(57)【要約】【課題】漏洩弾性表面波を用いており、音速を高めることができ、高周波化を容易に果たすことができる弾性表面波装置を提供する。【解決手段】ＬｉＮｂＯ３基板２上にＩＤＴ電極３が形成されており、ＬｉＮｂＯ３基板２上のＩＤＴ電極３を覆うように酸化ケイ素膜６が形成されており、酸化ケイ素膜６上に誘電体層７が形成されており、誘電体層７の横波音速が、ＬｉＮｂＯ３における遅い横波音速よりも速く、誘電体層７の膜厚Ｈ３としたときに、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚Ｈ３／λが０．２５〜０．６の範囲にある弾性表面波装置１。【選択図】図１
2011166259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＮｂＯ３基板と、
前記ＬｉＮｂＯ３基板上に形成されたＩＤＴ電極と、
前記ＬｉＮｂＯ３基板と前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された酸化ケイ素膜と、
前記酸化ケイ素膜上に積層されており、ＬｉＮｂＯ３における遅い横波音速よりも速い横波音速を有する誘電体層とを備え、
漏洩弾性表面波を用いており、
前記誘電体層の膜厚をＨ３としたときに、前記漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる誘電体層の規格化膜厚Ｈ３／λが、０．２５〜０．６の範囲にある、弾性表面波装置。
【請求項２】
前記誘電体層が、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム及びＳｉからなる群から選択された１種の誘電体材料からなる、請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記ＬｉＮｂＯ３基板が、カット角５０°〜９０°のＹカットＬｉＮｂＯ３基板である、請求項１または２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記酸化ケイ素膜の膜厚をＨ２としたときに、前記漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λが０．１５〜０．４の範囲にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
前記酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λが０．３以下である、請求項４に記載の弾性表面波装置。
【請求項６】
前記ＩＤＴ電極がＣｕからなり、該ＩＤＴ電極の膜厚をＨ１としたときに、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚Ｈ１／λが、０．０１〜０．０５５の範囲にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項７】
前記ＩＤＴ電極がＰｔからなり、該ＩＤＴ電極の膜厚をＨ１としたときに、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚Ｈ１／λが、０．００５〜０．０２２の範囲にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項８】
前記ＩＤＴ電極の密度をＤ１（ｇ／ｃｍ３）、前記酸化ケイ素膜の密度をＤ２（ｇ／ｃｍ３）、前記ＩＤＴ電極の膜厚をＨ１、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚をＨ１／λとしたときに、（（Ｄ１−Ｄ２）×（１００Ｈ１／λ））が９．５９〜３７ｇ／ｃｍ３の範囲にある、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【請求項９】
前記ＩＤＴ電極が、複数の金属層を積層してなる積層金属膜からなり、該複数の金属層の内１つの金属層がＡｌからなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弾性表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば帯域フィルタや共振子として用いられる弾性表面波装置に関し、ＬｉＮｂＯ３基板上に酸化ケイ素膜が積層されている構造を有する弾性表面波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信機器において高周波化が進んでいる。そのため、通信機器に用いられる弾性表面波装置においても、高周波化が強く求められている。また、弾性表面波装置では、周波数温度特性に優れていることも求められている。
【０００３】
下記の特許文献１には、周波数温度特性に優れ、かつ高周波帯の挿入損失を低下させることを可能とする弾性表面波装置が開示されている。
【０００４】
図１８は、特許文献１に記載の弾性表面波装置の要部を示す模式的断面図である。弾性表面波装置１００１では、回転Ｙ板ＬｉＮｂＯ３基板１００２上にＳｉＯ２膜１００３が積層されている。図１８では図示されていないが、ＬｉＮｂＯ３基板１００２上にＩＤＴ電極が形成されている。ＳｉＯ２膜１００３は、ＩＤＴ電極を覆うように形成されている。
