JP6856820B2 - 弾性波装置、分波器および通信装置 - Google Patents

Description

本開示は、弾性波を利用する弾性波装置、当該弾性波装置を含む分波器および通信装置に関する。

圧電体上のＩＤＴ（interdigital transducer）電極に電圧を印加して、圧電体を伝搬する弾性波を生じさせる弾性波装置が知られている。ＩＤＴ電極は、１対の櫛歯電極を有している。１対の櫛歯電極は、それぞれ複数の電極指を有しており、互いに噛み合うように配置される。弾性波装置においては、電極指のピッチの２倍を波長とする弾性波の定在波が形成され、この定在波の周波数が共振周波数となる。

近年、弾性波のうち板波を用いる弾性波装置が提案されている。このような弾性波装置として、基板と、基板上に位置している音響反射層と、音響反射層上に位置している圧電体層と、圧電体層上に位置しているＩＤＴ電極とを有する構成が提案されている。音響反射層は、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層とを交互に積層して構成されている。このような構成により、電極指の周期が３μｍ程度であっても５ＧＨｚに共振点を有する弾性波装置を提供することができる。

電極指のピッチに対して相対的に周波数が高い共振を実現できる弾性波装置、分波器および通信装置が提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る弾性波装置は、圧電層と、前記圧電層上に位置しているＩＤＴ電極と、を有している。前記ＩＤＴ電極は、互いに異なる電位に接続され、互いに間隔を開けて配置された第１バスバーおよび第２バスバーと、弾性波伝搬方向に沿って交互に配列された、前記第１バスバーに接続され前記第２バスバー側に延びる第１電極指および前記第２バスバーに接続され前記第１バスバー側に延びる第２電極指と、を含む。前記第１電極指は、前記第１バスバーに接続される部分から、前記第１電極指と前記第２電極指との配列方向でみたときに前記第２電極指の先端と重複する位置までの太さが、前記第１電極指と前記第２電極指との交差領域の中央付近に比べて太くなっている拡幅部を備える。前記圧電層の厚さは、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとしたときに１．５ｐ未満である。

本開示の一態様に係る弾性波装置は、圧電層と、前記圧電層上に位置しているＩＤＴ電極と、を有するＡ１モードの板波を用いるものである。前記ＩＤＴ電極は、互いに異なる電位に接続され、互いに間隔を開けて配置された第１バスバーおよび第２バスバーと、弾性波伝搬方向に沿って交互に配列された、前記第１バスバーに接続され前記第２バスバー側に延びる第１電極指および前記第２バスバーに接続され前記第１バスバー側に延びる第２電極指と、を含む。前記第１電極指は、前記第１バスバーに接続される部分から、前記第１電極指と前記第２電極指との配列方向でみたときに前記第２電極指の先端と重複する位置までの太さが、前記第１電極指と前記第２電極指との交差領域の中央付近に比べて太くなっている拡幅部を備える。

本開示の一態様に係る分波器は、アンテナ端子と、前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、を有しており、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が上記の弾性波装置を含んでいる。

本開示の一態様に係る通信装置は、アンテナと、前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている上記の分波器と、前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているＩＣと、を有している。

上記の構成によれば、電極指のピッチに対して相対的に周波数が高い共振を実現できる。

図１は、実施形態に係る弾性波装置の平面図である。 図１の弾性波装置のII−II線における断面図である。 図１の要部拡大図である。 図４は、実施例および比較例の電極指モデルを示す図である。 図５（ａ）は、実施例と比較例のインピーダンス特性を示す図であり、図５（ｂ）は、実施例と比較例の位相特性を示す図であり、図５（ｃ），図５（ｄ）は図５（ｂ）の要部拡大図である。 図６（ａ）は、オフセット量と共振周波数との相関を示す図であり、図６（ｂ）は、オフセット量とｄｆおよび最大位相との相関を示す図である。 図７（ａ）は、実施例と比較例のインピーダンス特性を示す図であり、図７（ｂ）は、実施例と比較例の位相特性を示す図であり、図７（ｃ），図７（ｄ）は図７（ｂ）の要部拡大図である。 図８（ａ）は、オフセット量と共振周波数との相関を示す図であり、図８（ｂ）は、オフセット量とｄｆおよび最大位相との相関を示す図である。 図１の弾性波装置の利用例としての分波器の構成を模式的に示す回路図である。 図１の弾性波装置の利用例としての通信装置の構成を模式的に示す回路図である。 図１１（ａ），図１１（ｂ）は、オフセット量と最大位相値との相関を示す線図である。 図１２（ａ）は、拡幅部におけるＤｕｔｙと周波数特性との関係を示す線図であり、図１２（ｂ）は、拡幅部におけるＤｕｔｙと交差部におけるＤｕｔｙとの関係を示す線図である。 図１３（ａ）は、拡幅部におけるＤｕｔｙと周波数特性との関係を示す線図であり、図１３（ｂ）は、拡幅部におけるＤｕｔｙと交差部におけるＤｕｔｙとの関係を示す線図である。 図１の弾性波装置の変形例を示す要部断面図である。 図１５（ａ）は、実施例と比較例のインピーダンス特性を示す図であり、図１５（ｂ）は、実施例と比較例の位相特性を示す図であり、図１５（ｃ），図１５（ｄ）は図１５（ｂ）の要部拡大図である。 図１６は、実施例および比較例の電極指モデルを示す図である。 図１７（ａ）は、実施例と比較例のインピーダンス特性を示す図であり、図１７（ｂ）は、実施例と比較例の位相特性を示す図であり、図１７（ｃ），図１７（ｄ）は図１７（ｂ）の要部拡大図である。

