JP4793448B2 - 弾性境界波装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば共振子や帯域フィルタとして用いられる弾性境界波装置に関し、より詳細には、圧電体と、圧電体の上面に金属を埋め込むことにより形成された電極と、圧電体及び電極を覆うように設けられた誘電体とを有する弾性境界波装置に関する。

移動体通信システムに用いられるデュプクレサ（ＤＰＸ）やＲＦフィルタでは、広帯域かつ良好な温度特性の双方が満たされることが求められている。従来、ＤＰＸやＲＦフィルタに使用されてきた弾性表面波装置では、３６°〜５０°回転Ｙ板Ｘ伝搬ＬｉＴａＯ₃からなる圧電基板が用いられている。この圧電基板は、周波数温度係数が−４５〜−３５ｐｐｍ／℃程度であった。温度特性を改善するために、圧電基板上においてＩＤＴ電極を被覆するように、正の周波数温度係数を有するＳｉＯ₂膜を成膜する方法が知られている。

しかしながら、ＳｉＯ₂膜がＩＤＴ電極を被覆するように形成された構造では、ＩＤＴ電極の電極指が存在する部分と存在しないところにおいて段差が生じていた。すなわち、ＩＤＴ電極が存在する部分と、存在しない部分とで、ＳｉＯ₂膜の表面の高さが異ならざるを得なかった。そのため、上記ＳｉＯ₂膜表面の凹凸により、挿入損失が劣化するという問題があった。

また、ＩＤＴ電極の膜厚が大きくなるにつれて、上記凹凸が大きくならざるを得なかった。従って、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くすることができなかった。

近年、弾性表面波フィルタ装置に代えて、パッケージの小型化を図り得るため、弾性境界波装置が注目されている。下記の非特許文献１には、ＬｉＮｂＯ_３基板上に、ＩＤＴ電極及び誘電体としてのＳｉＯ_２膜をこの順序で形成してなる弾性境界波フィルタ装置が開示されている。ここでは、ＩＤＴ電極の膜厚を厚くすることにより、ＬｉＮｂＯ_３基板とＳｉＯ_２膜との境界を伝搬するＳＨ型弾性境界波の音速をＳｉＯ_２膜の遅い横波よりも低くし、ＳＨ型境界波が非漏洩とされている。ＳＨ型境界波が非漏洩となるＩＤＴ電極の厚みは、この非特許文献１のＦｉｇ．３より、ＡｌからなるＩＤＴ電極の場合には、０．１５λ以上、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｕからなるＩＤＴ電極の場合には、０．０４λ以上とされている。なお、λは、ＳＨ型境界波の波長を示す。
「弾性境界波を用いたＲＦフィルタ」（Ｐｒｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．２６，ｐｐ．２５−２６（２００５／１１））

しかしながら、非特許文献１に記載の弾性境界波フィルタ装置のように、ＡｕからなるＩＤＴ電極を０．０４λ以上の厚みとなるように形成した場合、電極の厚みばらつきにより、弾性境界波フィルタの周波数特性が大きくばらつきがちであった。そのため、良好な周波数特性を有する弾性境界波装置を安定に製造することが困難であった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、電極の厚みを薄くした場合であっても、ＳＨ型の弾性境界波を効果的に圧電体と誘電体との境界に閉じ込めることができ、かつ低損失の弾性境界波装置を提供することにある。

本願の第１の発明によれば、複数本の溝が上面に形成された、オイラー角（０°，θ，−４５°〜＋４５°）のＬｉＮｂＯ_３基板と、前記溝に金属材料が充填されて形成されている電極と、前記ＬｉＮｂＯ_３基板及び電極を覆うように形成されている誘電体層とを備え、該誘電体層の上面が平坦とされており、前記電極を形成する金属材料がＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕから選択された１種の金属材料であり、前記Ａｌ及びＴｉを第１のグループ、Ｎｉ及びＣｒを第２のグループ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕを第３のグループとし、各グループに属する金属材料からなる電極の厚みと、前記ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、前記誘電体層の厚みとが、下記の表１に示されているいずれかの範囲にあることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

第１の発明の弾性境界波装置では、好ましくは、前記電極の厚み、前記ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθ及び前記誘電体層の厚みが、下記の表２に示されているいずれかの範囲内とされている。

