JP6856825B2 - 弾性波装置、分波器および通信装置 - Google Patents
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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（櫛の歯に相当する）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。従って、弾性波装置の共振点は、電極指のピッチによって規定される。
近年、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電極とを有するものが提案されている。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、弾性波として板波を利用でき、５ＧＨｚに共振を有する３μｍ程度の電極指の周期で実現できる。
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、ＬｉＮｂＯ3の単結晶により構成されているＬＮ層と、前記ＬＮ層上に位置しているＩＤＴ電極と、を有している。前記ＬＮ層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチの２倍をλとしたときに、０．３λ以下であり、前記ＬＴ層のオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±１０°，−２５°以上１５°以下，０°以上３６０°以下）である。
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。
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ＬＮ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、ＬＮ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、ＬＮ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２は、図１のII−II線における断面図である。
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ＬＮ層７と、ＬＮ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ＬＮ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、ＬＮ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ＬＮ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ＬＮ層７の強度を補強することに寄与している。
（固着基板の概略構成）
基板３は、後述する説明から理解されるように、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、ＬＮ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おそれ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、ＬＮ層７よりも厚い。
基板３は、後述する説明から理解されるように、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、ＬＮ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おそれ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、ＬＮ層７よりも厚い。
多層膜５は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等のＬＮ層７に比べ低音速の材料からなる低音速層１１と、例えば五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5），酸化ハフニウム（ＨｆＯ3）等のＬＮ層７に比べ高音速の材料からなる高音速層１３とを交互に積層することにより構成されている。高音速層１３は、低音速層１１に比較して音響インピーダンスが高い。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っている。その結果、例えば、ＬＮ層７を伝搬する弾性波の漏れが低減される。
