(57)【要約】【課題】弾性波デバイスを小型化すること。【解決手段】基板１０上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４のｃ軸又は分極軸の方向で圧電膜１４を挟む電極１２及び電極１６と、を含み、圧電膜１４を挟んで電極１２と電極１６とが対向する領域のうちの平面視で基板１０と電極１２の間に形成された空隙２２に重なる領域である共振領域２４を有する圧電薄膜共振器４０と、電極１６と、電極１６上に設けられ、圧電膜１４と略同じ厚さを有し、圧電膜１４のｃ軸又は分極軸と同じ方向にｃ軸又は分極軸を有する圧電膜１８と、圧電膜１８上に設けられ、電極１２と同電位の電極２０と、を含み、圧電膜１８を挟んで電極１６と電極２０とが対向する領域のうちの平面視で空隙２２に重なる領域であって、共振領域２４と略同じ面積を有し且つ共振領域２４と重なる共振領域２６を有する圧電薄膜共振器４２と、を備える弾性波デバイス。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられた第１圧電膜と、前記第１圧電膜のｃ軸又は分極軸の方向で前記第１圧電膜を挟む第１電極及び第２電極と、を含み、前記第１圧電膜を挟んで前記第１電極と前記第２電極とが対向する領域のうちの平面視で前記基板と前記第１電極の間に形成された空隙又は音響反射膜に重なる領域である第１共振領域を有する第１圧電薄膜共振器と、
前記第２電極と、前記第２電極上に設けられ、前記第１圧電膜と略同じ厚さを有し、前記第１圧電膜のｃ軸又は分極軸と同じ方向にｃ軸又は分極軸を有する第２圧電膜と、前記第２圧電膜上に設けられ、前記第１電極と同電位の第３電極と、を含み、前記第２圧電膜を挟んで前記第２電極と前記第３電極とが対向する領域のうちの平面視で前記空隙又は音響反射膜に重なる領域であって、前記第１共振領域と略同じ面積を有し且つ前記第１共振領域と重なる第２共振領域を有する第２圧電薄膜共振器と、を備える弾性波デバイス。
【請求項２】
前記第１電極と前記第３電極は、前記第１共振領域及び前記第２共振領域の外側で接続している、請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記第２電極は、前記第１電極の厚さ及び前記第３電極の厚さの略２倍の厚さを有する、請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記弾性波デバイスは、１又は複数の直列共振器と１又は複数の並列共振器とを備えるラダー型フィルタであり、
前記１又は複数の直列共振器及び前記１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの共振器は、２つの共振器に分割されていて、
前記２つの共振器は、前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器である、請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの並列共振器は、前記２つの共振器に分割されていて、
前記少なくとも１つの並列共振器を構成する前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器とが共有する前記第２電極内に第１周波数調整膜を備える、請求項４記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記１又は複数の並列共振器のうちの前記少なくとも１つの並列共振器以外の並列共振器は、前記第１周波数調整膜の略半分の厚さの第２周波数調整膜を有する、請求項５記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記弾性波デバイスは、第１ラダー型フィルタと、前記第１ラダー型フィルタよりも通過帯域が低い第２ラダー型フィルタと、を備えるデュアルフィルタであり、
前記第１ラダー型フィルタに備わる１又は複数の直列共振器及び１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの共振器は２つの共振器に分割されていて、前記２つの共振器は前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器であり、
前記第２ラダー型フィルタに備わる圧電薄膜共振器からなる直列共振器及び並列共振器と、前記第１ラダー型フィルタに備わる前記少なくとも１つの共振器とは、１つの前記基板上に設けられている、請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記弾性波デバイスは、アンテナ端子と送信端子との間に接続された送信フィルタと、前記アンテナ端子と受信端子との間に接続された受信フィルタと、を備えるデュプレクサであり、
前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方は、１又は複数の直列共振器と１又は複数の並列共振器を備えるラダー型フィルタであり、
