JP7397573B2 - 弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents
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Description
本発明は、弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関し、例えば弾性表面波共振器を有する弾性波デバイス、フィルタおよびマルチプレクサに関する。
弾性表面波を用いた弾性波デバイスにおいて、周波数温度特性を向上させるため、支持基板上に圧電基板を接合することが知られている。支持基板に接合された圧電基板の厚さを弾性波の波長以下とすることでバルク波に起因したスプリアスを抑制することが知られている（例えば特許文献１）。圧電基板に改質層を設けることで、バルク波の影響を抑制することが知られている（例えば特許文献２）。支持基板を多結晶構造または多孔質構造とすることでバルク波の影響を抑制することが知られている（例えば特許文献３、４）。
特許文献１のように圧電基板を薄くするとバルク波に起因したスプリアスを抑制できる。しかしながら、他の要因によるスプリアスが生じる。特許文献３および４のように支持基板全体を多結晶構造または多孔質構造とすると、支持基板の機能が損なわれる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、支持基板の機能を維持しつつスプリアスを抑制することを目的とする。
本発明は、第１面と前記第１面の反対の第２面を有する圧電基板と、前記圧電基板の前記第１面上に設けられ、複数の電極指を各々備える一対の櫛型電極と、互いに離れて設けられ他の領域とは異なる材料からなる、前記他の領域と結晶状態が異なる、または空隙である複数の領域を有し、前記複数の領域の少なくとも一部は平面視において前記一対の櫛型電極の電極指が交差する交差領域と重なり、前記複数の領域は、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記一対の櫛型電極のうち一方の櫛型電極の複数の電極指の平均ピッチの１０倍の深さより浅い領域に設けられ、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記平均ピッチの１０倍より深い領域には設けられていない、前記圧電基板の前記第２面に接合された支持基板と、を備え、前記圧電基板の厚さは前記平均ピッチ以下であり、前記複数の領域は、前記第１面から前記支持基板の厚み方向へ前記平均ピッチの２倍以下の範囲に設けられ、前記他の領域と前記複数の領域とは同じ材料からなり、前記他の領域の結晶状態は単結晶または多結晶であり、前記複数の領域の結晶状態は非晶質である弾性波デバイスである。
本発明は、第１面と前記第１面の反対の第２面を有する圧電基板と、前記圧電基板の前記第１面上に設けられ、複数の電極指を各々備える一対の櫛型電極と、互いに離れて設けられ他の領域とは異なる材料からなる、前記他の領域と結晶状態が異なる、または空隙である複数の領域を有し、前記複数の領域の少なくとも一部は平面視において前記一対の櫛型電極の電極指が交差する交差領域と重なり、前記複数の領域は、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記一対の櫛型電極のうち一方の櫛型電極の複数の電極指の平均ピッチの１０倍の深さより浅い領域に設けられ、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記平均ピッチの１０倍より深い領域には設けられていない、前記圧電基板の前記第２面に接合された支持基板と、を備え、前記圧電基板の厚さは前記平均ピッチ以下であり、前記複数の領域は、前記第１面から前記支持基板の厚み方向へ前記平均ピッチの２倍以下の範囲に設けられ、前記支持基板は、前記圧電基板側の第１層と前記圧電基板の反対側の第２層とを有し、前記複数の領域は前記第１層に設けられ、前記第２層に設けられていない弾性波デバイスである。
本発明は、第１面と前記第１面の反対の第２面を有する圧電基板と、前記圧電基板の前記第１面上に設けられ、複数の電極指を各々備える一対の櫛型電極と、互いに離れて設けられ他の領域とは異なる材料からなる、前記他の領域と結晶状態が異なる、または空隙である複数の領域を有し、前記複数の領域の少なくとも一部は平面視において前記一対の櫛型電極の電極指が交差する交差領域と重なり、前記複数の領域は、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記一対の櫛型電極のうち一方の櫛型電極の複数の電極指の平均ピッチの１０倍の深さより浅い領域に設けられ、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記平均ピッチの１０倍より深い領域には設けられていない、前記圧電基板の前記第２面に接合された支持基板と、を備え、前記圧電基板の厚さは前記平均ピッチ以下であり、前記複数の領域は、前記第１面から前記支持基板の厚み方向へ前記平均ピッチの２倍以下の範囲に設けられ、前記支持基板は、前記圧電基板側の第１層と前記圧電基板の反対側の第２層とを有し、前記複数の領域は前記第２層に設けられ、前記第１層に設けられていない弾性波デバイスである。
上記構成において、前記他の領域と前記複数の領域とは同じ材料からなり、前記他の領域の結晶状態は単結晶または多結晶であり、前記複数の領域の結晶状態は非晶質である構成とすることができる。
上記構成において、前記他の領域と前記複数の領域は異なる材料からなる構成とすることができる。
上記構成において、前記複数の領域は空隙である構成とすることができる。
上記構成において、前記複数の領域は前記支持基板内の略同じ深さに設けられている構成とすることができる。
上記構成において、前記一対の櫛型電極を備える弾性波共振器が複数設けられ、前記複数の領域の一部は、前記複数の弾性波共振器間の前記支持基板内に設けられている構成とすることができる。
本発明は、上記弾性波デバイスを含むフィルタである。
本発明は、上記フィルタを含むマルチプレクサである。
本発明によれば、支持基板の機能を維持しつつスプリアスを抑制することができる。
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
