(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルマニウムを含有し、該ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲にあり、分極方向が窒素極性である、窒化アルミニウム圧電薄膜。
【請求項２】
ゲルマニウムを含有し、該ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲にあり、分極方向が薄膜成長方向と逆方向である、窒化アルミニウム圧電薄膜。
【請求項３】
前記ゲルマニウムの濃度が、１．５原子％以上、９原子％以下の範囲にある、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜。
【請求項４】
前記ゲルマニウムの濃度が、２．５原子％以上、７．９原子％以下の範囲にある、請求項３に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜。
【請求項５】
前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、３原子％未満の範囲にある、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜。
【請求項６】
前記ゲルマニウムの濃度が、２原子％以上、３原子％未満の範囲にある、請求項５に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜。
【請求項７】
基材と、前記基材上に設けられた窒化アルミニウム圧電薄膜とを備え、該窒化アルミニウム圧電薄膜が、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜である、圧電材。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜を備える、圧電部品。
【請求項９】
１元スパッタリング法により、基材上において、ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲となるように、分極方向が窒素極性である、ゲルマニウムを含有する窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させる、窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法。
【請求項１０】
１元スパッタリング法により、基材上において、ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲となるように、分極方向が薄膜成長方向と逆方向である、ゲルマニウムを含有する窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させる、窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法。
【請求項１１】
ＡｌＧｅ合金ターゲットを用いて、窒素ガスを供給しつつスパッタリングすることにより、基材上において、窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させる、請求項９または１０に記載の窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体として用いることができる窒化アルミニウム圧電薄膜及びその製造方法、並びに該窒化アルミニウム圧電薄膜を有する圧電材及び圧電部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化アルミニウムに微量の他の元素をドープしてなる圧電薄膜の製造方法が種々提案されている。例えば下記の特許文献１では、アルミニウムと、ガリウム、インジウムもしくはスカンジウムと、窒素とを不活性ガス雰囲気下で反応させる反応スパッタリング法が開示されている。特許文献１では、窒素と共に酸素を０．８モル％以上、３．２モル％以下の割合で供給することにより、分極方向が反転することが記載されている。
【０００３】
また、下記の特許文献２には、スカンジウムの含有率が０．５〜５０原子％である窒化アルミニウム圧電薄膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４９９５３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の製造方法によれば、分極方向が薄膜成長方向と反転した窒化アルミニウム圧電薄膜が得られる。しかしながら、微量の酸素を高精度に供給することが非常に困難であった。従って、量産性が十分でなかった。
【０００６】
他方、特許文献２では、スカンジウムをドープすることにより圧電特性が得られているが、スカンジウムは非常に高価である。また、安定に入手することも困難であった。加えて、特許文献２では、分極方向は薄膜成長方向であるアルミニウム極性（Ａｌ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）の分極方向であり、薄膜成長方向と逆の分極方向を有する窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）の分極方向の圧電薄膜は得られていない。
【０００７】