【０００５】
特許文献１では、上記ＬｉＮｂＯ３基板１００２の回転Ｙ板のカット角が−１０°から＋３０°の範囲とされている。また、ＳｉＯ２膜１００３の膜厚をＨ、弾性表面波の動作中心周波数の波長をλとしたときに、Ｈ／λが０．１１５〜０．３１の範囲とされている。それによって、レイリー波よりも速い速度の擬似弾性表面波の電気機械結合係数ｋ２を０．２０以上とすることが可能とされている。また、周波数温度特性ＴＣＦを−３０〜＋３０ｐｐｍの範囲内とすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２０９４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
弾性表面波装置における弾性表面波の音速をｖ、周波数をｆ、弾性表面波の波長をλとする。ｖ＝ｆ×λであるため、高周波化を進めるには弾性表面波の音速ｖを速くするか、あるいは波長λを小さくしなければならない。しかしながら、波長λが小さくなると、ＩＤＴ電極の電極指間ピッチが小さくなる。従って、電極指間における短絡が生じやすくなる。さらに、狭い電極指間ピッチを有するＩＤＴ電極自体を形成することが非常に困難となる。加えて、ＩＤＴ電極における抵抗が大きくなるという問題も生じる。
【０００８】
これに対して、弾性表面波の音速を速くする、という手法も考えられる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１では、段落〔００４６〕及び図７から明らかなように、伝搬する擬似弾性表面波の音速は４０００ｍ／秒程度にすぎない。
【００１０】
他方、ＬｉＮｂＯ３基板の遅い横波音速は４０７０ｍ／秒である。そのため、特許文献１に記載の弾性表面波装置における擬似弾性表面波の音速は、ＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速よりも遅かった。従って、弾性表面波の音速がさほど高くないため、高周波化を進めることが困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、弾性表面波の音速を高め、高周波化をより一層図ることができる弾性表面波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る弾性表面波装置は、ＬｉＮｂＯ３基板と、前記ＬｉＮｂＯ３基板上に形成されたＩＤＴ電極と、前記ＬｉＮｂＯ３基板と前記ＩＤＴ電極を覆うように形成された酸化ケイ素膜と、前記酸化ケイ素膜上に積層されており、ＬｉＮｂＯ３における遅い横波音速よりも速い横波音速を有する誘電体層とを備える。本発明の弾性表面波装置は、漏洩弾性表面波を用いている。前記誘電体層の膜厚をＨ３としたときに、前記漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる誘電体層の規格化膜厚Ｈ３／λは、０．２５〜０．６の範囲にある。
【００１３】
本発明に係る弾性表面波装置のある特定の局面では、前記誘電体層が、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム及びＳｉからなる群から選択された１種の誘電体材料からなる。
【００１４】
本発明に係る弾性表面波装置の他の特定の局面では、前記ＬｉＮｂＯ３基板が、カット角５０°〜９０°のＹカットＬｉＮｂＯ３基板である。この場合には、スプリアスとなるレイリー波の応答を効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記酸化ケイ素膜の膜厚をＨ２としたときに、前記漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λが０．１５〜０．４の範囲にある。この場合には、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。従って、弾性表面波の温度特性を改善することができる。
【００１６】
より好ましくは、Ｈ２／λは０．３以下の範囲とされる。その場合には、漏洩弾性表面波の音速をより一層高めることができる。
【００１７】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極がＣｕからなり、該ＩＤＴ電極の膜厚をＨ１としたときに、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚Ｈ１／λが、０．０１〜０．０５５の範囲にある。この場合には、ストップバンドの幅を十分に大きくすることができ、かつ弾性表面波の音速を効果的に高めることができる。
【００１８】
本発明に係る弾性表面波のさらに別の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極がＰｔからなり、該ＩＤＴ電極の膜厚をＨ１としたときに、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚Ｈ１／λが、０．００５〜０．０２２の範囲にある。
【００１９】
