JP7051690B2 - スプリアスモード除去をもたらす誘導表面弾性波デバイス - Google Patents

Description

本開示は、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）デバイスに関する。

表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、たとえばＳＡＷ共振器及びＳＡＷフィルタなどは、高周波（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）フィルタなどの多くの用途において使用されている。たとえば、ＳＡＷフィルタは、一般に、第二世代（２Ｇ）、第三世代（３Ｇ）、及び第四世代（４Ｇ）のワイヤレス送受信機フロントエンド、デュプレクサ、及び受信フィルタにおいて使用される。ＳＡＷフィルタが広範に使用されるのは、ＳＡＷフィルタが、良く除去される低挿入損失を示すということにより広帯域幅を達成し得、また従来の空洞及びセラミックフィルタのサイズの数分の一であることに、少なくとも一部が起因する。いずれの電子デバイスもそうであるように、ＳＡＷデバイスの性能は、システムの性能全体に影響を及ぼし得る重要なパラメータである。これに関して、高い性能のＳＡＷデバイスの必要性が存在する。

スプリアスモード抑制をもたらす誘導表面弾性波（ＳＡＷ）構造体を有するＳＡＷデバイスとその製造方法の諸実施形態について開示する。いくつかの実施形態において、ＳＡＷデバイスは、非半導体支持基板、非半導体支持基板の表面上の圧電層、及び非半導体支持基板とは反対側の圧電層の表面上の少なくとも１つの櫛形トランスデューサ（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ）を含む。圧電層の厚さ、圧電層のＳＡＷ速度、及び非半導体支持基板の弾性波速度は、ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモードの周波数がＳＡＷデバイスのバルク波カットオフ周波数を上回るようにする。このようにして、ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモードは、抑制される。

いくつかの実施形態において、圧電層は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３、本明細書においてはＬＴとも称する）を含む。他の実施形態において、圧電層は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を含む。

いくつかの実施形態においては、圧電層の厚さは、λの２倍未満であり、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、ここで、ｆｒは、ＳＡＷデバイスの共振周波数であり、ｆａは、ＳＡＷデバイスの***振周波数である。波長λは、トランスデューサ、すなわち少なくとも１つのＩＤＴの電極の周期から規定され得る。多くの場合において、波長λは、電極周期の２倍である。さらに、いくつかの実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，９８４メートル未満である。他の実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，０００メートル未満である。他の実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒５，４００メートル未満である。

いくつかの実施形態において、圧電層の厚さは、λの２倍未満であり、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、少なくとも１つのＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から毎秒６，９８４メートルの間である。他の実施形態において、圧電層の厚さは、λの２倍未満であり、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、少なくとも１つのＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から毎秒６，０００メートルの間である。他の実施形態において、圧電層の厚さは、λの２倍未満であり、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、少なくとも１つのＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から毎秒５，４００メートルの間である。

いくつかの実施形態において、圧電層の厚さは、スプリアスモード抑制を支持する圧電層の規定の最大厚さ未満であり、圧電層の規定の最大厚さは、圧電層のＳＡＷ速度と非半導体支持基板の最遅音響モードの速度との両方の関数である。

いくつかの実施形態において、非半導体支持基板と圧電層との間に誘電体層は存在せず、圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬ＬＴを含み、圧電層の規定の最大厚さは、λを単位にして、

であり、ここで、Ｖ_ｓｕｂは、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度であり、θは、回転ＹカットＬＴのカット角である。さらに、いくつかの実施形態において、圧電層の厚さは、λの０．０５倍よりも大きく、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，９８４メートル未満である。他のいくつかの実施形態において、圧電層の厚さは、λの０．１倍よりも大きく、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，９８４メートル未満である。他のいくつかの実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，０００メートル未満である。他のいくつかの実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒５，４００メートル未満である。

他のいくつかの実施形態において、ＳＡＷデバイスは、非半導体支持基板と圧電層との間に酸化ケイ素誘電体層をさらに含み、ここで圧電層は、回転ＹカットＸ伝搬ＬＴを含み、圧電層の規定の最大厚さは、λを単位にして、

であり、ここで、Ｖ_ｓｕｂは、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度であり、θは、回転ＹカットＬＴのカット角であり、Ｔ_ＳｉＯ２は、酸化ケイ素誘電体層の厚さである。いくつかの実施形態において、圧電層の厚さは、λの０．０５倍よりも大きく、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，９８４メートル未満である。他のいくつかの実施形態において、圧電層の厚さは、λの０．１倍よりも大きく、ここで、λは、ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長であり、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，９８４メートル未満である。他のいくつかの実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒６，０００メートル未満である。他のいくつかの実施形態において、非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度は、毎秒５，４００メートル未満である。

