(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ酸リチウム膜を有し、ＳＨ型表面波を利用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、前記ニオブ酸リチウム膜を伝搬する弾性波の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、前記ニオブ酸リチウム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ニオブ酸リチウム膜と、
前記ニオブ酸リチウム膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備え、
前記ニオブ酸リチウム膜のオイラー角を（０°±５°，θ，０°）としたときに、θが０°〜８°及び５７°〜１８０°の範囲内にあり、
前記高音速膜が窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化アルミニウムからなる群から選択した１種またはこれらの材料からなる膜の積層膜からなり、
前記高音速膜の膜厚が、ＳＨ型表面波の基本モードの波長をλとしたときに、０．３λ〜１λの範囲内にある、弾性波装置。
【請求項２】
前記ニオブ酸リチウム膜のオイラー角のθが８３°〜１４５°の範囲内にある、請求項１に記載の弾性波装置。
【請求項３】
前記ニオブ酸リチウム膜のオイラー角のθが１００°〜１６０°の範囲内にある、請求項１に記載の弾性波装置。
【請求項４】
前記低音速膜が酸化ケイ素からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項５】
前記ＩＤＴ電極がＡｕからなり、該ＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みが、ＳＨ型表面波の基本モードの波長をλとしたときに、０．０１λ〜０．０３λの範囲にある、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項６】
前記支持基板の線膨張係数が前記ニオブ酸リチウム膜の線膨張係数よりも小さい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項７】
前記低音速膜の固有音響インピーダンスが、前記ニオブ酸リチウム膜の固有音響インピーダンスよりも小さい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項８】
支持基板を用意する工程と、
前記支持基板上に、ニオブ酸リチウム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を形成する工程と、
前記高音速膜上に、ニオブ酸リチウム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を形成する工程と、
前記低音速膜上に、オイラー角（０°±５°，θ，０°）におけるθが０°〜８°または５７°〜１８０°の範囲内にあるニオブ酸リチウム膜を形成する工程と、
前記ニオブ酸リチウム膜の一方面にＩＤＴ電極を形成する工程とを備える、弾性波装置の製造方法であって、
前記高音速膜を形成する工程は、
前記高音速膜を窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化アルミニウムからなる群から選択した１種またはこれらの材料からなる膜の積層膜で形成し、さらに、
前記高音速膜の膜厚を、ＳＨ型表面波の基本モードの波長をλとしたときに、０．３λ〜１λの範囲内にする、弾性波装置の製造方法。
【請求項９】
前記支持基板上に、前記高音速膜、前記低音速膜及び前記ニオブ酸リチウム膜を形成する工程が、
（ａ）前記ニオブ酸リチウム膜よりも厚みの厚いニオブ酸リチウム基板の一方面からイオン注入する工程と、
（ｂ）前記イオン注入が行われたニオブ酸リチウム基板の前記一方面に低音速膜を形成する工程と、
（ｃ）前記低音速膜の前記ニオブ酸リチウム基板と反対側の面に高音速膜を形成する工程と、
（ｄ）前記高音速膜の前記低音速膜が積層されている側の面と反対側の面に支持基板を接合する工程と、
（ｅ）前記ニオブ酸リチウム基板を加熱しつつ、前記ニオブ酸リチウム基板の注入イオン濃度が最も高い高濃度イオン注入部分において、前記ニオブ酸リチウム膜と残りのニオブ酸リチウム基板部分とを分離し、前記低音速膜側に前記ニオブ酸リチウム膜を残存させる工程とを備える、請求項８に記載の弾性波装置の製造方法。
【請求項１０】
前記残りのニオブ酸リチウム基板部分を分離した後に、前記低音速膜上に積層されている前記ニオブ酸リチウム膜を加熱し、圧電性を回復させる工程をさらに備える、請求項９に記載の弾性波装置の製造方法。
【請求項１１】
前記支持基板を接合するに先立ち、前記高音速膜の前記低音速膜と反対側の面を鏡面加工する工程とを備える、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の弾性波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、ニオブ酸リチウム膜と支持基板との間に他の材料が積層されている構造を有する弾性波装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、共振子や帯域フィルタとして、弾性波装置が広く用いられている。下記の特許文献１には、誘電体基板上に、硬質誘電体層、圧電膜及びＩＤＴ電極をこの順序で積層してなる弾性表面波装置が開示されている。この弾性表面波装置では、硬質誘電体層を誘電体基板と圧電膜との間に配置することにより、弾性表面波の高音速化が図られている。それによって弾性表面波装置の高周波化が可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８２２３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の弾性表面波装置では、硬質誘電体層の形成により高音速化が図られている。すなわち、圧電膜の下面に高音速の硬質誘電体層が配置されている。そのため、圧電膜に弾性波が集中して伝搬する。その結果、利用する弾性表面波だけでなく、１）該弾性表面波の高次モード、２）圧電膜表面と、圧電膜と硬質誘電体層との境界とで反射しながら伝搬する板波に類似した弾性波、及び３）その高次モードなどの他のモードが発生しがちであった。従って、利用する弾性表面波のモード以外に大きなスプリアスが現れるという問題があった。【０００５】
