(57)【要約】【課題】共振特性に優れた音響ミラー型薄膜弾性波共振器を提供すること。【解決手段】本発明の薄膜弾性波共振器５０７ｂは、基板１０１ｂと、基板１０１ｂ上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層５０２ｂ、５０３ｂから構成される音響ミラー層５０８ｂと、音響ミラー層５０８ｂ上に配置されており、下部電極５０４ｂ、圧電薄膜１０５ｂ、および上部電極５０６ｂから構成される圧電薄膜振動子５０９ｂとを備える。下部電極５０４ｂの膜厚と上部電極５０６ｂの膜厚とを足し合わせた膜厚が、圧電薄膜振動子５０９ｂ全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、下部電極５０４ｂの膜厚が上部電極５０６ｂの膜厚よりも大きい。【選択図】図１２
2008501248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響ミラー型の薄膜弾性波共振器であって、
基板と、
前記基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、
前記音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを備え、
前記下部電極の膜厚と前記上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、前記圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、前記下部電極の膜厚が前記上部電極の膜厚よりも大きい、薄膜弾性波共振器。
【請求項２】
前記複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、
前記下部電極と当接する最上位の低音響インピーダンス層は、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の膜厚を有する、請求項１に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項３】
前記複数の低音響インピーダンス層は、それぞれ、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の膜厚を有する、請求項２に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項４】
前記複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、
前記下部電極と当接する最上位の低音響インピーダンス層は、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有する、請求項１に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項５】
前記複数の低音響インピーダンス層は、それぞれ、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有する、請求項４に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項６】
前記複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、
前記下部電極と当接する最上位の低音響インピーダンス層は、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１よりも大きい膜厚を有する、請求項１に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項７】
前記複数の低音響インピーダンス層は、それぞれ、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１よりも大きい膜厚を有する、請求項６に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項８】
前記複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、
前記複数の低音響インピーダンス層の内、少なくとも最上位の低音響インピーダンス層は、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１と異なる膜厚を有しており、
最上位の高音響インピーダンス層は、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１と異なる膜厚を有する、請求項１に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項９】
前記複数の高音響インピーダンス層は、それぞれ、前記圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１と異なる膜厚を有する、請求項８に記載の薄膜弾性波共振器。
【請求項１０】
ラダー型に接続された２つ以上の薄膜弾性波共振器を備えるフィルタであって、
少なくとも一つの前記薄膜弾性波共振器は、
基板と、
前記基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、
前記音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを含み、
前記下部電極の膜厚と前記上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、前記圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、前記下部電極の膜厚が前記上部電極の膜厚よりも大きい、フィルタ。
【請求項１１】
送信フィルタと、受信フィルタとを備える共用器であって、
前記送信フィルタおよび前記受信フィルタの内、少なくとも一つのフィルタは、ラダー型に接続された２つ以上の薄膜弾性波共振器を含むフィルタを備え、
少なくとも一つの前記薄膜弾性波共振器は、
基板と、
前記基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、
前記音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを有し、
前記下部電極の膜厚と前記上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、前記圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、前記下部電極の膜厚が前記上部電極の膜厚よりも大きい、共用器。
【請求項１２】
少なくとも一つの薄膜弾性波共振器を備える通信機器であって、
前記少なくとも一つの薄膜弾性波共振器は、
基板と、
前記基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、
前記音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを有し、
前記下部電極の膜厚と前記上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、前記圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、前記下部電極の膜厚が前記上部電極の膜厚よりも大きい、通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線機器などの高周波回路に使用される共振器に関し、より特定的には、音響ミラー構造を有する薄膜弾性波共振器、ならびにそれを備えるフィルタ、共用器、および通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信機器の小型化、低コスト化が進むにつれて、搭載されるフィルタの小型化、集積化が求められている。これらを実現するために開発されてきたのが、誘電体フィルタ、積層フィルタ、弾性波フィルタなどである。弾性波フィルタの一つに、圧電体薄膜を利用した薄膜弾性波共振器がある。
【０００３】
薄膜弾性波共振器は、圧電薄膜を２つの電極によって挟み込んだ構成をしている。薄膜弾性波共振器の両電極間に電圧を印加すると、それに応じて誘起される圧電効果によって機械的な圧電振動（弾性振動）が発生する。
【０００４】
薄膜弾性波共振器の一つに、音響ミラー効果を利用したミラー構造を有する音響ミラー型の薄膜弾性波共振器がある。図２８は、従来の音響ミラー型の薄膜弾性波共振器の断面図である。図２８において、音響ミラー型薄膜弾性波共振器９０７ａは、基板９０１ａと、音響ミラー層９０２ａ，９０３ａと、下部電極９０４ａと、圧電薄膜９０５ａと、上部電極９０６ａとを備える。
【０００５】
音響ミラー層９０２ａ，９０３ａは、基板９０１ａ上に形成されている。音響ミラー層９０２ａ，９０３ａは、複数の異なった音響インピーダンスの材料を組み合わせることにより構成される。下部電極９０４ａと上部電極９０６ａとに挟まれた圧電薄膜９０５ａからなる圧電薄膜振動子９０９ａは、音響ミラー層９０２ａ、９０３ａの上に配置される。
【０００６】
一般的に、音響ミラー層は高い音響インピーダンスをもつ材料（ここでは音響ミラー層９０２ａ）と低い音響インピーダンスをもつ材料（ここでは音響インピーダンス９０３ａ）とを交互に配置することで、各層の境界面にインピーダンス不整合面を形成する。また、各音響ミラー層の膜厚は、圧電薄膜振動子９０９ａの自由空間上での共振周波数から算出される音響波長の４分の１の大きさと等しい。この音響波長の４分の１の大きさは、各音響ミラー層９０２ａ，９０３ａに使用する材料中の音速ｖと圧電薄膜振動子９０９ａの共振周波数ｆｒまたは反共振周波数ｆａとによって、次式の関係式から求められる。
【０００７】
λ（波長）／４＝ｖ／（４・ｆｒ），またはｖ／（４・ｆａ）
これにより、圧電薄膜振動子９０９ａで誘起された振動波（音波）は、各音響ミラー層を伝搬し、各層の境界面（インピーダンス不整合面）において反射される。反射された振動波は、共振周波数（反共振周波数）において同相に合成され、共振特性を向上させる。また、インピーダンス不整合率を大きく、すなわち高インピーダンス層と低インピーダンス層とのインピーダンス比を大きくすることによって、共振特性のもつ共振帯域幅を大きくすることができる。また、音響ミラー層の層数を増加させることで、圧電薄膜振動子からみた基板の音響インピーダンスを小さくすることができ、共振特性を向上させることができる。このことは、以前からよく知られていることである。ただし、従来、下部電極９０４ａの厚み（Ｃ）に関しては、厳密な規定がされていなかった。
【０００８】
従来技術として、以下のような文献に開示された技術がある。
【特許文献１】特開平９−１９９９７８号公報
【特許文献２】特開平６−２９５１８１号公報
【特許文献３】特開２００２−４１０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２９は、図２８に示した音響ミラー型薄膜弾性波共振器９０７ａにおける振動分布を示す図である。圧電薄膜９０５ａに対して、上部電極９０６ａおよび下部電極９０４ａの膜厚が圧電薄膜９０５ａの厚さに比べて非常に小さい場合、図２９に示すように、圧電薄膜振動子９０９ａでは、音響波長がλ／２となる。この場合、各ミラー層の膜厚を圧電薄膜振動子の共振周波数（または反共振周波数）における音響波長の４分の１にすることで、反射された振動波が同相で合成されて、共振特性を向上させることができた。
【００１０】
しかし、実際のデバイスでは、圧電薄膜の膜厚に対して、電極の膜厚は無視できない程度であることが多い。したがって、圧電薄膜振動子における振動分布は、λ／２とは異なるようになる。したがって、単純に各ミラー層の膜厚を共振周波数（または反共振周波数）における音響波長の４分の１となるように構成したのでは、厳密にはλ／４における反射とならない。結果、反射の周波数がずれることによって共振特性、とりわけ共振の帯域幅であるΔｆが劣化してしまう。
【００１１】