本願の第２の発明によれば、複数本の溝が上面に形成された、オイラー角（０°，θ，−４５°〜＋４５°）のＬｉＴａＯ_３基板と、前記溝に金属材料が充填されて形成されている電極と、前記ＬｉＴａＯ_３基板及び電極を覆うように形成されている誘電体層とを備え、該誘電体層の上面が平坦とされており、前記電極を形成する金属材料がＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、及びＰｔの内１種の金属材料であり、前記電極の厚み、前記ＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角のθ及び誘電体層の厚みが下記の表３に示されているいずれかの範囲にあることを特徴とする、弾性境界波装置が提供される。

第２の発明に係る弾性境界波装置では、前記電極の厚み、前記ＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角のθ及び前記誘電体層の厚みが、下記の表４に示すいずれかの範囲内とされている。

本発明に係る弾性境界波装置では、好ましくは、誘電体層は酸化ケイ素からなる。酸化ケイ素の周波数温度係数ＴＣＦは正の値であり、ＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_３の周波数温度係数ＴＣＦは負の値であるため、周波数温度係数の絶対値が小さく、温度特性が良好な弾性境界波装置を提供することができる。
（発明の効果）

第１の発明に係る弾性境界波装置では、ＬｉＮｂＯ_３基板の上面に形成された溝に金属材料が充填されて電極がされており、該ＬｉＮｂＯ_３基板及び電極を覆うように誘電体層が形成されているので、溝の深さを調整することにより、電極の厚みを調整することができる。従って、電極が存在する部分と電極が存在しない部分との段差が生じ難いため、誘電体層の上面を容易に平坦化することができ、挿入損失の低減を図ることができる。

加えて、上記電極を形成する金属材料は、第１のグループ、第２のグループ及び第３のグループの各金属材料の内の１種からなり、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、誘電体層の厚みと、電極の厚みとが表１に示されているいずれかの範囲内とされているので、後述の具体的な実験例から明らかなように、電極の厚みを薄くした場合であっても、ＳＨ型境界波を非漏洩とすることができ、それによって、ＳＨ型境界波を利用した低損失の弾性境界波装置を提供することが可能となる。

また、電極の厚み、オイラー角のθ及び誘電体層の厚みが前述した表２に示されているいずれとされている場合には、弾性境界波装置の損失をより一層小さくすることができる。

第２の発明によれば、ＬｉＴａＯ_３基板の上面に形成された溝に金属材料が充填されて電極が形成されており、ＬｉＴａＯ_３基板及び電極を覆うように誘電体層が形成されているので、電極存在部分と、電極が存在しない部分との間の段差が生じ難いので、誘電体層の上面が平坦とされ、それによって挿入損失の低減を果たすことができる。加えて、電極形成材料が、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、及びＰｔの内の金属材料の内の１種の金属材料であり、電極の厚み、ＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角のθ及び誘電体層の厚みが表２に示されているいずれかの範囲とされているので、電極の厚みを薄くした場合であっても、ＳＨ型境界波を非漏洩とすることができ、それによって、ＳＨ型境界波を利用した低損失の弾性境界波装置を提供することが可能となる。

