JPWO2019022236A1 - 弾性波装置、分波器および通信装置 - Google Patents

Abstract

基板３と、前記基板３上に位置している多層膜５と、前記多層膜５上に位置している、ＬｉＴａＯ３の単結晶により構成されているＬＴ層７と、前記ＬＴ層７上に位置しているＩＤＴ電極１９と、を有している。前記多層膜５は、前記ＬＴ層７の横波音速よりも高い音速を有する膜の密度と厚みとを乗じた値の合計値から、前記ＬＴ層７の横波音速よりも遅い音速を有する膜の密度と厚みとを乗じた値の合計値を引いた差分値Ｄが負となり、前記ＬＴ層７の厚さが、前記ＩＤＴ電極１９の電極指のピッチをｐとしたときに、２ｐ未満である、弾性波装置である。

Description

本開示は、弾性波を利用する電子部品である弾性波装置、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。

国際公開第２０１２／０８６６３９号には、弾性波装置として、基板と、基板上に位置している高音速膜と多層膜と、高音速膜上に位置している低音速膜と、低音速膜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を提案している。この弾性波装置によれば、多層膜を配置することで圧電体膜に弾性波を閉じ込めることができるので、高いＱ値を実現することができる。

Ｑ値が高い弾性波装置、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、基板と、前記基板上に位置している多層膜と、前記多層膜上に位置している、ＬｉＴａＯ_３の単結晶により構成されているＬＴ層と、前記ＬＴ層上に位置しているＩＤＴ電極と、を有している。そして、前記多層膜は、前記ＬＴ層の横波音速よりも高い音速を有する膜の密度と厚みとを乗じた値の合計値から、前記ＬＴ層の横波音速よりも遅い音速を有する膜の密度と厚みとを乗じた値の合計値を引いた差分値が負となっている。さらに、前記ＬＴ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、２ｐ未満である。

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、Ｑ値の高い弾性波素子を提供することができる。

実施形態に係る弾性波装置を示す平面図である。 図１の弾性波装置のII−II線における断面図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）はそれぞれ基本構成のシミュレーション結果を示す図である。 基本構成のシミュレーション結果を示す図である。 基本構成の周波数特性を示す線図である。 比較例に係る弾性波装置の周波数特性を示す線図である。 図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ、基本構成と比較例に係る弾性波装置の位相特性を示す線図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）はモデル１〜モデル３の固着基板の構成を示す模式的な断面図である。 モデル１のシミュレーション結果を示す図である。 モデル２のシミュレーション結果を示す図である。 モデル３のシミュレーション結果を示す図である。 基本構成、モデル１〜モデル３、参考例のロバスト性を検証した表である。 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。 変形例に係るモデルのロバスト性を検証した表である。

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ＬＴ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、ＬＴ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、ＬＴ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線における要部断面図である。

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ＬＴ層７と、ＬＴ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、面内で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ＬＴ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、ＬＴ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ＬＴ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ＬＴ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、直接的には、弾性波装置１の電気的特性に与える影響は少ない。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、ＬＴ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。この場合には、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、ＬＴ層７よりも厚い。すなわち、後述のｐを基準として２ｐ以上の厚みを備える。

多層膜５は、ＬＴ層７と基板３との間に位置し、各層（各膜）の合計膜厚が後述のｐを基準として２ｐ以下の構造体である。そして、多層膜５は、少なくともＬＴ層７を伝搬する横波音速よりも遅い音速の低音速膜を含む。以下、横波音速を単に音速ということもある。そして、多層膜５を構成する各層毎に膜の厚みに密度を乗じた値を算出し、その内、ＬＴ層７の横波音速に比べて早い横波音速を有する膜の値を足し合わせたものから、ＬＴ層７の横波音速に比べて遅い横波音速を有する膜の値を足し合わせたものの差をとったときに負の値となるように各層の厚み及び材料を設計する。

