WO2019082901A1 - 複合基板、およびそれを用いた弾性波素子 - Google Patents

複合基板、およびそれを用いた弾性波素子

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composite
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伊藤　幹
哲也 岸野
惣一朗 野添
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京セラ株式会社
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials

Definitions

  • the present disclosure relates to a composite substrate and an acoustic wave device using the same.
  • the elastic wave element is used, for example, as a band pass filter in communication devices such as mobile phones.
  • LT lithium niobate or lithium tantalate
  • the present disclosure has been made in view of such problems, and provides a composite substrate for providing an acoustic wave device having excellent electrical characteristics, and an acoustic wave device using the same.
  • the composite substrate of the present disclosure includes a first substrate made of a lithium tantalate (LT) substrate, and a second substrate made of silicon single crystal joined to the first substrate.
  • the first substrate has an Euler angle of (0 °, ⁇ , ⁇ ).
  • the second substrate has an Euler angle of ( ⁇ 45 °, ⁇ 54.7 °, ⁇ ).
  • ⁇ is ⁇ 40 ° to ⁇ 60 ° or 120 ° to 140 °
  • ⁇ is 0 ° or 180 °, and either of the following is satisfied.
  • (1) ⁇ ⁇ ⁇ 20 ° and its equivalent orientation, (2) ⁇ + 160 ° ⁇ ⁇ ⁇ + 200 °.
  • the composite substrate of the present disclosure includes a first substrate made of a lithium tantalate (LT) substrate, and a second substrate made of silicon single crystal joined to the first substrate.
  • the first substrate has an Euler angle of (0 °, ⁇ , ⁇ ).
  • the second substrate has an Euler angle of ( ⁇ 45 °, ⁇ 54.7 °, ⁇ ).
  • ⁇ is ⁇ 40 ° to ⁇ 60 ° or 120 ° to 140 °
  • the elastic wave device of the present disclosure includes the above-described composite substrate, and an IDT electrode formed on the upper surface of the first substrate of the composite substrate.
  • FIG. 1 (a) is a top view of a composite substrate according to the present disclosure
  • FIG. 1 (b) is a partially broken perspective view of FIG. 1 (a). It is an explanatory view of a surface acoustic wave element concerning this indication.
  • Fig.3 (a) is a diagram which shows the frequency characteristic of an elastic wave element
  • FIG.3 (b) is a principal part enlarged view of Fig.3 (a).
  • FIG. 4 (a) is a diagram showing frequency characteristics of the elastic wave element
  • FIG. 4 (b) is an enlarged view of the main part of FIG. 4 (a).
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are calculation results showing the characteristics of the elastic wave element when the Euler angle of the silicon crystal is changed.
  • the composite substrate 1 of the present embodiment is a so-called bonded substrate, and is configured of a first substrate 10 and a second substrate 20 bonded to the first substrate 10.
  • FIG. 1 (a) shows a top view of the composite substrate 1
  • FIG. 1 (b) shows a perspective view in which a part of the composite substrate 1 is broken.
  • the first substrate 10 is formed of a piezoelectric single crystal substrate made of LT (LiTaO 3 ) crystal.
  • LT LiTaO 3
  • ⁇ -40 ° to -60 °, or 120 ° to 140 °. This is equivalent to either the back of a 30 ° to 50 ° Y cut or a 30 ° to 50 ° Y cut.
  • ⁇ is 0 ° or 180 °.
  • the thickness of the first substrate 10 is constant, and may be appropriately set according to the technical field to which the acoustic wave device is applied, the specifications required for the acoustic wave device, and the like. Specifically, the thickness of the first substrate 10 may be 0.3 ⁇ m to 25 ⁇ m, or may be thinner. The thickness may be 1 to 20 times the ⁇ defined by twice the repetition interval (pitch) of the electrode fingers 32 of the IDT electrode 31 described later. In particular, in the case of 2 ⁇ or less, the elastic wave can be reduced in loss in the first substrate 10. Further, it may be 0.1 ⁇ to 0.5 ⁇ . In this case, the resonance frequency of the elastic wave excited by the IDT electrode 31 can be increased. The planar shape and various dimensions of the first substrate 10 may be set appropriately.
  • the second substrate 20 is made of Si single crystal. Since the Si single crystal has the strength to support the first substrate 10, the highly reliable composite substrate 1 can be provided. Furthermore, the Si single crystal has a smaller thermal expansion coefficient than the material of the first substrate 10. In this case, when a temperature change occurs, a thermal stress is generated in the first substrate 10, and at this time, the temperature dependency and the stress dependency of the elastic constant cancel each other, and the temperature change of the electrical characteristics of the acoustic wave device Be compensated.
  • the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) of the second substrate 20 are (-45 °, -54.7 °, ⁇ ), and the value of ⁇ will be described later. The above-mentioned Euler angles correspond to the (111) plane of the Si single crystal.