当業者であれば、添付の図面に関連する好ましい実施形態の次の詳細な説明を読んだ後に、本開示の範囲を認識し、その追加の態様を理解するであろう。

本明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付の図面は、本開示のいくつかの態様を例示し、説明とともに本開示の原理を説明するのに役立つ。

表面弾性波（ＳＡＷ）櫛形トランスデューサの原理を示す略図である。 ＳＡＷ共振器の略図である。 誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回る、誘導ＳＡＷデバイスにおいて生成されるスプリアスモードの１つの例を示す。 本開示のいくつかの実施形態によるスプリアスモード抑制をもたらす誘導ＳＡＷデバイスの１つの例を示す。 ケイ素（Ｓｉ）支持基板上に４２度カット角の回転Ｙカットタンタル酸リチウム（ＬＴ）（本明細書においては、４２ＬＴと称す）圧電層を有する誘導ＳＡＷ共振器の１つの例のシミュレーションしたアドミタンス及びコンダクタンスを示す。 ケイ素（Ｓｉ）支持基板上に４２度カット角の回転Ｙカットタンタル酸リチウム（ＬＴ）（本明細書においては、４２ＬＴと称す）圧電層を有する誘導ＳＡＷ共振器の１つの例のシミュレーションしたアドミタンス及びコンダクタンスを示す。 スプリアスモードの周波数が誘導ＳＡＷデバイスのカットオフ周波数未満である場合に、スプリアスモードが誘導されることを示す。 スプリアスモードの周波数が誘導ＳＡＷデバイスのカットオフ周波数を上回る場合に、スプリアスモードが抑制されることを示す。 圧電層がＳｉ支持基板上の４２ＬＴである誘導ＳＡＷデバイスの具体例の、圧電層の厚さ（Ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）とスプリアスモードの周波数との関係性を示す。 様々な異なるタイプの支持基板（すなわち、Ｓｉ、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、スピネル、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、サファイア、及びアルミナ）上における、スプリアスモード抑制をもたらす４２ＬＴ圧電層の最大厚さのシミュレーション結果を示す。 カット角の関数としてＬＴ速度変化を示す。 図７Ａは、いくつかの例示的実施形態において、圧電層と支持基板との間に誘電体層（複数可）（たとえば、酸化ケイ素）が存在しないとき、圧電層の最小厚さは、少なくともいくつかの実施形態において、たとえば、十分な結合を有するために、０．１λであることを例示するシミュレーション結果を示す。図７Ｂは、いくつかの例示的実施形態において、誘電体層（複数可）が、圧電層と支持基板との間に設けられているとき、圧電層の最小厚さは、少なくともいくつかの実施形態においては、０．０５λであることを例示するシミュレーション結果を示す。 いくつかの実施形態において、誘導ＳＡＷデバイスのカットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きくなくてはならないことを示す図であり、ただし、ｆｒは、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数であり、ｆａは、***振周波数である。 いくつかの実施形態において、誘導ＳＡＷデバイスのカットオフ周波数は、たとえばバルク放射損失を回避するために、１．０７×ｆｒよりも大きくなくてはならないことを示す図である。 本開示のいくつかの実施形態による、圧電層が４２ＬＴである場合の様々な基板速度にスプリアスモード抑制をもたらす最大ＬＴ厚さを示す。 酸化ケイ素厚さと、スプリアスモード抑制をもたらす最大ＬＴ厚さとの関係性のシミュレーション結果を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。 本開示の他のいくつかの実施形態による、図４の誘導ＳＡＷデバイスを製造する工程を示す。

詳細な説明
後述の諸実施形態は、当業者が、実施形態を実施し、実施形態を実施する最良のモードを例示することを可能にするために必要な情報を表している。添付の図面に照らして次の説明を読むと、当業者であれば、本開示の概念を理解し、本明細書に具体的に取り組んでいないこれらの概念の適用例を認識するであろう。これらの概念及び適用例が、本開示及び添付の特許請求の範囲内に入ることを認識すべきである。

第１の、第２のなどの用語を本明細書に使用して、様々な要素を説明し得るが、これらの要素を、これらの用語によって限定すべきでないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されるにすぎない。たとえば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶこともあり得、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶこともあり得る。本明細書において使用されるとき、「及び／または」という用語は、関連の列挙した項目のうちの１つまたは複数の任意及びすべての組合せを含む。

