TWI597392B - Lithium tantalate single crystal substrate, bonding substrate and method for manufacturing the same, and elastic surface acoustic wave device using the same - Google Patents

Lithium tantalate single crystal substrate, bonding substrate and method for manufacturing the same, and elastic surface acoustic wave device using the same Download PDF

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TWI597392B
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Description

鉭酸鋰單結晶基板及其接合基板與其製造方法以及使用該基板的彈性表面聲波裝置
本發明關於，鉭酸鋰單結晶基板以及將其與基底基板接合而成的接合基板以及使用這些基板的彈性表面聲波裝置。
作為行動電話等的頻率調整・選擇用的部件，要使用在壓電基板上設置的可以激起彈性表面聲波的梳形電極（IDT; Interdigital Transducer）的彈性表面聲波（SAW; Surface Acoustic Wave）裝置。
在彈性表面聲波裝置中，由於要求小型，插入損失小，具有不使不要波通過功能，作為該材料，使用鉭酸鋰（LiTaO3 ; LT）以及鈮酸鋰（LiNbO3 ; LN）等的壓電材料。
另一方面，第四代的行動電話的通信規格中，送信受信的頻率帶間隔狹窄，並且帶寬寬，在這樣的通信規格的場合，彈性表面聲波裝置用材料的溫度造成的特性變化如果不充分小，頻率選擇域的錯離就會產生，裝置的過濾器以及雙向器功能就會發生問題。因此，希望得到對溫度的特性變動少，帶域寬的彈性表面聲波裝置用的材料。
關於這樣的彈性表面聲波裝置用材料，在專利文獻1中，記載了電極材料用銅的，主要由氣相法得到的化學計量組成LT的場合，在向IDT電極輸入高電力的瞬間發生破壞的破壞方式難以發生，所以優選。再者，在專利文獻2中，也詳細記載了由氣相法得到的化學計量組成LT。在專利文獻3中，也記載了對在鉭酸鋰或鈮酸鋰的強介電性結晶內形成的波導進行退火處理的具體的方法。
進一步，在專利文獻4中，記載了在鉭酸鋰或鈮酸鋰單結晶基板上進行了Li擴散處理的彈性表面聲波裝置用壓電基板。在專利文獻5以及非專利文獻1中，記載了如果將用氣相平衡法，在厚度方向上使LT組成變為富Li的LT作為彈性表面聲波元件加以使用，頻率溫度特性就可以得到改善，所以為優選。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2011-135245號 [專利文獻2]美國專利第6652644號（B1） [專利文獻3]特開2003-207671號 [專利文獻4]特開2013-66032號 [專利文獻5]WO2013/135886（A1） [非專利文獻]
[非專利文獻1]Bartasyte A. et al., “Reduction of temperature coefficient of frequency in LiTaO3 single crystals for surface acoustic wave applications”, Applications of Ferroelectrics held jointly with 2012 European Conference on the Applications of Polar Dielectrics and 2012 International Symp Piezoresponse Force Microscopy and Nanoscale Phenomena in Polar Materials (ISAF/ECAPD/PFM), 2012 Intl Symp, 2012, Page(s):1-3
