(57)【要約】  【課題】  同一基板上に少なくとも２つの大きく異なる共振周波数を有し、ともに同等の性能を維持することができる複数の音響共振器が形成された、音響共振器装置等を得る。  【解決手段】  基板２１と、基板２１上に形成され、第１の上部電極層２８、第１の圧電体層２７、第１の下部電極層２９を有し、λ／４モードで第１の共振周波数で共振する第１の音響共振器２２と、基板上２１に形成され、第２の上部電極層２５、第２の圧電体層２４、第２の下部電極層２６を有し、λ／２モードで前記第１の周波数とは異なる第２の共振周波数で共振する第２の音響共振器２３とを備え、第１の下部電極層２９および第２の下部電極層２６の材質および厚みは共通して実質上等しく、第１の圧電体層２４および第２の２７の材質および厚みは共通して実質上等しい、音響共振器装置。【選択図】  図１
2005176333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された、上部電極層、圧電体層および下部電極層を有する複数の音響共振器を備え、
前記複数の音響共振器は、その全部または一部が、互いに異なる共振モードおよびその共振モードに対応した共振周波数で共振するものであり、
前記圧電体層の材料および厚みは共通して実質上等しい、音響共振器装置。
【請求項２】
前記下部電極層の材料および厚みは共通して実質上等しい、請求項１に記載の音響共振器装置。
【請求項３】
前記複数の音響共振器は、
第１の上部電極層、第１の圧電体層および第１の下部電極層を有し、λ／４モードで第１の共振周波数で共振する第１の音響共振器と、
前記基板上に形成され、第２の上部電極層、第２の圧電体層および第２の下部電極層を有し、λ／２モードで前記第１の周波数とは異なる第２の共振周波数で共振する第２の音響共振器とである、
請求項１に記載の音響共振器装置。
【請求項４】
前記第１の音響共振器は、前記第１の下部電極層と前記基板との間に設けられた、第１の複数の音響インピーダンス層が堆積された構成の第１の音響ミラーを有し、
前記第１の複数の音響インピーダンス層の各層は、いずれも第１の共振周波数の実質上１／４波長の厚さであり、
前記第１の複数の音響インピーダンス層のうち、前記第１の下部電極層に隣接する最上層の音響インピーダンス層は、前記第１の下部電極層とは反対側に隣接する音響インピーダンス層よりもインピーダンスが高い構成である、請求項３に記載の音響共振器装置。
【請求項５】
前記第２の音響共振器は、前記第２の下部電極層の、第２の圧電体層に接する面とは反対側の面に、空洞であるキャビティを有する、請求項３に記載の音響共振器装置。
【請求項６】
前記第２の音響共振器は、前記第２の下部電極層と前記基板との間に、第１の音響ミラーと同じ構成の第２の音響ミラーを有し、
前記キャビティは、前記第２の音響ミラーの前記第２の下部電極層の下部に設けられている、請求項４に記載の音響共振器装置。
【請求項７】
前記第１の音響ミラーと前記第２の音響ミラーは、前記第１の複数の音響インピーダンス層を共有しており、
前記第１の音響共振器の第１の下部電極層および前記第２の音響共振器の第２の下部電極層は、同一の前記第１の複数の音響インピーダンスの最上層上に設けられている、請求項６に記載の音響共振器装置。
【請求項８】
前記第１の音響ミラーと前記第２の音響ミラーとは、前記基板上にそれぞれ独立して設けられている、請求項６に記載の音響共振器装置。
【請求項９】
前記第２の音響共振器は、前記第２の下部電極層と前記基板との間に、第２の複数の音響インピーダンス層が堆積された構成の第３の音響ミラーを有し、
前記第２の複数の音響インピーダンス層の各層は、いずれも第２の共振周波数の実質上１／２波長の厚さであり、
前記第２の複数の音響インピーダンス層のうち、前記第２の下部電極層に隣接する最上層の音響インピーダンス層は前記第２の下部電極層とは反対側に隣接する音響インピーダンス層よりもインピーダンスが低い構成である、請求項３に記載の音響共振器装置。
【請求項１０】
異なる動作周波数を有する複数のフィルタを１枚の基板上に備えたフィルタ装置であって、
前記複数のフィルタは、請求項１から９のいずれかに記載の、一または複数の第１の音響共振器と一または複数の第２の音響共振器とを有する、フィルタ装置。
【請求項１１】
送信回路と受信回路とを備え、
前記送信回路と前記受信回路の少なくともいずれかは、請求項１０に記載のフィルタを利用したものである、通信機器。
【請求項１２】
基板と、前記基板上に形成された、上部電極層、圧電体層および下部電極層を有する複数の音響共振器とを有し、前記複数の音響共振器は、その全部または一部が、互いに異なる共振モードおよびその共振モードに対応した共振周波数で共振するものである音響共振器装置の製造方法であって、
前記複数の音響共振器の全ての圧電体層を、その厚みが同一になるように、同一材料を用いて同一プロセスにより同時に成形する工程を備えた、音響共振器装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一基板上に共振周波数の異なる複数の音響共振器を備えた音響共振器装置およびその製造方法に関する。例えば、２つの大きく異なる共振周波数を有する薄膜音響共振器装置に関するものである。また、本発明は音響共振器を用いたフィルタ装置および通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信機器に内蔵される部品は、より小型化、軽量化されることが要求されている。例えば、移動体通信機器に使われているフィルタでは、小型であり、かつ周波数特性が精密に調整されることが要求される。また、近年では、複数のシステムに対応したデュアルモードの移動体通信機器が主流となりつつある。それに応じて、フィルタに関しても複数の異なる周波数を有するデュアルモード化が求められている。
