WO2021125013A1 - 弾性波装置 - Google Patents

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克也 大門
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/14541—Multilayer finger or busbar electrode

Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device having a piezoelectric film.
  • spurious due to a higher-order mode may occur in a frequency range outside the pass band.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device capable of suppressing spurious in a higher-order mode.
  • the elastic wave device includes a support substrate, a piezoelectric film directly or indirectly laminated on the support substrate, and an IDT electrode formed on the piezoelectric film, and the piezoelectric film is the said.
  • the surface on the support substrate side is a positive surface
  • the surface on the IDT electrode side is a negative surface
  • the first piezoelectric film and the first piezoelectric film are laminated
  • the surface on the support substrate side is a negative surface.
  • the IDT electrode side surface is a positive surface
  • the thickness of the first piezoelectric film and the thickness of the second piezoelectric film are the total thickness of the second piezoelectric film.
  • FIG. 1A is a front sectional view of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing an electrode structure of the elastic wave device.
  • FIG. 2 is a diagram showing impedance characteristics as a resonator of the elastic wave device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the phase characteristics of the elastic wave device of the first embodiment and the first comparative example as a resonator.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the total film thickness of the first and second LiTaO 3 films and the maximum value of the phase at the frequency position where the response of the higher-order mode appears.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing the phase of the vertical axis of FIG. 4. In FIG.
  • the relationship between the cut angle of the Y-cut LiTaO 3 film and the impedance ratio in the impedance characteristics in the elastic wave device set to 0.1 ⁇ m, 0.15 ⁇ m, 0.2 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, 0.3 ⁇ m or 0.35 ⁇ m is shown. It is a figure.
  • FIG. 9 is a diagram showing the phase characteristics of the elastic wave device of the second embodiment and the second comparative example as a resonator.
  • the relationship between the cut angle of the Y-cut LiNbO 3 film and the impedance ratio in the impedance characteristics in the elastic wave device set to 0.1 ⁇ m, 0.15 ⁇ m, 0.2 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, 0.3 ⁇ m or 0.35 ⁇ m is shown. It is a figure.
  • FIG. 12 is a front sectional view of the elastic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a front sectional view of the elastic wave device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing the electrode structure thereof.
  • the elastic wave device 1 has a support substrate 2.
  • the support substrate 2 is made of Si in this embodiment.
  • the material of the support substrate 2 is not particularly limited.
  • quartz, semiconductors, or insulators such as alumina or silicon nitride can be used.
  • (111) plane Si, (110) plane Si or crystal is used.
  • the hypersonic material layer 3 and the low sound velocity film 4 are laminated on the support substrate 2.
  • a first LiTaO 3 film 5 as a first piezoelectric film and a second LiTaO 3 film 6 as a second piezoelectric film are laminated on the bass velocity film 4.
  • the piezoelectric film is composed of a laminate of the first and second LiTaO 3 films 5 and 6. Further, the piezoelectric films composed of the first and second LiTaO 3 films 5 and 6 are indirectly laminated on the support substrate 2.
  • An IDT electrode 7 and reflectors 8 and 9 are provided on the second LiTaO 3 film 6.
  • a dielectric film 10 is laminated so as to cover the IDT electrode 7 and the reflectors 8 and 9.
  • the IDT electrode 7 is made of an appropriate metal or alloy.
  • the main electrode layer is made of Al or AlCu alloy.
  • the piezoelectric film has the first and second LiTaO 3 films 5 and 6.
  • the main surface 5a on the support substrate 2 side of the first LiTaO 3 film 5 is a negative surface
  • the main surface 5b on the opposite side to the support substrate 2 is a positive surface
  • the main surface 6a on the support substrate 2 side is a positive surface
  • the main surface 6b on the IDT electrode 7 side is a negative surface. That is, the first and second LiTaO 3 films 5 and 6 are laminated so that the positive surfaces are in contact with each other.
  • the positive and negative surfaces of the first and second piezoelectric films are expressions based on the polarization polarity of the first and second piezoelectric films, but more preferably the first piezoelectric film.
  • the polarization direction of the film and the polarization direction of the second piezoelectric film are opposite.
  • the crystal orientations of the first LiTaO 3 films 5 are displayed in Euler angles (0 °, 138 °, 0 °). Then, the crystal orientation of the second LiTaO 3 film 6 may be set to (0 °, ⁇ 42 °, 180 °) in Euler angles display. Note that ⁇ in Euler angles display ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ) is the propagation angle ⁇ .
  • the total film thickness of the thickness of the first LiTaO 3 film 5 and the thickness of the second LiTaO 3 film 6 is 1 ⁇ or less, where ⁇ is the wavelength determined by the electrode finger pitch of the IDT electrode 7.
  • the first embodiment of the elastic wave device 1 was manufactured by the following design parameters.
  • Support substrate 2 The (111) plane Si substrate, the propagation angle ⁇ was set to 46 °.
  • Hypersonic material layer 3 Silicon nitride film, thickness 300 nm Bass velocity film 4: Silicon oxide film, thickness 300 nm First LiTaO 3 film 5: thickness 200 nm Second LiTaO 3 film 6: Thickness 200 nm
  • the IDT electrode 7 and the reflectors 8 and 9 were formed from the second LiTaO 3 film 6 side by a laminated film of a Ti layer, an AlCu layer, and a Ti layer.
  • the wavelength ⁇ determined by the electrode finger pitch of the IDT electrode 7 was set to 2 ⁇ m, and the duty of the IDT electrode 7 was set to 0.5.
  • Dielectric film 10 Silicon oxide film, thickness 35 nm
  • the total thickness of the first LiTaO 3 film 5 and the thickness of the second LiTaO 3 film 6 is 400 nm, which is 0.2 ⁇ .