それゆえ、本発明の目的は、共振特性に優れた音響ミラー型薄膜弾性波共振器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の特徴を有する。本発明は、音響ミラー型の薄膜弾性波共振器であって、基板と、基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを備え、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、下部電極の膜厚が上部電極の膜厚よりも大きい。
【００１３】
本発明によれば、下部電極の膜厚を上部電極の膜厚よりも大きくすることによって、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを同じにした場合に比べ、共振帯域幅を広げることができる。共振帯域幅を広げることによって、膜厚のばらつきによる共振特性の劣化を防止することができる。
【００１４】
好ましくは、複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、下部電極と当接する最上位の低音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００１５】
好ましくは、複数の低音響インピーダンス層は、それぞれ、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の膜厚を有するとよい。これにより、さらに振帯域幅をさらに広げることができる。
【００１６】
好ましくは、複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、下部電極と当接する最上位の低音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００１７】
好ましくは、複数の低音響インピーダンス層は、それぞれ、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００１８】
好ましくは、複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、下部電極と当接する最上位の低音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１よりも大きい膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００１９】
好ましくは、複数の低音響インピーダンス層は、それぞれ、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１よりも大きい膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００２０】
好ましくは、複数のインピーダンス層は、交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層と含み、複数の低音響インピーダンス層の内、少なくとも最上位の低音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１と異なる膜厚を有しており、最上位の高音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１と異なる膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００２１】
好ましくは、複数の高音響インピーダンス層は、それぞれ、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１と異なる膜厚を有するとよい。これにより、さらに共振帯域幅を広げることができる。
【００２２】
本発明は、ラダー型に接続された２つ以上の薄膜弾性波共振器を備えるフィルタであって、少なくとも一つの薄膜弾性波共振器は、基板と、基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを含み、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、下部電極の膜厚が上部電極の膜厚よりも大きい。
【００２３】
本発明は、送信フィルタと、受信フィルタとを備える共用器であって、送信フィルタおよび受信フィルタの内、少なくとも一つのフィルタは、ラダー型に接続された２つ以上の薄膜弾性波共振器を含むフィルタを備え、少なくとも一つの薄膜弾性波共振器は、基板と、基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを有し、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、下部電極の膜厚が上部電極の膜厚よりも大きい。
【００２４】
本発明は、少なくとも一つの薄膜弾性波共振器を備える通信機器であって、少なくとも一つの薄膜弾性波共振器は、基板と、基板上に配置されており、高音響インピーダンスと低音響インピーダンスとを交互に有する複数のインピーダンス層から構成される音響ミラー層と、音響ミラー層上に配置されており、下部電極、圧電薄膜、および上部電極から構成される圧電薄膜振動子とを有し、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、圧電薄膜振動子全体の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、下部電極の膜厚が上部電極の膜厚よりも大きい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、下部電極の膜厚を上部電極の膜厚よりも大きくすることによって、共振帯域幅を広げることができる音響ミラー型薄膜圧電共振器、ならびにそれを備えるフィルタ、共用器、通信機器を提供することができる。また、共振帯域幅が広がることによって、低音響インピーダンス層の膜厚ばらつきによる共振特性の劣化を防止する音響ミラー型薄膜圧電共振器、ならびにそれを備えるフィルタ、共用器、通信機器を提供することができる。
【００２６】
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図である。図１において、音響ミラー型薄膜弾性波共振器１０７ｂは、基板１０１ｂと、高音響インピーダンス層１０２ｂと、低音響インピーダンス層１０３ｂと、下部電極１０４ｂと、圧電薄膜１０５ｂと、上部電極１０６ｂとを備える。
【００２９】
図１において、高音響インピーダンス層１０２ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。また、低音響インピーダンス層１０３ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。ただし、低音響インピーダンス層１０３ｂの最上位層は、下部電極１０４ｂに直下に形成されている。低音響インピーダンス層１０３ｂと高音響インピーダンス層１０２ｂとは、交互に形成されている。
【００３０】
基板１０１ｂ上には、高音響インピーダンス層１０２ｂと低音響インピーダンス層１０３ｂとから構成される音響ミラー層１０８ｂが形成されている。音響ミラー層１０８ｂ上には、下部電極１０４ｂ、圧電薄膜１０５ｂ、および上部電極１０６ｂから構成される圧電薄膜振動子１０９ｂが形成されている。
【００３１】
高音響インピーダンス層１０２ｂは、高い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、タングステン：Ｗ、モリブデン：Ｍｏ等からなる。高音響インピーダンス層１０２ｂの膜厚（Ｂ）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさと等しい。
【００３２】
低音響インピーダンス層１０３ｂは、低い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、二酸化シリコン：ＳｉＯ2等からなる。低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚（Ａ１）は、共振特性の帯域幅を最大限とする膜厚値と等しくされる。本発明者は、共振特性の帯域幅を最大限とする低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚（Ａ１）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることを確かめた。
【００３３】
下部電極１０４ｂは、例えば、モリブデン：Ｍｏ、アルミニウム：Ａｌ、白金：Ｐｔ、金：Ａｕ等からなる。
【００３４】
圧電薄膜１０５ｂは、例えば、窒化アルミニウム：ＡｌＮ、酸化亜鉛：ＺｎＯ等からなる。
【００３５】
上部電極１０６ｂは、例えば、モリブデン：Ｍｏ、アルミニウム：Ａｌ、白金：Ｐｔ、金：Ａｕ等からなる。
【００３６】
音響ミラー型薄膜弾性波共振器１０７ｂの製造工程において、基板１０１ｂ、低音響インピーダンス層１０３ｂ、および高音響インピーダンス層１０２ｂの表面のラフネスの影響を受けて、１チップ内での各音響ミラー層の膜厚には、ばらつきが生じる。
【００３７】
また、一方で、ウエハ上の位置により成膜条件がばらつくこととなるので、発生するチップ間のばらつきの影響を受け、複数のチップ間における各音響ミラー層の膜厚には、ばらつきが生じる。
【００３８】
ばらつきの大きさは、例えば、膜厚の大きさに対して最大１％程度である。
【００３９】
したがって、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚（Ａ１）は、ばらつきを考慮すると、自由空間での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数の４分の１より−１％以上小さいのが好ましい。
【００４０】
図２は、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚以外の値を固定し、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフである。ここでは、厚さ０．２μｍのモリブデンＭｏからなる下部電極１０４ｂ、厚さ２．０μｍの窒化アルミニウムからなる圧電薄膜１０５ｂ、および厚さ０．２μｍのモリブデンＭｏからなる上部電極１０６ｂを用いることとする。
【００４１】
図２において、横軸は、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間上での共振周波数によって算出された音響波長λの４分の１の大きさ（以下、「理想的なλ／４長」という）で低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を規格化した値を示す。縦軸は、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの帯域幅（Δｆ）で共振帯域幅の変化を規格化した値を示す。ここで、横軸および縦軸の値（＝１）は、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの値である。
【００４２】
図２より、共振帯域幅が最大となる低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚は、理想的なλ／４長の膜厚点Ｘよりも小さい点Ｙに存在していることがわかる。したがって、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚は、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間上での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことが分かる。
【００４３】
また、例えば±１％の膜厚ばらつきがあるとした場合に、点Ｘにおける共振帯域幅の変化の度合いと、点Ｙにおける共振帯域幅の変化の度合いとを比較すると、変化の度合いは、点Ｙの方が明らかに小さいことが分かる。したがって、点Ｙを低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚（Ａ’）として決定した方が、膜厚ばらつきに対する共振帯域の変化を少なくすることができる。これによって、膜厚ばらつきの影響を最小限にとどめることができる。
【００４４】
