(57)【要約】【課題】表面弾性波素子の他の特性が劣化することがなく、櫛歯状電極等のレイアウトの制約がなく、しかもスプリアスを確実に防止することが可能な表面弾性波素子を提供する。【解決手段】少なくとも表面が圧電材料からなる基板と、基板の表面上に相互に対向して配置された一対の櫛歯電極４，５を少なくとも備えてなり、各櫛歯電極４，５には同一の一定周期で配列された相互に平行な複数の電極指４ａ１…、５ａ１…が備えられ、少なくとも一方の櫛歯電極の電極指の幅が、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されていることを特徴とする表面弾性波素子１を採用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が圧電材料からなる基板と、該基板の表面上に相互に対向して配置された一対の櫛歯電極を少なくとも備えてなり、前記各櫛歯電極には同一の一定周期で配列された相互に平行な複数の電極指が備えられ、少なくとも一方の櫛歯電極の電極指の幅が、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されていることを特徴とする表面弾性波素子。
【請求項２】
前記電極指の幅をＷとし、該電極指同士の間隔をＬとし、Ｗ／（Ｗ＋Ｌ）をメタライズ比としたとき、前記櫛歯電極の中心部におけるメタライズ比を０．９以下とし、両端部におけるメタライズ比を０．１以上とし、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるように構成させたことを特徴とする請求項１に記載の表面弾性波素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表面弾性波素子を備えたことを特徴とするフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面弾性波素子及びフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電体上に櫛歯状電極を形成させてなる表面弾性波素子は、小型で安定した性能を有するものが得られることからバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）等として利用されている。表面弾性波素子は、圧電体に櫛形電極により交流電界を印加することで励起される。最近では、通信の高周波化に伴ってＧＨｚ帯で利用できる表面弾性波素子が必要とされている。
【０００３】
一般に、基板上に形成させた圧電体層を表面弾性波素子に使用する場合、基板材料の音速が圧電体の音速より大きいときには、伝播速度の異なる複数の表面弾性波（伝播速度の小さいほうから０次モード、１次モードなど）が励起される。このとき、圧電体及び櫛歯状電極の構成材料の組合せ、あるいは表面弾性波素子自体の構成によって、各モードの波の近傍に余計な波（スプリアス）が発生する場合がある。
【０００４】
従来からスプリアスを防止するために様々な手段が提案されている。例えば、特許文献１には、櫛歯状電極の幅やピッチを変えることで、スプリアスの発生を防止した弾性表面波変換器が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２６１００１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来から提案されている手段は、スプリアスを防止するには不十分であったり、表面弾性波素子の他の特性が大幅に劣化したり、櫛歯状電極や反射器のレイアウトの制約を受けたりするので、いずれも最良な手段とは言えない状況であった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、表面弾性波素子の他の特性が劣化することがなく、櫛歯状電極等のレイアウトの制約がなく、しかもスプリアスを確実に防止することが可能な表面弾性波素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の表面弾性波素子は、少なくとも表面が圧電材料からなる基板と、該基板の表面上に相互に対向して配置された一対の櫛歯状電極を少なくとも備えてなり、前記各櫛歯状電極には同一の一定周期で配列された相互に平行な複数の電極指が備えられ、少なくとも一方の櫛歯状電極の電極指の幅が、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されていることを特徴とする。
各電極指の幅は例えば、電極指ごとに０．００５μｍずつ狭くなるように構成すればよい。