図１（ａ）は実施例１に係る弾性波デバイスの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の断面図である。電極指の配列方向をＸ方向、電極指の延伸方向をＹ方向、支持基板および圧電基板の積層方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、圧電基板の結晶方位のＸ軸方向およびＹ軸方向とは必ずしも対応しない。圧電基板が回転ＹカットＸ伝搬基板の場合、Ｘ方向は結晶方位のＸ軸方向となる。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持基板１０上に圧電基板１２が接合されている。圧電基板１２上に弾性波共振器２４が設けられている。弾性波共振器２４はＩＤＴ（Interdigital transducer）２０および反射器２２を有する。反射器２２はＩＤＴ２０のＸ方向の両側に設けられている。ＩＤＴ２０および反射器２２は、圧電基板１２上の金属膜１４により形成される。
ＩＤＴ２０は、対向する一対の櫛型電極１８を備える。櫛型電極１８は、複数の電極指１６と、複数の電極指１６が接続されたバスバー１５と、を備える。一対の櫛型電極１８の電極指１６が交差する領域が交差領域２５である。一対の櫛型電極１８は、交差領域２５の少なくとも一部において電極指１６がほぼ互い違いとなるように、対向して設けられている。交差領域２５において複数の電極指１６が励振する弾性波は、主にＸ方向に伝搬する。一対の櫛型電極１８のうち一方の櫛型電極１８に属する電極指１６のピッチがほぼ弾性波の波長λとなる。一方の櫛型電極１８の電極指１６のピッチは一対の櫛型電極１８の電極指１６の２本分のピッチとなる。反射器２２は、ＩＤＴ２０の電極指１６が励振した弾性波（弾性表面波）を反射する。これにより弾性波はＩＤＴ２０の交差領域２５内に閉じ込められる。
平面視において交差領域２５と重なるように、支持基板１０内に改質領域３０が設けられている。改質領域３０は、支持基板１０にレーザ光が照射されることにより形成された領域であり、非晶質状態の領域である。改質領域３０は支持基板１０内のほぼ同じ深さＤ１に、Ｘ方向にほぼ同じ間隔Ｄ２で、ほぼ同じ大きさＤ３で形成されている。支持基板１０の上面から改質領域３０の中心までの深さＤ１は例えば５μｍから９０μｍ、改質領域３０の中心のＸ方向の間隔Ｄ２は例えば４μｍから１６μｍ、改質領域３０の大きさＤ３は例えば３μｍから８μｍである。支持基板１０の厚さＴ１は例えば５０μｍから５００μｍ、圧電基板１２の厚さＴ２は例えば１μｍから５０μｍである。改質領域３０は、支持基板１０の下部のＴ１／２の領域には設けられていない。特許文献１のようにバルク波に起因するスプリアスを抑制するため厚さＴ２は、一方の櫛型電極１８の電極指１６のピッチ（すなわち弾性波の波長λ）以下が好ましい。
圧電基板１２としては、例えば、単結晶タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）基板または単結晶ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板であり、例えば回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板または回転ＹカットＸ伝搬ニオブ酸リチウム基板である。支持基板１０は、材料または結晶状態の異なる部分を有する単結晶または多結晶基板である。支持基板１０は、例えばサファイア基板、スピネル基板、シリコン基板、水晶基板、石英基板またはアルミナ基板である。サファイア基板は単結晶Ａｌ２Ｏ３基板であり、スピネル基板は多結晶ＭｇＡｌ２Ｏ３基板であり、シリコン基板は単結晶Ｓｉ基板であり、水晶基板は単結晶ＳｉＯ２基板であり、石英基板は多結晶ＳｉＯ２基板であり、アルミナ基板はＡｌ２Ｏ３の焼結体（焼結セラミックス）基板である。支持基板１０のＸ方向の線膨張係数は圧電基板１２のＸ方向の線膨張係数より小さい。これにより、弾性波共振器の周波数温度依存性を小さくできる。金属膜１４は例えばアルミニウム膜または銅膜である。
［実施例１の製造方法］
図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、支持基板１０上に圧電基板１２を接合する。接合は例えば活性化接合法を用いる。活性化接合法では、支持基板１０の上面および圧電基板１２の下面にイオンまたは原子をイオンビーム、中性化したビームまたはプラズマとして照射する。これにより、支持基板１０の上面および圧電基板１２の下面が活性化する。活性化した支持基板１０の上面と圧電基板１２の下面とを常温にて接合する。支持基板１０と圧電基板１２との間には厚さが２ｎｍから１０ｎｍの非晶質層１１が形成される。非晶質層１１は圧電基板１２等に比べ非常に薄いため、図１（ｂ）および図２（ｂ）以降では図示を省略する。
図２（ａ）から図２（ｄ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、支持基板１０上に圧電基板１２を接合する。接合は例えば活性化接合法を用いる。活性化接合法では、支持基板１０の上面および圧電基板１２の下面にイオンまたは原子をイオンビーム、中性化したビームまたはプラズマとして照射する。これにより、支持基板１０の上面および圧電基板１２の下面が活性化する。活性化した支持基板１０の上面と圧電基板１２の下面とを常温にて接合する。支持基板１０と圧電基板１２との間には厚さが２ｎｍから１０ｎｍの非晶質層１１が形成される。非晶質層１１は圧電基板１２等に比べ非常に薄いため、図１（ｂ）および図２（ｂ）以降では図示を省略する。
このような接合は常温（例えば１００℃以下かつ－２０℃以上、好ましくは８０℃以下かつ０℃以上）で行われるため熱応力を抑制できる。非晶質層１１は非常に薄いため、巨視的にみれば支持基板１０と圧電基板１２とは直接接合されている。支持基板１０と圧電基板１２とは、接着層を介し接合されていてもよい。
図２（ｂ）に示すように、圧電基板１２の上面を例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法等を用い研磨または研削し、圧電基板１２を所望の厚さとする。図２（ｃ）に示すように、圧電基板１２上に金属膜１４を形成する。金属膜１４は例えば真空蒸着法またはスパッタリング法により形成する。金属膜１４からＩＤＴ２０および反射器２２を形成する。金属膜１４は例えばエッチング法またはリフトオフ法を用いパターニングする。
