JPH06305895A - タンタル酸リチウム単結晶および弾性表面波素子および移動通信用電話 - Google Patents
タンタル酸リチウム単結晶および弾性表面波素子および移動通信用電話Info
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- JPH06305895A JPH06305895A JP5098256A JP9825693A JPH06305895A JP H06305895 A JPH06305895 A JP H06305895A JP 5098256 A JP5098256 A JP 5098256A JP 9825693 A JP9825693 A JP 9825693A JP H06305895 A JPH06305895 A JP H06305895A
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- surface acoustic
- crystal
- acoustic wave
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高周波帯域で安定に動作する表面弾性波素子
および移動通信用電話を高歩留りで作成すること。ま
た、これにより高度情報化社会の達成のために必須であ
るとされている高周波領域での情報の有効利用を可能に
すること。 【構成】 育成された単結晶内に含まれるサブグレイン
の方位ズレを７分以内に制御することによって、表面弾
性波の音速変動が±０．０１％以下の特性が得られるこ
とを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶である。
および移動通信用電話を高歩留りで作成すること。ま
た、これにより高度情報化社会の達成のために必須であ
るとされている高周波領域での情報の有効利用を可能に
すること。 【構成】 育成された単結晶内に含まれるサブグレイン
の方位ズレを７分以内に制御することによって、表面弾
性波の音速変動が±０．０１％以下の特性が得られるこ
とを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動通信用電話および
表面弾性波素子に係わり、特に表面弾性波の音速変動が
小さく、１ＧＨｚ以上の高周波帯域におけるフィルタ特
性およびその再現性に優れたタンタル酸リチウム単結晶
およびそれを用いた表面弾性波素子および移動無線用電
話に関するものである。
表面弾性波素子に係わり、特に表面弾性波の音速変動が
小さく、１ＧＨｚ以上の高周波帯域におけるフィルタ特
性およびその再現性に優れたタンタル酸リチウム単結晶
およびそれを用いた表面弾性波素子および移動無線用電
話に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板に酸化物単結晶（ＬｉＴａＯ3，Ｌ
ｉＮｂＯ3、水晶）を使った弾性表面波素子の用途はフ
ィルター、レゾネーターとしてカラーテレビ、ＶＴＲ，
パーソナル無線器、ポケットベル、コードレス電話、自
動車電話，ＣＡＴＶ、衛星放送等に広く実用化されてい
る。これら単結晶の中ではタンタル酸リチウム単結晶は
電気機械結合係数が大きいことから高周波特性に優れる
という特徴がある。タンタル酸リチウム単結晶は融点約
１６５０℃、キュリー温度約６００℃の強誘電体結晶
で、通常還元雰囲気中もしくは酸素を含む還元雰囲気中
でイリジウム坩堝を用い、融液からチョクラルスキー法
により育成されている。育成された単結晶は多分域状態
であるので、結晶温度をキュリー温度以上に保ち大気中
もしくは酸素雰囲気中で、電界印加徐冷法により単一分
域化処理が行われる。この後、結晶はウエハ状に加工さ
れる。タンタル酸リチウム単結晶は弾性表面波の変換効
率が大きく、かつ温度安定性に優れているため、現在で
は、表面弾性波素子用の基板として大量に用いられ、こ
の表面弾性波素子はＴＶやＶＴＲ用の中間周波フィルタ
などに使用されている。このような用途にタンタル酸リ
チウム単結晶を用いる場合には結晶の表面波速度の変動
を非常に小さく抑えることが重要である。このため表面
波速度に大きな影響を及ぼす結晶の組成を均一に制御す
る製造技術（例えば、公開６２１１０４）がこれまで開
発されてきた。また、結晶が単分域化されていない場
合、即ち残留分域がある場合にも表面波速度に大きな影
響を及ぼすことが明らかにされ（例えば、Ｍ．Ｓａｔｏ
ｅｔ ａｌ． Japanese J．Appl.Phｙs.、28(1988)
111）単一分域化のためのいわゆるポーリング方法に関
する技術（例えば、公開６２０２５６）も開発されてき
た。一方、上記表面弾性波素子の特性に対して、結晶中
に含まれる不純物や結晶粒界は悪影響をおよぼさないと
いわれており、実際に結晶中に例えばＦｅ，Ｚｒ，Ａ
ｌ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｒｈなどの多くの不純物を含み着色し
たものや結晶粒界をふくむものを基板として用いても素