但是，本發明人，對這些的刊行物記載的具體方法進行了詳細的研究，得知在這些方法中，並不一定能得到優良的結果。特別是，在專利文獻5記載的製造方法，由於要在氣相中1300℃程度的高溫對晶片進行處理，即製造溫度為1300℃程度的高溫，所以晶片的變形大，破碎發生率高，其生產效率差，因此作為彈性表面聲波裝置用材料價格偏高。再者，在該製造方法中，Li2 O的蒸氣壓低，按距離Li源的遠近，被改性樣品的改性度產生不均一性，這種品質的不均一性在工業化中會成為大問題。
進一步，在專利文獻5記載的製造方法中，富Li改性的LT在氣相平衡法處理後沒有進行單一分極處理，本發明人對該點進行了確認，新得知沒有進行單一分極處理的富Li改性的LT，具有SAW裝置的Q值小的問題。
因此，本發明，就是鑒於所述的問題而成的，本發明的目的，就是提供一種變形小，沒有破裂以及傷痕的，而且，溫度特性比以往的回轉Y切割LiTaO3 基板良好，電氣機械結合係數大，進而，裝置的Q值高的鉭酸鋰單結晶基板以及使其與基底基板接合的接合基板和使用這些基板的彈性表面聲波裝置。
本發明人，為了達成所述目的進行了深入的研究，得知如果對大致同成分組成的基板加以Li擴散氣相處理，進行改性，得到在基板的厚度方向上，離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越減少的濃度分布範圍，由此即使不進行使到基板厚方向的中心部附近具有同一的Li濃度的結晶構造的改性，也可以得到，在用於彈性表面聲波元件等時，變形小，沒有破裂以及傷痕，溫度特性良好的壓電性氧化物單結晶基板。再者，得知Li改性的範圍以及單一分極處理的有無為對裝置的Q值有影響，從而得到了本發明。
即，本發明的鉭酸鋰單結晶基板為，從結晶方位為回轉36°Y～49°Y切割的回轉Y切割LiTaO3 基板的表面向內部使Li擴散，具有基板表面和基板內部的Li濃度不同的濃度分布的LiTaO3 單結晶基板，其特徵在於：該LiTaO3 單結晶基板實施了單一分極處理，從基板表面到在LiTaO3 基板表面傳送的彈性表面聲波或者洩露彈性表面聲波的波長的5～15倍的深度，具有大略相同的Li濃度。
進而，本發明的Li濃度分布，以離回轉Y切割LiTaO3 基板的基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越減少的濃度分布為優選，以基板表面的Li與Ta的比率為Li：Ta=50-α：50+α，α為-0.5＜α＜0.5的範圍為優選。再者，以在基板中摻雜濃度25ppm～150ppm的濃度的Fe為優選。
進一步，本發明的鉭酸鋰單結晶基板，與基底基板的接合可作為接合基板使用。在該場合，作為接合基板，優選將接合面的相反側的LiTaO3 表層清除，但是，要使Li濃度大略相同的部分的至少一部分留下，再者，作為基底基板以Si、SiC以及尖晶石的任何一個為優選。
本發明的鉭酸鋰單結晶基板以及接合基板，作為彈性表面聲波裝置的材料非常合適。
根據本發明，可以提供一種與以往的回轉Y切割LiTaO3基板相比，溫度特性良好，電氣機械結合係數大，裝置的Q值高的鉭酸鋰單結晶基板。再者，還可以廉價提供使用所述單結晶基板的彈性表面聲波裝置，該裝置可良好地適用於智慧型手機中所必須的寬帶域帶。
以下，對本發明的實施方式進行詳細說明，但是本發明並不限於這些實施方式。
本發明的鉭酸鋰單結晶基板具有，在基板表面和基板內部的Li濃度不同的濃度分布（profile）。進而，具有在基板的厚度方向上，離基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越減少的濃度分布的範圍，由於其製作上的容易度，所以優良。具有這樣的Li的濃度分布範圍的基板，可以用公知的方法從基板表面使Li擴散，而製作。
進而，在此，所謂「濃度分布」是指連續的濃度的變化。
再者，本發明的鉭酸鋰單結晶基板特徵為，從基板表面，到在LiTaO3 基板表面傳送的彈性表面聲波或者洩露彈性表面聲波的波長的5～15倍的深度，具有大略相同的Li濃度。如果具有大略相同的Li濃度的範圍為從基板表面到在LiTaO3 基板表面傳送的彈性表面聲波或者洩露彈性表面聲波的波長的5倍以上的深度的話，與不進行Li擴散處理LiTaO3 基板相比，能顯示出同程度或者同程度以上的Q值。另一方面，如具有大略相同的Li濃度的範圍為超過波長的15倍的深度的活，Li的擴散費時，使生產效率變差，而且，Li擴散需時越長基板越易變形以及發生破裂，不好。