前記１又は複数の直列共振器及び前記１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの共振器は２つの共振器に分割されていて、前記２つの共振器は前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器である、請求項１から３のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話端末などの無線通信機器のフィルタやデュプレクサに圧電薄膜共振器を用いることが知られている。圧電薄膜共振器は、圧電膜と、圧電膜を挟んで対向する２つの電極と、を備える。圧電膜のｃ軸又は分極軸の方向と２つの電極の間に印加される電界の方向とが同じ方向を向いている場合、圧電薄膜共振器は収縮し、逆の方向を向いている場合、圧電薄膜共振器は拡張する。このため、圧電薄膜共振器では、圧電膜のｃ軸又は分極軸の方向に依存した非線形性が原因となって、２次歪特性が劣化することが生じている。そこで、非線形性を低減して、２次歪特性の劣化を抑制する方法が知られている（例えば、特許文献１）。また、複数の圧電薄膜共振器を積層して配置することが知られている（例えば、特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−６４９５号公報
【特許文献２】特表２００６−５０２６３４号公報
【特許文献３】特開２００５−１３７００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、２つの圧電薄膜共振器それぞれの圧電膜の分極軸の同じ方向の電極が逆電位となるように、これら２つの圧電薄膜共振器を並列に接続することで、２次歪特性を改善しているが、弾性波デバイスの小型化の点で改善の余地が残されている。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、弾性波デバイスの小型化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基板上に設けられた第１圧電膜と、前記第１圧電膜のｃ軸又は分極軸の方向で前記第１圧電膜を挟む第１電極及び第２電極と、を含み、前記第１圧電膜を挟んで前記第１電極と前記第２電極とが対向する領域のうちの平面視で前記基板と前記第１電極の間に形成された空隙又は音響反射膜に重なる領域である第１共振領域を有する第１圧電薄膜共振器と、前記第２電極と、前記第２電極上に設けられ、前記第１圧電膜と略同じ厚さを有し、前記第１圧電膜のｃ軸又は分極軸と同じ方向にｃ軸又は分極軸を有する第２圧電膜と、前記第２圧電膜上に設けられ、前記第１電極と同電位の第３電極と、を含み、前記第２圧電膜を挟んで前記第２電極と前記第３電極とが対向する領域のうちの平面視で前記空隙又は音響反射膜に重なる領域であって、前記第１共振領域と略同じ面積を有し且つ前記第１共振領域と重なる第２共振領域を有する第２圧電薄膜共振器と、を備える弾性波デバイスである。
【０００７】
上記構成において、前記第１電極と前記第３電極は、前記第１共振領域及び前記第２共振領域の外側で接続している構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記第２電極は、前記第１電極の厚さ及び前記第３電極の厚さの略２倍の厚さを有する構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記弾性波デバイスは、１又は複数の直列共振器と１又は複数の並列共振器とを備えるラダー型フィルタであり、前記１又は複数の直列共振器及び前記１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの共振器は、２つの共振器に分割されていて、前記２つの共振器は、前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記１又は複数の直列共振器及び前記１又は複数の並列共振器のうちの前記少なくとも１つの共振器以外の共振器は、前記基板上に設けられた第３圧電膜と、前記第３圧電膜を挟む下部電極及び上部電極と、を含み、前記下部電極は前記第１電極と略同じ厚さを有し、前記上部電極は前記第２電極の略半分の厚さを有する構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの並列共振器は、前記２つの共振器に分割されていて、前記少なくとも１つの並列共振器を構成する前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器とが共有する前記第２電極内に第１周波数調整膜を備える構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記１又は複数の並列共振器のうちの前記少なくとも１つの並列共振器以外の並列共振器は、前記第１周波数調整膜の略半分の厚さの第２周波数調整膜を有する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記弾性波デバイスは、第１ラダー型フィルタと、前記第１ラダー型フィルタよりも通過帯域が低い第２ラダー型フィルタと、を備えるデュアルフィルタであり、前記第１ラダー型フィルタに備わる１又は複数の直列共振器及び１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの共振器は２つの共振器に分割されていて、前記２つの共振器は前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器であり、前記第２ラダー型フィルタに備わる圧