本発明の目的は、高音速化を図り得るだけでなく、スプリアスとなる他のモードによる応答の影響を受け難い、弾性波装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る弾性波装置は、ニオブ酸リチウム膜を有し、ＳＨ型表面波を利用している。より詳細には、本発明の弾性波装置は、支持基板と、高音速膜と、低音速膜と、ニオブ酸リチウム膜とを備える。高音速膜は、前記支持基板上に形成されており、ニオブ酸リチウム膜を伝搬する弾性波の音速より伝搬するバルク波音速が高速である膜である。低音速膜は、前記高音速膜上に積層されている。低音速膜は、ニオブ酸リチウム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膜である。ニオブ酸リチウム膜が、上記低音速膜上に積層されている。本発明では、前記ニオブ酸リチウム膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備え、ニオブ酸リチウム膜のオイラー角を（０°±５°，θ，０°）としたときに、θが０°〜８°及び５７°〜１８０°の範囲内にある。【０００７】
好ましくは、オイラー角のθは、８３°〜１４５°の範囲内または１００°〜１６０°の範囲内にある。θが８３°〜１４５°の範囲内にある場合には、ＳＨ型表面波の電気機械結合係数ｋ２を２０％以上と大きくすることができる。θが１００°〜１６０°の範囲内にある場合には、スプリアスとなるレイリー波の電気機械結合係数ｋ２を１％以下と非常に小さくすることができる。【０００８】
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、低音速膜が酸化ケイ素からなる。この場合には、周波数温度係数の絶対値を小さくすることができる。【０００９】
本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、酸化ケイ素の膜厚をｘ、ニオブ酸リチウム膜の膜厚をｙ、ＳＨ型表面波の基本モードの波長をλとしたときに、ｘｙ座標系において、（ｘ，ｙ）が、（０．０２３λ，０．３λ）、（０．０５λ，０．２０λ）、（０．１０λ，０．１４λ）、（０．２０λ，０．１２５λ）、（０．４４λ，０．１４λ）、（０．４７λ，０．２０λ）、（０．４３５λ，０．２５λ）、（０．３λ，０．３６λ）、（０．１５λ，０．４２λ）、（０．０８λ，０．４２λ）、（０．０５λ，０．４０λ）、及び（０．２３λ，０．３λ）の各点をこの順序で結んだ領域内にある。この場合には、ＳＨ型表面波の電気機械結合係数ｋ２を２６％以上と大きくすることができる。【００１０】
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記高音速膜が窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び酸化アルミニウムからなる群から選択した１種またはこれらの材料からなる膜の積層膜からなる。この場合には、ＳＨ型表面波の高音速化を図ることができる。より好ましくは、前記高音速膜の膜厚が、ＳＨ型表面波の基本モードの波長をλとしたときに、０．３λ〜１λの範囲内にある。この場合には、反共振周波数側における伝搬損失を０．０１Ｎｐ／λ以下と小さくすることができ、かつ高次モードによるスプリアスをより効果的に抑圧することができる。【００１１】
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極がＡｕからなり、該ＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みが、ＳＨ型表面波の基本モードの波長をλとしたときに、０．０１λ〜０．０３λの範囲にある。この場合には、電気機械結合係数ｋ２を大きくし、スプリアスとなるレイリー波の電気機械結合係数ｋ２をより一層小さくすることができる。【００１２】
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記支持基板の線膨張係数が前記ニオブ酸リチウム膜の線膨張係数よりも小さい。この場合には、温度特性をより一層改善することができる。【００１３】
本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記低音速膜の固有音響インピーダンスが、ニオブ酸リチウム膜の固有音響インピーダンスよりも小さい。この場合には、比帯域をより一層拡大することができる。【００１４】
本発明に係る弾性波装置の製造方法は、支持基板を用意する工程と、前記支持基板上に、ニオブ酸リチウム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を形成する工程と、前記高音速膜上に、ニオブ酸リチウム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を形成する工程と、前記低音速膜上に、オイラー角（０°±５°，θ，０°）におけるθが０°〜８°または５７°〜１８０°の範囲内にあるニオブ酸リチウム膜を形成する工程と、前記ニオブ酸リチウム膜の一方面にＩＤＴ電極を形成する工程とを備える。【００１５】