本発明の目的は、分極方向が窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）であり、かつ圧電特性に優れる窒化アルミニウム圧電薄膜及びその製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、上記窒化アルミニウム圧電薄膜を有する圧電材及び圧電部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜は、ゲルマニウムを含有し、該ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲にある。
【０００９】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜のある特定の局面では、前記ゲルマニウムの濃度が、１．５原子％以上、９原子％以下の範囲にある。好ましくは、前記ゲルマニウムの濃度が、２．５原子％以上、７．９原子％以下の範囲にある。この場合には、圧電特性をより一層効果的に高めることができる。
【００１０】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜の別の特定の局面では、前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、３原子％未満の範囲にある。好ましくは、前記ゲルマニウムの濃度が、２原子％以上、３原子％未満の範囲にある。この場合には、圧電特性をより一層効果的に高めることができる。
【００１１】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜の他の特定の局面では、分極方向が窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）とされている。
【００１２】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜では、好ましくは、分極方向が薄膜成長方向と逆方向とされている。
【００１３】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜の他の広い局面では、１元スパッタリング法により得られ、ゲルマニウムを含有する。好ましくは、ＡｌＧｅ合金ターゲットを用いて、窒素ガスを供給しつつスパッタリングすることにより得られる。好ましくは、ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲にある。
【００１４】
本発明に係る圧電材は、基材と、基材上に設けられた窒化アルミニウム圧電薄膜とを備え、該窒化アルミニウム圧電薄膜が、本発明に従って構成された、窒化アルミニウム圧電薄膜である。
【００１５】
本発明に係る圧電部品は、本発明に従って構成された、窒化アルミニウム圧電薄膜を備えることを特徴としている。
【００１６】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法は、１元スパッタリング法により、基材上において、ゲルマニウムを含有する窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させる。好ましくは、ＡｌＧｅ合金ターゲットを用いて、窒素ガスを供給しつつスパッタリングすることにより、基材上において、窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させる。好ましくは、ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、前記ゲルマニウムの濃度が、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲となるように、窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜及びその製造方法によれば、分極方向が窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）であり、かつ圧電特性に優れる窒化アルミニウム圧電薄膜を容易に提供することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る圧電材及び圧電部品では、本発明に従って構成された窒化アルミニウム圧電薄膜を有するため、例えば分極方向が異なる複数の圧電薄膜を積層した構成などを容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、窒化アルミニウム圧電薄膜中のＧｅ濃度と、圧電定数ｄ３３との関係を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態におけるＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法に用いられる装置の概略構成図である。
【図３】図３は、分極方向がアルミニウム極性（Ａｌ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）の窒化アルミニウム圧電薄膜を有する圧電部品を示す略図的正面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態としての圧電部品を示す略図的正面図である。
【図５】図５は、本発明の圧電部品の一構造例を示す部分切欠き正面断面図である。
【図６】図６は、本発明の圧電部品の他の構造例を示す正面断面図である。