図２（ｄ）に示すように、支持基板１０の下面（図２（ｄ）では上面）からレーザ光５０を照射する。レーザ光５０が焦点を結ぶ領域において改質領域３０が形成される。レーザ光５０は例えばパルス光であり、レーザ光５０を支持基板１０に対し矢印５２のように照射することで、複数の改質領域３０が同じ深さ、同じ間隔および同じ大きさで形成される。レーザ光５０は例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波であり、レーザ光５０の波長は約５００ｎｍである。レーザ光５０のパワーは例えば０．０１Ｗであり、レーザ光５０の走査速度は例えば３６０ｍｍ／秒である。
以上により、実施例１に係る弾性波デバイスが製造できる。実施例１のように、パルス光のレーザ光５０を走査することで改質領域３０を形成する場合、改質領域３０は等間隔で点在するように形成することが容易である。このため、２つの弾性波共振器２４間の支持基板１０内にも改質領域３０が形成される。弾性波共振器２４の間に改質領域３０を設けることで、弾性波共振器２４間の弾性波の漏れによる干渉を抑制できる。
一方、支持基板１０の機能（すなわち、周波数温度係数を小さくする、および／または支持基板１０の強度を維持する）を維持する観点から、改質領域３０を設ける面積は小さいことが好ましい。そこで、ＩＤＴ２０の交差領域２５内およびそのＸ方向に延伸した領域内に改質領域３０を設け、その他の領域に設けないことが好ましい。
［比較例におけるシミュレーション］
改質領域３０を設けていない比較例では、バルク波に起因したスプリアスは弾性表面波共振器の反共振周波数の近傍に生成される。比較例における弾性表面波共振器を用いバンドパスフィルタを形成すると、通過帯域内およびその近傍にバルク波に起因したスプリアスが生成される。特許文献１のように圧電基板１２の厚さＴ２を弾性波の波長λ以下とすると、バルク波に起因したスプリアスが抑制される。しかしながら、通過帯域より１．５倍から２倍の周波数帯域にバルク波とは異なる原因によるスプリアスが生成されることがわかった。
改質領域３０を設けていない比較例では、バルク波に起因したスプリアスは弾性表面波共振器の反共振周波数の近傍に生成される。比較例における弾性表面波共振器を用いバンドパスフィルタを形成すると、通過帯域内およびその近傍にバルク波に起因したスプリアスが生成される。特許文献１のように圧電基板１２の厚さＴ２を弾性波の波長λ以下とすると、バルク波に起因したスプリアスが抑制される。しかしながら、通過帯域より１．５倍から２倍の周波数帯域にバルク波とは異なる原因によるスプリアスが生成されることがわかった。
改質領域３０を設けていない比較例における弾性波のエネルギーの分布をシミュレーションした。シミュレーション条件は以下である。
支持基板１０：厚さＴ１が５００μｍのサファイア基板
圧電基板１２：厚さＴ２が３μｍ（０．６λ）の４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指１６のピッチ（弾性波の波長λ）：５μｍ
電極指１６：厚さが０．１λのアルミニウム膜
電極指１６のデュティ比：５０％
支持基板１０：厚さＴ１が５００μｍのサファイア基板
圧電基板１２：厚さＴ２が３μｍ（０．６λ）の４２°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板
電極指１６のピッチ（弾性波の波長λ）：５μｍ
電極指１６：厚さが０．１λのアルミニウム膜
電極指１６のデュティ比：５０％
図３（ａ）および図３（ｂ）は、比較例におけるシミュレーション結果を示す図である。図３（ａ）は、通過帯域内を想定し周波数が９００ＭＨｚのとき、図３（ｂ）は、通過帯域より高い帯域を想定し周波数が１２００ＭＨｚのときの弾性波のエネルギー密度を濃淡で示している。図３（ａ）および図３（ｂ）の左端から右端までの幅は波長λに相当する。支持基板１０内の下方の濃い領域は弾性波のエネルギー密度が低いことを示している。弾性波のエネルギー密度が高くなると色が薄くなる。ただし、弾性波のエネルギー密度が高い領域５６は色を濃くしている。
図３（ａ）に示すように、通過帯域内の弾性波のエネルギー密度は電極指１６直下の圧電基板１２内の領域５４が最も高い。図３（ｂ）に示すように、通過帯域より高い帯域の弾性波のエネルギー密度は圧電基板１２近傍の支持基板１０内の領域５６が最も高い。このように、通過帯域より高い帯域において電極指１６下に弾性波エネルギーが集中することがスプリアスの生じる原因と考えられる。弾性波エネルギーの集中する領域５６は支持基板１０内に位置する。
そこで、実施例１のように、支持基板１０内に改質領域３０を形成する。これにより、弾性波のエネルギーが散乱し、通過帯域より高い帯域のスプリアスを抑制できる。図３（ｂ）のように、弾性波エネルギーは支持基板１０の圧電基板１２近傍に集中する。よって、改質領域３０は、支持基板１０内の圧電基板１２近傍に設けることが好ましい。
［実施例１の変形例１］
図４（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ａ）に示すように、支持基板１０内に深さの異なる改質領域３０の列が設けられている。深さ方向に複数の改質領域３０の列を形成することで、支持基板１０内の弾性波のエネルギーをより拡散できる。よって、スプリアスをより抑制できる。
図４（ａ）は、実施例１の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ａ）に示すように、支持基板１０内に深さの異なる改質領域３０の列が設けられている。深さ方向に複数の改質領域３０の列を形成することで、支持基板１０内の弾性波のエネルギーをより拡散できる。よって、スプリアスをより抑制できる。
［実施例１の変形例２］