本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、支持基板上に、高音速膜、低音速膜及びニオブ酸リチウム膜を形成する工程が、下記の（ａ）〜（ｅ）の工程を備える。【００１６】
（ａ）前記ニオブ酸リチウム膜よりも厚みの厚いニオブ酸リチウム基板の一方面からイオン注入する工程。【００１７】
（ｂ）前記イオン注入が行われたニオブ酸リチウム基板の前記一方の面に低音速膜を形成する工程。【００１８】
（ｃ）前記低音速膜の前記ニオブ酸リチウム基板と反対側の面に高音速膜を形成する工程。【００１９】
（ｄ）前記高音速膜の前記低音速膜が積層されている側の面と反対側の面に支持基板を接合する工程。【００２０】
（ｅ）前記ニオブ酸リチウム基板を加熱しつつ、前記ニオブ酸リチウム基板の注入イオン濃度が最も高い高濃度イオン注入部分において、ニオブ酸リチウム膜と残りのニオブ酸リチウム基板部分とを分離し、前記低音速膜側に前記ニオブ酸リチウム膜を残存させる工程。【００２１】
本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記残りのニオブ酸リチウム基板部分を分離した後に、前記低音速膜上に積層されている前記ニオブ酸リチウム膜を加熱し、圧電性を回復させる工程をさらに備えられている。この場合には、加熱により、ニオブ酸リチウム膜の圧電性を回復させることができるので、良好な共振特性やフィルタ特性を有する弾性波装置をより確実に提供することができる。【００２２】
本発明に関する弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記支持基板を接合するに先立ち、前記高音速膜の前記低音速膜と反対側の面を鏡面加工する工程とが備えられている。この場合には、高音速膜と支持基板との接合強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る弾性波装置では、支持基板とニオブ酸リチウム膜との間に高音速膜及び低音速膜が積層されているため、ＳＨ型表面波の音速が、スプリアスとなるレイリー波の音速から十分に離される。しかも、ニオブ酸リチウム膜のオイラー角が上記特定の範囲内とされているため、スプリアスとなるレイリー波の電気機械結合係数Ｋ２に比べて、利用するＳＨ型表面波の電気機械結合係数Ｋ２を高めることができる。【００２４】
よって、スプリアスの影響を受け難い、弾性波装置を提供することができる。【００２５】
本発明に係る弾性波装置の製造方法によれば、本発明に従って、レイリー波によるスプリアスの影響を受け難い、ＳＨ型表面波を利用した弾性波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の模式的正面断面図及びその電極構造を示す模式的平面図である。
【図２】図２は、アルミナからなる支持基板上に、窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜、ニオブ酸リチウム膜を形成し、その上にＡｌからなる電極を形成した構造におけるニオブ酸リチウムのオイラー角のθと、Ｕ２−ＶＦ、Ｕ２−ＶＭ、Ｕ３−ＶＦ及びＵ３−ＶＭモードの音速との関係を示す図である。
【図３】図３は、アルミナ基板上に、窒化アルミニウム膜、酸化ケイ素膜、ニオブ酸リチウム膜及びＡｌからなるＩＤＴ電極を形成した構造におけるオイラー角のθと、ＳＨ波及びレイリー波の電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。
【図４】図４は、アルミナ基板上に、窒化アルミニウム膜、酸化ケイ素膜、ニオブ酸リチウム膜及びＡｌからなるＩＤＴ電極を形成した構造におけるオイラー角のθと、ＳＨ波のＴＣＶとの関係を示す図である。
【図５】図５は、図１に示した弾性波装置における酸化ケイ素膜の膜厚ｘ及びニオブ酸リチウム膜の膜厚ｙと、電気機械結合係数Ｋ２との関係を示す図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、それぞれ、ガラス基板上に、酸化ケイ素膜、窒化アルミニウム膜を形成し、その上にさらに酸化ケイ素膜及びオイラー角（０°，１２０°，０°）のニオブ酸リチウム膜を形成し、その上にＡｌからなるＩＤＴ電極を形成した弾性波装置における窒化アルミニウム膜の膜厚と、電気機械結合係数ｋ２（％）、ＴＣＶ（ｐｐｍ／℃）及び音速Ｖ（ｍ／秒）との関係を示す図である。
【図７】図７は、ガラス基板上に、酸化ケイ素膜、窒化アルミニウム膜を形成し、その上にさらに酸化ケイ素膜及びオイラー角（０°，１２０°，０°）のニオブ酸リチウム膜を形成し、その上にＡｌからなるＩＤＴ電極を形成した弾性波装置における窒化アルミニウム膜の膜厚と、伝搬損失α（Ｎｐ／λ）との関係を示す図である。
【図８】図８は、ＳＨ型表面波の基本モードにおける各振動成分の弾性波装置厚み方向に沿うエネルギー変位分布を示す図である。
【図９】図９は、ＳＨ型表面波の高次モードにおける各振動成分の弾性波装置厚み方向に沿うエネルギー変位分布を示す図である。
【図１０】図１０は、ガラス基板上に窒化アルミニウム膜、酸化ケイ素膜、及びニオブ酸リチウム膜を積層し、さらにＡｕからなるＩＤＴ電極を形成してなる第２の実施形態の弾性波装置の正面断面図である。
【図１１】図１１は、ニオブ酸リチウムのオイラー角を（０°，９０°，０°）としたときの各モードのＡｕ電極の厚みと音速Ｖとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ニオブ酸リチウムのオイラー角を（０°，９０°，０°）としたときの各モードのＡｕ電極の厚みと電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、ニオブ酸リチウムのオイラー角を（０°，１０５°，０°）としたときの各モードのＡｕ電極の厚みと音速Ｖとの関係を示す図である。
