(57)【要約】【課題】高周波化を図ることができ、しかも特性が良好な弾性波装置を提供する。【解決手段】縦波型漏洩弾性波を利用する弾性波装置であって、圧電体層８の第１の主面８ａまたは第２の主面８ｂにＩＤＴ電極９が設けられており、圧電体層８を支持するように圧電体層８の第２の主面８ｂに積層されており、かつ圧電体層８に縦波型漏洩弾性波のエネルギーを閉じ込めるためのエネルギー閉じ込め層が設けられており、ＩＤＴ電極９の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに圧電体層８の厚みがλ以下であり、圧電体層８の第１の主面８ａ及び第２の主面８ｂの少なくとも一方に溝８ｃが設けられており、ＩＤＴ電極９が、溝８ｃ内に入り込んでいる部分を有する、弾性波装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦波型漏洩弾性波を利用する弾性波装置であって、
対向し合う第１及び第２の主面を有する圧電体層と、
前記圧電体層の前記第１の主面または前記第２の主面に設けられたＩＤＴ電極と、
前記圧電体層を支持するように前記圧電体層の前記第２の主面に積層されており、かつ前記圧電体層に縦波型漏洩弾性波のエネルギーを閉じ込めるためのエネルギー閉じ込め層とを備え、
前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記圧電体層の厚みがλ以下であり、
前記圧電体層の前記第１及び第２の主面のうち前記ＩＤＴ電極が設けられた主面に溝が設けられており、前記ＩＤＴ電極が前記溝内に入り込んでいる部分を有する、弾性波装置。
【請求項２】
前記圧電体層が、自然一方向性を有する結晶方位を有する、請求項１に記載の弾性波装置。
【請求項３】
前記溝が、一対の側面と、底面とを有し、前記底面から遠ざかるにつれて、前記一対の側面間の距離が広がるように、前記一対の側面が傾斜面とされている、請求項１または２に記載の弾性波装置。
【請求項４】
前記圧電体層のオイラー角が（９０°±５°の範囲内、９０°±５°の範囲内、４０°±２５°の範囲内）である、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】
前記溝が、前記圧電体層の前記第１の主面側に設けられており、前記ＩＤＴ電極が前記第１の主面側に設けられている、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】
前記エネルギー閉じ込め層が、
伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波よりも高速である高音速材料層と、
前記圧電体層と前記高音速材料層との間に配置されており、伝搬するバルク波の音速が前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも低速である低音速材料層とを有する、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】
前記高音速材料層が、高音速材料からなる支持基板である、請求項６に記載の弾性波装置。
【請求項８】
前記エネルギー閉じ込め層の前記圧電体層とは反対側の面に積層された支持基板をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項９】
前記エネルギー閉じ込め層が、音響反射膜であり、該音響反射膜が、相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と、前記低音響インピーダンス層に積層されており、前記低音響インピーダンス層よりも音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とを有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項１０】
前記エネルギー閉じ込め層が、前記圧電体層の前記ＩＤＴ電極が設けられている領域の下方において、前記圧電体層の前記第２の主面側に空間を有する空間保有層である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項１１】
前記空間保有層が、上面に凹部が設けられている支持基板であり、前記支持基板の上面が前記圧電体層の前記第２の主面に積層されており、前記凹部が前記空間を形成している、請求項１０に記載の弾性波装置。
【請求項１２】
前記ＩＤＴ電極が、Ａｌ、Ｃｕ及びＴｉ並びにこれらを主体とする合金から選択された１種からなる金属層を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項１３】
前記ＩＤＴ電極が、前記Ａｌまたは前記Ａｌを主体とする合金からなる、請求項１２に記載の弾性波装置。
【請求項１４】
前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【請求項１５】