図４（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｂ）に示すように、支持基板１０は、基板１０ａと中間層１０ｂを備えている。中間層１０ｂは、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層であり、圧電基板１２の下面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法またはスパッタリング法等により成膜されている。中間層１０ｂの厚さは１μｍから１０μｍ程度である。基板１０ａは、例えばサファイア基板、スピネル基板、シリコン基板、水晶基板、石英基板またはアルミナ基板である。基板１０ａの上面と中間層１０ｂの下面は常温接合されている。基板１０ａ内の中間層１０ｂ近傍に改質領域３０が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
図４（ｂ）は、実施例１の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｂ）に示すように、支持基板１０は、基板１０ａと中間層１０ｂを備えている。中間層１０ｂは、例えば酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層であり、圧電基板１２の下面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法またはスパッタリング法等により成膜されている。中間層１０ｂの厚さは１μｍから１０μｍ程度である。基板１０ａは、例えばサファイア基板、スピネル基板、シリコン基板、水晶基板、石英基板またはアルミナ基板である。基板１０ａの上面と中間層１０ｂの下面は常温接合されている。基板１０ａ内の中間層１０ｂ近傍に改質領域３０が設けられている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
中間層１０ｂの弾性率の温度係数を圧電基板１２の弾性率の温度係数と逆符号とする。例えば圧電基板１２がタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板のとき、中間層１０ｂを酸化シリコン層とする。これにより、周波数温度係数を小さくできる。主モードの弾性波は、圧電基板１２の表面から２λ程度に分布する。よって、圧電基板１２と中間層１０ｂとの合計の厚さは２λ以下が好ましく１．５λ以下がより好ましい。
［実施例１の変形例３］
図４（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｃ）に示すように、圧電基板１２の下面に中間層１０ｂが設けられ、基板１０ａの上面に中間層１０ｃが設けられている。中間層１０ｂと１０ｃとの間に接合層１０ｄが設けられている。中間層１０ｃの材料は例えば中間層１０ｂと同様である。接合層１０ｄは例えばシリコン層等の半導体層またはチタン層等の金属層である。中間層１０ｂと基板１０ａとの常温接合が難しいことがある。例えば、中間層１０ｂが酸化シリコン層のとき表面を活性化しようとしても非晶質層が形成されにくいことがある。そこで、基板１０ａの上面に中間層１０ｃを形成する。中間層１０ｂの下面および中間層１０ｃの上面に各々接合層１０ｄを形成する。接合層１０ｄの表面を活性化させ非晶質層を形成する。非晶質層同士を常温で接合する。基板１０ａ内の中間層１０ｃ近傍に改質領域３０が設けられている。その他の構成は実施例１の変形例２と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例２と同様に、圧電基板１２、中間層１０ｂ、１０ｃおよび接合層１０ｄの合計の厚さは２λ以下が好ましく、１．５λ以下がより好ましい。
図４（ｃ）は、実施例１の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図４（ｃ）に示すように、圧電基板１２の下面に中間層１０ｂが設けられ、基板１０ａの上面に中間層１０ｃが設けられている。中間層１０ｂと１０ｃとの間に接合層１０ｄが設けられている。中間層１０ｃの材料は例えば中間層１０ｂと同様である。接合層１０ｄは例えばシリコン層等の半導体層またはチタン層等の金属層である。中間層１０ｂと基板１０ａとの常温接合が難しいことがある。例えば、中間層１０ｂが酸化シリコン層のとき表面を活性化しようとしても非晶質層が形成されにくいことがある。そこで、基板１０ａの上面に中間層１０ｃを形成する。中間層１０ｂの下面および中間層１０ｃの上面に各々接合層１０ｄを形成する。接合層１０ｄの表面を活性化させ非晶質層を形成する。非晶質層同士を常温で接合する。基板１０ａ内の中間層１０ｃ近傍に改質領域３０が設けられている。その他の構成は実施例１の変形例２と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例２と同様に、圧電基板１２、中間層１０ｂ、１０ｃおよび接合層１０ｄの合計の厚さは２λ以下が好ましく、１．５λ以下がより好ましい。
図５（ａ）は実施例２に係る弾性波デバイスの平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）の断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、平面視においてＩＤＴ２０の交差領域２５内に領域３２が設けられている。領域３２は、支持基板１０内に圧電基板１２の下面に接し設けられている。領域３２は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムまたは窒化アルミニウム等の固体の物質層３３で充填されている。物質層３３は、例えば多結晶または非晶質であり、かつ支持基板１０と異なる材料からなる。支持基板１０の上面から領域３２の下面までの深さＤ４は例えば５μｍから５０μｍ、領域３２の中心のＸ方向の間隔Ｄ５は例えば１０μｍから５００μｍ、領域３２の大きさＤ６は例えば５μｍから２５０μｍである。領域３２は、支持基板１０の下部のＴ１／２の領域には設けられていない。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
［実施例２の製造方法］
図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、支持基板１０上に凹部３１を形成する。凹部３１の形成には、例えばエッチング法またはサンドブラスト法を用いる。図６（ｂ）に示すように、凹部３１内に物質層３３を埋め込む。物質層３３は、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法またはスパッタリング法により形成する。凹部３１内を埋め込んだ物質層３３は多結晶または非晶質となる。その後、支持基板１０の上面を研磨または研削し平坦化する。図６（ｃ）に示すように、支持基板１０の上面に圧電基板１２を常温接合する。その後、実施例１の図２（ｃ）以降と同様の工程を行う。以上により、実施例２に係る弾性波デバイスが製造できる。