【０００３】
このようなフィルタは、複数の薄膜音響共振器を梯子型回路網に組み合わせて構成される。
【０００４】
図７（Ａ）は、従来の薄膜音響共振器の概略的な断面図である。薄膜音響共振器１０は、圧電体層１とその上下に設けられた上部電極層２と下部電極層３を有しており、下部電極層３の下の基板５の部分を含めて構成されている。
【０００５】
下部電極層３の下の基板５の部分には、空洞であるキャビティ４が設けられており、これにより、薄膜音響共振器１０の自由振動が確保され、音響共振器として動作する。
【０００６】
図７（Ｂ）は、薄膜音響共振器１０の動作を説明するための概略的な斜視図である。上部電極層２と下部電極層３の間に電界が加えられると、圧電体層１で電気エネルギーが機械エネルギーに変換される。薄膜音響共振器１０は、圧電体層１の厚み方向の共振振動を利用し、圧電体層１の厚さがλ／２に等しくなる周波数の共振で動作する。
【０００７】
薄膜音響共振器には、図７に示したようなキャビティ４を有するもの以外に、このキャビティ４の替わりに音響ミラーを用いたものが知られている。これには、さらに音響波長の２分の１で共振するλ／２モード音響共振器と、音響波長の４分の１で共振するλ／４モード音響共振器が知られている。
【０００８】
図８（Ａ）は、音響ミラーを用いた、音響波長の２分の１で共振するλ／２モード音響共振器の断面図である（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
基板１１の上に音響ミラー１２が形成されており、その上に、下部電極層１５、圧電体層１６、上部電極層１７が形成されている。薄膜音響共振器１８は、基板１１、音響ミラー１２を含めたこれらの部分から構成されている。
【００１０】
音響ミラー１２は、その最上層が低音響インピーダンス層１３になるように、低音響インピーダンス層１３と高音響インピーダンス層１４が交互に基板１１上に積層されている。
【００１１】
圧電体層１６は、共振周波数の音響波長の２分の１の厚さを有している。また、低音響インピーダンス層１３と高音響インピーダンス層１４の各層は、それぞれ、共振周波数の音響波長の４分の１の厚さを有している。そして、音響ミラー１２の最上層の低音響インピーダンス層１３が、下部電極層１５と接触している。
【００１２】
上部電極層１７と下部電極層１５の間に電界が加えられると、薄膜音響共振器１８は、圧電体層１６の厚み方向の共振振動を利用し、圧電体層１６の厚さがλ／２に等しくなる周波数で共振する。そして、この厚み方向の共振振動は、音響ミラー１２を設けることにより、薄膜音響共振器１８内に閉じ込められる。
【００１３】
図８（Ｂ）は、音響ミラーを用いた、音響波長の４分の１で共振するλ／４モード音響共振器の断面図である（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
図８（Ａ）に示したλ／２モード音響共振器と同様に、基板１１の上に音響ミラー７２が形成されており、その上に、下部電極層１５、圧電体層７６、上部電極層１７が形成されている。薄膜音響共振器７８は、基板１１、音響ミラー７２を含めたこれらの部分から構成されている。
【００１５】
音響ミラー７２は、その最上層が高音響インピーダンス層１４になるように、高音響インピーダンス層１４と低音響インピーダンス層１３が交互に基板１１上に積層されてなる。最上層が高音響インピーダンス層１４になるようにした点が、図８（Ａ）に示したλ／２モード音響共振器の場合と異なる。
【００１６】
圧電体層７６は、共振周波数の音響波長の４分の１の厚さを有している。また、低音響インピーダンス層１３と高音響インピーダンス層１４の各層は、それぞれ、共振周波数の音響波長の４分の１の厚さを有している。そして、音響ミラー７２の最上層の高音響インピーダンス層１４が、下部電極層１５と接触している。
【００１７】
上部電極層１７と下部電極層１５の間に電界が加えられると、薄膜音響共振器７８は、圧電体層７６の厚み方向の共振振動を利用し、圧電体層７６の厚さがλ／４に等しくなる周波数で共振する。
【００１８】
また、図８（Ａ）、（Ｂ）に示したような音響ミラーを用いる薄膜音響共振器を、複数種類、互いに共振周波数が少し異なるように圧電体層の厚さを変えて基板上に設け、異なる周波数を有する薄膜音響共振器を構成する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１９】
図９は、このように構成された薄膜音響共振器装置の断面図である。同一の基板１１の上に、フィルタ１、２、３が形成されている。
【００２０】
フィルタ１は、共振器１８ａにより構成されている。共振器１８ａは、上部電極層１７ａ、圧電体層１６１、下部電極層１５ａ、音響ミラー１２およびその下部の基板１１の部分から構成されている。
【００２１】
フィルタ２は共振器１８ｂ、１８ｃにより構成されている。共振器１８ｂは、上部電極層１７ｂ、圧電体層１６２、下部電極層１５ｂ、音響ミラー１２およびその下部の基板１１の部分から構成されている。共振器１８ｃは、共振器１８ｂの圧電体層１６２と同じ厚みを有する圧電体層１６２と、上部電極層１７ｃ、下部電極層１５ｃ、音響ミラー１２およびその下部の基板１１の部分から構成されている。
【００２２】
フィルタ３は共振器１８ｄ、１８ｅにより構成されている。共振器１８ｄは、上部電極層１７ｄ、圧電体層１６３、下部電極層１５ｄ、音響ミラー１２およびその下部の基板１１の部分から構成されている。共振器１８ｅは、共振器１８ｄの圧電体層１６３と同じ厚みを有する圧電体層１６３と、上部電極層１７ｅ、下部電極層１５ｅ、音響ミラー１２およびその下部の基板１１の部分から構成されている。