  • the thickness of the second substrate 20 is, for example, constant, and may be appropriately set similarly to the thickness of the first substrate 10. However, the thickness of the second substrate 20 is set in consideration of the thickness of the first substrate 10 so that temperature compensation is suitably performed. As an example, the thickness of the second substrate 20 may be thicker than that of the first substrate 10, and the thickness of the second substrate 15 is 50 to 300 ⁇ m while the thickness of the first substrate 10 is 1 to 30 ⁇ m. The planar shape and various dimensions of the second substrate 20 may be equivalent to that of the first substrate 10.
  • the first substrate 10 and the second substrate 20 may be bonded by so-called direct bonding in which the bonding surface is activated with plasma, ion gun, neutron gun or the like and then bonded without an adhesive layer.
  • the bonding surface between the first substrate 10 and the second substrate 20 has a flatness that allows direct bonding.
  • the arithmetic mean roughness of the bonding surface capable of direct bonding is less than 1 nm.
  • the intermediate layer enables bonding between the two and can adjust the acoustic characteristics.
  • the intermediate layer SiO 2, Ta 2 O 5 , Si 3 N 4, Si, AlN, a TiO 2 can be exemplified. These intermediate layers may have a thickness of, for example, 1 ⁇ or less.
  • the composite substrate 1 is divided into a plurality of sections as shown in FIG. 2, and each of the sections becomes an acoustic wave element 30. Specifically, the composite substrate 1 is cut out into pieces for each section to form the elastic wave element 30.
  • the elastic wave element 30 is provided with an IDT electrode 31 for exciting a surface acoustic wave on the upper surface of the first substrate 10.
  • the IDT electrode 31 has a plurality of electrode fingers 32, and an elastic wave propagates along the arrangement direction.
  • the arrangement direction is substantially parallel to the X axis of the piezoelectric crystal of the first substrate 10.
  • the elastic wave element 30 can suppress the change of the frequency characteristic (electrical characteristic) due to the temperature change by using the composite substrate 1.
  • the first substrate 10 is thin and the second substrate 20 is bonded, in the acoustic wave device 30, bulk waves are reflected on the lower surface of the first substrate 10 to generate bulk wave spurious.
  • this bulk wave spurious is generated in the filter of the pass band of other filters when the IDT electrodes 31 are combined to form a filter, the isolation characteristics deteriorate or the loss in that frequency band There was a risk of getting bigger.
  • the propagation angle of the second substrate 20 with respect to the propagation angle of the first substrate 10 has a constant relationship. It has been found that it is possible to realize low loss at a frequency higher than the antiresonance frequency and to improve the attenuation characteristic. Note that “adjusting the propagation angle” between the first substrate 10 and the second substrate 20 is to change and rotate the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ), and the relationship between ⁇ and ⁇ The second substrate 20 is rotated with respect to the first substrate 10, and the direction of the silicon crystal with respect to the X axis of the piezoelectric crystal of the first substrate 10 is also changed.
  • adjusting the propagation angle is hereinafter referred to as the Euler angle ⁇ ( ⁇ of the first substrate 10, ⁇ of the second substrate 20) or silicon relative to the X axis of the first substrate 10 It may be shown at an angle formed by the crystal.
  • the plane orientation of silicon is (111), and the orientation of the orientation flat is rotated by an angle of 0 ° ⁇ 20 ° or 60 ° ⁇ 20 ° from the usual ⁇ 110 ⁇ .
  • ⁇ 110 ⁇ indicates the direction, and the plane equivalent to the (110) plane is not displayed collectively.
  • the orientation flat of the first substrate 10 is provided to be orthogonal to the propagation direction of the elastic wave, the normal of the orientation ⁇ 110 ⁇ of the silicon crystal with respect to the X axis of the piezoelectric crystal which is the propagation direction of the elastic wave.
  • the second substrate 20 is bonded so that the angle .theta.
  • the orientation flat of the first substrate 10 is orthogonal to the propagation direction of the elastic wave (the X-axis direction of the LT substrate).
  • ⁇ of the second substrate 20 is equivalent to the angle of the [1-10] direction of Si with respect to the propagation direction (X axis) of the first substrate 10.
  • ⁇ of the first substrate 10 is 0 ° or 180 °
  • ⁇ of the second substrate 20 is 0 ° ⁇ 20 ° or 60 ° ⁇ 20 °.
  • the basic configuration model of the elastic wave element 30 is as follows.
  • Example 1-1: ⁇ 0 °
  • Example 1-2: ⁇ 20 °
  • Example 1-3: ⁇ 40 °
  • Example 1-4: ⁇ 60 °
  • Example 2: Set ⁇ of the first substrate 10 to 180 °, and change ⁇ of the Euler angles ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) ( ⁇ 45, ⁇ 54.7, ⁇ ) of the second substrate 20)
  • Example 2-1: ⁇ 0 °
  • Example 2-2: ⁇ 20 °
  • Example 2-3: ⁇ 40 °
  • Example 2-4: ⁇ 60 ° Phase characteristics of Examples 1 and 2 are shown in FIGS.