図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例２に係る弾性波デバイスの製造方法を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、支持基板１０上に凹部３１を形成する。凹部３１の形成には、例えばエッチング法またはサンドブラスト法を用いる。図６（ｂ）に示すように、凹部３１内に物質層３３を埋め込む。物質層３３は、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法またはスパッタリング法により形成する。凹部３１内を埋め込んだ物質層３３は多結晶または非晶質となる。その後、支持基板１０の上面を研磨または研削し平坦化する。図６（ｃ）に示すように、支持基板１０の上面に圧電基板１２を常温接合する。その後、実施例１の図２（ｃ）以降と同様の工程を行う。以上により、実施例２に係る弾性波デバイスが製造できる。
実施例２のように、領域３２は、支持基板１０と異なる材料とする。これにより、通過帯域より高い帯域において弾性波のエネルギーが電極指１６直下に集中することを抑制できる。よって、通過帯域より高い帯域のスプリアスを抑制できる。実施例２では、支持基板１０に凹部３１を形成し、凹部３１に領域３２を形成する。このため、弾性波共振器２４以外に領域３２を設けないこともできる。領域３２の平面形状および断面形状は、任意の形状とすることができる。
［実施例２の変形例１］
図７（ａ）は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ａ）に示すように、領域３２は、空隙３４である。その他の構成は実施例２と同じであり、説明を省略する。領域３２が空隙３４であっても弾性波のエネルギーが拡散し、スプリアスを抑制できる。
図７（ａ）は、実施例２の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ａ）に示すように、領域３２は、空隙３４である。その他の構成は実施例２と同じであり、説明を省略する。領域３２が空隙３４であっても弾性波のエネルギーが拡散し、スプリアスを抑制できる。
［実施例２の変形例２］
図７（ｂ）は、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）に示すように、領域３２は、弾性波共振器２４の交差領域２５に加え、弾性波共振器２４の間にも設けられている。これにより、弾性波共振器２４間の弾性波の漏れによる干渉を抑制できる。その他の構成は実施例２と同様であり説明を省略する。
図７（ｂ）は、実施例２の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ｂ）に示すように、領域３２は、弾性波共振器２４の交差領域２５に加え、弾性波共振器２４の間にも設けられている。これにより、弾性波共振器２４間の弾性波の漏れによる干渉を抑制できる。その他の構成は実施例２と同様であり説明を省略する。
［実施例２の変形例３］
図８（ａ）は、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）に示すように、支持基板１０は、基板１０ａ、中間層１０ｃ、接合層１０ｄおよび中間層１０ｂを備えている。基板１０ａ、中間層１０ｃ、接合層１０ｄおよび中間層１０ｂの材料および寸法等は実施例１の変形例３と同じである。基板１０ａ内に領域３２が中間層１０ｃに接して設けられている。領域３２は、実施例２と同様の物質層３３である。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。
図８（ａ）は、実施例２の変形例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ａ）に示すように、支持基板１０は、基板１０ａ、中間層１０ｃ、接合層１０ｄおよび中間層１０ｂを備えている。基板１０ａ、中間層１０ｃ、接合層１０ｄおよび中間層１０ｂの材料および寸法等は実施例１の変形例３と同じである。基板１０ａ内に領域３２が中間層１０ｃに接して設けられている。領域３２は、実施例２と同様の物質層３３である。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。
実施例２の変形例３のように、支持基板１０は基板１０ａと圧電基板１２との間に中間層１０ｂおよび１０ｃを有してもよい。実施例１の変形例２のように、支持基板１０は基板１０ａと中間層１０ｂを有し、中間層１０ｃおよび接合層１０ｄを有さなくてもよい。
［実施例２の変形例４］
図８（ｂ）は、実施例２の変形例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）に示すように、中間層１０ｂに物質層３３からなる領域３２が設けられている。物質層３３は、中間層１０ｂと異なる材料からなる。その他の構成は実施例２の変形例３と同じであり説明を省略する。
［実施例２の変形例５］
図８（ｃ）は、実施例２の変形例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｃ）に示すように、中間層１０ｃに物質層３３からなる領域３２が設けられている。物質層３３は、中間層１０ｃと異なる材料からなる。その他の構成は実施例２の変形例３と同じであり説明を省略する。
図８（ｂ）は、実施例２の変形例４に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｂ）に示すように、中間層１０ｂに物質層３３からなる領域３２が設けられている。物質層３３は、中間層１０ｂと異なる材料からなる。その他の構成は実施例２の変形例３と同じであり説明を省略する。
［実施例２の変形例５］
図８（ｃ）は、実施例２の変形例５に係る弾性波デバイスの断面図である。図８（ｃ）に示すように、中間層１０ｃに物質層３３からなる領域３２が設けられている。物質層３３は、中間層１０ｃと異なる材料からなる。その他の構成は実施例２の変形例３と同じであり説明を省略する。