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、低音速層１１および高音速層１３の合計の積層数が３層以上１２層以下とされてよい。ただし、多層膜５は、１層の低音速層１１と１層の高音速層１３との合計２層から構成されてもよい。また、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、ＬＮ層７に接する層は、低音速層１１である。基板３に接する層については低音速層１１であってもよいし、高音速層１３であってもよい。また、各層の間に、密着や拡散防止を目的に付加的な層を挿入することがある。その場合、その層が特性に影響を与えない程度に薄ければ（後述する波長λを基準にすると、おおむね０．０１λ以下とすれば）問題ない。
ＬＮ層７は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3、ＬＮ）の単結晶によって構成されている。ＬＮ層７のカット角は、例えば、オイラー角（φ，θ，ψ）で（０°±１０°，−２５°以上１５°以下，０°以上３６０°以下）である。またＬＮ層７の厚さは、比較的薄くされており、例えば、λを基準として、０．３λ以下である。ＬＮ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、スラブモードに近い振動モードのものを利用することが可能になる。言い換えると、弾性波としてＡ１モードの板波を用いることができるので、後述のＩＤＴ電極１９の電極指２７の間隔が比較的広くても、高い周波数での共振を得ることができる。
（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、アルミニウム−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。例えば、ＡｌまたはＡｌ合金と、ＬＮ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、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、アルミニウム−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。例えば、ＡｌまたはＡｌ合金と、ＬＮ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、１対の櫛歯電極２３を含んでいる。なお、視認性を良くするために、一方の櫛歯電極２３にはハッチングを付している。各櫛歯電極２３は、例えば、バスバー２５と、バスバー２５から互いに並列に延びる複数の電極指２７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。
バスバー２５は、例えば、概ね一定の幅で弾性波の伝搬方向（電極指２７の繰り返し配列方向、この例では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。そいて、このピッチｐの２倍の値を波長λとする。
電極指２７の本数は、共振子１５に要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。なお、図２は模式図であることから、電極指２７の本数は少なく示されている。後述する反射器２１のストリップ電極３３についても同様である。
複数の電極指２７の長さおよび幅は、要求される電気特性等に応じて適宜に設定されてよい。
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。複数のダミー電極２９は、複数の電極指２７と同等のピッチで配列されており、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。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。
なお、特に図示しないが、ＬＮ層７の上面は、導電層９の上から、ＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4等からなる保護膜によって覆われていてもよい。保護膜はこれらの材料からなる複数層の積層体としてもよい。保護膜は、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。保護膜が設けられる場合等において、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、不図示の基板上に隙間を介してＬＮ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、ＬＮ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。