子の要求特性を充分満足していた。このため、結晶基板
の低価格化のために高価なイリジウム坩堝を用いず、白
金−ロジウム合金の坩堝を用いて育成され、ロジウムを
含み茶色に着色した結晶も多く使用されている。またＭ
ｏ坩堝を用いて育成されている場合もある。いずれにし
てもサブ・グレインの存在はフィルター特性にたいして
無関係であることが明らかにされていた（例えば、Ｍ．
Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ． Japanese J．Appl.Phｙs.、
28(1988)111）。近年のデバイスの開発状況は、より高
周波領域での高性能な特性が要求される移動通信の分野
の開発が活発化しており、この用途にタンタル酸リチウ
ム単結晶をより活用しようとする動きがある。
ｉＮｂＯ3、水晶）を使った弾性表面波素子の用途はフ
ィルター、レゾネーターとしてカラーテレビ、ＶＴＲ，
パーソナル無線器、ポケットベル、コードレス電話、自
動車電話，ＣＡＴＶ、衛星放送等に広く実用化されてい
る。これら単結晶の中ではタンタル酸リチウム単結晶は
電気機械結合係数が大きいことから高周波特性に優れる
という特徴がある。タンタル酸リチウム単結晶は融点約
１６５０℃、キュリー温度約６００℃の強誘電体結晶
で、通常還元雰囲気中もしくは酸素を含む還元雰囲気中
でイリジウム坩堝を用い、融液からチョクラルスキー法
により育成されている。育成された単結晶は多分域状態
であるので、結晶温度をキュリー温度以上に保ち大気中
もしくは酸素雰囲気中で、電界印加徐冷法により単一分
域化処理が行われる。この後、結晶はウエハ状に加工さ
れる。タンタル酸リチウム単結晶は弾性表面波の変換効
率が大きく、かつ温度安定性に優れているため、現在で
は、表面弾性波素子用の基板として大量に用いられ、こ
の表面弾性波素子はＴＶやＶＴＲ用の中間周波フィルタ
などに使用されている。このような用途にタンタル酸リ
チウム単結晶を用いる場合には結晶の表面波速度の変動
を非常に小さく抑えることが重要である。このため表面
波速度に大きな影響を及ぼす結晶の組成を均一に制御す
る製造技術（例えば、公開６２１１０４）がこれまで開
発されてきた。また、結晶が単分域化されていない場
合、即ち残留分域がある場合にも表面波速度に大きな影
響を及ぼすことが明らかにされ（例えば、Ｍ．Ｓａｔｏ
ｅｔ ａｌ． Japanese J．Appl.Phｙs.、28(1988)
111）単一分域化のためのいわゆるポーリング方法に関
する技術（例えば、公開６２０２５６）も開発されてき
た。一方、上記表面弾性波素子の特性に対して、結晶中
に含まれる不純物や結晶粒界は悪影響をおよぼさないと
いわれており、実際に結晶中に例えばＦｅ，Ｚｒ，Ａ
ｌ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｒｈなどの多くの不純物を含み着色し
たものや結晶粒界をふくむものを基板として用いても素
子の要求特性を充分満足していた。このため、結晶基板
の低価格化のために高価なイリジウム坩堝を用いず、白
金−ロジウム合金の坩堝を用いて育成され、ロジウムを
含み茶色に着色した結晶も多く使用されている。またＭ
ｏ坩堝を用いて育成されている場合もある。いずれにし
てもサブ・グレインの存在はフィルター特性にたいして
無関係であることが明らかにされていた（例えば、Ｍ．
Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ． Japanese J．Appl.Phｙs.、
28(1988)111）。近年のデバイスの開発状況は、より高
周波領域での高性能な特性が要求される移動通信の分野
の開発が活発化しており、この用途にタンタル酸リチウ
ム単結晶をより活用しようとする動きがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による表
面弾性波フィルタを用いた移動通信用電話では近年のよ
り高密度の情報通信網には対応できなくなってきた。す
なわち移動通信用電話の普及が進むにつれ使用周波数帯
域が逼迫し従来の８００ＭＨｚから１．５〜２．６ＧＨ
ｚ帯のより高周波対応の表面弾性波素子を開発すること
が必要とされてきた。このためには単結晶基板の音速変
動を±０．０１％以内に抑えることが必要とされてい
る。これまでタンタル酸リチウム単結晶の表面弾性波の
音速は結晶の組成に大きく依存し、また残留分域の存在
にも大きく依存することが知られており、このため、原
料の調合組成や結晶のキュリー温度を管理することによ
り結晶の均質性を制御する方法がとられてきた。しか
し、上記方法により結晶の組成や分域を管理しても結晶
の部位によっては音速が微小に変動し、特に高周波用途
素子においては音速に対する均質性が充分でないとの新
たな問題が見つかってきた。 本発明は、上述した如き
従来のタンタル酸リチウム単結晶の音速変動要因に結晶
基板内のサブ・グレイン等に起因する微小な方位ズレが
関与していることを突き止め、これを７分以内に制御す
るという手段により問題となる音速変動を抑えたもので