以下、本開示に係る実施形態について、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。

本開示に係る弾性波装置は、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、Ｄ１軸、Ｄ２軸およびＤ３軸からなる直交座標系を定義するとともに、Ｄ３軸の正側を上方として、上面または下面等の用語を用いることがある。また、平面視または平面透視という場合、特に断りがない限りは、Ｄ３軸方向に見ることをいう。なお、Ｄ１軸は、後述する圧電層の上面に沿って伝搬する弾性波の伝搬方向に平行になるように定義され、Ｄ２軸は、圧電層の上面に平行かつＤ１軸に直交するように定義され、Ｄ３軸は、圧電層の上面に直交するように定義されている。

（弾性波装置の全体構成）
図１は、弾性波装置１の要部の構成を示す平面図である。図１は後述する共振子の構成を示している。図２は、図１のII−II線における断面図である。

弾性波装置１は、例えば、基板３（図２）と、基板３上に位置する多層膜５（図２）と、多層膜５上に位置する圧電層７と、圧電層７上に位置する導電層９とを有している。各層は、例えば、概ね一定の厚さとされている。なお、基板３、多層膜５および圧電層７の組み合わせを固着基板２（図２）ということがある。

弾性波装置１では、導電層９に電圧が印加されることによって、圧電層７を伝搬する弾性波が励振される。弾性波装置１は、例えば、この弾性波を利用する共振子および／またはフィルタを構成している。多層膜５は、例えば、弾性波を反射して弾性波のエネルギーを圧電層７に閉じ込めることに寄与している。基板３は、例えば、多層膜５および圧電層７の強度を補強することに寄与している。

弾性波装置１は、図１に示す共振子単独であってもよいし、共振子を複数備えてフィルタ等を構成してもよい。

（固着基板の概略構成）
基板３は、直接的には、弾性波装置１の電気的特性に影響しない。従って、基板３の材料および寸法は適宜に設定されてよい。基板３の材料は、例えば、絶縁材料であり、絶縁材料は、例えば、樹脂またはセラミックである。なお、基板３は、圧電層７等に比較して熱膨張係数が低い材料によって構成されていてもよい。この場合、例えば、温度変化によって弾性波装置１の周波数特性が変化してしまう虞を低減することができる。このような材料としては、例えば、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶および酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックを挙げることができる。なお、基板３は、互いに異なる材料からなる複数の層が積層されて構成されていてもよい。基板３の厚さは、例えば、圧電層７よりも厚い。

多層膜５は、低音響インピーダンス層１１と高音響インピーダンス層１３とを交互に積層することにより構成されている。これにより、両者の界面においては弾性波の反射率が比較的高くなる。その結果、例えば、圧電層７を伝搬する弾性波の厚み方向への漏れが低減される。なお、低音響インピーダンス層１１を構成する材料としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を例示できる。高音響インピーダンス層１３を構成する材料としては、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）や酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）を例示できる。

多層膜５の積層数は適宜に設定されてよい。例えば、多層膜５は、低音響インピーダンス層１１および高音響インピーダンス層１３の合計の積層数が２層以上１２層以下とされてよい。多層膜５の合計の積層数は、偶数でもよいし、奇数でもよいが、圧電層７に接する層は、低音響インピーダンス層１１である。基板３に接する層については、低音響インピーダンス層１１，高音響インピーダンス層１３のいずれであってもよい。また、各層の間や、基板３と多層膜５との間、もしくは多層膜５と圧電層７との間に、密着や拡散防止を目的に付加膜を挿入してもよい。その場合には、付加膜は弾性波装置１の特性に影響を与えない程度に薄く（概ね０．０１λ以下）してもよい。

圧電層７は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃、以下、ＬＴという）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃、以下、ＬＮという）の単結晶によって構成されている。

圧電層７としてＬＴを用いる場合には、カット角は、例えば、オイラー角（φ，θ，ψ）で（０°±１０°，０°以上５５°以下，０°±１０°）である。別の観点では、ＬＴは、回転ＹカットＸ伝搬のものであり、Ｙ軸は、圧電層７の法線（Ｄ３軸）に対して９０°以上１４５°の角度で傾斜している。Ｘ軸は、圧電層７の上面（Ｄ１軸）に概ね平行である。ただし、Ｘ軸とＤ１軸とは、ＸＺ平面またはＤ１Ｄ２平面において−１０°以上１０°以下で傾斜していてもよい。

圧電層７としてＬＮを用いる場合には、オイラー角で（０°±１０°，０°±１５°，ψ）、ただしψは０°〜３６０°とする。また、（０°±５°，０°±５°，ψ）としてもよい。別の観点では、Ｚカット基板としてもよい。

また、圧電層７の厚さは、比較的薄くされており、例えば、後述するλを基準として、０．７５λ以下である。より具体的には、０．１５λ以上０．３λ以下である。圧電層７のカット角および厚さをこのように設定することにより、弾性波として、Ａ１モードの板波に近い振動モードのものを利用することが可能になる。