  • the cut angles of the first LiTaO 3 film 5 and the second LiTaO 3 film 6 were both set to 42 ° Y cut.
  • the main surface 5a of the first LiTaO 3 film 5 is a negative surface
  • the main surface 5b is a positive surface
  • the main surface 6a of the second LiTaO 3 film 6 is a positive surface
  • the main surface 6b is a negative surface. is there.
  • FIG. 2 shows the impedance characteristics of the elastic wave device 1 configured as described above. As shown in FIG. 2, in the vicinity of 2000 MHz, a large response due to the SH mode of the transverse wave, which is the main mode, appears. It can be seen that spurious due to the higher-order mode hardly appears on the high-frequency side of the response by the main mode.
  • FIG. 3 is a diagram showing phase characteristics of the elastic wave device of the first embodiment and the elastic wave device of the first comparative example as resonators.
  • the solid line shows the result of the first embodiment, and the broken line shows the result of the first comparative example.
  • the first It was the same as the Example of.
  • the surface of the one-layer LiTaO 3 film on the support substrate side was designated as a negative surface, and the surface on the IDT electrode side was designated as a positive surface.
  • the response in the main mode near 2000 MHz in the first embodiment is equivalent to the response in the first comparative example. Therefore, in the elastic wave device 1 of the first embodiment, the response in the main mode is sufficiently large.
  • spurious emission in the higher-order mode can be effectively suppressed without deteriorating the response in the main mode.
  • the reason why spurious emission due to the higher-order mode is suppressed is not clear, but the first and second LiTaO 3 films 5 having different polarities by contacting the positive surfaces with each other. It is considered that the higher-order modes are offset by stacking, and 6.
  • the positive surfaces are brought into contact with each other, but the negative surfaces may be brought into contact with each other to laminate the first and second LiTaO 3 films 5 and 6 having different polarities. That is, the first LiTaO 3 film 5 as the first piezoelectric film may be laminated on the second LiTaO 3 film 6 as the second piezoelectric film. Even in that case, the same effect can be obtained.
  • the first and second piezoelectric films are laminated so that the positive surface of the first piezoelectric film and the positive surface of the second piezoelectric film are in contact with each other.
  • the adhesion strength between the first and second piezoelectric films can be increased as compared with the case where the negative surfaces are brought into contact with each other, and peeling between the first and second piezoelectric films is less likely to occur.
  • the second piezoelectric film in the laminated form of the first piezoelectric film and the second piezoelectric film, as described above, the second piezoelectric film may be laminated on the first piezoelectric film, and the second piezoelectric film may be laminated.
  • the first piezoelectric film may be laminated on the film.
  • the elastic wave device 1 can suppress spurious in the higher-order mode, for example, when a band-passing filter using a plurality of elastic wave devices 1 is configured, spurious in the higher-order mode on the higher frequency side than the pass band is configured. Can be effectively suppressed.
  • the film thickness of the first LiTaO 3 film 5 and the film thickness of the second LiTaO 3 film 6 are made equal, but the total film thickness is changed to obtain a plurality of types of elasticity.
  • a wave device was made.
  • FIG. 4 shows the relationship between the total film thickness of the first and second LiTaO 3 films 5 and 6 in the plurality of types of elastic wave devices and the maximum value of the phase near 4500 MHz at which the response of the higher-order mode appears.
  • the total film thickness was changed every 0.1 ⁇ m within the range of 0.2 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less.
  • the total film thickness was 0.2 ⁇ m, 0.3 ⁇ m, 0.4 ⁇ m, 0.5 ⁇ m, 0.6 ⁇ m, 0.7 ⁇ m, 0.8 ⁇ m, 0.9 ⁇ m, 1 ⁇ m, 1.1 ⁇ m or 1.2 ⁇ m. ..
  • the total film thickness is 1 ⁇ m (0.5 ⁇ when converted to the wavelength ⁇ in the present embodiment) or less, the phase in the higher-order mode can be sufficiently reduced. More preferably, as is clear from FIG. 5 in which the vertical axis of FIG. 4 is enlarged, if the total film thickness is 0.5 ⁇ m (0.25 ⁇ when converted to the wavelength ⁇ in the present embodiment) or less, the spurious is further increased. It can be effectively suppressed. Therefore, the total film thickness is preferably 0.5 ⁇ or less, more preferably 0.25 ⁇ or less. Unlike the present embodiment, even when the value of ⁇ is other than 2 ⁇ m, the total film thickness is set to 0.5 ⁇ or less, more preferably 0.25 ⁇ or less, so that the phase in the higher-order mode is sufficiently reduced. can do.
  • the thickness of the second LiTaO 3 film 6 was set as shown in Table 1 below.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the thickness ( ⁇ m) of the first LiTaO 3 film and the maximum phase value of spurious in the higher-order mode.
  • the thickness of was 0.05 ⁇ m, 0.1 ⁇ m, 0.15 ⁇ m, 0.2 ⁇ m, 0.25 ⁇ m, 0.3 ⁇ m or 0.35 ⁇ m.
  • Y-cut LiTaO 3 films having various cut angles were used. The cut angles of the first LiTaO 3 film 5 and the second LiTaO 3 film 6 were made equal.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the cut angle in the plurality of elastic wave devices configured as described above and the impedance ratio in the impedance characteristics.
  • the impedance ratio is the ratio of the impedance at the antiresonance frequency to the impedance at the resonance frequency of the main mode. From FIG. 7, even if the thickness of the first LiTaO 3 film 5 is changed in the range of 0.05 ⁇ m or more and 0.35 ⁇ m or less at each cut angle, the impedance ratio in the main mode is almost the same if the cut angle is the same. It turns out that they are equivalent.