  • FIGS. 3 and 4 the vertical axis represents phase (unit: deg), and the horizontal axis represents frequency (unit: MHz).
  • 3 (a) and 4 (a) show the characteristics of a wide frequency range including the resonance frequency and the antiresonance frequency
  • FIGS. 3 (b) and 4 (b) show FIGS. 3 (a) and 3 (a).
  • Fig. 4A is a partially enlarged view of Fig. 4 (a) and shows the characteristics on the higher frequency side than the antiresonance frequency.
  • the transition of Sp-fr is indicated by a line L11, and the transition of Sp2 is indicated by a line L12.
  • the transition of Sp-fr is indicated by a line L21, and the transition of Sp2 is indicated by a line L22.
  • the Euler angles of the first substrate 10 are (0 °, -40 ° to -60 °, ⁇ ), and the Euler angles of the second substrate 20 are (-45 °, -54.7, ⁇ ), and ⁇
  • ⁇ is 0 ° or 180 °
  • Sp-fr can be stably increased if ⁇ and the Euler angle equivalent thereto are taken. That is, the spurious can be shifted to the high frequency side, and the intensity of the entire spurious can be lowered.
  • ⁇ 180 ° + ⁇ and the Euler angle equivalent to that it is possible to reduce the intensity of Sp2. That is, it was confirmed that the spurious intensity could be reduced.
  • angles equivalent to the Euler angles (-45, -54.7, -20 to 20) of the second substrate 20 are (-45, -54.7, 100 to 140), (-45, -54. 7, 220-260).
  • angles equivalent to (-45, -54.7, 40-80) are (-45, -54.7, 160-200), (-45, -54.7, 280-320) It can be mentioned.
  • FIG. 6 shows the results of examining the magnitude of Sp-fr and the magnitude of Sp2 for each combination of Euler angles. As apparent from FIG. 6, even if there is a difference in ⁇ , it was confirmed that the expression of the above-mentioned effect can be controlled by adjusting the relationship between ⁇ and ⁇ .
  • the Euler angle of LT is (0, ⁇ , ⁇ ), ⁇ : ⁇ 40 ° to ⁇ 60 ° (corresponding to 30 ° to 50 ° Y cut), or 120 ° to 140 ° (30 ° to 50 ° Y) Back of cut), ⁇ : 0 °, 180 °, LT / Si bonded wafer bonded with Si Euler angles ( ⁇ 45, ⁇ 54.7, ⁇ ),
  • (1) is a bonded wafer in which ⁇ is within 0 ° ⁇ 20 ° and its equivalent orientation, or (2) ⁇ is within 60 ° ⁇ 20 ° and its equivalent orientation.
  • (1) it is possible to move or reduce the spurious generated at the high frequency of the band to a higher frequency.
  • (2) it is possible to reduce the spurious peaks generated at high frequencies.
  • the intermediate layer may be located at the interface of LT / Si.
  • the elastic wave element 30 may include a capacitance unit 60 connected in parallel to the IDT electrode 31.
  • the capacitance portion 60 can reduce the difference (df) between the resonant frequency and the antiresonant frequency, so that it can be adjusted to have a desired df.
  • a capacitive portion 60 is formed of an interdigital electrode similar to the IDT electrode 31, the repetitive arrangement direction D1 of the electrode fingers 43 (capacitive portion electrode fingers 43) of the capacitive portion functions as a resonator.
  • the arrangement direction of the electrode fingers 32 of the IDT electrode 31 may be different. With such a configuration, the influence of the resonance by the capacitive section 60 can be reduced. Furthermore, as shown in FIG.
  • the maximum intensity of spurious was simulated when ⁇ of the second substrate 20 was changed.
  • the results are shown in FIG.
  • the horizontal axis is the arrangement direction D
  • the vertical axis is ⁇
  • the maximum intensity (MaxSP) of the spurious is indicated by contour lines.
  • the spurious intensity can be reduced.
  • the frequency is higher than the antiresonance frequency caused by the IDT electrode 31.
  • the relationship between the arrangement direction D1 of the capacitive portions 60 and the Euler angle of the second substrate 20 is the same even in the case where there is no intermediate layer between the first substrate 10 and the second substrate 20. Have confirmed that.

