(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上方に設けられたＩＤＴ電極と、
前記ＩＤＴ電極上方に設けられた酸化ケイ素からなる第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層上方に設けられた窒化ケイ素または窒化アルミからなる第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層上方に設けられた吸音層とを備え、
前記第２の誘電体層の膜厚が前記圧電基板における擬似弾性波の動作中心周波数での波長をλとしたときに０．４λ〜０．７λの範囲内にあり、
前記第１の誘電体層の膜厚が前記圧電基板における擬似弾性波の動作中心周波数での波長をλとしたときに０．１λ〜０．３λの範囲内にあり、
前記ＩＤＴ電極がＣｕからなり、
前記圧電基板が回転Ｙ板のカット角度が−１０度以上＋３０度以下の範囲で弾性波がＸ軸方向あるいは前記Ｘ軸方向に対して±５度の範囲で伝搬するＬｉＮｂＯ3基板である、
弾性波素子。
【請求項２】
請求項１に記載の弾性波素子を用いたフィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載の弾性波素子を用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波素子と、これを用いたフィルタ及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電基板の一面に誘電体が積層されており、圧電基板と誘電体との間の境界に電極としてＩＤＴ及び反射器が配置されており、誘電体の上面に吸音層を有し高次モードによる不要応答を抑制した弾性境界波装置が提案されてきた。従来の弾性境界波装置は、図２１に示すように、第１の媒質層である圧電基板２１と、第２の媒質層である誘電体膜２２と、ＩＤＴ電極であるＡｕ膜２３と、吸音層２４とにより構成される（特許文献１）。
【特許文献１】国際公開第２００５／０６９４８６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来の基板構成では吸音層２４により高次モードの抑制は可能であったが、吸音層２４の誘電体の厚みが１λ程度を厚いため、圧電基板２１と誘電体膜２２との境界を伝搬する不要波を抑制することは難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そして、この目的を達成するために本発明は、圧電基板の上面に異なる材料の誘電体層を複数積層した上に吸音層を設け、誘電体層の膜厚を適切に定めることにより不要波のみを抑制することを特徴とする弾性波素子である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、弾性境界波素子の機能として使用する弾性境界波の近傍の周波数に出現するストンリー波を抑圧することが可能な弾性境界波素子、フィルタ及び電子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】
【０００６】
（実施の形態１)
以下、本発明の実施の形態１における弾性波素子について図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図１に本発明の実施の形態を示す。本実施の形態の弾性波素子は、ＬｉＮｂＯ3からなる圧電基板１と、圧電基板１の上面に設けられた第１の誘電体層２と、圧電基板１と第１の誘電体層２の境界に設けられたＩＤＴ電極３と、第１の誘電体層２の上面に設けられた第２の誘電体層４と、第２の誘電体層４の上面に設けられた吸音層５から成っている。ここで圧電基板１として回転Ｙ板のカット角度が−１０度以上＋３０度以下の範囲で弾性波がＸ軸方向あるいは前記Ｘ軸方向に対して±５度の範囲で伝搬するＬｉＮｂＯ3を用い、第１の誘電体層２として酸化ケイ素、第２の誘電体層４として窒化ケイ素または窒化アルミを用いる。ＩＤＴ電極３としては弾性波の閉じ込め効果を向上させるために、密度が比較的大きく導体損の少ないＣｕを用いる。
【０００８】
本実施の形態において圧電基板１と第１の誘電体層２の境界に主にエネルギーが閉じ込められて伝搬する横波成分が支配的であるＳＨ波と、基板深さ方向の成分と弾性波伝搬方向成分が支配的なＳＶ波が伝搬する。このＳＶ波はストンリー波と同様の変位分布を有する。ＳＨ波は弾性波の結合係数ｋ２が高いため、フィルタや共用器などデバイス応用が可能である。そしてＳＨ波を主要波として用いる場合、ＳＶ波は不要波として検出される。弾性波デバイスとして用いるためには不要波であるＳＶ波の抑制が必要となる。
【０００９】
また弾性波素子は、伝搬減衰が小さいことが望まれる。伝搬減衰を小さくするには弾性波の閉じ込めを強くする必要がある。圧電基板１と第１の誘電体層２の中にＳＨ波を閉じ込めるためにはＳＨ波が圧電基板１を伝搬する遅い横波の音速と第２の誘電体層４を伝播する横波の音速よりも遅い必要がある。そのため、第２の誘電体層４としては横波の音速の速い媒質である窒化ケイ素、あるいは窒化アルミが望ましい。また、ＩＤＴ電極３については圧電基板１の遅い横波よりも十分にＳＨ波の音速を下げる必要があるため密度の大きいＣｕが望ましい。
【００１０】
比較のための従来の弾性表面波素子の構成を図２に、この弾性表面波素子による共振器のアドミタンス特性の測定結果を図３に示す。ここで、共振器はＩＤＴ電極とその両側に反射器電極を備えた構成である。第１の誘電体層２として酸化ケイ素を、第２の誘電体層４を窒化ケイ素とし、それらの膜厚をそれぞれＨ１、Ｈ２とすると弾性波の動作中心周波数での波長をλとしたときに、Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．５とした。またＩＤＴ電極３としてＣｕを用い、その膜厚をｈとするとｈ／λ＝０．０７６とした。図３より、主要波であるＳＨ波の近傍に不要応答であるＳＶ波が存在している。
【００１１】
図４に本発明の実施の形態による弾性波素子による共振器のアドミタンス特性の測定結果を示す。ここで、共振器はＩＤＴ電極３とその両側に反射器電極を備えた構成である。図４より、ＳＶ波による不要応答が抑制されていることがわかる。
【００１２】
ここで、第１の誘電体層２、第２の誘電体層４の膜厚を変化させた場合のＳＨ波とＳＶ波の変位分布について数値計算を行った。解析法としてＣａｍｐｂｅｌｌらの方法を用い、ＬｉＮｂＯ3の材料定数としてはＳｍｉｔｈらによる定数を用いた。
【００１３】
第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布を図５に、ＳＨ波の変位分布を図６に示す。これを見るとＳＶ波の変位分布は第２の誘電体層４表面まで及んでいるのに対し、第２の誘電体層４表面におけるＳＨ波の変位分布は非常に小さくなっていることがわかる。
【００１４】
また、図７に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．４とした場合のＳＶ波の変位分布を、図８に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．４とした場合のＳＨ波の変位分布を示す。
【００１５】
また、図９に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．６とした場合のＳＶ波の変位分布を、図１０に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．６とした場合のＳＨ波の変位分布を示す。
【００１６】
また、図１１に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．７とした場合のＳＶ波の変位分布を、図１２に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．７とした場合のＳＨ波の変位分布を示す。
【００１７】