  • the cut angle of the Y-cut LiTaO 3 film is ⁇ 20 ° or more and + 75 ° or less.
  • the broken line in FIG. 8 is an equation obtained by approximating a plurality of plots in FIG. This formula becomes the following formula (1).
  • y is the cut angle
  • x is the ratio of the film thickness of the first LiTaO 3 film 5.
  • first, second piezoelectric film may be made of LiNbO 3 film.
  • first and second LiNbO 3 films instead of the 1st and 2nd LiTaO 3 films 5 and 6 will be described.
  • the second embodiment was made with the following design parameters.
  • Support substrate Si substrate on the (111) plane, propagation angle ⁇ was set to 46 °.
  • Hypersonic material layer Silicon nitride film, thickness 300 nm Bass velocity film: silicon oxide film, thickness 300 nm First LiNbO 3 : thickness 200 nm Second LiNbO 3 : thickness 200 nm
  • the IDT electrode and the reflector were formed from the second LiNbO 3 film side by a laminated film of a Ti layer, an AlCu layer, and a Ti layer.
  • the wavelength ⁇ determined by the electrode finger pitch of the IDT electrode was set to 2 ⁇ m, and the duty of the IDT electrode was set to 0.5.
  • Dielectric film Silicon oxide film, thickness 30 nm
  • the total thickness of the first LiNbO 3 film and the thickness of the second LiNbO 3 film is 400 nm, which is 0.2 ⁇ .
  • the cut angles of the first LiNbO 3 film and the second LiNbO 3 film were both set to 30 ° Y cut.
  • the main surface of the first LiNbO 3 film on the support substrate side is a positive surface
  • the main surface of the second LiNbO 3 film side is a negative surface
  • the main surface of the second LiNbO 3 film on the first LiNbO 3 film side The main surface is the negative surface
  • the main surface on the IDT electrode side is the positive surface.
  • the elastic wave apparatus of the second comparative example was similarly used in the same manner as in the second embodiment, except that a single layer 30 ° Y-cut LiNbO 3 film having a thickness of 400 nm was used.
  • a LiNbO 3 surface of the supporting substrate side of the film is a single layer and downside was the principal surface of the IDT electrode side and the positive side.
  • FIG. 9 is a diagram showing the phase characteristics of the elastic wave device of the second embodiment and the elastic wave device of the second comparative example as resonators.
  • the solid line shows the result of the second embodiment, and the broken line shows the result of the second comparative example.
  • the first and second LiNbO 3 films Y-cut LiNbO 3 films having various cut angles were used. The cut angles of the first LiNbO 3 film and the second LiNbO 3 film were equal.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the cut angle in the plurality of elastic wave devices configured as described above and the impedance ratio in the impedance characteristics.
  • the impedance ratio is the ratio of the impedance at the antiresonance frequency to the impedance at the resonance frequency of the main mode. From FIG. 10, even if the thickness of the first LiNbO 3 film is changed in the range of 0.05 ⁇ m or more and 0.35 ⁇ m or less at each cut angle, the impedance ratio in the main mode is almost the same if the cut angle is the same. It can be seen that it is.
  • the cut angle of the Y-cut LiNbO 3 film is ⁇ 20 ° or more and + 90 ° or less.
  • the film of the first LiNbO 3 film to the total thickness It is a figure which shows the relationship between this film thickness ratio and the cut angle which can suppress spurious by Rayleigh wave when the thickness ratio (%) is changed.
  • the broken line in FIG. 11 is an equation obtained by approximating a plurality of plots in FIG. This formula becomes the following formula (2).
  • y is the cut angle
  • x is the ratio of the film thickness of the first LiNbO 3 film.
  • FIG. 12 is a front sectional view of the elastic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • an insulating film 22 is laminated between the first piezoelectric film 5 and the second piezoelectric film 6.
  • an oxide film can be used.
  • the elastic wave device 21 has the same other structure as the elastic wave device 1.
  • An insulating film 22 may be laminated between the first piezoelectric film 5 and the second piezoelectric film 6 as in the elastic wave device 21.
  • the hypersonic material layer 3 is made of a silicon nitride film
  • the low sound velocity film 4 is made of a silicon oxide film, but these materials are not particularly limited.
  • various hypersonic materials having a higher sound velocity of the bulk wave propagating than the sound velocity of the elastic wave propagating in the first and second piezoelectric films can be used.
  • Such treble speed materials include AlN, Al 2 O 3, and diamond thin film.
  • the bass velocity film 4 can also be made of a bass velocity material in which the sound velocity of the propagating bulk wave is lower than the sound velocity of the bulk wave propagating through the first and second piezoelectric films.
  • a bass velocity material examples include silicon oxide and silicon oxynitride.
  • the materials constituting the IDT electrode 7 and the reflectors 8 and 9 are not limited to the Ti / AlCu / Ti laminate, and various metals or alloys can be used. Further, the IDT electrode 7 and the reflectors 8 and 9 may be formed of a single-layer metal film instead of the laminated metal film.
  • the material of the dielectric film 10 is not limited to silicon oxide, and various dielectrics such as silicon oxynitride can be used.
  • the hypersonic material layer 3 is provided on the support substrate 2, but the hypersonic material layer 3 may be integrated with the support substrate 2 by the hypersonic material.
  • the hypersonic material layer 3 may be directly laminated on the first piezoelectric film without providing the hypersonic film 4. Therefore, the first piezoelectric film may be directly laminated on the support substrate when the support substrate is made of a hypersonic material layer.