以下、本実施形態においては圧電層７としてＬＮを用いた場合を例に説明するものとする。

（導電層の概略構成）
導電層９は、例えば、金属により形成されている。金属は、適宜な種類のものとされてよく、例えば、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌを主成分とする合金（Ａｌ合金）である。Ａｌ合金は、例えば、Ａｌ−銅（Ｃｕ）合金である。なお、導電層９は、複数の金属層から構成されていてもよい。また、ＡｌまたはＡｌ合金と、圧電層７との間に、これらの接合性を強化するためのチタン（Ｔｉ）からなる比較的薄い層が設けられていてもよい。

導電層９は、図１の例では、共振子１５を構成するように形成されている。共振子１５は、いわゆる１ポート弾性波共振子として構成されており、概念的かつ模式的に示す端子１７Ａおよび１７Ｂの一方から所定の周波数の電気信号が入力されると共振を生じ、その共振を生じた信号を端子１７Ａおよび１７Ｂの他方から出力可能である。

導電層９（共振子１５）は、例えば、ＩＤＴ電極１９と、ＩＤＴ電極１９の両側に位置する１対の反射器２１とを含んでいる。

ＩＤＴ電極１９は、互いに異なる電位に接続される１対の櫛歯電極２３（第１櫛歯電極２３Ａ，第２櫛歯電極２３Ｂ）を含んでいる。各櫛歯電極２３は、例えば、バスバー２５（第１バスバー２５Ａ，第２バスバー２５Ｂ）と、バスバー２５から互いに並列に延びる複数の電極指２７（第１電極指２７，第２電極指２７Ｂ）と、複数の電極指２７間においてバスバー２５から突出するダミー電極２９（第１ダミー電極２９Ａ，第２ダミー電極２９Ｂ）とを含んでいる。１対の櫛歯電極２３は、複数の電極指２７が互いに噛み合うように（交差するように）配置されている。

なお、以後、第１櫛歯電極２３Ａと第２櫛歯電極２３Ｂとに共通する説明するでは単に櫛歯電極２３という。他の構成要素についても同様である。

バスバー２５は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向（Ｄ１軸方向）に直線状に延びる長尺状に形成されている。そして、一対のバスバー２５は、弾性波の伝搬方向に直交する方向（Ｄ２軸方向）において互いに対向している。なお、バスバー２５は、幅が変化したり、弾性波の伝搬方向に対して傾斜したりしていてもよい。

各電極指２７は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向に直交する方向（Ｄ２軸方向）に直線状に延びる長尺状に形成されている。各櫛歯電極２３において、複数の電極指２７は、弾性波の伝搬方向に配列されている。また、一方の櫛歯電極２３の複数の電極指２７と他方の櫛歯電極２３の複数の電極指２７とは、基本的には交互に配列されている。

複数の電極指２７のピッチｐ（例えば互いに隣り合う２本の電極指２７の中心間距離）は、ＩＤＴ電極１９内において基本的に一定である。なお、ＩＤＴ電極１９の一部に、他の大部分よりもピッチｐが狭くなる狭ピッチ部、または他の大部分よりもピッチｐが広くなる広ピッチ部が設けられてもよい。

なお、以下において、ピッチｐという場合、特に断りがない限りは、上記のような狭ピッチ部または広ピッチ部のような特異な部分を除いた部分（複数の電極指２７の大部分）のピッチをいうものとする。また、特異な部分を除いた大部分の複数の電極指２７においても、ピッチが変化しているような場合においては、大部分の複数の電極指２７のピッチの平均値をピッチｐの値として用いてよい。「大部分」とは、例えば、電極指２７全体の８０％以上を言うものとする。

複数の電極指２７の長さは、例えば、互いに同等である。なお、ＩＤＴ電極１９は、複数の電極指２７の長さ（別の観点では交差幅）が伝搬方向の位置に応じて変化する、いわゆるアポダイズが施されていてもよい。

ダミー電極２９は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向に直交する方向に突出している。また、一方の櫛歯電極２３のダミー電極２９の先端は、他方の櫛歯電極２３の電極指２７の先端とギャップを介して対向している。なお、ＩＤＴ電極１９は、ダミー電極２９を含まないものであってもよい。

１対の反射器２１は、弾性波の伝搬方向において複数のＩＤＴ電極１９の両側に位置している。各反射器２１は、例えば、格子状に形成されている。すなわち、反射器２１は、互いに対向する１対のバスバー３１と、１対のバスバー３１間において延びる複数のストリップ電極３３とを含んでいる。複数のストリップ電極３３のピッチ、および互いに隣接する電極指２７とストリップ電極３３とのピッチは、基本的には複数の電極指２７のピッチと同等である。

そして、圧電層７の上面は導電層９の上から保護膜３７によって覆われていてもよい。保護膜３７は、圧電層７よりも音速の遅い材料で構成する。そのような材料としては例えば、ＳｉＯ₂やＳｉ₃Ｎ₄，Ｓｉ等がある。保護膜３７は、導電層９直上のみに設けてもよいし、導電層９で構成される電極指２７間にも設けてもよい。保護膜３７を電極指２７間にも設ける場合には、保護膜３７を絶縁材料としてもよい。また、保護膜３７はこれらの材料からなる複数層の積層体としてもよい。

また、保護膜３７は、単に導電層９の腐食を抑制するためのものであってもよいし、温度補償に寄与するものであってもよい。導電層９と保護膜３７との音響的境界を明瞭にするために、ＩＤＴ電極１９および反射器２１の上面または下面には、弾性波の反射係数を向上させるために、絶縁体または金属からなる付加膜が設けられてもよい。