より具体的には、（膜厚（単位：ｐ），密度（単位：ｋｇｃｍ^−３））と表示する場合に、ＬＴ層７の横波音速よりも速い音速を有する高音速膜の膜厚と密度との組み合わせを、（ｄ_ｈ１，ρ_ｈ１），（ｄ_ｈ２，ρ_ｈ２）・・・・とし、低音速膜の膜厚と密度との組み合わせを、（ｄ_Ｌ１，ρ_Ｌ１），（ｄ_Ｌ２，ρ_Ｌ２）・・・・とし、高音速膜の膜厚と密度とを乗じた値の合計値をＳ_Ｈ、低音速膜の膜厚と密度とを乗じた値の合計値をＳ_Ｌ、その差分値をＤでそれぞれ表すとすると以下の通りとなる。
Ｓ_Ｈ＝ｄ_ｈ１×ρ_ｈ１＋ｄ_ｈ２×ρ_ｈ２・・・・
Ｓ_Ｌ＝ｄ_Ｌ１×ρ_Ｌ１＋ｄ_Ｌ２×ρ_Ｌ２・・・・
Ｄ＝Ｓ_Ｈ−Ｓ_Ｌ＜０
このような関係を満たす多層膜５を構成することで、弾性波の漏れを低減し、高いＱ値を実現することができる。

なお、多層膜５を構成する各層の厚み、材料、積層順序、積層数等については後述する。

ＬＴ層７は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３、ＬＴ）の単結晶によって構成されている。ＬＴ層７のカット角は、特に限定されない。例えば、３６°〜５０°Ｙ回転Ｘ伝搬基板としてもよいし、オイラー角で（０°±１０°，０°以上５５°以下，０°±１０°）としてもよい。

また、ＬＴ層７の厚さは、比較的薄くされており、例えば、後述するピッチｐを基準として、２ｐ未満である。さらには、ｐ未満としてもよく、より好ましくは０．６ｐ以上０．８ｐ以下としてもよい。ＬＴ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、薄いＬＴ層７に弾性波を閉じ込めることができるのでＱ値を高めることができる。さらに、弾性波として、ＳＨモードやＳＶモード（スラブモード）に近い振動モードのものを利用することも可能になる。その結果、比較的広い電極指ピッチで高周波数で共振する弾性波装置１を提供できるものとなる。

また、ＬＴ層７の厚みを１ｐ未満とするときには、通常のバンド帯（例えば２５００ＭＨｚ以下のバンド帯）においてはバルク波スプリアスの影響を無視することができるので、より周波数特性の優れた弾性波装置１を提供することができる。

（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。また、ＡｌまたはＡｌ合金と、ＬＴ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（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。このような狭ピッチ部、広ピッチ部は例えばＩＤＴ電極１９全体の１０％未満とする。

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。

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。実際には、図示よりも多くの電極指２７が配列されてよい。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。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。その幅は、例えば電極指２７の幅と同等である。また、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。各反射器２１は、例えば、電気的に浮遊状態とされてもよいし、基準電位が付与されてもよい。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。

なお、特に図示しないが、ＬＴ層７の上面は、導電層９の上から、ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４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の腐食の発生を低減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ＬＴ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、ＬＴ層７上にキャップ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。

（弾性波の利用）
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ＬＴ層７に電圧が印加され、圧電体であるＬＴ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ＬＴ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、ＬＴ層の厚さは、２ｐ未満と比較的薄くされている。この場合には、厚み方向に伝搬する弾性波を低減することができる。その結果、ロスを低減した、弾性波装置１を提供することができる。

ここで、上述のように、ＬＴ層７の厚さは、２ｐ未満と比較的薄くされていることから、例えばスラブモード等、一般的なＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）の伝搬速度より早い伝搬速度を有するモードの弾性波を利用可能になっている。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ＬＴ層７）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した。

その結果、ＬＴ層７の厚みが１λ（２ｐ）よりも薄くなることで、ＬＴ層７の厚みの変化により周波数特性が変化しやすくなるが、ＬＴ層７の厚み変動に対してロバスト性の高い弾性波装置１を提供できる多層膜５の条件を見出した。すなわち、ＬＴ層７の厚みは変動しても、共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ）の変動が少なく、Δｆ（共振周波数と反共振周波数との差）の変動も少なくすることのできる条件を見出した。

具体的には、以下のとおりである。なお、以下のシミュレーションでは種々の膜厚はピッチｐで規格化した値を示した。シミュレーションはピッチｐを２．７μｍとして行なったが、ピッチを変化させた場合も、ピッチ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。