鉭酸鋰單結晶的Li濃度可以藉由測定拉曼轉移峰進行評價。關於鉭酸鋰單結晶，拉曼轉移峰的半值寬與Li濃度（Li/(Li+Ta)的值）之間，大略成線形的關係（非專利文獻的「2012 IEEE 「International Ultrasonics Symposium Proceedings」　page(s):1252-1255, Applied Physics A 56, 311-315 (1993)參照）。因此，如果用表示該關係的式子，可以對氧化物單結晶基板的任意的位置的組成進行評價。
拉曼轉移峰的半值寬和Li濃度的關係式，可以藉由對組成為已知，Li濃度不同的幾個試樣的拉曼半值寬進行測定來得到，但是，如果拉曼測定的條件相同的話，可以用所述非專利文獻等記載的關係式。例如，鉭酸鋰單結晶，可以用下述式（1）。
＜式1＞ Li/（Li+Ta）=（53.15-0.5FWHM1 ）/100 進而，在此，「FWHM1」為，600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半值寬，測定條件的詳細內容，可以參照相關的文獻。
本發明的所謂「具有從基板表面大略相同的Li濃度的範圍」是指，具有對基板表面的600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半值寬±0.2cm-1 程度或者對基板表面的Li/(Li+Ta)的值±0.001程度的範圍。
本發明的鉭酸鋰單結晶基板的特徵為進行了單一分極處理，但是該分極處理優選在Li擴散處理後進行，如果進行了該分極處理，與沒有進行分極處理的場合相比，其Q值可以變大。
再者，本發明的鉭酸鋰單結晶基板，以基板表面的Li與Ta的比率為Li：Ta=50-α：50+α，α為-0.5＜α＜0.5的範圍為優選。其原因為，如果基板表面的Li與Ta的比率為所述的範圍的話，可以在判斷該基板表面為偽（pseudo）化學計量組成的同時，特別是具有優良的溫度特性。
本發明的鉭酸鋰單結晶基板，例如大致同成分組成的氧化物單結晶基板，可以藉由進行從該基板表面向內部進行Li擴散的氣相處理來製作。大致同成分組成的氧化物單結晶基板的製作，為在通過Czochralski法等的公知的方法得到單結晶鑄塊後，將其進行切割即可，還可根據需要進行研磨處理等。
再者，本發明的鉭酸鋰單結晶基板中，還可以以25ppm～150ppm的濃度摻雜Fe。Fe在25ppm～150ppm的濃度摻雜的鉭酸鋰單結晶基板，Li擴散的擴散速度可以提高2成左右，Li擴散鉭酸鋰晶片的生產效率得到提高，所以優選。作為摻雜手法，在用Czochralski法得到單結晶鑄塊時，可以藉由在原料中摻雜適宜量的Fe2 O3 ，來達成鉭酸鋰單結晶基板Fe的摻雜。
進一步，本發明的實施的分極處理，可以通過公知的方法來進行，關於氣相處理，可以以以下的實施例中的在以Li3 TaO4 為主成分的粉體中將基板埋入來進行，但是成分以及物質的狀態，並不限定於這些。進而，關於進行了氣相處理的基板，還可以根據需要進行進一步的加工以及處理。
本發明的鉭酸鋰單結晶基板，可以與各種基底基板接合，形成接合基板。該基底基板，沒有特別的限定，可以根據目的進行適宜選擇，但是以使用Si、SiC以及尖晶石中的一種為優選。
再者，在製作本發明的接合基板的場合，可以將接合面的相反側的LiTaO3 表層清除，但是要使鉭酸鋰單結晶基板的Li濃度為大略相同的部分的至少一部分被留下，從而得到具有作為彈性表面聲波元件的優良的特性的接合基板。
用本發明的鉭酸鋰單結晶基板以及接合基板製作的彈性表面聲波裝置，在溫度特性優良的同時，特別是適宜於作為第四代行動電話等的部件來使用。 [實施例]
以下，對本發明的實施例以及比較例進行具體說明。
＜實施例1＞ 實施例1中，首先，將進行了單一分極處理的大致同成分組成的Li:Ta的比為48.5：51.5的4英吋徑鉭酸鋰單結晶鑄塊切片，將42°回轉Y切割的鉭酸鋰基板切成370μm厚。此後，根據需要，各切片晶片的面粗度用研磨加工調整為算術平均粗度Ra值為0.15μm，最後為厚度350μm。
然後，對表裡面進行平面研磨精加工為Ra值0.01μm的準鏡面的基板，埋入以Li3 TaO4 為主成分的由Li，Ta，O組成的粉體中。在該場合，作為以Li3 TaO4 為主成分的粉體，為將Li2 CO3 :Ta2 O5 粉以莫耳比7:3的比例混合，在1300℃進行12小時煆燒而成。進而，這樣的以Li3 TaO4 為主成分的粉體被裝入小容器，在Li3 TaO4 粉中將切片晶片多枚埋入。