【００２３】
圧電体層１６１、１６２、１６３の膜厚は互いに異なる。また、上部電極層１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ、下部電極層１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅの膜厚もそれぞれ異ならせている。このように各層の膜厚を異ならせることによって、異なる共振周波数を有するフィルタを備えた薄膜音響共振器装置を実現している。
【特許文献１】特開平９−１９９９７８号公報（例えば、第３−４頁、第１図）
【特許文献２】特開平６−２９５１８１号公報（例えば、第３−７頁、第２図）
【特許文献３】特開２００２−２６８６４５号公報（例えば、第３−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、図９に示す従来技術の構成の薄膜音響共振器装置では、各々の周波数帯用に合わせて、各共振器の圧電体層１６１、１６２、１６３の膜厚を異なるように形成し、かつ下部電極層の厚みも、下部電極層１５ａと、一組の下部電極層１５ｂおよび１５ｃと、一組の下部電極層１５ｄおよび１５ｅとで、それぞれ異なるように形成なければならないが、以下のような不具合があった。すなわち、薄膜音響共振器装置においては、各電極層、音響ミラーを構成する各層、圧電体層はいずれも成膜プロセスにより形成されるものであるが、圧電層および下部電極層それぞれの膜厚を異ならせるためには、少なくともフィルタ１，フィルタ２，フィルタ３とで異なる工程によって作成しなければならないが、各フィルタの作成が、他のフィルタの作成に影響を及ぼす可能性がある。
【００２５】
これらの不具合は、基板上に設けた、互いに異なる共振周波数の音響共振器について、全て同等の性能を維持することが困難させるものとなっていた。
【００２６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、同一基板上に少なくとも２つの大きく異なる共振周波数を有し、ともに性能の劣化を抑えることができる複数の音響共振器が形成された、音響共振器装置およびその製造方法、フィルタ装置および通信機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するために、第１の本発明は、基板と、
前記基板上に形成された、上部電極層、圧電体層および下部電極層を有する複数の音響共振器を備え、
前記複数の音響共振器は、その全部または一部が、互いに異なる共振モードおよびその共振モードに対応した共振周波数で共振するものであり、
前記圧電体層の材料および厚みは共通して実質上等しい、音響共振器装置である。
【００２８】
第２の本発明は、
前記下部電極層の材料および厚みは共通して実質上等しい、請求項１に記載の音響共振器装置である。
【００２９】
第３の本発明は、前記複数の音響共振器は、
第１の上部電極層、第１の圧電体層および第１の下部電極層を有し、λ／４モードで第１の共振周波数で共振する第１の音響共振器と、
前記基板上に形成され、第２の上部電極層、第２の圧電体層および第２の下部電極層を有し、λ／２モードで前記第１の周波数とは異なる第２の共振周波数で共振する第２の音響共振器とである、
請求項１に記載の音響共振器装置である。
【００３０】
第４の本発明は、前記第１の音響共振器は、前記第１の下部電極層と前記基板との間に設けられた、第１の複数の音響インピーダンス層が堆積された構成の第１の音響ミラーを有し、
前記第１の複数の音響インピーダンス層の各層は、いずれも第１の共振周波数の実質上１／４波長の厚さであり、
前記第１の複数の音響インピーダンス層のうち、前記第１の下部電極層に隣接する最上層の音響インピーダンス層は、前記第１の下部電極層とは反対側に隣接する音響インピーダンス層よりもインピーダンスが高い構成である、請求項３に記載の音響共振器装置である。
【００３１】
第５の本発明は、
前記第２の音響共振器は、前記第２の下部電極層の、第２の圧電体層に接する面とは反対側の面に、空洞であるキャビティを有する、請求項３に記載の音響共振器装置である。
【００３２】
第６の本発明は、
前記第２の音響共振器は、前記第２の下部電極層と前記基板との間に、第１の音響ミラーと同じ構成の第２の音響ミラーを有し、
前記キャビティは、前記第２の音響ミラーの前記第２の下部電極層の下部に設けられている、請求項４に記載の音響共振器装置である。
【００３３】
第７の本発明は、
前記第１の音響ミラーと前記第２の音響ミラーは、前記第１の複数の音響インピーダンス層を共有しており、
前記第１の音響共振器の第１の下部電極層および前記第２の音響共振器の第２の下部電極層は、同一の前記第１の複数の音響インピーダンスの最上層上に設けられている、請求項６に記載の音響共振器装置である。
【００３４】
第８の本発明は、
前記第１の音響ミラーと前記第２の音響ミラーとは、前記基板上にそれぞれ独立して設けられている、請求項６に記載の音響共振器装置である。
【００３５】
第９の本発明は、
前記第２の音響共振器は、前記第２の下部電極層と前記基板との間に、第２の複数の音響インピーダンス層が堆積された構成の第３の音響ミラーを有し、
前記第２の複数の音響インピーダンス層の各層は、いずれも第２の共振周波数の実質上１／２波長の厚さであり、
前記第２の複数の音響インピーダンス層のうち、前記第２の下部電極層に隣接する最上層の音響インピーダンス層は前記第２の下部電極層とは反対側に隣接する音響インピーダンス層よりもインピーダンスが低い構成である、請求項３に記載の音響共振器装置である。
【００３６】
第１０の本発明は、
異なる動作周波数を有する複数のフィルタを１枚の基板上に備えたフィルタ装置であって、