さらに、図２から分かるように、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚が、理想的なλ／４長の０．８倍、すなわち、理想的なλ／４長の−２０．０％よりも大きい場合、膜厚ばらつきに対する共振帯域の変化を少なくすることができることがわかる。したがって、膜厚ばらつきも考慮に入れると、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚は、理想的なλ／４長の−１．０％〜−２０．０％の範囲であることが好ましいと言える。
【００４５】
理想的なλ／４長の−１．０％〜−２０．０％の範囲の内、最も好ましい低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚は、圧電薄膜振動子１０９ｂの条件によって異なる。
【００４６】
図３は、低音響インピーダンス層１０３ｂの最も好ましい膜厚が、圧電薄膜振動子１０９ｂ条件によってどのように変わるかを説明するための図である。
【００４７】
図３では、圧電薄膜１０５ｂを窒化アルミ（ＡｌＮ）からなるとし、下部電極１０４ｂおよび上部電極１０６ｂをモリブデン（Ｍｏ）からなるとして、圧電薄膜１０５ｂの厚みを２．０μｍに固定し、下部電極１０４ｂおよび上部電極１０６ｂの厚みを０．０１μｍ、０，２μｍまたは０．５μｍと条件設定したときに、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を変化させた場合の共振帯域Δｆを比較している。
【００４８】
通常、スパッタ等の工法によって、電極材料を堆積する場合、最も薄い電極の厚みは、０．０１μｍ程度と考えられる。この値において、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を変化させたような場合においても、図３に示すように、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚が、理想的なλ／４長に対して、約−１％程度である場合でも、共振帯域Δｆが理想的なλ／４長の場合よりも広くなっている。
【００４９】
したがって、図３から分かるように、低音響インピーダンス層１０３ｂの最も好ましい膜厚は、圧電薄膜振動子をどのような条件に設定した場合であっても、理想的なλ／４長の−１．０％〜−２０．０％の範囲に含まれていることが分かる。
【００５０】
次に、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚が、理想的なλ／４長よりも小さい値であることが好ましいことの原理について説明する。
【００５１】
音響ミラーを利用した薄膜弾性波共振器において、圧電薄膜１０５ｂは、一般的に、波長λ／２に対応する周波数で共振する。しかし、下部電極１０４ｂおよび上部電極１０６ｂの厚みは、圧電薄膜１０５ｂの厚みに対して無視できない程度に厚い。この上下電極の厚みは、振動分布に影響を及ぼす。
【００５２】
また、音響ミラー層１０８ｂの上部に、圧電薄膜振動子１０９ｂが堆積されるため、低音響インピーダンス層１０３ｂおよび高音響インピーダンス層１０２ｂには、質量負荷が掛かることとなる。この質量負担は、音響ミラー層内での、振動分布に影響を及ぼす。
【００５３】
以上の２点から、各音響ミラー層内での振動分布は、実質上、理想的なλ／４振動分布とは異なることとなる。よって、低音響インピーダンス層１０３ｂの最適な膜厚の大きさは、理想的なλ／４長よりも小さい値であることが分かる。
【００５４】
このように、第１の実施形態によれば、音響ミラー型薄膜弾性波共振器の音響ミラー層の内、低音響インピーダンス層の膜厚を、圧電薄膜振動子の自由空間での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さくすることによって、共振帯域幅を広げることができる。共振帯域幅を広げることによって、低音響インピーダンス層の膜厚ばらつきによる共振特性の劣化を防止することができる。
【００５５】
なお、第１の実施形態では、各低音響インピーダンス層の膜厚が理想的なλ／４長よりも小さいとしたが、少なくとも一層の低音響インピーダンス層の膜厚が理想的なλ／４長よりも小さければ、同様の効果が得られる。
【００５６】
なお、第１の実施形態では、下部電極の直下が低音響インピーダンス層であるとして、そこから交互に高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層が形成されることとしたが、下部電極の直下が高音響インピーダンス層であるとして、そこから交互に交互に低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層が形成されることしてもよい。
【００５７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図である。図４において、音響ミラー型薄膜弾性波共振器２０７ｂは、基板１０１ｂと、高音響インピーダンス層２０２ｂと、低音響インピーダンス層２０３ｂと、下部電極１０４ｂと、圧電薄膜１０５ｂと、上部電極１０６ｂとを備える。図４において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略することとする。
【００５８】
図４において、高音響インピーダンス層２０２ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。また、低音響インピーダンス層２０３ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。ただし、低音響インピーダンス層２０３ｂの最上位層は、下部電極１０４ｂに直下に形成されている。低音響インピーダンス層２０３ｂと高音響インピーダンス層２０２ｂとは、交互に形成されており、同数である。
【００５９】
基板１０１ｂ上には、高音響インピーダンス層２０２ｂと低音響インピーダンス層２０３ｂとから構成される音響ミラー層２０８ｂが形成されている。音響ミラー層２０８ｂ上には、下部電極１０４ｂ、圧電薄膜１０５ｂ、および上部電極１０６ｂから構成される圧電薄膜振動子１０９ｂが形成されている。
【００６０】
高音響インピーダンス層２０２ｂは、高い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、タングステン：Ｗ、モリブデン：Ｍｏ等からなる。高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚（Ｂ１）は、共振特性の帯域幅を最大限とする膜厚値と等しくされる。本発明者は、共振特性の帯域幅を最大限とする高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚（Ｂ１）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることを確かめた。
【００６１】
低音響インピーダンス層２０３ｂは、低い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、二酸化シリコン：ＳｉＯ2等からなる。低音響インピーダンス層２０３ｂの膜厚（Ａ）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさと等しくされる。
【００６２】
音響ミラー型薄膜弾性波共振器２０７ｂの製造工程において、基板１０１ｂ、低音響インピーダンス層２０３ｂ、および高音響インピーダンス層２０２ｂの表面のラフネスの影響を受けて、１チップ内での各音響ミラー層の膜厚には、ばらつきが生じる。
【００６３】
また、一方で、ウエハ上の位置により成膜条件がばらつくこととなるので、発生するチップ間のばらつきの影響を受け、複数のチップ間における各音響ミラー層の膜厚には、ばらつきが生じる。
【００６４】
ばらつきの大きさは、例えば、膜厚の大きさに対して最大１％程度である。
【００６５】
したがって、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚（Ｂ１）は、ばらつきを考慮すると、自由空間での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数の４分の１より−１％以上小さいのが好ましい。
【００６６】
図５は、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚以外の値を固定し、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚の値を変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフである。ここでは、厚さ０．２μｍのモリブデンＭｏからなる下部電極１０４ｂ、厚さ２．０μｍの窒化アルミニウムからなる圧電薄膜１０５ｂ、および厚さ０．２μｍのモリブデンＭｏからなる上部電極１０６ｂを用いることとする。
【００６７】
図５において、横軸は、理想的なλ／４長で高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚を規格化した値を示す。縦軸は、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの帯域幅（Δｆ）で共振帯域幅の変化を規格化した値を示す。ここで、横軸および縦軸の値（＝１）は、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの値である。
【００６８】
図５より、共振帯域幅が最大となる高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚は、理想的なλ／４長の膜厚点Ｘよりも小さい点Ｙに存在していることがわかる。したがって、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚は、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間上での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことが分かる。
【００６９】
また、例えば±１％の膜厚ばらつきがあるとした場合に、点Ｘにおける共振帯域幅の変化の度合いと、点Ｙにおける共振帯域幅の変化の度合いとを比較すると、変化の度合いは、点Ｙの方が明らかに小さいことが分かる。したがって、点Ｙを高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚（Ｂ１）として決定した方が、膜厚ばらつきに対する共振帯域の変化を小さくすることができる。これによって、膜厚ばらつきの影響を最小限にとどめることができる。
【００７０】
さらに、図５から分かるように、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚が、理想的なλ／４長の０．８倍、すなわち、理想的なλ／４長の−２０．０％よりも大きい場合、膜厚ばらつきに対する共振帯域の変化を少なくすることができることがわかる。したがって、膜厚ばらつきも考慮に入れると、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚は、理想的なλ／４長の−１．０％〜−２０．０％の範囲であることが好ましいと言える。
【００７１】
高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚が、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことの原理については、第１の実施形態と同様である。
【００７２】
このように、第２の実施形態によれば、音響ミラー型薄膜弾性波共振器の音響ミラー層の内、高音響インピーダンス層の膜厚を、圧電薄膜振動子の自由空間での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さくすることによって、共振帯域幅を広げることができる。共振帯域幅を広げることによって、高音響インピーダンス層の膜厚ばらつきによる共振特性の劣化を防止することができる
【００７３】
