(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ以上１３．３Ｐａ以下、基板温度が７５０℃以下の条件下で、ニオブ酸カリウム層を堆積させる工程と、
前記基板温度を８５０℃以上に加熱し、前記ニオブ酸カリウム層をＫｘＮｂ１-ｘＯ３（０．５≦ｘ≦０．６５）からなる層とする工程と、を含む初期層形成工程と、
酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ以上１３．３Ｐａ以下、基板温度が７５０℃以上８５０℃以下の条件下で、ＫｘＮｂ１-ｘＯ３（０．５≦ｘ≦０．６５）を堆積させる堆積工程と、
を有するニオブ酸カリウム薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記堆積工程において、気相法によりＫｘＮｂ１-ｘＯ３を堆積させる請求項１記載のニオブ酸カリウム薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記堆積工程において、ＫｘＮｂ１-ｘＯ３（０．５≦ｘ≦０．６５）成膜母材にパルス光を入射させることによりＫｘＮｂ１-ｘＯ３を堆積させる請求項１又は２記載のニオブ酸カリウム薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記基板はチタン酸ストロンチウムからなる請求項１乃至３何れか一項に記載のニオブ酸カリウム薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記基板はシリコンからなる請求項１乃至３何れか一項に記載のニオブ酸カリウム薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、これらに使用される表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、携帯電話機等と同様、小型化、高効率化、高周波化の方向にあり、そのためには、より大きな電気機械結合係数（以下、ｋ２）、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。例えば、高周波フィルタとして用いる場合には、損失の小さく帯域幅の広い通過帯域を得るために高ｋ２が望まれる。共振周波数を高周波化するためには、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下、ＩＤＴ）のピッチを形成する際のデザインルールに限界があるため、より音速の速い材料が望まれている。さらに、使用温度領域での特性の安定化を得るためには、中心周波数温度係数（ＴＣＦ）が小さいことが必要となる。
【０００３】
表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にＩＤＴを形成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（以下、ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（以下、ＬｉＴａＯ３）等である。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、ｋ２の大きいＬｉＮｂＯ３が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣＦの小さい水晶が用いられる。さらに、ｋ２及びＴＣＦがそれぞれＬｉＮｂＯ３と水晶との間にあるＬｉＴａＯ３は、その中間的な役割を果たしている。ただし、ｋ２の最も大きいＬｉＮｂＯ３でも、ｋ２〜２０％程度であった。
【０００４】
最近、ニオブ酸カリウム（以下、ＫＮｂＯ３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．５７２１ｎｍ、ｃ＝０．３９７３ｎｍ、以下、斜方晶としては本指数表示に従う）単結晶において、大きなｋ２の値を示すカット角が見出された。０°ＹカットＸ伝播（以下、０°Ｙ−Ｘ）ＫＮｂＯ３単結晶板が、ｋ２＝５３％と非常に大きな値を示すことが計算によって予測された（例えば、非特許文献１参照。）。また、０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶板が、ｋ２〜５０％の大きな値を示すことが実験でも確認され、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶板を用いたフィルタの発振周波数が、室温付近で零温度特性を示すことが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。これらの単結晶板が、表面弾性波基板として用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、ｋ２、温度係数、音速等の特性は材料固有の値であり、カット角及び伝播方向で決定される。０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶板はｋ２に優れるが、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ３単結晶板のような零温度特性は室温付近において示さない。また、伝播速度は同じペロブスカイト型酸化物である、チタン酸ストロンチウム（以下、ＳｒＴｉＯ３）やチタン酸カルシウム（以下、ＣａＴｉＯ３）に比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ３単結晶板を用いるだけでは、高音速、高ｋ２、零温度特性を全て満足させることはできない。
【０００６】
そこで、何等かの基板上に圧電体薄膜を堆積し、その膜厚を制御して、音速やｋ２、温度特性を向上させることが期待される。サファイア基板上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を形成したもの（例えば、非特許文献３参照。）、ＬｉＮｂＯ３薄膜を形成したもの（例えば、非特許文献４参照。）等が挙げられる。従って、ＫＮｂＯ３についても、基板上に薄膜化して諸特性を全て向上させることが期待される。
【０００７】
ここで、圧電薄膜としては、そのｋ２、温度特性を引き出すために最適な方向に配向することが望ましく、リーキー波伝播に伴う損失をなるべく小さくするためには、平坦で緻密なエピタキシャル膜であることが望ましい。ここで、ｋ２〜５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ３薄膜は、擬立方晶（１００）に相当し、ｋ２〜１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３薄膜は、擬立方晶（１１０）に相当する。従って例えば、ＳｒＴｉＯ３（１００）或いは（１１０）単結晶基板を用いることで、ｋ２〜５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ３薄膜、或いはｋ２〜１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ３薄膜を得ることができる。
【０００８】
従来の気相法やゾルゲル法といった一般的な薄膜形成方法でＫＮｂＯ３薄膜を製膜する場合には、Ｎｂに比べてＫの飽和蒸気圧が著しく高いために、Ｎｂに比べてＫが蒸発しやすく、作製後の薄膜における組成が出発組成と比べてＮｂ過剰側にずれる。この組成ずれを補償するために、あらかじめＫを過剰にしたターゲットを用いていた（例えば、非特許文献５参照。）。
しかし、図１９に示すＫ２Ｏ−Ｎｂ２Ｏ５の二元系状態図（例えば、非特許文献６参照。）から明らかなように、ＫＮｂＯ３のＫ過剰組成側には３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５化合物が存在し、ＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５の共晶温度８４５℃以下ではＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５がともに固相として共存し、ＫＮｂＯ３のＮｂ過剰組成側には２Ｋ２Ｏ・３Ｎｂ２Ｏ５化合物が存在し、ＫＮｂＯ３の融点である１０３９℃以下ではＫＮｂＯ３と２Ｋ２Ｏ・３Ｎｂ２Ｏ５がともに固相として共存する。従って、気相法で製造する場合、レーザーによってアブレーションされた出発原料が基板に到達した時点で厳密にＫ：Ｎｂ＝５０：５０の組成となっていなければ、Ｋ過剰側にずれてもＮｂ過剰側にずれても作製された薄膜は異相を含み、単一相は得られないことになる。
【０００９】
一方、ＫＮｂＯ３バルク単結晶の場合は、Ｔｏｐ  Ｓｅｅｄｅｄ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｇｒｏｗｔｈ（ＴＳＳＧ）法等によって、Ｋ：Ｎｂ＝５０：５０よりもわずかにＫ過剰組成の液相中から種結晶による引き上げによって大型の単結晶が得られている（例えば、非特許文献７参照。）。この場合、図１９に示すＫ２Ｏ−Ｎｂ２Ｏ５二元系状態図において、Ｋ２Ｏ：Ｎｂ２Ｏ５＝５０：５０からＫ２Ｏ：Ｎｂ２Ｏ５＝６５：３５程度までの間の組成を有する出発原料を、ＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５の共晶温度８４５℃以上に存在するＫＮｂＯ３と液相との共存領域に置くことにより得られる。即ち、図２０において、組成Ｃ１を有する出発原料を液相線温度Ｔ１から結晶成長温度Ｔ２へ冷却したとき、液相中からＫＮｂＯ３が析出し、液相はＴ２を液相線温度とする組成Ｃ２までＫ過剰側にずれる。このときの結晶成長速度はＣ１−Ｃ２が大きいほど速くなるので、ＫＮｂＯ３よりも若干Ｋ過剰ではあるがＫＮｂＯ３に近い組成のものを、なるべくＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５の共晶温度８４５℃付近まで冷却する。ただし、以上の挙動は、大気中においてのものであり、しかも大量の液相中からＫＮｂＯ３バルク単結晶を成長させる場合においてのものである。
【００１０】
一方、ＴＳＳＧ法により大気中で液相中から単結晶を析出させる結晶成長プロセスを、減圧下の気相法による薄膜作製プロセスに適用する方法が開発されてきている。Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法は、このような方法の一つであり、気相原料を固液共存領域の温度に保持した基板に堆積し、液相中から固相を析出させるもので、ＮｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ材料において単結晶薄膜成長後に液相ＢａＣｕＯ２・ＣｕＯの残渣だけを選択的にエッチングして単結晶薄膜を得る適用例が報告されている（例えば、非特許文献８参照。）。
