５６（＝Ｃ_６５）が逆符号とされていない弾性波装置のインピーダンス特性を示す。

図９から明らかなように、圧電体３の弾性定数Ｃ_４２の符号と、材料層２の弾性定数Ｃ_４１（＝Ｃ_１４）の符号のみを逆符号とした場合、高次モードを効果的に抑圧し得ることがわかる。さらに、図１０に示すように、弾性定数Ｃ_５６の符号を反転させた場合には、高次モードをより一層効果的に抑制でき、高次モードによる応答がほぼ現れていないことがわかる。

従って、好ましくは、弾性定数Ｃ_４１、Ｃ_４２及びＣ_５６のうち、弾性定数Ｃ_５６＝Ｃ_６５の符号を反転させることがもっとも好ましく、弾性定数Ｃ_４２＝Ｃ_２４を逆符号とすることが次に好ましいことがわかる。

従って、本発明においては、圧電体３の弾性定数と材料層２の弾性定数とで逆符号とされている弾性定数は、弾性定数Ｃ_４１を含むことが好ましく、より好ましくは、弾性定数Ｃ_４２を含むことが好ましく、さらに好ましくは弾性定数Ｃ_５６またはＣ_６５を含むことが望ましい。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態では、材料層２は、シリコン単結晶からなったが、サファイア、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、各種金属材料等の他の単結晶材料を用いても同様の効果が得られる。加えて、単結晶に限らず、弾性定数が式（１）で表される材料からなる材料層２であれば、同様の効果が得られる。シリコンの場合は熱伝導率が高く、放熱性が良好である。また、熱線膨張係数が小さく、温度特性の改善が可能となる。ダイシング等の加工性も良好で、材料層がシリコンであることが好ましい。

もっとも、材料層は単結晶からなることが好ましく、圧電体以外の単結晶からなる材料層であることがより好ましい。圧電体の場合には、圧電効果を発現するため、新たな高次モードを生じるおそれがある。これに対して、圧電体以外の単結晶からなる材料層を用いることにより、このようなさらなる高次モードの影響を受け難い。

また、第１及び第２の実施形態では、Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７またはＬｉＴａＯ_３を用いたが、圧電体を構成する圧電単結晶についてもこれらに限定されるものではない。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、シリコン単結晶のオイラー角が（−４５°，−５４．７°，０°）の場合の弾性定数に対し、弾性定数Ｃ_５６＝Ｃ_６５の値のみを変化した架空の弾性定数を持つ材料層を用いた。その他の内容は第２の実施形態と同様とした。

この場合において、Ｃ_５６＝Ｃ_６５の値を種々変化させた。

図１１は、弾性定数Ｃ_５６の大きさと、高次モードの位相最大値との関係を示す図である。ＬｉＴａＯ_３のオイラー角が（０°，１４０°，０°）の場合、弾性定数Ｃ_５６は、−３．７ＧＰａであり、負の値である。

従って、シリコン単結晶の弾性定数Ｃ_５６が正であれば、高次モードを抑制することができる。図１１に示すように、シリコン単結晶の弾性定数Ｃ_５６の値が０よりも正の値で大きい領域において、高次モードの位相最大値を−７０°レベルまで抑制し得ることがわかる。従って、シリコン単結晶の弾性定数Ｃ_５６が０よりも大きい値であれば、弾性定数Ｃ_５６の大きさに依存せずに、高次モードを効果的に抑制することができる。より好ましくは、１ＧＰａ以上とすることで、高次モードをより効果的に抑制することが可能となる。すなわち、高次モードの抑制では、弾性定数の絶対値には依存しないことがわかる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第２の実施形態において、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電体３の膜厚を０．０５λ〜１５λの範囲で変化させた。

ＬｉＴａＯ_３の結晶方位はオイラー角で（０°，１４０°，０°）とし、シリコン単結晶の結晶方位はオイラー角で（−４５°，−５４．７°，０°）または（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした。

