(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランガサイト単結晶を育成して圧電デバイス用基板に加工する圧電デバイス用基板の製造方法であって、
添付図面１に示す点Ａ（Ｌａ２Ｏ３が４７．８１重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．５０重量％、ＳｉＯ２が５．６９重量％）、
点Ｂ（Ｌａ２Ｏ３が４７．９７重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．２６重量％、ＳｉＯ２が５．７７重量％）、
点Ｃ（Ｌａ２Ｏ３が４８．０４重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．５０重量％、ＳｉＯ２が５．４６重量％）で囲まれる組成範囲内で秤量してルツボ内で融解させ、該ルツボ内からランガサイトの単結晶を引き上げ育成することを特徴とする圧電デバイス用基板の製造方法。
【請求項２】
ランガサイトの単結晶で形成された圧電デバイス用基板であって、
添付図面１に示す点Ａ（Ｌａ２Ｏ３が４７．８１重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．５０重量％、ＳｉＯ２が５．６９重量％）、
点Ｂ（Ｌａ２Ｏ３が４７．９７重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．２６重量％、ＳｉＯ２が５．７７重量％）、
点Ｃ（Ｌａ２Ｏ３が４８．０４重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．５０重量％、ＳｉＯ２が５．４６重量％）で囲まれる組成範囲内で秤量してルツボ内で融解させ、該ルツボ内から引き上げ育成された単結晶であることを特徴とする圧電デバイス用基板。
【請求項３】
引き上げにより育成されたランガサイトの単結晶で形成された圧電デバイス用基板であって、
前記ランガサイトは、
添付図面１に示す点ａ（Ｌａ２Ｏ３が４７．８２重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．５０重量％、ＳｉＯ２が５．６８重量％）、
点ｂ（Ｌａ２Ｏ３が４７．９７重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．２７重量％、ＳｉＯ２が５．７６重量％）、
点ｃ（Ｌａ２Ｏ３が４８．０３重量％、Ｇａ２Ｏ３が４６．４９重量％、ＳｉＯ２が５．４８重量％）で囲まれる組成範囲内の単結晶であることを特徴とする圧電デバイス用基板。
【請求項４】
請求項２又は３のいずれかに記載の圧電デバイス基板の表面上に表面弾性波を送受信する電極を形成したことを特徴とする表面弾性波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＡＷフィルタ等に好適な圧電デバイス用基板の製造方法と圧電デバイス用基板、及びこれを用いた表面弾性波デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14（Langasite:ランガサイト）単結晶は、温度による弾性波伝搬速度、周波数の変化率が小さく、圧電性の大小を表す電気機械結合係数（電気エネルギーと機械エネルギーの相互変換効率を示す係数）が大きいことから、表面弾性波（Surface Acoustic Wave:ＳＡＷ）フィルタ等の圧電デバイス用の基板材料として研究が行われている（例えば、H.Takeda,K.Shimamura,V.I.Chani,T.Fukuda,Effect of starting melt composition on crystal growth of La3Ga5SiO14,J.Crystal Growth 197(1999)204.等）。すなわち、このランガサイト単結晶は、水晶と同等の温度特性を持ち、しかも電気機械結合係数が水晶の約３倍あり、携帯電話等に多用されているＳＡＷフィルタの広帯域化と小型化を図ることが可能になる。例えば、特開平１０−１２６２０９号公報等にランガサイト単結晶を用いた表面弾性波デバイスが記載されている。
従来、このランガサイト単結晶を育成するには、化学量論比の組成に基づいた原料ペレットを融解して単結晶を育成していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、化学量論的組成等の従来用いられている組成でランガサイト単結晶を育成すると、過飽和度の不連続に伴う成長速度の変動が組成の変動につながり、成長縞が生じるという不都合があった。このような結晶から切り出したウェハの表面に成長縞が存在すると、機械的な強度のバラツキがあり、研磨加工すると凸凹ができ、ＳＡＷフィルタの特性に悪影響を及ぼしてしまう問題がある。また、直径方向において融液の対流速度に影響を受けるので、界面の各点での組成も異なり、その結果、ウェハ面内の表面弾性波速度もばらついてしまう。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、成長縞が生じ難く、バラツキの少ない表面弾性波伝搬速度を得ることができる圧電デバイス用基板の製造方法と圧電デバイス用基板、及びこれを用いた表面弾性波デバイスを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ランガサイト単結晶の製造技術について研究を行ってきた結果、成長縞がほとんど存在しない組成条件を見出すことができた。したがって、本発明は、この知見に基づいた技術であり、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
【０００６】