実施例２の変形例４および５のように、領域３２は中間層１０ｂおよび／または１０ｃ内に設けられていてもよい。
［実施例２の変形例６］
図９（ａ）は、実施例２の変形例６に係る弾性波デバイスの平面図である。図９（ａ）に示すように、領域３２は交差領域２５内においてＹ方向に延伸し、Ｘ方向に複数設けられている。
図９（ａ）は、実施例２の変形例６に係る弾性波デバイスの平面図である。図９（ａ）に示すように、領域３２は交差領域２５内においてＹ方向に延伸し、Ｘ方向に複数設けられている。
［実施例２の変形例７］
図９（ｂ）は、実施例２の変形例７に係る弾性波デバイスの平面図である。図９（ｂ）に示すように、領域３２は交差領域２５内においてＸ方向に延伸し、Ｙ方向に複数設けられている。
図９（ｂ）は、実施例２の変形例７に係る弾性波デバイスの平面図である。図９（ｂ）に示すように、領域３２は交差領域２５内においてＸ方向に延伸し、Ｙ方向に複数設けられている。
実施例２の変形例６および７のように、領域３２は平面視において、Ｘ方向またはＹ方向に延伸していてもよい。
［実施例２の変形例８］
図１０は、実施例２の変形例８に係る弾性波デバイスの平面図である。図１０に示すように、領域３２はＩＤＴ２０の交差領域２５内のほとんどを占めていてもよい。
図１０は、実施例２の変形例８に係る弾性波デバイスの平面図である。図１０に示すように、領域３２はＩＤＴ２０の交差領域２５内のほとんどを占めていてもよい。
支持基板１０の周波数温度係数の抑制等の機能を維持するため、平面視において領域３２の面積はＩＤＴ２０の交差領域２５の面積の１／２以下が好ましく、１／５以下がより好ましく、１／１０以下がさらに好ましい。スプリアスの抑制のため、平面視において領域３２の面積はＩＤＴ２０の交差領域２５の面積の１／２以上でもよい。
実施例２の変形例２から８において、領域３２は空隙３４でもよい。
実施例１から３およびその変形例によれば、各々複数の電極指１６を備える一対の櫛型電極１８が圧電基板１２の上面（第１面）に設けられている。支持基板１０は圧電基板１２の下面（第１面と反対の第２面）に接合されている。複数の改質領域３０または複数の領域３２は、互いに離れて設けられ、他の領域とは異なる材料からなるまたは他の領域と結晶状態が異なる。複数の改質領域３０または複数の領域３２の少なくとも一部の領域は平面視において一対の櫛型電極１８の電極指１６が交差する交差領域２５と重なる。これにより、圧電基板１２下の支持基板１０において弾性波エネルギーが散乱される。よって、通過帯域の１．５倍から２倍の周波数帯域におけるスプリアスが抑制できる。
また、複数の改質領域３０および複数の領域３２は、支持基板１０の上面から圧電基板１２と反対の向きに１／２の深さより浅い領域には設けられ、１／２より深い領域には設けられてない。これにより、支持基板１０の強度を維持することができる。また、周波数温度係数を小さくすることができる。このように、支持基板１０の機能を維持することができる。複数の改質領域３０および複数の領域３２は、圧電基板１２と反対側の３／４の厚さの領域には設けられていないことが好ましく、９／１０の厚さの領域に設けられていないことが好ましい。
圧電基板１２の厚さは一対の櫛型電極１８のうち一方の櫛型電極１８の複数の電極指１６の平均ピッチ以下である。これにより、特許文献１のようにバルク波に起因したスプリアスを抑制できる。しかしながら、通過帯域の１．５倍から２倍の周波数帯域にスプリアスが生成される。図３（ｂ）のように、これは電極指１６下の支持基板１０内に弾性波のエネルギーが集中するためと考えられる。そこで、支持基板１０内に改質領域３０および領域３２を設ける。これにより、通過帯域より高い帯域のスプリアスを抑制できる。
一対の櫛型電極１８が弾性表面波（特にＳＨ（Shear Horizontal）波）を励振する場合、バルク波が生成されやすい。よって、弾性表面波がＳＨ波であるとき、圧電基板１２の厚さＴ２を電極指１６の平均ピッチ以下とすることが好ましい。弾性表面波をＳＨ波とするため、圧電基板１２は、２０°から４８°回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム基板であることが好ましい。
圧電基板１２の厚さＴ２は電極指１６の平均ピッチの０．９倍以下が好ましく、０．８倍以下がより好ましく、０．７倍以下がさらに好ましい。厚さＴ２は電極指１６の平均ピッチの０．１倍以上が好ましく、０．２倍以上がより好ましい。電極指１６の平均ピッチは、ＩＤＴ２０のＸ方向の長さを電極指１６の対数（電極指１６の本数の１／２）で除することにより算出できる。例えば波長λを５μｍとすると、圧電基板１２の厚さＴ２は例えば０．５μｍから５μｍである。
図３（ｂ）のように、通過帯域より高い帯域のスプリアスの原因となる弾性波のエネルギーは、圧電基板１２の上面から弾性波の波長λの２倍以内の領域に主に存在する。そこで、複数の改質領域３０または複数の領域３２の少なくとも一部は、圧電基板１２の上面（第１面）から支持基板１０の厚み方向に電極指１６の平均ピッチの２倍以下の範囲に設けることが好ましく、１．５倍以下の範囲に設けることが好ましく、１倍以下に設けることが好ましい。
支持基板１０の機能を維持するため、複数の改質領域３０または複数の領域３２は、支持基板１０の上面から電極指１６の平均ピッチの１０倍より深くに設けないことが好ましく、５倍より深くに設けないことがより好ましい。
実施例１およびその変形例のように、改質領域３０は、支持基板１０の他の領域と同じ材料からなり、他の領域の結晶状態は単結晶または多結晶であり、複数の改質領域３０の結晶状態は非晶質である。これにより、改質領域３０をレーザ光５０の照射により形成することができる。
実施例２およびその変形例のように、支持基板１０の他の領域と複数の領域３２は異なる材料（例えば固体材料）からなる。これにより、領域３２の大きさおよび平面視における形成領域を任意に設定できる。また、複数の領域３２は空隙３４である。これにより、弾性波エネルギーをより分散できる。
実施例１およびその変形例において、改質領域３０の一部は圧電基板１２内に形成されてもよい。圧電基板１２を劣化させないため、改質領域３０および領域３２は圧電基板１２内に形成されないことが好ましい。改質領域３０を圧電基板１２内に形成しないため、改質領域３０は、圧電基板１２と支持基板１０との界面から離れることが好ましい。実施例２およびその変形例１、２および４のように、領域３２は圧電基板１２と支持基板１０との界面に接していてもよい。