前記エネルギー閉じ込め層が、酸化ケイ素を含んで構成されている、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦波型漏洩弾性波を利用した弾性波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、縦波型漏洩弾性波を用いた弾性波装置が知られている。例えば、下記の特許文献１には、特定のオイラー角のＬｉＮｂＯ３基板上にＡｕ膜からなるＩＤＴ電極を有する弾性波装置が開示されている。この弾性波装置では、オイラー角を特定の範囲とすることにより、電気機械結合係数の向上、伝搬損失の低減、及び高位相速度を実現し得るとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
縦波型漏洩弾性波では、他の弾性波に比べ、位相速度が比較的高い。そのため、特許文献１に記載の弾性波装置を用いれば、ある程度まで高周波化に対応することが可能であるが、対応できる程度にも限界があった。また、比帯域、インピーダンス比が十分でない場合があった。
【０００５】
さらに、縦波型漏洩弾性波は、漏洩しながら伝搬するモードであるため、十分大きなＱ値が得られない場合があった。
【０００６】
本発明の目的は、縦波型漏洩弾性波を用いており、高周波化を図ることができ、しかも比帯域、インピーダンス比やＱ値などの特性が良好な弾性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】
【０００７】
本発明に係る弾性波装置は、縦波型漏洩弾性波を利用する弾性波装置であって、対向し合う第１及び第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面または前記第２の主面に設けられたＩＤＴ電極と、前記圧電体層を支持するように前記圧電体層の前記第２の主面に積層されており、かつ前記圧電体層に縦波型漏洩弾性波のエネルギーを閉じ込めるためのエネルギー閉じ込め層とを備え、前記ＩＤＴ電極の電極指ピッチで定まる波長をλとしたときに、前記圧電体層の厚みがλ以下であり、前記圧電体層の前記第１及び第２の主面のうち前記ＩＤＴ電極が設けられた主面に溝が設けられており、前記ＩＤＴ電極が前記溝内に入り込んでいる部分を有する。
【０００８】
なお、縦波型漏洩弾性波とは、縦波成分が横波成分よりも優勢である弾性波、あるいは縦波成分が横波成分よりも優勢である疑似弾性波である。縦波型漏洩弾性波は、エネルギーを漏洩しつつ伝搬するモードである。
【０００９】
本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、前記圧電体層は、自然一方向性を有する結晶方位を有する。すなわち、オイラー角で（０°，θ，０°）及び（９０°，９０°，ψ）以外のオイラー角を有する圧電体層が用いられる。この結晶方位の場合には、ストップバンドによりスプリアスが生じると考えられている。しかしながら、ＩＤＴ電極が圧電体層の前記溝に入り込むように設けられているため、上記スプリアスが、効果的に抑制される。
【００１０】
本発明に係る弾性波装置の特定の局面では、前記溝が、一対の側面と、底面とを有し、前記底面から遠ざかるにつれて、前記一対の側面間の距離が広がるように、前記一対の側面が傾斜面とされている。この場合には、ＩＤＴ電極を溝の底面及び側面に接するように容易に形成することができる。
【００１１】
本発明に係る弾性波装置では、前記圧電体層のオイラー角は（９０°±５°の範囲内、９０°±５°の範囲内、４０°±２５°の範囲内）であってもよい。
【００１２】
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記溝が、前記圧電体層の前記第１の主面側に設けられており、前記ＩＤＴ電極が前記第１の主面側に設けられている。この場合には、溝及びＩＤＴ電極の形成を容易に行うことができる。
【００１３】
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記エネルギー閉じ込め層が、伝搬するバルク波の音速が、前記圧電体層を伝搬する弾性波よりも高速である高音速材料層と、前記圧電体層と前記高音速材料層との間に配置されており、伝搬するバルク波の音速が前記圧電体層を伝搬する弾性波の音速よりも低速である低音速材料層とを有する。
【００１４】
この場合には、弾性波のエネルギーを圧電体層に効果的に閉じ込めることができる。高音速材料層は、高音速材料からなる支持基板であってもよい。
【００１５】
また、エネルギー閉じ込め層の圧電体層とは反対側の面に積層された支持基板がさらに備えられていてもよい。
【００１６】
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記エネルギー閉じ込め層が、音響反射膜であり、該音響反射膜は、相対的に音響インピーダンスが低い低音響インピーダンス層と、前記低音響インピーダンス層と積層されており、前記低音響インピーダンス層よりも音響インピーダンスが高い高音響インピーダンス層とを有する。この場合には、圧電体層に弾性波のエネルギーを効果的に閉じ込めることができる。
