(57)【要約】    【課題】  バルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」よりも遅い、縦波を主成分とした表面波を利用しており、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失が小さく、かつ高位相速度を実現し得る表面波装置を提供する。    【解決手段】  縦波成分を主体とする第２漏洩表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＴａＯ3基板と、ＬｉＴａＯ3基板上に形成された導体膜からなるＩＤＴ３を備え、導体膜の密度が、２６９９ｋｇ／ｍ3＜ρ＜１９３００ｋｇ／ｍ3の範囲にある、表面波装置。【選択図】        図１３
2004236285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦波成分を主体とする第２漏洩表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＴａＯ3基板と、
前記ＬｉＴａＯ3基板上に形成された導体膜とを備え、
前記導体膜の密度が、２６９９ｋｇ／ｍ3＜ρ＜１９３００ｋｇ／ｍ3の範囲にあることを特徴とする、表面波装置。
【請求項２】
前記縦波成分主体の第２漏洩表面波の波長をλ、導体膜の厚みをＨとしたとき、導体膜の規格化膜厚Ｈ／λが、５．３０２３×ρ-0.4172＞Ｈ／λ＞８０１６１×ρ-1.781の範囲にある、請求項１に記載の表面波装置。
【請求項３】
前記ＬｉＴａＯ3基板のオイラー角が、図８〜図１１に示した領域Ｂ１〜Ｂ４の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の表面波装置。
【請求項４】
前記導体膜が、ＣｕもしくはＡｇまたはこれらを主成分とする金属からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の表面波装置。
【請求項５】
縦波成分を主体とする第２漏洩表面波を利用した表面波装置であって、
下記の表１，２に示されている座標を結んだ線で囲まれた領域Ａ１〜Ａ１０に含まれるオイラー角のＬｉＴａＯ3基板と、
前記ＬｉＴａＯ3基板上に形成された導体膜とを備え、
前記導体膜の密度ρが２６９９ｋｇ／ｍ3よりも大きく、かつ導体膜の厚みをＨ、縦波成分主体の第２漏洩表面波の波長をλとしたときに、導体膜の規格化膜厚Ｈ／λが、５．３０２３×ρ-0.4172＞Ｈ／λ＞８０１６１×ρ-1.781の範囲にある、表面波装置。
【表１】
2004236285.tif 000010
【表２】
2004236285.tif 000011
【請求項６】
前記導体膜が、Ｃｕ、ＡｇもしくはＡｕまたはこれら主成分とする金属からなる請求項５に記載の表面波装置。
【請求項７】
前記導体膜により、ＩＤＴ及び／またはグレーティング反射器が構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の表面波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬｉＴａＯ3基板を用いた表面波装置に関し、より詳細には、ＬｉＴａＯ3基板を伝搬するバルク波の内の「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波成分主体の表面波を利用した表面波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面波装置は、高性能であり、軽量かつ小型であるため、携帯用移動体通信機器向け帯域フィルタなどに広く用いられている。表面波装置の動作周波数Ｆは、表面波の位相速度Ｖと、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）のフィンガ周期Ｌにより、Ｆ＝Ｖ／Ｌで決定される。
【０００３】
従って、同じ周波数で動作する表面波装置であっても、位相速度Ｖが高いと、フィンガ周期Ｌが大きくなる。周期Ｌが大きくなると、ＩＤＴの電極指の幅を大きくすることができる。従って、表面波装置を、安価にかつ歩留まりよく製造することが可能となる。しかしながら、周期Ｌが大きすぎると、チップサイズが大きくなり、ウエハーから得られる表面波装置の数が少なくなり、製造コストが高くつくことになる。
【０００４】
逆に、位相速度Ｖが低いと、周期Ｌは小さくなる。従って、表面波装置の寸法を小型とすることができる。しかしながら、周期Ｌが小さすぎると、ＩＤＴの電極指の幅が細くなりすぎる。そのため、ＩＤＴの形成に際して、コストが高くつく微細工法を用いなければならない。