図１および図２に示した構成は、適宜にパッケージされてよい。パッケージは、例えば、不図示の実装基板上に隙間を介し圧電層７の上面を対向させるように図示の構成を実装し、その上から樹脂封止するものであってもよいし、圧電層７上に箱型のカバーを設けるウェハレベルパッケージ型のものであってもよい。

（Ａ１モード板波の利用）
１対の櫛歯電極２３に電圧が印加されると、複数の電極指２７によって圧電層７に電圧が印加され、圧電体である圧電層７が振動する。これにより、Ｄ１軸方向に伝搬する弾性波が励振される。弾性波は、複数の電極指２７によって反射される。そして、複数の電極指２７のピッチｐを概ね半波長（λ／２）とする定在波が立つ。定在波によって圧電層７に生じる電気信号は、複数の電極指２７によって取り出される。このような原理により、弾性波装置１は、ピッチｐを半波長とする弾性波の周波数を共振周波数とする共振子として機能する。なお、λは、通常、波長を示す記号であり、また、実際の弾性波の波長は２ｐからずれることもあるが、以下でλの記号を用いる場合、特に断りがない限り、λは２ｐを意味するものとする。

ここで、上述のように、圧電層７は、比較的薄くされ、かつそのオイラー角が（０°±１０°，０°±１５°，０°±１０°）とされていることから、弾性波装置１はＡ１モードの板波の弾性波を利用可能になっている。Ａ１モードの弾性波の伝搬速度（音速）は、一般的なＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）の伝搬速度よりも速い。例えば、一般的なＳＡＷの伝搬速度が３０００〜４０００ｍ／ｓであるのに対して、Ａ１モードの弾性波の伝搬速度は１００００ｍ／ｓ以上である。従って、従来と同等のピッチｐで、従来よりも高周波領域での共振を実現することができる。例えば、１μｍ以上のピッチｐで５ＧＨｚ以上の共振周波数を実現することができる。

（各層の材料および厚さの設定）
Ａ１モードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域（例えば５ＧＨｚ以上）の共振を実現するためには、多層膜５の材料および厚さ、圧電体層（本実施形態では圧電層７）のオイラー角、材料および厚さ、ならびに導電層９の厚さの組み合わせに条件がある。

例えば、以下の条件としたときに、共振周波数および反共振周波数近傍にスプリアスが存在しない状態で５ＧＨｚの共振を得ることができた。

圧電層：
材料：ＬＮ
厚さ：０．１９λ
オイラー角：（０，０，０）
多層膜：
材料：２種（ＳｉＯ₂，Ｔａ₂Ｏ₅）
厚み：ＳｉＯ₂層 ０．１０λ，Ｔａ₂Ｏ₅層 ０．０７λ
積層数：８層
導電層：
材料：Ａｌ
厚さ：０．０６λ
ピッチｐ：１μｍ（λ＝２μｍ）

なお、多層膜５の積層数は、２種の層の数の合計（例えば図２の例では４）である。また、ピッチｐは１μｍであるが、ピッチを変化させた場合も、λ＝２ｐで表される波長にしたがって実際の膜厚を変化させれば、共振特性は周波数依存性が全体的にシフトするだけで同様の結果となる。すなわち、波長またはピッチで規格化した場合も同様の結果を得ることができる。

上記の例の他にも、例えば、以下の条件としたときにピッチが０．９μｍ〜１．４μｍの場合であっても、５ＧＨｚ以上の共振を得ることができ、かつ、共振周波数および反共振周波数近傍にリップルのない状態を得ることができた。なお、以下の条件は、圧電層７の材料、圧電層７の厚み、低音響インピーダンス層１１の材料、厚み、高音響インピーダンス層１３の材料、厚みの順に各条件を“／”で区切って示している。

他条件１：ＬＮ／０．２λ／ＳｉＯ₂／０．０６λ／ＨｆＯ₂／０．０９５λ
他条件２：ＬＴ／０．１７５λ／ＳｉＯ₂／０．０９λ／Ｔａ₂Ｏ₅／０．０７λ
他条件３：ＬＴ／０．２λ／ＳｉＯ₂／０．１λ／ＨｆＯ₂／０．０８λ
なお、他条件２，３のときに、ＬＴのオイラー角は（０°±５°，２４°±５°，０°±５°）もしくは（０°±５°，１６°±５°，０°±５°）である。

（電極指構造）
弾性波装置１において、Ａ１モード板波を用いたときには、圧電層７の厚みが２０μｍ程度ある通常の弾性波装置に比べて共振周波数（ｆｒ）と反共振周波数（ｆａ）との間のインピーダンス特性が悪い傾向があった。これは圧電層７の厚みが薄くなることにより顕著になる。

これに対して、弾性波装置１は電極指２７の太さを変化させている。図３は、図１の要部拡大図である。図３に示すように、ＳＡＷの伝搬方向（すなわち電極指２７の繰り返し配列方向，Ｄ１方向）に伸びる、ダミー電極２９と重なる領域Ｒ１、ダミー電極２９と電極指２７の先端とのギャップと重なる領域Ｒ２、電極指２７の先端と重なる領域Ｒ３、電極指２７の交差領域の中央部を含む領域Ｒ４と区分する。なお、この例では電極指２７の交差領域は伝搬方向と平行であるため、各領域Ｒ１〜Ｒ４も伝搬方向に沿って区分したが、ＩＤＴ電極１９がアポタイズされていたり傾斜していたりする場合には各領域Ｒ１〜Ｒ４も合せて傾斜させればよい。例えば、電極指２７の交差幅は略同一で、電極指２７の先端を結ぶ仮想線が電極指２７の繰り返し配列方向に対して傾斜している場合には、領域Ｒ１〜Ｒ４は仮想線の傾斜にあわせた平行四辺形となる。このような傾斜角度は圧電層７のオイラー角，厚み等にもよるが、例えば５°以上４５°以下を例示できる。上記条件の場合には例えば、２５°以上３５°以下としてもよい。このようにＩＤＴ電極１９の仮想線傾斜させた場合には横モードの漏洩を低減することができる。

