(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランガサイト単結晶からなる圧電基板と、前記圧電基板表面に形成されたインターデジタルトランスデューサから構成される表面波共振子であって、
前記圧電基板のオイラー角（１２°，θ，３７°）を横軸に取り、前記圧電基板に励起される波長λに対する前記インターデジタルトランスデューサの膜厚Ｈの割合Ｈ／λを縦軸にとって表したとき、
Ａ（θ＝１５２°、Ｈ／λ＝０．００５）
Ｂ（θ＝１５３．５°、Ｈ／λ＝０．００５）
Ｃ（θ＝１５５°、Ｈ／λ＝０．１５）
Ｄ（θ＝１５３．５°、Ｈ／λ＝０．１５）
で示される各点を結ぶ直線で囲まれた領域の内部または線上にあることを特徴とする表面波共振子。
【請求項２】
請求項１記載の表面波共振子を用いたことを特徴とする表面波フィルタ。
【請求項３】
請求項１記載の表面波共振子または請求項２記載の表面波フィルタを用いたことを特徴とする共用器。
【請求項４】
請求項１記載の表面波共振子または請求項２記載の表面波フィルタまたは請求項４記載の共用器を用いたことを特徴とする通信機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面波共振子やそれを用いた表面波フィルタ及び共用器及び通信機装置に関し、特にランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）の単結晶を圧電基板として用いた表面波共振子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、移動体通信機器の帯域通過フィルタ等に表面波共振子が広く用いられている。このような表面波共振子の一つとして、圧電基板上に櫛形電極より成るインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を形成した構造を有する表面波共振子や表面波フィルタが良く知られている。
【０００３】
このような表面波共振子や表面波フィルタの圧電基板として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、水晶、四硼酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの圧電単結晶が用いられる。
【０００４】
この表面波共振子や表面波フィルタには、主として電気と機械エネルギーの変換効率を表す電気機械結合係数（Ｋ2）ができるだけ大きく、温度による周波数の変動率を示す群遅延時間温度特性（ＴＣＤ）が小さいことが要求される。
【０００５】
上記ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を用いた表面波フィルタは、Ｋ2が大きいため共振周波数と反共振周波数の差が大きく帯域幅が広いというメリットがあったが、水晶に比べてＴＣＤが大きいため温度によって周波数が大きく変動するというデメリットがあった。
【０００６】
また、上記水晶を用いた表面波フィルタは、ＴＣＤが非常に小さいため温度によって周波数がほとんど変動しないというメリットがあったが、Ｋ2が小さいため共振周波数と反共振周波数の差が小さく帯域幅が狭いというデメリットがあった。
【０００７】
そこで、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3よりもＴＣＤが小さく、水晶よりもＫ2が大きい材料として、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7が表面波フィルタや表面波共振子に用いられている。しかし、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7は潮解性を有するため取扱いが難しく、しかも単結晶の育成速度が遅いため、生産性に劣る問題点があった。また、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7は周波数についての温度特性は良いものの、Ｋ2についての温度特性が悪く、温度によって帯域が変化するという問題点があった。
【０００８】
近年、上記のような問題点を解決する材料として、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14が注目されている。すなわち、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14は、Ｌｉ2Ｂ4Ｏのような潮解性は無く、またＬｉ2Ｂ4Ｏ7と比べて単結晶の育成速度が速い。そのうえ、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3よりもＴＣＤが小さく、水晶よりもＫ2が大きいという特質を有している。このようなＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶基板の有望なオイラー角・伝搬方向に関する理論解析や実験結果についての報告が数多くなされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの報告での実測結果等は、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶基板のみで行った結果であって、単結晶基板のみの場合にＴＣＤが最適となるものであり、その他の要素が付加された場合にＴＣＤが最適となるものではない。
【００１０】