【０００５】
よって、表面波装置における表面波の位相速度は、用途に応じて適切な大きさとすることが必要である。また、近年の通信機器の高周波化に伴って、動作周波数の高周波化が強く求められており、表面波装置においては、位相速度の早い表面波が必要とされる。
【０００６】
表面波装置の一種である共振器型表面波フィルタの帯域幅は、電気機械結合係数ｋs2に依存する。電気機械結合係数が大きい程、広帯域のフィルタを得ることができる。電気機械結合係数が小さい程、狭帯域のフィルタとなる。従って、電気機械結合係数ｋs2は、用途に応じて適切な値とすることが重要である。携帯電話などに用いられているＲＦ用の表面波フィルタでは、４〜１０％程度の電気機械結合係数ｋs2が求められている。
【０００７】
表面波の伝搬に伴う損失、すなわち、伝搬損失は、表面波フィルタの挿入損失を劣化させたり、表面波共振子の共振抵抗や共振周波数のインピーダンス／反共振周波数におけるインピーダンスの比を劣化させたりする。従って、伝搬損失は小さい程望ましい。
【０００８】
表面波装置に利用される表面波としては、レイリー波や漏洩表面波が知られている。漏洩表面波は、レイリー波よりも位相速度が早いことが多い。高周波帯で動作する表面波装置では、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）の３６°〜４２°Ｙ−Ｘ基板や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）の４１°Ｙ−Ｘ基板もしくは６４°Ｙ−Ｘ基板を伝搬する、表面波伝搬方向に水平な横波成分（ｕ２成分）が主体である漏洩表面波が利用されることがある。これらの漏洩表面波は、これらの基板上にアルミなどからなるＩＤＴが形成されている表面波装置において、４０００〜４５００ｍ／秒で伝搬する。
【０００９】
近年、位相速度が５０００〜７０００ｍ／秒と、従来の漏洩表面波よりも高い、縦波成分（ｕ１成分）が主体である第２漏洩表面波が注目されている。
【００１０】
下記の非特許文献１には、四ほう酸リチウム基板を伝搬する位相速度６６５６ｍ／秒の縦波成分主体の漏洩表面波が開示されている。また、下記の非特許文献２には、ＬｉＴａＯ3基板及びＬｉＮｂＯ3基板を伝搬する、縦波成分主体の第２の漏洩表面波が開示されている。非特許文献２によれば、ＬｉＴａＯ3基板の場合、オイラー角（９０°，９０°，３１°）で電気機械結合係数ｋs2が２．４１％と最大となり、電気的開放面（自由表面）と電気的短絡面（短絡表面）の伝搬損失は、それぞれ、約０．０６ｄＢ／λ、約０．５ｄＢ／λとなり、自由表面に比べ、短絡表面における伝搬損失が大きいとされている。なお、λは、第２漏洩表面波の波長を示す。また、オイラー角（９０°，９０°，３１°）における自由表面と周波数温度特性ＴＣＤは、それぞれ、約３５ｐｐｍ及び約４８ｐｐｍであることが開示されている。
【００１１】
また、下記の特許文献１には、縦波成分が横波成分よりも優勢である縦波型表面波を利用した表面波装置が開示されている。ここでは、特定のオイラー角のＬｉＴａＯ3基板やＬｉＮｂＯ3基板上に、縦波型表面波の波数Ｋと薄膜の厚みＨとの積が所定の数値範囲となるように薄膜が形成されている表面波装置が開示されている。例えば、ＬｉＴａＯ3基板上に、Ａｕからなる導体膜を形成した場合には、ＫＨ＝０．６（Ｈ／λ＝９．６％）以上で、「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波型表面波が効果的に利用され、伝搬損失をほぼ０とすることができるとされている。
【００１２】
なお、「遅い横波」及び「速い横波」は、圧電基板を伝搬するバルク波であり、圧電基板中を伝搬するバルク波としては、「遅い横波」、「速い横波」及び「縦波」の３種類のバルク波が存在する。上記先行技術に記載の表面波装置では、この「速い横波」及び「遅い横波」よりも位相速度が遅い縦波型表面波では、上記のように伝搬損失が０となることが示されている。
【００１３】
本明細書において「遅い横波」、「速い横波」及び「縦波」の定義は、以下の通りである。横波には、変位成分がＵ３のＳＶ波と変位成分がＵ２のＳＨ波があり、ＳＶ波とＳＨ波の内、音速の遅い横波が「遅い横波」、音速の速い横波が「速い横波」である。「縦波」とは、Ｐ波と呼ばれる変位成分がＵ１の波である。
【特許文献１】特開平８−２８８７８８号公報
【非特許文献１】「四ほう酸リチウム基板における縦波型リーキー波」（１９９４年信学春季全大，Ａ４４３，１９９４）
