WO2024232192A1 - 表面弾性波デバイス用複合基板 - Google Patents

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acoustic wave
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雅行 丹野
昌次 秋山
寛和 佐々木
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    • H10N30/853—Ceramic compositions

Definitions

  • the present invention relates to a composite substrate for surface acoustic wave devices that includes a piezoelectric single crystal thin film and a support substrate.
  • a surface acoustic wave (SAW) device is used as a frequency adjustment/selection component, in which an interdigital transducer (IDT) for exciting a surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate.
  • IDT interdigital transducer
  • Surface acoustic wave devices are required to be small, have low insertion loss, and block unwanted waves, and use piezoelectric materials such as lithium tantalate (LiTaO 3 ; LT) and lithium niobate (LiNbO 3 ; LN).
  • the piezoelectric materials used in surface acoustic wave devices must have sufficiently small temperature-induced characteristic variations. Also, to prevent unnecessary noise from spilling out between bands, filters, duplexers, and multiplexers must have as small an insertion loss as possible, and the shoulder characteristics of filters must be extremely steep, requiring the resonators that make up the filters to have a high Q value (Quality Factor). Filters are also required to be able to handle a wide bandwidth depending on the band being used.
  • Patent Document 1 discloses an acoustic wave device having a piezoelectric film, the acoustic wave device comprising a support substrate, a high acoustic velocity film formed on the support substrate and having a bulk wave acoustic velocity faster than the acoustic wave acoustic velocity propagating through the piezoelectric film, a low acoustic velocity film laminated on the high acoustic velocity film and having a bulk wave acoustic velocity slower than the bulk wave acoustic velocity propagating through the piezoelectric film, the piezoelectric film laminated on the low acoustic velocity film, and an IDT electrode formed on one side of the piezoelectric film.
  • Patent Document 2 discloses a piezoelectric element including a support substrate, a medium layer laminated on the support substrate, a piezoelectric body laminated on the medium layer and through which bulk waves propagate, and an IDT electrode formed on one side of the piezoelectric body, the medium layer being a low-velocity medium in which the propagation velocity of bulk waves identical to the bulk waves that are the main component of the elastic waves is slower than the sound velocity of the elastic waves propagating through the piezoelectric body, and an IDT electrode formed on one side of the piezoelectric body, the medium layer being a low-velocity medium in which the propagation velocity of bulk waves identical to the bulk waves that are the main component of the elastic waves is slower than the sound velocity of the elastic waves propagating through the piezoelectric body,
  • the elastic wave device disclosed includes a high-speed medium, and the medium layer is formed so that the sound velocity of the main vibration mode in the elastic wave device in which the medium layer is formed satisfies VL ⁇ sound velocity of main vibration mode ⁇
  • the present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a composite substrate for surface acoustic wave devices that has low loss in the filter passband, few spurious components, and has excellent performance and high reliability.
  • the inventors have found that by providing a piezoelectric single crystal thin film, a support substrate, and at least one intermediate layer between the piezoelectric single crystal thin film and the support substrate, and by specifying the total thickness of the intermediate layer and the attenuation of longitudinal waves, the loss in the passband of the filter can be reduced and high reliability can be obtained, and have completed the present invention.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a composite substrate for a surface acoustic wave device comprising a piezoelectric single crystal thin film, a support substrate, and at least one intermediate layer provided between the piezoelectric single crystal thin film and the support substrate, wherein the intermediate layer is in contact with the piezoelectric single crystal thin film, the total thickness of the intermediate layer is not more than twice the thickness of the wavelength of the surface acoustic wave, and the attenuation of the longitudinal wave of the intermediate layer calculated at frequencies from 40 GHz to 60 GHz by the Brillouin oscillation method is not more than 8 ⁇ 10 -2 (nm -1 ⁇ THz -2 ).
  • the composite substrate for surface acoustic wave devices according to any one of [1] to [4], wherein the main component of the piezoelectric single crystal thin film is lithium tantalate or lithium niobate.
  • the support substrate is any one of a silicon substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, a silicon carbide substrate, an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, and a quartz substrate [1] to [5].
  • a composite substrate for a surface acoustic wave device is any one of a silicon substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, a silicon carbide substrate, an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, and a quartz substrate [1] to [5].
  • the present invention provides a composite substrate for surface acoustic wave devices that has low loss in the filter passband and is highly reliable.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the spectrum of Brillouin oscillations of a SiO 1.7 thin film.
  • FIG. 2 is a diagram showing a waveform obtained by Fourier transform of only the reflected light of ultrasonic waves (longitudinal waves) in a thin film.
  • FIG. 3 is a diagram showing the dependency relationship between the LSAW sound velocity of a thin film and the value obtained by normalizing the thin film thickness to the wavelength of ultrasonic waves (thin film thickness/wavelength), and the calculation results of the sound velocity of elastic waves obtained by the finite element method.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the spectrum of Brillouin oscillations of a SiO 1.7 thin film.
  • FIG. 2 is a diagram showing a waveform obtained by Fourier transform of only the reflected light of ultrasonic waves (longitudinal waves) in a thin film.
  • FIG. 3 is a diagram showing the dependency relationship between the LSAW sound velocity of a thin film and the value obtained by
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a calculation result of a displacement distribution of an elastic wave in which the energy is concentrated in the surface layer of a thin film having a SiO 1.7 thin film/(111) Si substrate structure.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross-sectional TEM observation photograph of the composite substrate produced in Example 1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a composite substrate having Al fine electrodes formed on the surface.
  • FIG. 7 is a diagram showing the resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) of the SAW obtained in Example 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing the resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) of the SAW obtained in Example 2.
  • FIG. 9 is a diagram showing the resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) of the SAW obtained in Comparative Example 1.
  • FIG. 10 is a diagram showing the resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) of the SAW obtained in Comparative Example 2.
  • the composite substrate for a surface acoustic wave device of the present invention is a composite substrate comprising a piezoelectric single crystal thin film, a support substrate, and at least one intervening layer provided between the piezoelectric single crystal thin film and the support substrate, wherein the intervening layer is in contact with the piezoelectric single crystal thin film, the total thickness of the intervening layer is not more than twice the thickness of the wavelength of the surface acoustic wave, and the attenuation of the longitudinal wave of the intervening layer calculated at frequencies of 40 GHz to 60 GHz by the Brillouin oscillation method is not more than 8 ⁇ 10 -2 (nm -1 ⁇ THz -2 ).
  • the piezoelectric single crystal thin film in the surface acoustic wave device composite substrate according to one embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it can be used as a piezoelectric film, but it is preferable that the main component is lithium tantalate ( LiTaO3 :LT) or lithium niobate ( LiNbO3 :LN).
  • the main component is lithium tantalate ( LiTaO3 :LT) or lithium niobate ( LiNbO3 :LN).
  • the main component of the piezoelectric single crystal thin film is lithium tantalate or lithium niobate means that 50 mass % or more of the components constituting the piezoelectric single crystal thin film is lithium tantalate or lithium niobate.
  • the components of the piezoelectric single crystal thin film may contain iron, magnesium, etc., as components other than lithium tantalate and lithium niobate.
  • the piezoelectric single crystal thin film contains 120 ppm or less of iron.
  • the electric field at which the polarization of the piezoelectric single crystal thin film is destroyed i.e., the coercive electric field
  • the iron content is 10 ppm or more and 120 ppm or less, and even more preferable that it is 50 ppm or more and 100 ppm or less.
  • the initial volume resistivity of the piezoelectric single crystal thin film is preferably 2 ⁇ 10 11 ⁇ cm or less.
  • the constant temperature resistance of the composite substrate for surface acoustic wave devices of the present invention can be improved.
  • the initial volume resistivity of the piezoelectric single crystal thin film is more preferably 2 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more and 2 ⁇ 10 11 ⁇ cm or less, and even more preferably 2 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more and 1 ⁇ 10 11 ⁇ cm or less.
  • the support substrate in the surface acoustic wave device composite substrate can be any of a silicon substrate, a sapphire substrate, an alumina substrate, a silicon carbide substrate, an aluminum nitride substrate, a silicon nitride substrate, and a quartz substrate.
  • a surface acoustic wave resonator manufactured using a composite substrate for a surface acoustic wave device using the above-mentioned substrate as a supporting substrate has a high Q value, and out-of-band spurious emissions are further suppressed, and a surface acoustic wave device with excellent temperature characteristics can be obtained.
  • the support substrate may be made of a single crystal Si and a polysilicon layer formed on the single crystal Si.
  • the thickness of the polysilicon layer is preferably 0.2 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or more and 1.9 ⁇ m or less, and further preferably 0.5 ⁇ m or more and 1.2 ⁇ m or less.
  • the surface acoustic wave device composite substrate of the present invention includes an intermediate layer between the piezoelectric single crystal thin film and a support substrate, and the intermediate layer is provided in contact with the piezoelectric single crystal thin film.
  • the intermediate layer in the surface acoustic wave device composite substrate of one embodiment of the present invention is preferably either SiOx (1.8 ⁇ x ⁇ 2.05) or SiOyNz (0.02 ⁇ z/(y+z) ⁇ 0.1).