図１２の横軸は圧電体の膜厚すなわちＬｉＴａＯ_３の膜厚であり、縦軸は高次モード位相差（°）である。ここで、高次モード位相差とは、シリコン単結晶のオイラー角が（−４５°，−５４．７°，０°）の場合の高次モード位相差最大値と、（−４５°，−５４．７°，１８０°）である場合の高次モード位相差最大値との差を示す。この高次モード位相差の差が大きいほど、高次モード強度の改善度が大きい。

図１２から明らかなように、圧電体の膜厚が薄い方が高次モードの改善度が高い。これは、圧電体が薄いと、シリコン単結晶からなる材料層内へより多くのエネルギーが分布し、高次モード抑制効果が高まるためと考えられる。

また、図１２によれば、高次モード抑制効果は、圧電体の膜厚が、１０λ以下の領域で効果的であることがわかる。従って、好ましくは、圧電体の膜厚は、１０λ以下であることが望ましい。

（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。

弾性波装置２１では、材料層２と、圧電体３との間に、低音速膜２２が積層されている。低音速膜２２は、伝搬するバルク波の音速が、圧電体３を伝搬する弾性波の音速よりも低い低音速材料からなる。この低音速膜２２は、本実施形態では、酸化ケイ素からなる。なお、酸化ケイ素はＳｉＯ_２であってもよい。低音速膜を構成する材料としては圧電膜を伝搬する弾性波よりも低音速のバルク波音速を有する適宜の材料を用いることができる。このような低音速材料としては、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、または、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物など、当該材料を主成分とした媒質を用いることができる。

第５の実施形態の弾性波装置においても、材料層２と圧電体３との間で、前述した式（１）で表される弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち、０でない少なくとも１つの弾性定数が、逆符号とされておればよい。それによって、第１〜第４の実施形態と同様に、高次モードを抑制することができる。これを、より具体的な実験例に基づき説明する。

第５の実施形態の弾性波装置２１において、ＬｉＴａＯ_３からなる圧電体３の厚みを０．３λ、オイラー角を（０°，１４０°，０°）とした。酸化ケイ素膜として、ＳｉＯ_２膜を用いた。そしてＳｉＯ_２膜からなる低音速膜２２の厚みは０．３５λとした。材料層２として用いたシリコン単結晶のオイラー角を第２の実施形態の場合と同様に、（−４５°，−５４．７°，０°）または（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした。

ＩＤＴ電極４の電極指ピッチで定まる波長λは１．０μｍ、ＩＤＴ電極４は、Ａｌからなり、その膜厚は０．０８λとした。

図１４の実線は、第５の実施形態の結果を示し、シリコン単結晶のオイラー角が（−４５°，−５４．７°，１８０°）の場合のインピーダンス特性である。破線は、第２の比較例の特性を示し、シリコン単結晶のオイラー角は（−４５°，−５４．７°，０°）である。破線で示す特性に比べ、実線で示す特性によれば、５．１ＧＨｚ付近に現れている高次モードを効果的に抑制し得ることがわかる。

このように、圧電体３と材料層２との間に低音速膜２２を設けてもよい。この場合、低音速膜２２を設けることにより、圧電体３への弾性波のエネルギー集中度を高めることができる。それによって損失を小さくすることができる。また、ＳｉＯ_２からなる低音速膜２２の場合には、周波数温度特性を改善することができる。さらに、ＷＯ２０１２／０８６６３９に開示されているように、ＳｉＯ_２膜の膜厚を２λ以下とすることにより、電気機械結合係数を調整することができる。

（第６の実施形態）
図１５は、第６の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置３１は、低音速膜２２と、材料層２との間に高音速膜３２が積層されている。その他の構成は、弾性波装置３１は、弾性波装置２１と同様である。高音速膜３２は、伝搬するバルク波の音速が、圧電体３を伝搬する弾性波の音速よりも高速である高音速材料からなる。このような高音速材料は、上記音速関係を満たす限り特に限定されない。低音速膜２２は、前述した適宜の低音速材料で構成し得るが、本実施形態では、低音速膜２２は酸化ケイ素である。また、高音速膜３２は、窒化ケイ素である。