本発明に係る弾性表面波装置のさらに他の特定の局面では、前記ＩＤＴ電極の密度をＤ１（ｇ／ｃｍ３）、前記酸化ケイ素膜の密度をＤ２（ｇ／ｃｍ３）、前記ＩＤＴ電極の膜厚をＨ１、漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚をＨ１／λとしたときに、（（Ｄ１−Ｄ２）×（１００Ｈ１／λ））が９．５９〜３７ｇ／ｃｍ３の範囲にある。
【００２０】
本発明に係る弾性表面波装置においては、ＩＤＴ電極は複数の金属層を積層してなる積層金属膜により形成されていてもよい。この場合、複数の金属層の内の少なくとも１つの金属層が、Ａｌからなる。それによって、ＩＤＴ電極の抵抗値を低めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る弾性表面波装置によれば、ＬｉＮｂＯ３における遅い横波音速よりも速い横波音速を有する上記誘電体層が酸化ケイ素膜上に積層されており、該誘電体層の規格化膜厚Ｈ３／λが０．２５〜０．６の範囲にあるため、伝搬する漏洩弾性表面波の音速を効果的に高めることができる。従って、弾性表面波装置の高周波化を容易に図ることができる。また、エネルギー集中度を高めることができる。加えて、ＬｉＮｂＯ３基板上に酸化ケイ素膜が積層されているため、弾性表面波装置の周波数温度係数の絶対値を小さくすることができる。よって、弾性表面波装置の温度特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の構造及び該弾性表面波装置における弾性表面波のエネルギー分布を模式的に示す図であり、（ｂ）は、該弾性表面波装置を示す正面断面図である。
【図２】第１の実験例におけるＹカットＬｉＮｂＯ３基板のカット角と、音速と、誘電体層としてのＳｉＮ膜の規格化膜厚との関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態において、ＳｉＮ膜の規格化膜厚と、表面波のエネルギー集中度と、誘電体層としてのＹカットＬｉＮｂＯ３基板のカット角との関係を示す図である。
【図４】ＹカットＬｉＮｂＯ３基板のカット角と、ＳｉＮ膜の規格化膜厚とスプリアスとなるレイリー波の帯域幅との関係を示す図である。
【図５】図４の矢印Ｂで示す部分を拡大して示す図であり、図４と同様に、ＹカットＬｉＮｂＯ３基板のカット角と、ＳｉＮ膜の規格化膜厚と、スプリアスとなるレイリー波の帯域幅との関係を示す図である。
【図６】誘電体層がＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉまたはＡｌ２Ｏ３からなり、その規格化膜厚Ｈ３／λが０．３の場合のＬｉＮｂＯ３のカット角と音速との関係を示す図である。
【図７】共振周波数におけるＳｉＯ２膜の膜厚と周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【図８】反共振周波数におけるＳｉＯ２膜の膜厚と周波数温度係数ＴＣＦとの関係を示す図である。
【図９】共振周波数におけるＳｉＮ膜の規格化膜厚Ｈ３／λが０．３である場合のＳｉＯ２膜の膜厚と音速との関係を示す図である。
【図１０】共振周波数におけるカット角４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°または１００°のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＣｕ膜の規格化膜厚（％）と音速との関係を示す図である。
【図１１】反共振周波数におけるカット角４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°または１００°のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＣｕ膜の規格化膜厚（％）と音速との関係を示す図である。
【図１２】カット角４０°、５０°、６０°、７０°、８０°または９０°のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＣｕ膜の規格化膜厚（％）とストップバンド幅との関係を示す図である。
【図１３】共振周波数におけるカット角４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°または１００°のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＰｔ膜の規格化膜厚（％）と音速との関係を示す図である。
【図１４】反共振周波数におけるカット角４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°または１００°のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＰｔ膜の膜厚Ｈ２／λ×１００（％）と音速との関係を示す図である。
【図１５】カット角４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°または１００°のＬｉＮｂＯ３基板を用いた場合のＰｔ膜の規格化膜厚（％）とストップバンド幅との関係を示す図である。
【図１６】Ａｌ膜を含むＩＤＴ電極において、Ａｌ膜の規格化膜厚（％）を、３、５、１０、１５、２０または２５％とした場合のＬｉＮｂＯ３のカット角と音速との関係を示す図である。