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Abstract

高次モードによるスプリアスを抑制することができる、弾性波装置を提供する。　支持基板２と、支持基板２に直接または間接的に積層された圧電膜と、圧電膜上に形成されたＩＤＴ電極７とを備え、圧電膜が支持基板２側の面がプラス面であり、ＩＤＴ電極７側の面がマイナス面である第１の圧電膜５と、第１の圧電膜５と積層されており、支持基板２側の面がマイナス面であり、ＩＤＴ電極７側の面がプラス面である第２の圧電膜６とを有し、第１の圧電膜５の厚みと第２の圧電膜６の厚みの合計膜厚が、ＩＤＴ電極７の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、１λ以下である、弾性波装置１。

Description

弾性波装置
　本発明は、圧電膜を有する弾性波装置に関する。
　従来、圧電膜を用いた弾性波装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１に記載の弾性波装置では、支持基板上に、高音速部材、低音速膜及び圧電膜がこの順序で積層されている。圧電膜上にＩＤＴ電極が設けられている。
ＷＯ２０１２／０８６６３９
　特許文献１に記載のような弾性波装置を用いて帯域通過型フィルタを構成した場合、通過帯域の外側の周波数域に、高次モードによるスプリアスが生じることがあった。
　本発明の目的は、高次モードのスプリアスを抑制することができる、弾性波装置を提供することにある。
　本発明に係る弾性波装置は、支持基板と、前記支持基板に直接または間接的に積層された圧電膜と、前記圧電膜上に形成されたＩＤＴ電極と、を備え、前記圧電膜が、前記支持基板側の面がプラス面であり、前記ＩＤＴ電極側の面がマイナス面である第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜と積層されており、前記支持基板側の面がマイナス面であり、前記ＩＤＴ電極側の面がプラス面である、第２の圧電膜とを有し、前記第１の圧電膜の厚みと、前記第２の圧電膜の厚みとの合計膜厚が、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、１λ以下である。
　本発明に係る弾性波装置によれば、フィルタを構成した場合に通過帯域外の高次モードによるスプリアスを抑制することができる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図であり、図１（ｂ）は、該弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。 図２は、第１の実施例の弾性波装置の共振子としてのインピーダンス特性を示す図である。 図３は、第１の実施例及び第１の比較例の弾性波装置の共振子としての位相特性を示す図である。 図４は、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜の合計膜厚と、高次モードの応答が現れる周波数位置における位相の最大値との関係を示す図である。 図５は、図４の縦軸の位相を拡大して示す図である。 図６は、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜の厚みの合計を０．４μｍ＝０．２λと一定とし、第１のＬｉＴａＯ３膜の厚みを０．０５μｍ、０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．２５μｍまたは０．３μｍと変化させた場合のスプリアスによる位相の最大値との関係を示す図である。 図７は、ＹカットのＬｉＴａＯ３膜からなる第１，第２のＬｉＴａＯ３膜の厚みの合計を０．４μｍ＝０．２λと一定とし、第１のＬｉＴａＯ３膜の厚みを０．０５μｍ、０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．２５μｍ、０．３μｍまたは０．３５μｍとした弾性波装置における、ＹカットＬｉＴａＯ３膜のカット角と、インピーダンス特性におけるインピーダンス比との関係を示す図である。 図８は、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜の合計膜厚に対する、第１のＬｉＴａＯ３膜の膜厚の割合と、スプリアスを効果的に抑制し得るＬｉＴａＯ３膜のカット角との関係を示す図である。 図９は、第２の実施例及び第２の比較例の弾性波装置の共振子としての位相特性を示す図である。 図１０は、ＹカットのＬｉＮｂＯ３膜からなる第１，第２のＬｉＮｂＯ３膜の厚みの合計を０．４μｍ＝０．２λと一定とし、第１のＬｉＮｂＯ３膜の厚みを０．０５μｍ、０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．２５μｍ、０．３μｍまたは０．３５μｍとした弾性波装置における、ＹカットＬｉＮｂＯ３膜のカット角と、インピーダンス特性におけるインピーダンス比との関係を示す図である。 図１１は、第１，第２のＬｉＮｂＯ３膜の合計膜厚に対する、第１のＬｉＮｂＯ３膜の膜厚の割合と、スプリアスを効果的に抑制し得るＬｉＮｂＯ３膜のカット角との関係を示す図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図であり、図１（ｂ）は、その電極構造を示す模式的平面図である。
　弾性波装置１は、支持基板２を有する。支持基板２は、本実施形態では、Ｓｉからなる。もっとも、支持基板２の材料は特に限定されない。Ｓｉ以外に、水晶、半導体、またはアルミナもしくは窒化ケイ素などの絶縁体などを用いることができる。もしくは、（１１１）面のＳｉ、(１１０)面のＳｉまたは水晶が用いられる。
　支持基板２上に、高音速材料層３及び低音速膜４が積層されている。
　低音速膜４上に、第１の圧電膜としての第１のＬｉＴａＯ３膜５及び第２の圧電膜としての第２のＬｉＴａＯ３膜６が積層されている。本実施形態では、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６の積層体により、圧電膜が構成されている。また、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６からなる圧電膜は、支持基板２上に間接に積層されている。第２のＬｉＴａＯ３膜６上に、ＩＤＴ電極７及び反射器８，９が設けられている。このＩＤＴ電極７及び反射器８，９を覆うように誘電体膜１０が積層されている。ＩＤＴ電極７は、適宜の金属もしくは合金からなる。好ましくは、主電極層がＡｌまたはＡｌＣｕ合金からなる。