進而，將該小容器裝在電爐上，該爐內為N2 氛圍，975℃、100小時加熱，使Li從切片晶片的表面向中心部擴散。此後，在該處理的降溫過程中800℃、12小時退火處理，此後，將晶片在進一步降溫過程的770℃～500℃之間，在大略+Z軸方向上施加4000V/m的電場，此後，進行將溫度變為室溫的處理。再者，在該處理之後，將粗面側噴砂使Ra值為約0.15μm的精加工的同時，對該大略鏡面側進行3μm的研磨加工，製作多枚鉭酸鋰單結晶基板。
將這樣製作的鉭酸鋰單結晶基板1枚，用雷射拉曼分光測定裝置（HORIBA Scientific公司製LabRam HR系列，Ar離子雷射，光斑尺寸1μm，室溫），對該基板從外周側面離開1cm以上的任意部分，在從表面至深度方向上，對Li擴散量的指標600cm-1 附近的拉曼轉移峰的半值寬進行測定，得到圖1所示的拉曼分布的結果。
從圖1的結果，可知該鉭酸鋰單結晶基板為，在該基板表面和基板內部的拉曼半值寬不同，在基板的深度方向上，在0μm～約18μm的位置，拉曼半值寬為5.9～6.0cm-1 ，大概為一定。再者，在進一步深的位置，具有離基板中心部越近，拉曼半值寬的值有増大的傾向。
再者，鉭酸鋰單結晶基板的厚度方向的深度80μm處的拉曼半值寬為，9.3cm-1 ，雖然在圖中被省略了，但是，基板的厚度中心位置的拉曼半值寬也為9.3cm-1 。
從以上的圖1的結果可以得知，實施例1中，具有，基板表面近傍和基板內部的Li濃度不同，離基板表面越近Li濃度越高，在基板深度方向上，Li濃度減少的濃度分布的範圍。再者，也可以確認到從LiTaO3 基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度。
再者，從圖1的結果，從鉭酸鋰單結晶的基板表面到深度方向上的18μm的深度位置，拉曼半值寬為，約5.9～6.0cm-1 ，可以用所述式（1），得到該範圍中的組成為大約Li/(Li+Ta)=0.515～0.52，所以可以確認為偽化學計量組成。
進一步，由於鉭酸鋰單結晶的基板的厚度方向的中心部的拉曼半值寬為約9.3cm-1 ，同樣用所述式（1），得到Li/(Li+Ta)的值為0.485，所以可以確認為大致同成分組成。
這樣，在實施例1的回轉Y切割LiTaO3 基板的場合，從該基板表面到Li濃度開始減少的範圍或者到濃度結束増大的範圍為偽化學計量組成，基板的厚度方向的中心部為大致同成分組成。進而，Li濃度開始減少的位置或者Li濃度結束増大的位置為，從基板表面到厚度方向20μm的位置。
然後，進行了Li擴散的4英吋的鉭酸鋰單結晶基板的變形用雷射干涉方式來進行測定，得知其值為60μm的小值，沒有發現破裂以及裂紋。
再者，將從進行了Li擴散的4英吋的42°Y切割鉭酸鋰單結晶基板切出的小片，用中國科學院聲樂研究所製的d33/d15壓電測定儀（ZJ-3BN型），測定各個主面和裡面的厚度方向上施加的垂直振動而激起的電壓波形，得到晶片的所有的場所的壓電反響波形。由於實施例1的鉭酸鋰單結晶基板為，基板面內的都有壓電性，所以可以作為單一分極彈性表面聲波元件來使用。
然後，將實施例1得到的進行了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板進行濺鍍處理，形成0.2μm厚的Al膜，此後，進行抗蝕劑塗布，在曝光器中，使1段的梯型濾波器和諧振器的電極圖案曝光・顯影，用RIE（反應性離子蝕刻）設置SAW裝置的電極。 進而，使該圖案化的1段梯形濾波器電極的一波長為，直列諧振器的場合2.33μm，並列諧振器的一波長為2.47μm。再者，評價用諧振器單體，使其1波長為2.50μm。
該1段的梯型濾波器，在用RF探測器對該SAW波形特性進行確認，可以得到圖2所示的結果。圖2中，為了比較，在沒有進行Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板上形成與所述相同的電極，將對該SAW波形的測定結果，也一併圖示。
從圖2的結果，可以確認到，在由進行了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板構成的SAW濾波器中，插入損失為3dB以下的頻率寬為，93MHz，該濾波器的中心頻率為1745MHz。與此相對，由沒有進行Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板構成的SAW濾波器中，該插入損失為3dB以下的頻率寬為80MHz，該濾波器的中心頻率為，1710MHz。