すなわち、本発明の圧電デバイス用基板の製造方法は、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶を育成して圧電デバイス用基板に加工する圧電デバイス用基板の製造方法であって、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶を育成して圧電デバイス用基板に加工する圧電デバイス用基板の製造方法であって、添付図面１に示す点Ａ（Ｌａ2Ｏ3が４７．８１重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．６９重量％）、点Ｂ（Ｌａ2Ｏ3が４７．９７重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．２６重量％、ＳｉＯ2が５．７７重量％）、点Ｃ（Ｌａ2Ｏ3が４８．０４重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．４６重量％）で囲まれる組成範囲内で秤量してルツボ内で融解させ、該ルツボ内からＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の単結晶を引き上げ育成することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の圧電デバイス用基板は、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の単結晶で形成された圧電デバイス用基板であって、添付図面１に示す点Ａ（Ｌａ2Ｏ3が４７．８１重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．６９重量％）、点Ｂ（Ｌａ2Ｏ3が４７．９７重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．２６重量％、ＳｉＯ2が５．７７重量％）、点Ｃ（Ｌａ2Ｏ3が４８．０４重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．４６重量％）で囲まれる組成範囲内で秤量してルツボ内で融解させ、該ルツボ内から引き上げ育成された単結晶であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の圧電デバイス用基板は、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の単結晶で形成された圧電デバイス用基板であって、前記Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14は、添付図面１に示す点ａ（Ｌａ2Ｏ3が４７．８２重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．６８重量％）、点ｂ（Ｌａ2Ｏ3が４７．９７重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．２７重量％、ＳｉＯ2が５．７６重量％）、点ｃ（Ｌａ2Ｏ3が４８．０３重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．４９重量％、ＳｉＯ2が５．４８重量％）で囲まれる組成範囲内の単結晶であることを特徴とする。
【０００９】
これらの圧電デバイス用基板の製造方法及び圧電デバイス用基板では、後述する実験結果に基づいて、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の原料であるＬａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2のそれぞれ組成範囲を上記範囲内で秤量してルツボ内で融解させ、該ルツボ内からＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の単結晶を引き上げ育成し、またＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14が、Ｌａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2が上記組成範囲内の単結晶であるので、成長縞の発生が極めて少ない高品質なＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶が得られるとともに、バラツキの少ない表面弾性波伝搬速度及び均一な中心周波数を有する基板が得られる。
【００１０】
また、本発明の圧電デバイス用基板は、伝搬速度のバラツキが１００ｐｐｍ以下にあるので、ＳＡＷフィルタ特性の均一性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の表面弾性波デバイスは、上記本発明の圧電デバイス基板の表面上に表面弾性波を送受信する電極を形成したことを特徴とする。
この表面弾性波デバイスでは、上記本発明の圧電デバイス基板を用いることで、高品質で特性のバラツキが少ないとともに高い信頼性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧電デバイス用基板の製造方法と圧電デバイス用基板、及びこれを用いた表面弾性波デバイスの一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施形態の圧電デバイス基板及び表面弾性波デバイスを製造するには、まず、図１に示す組成範囲、すなわち、
図１に示す点Ａ（Ｌａ2Ｏ3が４７．８１重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．６９重量％）、
