JP4197620B2 - 弾性表面波装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板の表面に交差指状電極を設けた弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機を始めとして、移動体通信端末機が急速な普及をみせている。この種の端末機は、持ち運びの便利さの観点から、特に小型軽量であることが望まれる。端末機の小型軽量化を達成するには、そこに使用される電子部品が小型軽量であることが必要である。このため、端末機の高周波部や中間周波部のフィルタには、小型軽量化に有利な弾性表面波装置、すなわち弾性表面波フィルタが多用されている。弾性表面波装置は、圧電基板の主面に、弾性表面波を励振し、受信し、反射し、または伝播するための交差指状電極を形成した構造を有する。この弾性表面波装置に使用される圧電基板としての重要な特性は、弾性表面波の表面波速度（ＳＡＷ速度）、フィルタとして使用する場合の中心周波数または共振子として使用する場合の共振周波数の周波数温度係数（ＴＣＦ）、および電気機械結合係数（ｋ２ ）である。
【０００３】
従来、弾性表面波装置において一般に使用されてきた圧電基板としては、図１の表に示す単結晶とカット角の組み合わせがある。図１に示す公知の圧電基板は、速いＳＡＷ速度と大きな電気機械結合係数をもつ１２８°ｒｏｔＹ ＬＮ（１２８ＬＮ）、６４°ｒｏｔＹ ＬＮ（６４ＬＮ）および３６°ｒｏｔＹ ＬＴ（３６ＬＮ）のグループと、比較的遅いＳＡＷ速度と小さな電気機械結合係数をもつ１１２°ｒｏｔＹ ＬＴ（ＬＴ１１２）およびＳＴ水晶のグループとに大別できる。このうち、速いＳＡＷ速度と大きな電気機械結合係数をもつ圧電基板である１２８ＬＮ、６４ＬＮおよび３６ＬＴは、端末機の高周波部における弾性表面波フィルタに使用される。比較的遅いＳＡＷ速度と小さな電気機械結合係数をもつ圧電基板であるＬＴ１１２およびＳＴ水晶は、端末機の中間周波部における弾性表面波フィルタに使用される。その理由は、弾性表面波フィルタの場合には、その中心周波数は、使用する圧電基板のＳＡＷ速度にほぼ比例し、基板上に形成する交差指状電極の電極指の幅にほぼ反比例するからである。
【０００４】
したがって、高周波回路部で使用されるフィルタを構成するには、ＳＡＷ速度が大きい基板が望まれることになる。さらに、端末機の高周波部に使用されるフィルタには、通過帯域幅が２０ＭＨｚ以上の広帯域のものが要求されるので、電気機械結合係数が大きいことも必要である。
【０００５】
一方、移動体端末機の中間周波数としては、７０〜３００ＭＨｚの周波数帯が使用される。この周波数帯に中心周波数を有するフィルタを弾性表面波装置により構成する場合にＳＡＷ速度の大きい圧電基板を用いると、基板上に形成する電極指の幅を、高周波部に使用されるフィルタに比べて、中心周波数低下量に応じて大幅に増大させる必要があり、弾性表面波装置そのものが大きくなるという問題がある。従って、中間周波部用の弾性表面波フィルタには、ＳＡＷ速度の遅いＬＴ１１２やＳＴ水晶を使用することが一般的であった。特に、ＳＴ水晶は一次の周波数温度係数がゼロであり、好ましい圧電基板材料である。ＳＴ水晶は電気機械結合係数が小さいため、通過帯域の狭いフィルタしか構成できないが、中間周波数フィルタの役割は狭い一つのチャンネルの信号のみを通過させることであるので、電気機械結合係数が小さいことは、従来はさほど問題にはならなかった。
【０００６】
しかし、近年になって、周波数資源の有効利用やデジタルデータ通信との適合性などの観点から、デジタル移動体通信システムが開発され、実用化されて、急速に普及してきている。このデジタル移動体通信システムの通過帯域幅は、数百ＫＨｚから数ＭＨｚまで、というように、非常に広帯域となっている。このような広帯域の中間周波数フィルタを弾性表面波装置により構成する場合には、ＳＴ水晶基板では、電気機械結合係数の面から実現は困難である。また、移動体端末機を一層小型なものとし、携帯の利便性を高めようとする場合には、中間周波数用弾性表面波フィルタの実装面積を小さくする必要があるが、従来、中間周波数用弾性表面波フィルタに適しているとされるＳＴ水晶やＬＴ１１２は、いずれもＳＡＷ速度が３０００ｍ／ｓｅｃを越えており、小型化には限界がある。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を持つＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４単結晶が開発された（特許文献１参照）。しかしながら、このＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４単結晶によっても、電気機械結合係数ｋ２ が約０．３７％であり、その改善が求められていた。
【０００８】
また、特許文献２では、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、ＧａおよびＳｉからなり、組成式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａ６−ｙ−ｚ Ｓｉｚ Ｏ１４（ただし、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜２）で表される圧電単結晶材料が、本件出願人により提案されている。この圧電単結晶材料によれば、デバイスとして望ましい方位における圧電特性の温度依存性を改善することができる。しかしながら、この特許文献２には、前記圧電単結晶材料をデバイスにどのような態様で適用すべきかについては、具体的に開示されていない。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３１８８４８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−３４８１９７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、しかも、弾性表面波装置の小型化に有効な遅いＳＡＷ速度を有する圧電基板を用いた広帯域で小型の弾性表面波装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位（＝前記圧電基板の単結晶からの切り出し角またはカット角。以下同様）および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが、下記領域１から６までのいずれか、または該領域と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置が提供される。
【００１２】
（領域１）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝９０°〜１２０°、
ψ＝０°〜２０°。
（領域２）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝１３０°〜１４５°、
ψ＝１５°〜２５°。
（領域３）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝８０°〜１６０°、
ψ＝−１５°〜１５°。
（領域４）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝２５°〜４５°、
ψ＝２０°〜３０°。
（領域５）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝２０°〜１６０°、
ψ＝−１０°〜２０°。
（領域６）
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝２０°〜９０°、
ψ＝−１０°〜２０°。
【００１３】
【作用】