（スラブモードの利用）
ＬＮ層７は、比較的薄くされ、かつそのオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°±１０°，−２５°〜１５°，０°〜３６０°）とされていることから、スラブモードの弾性波を利用可能になっている。スラブ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、スラブ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（ｆｒ）を実現することができる。
ＬＮ層７は、比較的薄くされ、かつそのオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°±１０°，−２５°〜１５°，０°〜３６０°）とされていることから、スラブモードの弾性波を利用可能になっている。スラブ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、スラブ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（ｆｒ）を実現することができる。
（各層の材料および厚さの設定）
本願発明者は、多層膜５の材料および厚さ、圧電体層（本実施形態ではＬＮ層７）のオイラー角、材料および厚さ、ならびに導電層９の厚さを種々変更して、弾性波装置１の周波数特性についてシミュレーション計算を行った。そして、スラブ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）の共振を実現できる条件を見出した。具体的には、以下のとおりである。
本願発明者は、多層膜５の材料および厚さ、圧電体層（本実施形態ではＬＮ層７）のオイラー角、材料および厚さ、ならびに導電層９の厚さを種々変更して、弾性波装置１の周波数特性についてシミュレーション計算を行った。そして、スラブ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）の共振を実現できる条件を見出した。具体的には、以下のとおりである。
（ＬＮ層７の伝搬角について）
まず、圧電体層（ＬＮ層７）のカット角および伝搬角を種々変更してシミュレーションを行なった。その結果、オイラー角（φ，θ，ψ）において、カット角に関するφ，θをそれぞれ０°±１０°、−２５°〜１５°とすることで、スラブモードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域の共振を実現できることを見出した。さらに、ＬＮ層７が０．３λ以下であり、かつ、φ，θがこの範囲内にある場合には、伝搬角に関するψに制限はないことを見出した。
まず、圧電体層（ＬＮ層７）のカット角および伝搬角を種々変更してシミュレーションを行なった。その結果、オイラー角（φ，θ，ψ）において、カット角に関するφ，θをそれぞれ０°±１０°、−２５°〜１５°とすることで、スラブモードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域の共振を実現できることを見出した。さらに、ＬＮ層７が０．３λ以下であり、かつ、φ，θがこの範囲内にある場合には、伝搬角に関するψに制限はないことを見出した。
まず、ＬＮ層７のオイラー角を振ってシミュレーションを行ない、比較的高い高周波領域での共振を実現でき、かつ、ｆｒおよび反共振周波数（ｆａ）近傍にスプリアスが存在しないＬＮ層７のオイラー角として（０，０，０）を見出した。なお、ＬＮ層７の厚みは０．１８７５λ、低音速層１１の厚みを０．０９λ，高音速層１３の厚みを０．０７λ，導電層９の厚みを０．０６λ、ピッチｐを１μｍ、Ｄｕｔｙ０．５としている。
次に、オイラー角（０，０，０）からφ，θを変化させた場合について検討する。その結果、φを±１０°を超えて変化させると共振波形が崩れることが分かった。また、θを変化させたときの周波数特性の測定結果を、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す。図３（ａ）はインピーダンス特性、図３（ｂ）は位相特性を示し、図３（ｃ）はθを変化させたときのｆｒとｆａとの差分（Δｆ）の変化の様子を示す図である。図３（ａ），図３（ｂ）において横軸は周波数であり、縦軸は図３（ａ）がインピーダンスの絶対値であり、図３（ｂ）は位相である。また、図３（ｃ）において、横軸はθであり、縦軸はΔｆを示している。
図からも明らかなように、θを−２５°より小さくするとＬＮ結晶を使っているにも拘わらず、Δｆがタンタル酸リチウム（ＬＴ）結晶を用いた場合と同等以下となる。また、１５°より大きくすると、ｆｒとｆａとの近傍にスプリアスが生じることが分かった。以上より、θを、−２５°〜１５°とすればΔｆが大きく、かつスプリアスの影響を低減した弾性波素子を得ることができる。