（多層膜の材料）
まず、圧電体層（ＬＴ層７）および多層膜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、圧電体層の材料としてＬＴの単結晶を用い、多層膜５を低音速膜としてＳｉＯ_２およびＴａ_２Ｏ_５を用い、高音速膜としてＳｉ_３Ｎ_４を用いることによって、Ｑ値が高く、ＬＴ層７の厚さが変動しても周波数特性の安定した共振を実現できることを見出した。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、そのようなシミュレーション結果の例を示している。図３（ａ）はＬＴ層７の厚さに対する共振周波数の値を、図３（ｂ）はＬＴ層７の厚さに対するΔｆの値を、図３（ｃ）はＬＴ層７の厚さに対するＱ値をそれぞれ示している。これらの図において、横軸はＬＴ層７の厚さを示しており、縦軸は図３（ａ），図３（ｂ）は周波数を、図３（ｃ）はＱ値（単位：無次元）を、それぞれ示している。

図３のシミュレーションに共通の条件は、以下のとおりである。

圧電体層：
材料：ＬｉＴａＯ_３
厚さ：０．４ｐ〜１．０ｐ
カット角：４２°
多層膜：
構成： ＬＴ層７側から順に、第１低音速膜１１，第１高音速膜１２、第２低音速膜１３の積層構造（図２：以下、この構成を基本構成ということがある）
材料：第１低音速膜１１・・Ｔａ_２Ｏ_５
第１高音速膜１２・・Ｓｉ_３Ｎ_４
第２低音速膜１３・・ＳｉＯ_２
厚さ：第１低音速膜１１・・０．０１９ｐ
第１高音速膜１２・・０．０２ｐ〜０．０４ｐ
第２低音速膜１３・・０．０８ｐ
導電層：
材料：Ａｌ
厚さ：０．０８λ
多層膜５において第１低音速膜１１の厚さ、第１高音速膜１２の厚さ、第２低音速膜１３の厚さについて種々の値を仮定し、シミュレーションした。すなわち、実際には図３に図示した３ケースよりも多くのシミュレーションを行なった。なお、図３には、第１低音速膜１１，第２低音速膜１３の膜厚を一定とし、第１高音速膜１２の膜厚を３段階変化させた場合のシミュレーション結果を示している。

その結果、多層膜に高い音速の膜の膜厚を厚くしていくと共振周波数ｆｒが高くなり、低い音速の膜を厚くしていくと共振周波数ｆｒが低くなっていくことを確認した。そして、多層膜を構成する各層の厚みの比率によるｆｒのバラツキ、ＬＴ層の厚みによるｆｒのバラツキ共に多層膜を構成する各層の厚みの組み合わせにより大きく変動していた。このことからも、多層膜を構成する各層の厚みのバランスをとることが必要であることを確認した。

そして、図３（ａ）に破線で示すように、共振周波数ｆｒは、ＬＴ層７の厚みにより変動するが、安定した周波数特性を有する多層膜構成があることを確認できた。具体的には、第１低音速膜１１、第１高音速膜１２、第１低音速膜１３の厚さを順に、０．０１９ｐ、０．０２ｐ、０．０８ｐとした多層膜構成においてＬＴ層の厚み変動に対して安定した周波数特性を実現していている。特にＬＴ層の厚みが０．６ｐ以上０．８ｐ以下の場合には安定した周波数特性を実現することができる。

なお、図３（ｂ）に示すように、この構成の多層膜において同じＬＴ層の厚さ範囲でΔｆも変化せずに安定している。さらに、図３（ｃ）に示すように、この構成の多層膜において同じＬＴ層の厚さ範囲で高いＱ値を安定して得ることができる。特に、ＬＴ層７の厚みが０．８ｐを超える場合にはＱ値が低下する傾向を確認している。この点からもＬＴ層７の厚みは０．８ｐ以下としてもよい。

また、図３（ａ）から明らかなように、上述の厚さの組み合わせたときに、同じＬＴ層の厚さ範囲で多層膜を構成する各層の厚みを変化させても比較的近い共振周波数ｆｒを得ている。このことから、ＬＴ層の厚みのみではなく、多層膜を構成する各層の厚さにおいてもロバスト性を備えていることを確認した。