点Ｂ（Ｌａ2Ｏ3が４７．９７重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．２６重量％、ＳｉＯ2が５．７７重量％）、
点Ｃ（Ｌａ2Ｏ3が４８．０４重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．４６重量％）で囲まれる組成範囲内で原料を秤量する。
【００１４】
次に、これらの原料を振動攪拌機で１時間混合させ、外径１００ｍｍ×６０ｍｍの寸法をもったペレットに成形する。次に、ペレットを電気炉で１２００℃の温度で、１時間空気中で焼成する。
結晶の育成は、高周波加熱育成炉において、図２に示すように、イリジウム製のルツボ１を用いて行い。該ルツボ１の外側と上方にアルミナ及びジルコニアの断熱材２を設け、ホットゾーンを形成する。断熱材２の外側には、加熱用の高周波ワークコイル３を設置する。なお、ルツボ１底部には、熱電対４が設置されている。
【００１５】
育成の際に、ルツボ１の中に焼成されたペレットをチャージし、加熱、融解させて所定温度の融液Ｌとする。そして、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）の種結晶Ｓを引き上げ軸５に固定し、所定の回転数と引上速度で融液Ｌからランガサイト単結晶Ｃを育成する。自動直径制御は、引き上げ軸５につながる重量センサ６で検出した結晶の重量変化信号により行う。
【００１６】
このようにして育成したランガサイト単結晶Ｃ（直径８５ｃｍで直胴部の長さが１９０ｃｍ）は、秤量時の組成範囲と同様の組成範囲内の単結晶となる。すなわち、上記組成範囲の秤量で育成した単結晶は、図１に示す点Ａの組成では点ａ（Ｌａ2Ｏ3が４７．８２重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．５０重量％、ＳｉＯ2が５．６８重量％）の組成となり、点Ｂの組成では点ｂ（Ｌａ2Ｏ3が４７．９７重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．２７重量％、ＳｉＯ2が５．７６重量％）となり、点Ｃの組成では点ｃ（Ｌａ2Ｏ3が４８．０３重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．４９重量％、ＳｉＯ2が５．４８重量％）の組成となった。したがって、この単結晶は、図１に示す点ａ〜ｃで囲まれる組成範囲内の単結晶である。
【００１７】
次に、このランガサイト単結晶Ｃは、スライスされて圧電デバイス用基板に加工される。さらに、この圧電デバイス用基板には、図３に示すように、その表面に励振電極（すだれ電極（櫛歯電極））７が形成されてＳＡＷフィルタ（表面弾性波デバイス）８が作製される。
なお、上記圧電デバイス用基板は、表面弾性波音速（表面上を表面弾性波が伝搬したとき、すなわちデバイスが利用する一定方向（励振電極３の対向方向）に伝搬したときの伝搬速度）のバラツキが１００ｐｐｍ以下となっている。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明に係る圧電デバイス用基板の製造方法と圧電デバイス用基板、及びこれを用いた表面弾性波デバイスを、実施例により図１、図４から図７を参照して具体的に説明する。
【００１９】
上記製造方法において、Ｌａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2の組成を変えて圧電デバイス基板を製造し、これらの基板における成長縞の発生の有無を調べた実験データを、以下の表１及び図１に示す。なお、図１中のマークは、成長縞が発生した場合は◆、発生しない場合は◇としている。なお、二次相は各実験サンプル（ＡからＣ、▲１▼から▲５▼）では発生しなかった。また、図１中のＸ点は、従来の化学量論的組成（Ｌａ2Ｏ3が４８．０４重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．０６重量％、ＳｉＯ2が５．９１重量％）に基づいて育成した単結晶の場合であり、Ｙ点は、上述したJ.Crystal Growth掲載の論文で記載されている組成（Ｌａ2Ｏ3が４７．９９重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．３０重量％、ＳｉＯ2が５．７１重量％）に基づいて育成した単結晶の場合である。なお、上記点ＡからＣで囲まれた組成範囲内にある点Ｄの組成（Ｌａ2Ｏ3が４７．９４重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．４２重量％、ＳｉＯ2が５．６４重量％の組成）についても、同様にランガサイト単結晶を確認的に育成した。この点Ｄの組成で成長した単結晶は点ｄ（Ｌａ2Ｏ3が４７．９４重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．４３重量％、ＳｉＯ2が５．６３重量％）の組成となった。
【００２０】
【表１】
0003911992.tif 000002
【００２１】
表１及び図１に示すように、上述した組成範囲内の組成で製造した試料番号ＡからＤまでは、成長縞が発生しておらず良質な結晶が得られているのに対し、上記組成範囲外の試料（試料番号▲１▼から▲５▼及びＸ、Ｙ）については、成長縞が発生してしまっていることがわかる。
【００２２】