本発明の弾性表面波装置に使用される圧電基板は、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型の結晶構造を有する化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶で構成され、高い電気機械結合係数（好ましくは０．５％以上、より好ましく０．７％以上）と、遅いＳＡＷ速度（好ましくは２８００ｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは２７００ｍ／ｓｅｃ以下、さらに好ましくは２６５０ｍ／ｓｅｃ以下）とを、持つ。
本発明では、このような、特定組成の単結晶を弾性表面波装置の基板に適用するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝播方向とを選択する。これにより、広帯域で小型の弾性表面波装置を実現することができる。
【００１４】
本発明の弾性表面波装置は、広帯域におけるフィルタに好適に用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。ここにおいて、
図１は弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表、
図２は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す斜視図、
図３〜８は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表、
図９，１１，１３，１５，１７，１９はそれぞれ図３〜８に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表、
図１０，１２，１４，１６，１８，２０はそれぞれ図３〜８に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表、である。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態に係る弾性表面波装置１０は、圧電基板１の表面に一組の交差指状電極２，２を有する。圧電基板１は単結晶で構成してある。
【００１７】
本発明で用いるこの単結晶は、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４で表される。
化学式中のｘ，ｙ，ｚ，ｗは、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８である。
【００１８】
図２中のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は互いに直交している。ｘ軸およびｙ軸は基板１の面内方向にあり、ｘ軸は弾性表面波の伝播方向を規定する。また、基板１面に垂直なｚ軸は、単結晶基板の切り出し角（カット面）を規定する。これらｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と、単結晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸との関係は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で表わすことができる。
【００１９】
本実施形態に係る弾性表面波装置１０における切り出し角および伝播方向をオイラー角表示（φ，θ，ψ）で表わしたとき、φ、θおよびψは下記各領域、または下記各領域と結晶学的に等価な領域に存在する。
【００２０】
（領域１）領域１は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝９０°〜１２０°、ψ＝０°〜２０°で表される。この領域１は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝９０°〜１２０°、ψ＝−２０°〜０°で表される領域と結晶学的に等価である。
【００２１】
（領域２）領域２は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝１３０°〜１４５°、ψ＝１５°〜２５°で表される。この領域２は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝１３０°〜１４５°、ψ＝−２５°〜−１５°で表される領域と結晶学的に等価である。領域２内においては、φ＝０°〜５°、θ＝１４０°〜１４５°、ψ＝１５°〜２５°の範囲とすることが好ましい。
【００２２】
（領域３）領域３は、φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、θ＝８０°〜１６０°、ψ＝−１５°〜１５°で表される。領域３内においては、φ＝５°〜１５°、θ＝１１０°〜１６０°、ψ＝−１５°〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００２３】
（領域４）領域４は、φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、θ＝２５°〜４５°、ψ＝２０°〜３０°で表される。
【００２４】
（領域５）領域５は、φ＝１５°〜２５°、θ＝２０°〜１６０°、ψ＝−１０°〜２０°で表される。領域４内においては、φ＝１５°〜２５°、θ＝４５°〜１６０°、ψ＝−１０°〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
（領域６）領域６は、φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、θ＝２０°〜９０°、ψ＝−１０°〜２０°で表される。この領域６は、φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、θ＝９０°〜１６０°、ψ＝−１０°〜２０°で表される領域と結晶学的に等価である。
【００２６】
オイラー角φ、θおよびψが、領域１もしくは４、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２６５０ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２７】
オイラー角φ、θおよびψが、領域２もしくは３、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２８】
オイラー角φ、θおよびψが、領域５もしくは６、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２９】
本発明で用いる化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４で表される単結晶は、結晶の対称性（点群３２）から、互いに等価なオイラー角の組み合わせが存在する。このため、上述した各領域を示す角度以外に、これと結晶学的に等価な角度に対しても同様な効果を得ることができる。
【００３０】
Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型の結晶構造を持つ単結晶基板では、φ＝１２０〜２４０゜およびφ＝２４０〜３６０゜（−１２０〜０゜）はφ＝０〜１２０゜と等価である。たとえば、φ＝１３０゜およびφ＝２５０゜はφ＝１０゜と等価である。θ＝３６０〜１８０゜（０〜−１８０゜）はθ＝０〜１８０゜と等価である。たとえば、θ＝３３０゜はθ＝１５０゜と等価である。ψ＝９０〜２７０゜はψ＝−９０〜９０゜と等価である。たとえば、ψ＝２４０゜はψ＝６０゜と等価である。
【００３１】
Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型の結晶構造を持つ単結晶基板では、φ＝０〜３０゜の範囲の特性を調べることにより、すべてのカット角および伝播方向についての特性を知ることができる。したがって、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４で表される単結晶基板におけるすべてのカット角および伝播方向についての特性を知るためには、φ０ ＝０〜３０゜、θ０ ＝０〜１８０゜、ψ０ ＝−９０〜９０゜の範囲についてだけ調べればよい。この（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）の組み合わせから、φ＝３０〜１２０゜において同特性を示す等価な（φ，θ，ψ）の組み合わせがわかる。
【００３２】
具体的には、３０゜≦φ≦６０゜の範囲では、φ＝６０゜−φ０ 、θ＝１８０゜−θ０ 、ψ＝ψ０ ＋１８０によって、（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。６０゜≦φ≦９０゜の範囲では、φ＝６０゜＋φ０ 、θ＝−θ０ 、ψ＝ψ０ ＋１８０によって、（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。９０゜≦φ≦１２０゜の範囲では、φ＝１２０゜−φ０ 、θ＝θ０ ＋１８０、ψ＝ψ０ によって、（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。そして、上記した対称性に基づいて、すべての（φ，θ，ψ）における特性を知ることができる。
【００３３】
等価な角度の組み合わせの例としては、たとえば、以下のものが挙げられる。領域１におけるオイラー角φ、θおよびψについての０°、１０５°および１０°の組み合わせは、６０°、７５°および−１０°の組み合わせや、１２０°、−７５°および１０°の組み合わせと等価である。
【００３４】
領域２におけるオイラー角φ、θおよびψについての０°、１４５°および２０°の組み合わせは、０°、３５°および２０°の組み合わせや、６０°、３５°および−１６０°の組み合わせと等価である。
【００３５】
領域６におけるオイラー角φ、θおよびψについての３０°、４０°および１０°の組み合わせは、９０°、−４０°および−１７０°の組み合わせや、９０°、−１４０°および１０°の組み合わせと等価である。
【００３６】
本発明において限定する上記各領域は、このような結晶の対称性に基づく等価な（φ，θ，ψ）の組み合わせを包含するものとする。
【００３７】
本発明では、ランガサイト型の結晶構造を有する化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶を、弾性表面波装置の基板に適用するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝播方向とを選択することで、広帯域で小型の弾性表面波装置を実現することができる。
【００３８】
なお、本発明で用いる化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶は、酸素欠陥を有するものであってもよく、たとえば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ等の不可避的不純物を含んでもよい。
【００３９】
化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶の製造方法は、特に限定されず、通常の単結晶育成法、たとえばＣＺ法などにより製造すればよい。
【００４０】
圧電基板１の表面に形成される交差指状電極２は、弾性表面波を励振、受信、反射、伝播するための薄膜電極であり、周期的なストライプ状に形成される。交差指状電極２は、弾性表面波伝播方向が上記した所定の方向となるようにパターニングがなされる。交差指状電極２は、ＡｕやＡｌなどを用いて蒸着やスパッタなどにより形成すればよい。交差指状電極２の電極指幅は、弾性表面波装置が適用される周波数に応じて適宜決定すればよく、本発明が適用される好ましい周波数帯域では、一般に２〜１５μｍ程度である。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態をより具体化した実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
【実施例】
実施例１〜２
まず、高周波加熱によるチョクラルスキー（ＣＺ）法（回転引き上げ法）により、化学式Ｌａ２．１０Ｓｒ０．９０Ｔａ０．４８Ｇａ４．５９Ｓｉ０．９４Ｏ１４単結晶（組成１）、および化学式Ｌａ２．０５Ｓｒ０．９５Ｔａ０．５０Ｇａ４．５４Ｓｉ０．９８Ｏ１４単結晶（組成２）を結晶育成させた。なお、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４において、組成１の単結晶は、ｘ＝０．９０、ｙ＝０．４８、ｚ＝４．５９、ｗ＝０．９４のときの組成であり、組成１の単結晶は、ｘ＝０．９５、ｙ＝０．５０、ｚ＝４．５４、ｗ＝０．９８のときの組成である。
【００４３】
次に、得られた組成１および組成２の単結晶から、面内＋Ｘ方向にオリエンテーションフラットを持つ（０１０）カットのウエハ（オイラー角表示でφ＝０°、θ＝９０°相当）を作製し、片面を鏡面研磨、反対面をグリーンカーボン（ＧＣ＃２０００）で荒らして基板を作製した。
【００４４】
得られた基板の表面に、図２に示すような一組の交差指状電極からなる弾性表面波変換器を形成し、弾性表面波装置とした。なお、交差指状電極は、入力側、出力側共にＡｌの蒸着により形成し、厚さは０．３μｍ、電極指幅ｄは１５μｍ、電極ピッチ（４ｄ）は６０μｍ、電極指対数は２０とした。
【００４５】
図２において、ｘ、ｙ、ｚと記した軸はオイラー角により変換された軸であり、ｘ軸は弾性表面波の伝播方向、ｙ軸は基板の面内で弾性表面波伝播方向と直交する方向、ｚ軸は基板表面と直交する方向である。ｘについては、ψ＝０°（結晶軸でｘ方向に相当）、１０°、２０°となるように、基板の切り出し角と弾性表面波伝播方向を変えて、複数の弾性表面波装置を作製した。
【００４６】
そして、それぞれの弾性表面波装置におけるＳＡＷ速度と電気機械結合係数を求め、図３（領域１）、図４（領域２）、図５（領域３）、図６（領域４）、図７（領域５）および図８（領域６）に示した。
【００４７】
組成１の単結晶に関しては、２次元的に表した図表を図９〜２０に示した。具体的には、図３のデータに基づき、φ＝０°におけるψ＝０°での対称性を考慮して、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図９〜１０に示した。図４のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１１〜１２に示した。図５のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１３〜１４に示した。図６のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１５〜１６に示した。図７のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１７〜１８に示した。図８のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１９〜２０に示した。
【００４８】
なお、ＳＡＷ速度は、前述した交差指状電極構成でのフィルタ特性の中心周波数の測定値に、弾性表面波波長を乗じることにより求めた。電気機械結合係数は、前述した入出力用交差指状電極のうちの一方、たとえば入力用の、二端子アドミッタンスを測定し、このアドミッタンスの実部（コンダクタンス）と虚部（サセプタンス）とから、スミスの等価回路による方法により求めた。以上の特性については、装置の周囲温度を２５℃に保って測定した。