図３（ｂ）のように、弾性波のエネルギーが集中する深さは製造誤差程度に略同じである。よって、複数の改質領域３０および複数の領域３２を支持基板１０内の略同じ深さに設ける。これにより、効率的に改質領域３０および領域３２を設けることができる。
実施例２の変形例４および５のように、支持基板１０は、圧電基板１２側の中間層１０ｂおよび／または１０ｃ（第１層）と圧電基板１２の反対側の基板１０ａ（第２層）とを有し、領域３２は中間層１０ｂおよび／または１０ｃに設けられ、基板１０ａに設けられていない。これにより、圧電基板１２近傍に領域３２を設けることができる。
実施例１の変形例２、３、および実施例２の変形例３のように、圧電基板１２側の中間層１０ｂおよび／または１０ｃ（第１層）と圧電基板１２の反対側の基板１０ａ（第２層）とを有し、改質領域３０および領域３２は基板１０ａに設けられ、中間層１０ｂおよび１０ｃに設けられていなくてもよい。
実施例１およびその変形例、実施例２の変形例２のように、複数の一対の櫛型電極１８がＸ方向（電極指１６の配列方向）に設けられている。複数の一対の櫛型電極１８の間の支持基板１０内に、改質領域３０および領域３２（第１領域と実質的に同じ材料からなりかつ第１領域と結晶状態が同じ第２領域）を有する。このように、改質領域３０および領域３２は複数の弾性波共振器２４の支持基板内に設けられている。これにより、一方の弾性波共振器２４（一対の櫛型電極１８）から他方の弾性波共振器２４に漏れた弾性波が改質領域３０または領域３２により散乱される。よって、弾性波共振器２４間の干渉を抑制できる。
図１１（ａ）は、実施例３に係る弾性波デバイスの平面図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、平面視において弾性波共振器２４間に領域３２が設けられている。領域３２のＹ方向の幅は交差領域２５より広い。弾性波共振器２４には領域３２は設けられていない。領域３２は物質層３３で充填されている。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。
［実施例３の変形例１］
図１２（ａ）は、実施例３の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２（ａ）に示すように、領域３２は、平面視において弾性波共振器２４間および反射器２２の一部と重なるように設けられている。領域３２は物質層３３で充填されている。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。実施例３およびその変形例１において領域３２は空隙３４でもよい。
図１２（ａ）は、実施例３の変形例１に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２（ａ）に示すように、領域３２は、平面視において弾性波共振器２４間および反射器２２の一部と重なるように設けられている。領域３２は物質層３３で充填されている。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。実施例３およびその変形例１において領域３２は空隙３４でもよい。
［実施例３の変形例２］
図１２（ｂ）は、実施例３の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２（ｂ）に示すように、弾性波共振器２４間に実施例１と同様の改質領域３０が設けられている。その他の構成は実施例３の変形例１と同じであり説明を省略する。
図１２（ｂ）は、実施例３の変形例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図１２（ｂ）に示すように、弾性波共振器２４間に実施例１と同様の改質領域３０が設けられている。その他の構成は実施例３の変形例１と同じであり説明を省略する。
実施例３およびその変形例のように、弾性波共振器２４のＸ方向の間に領域３２または改質領域３０を設ける。これにより、弾性波共振器２４の一方からＸ方向に漏れた弾性波が他方の弾性波共振器２４に至ることにより、弾性波共振器２４同士が干渉することを抑制できる。
実施例１、２およびその変形例の弾性波共振器２４の間に実施例３およびその変形例のように改質領域３０および領域３２を設けてもよい。
図１３（ａ）は、実施例４に係るフィルタの平面図である。図１３（ａ）に示すように、圧電基板１２上に複数の弾性波共振器２４、配線２６およびパッド２８が設けられている。弾性波共振器２４は直列共振器Ｓ１からＳ３および並列共振器Ｐ１およびＰ２を含む。配線２６は弾性波共振器２４間を電気的に接続する。パッド２８は、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔおよびグランド端子Ｇｎｄに電気的に接続されている。
入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３が直列に接続され、入力端子Ｔｉｎと出力端子Ｔｏｕｔとの間に、１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２が並列に接続されている。１または複数の直列共振器Ｓ１からＳ３および１または複数の並列共振器Ｐ１およびＰ２の少なくとも１つに実施例１から３およびその変形例の弾性波デバイスを用いることができる。ラダー型フィルタの共振器の個数等は適宜設定できる。フィルタは、多重モード型フィルタでもよい。
［実施例４の変形例１］
図１３（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１３（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例４のフィルタとすることができる。
