(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶ＺｎＯ基板を備え、
前記ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）である、弾性表面波デバイス用基板。
【請求項２】
前記ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，８５°〜９５°，７５°〜８５°）または（φ，８５°〜９５°，９５°〜１０５°）である、請求項１に記載の弾性表面波デバイス用基板。
【請求項３】
前記ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７５°，９０°）または（φ，１０５°，９０°）である、請求項１に記載の弾性表面波デバイス用基板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波デバイス用基板を備える弾性表面波デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）デバイス用基板および弾性表面波デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＡＷデバイスには、ＳＡＷ共振器、トランスバーサル型ＳＡＷフィルタおよび共振器型ＳＡＷフィルタなどがあり、それぞれ用途に応じて使い分けられている。以下、ＳＡＷデバイスの１つとしてたとえばＳＡＷフィルタについて説明する。
【０００３】
図６は、一般的なＳＡＷフィルタの構成を概略的に示す斜視図である。図６を参照して、ＳＡＷフィルタ１０４の基本構造は、弾性表面波デバイス用基板である圧電基板１０２と、その圧電基板１０２の表面上に形成された表面波の励振用および受信用の１対の櫛型電極１０１とを有する４端子構造からなっている。また、このような電極１０１を交差指形電極（interdigital electrode）といい、この種の変換素子をＩＤＴ（interdigital transducer）という。
【０００４】
一般に、励振用の櫛型電極１０１にインパルス電圧を印加すると、図７に示すように圧電効果により隣り合う電極１０１間に互いに逆位相の歪みが生じ弾性表面波（ＳＡＷ）が励起される。このＳＡＷが圧電基板１０２の表面を伝搬し、このＳＡＷによる歪みで圧電基板１０２上に表面電荷が生じ、受信用の櫛型電極１０１により電気信号として取出される。図７は、図６に示したＳＡＷフィルタの動作を説明するための模式図である。
【０００５】
従来、このようなＳＡＷフィルタ１０４などのＳＡＷデバイスは、図８に示すように圧電基板１０２の表面にそれぞれのデバイスに応じた電極１０１を配置した構造となっている。図８は、従来のＳＡＷデバイスの断面模式図である。ＳＡＷデバイス１０４の特性は圧電基板１０２の特性に大きく依存し、圧電基板１０２もまた用途に応じて使い分けられている。表１に代表的な圧電基板１０２の材質と圧電基板１０２上を伝搬するＳＡＷの特性とを示す。
【０００６】
【表１】
0003842947.tif 000002
【０００７】
表１より、水晶基板では温度特性が小さく良好であるが、電気−機械結合係数Ｋ2（以下、結合係数Ｋ2と呼ぶ）が小さい。またＬｉＴａＯ3（ＬＴ）基板では結合係数Ｋ2が大きいが、遅延時間温度係数（Temperature Coefficient of Delay time：ＴＣＤ）に代表される温度特性が悪い。また、水晶基板およびＬＴ基板の双方とも、ＳＡＷの伝搬速度は３０００ｍ／秒以上となっている。
【０００８】
このように各基板はそれぞれ長所と短所とを持っており、デバイスの用途に応じて使い分けられている。近年、ＴＶなどの映像機器および携帯電話などの通信機器の発達に伴い、それらに用いられるＳＡＷデバイスにもまた、これまで以上に優れた特性が要求されている。そのため、従来より優れた特性を有する圧電基板が求められている。また、携帯電話などの通信機器の小型化に伴い、ＳＡＷデバイスも小型化することが求められている。
【０００９】
なお、表１におけるオイラー角について以下に図９を用いて説明する。図９は、オイラー角を説明するための図である。
【００１０】
図９を参照して、まずＺ軸を回転軸としてＸ軸をＹ軸方向にφだけ回転させた軸を第１軸１００とする。次に第１軸１００を回転軸としてＺ軸を反時計回りにθだけ回転させた軸を第２軸２００とする。この第２軸２００を法線として第１軸１００を含む面方位でカットし、基板とする。上記面方位にカットした基板において、第２軸２００を回転軸として第１軸１００を反時計回りにψだけ回転させた軸を第３軸３００とし、この第３軸３００をＳＡＷ伝搬方向とする。面上の第３軸３００と直交する軸を第４軸４００とする。このようにオイラー角（φ，θ，ψ）が規定される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＡＷデバイスの中心周波数ｆ0は、
ｆ0＝Ｖ／λ
（Ｖ：ＳＡＷの伝搬速度、λ：ＳＡＷの波長（ＩＤＴの電極１０１のピッチ（図６参照）））
で決定される。このため、同じ中心周波数ｆ0を持つデバイスを作製する場合、ＳＡＷの伝搬速度Ｖが遅い圧電基板を用いれば、ＳＡＷの波長λ、すなわちＩＤＴの電極１０１のピッチを小さくできる。このため、ＳＡＷデバイスを小型化することができる。