電薄膜共振器からなる直列共振器及び並列共振器と、前記第１ラダー型フィルタに備わる前記少なくとも１つの共振器とは、１つの前記基板上に設けられている構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記弾性波デバイスは、アンテナ端子と送信端子との間に接続された送信フィルタと、前記アンテナ端子と受信端子との間に接続された受信フィルタと、を備えるデュプレクサであり、前記送信フィルタ及び前記受信フィルタの少なくとも一方は、１又は複数の直列共振器と１又は複数の並列共振器を備えるラダー型フィルタであり、前記１又は複数の直列共振器及び前記１又は複数の並列共振器のうちの少なくとも１つの共振器は２つの共振器に分割されていて、前記２つの共振器は前記第１圧電薄膜共振器と前記第２圧電薄膜共振器である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、弾性波デバイスを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、圧電薄膜共振器の圧電膜に生じる２次歪電圧を説明する図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、比較例１に係る弾性波デバイスを説明する図、図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、比較例２に係る弾性波デバイスを説明する図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスを示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。
【図４】図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの分解平面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの２次歪特性について説明する図である。
【図６】図６は、電極が共振領域の外側で他の配線を介して接続する場合の断面図である。
【図７】図７（ａ）から図７（ｆ）は、実施例１の変形例１から変形例６に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図８】図８は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図９】図９は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１０】図１０は、実施例４に係るラダー型フィルタの回路図である。
【図１１】図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、直列共振器及び並列共振器を示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施例５に係るデュアルフィルタの回路図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施例５に係るデュアルフィルタを構成するチップの断面図である。
【図１４】図１４は、実施例６に係るデュプレクサを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
まず、圧電薄膜共振器の圧電膜に生じる２次歪電圧について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、圧電薄膜共振器の圧電膜に生じる２次歪電圧を説明する図である。図１（ａ）のように、圧電薄膜共振器１は、圧電膜２を下部電極４及び上部電極６で挟んだ構造をしている。圧電薄膜共振器は、共振周波数の波長（λ）の１／２が圧電材料の厚さに相当する。つまり、圧電薄膜共振器は、１／２λ厚み共振を使用した共振器である。このため、圧電膜２の上下の面がそれぞれ＋及び−のいずれかに分極するように励振する。
【００１９】
一方、２次歪の周波数の波長は圧電膜の厚さに相当する。このため、圧電膜２の上下の面が共に＋又は−に分極するように励振する。圧電膜２に対称性があれば、２次モードは上下電極が同電位となるため、歪成分は生じないはずである。しかしながら、良好な特性を得るために、圧電膜２として窒化アルミニウムや酸化亜鉛などを用い、圧電膜２のｃ軸の方向で圧電膜２を下部電極４及び上部電極６で挟む。図１（ｂ）では、圧電膜２のｃ軸配向方向を白矢印で示している。なお、図２以降においても、白矢印でｃ軸配向方向を示す。この場合に、ｃ軸方向の対称性が崩れて電界の分布に偏りが生じて、圧電膜２の上下に電位差が生じる場合がある。これにより発生する電圧を２次歪電圧と呼び、図１（ｂ）では黒矢印で示している。なお、図２以降においても、黒矢印で２次歪電圧の方向を示す。図１（ｂ）では、ｃ軸配向方向は下部電極４から上部電極６の方向であり、この方向に２次歪電圧が発生している。