【非特許文献１】Eletron. Lett., vol.33 (1997) 193
【非特許文献２】Jpn. J. Appl. Phys., vol.37 (1998) 2929
【非特許文献３】Jpn. J. Appl. Phys., vol.32 (1993) 2337
【非特許文献４】Jpn. J. Appl. Phys., vol.32 (1993) L745
【非特許文献５】Appl. Phys. Lett. Vol.68 (1996) 1488
【非特許文献６】J. Am. Chem. Soc. Vol.77 (1955) 2117
【非特許文献７】J. Crystal Growth  Vol.78 (1986) 431
【非特許文献８】Appl. Phys. Lett. Vol.80 (2002) 61
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来のＴｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法をＫＮｂＯ３単結晶薄膜の製造方法にそのまま適用しても、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜成長後に液相３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５の残渣だけを選択的にエッチングすることは不可能であった。そのため、単結晶表面に液相が残存して表面モフォロジーに優れた薄膜が得られなかった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、各種単結晶基板上で表面モフォロジーに優れかつ単相の高品質なＫＮｂＯ３単結晶薄膜を製造する方法と、この方法で得られた薄膜を備えることによって、ｋ２が高く広帯域化、小型化、及び省電力化に優れる表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子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】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用する。
本発明のニオブ酸カリウム薄膜の製造方法は、酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ以上１３．３Ｐａ以下、基板温度が７５０℃以下の条件下で、ニオブ酸カリウム層を堆積させる工程と、前記基板温度を８５０℃以上に加熱し、前記ニオブ酸カリウム層をＫｘＮｂ１-ｘＯ３（０．５≦ｘ≦０．６５）からなる層とする工程と、を含む初期層形成工程と、酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ以上１３．３Ｐａ以下、基板温度が７５０℃以上８５０℃以下の条件下で、ＫｘＮｂ１-ｘＯ３（０．５≦ｘ≦０．６５）を堆積させる堆積工程と、を有する。
ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法は、気相法によるニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法であって、所定の酸素分圧におけるニオブ酸カリウムと３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点Ｅにおける温度及びモル組成比をＴＥ、ｘＥとするとき（ｘは、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル比）、基板上に堆積させた直後の前記ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲となるように気相状態の原料を前記基板に供給し、前記酸素分圧及び前記ｘにおける完全溶融温度をＴｍとするとき、前記基板の温度ＴｓをＴＥ≦Ｔｓ≦Ｔｍの範囲に保持して、ニオブ酸カリウム単結晶を析出させる析出工程と、固相部と液相部とが共存する前記ＫｘＮｂ１−ｘＯｙから液相部を蒸発させる蒸発工程とを備えていることを特徴とする。
また、本発明は、前記蒸発工程と前記析出工程とを繰り返してニオブ酸カリウム単一相単結晶薄膜を連続して成長させることが好ましい。
この方法によれば、基板上に堆積させた固相部と液相部とが共存するＫｘＮｂ１−ｘＯｙからニオブ酸カリウム単結晶を析出させた後に、組成のずれを有する残液を蒸発させるので、組成のずれが抑えられた単一層のニオブ酸カリウム単結晶を析出させることができる。これにより、表面モフォロジーに優れたニオブ酸カリウム単結晶薄膜を得ることができ、そして、このようなニオブ酸カリウム単結晶薄膜を用いることによって、ｋ２に優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１３】
本発明は、前記基板として、該基板表面の垂直及び面内方向ともに配向した結晶軸を表面に有するものを用い、前記基板上に、前記単結晶をエピタキシャル成長させることが好ましい。
この方法によれば、基板を種結晶として薄膜全体にわたって配向方向がそろったニオブ酸カリウム単結晶薄膜を得ることができ、従って、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜からｋ２に優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１４】
本発明は、前記基板として、ニオブ酸カリウムより大きい熱膨張率を有し、かつ、ペロブスカイト構造擬立方晶単位格子が（１００）配向で前記基板表面全体に面内配向しているものを用いることが好ましい。
また、前記基板として、チタン酸ストロンチウム（１００）単結晶基板を用いることが好ましい。
この方法によれば、基板上にニオブ酸カリウム単結晶を斜方晶（１１０）配向で析出させることができる。また、汎用的なペロブスカイト型酸化物単結晶基板であるチタン酸ストロンチウム（１００）単結晶基板を用いて、良好な表面モフォロジーを有するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を得ることができ、さらに、ｋ２が最大約３０％と優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１５】
本発明では、前記基板として、ニオブ酸カリウムより小さい熱膨張率を有し、かつ、ペロブスカイト構造擬立方晶単位格子が（１００）配向で前記基板表面全体に面内配向しているものを用いることを特徴とする。
また、前記基板として、シリコン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板上にエピタキシャル成長させたバッファ層とから構成されるものを用いることが好ましい。
この方法によれば、基板上にエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム単結晶を斜方晶（００１）配向で析出させることができ、また、安価な単結晶基板であるシリコン単結晶基板上に得られたニオブ酸カリウム単結晶薄膜から、ｋ２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１６】
本発明では、前記バッファ層として、ＮａＣｌ型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物で構成される第２バッファ層とを作製することを特徴とする。
また、前記バッファ層として、フルオライト型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とから構成される第２バッファ層とを作製することを特徴とする。
この方法によれば、シリコン単結晶とニオブ酸カリウム単結晶との間に、双方に好適なバッファ層が形成されるので、安価な単結晶基板であるシリコン単結晶基板上でもニオブ酸カリウム単結晶を製膜することができ、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜からｋ２の理論値約５０％により近い値の優れた表面弾性波素子を得ることができる。
【００１７】
本発明では、前記基板として、石英、水晶、ＳｉＯ２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料で構成される基板本体と、該基板本体上に形成されたバッファ層とから構成されるものを用い、該バッファ層として、前記基板上に該基板面の結晶方位とは無関係に面内配向成長させた第１バッファ層と、該第１バッファ層上にエピタキシャル成長させた酸化物からなる第２バッファ層とを、イオンビーム照射を伴う気相法によって作製することを特徴とする。
この方法によれば、表面弾性波素子に好適で安価な石英、水晶、ＳｉＯ２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンなどの材料からなる基板上にも、高品質なニオブ酸カリウム単結晶薄膜を製膜することができ、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜から、ｋ２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子を得ることができる。
【００１８】
本発明では、前記第１バッファ層をＮａＣｌ型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を単純ペロブスカイト型酸化物で作製することを特徴とする。
また、前記第１バッファ層をフルオライト型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を、層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とで作製することを特徴とする。
この方法によれば、安価な石英、水晶、ＳｉＯ２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコン等の任意の材料の基板上に、高品質なニオブ酸カリウム単結晶薄膜を製膜することができ、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜から、ｋ２の理論値約５０％により近い値の優れた表面弾性波素子を得ることができる。
【００１９】
本発明の表面弾性波素子は、本発明に係る製造方法によって製造するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を備えていることを特徴とする。
この表面弾性波素子によれば、大きなｋ２を有するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を備えているので、表面弾性波素子の小型化を図ることができる。