【図１４】図１４は、ニオブ酸リチウムのオイラー角を（０°，１０５°，０°）としたときの各モードのＡｕ電極の厚みと電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、ニオブ酸リチウムのオイラー角を（０°，１２０°，０°）としたときの各モードのＡｕ電極の厚みと音速Ｖとの関係を示す図である。
【図１６】図１６は、ニオブ酸リチウムのオイラー角を（０°，１２０°，０°）としたときの各モードのＡｕ電極の厚みと電気機械結合係数ｋ２との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第３の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
【図１８】図１８は、第３の実施形態において、ＩＤＴ電極がＡｌＣｕ電極である場合のインピーダンス周波数特性を示す図である。
【図１９】図１９は、第３の実施形態において、ＩＤＴ電極がＰｔ電極である場合のインピーダンス周波数特性を示す図である。
【図２０】図２０は、比較例の弾性波装置のインピーダンス周波数特性を示す図である。
【図２１】図２１は、比較例の弾性波装置における反共振周波数側及び共振周波数側におけるオイラー角のθと伝搬損失αとの関係を示す図である。
【図２２】図２２（ａ）〜図２２（ｅ）は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造方法を説明するための各正面断面図である。
【図２３】図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の弾性波装置の製造方法を説明するための各正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態としての弾性表面波装置の模式正面断面図である。
【００２９】
弾性表面波装置１は、支持基板２を有する。支持基板２上に、音速が相対的に高い高音速膜３が積層されている。高音速膜３上に、音速が相対的に低い低音速膜４が積層されている。また、低音速膜４上にニオブ酸リチウム膜５が積層されている。このニオブ酸リチウム膜５の上面にＩＤＴ電極６が積層されている。なお、ニオブ酸リチウム膜５の下面にＩＤＴ電極６が積層されていてもよい。
【００３０】
上記支持基板２は、高音速膜３、低音速膜４、ニオブ酸リチウム膜５及びＩＤＴ電極６を有する積層構造を支持し得る限り、適宜の材料により構成することができる。このような材料としては、圧電体、誘電体または半導体等を用いることができる。本実施形態では、支持基板２は、アルミナからなる。
【００３１】
上記高音速膜３は、ニオブ酸リチウム膜５及び低音速膜４が積層されている部分に弾性表面波を閉じ込めるように機能する。本実施形態では、高音速膜３は、窒化アルミニウムからなる。もっとも、上記弾性波を閉じ込め得る限り、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素またはダイヤモンド等のさまざまな高音速材料を用いることができる。
【００３２】
弾性波をニオブ酸リチウム膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込めるには、高音速膜３の膜厚は、弾性波の波長のλの０．５倍以上、さらには１．５倍以上であることが望ましい。
【００３３】
なお、本明細書において、高音速膜とは、ニオブ酸リチウム膜５を伝搬する弾性波よりも、該高音速膜中の遅い横波の音速が高速となる膜を言うものとする。また、低音速膜とは、ニオブ酸リチウム膜５を伝搬する遅い横波よりも、該低音速膜中の遅い横波の音速が低速となる膜を言うものとする。なお、このときの音速は弾性波の伝搬方向における音速である。媒質中を伝搬するバルク波の音速を決定するバルク波のモードは、ニオブ酸リチウム膜５を伝搬する弾性波の使用モードに応じて定義される。高音速膜３及び低音速膜４がバルク波の伝搬方向に関し等方性の場合には、下記の表１に示すようになる。すなわち、下記の表１の左軸の弾性波の主モードに対し下記の表１の右軸のバルク波のモードにより、上記高音速及び低音速を決定する。Ｐ波は縦波であり、Ｓ波は横波である。
【００３４】
なお、下記の表１において、Ｕ１はＰ波を主成分とし、Ｕ２はＳＨ波を主成分とし、Ｕ３はＳＶ波を主成分とする弾性波を意味する。
【００３５】
【表１】
0005850137.tif 000002
【００３６】
上記低音速膜４及び高音速膜３がバルク波の伝搬性において異方性である場合には下記の表２に示すように高音速及び低音速を決定するバルク波のモードが決まる。なお、バルク波のモードのうち、ＳＨ波とＳＶ波のより遅い方が遅い横波と呼ばれ、速い方が速い横波と呼ばれる。どちらが遅い横波になるかは、材料の異方性により異なる。回転Ｙカット付近のＬｉＴａＯ３やニオブ酸リチウムでは、バルク波のうちＳＶ波が遅い横波、ＳＨ波が速い横波となる。
【００３７】
【表２】
0005850137.tif 000003
【００３８】
本実施形態の弾性表面波装置１は、ニオブ酸リチウムを伝搬するＳＨ型表面波を利用するものである。従って、レイリー波などの他の波がスプリアスとなるおそれがある。もっとも、本実施形態では、以下に述べるように、低音速膜４及び高音速膜３が積層されており、かつニオブ酸リチウム膜５のオイラー角（０°±５°，θ，０°）においてθが特定の範囲内とされている。それによって、レイリー波によるスプリアスの影響を受け難い。
【００３９】