高音速膜３２用の高音速材料としては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、シリコン、サファイア、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、アルミナ、ジルコニア、コ−ジライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト、マグネシア、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、これらの材料を主成分とする媒質、これらの材料の混合物を主成分とする媒質等が用いられ得る。

このように、高音速膜３２をさらに積層した弾性波装置３１でも、材料層２の弾性定数Ｃ_４１〜Ｃ_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４、及びＣ_６１〜Ｃ_６５並びにこれらと対称な位置にある弾性定数の少なくとも１つの弾性定数と、圧電体３の弾性定数Ｃ_４１〜Ｃ_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４、及びＣ_６１〜Ｃ_６５並びにこれらと対称な位置にある弾性定数の少なくとも１つの弾性定数とが逆符号とされておればよい。それによって、高次モードを抑制することができる。これを、図１６及び図１７に示す。

窒化ケイ素からなる高音速膜の膜厚を０．４５λとした。ＬｉＴａＯ_３のオイラー角は、（０°，１４０°，０°）とし、シリコン単結晶のオイラー角は、第６の実施形態において（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした。その他の構成は、第５の実施形態と同様にして、第６の実施形態に係る弾性波装置を用意した。比較のために、第５の実施形態の弾性波装置を用意した。

図１６及び図１７は、第６の実施形態及び第５の実施形態の弾性波装置の位相特性を示す図である。図１６及び図１７において実線が第６の実施形態の結果を、破線が第５の実施形態の結果を示す。破線に比べ実線の特性によれば、４６００〜４７００ＭＨｚ付近の高次モードを抑制し得ることがわかる。また、４７００〜５０００ＭＨｚ付近における位相特性が−９０°に近いため、損失の低減も果たすことが可能となっている。さらに、５０００〜６０００ＭＨｚ付近に、弱い応答の高次モードが生じている。しかしながら、窒化ケイ素膜を有しない場合に比べ、高次モードの応答（位相最大値）のピーク自体は小さくなっている。

すなわち、高音速膜３２を設けることにより、高次モードをより一層効果的に抑制し得ることがわかる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態として、第６の実施形態の弾性波装置３１において、高音速膜３２としての窒化ケイ素膜の膜厚を変化させた。図１８は窒化ケイ素膜の膜厚と、高次モードの位相最大値との関係を示す図である。

図１８から明らかなように、窒化ケイ素膜の膜厚が、０．２５λ以上になると、高次モードの強度がほぼ−９０°付近まで低下することがわかる。従って、好ましくは、窒化ケイ素膜の膜厚は０．２５λ以上である。なお、図１９は、窒化ケイ素膜の膜厚を変化させた場合の４０００ＭＨｚ〜６０００ＭＨｚの帯域に発生する高次モードの位相最大値の変化を示す図である。

図１９から明らかなように、窒化ケイ素膜の膜厚を０．５５λ以下とすれば、４０００ＭＨｚ〜６０００ＭＨｚに現れる高次モードの位相を−６０°よりも小さくし得ることがわかる。

従って、メインモードからもっとも近い高次モードを抑制しつつ、高次モードの全体のレベルを抑制するには、窒化ケイ素膜の膜厚は０．２５λ以上、０．５５λ以下の範囲とするのが望ましいことがわかる。

図２０は、第１の実施形態の変形例に係る弾性波装置の正面断面図である。図２０に示す弾性波装置５１では、材料層２の圧電体３と接触している側の面とは反対側の面に支持基板５２が積層されている。このように、材料層２を支持している支持基板５２がさらに備えられていてもよい。支持基板５２を構成する材料としては、特に限定されず、アルミナ、シリコンなどの適宜の絶縁性セラミックスや、金属などを用いることができる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態に係る弾性波装置の積層構造は、第１の実施形態の弾性波装置と同様である。もっとも、積層構造は以下のとおりである。シリコンからなる厚み０．１λの材料層上に、厚み０．３λのＬｉＴａＯ_３からなる圧電体が積層されている。この圧電体上に、厚み０．０８λのＡｌからなるＩＤＴ電極が設けられている。ＬｉＴａＯ_３のオイラー角を（０°，１４０°，０°）とし、シリコンのオイラー角は第８の実施形態では、（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした。また、第３の比較例として、シリコンのオイラー角が、（−４５°，−５４．７°，０°）であることを除いては、第８の実施形態と同様にして弾性波装置を作製した。シリコンからなる材料層の下面を無反射吸収端としてシミュレーションし、高次モードの応答を調べた。