前記複数のフィルタは、請求項１から９のいずれかに記載の、一または複数の第１の音響共振器と一または複数の第２の音響共振器とを有する、フィルタ装置。
【００３７】
第１１の本発明は、
送信回路と受信回路とを備え、
前記送信回路と前記受信回路の少なくともいずれかは、請求項１０に記載のフィルタを利用したものである、通信機器である。
【００３８】
第１２の本発明は、
基板と、前記基板上に形成された、上部電極層、圧電体層および下部電極層を有する複数の音響共振器とを有し、前記複数の音響共振器は、その全部または一部が、互いに異なる共振モードおよびその共振モードに対応した共振周波数で共振するものである音響共振器装置の製造方法であって、
前記複数の音響共振器の全ての圧電体層を、その厚みが同一になるように、同一材料を用いて同一プロセスにより同時に成形する工程を備えた、音響共振器装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００３９】
本発明により、同一基板上に少なくとも２つの大きく異なる共振周波数を有し、ともに性能の劣化を抑えることができる複数の音響共振器が形成された音響共振器装置およびその製造方法、フィルタ装置および通信機器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】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる音響共振器を備える音響共振器装置の断面図である。以下に、本実施の形態１の音響共振器装置の構成を、その動作とともに説明する。
【００４２】
本実施の形態１の音響共振器装置は、本発明の音響共振器である第１の音響共振器２２および第２の音響共振器２３から構成される。第１の音響共振器２２と第２の音響共振器２３は、同一の基板２１上に形成されており、第１の音響共振器２２は第１の共振周波数ｆ１を、第２の音響共振器２３は第２の共振周波数ｆ２を有している。
【００４３】
第１の音響共振器２２は、圧電体層２７と、その上下に配置される上部電極層２８および下部電極層２９を備えている。上部電極層２８と下部電極層２９は、金属層を堆積して形成されている。圧電体層２７は、圧電体材料層を堆積することにより形成されている。そして、圧電体層２７の厚さは、第１の共振周波数ｆ１の音響波長の１／４である。なお、上部電極層２８、圧電体層２７、下部電極層２９は、それぞれ、本発明の、第１の上部電極層、第１の圧電体層、第１の下部電極層の一例である。
【００４４】
また、第１の音響共振器２２は、下部電極層２９と基板２１との間に、第１の音響共振器２２の波動を第１の音響共振器２２内に閉じ込めるための第１の音響ミラー３３を備えている。
【００４５】
第１の音響ミラー３３は、異なる音響インピーダンスを有する第１の音響インピーダンス層３１と第２の音響インピーダンス層３２が交互に積層されて構成されている。第１の音響インピーダンス層３１および第２の音響インピーダンス層３２は、例えばガラス、金属層、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、ＧａＡｓ、Ａｌ、Ｗ等で形成されている。なお、第１の音響インピーダンス層３１と第２の音響インピーダンス層３２は、本発明の第１の複数の音響インピーダンス層の一例である。
【００４６】
そして、第１の音響インピーダンス層３１および第２の音響インピーダンス層３２は、それぞれの材料の音速に対応した音響波長の１／４の厚さを有している。また、第１の音響インピーダンス層３１の音響インピーダンスは第２の音響インピーダンス層３２の音響インピーダンスよりも高く、下部電極層２９に接する最上層は、第１の音響インピーダンス層３１となっている。このように構成することにより、第１の音響共振器２２は、λ／４モードで共振するようになる。
【００４７】
ここで、第１の音響インピーダンス層３１の音響インピーダンスは、圧電体層２７の音響インピーダンスよりも高くすることが好ましい。第１の音響インピーダンス層３１の音響インピーダンスを圧電体層２７の音響インピーダンスよりも高くすることにより、第１の音響ミラー３３での反射を大きくすることができ、エネルギーの閉じ込めを強くすることができる。
【００４８】
また、第１の音響インピーダンス層３１と第２の音響インピーダンス層３２を合わせて６層以上積層するのが好ましい。これによって音響の反射を十分に確保することができる。
【００４９】
第２の音響共振器２３は、圧電体層２４と、その上下に配置される上部電極層２５および下部電極層２６を備えている。上部電極層２５と下部電極層２６は、金属層を堆積して形成されており、少なくとも下部電極層２６の金属層は、第１の音響共振器２３の下部電極層２９の金属層と同一材料を用いる。圧電体層２４は、第１の音響共振器２３の圧電体層２７と同一材料の圧電体材料層を堆積することにより形成されている。そして、圧電体層２４の厚さは、第２の共振周波数ｆ２の音響波長の１／２である。なお、上部電極層２５、圧電体層２４、下部電極層２６は、それぞれ、本発明の、第２の上部電極層、第２の圧電体層、第２の下部電極層の一例である。
【００５０】
また、第２の音響共振器２３は、下部電極層２６の下に、基板２１の表面に形成されている空洞であるキャビティ３０を備えている。下部電極層２６の下にキャビティ３０を設けることにより、第２の音響共振器２３の自由振動を確保することができ、第２の音響共振器２３をλ／２モードで共振させることができる。
【００５１】
上記のように構成された本実施の形態１の音響共振器装置では、第１の音響共振器２２は、第１の共振周波数ｆ１のλ／４で共振し、第２の音響共振器２３は、第２の共振周波数ｆ２のλ／２で共振するように構成されているので、両者の共振周波数を大きく異ならせることができる。本実施の形態１では、圧電体層２４と圧電体層２７の厚さが実質上同じなので、ｆ２＝２×ｆ１の関係を満たし、第２の音響共振器２３は、第１の音響共振器２２のおおよそ２倍の共振周波数で共振する。