【００４９】
考察
図３、９および１０に示すように、角φが０°の場合に、角θが９０°から１２０°の範囲にあり、角ψが０°から２０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２６５０ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが０°から５°（ただし、５°を含まない）までの他の範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００５０】
図４、１１および１２に示すように、角φが０°の場合に、角θが１３０°から１４５°の範囲で、角ψが１５°から２５°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが０°から５°（ただし、５°を含まない）までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５１】
図５、１３および１４に示すように、角φが１０°の場合に、角θが８０°から１６０°の範囲で、角ψが−１５°から１５°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが５°から１５°（ただし、１５°を含まない）までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５２】
図６、１５および１６に示すように、角φが１０°の場合に、角θが２５°から４５°の範囲で、角ψが２０°から３０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２６５０ｍ／ｓｅｃ以下になることが確認された。また、角φが５°から１５°（ただし、１５°を含まない）までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５３】
図７、１７および１８に示すように、角φが２０°の場合に、角θが２０°から１６０°の範囲で、角ψが−１０°から２０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃ以下になることが確認れた。また、角φが１５°から２５°までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５４】
図８、１９および２０に示すように、角φが３０°の場合に、角θが２０°から９０°の範囲で、角ψが−１０°から２０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが２５°から３０°（ただし、２５°を含まない）までの他の範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００５５】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明してきたが、本発明はこうした実施形態および実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、しかも、弾性表面波装置の小型化に有効な遅いＳＡＷ速度を有する圧電基板を用いた広帯域で小型の弾性表面波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す斜視図である。
【図３】図３は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図４】図４は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図５】図５は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図６】図６は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図７】図７は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図８】図８は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図９】図９は図３に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１０】図１０は図３に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１１】図１１は図４に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１２】図１２は図４に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１３】図１３は図５に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１４】図１４は図５に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１５】図１５は図６に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１６】図１６は図６に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１７】図１７は図７に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１８】図１８は図７に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１９】図１９は図８に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図２０】図２０は図８に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【符号の説明】
１０… 弾性表面波装置
１… 圧電基板
２… 交差指状電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板の表面に交差指状電極を設けた弾性表面波装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話機を始めとして、移動体通信端末機が急速な普及をみせている。この種の端末機は、持ち運びの便利さの観点から、特に小型軽量であることが望まれる。端末機の小型軽量化を達成するには、そこに使用される電子部品が小型軽量であることが必要である。このため、端末機の高周波部や中間周波部のフィルタには、小型軽量化に有利な弾性表面波装置、すなわち弾性表面波フィルタが多用されている。弾性表面波装置は、圧電基板の主面に、弾性表面波を励振し、受信し、反射し、または伝播するための交差指状電極を形成した構造を有する。この弾性表面波装置に使用される圧電基板としての重要な特性は、弾性表面波の表面波速度（ＳＡＷ速度）、フィルタとして使用する場合の中心周波数または共振子として使用する場合の共振周波数の周波数温度係数（ＴＣＦ）、および電気機械結合係数（ｋ２ ）である。
【０００３】
従来、弾性表面波装置において一般に使用されてきた圧電基板としては、図１の表に示す単結晶とカット角の組み合わせがある。図１に示す公知の圧電基板は、速いＳＡＷ速度と大きな電気機械結合係数をもつ１２８°ｒｏｔＹ ＬＮ（１２８ＬＮ）、６４°ｒｏｔＹ ＬＮ（６４ＬＮ）および３６°ｒｏｔＹ ＬＴ（３６ＬＮ）のグループと、比較的遅いＳＡＷ速度と小さな電気機械結合係数をもつ１１２°ｒｏｔＹ ＬＴ（ＬＴ１１２）およびＳＴ水晶のグループとに大別できる。このうち、速いＳＡＷ速度と大きな電気機械結合係数をもつ圧電基板である１２８ＬＮ、６４ＬＮおよび３６ＬＴは、端末機の高周波部における弾性表面波フィルタに使用される。比較的遅いＳＡＷ速度と小さな電気機械結合係数をもつ圧電基板であるＬＴ１１２およびＳＴ水晶は、端末機の中間周波部における弾性表面波フィルタに使用される。その理由は、弾性表面波フィルタの場合には、その中心周波数は、使用する圧電基板のＳＡＷ速度にほぼ比例し、基板上に形成する交差指状電極の電極指の幅にほぼ反比例するからである。