あって、音速の均一性に優れたタンタル酸リチウム単結
晶及びこれを基板に用いることにより高周波特性を向上
させた表面弾性波素子、および移動通信用電話を安定に
作成、動作させんとするものである。
面弾性波フィルタを用いた移動通信用電話では近年のよ
り高密度の情報通信網には対応できなくなってきた。す
なわち移動通信用電話の普及が進むにつれ使用周波数帯
域が逼迫し従来の８００ＭＨｚから１．５〜２．６ＧＨ
ｚ帯のより高周波対応の表面弾性波素子を開発すること
が必要とされてきた。このためには単結晶基板の音速変
動を±０．０１％以内に抑えることが必要とされてい
る。これまでタンタル酸リチウム単結晶の表面弾性波の
音速は結晶の組成に大きく依存し、また残留分域の存在
にも大きく依存することが知られており、このため、原
料の調合組成や結晶のキュリー温度を管理することによ
り結晶の均質性を制御する方法がとられてきた。しか
し、上記方法により結晶の組成や分域を管理しても結晶
の部位によっては音速が微小に変動し、特に高周波用途
素子においては音速に対する均質性が充分でないとの新
たな問題が見つかってきた。 本発明は、上述した如き
従来のタンタル酸リチウム単結晶の音速変動要因に結晶
基板内のサブ・グレイン等に起因する微小な方位ズレが
関与していることを突き止め、これを７分以内に制御す
るという手段により問題となる音速変動を抑えたもので
あって、音速の均一性に優れたタンタル酸リチウム単結
晶及びこれを基板に用いることにより高周波特性を向上
させた表面弾性波素子、および移動通信用電話を安定に
作成、動作させんとするものである。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】表面弾性波素子作成に
用いるタンタル酸リチウム単結晶ウエハーの結晶品質を
Ｘ線回折により評価し、ウエハー内でのサブ・グレイン
等に起因する結晶方位ズレを７分以内に制御することが
音速変動をより精密に制御するために必要であることを
明らかにした。さらに酸化物単結晶として従来のタンタ
ル酸リチウム単結晶ではなく本発明によるタンタル酸リ
チウム単結晶を基板として用いた表面弾性波素子を作成
し、音速評価を行った。
用いるタンタル酸リチウム単結晶ウエハーの結晶品質を
Ｘ線回折により評価し、ウエハー内でのサブ・グレイン
等に起因する結晶方位ズレを７分以内に制御することが
音速変動をより精密に制御するために必要であることを
明らかにした。さらに酸化物単結晶として従来のタンタ
ル酸リチウム単結晶ではなく本発明によるタンタル酸リ
チウム単結晶を基板として用いた表面弾性波素子を作成
し、音速評価を行った。
【０００５】
【作用】上記の構成により、タンタル酸リチウム単結晶
の音速変動を±０．０１％以内に抑えた特性均一なタン
タル酸リチウム単結晶をもちいた表面弾性波素子を安定
に製造することが出来る。さらにこれを用いた移動通信
用電話の小型軽量化及びＧＨｚ帯域の高周波数対応とい
った高性能化が可能となる。
の音速変動を±０．０１％以内に抑えた特性均一なタン
タル酸リチウム単結晶をもちいた表面弾性波素子を安定
に製造することが出来る。さらにこれを用いた移動通信
用電話の小型軽量化及びＧＨｚ帯域の高周波数対応とい
った高性能化が可能となる。
【０００６】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明する。 （実施例１）試料を次の作製法により作成した。まずチ
ョクラルスキ法により、タンタル酸リチウム単結晶を育
成した。直径１５０ｍｍ深さ１５０ｍｍのイリジウム坩
堝に原料粉をいれ高周波加熱によりこれを溶かし、融液
を作り、その後シード付けを行い、所定の方位に約４日
間で、３インチの単結晶を育成した。この時の育成速度
は２〜４ｍｍ／ｈ、回転速度は１０〜３０ｒｐｍであ
る。育成に用いた原料は純度９９．９から９９．９９９
％のＬｉ2Ｏ，Ｔａ2Ｏ5である。つぎに、上記方法によ
り育成した結晶体を単一分域化処理を行った。その後、
それぞれの結晶から３インチのウエハを作成した。つぎ
に、Ｘ線トポグラフ法によりウエハー内の方位ズレを評
価した。方位ズレ６分程度に対して用いたＸ線源はＭｏ
をターゲットとし、５０ｋＶ，２６０ｍＡの管電圧、電
流である。方位ズレがこれより小さい場合にはＧｅを第
１結晶とした２結晶トポグラフ法を使用した。 （実施例２）これまで、低周波領域での表面弾性波素子
の用途には不純物は影響ないと言われているが、高周波
領域については明確にされていなかった。そこで、次に
結晶の純度と表面弾性波速度の変動の関係について調べ
た。高純度の単結晶を育成すれば光学用途の面では好ま
しいのであるが、そのためには不純物量を極度に低減し
た原料や坩堝材や耐火物を使用すれことが必要で、一般
に純度が一桁上がるとその価格は１０倍以上になるの
で、工業的に幅広く使われる材料を安価に供給すること
が出来なくなる。結晶の表面弾性波速度と結晶中に含ま
れる不純物濃度との関係を表１に示す。
説明する。 （実施例１）試料を次の作製法により作成した。まずチ
ョクラルスキ法により、タンタル酸リチウム単結晶を育