Abstract

タンタル酸リチウム結晶からなり、オイラー角が（０，α，γ）の第１基板１０と、前記第１基板１０に接合されたシリコン単結晶からなり、オイラー角が（－４５，－５４．７，β）の第２基板２０とを備え、αが－４０°～－６０°もしくは、１２０°～１４０°であり、γが０°もしくは１８０°であるとともに、以下のいずれかを満たす複合基板である。（１）β＝γ±２０°以内およびその等価な方位である，（２）γ＋１６０°≦β≦γ＋２００°。

Description

複合基板、およびそれを用いた弾性波素子
　本開示は、複合基板おびそれを用いた弾性波素子に関する。
　従来、電気特性を改善することを目的として、支持基板と圧電基板とを貼り合わせた複合基板に電極を設けて弾性波素子を作製することが知られている。ここで、弾性波素子は、例えば、携帯電話などの通信機器におけるバンドパスフィルタとして使用されている。また、特開２００６－３１９６７９号公報には、圧電基板としてニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム（以下、ＬＴということがある。）、支持基板としてシリコン（Ｓｉ）や石英、セラミックスなどを用いた複合基板が知られている。
　しかしながら、近年、移動体通信に用いられる携帯端末装置は小型化、軽量化が進むとともに、高い通話品質を実現することが求められている。このため、さらに高い電気特性を備える弾性波素子が求められている。例えば、入出力信号の隣接チャネルへの漏洩を低減するために、通過帯域外の特定周波数帯における減衰特性が優れた弾性波素子が求められている。
　本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、電気特性の優れた弾性波素子を提供するための複合基板、およびそれを用いた弾性波素子を提供することにある。
　本開示の複合基板は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板からなる第１基板と、前記第１基板に接合されたシリコン単結晶からなる第２基板とを備えている。第１基板は、オイラー角が（０°，α，γ）である。第２基板は、オイラー角が（－４５°，－５４．７°，β）である。そして、αが－４０°～－６０°もしくは、１２０°～１４０°であり、γが０°もしくは１８０°であるとともに、以下のいずれかを満たしている。（１）β＝γ±２０°以内およびその等価な方位である、（２）γ＋１６０°≦β≦γ＋２００°。
　本開示の複合基板は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板からなる第１基板と、前記第１基板に接合されたシリコン単結晶からなる第２基板とを備えている。第１基板は、オイラー角が（０°，α，γ）である。第２基板は、オイラー角が（－４５°，－５４．７°，β）である。そして、αが－４０°～－６０°もしくは、１２０°～１４０°であり、γが０°もしくは１８０°であるとともに、以下のいずれかを満たしている。（１）β＝０°±２０°以内およびその等価な方位である、（２）β＝６０°±２０°以内およびその等価な方位である。
　本開示の弾性波素子は、上述の複合基板と、前記複合基板の前記第１基板の上面に形成されたＩＤＴ電極と、を備えている。
　上記の複合基板によれば、電気特性の優れた弾性波素子を提供することができる。
図１（ａ）は、本開示にかかる複合基板の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の部分破断斜視図である。 本開示にかかる弾性表面波素子の説明図である。 図３（ａ）は弾性波素子の周波数特性を示す線図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部拡大図である。 図４（ａ）は弾性波素子の周波数特性を示す線図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部拡大図である。 図５（ａ），図５（ｂ）はそれぞれ、シリコン結晶のオイラー角を変化させたときの弾性波素子の特性を示す計算結果である。 第１基板と第２基板とのオイラー角の組み合わせと弾性波素子の特性との関係を纏めた図である。 変形例に係る弾性波素子のスプリアス強度と容量部の配列方向との関係を示す線図である。 変形例に係る弾性波素子のスプリアス強度とシリコン結晶のオイラー角との関係を示す線図である。
　以下、本開示の複合基板、弾性波素子の一例について図面を用いて詳細に説明する。
　（複合基板）
　本実施形態の複合基板１は、図１に示すように、いわゆる貼り合せ基板であり、第１基板１０と、第１基板１０に接合された第２基板２０とで構成される。ここで、図１（ａ）は複合基板１の上面図を示し、図１（ｂ）は複合基板１の一部を破断した斜視図を示す。
