(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式がＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3で表される単結晶からなることを特徴とする圧電材料。
【請求項２】
請求項１記載の圧電材料で形成されていることを特徴とする圧電デバイス用基板。
【請求項３】
請求項２記載の圧電デバイス用基板に、表面弾性波を励振するための電極が設けられていることを特徴とする表面弾性波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面弾性波フィルター、バルク波フィルター、共振子、振動子等に好適に用いられる圧電材料、圧電デバイス用基板及び表面弾性波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば表面弾性波フィルター用の単結晶圧電材料として、従来より水晶、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）等が広く用いられており、更に近年、ランタン・ガリウム・ニオブ系酸化物単結晶であるランガサイトが用いられている（特開平１１−１０６２９４号公報参照）。
【０００３】
圧電デバイス用基板は、このような単結晶圧電材料を所定のカット方位で切断加工することにより、製作されており、そして、この基板に、表面弾性波を励振するための櫛歯型の電極を形成することにより、表面弾性波装置が製作されている。
【０００４】
この圧電デバイス用基板において、要求される特性としては、温度係数が小さいという特性はもとより、電気機械結合係数ｋ2が大きいという特性が重要である。この電気機械結合係数は、フィルターの周波数帯域幅や共振器のＱ値等に関連するからである。
【０００５】
ところで、近年、移動体通信機器の高性能化、小型化が進められており、これに伴い表面弾性波装置の高周波化、高性能化等が求められてきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の単結晶圧電材料（水晶、ＬＮ、ランガサイト）で形成された圧電デバイス用基板では、いずれも電気機械結合係数が小さく、このため表面弾性波装置の高周波化、高性能化等の対応が困難になりつつあり、新たな圧電デバイス用基板が切望されている。
【０００７】
この発明は、このような技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、電気機械結合係数の大きい単結晶圧電材料、圧電デバイス用基板及びこれを用いた表面弾性波装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る圧電材料は、組成式がＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3で表される単結晶からなることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明に係る圧電デバイス用基板は、上記請求項１記載の圧電材料で形成されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明に係る表面弾性波装置は、上記請求項２記載の圧電デバイス用基板に、表面弾性波を励振するための電極が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明に係る圧電材料は、潮解性がなく安定である上、従来の圧電材料よりも大きな電気機械結合係数を有しており、したがって圧電デバイス用基板を製作するための材料として好適に用いることができる。この圧電材料は単結晶からなり、その組成式はＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3で表すことができる。つまり、この圧電材料は、その組成式においてＧｄとＣａを化学量論数比で１：４の割合で含有しているものである。
【００１４】
なお、この発明に係る圧電材料は、組成式がＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3で表される単結晶からなるものであれば、この単結晶中に希土類元素やアルカリ土類金属元素以外の元素が、不純物として含まれていても良いし、極少量添加されていても良い。
【００１５】
この圧電材料は、これがバルク状である場合には圧電デバイス用基板として用いることができる。このバルク状圧電材料の育成方法については、特に限定されるものではなく様々な育成方法を適用することができるが、特にチョクラルスキー（Ｃｚ）法により育成することが、大口径で且つ高品質の単結晶を育成することができる点で、望ましい。
【００１６】
さらに、この圧電材料は、任意の基板に形成される単結晶薄膜として用いることもできる。この場合においてその成膜方法は、特に限定されるものではなく様々な成膜方法を適用することができる。
【００１７】
また、この発明に係る圧電デバイス用基板は、上述したバルク状圧電材料を所定のカット方位で切断してその表面を研磨加工することにより、製作することができる。
【００１８】
また、この発明に係る表面弾性波装置は、圧電デバイス用基板の一主面又は両主面に表面弾性波を励振するための電極を設けることにより、製作することができる。この表面弾性波装置としては、例えば、図１に示した共振器型表面弾性波装置や図２に示したトランスバーサル型表面弾性波装置が挙示される。
【００１９】
図１に示した共振器型表面弾性波装置では、表面弾性波を励振するための電極として、複数個の平行な電極指を有する一対の櫛歯型の励振電極（Inter  Digital  Transducer）（２）が、電極指を相互に噛み合わせた態様にして圧電デバイス用基板（１）の一主面に設けられている。この一対の櫛歯型励振電極（２）はアルミニウム（その合金を含む）やプラチナ等の導電性材料から形成されている。また、同図の鎖線に示すように、前記櫛歯型励振電極（２）の表面弾性波伝搬路の両端に、表面弾性波を反射するための反射器（３）が設けられていても良い。
【００２０】