ある要素が別の要素に「接続」または「結合」されていると称するとき、それは、他の要素に直接、接続または結合され得ること、または介在要素が存在し得ることもまた理解すべきである。対照的に、ある要素が別の要素に「直接、接続され」または「直接、結合され」ていると称するとき、介在要素は存在しない。

「上方の」、「下方の」、「底部の」、「中間の」、「中央の」、及び「上部の」などの用語を本明細書に使用して、様々な要素を説明し得るが、これらの要素を、これらの用語によって限定すべきでないことを理解されたい。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用されているにすぎない。たとえば、本開示の範囲から逸脱することなく、これらの要素の相対的な配向に応じて第１の要素を「上方の」要素と呼ぶことがあり得、同様に、第２の要素を「上方の」要素と呼ぶこともあり得る。

本明細書に使用される専門用語は、単に特定の実施形態を説明する目的にすぎず、本開示を限定するように意図していない。本明細書に使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈において明確に特段の指示がない限り、複数形を同様に含むように意図されている。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（含む）」、及び／または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」という用語は、本明細書において使用されるとき、提示の特徴、整数値、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在を指定しているが、他の１つまたは複数の特徴、整数値、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／またはその群の存在または追加を除外しないことがさらに理解されるであろう。

特段の規定がない限り、本明細書に使用されるすべての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本開示が属する分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書において使用される用語が、本明細書及び関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有すると解釈すべきであり、本明細書に明示的にそのような規定がない限り、理想的または全体的に正式な意味で解釈されないことがさらに理解されるであろう。

本開示の諸実施形態を説明する前に、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス及びいくつかの関連の問題について論じることは有益である。ＳＡＷフィルタは、圧電基板の表面における弾性波の伝搬を使用する。図１は、ＳＡＷ櫛形トランスデューサ（ＩＤＴ）１０の１つの例を示している。例示しているように、ＩＤＴ１０は、圧電基板（図示せず）の表面上に（たとえば、直接）堆積されている２つの櫛形電極１２－１及び１２－２を含む。電圧が、２つの電極１２－１と１２－２との間に印加される。この結果、２つの電極１２－１と１２－２との間に電場が生じ、圧電効果によってＳＡＷが生成される。交流電位において電極が配列されることにより、２つの連続する周期の場は、反対方向である。これは、電極周期が弾性波長の半分であるとき、ＩＤＴ１０はその効率が最大であることを意味している。ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長λは、ＩＤＴ１０のトランスデューサ、すなわち電極の周期（ｐ）から規定され得る。多くの場合においては、波長λは、電極周期（ｐ）の２倍である。

図２は、ＳＡＷ共振器１４の１つの例を示している。ＳＡＷ共振器１４は、図２においては接地されている２つの格子１８－１と１８－２との間に挿入されたＩＤＴ１６を含む。２つの格子１８－１及び１８－２は、反射器として働き、（音響）空洞を画定する。圧電基板の選択は、得ることができる性能に影響を及ぼす。一般に、基板は、音響モードが、いわゆる漏れＳＡＷモードまたはせん断水平モードであるように選択される。このタイプのモードは、通常、より良い結合係数の利点を提示する。これらのモードの通常の基板タイプは、Ｙ＋３６度に近い配向のタンタル酸リチウム、またはＹに近い配向のニオブ酸リチウムである。両方の場合において、伝搬方向は、通常、結晶のｘ軸である。このタイプのモードに伴う問題は、エネルギーの大部分が基板のバルクに放射されて、損失がもたらされることである。この問題を解決するための１つの手法は、圧電基板を、支持基板に接合された圧電膜に置き換えることである。支持基板中の音響速度が膜中の速度よりも速い場合には、波は圧電膜中を誘導される。

誘導ＳＡＷデバイス（すなわち、誘導ＳＡＷ構造体を有するＳＡＷデバイス）は、層状基板を有し、ここで、ここでは圧電層と称する圧電材料の層が、支持基板、すなわちキャリア基板の表面上に（たとえば、直接）接合または堆積されている。従来のＳＡＷデバイスと比較すると、誘導ＳＡＷデバイスは、改良された品質係数（Ｑ）、改良された電気機械結合係数（Ｋ２）、及び改良された周波数熱係数（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＴＣＦ）を有する。しかしながら、望ましくないスプリアスモードが、通常、誘導ＳＡＷ構造体に生成され、それにより、誘導ＳＡＷデバイスの実用化が阻害される。具体的には、誘導ＳＡＷデバイスにおいては、スプリアスモードが誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回って生成され、結果として、帯域外の除去仕様が満たされない場合がある。図３は、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回る、誘導ＳＡＷデバイスに生成されるスプリアスモードの１つの例を示している。

ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモードの抑制をもたらす、誘導ＳＡＷ構造体を有するＳＡＷデバイス（すなわち、誘導ＳＡＷデバイス）の実施形態について開示する。いくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイスは、非半導体材料の支持基板、すなわちキャリア基板、キャリア基板の表面上の圧電層、及びキャリア基板とは反対側の圧電層の表面上の金属トランスデューサを含む。圧電層の厚さは、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモードを抑制するために、圧電層のＳＡＷ速度及び支持基板の音響速度を考慮に入れて最適化される。具体的には、いくつかの実施形態においては、圧電層の厚さ、圧電層のＳＡＷ速度、及び支持基板の音響速度は、スプリアスモード（たとえば、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回る他のスプリアスモードと比較して、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数に最も近い誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモード）の周波数が、ＳＡＷデバイスのカットオフ周波数（バルク波カットオフ周波数とも称する）よりも大きくなるようにする。いくつかの実施形態においては、圧電層の厚さ、圧電層のカット角（ここで、圧電層のＳＡＷ速度は、圧電層のカット角の関数である）、及び支持基板の音響速度は、スプリアスモード（たとえば、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回る他のスプリアスモードと比較して、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数に最も近い誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモード）の周波数が、ＳＡＷデバイスのカットオフ周波数（バルク波カットオフ周波数とも称する）よりも大きくなるようにする。いくつかの実施形態においては、圧電層の厚さは、スプリアスモード除去をもたらす圧電層の規定の最大厚さ未満であり、ここで、スプリアスモード除去をもたらす圧電層の規定の最大厚さは、（圧電層のカット角の関数である）圧電層中のＳＡＷ速度と、支持基板中の音響速度（すなわち、支持基板中の伝搬方向における最遅音響モードの速度）との両方の関数である。言い換えれば、本開示の実施形態は、（圧電層のカット角の関数である）圧電層中のＳＡＷ速度、及び支持基板中の音響速度（すなわち、支持基板中の伝搬方向における最遅音響モードの速度）の関数として圧電層厚さを選択することによってスプリアスモードを抑制し、それによって、より高いＱ、より高いＫ２、及びより優れたＴＣＦが維持される。さらには、支持基板は、その導電性に起因して共振器Ｑを低下させる半導体ではない。

この点に関して、図４は、本開示のいくつかの実施形態による誘導ＳＡＷデバイス２０の１つの例を示している。例示しているように、誘導ＳＡＷデバイス２０は、半導体ではない支持基板、すなわちキャリア基板２２（そのため、本明細書においては、時として非半導体支持基板２２と称する）と、任意選択的に支持基板２２の表面上の（たとえば、直接）１つまたは複数の追加の層２４（たとえば、１つまたは複数の誘電体層）と、支持基板２２とは反対側の１つまたは複数の追加の層２４の表面上の圧電層２６と、支持基板２２とは反対側の圧電層２６の表面上の金属トランスデューサ、すなわちＩＤＴ２８と、任意選択による、金属トランスデューサ２８の表面上、及び１つまたは複数の追加の層２４の表面の露出部分上の１つまたは複数の保護層３０とを含む。代替として、圧電層２６が、支持基板２２の表面上に（たとえば、直接）あるように、かつ任意選択の保護層（複数可）３０が、金属トランスデューサ２８の表面及び支持基板２２の露出部分上にあるように、追加の層（複数可）２４が存在しないこともある。概して、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、ここで、λは、誘導ＳＡＷデバイス２０の共振周波数の波長である。いくつかの実施形態においては、支持基板２２は、ウェハ（堆積膜ではない）から作製される。いくつかの実施形態においては、圧電層２６は、単結晶（堆積膜ではない）である。知られているように、いくつかの場合においては、層２４または保護層３０は、温度に対するデバイス周波数の感受性を抑えるために酸化ケイ素を含むことができる。やはり知られているように、温度感受性は、たとえば、フッ素またはホウ素を含んだドーパントにより酸化ケイ素をドーピングすることによってさらに抑えることができる。支持基板と圧電基板との間の層が、非常に厚く（いくつかの波長よりも）、窒化アルミニウム、ダイヤモンドまたは炭化ケイ素のように音響速度が大きい場合には、支持基板にはほとんど音響エネルギーが存在せず、基板の音響特性は、結果に影響を全く与えない。基板は、音響速度が大きい薄膜に音響的に置き換え可能である。期待に反して、薄膜は、製造するのに非常に高価であり、制御することが困難である。本開示においては、層は、ウェハ中の音響エネルギーのかなりの部分を有するのに十分なほど薄く、遅いと仮定される。説明の支持基板の音響特性は、通常、膜を支持するウェハの音響特性である。