　第１基板１０は、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）結晶からなる圧電性を有する単結晶の基板によって構成されている。そして、第１基板１０のオイラー角（φ，θ，ψ）を（０°，α，γ）とすると、α＝－４０°～－６０°、もしくは、１２０°～１４０°である。これは、３０°～５０°のＹカットもしくは３０°～５０°のＹカットの裏面のいずれかと等価となっている。そして、γは０°もしくは１８０°としている。
　第１基板１０の厚みは、一定であり、弾性波素子が適用される技術分野や弾性波素子に要求される仕様等に応じて適宜に設定されてよい。具体的には、第１基板１０の厚さは、０．３μｍ～２５μｍとしてもよいし、さらに薄くしてもよい。後述のＩＤＴ電極３１の電極指３２の繰り返し間隔（ピッチ）の２倍で定義されるλの１倍以上２０倍以下の厚みとしてもよい。特に２λ以下とする場合には、弾性波を第１基板１０内に低ロス化することができる。また、０．１λ～０．５λとしてもよい。この場合には、ＩＤＴ電極３１により励振される弾性波の共振周波数を高周波数化することができる。第１基板１０の平面形状および各種寸法も適宜に設定されてよい。
　第２基板２０は、Ｓｉ単結晶からなる。Ｓｉ単結晶は、第１基板１０を支持する強度を備えているので、信頼性の高い複合基板１を提供することができる。さらに、Ｓｉ単結晶は、第１基板１０の材料よりも熱膨張係数が小さい。この場合には、温度変化が生じると第１基板１０に熱応力が生じ、この際、弾性定数の温度依存性と応力依存性とが打ち消し合い、ひいては、弾性波素子の電気特性の温度変化が補償される。第２基板２０のオイラー角（φ，θ，ψ）は、（－４５°，－５４．７°，β）であり、βの値については後述する。上述のオイラー角はＳｉ単結晶の（１１１）面に相当する。
　第２基板２０の厚さは、例えば、一定であり、第１基板１０の厚さと同様に適宜に設定されてよい。ただし、第２基板２０の厚さは、温度補償が好適に行われるように、第１基板１０の厚さを考慮して設定される。一例として、第２基板２０の厚みを第１基板１０よりも厚くしてもよく、第１基板１０の厚さ１～３０μｍに対して、第２基板１５の厚さは５０～３００μｍである。第２基板２０の平面形状および各種寸法は、第１基板１０と同等としてもよい。
　第１基板１０および第２基板２０は、接合面をプラズマやイオンガン，中性子ガンなどで活性化処理した後に接着層を介在させずに貼り合わせる、いわゆる直接接合によって貼り合わされていても良い。言い換えると、第１基板１０と第２基板２０との接合面は、直接接合が可能な平坦さを備える。一般的に、直接接合が可能な接合面の算術平均粗さは１ｎｍ未満である。このような接合面を有する基板同士を接合することで、両基板同士の結晶面同士が接触するものとなり、音響的な境界が明瞭となる。また、直接接合に限定されず、第１基板１０と第２基板２０との間に不図示の中間層を備えていてもよい。中間層により両者の接合を可能としたり、音響的な特性を調整したりすることができる。中間層としては、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４，Ｓｉ，ＡｌＮ、ＴｉＯ２を例示できる。これらの中間層は例えば１λ以下の厚みとしてもよい。
　（弾性波素子）
　そして、複合基板１は、図２に示す通りの複数の区画に区分され、その一区分それぞれが弾性波素子３０となる。具体的には、複合基板１を各区画ごとに切り出し個片化して弾性波素子３０とする。弾性波素子３０は、第１基板１０の上面に弾性表面波を励振するＩＤＴ電極３１が形成されている。ＩＤＴ電極３１は電極指３２を複数本有し、その配列方向に沿って弾性波が伝播する。ここで、この配列方向は、第１基板１０の圧電結晶のＸ軸と概ね平行である。
　弾性波素子３０は、複合基板１を用いることにより、温度変化による周波数特性（電気特性）変化を抑制することができる。一方で、第１基板１０が薄く、かつ、第２基板２０を貼り合せていることにより、弾性波素子３０では、第１基板１０の下面においてバルク波が反射してバルク波スプリアスが発生する。このバルク波スプリアスが、複数のＩＤＴ電極３１を組み合わせてフィルタを構成したときに、他のフィルタの通過帯域の周波数帯等に発生すると、アイソレーション特性が悪化したり、その周波数帯での損失が大きくなったりする虞があった。特に、反共振周波数よりも高周波数側においてロスの小さい共振子を提供することが望まれている。
　このような反共振周波数よりも高周波数側のバルク波スプリアスについて、発明者らが鋭意検討を重ねた結果、第１基板１０の伝播角度に対する第２基板２０の伝播角度を一定の関係にすることで、反共振周波数よりも高周波数における低ロス化を実現し、減衰特性を高めることができることを見出した。なお、第１基板１０と第２基板２０との「伝播角度を調整する」とは、オイラー角（φ、θ、ψ）のψを変更して回転させることであり、βとγとの関係を調整することであるが、第１基板１０に対して第２基板２０を回転させるものでもあり、第１基板１０の圧電結晶のＸ軸に対するシリコン結晶の方向を変更することでもある。このため、「伝播角度を調整する」ことを、以後、オイラー角のψ（第１基板１０のγ，第２基板２０のβ）で標記したり、第１基板１０のＸ軸に対してシリコン結晶がなす角度で示したりすることがある。