【００５２】
さらに、これら音響共振器の構成において、第１の音響共振器２２の圧電体層２７の厚さと、第２の音響共振器２３の圧電体層２４の厚さは、実質上同じであり、また、第１の第１の音響共振器２２の下部電極層２９の厚さと、第２の音響共振器２３の下部電極層２６の厚さも、実質上同じであり、各音響共振器の周波数特性は、圧電体層の厚みに依存しない構成としている。
【００５３】
圧電体層２４の厚さと圧電体層２７の厚さを、実質上同じにし、下部電極層２９の厚さと、下部電極層２６の厚さとを、実質上同じにすることで、図１０（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示すように、キャビティ３０を開口し、第１の音響ミラー３３を経営した基盤２１上に（図１０（Ａ））、下部電極層２９および下部電極層２６を、同一材料を用いて同一プロセスにより同時に成形し（図１０（Ｂ））、さらにその上に圧電体層２４および圧電体層２７を、同一材料を用いて同一プロセスにより同時に成形する（図１０（Ｃ））。これにより、圧電体層２４と２７との質的なばらつき、および下部電極層２９および２６の質的なばらつきを取り除き、第１の音響共振器２２と第２の音響共振器との性能を維持させることができる。
【００５４】
なお、圧電体層２４、２７は、例えばＡｌＮ、ＺｎＯ等で形成され、下部電極層２６，２９は、例えばＭｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔｒなどで形成される。
【００５５】
このように、本実施の形態は、同等の性能を維持可能な、２つの大きく異なる共振周波数を有する第１の音響共振器２２と第２の音響共振器２３を同一基板２１上に形成させることを実現したものである。
【００５６】
なお、上記の説明においては、第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２との関係は、ｆ２＝２×ｆ１であるとして説明を行ったが、第１の共振周波数ｆ１と第２の共振周波数ｆ２とは、これに限定されず、上部電極の厚みを変えたり、上部電極上にパッシベーション層を設けるなどして、質量負荷効果を組み合わせることにより、ｆ２≠ｆ１で所望の関係をとることができる。また、図１１（Ａ）（Ｂ）は、高インピーダンス層である第１のインピーダンス層３１のインピーダンスを低インピーダンス層である第２のインピーダンス層３２のインピーダンスで割ったインピーダンス比を、自由振動の共振周波数で規格化した、規格化共振周波数の関係を示す図である。なお、電極材料としてはＭｏ、圧電体の材料としてはＡｌＮを用いた。図１１（Ａ）は、Ｍｏ厚が、音響共振器において電極の影響を無視できる程度に極めて薄い場合、図１１（Ｂ）は、Ｍｏ厚が０．２μｍの場合を示す。なお、ＡｌＮ材料の厚みはいずれも２μｍとした。図中において、点■を結んで示した線はλ／４モード（第１の音響共振器）の共振周波数ｆ１、点◆を結んで示した線はλ／２モード（第２の音響共振器）の共振周波数ｆ２である。
【００５７】
図１１（Ａ）に示す例では、ｆ１とｆ２との間でｆ２＝２×ｆ１の関係が保たれていることが確認できる。また図１１（Ｂ）に示す例では、ｆ２はｆ１の１／２より大きくなっていることが確認できる。このように電極厚みを変えることにより、共振周波数を調整することが可能となる。また、安定して共振周波数を選るには、インピーダンス比は２以上であることが望ましい。
【００５８】
また、上記の実施の形態では、下部電極層２６，２９と基板２１とは直接接する構造としたが、両者の間に、ＡｌＮやＳｉＯ２を材料とする絶縁層を設けた構成としてもよい。これは以下の各実施の形態においても同様である。
【００５９】
図２に、本実施の形態１の音響共振器装置の他の構成例を示す。図１に示した本実施の形態１の音響共振器装置の場合とは、第２の音響共振器２３が備えるキャビティの形状が異なる。
【００６０】
図１に示した第２の音響共振器２３のキャビティ３０は、基板２１の表面に形成させているが、図２に示す第２の音響共振器６３のキャビティ３４は、基板２１の裏面からエッチングすることにより、基板３４を貫通するように形成させている。
【００６１】
なお、図２に示す構成例において、図１に示す音響共振器装置と同一または相当する構成要素については同じ符号を用い、説明を省略している。
【００６２】
なお、本実施の形態１の第１の音響ミラー３３は、第１の音響インピーダンス層３１と第２の音響インピーダンス層３２の２種類の層が交互に積層されている構成としたが、音響インピーダンスが異なる３種類以上の音響インピーダンス層の構成であってもよい。隣接する上下の音響インピーダンス層のいずれの層よりもインピーダンスが低くなるように、または、隣接する上下の音響インピーダンス層のいずれの層よりもインピーダンスが高くなるように、積層されている構成であればよい。つまり、下部電極層に接触する最上層を高音響インピーダンス層とし、高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層が交互に積層される構成であればよい。
【００６３】
以上に説明したように、本実施の形態１の構成にすることにより、第１の音響共振器２２は、λ／４モードで共振し、第２の音響共振器２３、６３はλ／２モードで共振させ、圧電体層２７、２４の厚さおよび下部電極層２９、２６の厚さをそれぞれ実質上等しくさせて、両者の共振周波数を大きく異ならせつつ、同等の性能を維持している音響共振器装置を得ることができる。なお、下部電極層２９，２６の厚みは実質上等しくなくともよい。これは以下の各実施の形態においても同様である。