【０００４】
したがって、高周波回路部で使用されるフィルタを構成するには、ＳＡＷ速度が大きい基板が望まれることになる。さらに、端末機の高周波部に使用されるフィルタには、通過帯域幅が２０ＭＨｚ以上の広帯域のものが要求されるので、電気機械結合係数が大きいことも必要である。
【０００５】
一方、移動体端末機の中間周波数としては、７０〜３００ＭＨｚの周波数帯が使用される。この周波数帯に中心周波数を有するフィルタを弾性表面波装置により構成する場合にＳＡＷ速度の大きい圧電基板を用いると、基板上に形成する電極指の幅を、高周波部に使用されるフィルタに比べて、中心周波数低下量に応じて大幅に増大させる必要があり、弾性表面波装置そのものが大きくなるという問題がある。従って、中間周波部用の弾性表面波フィルタには、ＳＡＷ速度の遅いＬＴ１１２やＳＴ水晶を使用することが一般的であった。特に、ＳＴ水晶は一次の周波数温度係数がゼロであり、好ましい圧電基板材料である。ＳＴ水晶は電気機械結合係数が小さいため、通過帯域の狭いフィルタしか構成できないが、中間周波数フィルタの役割は狭い一つのチャンネルの信号のみを通過させることであるので、電気機械結合係数が小さいことは、従来はさほど問題にはならなかった。
【０００６】
しかし、近年になって、周波数資源の有効利用やデジタルデータ通信との適合性などの観点から、デジタル移動体通信システムが開発され、実用化されて、急速に普及してきている。このデジタル移動体通信システムの通過帯域幅は、数百ＫＨｚから数ＭＨｚまで、というように、非常に広帯域となっている。このような広帯域の中間周波数フィルタを弾性表面波装置により構成する場合には、ＳＴ水晶基板では、電気機械結合係数の面から実現は困難である。また、移動体端末機を一層小型なものとし、携帯の利便性を高めようとする場合には、中間周波数用弾性表面波フィルタの実装面積を小さくする必要があるが、従来、中間周波数用弾性表面波フィルタに適しているとされるＳＴ水晶やＬＴ１１２は、いずれもＳＡＷ速度が３０００ｍ／ｓｅｃを越えており、小型化には限界がある。
【０００７】
そこで、これらの問題を解決するために、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を持つＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４単結晶が開発された（特許文献１参照）。しかしながら、このＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４単結晶によっても、電気機械結合係数ｋ２ が約０．３７％であり、その改善が求められていた。
【０００８】
また、特許文献２では、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、ＧａおよびＳｉからなり、組成式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａ６−ｙ−ｚ Ｓｉｚ Ｏ１４（ただし、０＜ｘ＜３、０＜ｙ＜１、０＜ｚ＜２）で表される圧電単結晶材料が、本件出願人により提案されている。この圧電単結晶材料によれば、デバイスとして望ましい方位における圧電特性の温度依存性を改善することができる。しかしながら、この特許文献２には、前記圧電単結晶材料をデバイスにどのような態様で適用すべきかについては、具体的に開示されていない。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３１８８４８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−３４８１９７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、しかも、弾性表面波装置の小型化に有効な遅いＳＡＷ速度を有する圧電基板を用いた広帯域で小型の弾性表面波装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位（＝前記圧電基板の単結晶からの切り出し角またはカット角。以下同様）および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが、下記領域１から６までのいずれか、または該領域と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置が提供される。
【００１２】
（領域１）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝９０°〜１２０°、
ψ＝０°〜２０°。
（領域２）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝１３０°〜１４５°、
ψ＝１５°〜２５°。
（領域３）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝８０°〜１６０°、
ψ＝−１５°〜１５°。
（領域４）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝２５°〜４５°、
ψ＝２０°〜３０°。
（領域５）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝２０°〜１６０°、
ψ＝−１０°〜２０°。
（領域６）
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝２０°〜９０°、
ψ＝−１０°〜２０°。
【００１３】
【作用】
本発明の弾性表面波装置に使用される圧電基板は、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型の結晶構造を有する化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶で構成され、高い電気機械結合係数（好ましくは０．５％以上、より好ましく０．７％以上）と、遅いＳＡＷ速度（好ましくは２８００ｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは２７００ｍ／ｓｅｃ以下、さらに好ましくは２６５０ｍ／ｓｅｃ以下）とを、持つ。
本発明では、このような、特定組成の単結晶を弾性表面波装置の基板に適用するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝播方向とを選択する。これにより、広帯域で小型の弾性表面波装置を実現することができる。
【００１４】
本発明の弾性表面波装置は、広帯域におけるフィルタに好適に用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。ここにおいて、
図１は弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表、
図２は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す斜視図、
図３〜８は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表、
図９，１１，１３，１５，１７，１９はそれぞれ図３〜８に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表、