　（複合基板１の実施形態）
　以下、反共振周波数よりも高周波数側のロスを低減できる複合基板１の構成例について説明する。まず、第２基板２０として、シリコンの面方位を（１１１）とし、オリフラの方位を通常の｛１１０｝から０°±２０°もしくは６０°±２０°の角度で回転させた方位としたものを用いる。なお、｛１１０｝は方位を示すものであり、（１１０）面と等価の面を総括して表示しているものではない。
　ここで、例えば６０°回転させたものは、第２基板２０の結晶方位をオイラー角で表すと、（－４５°、－５４．７°、６０°）となる。すなわち、β＝６０°としたものである。また、第１基板１０のオリフラは弾性波の伝播方向に直交するように設けられることから、弾性波の伝播方向である圧電結晶のＸ軸に対してシリコンの結晶の方位｛１１０｝の法線が６０°傾くように第２基板２０を接合することとなる。なお、第１基板１０のオリフラは、弾性波の伝播方向（ＬＴ基板のＸ軸方向）と直交する。さらに言い換えると、第１基板１０の伝播方向（Ｘ軸）に対して、第２基板２０のβはＳｉの［１－１０］方向の角度になることと同義である。
　さらに言い換えると、第１基板１０のγを０°もしくは１８０°としたときに、第２基板２０のβを０°±２０°もしくは６０°±２０°とするものである。
　このような複合基板１を用いて弾性波素子３０を構成すると、反共振周波数よりも高周波数側のロスを低減できる。以下その効果について検証する。
　本開示の複合基板１にＩＤＴ電極３１を形成した弾性波素子３０のモデルについてシミュレーションを行なった。弾性波素子３０の基本構成モデルは以下の通りである。
　［第１基板１０］
　　材料：４２°ＹカットＸ伝播ＬＴ基板
　　オイラー角：（０°，－４８°，γ）
　　厚み：２．２μｍ
　［ＩＤＴ電極３１］
　　材料：Ａｌ－Ｃｕ合金
　（ただし、第１基板１０との間には６ｎｍのＴｉからなる下地層がある。)
　　厚さ（Ａｌ－Ｃｕ合金層）：４２０ｎｍ
　　ＩＤＴ電極３１の電極指３２：
　　　（本数）無限周期で配置
　　　（ピッチ）２．７μｍ
　　　（デューティー）０．５
　　　（交差幅）２０λ　（λ＝２×ピッチ）
　［ＩＤＴ電極３１を覆う保護層］
　　材料：ＳｉＯ２
　　厚さ：１５ｎｍ
　［第２基板２０］
　　材料：シリコン単結晶
　　厚み：２３０μｍ
　　結晶方位：（１１１）
　本実施形態の弾性波素子３０として、第１基板１０と第２基板２０との伝播角度を変更したモデルを作製してシミュレーションを行なった。具体的には以下の通りである。
　実施例１：第１基板１０のγ＝０°とし、第２基板２０のオイラー角（φ、θ、ψ）＝（－４５、－５４．７、β）のβを変更する）
　実施例１－１：β＝０°
　実施例１－２：β＝２０°
　実施例１－３：β＝４０°
　実施例１－４：β＝６０°
　実施例２：第１基板１０のγ＝１８０°とし、第２基板２０のオイラー角（φ、θ、ψ）＝（－４５、－５４．７、β）のβを変更する）
　実施例２－１：β＝０°
　実施例２－２：β＝２０°
　実施例２－３：β＝４０°
　実施例２－４：β＝６０°
　実施例１，２の位相特性を図３，４に示す。図３，４において、縦軸は位相（単位：ｄｅｇ）を示し、横軸は周波数（単位：ＭＨｚ）を示す。図３（ａ），図４（ａ）は共振周波数、反共振周波数を含む広い周波数範囲の特性を示す図であり、図３（ｂ），図４（ｂ）は図３（ａ），図４（ａ）の一部拡大図であり、反共振周波数よりも高周波数側の特性を示すものである。
　図３（ｂ）から明らかなように、γ＝０°の場合に、β＝０±２０°とすると、スプリアスの盛り上がりが小さくなるとともに、盛り上がりの立ち上がりを高周波数側にシフトさせることができることが分かる。なお、スプリアスの盛り上がりとは、反共振周波数よりも高周波数側において、位相が―８５°よりも大きくなる周波数から始まるものと判断している。
　同様に、図４（ｂ）から明らかなように、γ＝１８０°の場合には、β＝６０°±２０°のときに同様の傾向が確認できる。
　ここで、シリコン（１１１）結晶は１２０°の回転対称性を有することから、β＝６０°と１８０°とは等価である。このことから、γ＝０°のときにβ＝０°とすることと、γ＝１８０°のときにβ＝６０°とすることは、ともに、γとβとを略一致させることと同義となる。このことから、γとβとを略一致させることで、スプリアスの盛り上がりが小さくなるとともに、盛り上がりの立ち上がりを高周波数側にシフトさせることができることが分かった。γとβとを略一致させることは、言い換えると、β＝γ±２０°の範囲とするか、これと等価な方位になるように調整することである。