次に、ψを変化させてシミュレーションを行なった。その結果を、図４に示す。図４（ａ）はインピーダンス特性を、図４（ｂ）は位相特性を、図４（ｃ）はｆｒを、図４（ｄ）はΔｆおよびｆｒとｆａとの間の最大位相値（ＭａｘＰｈａｓｅ）を示している。
この図からも明らかなように、ψを変更してもスプリアスは発生せず、ＭａｘＰｈａｓｅも変化することがなかった。すなわち、ψによるロスの悪化は確認されなかった。なお、Δｆは周期的な変動があるものの、変動の中心値は変化せず、その変動幅は５ＭＨｚ未満の極めて小さい値であり、かつ、Δｆの絶対値はＬＴに比べて十分に大きい値を維持していることが分かった。さらに、ｆｒに注目すると、６０°周期で変動しており、３０°＋６０°×ｎ１（ただし、ｎ１は０〜５までの自然数）のときに最大値をとり、０°＋６０°×ｎ２（ただし、ｎ２は０〜５までの自然数）のときに最小値をとり、その差は１５ＭＨｚ程度であった。
このことから、図１に示す共振子１５を複数設け、互いに伝搬角（電極指の繰り返し配列方向）を異ならせてもよい。例えば、複数の共振子１５をラダー型に接続してフィルタを形成するときに、直列共振子の伝搬角を並列共振子の伝搬角とを異ならせてもよい。具体的には、直列共振子の伝搬角を１５°〜４５°，７５°〜１０５°，１３５°〜１６５°，１９５°〜２２５°、２５５°〜２８５°、３１５°〜３４５°のいずれかとし、並列共振子の伝搬角を―１５°（３４５°）〜１５°，４５°〜７５°，１０５°〜１３５°，１６５°〜１９５°，２２５°〜２５５°，２８５°〜３１５°としてもよい。ただし、直列共振子の角度範囲では上限値下限値を含み、並列共振子の角度範囲では上限値下限値を含まないものとする。
より好ましくは、直列共振子の伝搬角は、２０°＋６０°×ｎ１以上４０°＋６０°×ｎ１以下とし、並列共振子の伝搬角は、−１０°＋６０°×ｎ２以上１０°＋６０°×ｎ２以下としてもよい。以下、伝搬角としてψで表示することがある。
このような構成とすることで、電極指のピッチｐによるｆｒ制御に加え、伝搬角の違いによってもｆｒを変化させることができるので、設計が容易となる。例えば、ピッチｐを小さくしなくても、さらにｆｒを高周波数側に移動させることができる。また、ＬＮ層７の厚みや多層膜５の各層の厚みは電極指２７のピッチｐにより最適化されるが、ｆｒの異なる共振子１５が複数存在する場合にも各共振子１５のピッチｐを近付けることができるので、高性能な弾性波装置を提供することができる。
具体的には、図５（ａ）に示すように、直列共振子１５Ｓ（第１共振子）はψが９０°となるように配置し、並列共振子１５Ｐ（第２共振子）はψが０°となるように配置してもよい。すなわち、直列共振子１５Ｓと並列共振子１５Ｐとは９０°向きが異なる。この場合には、フィルタを構成する複数の共振子１５のレイアウトの自由度を高めることができる。
さらに、図５（ｂ）に示すように、直列共振子１５Ｓはψが３０°，９０°となるように配置し、並列共振子１５Ｐはψが０°，６０°となるように配置してもよい。この場合にはさらにレイアウトの自由度が高まる。
また、上述の例では、直列共振子１５Ｓと並列共振子１５Ｐとで伝搬角を異ならせたが、直列共振子間，並列共振子間で伝搬角を異ならせてもよい。ラダー型フィルタにおいて、フィルタの肩特性を向上させるためや、帯域外減衰特性を調整するために、直列共振子間、並列共振子間でｆｒを異ならせることがある。この調整に伝搬角を利用してもよい。
図５（ｃ）に直列共振子間で伝搬角（ψ）を異ならせた場合を示す。直列共振子１５Ｓの中に第１直列共振子１５Ｓ１（第１共振子）、第２直列共振子１５Ｓ２（第２共振子）が存在するようにしてもよい。このような構成とすることで同一のピッチで異なるｆｒを有する共振子を実現できるので、例えば、特定の共振子でピッチが小さくなり電力が集中することで耐電力性が低下することを抑制することができる。
また、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、隣り合う共振子間で伝搬角が異なるように配置する場合には、共振子から漏洩する弾性波が分散され、その結果、一方が他方の共振子のスプリアス特性を悪化させることを低減することができる。ここで、隣り合う共振子とは、互いの共振子の間に他の共振子が位置しないことをいい、隣り合う方向は限定されない。ただし、伝搬方向の延長線上に位置する共振子同士で伝搬角を異ならせる場合には、上述の効果が強まる。
なお、図５において、共振子１５を矩形状で示しており、長辺側が伝搬方向を示すものとする。参考までに、図５中において、各共振子における伝搬方向、すなわち、電極指の繰り返し配列方向を、共振子を表す矩形中に矢印で示すことがある。