【非特許文献２】「Characteristics of Leaky Surface Acoustic Waves Propagating on LiNbO3 andLiTaO3 SubstratesS.Tonami,A.Nishikata,Y.Shimizu,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.34（1995）pp.2664-2667
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述したように、携帯電話などに用いられるＲＦ用表面波フィルタでは、電気機械結合係数ｋs2が４〜１０％程度であることが必要とされている。しかしながら、ＬｉＴａＯ3基板上にＡｌからなる導体膜を形成してなる表面波装置では、電気機械結合係数ｋs2は２．１３％程度にすぎなかった。
【００１５】
また、アルミからなる導体膜を用いた場合には、導体膜の膜厚を厚くする必要があり、そのため歩留りが悪いという問題もあった。
【００１６】
他方、特許文献１に開示されている縦波型擬似表面波の位相速度を、Ａｕからなる導体膜を厚く形成することにより、「速い横波」及び「遅い横波」よりも遅くし、短絡表面における伝搬損失を０とした場合には、位相速度はレイリー波と同等の３３００ｍ／秒程度となる。従って、縦波型表面波の速い位相速度という利点が失われ、高周波化に対応することができない。
【００１７】
上記のように、従来の縦波を主成分とした表面波を利用した表面波装置では、電気機械結合係数が十分な大きさとならなかったり、伝搬損失が大きかったり、高い位相速度を利用することができなかったりするという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、縦波を主成分とした表面波を利用しており、電気機械結合係数が大きく、伝搬損失が小さく、かつ高位相速度を実現し得る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】
【００１９】
本願の第１の発明の広い局面によれば、縦波成分を主体とする第２漏洩表面波を利用した表面波装置であって、ＬｉＴａＯ3基板と、前記ＬｉＴａＯ3基板上に形成された導体膜とを備え、前記導体膜の密度が、２６９９ｋｇ／ｍ3＜ρ＜１９３００ｋｇ／ｍ3の範囲にあることを特徴とする、表面波装置が提供される。
【００２０】
第１の発明のある特定の局面では、前記縦波成分主体の第２漏洩表面波の波長をλ、導体膜の厚みをＨとしたとき、導体膜の規格化膜厚Ｈ／λが、５．３０２３×ρ-0.4172＞Ｈ／λ＞８０１６１×ρ-1.781の範囲にある。この場合には、電気機械結合係数ｋs2をより一層大きくすることができる。
【００２１】
第１の発明のさらに他の特定の局面では、前記ＬｉＴａＯ3基板のオイラー角が、図８〜図１１に示した領域Ｂ１〜Ｂ４の範囲にある。この場合には、電気機械結合係数ｋs2をさらに大きくすることが可能となる。
【００２２】
第１の発明のさらに他の特定の局面では、上記導体膜は、ＣｕもしくはＡｇまたはこれらを主成分とする金属により構成され、従って、低い導体膜を形成することができる。
【００２３】
本願の第２の発明の広い局面によれば、縦波成分を主体とする第２漏洩表面波を利用した表面波装置であって、下記の表３，４に示されている座標を結んだ線で囲まれた領域Ａ１〜Ａ１０に含まれるオイラー角のＬｉＴａＯ3基板と、前記ＬｉＴａＯ3基板上に形成された導体膜とを備え、前記導体膜の密度ρが２６９９ｋｇ／ｍ3よりも大きく、かつ導体膜の厚みをＨ、縦波成分主体の第２漏洩表面波の波長をλとしたときに、導体膜の規格化膜厚Ｈ／λが、５．３０２３×ρ-0.4172＞Ｈ／λ＞８０１６１×ρ-1.781の範囲にある、表面波装置が提供される。
【００２４】
【表３】
2004236285.tif 000003
【００２５】
【表４】
2004236285.tif 000004
【００２６】
第２の発明のある特定の局面では、前記導体膜が、Ｃｕ、ＡｇもしくはＡｕまたはこれら主成分とする金属からなり、低い導体膜を形成することができる。
【００２７】
第１，第２の発明では、上記記導体膜により各種電極が形成されるが、例えばＩＤＴ及び／またはグレーティング反射器が上記導体膜により構成される。
【発明の効果】
【００２８】
第１の発明に係る表面波装置は、ＬｉＴａＯ3基板上に密度が２６９９ｋｇ／ｍ3よりも大きく１９３００ｋｇ／ｍ3よりも小さい導体膜を形成してなる構造を有し、縦波成分を主体とする第２漏洩表面波を利用しているため、縦波成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2を高めることがで、製造に際しての周波数ばらつきを低減することができ、さらに伝搬損失を小さくすることが可能となる。