【００２０】
本発明の周波数フィルタは、本発明に係る表面弾性波素子を備えていることを特徴とする。
また、本発明の周波数発振器は、本発明に係る表面弾性波素子を備えることを特徴とする。
この周波数フィルタ及び周波数発振器によれば、小型であるとともに、フィルタ特性の広帯域化を実現することができる。
【００２１】
本発明の電子回路は、本発明に係る周波数発振器を備えていることを特徴とする。
この周波数発振器によれば、広帯域のフィルタ特性を有し、小型であるとともに、省電力化に対応することができる。
また、本発明の電子機器は、本発明に係る周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路のうち少なくとも１つを備えていることを特徴とする。
この電子機器によれば、小型化、広帯域化、省電力化を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の第１の実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態に係るＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０は、図１（ｄ）に示すように、基板１１と、この基板１１上に斜方晶（００１）配向または斜方晶（１１０）配向でエピタキシャル成長したＫＮｂＯ３単結晶層１２とを備えている。
基板１１は、表面に垂直方向に（１００）配向及び面内に（００１）配向の結晶軸を有しているＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３と、このＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３上にエピタキシャル成長したＫ、Ｎｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｏの何れかからなる初期層１４とから構成されている。
ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３は、その熱膨張率が１１．１×１０−６（Ｋ−１）であり、ＫＮｂＯ３単結晶層１２のｃ軸の熱膨張率１４．１×１０−６（Ｋ−１）よりは小さいものの、ａ、ｂ軸の熱膨張率５．０×１０−６（Ｋ−１）、０．５×１０−６（Ｋ−１）よりも大きいものとなっている。
初期層１４は、ＳｒＴｉＯ３からＫＮｂＯ３へ構造が移行するための界面層であり、構造および組成は限定されないがＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３上にエピタキシャル成長していればよい。
【００２３】
このＫＮｂＯ３単結晶層１２は、イオンビーム照射を伴う気相法によって製膜される。本実施形態では、パルス・レーザー蒸着（Pulsed Laser Deposition :ＰＬＤ）法にて薄膜を作製する。この成膜時に使用する成膜装置１５は、図２に示すように、内部を減圧可能なプロセスチャンバ１６と、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に対向して配設された成膜母材１７と、成膜母材１７を載置して自公転可能とした母材支持部１８と、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３を保持する保持部１９とを備えている。
また、成膜装置１５は、反射高速電子線回折（Reflection High Energy Electron Diffraction、ＲＨＥＥＤと略称する）法で薄膜２０を分析する際に用いるＲＨＥＥＤ源２１と、ＲＨＥＥＤ源２１からＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３上に堆積した薄膜２０に入射されて反射されたビームを検知するＲＨＥＥＤスクリーン２２とを備えている。
【００２４】
ＰＬＤ法とは、基板の上に薄膜を形成している間は、プロセスチャンバ１６の内部空間を非常に低い圧力とした酸素雰囲気、例えばおよそ大気圧の千分の一程度とした圧力下において、自転している成膜母材１７にＡｒＦ又はＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３をパルス的に照射し、この照射によって成膜母材１７を構成している成分をプラズマプルーム（プラズマや分子状態）２４としてＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３まで飛翔させて被成膜面上に薄膜２０を堆積させる成膜法である。
【００２５】
次に、本実施形態に係るＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０の製造方法について説明する。
この製造方法は、所定の酸素分圧におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点Ｅにおける温度及びモル組成比をＴＥ、ｘＥとするとき（ｘは、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル組成比）、基板１１上に堆積させた直後の液相状態の組成ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲となる気相状態の原料であるプラズマプルーム２４を基板１１に供給し、また、この酸素分圧及びこのｘにおける完全溶融温度をＴｍとするとき、基板１１の温度ＴｓをＴＥ≦Ｔｓ≦Ｔｍの範囲に保持して、プラズマプルーム２４から基板１１上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させる蒸発工程と、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基板１１上に析出させる析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
【００２６】
まず、蒸発工程の前に、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３上にＫｘＮｂ１−ｘＯｙを供給して堆積させる工程について説明する。
始めに、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３を有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。
【００２７】
脱脂洗浄したＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に、まず、初期層１４を形成する。
ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３を保持部１９に装填した後、プロセスチャンバ１６内へ導入して、真空度が、１．３３×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）まで減圧する。続いて、１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、図示しない赤外線ランプを用いて２０℃／分で５００℃まで加熱昇温する。このときのＳｒＴｉＯ３＜０１０＞方向からのＲＨＥＥＤパターンには、図３（ａ）に示すようにストリーク状の回析パターンが観測される。
なお、昇温速度、基板温度、圧力などの条件は、これに限るものではない。
【００２８】
圧力が一定となった後、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル比ｘが、０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲である０．６となるＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙの成膜母材１７ａを、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、基板温度が５００℃以上８５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材１７ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上３Ｊ／ｃｍ２以下、及びレーザー周波数が１Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム２３を照射する。
【００２９】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面に、Ｋ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に、基板温度５００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の条件で２分間照射して、図１（ａ）に示すようにＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５を２ｎｍ堆積する。
なお、プラズマプルーム２４が、十分ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に到達でき、初期層１４としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限られるものではない。
【００３０】
上記酸素分圧におけるＫＮｂＯ３と３Ｋ２Ｏ・Ｎｂ２Ｏ５との共晶点Ｅは７５０℃〜８００℃にあるため、この段階では、Ｋ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５はエピタキシャル成長していない。このときのＳｒＴｉＯ３＜０１０＞方向からのＲＨＥＥＤパターンには、図３（ｂ）に示すように回析パターンが消えた状態が観測される。そこで、上記酸素分圧及び組成における完全溶融温度の８５０℃まで、図示しない赤外線ランプを用いて２０℃／分で昇温加熱する。
すると、７５０℃〜８００℃で、ＲＨＥＥＤパターンとして図３（ｃ）に示すようなスポットパターンが現れる。
８００℃以上では、Ｋ０．６Ｎｂ０．４ＯｙがＫＮｂＯ３の固液相の共存状態から液相のほとんどが蒸発していき、残ったＫＮｂＯ３がＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３と反応する。こうして図１（ｂ）に示すように、Ｋ、Ｎｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｏの何れかからなる初期層１４をエピタキシャル成長させる。
【００３１】
次に、蒸発工程及び析出工程について説明する。