図２２の実線は、第８の実施形態の結果を、破線は第３の比較例の結果を示す。第８の実施形態においても、弾性定数の符号が、圧電体と材料層とで逆符号とされている。そのため、図２２から明らかなように高次モードを効果的に抑制し得ることがわかる。このように、材料層は厚みのある支持基板ではなく、薄い材料層であってもよい。また、第８の実施形態のように、板波のモードを励振する構造においても、高次モードを抑制することができる。

（第９の実施形態）
図２３は、第９の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置６１は、１２６．５°Ｙカットのニオブ酸リチウムからなる圧電体６２を有する。圧電体６２上に、ＩＤＴ電極６３が設けられている。ＩＤＴ電極６３は、Ｐｔ膜上に、Ａｌ膜が積層されている積層金属膜とした。Ａｌ膜の厚みは０．０６λ、Ｐｔ膜の厚みは０．０２λとした。

また、ＩＤＴ電極６３を覆うように、厚み０．３λの酸化ケイ素膜（ＳｉＯ_２膜）６４が積層されており、酸化ケイ素膜６４上に、シリコンからなる材料層６５が積層されている。このように、圧電体６２のＩＤＴ電極６３が設けられている主面に間接に材料層６５が積層されている。第９の実施形態では、シリコンのオイラー角は（−４５°，−５４．７°，１８０°）とした。第４の比較例として、シリコンのオイラー角が（−４５°，−５４．７°，０°）としたことを除いては、第９の実施形態と同様にして弾性波装置を作製した。

図２４は、第９の実施形態及び第４の比較例において、ニオブ酸リチウムを伝搬するレイリー波を利用した場合の高次モードの応答を示す図である。図２４の破線で示すように、第４の比較例では、高次モードの応答が４０４０ＭＨｚ付近において強く現れているのに対し、実線で示す第９の実施形態では、高次モードの応答がほとんど流れていないことがわかる。図２４から、この場合においても、圧電体と材料層とで弾性定数を逆符号とすることにより、高次モードを抑制し得ることがわかる。

（圧電体の厚み及び酸化ケイ素膜の厚み）
ＬｉＴａＯ_３膜からなる圧電体の膜厚は、３．５λ以下が好ましい。その場合には、３．５λを超えた場合に比べて、Ｑ値が高くなる。より好ましくは、Ｑ値をより高めるには、ＬｉＴａＯ_３膜の膜厚は、２．５λ以下であることが望ましい。

また、圧電体の膜厚が、２．５λ以下の場合、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値が２．５λを超えた場合に比べて小さくすることができる。より好ましくは、膜厚を２λ以下とすることが望ましく、その場合には、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を、１０ｐｐｍ／℃以下とし得る。周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくするには、圧電体の膜厚を１．５λ以下とすることがさらに好ましい。

電気機械結合係数及び比帯域の調整範囲を広げるためには、ＬｉＴａＯ_３膜の膜厚は、０．０５λ以上、０．５λ以下の範囲が望ましい。

また、酸化ケイ素膜の圧電体とは反対側の面に高音速膜として、さまざまな高音速材料からなる膜を積層することができる。この場合の高音速膜としては、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜またはＤＬＣ膜などを用いることができる。

なお、この場合、高音速膜の材質及び酸化ケイ素膜の膜厚を変更したとしても、電気機械結合係数及び音速がほとんど変化しないことが確かめられている。特に、酸化ケイ素膜の膜厚が、０．１λ以上、０．５λ以下では、高音速膜の材質の如何に関わらず、電気機械結合係数はほとんど変わらない。また、酸化ケイ素膜の膜厚が、０．３λ以上、２λ以下であれば、高音速膜の材質の如何に関わらず、音速が変わらない。従って、好ましくは、酸化ケイ素からなる低音速膜の膜厚は、２λ以下、より望ましくは０．５λ以下であることが好ましい。