再者，基台的溫度變為約16℃～70℃，對於與圖2的深度（deep）的右側的頻率相當的反諧振頻率和與深度（deep）的左側的頻率相當的諧振頻率的溫度係數分別進行確認，可知諧振頻率的溫度係數為-21ppm/℃，反諧振頻率的溫度係數為-42ppm/℃，平均的頻率溫度係數為-31.5ppm/℃。為了進行比較，對沒有實施了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的溫度係數也進行了確認，得知諧振頻率的溫度係數為-33ppm/℃，反諧振頻率的溫度係數-43ppm/℃，平均的頻率溫度係數為-38ppm/℃。
因此，從以上的結果，可知，實施例1的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有進行了Li擴散處理的基板相比，本實施例的濾波器的插入損失為3dB以下的帶域為1.2倍寬。再者，可知關於溫度特性，平均的頻率溫度係數，與沒有進行Li擴散處理的基板相比，小6.5ppm/℃左右，對溫度特性變動少，所以溫度特性良好。
然後，從實施例1的實施了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板製作的波長2.5μm的1端口SAW諧振器，可以得到圖3所示的SAW波形。進而，圖3中，作為比較，也從沒有進行Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板製作同樣的1端口SAW諧振器，將得到的SAW波形的結果一併圖示。
進而，從圖3的SAW波形的結果，在求取反諧振頻率和諧振頻率的值的同時，按下述式（2）算出電氣機械結合係數k2 ，如表1所示的那樣，實施例1的實施了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板中，所述電氣機械結合係數k2 為7.7%，為沒有實施了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的約1.2倍的值。
＜式2＞ K2 計算式： fr ：諧振頻率fa ：反諧振頻率
再者，圖4中，實施例1的SAW諧振器，在對輸入阻抗（Zin）的實部・虛部與頻率的關係進行圖示的同時，對使用BVD模型的下述式（3）(非專利文獻的「John D. et al.,“Modified Butterworth-Van Dyke Circuit for FBAR Resonators and Automated Measurement System”, IEEE ULTRASONICS SYMPOSIUM, 2000, pp.863-868」参照)計算的輸入阻抗的計算值與頻率的關係也一併加以圖示。 進而，從圖4的圖形曲線A以及B的結果，可以得知用實施例測定的輸入阻抗的值和BVD模型的計算值，非常一致。
進一步，表1中，表示了用下述式（3）求得的Q值的結果，圖5中，SAW諧振器的Q循環實測值和BVD模型的計算值一併予以圖示。 進而，對於Q循環，將輸入阻抗（Zin）的實部作為橫軸，輸入阻抗（Zin）的虛部為縱軸進行表示。
由於從圖5中的Q循環曲線C的結果，可以確認實施例1測定的輸入阻抗的值和BVD模型的計算值非常一致，用BVD模型的下述式（3）求得的Q值，可以說是妥當的值。再者，關於Q循環，可以確認，大概是如果半徑大，Q值也大。
再者，表1以及圖5中，為了比較，對沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的結果（圖5中的Q循環曲線D參照）也一併加以表示，可以確認實施例1的Q，與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板的Q為同程度，或其以上的值。
＜式3＞其中：
＜實施例2＞ 實施例2中也是，首先，用與實施例1的同樣的方法，製作從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，將該基板表面進行2μm研磨，從基板表面到16μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。
進而，對得到的鉭酸鋰單結晶基板，與實施例1同樣進行評價，其結果為如表1所示。再者，如用晶片的X方向傳送的洩露彈性表面聲波的波長規格化，從基板表面具有Li濃度相同的範圍的深度為6.4波長。