【００６４】
（実施の形態２）
図３（Ａ）は、本発明の実施の形態２にかかる音響共振器を備える音響共振器装置の断面図である。なお、実施の形態１の音響共振器装置の構造を示す図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。本実施の形態２の音響共振器装置は、実施の形態１の音響共振器装置の場合とは、第１の音響共振器２２の構成は同じで、第２の音響共振器の構成が異なる。
【００６５】
本実施の形態２の音響共振器装置の第２の音響共振器６４は、下部電極層２６と基板２１の間に、第２の音響共振器６４の共振振動を第２の音響共振器６４内に閉じ込めるための第２の音響ミラー３５を備えている。第２の音響ミラー３５は、基板上に第１の音響ミラー３３と独立して設けられ、第１の音響ミラー３３と同一の成膜プロセスにて一括形成したものである。
【００６６】
第２の音響共振器６４の、圧電体層２４と、その上下に配置される上部電極層２５および下部電極層２６の部分の構成は、実施の形態１の第２の音響共振器２３と同様であり、第１の音響共振器２２は第１の共振周波数ｆ１を、第２の音響共振器６４は第２の共振周波数ｆ２を有している。
【００６７】
そして、下部電極層２６と接する第２の音響ミラー３５の表面部分に、空洞であるキャビティ３７が形成されている。このような構成にすることにより、第２の音響共振器６４の自由振動を確保することができ、第２の音響共振器６４をλ／２モードで共振させることができる。
【００６８】
本実施の形態２の音響共振器装置では、第１の音響共振器２２はλ／４モードで共振し、第２の音響共振器６４はλ／２モードで共振するように構成されているので、両者の共振周波数を大きく異なるように設計することができる。実施の形態１の場合と同様に、圧電体層２４の厚さと圧電体層２７の厚さは実質上同じなので、ｆ２＝２×ｆ１の関係を満たし、第２の音響共振器６４は、第１の音響共振器２２のおおよそ２倍の共振周波数で共振する。
【００６９】
また、実施の形態１と同様、圧電体層２４の厚さと圧電体層２７の厚さを、実質上同じにし、下部電極層２９の厚さと、下部電極層２６の厚さとを、実質上同じにすることで、それぞれ、圧電体層２４および圧電体層２７を、同一材料を用いて同一プロセスにより同時に成形し、また下部電極層２９および下部電極層２６を、同一材料を用いて同一プロセスにより同時に成形することを意味する。これにより、圧電体層２４と２７との質的なばらつき、および下部電極層２９および２６の質的なばらつきを取り除き、第１の音響共振器２２と、第２の音響共振器とで、同一の性能を維持させることができる。
【００７０】
つまり、本実施の形態２の音響共振器装置は、実施の形態２の音響共振器装置と同様に、圧電体層および下部電極層をそれぞれ同一厚みとし、一括して作製することによって製造プロセスを単純化できるとともに、２つの大きく異なる共振周波数を有し、かつ同等の性能を維持できる音響共振器を同一基板上に形成させることを実現したものである。
【００７１】
図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に、本実施の形態２の音響共振器装置の他の構成の断面図を示す。
【００７２】
図３（Ｂ）は、音響ミラーを構成する第１の音響インピーダンス層３１および第２の音響インピーダンス層３２の各層を、第１の音響共振器２２と第２の音響共振器６５間において分断されることのない一続きの層で構成させ、実質的に二つの音響共振器が一個の音響インピーダンス層を共有するような構成としたものである。このような構成にすることにより、図３（Ａ）の場合よりもさらに製造プロセスを簡略化できる。
【００７３】
図３（Ｃ）は、第２の音響共振器６６のキャビティの構造を、図３（Ａ）、（Ｂ）とは異なる構造にしたものである。図３（Ａ）、（Ｂ）のキャビティ３７は、第２の音響ミラー３５の上部に空洞を設けた構成であるが、図３（Ｃ）のキャビティ３８は、基板２１の裏面側から下部電極層２６まで、基板２１と音響ミラーを貫通する構成としたものである。
【００７４】
なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）において、図３（Ａ）の音響共振器装置と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明を省略している。
【００７５】
なお、本実施の形態２の第１の音響ミラーおよび第２の音響ミラー３５は、第１の音響インピーダンス層３１と第２の音響インピーダンス層３２の２種類の層が交互に積層されている構成としたが、音響インピーダンスが異なる３種類以上の音響インピーダンス層の構成であってもよい。実施の形態１の場合と同様に、下部電極層に接触する最上層を高音響インピーダンス層とし、高音響インピーダンス層と低音響インピーダンス層が交互に積層される構成であればよい。
【００７６】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３にかかる音響共振器を備える音響共振器装置の断面図である。なお、実施の形態１の音響共振器装置の構造を示す図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。本実施の形態３の音響共振器装置は、圧電体層および下部電極層の構成は、実施の形態１、２と同一であり、実施の形態１の音響共振器装置の場合とは、第１の音響共振器２２の構成は同じで、第２の音響共振器の構成が異なる。
【００７７】
本実施の形態３の音響共振器装置の第２の音響共振器６７は、下部電極層２６と基板２１の間に、第２の音響共振器６７の共振振動を第２の音響共振器６７内に閉じ込めるための第３の音響ミラー３９を備えている。
