(57)【要約】  弾性表面波素子（１０）は、ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を含む基板（１０１）と、基板（１０１）上に設けられた第１誘電体層（１２２）と、第１誘電体層（１２２）上に設けられたＩＤＴ電極（１２１）とを備え、レイリー波を利用して、基板（１０１）において高周波信号を伝搬する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を含む基板と、前記基板上に設けられた第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に設けられたＩＤＴ電極とを備え、
レイリー波を利用して、前記基板において前記高周波信号を伝搬する
弾性表面波素子。
【請求項２】
前記ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶のＹカット角は、１００°以上１６０°以下である
請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
前記第１誘電体層は、酸化ケイ素を含む
請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
さらに、前記ＩＤＴ電極上に設けられた第２誘電体層を備え、
前記第１誘電体層は前記第２誘電体層よりも厚みが薄い
請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
前記ＩＤＴ電極に高周波信号が入力された場合に、前記弾性表面波素子にて発生する振動の最大振幅の発生位置が、前記第２誘電体層内に存在する
請求項４に記載の弾性表面波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性表面波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体通信機のフロントエンド部に配置される帯域通過型フィルタなどに、弾性波を使用した弾性表面波素子が広く用いられている。【０００３】
例えば、帯域通過型フィルタに対応する弾性表面波素子として、３０°ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム基板上に、酸化アルミニウムからなる誘電体層を設け、この誘電体層上にＩＤＴ電極を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−７８７３９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に示された弾性表面波素子では、誘電体層の厚みや材質を適宜選択して電気機械結合係数を調整し、比帯域（（反共振周波数−共振周波数）／共振周波数×１００）を決めることができる。しかしながら、弾性表面波素子の製造過程で生じる誘電体層の厚さばらつきによって、製造後の複数の弾性表面波素子において、比帯域のばらつきが発生するという問題がある。【０００６】
そこで、本発明は、弾性表面波素子の比帯域のばらつきを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る弾性表面波素子は、ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を含む基板と、前記基板上に設けられた第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に設けられたＩＤＴ電極とを備え、レイリー波を利用して、前記基板において前記高周波信号を伝搬する。【０００８】
レイリー波を利用して高周波信号を伝搬する弾性表面波素子では、信号伝搬時の振幅の大きい領域が基板および第１誘電体層から離れて位置することとなるので、製造時において第１誘電体層の厚さばらつきが生じる場合であっても、弾性表面波素子の比帯域のばらつきを抑制することができる。【０００９】
また、前記ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶のＹカット角は、１００°以上１６０°以下であってもよい。【００１０】
ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶のＹカット角が１００°以上１６０°以下であることから、このＹカット角の範囲にて電気機械結合係数が大きくなり、弾性表面波素子がレイリー波を利用して高周波信号を伝搬しやすい構造となる。これにより、信号伝搬時の振幅の大きい領域が基板および第１誘電体層から離れて位置することとなり、製造時において第１誘電体層の厚さばらつきが生じる場合であっても、弾性表面波素子の比帯域のばらつきを抑制することができる。【００１１】
また、前記第１誘電体層は、酸化ケイ素を含んでいてもよい。【００１２】
これによれば、製造時において、酸化ケイ素を含む第１誘電体層の厚さばらつきが生じる場合であっても、弾性表面波素子の比帯域のばらつきを抑制することができる。【００１３】
さらに、弾性表面波素子は、前記ＩＤＴ電極上に設けられた第２誘電体層を備え、前記第１誘電体層は前記第２誘電体層よりも厚みが薄くてもよい。【００１４】
このように、電気機械結合係数を調整するための層である第１誘電体層を第２誘電体層よりも薄くすることで、第１誘電体層の厚さのばらつき寸法を小さくすることができる。これにより、製造後の複数の弾性表面波素子において、比帯域のばらつきを抑制することができる。【００１５】
また、前記ＩＤＴ電極に高周波信号が入力された場合に、前記弾性表面波素子にて発生する振動の最大振幅の発生位置が、前記第２誘電体層内に存在していてもよい。【００１６】
これによれば、信号伝搬時の最大振幅の発生位置が基板および第１誘電体層から離れて位置することになる。そのため、製造時において第１誘電体層の厚さばらつきが生じる場合であっても、弾性表面波素子の比帯域のばらつきを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、弾性表面波素子の比帯域のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態に係る弾性表面波素子の概略を示す平面図および断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る弾性表面波素子の基板およびＩＤＴ電極の詳細を示す断面図である。