【図１７】Ａｌ膜を含むＩＤＴ電極において、Ａｌ膜の規格化膜厚（％）を、３、５、１０、１５、２０または２５％とした場合のＬｉＮｂＯ３のカット角と音速との関係を示す図である。
【図１８】従来の弾性表面波装置を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置の要部及び表面波のエネルギー分布を説明するための模式図であり、（ｂ）は該弾性表面波装置の正面断面図である。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、弾性表面波装置１は、ＬｉＮｂＯ３基板２を有する。ＬｉＮｂＯ３基板として、本実施形態では、カット角７０°のＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板が用いられている。
【００２６】
ＬｉＮｂＯ３基板２上に、ＩＤＴ電極３及び反射器４，５が形成されている。反射器４，５はＩＤＴ電極３の弾性表面波伝搬方向両側に配置されている。このＩＤＴ電極３及び反射器４，５からなる電極構造は、周知の１ポート型弾性表面波共振子の電極構造である。
【００２７】
ＩＤＴ電極３を覆うように、酸化ケイ素膜６が積層されている。酸化ケイ素膜６上に、誘電体層７として窒化ケイ素膜が積層されている。酸化ケイ素膜６は、正のＴＣＦ値を有する。他方、ＬｉＮｂＯ３基板２は、ＴＣＦが負の値を有する。従って、酸化ケイ素膜６を積層することにより、弾性表面波装置１では、全体としての周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。よって、温度特性を改善することができる。
【００２８】
他方、弾性表面波装置１では、ＩＤＴ電極３に交流電圧を印加したとき表面波が励振されるが、表面波の中でも、音速が速い漏洩弾性表面波が強く励振される。本実施形態では、この漏洩弾性表面波を利用している。図１（ａ）において、要部の断面の右側に弾性表面波装置１の厚み方向に沿う表面波のエネルギー分布を示す。このエネルギー分布において、矢印Ａで示すエネルギー分布が、伝搬する漏洩弾性表面波のエネルギー分布である。
【００２９】
前述した特許文献１に記載の弾性表面波装置１００１では、酸化ケイ素膜をＬｉＮｂＯ３上に積層した構造を有しているが、酸化ケイ素膜の横波音速は３７５０ｍ／秒程度と遅い。すなわち、酸化ケイ素の横波音速はＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速である４０７０ｍ／秒よりも遅い。そのため、弾性表面波装置１００１では、酸化ケイ素膜の形成により音速が低下していた。
【００３０】
特に、ＬｉＮｂＯ３基板上にエネルギーを集中させて伝搬する、漏洩弾性表面波のようなＳＨ波では、酸化ケイ素膜の形成により音速が著しく低下する。
【００３１】
これに対して、本実施形態の弾性表面波装置１では、酸化ケイ素膜６上に、誘電体層７として窒化ケイ素膜が積層されている。窒化ケイ素膜の横波音速は５９５０ｍ／秒である。従って、窒化ケイ素膜の積層により、弾性表面波装置１では、漏洩弾性波の音速を十分に高めることができる。
【００３２】
より具体的には、本実施形態では、ＬｉＮｂＯ３基板２がカット角７０°のＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板である。ＩＤＴ電極３、酸化ケイ素膜６及び誘電体層７の厚みをそれぞれ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３とする。これらの厚みの漏洩弾性表面波の波長λで規格化してなる規格化膜厚は、それぞれ、Ｈ１／λ＝０．０４、Ｈ２／λ＝０．２及びＨ３／λ＝０．３である。この場合、弾性表面波装置を伝搬する漏洩弾性表面波の音速は、後述の実験例で示されているように、約４２５８ｍ／秒である。この構造において、共振周波数が２ＧＨｚの弾性表面波共振子を作製した場合、漏洩弾性表面波の波長λは、λ＝４２５８（ｍ／秒）／２０００（ＭＨｚ）＝２．１３（μｍ）となる。
【００３３】
他方、特許文献１に記載の弾性表面波装置では、前述したように、擬似漏洩弾性表面波の音速は４０００ｍ／秒程度である。従って、この弾性表面波装置において、同様に２ＧＨｚの共振周波数を有する弾性表面波共振子を作製した場合、波長λは、λ＝４０００（ｍ／秒）／２０００（ＭＨｚ）＝２．００（μｍ）となる。
【００３４】
従って、上記実施形態によれば、例えば２ＧＨｚの共振周波数の弾性表面波装置を構成した場合、λを約７％程度大きくし得ることがわかる。よって、ＩＤＴ電極の電極指の精度を高めることなく高周波化を図ることができる。
【００３５】
以下、より具体的な実験例に基づき、弾性表面波の音速を高め得ることを明らかにする。
【００３６】
（第１の実験例）
カット角が４０°〜１００°の範囲の複数種のＹカット−Ｘ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板２を用意した。ＩＤＴ電極３をＣｕで形成し、その規格化膜厚Ｈ１／λ＝０．０４とした。また、酸化ケイ素膜６の規格化膜厚Ｈ２／λ＝０．２とした。窒化ケイ素膜の規格化膜厚をＨ３／λ＝０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５または０．６とした。
【００３７】
