(57)【要約】【課題】縦型漏洩弾性表面波の伝搬減衰が小さな弾性表面波素子、及びこの弾性表面波素子を利用した電子部品を提供する。【解決手段】弾性表面波素子は、圧電材料からなる圧電片１０１と、この圧電片１０１に縦型漏洩弾性表面波を励振するためのＩＤＴ電極１１ａと、縦型漏洩弾性表面波が伝搬する領域を覆う誘電体材料からなる薄膜１０２と、を備え、前記圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する前記誘電体材料のバルク縦波の位相速度の比が０．９５以上である。【選択図】図１
2013168864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなる圧電片と、
この圧電片に縦型漏洩弾性表面波を励振するためのＩＤＴ電極と、
前記縦型漏洩弾性表面波が伝搬する領域を覆う誘電体材料からなる薄膜と、を備え、
前記圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する前記誘電体材料のバルク縦波の位相速度の比が０．９５以上であることを特徴とする弾性表面波素子。
【請求項２】
前記ＩＤＴ電極として、縦型漏洩弾性表面波を励振するために電気信号が入力される入力用ＩＤＴ電極が設けられ、
さらに、この入力用ＩＤＴ電極から前記縦型漏洩弾性表面波が伝搬する方向に離間した位置に設けられ、当該縦型漏洩弾性表面波を電気信号に変換して出力する出力用ＩＤＴ電極と、
前記入力用ＩＤＴ電極から前記出力用ＩＤＴ電極へ向けて縦型漏洩弾性表面波が伝搬する前記圧電片上の領域である伝搬路と、を備え、
前記薄膜は、前記伝搬路上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項３】
さらに前記薄膜は、前記入力用ＩＤＴ電極及び前記出力用ＩＤＴ電極を覆うように、またはこれら入力用ＩＤＴ電極及び出力用ＩＤＴ電極と、前記圧電片との間に挟まれるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
縦型漏洩弾性表面波を前記ＩＤＴ電極に向けて反射して共振させるための反射器を備え、
前記薄膜は、前記ＩＤＴ電極を覆うように、またはこのＩＤＴ電極と、前記圧電片との間に挟まれるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
さらに前記薄膜は、前記反射器を覆うように、または当該反射器と、前記圧電片との間に挟まれるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記誘電体材料はアルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、スカンジウムをドープした窒化アルミニウムからなる誘電体材料群から選択されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記薄膜の厚さは、縦型漏洩弾性表面波の波長をλとすると、０．０３λ〜０．５λの範囲であることを特徴とする請求項６に記載の弾性表面波素子。
【請求項８】
前記圧電材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムまたは四ほう酸リチウム、水晶からなる圧電材料群から選択されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の弾性表面波素子。
【請求項９】
前記圧電材料は、面方位がＸカット、３６°回転Ｙ伝搬のニオブ酸リチウム、ＹカットＺ伝搬のニオブ酸リチウムまたは、Ｘカット３１°回転Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムであることを特徴とする請求項８に記載の弾性表面波素子。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一つに記載の弾性表面波素子を備えることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電片に縦型漏洩弾性表面波を伝搬させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動体通信機器のさらなる進化に伴い、フィルタなどの弾性表面波（Surface Acoustic Wave:ＳＡＷ）デバイスの高性能化が要求されている。特に、高周波化、広帯域化のために、高速、高結合のＳＡＷモード、基板構造、圧電材料が要請されており、国内外で広く研究開発が行われている。
【０００３】
縦型漏洩弾性表面波（Longitudinal-type Leaky SAW：ＬＬＳＡＷ、縦波型漏洩弾性表面波、第二漏洩弾性表面波などとも呼ばれる）は、バルク縦波に近い位相速度を有しており、ＳＡＷデバイスの高周波化に有利な伝搬モードの一つである。しかし、ＳＨ波とＳＶ波のバルク波を漏洩しながら伝搬するため、非常に大きい伝搬減衰を有している。大きな電気機械結合係数Ｋ２（理論値：１２．９％）を有すると報告されているＸカット３６°回転Ｙ伝搬のＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮと記す）上、短絡表面の伝搬減衰理論値は４ｄＢ／波長（λ）に達する。ＬＮやＬｉＴａＯ３（以下、ＬＴと記す）上のＬＬＳＡＷの低損失化の手法として、基板方位、電極膜厚の最適化が試みられている（非特許文献１、非特許文献２）。
【０００４】
一方、特許文献１には、ＬｉＮｂＯ３基板上に１組のＩＤＴ（Inter Digit Transducer）電極及びその両側に配置されたグレーティング反射器を設け、縦波成分が主体の第２漏洩表面波（上述のＬＬＳＡＷに相当する）により共振動作する１ポート型表面波共振子が記載されている。この特許文献１には、共振子には、１℃あたりの動作周波数の変化量を小さくするために、これらＩＤＴ電極及びグレーティング反射器を覆うようにＳｉＯ２膜を形成したものが例示されている。しかしながらＳｉＯ２膜は、ＬｉＮｂＯ３に比べてバルク縦波の位相速度が小さいため、特許文献１に記載の範囲の膜厚では伝搬減衰の低減に対して殆ど影響を及ぼさない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３５２６７号公報：段落０１０８〜０１０９、図３６、３４、３５
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"GHz-band surface acoustic wave devices using the second leaky mode", J. Appl. Phis., vol.36, no.9B, pp.608.-6087, 1997.