なお、第２の実施形態では、各高音響インピーダンス層の膜厚が理想的なλ／４長よりも小さいとしたが、少なくとも一層の高音響インピーダンス層の膜厚が理想的なλ／４長よりも小さければ、同様の効果が得られる。
【００７４】
なお、第２の実施形態では、下部電極の直下が低音響インピーダンス層であるとして、そこから交互に高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層が形成されることとしたが、下部電極の直下が高音響インピーダンス層であるとして、そこから交互に交互に低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層が形成されることしてもよい。
【００７５】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図である。図６において、音響ミラー型薄膜弾性波共振器３０７ｂは、基板１０１ｂと、高音響インピーダンス層３０２ｂと、低音響インピーダンス層３０３ｂと、下部電極１０４ｂと、圧電薄膜１０５ｂと、上部電極１０６ｂとを備える。図６において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略することとする。
【００７６】
図６において、高音響インピーダンス層３０２ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。また、低音響インピーダンス層３０３ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。ただし、低音響インピーダンス層３０３ｂの最上位層は、下部電極１０４ｂに直下に形成されている。低音響インピーダンス層３０３ｂと高音響インピーダンス層３０２ｂとは、交互に形成されており、同数である。
【００７７】
基板１０１ｂ上には、高音響インピーダンス層３０２ｂと低音響インピーダンス層３０３ｂとから構成される音響ミラー層３０８ｂが形成されている。音響ミラー層３０８ｂ上には、下部電極１０４ｂ、圧電薄膜１０５ｂ、および上部電極１０６ｂから構成される圧電薄膜振動子１０９ｂが形成されている。
【００７８】
高音響インピーダンス層３０２ｂは、高い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、タングステン：Ｗ、モリブデン：Ｍｏ等からなる。高音響インピーダンス層３０２ｂの膜厚（Ｂ２）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値である。
【００７９】
低音響インピーダンス層３０３ｂは、低い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、二酸化シリコン：ＳｉＯ2等からなる。低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚（Ａ２）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値である。
【００８０】
音響ミラー型薄膜弾性波共振器３０７ｂの製造工程において、基板１０１ｂ、低音響インピーダンス層３０３ｂ、および高音響インピーダンス層３０２ｂの表面のラフネスの影響を受けて、１チップ内での各音響ミラー層の膜厚には、ばらつきが生じる。
【００８１】
また、一方で、ウエハ上の位置により成膜条件がばらつくこととなるので、発生するチップ間のばらつきの影響を受け、複数のチップ間における各音響ミラー層の膜厚には、ばらつきが生じる。
【００８２】
ばらつきの大きさは、例えば、膜厚の大きさに対して最大１％程度である。
【００８３】
したがって、低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚（Ａ２）および高音響インピーダンス層３０２ｂの膜厚（Ｂ２）は、ばらつきを考慮すると、自由空間での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数の４分の１より−１％以上小さいのが好ましい。
【００８４】
図７は、高音響インピーダンス層３０２ｂの膜厚と低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を同時に同じ割合で変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフである。ここでは、厚さ０．２μｍのモリブデンＭｏからなる下部電極１０４ｂ、厚さ２．０μｍの窒化アルミニウムからなる圧電薄膜１０５ｂ、および厚さ０．２μｍのモリブデンＭｏからなる上部電極１０６ｂを用いることとする。
【００８５】
図７において、横軸は、理想的なλ／４長で高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を規格化した値である。縦軸は、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの帯域幅（Δｆ）で共振帯域幅の変化を規格化した値を示す。ここで、横軸および縦軸の値（＝１）は高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの値である。
【００８６】
図７より、共振帯域幅が最大となる高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚は、理想的なλ／４長の膜厚点Ｘよりも小さい点Ｙに存在していることがわかる。したがって、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚は、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間上での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことが分かる。
【００８７】
また、例えば±１％の膜厚ばらつきがあるとした場合に、点Ｘにおける共振帯域幅の変化の度合いと、点Ｙにおける共振帯域幅の変化の度合いとを比較すると、変化の度合いは、点Ｙの方が明らかに小さいことが分かる。したがって、点Ｙを高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚（Ａ２，Ｂ２）と決定した方が、膜厚ばらつきに対する共振帯域の変化を小さくすることができる。これによって、膜厚ばらつきの影響を最小限にとどめることができる。
【００８８】
さらに、図７から分かるように、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚の最適値は、理想的なλ／４長の−１．０％〜−２０．０％の範囲内に存在すると言える。
【００８９】
高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚が、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことの原理については、第１の実施形態と同様である。
【００９０】
さらに、本発明者は、上下電極の膜厚が厚くなるほど、本発明の効果が得られることを確かめた。図８は、上下電極の膜厚が厚くなるほど、本発明の効果が得られること説明するためのグラフである。
【００９１】
図８では、高音響インピーダンス層３０２ｂの膜厚および低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を同時に同じ割合で変化させた場合において、モリブデン（Ｍｏ）からなる下部電極１０４ｂおよびモリブデン（Ｍｏ）からなる上部電極１０６ｂの厚みを、共振周波数から算出される音響波長の１．２５×１０‐4倍、０．２５倍、０．６３倍と同時に変化させた場合の共振帯域Δｆを比較している。
【００９２】
図８において、横軸は、理想的なλ／４長で高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を規格化した値である。縦軸は、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの帯域幅（Δｆ）で共振帯域幅の変化を規格化した値である。横軸および縦軸において、値（＝１）は、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの値である。
【００９３】
図８に示すように、下部電極１０４ｂおよび上部電極１０６ｂの膜厚を厚くすると、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂにおいて、共振帯域幅が最も広くなるときの膜厚は、理想的なλ／４長のときよりも小さくなることが確認された。さらに、共振帯域幅が最も広くなるときの膜厚は、下部電極１０４ｂおよび上部電極１０６ｂの膜厚が厚くなるほど、理想的なλ／４長に対して小さくなることが確認された。共振帯域幅が最も広くなるときの膜厚は、理想的なλ／４長に対して−２０．０〜−１．０％の範囲に存在することが分かった。
【００９４】
さらに、本発明者は、低音響インピーダンス層３０３ｂの音響インピーダンスに対する高音響インピーダンス層３０２ｂの音響インピーダンスの倍率（高音響インピーダンス層３０２ｂの音響インピーダンス÷低音響インピーダンス層３０３ｂの音響インピーダンス）が大きくなるほど、本発明の効果が得られることと確かめた。図９は、低音響インピーダンス層の音響インピーダンスに対する高音響インピーダンス層の音響インピーダンスの倍率が大きくなるほど、本発明の効果が得られることを説明するためのグラフである。
【００９５】
図９では、高音響インピーダンス層３０２ｂの膜厚および低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を同時に同じ割合で変化させた場合において、音響ミラー層の高音響インピーダンス層３０２ｂの音響インピーダンスＺｈと低音響インピーダンス層３０３ｂの音響インピーダンスＺｌとの比Ｚｈ／Ｚｌを２．２１（高音響インピーダンス層３０２ｂにＡｌＮを用い、低音響インピーダンス層３０３ｂにＭｏを用いる場合）、３．４６（高音響インピーダンス層３０２ｂにＳｉＯ2を用い、低音響インピーダンス層３０３ｂにＭｏを用いる場合）、４．８２（高音響インピーダンス層３０２ｂにＳｉＯ2を用い、低音響インピーダンス層３０３ｂにＷを用いる場合）へと変化させた場合の３つの結果が比較されている。
【００９６】
図９において、横軸は、理想的なλ／４長で高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を規格化した値である。縦軸は、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの帯域幅（Δｆ）で共振帯域幅の変化を規格化した値である。横軸および縦軸において、値（＝１）は、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの値である。
【００９７】
図９に示すように、音響インピーダンスの比を大きくするにつれ、高音響インピーダンス層３０２ｂおよび低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚変化に対する共振帯域劣化の割合が小さくなることが確認された。
【００９８】
このように、第３の実施形態によれば、高い音響インピーダンス比を有するように、高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層の材料を選択し、かつ、高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層の膜厚を共振帯域が最大となる点Ｙにおいて決定することで、より膜厚ばらつきによる共振帯域の劣化を小さくすることが可能となる。
【００９９】
なお、第３の実施形態では、下部電極の直下が低音響インピーダンス層であるとして、そこから交互に高音響インピーダンス層および低音響インピーダンス層が形成されることとしたが、下部電極の直下が高音響インピーダンス層であるとして、そこから交互に交互に低音響インピーダンス層および高音響インピーダンス層が形成されることしてもよい。
【０１００】