　上記のように、弾性波装置１では、圧電膜が、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６を有する。ここで、第１のＬｉＴａＯ３膜５の支持基板２側の主面５ａがマイナス面であり、支持基板２と反対側の主面５ｂがプラス面とされている。第２のＬｉＴａＯ３膜６では、支持基板２側の主面６ａがプラス面であり、ＩＤＴ電極７側の主面６ｂがマイナス面である。すなわち、プラス面同士が接触するように第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６が積層されている。
　なお、本発明においては、第１，第２の圧電膜におけるプラス面及びマイナス面は、第１，第２の圧電膜の分極の極性に基づく表現であるが、より好ましくは、第１の圧電膜の分極方向と、第２の圧電膜の分極方向が反対方向である。
　第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６の極性を上記のようにするには、例えば、第１のＬｉＴａＯ３膜５の結晶方位をオイラー角表示で(０°，１３８°，０°)とし、第２のＬｉＴａＯ３膜６の結晶方位をオイラー角表示で(０°，－４２°，１８０°)とすればよい。なお、オイラー角表示（φ，θ，ψ）におけるψが伝搬角ψである。
　第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みと、第２のＬｉＴａＯ３膜６の厚みの合計膜厚は、ＩＤＴ電極７の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、１λ以下とされている。それによって、後述するように、弾性波装置１の共振子としての特性において、高次モードによるスプリアスを効果的に抑制することができる。
　上記弾性波装置１の第１の実施例を以下の設計パラメータにより作製した。
　支持基板２：（１１１）面のＳｉ基板、伝搬角ψは４６°とした。
　高音速材料層３：窒化ケイ素膜、厚み３００ｎｍ
　低音速膜４：酸化ケイ素膜、厚み３００ｎｍ
　第１のＬｉＴａＯ３膜５：厚み２００ｎｍ
　第２のＬｉＴａＯ３膜６：厚み２００ｎｍ
　ＩＤＴ電極７及び反射器８，９は、第２のＬｉＴａＯ３膜６側から、Ｔｉ層、ＡｌＣｕ層、及びＴｉ層の積層膜により形成した。厚みは、下方のＴｉ層＝１２ｎｍ、ＡｌＣｕ層＝１００ｎｍ、上方のＴｉ層＝４ｎｍとした。
　ＩＤＴ電極７の電極指ピッチで定まる波長λを２μｍとし、ＩＤＴ電極７のデューティは０．５とした。
　誘電体膜１０：酸化ケイ素膜、厚み３５ｎｍ
　なお、上記の通り、第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みと、第２のＬｉＴａＯ３膜６の厚みの合計は４００ｎｍであり、０．２λである。
　また、第１のＬｉＴａＯ３膜５及び第２のＬｉＴａＯ３膜６のカット角はいずれも４２°Ｙカットとした。第１のＬｉＴａＯ３膜５の主面５ａがマイナス面であり、主面５ｂがプラス面であり、第２のＬｉＴａＯ３膜６の主面６ａがプラス面であり、主面６ｂがマイナス面である。
　上記のようにして構成した弾性波装置１のインピーダンス特性を図２に示す。図２に示すように、２０００ＭＨｚ付近において、メインモードである横波のＳＨモードによる大きな応答が現れている。なお、メインモードによる応答よりも高域側においては、高次モードによるスプリアスがほとんど現れていないことがわかる。
　図３は、上記第１の実施例の弾性波装置と、第１の比較例の弾性波装置の共振子としての、位相特性を示す図である。実線が第１の実施例の結果を、破線が第１の比較例の結果を示す。
　なお、第１の比較例では、第１のＬｉＴａＯ３膜５及び第２のＬｉＴａＯ３膜６に代えて、１層の厚み０．２λのＬｉＴａＯ３膜を用いたことを除いては、第１の実施例と同様とした。なお、１層のＬｉＴａＯ３膜の支持基板側の面をマイナス面、ＩＤＴ電極側の面をプラス面とした。
　図３から明らかなように、第１の比較例では、４５００ＭＨｚ付近に、高次モードによる大きなスプリアスが現れている。これに対して、第１の実施例では、４５００ＭＨｚ付近における高次モードスプリアスによる応答が非常に小さくなっていることがわかる。
　また、図３から明らかなように、第１の実施例における２０００ＭＨｚ付近のメインモードによる応答は、第１の比較例の応答と同等であることがわかる。よって、第１の実施例の弾性波装置１では、メインモードの応答は十分に大きい。
　従って、第１の実施例によれば、メインモードによる応答を劣化させることなく、高次モードによるスプリアスを効果的に抑制することができる。
　上記のように、第１の実施例において、高次モードによるスプリアスが抑制される理由は、定かではないが、プラス面同士を接触させて、極性が異なる第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６を積層することにより、高次モードが相殺されているためと考えられる。なお、第１の実施例では、プラス面同士を接触させていたが、マイナス面同士を接触させて、極性が異なる第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６を積層してもよい。すなわち、上記第２の圧電膜としての第２のＬｉＴａＯ３膜６上に、上記第１の圧電膜としての第１のＬｉＴａＯ３膜５が積層されていてもよい。その場合においても、同様の効果が得られる。
　もっとも、好ましくは、第１の圧電膜のプラス面と、第２の圧電膜のプラス面とが接触するように第１，第２の圧電膜が積層される。それによって、マイナス面同士を接触させた場合よりも、第１，第２の圧電膜間の密着強度を高めることができ、第１，第２の圧電膜間における剥離が生じ難い。
　本発明において、第１の圧電膜と第２の圧電膜との積層形態は、上記のように、第１の圧電膜上に第２の圧電膜が積層されていてもよく、第２の圧電膜上に第１の圧電膜が積層されていてもよい。
　弾性波装置１では、高次モードによるスプリアスを抑制することができるので、例えば弾性波装置１を複数用いた帯域通過型フィルタを構成した場合、通過帯域よりも高域側における高次モードによるスプリアスを効果的に抑制することができる。
　第１の実施例の弾性波装置１において、第１のＬｉＴａＯ３膜５の膜厚及び第２のＬｉＴａＯ３膜６の膜厚を等しくし、但し、合計膜厚を変化させ、複数種の弾性波装置を作製した。この複数種の弾性波装置における、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６の合計膜厚と、高次モードの応答が現れる４５００ＭＨｚ付近の位相の最大値との関係を図４に示す。なお、上記合計膜厚は、０．２μｍ以上、１．２μｍ以下の範囲内で０．１μｍごとに変化させた。