【００１７】
本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記エネルギー閉じ込め層が、前記圧電体層の前記ＩＤＴ電極が設けられている領域の下方において、前記圧電体層の前記第２の主面側に空間を有する空間保有層である。この場合においても、圧電体層に、弾性波のエネルギーを効果的に閉じ込めることができる。
【００１８】
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記空間保有層は、上面に凹部が設けられている支持基板であり、前記支持基板の上面が前記圧電体層の前記第２の主面に積層されており、前記凹部が前記空間を形成している。
【００１９】
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ＩＤＴ電極が、Ａｌ、Ｃｕ及びＴｉ並びにこれらを主体とする合金から選択された１種からなる金属層を含む。
【００２０】
本発明に係る弾性波装置のより限定的な局指令では、前記ＩＤＴ電極が、前記Ａｌまたは前記Ａｌを主体とする合金からなる。
【００２１】
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記圧電体層が、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムからなる。
【００２２】
本発明に係る弾性波装置の別の特定の局面では、前記エネルギー閉じ込め層が、酸化ケイ素を含んで構成されている。この場合には、弾性波装置の周波数温度特性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高周波化を図ることができ、しかも、比帯域、インピーダンス比やＱ値などの特性が良好な弾性波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の電極構造を示す模式的平面図である。
【図３】溝深さと比帯域との関係を示す図である。
【図４】溝深さとインピーダンス比との関係を示す図である。
【図５】溝深さと位相速度との関係を示す図である。
【図６】ＩＤＴ電極がＴｉからなる場合の溝深さと位相速度との関係を示す図である。
【図７】ＩＤＴ電極がＣｕからなる場合の溝深さと位相速度との関係を示す図である。
【図８】比較例の弾性波装置の共振特性と、ストップバンドとの関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の実施例の弾性波装置における共振特性と、ストップバンドとの関係を示す図である。
【図１０】ＩＤＴ電極の厚みの３／４が溝に埋め込まれている実施例２の弾性波装置の共振特性と、ストップバンドとの関係を示す図である。
【図１１】ＩＤＴ電極の全厚み部分が溝に埋め込まれている実施例３の共振特性と、ストップバンドとの関係を示す図である。
【図１２】（ａ）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り、（ｂ）は第３の実施形態に係る弾性波装置の変形例の正面断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図である。
【図１４】本発明の弾性波装置における溝の変形例を説明するための部分切欠き拡大正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弾性波装置の正面断面図であり、図２は、電極構造を示す模式的平面図である。
【００２８】
弾性波装置１は、縦波型漏洩弾性波を利用している。弾性波装置１は、支持基板２を有する。本実施形態では、支持基板２は、シリコンからなる。もっとも、支持基板２を構成する材料は特に限定されず、アルミナや窒化ケイ素などの様々な絶縁性材料や、ガリウムヒ素のような半導体材料を用いることができる。
【００２９】
支持基板２上に、エネルギー閉じ込め層としての音響反射膜が積層されている。音響反射膜では、低音響インピーダンス層３，５，７と、高音響インピーダンス層４，６とが交互に積層されている。低音響インピーダンス層３，５，７は、音響インピーダンスが、高音響インピーダンス層４，６よりも低い。この音響インピーダンス関係を満たす限り、低音響インピーダンス層３，５，７及び高音響インピーダンス層４，６の材料は特に限定されない。
【００３０】
本実施形態では、低音響インピーダンス層３，５，７は、ＳｉＯ２からなる。最も低音響インピーダンス層３，５，７は、ＳｉＯ２以外の無機酸化物や、Ａｌ、Ｔｉなどの金属により構成されていてもよい。高音響インピーダンス層４，６はＰｔからなる。なお、高音響インピーダンス層４，６は、ＷやＭｏ、Ｔａなどにより構成されていてもよい。
【００３１】