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図である。図１０において、音響ミラー型薄膜弾性波共振器４０７ｂは、基板１０１ｂと、高音響インピーダンス層１０２ｂと、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂと、下位低音響インピーダンス層４０３ｃと、下部電極１０４ｂと、圧電薄膜１０５ｂと、上部電極１０６ｂとを備える。図１０において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略することとする。
【０１０１】
図１０において、高音響インピーダンス層１０２ｂは、二層であるとしたが、三層以上であってもよい。また、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂおよび下位低音響インピーダンス層４０３ｃは、合わせて二層であるとしたが、合わせて三層以上であってもよい。ただし、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂは、下部電極１０４ｂに直下に形成されている。
【０１０２】
基板１０１ｂ上には、高音響インピーダンス層１０２ｂ、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂ、および下位低音響インピーダンス層４０３ｃから構成される音響ミラー層４０８ｂが形成されている。音響ミラー層４０８ｂ上には、下部電極１０４ｂ、圧電薄膜１０５ｂ、および上部電極１０６ｂから構成される圧電薄膜振動子１０９ｂが形成されている。
【０１０３】
最上位低音響インピーダンス層４０３ｂは、低い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、二酸化シリコン：ＳｉＯ2等からなる。最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚（Ａ３）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値である。
【０１０４】
下位低音響インピーダンス層４０３ｃは、低い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、二酸化シリコン：ＳｉＯ2等からなる。下位低音響インピーダンス層４０３ｃの膜厚（Ａ）は、自由空間上での圧電薄膜振動子１０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさと等しい。
【０１０５】
図１１は、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚以外の値を固定し、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚の値を変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフである。図１１において、横軸は、理想的なλ／４長で最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚を規格化した値を示す。縦軸は、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの帯域幅（Δｆ）で共振帯域幅の変化を規格化した値を示す。ここで、横軸および縦軸の値（＝１）は最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚を理想的なλ／４長と等しくしたときの値である。
【０１０６】
図１１より、共振帯域幅が最大となる最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚は、理想的なλ／４長の膜厚点Ｘよりも小さい点Ｙに存在していることがわかる。したがって、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚は、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間上での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことが分かる。
【０１０７】
また、例えば±１％の膜厚ばらつきがあるとした場合に、点Ｘにおける共振帯域幅の変化の度合いと、点Ｙにおける共振帯域幅の変化の度合いとを比較すると、変化の度合いは、点Ｙの方が明らかに小さいことが分かる。したがって、点Ｙを最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚（Ａ３）として決定した方が、膜厚ばらつきに対する共振帯域の変化を小さくすることができる。これによって、膜厚ばらつきの影響を最小限にとどめることができる。
【０１０８】
さらに、図１１から分かるように、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚の最適値は、理想的なλ／４長の−１．０％〜−２０．０％の範囲内に存在すると言える。
【０１０９】
最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚が、圧電薄膜振動子１０９ｂの自由空間での共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値であることが好ましいことの原理については、第１の実施形態と同様である。
【０１１０】
このように、第４の実施形態によれば、音響ミラー型薄膜弾性波共振器の音響ミラー層の内、最上位の低音響インピーダンス層の膜厚を、共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さくすることによって、共振帯域幅を広げることができる。共振帯域幅を広げることによって、最上位の低音響インピーダンス層の膜厚ばらつきによる共振特性の劣化を防止することができる。
【０１１１】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図である。図１２において、音響ミラー型薄膜弾性波共振器５０７ｂは、基板１０１ｂと、高音響インピーダンス層５０２ｂと、低音響インピーダンス層５０３ｂと、下部電極５０４ｂと、圧電薄膜１０５ｂと、上部電極５０６ｂとを備える。図１２において、第１の実施形態と同様の部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略することとする。
【０１１２】
図１２において、高音響インピーダンス層５０２ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。また、低音響インピーダンス層５０３ｂは、二層であるとしたが、一層であってもよいし、三層以上であってもよい。ただし、低音響インピーダンス層５０３ｂの最上位層は、下部電極５０４ｂに直下に形成されている。低音響インピーダンス層５０３ｂと高音響インピーダンス層１０２ｂとは、交互に形成されており、同数である。
【０１１３】
基板１０１ｂ上には、高音響インピーダンス層５０２ｂと低音響インピーダンス層５０３ｂとから構成される音響ミラー層５０８ｂが形成されている。音響ミラー層５０８ｂ上には、下部電極５０４ｂ、圧電薄膜１０５ｂ、および上部電極５０６ｂから構成される圧電薄膜振動子５０９ｂが形成されている。
【０１１４】
低音響インピーダンス層５０３ｂは、低い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、二酸化シリコン：ＳｉＯ2等からなる。低音響インピーダンス層５０３ｂの膜厚（Ａ４）は、自由空間上での圧電薄膜振動子５０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値、または音響波長の４分の１の大きさよりも大きい値、または音響波長の４分の１の大きさと同じである。
【０１１５】
高音響インピーダンス層５０２ｂは、高い音響インピーダンスを持つ材料、例えば、タングステン：Ｗ、モリブデン：Ｍｏ等からなる。高音響インピーダンス層５０２ｂの膜厚（Ｂ）は、自由空間上での圧電薄膜振動子５０９ｂの共振周波数（反共振周波数）から算出される音響波長の４分の１の大きさよりも小さい値、または音響波長の４分の１の大きさよりも大きい値、または音響波長の４分の１の大きさと同じである。
【０１１６】
下部電極５０４ｂは、例えば、モリブデン：Ｍｏ、アルミニウム：Ａｌ、白金：Ｐｔ、金：Ａｕ等からなる。
【０１１７】
上部電極５０６ｂは、例えば、モリブデン：Ｍｏ、アルミニウム：Ａｌ、白金：Ｐｔ、金：Ａｕ等からなる。
【０１１８】
下部電極５０４ｂの膜厚（Ｃ）は、上部電極５０６ｂの膜厚（Ｄ）よりも大きい。すなわち、Ｃ／Ｄ＞１．０である。以下、下部電極５０４ｂの膜厚と上部電極の膜厚との比（Ｃ／Ｄ）を上下比と呼ぶ。
【０１１９】
本発明者は、下部電極５０４ｂの膜厚（Ｃ）と上部電極５０６ｂの膜厚（Ｄ）とを足し合わせた大きさ（Ｃ＋Ｄ）が、圧電薄膜振動子５０９ｂ全体の膜厚（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）に対して、どのような割合である場合に、共振帯域幅を広げることができるかを調べた。当該割合は、（Ｃ＋Ｄ）／（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）である。以下、当該割合（Ｃ＋Ｄ）／（Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）を電極比率と呼ぶ。
【０１２０】
図１３は、電極比率を１０％にしたときの比帯域を示すグラフである。図１３において、横軸は、低音響インピーダンス層５０３ｂの膜厚を、理想的なλ／４長からの補正量で示す。横軸において、“０”は、低音響インピーダンス層５０３ｂがλ／４の厚さを有するときを示す。横軸上、“−１０”、“−２０”、および“−３０”は、それぞれ、低音響インピーダンス層５０３ｂがλ／４から−１０％、−２０％、および−３０％の厚さを有するときを示す。横軸上、“１０”、および“２０”は、それぞれ、低音響インピーダンス層５０３ｂがλ／４から＋１０％、および＋２０％の厚さを有するときを示す。縦軸は、比帯域を示す。比帯域は、共振周波数ｆｒに対する帯域幅Δｆの比（Δｆ／ｆｒ）である。比帯域が大きい程、同周波数において帯域幅Δｆは大きい。図１３において、点線は、第１〜第４の実施形態のように、下部電極の厚さ（Ｃ）と上部電極の厚さ（Ｄ）とが等しい場合、すなわち、下部電極の厚さと上部電極の厚さとの比（Ｃ／Ｄ）が１．０である場合を示す。実線は、下部電極の厚さが上部電極の厚さの１．５倍である場合、すなわち、Ｃ／Ｄが１．５である場合を示す。
【０１２１】
上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも＋５％厚くしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．５）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合に比べて、比帯域が大きくなっている（点Ｑ参照）。したがって、低音響インピーダンス層の厚さを調整することなく、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合は、低音響インピーダンス層の厚さのみを最適な厚さに調整した場合に比べて、比帯域が大きくなることが分かる。
【０１２２】
図１３に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−５％から＋１２％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１２３】
したがって、好ましくは、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくして、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを大きくすれば、比帯域を大きくすることができる。
【０１２４】