特に、電極の厚み、オイラー角のθ及び誘電体層の厚みが表４に示すいずれかの範囲内とされている場合には、弾性境界波装置の損失をより一層小さくすることができる。

図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法及び構造を説明するための各正面断面図である。 図２は、図１に示した実施形態の弾性境界波装置の電極構造を模式的に示す平面図である。 図３は、本実施形態の弾性境界波装置において、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板上に溝を形成し、溝にＡｌまたはＴｉを充填して電極を形成した構造の弾性境界波装置の電極の規格化膜厚Ｈ／λと、減衰定数αとの関係を示す図である。 図４は、本実施形態の弾性境界波装置において、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板上に溝を形成し、溝にＮｉまたはＣｒを充填して電極を形成した構造の弾性境界波装置の電極の規格化膜厚Ｈ／λと、減衰定数αとの関係を示す図である。 図５は、本実施形態の弾性境界波装置において、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板上に溝を形成し、溝に第３のグループの各金属材料を充填して電極を形成した構造の弾性境界波装置の電極の規格化膜厚Ｈ／λと、減衰定数αとの関係を示す図である。 図６は、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、Ａｌからなる電極の規格化膜厚を変化させた場合の減衰定数αの変化を示す図である。 図７は、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、Ｎｉからなる電極の規格化膜厚を変化させた場合の減衰定数αの変化を示す図である。 図８は、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、Ｃｕからなる電極の規格化膜厚を変化させた場合の減衰定数αの変化を示す図である。 図９は、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板に設けられた溝にＡｌからなるＩＤＴ電極を形成し、ＳｉＯ_２膜を誘電体層として積層した構造において、Ａｌからなる電極の膜厚と、ＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合の電気機械結合係数ｋ^２の変化を示す図である。 図１０は、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板に設けられた溝にＮｉからなるＩＤＴ電極を形成し、ＳｉＯ_２膜を誘電体層として積層した構造において、Ｎｉからなる電極の膜厚と、ＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合の電気機械結合係数ｋ^２の変化を示す図である。 図１１は、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板に設けられた溝にＣｕからなるＩＤＴ電極を形成し、ＳｉＯ_２膜を誘電体層として積層した構造において、Ｃｕからなる電極の膜厚と、ＳｉＯ_２膜の膜厚を変化させた場合の電気機械結合係数ｋ^２の変化を示す図である。 図１２は、ＳｉＯ_２／埋め込みＩＤＴ電極／ＬｉＮｂＯ_３の積層構造におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．８未満の場合の弾性波のエネルギー分布を模式的に示す模式図である。 図１３は、ＳｉＯ_２／埋め込みＩＤＴ電極／ＬｉＮｂＯ_３の積層構造におけるＳｉＯ_２膜の規格化膜厚Ｈ／λが０．８以上の場合の弾性波のエネルギー分布を模式的に示す模式図である。 図１４は、第１の実施形態の弾性境界波装置及び埋め込み型ではないＩＤＴ電極を有する比較例の弾性境界波装置において、ＳｉＯ_２からなる誘電体層の膜厚を１λまたは２λとした場合の周波数温度係数ＴＣＦをそれぞれ示す図である。 図１５は、オイラー角（０°，θ，０°）のＬｉＴａＯ_３を用いた場合のオイラー角のθと、ＩＤＴ電極を構成しているＡｌの膜厚と、弾性境界波装置の減衰定数αとの関係を示す図である。 図１６は、オイラー角（０°，θ，０°）のＬｉＴａＯ_３を用いた場合のオイラー角のθと、ＩＤＴ電極を構成しているＣｕの膜厚と、弾性境界波装置の減衰定数αとの関係を示す図である。 図１７は、オイラー角（０°，θ，０°）のＬｉＴａＯ_３を用いた場合のオイラー角のθと、ＩＤＴ電極を構成しているＡｕの膜厚と、弾性境界波装置の減衰定数αとの関係を示す図である。 図１８は、オイラー角（０°，θ，０°）のＬｉＴａＯ_３を用いた場合のオイラー角のθと、ＩＤＴ電極を構成しているＴａの膜厚と、弾性境界波装置の減衰定数αとの関係を示す図である。 図１９は、オイラー角（０°，θ，０°）のＬｉＴａＯ_３を用いた場合のオイラー角のθと、ＩＤＴ電極を構成しているＰｔの膜厚と、弾性境界波装置の減衰定数αとの関係を示す図である。 図２０は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３に、Ａｌからなる埋め込み型の電極を形成し、ＳｉＯ_２を積層した構造におけるＳｉＯ_２の規格化膜厚Ｈ／λと、Ａｌの規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２１は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３に、Ａｕからなる埋め込み型の電極を形成し、ＳｉＯ_２を積層した構造におけるＳｉＯ_２の規格化膜厚Ｈ／λと、Ａｕの規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２２は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３に、Ｃｕからなる埋め込み型の電極を形成し、ＳｉＯ_２を積層した構造におけるＳｉＯ_２の規格化膜厚Ｈ／λと、Ｃｕの規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２３は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３に、Ｔａからなる埋め込み型の電極を形成し、ＳｉＯ_２を積層した構造におけるＳｉＯ_２の規格化膜厚Ｈ／λと、Ｔａの規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。 図２４は、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３に、Ｐｔからなる埋め込み型の電極を形成し、ＳｉＯ_２を積層した構造におけるＳｉＯ_２の規格化膜厚Ｈ／λと、Ｐｔの規格化膜厚と、電気機械結合係数ｋ^２との関係を示す図である。