基板温度を７５０℃以上８５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下の条件下で、Ｋ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙの成膜母材１７ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上３Ｊ／ｃｍ２以下、及びレーザー周波数が５Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム２３を照射する。
【００３２】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面にＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設され、基板温度８００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の条件下にあるＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に６０分間照射して、図１（ｃ）に示すようにＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５ａを２００ｎｍ堆積する。堆積直後のＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５ａ中には、固相部２６と液相部２７とが共存している。
【００３３】
ここで、ＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３がパルス光なので、プラズマプルーム２４をＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に間欠的に供給させることになる。
このパルス供給の間に、初期層１４を結晶成長の核として、図１（ｄ）に示すように、固相部２６からＫＮｂＯ３単結晶層１２が析出し、残った液相部２７が蒸発する。
こうして、ＫＮｂＯ３単結晶層１２を２００ｎｍエピタキシャル成長させる。
得られたＫＮｂＯ３単結晶層１２を観察すると、図３（ｄ）に示す回析パターン及び図４に示す平滑な表面状態を確認できる。
この結果と図５に示すＸ線回析結果とから、ＫＮｂＯ３、ＳｒＴｉＯ３をそれぞれ斜方晶、立方晶指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ３（１１０）／ＳｒＴｉＯ３（１００）、面内方向にＫＮｂＯ３＜００１＞／／ＳｒＴｉＯ３＜００１＞の方位関係を有するＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０が得られることを確認できる。
ここで、ＫＮｂＯ３が斜方晶（１１０）配向となるのは、降温過程において熱膨張率の比較的大きなＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３から圧縮応力を受け、ａ、ｂ、ｃ、３つの軸のうち一番熱膨張率の大きなｃ軸が基板面内に配向するためである。
なお、プラズマプルーム２４が、十分ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３に到達でき、かつ液相部２７が残留しないように堆積速度と液相部２７との蒸発量バランスが取れるならば、各条件は上記に限られるものではない。
また、上述した析出工程において、成膜母材１７ａをｘ＝０．６のＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙとしたが、当該酸素分圧下で０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲内であれば、同様のＫＮｂＯ３単結晶薄膜を得ることができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る表面弾性波素子２８について説明する。
この表面弾性波素子２８は、図６に示すように、上述したＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０を備える。
以下、表面弾性波素子２８の製造方法について説明する。
まず、金属アルミニウム（Ａｌ）を用いた真空蒸着により、基板温度４５℃、真空度６．６５×１０−５Ｐａ（５×１０−７Ｔｏｒｒ）の条件で、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０上に一対のＡｌ電極２９ａ、２９ｂを堆積する。
なお、基板温度、真空度はこれに限るものではない。
次に、Ａｌ電極２９ａ、２９ｂに対して、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターンニングプロセスの連続プロセスを行い、一対のＩＤＴ３０ａ、３０ｂを形成する。
こうして、表面弾性波素子２８を製造する。
【００３５】
得られた表面弾性波素子２８において、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖｏｐｅｎから求めた音速は４０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖｓｈｏｒｔとの差から求めたｋ２は２５％であった。
ＫＮｂＯ３単結晶薄膜を行わなかった場合、音速は４０００ｍ／ｓであっても得られたｋ２は１０％程度であることから、十分大きなｋ２値を得ることができた。
なお、成膜母材１７ａとして、ニオブ酸カリウムの代わりにニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムを用いても、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００３６】
このＫＮｂＯ３単結晶薄膜の製造方法によれば、汎用的な基板であるペロブスカイト型酸化物単結晶基板のＳｒＴｉＯ３（１００）単結晶基板１３上にも、組成のずれが抑えられた単一相のＫＮｂＯ３単結晶を斜方晶（１１０）配向で析出させることができ、表面モフォロジーに優れるＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０を得ることができる。また、このＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０から、ｋ２に優れた表面弾性波素子２８を作製することができる。
【００３７】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図７から図１０を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態が上記第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態のＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０は、ＳｒＴｉＯ３単結晶基板１３と初期層１４とからなる基板１１上にＫＮｂＯ３単結晶をエピタキシャル成長させて製造するようにしたのに対して、第２の実施形態では、シリコン（以下、Ｓｉ）単結晶基板３１ａとその上にエピタキシャル成長させたバッファ層３２とからなる基板３１上に、初期層１４を介してＫＮｂＯ３単結晶をエピタキシャル成長させ、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３を製造するようにした点である。
【００３８】
このＳｉ単結晶基板３１ａは、その熱膨張率が３．０×１０−６（Ｋ−１）であり、ＫＮｂＯ３単結晶層１２のｂ軸の熱膨張率０．５×１０−６（Ｋ−１）よりは大きいものの、ａ、ｃ軸の熱膨張率５．０×１０−６（Ｋ−１）、１４．１×１０−６（Ｋ−１）よりは小さいものとなっている。また基板表面は自然酸化膜で被膜されている。
バッファ層３２は、図７に示すように、第１バッファ層３４と、第１バッファ層３４上にエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５とから構成されている。
第１バッファ層３４は、イットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ）からなる第１バッファ層３４ａと、第１バッファ層３４ａの上にエピタキシャル成長させたＣｅＯ２からなる第１バッファ層３４ｂとから構成されている。
【００３９】
第１バッファ層３４ａ及び第１バッファ層３４ｂは、金属酸化物で構成される。この金属酸化物としては、ＮａＣｌ構造又はフルオライト構造の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉよりも熱力学的に酸素と結合しやすい金属を含む、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、若しくはこれらを含む固溶体のうち少なくとも１種、又はＹＳＺ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、若しくはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。ここでは、第１バッファ層３４ａとして、ＹＳＺを立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させ、第１バッファ層３４ｂとして、ＣｅＯ２を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させて構成するものとしている。
【００４０】
第２バッファ層３５は、層状ペロブスカイト型酸化物であるＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘを正方晶又は斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５ａと、第２バッファ層３５ａの上に単純ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ３を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５ｂとから構成されている。
ＫＮｂＯ３単結晶層１２は、第２バッファ層３５の上にエピタキシャル成長したＫ、Ｎｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｏの何れかからなる初期層１４の上にエピタキシャル成長させた斜方晶（１１０）又は（００１）配向のＫＮｂＯ３単結晶で構成される。
第１バッファ層３４を、ＭｇＯのようなＮａＣｌ構造の金属酸化物で作製する場合には、第２バッファ層３５として、ＳｒＴｉＯ３のみを立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させても同様の効果を得ることができる。
【００４１】