【図７】図７は、２元スパッタリング法によりＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を形成する際に用いられる装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜は、ゲルマニウムを含有する。ゲルマニウムと、アルミニウムの濃度の合計を１００原子％としたとき、ゲルマニウムの濃度は、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲にある。
【００２３】
本発明に係る窒化アルミニウム圧電薄膜は、ゲルマニウムを含有するため、分極方向が窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）である。また、ゲルマニウムの濃度が、上記範囲内にあるため、圧電特性が高められている。
【００２４】
圧電特性をより一層高める観点から、上記ゲルマニウムの濃度は、１原子％以上であることが好ましく、１．５原子％以上であることがより好ましく、２原子％以上であることがさらに好ましく、２．５原子％以上であることが特に好ましい。また、上記ゲルマニウムの濃度は、９原子％以下であることが好ましく、７．９原子％以下であることがより好ましく、３原子％未満であることがさらに好ましい。
【００２５】
以下、本発明の一実施形態の圧電部品について先に説明した上で、窒化アルミニウム圧電薄膜及び該窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法の詳細について説明する。なお、ゲルマニウム（Ｇｅ）を含有する窒化アルミニウム圧電薄膜を、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜という場合があるものとする。
【００２６】
図４は、本発明の一実施形態としての圧電部品を示す略図的正面図である。圧電部品１は、Ｓｉからなる基材２を有する。この基材２上に、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３が形成されている。Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３は、後述するように１元スパッタリング法により成膜されている。このＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３の分極方向は、図示の矢印−Ｚ方向である。すなわち、分極方向は、薄膜成長方向と逆方向な窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）とされている。
【００２７】
Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３上に、電極４が形成されている。なお、特に使用されていないが、電極４の他に、さらに１以上の電極がＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３に電圧を印加するために設けられる。あるいは、半導体であるシリコンからなる基材２を一方の電極として用いて、他方の電極として電極４を用いてもよい。
【００２８】
基材２は、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３をスパッタリング法により成膜する際の基材としても用いられている。従って、基材２は、適宜の材料により形成することができる。本実施形態では、基材２は低抵抗なＳｉからなり、電極としても作用するが、Ｓｉ以外の他の半導体により形成されてもよい。また、基材２は、絶縁体や金属や有機樹脂フィルムにより構成されていてもよい。基材２が高抵抗な材料の場合はＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３と基材２の間に電極薄膜を形成してもよい。
【００２９】
電極４は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ又はＩｒなどの適宜の金属もしくは合金からなる。電極４は、単層の金属膜であってもよいし、積層金属膜であってもよい。
【００３０】
前述したように、本実施形態の圧電部品１においては、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３の分極方向が窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）である。
【００３１】
一般に、窒化アルミニウム圧電薄膜をスパッタリングにより成膜すると、図３に示す圧電部品１０１における窒化アルミニウム圧電薄膜１０３のように、分極方向はＺ方向となる。すなわち分極方向は薄膜成長方向と同一方向となる。すなわちアルミニウム極性（Ａｌ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）である。
【００３２】
本願発明者らは、スパッタリング法により窒化アルミニウム圧電薄膜を形成するにあたり、Ｇｅを含有させれば、本実施形態のように、分極方向が反転している圧電薄膜を得られることを見出した。後述するように、このような分極方向が反転している圧電薄膜が得られると、分極方向が異なる複数の圧電薄膜の積層体などを容易に得ることができる。
【００３３】