符号の説明

１…ＬｉＮｂＯ_３基板
１ａ…上面
１ｂ…溝
２…フォトレジスト層
２Ａ…フォトレジストパターン
３…電極膜
４…誘電体層
１１…弾性境界波装置
１２，１３…反射器

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

（第１の実験例）
先ず、図１（ａ）〜（ｆ）を参照して、本発明の一実施形態に係る弾性境界波装置の製造方法を説明することにより、弾性境界波装置の構造を明らかにする。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、先ず、圧電基板として、ＬｉＮｂＯ₃基板を用意する。

次に、ＬｉＮｂＯ₃基板１の上面１ａ上に、全面にフォトレジスト層２を形成する。フォトレジスト層２としては、後で行われる反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に耐えられる適宜のフォトレジスト材料を用いることができる。本実施例では、クリアラントジャパン社製、ポジレジスト、品番：ＡＺ−１５００を用いた。また、本実施例では、上記フォトレジスト層２の厚みを２μｍとした。

次に、フォトレジスト層を感光し、現像することにより、図１（ｂ）に示すように、フォトレジスト層２をパターニングし、フォトレジストパターン２Ａを形成した。このフォトレジストパターン２Ａでは、後でＩＤＴ電極が形成される部分においてフォトレジスト層が除去されている。

しかる後、反応性イオンエッチングを行い、図１（ｃ）に示すように、ＬｉＮｂＯ₃基板１の上面１ａに所望の深さの複数本の溝１ｂを形成した。この所望の深さは、後で形成されるＩＤＴ電極の膜厚と同一の寸法である。もっとも、このエッチングの深さは、ＩＤＴ電極の膜厚の寸法よりも若干大きくともよく、小さくともよい。

次に、蒸着またはスパッタリングにより、Ａｌ膜を成膜した。その結果、図１（ｄ）に示すように、溝１ｂ内に、Ａｌ膜すなわち、電極膜３が充填された。なお、Ａｌ膜は、残存しているフォトレジストパターン２Ａの上面にも成膜されている。

しかる後、ＬｉＮｂＯ₃基板をアセトン等の剥離溶液に浸漬し、上記フォトレジストパターン２Ａ及びフォトレジストパターン２Ａ上のＡｌ膜を除去した。このようにして、図１（ｅ）に示すように、電極膜３が溝１ｂに充填されており、上面がほぼ面一であるＬｉＮｂＯ₃基板１を得た。

しかる後、図１（ｆ）に示すように、上面に誘電体層として、ＳｉＯ₂膜４を成膜し、弾性境界波装置５を得た。ＳｉＯ₂膜４の表面は、平坦化されている。これは、下地となるＬｉＮｂＯ₃基板１の上面１ａと電極膜３の上面とがほぼ面一であり、ほぼ平坦化されているため、通常の成膜方法でＳｉＯ₂膜４を成膜すると、ＳｉＯ₂膜４の表面が確実に平坦化され得るからである。

なお、ＳｉＯ₂膜４の成膜方法は、特に限定されず、印刷法、蒸着またはスパッタリングなどの適宜の方法により行われ得る。

なお、図１（ａ）〜（ｆ）では、電極部分のみを代表して説明することにより、本実施形態の弾性境界波装置５の製造方法を説明したが、より具体的には、上記電極膜３により、ＩＤＴ電極を含む電極構造が形成される。この電極構造は、特に限定されず、例えば、図２に平面図で示す１ポート型の弾性境界波共振子１１を構成してもよい。この場合には、ＩＤＴ電極を構成している電極膜３の弾性境界波伝搬両側に、同じく電極膜により反射器１２，１３が形成されることになる。

本実施例では、上記のように、電極存在部分と電極存在しない部分との段差が生じ難いので、誘電体層としてのＳｉＯ_２膜４の上面を容易に平坦化することができ、それによって挿入損失の低減を図ることができる。

のみならず、電極膜３の厚みを厚くせずとも、低損失の弾性境界波装置を提供することができる。すなわち、電極膜３を形成する金属材料が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕから選択された１種の金属材料により構成されている。そして、Ａｌ及びＴｉを第１のグループ、Ｎｉ及びＣｒを第２のグループ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕを第３のグループとして、各グループに属する金属材料からなる電極膜の厚みと、ＬｉＮｂＯ_３基板１のオイラー角θと誘電体層の厚みとが、下記の表５に示されているいずれかの範囲内とされているので、電極膜の厚みが薄いにも関わらず、低損失の弾性境界波装置を提供することができる。これを具体的な実施例に基づき説明する。