  • the surface acoustic wave device composite substrate of the present invention also includes at least one intermediate layer.
  • the intermediate layer may be one layer or two or more layers, and when two or more layers are included, each layer may be made of the same material or different materials.
  • the content of Li ions in the intermediate layer is preferably 1 ⁇ 10 17 atom/cm 3 or less. Li ions mainly diffuse from the piezoelectric single crystal thin film to the intermediate layer, but by making the content of Li ions in the intermediate layer 1 ⁇ 10 17 atom/cm 3 or less, softening of the intermediate layer can be prevented and in-band and out-of-band spurious can be suppressed.
  • the thickness of the intervening layer is equal to or less than twice the wavelength of the surface acoustic wave of the intervening layer when there is a single intervening layer, and equal to or less than twice the wavelength of the surface acoustic wave of the intervening layer when there are two or more intervening layers. If the thickness of the intervening layer exceeds twice the wavelength of the surface acoustic wave of the intervening layer, the acoustic wave is more likely to be trapped within the intervening layer, resulting in a problem of large out-of-band spurious.
  • the total thickness of the intervening layer is preferably equal to or less than twice the wavelength of the surface acoustic wave, and more preferably equal to or less than once.
  • the attenuation of longitudinal waves in the intermediate layer calculated at frequencies of 40 GHz to 60 GHz by the Brillouin oscillation method is 8 ⁇ 10 ⁇ 2 (nm ⁇ 1 ⁇ THz ⁇ 2 ) or less.
  • the acoustic attenuation of the longitudinal waves in the intermediate layer is large, the acoustic waves are easily trapped in the intermediate layer.
  • the surface acoustic wave resonator made of the composite substrate for surface acoustic wave devices of the present invention has a problem of large out-of-band spurious.
  • the Q value of the surface acoustic wave resonator is high and the out-of-band spurious can be further suppressed.
  • the attenuation of the longitudinal waves in the intermediate layer is preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 2 (nm ⁇ 1 ⁇ THz ⁇ 2 ) or less, and more preferably 0.5 ⁇ 10 ⁇ 2 (nm ⁇ 1 ⁇ THz ⁇ 2 ) or less.
  • the sound velocity of the shear waves in the intervening layer is faster than the sound velocity of the slow shear waves in the piezoelectric single crystal thin film.
  • the shear waves (bulk waves) in the intervening layer faster than the slow shear waves (bulk waves) in the piezoelectric single crystal thin film, it is possible to improve the loss in the passband of the surface acoustic wave filter obtained using the composite substrate for surface acoustic wave devices. If the shear waves in the intervening layer are slower than the slow shear waves in the piezoelectric single crystal thin film, there is a concern that the acoustic waves will be more likely to be trapped in the intervening layer. Note that, because the piezoelectric single crystal thin film is an anisotropic material, there are two types of shear waves in the piezoelectric single crystal thin film: fast shear waves and slow shear waves.
  • the slow transverse wave of 46° rotated Y-cut LiTaO3 is 3330 m/s.
  • SiO1.85 or SiO1.94N0.06 as an example of an intervening layer, the sound velocity of the transverse wave of SiO1.85 or SiO1.94N0.06 is high, at 3850 m/ s and 3750 m/s, respectively.
  • the sound velocity of the shear wave of SiO1.85 or SiO1.94N0.06 will be described in detail later, but it can be determined from the measured shear wave sound velocity of LSAW of the piezoelectric single crystal thin film using a linear convergent beam ultrasonic microscope and analysis by the finite element method, as described in, for example, Tatsuya Omori1, Kensuke Sakamoto, Satoshi Suzuki, Jun-ichi Kushibiki, Satoru Matsuda, and Ken-ya Hashimoto, "Characterization of Elastic Properties of SiO2 Thin Films by Ultrasonic Microscopy".
  • the sound velocity of the transverse waves in the intermediate layer can be made faster than the sound velocity of the slow transverse waves in the piezoelectric single crystal thin film.
  • the attenuation of longitudinal waves in the intermediate layer was calculated at frequencies between 40 GHz and 60 GHz using the Brillouin oscillation method, the attenuation was 1.2 ⁇ 10 -2 (nm -1 ⁇ THz -2 ) for SiO 1.85 and 0.1 ⁇ 10 -2 (nm -1 ⁇ THz -2 ) for SiO 1.94 N 0.06 , indicating that the attenuation of longitudinal waves can be reduced to 8 ⁇ 10 -2 (nm -1 ⁇ THz -2 ) or less.
  • Figure 1 shows an example of the Brillouin oscillation spectrum of a SiO1.7 thin film having the same composition and fabrication method as the intermediate layer, when the composition of the intermediate layer is SiO1.7 .
  • the SiO 1.7 thin film (hereinafter, simply referred to as "thin film”) used in the measurement of FIG. 1 was formed on a Si substrate with a thickness of 1055 nm (the thickness is d) of SiO 1.7 thin film having the same composition and manufacturing method as the intermediate layer, and further formed an Al film of 10 nm on the SiO 1.7 thin film.
  • the manufacturing method of the thin film is not particularly limited, but may be, for example, a CVD method.
  • Ultra-high frequency ultrasonic waves are generated by irradiating a structure consisting of this Al film, SiO 1.7 thin film, and Si substrate with extremely short pulse light. Furthermore, delayed pulse light with a reference wavelength ( ⁇ ) of 400 nm is irradiated.
  • the longitudinal wave sound velocity of the thin film can be obtained by detecting the light diffracted by the ultrasonic waves in the thin film.
  • the density of the thin film and the refractive index at 400 nm were previously obtained.
  • the refractive index (n) of the thin film at 400 nm was 1.728 by the prism coupler method.
  • the density ( ⁇ ) of the thin film was determined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) to be 2300 kg/ m3 .
  • the first half of the Brillouin spectrum shown in Figure 1 shows the reflected light intensity due to diffraction by ultrasonic waves (longitudinal waves) in the thin film.
  • the frequency of the ultrasonic waves (longitudinal waves) in the thin film shown in Figure 2 can be obtained. From Figure 2, the frequency (f) of the ultrasonic waves (longitudinal waves) in the thin film can be calculated to be 54.5 GHz.
  • the sound velocity vl of the ultrasonic wave (longitudinal wave) in the thin film can be calculated by the following formula (1).
  • vl f ⁇ /(2 ⁇ n)...Formula (1)
  • the sound velocity of the ultrasonic waves (longitudinal waves) in the thin film shown in Fig. 2 calculated by formula (1) was 6325 m/s.
  • the LSAW sound velocity (vertical axis) by the linear convergent beam ultrasonic microscope in FIG. 3 was obtained by forming a 2,830 nm-thick SiO 1.7 thin film having the same composition and manufacturing method as the intermediate layer on a substrate with a Si (111) orientation, and propagating the LSAW to the surface layer of the SiO 1.7 thin film/Si substrate structure via pure water as a coupler so that the linear convergent beam of the linear convergent beam of the linear convergent beam ultrasonic microscope was shifted 45 degrees clockwise from the ( 110) direction in the Si substrate plane as viewed from the thin film side.
  • a ZnO film and an Al electrode which are sufficiently thin compared to the electrode period, are arranged on the surface layer of the thin film of the SiO 1.7 thin film/(111) Si substrate structure, and an elastic wave is excited in a direction shifted 45 degrees clockwise from the Si ⁇ 110> direction of the thin film-attached Si substrate, and the wavelength determined by the electrode period is changed on the model of the finite element method calculation to calculate the relationship between the elastic wave speed of the SiO 1.7 thin film/(111) Si substrate structure and the intermediate layer normalized by the wavelength.
  • the elastic constant C12 obtained as above was 20 GPa. Furthermore, the result of calculating the sound velocity of the elastic wave by the finite element method when the elastic constant C12 of the SiO 1.7 thin film is 20 GPa is added to FIG. As an example, in a calculation model using the finite element method in which the elastic wave has a wavelength of 18 ⁇ m, the elastic wave has energy concentrated on the surface layer of a thin film having a SiO 1.7 thin film/(111) Si substrate configuration. FIG. 4 shows an example of the result of calculating the displacement distribution of the wave.
  • the elastic constants of the Si substrate, ZnO film, and Al film were taken from the values given in the Surface Acoustic Wave Data Book (edited by the Japan Electronics Industry Industry Association), (p. 66 (ZnO), p. 165 (Si), p. 172 (Al)).
  • the reflected light intensity due to diffraction by ultrasonic waves (longitudinal waves) in the thin film layer which is the first half of the Brillouin spectrum shown in Figure 1, attenuates exponentially with time. That is, in the envelope of the reflected light intensity shown by the dotted line in Figure 1, if the amplitude intensity at the time of 0 psec is A0 and the amplitude intensity at the time when the ultrasonic waves reach Si is A, the attenuation constant ( ⁇ ) of ultrasonic waves (longitudinal waves) in the thin film is described by formula (2).