これらの弾性表面波装置について、ＬｉＮｂＯ３基板のカット角と、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λと音速との関係を図２に示す。なお、図２及び以下の図においては、規格化膜厚の値は、百分率で表すこととする。すなわち、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λが０．１の場合を例にとると、図中では、（Ｈ／λ）×１００（％）＝１０％で表すこととする。
【００３８】
図２から明らかなように、窒化ケイ素の規格化膜厚が０％の場合に比べ、窒化ケイ素膜を成膜することにより、音速が高くなっている。また、窒化ケイ素膜の規格化膜厚が厚くなるほど音速がより一層高くなっている。これは、窒化ケイ素膜の横波音速が速いため、より厚い窒化ケイ素膜を積層することにより、音速をさらに高め得ることによる。
【００３９】
図２では、窒化ケイ素膜の規格化膜厚が３０％の場合にのみカット角−９０°〜９０°の範囲の結果を示した。この結果から明らかなように、窒化ケイ素膜の規格化膜厚が３０％の場合、広いカット角範囲の全てにおいて、窒化ケイ素膜が形成されていない場合に比べて音速を高め得ることがわかる。
【００４０】
図２では、他の膜厚の窒化ケイ素膜を形成した場合については、カット角が−９０°〜＋９０°の全範囲についての結果を示していないが、他の膜厚の窒化ケイ素膜の場合も、窒化ケイ素膜が形成されていない場合に比べて、音速を高めることができる。なお、図２において、窒化ケイ素膜の規格化膜厚が１０、２０、４０、５０及び６０％の場合において、カット角が４０°または５０°以上の範囲しか示していないのは、後述するように、カット角が５０°以上、９０°以下の範囲の場合、漏洩弾性波のエネルギー集中度をより一層高め得ることによる。従って、望ましいカット角範囲の結果のみを示している。
【００４１】
図３は、窒化ケイ素膜の規格化膜厚（％）と、漏洩弾性表面波の上記エネルギー集中度との関係を示す図である。図３では、カット角が４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°及び１００°の場合の結果を示す。
【００４２】
図３から明らかなように、いずれのカット角においても、窒化ケイ素膜の膜厚が０．２以下においては、エネルギー集中度が悪化する傾向があるのに対し、０．２を超えると、エネルギー集中度が高くなっている。従って、窒化ケイ素膜の膜厚を０．２５以上の範囲とすれば、エネルギー集中度を高め得ることがわかる。
【００４３】
また、窒化ケイ素膜厚が０．６を超えると、膜応力が大きくなってしまい、ウェハ反りが起こる。この場合、ダイシングができなかったり、スパッタができないという問題が発生する。従って、窒化ケイ素膜厚は０．６以下とするのがよい。
【００４４】
図４は、上記各弾性表面波装置におけるＬｉＮｂＯ３基板のカット角とスプリアスとなるレイリー波の帯域幅との関係を示す図である。ここでは、窒化ケイ素膜の規格化膜厚が、０．０１％、１０％、２０％、２５％、３０％、４０％、４５％、５０％及び６０％の場合の結果を示す。ここで、レイリー波の帯域幅とは、レイリー波の共振点と反共振点の周波数差を共振点の周波数で除算したものである。
【００４５】
また、図４の破線Ｂで囲まれた部分を拡大して図５に示す。
【００４６】
図４及び図５から明らかなように、カット角が４０°〜９０°の範囲において、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λ（％）が０．０１％及び１０％の場合、レイリー波による応答が比較的大きい。これに対して、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λ（％）が２０％、２５％、３０％、４０％、４５％、５０％及び６０％と厚い場合には、レイリー波による応答を著しく小さくし得ることがわかる。
【００４７】
従って、レイリー波を抑圧するために、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λ（％）は２５％以上であることが望ましい。より好ましくは、カット角が８０°〜９０°とより大きい値の場合、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λ（％）を４０％以上とすることにより、レイリー波によるスプリアスをより効果的に抑圧し得ることがわかる。
【００４８】
従って、レイリー波による応答を抑圧するには、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λは、０．２５以上、より好ましくは０．４以上であることが望ましい。
【００４９】
（第２の実験例）
以下の構造の弾性表面波装置を用意した。カット角が−９０°〜１００°の範囲の複数種のＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板２を用意した。ＩＤＴ電極３は、Ｃｕからなり、その規格化膜厚Ｈ１／λを０．０４とした。酸化ケイ素膜６の規格化膜厚Ｈ／λは０．２とした。誘電体層の規格化膜厚Ｈ／λは０．３とした。
【００５０】
誘電体層７を構成する誘電体材料として、窒化ケイ素だけでなく、窒化アルミニウム、Ｓｉ及びアルミナを用意し、これらの材料によりそれぞれ、誘電体層を形成し、複数種の弾性表面波装置を得た。