まず、領域Ｒ４の電極指２７の線幅（Ｄ１方向における幅）に比べ、Ｒ１領域のダミー電極２９および電極指２７（すなわち電極指２７の根元，バスバー３１と接続される側の部分。以下、単に接続部，接続部側ということがある）の線幅を太くしている。すなわち、電極指２７は拡幅部２７Ｗを備えている。このような構成とすることで、横モードのロスを低減する。

さらに、本例では、電極指２７の接続部近傍で、領域Ｒ１から領域Ｒ２，Ｒ３まで続くように、線幅を領域Ｒ４の電極指２７の線幅に比べて太くしている。すなわち、拡幅部２７Ｗは電極指２７の配列方向でみたときに、他方の電極指２７の先端と重なる位置まで続いている。なお、領域Ｒ３に位置する電極指２７の先端部においては線幅を太らせていない。

このように、領域Ｒ３まで電極指２７の接続部側を太らせること（拡幅部２７Ｗとすること）で、ｆｒ−ｆａ間の最大位相（ＭａｘＰｈ）を高めることができ、ロスの少ない弾性波素子を提供することができる。また、ｆａよりも高周波数側においても位相を小さくすることができるので、ロスの少ない弾性波装置を提供することができる。

例えば、領域Ｒ１〜Ｒ３におけるＤｕｔｙは、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙの１．０５倍以上１．３倍以下である。具体的には領域Ｒ１〜Ｒ３におけるＤｕｔｙは、０．５〜０．８としてもよい。

また、領域Ｒ３のＤ２方向に伸びる長さは、例えば、０．５ｐ以上２．５ｐ以下としてもよい。領域Ｒ４のＤ２方向に延びる長さは電極指２７の交差幅の６５％以上としてもよい。

上述の効果を実測値で検証した。圧電層７の伝搬角（ψ）は９０°としている。このような圧電層７の上面にＩＤＴ電極１９を形成した。実施例１，比較例１〜３にかかるＩＤＴ電極１９の電極指形状のモデルは、図４に示す通りとした。実施例１に係る弾性波素子１は電極指２７の根元が領域Ｒ１〜Ｒ３まで太くなっている。具体的には、ダミー電極２９の先端から２μｍ先まで太くなっている。比較例１は、電極指２７およびダミー電極２９が全領域において実施例１の電極指２７の領域Ｒ４における太さと同じ太さとしている。比較例２は、電極指２７の根元をダミー電極２９の先端と同じ位置まで太くしている。言い換えると、領域Ｒ１の全領域において太くしている。比較例３は、電極指２７の根元を、ダミー電極２９の先端から２μｍの内側の位置まで太くしている。なお、以下の説明において、電極指２７の根元をどこまで太くするかを、ダミー電極２９の先端を基準としたオフセット量として示すことがある。すなわち、オフセット量は、実施例１は＋２μｍであり、比較例２は０μｍ、比較例３は―２μｍである。

実施例１，比較例１〜３の周波数特性を測定した結果を図５に示す。図５（ａ）はインピーダンス特性を示し、図５（ｂ）は位相特性を示し、図５（ｃ）に図５（ｂ）のｆｒ−ｆａ付近の拡大図を示し、図５（ｄ）に図５（ｂ）のｆａの高周波数側の拡大図を示す。図５において、横軸は規格化周波数であり、縦軸は、図５（ａ）はインピーダンスであり、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は位相である。

図５から明らかなように、ｆｒ−ｆａ付近において、実施例１は比較例１〜３に比べて位相特性が向上している。具体的には、全体的な位相レベル自体が向上している上に、ｆｒ−ｆａ間の位相のスプリアスも少なくなっている。さらに、ｆａの高周波数側においても位相を小さくできることが確認できた。

さらに、図６（ａ）に、オフセット量と共振周波数ｆｒとの関係を、図６（ｂ）にオフセット量とｄｆ（ｆｒ−ｆａ間隔），最大位相値との関係をそれぞれ示す。図６からも明らかなように、オフセット量を大きくするにつれて、ｄｆを維持したまま、最大位相を大きくすることができることを確認した。

なお、実施例２，比較例４〜６として、圧電層７の伝搬角をψ＝０°とした場合の結果について、図７，図８に示す。図７は図５に相当する図であり、図８は図６に相当する図である。

この図からも明らかように、伝搬角に関係なく、実施例２に係る弾性波素子は、ｆｒ−ｆａ付近において位相特性が向上している。具体的には、全体的な位相レベル自体が向上している上に、ｆｒ−ｆａ間の位相のスプリアスも少なくなっている。さらに、ｆａの高周波数側においても位相を小さくできることが確認できた。