ＳＡＷの伝搬方向における支持基板２２の最遅音響モードのバルク弾性波（Ｂｕｌｋ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＢＡＷ）速度が誘導ＳＡＷデバイス２０の速度よりも大きい場合には、圧電層２６の内部に音響エネルギーを誘導することが可能であり、バルクへの損失は打ち消し可能である。いくつかの中間層（たとえば、１つまたは複数の追加の層２４）は、圧電層２６と支持基板２２との間に配置され得る。これらの層は、音響誘導または圧電結合を高め、または温度感受性を抑えるために使用され得、あるいはこれらの層は、誘導ＳＡＷデバイス２０の製造工程に必要であり得る。たとえば、このタイプの手法は、２００２年９月３日発行の「ＤＥＶＩＣＥ ＷＩＴＨ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＷＡＶＥＳ ＧＵＩＤＥＤ ＩＮ Ａ ＦＩＮＥ ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＦＩＬＭ ＢＯＮＤＥＤ ＷＩＴＨ Ａ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＯＮ Ａ ＢＥＡＲＩＮＧ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＫＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ」と題された米国特許第６，４４５，２６５号、２００１年５月２５日発行の「ＤＩＳＰＯＳＩＴＩＦ Ａ ＯＮＤＥＳ ＡＣＯＵＳＴＩＱＵＥＳ ＧＵＩＤＥＥＳ ＤＡＮＳ ＵＮＥ ＦＩＮＥ ＣＯＵＣＨＥ ＤＥ ＭＡＴＥＲＩＡＵ ＰＩＥＺＯ－ＥＬＥＣＴＲＩＱＵＥ ＣＯＬＬＥＥ ＰＡＲ ＵＮＥ ＣＯＬＬＥ ＭＯＬＥＣＵＬＡＩＲＥ ＳＵＲ ＵＮ ＳＵＢＳＴＲＡＴ ＰＯＲＴＥＵＲ ＥＴ ＰＲＯＣＥＤＥ ＤＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ」と題された仏国特許第２７８８１７６号、Ｓｏｌａｌ， Ｍ． ｅｔ ａｌ．，「Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ Ｌａｙｅｒｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｏｎ ４’’［１００］ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｗａｆｅｒ ｆｏｒ ＲＦ ＳＡＷ Ｄｅｖｉｃｅｓ」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００２ ＩＥＥＥ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ， Ｖｏｌ． １， Ｏｃｔｏｂｅｒ ８－１１， ２００２， ｐａｇｅｓ １３１－１３４（本明細書においては以降、「Ｓｏｌａｌ」）、及びＰａｓｔｕｒｅａｕｄ， Ｔ． ｅｔ ａｌ．，「Ｈｉｇｈ－Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅｓ Ｅｘｃｉｔｅｄ ｏｎ Ｔｈｉｎ－Ｏｒｉｅｎｔｅｄ ＬｉＮｂＯ_３ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｙｅｒｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ ｏｎｔｏ Ｓｉｌｉｃｏｎ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ， Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ， ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｖｏｌ． ５４． Ｎｏ． ４， Ａｐｒｉｌ ２００７， ｐａｇｅｓ ８７０－８７６（本明細書においては以降、「Ｐａｓｔｕｒｅａｕｄ」）に提案されている。これらの文献は、キャリア基板の上部上の圧電材料の薄層上の構築されたＳＡＷデバイスについて開示している。他の層は、圧電層２６と支持基板２２との間に存在し得る。これらの中間層は、通常、誘電体層であるが、いくつかの場合においては、金属層を使用することが提案された。圧電層もまた可能である。キャリア基板中の速度は、弾性波が誘導できるのに十分な大きさである。