また、上記組成範囲のうち、Ｌａ2Ｏ3が４７．９３重量％、Ｇａ2Ｏ3が４６．４５重量％、ＳｉＯ2が５．６２重量％の組成で原料を秤量し、ペレットを作製してルツボ１中にチャージし、直径８５ｃｍ直胴部の長さ１９０ｃｍのランガサイト単結晶Ｃを育成した。そして、このランガサイト単結晶の結晶長さ方向における組成をＩＣＰ分析（Inductive Coupled Plasma:誘導結合プラズマ）で分析した。その結果、表２及び図４、５に示すように、各成分の含有量は、投入組成の±０．０２％以内の誤差で一致した。したがって、上部、中部、下部を通して均一性の良い結晶が得られたことが判明した。さらに、このランガサイト単結晶は、二次相も発生しなかった。
【００２３】
【表２】
0003911992.tif 000003
【００２４】
次に、上記実施例のランガサイト単結晶から５０度回転Ｙ軸のウェハを作製した。このウェハ面内の表面弾性波音速（伝搬速度）のバラツキを調べるために、スパッタによってアルミ電極の励振電極７を形成し、上記実施形態のＳＡＷフィルタ８を作製した。そして、ネットアナライザを用いてＳＡＷフィルタ８の中心周波数ｆcを測定した。この測定では、ＳＡＷフィルタの入力端子に交流信号をかけ、出力端子から出力信号を測定し、周波数走査によってフィルタの出力信号と入力信号の相対振幅の周波数特性を得た。
【００２５】
なお、中心周波数ｆcは、この周波数特性のピーク値から通過損失が−１０ｄＢになる通過帯域中心点の周波数である。ここで、表面弾性波音速ｖは、ｖ＝ｆc・２ｄという関係式によって求めることができる。なお、２ｄはＳＡＷフィルタ８の励振電極（すだれ電極）７の周期であり、その寸法の精度は電子顕微鏡で確認されている。こうすることによって、ＳＡＷフィルタの中心周波数から表面弾性波音速を求め、表面弾性波音速の基板面内バラツキを調べることができる。さらに、結晶の上部、中部、下部からの基板の総合的なバラツキも調べた。その結果、図６に示すように、表面弾性波音速のバラツキが１００ｐｐｍ以下であり、結晶の組成の均一性によるＳＡＷフィルタの特性均一性の向上が判明された。
【００２６】
なお、結晶の組成変化が表面弾性波音速のバラツキに与える影響を調べるために、比較例として化学量論比組成に基づいて育成した従来例の結晶を実施例と同様に、圧電デバイス用基板に加工し、ＳＡＷフィルタを作製した。なお、この実験では、結晶上部の透明部しか使わなかった。このＳＡＷフィルタの中心周波数を測定すると、結晶の育成方向の表面弾性波音速バラツキは４００ｐｐｍであり、弾性波素子としてバラツキが大きすぎる結果となった。
【００２７】
すなわち、本発明では、ランガサイトの原料であるＬａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2のそれぞれ組成範囲を上記範囲内で秤量してルツボ１内で融解させ、該ルツボ内からランガサイト単結晶Ｃを引き上げ育成するので、成長縞の発生が極めて少なく長さ方向及び横方向（ウェハ面内）の組成の均一な高品質ランガサイト単結晶が得られるとともに、均一な伝搬速度を有する基板が得られる。そして、表面弾性波音速バラツキが１００ｐｐｍ以下の圧電デバイス用基板が得られることから、該基板を用いることにより、ＳＡＷフィルタ特性の均一性が向上して、高品質なデバイスを高歩留まりで得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の原料であるＬａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2のそれぞれ組成範囲を上述した範囲内で秤量してルツボ内で融解させ、該ルツボ内からＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の単結晶を引き上げ育成し、またＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14が、Ｌａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2の組成範囲が上述した範囲内の単結晶であるので、成長縞の発生が極めて少ない高品質なＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14単結晶が得られるとともに、均一な中心周波数及び伝搬速度を有する基板が得られる。すなわち、この結晶から切り出された圧電デバイス用基板は、機械的強度のバラツキがほとんどなく、研磨加工による凸凹が生じ難く、均一かつ優れたＳＡＷフィルタ特性を得ることができる。また、表面弾性波伝搬速度のバラツキが大幅に減少し、弾性波素子性能のバラツキも十分に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一実施形態における圧電デバイス基板及びその製造方法において、組成を変えて育成した各ランガサイト単結晶の組成表示及び成長縞との発生の有無を示す状態図である。
【図２】  本発明に係る一実施形態における圧電デバイス基板の製造方法において、ＣＺ法による引き上げ育成を示す概略的な断面図である。
【図３】  本発明に係る一実施形態の表面弾性波デバイスを示す斜視図である。
【図４】  本発明に係る一実施形態における圧電デバイス基板及びその製造方法において、結晶の長さ方向における測定個所を示す単結晶の概略的な正面図である。
【図５】  本発明に係る一実施形態における圧電デバイス基板及びその製造方法において、結晶の長さ方向における測定個所に対する各原料の含有量を示すグラフである。
【図６】  本発明に係る一実施形態における表面弾性波デバイスにおいて、ＳＡＷフィルタのＳＡＷ音速の基板面内バラツキを示すグラフである。
【符号の説明】
１  ルツボ
７  励振電極
８  ＳＡＷ（表面弾性波）デバイス
Ｃ  ランガサイト単結晶
Ｌ  融液
Ｓ  種結晶
【図１】
0003911992.tif 000004
【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】
0003911992.tif 000009