【００２０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、比較例１に係る弾性波デバイスを説明する図、図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、比較例２に係る弾性波デバイスを説明する図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）のように、比較例１の弾性波デバイス１０００は、端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂが並列に接続されている。圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂは、基板８上に設けられている。圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂは、ｃ軸の同じ方向の電極が同電位となるように接続されている。つまり、圧電薄膜共振器１ａ及び圧電薄膜共振器１ｂのｃ軸配向方向の上部電極６同士が同電位となるように接続され、ｃ軸配向方向に逆方向の下部電極４同士が同電位となるように接続されている。これにより、圧電薄膜共振器１ａ及び圧電薄膜共振器１ｂは共に、ｃ軸配向方向と２次歪電圧の方向とが反対方向になっている。このため、圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂの非線形性が強め合って２次歪特性が劣化する。
【００２１】
図２（ｃ）及び図２（ｄ）のように、比較例２の弾性波デバイス１１００では、圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂが並列に接続され、且つ、圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂは、ｃ軸の同じ方向の電極が逆電位となるように接続されている。つまり、圧電薄膜共振器１ａの上部電極６と圧電薄膜共振器１ｂの下部電極４が接続され、圧電薄膜共振器１ａの下部電極４と圧電薄膜共振器１ｂの上部電極６が接続されている。これにより、圧電薄膜共振器１ａではｃ軸配向方向と２次歪電圧の方向とが同じ方向になり、圧電薄膜共振器１ｂではｃ軸配向方向と２次歪電圧の方向とが反対方向になっている。このため、圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂの非線形性が相殺又は低減され、２次歪特性の劣化を抑制できる。
【００２２】
しかしながら、比較例２の弾性波デバイス１１００では、圧電薄膜共振器１ａと圧電薄膜共振器１ｂが基板８上で横に並んで設けられているため、小型化が難しい。
【００２３】
図３（ａ）は、実施例１に係る弾性波デバイスを示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図４は、実施例１に係る弾性波デバイスの分解平面図である。図３（ａ）から図４のように、実施例１の弾性波デバイス１００は、基板１０上に圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２が積層されて設けられている。基板１０は、例えばシリコン基板である。
【００２４】
圧電薄膜共振器４０は、基板１０上に設けられた電極１２と、電極１２上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４上に電極１２と対向する領域を有して設けられた電極１６と、を含む。圧電薄膜共振器４０において、電極１２は下部電極として機能し、電極１６は上部電極として機能する。電極１２及び電極１６は、例えばルテニウム膜である。圧電膜１４は、例えばｃ軸を主軸としたｃ軸配向性を有する窒化アルミニウム膜である。
【００２５】
圧電薄膜共振器４２は、電極１６と、電極１６上に設けられた圧電膜１８と、圧電膜１８上に電極１６と対向する領域を有して設けられた電極２０と、を含む。圧電薄膜共振器４２において、電極１６は下部電極として機能し、電極２０は上部電極として機能する。電極２０は、例えばルテニウム膜である。圧電膜１８は、例えばｃ軸を主軸としたｃ軸配向性を有する窒化アルミニウム膜である。
【００２６】
圧電膜１４のｃ軸配向方向と圧電膜１８のｃ軸配向方向とは同じ方向を向いている。圧電膜１４と圧電膜１８は略同じ厚さを有し、例えば１２００ｎｍである。なお、略同じ厚さとは、製造上の誤差程度の違いは同じ厚さと見なすものである。
【００２７】
電極１２と電極１６は、圧電膜１４のｃ軸配向方向で圧電膜１４を挟んでいる。電極１６と電極２０は、圧電膜１８のｃ軸配向方向で圧電膜１８を挟んでいる。電極１２と電極２０は略同じ厚さを有し、例えば２００ｎｍである。電極１６は電極１２及び電極２０の略２倍の厚さを有し、例えば４００ｎｍである。なお、略同じ厚さ及び略２倍の厚さとは、製造上の誤差程度の違いは同じ厚さ及び２倍の厚さと見なすものである。
【００２８】
平坦形状をした電極１２の下側における基板１０に空隙２２が設けられている。空隙２２は、例えば基板１０を貫通しているが、基板１０の上面に設けられた窪みであってもよい。圧電薄膜共振器４０は、圧電膜１４を挟んで電極１２と電極１６とが対向する領域のうちの空隙２２に重なる領域である共振領域２４を有する。圧電薄膜共振器４２は、圧電膜１８を挟んで電極１６と電極２０とが対向する領域のうちの空隙２２に重なる領域である共振領域２６を有する。共振領域２４、２６は、略同じ面積を有し且つ重なっていて、例えば楕円形状をしている。共振領域２４、２６は、少なくとも一部が重なっていればよい。なお、略同じ面積とは、製造上の誤差程度の違いは同じ面積と見なすものである。
【００２９】