成した。直径１５０ｍｍ深さ１５０ｍｍのイリジウム坩
堝に原料粉をいれ高周波加熱によりこれを溶かし、融液
を作り、その後シード付けを行い、所定の方位に約４日
間で、３インチの単結晶を育成した。この時の育成速度
は２〜４ｍｍ／ｈ、回転速度は１０〜３０ｒｐｍであ
る。育成に用いた原料は純度９９．９から９９．９９９
％のＬｉ2Ｏ，Ｔａ2Ｏ5である。つぎに、上記方法によ
り育成した結晶体を単一分域化処理を行った。その後、
それぞれの結晶から３インチのウエハを作成した。つぎ
に、Ｘ線トポグラフ法によりウエハー内の方位ズレを評
価した。方位ズレ６分程度に対して用いたＸ線源はＭｏ
をターゲットとし、５０ｋＶ，２６０ｍＡの管電圧、電
流である。方位ズレがこれより小さい場合にはＧｅを第
１結晶とした２結晶トポグラフ法を使用した。 （実施例２）これまで、低周波領域での表面弾性波素子
の用途には不純物は影響ないと言われているが、高周波
領域については明確にされていなかった。そこで、次に
結晶の純度と表面弾性波速度の変動の関係について調べ
た。高純度の単結晶を育成すれば光学用途の面では好ま
しいのであるが、そのためには不純物量を極度に低減し
た原料や坩堝材や耐火物を使用すれことが必要で、一般
に純度が一桁上がるとその価格は１０倍以上になるの
で、工業的に幅広く使われる材料を安価に供給すること
が出来なくなる。結晶の表面弾性波速度と結晶中に含ま
れる不純物濃度との関係を表１に示す。
【表１】 不純物量はＩＣＰ分析方法（誘導結合型プラズマ発光分
光分析）により求めた値である。通常の表面弾性波素子
基板用のタンタル酸リチウム単結晶中の不純物濃度はＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｎｂが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｍｎ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ，Ｓｎが１０ｐｐｍ以下程度で
ある。これら不純物量の混入経路は主に育成に用いる原
料および坩堝および育成炉内の耐火物などからである。
通常Ａｌ，Ｓｉが結晶内に多く含まれ易い。しかし、こ
れら不純物元素は１００ｐｐｍ以上程度が含まれていて
も音速変動への影響はなかった。不純物を低減した結晶
との音速変動と比較しても特性に大きな差はみられなか
った。このことから結晶中の不純物の現状以上の低減は
音速変動の制御には有効ではないことが判る。 （実施例３）先の実施例１の条件で育成したＬＴ−３６
Ｙ結晶から厚さ０．３５ｍｍのウェハを作成し、この結
晶中のサブ・グレイン間の方位ズレを前記Ｘ線トポグラ
フ法で調べたところ７分より大きいものはほとんど見ら
れなかった。これに隣接したウェハをもちいて表面弾性
波速度を測定可能な簡単な素子を作成し、ウェハ内音速
の分布を調べたところ、サブ・グレイン間の音速のあい
だには素子電極作成に伴う音速ばらつき以上の有意差が
見られなかった。表２にウェハ内の音速分布の測定例を
示す。
光分析）により求めた値である。通常の表面弾性波素子
基板用のタンタル酸リチウム単結晶中の不純物濃度はＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｎｂが３０ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ｍｎ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｕ，Ｓｎが１０ｐｐｍ以下程度で
ある。これら不純物量の混入経路は主に育成に用いる原
料および坩堝および育成炉内の耐火物などからである。
通常Ａｌ，Ｓｉが結晶内に多く含まれ易い。しかし、こ
れら不純物元素は１００ｐｐｍ以上程度が含まれていて
も音速変動への影響はなかった。不純物を低減した結晶
との音速変動と比較しても特性に大きな差はみられなか
った。このことから結晶中の不純物の現状以上の低減は
音速変動の制御には有効ではないことが判る。 （実施例３）先の実施例１の条件で育成したＬＴ−３６
Ｙ結晶から厚さ０．３５ｍｍのウェハを作成し、この結
晶中のサブ・グレイン間の方位ズレを前記Ｘ線トポグラ
フ法で調べたところ７分より大きいものはほとんど見ら
れなかった。これに隣接したウェハをもちいて表面弾性
波速度を測定可能な簡単な素子を作成し、ウェハ内音速
の分布を調べたところ、サブ・グレイン間の音速のあい
だには素子電極作成に伴う音速ばらつき以上の有意差が
見られなかった。表２にウェハ内の音速分布の測定例を
示す。
【表２】 （実施例４）本発明者らによる７分より大きな方位ズレ
を有するサブ・グレインを含まないような結晶基板を用
いて１５００ＭＨｚ帯域用の表面弾性波素子を作成した
ところ従来以上の高い歩留りを達成出来た。
を有するサブ・グレインを含まないような結晶基板を用
いて１５００ＭＨｚ帯域用の表面弾性波素子を作成した
ところ従来以上の高い歩留りを達成出来た。
【０００７】
【発明の効果】本発明によりはじめて高周波帯域で安定