  • the attenuation of longitudinal waves was calculated at frequencies of 40 GHz to 60 GHz by the Brillouin oscillation method in the same manner as above.
  • the acoustic attenuation of the longitudinal waves in the intermediate layer is large, the acoustic waves tend to be trapped in the intermediate layer.
  • the surface acoustic wave resonator made of the composite substrate for surface acoustic wave devices has a problem of large out-of-band spurious.
  • the intermediate layer according to the present invention has a high acoustic velocity and little attenuation of longitudinal waves, the acoustic waves cannot be concentrated excessively on the intermediate layer, and the wave energy can be concentrated on the piezoelectric single crystal thin film. Therefore, the Q value of the surface acoustic wave resonator using the composite substrate for surface acoustic wave devices according to the present invention is high, and out-of-band spurious is further suppressed, which is preferable.
  • Example 1 A polysilicon layer of 1.7 ⁇ m was formed on the surface of a high-resistance silicon substrate having a diameter of 150 mm and a (111) orientation.
  • a melt having a composition in which the amount of lithium was reduced based on the amount of lithium contained in the lithium tantalate crystal of the congruent composition was prepared, and an iron-substituted lithium tantalate crystal was grown from the melt having the adjusted composition.
  • the amount of iron added was adjusted so that the iron content in the iron-substituted lithium tantalate crystal was 95 mass ppm, and a 6-inch iron-containing 42° Y-cut lithium tantalate (LT) substrate was prepared.
  • the volume resistivity of the iron-containing 42° Y-cut lithium tantalate (LT) substrate was adjusted to 2.2 ⁇ 10 ⁇ cm by reduction treatment.
  • the silicon substrate on which the polysilicon layer was formed and the iron-containing LT substrate having a 0.4 ⁇ m thick SiO 1.85 intervening layer were subjected to a surface activation treatment by plasma treatment.Furthermore, the silicon substrate on which the polysilicon layer was formed and the iron-containing LT substrate were bonded together with the 0.4 ⁇ m thick SiO 1.85 intervening layer to form a bonded body.
  • the bonded body was heat-treated at 350° C. in nitrogen.
  • the heat-treated bonded body was heated to 110° C., and a wedge was driven into one end of the ion-implanted portion of the iron-containing lithium tantalate (LT) substrate to separate it into the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the silicon substrate and the remaining iron-containing lithium tantalate (LT) substrate.
  • the thickness of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the silicon substrate after separation was measured by a spectrophotometer and found to be 0.52 ⁇ m.
  • the composite substrate consisting of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the silicon substrate was heated at 500° C. for 6 hours.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross-sectional TEM observation photograph of the composite substrate of Example 1 produced by the above method, and FIG. 5(b) is a further enlarged photograph of a part of FIG. 5(a).
  • the amount of Li in the intermediate layer (SiO 1.85 layer) of the composite substrate manufactured by the above method was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), and the maximum amount of Li in the SiO 1.85 layer was 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3.
  • the composition ratio of the intermediate layer (SiO 1.85 layer) was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the density of the intermediate layer (SiO 1.85 layer) was determined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) to be 2240 g/cm 3.
  • the longitudinal wave sound velocity and attenuation of the intermediate layer (SiO 1.85 layer) were also determined by the Brillouin oscillation method.
  • the longitudinal wave sound velocity of the intermediate layer (SiO 1.85 layer) was 6200 m/s, and the sound attenuation rate was 1.2 ⁇ 10 -3 (nm -1 ⁇ THz -2 ) at 55 GHz.
  • the shear wave acoustic velocity of the intermediate layer (SiO 2 1.85 layer) alone was determined by a combination of a linear convergent beam ultrasonic microscope and finite element analysis, and was found to be 3850 m/s.
  • an Al film was sputtered to a thickness of 0.14 ⁇ m on the surface of the composite substrate obtained above, and a resist was applied, and then a resist pattern with a line width of about 0.5 ⁇ m was formed by i-line exposure. Then, the Al was etched by dry etching to form the first layer of a one-port SAW resonator. At this time, the wavelength of the surface acoustic wave was 2 ⁇ m, and the thickness of the intermediate layer (SiO 1.85 layer) was 0.2 wavelengths. Furthermore, a second layer pad portion of an Al film having a thickness of 0.6 ⁇ m was formed on the above composite substrate by a lift-off method.
  • Figure 6 shows the composite substrate with the Al fine electrodes formed on the surface.
  • the electrical characteristics of the one-port SAW resonator on the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate prepared above were measured using a network analyzer.
  • the obtained SAW resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) is shown in Figure 7.
  • the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate with the one-port SAW resonator pattern created above was placed on a hot plate heated to 350°C for 10 minutes, then placed on a cooling plate at room temperature to cool, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator were measured again with a network analyzer.
  • the resulting characteristics were the same as those in Table 1.
  • this 350°C hot plate heating, cooling, and measurement were repeated for a total of four hours with a cumulative heating time of 350°C hot plate, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator after each cumulative heating time were not different from those in Table 1.
  • Example 2 A composite substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that a 0.3 ⁇ m-thick intermediate layer having a composition of SiO 1.94 N 0.06 was used instead of the 0.4 ⁇ m-thick intermediate layer having a composition of SiO 1.85 in Example 1.
  • the amount of Li in the intermediate layer ( SiO1.94N0.06 layer) of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to a silicon substrate was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), and the amount of Li in the SiO1.94N0.06 layer was found to be 1 x 1014 atom/cm3 or less .
  • the composition ratio of the intermediate layer ( SiO1.94N0.06 layer ) was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the LT layer of the composite substrate made of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film bonded to the silicon substrate was removed, and the density of the intermediate layer (SiO 1.94 N 0.06 layer) was obtained by X-ray reflectometry (XRR).
  • XRR X-ray reflectometry
  • the density of the intermediate layer (SiO 1.94 N 0.06 layer) was 2210 g/cm 3.
  • the LT layer of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate was removed, and the longitudinal wave sound velocity and attenuation of the intermediate layer (SiO 1.94 N 0.06 layer) were obtained by the Brillouin vibration method.
  • the longitudinal wave sound velocity of the intermediate layer was 6190 m/s, and the sound wave attenuation rate was 1.2 ⁇ 10 ⁇ 3 (nm ⁇ 1 ⁇ THz ⁇ 2 ) at 55 GHz.
  • the shear wave acoustic velocity of the SiO 1.94 N 0.06 layer alone was determined by combining the above -mentioned linear convergent beam ultrasonic microscope with finite element analysis, and was found to be 3750 m/s.
  • the electrical characteristics of the one-port SAW resonator on the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate prepared above were measured using a network analyzer.
  • the obtained SAW resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) is shown in Figure 8.
  • the wavelength of the surface acoustic wave is 2 ⁇ m
  • the thickness of the intermediate layer SiO 1.94 N 0.06 layer
  • Table 1 also shows the resonant frequency (fr), anti-resonant frequency (fa), electromechanical coupling coefficient (k 2 ), maximum Q (Qmax), input impedance amplitude ( ⁇ Z), fractional bandwidth, and spurious intensity between 2400 and 2800 MHz of the SAW resonator.
  • an iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to a silicon substrate with a one-port SAW resonator pattern created in the same manner as in Example 1 was placed on a hot plate heated to 350°C for 10 minutes, then placed on a cooling plate at room temperature to cool, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator were measured again with a network analyzer. The resulting characteristics were the same as those in Table 2. Furthermore, this 350°C hot plate heating, cooling, and measurement were repeated for a total of four hours with a cumulative heating time of 350°C hot plate, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator after each cumulative heating time did not change from those in Table 2.
  • LT iron-containing lithium tantalate
  • the amount of lithium in the melt was adjusted to a composition in which it was reduced based on the amount of lithium contained in the lithium tantalate crystal of the congruent composition, and an iron-substituted lithium tantalate crystal was grown from the melt of the adjusted composition.
  • a 6-inch iron-containing 42° Y-cut lithium tantalate (LT) substrate was prepared by adding iron in an amount such that the iron content in the iron-substituted lithium tantalate crystal was 95 ppm by mass.
  • the volume resistivity of the iron-containing 42° Y-cut lithium tantalate (LT) substrate was adjusted to 2.2 ⁇ 10 ⁇ cm by reduction treatment.
  • the silicon substrate on which the polysilicon layer was formed and the iron-containing LT substrate having a 0.4 ⁇ m thick SiO 1.7 intervening layer were subjected to a surface activation treatment by plasma treatment.Furthermore, the silicon substrate on which the polysilicon layer was formed and the iron-containing LT substrate were bonded together with the 0.4 ⁇ m thick SiO 1.7 intervening layer to form a bonded body.
  • the bonded body was heat-treated at 350° C. in nitrogen.
  • the heat-treated bonded body was heated to 110° C., and a wedge was driven into one end of the ion-implanted portion of the iron-containing lithium tantalate (LT) substrate to separate it into the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the support substrate and the remaining iron-containing lithium tantalate (LT) substrate.
  • the thickness of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the silicon substrate after separation was measured by a spectrophotometer and found to be 0.52 ⁇ m.