【非特許文献２】"ＬｉＮｂＯ３の縦波形漏洩弾性表面波の共振器特性-有限要素-解析解結合法による解析", 信学会基礎・境界ソサエティ大会, A-195, p.196, 1996.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、縦型漏洩弾性表面波の伝搬減衰が小さな弾性表面波素子、及びこの弾性表面波素子を利用した電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る弾性表面波素子は、圧電材料からなる圧電片と、
この圧電片に縦型漏洩弾性表面波を励振するためのＩＤＴ電極と、
前記縦型漏洩弾性表面波が伝搬する領域を覆う誘電体材料からなる薄膜と、を備え、
前記圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する前記誘電体材料のバルク縦波の位相速度の比が０．９５以上であることを特徴とする。
【０００９】
上述の弾性表面波素子は、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記ＩＤＴ電極として、縦型漏洩弾性表面波を励振するために電気信号が入力される入力用ＩＤＴ電極が設けられ、さらに、この入力用ＩＤＴ電極から前記縦型漏洩弾性表面波が伝搬する方向に離間した位置に設けられ、当該縦型漏洩弾性表面波を電気信号に変換して出力する出力用ＩＤＴ電極と、前記入力用ＩＤＴ電極から前記出力用ＩＤＴ電極へ向けて縦型漏洩弾性表面波が伝搬する前記圧電片上の領域である伝搬路と、を備え、
前記薄膜は、前記伝搬路上に設けられていること。さらにさらに前記薄膜は、前記入力用ＩＤＴ電極及び前記出力用ＩＤＴ電極を覆うように、またはこれら入力用ＩＤＴ電極及び出力用ＩＤＴ電極と、前記圧電片との間に挟まれるように形成されていること。
（ｂ）縦型漏洩弾性表面波を前記ＩＤＴ電極に向けて反射して共振させるための反射器を備え、前記薄膜は、前記ＩＤＴ電極を覆うように、またはこのＩＤＴ電極と、前記圧電片との間に挟まれるように形成されていること。さらに前記薄膜は、前記反射器を覆うように、または当該反射器と、前記圧電片との間に挟まれるように形成されていること。
（ｃ）前記誘電体材料はアルミナ、サファイア、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、スカンジウムをドープした窒化アルミニウムからなる誘電体材料群から選択されること。
（ｄ）前記薄膜の厚さは、縦型漏洩弾性表面波の波長をλとすると、０．０３λ〜０．５λの範囲であること。
（ｅ）前記圧電材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウムまたは四ほう酸リチウム、水晶からなる圧電材料群から選択されること。特に、前記圧電材料は、面方位がＸカット、３６°回転Ｙ伝搬のニオブ酸リチウム、ＹカットＺ伝搬のニオブ酸リチウムまたは、Ｘカット３１°回転Ｙ伝搬のタンタル酸リチウムであること。
また、本発明に係わる電子部品は、前記弾性表面波素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧電片に、縦型漏洩弾性表面波が伝搬する領域を覆う薄膜を設け、前記圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する前記薄膜の材料のバルク縦波の位相速度の比を０．９５以上とすることにより、縦型漏洩弾性表面波の伝搬減衰を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＬＬＳＡＷフィルタの構成例を示す説明図である。
【図２】ＬＬＳＡＷ共振子の構成例を示す説明図である。
【図３】実施例に係わるＬＬＳＡＷフィルタを覆うアルミナ薄膜の厚さとＬＬＳＡＷの伝搬減衰との関係を示す第１の特性図である。
【図４】実施例に係わるＬＬＳＡＷフィルタを覆うアルミナ薄膜の厚さとＬＬＳＡＷの伝搬減衰との関係を示す第２の特性図である。
【図５】比較例に係わるＬＬＳＡＷフィルタを覆うアルミナ薄膜の厚さとＬＬＳＡＷの伝搬減衰との関係を示す特性図である。
【図６】実施例及び比較例に係わるＬＬＳＡＷフィルタの挿入損失の周波数特性を示す第１の特性図である。
【図７】実施例及び比較例に係わるＬＬＳＡＷフィルタの伝搬路長と挿入損失との関係を示す第１の特性図である。
【図８】実施例及び比較例に係わるＬＬＳＡＷフィルタの挿入損失の周波数特性を示す第２の特性図である。
【図９】実施例及び比較例に係わるＬＬＳＡＷフィルタの伝搬路長と挿入損失との関係を示す第２の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１、図２を参照しながら縦型漏洩弾性表面波（以下、ＬＬＳＡＷと記す）を利用した弾性表面波素子（以下、ＬＬＳＡＷ素子と記す）の構成例について説明する。  
図１に示すＬＬＳＡＷ素子は、ＬＬＳＡＷを励振させる圧電片１０１上に、ＬＬＳＡＷが伝搬する伝搬路１２を挟んで２つのＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂを対向するように設けたＳＡＷフィルタ１として構成されている。
【００１３】
各ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂは、ＬＬＳＡＷの伝搬方向に沿って伸びる２本のバスバー１１１と、各バスバー１１１から、例えばＬＬＳＡＷの伝搬方向と直交する方向に伸びる電極指１１３、１１４を互い違いに交差指状に配した構成となっている。例えば不平衡入出力の場合は、一方側のＩＤＴ電極１１ａのバスバー１１１が入力ポートに接続される一方、他方側のＩＤＴ電極１１ｂのバスバー１１２が出力ポートに接続されると共に、残るバスバー１１２は接地される（平衡入出力の場合は両方のバスバー１１１、１１２が入出力ポートに接続される）。
【００１４】