前述した非特許文献１には、ＳｉＯ_２／電極／ＹカットＸ伝搬のＬｉＮｂＯ_３の積層構造では、ＳＨ型弾性境界波の漏洩が生じなくなるのは、Ａｌからなる電極の場合には、厚みが０．１６λ以上であり、Ａｕ、ＣｕまたはＡｇからなる電極の場合には、厚みが０．０４λ以上であるとされていた。

しかしながら、本願発明者の実験によれば、上記実施形態の弾性境界波装置５のように、電極膜３を溝１ｂに金属材料を埋め込んで形成した場合には、より薄い膜厚でＳＨ型弾性境界波を非漏洩とし得ることがわかった。これを、図３〜図５を参照して説明する。

図３は、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板を用い、上記第１のグループの金属材料により電極膜３を形成した場合の電極膜の膜厚と、弾性境界波装置５の減衰定数αとの関係を示す図である。また、図４及び図５は、第２のグループ及び第３のグループの金属材料を用いて電極膜３を形成した場合の電極膜の厚みと、弾性境界波装置５の減衰定数αとの関係を示す図である。なお、実験にあたっては、電極膜３は、図３に示した１ポート型弾性境界波共振子を構成する電極構造とした。

図３〜図５から、伝搬損失αが０．１ｄＢ／λ以下及びほぼ０となる第１〜第３のグループの金属材料を用いた電極膜の厚みとオイラー角のθと、ＳｉＯ_２膜との組み合わせは、以下の表６〜表１１の範囲内となることがわかる。

図３〜図５から明らかなように、電極膜３が金属材料を溝１ｂに埋め込んで形成した場合には、ＡｌまたはＴｉからなる電極膜３を形成した場合には、厚みが０．０３λ以上、第２のグループ、すなわちＮｉまたはＣｒからなるＩＤＴ電極を形成した場合には、０．０１λ以上の厚みとすることにより、さらに、第３のグループに属する金属材料、すなわちＣｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、ＡｇまたはＡｕによりＩＤＴ電極を形成した場合には、膜厚を０．００５λ以上とすれば、ＳＨ型の境界波の減衰定数αが０．１ｄＢ／λ以下となり、ＳＨ型弾性境界波が非漏洩となることがわかる。

さらに、上記弾性境界波装置５において、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角（０°，θ，０°）のθを種々変化させ、第１〜第３のグループの金属材料により、ＩＤＴ電極をそれぞれ形成した場合のオイラー角θと、減衰定数αとの関係を図６〜図８に示す。

図６〜図８から明らかなように、第１〜第３のグループの金属材料により、それぞれＩＤＴ電極を形成し、オイラー角θ及び電極の膜厚を変化させた場合、特定の範囲では、減衰定数αが非常に小さくなり、弾性境界波が非漏洩となることがわかる。

次に、上記弾性境界波装置５において、誘電体層をＳｉＯ_２膜４により形成し、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板を用い、ＳｉＯ_２膜４からなる誘電体層の波長を規格化膜厚Ｈ／λと、ＳＨ型規格化の電気機械結合係数ｋ^２との関係を求めた。結果を図９〜図１１に示す。図９〜図１１から明らかなように、ＳｉＯ_２膜４の膜厚が厚くなるにつれて、ＳＨ型境界波の電気機械結合係数ｋ^２が小さくなる傾向のあることがわかる。もっとも、用途に応じて、電気機械結合係数ｋ^２の大きさを選択すればよいため、図９〜図１１に示す範囲で、ＳＨ型弾性境界波の電気機械結合係数ｋ^２に求められる範囲に応じた膜厚のＳｉＯ_２膜４からなる誘電体層を選択すればよいことがわかる。

結果を、図９〜図１１では、Ａｌ、Ｎｉ及びＣｕからなる電極膜３についての結果をそれぞれ示したが、Ｔｉの場合には、Ａｌとほぼ同じ値を示し、ＣｒはＮｉとほぼ同じ値を示し、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、ＰｔまたはＡｇはＡｕとほぼ近い値を示すことが確かめられている。