次に、本実施形態に係るＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３の製造方法について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、プラズマプルーム２４から基板３１上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させる蒸発工程と、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基板３１上に析出させる析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
【００４２】
Ｓｉ単結晶基板３１ａを有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。また、自然酸化膜を残した状態とするため、通常のＳｉ単結晶基板の代表的な洗浄方法であるＲＣＡ洗浄や弗酸洗浄といった自然酸化膜を除去する工程を行う必要はない。
【００４３】
次に、バッファ層３２を、ＰＬＤ法によって図２に示す成膜装置１５にて製膜する方法について説明する。
まず、第１バッファ層３４ａをＳｉ単結晶基板３１ａ上に製膜する。
脱脂洗浄したＳｉ単結晶基板３１ａを保持部１９に装填した後、プロセスチャンバ１６内へ導入して、１．３３×１０−６Ｐａ（１×１０−８Ｔｏｒｒ）まで減圧し、図示しない赤外線ランプを用いて１０℃／分で７００℃まで加熱昇温する。途中５００℃以上の温度領域で、自然酸化膜が一部ＳｉＯとして蒸発するために、真空度が１．３３×１０−４Ｐａ（１×１０−６Ｔｏｒｒ）まで上昇するが、７００℃では６．６５×１０−５Ｐａ（５×１０−７Ｔｏｒｒ）以下の一定値となる。なお、Ｓｉ単結晶基板３１ａ表面に新たな熱酸化膜を形成しない範囲内であれば、昇温速度、基板温度、圧力等の条件は、これに限るものではない。
この時点では、図８（ａ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンに回析パターンが観測されないように、Ｓｉ単結晶基板３１ａ表面は自然酸化膜に覆われたままの状態になっている。
【００４４】
圧力が一定となった後、ＹＳＺからなる成膜母材１７ａを、Ｓｉ単結晶基板３１ａに対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、基板温度が６５０℃以上７５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材１７ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上３Ｊ／ｃｍ２以下、及びレーザー周波数が５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム２３を照射する。
このとき、Ｙ、Ｚｒプラズマが選択的に基板に到達でき、基板上の自然酸化膜をＳｉＯとして除去しながらＹＳＺとしてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記の範囲に限らない。
ただし、条件によっては、ＹＳＺ第１バッファ層３４ａが形成されても、Ｓｉ単結晶基板３１ａとの界面に酸素が供給されて新しい酸化膜が形成される場合がある。
なお、ＺｒＯ２が立方晶として固溶体を形成するのであれば、成膜母材１７ａのＹの代わりにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの何れか１つの元素を添加してもよい。
【００４５】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面にＹ、Ｚｒ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度７００℃、酸素分圧６．６５×１０−３Ｐａ（５×１０−５Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図７に示すようにＹＳＺ第１バッファ層３４ａを５ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｂ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにストリーク状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００４６】
続いて、第１バッファ層３４ｂの製膜を行う。
ＣｅＯ２からなる成膜母材１７ｂがＳｉ単結晶基板３１ａと対向する位置となるように母材支持部１８を回転移動する。この成膜母材１７ｂの表面に、上述と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を照射する。このときの照射条件はＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材１７ｂ表面にＣｅ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｂから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度７００℃、酸素分圧６．６５×１０−３Ｐａ（５×１０−５Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図７に示すようにＣｅＯ２第１バッファ層３４ｂを１０ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｃ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにスポット状の回析パターンが現れていることから確認できる。
ＣｅＯ２としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記のものに限るものではない。また、ＣｅＯ２が立方晶として固溶体を形成するのであれば、Ｐｒ又はＺｒを添加しても同様の効果が得られる。
【００４７】
次に、第２バッファ層３５ａの製膜を行う。
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる成膜母材１７ｃがＳｉ単結晶基板３１ａと対向する位置となるように母材支持部１８を回転移動する。この成膜母材１７ｃの表面に、上述と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を照射する。このときの照射条件は、基板温度が５５０℃以上６５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下であること以外は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材１７ｃの表面にＹ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｃから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度６００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の条件で２分間照射して、図７に示すようにＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ第２バッファ層３５ａを２ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｄ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにストリーク状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００４８】
Ｙ、Ｂａ、Ｃｕプラズマが１：２：３の定比で基板に到達でき、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘとしてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限るものではない。また、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘの代わりに、Ｍ２ＲｕＯ４（ＭはＣａ、Ｓｒ，Ｂａの何れか１つの元素を示す。）、ＲＥ２ＮｉＯ４（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの何れか一つの元素を示す。）とＮｉＯの固溶体、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち何れか一つの元素を示す。）、（Ｂｉ、ＲＥ）４Ｔｉ３Ｏ１２（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。
）を用いても同様の効果が得られる。
【００４９】
そして、第２バッファ層３５ｂの製膜を行う。
ＳｒＴｉＯ３からなる成膜母材１７ｄがＳｉ単結晶基板３１ａと対向する位置となるように母材支持部１８を回転移動する。この成膜母材１７ｄの表面に、ＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を照射する。このときの照射条件は、基板温度が５５０℃以上６５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０−１Ｐａ（１×１０−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０−１Ｔｏｒｒ）以下であること以外は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材１７ｄの表面にＳｒ、Ｔｉ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｄから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度６００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の条件で３０分間照射して、図７に示すようにＳｒＴｉＯ３第２バッファ層３５ｂを１００ｎｍエピタキシャル成長させる。
エピタキシャル成長は、図８（ｅ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにスポット状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００５０】