上述の２つのＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂのうち、ＬＬＳＡＷを励振するための電気信号が入力される入力ポートに接続されたＩＤＴ電極１１ａが本実施の形態の入力用ＩＤＴ電極に相当する。また、伝搬路１２を伝搬したＬＬＳＡＷが電気信号に変換されて出力される出力ポートに接続されたＩＤＴ電極１１ｂが出力用ＩＤＴ電極に相当する。
【００１５】
互いに離間して配置されたＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂ間には、ＬＬＳＡＷが伝搬する伝搬路１２が設けられる。本例において伝搬路１２は、圧電片１０１上の２つのＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂに挟まれた領域であり、より詳細には各ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの電極指１１３、１１４が交差する開口領域（図１（ａ）中に一点鎖線で示してある）の延長線上に設けられている。これらＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの下面に位置する圧電片１０１上の領域、並びに伝搬路１２は、いずれもＬＬＳＡＷが伝搬する領域に相当している。
【００１６】
圧電片１０１の表面にＬＬＳＡＷを励振することが可能な圧電材料としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）やタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：ＬＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）や四ほう酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７：ＬＢＯ）、水晶などを挙げることができる。ＬＬＳＡＷを励振することができれば、これら圧電材料のカット方向、ＬＬＳＡＷの伝搬方向については特段の限定はない。例えばＸカット３６°回転Ｙ伝搬ＬＮ（以下、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮと記す）、ＹカットＺ伝搬ＬＮ（以下、Ｙ−Ｚ ＬＮと記す）、Ｘカット３１°回転Ｙ伝搬ＬＴ（以下、Ｘ−３１°Ｙ ＬＴと記す）などのカット方向、伝搬方向を有する圧電材料において、ＬＬＳＡＷの励振が可能であることを確認している。
【００１７】
以上に説明した、２つのＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂ間に伝搬路１２を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１においては、背景技術にて説明したＬＬＳＡＷの伝搬減衰が大きな課題となる。後述の実施例に示すように、本願の発明者は、伝搬路１２やＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの上面に、バルク縦波の位相速度が圧電片１０１を構成する圧電材料と同等程度かこれよりも速い誘電体材料からなる薄膜、例えば硬度の高いアルミナ薄膜を形成する（以下、装荷するという）ことにより、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて成されている。後述するように、バルク縦波の位相速度の比が「同等程度」とは、この比の値が０．９５〜１程度の範囲を示す。
【００１８】
アルミナ薄膜を装荷することにより、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減できる理由は未だ不明であるが、ＬＬＳＡＷ素子の異方性を実効的に変化させることができることなどが関連しているのではないかと考えている。
【００１９】
圧電片１０１に薄膜として装荷される誘電体材料（以下、薄膜材料という）の種類としては、バルク縦波の位相速度が圧電片１０１を構成する圧電材料と同等程度かこれよりも速い誘電体、例えば上述のアルミナに加え、サファイア、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）やダイヤモンド、スカンジウム（Ｓｃ）をドープしたＡｌＮなどを用いてもＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減する効果が得られると考えられる。
【００２０】
（表１）には、薄膜材料と、圧電材料との候補例におけるバルク縦波の位相速度ＶＬ［ｍ／ｓ］を列挙している。ここで、バルク縦波の位相速度は、各材料の密度ρ［ｋｇ／ｃｍ３］に対する弾性定数ｃ１１［Ｎ／ｍ２］の比の平方根「（ｃ１１／ρ）０．５」で決定される。
（表１）  
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【００２１】
圧電材料と薄膜材料との組み合わせに着目すると、圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する薄膜材料のバルク縦波の位相速度の比が０．９５以上である場合、即ち、薄膜材料の前記位相速度が圧電材料と同等程度かこれより速い場合であれば、薄膜を装荷してＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減する作用が得られることを把握している。この比の値が０．９５を下回ると、装荷する膜を厚くする必要が生じ、挿入損失が大きくなるなどして現実的でない。
【００２２】
（表１）に示した値に基づいて、圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する薄膜材料のバルク縦波の位相速度の比を計算した結果を（表２）に示す。（表２）中、セルが灰色で塗り潰されている圧電材料と薄膜材料との組み合わせは、前記比の値が０．９５を下回る組み合わせを示している。