  • the composite substrate consisting of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film bonded to the silicon substrate was heated at 500° C. for 6 hours.
  • the surface layer of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film of the composite substrate was polished by 20 nm, and the thickness of the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the silicon substrate was measured using a spectrophotometer, and found to be 0.5 ⁇ m.
  • the amount of Li in the intermediate layer (SiO 1.7 layer) of the composite substrate manufactured by the above method was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), and the maximum amount of Li in the SiO 1.7 layer was 2 ⁇ 10 17 atom/cm 3.
  • the composition ratio of the intermediate layer (SiO 1.7 layer) was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the density of the intermediate layer (SiO 1.7 layer) was determined by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and was found to be 2240 g/cm 3.
  • the longitudinal wave sound velocity and attenuation of the intermediate layer (SiO 1.7 layer) were also determined by the Brillouin oscillation method. As a result, the longitudinal wave sound velocity of the intermediate layer (SiO 1.7 layer) was 6325 m/s, and the sound attenuation rate was 10.8 ⁇ 10 -2 (nm -1 ⁇ THz -2 ) at 55 GHz.
  • the shear wave acoustic velocity of the intermediate layer (SiO 2 1.7 layer) alone was determined by a combination of a linear convergent beam ultrasonic microscope and finite element analysis, and was found to be 3960 m/s.
  • an Al film was sputtered to a thickness of 0.14 ⁇ m on the surface of the composite substrate obtained above, and a resist was applied, followed by forming a resist pattern with a line width of about 0.5 ⁇ m by i-line exposure. Then, the Al was etched by dry etching to form the first layer of a one-port SAW resonator. Furthermore, a second layer pad portion of an Al film having a thickness of 0.6 ⁇ m was formed on the above composite substrate by a lift-off method. At this time, the wavelength of the surface acoustic wave was 2 ⁇ m, and the thickness of the intermediate layer (SiO 1.7 layer) was 0.2 wavelengths.
  • the electrical characteristics of the one-port SAW resonator on the lithium iron tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate prepared above were measured using a network analyzer.
  • the obtained SAW resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) is shown in Figure 9.
  • Table 3 also shows the resonant frequency (fr), anti-resonant frequency (fa), electromechanical coupling coefficient (k 2 ), maximum Q (Qmax), input impedance amplitude ( ⁇ Z), fractional bandwidth, and spurious intensity between 2400 and 2800 MHz of the SAW resonator.
  • the iron-containing lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate with the one-port SAW resonator pattern created above was placed on a hot plate heated to 350°C for 10 minutes, then placed on a cooling plate at room temperature to cool, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator were measured again with a network analyzer.
  • the resulting characteristics were the same as those in Table 3.
  • this 350°C hot plate heating, cooling, and measurement was repeated for a total of four hours of cumulative heating at 350°C, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator after each cumulative heating time did not change from those in Table 3.
  • an iron-free lithium tantalate crystal was grown on the lithium tantalate crystal of the congruent composition.
  • a 6-inch iron-free lithium tantalate (LT) substrate with a 42° Y-cut was prepared by processing an iron-free lithium tantalate crystal.
  • the volume resistivity of the iron-free lithium tantalate (LT) substrate was adjusted to 2.2 ⁇ 10 ⁇ cm by reduction treatment.
  • a 0.4 ⁇ m-thick intermediate layer having a composition of SiO 2 was formed by CVD on the ion-implanted surface of a 6-inch iron-free lithium tantalate (LT) substrate.
  • LT lithium tantalate
  • the silicon substrate on which the polysilicon layer was formed and the iron-free LT substrate having a 0.4 ⁇ m thick SiO 2 intervening layer were subjected to a surface activation treatment by plasma treatment. Furthermore, the silicon substrate on which the polysilicon layer was formed and the iron-free LT substrate were bonded together with the 0.4 ⁇ m thick SiO 2 intervening layer to form a bonded body.
  • the surface of the bonded body (bonded substrate) was removed by grinding and polishing.
  • the thickness of the iron-free lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film layer bonded to the thinned silicon substrate was measured by a spectrophotometer and found to be 0.5 ⁇ m.
  • the amount of Li in the intermediate layer ( SiO2 layer) of the composite substrate manufactured by the above method was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), and the maximum amount of Li in the SiO2 layer was 5 x 1019 atom/ cm3 .
  • the composition ratio of the intermediate layer ( SiO2 layer) was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the LT layer of the composite substrate manufactured by the above method was removed, and the density of the intermediate layer (SiO 2 layer) was obtained by X-ray reflectometry (XRR).
  • the density of the intermediate layer (SiO 2 layer) was 2100 g/cm 3.
  • the LT layer of the composite substrate was removed, and the longitudinal wave sound velocity and attenuation of the intermediate layer (SiO 2 layer) were obtained by the Brillouin oscillation method.
  • the longitudinal wave sound velocity of the intermediate layer (SiO 2 layer) was 5400 m/s, and the sound attenuation rate was 5 ⁇ 10 ⁇ 1 (nm ⁇ 1 ⁇ THz ⁇ 2 ) at 55 GHz.
  • the shear wave acoustic velocity of the SiO 2 layer alone, which is the intermediate layer was determined by combining the linear convergent beam ultrasonic microscope and finite element analysis described above, and was found to be 3150 m/s.
  • the obtained SAW resonance waveform (input impedance (Zin) and Q value) is shown in Figure 10.
  • the resonant frequency (fr), anti-resonant frequency (fa), electromechanical coupling coefficient ( k2 ), maximum Q (Qmax), input impedance amplitude ( ⁇ Z), band ratio, and spurious intensity between 2400 and 2800 MHz of the SAW resonator are shown in Table 4.
  • the wavelength of the surface acoustic wave is 2 ⁇ m
  • the thickness of the intermediate layer ( SiO2 layer) is 0.2 wavelengths.
  • the iron-free lithium tantalate (LT) piezoelectric single crystal thin film substrate bonded to the silicon substrate with the one-port SAW resonator pattern created above was placed on a hot plate heated to 350°C for 10 minutes, then placed on a cooling plate at room temperature to cool, and the electrical characteristics of the one-port SAW resonator were measured again using a network analyzer.
  • the results were the same as those in Table 4.
  • the electromechanical coupling coefficient ( k2 ) began to decrease from the value in Table 3 when the cumulative heating time reached about one hour, and the electromechanical coupling coefficient ( k2 ) had decreased to 5% after a cumulative heating time of four hours.