なお、上述のような伝搬角を変化させてもＭａｘｐｈａｓｅ、Δｆ、スプリアス等の特性変化がないという特性は、ＬＮ層７を用い、かつその厚みが０．３λ以下であるときに初めて発現するものである。以下、上述の条件を満たさない場合の伝搬角の影響について検証した結果を示す。
比較例１として、ＬＮ層７として厚いＬＮ基板を用い、かつ多層膜５を備えない構成以外は上記実施形態と同等の構成の共振子を作り、伝搬角を異ならせてその特性を測定した。
また、比較例２として、比較例１からＬＮ基板のオイラー角を（０，３８，ψ）に変更した構成の共振子を作り、伝搬角を異ならせてその特性を測定した。なお、このオイラー角はＬＮ基板で一般的に用いられるカット角に相当する。
さらに、比較例１−２として、比較例１のＬＮ基板の厚みを０．５λとし、その下面にＳｉ基板を配置した構成の共振子を作り、伝搬角を異ならせてその特性を測定した。
同様に、比較例２−２として、比較例２のＬＮ基板の厚みを０．５λとし、その下面にＳｉ基板を配置した構成の共振子を作り、伝搬角を異ならせてその特性を測定した。
図６に、比較例１，１−２，２，２−１の位相特性と伝搬角との相関，Δｆと伝搬角との相関を線図で示す。いずれの場合も、スラブモードの弾性波が確認できず、共振周波数は２ＭＨｚ台を取ることが確認された。すなわち、上述の実施形態とは取り扱う弾性波の種類が異なることを確認した。
さらに、いずれの場合であっても伝搬角を変化させることでスプリアスが発生したり、Δｆが小さくなったり、ＭａｘＰｈａｓｅが悪化したりして、伝搬角度０°以外を用いることはできないことが確認できる。なお、圧電層としてＬＴを用いた場合についても同様に確認したが、伝搬角による特性変化は顕著であった。
（ＬＮ層の厚み）
次に、ＬＮ層７の厚みを種々変化させたときの弾性波素子の特性を測定した。具体的には、ＬＮ層７の厚みを０．１１５λから０．２２２５λまで変化させたときの、インピーダンス特性を図７（ａ）に、位相特性を図７（ｂ）に、Δｆの値を図７（ｃ）にそれぞれ示した。図７はＬＮ層の厚みを異ならせた場合の図３に相当する図である。
次に、ＬＮ層７の厚みを種々変化させたときの弾性波素子の特性を測定した。具体的には、ＬＮ層７の厚みを０．１１５λから０．２２２５λまで変化させたときの、インピーダンス特性を図７（ａ）に、位相特性を図７（ｂ）に、Δｆの値を図７（ｃ）にそれぞれ示した。図７はＬＮ層の厚みを異ならせた場合の図３に相当する図である。
図７からも明らかなように、０．１１７５λ未満の場合にはΔｆが小さくなりＬＮを用いる必要がなくなる。また、０．２２λを超える場合にはスプリアスが発生する。以上より、ＬＮ層７の厚みは０．１１７５λ以上０．２２λ以下としてもよい。なお、図３に示す特性はＬＮ層７の厚みを０．１８７５λとしたものである。
（多層膜の材料）
次に、多層膜５の材料を種々変更してシミュレーションを行った結果、多層膜５の材料としてＳｉＯ2およびＴａ2Ｏ5を用いることによって、スラブモードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域の共振を実現できることを見出した。
次に、多層膜５の材料を種々変更してシミュレーションを行った結果、多層膜５の材料としてＳｉＯ2およびＴａ2Ｏ5を用いることによって、スラブモードの弾性波を利用して比較的高い周波数領域の共振を実現できることを見出した。
そして、高音速層１３の厚みを０．０７λとして低音速層１１の厚みを変化させたときのシミュレーション結果を図８（ａ），図８（ｂ）に示す。図８（ａ）はインピーダンス特性を、図８（ｂ）は位相特性と示している。これらの図において、横軸は周波数を示しており、縦軸は図８（ａ）はインピーダンスの絶対値を、図８（ｂ）は位相をそれぞれ示している。
図８からも明らかなように、低音速層１１の厚みが波長λの６．５％未満となるとスプリアスが近接してｆｒ近傍の位相特性が劣化する。波長λの１３．７５％を超えるとｆｒ−ｆａ間にスプリアスが発生してしまう。以上より、低音速層１１の厚みは０．０６５λ以上０．１３７５λ以下としてもよい。
同様に、低音速層１１の厚みを０．０９λとして高音速層１３の厚みを変化させたときのシミユレーション結果を図９（ａ），図９（ｂ）に示す。図９（ａ），図９（ｂ）は図８（ａ），図８（ｂ）に相当する図である。
図９からも明らかなように、高音速層１３の厚みが波長λの５．５％未満となるとスプリアスが近接してｆｒ近傍の位相特性が劣化する。一方で、波長λの１１．７５％を超えるとΔｆが小さくなる。以上より、高音速層１３の厚みは０．０５５λ以上０．１１７５λ以下としてもよい。
また、多層膜５を構成する各層の表面粗さは、ＬＮ層７から基板３に近付くにつれ大きくなるようにしてもよい。より具体的には、低音速層１１のうちＬＮ層７に接する層の表面粗さは、最も基板３側に位置する層に比べ小さくなっている。このような構成とすることで、ＬＮ層３から伝達されるバルク波を散乱することができる。