図４に、上述の多層膜の構成において、積層順は変えずに各層の厚みを異ならせたときの差分値Ｄとｆｒのシフト量との関係を示す。ＬＴ層、第１低音速膜１１、第１高音速膜１２、第２低音速膜１３の横波音速と密度の関係は、（音速（ｍ／ｓ）、密度（ｋｇ／ｃｍ^３））とすると、順に（４２１４，７４６０）、（２８５６，７７６０）、（５９６１，３２００）、（３７４０，２２００）である。

図４から明らかなように、差分値Ｄとｆｒシフト量との間には相関があり、差分値Ｄが―４４１以上−１８４以下とするときにｆｒシフト量を±５ＭＨｚ以下にすることができる。

このような差分値Ｄを実現できる第１低音速膜１１、第１高音速膜１２、第１低音速膜１３の厚さは、順に、０．００１ｐ以上０．０４ｐ以下、０．０１ｐ以上０．０４５ｐ以下、０．０４２ｐ以上０．１５ｐ以下となっている。上述のシミュレーションにて特にＱ値が高くロバスト性に優れた弾性波素子を得ることのできる組合せとされたケールである、第１低音速膜１１、第１高音速膜１２、第１低音速膜１３の厚さを順に、０．０１９ｐ、０．０２ｐ、０．０８ｐの場合には、Ｄ値は以下の通りとなる。
Ｄ＝Ｓ_Ｈ−Ｓ_Ｌ＝（３２００×０．０２）−（７７６０×０．０１９＋２２００×０．０８）＝―２５９．４４
なお、差分値Ｄを実現する多層膜の厚みの合計は、ＬＴ層と合わせて１ｐ以下としてもよい。この場合には、多層膜も弾性波への影響が大きくなることから、多層膜構造の影響が強まるからである。また、このような厚みとすることで、スラブモードの弾性波を用いた場合であっても多層膜によるＱ値およびロバスト性を高める効果を、より効果的に発現することができる。

ここで、多層膜において、各層の積層順、材料を異ならせて差分値Ｄとｆｒのシフト量との相関を測定したところ、いずれの構成においても差分値Ｄが正の方向に大きくなるほどシフト量がマイナス方向に大きくなっており、かつ、シフト量が０となる差分値Ｄは負の値となっていた。以上より、差分値Ｄを負とするように、各層の厚み及び材料を選定すればよい。

上述の通り、Ｄ値が負の値となるよう、第１低音速膜１１、第１高音速膜１２、第１低音速膜１３の厚さを順に、０．０１９ｐ、０．０２ｐ、０．０８ｐとした場合の弾性波装置１の周波数特性を測定した結果を図５に示す。図５において、横軸は周波数を、縦軸はインピーダンスの絶対値を示しており、実線でＬＴ層の厚みが０．６ｐの場合の特性を、破線で０．８ｐの場合の特性を示している。この図からも明らかなように、ＬＴ層の厚みが０．２ｐ変動しても共振周波数、反共振周波数共に大きな周波数シフトはなく、ロバスト性に優れた弾性波装置を提供できることを確認した。

また、比較例として図６に、多層膜を介在させない場合について同様に周波数特性を測定した結果を示す。比較例の弾性波装置によればＬＴ層の厚みの変化により周波数特性が変化し、安定した周波数特性が得られないことが確認できた。

さらに、図７にＬＴ層の厚みを同一としたときの、図５に示すモデル（基本構成）の弾性波素子と比較例に係る弾性波素子の位相特性を示す。図７において横軸は周波数であり、縦軸は位相（単位：ｄｅｇ）である。位相が９０°もしくは―９０°に近い程損失が少ないことを示す。なお、図７（ａ）は広い周波数の範囲における特性を示し、図７（ｂ）は共振周波数と反共振周波数の間の周波数帯を、図７（ｃ）は反共振周波数よりも高周波数側における―９０°付近の位相特性をそれぞれ示している。

図７からも明らかなように、共振周波数と反共振周波数の間の周波数帯においても、反共振周波数よりも高周波数側の周波数帯においても、基本構成の弾性波装置の損失が少ないことが確認された。