實施例2的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板相比，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性也好，Q值也為同程度或其以上的值。
＜實施例3＞ 實施例3也，首先，用與實施例1的同樣的方法，製作具有從基板表面到18μm的深度為大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，將該基板表面進行4μm研磨，得到從基板表面到14μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。
進而，對得到的鉭酸鋰單結晶基板，進行與實施例1同樣的評價，其結果，如表1所示。再者，如將晶片的X方向傳送的洩露彈性表面聲波的波長進行規格化，從基板表面到Li濃度相同的範圍的深度為5.6波長。
實施例3的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板相比較，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性也好，Q值也為同程度或其以上的值。
＜實施例4＞ 實施例4中也是，首先，用與實施例1同樣的方法，製作從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，將該基板表面進行5.5μm研磨，從基板表面到12.5μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。
進而，對將得到的鉭酸鋰單結晶基板，進行與實施例1的同樣的評價，其結果為，如表1所示。再者，如用晶片的X方向傳送的洩露彈性表面聲波的波長進行規格化，從基板表面到Li濃度相同的範圍的深度為5.0波長。
實施例4的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有實施了Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板相比較，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性也優良，Q值也為同程度或其以上。
＜實施例5＞ 實施例5中，首先，用與實施例1的同樣的方法，製作從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，將該基板與200μm厚的Si基板用非專利文獻「Takagi H. et al，“Room-temperature wafer bonding using argonbeam activation”From Proceedings-Electrochemical Society (2001),99-35(Semiconductor Wafer Bonding: Science, Technology, and Applications V), 265-274.」記載的常溫接合法進行接合成接合基板。具體地，在高真空室中安裝上洗浄的基板，用離子束中性化的氬氣的高速原子束對基板表面進行照射活性化處理後，鉭酸鋰單結晶基板和Si基板接合。
進而，對該接合基板的接合界面用透過電子顯微鏡進行觀察，如圖6所示的那樣，接合界面的偽化學計量組成LiTaO3 與Si的原子之間交錯，接合強固。
再者，進行研削・研磨，使該接合基板從接合界面到LiTaO3 側18μm的範圍存留，得到Li擴散的回轉Y切割LiTaO3 基板和矽基板接合的接合基板。
然後，對如此得到的接合基板，進行與實施例1同樣的評價，其結果，如表2所示。從其結果，可知實施例5的接合基板也顯示出大的電氣機械結合係數和值Q，溫度特性也優良。
＜實施例6＞ 實施例6中，首先，按照實施例1同樣的方法，製作從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，將該基板與200μm厚的Si基板按所述非專利文獻記載的常溫接合法進行接合得到接合基板。
進而，對該接合基板的接合界面用透過電子顯微鏡觀察，得知其與實施例5同樣，接合界面的偽化學計量組成LiTaO3 與Si的原子相互交織成為強固的接合。
再者，進行研削・研磨，使從接合界面到在LiTaO3 側1.2μm的範圍存留，得到Li擴散的回轉Y切割LiTaO3 基板和矽基板的接合基板。