【００１２】
また一般的に圧電基板の結合係数Ｋ2が大きいほど帯域幅の広いデバイスが設計しやすいとされている。さらに、結合係数Ｋ2が大きいほど、同じ強度のインパルス電圧を電極１０１に印加した場合、圧電基板１０２の表面においてより大きな歪みを発生させることができるので、より効率的にＳＡＷを励起することができる。このため、所定の強度のＳＡＷを励起するために必要な電極１０２の本数を減らすことができる。このため、結合係数Ｋ2が大きいほど、ＳＡＷデバイスの小型化に有利である。
【００１３】
そのため、本発明の目的は、従来の圧電基板よりＳＡＷの伝搬速度を遅くできるとともに、従来より結合係数Ｋ2が大きく、ＳＡＷデバイスを小型化することが可能な圧電基板（弾性表面波デバイス用基板）およびその圧電基板を用いたＳＡＷデバイスを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の１の局面における弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス用基板は、単結晶ＺｎＯ基板を備え、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）である。
【００１５】
このように、ＺｎＯがオイラー角表示で上記のような範囲であれば、後述するようにＳＡＷの伝搬速度が２６００ｍ／秒〜２８００ｍ／秒となり、従来の水晶基板やＬＴ基板などよりＳＡＷの伝搬速度を遅くできる。このため、ＩＤＴの電極ピッチを従来の基板を用いた場合より小さくできるので、ＳＡＷデバイスの小型化を図ることができる。
【００１６】
また、ＺｎＯがオイラー角表示で上記のような範囲であれば、後述するように結合係数Ｋ2を０．０１（１．０％）以上とすることができる。このため、従来の圧電基板よりＳＡＷの伝搬速度を遅くできると同時に、結合係数Ｋ2を従来の圧電基板の結合係数Ｋ2と同等以上の値とすることができるので、帯域幅の広いデバイスを設計する際に有利であるとともに、ＳＡＷデバイスをより小型化することが可能になる。
【００１７】
なお、上記オイラー角表示において、（φ，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）とは、φは任意の値をとることが可能（特に限定は無い）であり、θが７０°以上１１０°以下、ψが７０°以上１１０°以下であることを意味している。
【００１８】
上記１の局面における弾性表面波デバイス用基板では、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，８５°〜９５°，７５°〜８５°）または（φ，８５°〜９５°，９５°〜１０５°）であることが好ましい。
【００１９】
この場合、ＺｎＯがオイラー角表示で上記のような範囲となっていれば、結合係数Ｋ2を０．０１２（１．２％）以上と、従来のＬＴ基板の結合係数Ｋ2より大きくできる。この結果、ＳＡＷデバイスの小型化をより確実に行なうことができる。
【００２０】
上記１の局面における弾性表面波デバイス用基板では、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７５°，９０°）または（φ，１０５°，９０°）であることが好ましい。
【００２１】
この場合、オイラー角表示で上記のように表現されるＺｎＯを弾性表面波デバイス用基板として用いれば、ＺｎＯを用いた場合における最大の結合係数Ｋ2を得ることができる。この結果、ＳＡＷデバイスの小型化をより確実に行なうことができる。
【００２２】
この発明の他の局面における弾性表面波デバイスは、上記１の局面における弾性表面波デバイス用基板を備える。
【００２３】
この場合、従来の圧電基板を用いた場合より、より小型化された弾性表面波デバイスを実現できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基いて説明する。なお、以下の図において同一または相当する部材には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態による弾性表面波デバイス（ＳＡＷデバイス）の断面模式図である。図１を参照して、ＳＡＷデバイスを説明する。
【００２６】
図１を参照して、ＳＡＷデバイス３は、圧電基板（弾性表面波デバイス用基板）である単結晶ＺｎＯ基板２と電極１とを備える。単結晶ＺｎＯ基板２は、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）である。電極１は単結晶ＺｎＯ基板２の表面に形成された櫛型電極である。
【００２７】
本発明によるＳＡＷデバイスの３圧電基板として用いられる単結晶ＺｎＯ基板２におけるＳＡＷの伝搬速度とオイラー角との関係を計算した結果を図２に示す。図２は、（０°，θ，ψ）単結晶ＺｎＯ基板でのＳＡＷの伝搬速度を示す図である。なお、単結晶ＺｎＯ基板の伝搬速度および結合係数Ｋ2はオイラー角のφに対する依存性がないため、以下ではオイラー角のφ＝０゜の場合を示す。
【００２８】