（表２）
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【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）の説明に戻ると、本例のＬＬＳＡＷフィルタ１は、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減するためアルミナ薄膜１０２が装荷されている。  
アルミナ薄膜１０２は、例えばアモルファスアルミナやサファイア（単結晶アルミナ）などからなり、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂがパターニングされた圧電片１０１の上面に、これらＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂ及びその間の伝搬路１２を覆うように形成される。アルミナ薄膜１０２を形成する手法としては、アモルファスアルミナの場合はスパッタリング法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法など、サファイアの場合はレーザーＭＢＥ（molecular beam epitaxy）などを採用することができる。
【００２４】
後述のシミュレーション結果に示すように、アルミナ薄膜１０２を装荷することによりＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減する効果は、圧電片１０１の物性、アモルファスアルミナやサファイアの弾性定数、アルミナ薄膜１０２の厚さｈなどにより変化する。アルミナ薄膜１０２の厚さｈとの関係において、伝搬減衰はアルミナ薄膜１０２の厚さｈを厚くすると小さくなる傾向がある。一方、ＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失は、アルミナ薄膜１０２を装荷した場合の方が、これを設けない場合に比べて大きくなるが、後述の実験結果に示すようにＬＬＳＡＷの伝搬減衰に起因する損失（伝搬損失）はアルミナ薄膜１０２を装荷することによって低減できる。
【００２５】
このＬＬＳＡＷフィルタ１において、隣り合う電極指１１３、１１４の中心間の距離をλ／２［μｍ］、ＬＬＳＡＷの位相速度をＶ［ｍ／ｓ］とすると、通過帯域の中心周波数はｆ０＝Ｖ×１０−３／λ［ＧＨｚ］となる。アルミナ薄膜１０２を装荷したＬＬＳＡＷフィルタ１は、これを装荷しない場合に比べてＬＬＳＡＷの位相速度が高速化する場合があることをシミュレーションにより確認している。  
ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂ、及び伝搬路１２を覆うようにアルミナ薄膜１０２を装荷することでＬＬＳＡＷの伝搬減衰を小さくすることが可能となる。
【００２６】
ここでＳＡＷフィルタ２に適用可能なＩＤＴ電極の構成は、図３に示した例に限られるものではない。電極指１１３、１１４の交差幅を変化させるなどのアポダイズ重み付けや、浮き電極などの一方向性変換器を設けてもよいし、電極指１１３、１１４の間隔を連続的に変化させる傾斜型のＩＤＴ電極としてもよく、各種のＩＤＴ電極を適用することができる。また、電極指１１３、１１４の幅や本数、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの距離（ＬＬＳＡＷの伝搬路長）は、ＬＬＳＡＷフィルタ１の仕様に応じて適宜、設定することがでる。
【００２７】
さらにまた、図１（ａ）に示した例では、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂはＬＬＳＡＷの伝搬方向に互いに隣り合うように配置されているが、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの配置はこの例に限定されない。  
例えば、アポダイズ重み付けされたＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂでは、ＬＬＳＡＷの伝搬方向が互いに平行になり、且つ、交差しないように、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂをＬＬＳＡＷの伝搬方向と直交する方向に、前後にずらして配置することがある。この場合には、各ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂのＬＬＳＡＷの伝搬路１２に跨がるように伸びるストリップライン状の多数の電極を備えるマルチストリップカプラ（Multi-Strip Coupler、以下、ＭＳＣという）と呼ばれるカプラなどを設けて、これらのＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの伝搬路１２を結合させることが行われる。
【００２８】
また、各ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂの伝搬路１２が様々な角度で交差するようにこれらＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂを配置し、入力用ＩＤＴ電極１１ａから伝搬してきたＬＬＳＡＷが出力用のＩＤＴ電極１１ｂへ向けて反射する方向に、ストリップライン状の多数の電極を傾斜させて配置した反射器を設ける場合もある。
このように、伝搬路１２上にＭＳＣや反射器などが設けられている場合には、ＭＳＣや反射器を覆うようにして伝搬路１２にアルミナ薄膜１０２を装荷することにより、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減することができる。
【００２９】