（弾性波装置の構造）
本発明の弾性波装置は、弾性波共振子であってもよく、帯域通過型の弾性波フィルタであってもよく、弾性波装置の電極構造は特に限定されない。

図２６は、高周波フロントエンド回路を有する通信装置の概略構成図である。通信装置２４０は、アンテナ２０２と、高周波フロントエンド回路２３０と、ＲＦ信号処理回路２０３とを有する。高周波フロントエンド回路２３０は、アンテナ２０２に接続される回路部分である。高周波フロントエンド回路２３０は、マルチプレクサ２１０と、増幅器２２１〜２２４とを有する。マルチプレクサ２１０は、第１〜第４のフィルタ２１１〜２１４を有する。この第１〜第４のフィルタ２１１〜２１４に、上述した本発明の弾性波装置を用いることができる。マルチプレクサ２１０は、アンテナ２０２に接続されるアンテナ共通端子２２５を有する。アンテナ共通端子２２５、に受信フィルタとしての第１〜第３のフィルタ２１１〜２１３一端と、送信フィルタとしてのフィルタの２１４の一端とが共通接続されている。第１〜第３のフィルタ２１１〜２１３の出力端が、増幅器２２１〜２２３にそれぞれ接続されている。また、第４のフィルタ２１４の入力端に、増幅器２２４が接続されている。

増幅器２２１〜２２３の出力端がＲＦ信号処理回路２０３に接続されている。増幅器２２４の入力端がＲＦ信号処理回路２０３に接続されている。

なお、マルチプレクサは、複数の送信フィルタのみを有するものであってもよく、複数の受信フィルタを有するものであってもよい。

本発明の弾性波装置は、弾性波共振子、フィルタ、デュプレクサ、マルチバンドシステムに適用できるマルチプレクサ、フロントエンド回路及び通信装置として、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。

１…弾性波装置
２…材料層
３…圧電体
３ａ，３ｂ…第１，第２の主面
４…ＩＤＴ電極
５，６…反射器
２１，３１，５１，６１…弾性波装置
２２…低音速膜
３２…高音速膜
５２…支持基板
６２…圧電体
６３…ＩＤＴ電極
６４…酸化ケイ素膜
６５…材料層
２０２…アンテナ素子
２０３…ＲＦ信号処理回路
２１０…マルチプレクサ
２１１〜２１４…第１〜第４のフィルタ
２２１〜２２４…増幅器
２２５…アンテナ共通端子
２３０…高周波フロントエンド回路
２４０…通信装置

Claims (20)

1. オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）を有し、前記オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における弾性定数が下記の式（１）で表される材料層と、
   対向し合う第１及び第２の主面を有し、前記第２の主面側から前記材料層に直接的にまたは間接的に積層されており、オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）を有し、前記オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における弾性定数が下記の式（１）で表される圧電体と、
   前記圧電体の前記第１の主面及び前記第２の主面のうちの少なくとも一方に設けられているＩＤＴ電極と、
   を備え、
   下記式（１）において、前記材料層の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６において、Ｃ_４１〜_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４、Ｃ_６１〜Ｃ_６５、Ｃ_１４、Ｃ_１５、Ｃ_１６、Ｃ_２４、Ｃ_２５、Ｃ_２６、Ｃ_３４、Ｃ_３５、Ｃ_３６、Ｃ_４５、Ｃ_４６、Ｃ_５６の弾性定数のうち少なくとも１つが０ではなく、
   前記圧電体の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６において、Ｃ_４１〜_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４、Ｃ_６１〜Ｃ_６５、Ｃ_１４、Ｃ_１５、Ｃ_１６、Ｃ_２４、Ｃ_２５、Ｃ_２６、Ｃ_３４、Ｃ_３５、Ｃ_３６、Ｃ_４５、Ｃ_４６、Ｃ_５６の弾性定数のうち少なくとも１つが０ではなく、
   前記材料層の弾性定数Ｃ_４１〜Ｃ_４３、Ｃ_５１〜Ｃ_５４及びＣ_６１〜Ｃ_６５並びにこれらと対称な位置にある弾性定数のうち少なくとも４つの弾性定数と、前記圧電体の弾性定数Ｃ_１１〜Ｃ_６６のうち、前記少なくとも１つの弾性定数と対応する少なくとも４つの弾性定数とが逆符号となっている、弾性波装置。
   