に動作する表面弾性波素子および移動通信用電話を高歩
留りで作成することが出来た。これにより高度情報化社
会の達成のために必須であるとされている高周波領域で
の情報の有効利用が可能になると考えられる。
に動作する表面弾性波素子および移動通信用電話を高歩
留りで作成することが出来た。これにより高度情報化社
会の達成のために必須であるとされている高周波領域で
の情報の有効利用が可能になると考えられる。
【図１】ウェハに含まれるサブ・グレイン間方位ズレが
ほぼ７分より小さいウェハ内の音速の相対値を示した図
である。
ほぼ７分より小さいウェハ内の音速の相対値を示した図
である。
Claims (3)
- 【請求項１】 育成された単結晶内に含まれるサブグレ
インの方位ズレを７分以内に制御することによって、表
面弾性波の音速変動が±０．０１％以下の特性が得られ
ることを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶。 - 【請求項２】 酸化物単結晶基板表面に櫛形電極を形成
し、該櫛形電極の形状を変えることによって任意のフィ
ルタ特性を得る表面弾性波素子に於いて、前記酸化物単
結晶として請求項１記載のタンタル酸リチウム単結晶を
用いたことを特徴とする表面弾性波素子。 - 【請求項３】 小型軽量で高周波数対応の表面弾性波素
子を用いる移動通信用電話に於いて、前記移動通信用電
話のフィルタとして請求項２記載の表面弾性波素子フィ
ルタを用いたことを特徴とする移動通信用電話。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5098256A JPH06305895A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | タンタル酸リチウム単結晶および弾性表面波素子および移動通信用電話 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5098256A JPH06305895A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | タンタル酸リチウム単結晶および弾性表面波素子および移動通信用電話 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305895A true JPH06305895A (ja) | 1994-11-01 |
Family
ID=14214883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5098256A Pending JPH06305895A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | タンタル酸リチウム単結晶および弾性表面波素子および移動通信用電話 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06305895A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1715581A1 (en) * | 2004-02-05 | 2006-10-25 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Surface-mount saw device |
| WO2020061974A1 (zh) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 盐城市振弘电子材料厂 | 一种钽酸锂单晶棒 |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP5098256A patent/JPH06305895A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1715581A1 (en) * | 2004-02-05 | 2006-10-25 | Toyo Communication Equipment Co., Ltd. | Surface-mount saw device |
| EP1715581A4 (en) * | 2004-02-05 | 2007-09-12 | Toyo Communication Equip | SURFACE ACOUSTIC WAVE DEVICE MOUNTED TO SURFACE |
| US7608977B2 (en) | 2004-02-05 | 2009-10-27 | Epson Toyocom Corporation | Surface-mount saw device |
| WO2020061974A1 (zh) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | 盐城市振弘电子材料厂 | 一种钽酸锂单晶棒 |
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