（導電層９の厚み）
次に、導電層９の厚みを変化させたときの弾性波素子のインピーダンス特性，位相特性をシミレーションした。その結果を図１０に示す。図１０（ａ），図１０（ｂ）はそれぞれ、図９（ａ），図９（ｂ）に相当する図である。図１０からも明らかなように、導電層９の厚みが０．８７５λを超えるとスプリアスが発生することが分かった。また、導電層の厚みが０．０１λ未満となるとシミュレーション上では確認できないが、実際には電極抵抗が大きくなり特性が悪化する虞がある。そこで、導電層９の厚みは０．０１λ以上０．０８７５λ以下としてもよい。
次に、導電層９の厚みを変化させたときの弾性波素子のインピーダンス特性，位相特性をシミレーションした。その結果を図１０に示す。図１０（ａ），図１０（ｂ）はそれぞれ、図９（ａ），図９（ｂ）に相当する図である。図１０からも明らかなように、導電層９の厚みが０．８７５λを超えるとスプリアスが発生することが分かった。また、導電層の厚みが０．０１λ未満となるとシミュレーション上では確認できないが、実際には電極抵抗が大きくなり特性が悪化する虞がある。そこで、導電層９の厚みは０．０１λ以上０．０８７５λ以下としてもよい。
（弾性波装置の製造方法）
弾性波装置１は、公知の種々の工程を組み合わせて製造されてよい。例えば、基板３となるウェハ上に、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）等の薄膜形成法によって、低音速層１１および高音速層１３を順次形成していく。一方で、一般的なＬＮ基板のウェハと同様の作製工程によってＬＮ層７となるウェハを準備しておく。そして、ＬＮ層７となるウェハを、基板３および多層膜５となるウェハに対して貼り合わせる。貼り合わせでは、多層膜５の最上層（例えばＳｉＯ2層）に対してＬＮ層７を直接に当接させる。その当接の前または後に熱処理等がなされてもよい。その後、ＬＮ層７となるウェハの上面に対して導電層９となる金属層の形成およびパターニングが行われ、ウェハがダイシングされる。これにより、弾性波装置１が作製される。パッケージの態様等に応じて適宜な工程が追加されてよいことはもちろんである。
弾性波装置１は、公知の種々の工程を組み合わせて製造されてよい。例えば、基板３となるウェハ上に、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）等の薄膜形成法によって、低音速層１１および高音速層１３を順次形成していく。一方で、一般的なＬＮ基板のウェハと同様の作製工程によってＬＮ層７となるウェハを準備しておく。そして、ＬＮ層７となるウェハを、基板３および多層膜５となるウェハに対して貼り合わせる。貼り合わせでは、多層膜５の最上層（例えばＳｉＯ2層）に対してＬＮ層７を直接に当接させる。その当接の前または後に熱処理等がなされてもよい。その後、ＬＮ層７となるウェハの上面に対して導電層９となる金属層の形成およびパターニングが行われ、ウェハがダイシングされる。これにより、弾性波装置１が作製される。パッケージの態様等に応じて適宜な工程が追加されてよいことはもちろんである。
（弾性波装置の変形例）
上述の例では、多層膜５でスラブモードの弾性波（板波）をＬＮ層７に閉じ込める構成を用いて説明したが、この限りではない。
上述の例では、多層膜５でスラブモードの弾性波（板波）をＬＮ層７に閉じ込める構成を用いて説明したが、この限りではない。
例えば、図１３に示すように、多層膜を備えない弾性波装置１Ａとしてもよい。弾性波装置１Ａは、ＬＮ層７が基板３に支持されている点は弾性波装置１と同様だが、多層膜５はなく、ＬＮ層７のうちＩＤＴ電極１９が位置する領域と基板３との間に空隙が位置するメンブレン形状となっている。この空隙により弾性波をＬＮ層７に閉じ込めることができる。
以下、弾性波装置１と異なる点のみ説明する。
図１３において、基板３の上面には凹部３ａが形成されている。上面視でこの凹部３ａと、ＩＤＴ電極１９とが重なるように、基板３上に直接または間接的にＬＮ層７が接合されている。
図１４，図１５に弾性波装置１Ａの図４に相当する図を示す。弾性波装置１Ａの基本構成は、ＬＮ層７のオイラー角は（０，０，ψ）、ＬＮ層７の厚みは０．１８５λ、導電層９の厚みを０．０６５λ、ピッチｐを１μｍ、Ｄｕｔｙ０．５としている。
図１４（ａ），図１４（ｂ）には、ψを変化させたときのインピーダンス特性および位相特性を示す。図１５（ａ），図１５（ｂ），図１５（ｃ）には、ψを変化させたときのｆｒ、Δｆ、最大位相値を示している。図１４，図１５からも明らかなように、ダイン背波装置１Ａは、弾性波装置１と同様に、ψ（伝搬角）を変化させた場合であっても、ｆｒ、Δｆ、最大位相値の変動が少ないことが確認できた。