本発明において、上記低音速膜４及び高音速膜３は、上記のように決定される低音速及び高音速を実現し得る適宜の誘電体材料からなる。低音速膜４を構成する材料の例としては、ニオブ酸リチウム膜５を伝搬するバルク波よりも低音速のバルク波音速を有する誘電体を用いることができる。このような誘電体としては、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、あるいは酸化ケイ素に、フッ素、炭素もしくはホウ素などを加えてなる化合物などを用いることができる。中でも、低音速膜４として、酸化ケイ素を用いた場合、周波数温度係数の絶対値を低めることができる。従って、温度特性の改善を図ることができる。
【００４０】
ニオブ酸リチウム膜５は、そのオイラー角（０°±５°，θ，０°）におけるθが、０°〜８°の範囲内または５７°〜１８０°の範囲内にある。
【００４１】
ＩＤＴ電極６は、本実施形態では、Ａｌからなる。もっとも、ＩＤＴ電極６は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの金属のいずれかを主体とする合金などの適宜の金属材料により形成することができる。また、ＩＤＴ電極６は、これらの金属もしくは合金からなる複数の金属膜を積層した構造を有していてもよい。
【００４２】
図１（ａ）では略図的に示しているが、ニオブ酸リチウム膜５上に、図１（ｂ）に示す電極構造が形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極６と、ＩＤＴ電極６の弾性表面波伝搬方向両側に配置された反射器７，８が形成されている。それによって、１ポート型弾性表面波共振子が構成されている。もっとも、本発明におけるＩＤＴ電極を含む電極構造は特に限定されず、適宜の共振子や共振子を組み合わせたラダーフィルタ、縦結合フィルタ、ラチス型フィルタ、またはトランスバーサル型フィルタなどを構成するように変形し得る。
【００４３】
本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記のように、高音速膜３及び低音速膜４がニオブ酸リチウム膜５と支持基板２との間に積層されていること、並びにニオブ酸リチウム膜５のオイラー角のθが上記特定の範囲内とされていることにある。それによって、レイリー波によるスプリアスの影響を受け難い。これを以下において説明する。
【００４４】
図２〜図４は、上記実施形態の弾性表面波装置１において、オイラー角のθを変化させた場合の音速、電気機械結合係数ｋ２及び周波数温度係数ＴＣＶの変化を示す図である。ここでは、支持基板としてアルミナからなる支持基板２を用いた。また、高音速膜３として窒化アルミニウムを用いた。低音速膜４として、酸化ケイ素膜を用いた。ＩＤＴ電極の電極指の周期で定まる波長をλとしたとき、酸化ケイ素からなる低音速膜４の厚みは０．２０λとした。ニオブ酸リチウム膜５の厚みは０．２０λとし、ＩＤＴ電極は、厚み０．０８λのＡｌにより形成した。
【００４５】
図２において、Ｕ２−ＶＦ及びＵ２−ＶＭは、Ｕ２すなわちＳＨ型表面波について開放状態及びメタライズ状態における音速を示し、Ｕ３−ＶＦ及びＵ３−ＶＭはスプリアスとなるレイリー波についての開放状態及びメタライズ状態での音速を示す。図２から明らかなように、オイラー角のθが０°〜１８０°の全範囲にわたり、ＳＨ型表面波の音速が、レイリー波の音速から大きく隔てられている。従って、スプリアスとなるレイリー波による応答が現れる周波数位置を、ＳＨ型による応答の周波数位置から遠ざけることができる。それによって、レイリー波によるスプリアスの影響を受け難いことがわかる。
【００４６】
また、図３から明らかなように、ＳＨ波の電気機械結合係数Ｋ２は、オイラー角のθが０°〜８°の範囲内または５７°〜１８０°の範囲内であれば、レイリー波による電気機械結合係数Ｋ２よりも高くなっている。従って、本発明では、ニオブ酸リチウム膜のオイラー角のθは、上記のように、０°〜８°の範囲内または５７°〜１８０°の範囲内とされている。それによって、レイリー波によるスプリアスの影響をより一層受け難くされている。
【００４７】
好ましくは、オイラー角のθは、８３°〜１４５°の範囲内とされる。その場合には、ＳＨ型表面波の電気機械結合係数Ｋ２を２０％以上と大きくすることができる。また、好ましくは、オイラー角のθは１００°〜１６０°の範囲内とされる。その場合には、レイリー波の電気機械結合係数Ｋ２を１％以下と小さくすることができる。よって、より好ましくは、オイラー角のθを１００°〜１４５°の範囲内とすれば、ＳＨ型表面波の電気機械結合係数Ｋ２を２０％以上とし、かつレイリー波の電気機械結合係数Ｋ２を１％以下と小さくすることができる。
【００４８】
図４から明らかなように、オイラー角のθが変化したとしても、ＳＨ波の周波数温度係数ＴＣＶはほとんど変化しないことがわかる。従って、上記特定の範囲のオイラー角のニオブ酸リチウム膜を用いた場合、オイラー角のθが該範囲内で変化したとしても、温度特性はさほど変化し難い。
【００４９】
上記弾性表面波装置１において、ニオブ酸リチウム膜の厚みと、酸化ケイ素膜の厚みを種々変化させ、多数の弾性波装置を作製した。これらの弾性波装置について、電気機械結合係数を測定した。結果を図５に示す。ここで、ニオブ酸リチウム膜の厚みと酸化ケイ素膜の厚みは、それぞれ、ＳＨ型表面波の基本モードの波長λで規格化された値である。
【００５０】
図５中の領域Ａ１〜Ａ１１では、それぞれ、電気機械結合係数が下記の表３に示す範囲内にある。
【００５１】
【表３】
0005850137.tif 000004
【００５２】
図５のＡ１〜Ａ４の領域内であることが好ましい。その場合には、電気機械結合係数ｋ２が２６％以上となっている。よって、より一層広帯域の共振子やフィルタを構成し得ることがわかる。
【００５３】
図５のＡ１〜Ａ４で示す領域とは、言い換えれば、酸化ケイ素膜の厚みをｘ、ニオブ酸リチウム膜の厚みをｙとしたとき、図５に示すｘｙ座標系において、下記の点をこの順序で結んだ領域内に相当する。
【００５４】