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Abstract

圧電単結晶薄膜と、支持基板と、圧電単結晶薄膜と支持基板の間に設けられた少なくとも１種の介在層と、を備える複合基板であって、介在層は圧電単結晶薄膜と接しており、介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であり、かつ介在層をブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した縦波の減衰が８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下である表面弾性波デバイス用複合基板である。本発明によれば、フィルタの通過帯域のロスが小さく、スプリアスが少ない、優れた高性能で信頼性が高い表面弾性波デバイス用複合基板を提供することができる。

Description

表面弾性波デバイス用複合基板
　本発明は、圧電単結晶薄膜と支持基板とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板に関する。
　携帯電話等には、周波数調整・選択用の部品として、圧電基板上に表面弾性波を励起するための櫛形電極（ＩＤＴ：Inter　digital　Transducer）が形成された表面弾性波（ＳＡＷ：surface　acoustic　wave）デバイスが用いられている。表面弾性波デバイスには、小型で挿入損失が小さく、不要波を通さない性能が要求され、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３；ＬＴ）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３；ＬＮ）などの圧電材料が用いられている。
　一方で、第四世代以降の携帯電話の通信規格のもとでは、表面弾性波デバイスに用いられる圧電材料は、その温度による特性変動を十分小さくする必要がある。また、バンド間に余計なノイズがはみ出ないように、フィルタやデュプレクサ、マルチプレクサは挿入損失が限りなく小さく、またフィルタの肩特性は極めて急峻である必要があり、フィルタを構成する共振子は高いＱ値（Quality　Factor）が求められる。また、フィルタは用いるバンドにより広帯域に対応できることも要求される。
　このような表面弾性波デバイスに用いられる材料に関して、圧電材料と他の材料からなる複合基板が検討されている。例えば、特許文献１には圧電膜を有する弾性波装置であって、支持基板と、前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備える、弾性波装置が開示されている。
　さらに、特許文献２には支持基板と、前記支持基板上に積層された媒質層と、前記媒質層上に積層されており、バルク波が伝搬する圧電体と、前記圧電体の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備え、前記媒質層が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも、前記弾性波の主成分であるバルク波と同じバルク波の伝搬速度が低速である低速媒質と、前記圧電体を伝搬する前記弾性波の音速よりも、前記弾性波の主成分であるバルク波と同じバルク波の伝搬速度が高速である高速媒質とを含んでおり、前記高速媒質で該媒質層を形成した場合の主振動モードの音速をＶＨ、前記低速媒質で該媒質層を形成した場合の主振動モードの音速をＶＬ、としたとき、前記媒質層が形成された弾性波装置における主振動モードの音速が、ＶＬ＜主振動モードの音速＜ＶＨ、となるように、前記媒質層が形成されており、前記媒質層の厚みが、ＩＤＴの周期をλとしたときに、１λ以上である、ことを特徴とする、弾性波装置が開示されている。
特許第５７１３０２５号公報 特許第５８６１７８９号公報
　しかしながら、特許文献１または特許文献２の複合基板を用いて表面弾性波フィルタを作製した場合、圧電体から低速媒質への弾性波のエネルギーが漏れ出し滞在するため、表面弾性波フィルタの通過帯域内、若しくは、より高い周波数にスプリアス若しくはリップルと呼ばれるノイズが発生するという問題がある。このノイズは、圧電結晶膜と支持基板の接合界面における波の反射や、圧電結晶膜と支持基板間の介在層に弾性波動がトラップされることにより生じ、表面弾性波フィルタの周波数特性を悪化させたり、フィルタの通過帯域のロスが増大する原因となったりするため好ましくない。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、フィルタの通過帯域のロスが小さく、スプリアスが少ない、優れた高性能で信頼性が高い表面弾性波デバイス用複合基板を提供することを目的とする。
　本発明者らは、鋭意検討の結果、圧電単結晶薄膜と、支持基板と、圧電単結晶薄膜と支持基板との間に少なくとも１層の介在層と、を備え、介在層の合計厚み、及び、縦波の減衰を規定することで、フィルタの通過帯域のロスが小さく、高い信頼性が得られることを見出し、本発明を完成させた。本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］圧電単結晶薄膜と、支持基板と、前記圧電単結晶薄膜と前記支持基板の間に設けられた少なくとも１層の介在層と、を備える複合基板であって、前記介在層は前記圧電単結晶薄膜と接しており、前記介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であり、かつブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した前記介在層の縦波の減衰が８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下である表面弾性波デバイス用複合基板。
［２］前記介在層の横波の音速は、前記圧電単結晶薄膜の遅い横波の音速より速い［１］に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［３］前記圧電単結晶薄膜は、鉄を１２０ｐｐｍ以下含み、前記圧電単結晶薄膜の体積抵抗率は２×１０１１Ω・ｃｍ以下である［１］又は［２］に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［４］前記介在層は、ＳｉＯｘ（１．８＜ｘ＜２．０５）、及びＳｉＯｙＮｚ（０．０２＜ｚ／（ｙ＋ｚ）＜０．１）のいずれかである［１］～［３］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［５］前記圧電単結晶薄膜の主成分が、タンタル酸リチウムもしくはニオブ酸リチウムである［１］～［４］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［６］前記支持基板が、シリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、炭化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板、及び水晶基板のいずれかである［１］～［５］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［７］前記支持基板は、Ｓｉ単結晶とＳｉ単結晶上に形成したポリシリコン層からなる［１］～［５］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［８］前記介在層中のＬｉイオンの含有量が、１×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である［１］～［７］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板
　本発明によれば、フィルタ通過帯域のロスが小さく、高い信頼性が得られる表面弾性波デバイス用複合基板を提供することができる。
図１は、ＳｉＯ１．７薄膜のブリリュアン振動のスペクトルの一例を示す図である。 図２は、薄膜内の超音波（縦波）による反射光のみをフーリエ変換した波形を示す図である。 図３は、薄膜のＬＳＡＷ音速と、薄膜厚を超音波の波長で規格化した値（薄膜厚／波長）との異存性の関係、及び、有限要素法により求めた弾性波の音速計算結果を示す図である。 図４は、弾性波がＳｉＯ１．７薄膜／（１１１）Ｓｉ基板構成の薄膜表層にエネルギーが集中している波動の変位分布計算結果例を示す図である。 図５は、実施例１で製造した複合基板の断面ＴＥＭ観察写真例を示す図である。 図６は、表面にＡｌ微細電極を形成した複合基板を示す図である。 図７は、実施例１で得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を示す図である。 図８は、実施例２で得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を示す図である。 図９は、比較例１で得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を示す図である。 図１０は、比較例２で得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を示す図である。
　以下、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板について詳細に説明するが、本発明は、当該実施形態に限定されるものではない。また、記号「～」を用いて限定された数値範囲は「～」の両端（上限及び下限）の数値を含むものとする。
［表面弾性波デバイス用複合基板］
　本発明の表面弾性波デバイス用複合基板は、圧電単結晶薄膜と、支持基板と、圧電単結晶薄膜と支持基板の間に設けられた少なくとも１層の介在層と、を備える複合基板であって、介在層は圧電単結晶薄膜と接しており、介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であり、かつブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した介在層の縦波の減衰が８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下である。
（圧電単結晶薄膜）
　本発明の一実施形態における表面弾性波デバイス複合基板における圧電単結晶薄膜は、圧電体膜として使用することができれば特に制限されないが、主成分が、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：ＬＴ）、又は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）であることが好ましい。圧電単結晶薄膜の主成分を上記成分とすることで、電気機械結合が大きな弾性波デバイスとすることができる。
　なお、本願発明において、圧電単結晶薄膜の主成分が、タンタル酸リチウム、又はニオブ酸リチウムであるとは、圧電単結晶薄膜を構成する成分のうち、５０質量％以上が、タンタル酸リチウム、又はニオブ酸リチウムであることをいう。また、圧電単結晶薄膜の成分として、タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウム以外の成分として、鉄，マグネシウム等を含有することができる。
　また、圧電単結晶薄膜中に、鉄が１２０ｐｐｍ以下含まれていることが好ましい。圧電単結晶薄膜中に鉄を微少量含むことで、圧電単結晶薄膜の分極が破壊される電界、すなわち、抗電界が上昇するため、分極が破壊されにくくすることができる。上記の点から、鉄の含有量は、１０ｐｐｍ以上１２０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５０ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。
　また、圧電単結晶薄膜の初期の体積抵抗率が２×１０１１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。圧電単結晶薄膜の初期の体積抵抗率が、２×１０１１Ω・ｃｍ以下であることで、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板の恒温耐性を向上させることができる。圧電単結晶薄膜の初期の体積抵抗率は、２×１０１０Ω・ｃｍ以上２×１０１１Ω・ｃｍ以下であることがより好ましく、２×１０１０Ω・ｃｍ以上１×１０１１Ω・ｃｍ以下であることがさらに好ましい。
（支持基板）
　本発明の一実施形態における表面弾性波デバイス複合基板における支持基板は、シリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、炭化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板、水晶基板のいずれかを用いることができる。
　支持基板として、上記の基板を用いた表面弾性波デバイス用複合基板を用いて製造された表面弾性波共振子は、Ｑ値が高く、帯域外のスプリアスがさらに抑制され、さらに、温度特性が優れた表面弾性波デバイスを得ることができる。