【００５１】
これらの誘電体材料の横波音速は以下の通りである。
【００５２】
窒化ケイ素の横波音速＝５９５０ｍ／秒、窒化アルミニウムの横波音速＝６０１６ｍ／秒、Ｓｉの横波音速＝５８４０ｍ／秒、アルミナの横波音速＝６０７３ｍ／秒。
【００５３】
上記の通り、これらの誘電体材料の横波音速は、いずれも、ＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速＝４０７０ｍ／秒よりも速い。
【００５４】
図６は、このようにして得られた弾性表面波装置におけるカット角と音速との関係を示す図である。図６から明らかなように、誘電体層７が窒化ケイ素、窒化アルミニウム、Ｓｉ及びアルミナのいずれからなる場合においても、カット角が−９０°〜−８３°の範囲及び＋３０°〜＋９０°の範囲で音速はＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速である４０７０ｍ／秒よりも速くなることがわかる。
【００５５】
従って、図６の結果から明らかなように、カット角を−９０°〜−８０°及び＋３０°〜＋９０°の範囲とすれば、ＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速よりも音速を高め得ることがわかる。
【００５６】
（第３の実験例）
カット角１６０°のＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３を用いた。ＩＤＴ電極をＣｕで形成し、規格化膜厚Ｈ１／λを０．０４とした。酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λを０〜０．４内で変化させた。窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λは０．３とした。このようにして構成された複数種の弾性表面波装置について、酸化ケイ素膜の規格化膜厚（％）による周波数温度係数ＴＣＦの変化及び音速の変化を測定した。結果を図７〜図９に示す。図７及び図８はそれぞれ、共振周波数及び反共振周波数におけるＴＣＦの変化を示し、図９は音速の変化を示す。
【００５７】
図７及び図８から明らかなように、酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λ＝０の場合、ＴＣＦは−７０ｐｐｍ／℃程度である。これに対して、酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λを厚くしていくと、ＴＣＦの絶対値が小さくなり、温度特性を改善し得ることがわかる。
【００５８】
さらに、酸化ケイ素膜の規格化膜厚（Ｈ２／λ）≧０．１５の場合、Ｈ２／λ＝０の場合に比べると、ＴＣＦを２０ｐｐｍ／℃程度改善し得ることがわかる。より具体的には、Ｈ２／λ≧０．１５であれば、ＴＣＦの絶対値を４０ｐｐｍ／℃以下とすることができる。実用上、弾性表面波装置のＴＣＦは、±４０ｐｐｍ／℃の範囲内であることが求められている。よって、Ｈ２／λ≧０．１５とすれば、温度特性が良好な弾性表面波装置を提供することができる。
【００５９】
また、Ｈ２／λ（％）が４０％以下の範囲であれば、図９から明らかなように、音速は４０７０ｍ／秒よりも速い。もっとも、より好ましくは、酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λ（％）は、図９より３０％以下であることが望ましく、その場合には音速を４２００ｍ／秒とより一層高めることができる。すなわち、Ｈ３／λ＝０の場合の音速に比べ、１０％以上音速を高めることができる。
【００６０】
（第４の実験例）
ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ３基板のカット角を４０°〜１００°の範囲で変化させた。酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λ＝０．２とした。窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λ＝０．３とした。
【００６１】
ＩＤＴ電極としてＣｕまたはＰｔを用いた。ＣｕからなるＩＤＴ電極の場合、規格化膜厚Ｈ１／λが０．０１〜０．０８の範囲で変化させた。ＩＤＴ電極がＰｔの場合、規格化膜厚Ｈ１／λは０．００１〜０．０４の範囲で変化させた。
【００６２】
さらに、ＩＤＴ電極を複数の積層金属膜で形成し、その密度を９．５９〜３７ｇ／ｃｍ３内で変化させた。
【００６３】
これらの弾性表面波装置について、電極膜厚による音速の変化を求めた。結果を図１０〜図１７を参照して説明する。
【００６４】
図１０〜図１２は、ＩＤＴ電極がＣｕ膜からなり、そのＣｕ膜の膜厚を変化させた場合の、共振周波数における音速の変化及び反共振周波数における音速の変化並びにストップバンドの幅の変化を示す各図である。
【００６５】
なお、いわゆる第３世代の移動体通信システムでは、帯域幅／中心周波数は最大約３％である。従って、第３世代の移動通信システムであるＵＭＴＳ用の弾性表面波フィルタを構成する場合、ストップバンドの幅は３％以上あることが望ましい。ここでは、ストップバンドの幅は、ショートグレーティングが形成するストップバンドの上限と下限との間の幅を、下限の周波数で除算することにより計算した。