（０．０２３λ，０．３λ）、（０．０５λ，０．２０λ）、（０．１０λ，０．１４λ）、（０．２０λ，０．１２５λ）、（０．４４λ，０．１４λ）、（０．４７λ，０．２０λ）、（０．４３５λ，０．２５λ）、（０．３λ，０．３６λ）、（０．１５λ，０．４２λ）、（０．０８λ，０．４２λ）、（０．０５λ，０．４０λ）、及び（０．２３λ，０．３λ）の各点。
【００５５】
また、より好ましくは、（０．１３λ，０．２０λ）−（０．２０λ，０．１７５λ）−（０．２７５λ，０．２０λ）−（０．２０λ，０．２５λ）−（０．１５λ，０．２５λ）−（０．１３λ，０．２２５λ）−（０．１３λ，０．２０λ）で囲まれた領域であれば、すなわち領域Ａ１内であれば、電気機械結合係数ｋ２は２９％以上となる。よって、さらに広帯域の共振子やフィルタを構成することができる。
【００５６】
（高音速膜の膜厚の影響）
次に、以下のＳＨ型弾性表面波装置を作製した。ガラスからなる支持基板上に、２λの厚みの酸化ケイ素膜、高音速膜としての窒化アルミニウム膜、０．２λの酸化ケイ素膜すなわち低音速膜をこの順序で形成し、その上に厚み０．２λのオイラー角（０°，１２０°，０°）のニオブ酸リチウム膜を形成した。さらに最上部に厚み０．０８λのＡｌからなる電極を形成した。この弾性表面波装置におけるＳＨ型弾性表面波の伝搬特性を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。すなわち、窒化アルミニウム膜の膜厚を種々変更し、電気機械結合係数ｋ２、ＴＣＶ及び弾性波の音速の窒化アルミニウム膜の膜厚に対する依存性を調べた。
【００５７】
窒化アルミニウムを伝搬する横波音速は、Ａｌ、ニオブ酸リチウム及び酸化ケイ素を伝搬する横波音速よりも速い。従って、ＳＨ型表面波の振動エネルギーが、窒化アルミニウム膜表面までの部分に閉じ込められることになる。窒化アルミニウム膜の厚みを厚くすると、支持基板へのＳＨ型表面波の振動エネルギーの放射や吸音が抑制される。従って、伝搬損失を少なくすることができる。
【００５８】
他方、窒化アルミニウム膜の厚みが厚いと、窒化アルミニウム膜形成に長い時間を必要とする。従って、製造効率が低下する。
【００５９】
図７は、上記弾性表面波装置における窒化アルミニウム膜の膜厚と伝搬損失との関係を示し、実線が反共振周波数における伝搬損失を、破線が共振周波数における伝搬損失である。図７において、窒化アルミニウム膜の膜厚が０．３λ以上となると、反共振周波数における伝搬損失は０．０１Ｎｐ／λと小さくなる。また、窒化アルミニウム膜の厚みが０．６λ以上になると、伝搬損失αは０．００１Ｎｐ／λとより小さくなる。さらに、厚みが０．９λ以上になると、伝搬損失は０．０００１Ｎｐ／λとより小さくなる。従って、共振子のＱ値を高め、かつフィルタにおいてはフィルタ特性の急峻性をより一層高めることができる。
【００６０】
なお、図６及び図７では、窒化アルミニウム膜を用いた場合を示したが、高音速膜として窒化ケイ素（ＳｉＮ）を用いた場合においても、同様の結果となる。なお、Ａｌ２Ｏ３すなわちアルミナを高音速膜として用いた場合においても同様の傾向を示す。もっとも、アルミナを用いた場合、窒化アルミニウムの場合よりも、薄い厚みで、伝搬損失が小さくなる。
【００６１】
図８は、上記弾性波装置において、窒化アルミニウム膜の厚みを１λとしたときのＳＨ型表面波の基本モードの各振動成分の振動エネルギー変位分布を示し、図９は、スプリアスとなるＳＨ型表面波の高次モードにおける振動成分の振動エネルギー変位分布を示す図である。図８及び図９を対比すれば、窒化アルミニウム膜の厚みを１λ以下とすれば、ＳＨ型表面波の基本モードが閉じこもり、高次モードを漏洩させ得ることがわかる。従って、高音速膜の厚みは、１λ以下であることが好ましい。
【００６２】
また、前述した図６及び図７の結果から、伝搬損失を低減させるためには、高音速膜の膜厚は、０．３λ以上とすることが好ましく、より好ましくは、０．６λ以上、さらに好ましくは、０．９λ以上とすることが望ましい。よって、好ましい高音速膜の膜厚範囲は、０．３λ〜１λ、より好ましくは、０．６λ〜１λ、さらに好ましくは、０．９λ〜１λの範囲内である。
【００６３】
（Ａｕ電極の場合）
図１０に示すように、ガラスからなる支持基板２２上に、厚み１．５λの高音速膜としての窒化アルミニウム膜２３、厚み０．２λの低音速膜としての酸化ケイ素膜２４を形成した。その上に、厚み０．２λのニオブ酸リチウム膜２５を形成し、ニオブ酸リチウム膜２５上にＡｕからなるＩＤＴ電極２６を形成した。
【００６４】
ニオブ酸リチウム膜２５オイラー角のθを９０°、１０５°または１２０°と変化させ、ＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みを０．００２λ〜０．１０λの範囲で変化させて、それぞれ、弾性表面波装置２０を構成した。これらの弾性表面波装置２０のＳＨ型表面波の伝搬特性を図１１〜図１６に示す。図１１及び図１２は、オイラー角（０°，９０°，０°）のニオブ酸リチウムを用いた場合のＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みと、ＳＨ型弾性表面波の速度及び電気機械結合係数の関係を示す図である。
【００６５】
図１３及び図１４は、オイラー角（０°，１０５°，０°）のニオブ酸リチウムを用いた場合のＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みと、ＳＨ型弾性表面波の速度及び電気機械結合係数の関係を示す図である。
【００６６】
また、図１５及び図１６は、オイラー角（０°，１２０°，０°）のニオブ酸リチウムを用いた場合のＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みと、ＳＨ型弾性表面波の速度及び電気機械結合係数の関係を示す図である。
【００６７】