上記低音響インピーダンス層３，５，７と、高音響インピーダンス層４，６とを有する音響反射膜が、支持基板２上に設けられている。そして、低音響インピーダンス層７上に、すなわち音響反射膜上に、圧電体層８が設けられている。圧電体層８は、オイラー角（９０°，９０°，４０°）のＬｉＮｂＯ３からなる。なお、圧電体層８は、他の結晶方位のＬｉＮｂＯ３からなるものであってもよい。また、圧電体層８は、ＬｉＴａＯ３、ＺｎＯ、ＡｌＮなど他の圧電単結晶からなるものであってもよい。
【００３２】
圧電体層８は、対向し合う第１，第２の主面８ａ，８ｂを有する。第２の主面８ｂが低音響インピーダンス層７上に積層されている。第１の主面８ａは、低音響インピーダンス層７とは反対側に位置している。第１の主面８ａに、複数の溝８ｃが設けられている。複数の溝８ｃ内に電極材料が充填されて、ＩＤＴ（Ｉｎｔｅｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極９及び反射器１０，１１が設けられている。
【００３３】
図１に示すように、溝８ｃは、底面と、一対の側面とを有する。溝８ｃに電極材料が充填されている。図１では、溝８ｃの一対の側面は、第１の主面８ａと直交する方向に延びている。すなわち、一方の側面と他方の側面は平行である。
【００３４】
また、ＩＤＴ電極９の電極指部分が図示されているが、ＩＤＴ電極９は、第１の主面８ａよりも上方に突出している。なお、弾性波装置１では、ＩＤＴ電極９が、溝８ｃ内に入り込むように設けられておればよい。この場合、ＩＤＴ電極９の全体が溝８ｃに埋め込まれていてもよく、図１に示すように、下方部分が溝８ｃ内に埋め込まれており、上方部分が第１の主面８ａから上方に突出されていてもよい。
【００３５】
ＩＤＴ電極９及び反射器１０、１１は、適宜の金属からなる。このような金属としては、特に限定されないが、Ａｌ、ＴｉもしくはＣｕまたはこれらを主体とする合金から選択された１種からなる金属層が好適に用いられる。より好ましくは、ＡｌまたはＡｌを主体とする合金が用いられる。その場合には、抵抗損失を小さくできる。本実施形態では、ＩＤＴ電極９及び反射器１０，１１はＡｌからなる。
【００３６】
さらに、ＩＤＴ電極９，反射器１０，１１は、複数の金属膜を積層してなる積層金属膜からなるものであってもよい。
【００３７】
弾性波装置１では、上記低音響インピーダンス層３，５，７及び高音響インピーダンス層４，６を有する音響反射膜が、本発明に係るエネルギー閉じ込め層である。弾性波装置１においては、上記音響反射膜が形成されているため、音響反射膜側に漏洩した板波が、音響反射膜により反射される。すなわち、この音響反射膜が、圧電体層８に、励振されている縦波型漏洩弾性波を閉じ込めるように作用する。
【００３８】
しかも弾性波装置１では圧電体層８の厚みがλ以下と薄いため、ＩＤＴ電極９に交番電界を印可した場合、弾性波が効率よく励振され、かつ圧電体層８を伝搬する。従って、弾性波が圧電体層８を高いエネルギー強度を持って伝搬することとなる。
【００３９】
以上のように、圧電体層８を伝搬する弾性波の強度が高まるため、Ｑ値の向上が図られる。
【００４０】
加えて、ＩＤＴ電極９及び反射器１０，１１が、溝８ｃに入り込むように形成されているため、比帯域、インピーダンス比の向上と高周波化を図ることができる。これを、図３〜図５を参照して説明する。
【００４１】
弾性波装置１において、溝８ｃの溝深さを変化させ、比帯域、インピーダンス比及び位相速度がどのように変化するかを調べた。
【００４２】
この場合、低音響インピーダンス層３，５，７としてのＳｉＯ２膜の厚みは０．０９λとした。高音響インピーダンス層４，６としてのＰｔ膜の厚みは、０．１４λとした。また、圧電体層８は厚み０．２λのオイラー角（９０°，９０°，４０°）のＬｉＮｂＯ３膜とした。
【００４３】
ＩＤＴ電極９の厚みは０．１λとした。
【００４４】
なお、λは、ＩＤＴ電極９の電極指ピッチで定まる波長であり、λ＝１．７μｍとした。
【００４５】
図３は、溝深さ（％）と比帯域との関係を示す図であり、図４は、溝深さ（％）とインピーダンス比との関係を示す図であり、図５は、溝深さ（％）と位相速度との関係を示す図である。
【００４６】
なお、図３〜図５における溝深さ（％）は、溝８ｃの深さの波長λに対する割合（％）である。従って、図３〜図５における溝深さ（％）が０の場合、溝８ｃが設けられていないことになり、本発明の範囲外の構造の結果を示している。他方、溝深さが１０％の場合には、ＩＤＴ電極９の厚みが０．１λであるため、ＩＤＴ電極９の厚み方向全体が溝８ｃに埋め込まれていることになる。よって、圧電体層８の第１の主面８ａとＩＤＴ電極９の上面とが面一となる。
【００４７】
図３から明らかなように、溝８ｃを有しない場合に比べ、溝８ｃにＩＤＴ電極９の一部または全部が入り込むことにより、比帯域を広げ得ることがわかる。特に、溝深さが６％以上、すなわちＩＤＴ電極９の６／１０＝３／５以上が溝８ｃ内に入り込んでいる場合、比帯域が０．１０以上と大きい。従って、好ましくは、ＩＤＴ電極の厚みの３／５以上が溝８ｃ内に入り込んでいることが望ましい。