なお、図１３に示す例は、基板３に凹部を設けた構成としたが、これに限定されない。例えば、上面が平坦な基板３の上面にスペーサーとして機能する凸部を設け、凸部上にＬＮ層を配置してもよい。凸部は、基板３と別材料で形成してもよい。
また、図１３において、凹部３ａは、１つの共振子に対して１つの凹部３ａを設けてもよいし、複数の共振子に耐宇する凹部３ａを設けてもよい。基板３の材料は特に限定されないが、加工容易性を鑑みてＳｉ基板を用いてもよい。
（弾性波装置の利用例：分波器）
図１１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が二叉のフォーク形状によって模式的に示され、反射器２１は両端が屈曲した１本の線で表わされている。
図１１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が二叉のフォーク形状によって模式的に示され、反射器２１は両端が屈曲した１本の線で表わされている。
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１１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１２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。
図１２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１２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１２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。例えば、各層の厚さおよびＬＮ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…ＬＮ層、１９…ＩＤＴ電極、１１…ＳｉＯ2層、１３…Ｔａ2Ｏ5層。
Claims (10)
- ＬｉＮｂＯ3の単結晶により構成されているＬＮ層と、
前記ＬＮ層上に位置しているＩＤＴ電極を備える、複数の共振子と、
を有しており、
前記ＬＮ層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチの２倍をλとしたときに、０．３λ以下であり、
前記ＬＮ層のオイラー角（φ，θ，ψ）が、（０°±１０°，−２５°以上１５°以下，０°以上３６０°）であり、
前記複数の共振子は第１共振子と第２共振子とを含み、
前記第１共振子の伝搬角と前記第２共振子の伝搬角とが１０°以上の差で異なる、
弾性波装置。 - 前記複数の共振子は、ラダー型フィルタを構成しており、
直列共振子に前記第１共振子を用い、並列共振子に前記第２共振子を用い、
ｎ１，ｎ２を０〜５までの自然数としたときに、前記第１共振子は、伝搬角が２０°＋６０°×ｎ１以上４０°＋６０°×ｎ１以下であり、前記第２共振子は、伝搬角が−１０°＋６０°×ｎ２以上１０°＋６０°×ｎ２以下である、請求項１に記載の弾性波装置。 - 前記第１共振子と前記第２共振子との間に他の共振子がない、請求項１または２に記載の弾性波装置。
- 基板と、
前記基板上に位置している多層膜と、を備え、
前記ＩＤＴ電極は、前記多層膜上に位置している、請求項１〜３のいずれかに記載の弾性波装置。 - 前記多層膜は、低音速層と高音速層とを備え、前記低音速層はＳｉＯ2からなり、前記高音速層はＴａ2Ｏ5からなる、請求項４に記載の弾性波装置。
- 前記ＬＮ層の厚さが、０．１１７５λ以上０．２２λ以下であり、
前記低音速層の厚さが、０．０６５λ以上０．１３７５λ以下であり、
前記高音速層の厚さが、０．０５５λ以上０．１１７５λ以下である
請求項５に記載の弾性波装置。 - 前記多層膜は、第１層と前記第１層よりも前記基板側に位置する第２層とを備え、前記第１層は前記第２層に比べ表面粗さが小さい、請求項４〜６のいずれかに記載の弾性波装置。
- 前記ＬＮ層を支持する基板を備え、
前記ＬＮ層のうち前記複数の共振子が位置する領域と、前記基板との間には空隙がある、請求項１〜３のいずれかに記載の弾性波装置。 - 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１〜８のいずれか１項に記載の弾性波装置を含んでいる
分波器。 - 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９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。
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