　すなわち、合計膜厚を、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍまたは１．２μｍとした。
　図４から明らかなように、合計膜厚が１μｍ（本実施形態における波長λで換算すると０．５λ）以下であれば高次モードによる位相を十分に小さくすることができる。より好ましくは、図４の縦軸を拡大して示す図５から明らかなように、合計膜厚０．５μｍ（本実施形態における波長λで換算すると０．２５λ）以下であればより一層スプリアスを効果的に抑制することができる。従って、合計膜厚が、０．５λ以下であることが好ましく、より好ましくは０．２５λ以下である。なお、本実施形態と異なり、λの値が２μｍ以外である場合にも、合計膜厚を０．５λ以下、より好ましくは０．２５λ以下とすることにより、高次モードによる位相を充分に小さくすることができる。
　第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６の合計膜厚が大きくなると、高次モードの音速が低音速化し、Ｓｉからなる支持基板２によるバルク波音速のカットオフを使えなくなる。そのため、高次モードによる応答が大きくなると考えられる。よって、上記のように、合計膜厚は、１μｍ＝０．５λ以下とされる。
　次に、上記第１の実施例の構造において、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６の合計膜厚を０．４μｍ＝０．２λと一定とし、第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みと、第２のＬｉＴａＯ３膜６の厚みを下記の表１に示す通りとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記のようにして構成された弾性波装置における４５００ＭＨｚ付近のスプリアスによる位相の最大値を求めた。図６は、第１のＬｉＴａＯ３膜の厚み（μｍ）と、上記高次モードによるスプリアスの位相最大値との関係を示す図である。
　図６から明らかなように、下側（第１,第２のＬｉＴａＯ３膜５，６のうち支持基板に近い側）の第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みが０．２μｍ以上の場合、すなわち第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みが第２のＬｉＴａＯ３膜６の厚みよりも厚い場合に、高次モードをより効果的に抑制し得ることがわかる。
　次に、第１の実施例の構造において、第１のＬｉＴａＯ３膜５と第２のＬｉＴａＯ３膜６の合計膜厚を０．４μｍ＝０．２λで一定し、第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みを０．０５μｍ、０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．２５μｍ、０．３μｍまたは０．３５μｍとした。第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６として、様々なカット角のＹカットＬｉＴａＯ３膜を用いた。なお、第１のＬｉＴａＯ３膜５と第２のＬｉＴａＯ３膜６のカット角は等しくした。
　図７は、上記のようにして構成した複数の弾性波装置におけるカット角と、インピーダンス特性におけるインピーダンス比との関係を示す図である。ここでインピーダンス比は、メインモードの共振周波数におけるインピーダンスに対する反共振周波数におけるインピーダンスの割合である。図７より、各カット角において上記第１のＬｉＴａＯ３膜５の厚みが０．０５μｍ以上、０．３５μｍ以下の範囲で変化させたとしても、同じカット角であればメインモードのインピーダンス比はほぼ同等であることがわかる。そして、上記カット角が、－２０°以上、＋７５°以下であれば、メインモードのインピーダンス比を８０ｄＢ以上と大きくし得ることがわかる。従って、好ましくは、ＹカットＬｉＴａＯ３膜のカット角は、－２０°以上、＋７５°以下である。
　図８は、上記第１の実施例において、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６の合計膜厚を０．４μｍ＝０．２λに一定し、この合計膜厚に対する第１のＬｉＴａＯ３膜５の膜厚の割合（％）を変化させた場合の、この膜厚の割合と、レイリー波によるスプリアスを抑圧し得るカット角との関係を示す図である。図８中の破線は図８中の複数のプロットを近似化することにより得られる式である。この式は、下記の式（１）となる。
　ｙ＝－０．０００９９５５５５６ｘ３＋０．１５５２３８０９５２ｘ２－４．６３２５３９６８２５ｘ＋７８．５７１４２８５７１４　…　式（１）
　ここで、ｙはカット角であり、ｘは上記第１のＬｉＴａＯ３膜５の膜厚の割合である。
　この近似式（１）で得られたｙに対し、好ましくは、（ｙ±１０°）＋１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）または（ｙ±１０°）－１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）のいずれかの範囲内の値であれば、レイリー波によるスプリアスをより一層効果的に抑圧することができる。
　本発明に係る弾性波装置では、第１，第２の圧電膜はＬｉＮｂＯ３膜からなるものであってもよい。第２の実施例として、第１，第２のＬｉＴａＯ３膜５，６に代えて、第１，第２のＬｉＮｂＯ３膜を用いた構成について説明する。第２の実施例を、以下の設計パラメータにより作製した。
　支持基板：（１１１）面のＳｉ基板、伝搬角ψは４６°とした。
　高音速材料層：窒化ケイ素膜、厚み３００ｎｍ
　低音速膜：酸化ケイ素膜、厚み３００ｎｍ
　第１のＬｉＮｂＯ３膜：厚み２００ｎｍ
　第２のＬｉＮｂＯ３膜：厚み２００ｎｍ
　ＩＤＴ電極及び反射器は、第２のＬｉＮｂＯ３膜側から、Ｔｉ層、ＡｌＣｕ層、及びＴｉ層の積層膜により形成した。厚みは、下方のＴｉ層＝１２ｎｍ、ＡｌＣｕ層＝１００ｎｍ、上方のＴｉ層＝４ｎｍとした。
　ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長λを２μｍとし、ＩＤＴ電極のデューティは０．５とした。
　誘電体膜：酸化ケイ素膜、厚み３０ｎｍ
　なお、上記の通り、第１のＬｉＮｂＯ３膜の厚みと、第２のＬｉＮｂＯ３膜の厚みの合計は４００ｎｍであり、０．２λである。