【００２９】
また、第２の発明に係る表面波装置では、上述した表１及び表２に示されている座標を結んだ線で囲まれた領域Ａ１〜Ａ１０に含まれるオイラー角のＬｉＴａＯ3基板上に、密度ρが２６９９ｋｇ／ｍ3よりも大きく、かつ導体膜の厚みＨ／λが、５．３０２３×ρ-0.4172より小さく、８０１６１×ρ-1.781よりも大きいため、縦波成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2を高めることがで、かつ周波数ばらつきを低減することができるとともに、伝搬損失を低減することが可能となる。
【００３０】
よって、本願の第１，第２の発明によれば、電気機械結合係数が高く、伝搬損失が小さく、従って高性能であり、かつ製造時の周波数ばらつきが少なく、煩雑な周波数調整工程を簡略化し得る縦波成分主体の第２漏洩表面波を利用した表面波装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（用語の定義）
なお、本願明細書では、下記の用語については、以下の意味を有するものとする。
【００３２】
縦波を主成分とする表面波…本明細書において、「縦波を主成分とする表面波」とは、上記特許文献１に記載の縦波成分が横波成分よりも優勢である縦波型疑似弾性表面波、縦波型表面すべり波、第２漏洩表面波などを含み、更に位相速度が「遅い横波」及び「速い横波」よりも遅い縦波を主成分とする縦波型表面波を広く含むものとする。
【００３３】
オイラー角…本明細書では、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、「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１１月３０日発行、５４９頁）記載の右手系オイラー角を用いた。
【００３４】
結晶軸…オイラー角の初期値として与えられるＬｉＴａＯ3の結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、Ｚ軸をｃ軸と平行とし、Ｘ軸を等価な３方向のａ軸のうちの任意の１つと平行とし、Ｙ軸はＸ軸及びＺ軸を含む面の法線方向とした。
【００３５】
変位成分…本明細書においては、ｕ１，ｕ２，ｕ３と表記した。ｕ１は、Ｘ軸方向の変位であり、ｕ２はＹ軸方向の変位であり、ｕ３はＺ軸方向の変位である。上記第２漏洩表面波は、ｕ１成分が主体の場合の縦波型漏洩表面波と呼ばれている。
【００３６】
等価なオイラー角…本明細書においては、等価なオイラー角なる表現が用いられているが、これは、ＬｉＴａＯ3基板のオイラー角（φ，θ，ψ）が概して結晶学的に等価なオイラー角をいうものとする。例えば、日本音響学会誌３６巻３号、１９８０年、１４０〜１４５頁）によれば、ＬｉＮｂＯ3は、三方晶系３ｍ点群に属する結晶であるため、以下の式（Ａ）が成り立つ。
【００３７】
Ｆ（φ，θ，ψ）＝Ｆ（６０°−φ，−θ，ψ）
＝Ｆ（６０°＋φ，−θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，１８０°＋θ，１８０°−ψ）
＝Ｆ（φ，θ，１８０°＋ψ）                …  （Ａ）
なお、Ｆは、電気機械結合係数、伝搬損失、周波数温度特性係数ＴＣＦ、パワーフロ角ＰＦＡ及びナチュラル一方向性などの、オイラー角依存性を有する任意の表面波特性を示す。なお、ＰＦＡやナチュラル一方向性は、伝搬方向を正負反転した場合、符号は変わるものの絶対量は等しくなる。従って、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ことになる。また、例えば、オイラー角（３０°，９０°，４５°）の表面波伝搬特性は、下記の表５に示すオイラー角の表面波伝搬特性と等価である。
【００３８】
【表５】
2004236285.tif 000005
【００３９】
以下、本発明の具体的な実施例を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００４０】
本願発明者らは、文献「A method for estimating optimal cuts and propagation directions for excitation and propagation directions for excitation of piezoelectric surface waves」（J.J.Campbell and W.R.Jones,IEEE Trans.Sonics and Ultrason.,Vol.SU-15(1968)pp.209-217）、文献「疑似弾性表面波解析における放射条件の取り扱いについて」（橋本、遠藤、山口、信学技報,US95-46,1995-09,pp.25-30）などで報告されている一般的な表面波の伝搬特性を解析する手法を用いて、短絡表面及び開放表面に縦波を主成分とする表面波の伝搬特性をまとめた。