共振領域２４では、電極１２と電極１６との間に高周波の電気信号が印加されることで圧電膜１４内に厚み縦振動モードの弾性波が励振する。共振領域２６では、電極１６と電極２０との間に高周波の電気信号が印加されることで圧電膜１８内に厚み縦振動モードの弾性波が励振する。共振領域２４、２６は、楕円形状をしている場合に限られず、例えば矩形状などの他の形状をしていてもよい。
【００３０】
電極１２と電極２０とは、電気的に接続されている。例えば、電極２０が圧電膜１４、１８の端面を延在して平坦形状をした電極１２の上面に共振領域２４、２６の外側で直接接することで、電極１２と電極２０とは電気的に接続されている。これにより、電極１２と電極２０は同電位となっている。電極１６は、電極１２及び電極２０と異なる電位となっている。
【００３１】
基板１０として、シリコン基板以外に、サファイア基板、石英基板、ガラス基板、セラミック基板、又はガリウム砒素基板などを用いてもよい。電極１２、電極１６、及び電極２０として、アルミニウム、銅、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、白金、ルテニウム、ロジウム、又はイリジウムの金属単層膜、若しくは、これらの積層膜を用いてもよい。
【００３２】
圧電膜１４、１８は、窒化アルミニウム膜以外にも、酸化亜鉛膜、チタン酸ジルコン酸鉛膜、又はチタン酸鉛膜などを用いてもよい。また、圧電膜１４、１８は、窒化アルミニウムを主成分とし、共振特性の向上又は圧電性の向上のために他の元素を含んだ膜でもよい。例えば、添加元素にスカンジウムを用いることで圧電性を向上でき、電気機械結合係数を向上できる。
【００３３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施例１に係る弾性波デバイスの２次歪特性について説明する図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）のように、インピーダンス特性が略一致している圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２とが、端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に並列に接続され、且つ、ｃ軸の同じ方向の電極が逆電位となるように接続されている。つまり、圧電薄膜共振器４０の電極１２と圧電薄膜共振器４２の電極２０が接続され、且つ、圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２とで電極１６を共有している。これにより、圧電薄膜共振器４０ではｃ軸配向方向と２次歪電圧の方向とが同じ方向になり、圧電薄膜共振器４２ではｃ軸配向方向と２次歪電圧の方向とが反対方向になっている。このため、圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２の非線形性が相殺又は低減され、２次歪特性の劣化を抑制できる。
【００３４】
実施例１によれば、基板１０上に圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２が設けられている。圧電薄膜共振器４０は、基板１０上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４のｃ軸方向で圧電膜１４を挟む電極１２及び電極１６と、を含む。圧電薄膜共振器４２は、電極１６と、電極１６上に設けられ、圧電膜１４と略同じ厚さを有し、圧電膜１４と同じ方向にｃ軸方向を有する圧電膜１８と、圧電膜１８上に設けられ、電極１２と同電位の電極２０と、を含む。圧電薄膜共振器４０の共振領域２４と圧電薄膜共振器４２の共振領域２６とは、略同じ面積を有し且つ重なっている。これにより、図５（ａ）及び図５（ｂ）で説明したように、２次歪特性の劣化を抑制できる。また、圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２は、基板１０上に積層されているため、弾性波デバイスの小型化が図れる。
【００３５】
また、実施例１によれば、図３（ｂ）のように、電極１２と電極２０は、共振領域２４、２６の外側で接続している。これにより、電極１２と電極２０を同電位にすることができる。なお、電極１２と電極２０は、共振領域２４、２６の外側で直接接している場合に限られず、他の配線を介して接続していてもよい。図６は、電極が共振領域の外側で他の配線を介して接続する場合の断面図である。図６のように、圧電膜１４に形成された凹部で露出した電極１２の上面に接し、圧電膜１４の上面に延在する配線２８が設けられている。電極２０は圧電膜１８の端面を延在して配線２８の上面に接している。これにより、電極１２と電極２０は、共振領域２４、２６の外側で接続している。
【００３６】
また、実施例１によれば、電極１６は、電極１２の厚さ及び電極２０の厚さの略２倍の厚さを有する。電極１６は、圧電薄膜共振器４０及び圧電薄膜共振器４２の下部電極又は上部電極として共有されることから、電極１２及び電極２０の略２倍の厚さを有することで、良好な特性を得ることができる。
【００３７】