【００６６】
図１２から明らかなように、Ｃｕの規格化膜厚Ｈ１／λ（％）が１％〜８％の範囲、すなわちＨ１／λが０．０１以上、０．０８以下の場合、ストップバンドの幅を３％以上とし得ることがわかる。これに対して、Ｃｕの規格化膜厚（％）が１％未満の場合には、カット角が大きくなると、ストップバンドの幅が３％未満となる場合のあることがわかる。従って、ＣｕからなるＩＤＴ電極を用いる場合、規格化膜厚Ｈ／λは０．０１以上とするのが望ましい。
【００６７】
また、図１０及び図１１から明らかなように、Ｈ１／λ（％）が５．５％より大きくなると、すなわち、Ｈ１／λが０．０５５より大きくなると、音速の低下が著しい。これに対して、Ｃｕの規格化膜厚（％）が５．５％以下の場合には、音速を高め得ることがわかる。特に、カット角が４０°〜９０°の範囲では、Ｃｕの規格化膜厚（％）を５．５％以下、すなわちＨ１／λを０．０５５以下とすることにより、音速をＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速よりも速くし得ることがわかる。
【００６８】
従って、ＣｕからなるＩＤＴ電極を用いる場合、その規格化膜厚Ｈ／λは、０．０５５以下とすることが望ましい。
【００６９】
図１３〜図１５は、ＩＤＴ電極はＰｔ膜からなる場合のＰｔの規格化膜厚（％）と共振周波数における音速、反共振周波数における音速及びストップバンド幅の変化をそれぞれ示す図である。
【００７０】
図１５から明らかなように、Ｐｔ膜を用いた場合、ストップバンドの幅を３％以上とするには、カット角の如何にかかわらず、Ｐｔの規格化膜厚Ｈ１／λ（％）を０．５％以上、すなわちＨ１／λを０．００５以上とすれば、ストップバンドの幅を３％以上とすることができる。
【００７１】
しかしながら、図１３及び図１４から明らかなように、Ｈ１／λ（％）が２．２％より大きくなると、音速の低下が著しい。Ｈ１／λ（％）が２．２％以下では、カット角が１０°〜９０°のいずれにおいても、共振周波数における音速及び反共振周波数における音速をＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速よりも速くすることができる。
【００７２】
従って、Ｐｔ膜からなるＩＤＴ電極を用いる場合、その規格化膜厚Ｈ／λは０．００５≦Ｈ１／λ≦０．０２２とすればよいことがわかる。
【００７３】
ところで、弾性表面波装置におけるストップバンドの幅及び音速は、電極の重量に依存する。従って、上記Ｃｕ及びＰｔの結果から下記の式で示される相対密度Ｃが好ましい範囲となるようにＩＤＴ電極を形成すれば、同様に音速を高め、ストップバンドの幅を３％以上とすることができる。
【００７４】
相対密度Ｃ＝｛電極密度Ｄ１（ｇ／ｃｍ３）−酸化ケイ素の密度Ｄ２（ｇ／ｃｍ３）｝×ＩＤＴ電極の規格化膜厚（１００Ｈ１／λ（％））
【００７５】
Ｃｕの密度は８．９３ｇ／ｃｍ３であり、Ｐｔの密度は２１．３７ｇ／ｃｍ３であり、Ａｌの密度は２．６９９ｇ／ｃｍ３である。酸化ケイ素の密度は２．２ｇ／ｃｍ３である。
【００７６】
従って、Ｃｕ膜を用いた場合の規格化膜厚Ｈ１／λが０．０１〜０．０５５の範囲は上記相対密度Ｃが６．７３〜３７ｇ／ｃｍ３の範囲となる。同様に、Ｐｔ膜についてのＨ１／λの上記好ましい範囲０．００５〜０．０２２は、相対密度Ｃが９．５９〜４２．１７ｇ／ｃｍ３の範囲となる。
【００７７】
よって、相対密度Ｃが９．５９〜３７ｇ／ｃｍ３の範囲となるＩＤＴ電極を形成すれば、上記Ｃｕ及びＰｔの場合の結果と同様にカット角及びＩＤＴ電極の膜厚を設定することにより、音速の向上及びストップバンドの拡大を図ることができる。
【００７８】
なお、本発明においては、ＩＤＴ電極は複数の金属膜を積層してなる積層金属膜により形成されてもよい。この場合、上記電極密度Ｄ１は、積層金属膜を構成している複数種の金属の密度と複数種の金属層の厚みとに基づいて求めればよい。すなわち、複数の金属の密度をｄ１、ｄ２、………ｄｎ（ｎは自然数）、各金属層の厚みをｔ１、ｔ２、………ｔｎ（ｎは自然数）とした場合、ＩＤＴ電極の電極密度Ｄ１は、Ｄ＝（ｄ１×ｔ１＋ｄ２×ｔ２＋………ｄｎ×ｔｎ）／（ｔ１＋ｔ２＋………ｔｎ）で求めることができる。
【００７９】
（第５の実験例）
前述したように、ＩＤＴ電極は複数の金属膜を積層した構造であってもよい。第５の実験例では、ＬｉＮｂＯ３基板のカット角を−９０°〜＋１００°の範囲で変化させた。酸化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ２／λ＝０．２とし、窒化ケイ素膜の規格化膜厚Ｈ３／λ＝０．３とした。
【００８０】
ＩＤＴ電極を、Ａｌ膜及びＰｔ膜を積層してなる積層金属膜により形成した。すなわち、ＬｉＮｂＯ３基板上にＰｔ膜を成膜し、次にＡｌ膜を成膜した。Ａｌ膜の規格化膜厚（％）を１０〜２５％の範囲で変化させ、Ｐｔ膜の規格化膜厚（％）を１０％とした。
【００８１】