また、薄膜を設けることにより伝搬減衰を低減可能なＬＬＳＡＷ素子の例は、ＳＡＷフィルタに限定されるものではない。例えば図２に示すＳＡＷ共振子２として構成されたＬＬＳＡＷ素子も本発明の技術的範囲に含まれる。図２は、圧電片１０１上に１組のＩＤＴ電極２１を設け、当該ＩＤＴ電極２１を構成するバスバー２１１、２１２に各々入力ポート、出力ポートを接続してなる１ポート型のＳＡＷ共振子２である。図２中、２１４は各バスバー２１１、２１２に接続された電極指であり、２２はグレーティング反射器である。
【００３０】
このＳＡＷ共振子２において、ＬＬＳＡＷが励振されるＩＤＴ電極２１、ＬＬＳＡＷを反射するグレーティング反射器２２は、ＬＬＳＡＷの伝搬する領域に相当する。そして本例のＳＡＷ共振子２には、これらＩＤＴ電極２１やグレーティング反射器２２を覆うように、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減するためアルミナ薄膜１０２が装荷されている。
【００３１】
このＳＡＷ共振子２において、隣り合う電極指２１３、２１４の中心間の距離をλ／２［μｍ］、ＬＬＳＡＷの位相速度をＶ［ｍ／ｓ］とすると、共振周波数はｆｒ＝Ｖ×１０−３／λ［ＧＨｚ］となる。  
アルミナ薄膜１０２などの薄膜を設け、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減することにより、電気機械結合係数Ｋ２が大きく、また応答が大きく急峻な（Ｑ値が大きい）ＳＡＷ共振子２を得ることができる。
【００３２】
ここでＳＡＷ共振子２の構成についても図２に示したものに限られるものではなく、例えば複数のＩＤＴ電極２１をＬＬＳＡＷの伝搬方向に並べて構成される縦結合型の２重モードフィルタや、ＩＤＴ電極２１をＬＬＳＡＷの伝搬方向と直交する方向に並べて構成される横結合型の２重モードフィルタを構成してもよい。
【００３３】
以上に説明したＳＡＷフィルタ２はそれ単体でフィルタ機能を持つ電子部品として利用される。また、ＳＡＷ共振子３は例えば周知のコルピッツ回路内に組み込まれることにより発振器として利用してもよいし、複数のＳＡＷ共振子３をラダー状に接続したラダー型フィルタや、送信信号、受信信号の帯域に応じて通過帯域の異なるラダー型フィルタを組み合わせて構成されるデュプレクサなどとして利用するなど、各種の電子部品として利用してもよい。
【００３４】
本実施の形態に係わるＬＬＳＡＷ素子によれば以下の効果がある。圧電片１０１に、縦型漏洩弾性表面波が伝搬する領域を覆う薄膜１０２を設け、圧電材料のバルク縦波の位相速度に対する前記薄膜の材料のバルク縦波の位相速度の比を０．９５以上とすることにより、縦型漏洩弾性表面波の伝搬減衰を低減できる。
【００３５】
ここで、伝搬減衰を低減するための薄膜は、縦型漏洩弾性表面波が伝搬する領域の全面に装荷する場合に限定されない。例えば、図１に示したＬＬＳＡＷフィルタ１において、伝搬路１２の全体または一部の領域にのみアルミナ薄膜１０２を設ける一方、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂが設けられている領域にはアルミナ薄膜１０２を装荷せずにＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂを剥き出しのままとしてもよい。また、図２に示したＳＡＷ共振子２の例においてもＩＤＴ電極２１が設けられている領域にのみアルミナ薄膜１０２を装荷する一方、グレーティング反射器２２が設けられている領域にはアルミナ薄膜１０２を装荷せずにグレーティング反射器２２を剥き出しのままとしてもよい。
【００３６】
さらに薄膜は、ＬＬＳＡＷを励振するＩＤＴ電極を覆うように形成する場合に限定されない。例えば圧電材料の基板に、サファイア基板を貼り合わせて薄膜を形成してもよい。基板同士の貼り合わせは、圧電材料の基板上にサファイア基板を積み重ね、これらの基板を加熱して熱処理することなどにより行われる。
【００３７】
この場合には、ＩＤＴ電極やグレーティング反射器などは、薄膜となるサファイア基板上に形成される。言い替えると、この場合のＬＬＳＡＷ素子では、ＩＤＴ電極と圧電片との間に挟まれるように薄膜が形成されていることになる。この場合であっても薄膜の厚さが０．０３λ程度であれば、電気機械結合係数の大きな低下はなく、圧電基板（圧電片）上にＬＬＳＡＷを励振できる。薄膜の厚さの調整は、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などにより行うことができる。
【実施例】
【００３８】
＜シミュレーション＞  
アルミナ薄膜１０２を装荷した圧電片１０１におけるＬＬＳＡＷの位相速度及び伝搬減衰をシミュレーションにより求めた。
Ａ．シミュレーション条件  
FarnellとAdlerの３層構造におけるＳＡＷ伝搬の解析方法（G. W. Farnell and E. L. Adler: Physical Acoustics (1972) 35.）をＬＬＳＡＷに拡張し、ＩＤＴ電極を有さない圧電片１０１とアルミナ薄膜１０２と、その境界面を短絡した場合のＬＬＳＡＷの位相速度及び伝搬減衰を求めた。圧電片１０１としてはＸ−３６°Ｙ ＬＮ、またはＸ−３１°Ｙ ＬＴの物性値を用い、アルミナ薄膜１０２はアモルファスアルミナとした。アルミナ薄膜１０２の密度は、理論密度３．９９×１０３ｋｇ／ｍ３、比誘電率は１０を用いた。
（実施例１−１）  
Ｘ−３６°Ｙ ＬＮの圧電片１０１上に装荷するアルミナ薄膜１０２の厚さを変化させてシミュレーションを行った。アルミナの物性値としては、サファイア弾性定数（ｃ１１＝４．９７×１０１１Ｎ／ｍ２、ｃ４４＝１．６７×１０１１Ｎ／ｍ２）を用いた。Ｘ−３６°Ｙ ＬＮのバルク縦波の位相速度に対するアルミナ薄膜１０２のバルク縦波の位相速度の比は１．７３である。  
（実施例１−２）  
スパッタ成膜したアルミナ薄膜につき、実験結果から算出した弾性定数（ｃ１１＝１．５６×１０１１Ｎ／ｍ２、ｃ４４＝０．７３×１０１１Ｎ／ｍ２）を用いた点以外は、実施例１−１と同様の条件でシミュレーションを行った。前記位相速度の比の値は、０．９７である。  