以下、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３の具体的な製造方法の実施形態を説明する。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態におけるＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法に用いられる装置の概略構成図である。製造装置２１は、スパッタリング装置である。製造装置２１によれば、１元スパッタリング法により、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３を成膜することができる。
【００３５】
製造装置２１はチャンバー２３を有する。チャンバー２３内に、高周波電力源２４が配置されている。高周波電力源２４上に、ＧｅＡｌ合金ターゲット２２が載置されている。高周波電力源２４から高周波電力をＧｅＡｌ合金ターゲット２２に印加することができる。
【００３６】
なお、本明細書において、ＧｅＡｌ合金ターゲットとは、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びアルミニウム（Ａｌ）の合金のターゲットのことをいうものとする。
【００３７】
チャンバー２３内に、加熱装置２５，２６及びシャッター２７が配置されている。シャッター２７の上方に、基材１２，１２が配置されている。また、チャンバー２３外のバルブ２８を介してチャンバー２３内に、外部からＡｒとＮ２との混合ガスが供給されるように構成されている。
【００３８】
製造装置２１を用い、基材１２，１２上に、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３を、１元スパッタリング法により成膜することができる。より具体的には、加熱装置２５，２６によりチャンバー２３内を加熱し、その状態で、ＡｒとＮ２との混合ガスを供給しつつ、高周波電力源２４からＧｅＡｌ合金ターゲット２２に高周波電力を印加する。それによって、基材１２，１２上にＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３を形成することができる。
【００３９】
１元スパッタリング法においては、本実施形態のように、ターゲットとして、単一のターゲットであるＧｅＡｌ合金ターゲットを用いることができる。また、Ａｌターゲット上にＧｅペレットを置いたものや、Ａｌターゲットに穴をあけてＧｅペレットを埋め込んだものである、ＧｅＡｌ複合ターゲットを用いてもよい。このような構成では、例えば６インチサイズや８インチサイズのような大型ウエハ上に、Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を容易にかつ均一に成膜することができる。従って、比較的大きな面積のＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を容易に提供することができる。
【００４０】
上記基材１２，１２の加熱温度は、特に限定されないが、非加熱〜５００℃程度とすればよい。より好ましくは１００〜４００℃とすればよい。
【００４１】
また、ＡｒとＮ２との混合比は、目標とするＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜の組成にもよるが、流量比で１：４〜４：１程度とすればよい。好ましくは、Ａｒ：Ｎ２の流量比は、１：２〜２：１の範囲とすることがより一層望ましい。それによって、より一層良好な圧電特性を発現させることができる。
【００４２】
ガス圧については、特に限定されないが、０．０５Ｐａ〜５Ｐａ程度とすればよい。
【００４３】
Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３におけるＧｅの原子濃度は、ＧｅＡｌ合金ターゲットの組成を変化させたり、ＧｅＡｌ複合ターゲットの表面に露出するＧｅとＡｌの面積比を変更させたりすることにより調整することができる。
【００４４】
また、得られたＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３におけるＡｌ、Ｇｅ及びＮの原子濃度は、ＲＢＳまたはＮＲＡにより求めることができる。
【００４５】
上記ＲＢＳとは、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）である。ＲＢＳ法では、試料に高速のイオンを照射する。入射したイオンのうちの一部が試料中の原子核によって、ラザフォード散乱（弾性散乱）を受ける。散乱したイオンのエネルギーは、対象としている原子の質量及び位置により異なる。この散乱イオンのエネルギーと収量とから、試料の深さ方向の元素組成を得ることができる。
【００４６】
他方、上記ＮＲＡすなわち核反応解析では、高速イオンの照射により、試料中の軽い元素と核反応を引き起こす。この核反応により発生したα線やγ線を検出することにより、軽い元素の定量を行うことができる。
【００４７】
各原子濃度の測定に際しては、高速のＨイオンを用いたＲＢＳにより、上記Ｇｅ、Ａｌ及びＳｉの濃度を求めることができる。また、高速のＨイオンを用いたＮＲＡにより、Ｎの含有濃度を測定することができる。
【００４８】
本願発明者らは、Ｇｅ濃度を変化させ、種々の窒化アルミニウム圧電薄膜をスパッタリング法により以下の条件により作製した。図１は、窒化アルミニウム圧電薄膜中のＧｅ濃度と、圧電定数ｄ３３との関係を示す図である。
【００４９】
基材温度：２００℃
Ａｒ：Ｎ２の体積比＝１：１
ガス圧：０．２Ｐａ
【００５０】