【００４１】
なお、開放表面の伝搬特性は、導体膜の導電率を０、比誘電率を１として求めた。
【００４２】
図１は、オイラー角（９０°，９０°，３１°）のＬｉＴａＯ3基板上に、種々の材料からなる導体膜を厚さＨ／λで形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2の変化を示す。なお、Ｈは、導体膜の厚みを、λはｕ１成分主体の表面波の波長を示す。導体膜を構成する材料としては、図１に示すように、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕを用いた。
【００４３】
また、これらの構造における短絡表面の位相速度Ｖｍ及び開放表面の位相速度Ｖｆを図２に示す。
【００４４】
なお、本明細書における「主体となる変位成分」は、基板表面から深さ３λの範囲において最大変位を有する変位成分とした。
【００４５】
図１から明らかなように、いずれの金属を用いた場合においても、電気機械結合係数ｋs2は、導体膜が特定の膜厚の場合に最大となることがわかる。下記の表６は、導体膜の密度と、電気機械結合係数ｋs2が最大となる場合の導体膜の規格化膜厚Ｈ／λ及び電気機械結合係数ｋs2の最大値とを示す。導体膜の密度が高くなるに連れて、電気機械結合係数ｋs2が最大となる規格化膜厚Ｈ／λは薄くなりかつ電気機械結合係数ｋs2の最大値も増加することがわかる。
【００４６】
Ａｌからなる導体膜を用いた場合に大きな電気機械結合係数ｋs2を得るには、膜厚Ｈ／λを０．１程度と厚くする必要があることがわかる。従って、ＬｉＴａＯ3基板上にＩＤＴやグレーティング反射器などの電極を形成する場合、電極指の線幅に対する膜厚の差が小さくなり、電極のアスペクト比が大きくなることになる。そのため、ドライエッチング工程により電極を形成する場合には、エッチング不良が生じ易くなる。また、リフトオフ工程で電極を形成する場合には、レジストの形成が困難となる。従って、導体膜の規格化膜厚Ｈ／λは、０．１以下と薄い方が望ましい。
【００４７】
また、電気機械結合係数ｋs2がもっとも大きい、Ａｕの場合には、性能を高める上では、望ましい材料である。しかしながら、Ａｕは高価な材料である。工業的には、Ａｕと同等の電気機械結合係数ｋs2が得られる安価なＣｕやＡｇが望ましい。
【００４８】
【表６】
2004236285.tif 000006
【００４９】
また、図２から明らかなように、導体膜の密度が高くなる程、規格化膜厚Ｈ／λに対する音速の変化量が増加する傾向があることがわかる。膜厚Ｈ／λに対する音速の変化が大きいと、表面波装置を製造するときの膜厚ばらつきによる周波数ばらつきが増加する。周波数ばらつきが大きくなると、ドライエッチングやイオンミリングなどにより、ウエハーや導体膜をエッチングする周波数調整を行わなければならない。しかしながら、周波数調整は高コストの工程であるため、製造時に周波数調整を省略することが望ましい。本願発明者等の検討によれば、Ａｕからなる導体膜を用いた場合には、製造時に周波数調整が必須であることがわかっている。
【００５０】
従って、導体膜として、Ａｌよりも高密度の材料を用いることにより、電気機械結合係数ｋs2を高めることができる。また、高性能のみが要求される用途では、Ａｕが導体膜として望ましいが、性能とコストの両立が要求される用途では、Ａｕよりも密度の低い材料が望ましい。従って、導体膜としては、密度が、２６９９ｋｇ／ｍ3よりも大きく、従って、電気機械結合係数ｋs2を高め、十分な性能を得ることができ、かつ１９３００ｋｇ／ｍ3よりも小さく、従って、周波数調整を不要とし、表面波装置のコストを低減するものが望ましい。
【００５１】
ここで、密度が、２６９９Ｋｇ／ｍ3より大きく、かつ１９３００Ｋｇ／ｍ3よりも小さい金属としては、Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｔａ，Ｗが挙げられ、これらの金属を導体膜に用いることができる。
【００５２】