図１６及び図１７は、ＬｉＮｂＯ３基板のカット角と、Ａｌの規格化膜厚Ｈ／λ（％）と共振周波数における音速及び反共振周波数における音速との関係をそれぞれ示す図である。図１６及び図１７から明らかなように、Ａｌ膜の規格化膜厚Ｈ／λ（％）が２０％より大きくなると、共振周波数における音速はＬｉＮｂＯ３の遅い横波音速である４０７０ｍ／秒よりも遅くなる。従って、Ａｌの規格化膜厚（％）は２０％以下、すなわちＨ／λは０．０２以下であることが望ましい。
【００８２】
また、Ａｌ膜とＰｔ膜を積層することにより、ＩＤＴ電極の抵抗を小さくすることができる。Ｐｔの抵抗は１．０４×１０−７（Ωｍ）であり、Ａｌの抵抗率は２．６５×１０−８（Ωｍ）である。従って、Ａｌ膜の積層により電気抵抗を小さくすることができる。もっとも、Ａｌ膜の規格化膜厚が上記のように０．２を超えると、抵抗は低くし得るものの、音速が低下する。よって、Ａｌ膜を積層金属膜の内の少なくとも１つの金属層として用いる場合、Ａｌ膜の厚みの合計は、規格化膜厚で０．２以下であることが望ましい。
【００８３】
なお、本実験例では、低抵抗の金属膜としてＡｌ膜を用いた例を説明したが、Ａｌ膜に代えて、ＣｕやＰｔよりも抵抗率の低い様々な金属を用いて低抵抗金属膜を形成してもよい。このような金属としては、Ａｇ、Ａｕなどを挙げることができる。
【００８４】
また、本発明おいて、音速を高めるように作用する誘電体層を構成する誘電体材料については、上述した窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、Ｓｉが好適に用いられるが、そのほか、酸化窒化ケイ素、炭化ケイ素、ダイヤモンドなどを用いてもよい。もっとも、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、Ｓｉ及びアルミナは、横波音速が５８４４ｍ／秒以上と速いため、好ましい。
【００８５】
なお、本明細書において、オイラー角、結晶軸及び等価なオイラー角の意味は以下の通りとする。
【００８６】
（オイラー角）
本明細書において、基板の切断面と表面波の伝搬方向を表現するオイラー角（φ，θ，ψ）は、文献「弾性波素子技術ハンドブック」（日本学術振興会弾性波素子技術第１５０委員会、第１版第１刷、平成３年１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。
【００８７】
すなわち、例えば、ＬｉＮｂＯ３の結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対し、Ｚ軸を軸としてＸ軸を反時計廻りにφ回転しＸａ軸を得る。次に、Ｘａ軸を軸としてＺ軸を反時計廻りにθ回転しＺ′軸を得る。Ｘａ軸を含み、Ｚ′軸を法線とする面を基板の切断面とした。そして、Ｚ′軸を軸としてＸａ軸を反時計廻りにψ回転した軸Ｘ′方向を表面波の伝搬方向とした。
【００８８】
（結晶軸）
また、オイラー角の初期値として与える結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚ軸をｃ軸と平行とし、Ｘ軸を等価な３方向のａ軸のうち任意の１つと平行とし、Ｙ軸はＸ軸とＺ軸を含む面の法線方向とする。
【００８９】
（等価なオイラー角）
なお、本発明におけるオイラー角（φ，θ，ψ）は結晶学的に等価であればよい。
【００９０】
例えば、文献（日本音響学会誌３６巻３号、１９８０年、１４０〜１４５頁）によれば、ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３は三方晶系３ｍ点群に属する結晶であるので、下記の〔１〕式が成り立つ。
【００９１】
Ｆ（φ，θ，ψ）＝Ｆ（６０°−φ，−θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（６０°＋φ，−θ，ψ）
＝Ｆ（φ，１８０°＋θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ）        ・・・〔１〕
【００９２】
ここで、Ｆは、電気機械結合係数ｋｓ２、伝搬損失、ＴＣＦ、ＰＦＡ、ナチュラル一方向性などの任意の表面波特性である。
【００９３】
ＰＦＡのナチュラル一方向性は、例えば伝搬方向を正負反転してみた場合、符号は変わるものの絶対量は等しいので実用上等価であると考える。
【００９４】
例えば、オイラー角（３０°，θ，ψ）の表面波伝搬特性は、オイラー角（９０°，１８０°−θ，１８０°−ψ）の表面波伝搬特性と等価である。
【００９５】
また、例えば、オイラー角（３０°，９０°，４５°）の表面波伝搬特性は、表１に示すオイラー角の表面波伝搬特性と等価である。
【００９６】
また、本発明において計算に用いた導体の材料定数は多結晶体の値であるが、エピ膜などの結晶体においても、膜自体の結晶方位依存性より基板の結晶方位依存性が表面波特性に対して支配的であるので、〔１〕式により、実用上問題ない程度に同等の表面波伝搬特性が得られる。
【００９７】
【表１】
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【符号の説明】
【００９８】
１…弾性表面波装置
２…基板
３…ＩＤＴ電極
４，５…反射器
６…酸化ケイ素膜
７…誘電体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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