また、図８から明らかなように、伝搬角が０°の場合にも、オフセット量を大きくするにつれて最大位相が大きくなる様子を確認した。

以上の結果から、より高い共振周波数が必要な場合には伝搬角を９０°とし、急峻なフィルタを形成するためにｄｆの小さい共振子が必要な場合には伝搬角を０°としてもよい。

なお、上述の例では、第１電極指２７Ａおよび第２電極指２７Ｂ共に根元に拡幅部２７Ｗを備える構成としたが、一方のみでもよい。

また、比較例として、圧電層７の厚みを上述の実施形態と同様にし、カット角を異ならせることで、上述の実施例よりも低い周波数の共振を得るような弾性波素子を製造した。すなわち、利用する弾性波の種類が本願のような板波ではない弾性波素子を製造し、オフセット量を変化させて特性を測定した。その結果、上述のようにＲ３領域まで続く幅広部２７Ｗを設ける必要はないことを確認している。このことから、上述のようにＲ３領域まで続く幅広部２７Ｗを備えることによる特性向上はＡ１モードの板波を用いた場合のみに発現する効果であることが確認された。

また、上述の例では、幅広部２７Ｗを設けたが、同じ位置において、他の部位に比べて厚みの厚い厚膜部を設けることでも同様の効果を得られる。

（オフセット量）
次に、オフセット量の範囲を確認した。具体的には、ピッチｐに対するオフセット量をピッチｐ比で０〜１０まで変化させたときの周波数特性を測定した。その結果を図１１に示す。図１１はオフセット量に対する最大位相値の変化の様子を示す線図であり、図１１（ａ）は、圧電層７として、１０６°Ｙ回転Ｘ伝搬のＬＴ基板を用いた場合の結果を示し、図１１（ｂ）は、圧電層７として、Ｚ回転Ｙ伝搬のＬＮ基板を用いた場合の結果を示す。

図１１において、横軸はオフセット量、縦軸は最大位相（単位：ｄｅｇ）を示している。図１１からも明らかなように、オフセット量を増やすに従い最大位相値は周期的に増減を繰り返し、圧電層７の材料によらず、オフセット量が２ｐのときに最大値をとる様子が確認された。以上より、オフセット量を１ｐ〜３ｐにしたときには最大位相を高くすることができることを確認した。より好ましくは、オフセット量を１．５ｐ以上２．５ｐ以下としてもよい。

なお、ギャップ間隔（領域Ｒ２のＤ２方向の長さ）は０．３ｐとしている。すなわち、幅広部２７Ｗは、領域Ｒ１から領域Ｒ２を超え、領域Ｒ３まで延びることが重要であることを確認できる。

（拡幅量）
領域Ｒ４における電極指２７の線幅に対して、拡幅部２７Ｗの線幅を変化させたときの周波数特性を測定した。具体的には、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙを０．３５〜０．５に、各Ｄｕｔｙにおいて、拡幅部２７ＷにおけるＤｕｔｙを領域Ｒ４におけるＤｕｔｙの値〜０．７５まで変化させて周波数特性を測定した。なお、オフセット量は２ｐとした。

圧電層７としてＬＴ基板を用いた場合の結果を、図１２に示す。図１２（ａ）は領域Ｒ４におけるＤｕｔｙを０．４５としたときの、拡幅部２７ＷのＤｕｔｙに対する共振周波数と反共振周波数との差（ｄｆ）および最大位相値との関係を示す線図である。図１２（ａ）からも明らかなように、拡幅部２７ＷのＤｕｔｙを大きくするにつれ、ｄｆが急激に小さくなる閾値が存在する一方で、最大位相は最大値をとる値があるものの比較的安定した値をとることが確認された。

以上より、拡幅部２７ＷのＤｕｔｙを、ｄｆが小さくなる閾値よりも小さい範囲で、最大位相値が最大値をとる値を求め、図１２（ｂ）に示した。図１２（ｂ）は、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙと拡幅部Ｄｕｔｙの好ましい値との関係を示す線図である。図１２（ｂ）からも明らかなように、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．４５以下の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは０．５５、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．５の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは０．６としてもよい。領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．５以上の場合には、拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは、最大位相値を高め、かつｄｆを確保するために領域Ｒ４のＤｕｔｙに０．１を加えた値としてもよい。

なお、最大位相値の変化は比較的少ないため、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．４５以下の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは０．５０〜０．６０、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．５以上の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは領域Ｒ４のＤｕｔｙに０．５〜１．５足した値としてもよい。

次に、圧電層７としてＬＮ基板を用いた場合の、図１２に相当する図を図１３に示す。圧電層７がＬＮ基板の場合には、ｄｆが大きく変化する閾値はないので最大位相値として好ましい値を求めた。その結果、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．４５以下の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは０．５０〜０．６０、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．５以上の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは、領域Ｒ４のＤｕｔｙに０．１を加えた値としてもよい。

なお、最大位相値の変化は最大値を挟んで二次関数的に変化しているため、最大値を挟んで０．１程度の範囲であれば、特性を保つことができる。したがって、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．４５以下の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは０．５０〜０．６０、領域Ｒ４におけるＤｕｔｙが０．５以上の場合には拡幅部２７ＷのＤｕｔｙは領域Ｒ４のＤｕｔｙに０．５〜１．５足した値としてもよい。

（変形例）
上述の例では、多層膜５を備える構成を例に説明したが、これらを備えなくてもよい。図１４に示す弾性波装置１Ａは、凹部３ｘを備える基板３上に圧電層７を配置したメンブレン状となっている。この場合であっても板波を用いるのであれば、同様の効果を奏することができる。