【００７８】
実施の形態１と同様に、第１の音響共振器２２は第１の共振周波数ｆ１を、第２の音響共振器６７は第２の共振周波数ｆ２を有している。
【００７９】
第３の音響ミラー３９は、異なる音響インピーダンスを有する第３の音響インピーダンス層５１と第４の音響インピーダンス層５２が交互に積層されて構成されている。なお、第３の音響インピーダンス層５１と第４の音響インピーダンス層５２は、本発明の第２の複数の音響インピーダンス層の一例である。
【００８０】
そして、第３の音響インピーダンス層５１および第４の音響インピーダンス層５２は、それぞれの材料の音速に対応した音響波長の１／２の厚さを有している。また、第３の音響インピーダンス層５１の音響インピーダンスは第４の音響インピーダンス層５２の音響インピーダンスよりも低く、下部電極層２６に接する最上層は、第３の音響インピーダンス層５１となっている。このように構成することにより、第２の音響共振器６７は、λ／２モードで共振するようになる。
【００８１】
本実施の形態３においても、第１の音響共振器２２はλ／２モードで共振し、第２の音響共振器６７はλ／４モードで共振するように構成されているので、両者の共振周波数を大きく異ならせることができる。本実施の形態３では、圧電体層２４の厚さと圧電体層２７の厚さが実質上同じなので、ｆ２＝２×ｆ１の関係を満たし、第２の音響共振器６７は、第１の音響共振器２２のおおよそ２倍の共振周波数で共振する。
【００８２】
なお、本実施の形態３の第３の音響ミラー３９は、第３の音響インピーダンス層５１と第４の音響インピーダンス層５２の２種類の層が交互に積層されている構成としたが、音響インピーダンスが異なる３種類以上の音響インピーダンス層の構成であってもよい。下部電極層２６に接触する最上層を低音響インピーダンス層とし、低音響インピーダンス層と高音響インピーダンス層が交互に積層される構成であればよい。
【００８３】
（実施の形態４）
図５（Ａ）は、本発明の実施の形態４にかかるフィルタ装置の断面図であり、図５（Ｂ）は、その等価回路図である。本実施の形態４のフィルタ装置は、第１のフィルタ４２と第２のフィルタ４３の２つのフィルタで構成されている。なお、実施の形態１の音響共振器装置の構造を示す図１と同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００８４】
本実施の形態４のフィルタ装置は、１枚の基板２１上に、実施の形態１で説明したλ／４モード共振をする第１の音響共振器２２および第１の音響共振器２２ａ、λ／２モード共振をする第２の音響共振器２３および第２の音響共振器２３ａが形成されている。
【００８５】
第１の音響共振器２２は第１の共振周波数ｆ１を、第２の音響共振器２３は第２の共振周波数ｆ２を有している。そして、第１の音響共振器２２と第１の音響共振器２２ａの圧電体層は、ともに圧電体層２７であり、その厚さは第１の共振周波数ｆ１の音響波長の１／４である。また、第２の音響共振器２３と第２の音響共振器２３ａの圧電体層は、ともに圧電体層２４であり、その厚さは第２の共振周波数ｆ２の音響波長の１／２である。
【００８６】
したがって、各圧電体層および各下部電極層の構成は、実施の形態１〜３と同一である。
【００８７】
このような音響共振器装置によれば、実施の形態１の効果に加えて、例えば、第２の音響共振器２３ａの上部電極層２５ａを、第２の音響共振器２３の上部電極層２５よりも厚くすることにより、第２の音響共振器２３ａを、第２の音響共振器２３の共振周波数ｆ２よりも低い共振周波数で共振させることができる。また、例えば、第１の音響共振器２２ａの上部電極層２８ａを、第１の音響共振器２２の上部電極層２８よりも厚くすることにより、第１の音響共振器２２ａを、第１の音響共振器２２の共振周波数ｆ１よりも低い共振周波数で共振させることができる。
【００８８】
そして、第１の音響共振器２２と第１の音響共振器２２ａの組み合わせで第１のフィルタ４２が構成され、第２の音響共振器２３と第２の音響共振器２３ａの組み合わせで第２のフィルタ４３が構成される。
【００８９】
本実施の形態４においては、上部電極層２８ａの厚みを上部電極層２８の厚みと変えることにより、直列共振器となる第１の音響共振器２２と並列共振器となる第１の音響共振器２２ａの共振周波数を異ならせている。同様に、上部電極層２５ａの厚みを上部電極層２５の厚みと変えることにより、直列共振器となる第２の音響共振器２３と並列共振器となる第２の音響共振器２３ａの共振周波数を異ならせている。
【００９０】
しかし、本発明は、２つの音響共振器の共振周波数を異ならせる方法を、このように上部電極層の厚みを変える方法に限定するものではない。例えば、第１の音響共振器２２の圧電体層と第１の音響共振器２２ａの圧電体層とを、そして第２の音響共振器２３の圧電体層と第２の音響共振器２３ａの圧電体層とを異ならせることにより、音響共振器の共振周波数を異ならせるようにしてもかまわない。また、第２の音響共振器２３のキャビティ３０の大きさと第２の音響共振器２３ａのキャビティ３０ａの大きさを異ならせることにより、第２の音響共振器２３と第２の音響共振器２３ａの共振周波数を異ならせるようにしてもかまわない。
【００９１】
また、本実施の形態４のフィルタ装置では、圧電体層の厚みを実質上等しくして周波数がおおよそ２倍異なるフィルタを実現しているが、本発明の音響共振器と、圧電体層を異ならせる技術とを組み合わせることで、周波数を異ならせる自由度をさらに大きくすることができる。また、ラダー型に限らず、それ以外でも可能である。また、音響共振器単体に適用してよい。
【００９２】
（実施の形態５）
図６は、本発明の音響共振器装置を用いた実施の形態５にかかる通信機器のブロック図である。
【００９３】