（検証：基板３）
なお、上述の例は、多層膜５を設けることで、ＬＴ層７に弾性波を閉じ込める構成であるため、基板３は比較的自由に選択することができる。また、基板３としてＳｉを用いた場合には、Ｓｉの音速は９６２０ｍ／ｓでありＬＴ層７に比べ早いので、多層膜５の低音速側の特性が強い傾向をＬＴ層７から離れた位置で緩和することができる。

（他の多層膜構成）
本願発明者は、多層膜を構成する層数、各層の材料および厚み、積層順序について、種々の値を仮定して、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。その結果、種々のパラメータの値について、良好なＱ値とロバスト性を備える範囲を見出した。

以下では、まず、比較的良好な特性が得られたパラメータの値の組み合わせについて説明する。次に、この組み合わせを中心（基準）として、各種のパラメータを変化させたときの特性の変化について説明し、併せて、各種のパラメータの値の好適な範囲の例について説明する。なお、以下に説明する範囲は、あくまで好適な範囲の一例であり、この範囲を超えて各種のパラメータの値が設定されてもよいことはもちろんである。

（基準となるパラメータの値）
上記のように、シミュレーション計算を行った結果、上述の基本構成以外の構成で、比較的良好な周波数特性を示すモデル１，モデル２，モデル３が得られた。

図８（ａ）にモデル１、図８（ｂ）にモデル２、図８（ｃ）にモデル３の固着基板の模式的な断面図を示す。当該図面を参照に、各モデルの構成について説明する。

モデル１：
多層膜はＬＴ層７側から順に、第１低音速膜４１，第２低音速膜４３が積層されてなる。

材料：第１低音速膜４１・・Ｔａ_２Ｏ_５
第２低音速膜４３・・ＳｉＯ_２
厚さ：第１低音速膜４１・・０．０２９ｐ
第２低音速膜４３・・０．０２８ｐ
ＬＴ層の厚み：０．７４ｐ
モデル２：
多層膜はＬＴ層７側から順に、第１低音速膜５１，第２低音速膜５３が積層されてなる。

材料：第１低音速膜５１・・ＳｉＯ_２
第２低音速膜５３・・Ｔａ_２Ｏ_５
厚さ：第１低音速膜５１・・０．０６８ｐ
第２低音速膜５３・・０．０１９
ＬＴ層の厚み：０．６４ｐ
モデル３：
多層膜はＬＴ層７側から順に、第１高音速膜６２，第１低音速膜６１が積層されてなる。

材料：第１高音速膜６２・・Ｓｉ_３Ｎ_４
第１低音速膜６１・・Ｔａ_２Ｏ_５
厚さ：第１高音速膜６２・・０．０５２ｐ
第１低音速膜６１・・０．１ｐ
ＬＴ層の厚み：０．６５ｐ
モデル１〜３において、共振特性、Ｑ値、ロバスト性共に良好であることを確認した。さらに、モデル１〜３について、図４と同様に、層構成は変えずに各層の厚みを変化させて差分値Ｄを異ならせたときのｆｒシフト量をシミュレーションし、その結果を、図９，図１０，図１１にそれぞれ示す。

図９〜１１からも明らかなように、いずれのモデルにおいてもＤ値とｆｒのシフト量とは高い相関があり、いずれのモデルにおいても差分値Ｄを負の値としたときにシフト量を±５ＭＨｚ以内にすることができることを確認した。

具体的には、モデル１の場合には、差分値Ｄを−３６６〜−２１６としたときにシフト量を±５ＭＨｚ以内にすることができる。このような値を実現する第１低音速膜４１と第２低音速膜４３との厚みの範囲は、順にそれぞれ、０．０２１ｐ〜０．０３７ｐ、０．０１５ｐ〜０．０４ｐである。なお、モデル１はＬＴ層の厚み変動に対してｆｒ、Δｆ共に安定していた。また、Ｑ値も安定して高い値を維持することを確認した。