他方、図１２及び図１３は、ＬｉＮｂＯ-_３基板１上に、溝１ｂを形成してＩＤＴ電極を埋め込みにより形成し、誘電体層としてＳｉＯ_２膜４を積層した構造において、ＳｉＯ_２膜４からなる誘電体層の規格化膜厚Ｈ／λが０．８未満の場合及び０．８以上の場合の弾性波のエネルギー分布を示す各模式図である。

図１２から明らかなように、ＳｉＯ_２膜４の規格化膜厚Ｈ／λが０．８未満の場合には、弾性波のエネルギーがＳｉＯ_２膜４からなる誘電体層の上面にも分布しており、従って、弾性境界波装置として用いることができないことがわかる。これに対して、図１３に示すように、ＳｉＯ_２膜４からなる誘電体層の規格化膜厚Ｈ／λが０．８以上の場合には、弾性波のエネルギー分布は、内部に閉じ込められ、従って、弾性境界波装置として利用し得ることがわかる。

よって、上述した図３〜図５、図６〜図８、図９〜図１１及び図１２，図１３の結果から、弾性境界波として利用する最適な電極材料の種類、電極の規格化膜厚Ｈ／λ、ＳｉＯ_２からなる誘電体層の規格化膜厚とオイラー角θとの関係は、前述した表５に示したいずれかの範囲とすればよいことがわかる。なお、前述した表５において、オイラー角は、（０°，θ，−４５°〜＋４５°）と表現されており、上記実験例は、ψ＝０であるのに対し、ψが−４５°〜４５°の範囲とされていた。これは、ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角において、θが上記特定の範囲であれば、ψは０°だけでなく−４５°〜４５°の範囲において、上記と同様に小さな伝搬損失を示すことによる。また、ＬｉＮｂＯ_３だけでなく、後述の第２の実験例に用いたＬｉＴａＯ_３においても、オイラー角（０°，θ，ψ）の範囲におけるψは、−４５°〜＋４５°の範囲内であれば、ψ＝０°の場合と同様の結果を示す。

より好ましくは、下記の表１２に示すいずれかの範囲内とすることにより、伝搬損失をより一層低減することができる。

なお、本実施形態の弾性境界波装置５では、上記のようにＬｉＮｂＯ_３基板１の上面に設けられた溝１ｂに金属材料を充填することにより、ＩＤＴ電極を含む電極膜３が形成されていた。この構造によれば、溝に金属材料を充填するのではなく、ＬｉＮｂＯ_３基板上にＩＤＴ電極を形成した比較例に比べて、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値をより小さくでき、周波数温度特性を改善することができる。これを、図１４に示す。図１４は、オイラー角（０°，１０３°，０°）のＬｉＮｂＯ_３基板上に、溝を形成し、溝にＡｕを充填することにより、０．０４λの厚みのＩＤＴ電極を形成し、１λまたは２λのＳｉＯ_２膜を積層した上記実施形態の弾性境界波装置の周波数温度係数ＴＣＦを示す。比較のために、同じＬｉＮｂＯ_３基板上に、溝を形成せずに、同じ膜厚のＡｕからなるＩＤＴ電極を形成し、ＳｉＯ_２膜を上記実施形態と同様に１λまたは２λとなるように形成して得られた弾性境界波装置の周波数温度係数ＴＣＦを図１４に示す。

図１４から明らかなように、ＳｉＯ_２からなる誘電体層の規格化膜厚Ｈ／λが１λまたは２λのいずれにおいても、上記実施形態によれば、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができ、５ｐｐｍ／℃程度比較例に比べて改善し得ることがわかる。

なお、本実験例では、誘電体層はＳｉＯ_２膜４により形成されていたが、ＳｉＯ_２以外の酸化ケイ素により形成してもよい。

（第２の実験例）
第１の実験例では、圧電基板として、ＬｉＮｂＯ_３基板を用いたが、第２の実験例では、ＬｉＴａＯ_３基板を用いた。ＬｉＴａＯ_３基板の上面に、図１に示した場合と同様に、複数本の溝１ｂを形成し、様々な金属材料を充填して電極膜３を形成し、さらに誘電体層としてＳｉＯ_２膜を積層した。図１５〜図１９は、このようにして得られた弾性境界波装置におけるＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角（０°，θ，０°）のθと電極膜の膜厚と、弾性境界波装置の減衰定数αとの関係を示す図である。

図１５は、電極材料として、Ａｌを用いた場合を示し、図１６は、電極材料としてＣｕを用いた場合の結果を示し、図１７は、電極を構成する金属材料としてＡｕを用いた場合の結果を示す。