Ｓｒ、Ｔｉプラズマが１：１の定比でＳｉ単結晶基板３１ａに到達でき、ＳｒＴｉＯ３としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限るものではない。また、ＳｒＴｉＯ３の代わりに、ＭＴｉＯ３（ＭはＣａ、Ｂａのうち何れか一つの元素を示す。）、ＲＥＡｌＯ３（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）、ＭＡｌＯ３（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち何れか一つの元素を示す。）、ＲＥＧａＯ３（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）を用いても同様の効果が得られる。
【００５１】
成膜したバッファ層３２の上に、上述した第１の実施形態と同様の方法にて初期層１４を成膜する。ただし、第１の実施形態では、始めにＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層を５００℃で堆積した後に８００℃に昇温して初期層１４を得たが、ここでは、始めから８００℃で堆積しても同様の効果が得られる。
本実施形態では、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を成膜母材１７ｅに入射する。そして、成膜母材１７ｅの表面に、気相状態の原料となるＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｅから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度８００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の条件で５分間照射して、図７に示すようにＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５を５ｎｍ堆積する。
なお、プラズマプルーム２４が、十分Ｓｉ単結晶基板３１ａに到達でき、初期層１４としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限られるものではない。
【００５２】
次に、第１実施形態と同様、蒸発工程及び析出工程に移行する。
本実施形態では、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ｅの表面にＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｅから４０ｍｍ離れた位置に配設され、基板温度８００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０−２Ｔｏｒｒ）の条件下にあるＳｉ単結晶基板３１ａに３６０分間照射して、図７に示すようにＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５ａを２００ｎｍ堆積する。
堆積直後のＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５ａに対し、第１の実施形態と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス供給の間に、初期層１４を結晶成長の核として固相部２６からＫＮｂＯ３単結晶層１２を析出させ、残った液相部２７を蒸発させる。
こうして、ＫＮｂＯ３単結晶層１２を２００ｎｍエピタキシャル成長させる。
エピタキシャル成長は、図８（ｆ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにスポット状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００５３】
こうして、図９に示すＸ線回析結果と合わせて、ＫＮｂＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ、ＣｅＯ２、ＹＳＺ、及びＳｉをそれぞれ斜方晶、立方晶、正方晶、立方晶、立方晶、及び立方晶で指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ３（００１）／ＳｒＴｉＯ３（１００）／ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ（００１）／ＣｅＯ２（１００）／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）、面内方向にＫＮｂＯ３＜１１０＞／／ＳｒＴｉＯ３＜０１０＞／／ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ＜１００＞／／ＣｅＯ２＜０１１＞／／ＹＳＺ＜０１１＞／／Ｓｉ＜０１１＞の方位関係を有するＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３が得られることが確認できる。
ここで、ＫＮｂＯ３が斜方晶（００１）配向となるのは、降温過程において熱膨張率の比較的小さなＳｉ単結晶基板３１ａから引張応力を受け、ａ、ｂ、ｃ、３つの軸のうち一番熱膨張率の小さなｂ軸が基板面内に配向するためである。
なお、プラズマプルーム２４が、十分Ｓｉ単結晶基板３１ａに到達でき、かつ液相部２７が残留しないように堆積速度と液相部２７との蒸発量バランスが取れるならば、各条件は上記に限られるものではない。
また、上述した析出工程において、成膜母材１７ｅをｘ＝０．６のＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙとしたが、当該酸素分圧下で０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲内であれば、同様のＫＮｂＯ３単結晶薄膜を得ることができる。
【００５４】
上述したＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３上に、第１の実施形態と同様の方法で一対のＩＤＴ３０ａ、３０ｂを形成して、図１０に示す本実施形態に係る表面弾性波素子３６を製造する。
得られた表面弾性波素子３６において、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖｏｐｅｎから求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖｓｈｏｒｔとの差から求めたｋ２は、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３が（００１）配向であるため３５％と、第１の実施形態で得られる表面弾性波素子２８よりも高い値であった。
なお、成膜母材１７ａとして、ニオブ酸カリウムの代わりにニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムを用いても、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００５５】
このＫＮｂＯ３単結晶薄膜の製造方法によれば、Ｓｉ単結晶基板３１ａ上にバッファ層３２を形成することによって、安価なＳｉ単結晶基板３１ａを使用してＫＮｂＯ３単結晶を析出して、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３を得ることができる。
また、ＫＮｂＯ３単結晶を斜方晶（００１）配向で析出させるので、このＫＮｂＯ３単結晶薄膜３３から、ｋ２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子３６を作製することができる。
【００５６】
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第３の実施形態が上記第２の実施形態と異なる点は、第２の実施形態では、Ｓｉ単結晶基板３１ａ上にバッファ層３２を作製し、ＫＮｂＯ３単結晶をエピタキシャル成長させるようにしたのに対して、第３の実施形態では、水晶基板（基板本体）４０上にバッファ層３２を作製した上にＫＮｂＯ３単結晶をエピタキシャル成長させるようにした点である。
【００５７】
本実施形態に係るＫＮｂＯ３単結晶薄膜４１は、図１１に示すように、基板４２と、その上にエピタキシャル成長させたＫＮｂＯ３単結晶層１２とから構成されている。
基板４２は、水晶基板４０と、この水晶基板４０上に形成されたバッファ層３２とから構成されている。
水晶基板４０の構成材料は、水晶以外の石英、ＳｉＯ２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料であってもよく、多結晶ＹＳＺ基板のようなセラミックスや、ガラス基板のようなアモルファスであってもよい。また、ペロブスカイト型酸化物がエピタキシャル成長できないような結晶構造を有していても良い。ここでは、汎用的であり、表面弾性波素子用基板として重要な水晶としている。水晶基板４０は、その熱膨張率が０．５×１０−６（Ｋ−１）であり、ＫＮｂＯ３単結晶層１２のｂ軸の熱膨張率０．５×１０−６（Ｋ−１）と同程度であるものの、ａ、ｃ軸の熱膨張率５．０×１０−６（Ｋ−１）、１４．１×１０−６（Ｋ−１）よりは小さいものとなっている。
【００５８】
バッファ層３２は、第１バッファ層３４と、この第１バッファ層３４上に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ３からなる第２バッファ層３５とから構成されている。
第１バッファ層３４は、金属酸化物で構成される。この金属酸化物としては、ＮａＣｌ構造又はフルオライト構造の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉよりも熱力学的に酸素と結合しやすい金属を含む、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、若しくはこれらを含む固溶体のうち少なくとも１種、又はＹＳＺ、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、若しくはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。さらに面内配向方向は、基板面の結晶方位とは無関係であって構わない。
【００５９】
本実施形態の第１バッファ層３４は、ＮａＣｌ型酸化物であり立方晶（１００）で面内配向成長したＭｇＯで構成されている。
なお、第１バッファ層３４にＹＳＺ或いはＹＳＺ／ＣｅＯ２のようなフルオライト型酸化物を用いる場合には、以下に示す構造のものをエピタキシャル成長させて使用する。
すなわち、第２バッファ層３５として、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘなどの層状ペロブスカイト構造の金属酸化物を、正方晶又は斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させ、さらにその上に、ＳｒＴｉＯ３を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた構成とする。