図３は、基板表面に導体膜としてＡｌ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕを、それぞれ、厚みＨ／λで形成してなるオイラー角（９０°，３１°，１１６°）ＬｉＴａＯ3基板を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2の変化を示す。また、図４は、これらの導体膜を形成した場合の短絡表面の位相速度Ｖｍ及び開放表面の位相速度Ｖｆを示す。図５は、オイラー角（０°，２８°，９０°）のＬｉＴａＯ3基板表面にＡｌ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる導体膜を種々の厚みで形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2の変化を示し、図６は、これらの構造における短絡表面の位相速度Ｖｍ及び開放表面の位相速度Ｖｆを示す。
【００５３】
図３及び図５から明らかなように、ＬｉＴａＯ3基板のオイラー角を（９０°，３１°，１１６°）や（０°，２８°，９０°）とすることにより、電気機械結合係数ｋs2の最大値は、４〜６％から６〜８％に高められることがわかる。この場合、音速の変化量は同等である。
【００５４】
下記の表７は、オイラー角（９０°，３１°，１１６°）における導体膜の密度と、電気機械結合係数ｋs2が最大となる導体膜の膜厚Ｈ／λと、電気機械結合係数ｋs2の最大値と、電気機械結合係数ｋs2が４％よりも大きくなる膜厚Ｈ／λと、６％よりも大きくなる膜厚Ｈ／λとを示す。また、図７は、導体膜の密度ρと、電気機械結合係数ｋs2が４％よりも大きくなる膜厚Ｈ／λと、６％よりも大きくなる膜厚Ｈ／λとの関係を示す図である。
【００５５】
【表７】
2004236285.tif 000007
【００５６】
図７から明らかなように、電気機械結合係数ｋs2が４％より大きくなる条件は、下記の式（１）と（２）とで挟まれた領域で表わされる。
【００５７】
Ｈ／λ＝５．３０２３×ρ-0.4172       …式（１）
Ｈ／λ＝８０１６１×ρ-1.781     …式（２）
また、電気機械結合係数ｋs2が６％よりも大きくなる条件は、下記の式（３）及び（４）に挟まれた領域で示される。
【００５８】
Ｈ／λ＝２０．１１３×ρ-0.6071        …式（３）
Ｈ／λ＝４０４４９×ρ-1.6237          …式（４）
また、図１及び図５からオイラー角（９０°，９０°，３１°）、（０°，２８°，９０°）などの他のオイラー角などにおいても、電気機械結合係数ｋs2の最大値は代わるものの、電気機械結合係数ｋs2が大きくなる導体膜のＨ／λの適性条件は、図３に示したオイラー角（９０°，３１°，１１６°）の場合の結果等の比較から、式（１）〜（４）に示した条件とほぼ等しいものと判断することができる。
【００５９】
本願発明者等は、ＬｉＴａＯ3基板として、様々なオイラー角のものを用い、電気機械結合係数ｋs2をさらに高め得る条件を求めた。
【００６０】
図８〜図１１は、オイラー角（φ，θ，ψ）のＬｉＴａＯ3基板表面に、導体膜としてＡｇを規格化膜厚Ｈ／λ＝０．０３となるように形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2が４％以上及び６％以上となるオイラー角の領域を示す。ここで、図８ではφ＝０°、図９ではφ＝１０°、図１０ではφ＝２０°、図１１ではφ＝３０°である。
【００６１】
図８〜図１１において、電気機械結合係数ｋs2が６％以上となるオイラー角は、各図において破線で囲まれた領域Ａ１〜Ａ１０である。これらの領域Ａ１〜Ａ１０は、下記の表８及び表９において示す座標Ｐ１〜Ｐ５を順に結んだ線で囲んまれた領域で示される。また、電気機械結合係数ｋs2が４％以上となるオイラー角は、図８〜図１１の実線で囲まれた領域Ｂ１〜Ｂ４である。
【００６２】
【表８】
2004236285.tif 000008
【００６３】
【表９】
2004236285.tif 000009
【００６４】
なお、図８〜図１１で、φ＝０°、１０°、２０°及び３０°とされているが、式（Ａ）によれば、オイラー角（９０°，９０°，３１°）はオイラー角（３０°，９０°，１４９°）と等価であり、オイラー角（９０°，３１°，１１６°）はオイラー角（３０°，１４９°，６４°）と等価である。
【００６５】
また、図８〜図１１から、オイラー角の変化に伴って、上述した電気機械結合係数ｋs2が６％以上となるオイラー角は、各図において破線で囲まれた領域Ａ１〜Ａ１０である。これらの領域Ａ１〜Ａ１０は、下記の表６及び表７において示す座標Ｐ１〜Ｐ５を順に結んだ線で囲んまれた領域で示される。また、電気機械結合係数ｋs2が高い領域は連続的に変化していることがわかる。従って、上記領域Ａ１〜Ａ１０及び領域Ｂ１〜Ｂ４は、それぞれ、φ＝０°±５°、１０°±５°、２０°±５°、３０°±５°の範囲でも同等の電気機械結合係数ｋs2の得られることがわかる。