図１４は、電極比率を１４％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも＋４％厚くしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．５）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合に比べて、比帯域が大きくなっている（点Ｑ参照）。したがって、低音響インピーダンス層の厚さを調整することなく、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合は、低音響インピーダンス層の厚さのみを最適な厚さに調整した場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１２５】
図１４に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−１１％から＋１２％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１２６】
図１５は、電極比率を２０％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも＋１．５％厚くしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．５）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合に比べて、比帯域が大きくなっている（点Ｑ参照）。したがって、低音響インピーダンス層の厚さを調整することなく、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合は、低音響インピーダンス層の厚さのみを最適な厚さに調整した場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１２７】
図１５に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−１７％から＋１２％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１２８】
図１６は、電極比率を３０％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも−２．５％の大きさにしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．５）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合に比べて、比帯域が大きくなっている（点Ｑ参照）。したがって、低音響インピーダンス層の厚さを調整することなく、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合は、低音響インピーダンス層の厚さのみを最適な厚さに調整した場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１２９】
図１６に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−２５％から＋１２％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１３０】
したがって、好ましくは、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくして、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを小さくすれば、比帯域を高くすることができる。
【０１３１】
図１７は、電極比率を４０％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも−５％の大きさにしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．３５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．３５）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合に比べて、比帯域が大きくなっている（点Ｑ参照）。したがって、低音響インピーダンス層の厚さを調整することなく、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合は、低音響インピーダンス層の厚さのみを最適な厚さに調整した場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１３２】
図１７に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−２７％から＋９％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１３３】
したがって、好ましくは、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくして、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを小さくすれば、比帯域を高くすることができる。
【０１３４】
図１８は、電極比率を５０％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも−９％の大きさにしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．３倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．３）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合に比べて、比帯域が大きくなっている（点Ｑ参照）。したがって、低音響インピーダンス層の厚さを調整することなく、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合は、低音響インピーダンス層の厚さのみを最適な厚さに調整した場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１３５】
図１８に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−２８％から＋５％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。
【０１３６】
したがって、好ましくは、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくして、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを小さくすれば、比帯域を高くすることができる。
【０１３７】
図１９は、電極比率を６０％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも−１１％の大きさにしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．２２倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．２２）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であったとしても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合と同程度の比帯域が得られる（点Ｑ参照）。したがって、下部電極を上部電極よりも厚くすることのみによって得られる効果は、電極比率が６０％よりも大きいと、もはや得られなくなる。
【０１３８】
ただし、図１９に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長に対して、−２８％から０％の範囲であれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。したがって、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくして、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを小さくすれば、比帯域を高くすることができることが分かる。
【０１３９】
図２０は、電極比率を７０％にしたときの比帯域を示すグラフである。上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも−１４％の大きさにしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．１５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．１５）、低音響インピーダンス層の厚さが理想的なλ／４長であるときの比帯域は、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合の最大の比帯域に比べて、小さくなっている（点Ｑ参照）。したがって、電極比率が７０％の場合、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくしただけでは、比帯域を大きくすることができない。しかし、図２０に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくし、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長に対して、−２８％から−５％の範囲にすれば、下部電極の厚さを上部電極の厚さと同じにした場合に比べて、比帯域が大きくなる。したがって、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくして、さらに、低音響インピーダンス層の厚さを小さくすれば、比帯域を大きくすることができることが分かる。
【０１４０】
図２１は、電極比率を８０％にしたときの比帯域を示すグラフである。図２１に示すグラフでは、上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも−１５％の大きさにしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。一方、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．５）、または、０．８倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝０．８）、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長とすると、Ｃ／Ｄ＝１．０よりも大きい比帯域を得ることはできない。したがって、電極比率が８０％の場合、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくしただけでは、または、小さくしただけでは、比帯域を大きくすることができない（点Ｑ、Ｒ参照）。
【０１４１】
図２１に示すように、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも大きくした場合、または、下部電極の厚さを上部電極の厚さよりも小さくした場合、低音響インピーダンス層の厚さを調整しても、Ｃ／Ｄ＝１．０の場合の最大比帯域を超える条件を得ることができない。従って、電極比率が８０％の場合、下部電極の厚さを上部電極の厚さより大きくしたり、または下部電極の厚さと上部電極の厚さよりも小さくしたりすることによっては、比帯域を大きくすることはできない。しかし、下部電極の厚さと上部電極の厚さとを等しくし、且つ、低音響インピーダンス層の厚さを調整することによって比帯域を大きくすることができる。従って、電極比率の上限値は、８０％であると推測される。
【０１４２】