図２に示したトランスバーサル型表面弾性波装置では、表面弾性波（５）を励振するための電極として、図１と同じく、一対の櫛歯型励振電極（２）が電極指を相互に噛み合わせた態様にして圧電デバイス用基板（１）の一主面に設けられている。さらに、この一対の櫛歯型励振電極（２）に隣接して、表面弾性波（５）を受振するための一対の櫛歯型受振電極（２’）が設けられている。
【００２１】
なお、図１及び図２において、（４）は前記櫛歯型励振電極（２）に印加するための高周波信号源である。
【００２２】
【実施例】
次に、この発明の具体的実施例について説明する。
＜圧電材料の育成＞
ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶を高周波誘導加熱型Ｃｚ法により育成した。用いたるつぼはイリジウム（Ｉｒ）製の円筒形のものである。用いた原料は純度９９．９９％の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ2Ｏ3）、純度９９．９５％の酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）であり、これらを８：１：３の比で混合し、１１００℃で２４時間焼結したものを前記るつぼに充填した。イリジウム製のるつぼは約８００℃以上の高温では酸素と反応し、揮発するため、アルゴンガス雰囲気中で育成を行った。以下にその育成条件を示す。
【００２３】
・シード結晶…ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3結晶
・シード方位…ｂ軸
・育成温度…約１４８０℃
・結晶回転速度…２０ｒｐｍ
・引き上げ速度…２．０ｍｍ／ｈ
こうして育成されたロッド状のＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶は、クラックが生じておらず高品質なものであった。なお、このＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶は、結晶構造が単斜晶系に属しているものである。
＜ＶS及びｋ2の測定＞
［実施例１］  上記のロッド状ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶を所定のカット方位で切断してその表面を鏡面加工することにより、圧電デバイス用基板を製作した。そして、図１に示した共振器型表面弾性波装置を製作すべく、この基板の主面（表面）に一対の櫛歯型励振電極を形成し、ＺカットＹ伝搬の表面弾性波の伝搬速度ＶS及び電気機械結合係数ｋ2を測定した。その結果を以下に示す。なお、この櫛歯型励振電極において、電極指間隔は５μｍ、電極指対数は２２である。
【００２４】
・伝搬速度ＶS…３９００ｍ／ｓ
・電気機械結合係数ｋ2…７．３％
［実施例２］  上記のロッド状ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶を所定のカット方位で切断してその表面を鏡面加工することにより、圧電デバイス用基板を製作した。そして、図１に示した共振器型表面弾性波装置を製作すべく、この基板の主面に一対の櫛歯型励振電極を形成し、ＸカットＺ伝搬の表面弾性波の伝搬速度ＶS及び電気機械結合係数ｋ2を測定した。その結果を以下に示す。なお、この櫛歯型励振電極において、電極指間隔は５μｍ、電極指対数は２２である。
【００２５】
・伝搬速度ＶS…３８００ｍ／ｓ
・電気機械結合係数ｋ2…８．５％
＜櫛歯型励振電極の製作＞
櫛歯型励振電極は、次のようにして形成されたものである。
【００２６】
すなわち、基板の主面にレジストを塗布し、これをスピナーによって回転数１５００ｒｐｍで回転させてレジスト液が基板主面全体に行き渡るようにした。回転時間は３０ｓである。次いで、この基板を電気炉中に入れて乾燥温度８０℃、乾燥時間６０分で乾燥させた。次いで、アライナーによって露光時間１０ｓで紫外線露光を行った。次いで、この基板を現像液に入れて現像（現像時間７ｍｉｎ）した後、蒸留水で洗浄し乾燥させた。次いで、基板の主面にスパッタによってプラチナを蒸着した。スパッタ時間は２０ｓである。次いで、この基板を超音波洗浄器で洗浄してリフトオフ（リフトオフ時間６０ｓ）し、もって前記の櫛歯型励振電極を形成した。
【００２７】
以上のように、この発明に係る圧電材料の一つであるＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶は、伝搬速度ＶS及び電気機械結合係数ｋ2がいずれも従来の圧電材料のそれよりも大きいことが分かる。すなわち、従来の圧電材料である水晶ではＶS＝約３０００ｍ／ｓ、ｋ2＝０．１〜０．２％であり、ＬＮのＹカットＺ伝搬ではＶS＝約３３００ｍ／ｓ、ｋ2＝１〜３％であるが、これに対して、ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶のＺカットＹ伝搬ではＶS＝３９００ｍ／ｓ、ｋ2＝７．３％であり、同ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶のＸカットＺ伝搬ではＶS＝３８００ｍ／ｓ、ｋ2＝８．５％である。したがって、ＧｄＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3単結晶は圧電材料として非常に好適であることが分かった。
【００２８】
【発明の効果】
上述の次第で、この発明によれば、電気機械結合係数ｋ2が大きい圧電材料を提供することができる。したがって、この発明に係る圧電材料は、圧電デバイス用基板を製作するための材料として極めて好適に用いることができる。さらには、この圧電デバイス用基板に表面弾性波を励振するための電極を形成することにより、優れた性能を有する表面弾性波装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る表面弾性波装置の一つである共振器型表面弾性波装置を説明するための平面図である。
【図２】この発明に係る表面弾性波装置の一つであるトランスバーサル型表面弾性波装置を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１…圧電デバイス用基板
２…櫛歯型電極
３…反射器
４…高周波信号源
【図１】
0003804410.tif 000002
【図２】
0003804410.tif 000003