図７から図１２より、第２の誘電体層４の膜厚に対しＨ２／λ＜０．４となると主要波であるＳＨ波の変位分布も第２の誘電体層４表面に現れ、吸音層を付加することで主要波も減衰する。また第２の誘電体層４の膜厚がＨ２／λ＞０．７となると不要波であるＳＶ波の変位分布が第２の誘電体層４表面で小さくなり、吸音層による抑圧ができなくなる。
【００１８】
よって、第２の誘電体層４の膜厚は０．５＜Ｈ２／λ＜０．７となるように構成することにより、主要波をほとんど減衰させることなく、不要波をより効果的に抑圧することができる。
【００１９】
また、図１３に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．１、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布を、図１４に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．１、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布を示す。
【００２０】
また、図１５に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．３、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布を、図１６に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．３、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布を示す。
【００２１】
また図１７に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．４、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布を、図１８に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．４、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布を示す。
【００２２】
図１３から図１８より、第１の誘電体層２の膜厚に対しＨ１／λ＜０．１となるとＳＨ波の変位分布も第２の誘電体層４表面に現れ、吸音層を付加することで主要波も減衰する。また、第１の誘電体層２の膜厚がＨ１／λ＞０．３となると不要波であるＳＶ波の変位分布が第２の誘電体層４表面で小さくなり、吸音層による抑圧ができなくなる。
【００２３】
よって、第１の誘電体層２の膜厚が０．１＜Ｈ１／λ＜０．３となるように構成することにより、主要波をほとんど減衰させることなく、不要波をより効果的に抑圧することができる。
【００２４】
図１９に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝１．０とし、吸音層がない場合の共振器のアドミタンス特性の測定結果を示す。また、図２０に第１の誘電体層２の膜厚をＨ１／λ＝０．２、第２の誘電体層４の膜厚をＨ２／λ＝１．０とし、吸音層を設けた共振器のアドミタンス特性の測定結果を示す。図１９、及び図２０を比較すると、吸音層によりＳＶ波が抑圧できていないことがわかる。
【００２５】
このように第１の誘電体層２、第２の誘電体層４の膜厚を適切に選ぶことで吸音層によるＳＶ波抑制の効果は得られる。
【００２６】
本発明を用いればＳＶ波の応答を効果的に抑えることができるため、本発明を実施しない場合に比べて、回転Ｙ板のカット角度について、結合係数の高いカット角を用いることができ、フィルタ、及び共用器を広帯域とすることができ、挿入損失を改善することが出来る。特に、結合係数が０．１５以上、好ましくは０．２以上であれば、ＵＭＴＳシステムにおける送受間隔の広いＢａｎｄ１やＢａｎｄ４、１０のＤｕｐ．の高性能化に有用である。
【００２７】
特に圧電基板１において回転Ｙ板のカット角度を−５度以上、１０度未満とすることによって高い結合係数を得ることができる。
【００２８】
また、弾性波がＸ軸方向あるいはＸ軸方向に対して±５度の範囲で伝搬するような共振器を構成することでパワーフローによる伝搬損失を抑えることができる。
【００２９】
また酸化ケイ素は温度特性補償の効果を持つため、この弾性波基板を用いることで弾性波素子の温度特性を向上することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる弾性波素子は、フィルタ帯域内に発生する不要応答を抑制し、且つ低損失な特性を有し、携帯電話等の各種電子機器において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明における弾性波素子の断面図
【図２】比較のための弾性波素子の断面図
【図３】比較のための弾性波素子による共振器のアドミタンス特性図
【図４】本発明における弾性波素子による共振器のアドミタンス特性図
【図５】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図６】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図７】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．４とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図８】Ｈ１／λ＝０．２，Ｈ２／λ＝０．４とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図９】Ｈ１／λ＝０．２，Ｈ２／λ＝０．６とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図１０】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．６とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図１１】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．７とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図１２】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝０．７とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図１３】Ｈ１／λ＝０．１、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図１４】Ｈ１／λ＝０．１、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図１５】Ｈ１／λ＝０．３、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図１６】Ｈ１／λ＝０．３、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図１７】Ｈ１／λ＝０．４、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＶ波の変位分布図
【図１８】Ｈ１／λ＝０．４、Ｈ２／λ＝０．５とした場合のＳＨ波の変位分布図
【図１９】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝１．０で、吸音層がない場合の共振器のアドミタンス特性図
【図２０】Ｈ１／λ＝０．２、Ｈ２／λ＝１．０で，吸音層を設けた場合の共振器のアドミタンス特性図
【図２１】従来の弾性波素子の断面図
【符号の説明】
【００３２】
１  圧電基板
２  第１の誘電体層
３  ＩＤＴ電極
４  第２の誘電体層
５  吸音層
【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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