【００６６】
同様に、導体膜の膜厚Ｈ／λ＝０．０３の場合に大きな電気機械結合係数が得られるオイラー角を、Ａｕ、Ｃｕ及びＡｌを用いた場合においても検討した。その結果、電気機械結合係数ｋs2の絶対値には差があるものの、ＡｕやＣｕからなる導体膜を用いた場合には、図８〜図１１に示した領域Ｂ１〜Ｂ４及び領域Ａ１〜Ａ１０において大きな電気機械結合係数ｋs2が得られた。なお、Ａｌを用いた場合においては、領域Ａ１〜Ａ１０は見出されたが、電気機械結合係数ｋs2が４％以上となる条件、すなわち、領域Ｂ１〜Ｂ４は見つけることはできなかった。
【００６７】
図１２は、オイラー角（９０°，３１°，１１６°）のＬｉＴａＯ3基板上に、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕからなる導体膜を膜厚Ｈ／λで形成してなる構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の短絡面における伝搬損失αを示す。
【００６８】
一般に、圧電基板を伝搬する３種類のバルク波、すなわち「遅い横波」、「速い横波」及び「縦波」よりも表面波の音速が遅くなると、表面波の伝搬損失が発生しなくなることが知られている。オイラー角（９０°，３１°，１１６°）のＬｉＴａＯ3基板を伝搬するバルク波の音速は、それぞれ、遅い横波＝３３５２ｍ／秒、速い横波＝３３７５ｍ／秒及び縦波＝６２８７ｍ／秒である。導体膜として、Ａｕ膜を用いた場合には、図６から、Ｈ／λ＞０．０９７で、表面波の音速は３３５２ｍ／秒よりも遅くなり、従って伝搬損失αは０となる。しかしながら、音速も３３５２ｍ／秒よりも遅くなるため、ＲＦ帯のフィルタとして用いる場合には、ＩＤＴやグレーティング反射器の電極指の幅が細くなり、実用的ではない。
【００６９】
他方、図１２に示されているように、導体膜の密度が増加するに伴って、伝搬損失αは減少する傾向がある。Ａｌよりも密度の高いＣｕ、ＡｇまたはＡｕでは、伝搬損失が極小となるＨ／λが存在することもわかる。図８〜図１１に示した電気機械結合係数ｋs2の大きなオイラー角の領域、特に、ｋs2＞６％のオイラー角の領域Ａ１〜Ａ１０では、Ａｕの場合には、Ｈ／λ＝０．０２〜０．０４の範囲で伝搬損失αの極小値が生じ、Ａｇの場合には、Ｈ／λ＝０．０５〜０．１２の範囲にαの極小値が生じ、Ｃｕの場合には、Ｈ／λ＝０．０６〜０．１５の範囲において伝搬損失αの極小値が生じる。特に、ＡｕやＡｇを用いた場合、「縦波」と「速い横波」との間の音速５０００ｍ／秒程度で伝搬損失が０．１ｄＢ／λ以下とされ得る。なお、Ａｌを用いた場合には、伝搬損失の極小値が存在する条件は見出され得なかった。
【００７０】
本願発明者等の知見によれば、縦波成分主体の第２漏洩表面波は、導体膜を形成した基板における伝搬損失αが多少大きくとも、ＩＤＴや反射器などのグレーティングを形成した基板での伝搬損失は小さくなる傾向を示すことがわかった。この現象は、グレーティングにより音速が低下することに起因すると考えられる。もっとも、グレーティングが形成されている場合でも、Ａｌよりも密度の大きなＣｕ、、Ａｇ及びＡｕを用いることにより、導体膜を形成した状態における伝搬損失がより小さいため、より一層小さな伝搬損失が得られていると考えられる。
【００７１】
また、上記ＬｉＴａＯ3基板の周波数温度特性ＴＣＤは、２０〜５０ｐｐｍと大きいことが知られている。文献（「プラズマＣＶＤ法、ＳｉＯ2膜を用いた層状構造弾性表面波基板」中条、山之内、柴山、電子情報通信学会超音波研究会資料ＵＳ８０−３（１９８０））に、漏洩表面波のＴＣＤを、ＳｉＯ2膜の形成により改善する方法が開示されている。
【００７２】
縦波成分主体の表面波に対してもこの手法は有効であると考えられる。すなわち、ＩＤＴ上に、ＳｉＯ2膜をスパッタリングなどにより形成することにより、ＴＣＤを改善することができると考えられる。また、この場合、ＩＤＴを構成する導体膜の膜厚が薄い方が、ステップカバレッジが改善され、また電極指の側壁部分において、ＳｉＯ2膜が異常成長する不具合が起こり難くなる。従って、この点からも、導体膜の膜厚をＡｌに比べて薄くし得るＣｕ、Ａｇ及びＡｕなどの高密度の導体膜が好ましいことがわかる。
【００７３】