然後，將這樣得到的接合基板，進行與實施例1同樣的評價，其結果如表2所示。從該結果，可以得知實施例6的接合基板也具有大的電氣機械結合係數和Q值，溫度特性也優良。
[比較例] 以下所示的比較例，除了沒有進行單一分極處理以外，用與實施例1的同樣的方法製作鉭酸鋰單結晶基板。 ＜比較例1＞ 比較例1中，在實施Li擴散處理後的降溫過程中，沒有在770℃～500℃之間，施加大略+Z軸方向電場（不實施單一分極處理），除此以外，用於實施例1同樣的方法製作鉭酸鋰單結晶基板。
比較例1的鉭酸鋰單結晶基板，顯示出與實施例1的同樣的拉曼分布，從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度。
再者，對從實施了比較例1的Li擴散的4英吋的42°Y切割鉭酸鋰單結晶基板切出的小片，用中國科學院聲樂研究所製d33/d15壓電測定儀（ZJ-3BN型），觀察對各個的主面和裡面分別施加厚度方向的垂直振動是否激起電壓波形，晶片的所有的場所沒有得到壓電應答。因此，可以確認到比較例1的鉭酸鋰單結晶基板為，基板面內所有的厚度方向上都沒有壓電性，沒有單一分極。
另一方面，對該小片置於d15單元，對基板的水平方向施加振動，在厚度方向上得到壓電應答，雖然比較例1的鉭酸鋰單結晶基板，對厚度方向的振動沒有得到厚度方向的壓電應答，但是如在基板的水平方向施加振動，產生壓電性，可以確認為一種特殊的壓電體。
再者，對於比較例1的鉭酸鋰單結晶基板，進行與實施例1同樣的評價，其結果如表1所示。從該結果，比較例1的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板相比較，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性也優良，但是，其Q值小。
＜比較例2＞ 比較例2中，首先，用與實施例1同樣的方法，製作從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，將該基板表面研磨8μm，製作從基板表面到10μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。
進而，對比較例2的鉭酸鋰單結晶基板，進行與實施例1同樣的評價，其結果如表1所示。再者，如用晶片的X方向傳送的洩露彈性表面聲波的波長進行規格化，得知從基板表面Li濃度相同的範圍的深度為4.0波長。
從該結果，比較例2的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板相比較，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性優良，但是，如圖5中的Q循環曲線E表示的那樣，其Q值小。
＜比較例3＞ 比較例3中，首先，用與實施例1同樣的方法，製作從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，該基板表面進行12μm研磨，製得從基板表面到8μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。
進而，對比較例3的鉭酸鋰單結晶基板，用與實施例1的同樣進行評價，得知其結果如表1所示。再者，如用晶片的X方向傳送的洩露彈性表面聲波的波長進行規格化，得到從基板表面Li濃度相同的範圍的深度為3.2波長。
從該結果，得知比較例3的鉭酸鋰單結晶基板與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板比較，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性優良，但是，其Q值小。
＜比較例4＞ 比較例4中，首先，用於實施例1同樣的方法，製得從基板表面到18μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。然後，對該基板表面進行14μm研磨，製得從基板表面到6μm的深度具有大概相同的Li濃度的鉭酸鋰單結晶基板。
進而，對比較例4的鉭酸鋰單結晶基板，進行與實施例1同樣的評價，其結果為表1所示。再者，如用晶片的X方向傳送的洩露彈性表面聲波的波長進行規格化，得知從基板表面Li濃度相同的範圍的深度為2.4波長。
從該結果，得知比較例3的鉭酸鋰單結晶基板，與沒有實施Li擴散處理的42°Y切割的鉭酸鋰單結晶基板相比較，電氣機械結合係數k2 大，溫度特性優良，但是如圖5中的Q循環曲線F表示的那樣，其Q值小。