図７（ａ）から図７（ｆ）は、実施例１の変形例１から変形例６に係る弾性波デバイスの断面図である。図７（ａ）のように、電極１６内に空隙５０が設けられていてもよい。図７（ｂ）のように、共振領域２４、２６内の外周領域の圧電膜１４、１８内に、例えば酸化シリコン膜などの絶縁膜からなる挿入膜５２が設けられていてもよい。これにより、共振器のＱ値を改善することができる。また、挿入膜５２の代わりに空隙が設けられていてもよい。挿入膜５２は、図７（ｃ）のように、電極１６に接して設けられてもよいし、図７（ｄ）のように、電極１２及び電極２０に接して設けられてもよい。挿入膜５２は、圧電膜１４、１８の両方に設けられていることが好ましいが、いずれか一方にのみ設けられている場合でもよい。
【００３８】
図７（ｅ）のように、圧電膜１４、１８内に温度補償膜５４が設けられていてもよい。温度補償膜５４は、圧電膜１４、１８とは逆符号の温度係数の弾性定数を有する膜であり、例えば酸化シリコン膜やフッ素などの添加物が添加された酸化シリコン膜である。温度補償膜５４は、圧電膜１４、１８の両方に設けられていることが好ましいが、いずれか一方にのみ設けられていてもよい。図７（ｆ）のように、温度補償膜５４は、電極１２、電極１６、及び電極２０内に設けられていてもよい。
【実施例２】
【００３９】
図８は、実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。図８のように、実施例２の弾性波デバイス２００では、基板１０に貫通孔及び窪みが形成されてなく、基板１０の平坦上面と電極１２との間に、電極１２側にドーム形状の膨らみを有する空隙２２ａが設けられている。ドーム形状の膨らみとは、例えば空隙２２ａの周辺では空隙２２ａの高さが低く、空隙２２ａの内部ほど空隙２２ａの高さが高くなるような形状の膨らみである。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。
【実施例３】
【００４０】
図９は、実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図９のように、実施例３の弾性波デバイス３００では、電極１２の下側に空隙の代わりに音響反射膜３０が設けられている。音響反射膜３０は、弾性波を反射する膜であり、音響インピーダンスの低い膜３２と高い膜３４とを交互に有する。その他の構成は、実施例１の弾性波デバイス１００と同じであるため説明を省略する。
【００４１】
このように、圧電薄膜共振器４０、４２は、ＦＢＡＲ（Film Bulk Acoustic Resonator）の場合でもよいし、ＳＭＲ（Solidly Mounted Resonator）の場合でもよい。
【００４２】
実施例１から実施例３では、圧電膜１４、１８として窒化アルミニウム膜を用いる場合を例に示したが、その他の圧電材料であってもよく、ｃ軸の方向の代わりに分極軸の方向としてもよい。この場合でも、２次歪特性の劣化を抑制できる。
【実施例４】
【００４３】
図１０は、実施例４に係るラダー型フィルタの回路図である。図１０のように、実施例４のラダー型フィルタ４００は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に、１又は複数の直列共振器Ｓ１〜Ｓ４が直列に接続され、１又は複数の並列共振器Ｐ１〜Ｐ３が並列に接続されている。直列共振器Ｓ４は共振器Ｓ４ａと共振器Ｓ４ｂに分割され、共振器Ｓ４ａと共振器Ｓ４ｂは並列に接続されている。並列共振器Ｐ３は共振器Ｐ３ａと共振器Ｐ３ｂに分割され、共振器Ｐ３ａと共振器Ｐ３ｂは並列に接続されている。共振器Ｓ４ａ及び共振器Ｓ４ｂの静電容量は直列共振器Ｓ４の静電容量の半分であり、共振周波数は直列共振器Ｓ４と同じである。同様に、共振器Ｐ３ａ及び共振器Ｐ３ｂの静電容量は並列共振器Ｐ３の静電容量の半分であり、共振周波数は並列共振器Ｐ３と同じである。
【００４４】
図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、直列共振器及び並列共振器を示す断面図である。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のように、直列共振器Ｓ４を構成する共振器Ｓ４ａは、基板１０上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４を挟む電極１２及び電極１６と、を含む。共振器Ｓ４ｂは、電極１６と、電極１６上に設けられた圧電膜１８と、圧電膜１８上に設けられた電極２０と、を含む。
【００４５】
図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）のように、並列共振器Ｐ３を構成する共振器Ｐ３ａは、基板１０上に設けられた圧電膜１４と、圧電膜１４を挟む電極１２及び電極１６と、を含む。共振器Ｐ３ｂは、電極１６と、電極１６上に設けられた圧電膜１８と、圧電膜１８上に設けられた電極２０と、を含む。電極１６内に周波数調整膜６６が設けられている。
【００４６】
このように、直列共振器Ｓ４を分割した共振器Ｓ４ａと共振器Ｓ４ｂ、及び、並列共振器Ｐ３を分割した共振器Ｐ３ａと共振器Ｐ３ｂは、実施例１の圧電薄膜共振器４０と圧電薄膜共振器４２である。
【００４７】
図１１（ａ）及び図１１（ｃ）のように、直列共振器Ｓ１〜Ｓ３は、基板１０上に設けられた下部電極６０と、下部電極６０上に設けられた圧電膜６２と、圧電膜６２上に下部電極６０と対向する領域を有して設けられた上部電極６４と、を含む。図１１（ｂ）及び図１１（ｄ）のように、並列共振器Ｐ１及びＰ２は、下部電極６０、圧電膜６２、及び上部電極６４に加えて周波数調整膜６８を含む。周波数調整膜６８は、べた膜であってもよいし、孔などのパターンが形成されていてもよい。