【００４８】
他方、図４に示すように、溝８ｃが設けられていない場合に比べて、溝８ｃ内にＩＤＴ電極の一部または全部が入り込んでいる場合には、インピーダンス比も高められる。なお、インピーダンス比とは、共振特性における反共振周波数のインピーダンスの共振周波数におけるインピーダンスに対する割合である。
【００４９】
同図に示したように、溝８ｃが設けられていない場合に比べて、溝内にＩＤＴ電極９の一部または全部が入り込むことにより、インピーダンス比が効果的に高められていることがわかる。好ましくは、溝深さは６％以上である。すなわち、ＩＤＴ電極９の厚みの３／５以上が溝８ｃ内に入り込んでいる場合には、インピーダンス比が９１ｄＢ以上と高くし得る。また、溝深さが６％以上、１０％以下の割合で変動したとしても、インピーダンス比のばらつきも小さいことがわかる。従って、インピーダンス比の観点からも、ＩＤＴ電極９の厚みの３／５以上が溝８ｃ内に入り込んでいることが好ましい。
【００５０】
図５に示すように、溝８ｃが設けられていない場合に比べて、溝８ｃの深さが大きくなるにつれて、位相速度が高くなっている。従って、ＩＤＴ電極９の一部または全部が溝８ｃ内に入り込んでいることにより、高周波化に容易に対応し得ることがわかる。特にＩＤＴ電極９のより多くの厚み部分が溝内に入り込むことにより、高周波化をより一層進め得ることがわかる。
【００５１】
縦波型漏洩弾性波は、位相速度が、レイリー波やＳＨ波よりも高いことが特徴である。従って、位相速度が高くなることにより、デバイスの高周波化を効果的に図ることができる。加えて、本実施形態では、ＩＤＴ電極９の一部または全部が溝内に入り込むように設けられていることにより、比帯域を大きくすることができ、かつインピーダンス比を高くすることができる。よって、比帯域を大きくすることにより、フィルタに用いた場合、通過帯域を広げることが容易となる。また、インピーダンス比を高くすることができるので、損失が小さくかつ帯域外減衰量の大きなフィルタを提供することができる。
【００５２】
図３〜図５では、電極材料としてＡｌを用いたが、電極材料としてＴｉを用いた場合の溝深さと位相速度との関係を図６に示す。また、電極材料として、Ｃｕを用いた場合の溝深さと位相速度との関係を図７に示す。なお、いずれの場合も、電極材料以外は、図３〜図５の場合と同様の弾性波装置１を構成した。
【００５３】
図６及び図７から明らかなように、電極材料をＴｉやＣｕに変更した場合においても、溝８ｃが設けられていない場合に比べて、ＩＤＴ電極９の一部または全部が溝８ｃ内に入り込んでいる場合、位相速度を高め得ることがわかる。特に、溝深さが大きくなるにつれ、位相速度を効果的に高め得ることがわかる。
【００５４】
なお、図７に示すように、電極材料がＣｕの場合には、位相速度を効果的に高めるには、溝深さは６％以上、すなわちＩＤＴ電極９の厚みの３／５以上が溝内に入り込んでいることが望ましいことがわかる。
【００５５】
図６及び図７の結果から明らかなように、他の電極材料を用いた場合においても、Ａｌを用いた場合と同様に、圧電体層８に設けられた溝８ｃに入り込むようにＩＤＴ電極を設けることにより、高周波化を図り得ることがわかる。
【００５６】
弾性波装置１では、オイラー角（９０°，９０°，４０°）のＬｉＮｂＯ３を用いたが、縦波型漏洩弾性波を良好に励振するには、（９０°±５°，９０°±５°の範囲，４０°±２５°の範囲内）であれば同様に縦波型漏洩弾性波を良好に励振することができる。従って、好ましくは、オイラー角範囲は（９０°±５°の範囲内、９０°±５°の範囲内，４０°±２５°の範囲内）である。
【００５７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の弾性波装置を以下の要領で用意した。圧電体層８として、オイラー角（０°，３５°，９０°）のＬｉＮｂＯ３膜を用いたことを除いては、図３〜図５に示した特性を得た弾性波装置と同様にして、第２の実施形態の弾性波装置を用意した。
【００５８】
オイラー角（０°，３５°，９０°）のＬｉＮｂＯ３は自然一方向性を有する結晶方位である。自然一方向性を有する結晶方位とは、オイラー角が（０°，θ，０°）及び（９０°，９０°，ψ）以外の結晶方位である。従来、自然一方向性を有する結晶方位の圧電体層を用いた場合、ストップバンドによるスプリアスが生じるという問題があった。
【００５９】
第２の実施形態の弾性波装置では、圧電体層８に第１の実施形態と同様に溝８ｃが設けられており、溝８ｃ内にＩＤＴ電極の少なくとも一部が入り込むように設けられており、エネルギー閉じ込め層としての音響反射膜が積層されている。従って、圧電体層８に上記自然一方向性を有する結晶方位の圧電体層を用いる場合でも、上記ストップバンドによるスプリアスを効果的に抑制することができる。これを図８及び図９を参照して説明する。
【００６０】
第２の実施形態の実施例１として、以下の弾性波装置を用意した。