　また、第１のＬｉＮｂＯ３膜及び第２のＬｉＮｂＯ３膜のカット角はいずれも３０°Ｙカットとした。第１のＬｉＮｂＯ３膜の支持基板側の主面がプラス面であり、第２のＬｉＮｂＯ３膜側の主面がマイナス面であり、第２のＬｉＮｂＯ３膜の第１のＬｉＮｂＯ３膜側の主面がマイナス面であり、ＩＤＴ電極側の主面がプラス面である。
　また、比較のために、厚み４００ｎｍの単層の３０°ＹカットのＬｉＮｂＯ３膜を用いたことを除いては、上記第２の実施例と同様にして、第２の比較例の弾性波装置を作製した。なお、第２の比較例では、単一層であるＬｉＮｂＯ３膜の支持基板側の面をマイナス面とし、ＩＤＴ電極側の主面をプラス面とした。
　図９は、第２の実施例の弾性波装置と、第２の比較例の弾性波装置の共振子としての、位相特性を示す図である。実線が第２の実施例の結果を、破線が第２の比較例の結果を示す。
　図９から明らかなように、第２の比較例では、３４００ＭＨｚ付近、６７００ＭＨｚ付近、７２００ＭＨｚ付近にて高次モードによる大きなスプリアスが現れている。これに対して、第２の実施例では、これらの周波数域におけるスプリアスによる応答は非常に小さくなっていることがわかる。また、図９から明らかなように、第２の実施例における２０００ＭＨｚ付近のメインモードによる応答の大きさは、第２の比較例の応答と同等であることがわかる。よって、第２の実施例の弾性波装置では、メインモードの応答は十分に大きい。従って、第２の実施例においても、メインモードによる応答を劣化させることなく、高次モードによるスプリアスを抑制し得ることがわかる。
　次に、第２の実施例の構造において、第１のＬｉＮｂＯ３膜と第２のＬｉＮｂＯ３膜の合計膜厚を０．４μｍ＝０．２λで一定し、第１のＬｉＮｂＯ３膜の厚みを０．０５μｍ、０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．２５μｍ、０．３μｍまたは０．３５μｍとした。第１，第２のＬｉＮｂＯ３膜として、様々なカット角のＹカットＬｉＮｂＯ３膜を用いた。なお、第１のＬｉＮｂＯ３膜と第２のＬｉＮｂＯ３膜のカット角は等しくした。
　図１０は、上記のようにして構成した複数の弾性波装置におけるカット角と、インピーダンス特性におけるインピーダンス比との関係を示す図である。ここでインピーダンス比は、メインモードの共振周波数におけるインピーダンスに対する反共振周波数におけるインピーダンスの割合である。図１０より、各カット角において上記第１のＬｉＮｂＯ３膜の厚みが０．０５μｍ以上、０．３５μｍ以下の範囲で変化させたとしても、同じカット角であればメインモードのインピーダンス比はほぼ同等であることがわかる。そして、上記カット角が、－２０°以上、＋９０°以下であれば、メインモードのインピーダンス比を８０ｄＢ以上と大きくし得ることがわかる。従って、好ましくは、ＹカットＬｉＮｂＯ３膜のカット角は、－２０°以上、＋９０°以下である。
　図１１は、上記第２の実施例において、第１，第２のＬｉＮｂＯ３膜の合計膜厚を０．４μｍ＝０．２λに一定し、この合計膜厚に対する第１のＬｉＮｂＯ３膜の膜厚の割合（％）を変化させた場合の、この膜厚の割合と、レイリー波によるスプリアスを抑圧し得るカット角との関係を示す図である。図１１中の破線は図１１中の複数のプロットを近似化することにより得られる式である。この式は、下記の式（２）となる。
　ｙ＝０．００９１ｘ２＋０．３５４３ｘ＋２４．５　…　式（２）
　ここで、ｙはカット角であり、ｘは上記第１のＬｉＮｂＯ３膜の膜厚の割合である。
　この近似式（２）で得られたｙに対し、好ましくは、（ｙ±１０°）＋１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）または（ｙ±１０°）－１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）のいずれかの範囲内の値であれば、レイリー波によるスプリアスをより一層効果的に抑圧することができる。
　図１２は、本発明の第２の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。弾性波装置２１では、第１の圧電膜５と第２の圧電膜６との間に、絶縁膜２２が積層されている。この絶縁膜２２としては、例えば酸化膜を用いることができる。弾性波装置２１は、その他の構造は弾性波装置１と同様である。弾性波装置２１のように、第１の圧電膜５と第２の圧電膜６との間に、絶縁膜２２が積層されていてもよい。
　また、弾性波装置１では、高音速材料層３は窒化ケイ素膜により構成されており、低音速膜４は酸化ケイ素膜により構成したが、これらの材料は特に限定されない。例えば、高音速材料層３の高音速材料としては、第１，第２の圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも伝搬するバルク波の音速が高い様々な高音速材料を用いることができる。このような高音速材料としては、ＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，ダイヤモンド薄膜などを挙げることができる。
　また低音速膜４についても、伝搬するバルク波の音速が第１，第２の圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりも低い低音速材料により構成することができる。このような低音速材料としては、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素などを挙げることができる。
　また、ＩＤＴ電極７及び反射器８，９を構成する材料についてもＴｉ／ＡｌＣｕ／Ｔｉ積層体に限らず、様々な金属もしくは合金を用いることができる。また、ＩＤＴ電極７及び反射器８，９は、積層金属膜でなく、単層の金属膜により構成されていてもよい。
　誘電体膜１０の材料についても、酸化ケイ素に限らず、酸窒化ケイ素などの様々な誘電体を用いることができる。
　弾性波装置１では、高音速材料層３が支持基板２上に設けられていたが、高音速材料層３を支持基板２とともに、高音速材料により一体化してもよい。
　また、低音速膜４を設けずに、第１の圧電膜上に高音速材料層３が直接積層されていてもよい。従って、第１の圧電膜は、支持基板が高音速材料層からなる場合には、支持基板上に直接積層されていてもよい。
１…弾性波装置
２…支持基板
３…高音速材料層
４…低音速膜
５…第１のＬｉＴａＯ３膜
６…第２のＬｉＴａＯ３膜
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ…主面
７…ＩＤＴ電極
８，９…反射器
１０…誘電体膜
２１…弾性波装置
２２…絶縁膜

Claims (19)

  1. 　支持基板と、
    　前記支持基板に直接または間接的に積層された圧電膜と、