【００４８】
下部電極６０は、例えば電極１２と同じ材料で形成され、略同じ厚さを有する。圧電膜６２は、例えば圧電膜１４と同じ材料で形成され、略同じ厚さを有する。上部電極６４は、例えば電極１６と同じ材料で形成され、略半分の厚さを有する。周波数調整膜６８は、例えば周波数調整膜６６と同じ材料で形成され、略半分の厚さを有する。
【００４９】
実施例４のように、直列共振器Ｓ４を分割した共振器Ｓ４ａ及び共振器Ｓ４ｂを実施例１の圧電薄膜共振器４０及び圧電薄膜共振器４２としてもよい。並列共振器Ｐ３を分割した共振器Ｐ３ａ及び共振器Ｐ３ｂを実施例１の圧電薄膜共振器４０及び圧電薄膜共振器４２としてもよい。すなわち、ラダー型フィルタ４００を構成する１又は複数の直列共振器Ｓ１〜Ｓ４及び１又は複数の並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の少なくとも１つの共振器が２つの共振器に分割され、分割された２つの共振器を実施例１から実施例３の圧電薄膜共振器４０及び圧電薄膜共振器４２としてもよい。
【００５０】
なお、出力端子ＯＵＴから放射される高調波は、出力端子ＯＵＴに近い直列共振器Ｓ４及び並列共振器Ｐ３から放射される高調波が大半を占める。したがって、直列共振器Ｓ４及び並列共振器Ｐ３の少なくとも一方が２つの共振器に分割されて実施例１から実施例３の圧電薄膜共振器４０及び圧電薄膜共振器４２であることが好ましい。
【００５１】
また、実施例４によれば、並列共振器Ｐ３を分割した共振器Ｐ３ａと共振器Ｐ３ｂが共有する電極１６内に周波数調整膜６６が設けられている。直列共振器と並列共振器とで共振周波数を異ならせるために並列共振器に周波数調整膜を設けることが行われるが、電極１６内に周波数調整膜６６を設けることで共振器Ｐ３ａと共振器Ｐ３ｂとで１つの周波数調整膜６６を共有させることができる。なお、電極１６内に周波数調整膜６６を設ける代わりに、電極１２の下面及び電極２０の上面に周波数調整膜を設けてもよい。この場合、電極１２の下面及び電極２０の上面に設ける周波数調整膜は、電極１６内に設けた周波数調整膜６６の略半分の厚さであることが好ましい。
【００５２】
また、実施例４によれば、並列共振器Ｐ１、Ｐ２に含まれる周波数調整膜６８は、電極１６内に設けられた周波数調整膜６６の略半分の厚さを有する。上述したように、電極１６内に設けられた周波数調整膜６６は共振器Ｐ３ａと共振器Ｐ３ｂとで共有されることから、周波数調整膜６６は周波数調整膜６８の略２倍の厚さ（すなわち、周波数調整膜６８は周波数調整膜６６の略半分の厚さ）であることが好ましい。
【実施例５】
【００５３】
図１２は、実施例５に係るデュアルフィルタの回路図である。図１２のように、実施例５のデュアルフィルタ５００は、ラダー型フィルタ４００と、ラダー型フィルタ４１０と、を含む。ラダー型フィルタ４１０の通過帯域は、ラダー型フィルタ４００の通過帯域よりも低く、例えば半分程度である。例えば、ラダー型フィルタ４００の通過帯域は３．５ＧＨｚであり、ラダー型フィルタ４１０の通過帯域は２ＧＨｚである。
【００５４】
ラダー型フィルタ４００は、実施例４で説明しているため、ここでは説明を省略する。ラダー型フィルタ４１０は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に、１又は複数の直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４が直列に接続され、１又は複数の並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３が並列に接続されている。直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３は分割されていない。
【００５５】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、実施例５に係るデュアルフィルタを構成するチップの断面図である。図１３（ａ）のように、１つの基板１０上に、直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４、並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３、直列共振器Ｓ４、及び並列共振器Ｐ３が設けられている。すなわち、１つのチップに、ラダー型フィルタ４１０に含まれる直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３に加えて、ラダー型フィルタ４００に含まれる直列共振器Ｓ４及び並列共振器Ｐ３が設けられている。
【００５６】
直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３は、基板１０上に設けられた圧電膜７２ａ及び圧電膜７２ｂからなる圧電膜７２と、圧電膜７２を挟んで対向する下部電極７０及び上部電極７４と、を含む。圧電膜７２ａと圧電膜７２ｂの間に温度補償膜７６が設けられているが、温度補償膜７６が設けられていない場合でもよい。なお、並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３に設けられる周波数調整膜は図示を省略している。