モデル２の場合には、差分値Ｄを−４１７〜−１９７としたときにシフト量を±５ＭＨｚ以内にすることができる。このような値を実現する第１低音速膜５１と第２低音速膜５３との厚みの範囲は、順にそれぞれ、０．０５４ｐ〜０．０８２ｐ、０．０２９ｐ〜０．０４８ｐである。なお、モデル２はＬＴ層の厚み変動に対して特にｆｒが安定していた。また、モデル２はモデル１に比べてΔｆが大きくなっていた。

モデル３の場合には、差分値Ｄを−７３２〜−５２１としたときにシフト量を±５ＭＨｚ以内にすることができる。このような値を実現する第１高音速膜６２と第１低音速膜５１との厚みの範囲は、順にそれぞれ、０．０３９ｐ〜０．０６４ｐ、０．０８９ｐ〜０．１１ｐである。なお、モデル３はＬＴ層の厚み変動に対してｆｒ、Δｆ共に安定していた。

なお、基本構成、モデル１〜３について、各モデルの各層の厚さの代表値からの公差をシミュレーションした結果を図１２に示す。公差は、共振周波数ｆｒの変化が±１ＭＨｚ未満、Δｆの変化が±０．５ＭＨｚ未満を実現可能な厚さ範囲とした。

図１２からも明らかなように、全モデルともに、ＬＴ層の公差が５％以上を実現できていることを確認した。特にモデル３についてはＬＴ層の公差を２０％以上とすることができ、ロバスト性の高い弾性波素子を実現できることを確認した。

また、多層膜を構成する各層の厚みの公差も１０％を超えており、モデル１，２については全ての層の厚さの公差が２０％を超えており、ロバスト性が高い弾性波素子を実現できることを確認した。多層膜を構成する各層は厚さが非常に薄い為、各層の厚さに対するロバスト性が高いことで生産性を高めることができる。

なお、図１２には、参考例として特許文献１に記載の構成についても同様の計算を行なった結果を付加している。具体的には、ＬＴ層側から順にＳｉＯ_２層、ＡｌＮ層を０．０１７４ｐ、０．５ｐの厚みで形成した構成についてシミュレーションを行なった結果をまとめた。ＡｌＮの音速および密度は、６４２６ｍ／ｓ，３２６０ｋｇ／ｃｍ^３である。したがて、Ｄ値は１６３０で正の値をとる。本構成においては、ＬＴ層の厚みの変化に対してｆｒ、Δｆ変化を低減できる総厚みの組み合わせを見出すことはできなかった。また、ＬＴ層、ＳｉＯ_２層の公差はいずれも５％未満、１０％未満となっていた。

以上より、本開示の固着基板２を用いた弾性波装置１によれば、Ｑ値が高く、かつロバスト性の高いものとすることができることが確認された。

なお、上述の例では、多層膜５と基板３とが直接接合している場合について説明したが、両者の間に中間層が存在していてもよい。中間層の厚さは多層膜の機能に影響のない範囲の厚さとする。その厚さは、例えば、０．０１ｐ未満としたり、５ｎｍ未満としたりすればよい。中間層は接続強化層として機能したり、放熱層として機能したり、バルク波のみを吸収する不要波低減層として機能したりしていてもよい。不要波低減層は、低抵抗層で構成する。

このような低抵抗層を多層膜５と基板３との間に配置した場合について、弾性波装置の周波数特性等につき上述の実施形態と同様のシミュレーションを行なった。

低抵抗層としては、厚さを２ｎｍとし、抵抗率を０．０１８Ω・ｃｍとした。このような厚さおよび抵抗率は、例えば、Ｓｉ基板の多層膜側の面にドーパントを注入し、そのドーパント濃度で所望の抵抗率を実現してもよいし、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｌｉ等の各種金属量を調整した層を形成して実現してもよい。

このような低抵抗層を設けることでバルク波スプリアスの強度がなまり、その影響を低減することができる。一方で、弾性波の損失が発生する虞があるため、損失を低減するために比較的良好な特性が得られたパラメータの値の組み合わせについて説明する。次に、この組み合わせを中心（基準）として、各種のパラメータを変化させたときの特性の変化について説明し、併せて、各種のパラメータの値の好適な範囲の例について説明する。なお、以下に説明する範囲は、あくまで好適な範囲の一例であり、この範囲を超えて各種のパラメータの値が設定されてもよいことはもちろんである。