本発明に係る表面波装置は、上記特定のオイラー角のＬｉＴａＯ3基板と電極膜とを備える限り、その具体的な構造については特に限定されない。一例として図１３に、本発明が適用される１ポート型表面波共振子を模式的平面図で示す。１ポート型表面波共振子である表面波装置１は、上記特定のオイラー角ＬｉＴａＯ3基板２を有する。ＬｉＴａＯ3基板２上に、ＩＤＴ３及び反射器４，５が設けられている。もっとも、上記１ポート型表面波共振子だけでなく、複数の表面波共振子を直列及び並列に接続してなるラダー型フィルタや、各種共振器型フィルタ、あるいはトランスバーサル型の表面波フィルタにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】オイラー角（９０°，９０°，３１°）のＬｉＴａＯ3基板上に、種々の材料からなる導体膜を厚さＨ／λで形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2の変化を示す図。
【図２】オイラー角（９０°，９０°，３１°）のＬｉＴａＯ3基板上に、種々の材料からなる導体膜を厚さＨ／λで形成した構造における短絡表面の位相速度Ｖｍ及び開放表面の位相速度Ｖｆを示す。
【図３】オイラー角（９０°，３１°，１１６°）ＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕからなる導体膜を厚みＨ／λで形成してなる構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2の変化を示す図。
【図４】オイラー角（９０°，３１°，１１６°）ＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕからなる導体膜を厚みＨ／λで形成してなる構造における短絡表面の位相速度Ｖｍ及び開放表面の位相速度Ｖｆを示す。
【図５】オイラー角（０°，２８°，９０°）のＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる各導体膜を種々の厚みで形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2の変化を示す図。
【図６】オイラー角（０°，２８°，９０°）のＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕからなる各導体膜を種々の厚みで形成した構造における短絡表面の位相速度Ｖｍ及び開放表面の位相速度Ｖｆを示す。
【図７】導体膜の密度ρと、電気機械結合係数ｋs2が４％よりも大きくなる膜厚Ｈ／λと、６％よりも大きくなる膜厚Ｈ／λとの関係を示す図。
【図８】オイラー角（０°，θ，φ）のＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｇからなる導体膜を規格化膜厚Ｈ／λ＝０．０３となるように形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2が４％以上及び６％以上となるオイラー角の領域を示す図。
【図９】オイラー角（１０°，θ，φ）のＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｇからなる導体膜を規格化膜厚Ｈ／λ＝０．０３となるように形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2が４％以上及び６％以上となるオイラー角の領域を示す図。
【図１０】オイラー角（２０°，θ，φ）のＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｇからなる導体膜を規格化膜厚Ｈ／λ＝０．０３となるように形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2が４％以上及び６％以上となるオイラー角の領域を示す図。
【図１１】オイラー角（３０°，θ，φ）のＬｉＴａＯ3基板表面に、Ａｇからなる導体膜を規格化膜厚Ｈ／λ＝０．０３となるように形成した構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の電気機械結合係数ｋs2が４％以上及び６％以上となるオイラー角の領域を示す図。
【図１２】オイラー角（９０°，３１°，１１６°）のＬｉＴａＯ3基板上に、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、またはＣｕからなる導体膜を膜厚Ｈ／λで形成してなる構造を伝搬するｕ１成分主体の第２漏洩表面波の伝搬損失αを説明するための図。
【図１３】本発明が適用される表面波装置の構造の一例を説明するための模式的平面図。
【符号の説明】
【００７５】
１…表面波装置
２…ＬｉＴａＯ3基板
３…ＩＤＴ
４，５…反射器
【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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