【００６１】
支持基板２：シリコン
低音響インピーダンス層３，５，７：厚み０．０９λのＳｉＯ２膜
高音響インピーダンス層４，６：厚み０．１４λのＰｔ膜
圧電体層８：オイラー角（０°，３５°，９０°）のＬｉＮｂＯ３、厚みは０．２λ、溝８ｃの深さ＝０．０４λ
ＩＤＴ電極９及び反射器１０，１１：厚み０．０８λのＡｌ膜
電極指ピッチで定まる波長λ＝１．７μｍ
【００６２】
ＩＤＴ電極９及び反射器１０、１１では、溝８ｃ内に電極厚みの１／２が入り込んでいることになる。
【００６３】
比較例１として、溝８ｃが設けられていないことを除いては、上記実施例１と同様の構造を有する弾性波装置を用意した。
【００６４】
図８は、比較例１の弾性波装置の共振特性とストップバンドとの関係を示す図である。同図上方には、グレーティング電極が電気的に短絡した場合（Ｓ．Ｇ．）と電気的に開放した場合（Ｏ．Ｇ．）との２つの電気的条件におけるストップバンドが図示されている。また、同図下方には、上記各電気的条件における低域側のストップバンド端部および高域側のストップバンド端部が位置する周波数と共振特性との関係が図示されている。
【００６５】
ここで、圧電体層が自然一方向性を有しない場合、Ｓ．Ｇ．における低域側および高域側のストップバンド端部のうち一方のストップバンド端部と、Ｏ．Ｇ．における低域側および高域側のストップバンド端部のうち一方のストップバンド端部とが一致する。
【００６６】
このとき、一致するストップバンド端部同士が位置する周波数においては共振現象が起こらず、共振周波数も反共振周波数も発生しない。対して、一致しないストップバンド端部が位置する周波数においては共振現象が起こり、一致しないストップバンド端部のうち低域のストップバンド端部が位置する周波数が弾性波共振子のメインの共振周波数(ｆｒ)となり、高域のストップバンド端部が位置する周波数がメインの反共振周波数（ｆａ）となる。従って、圧電体層が自然一方向性を有する場合には、メインの共振特性のほかに共振特性は発現せず、スプリアスも生じない。
【００６７】
一方、圧電体層が自然一方向性を有する場合は、上記のようにストップバンド端部が一致することはない。すなわち、Ｓ．Ｇ．とＯ．Ｇ．とが備える全てのストップバンド端部が位置する周波数において、共振周波数および反共振周波数のうちいずれかが発生する。そのため、メインの共振周波数（ｆｒ）および反共振周波数（ｆａ）から構成される共振特性とは別の共振特性が発現し、スプリアスが生じてしまう。例えば図８においては、メインの共振特性の高域側に、矢印Ａで示す大きなスプリアスが生じている。
【００６８】
これに対して、図９は、上記実施例１の弾性波装置の共振特性とストップバンドとの関係を示す図である。図９においては、Ｓ．Ｇ．のストップバンド端部のうち高域側のストップバンド端部と、Ｏ．Ｇ．のストップバンド端部の低域側のストップバンド端部とがほぼ一致している。これにより、ストップバンド端部によるスプリアスが共振特性上にほとんど表れていないことがわかる。
【００６９】
図１０は、実施例２の弾性波装置の共振特性とストップバンドとの関係を示す図である。
【００７０】
実施例２では、ＩＤＴ電極９の溝８ｃに入り込んでいる部分を、ＩＤＴ電極の電極厚みの３／４としたことを除いては、実施例１と同様とした。図１０においては、矢印Ｂで示すように、Ｓ．Ｇ．のストップバンド端部のうち低域側のストップバンド端部と、Ｏ．Ｇ．のストップバンド端部のうち低域側のストップバンド端部とが若干ずれているものの、比較例１に比べれば、ストップバンド端部同士のずれが少ない。図８に示した比較例１においては、メインの応答の高周波側にスプリアスＡが表れていた。これに対し、実施例２では、メインの応答より低周波数側にスプリアスＣを移動させることができ、かつスプリアスＣの大きさを十分に小さくすることが可能とされている。従って、上記溝８ｃにＩＤＴ電極９の一部または全部を埋め込む際に、埋め込む割合を選択することにより、スプリアスを小さくしたり、スプリアス発生周波数を移動させたりすることができる。よって、要求される特性に応じて、弾性波装置を容易に設計することができる。
【００７１】
図１１は、実施例３の弾性波装置の共振特性とストップバンドとの関係を示す図である。実施例３では、ＩＤＴ電極９の厚み全体を溝８ｃに埋め込んだことを除いては、実施例１及び実施例２と同様に構成されている。
【００７２】
図１１から明らかなように、ＩＤＴ電極９の厚み方向全体を溝８ｃ内に埋め込んだ場合、より一層良好な共振特性が得られている。これは、図１１に示すように、Ｓ．Ｇ．のストップバンド端部のうち低域側のストップバンド端部と、Ｏ．Ｇ．のストップバンド端部のうち低域側のストップバンド端部と間のずれが、実施例２よりもさらに少なくなっていることによる。
【００７３】
第２の実施形態についての上記実施例１〜３の結果から、自然一方向性を有する圧電体層を用いた場合においても、エネルギー閉じ込め層と溝８ｃとを用いることにより、ストップバンド端部の不一致によるスプリアスを効果的に抑制し得ることがわかる。すなわち、良好な共振特性を容易に得ることができる。