【００５７】
実施例４で説明したように、直列共振器Ｓ４を分割した共振器Ｓ４ａ及び共振器Ｓ４ｂ、並びに、並列共振器Ｐ３を分割した共振器Ｐ３ａ及び共振器Ｐ３ｂは、実施例１の圧電薄膜共振器４０及び圧電薄膜共振器４２である。
【００５８】
下部電極７０と電極１２は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。圧電膜７２ａと圧電膜１４は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。温度補償膜７６と電極１６は、例えば略同じ膜厚を有する。圧電膜７２ｂと圧電膜１８は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。上部電極７４と電極２０は、例えば同じ材料で形成され、略同じ膜厚を有する。
【００５９】
図１３（ｂ）のように、他の基板１０上に、直列共振器Ｓ１〜Ｓ３及び並列共振器Ｐ１、Ｐ２が設けられている。すなわち、他のチップに、ラダー型フィルタ４００に含まれる直列共振器Ｓ１〜Ｓ３及び並列共振器Ｐ１、Ｐ２が設けられている。直列共振器Ｓ１〜Ｓ３及び並列共振器Ｐ１、Ｐ２は、基板１０上に設けられた圧電膜８２と、圧電膜８２を挟んで対向する下部電極８０及び上部電極８４と、を含む。なお、並列共振器Ｐ１、Ｐ２に設けられる周波数調整膜は図示を省略している。
【００６０】
実施例５によれば、デュアルフィルタ５００を構成する一方のラダー型フィルタ４１０は、他方のラダー型フィルタ４００よりも通過帯域が低い（例えば半分程度である）。したがって、ラダー型フィルタ４１０に含まれる直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３の共振領域における積層膜の厚さは、ラダー型フィルタ４００に含まれる直列共振器Ｓ１〜Ｓ４及び並列共振器Ｐ１〜Ｐ３の共振領域における積層膜よりも厚くなる（例えば２倍程度厚くなる）。このため、図１３（ａ）のように、ラダー型フィルタ４１０に含まれる直列共振器Ｓ１１〜Ｓ１４及び並列共振器Ｐ１１〜Ｐ１３と、ラダー型フィルタ４００に含まれ、２つの共振器に分割された直列共振器Ｓ４及び並列共振器Ｐ３とを、１つの基板１０上に設けることが好ましい。
【実施例６】
【００６１】
図１４は、実施例６に係るデュプレクサを示すブロック図である。図１４のように、実施例６のデュプレクサ６００は、送信フィルタ９０と受信フィルタ９２とを備える。送信フィルタ９０は、アンテナ端子Ａｎｔと送信端子Ｔｘとの間に接続されている。受信フィルタ９２は、送信フィルタ９０と共通のアンテナ端子Ａｎｔと受信端子Ｒｘとの間に接続されている。
【００６２】
送信フィルタ９０は、送信端子Ｔｘから入力された信号のうち送信帯域の信号を送信信号としてアンテナ端子Ａｎｔに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。受信フィルタ９２は、アンテナ端子Ａｎｔから入力された信号のうち受信帯域の信号を受信信号として受信端子Ｒｘに通過させ、他の周波数の信号を抑圧する。送信帯域と受信帯域は周波数が異なっている。なお、送信フィルタ９０を通過した送信信号が受信フィルタ９２に漏れずにアンテナ端子Ａｎｔから出力されるようにインピーダンスを整合させる整合回路を備えていてもよい。
【００６３】
送信フィルタ９０及び受信フィルタ９２の少なくとも一方を、実施例４のラダー型フィルタ４００とすることができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  基板
１２  電極
１４  圧電膜
１６  電極
１８  圧電膜
２０  電極
２２、２２ａ  空隙
２４  共振領域
２６  共振領域
２８  配線
３０  音響反射膜
３２  音響インピーダンスの低い膜
３４  音響インピーダンスの高い膜
４０  圧電薄膜共振器
４２  圧電薄膜共振器
５０  空隙
５２  挿入膜
５４  温度補償膜
６０  下部電極
６２  圧電膜
６４  上部電極
６６、６８  周波数調整膜
７０  下部電極
７２、７２ａ、７２ｂ  圧電膜
７４  上部電極
７６  温度補償膜
８０  下部電極
８２  圧電膜
８４  上部電極
９０  送信フィルタ
９２  受信フィルタ
１００〜３００  弾性波デバイス
４００、４１０  ラダー型フィルタ
５００  デュアルフィルタ
６００  デュプレクサ
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１４  直列共振器
Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ１１〜Ｐ１３  並列共振器
Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ  共振器
Ｐ３ａ、Ｐ３ｂ  共振器
【図１】
2018101964.tif 000003
【図２】
2018101964.tif 000004
【図３】
2018101964.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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