本発明は、この点を踏まえて、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶を用いた表面波共振子のＴＣＤを良好にすることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る表面波共振子は、ランガサイト単結晶からなる圧電基板と、前記圧電基板表面に前記圧電基板表面に形成されたインターデジタルトランスデューサから構成される表面波共振子であって、前記圧電基板のオイラー角（１２°，θ，３７°）を横軸に取り、前記圧電基板に励起される波長λに対する前記インターデジタルトランスデューサの膜厚Ｈの割合Ｈ／λを縦軸にとって表したとき、Ａ（θ＝１５２°、Ｈ／λ＝０．００５）、Ｂ（θ＝１５３．５°、Ｈ／λ＝０．００５）、Ｃ（θ＝１５５°、Ｈ／λ＝０．１５）、Ｄ（θ＝１５３．５°、Ｈ／λ＝０．１５）で示される各点を結ぶ直線で囲まれた領域の内部または線上にあるものである。
【００１２】
これにより、ＴＣＤが良好な表面波共振子を得ることができる。
【００１３】
請求項２に係る表面波フィルタは、請求項１記載の表面波共振子を用いている。
【００１４】
請求項３に係る共用器は、請求項１記載の表面波共振子または請求項２記載の表面波フィルタを用いている。
【００１５】
請求項４に係る通信機装置は、請求項１記載の表面波共振子または請求項２記載の表面波フィルタまたは請求項３記載の共用器を用いている。
【００１６】
以上のような構成により、周波数変動の小さい表面波デバイスを得ることができる。
【００１８】
これにより、ＴＣＤが良好な表面波共振子を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態を示す表面波共振子の斜視図である。
【００２１】
図１のように、表面波共振子１はＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶を材料とする圧電基板２上に１つのＩＤＴ３とその両側に反射器４、４を形成することにより構成されている。
【００２２】
インターデジタルトランスデューサ３は、Ａｌ、Ａｕ等の電極材料により形成されており、一組の櫛形電極３ａ、３ｂがそれぞれの櫛歯部分が互いに対向するように配置されることにより構成されている。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は本発明の第２の実施形態を示す縦結合型表面波フィルタの斜視図である。
【００２４】
図２に示すように、縦結合型表面波フィルタ１１はＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶を材料とする圧電基板１２上に２つのＩＤＴ１３、１３及びその両側に反射器１４、１４を形成することにより構成されている。
【００２５】
ＩＤＴ１３は、Ａｌ、Ａｕ等の電極材料により形成されており、一組の櫛形電極１３ａ、１３ｂがそれぞれの櫛歯部分が互いに対向するように配置されることにより構成されている。また、ＩＤＴ１３、１３は表面波伝搬方向に一定の間隔を隔てて平行に並べられている。
【００２６】
さらに、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は本発明の第３の実施形態を示す横結合型表面波フィルタの斜視図である。
【００２７】
図３に示すように、横結合型表面波フィルタ２１はＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶を材料とする圧電基板２２上にＩＤＴ２３を形成することにより構成されている。
【００２８】
ＩＤＴ２３は、Ａｌ、Ａｕ等の電極材料により形成されており、櫛形電極２３ａ、２３ｃ及び２３ｃ、２３ｂが、それぞれの櫛歯部分が互いに対向するように配置されることにより構成されている。
【００２９】
次に、本発明の第４、第５の実施の形態について説明する。図４は本発明の第４の実施の形態を示す共用器及び本発明の第５の実施形態を示す通信機装置のブロック図である。
【００３０】
図４に示すように、通信機装置３１は、受信用の表面波フィルタ３２と送信用の表面波フィルタ３３を有する共用器３４のアンテナ端子がアンテナ３５に接続され、出力端子が受信回路３６に接続され、入力端子が送信回路３７に接続されることにより構成されている。このような共用器３４の受信用の表面波フィルタ３２と送信用の表面波フィルタ３３には、第２、第３の実施の形態の表面波フィルタ１１、２１を用いる
以上のような表面波デバイスの基板として用いるＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14のオイラー角によって温度と周波数変動がどのように変化するかを実験した。図５は温度（Temperature）による周波数変動（Frequency shift）の実測値を（■〜◆）で表し、その近似値を線で表したものである。
【００３１】
図５から、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶においては、周波数変動がほぼ零となるような温度を頂点温度として曲線を描くことがわかる。また、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）のθが大きくなるに連れて、この曲線が高温側に移動することがわかる。
【００３２】
次に、オイラー角（φ，θ，ψ）のθを変動させ、それぞれについて周波数変動がほぼ零となるような頂点温度を計測した。図６は頂点温度（Turnover temp. of frequency）を■で示し、その近似値を線で表すことで、オイラー角（φ，θ，ψ）のθ（Cut angle θ at Euler angle (0°,θ,37°)）を変動させることでどのように頂点温度が変化するかを示したものである。
【００３３】
図６から、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）のθが大きくなるに連れて、図５の曲線がθに対応して高温側に移動するのと同様に頂点温度も高温側に移動することがわかる。
【００３４】
次に、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶の圧電基板上に形成されるＡｌ電極の膜厚Ｈによって、温度（Temperature）に対する周波数変動（Frequency shift）の曲線がどのように変化するかを図７に示す。