図２２は、上下比の最適値を示すグラフである。図２２において、横軸は、電極比率を示す。縦軸は、横軸に示す電極比率を用いた際の上下比の最適値を示す。縦軸に示す上下比の最適値は、低音響インピーダンス層の厚さを調整することによって最大の比帯域を得ることができる上下比の値である。たとえば、図２０に示すように、電極比率が７０％の場合、上下比を１．１５とし、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長から約−１５％程度にすることによって、最大の比帯域を得ることができる。図２２では、このときの上下比が示されている。図２２では、電極比率が１０％、１４％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％の際の上下比の最適値を菱形でプロットし、当該菱形を補完するようにして最適値を示す曲線が描かれている。
【０１４３】
図２２に示すように、電極比率が８０％の場合、最適な上下比は、１．０である。図２１および図２２によって、電極比率が８０％の場合、下部電極の膜厚を調整しても比帯域を大きくすることができず、下部電極の厚さと上部電極の厚さを等しくし、且つ、低音響インピーダンス層の厚さを調整することによって、比帯域を大きくすることができるということが分かる。したがって、図１９から図２１によると、電極比率が６０％以上でかつ８０％未満である場合、下部電極の厚さだけの調整では、比帯域を大きくすることができず、下部電極が上部電極よりも厚くなるようにし、かつ低音響インピーダンス層の厚さを調整することによって、比帯域を大きくすることができる。
【０１４４】
図２３は、電極比率を５％にしたときの比帯域を示すグラフである。図２３に示すグラフでは、上部電極の厚さと下部電極の厚さとを等しくした場合（Ｃ／Ｄ＝１．０）の比帯域と、下部電極の厚さを上部電極の厚さの１．５倍にした場合（Ｃ／Ｄ＝１．５）の比帯域とが示されている。Ｃ／Ｄ＝１．０の場合、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも＋９％にしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。同様に、Ｃ／Ｄ＝１．５の場合、低音響インピーダンス層の厚さを理想的なλ／４長よりも＋９％にしたら、比帯域が最大となる（点Ｐ参照）。したがって、電極比率が５％およびＣ／Ｄ＝１．５の場合、Ｃ／Ｄ＝１．０のときの最大比帯域を超える条件が存在しない。よって、電極比率が５％の場合、下部電極を厚くしたり、低音響インピーダンス層の厚さを調整することによっては、比帯域を大きくすることができないことが分かる。したがって、電極比率の下限値は、５％であると推測される。
【０１４５】
第１〜第５の実施形態より以下のことが分かる。
【０１４６】
図１３〜図１９の点Ｑおよび図２３の点Ｐに示すように、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを足し合わせた膜厚が、圧電薄膜振動子の膜厚に対して、５％以上６０％以下であり、かつ、下部電極の膜厚が上部電極の膜厚よりも大きい薄膜弾性波共振器は、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を有する。
【０１４７】
図１３〜図１９の点Ｑおよび図２３の点Ｐに示すように、電極比が５％以上６０％以下である場合、全ての低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４としても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。この場合、第４の実施形態における図１１に示すように、最上位の低音響インピーダンス層のみの膜厚をλ／４としても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができると推測される。
【０１４８】
図１３〜図１９に示すように、電極比が５％以上６０％以下である場合、全ての低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４未満としても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。図１５〜図１９に示すように、低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４未満とすることによって、低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４とした場合に比べて、高い比帯域を得ることができる場合がある。この場合、第４の実施形態における図１１に示すように、最上位の低音響インピーダンス層のみの膜厚をλ／４未満としても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができると推測される。
【０１４９】
図１３〜図１９に示すように、電極比が５％以上６０％以下である場合、全ての低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４よりも大きくしても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。図１３に示すように、低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４よりも大きくすることによって、低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４とした場合に比べて、高い比帯域を得ることができる場合がある。この場合、最上位の低音響インピーダンス層のみの膜厚をλ／４よりも大きくしても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができると推測される。
【０１５０】
図１３〜図１６に示す例では、低音響インピーダンス層の膜厚を調整する場合を示した。しかし、電極比が５％以上６０％以下であり、かつ下部電極の膜厚が上部電極の膜厚よりも大きい場合、第２の実施形態に示すように、高音響インピーダンス層の膜厚をλ／４未満にすることによって、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。さらに、図１３の例から、高音響インピーダンス層の膜厚をλ／４よりも大きくにすることによっても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。したがって、高音響インピーダンス層の膜厚がλ／４と異なっていたとしても、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。高音響インピーダンス層の膜厚がλ／４と異なる場合、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４と異なっていればよいことが、第３の実施形態から分かる。この場合、少なくとも最上位の低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４と異なっていればよい。
【０１５１】
図１３より、電極比率が１０％の場合、上下比を１．５とし、低音響インピーダンス層の膜厚をλ／４に対して−５％以上１２％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５２】
図１４より、電極比率が１４％の場合、上下比を１．５とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−１１％以上１２％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５３】
図１５より、電極比率が２０％の場合、上下比を１．５とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−１７％以上１２％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５４】
図１４および図１５に示すように、電極比率が１４％〜２０％の薄膜弾性波共振器は、低音響インピーダンス層の厚さを調整することによって、比帯域を０．０２０８以上にすることができ、好適な比帯域が得られる。
【０１５５】
図１６より、電極比率が３０％の場合、上下比を１．５とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−２５％以上１２％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５６】
図１７より、電極比率が４０％の場合、上下比を１．３５とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−２７％以上９％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５７】
図１８より、電極比率が５０％の場合、上下比を１．３とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−２８％以上５％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５８】
図１９より、電極比率が６０％の場合、上下比を１．２２とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−２８％以上０％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１５９】
図２０より、電極比率が７０％の場合、上下比を１．１５とし、低音響インピーダンス層の膜厚がλ／４に対して−２８％以上−５％以下とすれば、下部電極の膜厚と上部電極の膜厚とを等しくした薄膜弾性波共振器によって得られる最大の比帯域以上の比帯域を得ることができる。
【０１６０】
図２１より、電極比率が８０％の場合、上下比を１．０とし、かつ、低音響インピーダンス層の厚さを、理想的なλ／４長よりも大きくしたり、小さくしたりして調整することによって、比帯域を大きくすることができる。
【０１６１】
さらに、本発明の実施形態は以下のような概念も含んでいる。
【０１６２】
音響ミラー層を構成する複数のインピーダンス層の内、少なくとも一層のインピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満であるとよい。
【０１６３】
これにより、インピーダンス層の少なくとも一層が圧電膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満となるので、共振帯域幅を広げることができる。共振帯域幅を広げることによって、インピーダンス層の膜厚ばらつきによる共振特性の劣化を防止することができる。
【０１６４】
複数のインピーダンス層が交互に配置された複数の低音響インピーダンス層と複数の高音響インピーダンス層とを含む場合、最上位の低音響インピーダンス層は、下部電極と当接しており、その膜厚が圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満であるとよい。これにより、より効果的に、共振帯域幅を広げることができる。
【０１６５】
最上位の低音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−１．０％以下であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１６６】
最上位の低音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−２０．０％以上であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１６７】
各低音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有するとよい。これにより、より効果的に、共振帯域幅を広げることができる。
【０１６８】
各低音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−１．０％以下であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１６９】
各低音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−２０．０％以上であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７０】