上記のように、シミュレーション計算を行った結果、上述の基本構成以外の構成で、比較的良好な周波数特性を示すモデル４〜モデル７が得られた。図１５に、モデル４〜７についてシミュレーションを行ない、そのロバスト性をまとめた結果を示す。

モデル４〜７は以下の通りである。

モデル４：
ＬＴ層７側から順に、以下の層が配置されてなる。

ＡｌＮ層：厚さ０．２ｐ
Ｔａ_２Ｏ_５層：厚さ０．２９７ｐ
ＬＴ層の厚さ：０．６８３ｐ
モデル５：
ＬＴ層７側から順に、以下の層が配置されてなる。

ＳｉＯ_２層：厚さ０．３６６ｐ
Ｔａ_２Ｏ_５層：厚さ０．０４ｐ
ＬＴ層の厚さ：０．７０６ｐ
モデル６：
ＬＴ層７側から順に、以下の層が配置されてなる。

Ｔａ_２Ｏ_５層：厚さ０．１０１ｐ
Ｓｉ_３Ｎ_４層：厚さ０．３１６ｐ
ＳｉＯ_２層：厚さ０．２３４ｐ
ＬＴ層の厚さ：０．６５０ｐ
モデル７：
ＬＴ層７側から順に、以下の層が配置されてなる。

Ｔａ_２Ｏ_５層：厚さ０．０９９ｐ
Ｓｉ_３Ｎ_４層：厚さ０．６ｐ
ＡｌＮ層：厚さ０．７７５ｐ
ＬＴ層の厚さ：０．６５０ｐ
シミュレーションを行なった結果、モデル４〜７はいずれも、ＬＴ層のロバスト性を５％以上とするか、多層膜の各層の厚さのロバスト性を１０％以上にするかのいずれかを実現している。ＬＴ層７は薄層化および膜厚制御が難しいため、ＬＴ層のロバスト性を高めることで生産性を高くすることができる。一方で多層膜５を構成する各層は、ＬＴ層７よりもさらに薄い厚みであり公差を大きくすることが望まれる。

なお、モデル５は、ＬＴ層の厚さのロバスト性は４％である。すなわち、参考例と同等のロバスト性を参考例よりも薄い多層膜で実現することができる。

ここで、モデル４〜６は、差分値Ｄが負の値となっているが、モデル７は差分値Ｄは正の値となっている。これは、モデル７の多層膜の厚さが他のモデルに比べて大きくなており、メカニズムが変わっているためと推察される。

すなわち、多層膜の全厚みが１ｐ未満の場合には、差分値Ｄが負の値とすることで、ロバスト性が高く、Ｑ値の高い弾性波装置を提供できるものと推察される。

なお、上述の例では、多層膜５と基板３との間に中間層（低抵抗層）を設けた場合について説明したが、同様に、ＬＴ層７と多層膜５との間に中間層が位置していてもよい。

（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、低音速膜や高音速膜を順次形成していく。なお、基板３がＳｉからなり、多層膜５のうち最も基板３の側に位置する層がＳｉＯ_２層の場合には個の層を熱酸化にとり形成してもよい。一方で、一般的なＬＴ基板のウェハと同様の作製工程によってＬＴ層７となるウェハを準備しておく。そして、ＬＴ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の最上層に対してＬＴ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、ＬＴ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。

（弾性波装置の利用例：分波器）
図１３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１３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１４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は、アンテナ１５９とこれに電気的に接続された分波器１０１と、信号経路でみたときに、送信フィルタ１０９および受信フィルタ１１１に対してアンテナ１５９と反対側に接続されたＩＣ（後述のＲＦ−ＩＣ等）とを含む。

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１４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１４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ＬＴ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…ＬＴ層、１９…ＩＤＴ電極

Claims (18)