図２を参照して、横軸はオイラー角のθ、縦軸はオイラー角のψを示している。そして、図２では、単結晶ＺｎＯ基板のそれぞれのオイラー角におけるＳＡＷの伝搬速度を示している。図２から、単結晶ＺｎＯ基板２ではＳＡＷの伝搬速度が２６００ｍ／秒〜２８００ｍ／秒程度である。つまり、単結晶ＺｎＯ基板２のＳＡＷの伝搬速度は従来の水晶基板やＬＴ基板におけるＳＡＷの伝搬速度より遅い事がわかる。このため、ＳＡＷデバイス３におけるＩＤＴなどの電極１のピッチを従来の基板を用いた場合より小さくできるので、ＳＡＷデバイスの小型化を図ることができる。
【００２９】
次に、単結晶ＺｎＯ基板２の結合係数Ｋ2とオイラー角との関係を計算した結果を図３に示す。図３は、（０°，θ，ψ）単結晶ＺｎＯ基板２での結合係数Ｋ2を示す図である。図３を参照して、横軸はオイラー角のθ、縦軸はオイラー角のψを示している。
【００３０】
また、図４は、（０°，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）単結晶ＺｎＯ基板２の結合係数Ｋ2を示す図である。図４を参照して、横軸はオイラー角のθ、縦軸はオイラー角のψを示している。図４は図３のθが７０゜〜１１０゜、ψが７０゜〜１１０゜である範囲を拡大した図である。
【００３１】
図３および図４からもわかるように、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）という図４に示したような範囲であれば、結合係数Ｋ2を０．０１（１．０％）以上とすることができる。この結合係数Ｋ2の値は、従来の水晶基板における結合係数Ｋ2の値（約０．１％）と対比すると約１０倍以上大きくなっている。このため、従来の圧電基板よりＳＡＷの伝搬速度を遅くできると同時に、結合係数Ｋ2を従来の圧電基板の結合係数Ｋ2と同等以上の値とすることができる弾性表面波デバイス用基板を得る事ができる。この結果、単結晶ＺｎＯ基板２を用いれば、帯域幅の広いデバイスを設計する際に有利であるとともに、ＳＡＷデバイスをより小型化することが可能になる。
【００３２】
図５は、（０°，７５°〜１０５°，７５°〜１０５°）単結晶ＺｎＯ基板２の結合係数Ｋ2を示す図である。図５を参照して、横軸はオイラー角のθ、縦軸はオイラー角のψを示している。図５は図３におけるθが７５゜〜１０５゜、ψが７５゜〜１０５゜である範囲を拡大した図に対応する。
【００３３】
図５からわかるように、単結晶ＺｎＯ基板２では、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，８５°〜９５°，７５°〜８５°）または（φ，８５°〜９５°，９５°〜１０５°）であれば、結合係数Ｋ2を０．０１２（１．２％）以上と、従来のＬＴ基板の結合係数Ｋ2より大きくできる。この結果、ＳＡＷデバイスの小型化をより確実に行なうことができる。
【００３４】
また、図５を参照して、単結晶ＺｎＯ基板２では、ＺｎＯがオイラー角表示で（φ，７５°，９０°）または（φ，１０５°，９０°）であれば、単結晶ＺｎＯ基板２の結合係数Ｋ2を０．０１３１８（１．３１８％）と、最も大きくできる。この結果、ＳＡＷデバイスの小型化をより確実に行なうことができる。
【００３５】
このように、単結晶ＺｎＯ基板２を弾性表面波デバイス用基板としての圧電基板として用いる事で、従来よりＳＡＷの伝搬速度を遅くできると同時に、結合係数Ｋ2を従来の圧電基板より大きくすることが可能な圧電基板を得る事ができる。また、このような圧電基板をＳＡＷデバイスの基板として用いる事で、従来よりＳＡＷデバイスを小型化することができる。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、従来の圧電基板よりＳＡＷの伝搬速度を遅くできるとともに、従来より結合係数Ｋ2が大きく、ＳＡＷデバイスを小型化することが可能な圧電基板（弾性表面波デバイス用基板）およびその圧電基板を用いたＳＡＷデバイスを得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態によるＳＡＷデバイスの断面模式図である。
【図２】  （０°，θ，ψ）単結晶ＺｎＯ基板でのＳＡＷの伝搬速度を示す図である。
【図３】  （０°，θ，ψ）単結晶ＺｎＯ基板での結合係数Ｋ2を示す図である。
【図４】  （０°，７０°〜１１０°，７０°〜１１０°）単結晶ＺｎＯ基板の結合係数Ｋ2を示す図である。
【図５】  （０°，７５°〜１０５°，７５°〜１０５°）単結晶ＺｎＯ基板の結合係数Ｋ2を示す図である。
【図６】  一般的なＳＡＷフィルタの構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】  図６に示したＳＡＷフィルタの動作を説明するための模式図である。
【図８】  従来のＳＡＷデバイスの断面模式図である。
【図９】  オイラー角を説明するための図である。
【符号の説明】
１  電極、２  単結晶ＺｎＯ基板、３  ＳＡＷデバイス。
【図１】
0003842947.tif 000003
【図２】
0003842947.tif 000004
【図３】
0003842947.tif 000005
【図４】
0003842947.tif 000006
【図５】
0003842947.tif 000007
【図６】
0003842947.tif 000008
【図７】
0003842947.tif 000009
【図８】
0003842947.tif 000010
【図９】
0003842947.tif 000011