各高音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚であるとよい。これにより、より効果的に、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７１】
各高音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−１．０％以下であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７２】
各高音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−２０．０％以上であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７３】
各低音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有しおり、かつ、各高音響インピーダンス層は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１未満の膜厚を有しているとよい。これにより、より効果的に、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７４】
各高音響インピーダンス層および各低音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−１．０％以下であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７５】
各高音響インピーダンス層および各低音響インピーダンス層の膜厚は、圧電薄膜振動子の自由空間上での共振周波数から定められる音響波長の４分の１の大きさに対して、−２０．０％以上であるとよい。これにより、膜厚のばらつきの影響を受けることなく、共振帯域幅を広げることができる。
【０１７６】
各高音響インピーダンス層の音響インピーダンス（Ｚｈ）と各低音響インピーダンス層の音響インピーダンス（Ｚｌ）との比（Ｚｈ／Ｚｌ）は、４．８２以上であるとよい。これにより、より効果的に共振帯域幅を広げることができる。
【０１７７】
各高音響インピーダンス層は、二酸化シリコンからなり、各低音響インピーダンス層は、タングステンからなるとよい。
【０１７８】
（音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いたフィルタの実施例）
図２４Ａおよび図２４Ｂは、本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いたフィルタの実施例を示す図である。図２４Ａに示すフィルタ７は、本発明の第１〜第５の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器のいずれかを、Ｌ型接続した１段のラダーフィルタである。第１の音響ミラー型薄膜弾性波共振器７１は、直列共振器として動作するように接続される。すなわち、入力端子７３と出力端子７４との間に直列に接続される。第２の音響ミラー型薄膜弾性波共振器７２は、並列共振器として動作するように接続される。すなわち、入力端子７３から出力端子７４へ向かう経路と接地面との間に接続される。ここで、第１の音響ミラー型薄膜弾性波共振器７１の共振周波数を第２の音響ミラー型薄膜弾性波共振器７２の共振周波数よりも高く設定すれば、帯域通過特性を有するラダーフィルタを実現することができる。好ましくは、第１の音響ミラー型薄膜弾性波共振器７１の共振周波数と第２の音響ミラー型薄膜弾性波共振器７２の反共振周波数とを、実質上一致又は近傍に設定することにより、より通過帯域の平坦性に優れるラダーフィルタを実現することができる。
【０１７９】
なお、上記実施例では、Ｌ型構成のラダーフィルタを例示して説明を行ったが、その他のＴ型構成やπ型構成のラダーフィルタや、格子型構成のラダーフィルタでも同様の効果を得ることができる。また、ラダーフィルタは、図２４Ａのように１段構成であっても、図２４Ｂ等のように多段構成であってもよい。少なくとも一つの薄膜弾性波共振器が第１〜第５の実施形態のいずれかに示す特徴を有していれば、広帯域化の効果を得ることができるフィルタが提供される。
【０１８０】
（音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第１実施例）
図２５は、本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第１実施例を示す図である。図２５に示す装置９ａは、図２４Ｂのフィルタを用いた共用器である。この装置９ａは、複数の音響ミラー型薄膜弾性波共振器で構成されるＴｘフィルタ（送信フィルタ）９１と、複数の音響ミラー型薄膜弾性波共振器で構成されるＲｘフィルタ（受信フィルタ）９２と、２つの伝送線路で構成される移相回路９３とからなる。Ｔｘフィルタ９１及びＲｘフィルタ９２は、最適な周波数配置を有するフィルタであるので、低損失等の特性の優れた共用器を得ることができる。なお、フィルタの数やフィルタを構成する音響ミラー型薄膜弾性波共振器の段数等は、図２５に例示したものに限られず自由に設計することが可能である。なお、Ｔｘフィルタ９１およびＲｘフィルタ９２の内、少なくとも一つのフィルタがラダー型に接続された２つ以上の薄膜弾性波共振器を含むフィルタであり、少なくとも一つの薄膜弾性波共振器が第１〜第５の実施形態のいずれかの特徴を有していればよい。
【０１８１】
（音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第２実施例）
図２６は、本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第２実施例を示す図である。図２６に示す装置９ｂは、図２５の共用器を用いた通信機器である。この装置９ｂは、アンテナ１０１と、２つの周波数信号を分離するために用いられる分波器１０２と、２つの共用器１０３及び１０４とを備える。共用器１０３又は共用器１０４のいずれかが、図２５で示した共用器となる。このように、低損失等の特性の優れた共用器を用いれば、低損失な通信機器を実現することができる。
【０１８２】
（音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第３実施例）
図２７は、本発明の音響共振器を用いた装置の第３実施例を示す図である。図２７に示す装置９ｃは、図２４Ａや図２４Ｂのフィルタを用いた通信機器である。この装置９ｃは、２つのアンテナ１１１及び１１２と、２つの周波数信号を切り替えるためのスイッチ１１３と、２つのフィルタ１１４及び１１５とで構成される。図２７の通信機器が図２６の通信機器と異なる点は、分波器１０２の代わりにスイッチ１１３を、共用器１０３及び１０４の代わりにフィルタ１１４及び１１５を用いている点である。このように構成しても、低損失な通信機器を実現することができる。本発明の通信機器は、図２６および図２７の例に限定されるものではなく、本発明の弾性波共振器を少なくとも一つ備える通信機器であればよい。
【０１８３】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、前述の説明はあらゆる点において本発明の例示にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器、ならびにそれを備えるフィルタ、共用器、および通信機器は、共振帯域幅を広げることができ、音響ミラー層の膜厚ばらつきによる共振特性の劣化を防止することができ、無線機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図
【図２】低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚以外の値を固定し、低音響インピーダンス層１０３ｂの膜厚を変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフ
【図３】低音響インピーダンス層１０３ｂの最も好ましい膜厚が、圧電薄膜振動子１０９ｂ条件によってどのように変わるかを説明するための図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図
【図５】高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚以外の値を固定し、高音響インピーダンス層２０２ｂの膜厚の値を変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフ
【図６】本発明の第３の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図
【図７】高音響インピーダンス層３０２ｂの膜厚と低音響インピーダンス層３０３ｂの膜厚を同時に同じ割合で変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフ
【図８】上下電極の膜厚が厚くなるほど、本発明の効果が得られること説明するためのグラフ
【図９】低音響インピーダンス層の音響インピーダンスに対する高音響インピーダンス層の音響インピーダンスの倍率が大きくなるほど、本発明の効果が得られることを説明するためのグラフ
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図
【図１１】最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚以外の値を固定し、最上位低音響インピーダンス層４０３ｂの膜厚の値を変化させたときの、共振帯域の変化を示すグラフ
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る音響ミラー型薄膜弾性波共振器の断面図
【図１３】電極比率を１０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図１４】電極比率を１４％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図１５】電極比率を２０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図１６】電極比率を３０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図１７】電極比率を４０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図１８】電極比率を５０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図１９】電極比率を６０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図２０】電極比率を７０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図２１】電極比率を８０％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図２２】上下比の最適値を示すグラフ
【図２３】電極比率を５％にしたときの比帯域を示すグラフ
【図２４Ａ】本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いたフィルタの実施例を示す図
【図２４Ｂ】本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いたフィルタの実施例を示す図
【図２５】本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第１実施例を示す図
【図２６】本発明の音響ミラー型薄膜弾性波共振器を用いた装置の第２実施例を示す図
【図２７】本発明の音響共振器を用いた装置の第３実施例を示す図
【図２８】従来の音響ミラー型の薄膜弾性波共振器の断面図
【図２９】図２８に示した音響ミラー型薄膜弾性波共振器９０７ａにおける理想的な振動分布を示す図
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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