【００７４】
なお、第２の実施形態では、オイラー角（０°，３５°，９０°）を用いたが、自然一方向性を有している結晶方位であれば、この結晶方位に限定されず、様々な結晶方位を用いることができる。
【００７５】
また、実施例１〜３においては、第１の実施形態と同様に、Ａｌからなる電極を用いたが、ＴｉやＣｕなどを用いてもよい。さらに、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉだけでなく、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃなどの各種金属を用いてもよい。加えて、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗなどの金属を主体とする合金を用いてもよい。
【００７６】
（第３の実施形態）
図１２（ａ）は、第３の実施形態に係る弾性波装置３１の正面断面図である。弾性波装置３１では、高音速材料層からなる支持基板３２上に低音速材料層３７が積層されている。高音速材料層からなる支持基板３２及び低音速材料層３７により、エネルギー閉じ込め層が構成されている。この低音速材料層３７上に、圧電体層８が第２の主面８ｂ側から積層されている。圧電体層８、ＩＤＴ電極９及び反射器１０，１１は、第１の実施形態の弾性波装置１と同様に構成されている。異なるところは、高音速材料層からなる支持基板３２上に、低音速材料層３７が設けられていることにある。ここで、高音速材料とは、圧電体層８を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が高速である材料をいうものとする。本実施形態では、支持基板３２は、シリコン基板からなる。なお、支持基板３２の材料としては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、等を用いることもできる。
【００７７】
低音速材料とは、圧電体層８を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である材料である。本実施形態では、低音速材料層３７はＳｉＯ２からなる。低音速材料層３７としては他にも、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）や酸窒化ケイ素、酸化タンタル、にフッ素、炭素やホウ素を加えた化合物や、ガラスなどを用いることもできる。
【００７８】
すなわち、第３の実施形態の弾性波装置３１では、上記高音速材料層からなる支持基板３２と、低音速材料層３７とを有するエネルギー閉じ込め層を用いたことを除いては、第１の実施形態の弾性波装置１と同様に構成されている。
【００７９】
このように高音速材料からなる支持基板３２と低音速材料層３７とを積層した構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性波エネルギーのＩＤＴ電極外への漏れが抑制される。すると、縦波型漏洩弾性波を圧電体層８に効果的に閉じ込めることができ、閉じ込めたエネルギーをλ以下の厚みを有する圧電体層で効率よく零進させることで、Ｑ値を高めることが可能となる。
【００８０】
第２の実施形態においても、圧電体層８の第１の主面８ａに設けられた複数の溝８ｃ内にＩＤＴ電極９の少なくとも一部が入り込むように設けられているため、第１の実施形態の弾性波装置１と同様に、高周波化を容易に図ることができる。また、良好な比帯域、インピーダンス比、Ｑ値を有する弾性波装置３１を容易に提供することができる。
【００８１】
なお、支持基板３２の代わりに、図１２（ｂ）に示すように支持基板３２と、圧電膜を伝搬する表面波や境界波等の弾性波よりも、伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜３８とが積層された構造を有していてもよい。この場合、低音速材料層３７と高音速膜３８とが、エネルギー閉じ込め層として機能する。このとき、支持基板３２は、サファイア、リチウムタンタレート、リチュウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。また、高音速膜３８は、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、酸窒化ケイ素、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等、様々な高音速材料を用いることができる。
【００８２】