図１０，１２，１４，１６，１８，２０はそれぞれ図３〜８に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表、である。
【００１６】
図２に示すように、本実施形態に係る弾性表面波装置１０は、圧電基板１の表面に一組の交差指状電極２，２を有する。圧電基板１は単結晶で構成してある。
【００１７】
本発明で用いるこの単結晶は、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４で表される。
化学式中のｘ，ｙ，ｚ，ｗは、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８である。
【００１８】
図２中のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は互いに直交している。ｘ軸およびｙ軸は基板１の面内方向にあり、ｘ軸は弾性表面波の伝播方向を規定する。また、基板１面に垂直なｚ軸は、単結晶基板の切り出し角（カット面）を規定する。これらｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と、単結晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸との関係は、オイラー角表示（φ，θ，ψ）で表わすことができる。
【００１９】
本実施形態に係る弾性表面波装置１０における切り出し角および伝播方向をオイラー角表示（φ，θ，ψ）で表わしたとき、φ、θおよびψは下記各領域、または下記各領域と結晶学的に等価な領域に存在する。
【００２０】
（領域１）領域１は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝９０°〜１２０°、ψ＝０°〜２０°で表される。この領域１は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝９０°〜１２０°、ψ＝−２０°〜０°で表される領域と結晶学的に等価である。
【００２１】
（領域２）領域２は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝１３０°〜１４５°、ψ＝１５°〜２５°で表される。この領域２は、φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、θ＝１３０°〜１４５°、ψ＝−２５°〜−１５°で表される領域と結晶学的に等価である。領域２内においては、φ＝０°〜５°、θ＝１４０°〜１４５°、ψ＝１５°〜２５°の範囲とすることが好ましい。
【００２２】
（領域３）領域３は、φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、θ＝８０°〜１６０°、ψ＝−１５°〜１５°で表される。領域３内においては、φ＝５°〜１５°、θ＝１１０°〜１６０°、ψ＝−１５°〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００２３】
（領域４）領域４は、φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、θ＝２５°〜４５°、ψ＝２０°〜３０°で表される。
【００２４】
（領域５）領域５は、φ＝１５°〜２５°、θ＝２０°〜１６０°、ψ＝−１０°〜２０°で表される。領域４内においては、φ＝１５°〜２５°、θ＝４５°〜１６０°、ψ＝−１０°〜１０°の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
（領域６）領域６は、φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、θ＝２０°〜９０°、ψ＝−１０°〜２０°で表される。この領域６は、φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、θ＝９０°〜１６０°、ψ＝−１０°〜２０°で表される領域と結晶学的に等価である。
【００２６】
オイラー角φ、θおよびψが、領域１もしくは４、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２６５０ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２７】
オイラー角φ、θおよびψが、領域２もしくは３、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２８】
オイラー角φ、θおよびψが、領域５もしくは６、またはこれと結晶学的に等価な領域に存在することで、基板のＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃ以下となり、ＳＴ水晶に比べて低い値を示し、しかも基板の電気機械結合係数が０．５％以上となり、Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４と比較しても十分に大きい値を示すφ、θおよびψの組み合わせが存在する。
【００２９】
本発明で用いる化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４で表される単結晶は、結晶の対称性（点群３２）から、互いに等価なオイラー角の組み合わせが存在する。このため、上述した各領域を示す角度以外に、これと結晶学的に等価な角度に対しても同様な効果を得ることができる。
【００３０】
Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型の結晶構造を持つ単結晶基板では、φ＝１２０〜２４０゜およびφ＝２４０〜３６０゜（−１２０〜０゜）はφ＝０〜１２０゜と等価である。たとえば、φ＝１３０゜およびφ＝２５０゜はφ＝１０゜と等価である。θ＝３６０〜１８０゜（０〜−１８０゜）はθ＝０〜１８０゜と等価である。たとえば、θ＝３３０゜はθ＝１５０゜と等価である。ψ＝９０〜２７０゜はψ＝−９０〜９０゜と等価である。たとえば、ψ＝２４０゜はψ＝６０゜と等価である。
【００３１】
Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型の結晶構造を持つ単結晶基板では、φ＝０〜３０゜の範囲の特性を調べることにより、すべてのカット角および伝播方向についての特性を知ることができる。したがって、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４で表される単結晶基板におけるすべてのカット角および伝播方向についての特性を知るためには、φ０ ＝０〜３０゜、θ０ ＝０〜１８０゜、ψ０ ＝−９０〜９０゜の範囲についてだけ調べればよい。この（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）の組み合わせから、φ＝３０〜１２０゜において同特性を示す等価な（φ，θ，ψ）の組み合わせがわかる。
【００３２】
具体的には、３０゜≦φ≦６０゜の範囲では、φ＝６０゜−φ０ 、θ＝１８０゜−θ０ 、ψ＝ψ０ ＋１８０によって、（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。６０゜≦φ≦９０゜の範囲では、φ＝６０゜＋φ０ 、θ＝−θ０ 、ψ＝ψ０ ＋１８０によって、（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。９０゜≦φ≦１２０゜の範囲では、φ＝１２０゜−φ０ 、θ＝θ０ ＋１８０、ψ＝ψ０ によって、（φ０ ，θ０ ，ψ０ ）と等価な（φ，θ，ψ）を求めることができる。そして、上記した対称性に基づいて、すべての（φ，θ，ψ）における特性を知ることができる。