図１５に弾性波装置１Ａの周波数特性を実施例３として実線で示す。比較例７として、幅広部２７Ａを備えない以外は弾性波装置１Ａと同様の構成の弾性波装置についての周波数特性を図１５中に破線で示している。図１５（ａ）〜図１５（ｄ）は、図５（ａ）〜図５（ｄ）に相当する図である。

図１５からも明らかなように、多層膜を備えない、メンブレン状の弾性波装置１Ａにおいても最大位相値を高めることができることが確認できた。

（変形例）
図１４に示す弾性波装置１Ａのようにメンブレン形状の弾性波装置において、電極指２７の形状を図１６に示す実施例４，５，比較例８のようにした。具体的には、実施例４は実施例１と同様の形状であり、実施例５は、実施例４の電極指形状において、領域Ｒ３に位置する電極指２７の先端部分も幅広部としたものであり、比較例８は、領域Ｒ３に位置する電極指２７の先端部分のみ幅広部とし、それ以外は領域Ｒ４と同等の電極指幅としたものである。

この実施例４，５，比較例８の周波数特性を測定した結果を図１７に示す。図１７（ａ）〜図１７（ｄ）は、図５（ａ）〜図５（ｄ）に相当する図である。図中において実施例４は実線で、実施例５は間隔の長い破線で、比較例８は間隔の短い破線でそれぞれ示している。

図１７（ｃ）からも明らかなように、比較例８はｆｒ−ｆａ間でスプリアスが多発しており、横モードの漏洩を低減できていないことが確認できる。すなわち、単に領域Ｒ３における電極幅を広くしても効果はなく、電極指２７の根元から続く幅広部２７Ｗにより初めて横モードのロスを低減できることが確認できた。

また、実施例４と実施例５とを比較すると、実施例５は、実施例４に比べて、ｆａよりも高周波数側において若干特性が向上しているものの、ｆｒ−ｆａ間でスプリアスが若干大きくなっているとともに、ｆｒよりも低周波数側においてスプリアスが発生していることが確認できた。

（その他の変形例）
幅広部２７Ｗの太さは、領域Ｒ１〜Ｒ３で一様であってもよい。この場合には、弾性波の伝搬方向に向かって突き出す突起部を備えないため、電極指同士が短絡する恐れを低減することができる。 （弾性波装置の利用例：分波器）

図９は、弾性波装置１の利用例としての分波器１０１の構成を模式的に示す回路図である。この図の紙面左上に示された符号から理解されるように、この図では、櫛歯電極２３・反射器２１を簡略化して表わされている。

分波器１０１は、例えば、送信端子１０５からの送信信号をフィルタリングしてアンテナ端子１０３へ出力する送信フィルタ１０９と、アンテナ端子１０３からの受信信号をフィルタリングして１対の受信端子１０７に出力する受信フィルタ１１１とを有している。

送信フィルタ１０９は、例えば、複数の共振子１５がラダー型に接続されて構成された、ラダー型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１０９は、送信端子１０５とアンテナ端子１０３との間に直列に接続された複数（１つでも可）の共振子１５と、その直列のライン（直列腕）と基準電位とを接続する複数（１つでも可）の共振子１５（並列腕）とを有している。なお、送信フィルタ１０９を構成する複数の共振子１５は、例えば、同一の固着基板２（３、５および７）に設けられている。

受信フィルタ１１１は、例えば、共振子１５と、多重モード型フィルタ（ダブルモード型フィルタを含むものとする。）１１３とを含んで構成されている。多重モード型フィルタ１１３は、弾性波の伝搬方向に配列された複数（図示の例では３つ）のＩＤＴ電極１９と、その両側に配置された１対の反射器２１とを有している。なお、受信フィルタ１１１を構成する共振子１５および多重モード型フィルタ１１３は、例えば、同一の固着基板２に設けられている。

なお、送信フィルタ１０９および受信フィルタ１１１は、同一の固着基板２に設けられていてもよいし、互いに異なる固着基板２に設けられていてもよい。図９は、あくまで分波器１０１の構成の一例であり、例えば、受信フィルタ１１１が送信フィルタ１０９と同様にラダー型フィルタによって構成されるなどしてもよい。

なお、分波器１０１として、送信フィルタ１０９と受信フィルタ１１１とを備える場合について説明したが、これに限定されない。例えば、ダイプレクサでもよいし、３以上のフィルタを含んだマルチプレクサであってもよい。

（弾性波装置の利用例：通信装置）
図１０は、弾性波装置１（分波器１０１）の利用例としての通信装置１５１の要部を示すブロック図である。通信装置１５１は、電波を利用した無線通信を行うものであり、分波器１０１を含んでいる。

通信装置１５１において、送信すべき情報を含む送信情報信号ＴＩＳは、ＲＦ−ＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）１５３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１５５によって送信用の通過帯以外の不要成分が除去され、増幅器１５７によって増幅されて分波器１０１（送信端子１０５）に入力される。そして、分波器１０１（送信フィルタ１０９）は、入力された送信信号ＴＳから送信用の通過帯以外の不要成分を除去し、その除去後の送信信号ＴＳをアンテナ端子１０３からアンテナ１５９に出力する。アンテナ１５９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、通信装置１５１において、アンテナ１５９によって受信された無線信号（電波）は、アンテナ１５９によって電気信号（受信信号ＲＳ）に変換されて分波器１０１（アンテナ端子１０３）に入力される。分波器１０１（受信フィルタ１１１）は、入力された受信信号ＲＳから受信用の通過帯以外の不要成分を除去して受信端子１０７から増幅器１６１へ出力する。出力された受信信号ＲＳは、増幅器１６１によって増幅され、バンドパスフィルタ１６３によって受信用の通過帯以外の不要成分が除去される。そして、受信信号ＲＳは、ＲＦ−ＩＣ１５３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。無線信号の通過帯は、適宜に設定されてよく、本実施形態では、比較的高周波の通過帯（例えば５ＧＨｚ以上）も可能である。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１７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１０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。