（実施例１−３）  
弾性定数として、実施例１−１と実施例１−２との間の仮の定数（ｃ１１＝２．０×１０１１Ｎ／ｍ２、ｃ４４＝１．０×１０１１Ｎ／ｍ２）を用いた点以外は、実施例１−１と同様の条件でシミュレーションを行った。前記位相速度の比の値は、１．１０である。
（実施例１−４）  
圧電片１０１の物性値としてＸ−３１°Ｙ ＬＴのものを用いた点以外は実施例１−１と同様の条件でシミュレーションを行った。前記位相速度の比の値は、１．８７である。
（実施例１−５）  
圧電片１０１の物性値としてＸ−３１°Ｙ ＬＴのものを用いた点以外は実施例１−２と同様の条件でシミュレーションを行った。前記位相速度の比の値は、１．０５である。
（実施例１−６）  
圧電片１０１の物性値としてＸ−３１°Ｙ ＬＴのものを用いた点以外は実施例１−３と同様の条件でシミュレーションを行った。前記位相速度の比の値は、１．１９である。
（比較例１−１）  
Ｘ−３６°Ｙ ＬＮの圧電片１０１上に装荷する薄膜をＳｉＯ２とした点以外は、実施例１−１と同様の条件でシミュレーションを行った。ＳｉＯ２の弾性定数は、ｃ１１＝０．７８５×１０１１Ｎ／ｍ２、ｃ４４＝０．３１２×１０１１Ｎ／ｍ２を用いた。前記位相速度の比の値は０．９３である。
【００３９】
Ｂ．シミュレーション結果
実施例１−１〜１−３のシミュレーション結果を図３、実施例１−４〜１−６のシミュレーション結果を図４、比較例１−１のシミュレーション結果を図５に示す。各図の横軸は、アルミナ薄膜１０２の厚さｈをＬＬＳＡＷの波長λで規格化した値であるｈ／λを示し、縦軸はＬＬＳＡＷの１波長あたりの減衰量［ｄＢ／λ］を示している。図３において、実施例１−１を実線、実施例１−２を破線、実施例１−３を一点鎖線で示してある。また、図４では実施例１−４を実線、実施例１−５を短破線、実施例１−６を長破線で示してある。
【００４０】
図３に示した実施例１−１の結果によれば、弾性定数の値がサファイア程度に大きいとき、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰はｈ／λの値の増加に伴い、一旦増加してから急激に減少している。そして、ｈ／λの値が約０．０３以上ではＬＬＳＡＷの伝搬減衰が０となった。また、アルミナ薄膜１０２が未装荷の場合の圧電片１０１におけるＬＬＳＡＷの位相速度、約６，９００ｍ／ｓに比べて、実施例１−１の場合の位相速度は約７，４００ｍ／ｓまで高速化した。
【００４１】
次に実施例１−２の結果によれば、実際のアルミナ薄膜から算出した弾性定数を用いた場合においてもＬＬＳＡＷの伝搬減衰はｈ／λの値の増加に伴い、一旦増加してから減少している。しかしながら、伝搬減衰の減少の程度は実施例１−１に比べてなだらかであり、伝搬減衰が最小値を示すｈ／λの値は約０．４となり、サファイアの弾性定数を用いた実施例１−１と比較して、アルミナ薄膜１０２の厚さが１０倍以上必要であった。また実施例１−２において、ｈ／λの値が約０．４となるときの位相速度は約６,５５０ｍ／ｓであり未装荷の場合よりも低速化した。
【００４２】
続いて、弾性定数の値を実際のもの実施例１−２より増加させた実施例１−３の場合にもＬＬＳＡＷの伝搬減衰はｈ／λの値の増加に伴い、一旦増加してから減少している。そして、伝搬減衰の減少の程度は実施例１−１よりもなだらかである一方、実施例１−２よりは勾配が大きく、伝搬減衰が最小値を示すｈ／λの値は約０．３であった。
【００４３】
そして実施例１−１〜１−３の結果を通して見ると、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮのバルク縦波の位相速度に対するアルミナ薄膜１０２のバルク縦波の位相速度の比の値が大きい程、ｈ／λの値が小さく、薄い膜厚にて伝搬減衰が最小となっていることが分かる。伝搬減衰が最小となるｈ／λの値が小さい順に実施例を並べると、実施例１−１（前記位相速度の比の値１．７３）→実施例１−３（同１．１０）→実施例１−２（同０．９７）となっている。
【００４４】
さらに、伝搬減衰が減少するｈ／λの領域において、ｈ／λの単位増加幅に対する伝搬減衰の減少量に着目すると、前記位相速度の比の値が大きくなるほど伝搬減衰の減少量も大きくなり、急激に伝搬減衰の値が小さくなることも確認できる。
【００４５】
また図４に示すように、圧電片１０１をＸ−３１°Ｙ ＬＴに変えた実施例１−４〜１−６のシミュレーション結果では、伝搬減衰が最小となるｈ／λの値は０．０５〜０．３２の間に存在した。そして、圧電材料の種類を変えた場合でも前記位相速度の比の値が大きくなるにつれて、伝搬減衰が最小となるｈ／λの値が小さくなっていくこと、即ち、薄いアルミナ薄膜１０２の装荷にて伝搬減衰を低減できることを確認できた。
【００４６】
さらに圧電材料が異なる実施例１−１〜１−３と、実施例１−４〜１−６とを比較した場合に、アルミナ薄膜１０２の弾性定数が同じであっても前記位相速度の比の値が大きい方が伝搬減衰が最小となるｈ／λの値が小さくなっている。一例を挙げると、実施例１−３（弾性定数ｃ１１＝２．０×１０１１Ｎ／ｍ２、位相速度の比１．１０）は、ｈ／λの値が約０．３で伝搬減衰が最小となっているが、実施例１−６（弾性定数は同じ、位相速度の比１．１９）は、ｈ／λの値が約０．１で伝搬減衰がゼロとなっている。そして、実施例１−３よりも実施例１−６の方が、ｈ／λの値の増加に対して、伝搬減衰が減少していく傾きも大きい。
【００４７】
これらの実施例と比較して、薄膜としてＳｉＯ２の弾性定数を用いた比較例１−１では、ｈ／λの値が０．３４のとき、伝搬減衰は最小値を示すものの、伝搬減衰が０．５［ｄＢ／λ］を下回ることはなく、薄膜を装荷する効果は小さい。比較例１−１は、前記位相速度の比の値が０．９３と最も小さく、この例からも当該比の値は、圧電片への薄膜の装荷による伝搬減衰の低減の効果を測る指標となることが分かる。
【００４８】