【００３３】
等価な角度の組み合わせの例としては、たとえば、以下のものが挙げられる。領域１におけるオイラー角φ、θおよびψについての０°、１０５°および１０°の組み合わせは、６０°、７５°および−１０°の組み合わせや、１２０°、−７５°および１０°の組み合わせと等価である。
【００３４】
領域２におけるオイラー角φ、θおよびψについての０°、１４５°および２０°の組み合わせは、０°、３５°および２０°の組み合わせや、６０°、３５°および−１６０°の組み合わせと等価である。
【００３５】
領域６におけるオイラー角φ、θおよびψについての３０°、４０°および１０°の組み合わせは、９０°、−４０°および−１７０°の組み合わせや、９０°、−１４０°および１０°の組み合わせと等価である。
【００３６】
本発明において限定する上記各領域は、このような結晶の対称性に基づく等価な（φ，θ，ψ）の組み合わせを包含するものとする。
【００３７】
本発明では、ランガサイト型の結晶構造を有する化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶を、弾性表面波装置の基板に適用するに際し、結晶のカット方向と弾性表面波の伝播方向とを選択することで、広帯域で小型の弾性表面波装置を実現することができる。
【００３８】
なお、本発明で用いる化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶は、酸素欠陥を有するものであってもよく、たとえば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ等の不可避的不純物を含んでもよい。
【００３９】
化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４単結晶の製造方法は、特に限定されず、通常の単結晶育成法、たとえばＣＺ法などにより製造すればよい。
【００４０】
圧電基板１の表面に形成される交差指状電極２は、弾性表面波を励振、受信、反射、伝播するための薄膜電極であり、周期的なストライプ状に形成される。交差指状電極２は、弾性表面波伝播方向が上記した所定の方向となるようにパターニングがなされる。交差指状電極２は、ＡｕやＡｌなどを用いて蒸着やスパッタなどにより形成すればよい。交差指状電極２の電極指幅は、弾性表面波装置が適用される周波数に応じて適宜決定すればよく、本発明が適用される好ましい周波数帯域では、一般に２〜１５μｍ程度である。
【００４１】
次に、本発明の実施の形態をより具体化した実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
【実施例】
実施例１〜２
まず、高周波加熱によるチョクラルスキー（ＣＺ）法（回転引き上げ法）により、化学式Ｌａ２．１０Ｓｒ０．９０Ｔａ０．４８Ｇａ４．５９Ｓｉ０．９４Ｏ１４単結晶（組成１）、および化学式Ｌａ２．０５Ｓｒ０．９５Ｔａ０．５０Ｇａ４．５４Ｓｉ０．９８Ｏ１４単結晶（組成２）を結晶育成させた。なお、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４において、組成１の単結晶は、ｘ＝０．９０、ｙ＝０．４８、ｚ＝４．５９、ｗ＝０．９４のときの組成であり、組成１の単結晶は、ｘ＝０．９５、ｙ＝０．５０、ｚ＝４．５４、ｗ＝０．９８のときの組成である。
【００４３】
次に、得られた組成１および組成２の単結晶から、面内＋Ｘ方向にオリエンテーションフラットを持つ（０１０）カットのウエハ（オイラー角表示でφ＝０°、θ＝９０°相当）を作製し、片面を鏡面研磨、反対面をグリーンカーボン（ＧＣ＃２０００）で荒らして基板を作製した。
【００４４】
得られた基板の表面に、図２に示すような一組の交差指状電極からなる弾性表面波変換器を形成し、弾性表面波装置とした。なお、交差指状電極は、入力側、出力側共にＡｌの蒸着により形成し、厚さは０．３μｍ、電極指幅ｄは１５μｍ、電極ピッチ（４ｄ）は６０μｍ、電極指対数は２０とした。
【００４５】
図２において、ｘ、ｙ、ｚと記した軸はオイラー角により変換された軸であり、ｘ軸は弾性表面波の伝播方向、ｙ軸は基板の面内で弾性表面波伝播方向と直交する方向、ｚ軸は基板表面と直交する方向である。ｘについては、ψ＝０°（結晶軸でｘ方向に相当）、１０°、２０°となるように、基板の切り出し角と弾性表面波伝播方向を変えて、複数の弾性表面波装置を作製した。
【００４６】
そして、それぞれの弾性表面波装置におけるＳＡＷ速度と電気機械結合係数を求め、図３（領域１）、図４（領域２）、図５（領域３）、図６（領域４）、図７（領域５）および図８（領域６）に示した。
【００４７】
組成１の単結晶に関しては、２次元的に表した図表を図９〜２０に示した。具体的には、図３のデータに基づき、φ＝０°におけるψ＝０°での対称性を考慮して、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図９〜１０に示した。図４のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１１〜１２に示した。図５のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１３〜１４に示した。図６のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１５〜１６に示した。図７のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１７〜１８に示した。図８のデータに基づき、ＳＡＷ速度と電気機械結合係数を２次元的に表した図表を図１９〜２０に示した。
【００４８】
なお、ＳＡＷ速度は、前述した交差指状電極構成でのフィルタ特性の中心周波数の測定値に、弾性表面波波長を乗じることにより求めた。電気機械結合係数は、前述した入出力用交差指状電極のうちの一方、たとえば入力用の、二端子アドミッタンスを測定し、このアドミッタンスの実部（コンダクタンス）と虚部（サセプタンス）とから、スミスの等価回路による方法により求めた。以上の特性については、装置の周囲温度を２５℃に保って測定した。
【００４９】
考察
図３、９および１０に示すように、角φが０°の場合に、角θが９０°から１２０°の範囲にあり、角ψが０°から２０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２６５０ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが０°から５°（ただし、５°を含まない）までの他の範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００５０】
図４、１１および１２に示すように、角φが０°の場合に、角θが１３０°から１４５°の範囲で、角ψが１５°から２５°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが０°から５°（ただし、５°を含まない）までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５１】
図５、１３および１４に示すように、角φが１０°の場合に、角θが８０°から１６０°の範囲で、角ψが−１５°から１５°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２８００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが５°から１５°（ただし、１５°を含まない）までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５２】