図１２から、オイラー角のθが９０°の場合には、電気機械結合係数ｋ２が３〜４％程度と高い。それに対し、オイラー角のθが１０５°では、レイリー波によるスプリアスを１．５％以下と小さくすることができ、θが１２０°の場合には、図１６から明らかなように、レイリー波によるスプリアスを非常に小さくすることができる。
【００６８】
また、ＡｕからなるＩＤＴ電極の厚みが、０．０１λ〜０．０３λの範囲内では、図１４及び図１６から明らかなように、電気機械結合係数ｋ２を大きくし得ることがわかる。
【００６９】
従って、ＡｕからなるＩＤＴ電極では厚みは０．０１λ〜０．０３λの範囲内であることが望ましい。
【００７０】
上記のように、ＩＤＴ電極をＡｌからＡｕに変更したとしても、第１の実施形態と同様に、本発明に従って、スプリアスの影響を受け難い弾性波装置を構成し得ることがわかる。
【００７１】
（１ポート型弾性表面波共振子）
図１７に模式的正面断面図で示す１ポート型弾性表面波共振子３１を実施例１として作製した。３５０μｍの厚みの３０°Ｙカットのニオブ酸リチウム基板からなる支持基板３２を用意した。この支持基板３２上に、厚み０．３μｍの酸化ケイ素膜３３を形成した。さらに、高音速膜として厚み１．６μｍの窒化アルミニウム膜３４、厚み０．４μｍの低音速膜としての酸化ケイ素膜３５及び厚み０．４μｍの３０°Ｙカットすなわちオイラー角で（０°，１２０°，０°）のニオブ酸リチウム膜３６をこの順序で積層した。上記ニオブ酸リチウム膜３６上に、ＩＤＴ電極３７を形成した。
【００７２】
さらに、ＩＤＴ電極３７を覆うように、酸化ケイ素膜３８を形成した。酸化ケイ素膜３８は、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を低めるための温度特性改善膜として機能する。
【００７３】
ＩＤＴ電極３７の構造は、図１（ｂ）に示すのと同様に、１ポート型弾性表面波共振子を構成する形状とした。また、ＩＤＴ電極３７及び反射器すなわち電極の形成に際しては、厚み１０μｍのＴｉ膜上に、厚み２００ｎｍのＡｌ基合金膜を積層した。用いたＡｌ基合金としては、１重量％のＣｕを含有しているＡｌ基合金を用いた。Ｔｉ膜はニオブ酸リチウム膜３６に対する密着性を高めるために形成した。
【００７４】
なお、上記１ポート型弾性表面波共振子３１の電極設計値は以下の通りとした。
【００７５】
ＩＤＴ電極の周期λ      ：２μｍ
反射器における電極指周期：２μｍ
ＩＤＴ電極の電極指の対数：９４対
反射器の電極指の本数    ：各２１本
メタライズレシオ        ：０．５
交差幅：２０λ
【００７６】
ＩＤＴ電極３７は、正規型とした。さらに、ＩＤＴ電極と反射器との間は周期λとなるように配置した。
【００７７】
図１８は、上記のようにして形成した実施例１の弾性表面波共振子のインピーダンス周波数特性を示す図である。
【００７８】
また、上記と同様にして、ただし、ＩＤＴ電極及び反射器の電極として、上方から順にＡｌ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ｔｉ＝１８０ｎｍ／２０ｎｍ／３０ｎｍ／１０ｎｍの積層構造を用いたことを除いては、上記実施例１の１ポート型弾性表面波共振子３１と同様にして実施例２の弾性表面波共振子を作製した。実施例２の弾性表面波共振子のインピーダンス周波数特性を図１９に示す。
【００７９】
また、比較のために、支持基板とニオブ酸リチウム膜との間に高音速膜及び低音速膜を積層した構造ではなく、オイラー角（０°，１２０°，０°）のニオブ酸リチウム基板上に、Ａｌ／Ｔｉ＝２００ｎｍ／２０ｎｍのＡｌ基合金からなるＩＤＴ電極及び反射器を形成したことを除いては、上記実施例１と同様にして構成された弾性表面波共振子を用意した。この弾性表面波共振子のインピーダンス周波数特性を図２０に示す。
【００８０】
図２０に示す比較例の弾性表面波共振子では、反共振周波数におけるインピーダンスは、６３．８ｄＢであるのに対し、上記実施例１では、６９．９ｄＢと高められていることがわかる。これは、周波数が高い反共振周波数において、ＳＨ型表面波の伝搬損失が小さいためと考えられる。同様に、実施例２においても、反共振周波数におけるインピーダンスは６９．９ｄＢと高く、従って、ＳＨ型表面波の伝搬損失が小さいことがわかる。
【００８１】
よって、実施例１及び実施例２と上記比較例との対比からも明らかなように、支持基板とニオブ酸リチウム膜との間に高音速膜及び低音速膜を積層し、さらに、オイラー角を上述した特定の範囲内とすることにより、ＳＨ型表面波の伝搬損失を効果的に小さくし得ることがわかる。
【００８２】
なお、上記比較例における弾性表面波共振子について、オイラー角のθを変化させた場合の共振周波数及び反共振周波数における伝搬損失を図２１に示す。図２１から明らかなように、実線で示す反共振周波数における伝搬損失が、オイラー角θの広い範囲に渡り、非常に大きいことがわかる。
【００８３】
上述したように、上記本実施形態は、圧電体であるニオブ酸リチウム膜と高音速膜の間に低音速膜を配した構造を有する。これにより、弾性表面波の振動エネルギーが圧電体側に集中しやすくなり、電気機械結合係数を大きくすることができる。また、ＩＤＴ電極を重い金属により形成して表面にエネルギーを集中させる構造に比べ、本実施形態の構造によれば、ＩＤＴ電極をＡｌなどの軽い金属で形成することも可能となる。加えて、低音速膜は平坦であるため、ＩＤＴ電極の電極指の微細な凹凸による散乱などによる弾性表面波の伝搬損失を抑えられる。
【００８４】
（製造方法の実施形態）
第１の実施形態に係る弾性波装置は、前述したように、支持基板２上に、高音速膜３、低音速膜４、ニオブ酸リチウム膜５及びＩＤＴ電極６を備える。このような弾性波装置の製造方法は特に限定されない。もっとも、次に述べるイオン注入法を利用した製造方法を用いることにより、厚みの薄いニオブ酸リチウム膜を有する弾性表面波装置１を容易に得ることができる。この製造方法の実施形態を、図２２及び図２３を参照して説明する。