図１中、実線は、上記の１元スパッタリング法により作製したＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜の結果であり、破線は、２元スパッタリング法により作製したＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜の結果である。なお、２元スパッタリング法においては、図７に示すようにＡｌターゲット１１１と、Ｇｅターゲット１１２との２つのターゲットを用いて、基材１１３上にＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を形成した。
【００５１】
なお、１元スパッタリング法とは１つの高周波電力源にＧｅＡｌ合金ターゲットまたはＧｅＡｌ複合ターゲットを配置したスパッタリング法のことである。これには、複数の高周波電力源の各々に同じターゲットを配置した場合も含まれる。一方、２元スパッタリング法とは、上記のように少なくとも２つの高周波電力源に異なる元素のターゲットを配置したスパッタリング法のことである。
【００５２】
また、下記の表１に、１元スパッタリング法により作製した窒化アルミニウム圧電薄膜中のＧｅ濃度と、圧電定数ｄ３３との関係を示す。また、下記の表２に、２元スパッタリング法により作製した窒化アルミニウム圧電薄膜中のＧｅ濃度と、圧電定数ｄ３３との関係を示す。
【００５３】
【表１】
0006565118.tif 000002
【００５４】
【表２】
0006565118.tif 000003
【００５５】
図１、表１及び表２から明らかなように、Ｇｅ濃度が０、すなわちＧｅを含有していない窒化アルミニウム圧電薄膜では、圧電定数ｄ３３は、約７〜８ｐＣ／Ｎであり、正の値である。
【００５６】
Ｇｅが含有されると、圧電定数ｄ３３は、急速にマイナスの値に移行することがわかる。
【００５７】
図１の実線及び表１より、１元スパッタリング法においては、Ｇｅ濃度が、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲内であれば、圧電定数ｄ３３が確実に負の値であることがわかる。すなわち、図４に示したように、分極方向が薄膜成長方向と逆方向であるＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜３を得られることがわかる。よって、本発明におけるＧｅ濃度は、０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲内にある。
【００５８】
また、本発明の圧電薄膜の製造方法においては、上記Ｇｅの濃度が０．４原子％以上、２０原子％以下の範囲となるように、基材上にＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を成長させることが好ましい。
【００５９】
図１、表１及び表２より、１元スパッタリング法においては、Ｇｅ濃度が１．５原子％以上、９原子％以下の範囲内にあれば、圧電定数ｄ３３の絶対値が、２元スパッタリング法の最高値の絶対値である５．８ｐＣ／Ｎよりも大きくなっていることがわかる。従って、圧電特性をより一層効果的に高め得ることがわかる。より好ましくは、Ｇｅ濃度が２．５原子％以上、７．９原子％以下の範囲内にあれば、圧電特性をさらに一層効果的に高め得ることがわかる。
【００６０】
また、図１、表１及び表２より、１元スパッタリング法においては、２元スパッタリング法では圧電定数ｄ３３が負の値とはなり難い、０．４原子％以上、３原子％未満の範囲内においても、圧電定数ｄ３３を負の値にすることができる。好ましくは、Ｇｅ濃度が１原子％以上、３原子％未満の範囲内にあれば、圧電特性をより一層効果的に高め得ることがわかる。より好ましくは、Ｇｅ濃度が２原子％以上、３原子％未満の範囲内にあれば、圧電特性をさらに一層効果的に高め得ることがわかる。
【００６１】
従って、本発明においては、圧電特性をより一層高める観点から、上記Ｇｅの濃度は、１原子％以上であることが好ましく、１．５原子％以上であることがより好ましく、２原子％以上であることがさらに好ましく、２．５原子％以上であることが特に好ましい。また、上記Ｇｅの濃度は、９原子％以下であることが好ましく、７．９原子％以下であることがより好ましく、３原子％未満であることがさらに好ましい。
【００６２】
上記のように、本願発明者らは、１元スパッタリング法によりＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を成膜することで、２元スパッタリング法で成膜した圧電薄膜より、圧電特性に優れた圧電薄膜が得られることを見出した。また、本願発明者らは、１元スパッタリング法によりＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を成膜することで、２元スパッタリング法では圧電定数ｄ３３が負の値とならなかったＧｅの濃度範囲においても、圧電定数ｄ３３が負の値となることを見出し、本発明を成すに至った。従って、本発明のＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜は、１元スパッタリング法により成膜された圧電薄膜であることが望ましい。
【００６３】
Ｇｅが含有されるとＧｅとＡｌとが置換されていることがＲＢＳ／ＮＲＡ分析より分かり、文献（R. D. Shannon, Acta Crystallogr., A 32 (1976) 751.）より、３価４配位のＡｌと４価４配位のＧｅはイオン半径がともに０．３９オングストロームと近似しており、置換しやすいことも分かる。
【００６４】
また、第一原理計算よりＧｅは４価４配位の構造を安定的に取りやすく、その際の電荷補償はＡｌ欠陥によって行われると安定構造をとり、かつ実験的で取得された圧電定数や結晶構造に非常に近いものが得られることが分かった。