図６、１５および１６に示すように、角φが１０°の場合に、角θが２５°から４５°の範囲で、角ψが２０°から３０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２６５０ｍ／ｓｅｃ以下になることが確認された。また、角φが５°から１５°（ただし、１５°を含まない）までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５３】
図７、１７および１８に示すように、角φが２０°の場合に、角θが２０°から１６０°の範囲で、角ψが−１０°から２０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃ以下になることが確認れた。また、角φが１５°から２５°までの他の範囲についても、同様な効果が得られることが確認された。
【００５４】
図８、１９および２０に示すように、角φが３０°の場合に、角θが２０°から９０°の範囲で、角ψが−１０°から２０°の範囲において、電気機械結合係数が０．５％以上になり、ＳＡＷ速度が２７００ｍ／ｓｅｃ以下になる組み合わせが存在することが確認された。また、角φが２５°から３０°（ただし、２５°を含まない）までの他の範囲についても同様な効果が得られることが確認された。
【００５５】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明してきたが、本発明はこうした実施形態および実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、通過帯域の広域化に有効な高い電気機械結合係数をもち、しかも、弾性表面波装置の小型化に有効な遅いＳＡＷ速度を有する圧電基板を用いた広帯域で小型の弾性表面波装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は弾性表面波装置に使用される従来の圧電基板とその特性を示す表である。
【図２】図２は本発明の一実施形態に係る弾性表面波装置を示す斜視図である。
【図３】図３は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図４】図４は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図５】図５は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図６】図６は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図７】図７は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図８】図８は本発明の実施例１〜２による弾性表面波装置用の圧電基板の特性を示す表である。
【図９】図９は図３に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１０】図１０は図３に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１１】図１１は図４に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１２】図１２は図４に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１３】図１３は図５に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１４】図１４は図５に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１５】図１５は図６に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１６】図１６は図６に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１７】図１７は図７に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１８】図１８は図７に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図１９】図１９は図８に示す実施例１の圧電基板におけるＳＡＷ速度を角θと角ψの関係で示す図表である。
【図２０】図２０は図８に示す実施例１の圧電基板における電気機械結合係数を角θと角ψの関係で示す図表である。
【符号の説明】
１０… 弾性表面波装置
１… 圧電基板
２… 交差指状電極
Claims (6)
- 圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域１、または下記領域１と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
（領域１）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝９０°〜１２０°、
ψ＝０°〜２０°。 - 圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域２、または下記領域２と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
（領域２）
φ＝０°〜５°（ただし、５°を含まない）、
θ＝１３０°〜１４５°、
ψ＝１５°〜２５°。 - 圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域３、または下記領域３と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
（領域３）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝８０°〜１６０°、
ψ＝−１５°〜１５°。 - 圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域４、または下記領域４と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
（領域４）
φ＝５°〜１５°（ただし、１５°を含まない）、
θ＝２５°〜４５°、
ψ＝２０°〜３０°。 - 圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域５、または下記領域５と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
（領域５）
φ＝１５°〜２５°、
θ＝２０°〜１６０°、
ψ＝−１０°〜２０°。 - 圧電基板の表面に交差指状電極を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電基板が、単結晶で構成してあり、
該単結晶が、点群３２に属し、Ｃａ３ Ｇａ２ Ｇｅ４ Ｏ１４型結晶構造を有し、その主要な成分がＬａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｇａ、ＳｉおよびＯからなり、化学式Ｌａ３−ｘ Ｓｒｘ Ｔａｙ Ｇａｚ Ｓｉｗ Ｏ１４（ただし、０．９０≦ｘ≦０．９５、０．４８≦ｙ≦０．５０、４．５４≦ｚ≦４．５９、０．９４≦ｗ≦０．９８）で表され、
前記圧電基板の結晶方位および前記圧電基板の弾性表面波伝播方向をオイラー角表示で（φ、θ、ψ）と表したとき、該φ、θおよびψが下記領域６、または下記領域６と結晶学的に等価な領域に存在することを特徴とする弾性表面波装置。
（領域６）
φ＝２５°〜３０°（ただし、２５°を含まない）、
θ＝２０°〜９０°、
ψ＝−１０°〜２０°。
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