本開示は、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。例えば、各層の厚さおよび圧電層のオイラー角は、実施形態で例示した範囲外の値とされてもよい。

１…弾性波装置、３…基板、５…多層膜、７…圧電層、１９…ＩＤＴ電極、１１…低音響インピーダンス層、１３…高音響インピーダンス層、３７…保護膜。

Claims (8)

1. 圧電層と、
   前記圧電層上に位置しているＩＤＴ電極を含む複数の共振子と、
   前記複数の共振子上に位置する保護膜と、
   を有しており、
   前記ＩＤＴ電極は、
   互いに異なる電位に接続され、互いに間隔を開けて配置された第１バスバーおよび第２バスバーと、
   弾性波伝搬方向に沿って交互に配列された、前記第１バスバーに接続され前記第２バスバー側に延びる第１電極指および前記第２バスバーに接続され前記第１バスバー側に延びる第２電極指と、
   前記第１バスバーに接続され、前記第２電極指の先端と対向する第１ダミー電極と、
   前記第２バスバーに接続され、前記第１電極指の先端と対向する第２ダミー電極と、を含み、
   前記第１電極指は、前記第１バスバーに接続される部分から、前記第１電極指と前記第２電極指との配列方向でみたときに前記第２電極指の先端と重複する位置までの太さが、前記第１電極指と前記第２電極指との交差領域の中央付近に比べて太くなっている、拡幅部を備え、
   前記圧電層の厚さは、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとしたときに１．５ｐ未満であり、
   前記第１ダミー電極および前記第２ダミー電極は、前記第１電極指と前記第２電極指との交差領域の中央付近の太さに比べて太くなっており、
   前記第１電極指の伸びる方向を第１方向とし、前記第１電極指と前記第２電極指との繰り返し配列方向を第２方向とし、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとすると、
   前記拡幅部は、
   前記第２方向に見て前記第１ダミー電極と重なる位置を基準として、前記第１方向の前記第１バスバーと反対側に向けて１．５ｐ以上２．５ｐ以下離れた位置まで太くなっている、
   弾性波装置。
2. Ａ１モードの板波を用いる、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 圧電層と、
   前記圧電層上に位置しているＩＤＴ電極を含む複数の共振子と、
   前記複数の共振子上に位置する保護膜と、
   を有しており、
   前記ＩＤＴ電極は、
   互いに異なる電位に接続され、互いに間隔を開けて配置された第１バスバーおよび第２バスバーと、
   弾性波伝搬方向に沿って交互に配列された、前記第１バスバーに接続され前記第２バスバー側に延びる第１電極指および前記第２バスバーに接続され前記第１バスバー側に延びる第２電極指と、
   前記第１バスバーに接続され、前記第２電極指の先端と対向する第１ダミー電極と、
   前記第２バスバーに接続され、前記第１電極指の先端と対向する第２ダミー電極と、を含み、
   前記第１電極指は、前記第１バスバーに接続される部分から、前記第１電極指と前記第２電極指との配列方向でみたときに前記第２電極指の先端と重複する位置までの太さが、前記第１電極指と前記第２電極指との交差領域の中央付近に比べて太くなっている、拡幅部を備え、
   Ａ１モードの板波を用い、
   前記第１ダミー電極および前記第２ダミー電極は、前記第１電極指と前記第２電極指との交差領域の中央付近の太さに比べて太くなっており、
   前記第１電極指の伸びる方向を第１方向とし、前記第１電極指と前記第２電極指との繰り返し配列方向を第２方向とし、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとすると、
   前記拡幅部は、
   前記第２方向に見て前記第１ダミー電極と重なる位置を基準として、前記第１方向の前記第１バスバーと反対側に向けて１．５ｐ以上２．５ｐ以下離れた位置まで太くなっている、
   弾性波装置。
4. 前記圧電層の厚さは、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとしたときに、０．６ｐ以下である、
   請求項１〜３のいずれかに記載の弾性波装置。
5. 前記圧電層は、ニオブ酸リチウム単結晶からなり、そのオイラー角（φ，θ，ψ）が（０±１０°，０°±１０°，０°〜３６０°）である、請求項１〜４のいずれかに記載の弾性波装置。
6. 基板と、
   前記基板上に位置している低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層が交互に積層された多層膜と、を含み、
   前記圧電層は前記多層膜上に位置している、請求項１〜５のいずれかに記載の弾性波装置。
7. アンテナ端子と、
   前記アンテナ端子へ出力される信号をフィルタリングする送信フィルタと、
   前記アンテナ端子から入力される信号をフィルタリングする受信フィルタと、
   を有しており、
   前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの少なくとも一方が請求項１〜６いずれかに記載の弾性波装置を含んでいる
   分波器。
8. アンテナと、
   前記アンテナに前記アンテナ端子が接続されている請求項７に記載の分波器と、
   前記送信フィルタおよび前記受信フィルタに対して信号経路に関して前記アンテナ端子とは反対側に接続されているＩＣと、
   を有している通信装置。

Images