　また、支持基板としては、Ｓｉ単結晶と、Ｓｉ単結晶上に形成したポリシリコン層からなる支持基板を用いることができる。
　支持基板として、ポリシリコン層の厚みを適宜調整することで、帯域外のスプリアスをさらに抑制することができる。
　ポリシリコン層の厚みは、０．２μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上１．９μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以上１．２μｍ以下であることがさらに好ましい。
（介在層）
　本発明の表面弾性波デバイス用複合基板は、上記の圧電単結晶薄膜と、支持基板との間に介在層を備え、介在層は、圧電単結晶薄膜と接して設けられている。本発明の一実施形態における表面弾性波デバイス複合基板における介在層は、ＳｉＯｘ（１．８＜ｘ＜２．０５）、及びＳｉＯｙＮｚ（０．０２＜ｚ／（ｙ＋ｚ）＜０．１）のいずれかであることが好ましい。
　また、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板は、少なくとも１層の介在層を備えている。介在層は１層であっても良く、２層以上であってもよく、２層以上の場合は、各層を同じ材料で構成しても良く、異なる材料で構成しても良い。
　また、介在層中のＬｉイオンの含有量は、１×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であることが好ましい。Ｌｉイオンは、主に、圧電単結晶薄膜から介在層に拡散するが、介在層中のＬｉイオンの含有量が、介在層中のＬｉイオンの含有量が、１×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以下とすることで、介在層の軟化を防止することができ、帯域内及び帯域外のスプリアスを抑制することができる。
　さらに、介在層の厚みは、介在層が１層の場合はその厚み、２層以上の場合は、その合計厚みが、介在層の表面弾性波の波長の２倍の厚み以下である。介在層の厚みが介在層の表面弾性波の波長の２倍の厚みを超えると、介在層内に弾性波がトラップされやすくなり、帯域外のスプリアスが大きくなる問題が生じる。介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であることが好ましく、１倍以下であることがより好ましい。
　また、ブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した介在層の縦波の減衰が、８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下である。
　介在層の縦波の音波減衰が大きい場合は、介在層内に弾性波がトラップされやすくなる。この場合、本発明の表面弾性波デバイス用複合基板からなる表面弾性波共振子は、帯域外のスプリアスが大きくなる問題が生じる。介在層の縦波の減衰を８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下とすることで、表面弾性波共振子のＱ値が高く、帯域外のスプリアスをさらに抑制することができる。介在層の縦波の減衰は、２×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下であることが好ましく、０．５×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下であることがより好ましい。
　また、介在層の横波の音速は、圧電単結晶薄膜の遅い横波の音速より速いことが好ましい。介在層の横波（バルク波）の速度が圧電単結晶薄膜の遅い横波（バルク波）より速くすることで、表面弾性波デバイス用複合基板を用いて得られる表面弾性波フィルタの通過帯域のロスを改善することができる。介在層の横波の速度が圧電単結晶薄膜の遅い横波より遅いと、介在層内に弾性波がトラップされやすくなることが懸念される。なお、圧電単結晶薄膜は、異方性を有する材料であるので，圧電単結晶薄膜の横波には速い横波と遅い横波の２つの横波が存在する。
　例えば、圧電単結晶薄膜の一例としてのＬｉＴａＯ３において、４６°回転ＹカットのＬｉＴａＯ３の遅い横波は３３３０ｍ／ｓである。また、介在層の一例としてのＳｉＯ１．８５、あるいはＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６において、ＳｉＯ１．８５、あるいはＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６の横波の音速は、夫々３８５０ｍ／ｓ、及び３７５０ｍ／ｓと高音速である。ＳｉＯ１．８５、あるいはＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６の横波の音速は、詳しくは後述するが、例えば、Tatsuya　Omori1,　Kensuke　Sakamoto,　Satoshi　Suzuki　,　Jun-ichi　Kushibiki,　Satoru　Matsuda　,　and　Ken-ya　Hashimoto　,　“Characterization　of　Elastic　Properties　of　SiO2　Thin　Films　by　Ultrasonic　Microscopy”，に記載されている直線収束ビーム超音波顕微鏡による圧電単結晶薄膜のＬＳＡＷの横波音速測定値と有限要素法による解析より求めることができる。
　介在層をＳｉＯ１．８５、あるいはＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６とし、圧電単結晶薄膜をＬｉＴａＯ３とすることで、介在層の横波の音速が、圧電単結晶薄膜の遅い横波の音速より速くすることができる。
　また、ブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した介在層の縦波の減衰を求めたところ、ＳｉＯ１．８５は、該減衰が１．２×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）、ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６は該減衰が０．１×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）であり、縦波の減衰を８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下とすることができる。
　ここで、ブリリュアン振動法としては、H.Ogi　et.al,　“Elastic　constant　and　Brillouin　oscillations　in　sputtered　vitreous　SiO2　thin　films”,　PHISICAL　REVIEW　B　78,13204　(2008)，に記載の方法を用いることができる。図１に、介在層の組成がＳｉＯ１．７である場合、介在層と同一組成かつ同一製法によるＳｉＯ１．７薄膜のブリリュアン振動のスペクトルの一例を示す。
　図１の測定に用いたＳｉＯ１．７薄膜（以下、単に「薄膜」ともいう。）は、介在層と同一組成かつ同一製法によるＳｉＯ１．７薄膜を１０５５ｎｍの厚さ（前記厚さをｄとする）でＳｉ基板上に形成し、さらにＳｉＯ１．７薄膜上にＡｌ膜を１０ｎｍ形成した。薄膜の製法は、特に限定されないが例えばＣＶＤ法であってもよい。このＡｌ膜とＳｉＯ１．７薄膜とＳｉ基板からなる構造体に極短パルス光を入射して超高周波の超音波を発生させる。さらに、参照用波長（λ）が４００ｎｍの遅延パルス光を照射する。薄膜内で超音波によって回折される光を検出することにより、薄膜の縦波音速を求めることが出来る。
　この時、薄膜の密度と４００ｎｍでの屈折率を予め求めておく。プリズムカプラー法により薄膜の４００ｎｍでの屈折率（ｎ）は、１．７２８であった。
　また、薄膜の密度（ρ）はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によって求めたところ、２３００ｋｇ／ｍ３であった。図１に示すブリリュアンスペクトルの前半部位は、薄膜内の超音波（縦波）による回折による反射光強度を示している。薄膜内の超音波（縦波）による反射光のみをフーリエ変換すると、図２に示す薄膜内の超音波（縦波）の周波数が得られる。図２から前記の薄膜内の超音波（縦波）の周波数（ｆ）は、５４．５ＧＨｚと算出できる。
　この時、薄膜内の超音波（縦波）の音速ｖｌは、以下の式（１）により求めることができる。
　ｖｌ＝ｆ×λ／（２×ｎ）　　・・・・・・式（１）
　式（１）により求めた図２に示す薄膜内の超音波（縦波）の音速は６３２５ｍ／ｓであった。また、薄膜の弾性定数Ｃ１１はｖｌ＝√（Ｃ１１／ρ）より算出でき、薄膜の弾性定数Ｃ１１は９２ＧＰａとなった。
　次に、ＳｉＯ１．７膜の横波の音速を直線収束ビーム超音波顕微鏡および有限要素法により求める方法を説明する。
　まず、例えば、上述したTatsuya　Omori1,　Kensuke　Sakamoto,　Satoshi　Suzuki　,　Jun-ichi　Kushibiki,　Satoru　Matsuda　,　and　Ken-ya　Hashimoto　,　“Characterization　of　Elastic　Properties　of　SiO2　Thin　Films　by　Ultrasonic　Microscopy”，に記載されている直線収束ビーム超音波顕微鏡により、薄膜のＬＳＡＷ音速を、周波数を１６０ＭＨｚ～２７５ＭＨｚと変化させて、薄膜厚を超音波の波長で規格化した値（薄膜厚／波長）の異存性を求めた。関係図を図３に示す。
　図３の直線収束ビーム超音波顕微鏡によるＬＳＡＷ音速（縦軸）は、介在層と同一組成かつ同一製法によるＳｉＯ１．７薄膜を２８３０ｎｍの厚さでＳｉ（１１１）方位の基板上に形成し、直線収束ビーム超音波顕微鏡の直線収束ビームがＳｉ基板面内の（１１０）方向から、薄膜側から見て時計回りに４５度ずらした方向となるようにカップラントの純水を介してＳｉＯ１．７薄膜／Ｓｉ基板構成の表層にＬＳＡＷ伝搬させることにより得た。
　一方、２次元の有限要素法を用いてＳｉＯ１．７薄膜／（１１１）Ｓｉ基板構成の薄膜表層に、電極周期と比べ十分薄いＺｎＯ膜とＡｌ電極を配置して、薄膜付きＳｉ基板のＳｉの＜１１０＞方向から、時計回りに４５度ずらした方向に弾性波を励振させ、電極周期により決まる波長を有限要素法の計算のモデル上で変化させてＳｉＯ１．７薄膜／（１１１）Ｓｉ基板構成の弾性波音速と波長で規格化した介在層の関係を計算した。この時、ＳｉＯ１．７薄膜の弾性定数Ｃ１２が未知数となっている為、Ｃ１２は仮の値を入力し、図３の直線収束ビーム超音波顕微鏡によるＬＳＡＷ音速の測定結果と合致するように、Ｃ１２を決定した。それ以外の定数（Ｃ１１，ρ）は、前記の値を計算に用いた。
　前記により求めたＣ１２は、２０ＧＰａとなった。さらに、ＳｉＯ１．７薄膜の弾性定数Ｃ１２が２０ＧＰａである場合の有限要素法による弾性波の音速計算結果を図３に付記した。
　また、一例として弾性波波長が１８μｍの場合の有限要素法による計算モデルにおいて弾性波がＳｉＯ１．７薄膜／（１１１）Ｓｉ基板構成の薄膜表層にエネルギーが集中している波動の変位分布計算結果例を図４に示した。
　上記の検討から、ＳｉＯ１．７薄膜単体の横波音速Ｖｓ（＝√（（Ｃ１１－Ｃ１２）／ρ））を求めた結果、Ｖｓ＝３９６０ｍ／ｓが得られた。上記の本願有限要素法による計算モデルでは、Ｓｉ基板、ＺｎＯ膜、Ａｌ膜の弾性定数は弾性表面波データブック（財団法人　日本電子工業興業会編集），（ｐ．６６（ＺｎＯ），ｐ．１６５（Ｓｉ）、ｐ．１７２（Ａｌ））に記載の値を用いた。
　また、本願の検討では、本願独自の試みとして、図１に示すブリリュアンスペクトルの前半部位である薄膜層内の超音波（縦波）による回折による反射光強度が時間とともに指数関数的に減衰していることに着目した。すなわち、図１に点線で示した反射光強度の包絡線において、時間が０ｐｓｅｃのときの振幅強度をＡ０、超音波がＳｉに達した時刻における振幅強度をＡとすると、式（２）により、薄膜内の超音波（縦波）の減衰定数（β）を記述する。
　Ａ＝Ａ０・ｅｘｐ（－β・ｆ２・ｄ）　　・・・・・・式（２）
　図２の場合、Ａ０は０．０３、Ａは０．００４であった。前記より減衰定数βを式（３）より求める。
　β＝－１／（ｆ２・ｄ）・Ｉｎ（Ａ／Ａ０）　　　・・・・式（３）
　図２の場合　βは　１０．８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）であった。
　上述した種々の介在層について、上記と同様の方法で、ブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した縦波の減衰を求めた。
　介在層の縦波の音波減衰が大きい場合は、介在層内に弾性波がトラップされやすくなる。この場合、表面弾性波デバイス用複合基板からなる表面弾性波共振子は、帯域外のスプリアスが大きくなる問題が生じることを確認した。
　一方、本願発明による介在層が高音速でかつ縦波の減衰が少ないと、介在層に極端に弾性波が集中することができずに、圧電単結晶薄膜に波動エネルギーを集中させることができる。このため、本願発明の表面弾性波デバイス用複合基板を用いた表面弾性波共振子のＱ値が高く、帯域外のスプリアスがさらに抑圧され好ましい。