【０００９】
上記の表面弾性波素子によれば、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って電極指の幅を徐々に狭くすることにより、スプリアスの発生を防止することができる。
【００１０】
また本発明の表面弾性波素子は、先に記載の表面弾性波素子であり、前記電極指の幅をＷとし、該電極指同士の間隔をＬとし、Ｗ／（Ｗ＋Ｌ）をメタライズ比としたとき、前記櫛歯電極の中心部におけるメタライズ比を０．９以下とし、両端部におけるメタライズ比を０．１以上とし、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるように構成させたことを特徴とする。
また、中心部におけるメタライズ比を０．７以下とし、両端部におけるメタライズ比を０．３以上とし、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるようにしても良い。
メタライズ比は例えば、電極指毎に０．００４ずつ変化するように構成すればよい。
【００１１】
メタライズ比を上記の範囲に設定することで、スプリアスの発生を防止することができる。
【００１２】
また本発明のフィルタは、先に記載の表面弾性波素子を備えたことを特徴とする。この構成により、通過帯域の帯域幅に変動のないフィルタを構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に本実施形態の表面弾性波素子の平面図を示し、図２には図１のＡ−Ａ線に対応する断面図を示す。また、図３に一方の櫛歯状電極の平面図を示し、図４には他方の櫛歯状電極の平面図を示す。なお、以下に示す表面弾性波素子及びフィルタは本発明の表面弾性波素子及びフィルタの一例を示すものであり、本発明は下記の各実施形態のみに限定されるものではない。
【００１４】
図１及び図２示す表面弾性波素子１は、基板２上に圧電体層３が形成され、この圧電層３上に電気信号と表面弾性波との間の変換器として機能する一対の櫛歯状電極４，５が互いに対向するように配置されて構成されている。櫛歯状電極４，５が一体になってすだれ状電極変換器６（ＩＤＴ）が構成されている。
【００１５】
また、櫛歯状電極４，５の両側には、励起された表面弾性波を多重反射させて定在波を生じさせるグレーティング反射器７、７が形成されている。グレーティング反射器７、７は、櫛歯状電極４，５と同様に圧電体層３上に形成されている。更に表面弾性波素子１には、圧電体層３、櫛歯状電極４，５及びグレーティング反射器７、７を覆う保護層８が形成されている。
【００１６】
基板２には、Ａ面サファイア基板、Ｒ面サファイア基板、表面にダイヤモンド層を形成させた基板などを用いることができる。
【００１７】
また、圧電体層３には、ＺｎＯ、ペロブスカイト型金属酸化物またはイルメナイト型金属酸化物などを用いることができる。圧電層３は、基板２上にスパッタリング法などによりエピタキシャル成長して形成される。
ペロブスカイト型金属酸化物としては、ＰｂＴｉＯ３，ＢａＴｉＯ３を例示することができ、またイルメナイト型金属酸化物としてはＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴｉＯ３，ＫＮｂＯ３等を例示できる。圧電体層３の厚みは０．３〜３．０μｍの範囲が好ましい。
【００１８】
また、保護層８には、酸化シリコン、窒化シリコン等を用いることができる。保護層８の厚みは０．０５〜０．３μｍの範囲が好ましい。
【００１９】
図１及び図３に示すように、櫛歯状電極４は、複数の電極指４ａ１…と、各電極指４ａ１…を連結する連結部４ｂと、電極指４ａ１…の突出方向と反対側に設けられた端子部４ｃとから構成されている。端子部４ｃは、連結部４ｂの長手方向のほぼ中央に設けられている。
【００２０】
また、図１及び図４に示すように、櫛歯状電極５は、複数の帯状の電極指５ａ１…と、各電極指５ａ１…を連結する連結部５ｂと、電極指５ａ１…の突出方向と反対側に設けられた端子部５ｃとから構成されている。端子部５ｃは、連結部５ｂの長手方向のほぼ中央に設けられている。
【００２１】
そして、各電極指４ａ１…、５ａ１…同士が相互にかみ合わされることにより、櫛歯状電極４，５が一体化されてＩＤＴ６が構成されている。
【００２２】
また、図３に示すように、櫛歯状電極４の帯状の電極指４ａ１〜４ａ９は、連結部４ｂの長手方向（図中左右方向）に沿って相互に平行に配置されている。また、各電極指４ａ１〜４ａ９は、同一の周期で配列されている。すなわち、各電極指４ａ１〜４ａ９同士の周期Ｐが一定にされている。尚、電極指の周期Ｐとは、例えば、隣接する電極指４ａ３、４ａ４同士の間隔であって、電極指４ａ３の幅方向中心から隣接する電極指４ａ４の幅方向中心までの距離である。