実施例１−１〜１−６、の結果により、弾性定数の大きな（硬度の高い）薄膜を装荷することにより、圧電片１０１の表面に励振されるＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減できる膜厚が存在することが分かる。
この他、圧電片１０１としてＹ−Ｚ ＬＮを用いて実施例１−１〜１−６と同様のシミュレーションを行ったところ、伝搬減衰が最小となるｈ／λの値は、Ｙ−Ｚ ＬＮの場合は０．１４〜０．５付近の間に存在することを確認した。さらに別途、圧電片１０１としてＸ−３６°Ｙ ＬＮ、薄膜としてサファイア結晶の弾性定数を用いて行ったシミュレーションでは、ｈ／λの値が０．０３となる位置にて伝搬減衰がほぼゼロとなった。従って、少なくとも波長λのＬＬＳＡＷの伝搬減衰を低減可能なアルミナ薄膜の厚さｈは、０．０３λ〜０．５λの範囲にあるといえる。
【００４９】
また、アルミナ薄膜１０２を装荷する場合に限らず、他の薄膜材料、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、スカンジウムをドープした窒化アルミニウムの薄膜を装荷する場合にも、薄膜の厚さが０．０３λ〜０．５λ程度の範囲内のとき、ＬＬＳＡＷの伝搬減衰が最小となる圧電材料と薄膜材料との組み合わせを選択することが挿入損失の低減などの観点から現実的である。
【００５０】
＜実験＞  
アルミナ薄膜１０２を装荷した場合と未装荷の場合とにおけるＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失を測定した。  
Ａ．実験条件
図１（ａ）に示すように、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮまたはＸ−３１°Ｙ ＬＴからなる圧電片１０１上に入力用、出力用ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂを形成し、これらＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂ及び伝搬路１２を覆うようにアルミナ薄膜１０２を装荷した。ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂは、伝搬路１２の伝搬路長Ｌを種々変化させるようにして、アルミ製の蒸着膜（膜厚約０．０１λ）から、λ＝２０μｍ、対数Ｎ＝３０のシングル電極指１１３、１１４をパターニングすることにより形成した。
【００５１】
（実施例２−１）
圧電片１０１としてＸ−３６°Ｙ ＬＮを用い、伝搬路長をＬ＝５λとしたＬＬＳＡＷフィルタ１の上面に、ＩＤＴ電極１１ａ、１１ｂ及び伝搬路１２を覆うように、膜厚ｈ／λ＝０．１５（ｈ＝３μｍ）のアルミナ薄膜１０２を装荷した。アルミナ薄膜１０２はアルミナ焼結体をスパッタリングすることにより形成した。このＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。アルミナ薄膜の弾性定数が実施例１−２と同じであるとすると、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮのバルク縦波の位相速度に対するアルミナ薄膜１０２のバルク縦波の位相速度の比は０．９７である。  
（実施例２−２）  
伝搬路長をＬ＝２５λとした点以外は、実施例２−１と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。  
（実施例２−３）  
伝搬路長をＬ＝５０λとした点以外は、実施例２−１と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定すると共に、周波数を変化させたときの周波数特性を測定した。
（実施例２−４）
圧電片１０１としてＸ−３１°Ｙ ＬＴを用い、膜厚をｈ／λ＝０．３１５（ｈ＝６．３μｍ）とした点以外は、実施例２−２と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。アルミナ薄膜の弾性定数が実施例１−２と同じであるとすると、Ｘ−３１°Ｙ ＬＴのバルク縦波の位相速度に対するアルミナ薄膜１０２のバルク縦波の位相速度の比は１．０５である。
（実施例２−５）
伝搬路長をＬ＝５０λとした点以外は、実施例２−４と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定すると共に、周波数を変化させたときの周波数特性を測定した。  
【００５２】
（比較例２−１）  
アルミナ薄膜１０２を装荷していない点以外は実施例２−１と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。
（比較例２−２）  
アルミナ薄膜１０２を装荷していない点以外は実施例２−２と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。
（比較例２−３）  
アルミナ薄膜１０２を装荷していない点以外は実施例２−３と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定すると共に、周波数を変化させたときの周波数特性を測定した。
（比較例２−４）
伝搬路長をＬ＝５λとし、アルミナ薄膜１０２を装荷していない点以外は実施例２−４と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。
（比較例２−５）
アルミナ薄膜１０２を装荷していない点以外は実施例２−４と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定した。
（比較例２−６）
アルミナ薄膜１０２を装荷していない点以外は実施例２−５と同様の構成を備えるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を測定すると共に、周波数を変化させたときの周波数特性を測定した。