1. 基板と、
   前記基板上に位置している多層膜と、
   前記多層膜上に位置している、ＬｉＴａＯ_３の単結晶により構成されているＬＴ層と、
   前記ＬＴ層上に位置しているＩＤＴ電極と、
   を有しており、
   前記多層膜は、前記ＬＴ層の横波音速よりも高い音速を有する膜の密度と厚みとを乗じた値の合計値から、前記ＬＴ層の横波音速よりも遅い音速を有する膜の密度と厚みとを乗じた値の合計値を引いた差分値が負となり、
   前記ＬＴ層の厚さが、前記ＩＤＴ電極の電極指のピッチをｐとしたときに、２ｐ未満である、弾性波装置。
2. 前記ＬＴ層と前記多層膜との厚みの合計はｐ未満である、請求項１に記載の弾性波装置。
3. 前記ＬＴ層の厚みは、０．６ｐ以上０．８ｐ未満である、請求項１または２に記載の弾性波装置。
4. 前記基板は、前記ＬＴ層の横波音速よりも高い音速を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の弾性波装置。
5. 前記多層膜は、前記ＬＴ層よりも音速の遅い第１低音速膜、前記ＬＴ層と第１低音速膜との間の音速を有する第２低音速膜が、前記ＬＴ層の側から順に位置している、請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波装置。
6. 前記第１低音速膜は、Ｔａ_２Ｏ_５からなり、前記第２低音速膜は、ＳｉＯ_２からなり、
   前記差分値は―３６６以上―２１６以下である、請求項５に記載の弾性波装置。
7. 前記ＬＴ層の厚さが０．７４ｐ±０．０９ｐであり、前記第１低音速膜の厚さが０．０２９ｐ±０．００８ｐであり、前記第２低音速膜の厚さが０．０２８ｐ±０．０１２ｐである、請求項６に記載の弾性波装置。
8. 前記多層膜は、前記ＬＴ層よりも音速の遅い第１低音速膜、前記第１低音速膜よりも遅い音速を有する第２低音速膜が、前記ＬＴ層の側から順に位置している、請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波装置。
9. 前記第１低音速膜は、ＳｉＯ_２からなり、前記第２低音速膜は、Ｔａ_２Ｏ_５からなり、
   前記差分値は―４１７以上―１９７以下である、請求項８に記載の弾性波装置。
10. 前記ＬＴ層の厚さが０．６７ｐ±０．０６ｐであり、前記第１低音速膜の厚さが０．０６８ｐ±０．０１４ｐであり、前記第２低音速膜の厚さが０．０３９ｐ±０．００９ｐである、請求項９に記載の弾性波装置。
11. 前記多層膜は、前記ＬＴ層よりも音速の早い第１高音速膜、前記ＬＴ層よりも音速の低い第１低音速膜が、前記ＬＴ層の側から順に位置している、請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波装置。
12. 前記第１高音速膜は、Ｓｉ_３Ｎ_４からなり、前記第１低音速膜は、Ｔａ_２Ｏ_５からなり、
    前記差分値は―７３２以上―５２１以下である、請求項１１に記載の弾性波装置。
13. 前記ＬＴ層の厚さが０．６５ｐ±０．１５ｐであり、前記第１高音速膜の厚さが０．０５２ｐ±０．０１３ｐであり、前記第１低音速膜の厚さが０．１ｐ±０．０１１ｐである、請求項１２に記載の弾性波装置。
14. 前記多層膜は、前記ＬＴ層よりも音速の遅い第１低音速膜、前記ＬＴ層よりも音速の早い第１高音速膜、前記ＬＴ層と前記第１低音速膜との間の音速を有する第２低音速膜が、前記ＬＴ層の側から順に位置している、請求項１乃至４のいずれかに記載の弾性波装置。
15. 前記第１低音速膜は、Ｔａ_２Ｏ_５からなり、前記第１高音速膜は、Ｓｉ_３Ｎ_４からなり、前記第２低音速膜は、ＳｉＯ_２からなり、
    前記差分値は―４４１以上―１８４以下である、請求項１４に記載の弾性波装置。
16. 前記ＬＴ層の厚さが０．６５ｐ±０．０５ｐであり、前記第１低音速膜の厚さが０．０２３ｐ±０．００４ｐであり、前記第１高音速膜の厚さが０．０２ｐ±０．０１ｐであり、前記第２低音速膜の厚さが０．０８４ｐ±０．０１０ｐである、請求項１５に記載の弾性波装置。
17. 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１〜１６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。
18. 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１７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。