【００２３】
また、電極指４ａ１〜４ａ９の幅Ｗ１〜Ｗ９の寸法が、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されている。すなわち、図３に示すように、連結部４ｂの長手方向のほぼ中央にある電極指４ａ５の幅Ｗ５と、他の電極指の幅Ｗ１〜Ｗ４、Ｗ６〜Ｗ９との関係が、Ｗ５＞Ｗ４（＝Ｗ６）＞Ｗ３（＝Ｗ７）＞Ｗ２（＝Ｗ８）＞Ｗ１（＝Ｗ９）となるように設定されている。電極指は例えば、０．００５μｍずつ減少するように構成すればよい。
【００２４】
また、各電極指４ａ１〜４ａ９の間隔Ｌ１〜Ｌ８は、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されている。すなわち、図３に示すように、連結部４ｂの長手方向のほぼ中央にある電極指４ａ５と、その両側にある電極指４ａ４、４ａ６との間隔Ｌ４、Ｌ５がほぼ同じであり、この間隔Ｌ４、Ｌ５と、他の電極指同士の間隔Ｌ１〜Ｌ３、Ｌ６〜Ｌ８との関係が、Ｌ４（＝Ｌ５）＜Ｌ３（＝Ｌ６）＜Ｌ２（＝Ｌ７）＜Ｌ１（＝Ｌ８）となるように設定されている。
【００２５】
また、電極指４ａの幅Ｗ及び電極指４ａ同士の間隔Ｌとから導出した関係式（Ｗ／（Ｗ＋Ｌ））から得られる比率をメタライズ比としたとき、本実施形態態においては、櫛歯電極４の中心部におけるメタライズ比が０．９以下とし、両端部におけるメタライズ比が０．１以上であり、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるように構成されている。
【００２６】
すなわち、中心部にある電極指４ａ５のメタライズ比はＷ５／（Ｗ５＋Ｌ４）またはＷ５／（Ｗ５＋Ｌ５）で表され、一端部にある電極指４ａ１のメタライズ比はＷ１／（Ｗ１＋Ｌ１）で表され、他端部にある電極指４ａ９のメタライズ比はＷ９／（Ｗ９＋Ｌ８）で表される。
そして、Ｗ５／（Ｗ５＋Ｌ４）またはＷ５／（Ｗ５＋Ｌ５）が０．９以下に設定され、Ｗ１／（Ｗ１＋Ｌ１）及びＷ９／（Ｗ９＋Ｌ８）が０．１以下に設定され、他の電極指のメタライズ比については０．１を越えて０．９未満の範囲で任意に設定されている。
【００２７】
また、より好ましくは、中心部におけるメタライズ比を０．７以下とし、両端部におけるメタライズ比を０．３以上とし、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるとよい。特に、電極指毎にメタライズ比を０．００４ずつ変化させればよい。
【００２８】
次に、図４に示すように、櫛歯状電極５の電極指５ａ１〜５ａ１０は、櫛歯状電極４の場合と同様に、連結部５ｂの長手方向（図中左右方向）に沿って相互に平行に配置されている。また、各電極指５ａ１〜５ａ１０は、同一の一定周期で配列されている。すなわち、各電極指５ａ１〜５ａ１０同士の周期Ｐが一定にされている。尚、電極指の周期Ｐとは、例えば、隣接する電極指５ａ３、５ａ４同士の間隔であって、電極指５ａ３の幅方向中心から隣接する電極指５ａ４の幅方向中心までの距離である。他の電極指についても同様である。
【００２９】
また、電極指５ａ１〜５ａ１０の幅Ｗ１１〜Ｗ２０の寸法が、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されている。すなわち、図４に示すように、連結部５ｂの長手方向のほぼ中央にある電極指５ａ５、５ａ６の幅Ｗ１５、Ｗ１６と、他の電極指の幅Ｗ１１〜Ｗ１４、Ｗ１７〜Ｗ２０の関係が、Ｗ１５（＝Ｗ１６）＞Ｗ１４（＝Ｗ１７）＞Ｗ１３（＝Ｗ１８）＞Ｗ１２（＝Ｗ１９）＞Ｗ１１（＝Ｗ２０）となるように設定されている。
【００３０】
また、各電極指５ａ１〜５ａ１０の間隔Ｌ１１〜Ｌ１９は、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って徐々に狭くなるように構成されている。すなわち、図４に示すように、連結部５ｂの長手方向のほぼ中央にある電極指５ａ５、５ａ６の間隔Ｌ１５と、他の電極指同士の間隔Ｌ１１〜Ｌ１４、Ｌ１６〜Ｌ１９との関係が、Ｌ１５＜Ｌ１４（＝Ｌ１６）＜Ｌ１３（＝Ｌ１７）＜Ｌ１２（＝Ｌ１８）＜Ｌ１１（＝Ｌ１９）となるように設定されている。
【００３１】
また、櫛歯電極５の中心部におけるメタライズ比が０．９以下とし、両端部におけるメタライズ比が０．１以上であり、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるように構成されている。
【００３２】