表1
表2
A‧‧‧圖4中的Im（Zin）測定值和用BVD模型計算值的曲線（實線和點線）
B‧‧‧圖4中的Re（Zin）測定值和用BVD模型計算值的曲線（實線和點線）
C‧‧‧圖5中的實施例1的輸入阻抗（Zin）的測定值（實線）和BVD 模型計算值（點線）的Q循環曲線
D‧‧‧圖5中的沒有Li擴散處理的場合的輸入阻抗（Zin）的測定值 （實線）和BVD模型的計算值（點線）的Q循環曲線
E‧‧‧圖5中的比較例2（從基板表面具有相同的Li濃度的深度為10μm的場合）的輸入阻抗（Zin）的測定值（實線）和BVD模型的計算值（點線）的Q循環曲線
F‧‧‧圖5中的比較例4（從基板表面具有相同的Li濃度的深度為6μm的場合）輸入阻抗（Zin）的測定值（實線）和BVD模型計算值（點線）的Q循環曲線
圖1是表示實施例1的拉曼分布圖。
圖2是表示實施例1的SAW濾波器的插入損失波形圖。
圖3是表示實施例1的SAW諧振器波形圖。
圖4是表示實施例1的SAW諧振器波形、輸入阻抗(Zin)實線‧虛線波形以及BVD模型得到的計算值的圖。
圖5是表示將實施例1以及比較例2、4的SAW諧振器的輸入阻抗(Zin)的測定值和BVD模型得到的計算值，用以實部為橫軸以虛部為縱軸而成的Q循環圖。
圖6是表示實施例5的接合基板的LiTaO3和Si接合界面附近的透過式電子顯微鏡的照片。

Claims (11)

  1. 一種鉭酸鋰單結晶基板，其為從結晶方位為回轉36°Y~49°Y切割的回轉Y切割LiTaO3基板的表面向內部進行Li擴散，具有基板表面和基板內部的Li濃度不同的濃度分布的LiTaO3單結晶基板，其特徵在於：所述LiTaO3單結晶基板，被施以單一分極處理，從所述基板表面到，在所述LiTaO3基板表面傳送的彈性表面聲波或者洩露彈性表面聲波的波長的5~15倍的深度，具有大略相同的Li濃度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鉭酸鋰單結晶基板，其所述Li濃度分布為，離所述回轉Y切割LiTaO3基板的基板表面越近Li濃度越高，離基板中心部越近Li濃度越少。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的鉭酸鋰單結晶基板，所述基板表面的Li與Ta的比率為Li：Ta=50-α：50+α，α為-0.5<α<0.5的範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的鉭酸鋰單結晶基板，在基板中以25ppm~150ppm的濃度摻雜Fe。
  5. 一種接合基板，其特徵在於：將申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的鉭酸鋰單結晶基板與基底基板接合而構成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的接合基板，將接合面的相反側的LiTaO3表層清除，但是，Li濃度為大略相同的部分的至少一部分存留。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述的接合基板，所述基底基板為，Si、SiC以及尖晶石的任一個。
  8. 一種彈性表面聲波裝置，其特徵在於：其用申請專利範圍第 1項至第4項中任一項所述的鉭酸鋰單結晶基板或者申請專利範圍第5項至第7項中任一項所述的接合基板構成。
  9. 一種接合基板的製造方法，其特徵在於：將具有基板表面和基板內部的Li濃度不同的濃度分布、從至少一方的基板表面到任意的深度Li濃度為大略相同的LiTaO3單結晶基板與基底基板接合，將接合面的相反側的LiTaO3表層清除，但是要使Li濃度為大略相同的部分的至少一部分存留。
  10. 一種接合基板的製造方法，其特徵在於：將具有所述基板表面和基板內部Li濃度不同的濃度分布，從至少一方的基板表面到任意的深度的Li濃度大略相同的LiTaO3單結晶基板與基底基板接合，將接合面的相反側的LiTaO3表層清除，僅使Li濃度為大略相同的部分存留。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述的接合基板的製造方法，所述Li濃度為大略相同的部分為偽化學計量組成。
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