【００６５】
これらの実験データと理論解析より、Ａｌ欠損を安定して実現できるＧｅドープのような方法が窒素極性（Ｎ  ｐｏｌａｒｉｔｙ）な窒化アルミニウム圧電薄膜を形成するのに有効であることが分かった。
【００６６】
前述した特許文献１の製造方法では、微量の酸素を高精度に供給することが困難であった。これに対して、上記一実施形態から明らかなように、本発明の窒化アルミニウム圧電薄膜の製造方法では、このような微量のガスの供給のような煩雑な工程を必要としない。従って、分極方向が反転されたＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を容易に量産することができる。
【００６７】
図５は、本発明の圧電部品の一構造例を示す部分切欠き正面断面図である。圧電薄膜共振子５１は、基板５２を有する。基板５２には、空洞部５２ａが設けられている。この空洞部５２ａ上において、支持膜５３、第１の圧電薄膜５４及び第２の圧電薄膜５５がこの順序で積層されている。また、第１の圧電薄膜５４の下面に下部電極５６が配置されている。第２の圧電薄膜５５の上方には、上部電極５７が設けられている。第１の圧電薄膜５４と第２の圧電薄膜５５との間には、中間電極５８が設けられている。そして、第１の圧電薄膜５４の分極方向は、矢印Ｚ方向であるのに対し、第２の圧電薄膜５５の分極方向は矢印−Ｚ方向である。このような圧電薄膜共振子５１を得るに際し、上記Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜を第２の圧電薄膜５５として好適に用いることができる。
【００６８】
一例として、本圧電薄膜共振子５１の上部電極５７と下部電極５６を共通グランド電極、中間電極５８をシグナル電極として基本波駆動すると、一対の上下電極と圧電薄膜で形成された一般的な圧電薄膜共振子に比べて、同一の面積で４倍の容量が取れるため素子の面積低減に大きな効果を発現する。
【００６９】
また別の例として、上部電極５７をグランド電極、下部電極５６をシグナル電極、中間電極５８を浮き電極として２倍波駆動すると、一対の上下電極と圧電薄膜で形成された一般的な圧電薄膜共振子に比べて、同じ厚みで２倍の共振周波数で駆動できるため、素子の高周波化に大きな効果を発現する。
【００７０】
なお、空洞部５２ａは本実施例では基板を圧電薄膜を形成した面と反対側の面から貫通させて形成しているが、あらかじめ空隙を形成した基板に犠牲材料を埋め込み、圧電薄膜形成後にエッチングすることにより犠牲材料を除去して空洞を形成してもよい。また、基板上に犠牲材料およびその上に圧電薄膜を形成した後、犠牲材料を除去したエアギャップ構造や、圧電体と基板の間に高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層を交互に積層して形成した音響反射器を備える構造とすることにより、音響分離した圧電薄膜共振子としてもよい。
【００７１】
第１の圧電薄膜５４としては、Ｇｅを含有していない窒化アルミニウム圧電薄膜をスパッタリングにより形成すればよい。従って、分極方向が異なる第１，第２の圧電薄膜５４，５５を容易に形成することができる。
【００７２】
図６は、本発明の圧電部品の他の構造例を示す正面断面図である。図６に示す音響素子６１は、ケース６２を有する。ケース６２は、下方に開いた開口を有する。下方に開いた開口は、ベースプレート６３により閉成されている。上記ケース６２の上面には、複数の放音孔６２ａが設けられている。
【００７３】
また、ケース６２内には、積層圧電素子７０が支持部６４，６５を介して取り付けられている。積層圧電素子７０は、上から順に、電極７１、振動膜７２、圧電層７３、電極７４を積層してなる第１の積層部分と、その下方に配置されており、上から順に、電極７５、圧電層７６、振動膜７７及び電極７８が積層されている第２の積層部分とを有する。圧電層７３の分極方向と、圧電層７６の分極方向とは、厚み方向において互いに逆向きとされている。圧電層７３，７６として、本発明のＧｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜と、分極方向が薄膜成長方向である窒化アルミニウム圧電薄膜とを用いることにより、このような音響素子６１を容易に作製することができる。
【００７４】
なお、図５及び図６に示した構造例に限らず、本発明は、様々な圧電振動子、圧電共振子、圧電アクチュエータ、圧電センサなどの分極方向が逆方向の圧電薄膜を用いた圧電部品に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…圧電部品
２…基材
３…Ｇｅ含有窒化アルミニウム圧電薄膜
４…電極
１２…基材
２１…製造装置
２２…ＧｅＡｌ合金ターゲット
２３…チャンバー
２４…高周波電力源
２５，２６…加熱装置
２７…シャッター
２８…バルブ
５１…圧電薄膜共振子
５２…基板
５２ａ…空洞部
５３…支持膜
５４，５５…第１，第２の圧電薄膜
５６…下部電極
５７…上部電極
５８…中間電極
６１…音響素子
６２…ケース
６２ａ…放音孔
６３…ベースプレート
６４，６５…支持部
７０…積層圧電素子
７１…電極
７２，７７…振動膜
７３，７６…圧電層
７４，７５，７８…電極
【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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