また、ＬｉＴａＯ_３基板として、オイラー角（０°，１２６°，０°）のＬｉＴａＯ_３を用い、電極を構成している金属材料の膜厚及び種類を変化させ、電気機械結合係数を求めた。結果を図２０〜図２４に示す。図２０〜図２４は、電極を構成する金属材料として、それぞれ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔａ及びＰｔを用いた場合の結果を示す。

図２０〜図２４から明らかなように、ＬｉＴａＯ_３基板を用いた場合においても、ＳｉＯ_２膜の膜厚が厚くなるにつれて、電気機械結合係数ｋ^２が小さくなることがわかる。もっとも、用途に応じた電気機械結合係数ｋ^２を得るように、ＳｉＯ_２膜の膜厚を選択すればよい。

そして、図１５〜図１９及び図２０〜図２４の結果から、ＬｉＴａＯ_３基板を用いた場合には、オイラー角（０°，θ，−４５°〜＋４５°）のＬｉＴａＯ_３基板を用いた場合、オイラー角のθと、電極の厚みと、ＳｉＯ_２膜の厚みとは下記の表１３〜表２２に示すいずれかの範囲とすれば、ＬｉＮｂＯ_３基板の場合と同様に、ＳｉＯ型弾性境界波を用い、低損失の弾性境界波装置の得られることがわかる。

上記表１３〜表２２の内容をまとめると、以下の表２３及び表２４に示すにいずれかの範囲にすれば、低下損失の弾性境界波装置の得られることがわかる。特に、好ましくは、下記の表２４に示されているいずれかの範囲とすることにより、より一層損失を低減させ、好ましいことがわかる。

なお、第１，第２の実験例では、ＩＤＴ電極は、ＡｌやＡｕなどの単一の金属により構成されていたが、ＩＤＴ電極は、これらの金属を主成分とする電極層以外に、他の金属材料からなる電極層を積層した多層構造を有していてもよい。

また、誘電体層は、電極よりも早い横波音速を有する材料であれば、他の誘電体により形成されていてもよい。このような誘電体としては、例えば、ガラス、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３などが挙げられる。これらの材料により、誘電体層を形成した場合、その最適な厚みは、ＳｉＯ_２の横波音速と逆比例した膜厚とすればよい。

Claims (5)

1. 複数本の溝が上面に形成された、オイラー角（０°，θ，−４５°〜＋４５°）のＬｉＮｂＯ_３基板と、
   前記溝に金属材料が充填されて形成されている電極と、
   前記ＬｉＮｂＯ_３基板及び電極を覆うように形成されている誘電体層とを備え、該誘電体層の上面が平坦とされており、
   前記電極を形成する金属材料がＡｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕから選択された１種の金属材料であり、前記Ａｌ及びＴｉを第１のグループ、Ｎｉ及びＣｒを第２のグループ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びＡｕを第３のグループとし、各グループに属する金属材料からなる電極の厚みと、前記ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθと、前記誘電体層の厚みとが、下記の表１に示されているいずれかの範囲にあることを特徴とする、弾性境界波装置。
   

   
2. 前記電極の厚み、前記ＬｉＮｂＯ_３基板のオイラー角のθ及び前記誘電体層の厚みが、下記の表２に示されているいずれかの範囲にある、請求項１に記載の弾性境界波装置。
   

   
3. 複数本の溝が上面に形成された、オイラー角（０°，θ，−４５°〜＋４５°）のＬｉＴａＯ_３基板と、
   前記溝に金属材料が充填されて形成されている電極と、
   前記ＬｉＴａＯ_３基板及び電極を覆うように形成されている誘電体層とを備え、該誘電体層の上面が平坦とされており、
   前記電極を形成する金属材料がＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｔａ、及びＰｔの内１種の金属材料であり、
   前記電極の厚み、前記ＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角のθ及び誘電体層の厚みが下記の表３に示されているいずれかの範囲にあることを特徴とする、弾性境界波装置。
   

   
4. 前記電極の厚み、前記ＬｉＴａＯ_３基板のオイラー角のθ及び前記誘電体層の厚みが、下記の表４に示すいずれかの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の弾性境界波装置。
   

   
5. 前記誘電体層が酸化ケイ素からなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性境界波装置。

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