すなわち、中心部にある電極指５ａ５、５ａ６のメタライズ比はそれぞれ、Ｗ１５／（Ｗ１５＋Ｌ１５）、Ｗ１６／（Ｗ１６＋Ｌ１５）で表され、一端部にある電極指５ａ１のメタライズ比はＷ１１／（Ｗ１１＋Ｌ１１）で表され、他端部にある電極指５ａ１０のメタライズ比はＷ２０／（Ｗ２０＋Ｌ１９）で表される。
そして、Ｗ１５／（Ｗ１５＋Ｌ１５）及びＷ１６／（Ｗ１６＋Ｌ１５）が０．９以下に設定され、Ｗ１１／（Ｗ１１＋Ｌ１１）及びＷ２０／（Ｗ２０＋Ｌ１９）が０．１以下に設定され、他の電極指のメタライズ比については０．１を越えて０．９未満の範囲で任意に設定されている。
【００３３】
また、より好ましくは、中心部におけるメタライズ比を０．７以下とし、両端部におけるメタライズ比を０．３以上とし、中心部と両端部との間でメタライズ比を徐々に変化させるとよい。
【００３４】
電極指のメタライズ比を上記の範囲に設定することにより、スプリアスの発生を防止することができる。
尚、上記の例では櫛歯状電極４、５の両方についてメタライズ比を中心から両端部に向けて変化するように構成したが、いずれか一方の櫛歯状電極のメタライズ比を一定にしたものであっても良い。
【００３５】
櫛歯状電極４、５の材質は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の金属またはこれらの合金により構成される。また、櫛歯状電極４，５は材質の異なる層を積層した多層体であっても良い。また、櫛歯状電極４，５の厚みは０．０５〜１．０μｍ程度がよい。
【００３６】
図５には上記の表面弾性波素子１を複数個備えてなるラダー型フィルタ（フィルタ）の回路図を示す。図５に示すように、本実施形態のラダー型フィルタ１１は、１端子対の表面弾性波素子１ａ、１ａ…（１…）を直列に接続し、これらの表面弾性波素子１ａ、１ａ間及び入出力側それぞれに同一構造の複数の１端子対の表面弾性波素子１ｂ、１ｂ…（１…）を並列に接続し、一方の端子１２、１２３を入力（ＩＮ）側、他方の端子１３、１３を出力（ＯＵＴ）側とした構成である。
【００３７】
上記の表面弾性波素子１によれば、電極指４ａ…、５ａ…の配列方向中心から両端に向かうに従って電極指４ａ…、５ａ…の幅を徐々に狭くすることにより、スプリアスの発生を防止することができる。
また、上記のラダー型フィルタ１１によれば、通過帯域の帯域幅に変動のないフィルタを構成することができる。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
サファイア基板上のＲ面上に、厚さ０．８４μｍのＺｎＯ層（圧電体層）をスパッタリング法によって積層した。次に、厚みが０．００５μｍのＴｉ膜、厚みが０．１０２μｍのＡｌ膜、厚みが０．００５μｍのＴｉ膜を順次積層して積層膜を形成した。そして、積層膜にレジスト膜を形成するとともに該レジスト膜をパターニングした上で、フォトリソグラフィ法によって、積層膜を所定の形状にエッチングして一対の櫛歯状電極を形成した。更に、櫛歯状電極の両側にグレーティング反射器を形成し、保護層を積層することにより、図１、図２及び図４に示す実施例１の表面弾性波素子を製造した。
【００３９】
尚、各櫛歯状電極の電極指の数をそれぞれ１００本及び１０１本とし、各電極指の周期Ｐを２．８μｍとした。また、櫛歯状電極の中央に形成した電極指の幅Ｗを０．９８μｍとし、メタライズ比を０．７とし、両端の電極指の電極幅Ｗを０．４２μｍとし、メタライズ比を０．３とし、中央から両端に向かうに従ってメタライズ比が徐々に小さくなるようにした。このようにして、実施例１の表面弾性波素子を製造した。
【００４０】
実施例１の表面弾性波素子について、１次モードの表面弾性波のリアクタンスと周波数との関係（リアクタンス曲線）を調べた。結果を図６に示す。
【００４１】
図６に示すように、実施例１の表面弾性波素子では、リアクタンス曲線に特に乱れがなく、スプリアスが発生していないことが分かる。
【００４２】
（比較例１、２）
次に、各電極指の周期Ｐを２．８μｍとし、全ての電極指の幅Ｗを０．７μｍとし、メタライズ比を全て０．５としたこと以外は実施例１と同様にして比較例１の表面弾性波素子を製造した。
また、各電極指の周期Ｐを２．８μｍとし、櫛歯状電極の中央に形成した電極指の幅Ｗを０．４２μｍとし、メタライズ比を０．３とし、両端の電極指の電極幅Ｗを０．９８μｍとし、メタライズ比を０．７とし、中央から両端に向かうに従ってメタライズ比が徐々に大きくなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして比較例２の表面弾性波素子を製造した。
【００４３】
比較例１及び２の表面弾性波素子について、１次モードの表面弾性波のリアクタンスと周波数との関係（リアクタンス曲線）を調べた。結果を図７及び図８に示す。