図１３（ｂ）は、実施例４の変形例１に係るデュプレクサの回路図である。図１３（ｂ）に示すように、共通端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に送信フィルタ４０が接続されている。共通端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に受信フィルタ４２が接続されている。送信フィルタ４０は、送信端子Ｔｘから入力された高周波信号のうち送信帯域の信号を送信信号として共通端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ４２は、共通端子Ａｎｔから入力された高周波信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信フィルタ４０および受信フィルタ４２の少なくとも一方を実施例４のフィルタとすることができる。
マルチプレクサとしてデュプレクサを例に説明したがトリプレクサまたはクワッドプレクサでもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０ 支持基板
１０ａ 基板
１０ｂ、１０ｃ 中間層
１０ｄ 接合層
１２ 圧電基板
１４ 金属膜
１６ 電極指
１８ 櫛型電極
２０ ＩＤＴ
２２ 反射器
２４ 弾性波共振器
３０ 改質領域
３２ 領域
３３ 物質層
３４ 空隙
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
１０ａ 基板
１０ｂ、１０ｃ 中間層
１０ｄ 接合層
１２ 圧電基板
１４ 金属膜
１６ 電極指
１８ 櫛型電極
２０ ＩＤＴ
２２ 反射器
２４ 弾性波共振器
３０ 改質領域
３２ 領域
３３ 物質層
３４ 空隙
４０ 送信フィルタ
４２ 受信フィルタ
Claims (10)
- 第１面と前記第１面の反対の第２面を有する圧電基板と、
前記圧電基板の前記第１面上に設けられ、複数の電極指を各々備える一対の櫛型電極と、
互いに離れて設けられ他の領域とは異なる材料からなる、前記他の領域と結晶状態が異なる、または空隙である複数の領域を有し、前記複数の領域の少なくとも一部は平面視において前記一対の櫛型電極の電極指が交差する交差領域と重なり、前記複数の領域は、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記一対の櫛型電極のうち一方の櫛型電極の複数の電極指の平均ピッチの１０倍の深さより浅い領域に設けられ、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記平均ピッチの１０倍より深い領域には設けられていない、前記圧電基板の前記第２面に接合された支持基板と、
を備え、
前記圧電基板の厚さは前記平均ピッチ以下であり、
前記複数の領域は、前記第１面から前記支持基板の厚み方向へ前記平均ピッチの２倍以下の範囲に設けられ、
前記他の領域と前記複数の領域とは同じ材料からなり、前記他の領域の結晶状態は単結晶または多結晶であり、前記複数の領域の結晶状態は非晶質である弾性波デバイス。 - 第１面と前記第１面の反対の第２面を有する圧電基板と、
前記圧電基板の前記第１面上に設けられ、複数の電極指を各々備える一対の櫛型電極と、
互いに離れて設けられ他の領域とは異なる材料からなる、前記他の領域と結晶状態が異なる、または空隙である複数の領域を有し、前記複数の領域の少なくとも一部は平面視において前記一対の櫛型電極の電極指が交差する交差領域と重なり、前記複数の領域は、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記一対の櫛型電極のうち一方の櫛型電極の複数の電極指の平均ピッチの１０倍の深さより浅い領域に設けられ、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記平均ピッチの１０倍より深い領域には設けられていない、前記圧電基板の前記第２面に接合された支持基板と、
を備え、
前記圧電基板の厚さは前記平均ピッチ以下であり、
前記複数の領域は、前記第１面から前記支持基板の厚み方向へ前記平均ピッチの２倍以下の範囲に設けられ、
前記支持基板は、前記圧電基板側の第１層と前記圧電基板の反対側の第２層とを有し、前記複数の領域は前記第１層に設けられ、前記第２層に設けられていない弾性波デバイス。 - 第１面と前記第１面の反対の第２面を有する圧電基板と、
前記圧電基板の前記第１面上に設けられ、複数の電極指を各々備える一対の櫛型電極と、
互いに離れて設けられ他の領域とは異なる材料からなる、前記他の領域と結晶状態が異なる、または空隙である複数の領域を有し、前記複数の領域の少なくとも一部は平面視において前記一対の櫛型電極の電極指が交差する交差領域と重なり、前記複数の領域は、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記一対の櫛型電極のうち一方の櫛型電極の複数の電極指の平均ピッチの１０倍の深さより浅い領域に設けられ、前記第２面から前記圧電基板と反対の向きに前記平均ピッチの１０倍より深い領域には設けられていない、前記圧電基板の前記第２面に接合された支持基板と、
を備え、
前記圧電基板の厚さは前記平均ピッチ以下であり、
前記複数の領域は、前記第１面から前記支持基板の厚み方向へ前記平均ピッチの２倍以下の範囲に設けられ、
前記支持基板は、前記圧電基板側の第１層と前記圧電基板の反対側の第２層とを有し、前記複数の領域は前記第２層に設けられ、前記第１層に設けられていない弾性波デバイス。 - 前記他の領域と前記複数の領域とは同じ材料からなり、前記他の領域の結晶状態は単結晶または多結晶であり、前記複数の領域の結晶状態は非晶質である請求項２または３に記載の弾性波デバイス。
- 前記他の領域と前記複数の領域は異なる材料からなる請求項２または３に記載の弾性波デバイス。
- 前記複数の領域は空隙である請求項２または３に記載の弾性波デバイス。
- 前記複数の領域は前記支持基板内の略同じ深さに設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 前記一対の櫛型電極を備える弾性波共振器が複数設けられ、前記複数の領域の一部は、前記複数の弾性波共振器間の前記支持基板内に設けられている請求項１から７のいずれか一項に記載の弾性波デバイス。
- 請求項１から８のいずれか一項に記載の弾性波デバイスを含むフィルタ。
- 請求項９に記載のフィルタを含むマルチプレクサ。
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