ＫＮｂＯ３単結晶層１２は、ＫＮｂＯ３単結晶が、斜方晶（１１０）又は（００１）配向で構成されている。
【００６０】
次に、上述したＫＮｂＯ３単結晶薄膜４１の製造方法について、以下、工程を追って説明する。
本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、プラズマプルーム２４から基板４２上に堆積させたＫｘＮｂ１−ｘＯｙの残液を蒸発させる蒸発工程と、ＫｘＮｂ１−ｘＯｙからＫＮｂＯ３単結晶を基板４２上に析出させる析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
まず、水晶基板４０を有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。
【００６１】
続いて、水晶基板４０上にバッファ層３２を図２に示す成膜装置１５にて製膜する。
まず、第１バッファ層３２を水晶基板４０上に製膜する。
脱脂洗浄した水晶基板４０を保持部１９に装填した後、プロセスチャンバ１６内へ導入し、アルゴン：酸素＝１００：１の分圧比で１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）の圧力となるよう混合ガスを導入する。
なお、圧力条件は、これに限るものではない。
【００６２】
圧力が一定となった後、Ｍｇ又はＭｇＯからなる成膜母材１７ａを水晶基板４０に対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、堆積時の圧力が１．３３×１０−３Ｐａ（１×１０−５Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材１７ａの表面に、レーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ２以上３Ｊ／ｃｍ２以下、レーザー周波数が５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下となるエキシマレーザーを照射する。
なお、ＭｇＯとして面内配向成長できるのであれば、各条件はこれに限るものではない。
【００６３】
ここでは、Ｍｇの成膜母材１７ａに、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面にＭｇのプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設された水晶基板４０に、圧力１．３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図１１に示すようにＭｇＯ第１バッファ層３４を１０ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００６４】
このとき、水晶基板４０の表面における法線方向と４５度をなす方向から、アルゴンイオンビームを基板上に照射する。ここで、イオンビームソース源としては、Ｋａｕｆｆｍａｎｎイオンソースが好ましく、イオンビームの加速電圧は２００ｅＶ程度、電流を１０ｍＡ程度とするのが好ましい。
基板温度は、特にヒータ等による温度制御をするものではないが、アルゴンイオンビームの衝撃により基板温度は５０〜７０℃に上昇する。
【００６５】
ＭｇＯ第１バッファ層３４を堆積した後、第２の実施形態と同様の方法にて、ＳｒＴｉＯ３第２バッファ層３５を１００ｎｍエピタキシャル成長させて、基板４２を得る。
成膜したバッファ層３２の上に、上述した第２の実施形態と同様の方法にて初期層１４を５ｎｍ堆積させる。
同様に蒸発工程及び析出工程に移行して、初期層１４の上にＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５ａを２００ｎｍ堆積する。
堆積直後のＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙ層２５ａに対し、第１の実施形態と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス供給の間に、初期層１４を結晶成長の核として固相部２６からＫＮｂＯ３単結晶層１２を析出させ、残った液相部２７を蒸発させる。
こうして、ＫＮｂＯ３単結晶層１２を２００ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００６６】
こうして、ＫＮｂＯ３及びＳｒＴｉＯ３をそれぞれ斜方晶及び立方晶で指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ３（００１）／ＳｒＴｉＯ３（１００）／ＭｇＯ（１００）、面内方向にＫＮｂＯ３＜１１０＞／／ＳｒＴｉＯ３＜０１０＞／／ＭｇＯ＜０１０＞の方位関係を有するＫＮｂＯ３単結晶薄膜４１を製膜する。
ここで、ＫＮｂＯ３が斜方晶（００１）配向となるのは、降温過程において熱膨張率の比較的小さな水晶基板４０から引張応力を受け、ａ、ｂ、ｃ、３つの軸のうち一番熱膨張率の小さなｂ軸が基板面内に配向するためである。
なお、プラズマプルーム２４が、十分水晶基板４０に到達でき、かつ液相部２７が残留しないように堆積速度と液相部２７との蒸発量バランスが取れるならば、各条件は上記に限られるものではない。
また、上述した析出工程において、成膜母材１７ａをｘ＝０．６のＫ０．６Ｎｂ０．４Ｏｙとしたが、当該酸素分圧下で０．５≦ｘ≦ｘＥの範囲内であれば、同様のＫＮｂＯ３単結晶薄膜を得ることができる。
【００６７】
上述したＫＮｂＯ３単結晶薄膜４１上に、第２の実施形態と同様の方法で一対のＩＤＴ３０ａ、３０ｂを形成して、図１２に示す本実施形態に係る表面弾性波素子４３を製造する。
得られた表面弾性波素子４３において、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖｏｐｅｎから求めた音速は３０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖｓｈｏｒｔとの差から求めたｋ２は、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜４１が（００１）配向であるため３５％と、本実施形態においても第１の実施形態で得られる表面弾性波素子２８より高い値であった。
なお、成膜母材１７ａとして、ニオブ酸カリウムの代わりにニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムを用いても、Ｋ１−ｘＮａｘＮｂ１−ｙＴａｙＯ３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００６８】
このＫＮｂＯ３単結晶薄膜の製造方法によれば、表面弾性波素子に好適で安価な石英、水晶、ＳｉＯ２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンなどの任意の材料からなる基板上にも、バッファ層３２を形成することによってＫＮｂＯ３単結晶を析出してＫＮｂＯ３単結晶薄膜を得ることができる。また、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜を斜方晶（００１）配向で析出させるので、このＫＮｂＯ３単結晶薄膜４１から、ｋ２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子４３を作製することができる。
【００６９】
次に、本発明に係る表面弾性波素子が設けられた周波数フィルタについて説明する。
図１３に示す周波数フィルタ６０は、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つからなる表面弾性波素子６１と、表面弾性波素子６１の表面を伝播する表面弾性波を吸収する一対の吸音部６２ａ、６２ｂとを備えている。
表面弾性波素子６１の上面には、一対のＩＤＴ６３ａ、６３ｂが形成されている。このＩＤＴ電極６３ａ、６３ｂは、Ａｌ又はＡｌ合金で構成され、厚さがＩＤＴピッチの１００分の１程度に設定されている。
ＩＤＴ電極６３ａには、高周波信号源６４が接続されており、ＩＤＴ６３ｂには、端部に端子６５ａ、６５ｂとを備える信号線６５が接続されている。
吸音部６２ａ、６２ｂは、ＩＤＴ６３ａ、６３ｂを挟み込むように形成されている。
【００７０】
周波数フィルタ６０においては、高周波数信号源６４から高周波信号を出力するとＩＤＴ６３ａに印加して、表面弾性波素子６１の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度で表面弾性波素子６１上面を伝播する。この表面弾性波のうち、ＩＤＴ６３ａから吸音部６２ａ側へ伝播した表面弾性波は、吸音部６２ａで吸収される。しかし、ＩＤＴ６３ｂ側に伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ６３ｂの配線ピッチ等に応じて定まる特定の周波数、又は特定の帯域における周波数を有する表面弾性波は電気信号に変換される。
残りの大部分は、ＩＤＴ６３ｂを通過して吸音部６２ｂに吸収される。
【００７１】
この周波数フィルタ６０によれば、ＩＤＴ６３ａに供給した電気信号のうち、特定の周波数、又は、特定の帯域における周波数を有する表面弾性波のみを高効率で得る（フィルタリング）ことができる。
【００７２】
図１４に示す周波数発振器７０は、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つからなる表面弾性波素子７１を備えている。
表面弾性波素子７１の上面には、ＩＤＴ７２と、このＩＤＴ７２を挟み込んで一対のＩＤＴ７３ａ、７３ｂが形成されている。これらのＩＤＴ７２、７３ａ、７３ｂは、Ａｌ又はＡｌ合金で構成され、厚さがＩＤＴピッチの１００分の１程度に設定されている。
ＩＤＴ７２は、さらに、一対の櫛歯状電極７２ａ、７２ｂを備えている。一方の櫛歯状電極７２ａには、高周波信号源７４が接続されており、他方の櫛歯状電極７２ｂには端子７５ａ、７５ｂを有する信号線７６が接続されている。
【００７３】
この周波数発振器７０において、高周波信号源７４から高周波信号を出力すると、この周波数信号は、櫛歯状電極７２ａに印加され、表面弾性波素子７１の上面にＩＤＴ７３ａ側に伝播する表面弾性波、及びＩＤＴ７３ｂ側に伝播する表面弾性波を発生させる。この表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度である。
これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波が、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂそれぞれで反射され、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂの間に定在波が発生する。この定在波のうち、特定の周波数成分が共振して振幅が増大する。