　次に、図３（ａ）から明らかなように、γ＝０°の場合に、β＝６０±２０°とすると、スプリアスの強度を小さくすることができることが分かる。同様に図４（ａ）から明らかなように、γ＝１８０°の場合に、β＝０°±２０°を満たす場合には、スプリアスの強度を小さくすることができることが分かる。
　ここで、シリコン（１１１）結晶は１２０°の回転対称性を有することから、β＝６０°と１８０°とは等価である。このことから、γ＝０°のときにβ＝６０°とすることと、γ＝１８０°のときにβ＝０°とすることは、ともに、γとβとを１８０°ずらすこと、すなわち、γ＝１８０°＋βに略一致させることと同義となる。このことから、γ＝１８０°＋βに略一致させることで、スプリアスの絶対強度を小さくすることができることが分かった。γ＝１８０°＋βに略一致させることは、言い換えると、γ＋１６０°≦β≦γ＋２００°の範囲とするか、これと等価な方位になるように調整することである。
　ここで、さらに、βを細かく変化させたときの、共振周波数からスプリアスの盛り上がり点までの間隔（Ｓｐ－ｆｒ）と、スプリアスの最大位相（ＳＰ２）とをそれぞれ求め、図５に示した。図５（ａ）は、γ＝０°のときの結果を、図５（ｂ）はγ＝１８０°のときの結果をそれぞれ示している。
　図５（ａ）において、Ｓｐ－ｆｒの推移の様子を線Ｌ１１で、Ｓｐ２の推移の様子を線Ｌ１２で示す。同様に図５（ｂ）において、Ｓｐ－ｆｒの推移の様子を線Ｌ２１で、Ｓｐ２の推移の様子を線Ｌ２２で示す。
　図５からも明らかなように、βが２０°を超え４０°未満までの領域は、Ｓｐ－ｆｒは小さくなっていき、Ｓｐ２は極大値をとる。以上より、β＝２１°～３９°とならないようにγとβとの関係を調整して第１基板１０と第２基板２０とを貼り合わせることで、減衰特性に優れた弾性波素子を実現することができる。
　また、Ｌ１１の０°～２０°、Ｌ２１の４０°～６０°の領域（すなわち、β≒γとなる領域）はＳｐ－ｆｒが安定して大きいことが確認される。さらに、いずれも、β＝γとなる、Ｌ１１の０°、Ｌ２１の６０°において、Ｓｐも小さくなることが確認された。このことから、β＝γ±５°とした場合には、Ｓｐ－ｆｒが大きく、Ｓｐ２を小さくすることができる。
　同様に、Ｌ１２の４０°～６０°、Ｌ２２の０°～２０°の領域（すなわち、γ≒１８０°＋βとなる領域）はＳｐ２が安定して小さいことが確認される。さらに、いずれも、γ＝１８０°＋βから２０°～１５°程度ずれた、Ｌ１２の４０°、Ｌ２２の２０°において、Ｓｐも最小となり、Ｓｐ－ｆｒも大きくなることが確認された。
　以上より、第１基板１０のオイラー角を（０°、－４０°～―６０°、γ）とし、第２基板２０のオイラー角を（－４５°、－５４．７、β）とし、γが０°もしくは１８０°としたときに、γ≒β、およびそれと等価なオイラー角とすると、Ｓｐ－ｆｒを安定して大きくすることができる。すなわち、スプリアスを高周波数側にシフトさせるとともに、スプリアス全体の強度を低くすることができる。また、γ≒１８０°＋β、およびそれと等価なオイラー角とすると、Ｓｐ２の強度を小さくすることができる。すなわち、スプリアス強度を小さくすることができることを確認した。
　なお、ここで、Ｓｉ（１１１）面において、βの値が０°と等価なものは、１２０°、２４０°であり、６０°と等価なものは１８０°、３００°である。すなわち、第２基板２０のオイラー角（－４５，－５４．７，－２０～２０）と等価な角度は、（－４５，－５４．７，１００～１４０）、（－４５，－５４．７，２２０～２６０）が挙げられる。同様に、（－４５，－５４．７，４０～８０）と等価な角度は、（－４５，－５４．７，１６０～２００）、（－４５，－５４．７，２８０～３２０）が挙げられる。
　上述の例では、第１基板１０のオイラー角を（０°、－４０°～―６０°、γ）とした場合について説明したが、もしくは（０°、１２０°～１４０°、γ）の場合についても同様である。それぞれのオイラー角の組み合わせのときの、Ｓｐ－ｆｒの大小、Ｓｐ２の大小について調べた結果を図６に示す。図６からも明らかなように、αに違いがあっても、γとβとの関係を調整することで、上述の効果の発現を制御できることを確認した。
　なお、第１基板１０のオイラー角のうちφの角度、第２基板２０のオイラー角のうちφ、θの角度は例示した数値を中心に±５°以内の範囲であれば、上述の特性を発現することを確認している。
　また、γを０°および１８０°からずらした場合には、Ｓｐ－ｆｒの大きさが小さくなることを確認している。
　また、上述の開示より、以下の概念も抽出可能である。
　すなわち、ＬＴのオイラー角を（０，α，γ）とし、α：－４０°～－６０°（３０°～５０°Ｙカットに相当）、または１２０°～１４０°（３０°～５０°Ｙカットの裏面）、γ：０°、１８０°、Ｓｉのオイラー角が（－４５，－５４．７，β）で貼り合わせたＬＴ／Ｓｉ貼り合わせウェハであって、