【００８５】
まず、図２２（ａ）に示すように、ニオブ酸リチウム基板５Ａを用意する。ニオブ酸リチウム基板５Ａの片面から水素イオンを注入する。注入されるイオンは水素に限らず、ヘリウムなどを用いてもよい。
【００８６】
イオン注入に際してのエネルギーは特に限定されないが、本実施形態では１０７ＫｅＶ、ドーズ量は８×１０１６原子／ｃｍ２とする。
【００８７】
イオン注入を行うと、ニオブ酸リチウム基板５Ａ内において、厚み方向にイオン濃度分布が生じる。最もイオン濃度が高い部分を図２２（ａ）において破線で示す。破線で示すイオン濃度が最も高い部分である注入イオン高濃度部分５ａでは、後述するように加熱すると、応力により容易に分離する。このような注入イオン高濃度部分５ａにより分離する方法は、特表２００２−５３４８８６号公報において開示されている。
【００８８】
この工程において、上記注入イオン高濃度部分５ａにおいてニオブ酸リチウム基板５Ａを分離し、ニオブ酸リチウム膜５を得る。ニオブ酸リチウム膜５は、注入イオン高濃度部分５ａからニオブ酸リチウム基板５Ａのイオン注入を開始した面との間の層である。なお、ニオブ酸リチウム膜５を研磨等の加工することもある。従って、上記注入イオン高濃度部分５ａからニオブ酸リチウム基板５Ａのイオン注入側の面までの距離は、最終的に形成するニオブ酸リチウム膜の厚みと同等あるいは該厚みよりも若干大きな寸法とすればよい。
【００８９】
次に、図２２（ｂ）に示すように、ニオブ酸リチウム基板５Ａのイオン注入を行った側の面に、低音速膜４を成膜する。なお、あらかじめ形成した低音速膜を転写法等によりニオブ酸リチウム基板５Ａに貼り合わせてもよい。
【００９０】
次に、図２２（ｃ）に示すように、低音速膜４のニオブ酸リチウム基板５Ａと反対側の面に高音速膜３を成膜する。高音速膜３についても、成膜法によらず、高音速膜を、転写法等により低音速膜４に貼り合わせてもよい。
【００９１】
さらに、図２２（ｄ）に示すように、高音速膜３の露出している面、すなわち低音速膜４とは反対側の面を鏡面加工する。鏡面加工により、後述する支持基板と高音速膜の接合強度を強化することができる。
【００９２】
しかる後、図２２（ｅ）に示すように、支持基板２を高音速膜３に接合する。
【００９３】
低音速膜４としては、上記第１の実施形態に従って酸化ケイ素膜を用いる。また、高音速膜３としては、窒化アルミニウム膜を用いる。
【００９４】
次に、図２３（ａ）に示すように、加熱した後、ニオブ酸リチウム基板５Ａのうち、注入イオン高濃度部分５ａよりも上方のニオブ酸リチウム基板部分５ｂを分離する。前述したように、加熱により、上記注入イオン高濃度部分５ａを介して、応力を加えると、ニオブ酸リチウム基板５Ａが分離しやすくなる。この場合の加熱温度については、２５０℃〜４００℃程度とすればよい。
【００９５】
本実施形態では、この加熱分離により、厚み５００ｎｍのニオブ酸リチウム膜５を得る。このようにして、図２３（ｂ）に示すように、ニオブ酸リチウム膜５が低音速膜４上に積層されている構造を得る。しかる後、圧電性を回復させるために、４００℃〜５００℃の温度で３時間程度維持する加熱処理を行う。必要に応じて、この加熱処理に先立ち、分離後のニオブ酸リチウム膜５の上面を研磨してもよい。
【００９６】
しかる後、図２３（ｃ）に示すように、ＩＤＴ電極６を含む電極を形成する。電極形成方法は、特に限定されず、蒸着、めっきまたはスパッタリング等の適宜の方法により行うことができる。
【００９７】
本実施形態の製造方法によれば、上記分離により、オイラー角が傾斜したニオブ酸リチウム膜５を容易にかつ均一な厚みに形成することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１…弾性表面波装置
２…支持基板
３…高音速膜
４…低音速膜
５…ニオブ酸リチウム膜
５Ａ…ニオブ酸リチウム基板
５ａ…注入イオン高濃度部分
５ｂ…ニオブ酸リチウム基板部分
６…ＩＤＴ電極
７，８…反射器
２０…弾性表面波装置
２２…支持基板
２３…窒化アルミニウム膜
２４…酸化ケイ素膜
２５…ニオブ酸リチウム膜
２６…ＩＤＴ電極
３１…１ポート型弾性表面波共振子
３２…支持基板
３３…酸化ケイ素膜
３４…窒化アルミニウム膜
３５…酸化ケイ素膜
３６…ニオブ酸リチウム膜
３７…ＩＤＴ電極
３８…酸化ケイ素膜
【図１】
0005850137.tif 000005
【図２】
0005850137.tif 000006
【図３】
0005850137.tif 000007
【図４】
0005850137.tif 000008
【図５】
0005850137.tif 000009
【図６】
0005850137.tif 000010
【図７】
0005850137.tif 000011
【図８】
0005850137.tif 000012
【図９】
0005850137.tif 000013
【図１０】
0005850137.tif 000014
【図１１】
0005850137.tif 000015
【図１２】
0005850137.tif 000016
【図１３】
0005850137.tif 000017
【図１４】
0005850137.tif 000018
【図１５】
0005850137.tif 000019
【図１６】
0005850137.tif 000020
【図１７】
0005850137.tif 000021
【図１８】
0005850137.tif 000022
【図１９】
0005850137.tif 000023
【図２０】
0005850137.tif 000024
【図２１】
0005850137.tif 000025
【図２２】
0005850137.tif 000026
【図２３】
0005850137.tif 000027