この周波数成分、又は、特定の帯域における周波数成分を有する表面弾性波の一部が、櫛歯状電極７２ｂから取り出されて、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂの共振周波数に応じた周波数（又は、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子７５ａ、７５ｂから取り出される。
【００７４】
図１５に、この周波数発振器７０をＶＣＳＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ＳＡＷ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）８０に応用した一例を示す。このＶＣＳＯ８０は、金属製（アルミニウム、又はステンレススチール製）の筐体８１内部に実装されている。ＶＣＳＯ８０は、ＳＡＷ基板８２上に、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）８３と周波数発振器８４とが実装されている。ＩＣ８３は、図示しない外部回路から入力した電圧値に応じて、周波数発振器８４に印加する周波数を制御するものである。
周波数発振器８４が具備する表面弾性波素子８５上には、ＩＤＴ８６ａ、８６ｂ、８６ｃが形成されている。ＳＡＷ基板８２上には、ＩＣ８３と周波数発振器８４とを電気的に接続するための配線８７がパターンニングされている。ＩＣ８３及び配線８７が金線等のワイヤ線８８ａ、８８ｂによって接続されて電気的にも接続される。
【００７５】
このＶＣＳＯ８０は、例えば、図１６に示すＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路９０のＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）９１として用いられる。ＰＬＬ回路９０は、入力端子９２、位相比較器９３、低減フィルタ９４、増幅器９５とを他に備えている。
位相比較器９３は、入力端子９２から入力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力する。低減フィルタ９４は、位相比較器９３から出力される誤差電圧信号の位置の低周波数成分のみを通過させ、増幅器９５は、低減フィルタ９４から出力される信号を増幅する。ＶＣＯ９１は、入力される電圧値に応じてある範囲で連続的に発振周波数が変化する発振回路である。
【００７６】
このＰＬＬ回路９０は、入力端子９２から入力される位相（又は周波数）との差が減少するように動作する。すなわち、ＶＣＯ９１から出力される信号の周波数が入力端子９２から入力される信号の周波数に同期すると、その後は、一定の位相差を除いて入力端子９２から入力する信号に一致し、入力信号の変化に追従する信号を出力する。
この周波数発振器７０によれば、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つを備えているので、小型で安価であるとともに、広帯域の信号に対応できる高機能なフィルタ特性を得ることができる。
【００７７】
次に、周波数フィルタ６０及び周波数発振器７０が具備され、図１７に示す電気的構成を有する電子回路１００について説明する。この電子回路１００は、例えば、図１８に示す携帯電話機（電子機器）１０１の内部に設けられている。この携帯電話機１０１は、液晶表示部１０２、及び操作釦１０３とを備えている。
電子回路１００は、送話器１０４、送信信号処理回路１０５、送信ミキサ１０６、送信フィルタ１０７、送信電力増幅器１０８、送受分波器１０９、アンテナ１１０、低雑音増幅器１１１、受信フィルタ１１２、受信ミキサ１１３、受信信号処理回路１１４、受話器１１５、周波数シンセザイザ１１６、制御回路１１７、及び入力／表示回路１１８とを備えている。
【００７８】
送話器１０４は、音声等の音波信号を電波信号に変換するマイクロフォン等であり、送信信号処理回路１０５は、送話器１０４から出力される電気信号に対して、Ｄ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を行っている。送信ミキサ１０６は、周波数シンセサイザ１１６から出力される信号を用いて送信信号処理回路１０５から出力される信号をミキシングする。送信フィルタ１０７は、図１３に示す周波数フィルタ６０であり、中間周波数（ＩＦ）のうち必要となる周波数を有する信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。通過した信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換される。送信電力増幅器１０８は、ＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器１０９へ出力する。
送受分波器１０９は、増幅されたＲＦ信号をアンテナ１１０から電波の形で送信する。また、アンテナ１１０から受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器１１１へ出力する。
【００７９】
低雑音増幅器１１１は、入力された信号を増幅して図示しない変換回路に出力し、変換回路は、この信号をＩＦに変換する。受信フィルタ１１２は、図１３に示す周波数フィルタ６０であって、ＩＦのうち必要となる周波数を有する信号のみを通過させ、不要となる信号をカットする。
受信ミキサ１１３は、周波数シンセサイザ１１６から出力される信号を用いて受信フィルタ１１２から出力される信号をミキシングする。
受信信号処理回路１１４は、受信ミキサ１１３から出力される電気信号に対して、Ｄ／Ａ変換処理、復調処理等の処理を行っている。
受話器１１５は、電波信号を音声等の音波信号に変換する小型スピーカ等で構成されている。
【００８０】
周波数シンセサイザ１１６は、上述した図１６に示すＰＬＬ回路９０を備え、ＰＬＬ回路９０から出力する信号を分周して送信ミキサ１０６及び受信ミキサ１１３に供給する信号を生成し、一部をさらに分周して受信ミキサ１１３へ供給する信号を生成する。これらの信号は、送信フィルタ１０７及び受信フィルタ１１２で個別に設定されている。
入力／表示回路１１８は、携帯電話機１０１の使用者に対して機器の状態を表示したり、使用者の指示を入力するためのものであり、図１８に示す液晶表示部１０２及び操作釦１０３に相当する。
制御回路１１７は、上記の送信信号処理回路１０５、受信信号処理回路１１４、周波数シンセサイザ１１６、及び入力／表示回路１１８を制御することによって、携帯電話機１０１の全体動作を制御する。
この電子回路１００及び携帯電話機１０１によれば、ＫＮｂＯ３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つを備えているので、小型化、広帯域化、省電力化を向上することができる。
【００８１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では電子機器として携帯電話機１０１とし、電子回路として携帯電話機１０１内に設けられた電子回路１００としたが、本発明は、携帯電話機に限られるものではなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子機器に適用することができる。
【００８２】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）及びＣＳ（Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。また、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号、又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１の実施形態におけるＫＮｂＯ３薄膜の断面図である。
【図２】第１の実施形態における成膜装置を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態にて観察されるＲＨＥＥＤパターン写真である。
【図４】第１の実施形態にて得られた薄膜表面の走査型電子顕微鏡写真。
【図５】第１の実施形態にて得られた薄膜表面のＸ線回析パターン結果。
【図６】第１の実施形態における表面弾性波素子の断面を示す図である。
【図７】第２の実施形態におけるＫＮｂＯ３薄膜の断面を示す図である。
【図８】第２の実施形態にて観察されるＲＨＥＥＤパターン写真である。
【図９】第２の実施形態にて得られた薄膜表面のＸ線回析パターン結果。
【図１０】第２の実施形態における表面弾性波素子の断面を示す図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＫＮｂＯ３薄膜の断面を示す図である。
【図１２】第３の実施形態における表面弾性波素子の断面図である。
【図１３】本発明の実施形態における周波数フィルタの斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態における周波数発振器を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態における周波数発振器を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態における電子回路を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態における携帯電話機を示す斜視図である。
【図１９】Ｋ２Ｏ−Ｎｂ２Ｏ５の二元系状態図である。
【図２０】ＫＮｂＯ３の組成比と温度との関係を示す状態図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０、３３、４１  ニオブ酸カリウム単結晶薄膜、１１、３１、４２  基板、１２  ニオブ酸カリウム単結晶層（ニオブ酸カリウム単結晶）、１３  チタン酸ストロンチウム単結晶基板（基板）、２４  プラズマプルーム（原料）、２６  固相部、２７  液相部、２８、３６、４３、６１、７１、８５  表面弾性波素子、３１ａ  シリコン単結晶基板（基板）、３２  バッファ層、３４  第１バッファ層、３５  第２バッファ層、４０  水晶基板（基板本体）、６０  周波数フィルタ、７０、８４  周波数発振器、１００  電子回路、１０１  携帯電話機（電子機器）
【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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