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態に係る弾性波装置４１の正面断面図である。弾性波装置４１では、支持基板４２上に、圧電体層８が積層されている。支持基板４２は、上面４２ａを有する。上面４２ａに、凹部４２ｂが設けられている。凹部４２ｂ上に、ＩＤＴ電極９及び反射器１０，１１が設けられている領域が位置している。すなわち、ＩＤＴ電極９が設けられている領域の下方において、圧電体層８の第２の主面８ｂが、凹部４２ｂからなる空間に露出されている。凹部４２ｂからなる空間が、圧電体層８に縦波型漏洩弾性波のエネルギーを反射作用等により閉じ込めるエネルギー閉じ込め層として機能する。すなわち、支持基板４２により、上記空間を保有する空間保有層が構成されている。
【００８３】
弾性波装置４１においても、第１の主面８ａに設けられた複数の溝８ｃにＩＤＴ電極９の少なくとも一部が入り込むようにＩＤＴ電極９が設けられている。従って、第１の実施形態の弾性波装置１と同様に、高周波化を容易に図ることができる。また、共振特性の改善も図ることができる。
【００８４】
なお、図示されていないが、第２の主面８ｂに媒質膜などが積層されており、当該媒質膜が凹部４２ｂからなる空間に露出されていてもよい。すなわち、凹部４２ｂからなる空間は第２の主面８ｂ側に存在すればよく、第２の主面８ｂが必ずしも当該空間に露出されている必要はない。
【００８５】
また、ＩＤＴ電極９及び反射器１０、１１が設けられている領域は、凹部４２ｂの上方のみに限定されない。支持基板４２における上面４２ａのうち、凹部４２ｂが設けられていない領域の上方に、ＩＤＴ電極９及び反射器１０、１１が設けられていてもよい。その場合であっても、本発明の効果の発現は妨げられない。
【００８６】
（変形例）
図１４は、本発明における圧電体層８に設けられる溝８ｃの変形例を示す図である。図１４に示すように、溝８ｃは底面８ｃ１と、一対の側面８ｃ２，８ｃ３とを有する。この側面８ｃ２，８ｃ３の上端が第１の主面８ａに連なっている。側面８ｃ２と側面８ｃ３との間の距離は、底面８ｃ１から遠ざかるにつれて大きくなっている。従って、側面８ｃ２，８ｃ３がこのような傾斜面とされているため、電極材料を溝８ｃ内に埋め込む場合、電極材料が確実に充填され、空隙が形成され難い。側面８ｃ２または側面８ｃ３と、底面８ｃ１とのなす内角が鈍角であるため、電極材料を溝８ｃ内に確実に充填することができる。
【００８７】
なお、本発明に係る弾性波装置では、エネルギー閉じ込め層が酸化ケイ素を含んで構成されていることが望ましい。例えば、第１〜第３の実施形態に係る弾性波装置では、低音響インピーダンス層や低音速材料層が、酸化ケイ素で構成されていることが好ましい。あるいは、第１〜第３の実施形態において、低音速材料層以外の層が酸化ケイ素を含んで構成されていてもよい。第４の実施形態においても、前述したように、圧電体層８の第２の主面８ｂに媒質が積層されていてもよく、この媒質として、酸化ケイ素膜を用いることが望ましい。この場合、前述した支持基板４２と、前記酸化ケイ素膜からなる媒質により、エネルギー閉じ込め層としての空間保有層が構成されていることになる。よって、上記のように様々な形態でエネルギー閉じ込め層が酸化ケイ素を含んで構成されていることが望ましく、それによって、弾性波装置の周波数温度特性を改善することができる。
【００８８】
上述した各実施形態では、弾性波共振子につき説明したが、本発明は弾性波共振子以外の電極構造を有する弾性波装置にも適用することができる。
【００８９】
また、上述した各実施形態では、酸化ケイ素の一例としてＳｉＯ２を、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムの一例としてＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３を用いたが、これらの化合物として用いることができるものは上記化学式で表される組成の化合物に限らない。
【００９０】
さらに、上述した各実施形態では、ＩＤＴ電極の上面が圧電体層の主面より高い位置となる場合やＩＤＴ電極の上面が圧電体層の主面と面一となる場合における効果しか記載していないが、ＩＤＴ電極の上面が圧電体層の主面より低い位置となる場合にも、本発明の効果を得られる。
【符号の説明】
【００９１】
１…弾性波装置
２…支持基板
３，５，７…低音響インピーダンス層
４，６…高音響インピーダンス層
８…圧電体層
８ａ，８ｂ…第１，第２の主面
８ｃ…溝
８ｃ１…底面
８ｃ２，８ｃ３…一対の側面
９…ＩＤＴ電極
１０，１１…反射器
３１…弾性波装置
３２…支持基板
３７…低音速材料層
３８…高音速膜
４１…弾性波装置
４２…支持基板
４２ａ…上面
４２ｂ…凹部
【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】
2019062441.tif 000009
【図８】
2019062441.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2019062441.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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