【図３】図３は、比較例における弾性表面波素子の基板およびＩＤＴ電極の詳細を示す断面図である。
【図４】図４は、弾性表面波素子の断面の振動分布を示す図であって、（ａ）はレイリー波を発生させた場合の振動分布（実施の形態）、（ｂ）はラブ波を発生させた場合の振動分布（比較例）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、実施例および図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさ、または大きさの比は、必ずしも厳密ではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。
【００２０】
（実施の形態）
［１．１  弾性表面波素子の構造］
弾性表面波素子は、例えば、入力された高周波信号をフィルタリングして出力する弾性表面波フィルタを構成する素子として用いられる。
【００２１】
図１は、実施の形態に係る弾性表面波素子１０の概略を表す平面図および断面図である。また、図２は、弾性表面波素子１０の基板１０１およびＩＤＴ電極１２１の詳細を示す断面図である。以降において、基板１０１の主面１０１ａに沿い、弾性表面波が伝搬する方向をＴ方向とし、主面１０１ａに垂直な方向をＶ方向とし、Ｔ方向およびＶ方向の両方に垂直な方向をＨ方向とする。
【００２２】
弾性表面波素子１０は、図１に示すように、基板１０１と、基板１０１上に設けられた第１誘電体層１２２と、第１誘電体層１２２上に設けられたＩＤＴ電極１２１と、第２誘電体層１０３と、保護層１０４とを有する。本実施の形態の弾性表面波素子１０は、ＩＤＴ電極１２１に高周波信号が入力された場合に基板１０１に発生するレイリー波を利用して、基板１０１において高周波信号を伝搬する。
【００２３】
基板１０１は、例えば、１２７．５°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を含み、レイリー波を利用して高周波信号を伝搬する構造を有している。なお、レイリー波を利用するためには、ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶のＹカット角は、少なくとも１００°以上１６０°以下のうち所定のＹカット角であればよい。また、望ましくは、ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶のＹカット角は、１２０°以上１３０°以下のうち所定のＹカット角であればよい。
【００２４】
また、基板１０１は、少なくとも一部に圧電性を有する基板であればよい。例えば、表面に圧電薄膜（圧電体）を備え、当該圧電薄膜と音速の異なる膜、および支持基板などの積層体で構成されていてもよい。基板１０１は、基板全体に圧電性を有していても良い。この場合、基板１０１は、圧電体層一層からなる圧電基板である。
【００２５】
ＩＤＴ電極１２１は、図１に示すように、互いに対向する一対の櫛形電極１２１ａおよび１２１ｂで構成されている。櫛形電極１２１ａおよび１２１ｂは、それぞれ、互いに平行な複数の電極指と、当該複数の電極指を接続するバスバー電極とで構成されている。上記複数の電極指は、Ｔ方向と直交するＨ方向に沿って形成されている。弾性表面波素子１０は、当該複数の電極指の繰り返し周期λ、デューティ比Ｗ／（Ｗ＋Ｓ）等の設計パラメータによって、励振される弾性波の波長が規定される。
【００２６】
またＩＤＴ電極１２１は、図２に示すように、基板１０１側から順に、金属膜２１１、金属膜２１２、金属膜２１３、金属膜２１４および金属膜２１５が積層されることによって形成されている。
【００２７】
金属膜２１１は、基板１０１との密着性を高めるための密着膜であり、例えば、厚さ１０ｎｍのＮｉＣｒ材料によって形成される。金属膜２１２は、弾性波のエネルギーを閉じ込めるための主電極であり、例えば、厚さ４０ｎｍのＰｔ材料によって形成される。金属膜２１３は、金属膜２１２と金属膜２１４との相互拡散を抑制するバリア膜であり、例えば、厚さ１０ｎｍのＴｉ材料によって形成される。金属膜２１４は、電極指の導電性を向上させるための導電膜であり、例えば、厚さが１５９ｎｍで、抵抗値が小さい材料であるＡｌＣｕ合金材料によって形成される。金属膜２１５は、第２誘電体層１０３との密着性を高めるための密着膜であり、例えば、厚さ１０ｎｍのＴｉ材料によって形成される。Ｐｔからなる金属膜２１２は、積層体を構成する複数の金属膜２１１〜２１５のうち最も高密度の金属膜である。また、金属膜２１１、２１３、２１４および２１５は、最も高密度の金属膜２１２以外の金属膜を構成する。
【００２８】
第１誘電体層１２２は、基板１０１およびＩＤＴ電極１２１の間に形成された、電気機械結合係数を調整する層である。第１誘電体層１２２は、例えば、厚さ１ｎｍの酸化ケイ素層であり、スパッタによって形成される。
【００２９】
第２誘電体層１０３は、周波数温度特性を改善するとともに、ＩＤＴ電極１２１を外部環境から保護する層である。第２誘電体層１０３は、例えば、厚さ３０ｎｍの酸化ケイ素層であり、ＩＤＴ電極１２１を覆うように第１誘電体層１２２上に設けられている。
【００３０】
第１誘電体層１２２は、第２誘電体層１０３よりも厚みが薄い。第１誘電体層１２２の厚さは、第２誘電体層１０３の厚さの約１／３０である。ＩＤＴ電極１２１の合計の厚さは、第２誘電体層１０３の厚さとほぼ同じである。
【００３１】
保護層１０４は、周波数を調整するための層であるとともに、ＩＤＴ電極１２１を外部環境から保護する層である。保護層１０４は、例えば、ＳｉＮ層であり、第２誘電体層１０３上に設けられている。
【００３２】