（１）βが０°±２０°以内およびその等価な方位である
もしくは（２）βが６０°±２０°以内およびその等価な方位である
貼り合わせウェハである。（１）の場合には、帯域の高周波に発生するスプリアスをより高域に移動、または低減させることができる。（２）の場合には、高周波に発生するスプリアスのピークを小さくすることができる。
　なお、ＬＴ／Ｓｉの界面に中間層が位置していてもよい。
　＜変形例＞
　弾性波素子３０は、ＩＤＴ電極３１に並列に接続される容量部６０を備えていてもよい。容量部６０により、共振周波数と反共振周波数との差（ｄｆ）を小さくすることができるので、所望のｄｆを備えるよう調整することができる。このような容量部６０をＩＤＴ電極３１と同様のインターディジタル型の電極で形成する場合には、容量部の電極指４３（容量部電極指４３）の繰り返し配列方向Ｄ１を、共振子として機能するＩＤＴ電極３１の電極指３２の配列方向と異ならせてもよい。このような構成とすることで、容量部６０による共振の影響を低減することができる。さらに、図７に示すように、配列方向Ｄ１を－６０°±５°，６０°±５°とすると、共振周波数（ｆｒ）よりも高周波数側に位置するスプリアスの最大強度を低くすることができる。なお、γ＝０°，１８０°であることから、配列方向Ｄ１はＸ軸に対して－６０°±５°，６０°±５°とすることになる。
　ここで、容量部６０を含む弾性波素子３０について、第２基板２０のβを変化させたときの、スプリアスの最大強度をシミュレーションした。その結果を図８に示す。図８において、横軸は配列方向Ｄ１，縦軸はβであり、スプリアスの最大強度（ＭａｘＳＰ）を等高線で示している。図８からも明らかなように、第２基板２０のβを０°～２０°、４０°～１４０°、１６０°～１８０°とした場合にスプリアス強度を小さくすることができる。すなわち、第２基板２０のβを、０°～２０°，４０°～８０°，１６０°～１８０°とした場合には、前述の通り、ＩＤＴ電極３１に起因する反共振周波数よりも高周波数側の損失を低減するのに加え、容量部６０に起因する反共振周波数よりも高周波数側の損失も低減することができる。
　なお、このような容量部６０の配列方向Ｄ１と第２基板２０のオイラー角との関係は、第１基板１０と第２基板２０との間に中間層がある場合もない場合も同様であることを確認している。
１：複合基板
１０：第１基板
２０：第２基板
３０：弾性波素子
３１：ＩＤＴ電極

Claims (9)

  1. 　タンタル酸リチウム結晶からなり、オイラー角が（０，α，γ）の第１基板と、
    前記第１基板に接合されたシリコン単結晶からなり、オイラー角が（－４５，－５４．７，β）の第２基板とを備え、αが－４０°～－６０°もしくは、１２０°～１４０°であり、γが０°もしくは１８０°であるとともに、
    　　以下のいずれかを満たす複合基板。
    （１）β＝γ±２０°以内およびその等価な方位である
    （２）γ＋１６０°≦β≦γ＋２００°以内およびその等価な方位である
  2. 　タンタル酸リチウム結晶からなり、オイラー角が（０，α，γ）第１基板と、
    前記第１基板に接合されたシリコン単結晶からなり、オイラー角が（－４５，－５４．７，β）の第２基板とを備え、αが－４０°～－６０°もしくは、１２０°～１４０°であり、γが０°もしくは１８０°であるとともに、
    　　以下のいずれかを満たす複合基板。
    （１）β＝０°±２０°以内およびその等価な方位である
    （２）β＝６０°±２０°以内およびその等価な方位である
  3. 　前記第１基板は前記第２基板に比べて薄い、請求項１または２に記載の複合基板。
  4. 　前記第１基板と前記第２基板との接合面は、前記タンタル酸リチウム結晶の結晶面と前記シリコン単結晶の結晶面とが直接接触している、請求項１～３のいずれかに記載の複合基板。
  5. 　前記第１基板と前記第２基板との間に、中間層が１層以上位置している、請求項１～４のいずれかに記載の複合基板。
  6. 　請求項１～５のいずれかに記載の複合基板と、
    前記複合基板の前記第１基板の上面に位置するＩＤＴ電極と、を備える弾性波素子。
  7. 　前記ＩＤＴ電極は、複数の電極指を備えており、前記電極指の間隔の２倍をλとしたときに、前記第１基板の厚みは２λ以下である、請求項６に記載の弾性波素子。
  8. 　前記ＩＤＴ電極に並列に接続された、複数の容量部電極指を含むインターディジタル型の容量部を含み、前記容量部電極指の配列方向は、前記ＩＤＴ電極の前記電極指の配列方向に対して６０°±５°もしくは－６０°±５°の角度をなしている、請求項１または２に記載の弾性波素子。
  9. 　前記第２基板のβは、０°～２０°、４０°～１４０°および１６０°～１８０°のいずれかである、請求項８に記載の弾性波素子。
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