【００３５】
図７中、■はオイラー角（φ，θ，ψ）が（１２°、１５３°、３７°）のＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶の圧電基板に膜厚１５００ÅのＡｌ電極を付けたものの実測値を示し、●はオイラー角（φ，θ，ψ）が（０°、１５３°、３７°）のＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶の圧電基板に膜厚７５００ÅのＡｌ電極を付けたものの実測値を示す。図７から、Ａｌ電極の膜厚Ｈが厚くなるほど、曲線が低温側に移動することがわかる。
【００３６】
以上のことから、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）のθが大きくなるほど、周波数変動がほぼ零となるような頂点温度は高温側に移動し、Ａｌ電極の膜厚Ｈが厚くなるほど頂点温度は低温側に移動していることが確認できた。
【００３７】
表面波共振子や表面波フィルタ等の表面波デバイスは常温で用いられることから、周波数変動がほぼ零となるような頂点温度を２０℃〜３０℃の間に設定すれば、表面波デバイスの周波数変動を最も小さくすることができる。
【００３８】
したがって、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶のオイラー角（φ，θ，ψ）のθの大きさによる頂点温度の高温側への移動に合わせて、Ａｌ電極の膜厚Ｈを決定すれば、頂点温度を２０℃〜３０℃の間に設定することができる。
【００３９】
そこで、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶の特性が最も良いオイラー角（φ，θ，ψ）が（１２°，１５２°〜１５５°，３７°）の範囲において、頂点温度が２０℃〜３０℃となるＡｌ電極の膜厚Ｈの値を実験により算出した。
【００４０】
その結果、オイラー角（１２°，１５２°，３７°）でＨ／λ＝０．００５で頂点温度が２０℃になることがわかった。また、オイラー角（１２°，１５３．５°，３７°）でＨ／λ＝０．００５で頂点温度が３０℃になることがわかった。
【００４１】
さらに、オイラー角（１２°，１５３．５°，３７°）でＨ／λ＝０．１５で頂点温度が２０℃になり、オイラー角（１２°，１５５°，３７°）でＨ／λ＝０．１５で頂点温度が３０℃になることがわかった。
【００４２】
このような頂点温度が２０℃〜３０℃の範囲に設定されるオイラー角とＨ／λの範囲を表したところ図８のようになった。すなわち、Ａ［オイラー角 （１２°，１５２°，３７°）、Ｈ／λ＝０．００５］、Ｂ［オイラー角（ １２°，１５３．５°，３７°）、Ｈ／λ＝０．００５］、Ｃ［オイラー角（１２°，１５３．５°，３７°）、Ｈ／λ＝０．１５］、Ｄ［オイラー角（１２°，１５５°，３７°）、Ｈ／λ＝０．１５］で示される各点を結ぶ直線で囲まれた領域の内部および線上にあるものは頂点温度が２０℃〜３０℃の範囲にあるものであり、周波数変動の小さい範囲となる。
【００４３】
なお、オイラー角（φ，θ，ψ）のψは表面波の伝搬方向を示すが、この伝搬方向については、ＩＤＴの製造誤差によって、３７°±２°の誤差が生じるものである。
【００４４】
また、本発明の第１〜第３の実施の形態では、オイラー角（φ，θ，ψ）のφに関しては１２°の場合を用いて説明したが、これから±１°の範囲であればほぼ同等の値が得られることが判明している。したがって、φ＝１１°、１３°の場合でも、φ＝１２°の場合と同様の効果が得られるものである。
【００４５】
さらに、本発明の第１〜第３の実施の形態では、表面波共振子や縦結合型表面波フィルタ、横結合型表面波フィルタを例に挙げて説明したがこれに限るものではなく、例えば、複数組のインターデジタルトランスデューサを有するトランスバーサル型表面波フィルタや表面波共振子を梯子状に配置したラダー型フィルタ等でもよく、どのような構造の表面波デバイスであっても同様の効果が得られる。
【００４６】
また、本発明の第１〜第３の実施の形態では、反射器を有する表面波デバイスについて説明したが、これに限るものではなく、反射器の無い表面波デバイスにも適用できるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14圧電基板のオイラー角と電極の膜厚を最適化することにより周波数変動が小さい表面波デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態を説明するための表面波共振子の斜視図である。
【図２】第２の実施形態を説明するための縦結合型表面波フィルタの斜視図である。
【図３】第３の実施形態を説明するための縦結合型表面波フィルタの斜視図である。
【図４】第４、第５の実施形態を説明するための通信機装置のブロック図である。
【図５】オイラー角に関する温度と周波数変動の関係を示す特性図である。
【図６】オイラー角と頂点温度の関係を示す特性図である。
【図７】電極膜厚に関する温度と周波数変動の関係を示す特性図である。
【図８】本発明を説明するための電極膜厚とオイラー角の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  表面波共振子
２  圧電基板
３  インターデジタルトランスデューサ
３ａ、３ｂ  櫛形電極
【図１】
0003724544.tif 000002
【図２】
0003724544.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003724544.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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