    　前記圧電膜上に形成されたＩＤＴ電極と、
    　を備え、
    　前記圧電膜が、前記支持基板側の面がプラス面であり、前記ＩＤＴ電極側の面がマイナス面である第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜と積層されており、前記支持基板側の面がマイナス面であり、前記ＩＤＴ電極側の面がプラス面である、第２の圧電膜とを有し、
    　前記第１の圧電膜の厚みと、前記第２の圧電膜の厚みとの合計膜厚が、ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、１λ以下である、弾性波装置。
  2. 　前記第１の圧電膜の厚みと、前記第２の圧電膜の厚みとの合計膜厚が、０．５λ以下である、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　前記第１の圧電膜の厚みと、前記第２の圧電膜の厚みとの合計膜厚が、０．２５λ以下である、請求項１に記載の弾性波装置。
  4. 　前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜のうち、前記支持基板に相対的に近い圧電膜の厚みが、前記支持基板から相対的に遠い圧電膜の厚みよりも大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  5. 　前記第１の圧電膜のプラス面と、前記第２の圧電膜のプラス面とが接触するように前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜が積層されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜が、ＬｉＴａＯ３膜である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記第１，第２の圧電膜が、ＹカットのＬｉＴａＯ３膜であり、カット角が－２０°以上、＋７５°以下である、請求項６に記載の弾性波装置。
  8. 　前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜のカット角が、（ｙ±１０°）＋１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）または（ｙ±１０°）－１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）のいずれかの範囲内の値であり、前記ｙは、前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜の合計膜厚に対する、前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜のうち、前記支持基板に相対的に近い圧電膜の膜厚の割合をｘ（％）とした場合、下記式（１）を満たす値である、請求項６に記載の弾性波装置。
    　ｙ＝－０．０００９９５５５５６ｘ３＋０．１５５２３８０９５２ｘ２－４．６３２５３９６８２５ｘ＋７８．５７１４２８５７１４　…　式（１）
  9. 　前記第１，第２の圧電膜が、ＬｉＮｂＯ３膜である、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記第１，第２の圧電膜が、ＹカットのＬｉＮｂＯ３膜であり、カット角が－２０°以上、＋９０°以下である、請求項９に記載の弾性波装置。
  11. 　前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜のカット角が、（ｙ±１０°）＋１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）または（ｙ±１０°）－１８０ｎ（但し、ｎは、０，１，２，３，………の整数）のいずれかの範囲内の値であり、前記ｙは、前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜の合計膜厚に対する、前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜のうち、前記支持基板に相対的に近い圧電膜の膜厚の割合をｘ（％）とした場合、下記式（２）を満たす値である、請求項９に記載の弾性波装置。
    　ｙ＝０．００９１ｘ２＋０．３５４３ｘ＋２４．５　…　式（２）
  12. 　前記第１の圧電膜と前記第２の圧電膜との間に積層されている絶縁膜をさらに備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  13. 　前記支持基板と前記圧電膜との間に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜を伝搬する弾性波の音速よりも高い、高音速材料からなる、高音速材料層をさらに備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  14. 　前記支持基板が前記高音速材料からなり、前記高音速材料層と前記支持基板とが一体化されている、請求項１３に記載の弾性波装置。
  15. 　前記高音速材料層と前記圧電膜との間に積層されており、伝搬するバルク波の音速が、前記第１の圧電膜及び前記第２の圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりも低い、低音速材料からなる、低音速膜をさらに備える、請求項１３に記載の弾性波装置。
  16. 　前記ＩＤＴ電極を覆う誘電体膜をさらに備える、請求項１～１５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  17. 　前記ＩＤＴ電極が、ＡｌまたはＡｌＣｕ合金からなる主電極層を有する、請求項１～１６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  18. 　前記支持基板が（１１１）面のＳｉ、（１１０）面のＳｉ、又は、水晶からなる、請求項１～１７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  19. 　前記第１の圧電膜および前記第２の圧電膜のそれぞれは、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムからなる、請求項１～１８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
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