なお、図１および図２に示した弾性表面波素子１０の構成は一例であり、これらに限られない。ＩＤＴ電極１２１を構成する電極指の本数や長さなどは、これに限定されない。ＩＤＴ電極１２１は、金属膜の積層構造でなく、金属膜の単層であってもよい。また、各金属膜および各保護層を構成する材料は、上述した材料に限定されない。また、ＩＤＴ電極１２１は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属または合金から構成されてもよく、上記の金属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、第２誘電体層１０３、保護層１０４、および第１誘電体層１２２の構成は、上述の構成に限らず、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ポリイミド、もしくはこれらの積層体などの誘電体もしくは絶縁体で構成されてもかまわない。
【００３３】
（効果等）
上記構成を有する弾性表面波素子１０は、ラブ波を利用した弾性表面波素子である比較例に比べて、比帯域のばらつきを抑制することができる。この理解を容易にするために、比較例における弾性表面波素子の構成を説明する。
【００３４】
図３は、比較例における弾性表面波素子５１０の基板５０１およびＩＤＴ電極１２１の詳細を示す断面図である。
【００３５】
比較例における弾性表面波素子５１０は、ＩＤＴ電極１２１に高周波信号が入力された場合に基板５０１に発生するラブ波を利用して、基板５０１において高周波信号を伝搬する。基板５０１は、−４°ＹカットＸ伝搬ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を含み、ラブ波を利用して高周波信号を伝搬する構造を有している。その他の構成は、本実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００３６】
図４は、弾性表面波素子の断面の振動分布（シミュレーション結果）を示す図であって、（ａ）はレイリー波を発生させた場合の振動分布（実施の形態）、（ｂ）はラブ波を発生させた場合の振動分布（比較例）である。各弾性表面波素子には、電力１Ｗの信号を入力した。
【００３７】
なお、図４の振動分布は、各座標点における振幅の大きさを示している。レイリー波である図４の（ａ）の振幅は、Ｖ方向およびＴ方向の振動成分からなり、ラブ波である図４の（ｂ）の振幅は、Ｈ方向の振動成分からなる。
【００３８】
図４の（ａ）では、振幅が大きい領域を狭ピッチの斜線ハッチングで表し、振幅が小さい領域を広ピッチの斜線ハッチングで表している。最大振幅ａ１の発生位置は、ＩＤＴ電極１２１の内部でなく、第２誘電体層１０３の内部に存在している。最大振幅ａ１と最少振幅ａ２との差は、約５ｎｍである。図４の（ｂ）では、振幅が大きい領域を狭ピッチの斜線ハッチングで表し、振幅が小さい領域を広ピッチの斜線ハッチングで表している。最大振幅ａ３の発生位置は、電極指内に存在している。最大振幅ａ３と最少振幅ａ４との差は、約１２ｎｍである。
【００３９】
比較例における弾性表面波素子５１０では、図４の（ｂ）に示すように、振幅の大きい領域が基板５０１および第１誘電体層１２２の近くに位置している。そのため、弾性表面波素子５１０の製造過程にて生じる第１誘電体層１２２の厚さばらつきによって、製造後の複数の弾性表面波素子５１０において、比帯域のばらつきが発生しやすい。
【００４０】
それに対し、本実施の形態に係る弾性表面波素子１０では、図４の（ａ）に示すように、振幅の大きい領域が、ＩＤＴ電極１２１よりも上側にあり、弾性表面波素子５１０に比べて基板１０１および第１誘電体層１２２から離れて位置している。そのため、製造時に第１誘電体層１２２の厚さばらつきが生じた場合であっても、厚さばらつきの影響を受けにくく、製造後の複数の弾性表面波素子１０の比帯域のばらつきが抑制される。
【００４１】
すなわち、本実施の形態に係る弾性表面波素子１０は、ＬｉＮｂＯ３圧電単結晶を含む基板１０１と、基板１０１上に設けられた第１誘電体層１２２と、第１誘電体層１２２上に設けられたＩＤＴ電極１２１とを備え、ＩＤＴ電極１２１に高周波信号が入力された場合に基板１０１に発生するレイリー波を利用して、基板１０１において高周波信号を伝搬する。
【００４２】
このように、レイリー波を利用して高周波信号を伝搬する弾性表面波素子１０では、信号伝搬時の振幅の大きい領域が基板１０１および第１誘電体層１２２から離れて位置することになる。そのため、製造時に第１誘電体層１２２の厚さばらつきが生じる場合であっても、製造後の複数の弾性表面波素子１０において、比帯域のばらつきを抑制することができる。
【００４３】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係る弾性表面波素子について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施の形態や、上記実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係る弾性表面波素子を内蔵した各種フィルタおよび各種機器も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、比帯域のばらつきが小さい弾性表面波素子として、弾性波フィルタ、マルチプレクサ、高周波フロントエンド回路および通信装置などに広く利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０      弾性表面波素子
１０１    基板
１０１ａ  主面
１０３    第２誘電体層
１０４    保護層
１２１    ＩＤＴ電極
１２１ａ、１２１ｂ    櫛形電極
１２２    第１誘電体層
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５  金属膜
【図１】
2018155305.tif 000003
【図２】
2018155305.tif 000004
【図３】
2018155305.tif 000005
【図４】
2018155305.tif 000006
【国際調査報告】
2018155305.tif 000007
2018155305.tif 000008