　以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
　直径１５０ｍｍの（１１１）方位の高抵抗シリコン基板の表層にポリシリコン層を１．７μｍ形成した。
　次に、コングルーエント組成のタンタル酸リチウム結晶に含まれるリチウム量を基準としてリチウムの量を減らした組成の融液を調整して、該調整した組成の融液から鉄置換タンタル酸リチウム結晶を成長させた。
　鉄の添加量を、鉄置換タンタル酸リチウム結晶中の鉄の含有量が９５質量ｐｐｍになるように調整して得られた６ｉｎｃｈの鉄含有４２°Ｙカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板を準備した。鉄含有４２°Ｙカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板は、還元処理を施すことにより体積抵抗率を２．２×１０１０Ω・ｃｍに調整した。
　次に、６ｉｎｃｈの鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板の接合予定面側から水素分子イオンを注入した。このときのドーズ量は９×１０１６ａｔｍ／ｃｍ２で、加速電圧は１６０ＫｅＶであった。
　続いて、水素分子イオンを注入した６ｉｎｃｈの鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板イオン注入面に０．４μｍ厚の組成がＳｉＯ１．８５である介在層をＣＶＤ法により形成した。
　続いて、上記のポリシリコン層を形成したシリコン基板と、０．４μｍ厚のＳｉＯ１．８５を用いた介在層を有する鉄含有ＬＴ基板をプラズマ処理により表面活性化処理を行った。さらに、ポリシリコン層を形成したシリコン基板と、０．４μｍ厚のＳｉＯ１．８５を用いた介在層を介在させて鉄含有ＬＴ基板と、を貼り合せて接合体とした。
　続いて、接合体を貼り合わせ界面のずれによる結晶欠陥導入を防ぐため窒素下において３５０℃で熱処理をおこなった。続いて熱処理後の接合体を１１０℃に加熱して、鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板のイオン注入部の一端にクサビを打ち込んで、シリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層と残りの鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板とに分離した。
　分離後のシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層の厚みを分光光度計により測定したところ、０．５２μｍの厚みであった。次に、このシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層からなる複合基板を５００℃で６時間加熱した。
　さらに、複合基板の鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜表層を２０ｎｍ研磨して、シリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層の厚みを分光光度計により測定したところ、０．５μｍの厚みであった。
　図５は、上記の方法で製造した実施例１の複合基板の断面ＴＥＭ観察写真例を示す図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部をさらに拡大した写真である。
　上記の方法で製造した複合基板の介在層（ＳｉＯ１．８５層）内のＬｉ量を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ、　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定したところ、ＳｉＯ１．８５層内のＬｉ量は，最大で２×１０１６ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。また、介在層（ＳｉＯ１．８５層）の組成比は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求めた。
　さらに、介在層（ＳｉＯ１．８５層）の密度をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によって求めたところ、２２４０ｇ／ｃｍ３であった。また、ブリリュアン振動法により介在層（ＳｉＯ１．８５層）の縦波音速と減衰を求めた。結果、介在層（ＳｉＯ１．８５層）の縦波音速は６２００ｍ／ｓ、音波減衰率は、５５ＧＨｚで１．２×１０－３（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）であった。
　また、介在層（ＳｉＯ１．８５層）単体の横波音速を直線収束ビーム超音波顕微鏡と有限要素法解析を組み合わせて求めたところ、介在層（ＳｉＯ１．８５層）単体の横波音速は３８５０ｍ／ｓであった。
　次に、上記で得られた複合基板表面に、Ａｌ膜を０．１４μｍの厚みでスパッタし、レジストを塗布したのちｉ線露光で約０．５μｍ線幅のレジストパタンを形成した。次いでドライエッチングによりＡｌをエッチングして１ポートのＳＡＷ共振子の１層目を形成した。この時、弾性表面波の波長は２μｍであり、介在層（ＳｉＯ１．８５層）の厚みは０．２波長である。
　さらに、上記の複合基板に、リフトオフ法によりＡｌ膜０．６μｍ厚の２層目のパッド部を形成した。図６に、表面にＡｌ微細電極を形成した複合基板を示す。
　次に、上記で作成したシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板上の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を図７に示す。
　また、ＳＡＷ共振子の共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ），電気機械結合係数（ｋ２）、Ｑの最大値（Ｑｍａｘ）、入力インピーダンスの振幅（ΔＺ）、比帯域の値（比帯域＝（反共振周波数－共振周波数）／共振周波数）、２４００～２８００ＭＨｚ間のスプリアス強度を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
　次に、上記で作成した１ポートＳＡＷ共振子のパタンが付いたシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板を、１０分間、３５０℃に加熱してあるホットプレート上に乗せ、その後室温の冷却板に乗せて冷やして再度１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。その結果、特性は表１と同様であった。さらに、この３５０℃のホットプレート加熱と冷却と測定について、３５０℃のホットプレート加熱の累積時間で計４時間繰り返したところ各累積時間加熱後の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性は表１と変わらなかった。
（実施例２）
　実施例１において０．４μｍ厚で組成がＳｉＯ１．８５である介在層の代わりに、０．３μｍ厚で組成がＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６である介在層を用いた以外は実施例１と同様にしてシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜からなる複合基板を作成した。
　シリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板の介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の層内のＬｉ量を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ、　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定したところ、ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層内のＬｉ量は，１×１０１４ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であった。また、前記の介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の組成比は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求めた。
　また、シリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜からなる複合基板のＬＴ層を除去して、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ，　Ｘ－ｒａｙ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）により介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の密度を求めた。結果、介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の密度は、２２１０ｇ／ｃｍ３であった。また、前記のシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板のＬＴ層を除去し、ブリリュアン振動法により介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の縦波音速と減衰を求めた。結果、介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の縦波音速は６１９０ｍ／ｓ、音波減衰率は、５５ＧＨｚで１．２×１０－３（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）であった。
　また、介在層であるＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層単体の横波音速を、前述した直線収束ビーム超音波顕微鏡と有限要素法解析を組み合わせて求めたところ、ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層単体の横波音速は３７５０ｍ／ｓであった。
　次に、上記で作成したシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板上の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を図８に示す。この時、弾性表面波の波長は２μｍであり、介在層（ＳｉＯ１．９４Ｎ０．０６層）の厚みは０．１５波長である。
　また、ＳＡＷ共振子の共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ），電気機械結合係数（ｋ２）、Ｑの最大値（Ｑｍａｘ）、入力インピーダンスの振幅（ΔＺ）、比帯域の値、２４００～２８００ＭＨｚ間のスプリアス強度を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　次に、実施例１と同様の方法で作成した１ポートＳＡＷ共振子のパタンが付いたシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板を、１０分間、３５０℃に加熱してあるホットプレート上に乗せ、その後室温の冷却板に乗せて冷やして再度１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。その結果、特性は表２と同様であった。さらに、この３５０℃のホットプレート加熱と冷却と測定について、３５０℃のホットプレート加熱の累積時間で計４時間繰り返したところ各累積時間加熱後の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性は表２と変わらなかった。
（比較例１）
　直径１５０ｍｍの（１１１）方位の高抵抗シリコン基板の表層にポリシリコン層を１．７μｍ形成した。
　次に、コングルーエント組成のタンタル酸リチウム結晶に含まれるリチウム量を基準としてリチウムの量を減らした組成の融液に調整して、該調整した組成の融液から鉄置換タンタル酸リチウム結晶を成長させた。
　鉄の添加量を、鉄置換タンタル酸リチウム結晶中の鉄の含有量が９５質量ｐｐｍになるように添加して得られた６ｉｎｃｈの鉄含有４２°Ｙカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板を準備した。鉄含有４２°Ｙカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板は、還元処理を施すことにより体積抵抗率を２．２×１０１０Ω・ｃｍに調整した。