   
2. 前記材料層の回転操作前の弾性定数をＣ_ａｂ ^０としたときに、前記オイラー角（φ_１，θ_１，ψ_１）における前記弾性定数Ｃ_ａｂは、式（Ｃ_ａｂ）＝［α］_−１［Ｃ_ａｂ ^０］［β］で求められ、前記圧電体の前記オイラー角（φ_２，θ_２，ψ_２）における前記弾性定数Ｃａｂは、回転操作前の前記圧電体の弾性定数をＣ_ａｂ ^１としたときに、式（Ｃ_ａｂ）＝［α］^−１［Ｃａｂ１］［β］で求められる、請求項１に記載の弾性波装置。
   式中、α及びβは以下の通りである。
   

   

   また、ｌ_１、ｌ_２、ｌ_３、ｍ_１、ｍ_２、ｍ_３、ｎ_１、ｎ_２及びｎ_３は以下の通りである。
   ｌ_１＝ｃｏｓψｃｏｓφ−ｃｏｓθｓｉｎφｓｉｎψ
   ｌ_２＝−ｓｉｎψｃｏｓφ−ｃｏｓθｓｉｎφｃｏｓψ
   ｌ_３＝ｓｉｎθｓｉｎφ
   ｍ_１＝ｃｏｓψｓｉｎφ＋ｃｏｓθｃｏｓφｓｉｎψ
   ｍ_２＝−ｓｉｎψｓｉｎφ＋ｃｏｓθｃｏｓφｃｏｓψ
   ｍ_３＝−ｓｉｎθｃｏｓφ
   ｎ_１＝ｓｉｎψｓｉｎθ
   ｎ_２＝ｃｏｓψｓｉｎθ
   ｎ_３＝ｃｏｓθ
3. 前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）のうちの弾性定数Ｃ_４１またはＣ_１４を含む、請求項２に記載の弾性波装置。
4. 前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）のうちの弾性定数Ｃ_４２またはＣ_２４を含む、請求項２または３に記載の弾性波装置。
5. 前記逆符号とされている弾性定数が、前記式（１）のうちの弾性定数Ｃ_５６またはＣ_６５を含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
6. 前記ＩＤＴ電極により励振される高次モードの少なくとも一部が、前記材料層と前記圧電体の両方を伝搬する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
7. 前記逆符号とされている弾性定数の絶対値が、１ＧＰａ以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
8. 前記材料層が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも、バルク波の音速が高速となる高音速材料である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
9. 前記材料層が、圧電体以外の材料からなる、請求項１〜８のいずれか1項に記載の弾性波装置。
10. 前記材料層が、単結晶からなる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の弾性波装置。
11. 前記圧電体が、単結晶からなる、請求項１〜１０のいずれか1項に記載の弾性波装置。
12. 前記圧電体の厚みが、１０λ以下である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
13. 前記材料層は、シリコンからなる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
14. 前記圧電体と、前記材料層が積層された、板波のモードを励振する構造である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
15. 前記材料層と、前記圧電体との間に設けられており、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも低速である低音速膜をさらに備える、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
16. 前記低音速膜が酸化ケイ素膜である、請求項１５に記載の弾性波装置。
17. 前記低音速膜の厚みが、２λ以下である、請求項１６に記載の弾性波装置。
18. 前記低音速膜と、前記材料層との間に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、前
    記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも高速である、高音速膜をさらに備える、請求項１
    ５〜１７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
19. 前記高音速膜が、窒化ケイ素膜である、請求項１８に記載の弾性波装置。
20. 前記窒化ケイ素膜の膜厚が、０．２５λ以上、０．５５λ以下である、請求項１９に記
    載の弾性波装置。

Images