【００４４】
図７に示すように、比較例１の表面弾性波素子については、周波数１．８９ＧＨｚ付近に小さなスプリアス（リアクタンス曲線の乱れ）が観察される。更に図８に示す比較例２の表面弾性波素子については、周波数１．８８ＧＨｚ〜１．８９ＧＨｚ付近に大きなスプリアス（リアクタンス曲線の乱れ）が観察される。このように、メタライズ比を一定にした場合及びメタライズ比を中心から両端に向けて大きくなるように設定した場合には、スプリアスが発生してしまうことが分かる。
【００４５】
（実施例２、比較例３、４）
次に、各電極指の周期Ｐを２．８μｍとし、櫛歯状電極の中央に形成した電極指の幅Ｗを０．７８μｍとし、メタライズ比を０．５６とし、両端の電極指の電極幅Ｗを０．４２μｍとし、メタライズ比を０．３とし、中央から両端に向かうに従ってメタライズ比が徐々に小さくなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして実施例２の表面弾性波素子を製造した。
また、各電極指の周期Ｐを２．８μｍとし、櫛歯状電極の中央に形成した電極指の幅Ｗを０．４２μｍとし、メタライズ比を０．３とし、両端の電極指の電極幅Ｗを０．７８μｍとし、メタライズ比を０．５６とし、中央から両端に向かうに従ってメタライズ比が徐々に大きくなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして比較例３の表面弾性波素子を製造した。
更に、各電極指の周期Ｐを２．８μｍとし、櫛歯状電極の中央に形成した電極指の幅Ｗを０．７８μｍとし、メタライズ比を０．５６とし、両端の電極指の電極幅Ｗを０．９８μｍとし、メタライズ比を０．７とし、中央から両端に向かうに従ってメタライズ比が徐々に大きくなるようにしたこと以外は実施例１と同様にして比較例４の表面弾性波素子を製造した。
【００４６】
実施例２、比較例３及び４の表面弾性波素子について、１次モードの表面弾性波のリアクタンスと周波数との関係（リアクタンス曲線）を調べた。結果を図９〜図１１に示す。
【００４７】
図９に示すように、実施例２の表面弾性波素子では、リアクタンス曲線に特に乱れがなく、スプリアスが発生していないことが分かる。
【００４８】
一方、図１０に示すように、比較例３の表面弾性波素子については、周波数１．８９ＧＨｚ付近に小さなスプリアス（リアクタンス曲線の乱れ）が観察される。更に図１１に示す比較例４の表面弾性波素子については、周波数１．８８ＧＨｚ〜１．８９ＧＨｚ付近に大きなスプリアス（リアクタンス曲線の乱れ）が観察される。このように、メタライズ比を中心から両端に向けて大きくなるように設定した場合には、スプリアスが発生してしまうことが分かる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の表面弾性波素子によれば、電極指の配列方向中心から両端に向かうに従って電極指の幅を徐々に狭くすることにより、スプリアスの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である表面弾性波素子の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に対応する断面図。
【図３】図１に示した表面弾性波素子の要部を示す平面模式図。
【図４】図１に示した表面弾性波素子の要部を示す平面模式図。
【図５】図１に示した表面弾性波素子を備えたラダー型フィルタ。
【図６】実施例１の表面弾性波素子のリアクタンスと周波数との関係を示すグラフ。
【図７】比較例１の表面弾性波素子のリアクタンスと周波数との関係を示すグラフ。
【図８】比較例２の表面弾性波素子のリアクタンスと周波数との関係を示すグラフ。
【図９】実施例２の表面弾性波素子のリアクタンスと周波数との関係を示すグラフ。
【図１０】比較例３の表面弾性波素子のリアクタンスと周波数との関係を示すグラフ。
【図１１】比較例４の表面弾性波素子のリアクタンスと周波数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…表面弾性波素子、２…基板、４、５…櫛歯電極、４ａ１〜４ａ９、５ａ１〜５ａ１０…電極指、１１…ラダー型フィルタ（フィルタ）、Ｌ１〜Ｌ８、Ｌ１１〜Ｌ１９（Ｌ）…電極指同士の間隔、Ｗ１〜Ｗ９、Ｗ１１〜Ｗ２０（Ｗ）…電極指の幅
【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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