　次に、６ｉｎｃｈの鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板の接合予定面側から水素分子イオンを注入した。このときのドーズ量は９×１０１６ａｔｍ／ｃｍ２で、加速電圧は１６０ＫｅＶであった。
　続いて、水素分子イオンを注入した６ｉｎｃｈの鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板イオン注入面に０．４μｍ厚の組成がＳｉＯ１．７である介在層をＣＶＤ法により形成した。
　続いて、上記のポリシリコン層を形成したシリコン基板と、０．４μｍ厚のＳｉＯ１．７を用いた介在層を有する鉄含有ＬＴ基板をプラズマ処理により表面活性化処理を行った。さらに、上記のポリシリコン層を形成したシリコン基板と０．４μｍ厚のＳｉＯ１．７を用いた介在層を介在させて鉄含有ＬＴ基板を貼り合せて接合体とした。
　続いて、接合体を貼り合わせ界面のずれによる結晶欠陥導入を防ぐため窒素下において３５０℃で熱処理をおこなった。続いて熱処理後の接合体を１１０℃に加熱して、鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板のイオン注入部の一端にクサビを打ち込んで、支持基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層と残りの鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板とに分離した。
　分離後のシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層の厚みを分光光度計により測定したところ、０．５２μｍの厚みであった。次にこのシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜からなる複合基板を５００℃で６時間加熱した。
　さらに、複合基板の鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜表層を２０ｎｍ研磨して、シリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層の厚みを分光光度計により測定したところ、０．５μｍの厚みであった。
　上記の方法で製造した複合基板の介在層（ＳｉＯ１．７層）内のＬｉ量を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ、　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定したところ、ＳｉＯ１．７層内のＬｉ量は，最大で２×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。介在層（ＳｉＯ１．７層）の組成比は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求めた。
　また、介在層（ＳｉＯ１．７層）の密度をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によって求めたところ、２２４０ｇ／ｃｍ３であった。また、ブリリュアン振動法により介在層（ＳｉＯ１．７層）の縦波音速と減衰を求めた。結果、介在層（ＳｉＯ１．７層）の縦波音速は６３２５ｍ／ｓ、音波減衰率は、５５ＧＨｚで１０．８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）であった。
　また、介在層（ＳｉＯ１．７層）単体の横波音速を直線収束ビーム超音波顕微鏡と有限要素法解析を組み合わせて求めたところ、介在層（ＳｉＯ１．７層）単体の横波音速は３９６０ｍ／ｓであった。
　次に、上記で得られた複合基板表面に、Ａｌ膜を０．１４μｍの厚みでスパッタし、レジストを塗布したのちｉ線露光で約０．５μｍ線幅のレジストパタンを形成した。次いでドライエッチングによりＡｌをエッチングして１ポートのＳＡＷ共振子の１層目を形成した。
　さらに、上記の複合基板に、リフトオフ法によりＡｌ膜０．６μｍ厚の２層目のパッド部を形成した。この時、弾性表面波の波長は２μｍであり、介在層（ＳｉＯ１．７層）の厚みは０．２波長である。
　次に、上記で作成したシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板上の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を図９に示す。
　また、ＳＡＷ共振子の共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ），電気機械結合係数（ｋ２）、Ｑの最大値（Ｑｍａｘ）、入力インピーダンスの振幅（ΔＺ）、比帯域の値、２４００～２８００ＭＨｚ間のスプリアス強度を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、上記で作成した１ポートＳＡＷ共振子のパタンが付いたシリコン基板に接合された鉄含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板を、１０分間、３５０℃に加熱してあるホットプレート上に乗せ、その後室温の冷却板に乗せて冷やして再度１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。その結果、特性は表３と同様であった。さらに。この３５０℃のホットプレート加熱と冷却と測定について、３５０℃のホットプレート加熱の累積時間で計４時間繰り返したところ各累積時間加熱後の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性は表３と変わらなかった。
（比較例２）
　直径１５０ｍｍの高抵抗シリコン基板の表層にポリシリコン層を１．７μｍ形成した。
　次にコングルーエント組成のタンタル酸リチウム結晶に鉄非含有のタンタル酸リチウム結晶を成長させた。
　鉄非含有のタンタル酸リチウム結晶を加工し、６ｉｎｃｈの鉄非含有４２°Ｙカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板を準備した。鉄非含有４２°Ｙカットのタンタル酸リチウム（ＬＴ）基板は、還元処理を施すことにより体積抵抗率を２．２×１０Ω・ｃｍに調整した。
　次に、６ｉｎｃｈの鉄非含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板の接合予定面側から水素分子イオンを注入した。このときのドーズ量は９×１０１６ａｔｍ／ｃｍ２で、加速電圧は１６０ＫｅＶであった。
　次に、６ｉｎｃｈの鉄非含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板イオン注入面に０．４μｍ厚の組成がＳｉＯ２である介在層をＣＶＤ法により形成した。
　続いて、上記のポリシリコン層を形成したシリコン基板と、０．４μｍ厚のＳｉＯ２を用いた介在層を有する鉄非含有ＬＴ基板をプラズマ処理により表面活性化処理を行った。さらに、上記のポリシリコン層を形成したシリコン基板と０．４μｍ厚のＳｉＯ２を用いた介在層を介在させて鉄非含有ＬＴ基板を貼り合せて接合体とした。
　続いて、研削と研磨により、接合体（接合基板）の表層を削った。
　薄化後のシリコン基板に接合された鉄非含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜層の厚みを分光光度計により測定したところ、０．５μｍの厚みであった。
　上記の方法で製造した複合基板の介在層（ＳｉＯ２層）内のＬｉ量を二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ、　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定したところ、ＳｉＯ２層内のＬｉ量は，最大で５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。介在層（ＳｉＯ２層）の組成比は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により求めた。
　また、上記の方法で製造した複合基板のＬＴ層を除去して、Ｘ線反射率測定法（ＸＲＲ，　Ｘ－ｒａｙ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）により介在層（ＳｉＯ２層）の密度を求めた。結果、介在層（ＳｉＯ２層）の密度は、２１００ｇ／ｃｍ３であった。また、複合基板のＬＴ層を除去し、ブリリュアン振動法により介在層（ＳｉＯ２層）の縦波音速と減衰を求めた。結果、介在層（ＳｉＯ２層）の縦波音速は５４００ｍ／ｓ、音波減衰率は、５５ＧＨｚで５×１０－１（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）であった。
　また、介在層であるＳｉＯ２層単体の横波音速を、前述した直線収束ビーム超音波顕微鏡と有限要素法解析を組み合わせて求めたところ、前記のＳｉＯ２層単体の横波音速は３１５０ｍ／ｓであった。
　次に、上記で作成したシリコン基板に接合された鉄を含まないタンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板上の１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。得られたＳＡＷの共振波形（入力インピーダンス（Ｚｉｎ）とＱ値）を図１０に示す。
　また、ＳＡＷ共振子の共振周波数（ｆｒ）、反共振周波数（ｆａ），電気機械結合係数（ｋ２）、Ｑの最大値（Ｑｍａｘ）、入力インピーダンスの振幅（ΔＺ）、比帯域の値、２４００～２８００ＭＨｚ間のスプリアス強度を表４に示す。この時、弾性表面波の波長は２μｍであり、介在層（ＳｉＯ２層）の厚みは０．２波長である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　次に、上記で作成した１ポートＳＡＷ共振子のパタンが付いたシリコン基板に接合された鉄非含有タンタル酸リチウム（ＬＴ）圧電単結晶薄膜基板を、１０分間、３５０℃に加熱してあるホットプレート上に乗せ、その後室温の冷却板に乗せて冷やして再度１ポートＳＡＷ共振子の電気特性をネットワークアナライザにて測定した。その結果、特性は表４と同様であった。さらに、この３５０℃のホットプレート加熱と冷却と測定について、３５０℃のホットプレート加熱の累積時間で計４時間繰り返したところ、加熱の累計時間が計１時間の頃から、電気機械結合係数（ｋ２）が、表３の値から減少し始めて、加熱の累計時間が計４時間後においては、電気機械結合係数（ｋ２）は５％まで減少していた。

Claims (8)

  1. 　圧電単結晶薄膜と、支持基板と、前記圧電単結晶薄膜と前記支持基板の間に設けられた少なくとも１層の介在層と、を備える複合基板であって、
    　前記介在層は前記圧電単結晶薄膜と接しており、前記介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であり、かつブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した前記介在層の縦波の減衰が８×１０－２（ｎｍ－１・ＴＨｚ－２）以下である表面弾性波デバイス用複合基板。
  2. 　前記介在層の横波の音速は、前記圧電単結晶薄膜の遅い横波の音速より速い請求項１に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  3. 　前記圧電単結晶薄膜は、鉄を１２０ｐｐｍ以下含み、
    　前記圧電単結晶薄膜の体積抵抗率は２×１０１１Ω・ｃｍ以下である請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  4. 　前記介在層は、ＳｉＯｘ（１．８＜ｘ＜２．０５）、及びＳｉＯｙＮｚ（０．０２＜ｚ／（ｙ＋ｚ）＜０．１）のいずれかである請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  5. 　前記圧電単結晶薄膜の主成分が、タンタル酸リチウムもしくはニオブ酸リチウムである請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  6. 　前記支持基板が、シリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、炭化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板、及び水晶基板のいずれかである請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  7. 　前記支持基板は、Ｓｉ単結晶とＳｉ単結晶上に形成したポリシリコン層からなる請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
  8. 　前記介在層中のＬｉイオンの含有量が、１×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
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