本実施の形態５の通信機器のフィルタ装置８４およびフィルタ装置８９は、同一のフィルタ装置である。これらは、実施の形態４のフィルタ装置を用いており、通過帯域の中心周波数がおおよそ２倍異なる２種類のフィルタである。
【００９４】
本実施の形態５の通信機器は、電波を送受信する２つのアンテナ８１、アンテナ８２に接続されており、アンテナ８２はアンテナ８１のおおよそ２倍の周波数の電波を送受信する。スイッチ８３は、アンテナ８１、８２と、送信信号８５、８６または受信信号８７、８８との接続を切り替える。
【００９５】
フィルタ装置８４およびフィルタ装置８９は、いずれも、図５に示す、第１のフィルタ４２と第２のフィルタ４３の２種類のフィルタで構成されている。フィルタ装置８４はおおよそ２倍異なる２種類のフィルタを有しているので、受信する場合には、受信信号８７と、受信信号８７のおおよそ２倍の周波数を有する受信信号８８を同時に取り扱うことができる。同様に、フィルタ装置８９もおおよそ２倍異なる２種類のフィルタを有しているので、送信する場合には、送信信号８５と、送信信号８５のおおよそ２倍の周波数を有する送信信号８６を同時に取り扱うことができる。
【００９６】
なお、フィルタ装置８４とスイッチ８３の組み合わせが、本発明の受信回路の一例である。また、フィルタ装置８９とスイッチ８３の組み合わせが、本発明の受信回路の一例である。なお、アンテナは一つでもよい。
【００９７】
なお、本実施の形態５の通信機器は、無線により信号を送受信する移動体通信機器としたが、本発明は送受信方法を限定するものではなく、有線により信号を送受信する通信機器であってもよい。
【００９８】
なお、各実施の形態で説明した内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。
【００９９】
例えば、上記の説明においては主に、音響共振器装置において、音響共振器はλ／４モードで共振する第１の音響共振器およびλ／２モードで共振する第２の音響共振器の２つの音響共振器であるとしたが、音響共振器の個数、振動モードはこれに限定されるものではなく、各圧電体層の厚みを同一にできるものであれば、任意の振動モードおよびそれに対応した共振周波数で共振する音響共振器において本発明を実施してもよい。音響共振器装置における全ての音響共振器が、全て異なる共振周波数により共振するものであってもよいし、一部の音響共振器が異なる共振周波数により共振するものであっても、本発明を実施することができる。
【０１００】
以上に説明したように、本発明の実施の形態における音響共振器装置、フィルタ装置および通信機器は、λ／４モードで共振する第１の音響共振器と、λ／２モードで共振する第２の音響共振器を同一基板上に設けることによって、同一基板上に２つの大きく異なる共振周波数を有する音響共振器の構成を実現している。また、異なる共振周波数を有する音響共振器の圧電体層の厚さを実質上同じにすることにより、製造プロセスの簡略化を実現している。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明にかかる音響共振器装置、フィルタ装置、音響共振器装置の製造方法および通信機器は、同一基板上に少なくとも２つの大きく異なる共振周波数を有し、ともに性能の劣化を抑えることができる複数の音響共振器が形成された音響共振器装置等を得ることができ、例えば通信機器、モジュール、共用器、無線ＬＡＮなどとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の他の構成例の断面図
【図３】（Ａ）本発明の実施の形態２にかかる音響共振器装置の断面図（Ｂ）本発明の実施の形態２にかかる音響共振器装置の断面図（Ｃ）本発明の実施の形態２にかかる音響共振器装置の断面図
【図４】本発明の実施の形態３にかかる音響共振器装置の断面図
【図５】（Ａ）本発明の実施の形態４にかかるフィルタ装置の断面図（Ｂ）本発明の実施の形態４にかかるフィルタ装置の等価回路図
【図６】本発明の実施の形態５にかかる通信機器のブロック図
【図７】（Ａ）従来の薄膜音響共振器の概略的な断面図（Ｂ）従来の薄膜音響共振器の動作を説明するための概略的な斜視図
【図８】（Ａ）従来の音響ミラーを用いたλ／２モード共振器の断面図（Ｂ）従来の音響ミラーを用いたλ／４モード共振器の断面図
【図９】従来の薄膜音響共振器装置の断面図
【図１０】（Ａ）本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の製造工程を示す図（Ｂ）本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の製造工程を示す図（Ｃ）本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の製造工程を示す図
【図１１】（Ａ）本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の共振周波数の範囲を示す図（Ｂ）本発明の実施の形態１にかかる音響共振器装置の共振周波数の範囲を示す図
【符号の説明】
【０１０３】
２１  基板
２２  第１の音響共振器
２３  第２の音響共振器
２４、２７  圧電体層
２５、２８  上部電極層
２６、２９  下部電極層
３０  キャビティ
３１  第１の音響インピーダンス層
３２  第２の音響インピーダンス層
３３  第１の音響ミラー
【図１】
2005176333.tif 000003
【図２】
2005176333.tif 000004
【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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