【００５３】
Ｂ．実験結果  
実施例２−３、比較例２−３（伝搬路長Ｌ＝５０λ）のＬＬＳＡＷフィルタ１において、ＩＤＴ電極１１ａに入力される周波数を変化させたときの入力ポート−出力ポート間の挿入損失の周波数変化を図６に示す。図６の横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸はＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失［ｄＢ］であり、実施例２−３を破線で示し、比較例２−３を実線で示している。また、実施例２−５、比較例２−６（伝搬路長Ｌ＝５０λ）についての同様の計測結果を図８に示す。
【００５４】
また図７は、実施例２−１〜２−３、及び比較例２−１〜２−３に係わるＬＬＳＡＷフィルタ１にてＬＬＳＡＷを励振させたときの挿入損失を、伝搬路長Ｌに対してプロットした図である。図７の横軸はＬＬＳＡＷの波長λ（隣り合う電極指１１３、１１４の間隔の２倍の値に相当する）で規格化した伝搬路長、縦軸は各ＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失［ｄＢ］である。実施例２−１〜２−３の結果を黒塗りの丸でプロットし、比較例２−１〜２−３の結果を黒塗りの四角でプロットした。さらに、実施例２−４〜２−５、及び比較例２−４〜２−６についての同様の結果を図９に示す。各実施例、比較例とプロットとの対応関係は図７と同様である。
【００５５】
図６に示したＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失の周波数変化によれば、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮの圧電片１０１にアルミナ薄膜１０２を装荷した実施例２−３、アルミナ薄膜１０２を装荷していない比較例２−３のいずれの場合においても、ＬＬＳＡＷが励振される周波数領域にて、ＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失が小さくなる通過帯域が存在することを確認できた。
【００５６】
但し、アルミナ薄膜１０２を装荷した実施例２−３の場合の方が、アルミナ薄膜１０２を装荷していない比較例２−３の場合に比べてＬＬＳＡＷが励振される周波数領域における挿入損失が大きくなっている。これは、圧電片１０１とアルミナ薄膜１０２とが接する領域にてＬＬＳＡＷが励振されることにより、ＬＬＳＡＷフィルタ１の電気-機械結合係数が低下し、未装荷の場合に比べてＬＬＳＡＷを励振するのに必要なエネルギーが大きくなるためではないかと考えられる。
【００５７】
次に図７によれば、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮの圧電片１０１にアルミナ薄膜１０２を装荷した場合（実施例２−１〜２−３）とこれを装荷していない場合（比較例２−１〜２−３）とのいずれにおいても、伝搬路長Ｌを長くするにつれて挿入損失ＩＬが大きくなっている。また、いずれの場合も伝搬路長Ｌと挿入損失ＩＬとの関係は線形性を示さず、伝搬路長Ｌを長くするほど、挿入損失ＩＬが増加する度合いは小さくなっている。
【００５８】
このように伝搬路長Ｌと挿入損失ＩＬとの関係が線形性を示さない理由は、ＩＤＴ電極１１ａから圧電片１０１内部に放射されるバルク波の損失に起因するものであると考えられる。伝搬路長Ｌの変化量に対する挿入損失ＩＬの変化量に着目すると、アルミナ薄膜１０２が未装荷の場合（比較例２−１〜２−３）に比べて圧電片１０１を装荷した場合（実施例２−１〜２−３）の方が挿入損失ＩＬの増加割合が小さいことが分かる。
【００５９】
例えば伝搬路長Ｌを２５λから５０λまで長くしたとき、実施例２−２と２−３との間、比較例２−２と２−３との間の挿入損失の増加の度合い（各実施例、比較例を繋ぐ直線の傾き）を比較すると、アルミナ薄膜１０２を装荷した実施例の傾きの方が小さい。この傾きの違いはＬＬＳＡＷの伝搬減衰の差に基づくものであり、アルミナ薄膜１０２を装荷した後の伝搬減衰に起因する挿入損失（伝搬損失）を計算すると、未装荷の場合の１／２であった。従って、アルミナ薄膜１０２を装荷することにより、伝搬損失を低減できることが分かる。
【００６０】
これらの結果に対して、圧電材料にＸ−３１°Ｙ ＬＴを用いた実施例２−５、比較例２−６における挿入損失の周波数変化についても確認した図８によれば、ＬＬＳＡＷの励振が確認された。そして、ＬＬＳＡＷが励振される周波数領域においてはアルミナ薄膜１０２を装荷した場合（実施例２−５）の方が、アルミナ薄膜１０２を装荷していない場合（比較例２−６）に比べて挿入損失が小さくなるという、Ｘ−３６°Ｙ ＬＮを圧電材料とした場合（図６）とは反対の結果が得られた。
【００６１】
また、Ｘ−３１°Ｙ ＬＴの圧電片１０１にアルミナ薄膜１０２を装荷した実施例２−４〜２−５と、未装荷の比較例２−４〜２−６におけるＬＬＳＡＷフィルタ１の挿入損失を比較した図９によれば、圧電材料にＸ−３６°Ｙ ＬＮを用いた場合（実施例２−１〜２−３、比較例２−１〜２−３）とは異なり、伝搬路長Ｌと挿入損失ＩＬとの関係は線形線形性を示している。これは、Ｘ−３１°Ｙ ＬＴではＩＤＴ電極から圧電片１０１内部に放射するバルク波が少ないためであると考えられる。図９の勾配より求めたアルミナ薄膜１０２の装荷後の伝搬損失は０．１１［ｄＢ／λ］であり、未装荷の場合の０．５４［ｄＢ／λ］から約１／５に低減された。
【符号の説明】
【００６２】
１          ＬＬＳＡＷフィルタ
１０１      圧電片
１０２      アルミナ薄膜
１１ａ、１１ｂ
ＩＤＴ電極
１２        伝搬路
２          ＳＡＷ共振子
【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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