上述のように、従来の誘導ＳＡＷデバイスは、ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモードを生成する。これらのスプリアスモードを抑制するために、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）、圧電層２６中のＳＡＷ速度、及び伝搬方向における支持基板２２中の最遅音響速度は、スプリアスモードの周波数が誘導ＳＡＷデバイス２０のバルクカットオフ周波数よりも大きくなるようにする。スプリアスモードが圧電層２６及び誘電体層（複数可）１４の厚さと結び付いているモードであることに留意されたい。スプリアスモードは、構造において、より高次または他の誘導モードである。本開示における対象のモードではない他のいくつかのスプリアスモード（たとえば、横モード）が存在し得る。より具体的には、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）、圧電層２６のＳＡＷ速度（ただし、圧電層２６のＳＡＷ速度の変化は、支持基板２２の音響速度の変化と等価である）、及び支持基板２２の音響速度（すなわち、伝搬方向における支持基板２２中の最遅音響モードの速度）は、スプリアスモードの周波数が誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数よりも大きくなるようにする。圧電層２６のＳＡＷ速度が、本明細書においては時として、単に圧電層２６の速度とも称することに留意されたい。同様に、支持基板２２の音響速度は、本明細書においては時として、単に支持基板２２速度と称する。

いくつかの実施形態においては、圧電層２６の速度は、圧電層２６に使用される圧電材料のカット角の関数であり、それにより、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）及び圧電層２６のカット角は、支持基板２２の速度を併せて考慮すると、スプリアスモードの周波数が誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数よりも大きくなるようにする。言い換えれば、いくつかの実施形態においては、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、スプリアスモード抑制をもたらす圧電層２６の規定の最大厚さ未満であり、ここで、圧電層２６の規定の最大厚さは、（圧電層２６のカット角の関数である）圧電層２６中の速度と支持基板２２中の速度との関数である。

次に、圧電層２６の厚さ及び支持基板２２の速度の具体的な限定事項についての論考が、誘導ＳＡＷデバイス２０のいくつかの具体的な例に与えられ、ここでは、圧電層２６は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３、本明細書においてはＬＴと称する）である。しかしながら、この説明は、たとえば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３、本明細書においてはＬＮと称する）などの他のタイプの圧電材料へと容易に広げることができる。さらには、いくつかの例においては、ＬＴは、回転ＹカットＬＴである。ＬＴの配向は、たとえば、ＹとＹ＋６０度との間とすることができる。いくつかの代替の実施形態においては、圧電層は、回転ＹカットＬＮである。ＬＮの配向は、たとえば、Ｙ－２０度とＹ＋６０度との間とすることができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、シリコン（Ｓｉ）支持基板上の４２度カット角の回転ＹカットＬＴ（本明細書においては、４２ＬＴと称する）圧電層を有する誘導ＳＡＷデバイス（具体的には、誘導ＳＡＷ共振器として）の１つの例のシミュレートされたアドミタンス及びコンダクタンスを示している。図４の誘導ＳＡＷデバイス２０とは異なり、これらのシミュレーションに使用されるＳｉ支持基板は、半導体であることに留意されたい。にもかかわらず、シミュレーションは、たとえば、スプリアスモード除去をもたらす圧電層２６の最大厚さ及び圧電層２６のカット角を導出するために利用される概念を示している。図５Ａ及び図５Ｂに示されているように、ＢＡＷはカットオフ周波数を上回って誘導され得ないので、導電性は、迅速に、誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数において高まる。カットオフ周波数は、支持基板２２中の速度によって決定される（速度が大きいほど、カットオフ周波数は高くなる）。具体的には、図５Ａは、スプリアスモードの周波数がカットオフ周波数を下回るシミュレーションを示しており、その場合においては、スプリアスモードは、図５Ｃに例示されているように誘導され、そのため、図５Ａに例示されているように抑制されない。逆に、図５Ｂは、スプリアスモードの周波数がカットオフ周波数を上回るシミュレーションを示しており、その場合においては、スプリアスモードは、図５Ｄに例示されているように誘導されず、そのため、図５Ｂに例示されているように抑制される。したがって、図５Ａ及び図５Ｂにおけるシミュレーションから、スプリアスモード抑制の場合、スプリアスモードの周波数は、誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数を上回る必要があることが容易にわかり得る。シミュレーションに使用されるモデルは、無限開口及び無限長さを含むトランスデューサまたは共振器を仮定する（周期モデル）。本開示における対象のスプリアスモードは、層（複数可）において、より高次のまたは他の誘導モードである。トランスデューサもしくは共振器の有限の長さまたは開口に結び付けられている他のスプリアスモードは、デバイスの中に存在し得る。いくつかの手法がこれらのスプリアスモードを抑制するために知られているが、層の厚さによりスプリアスモードを抑制する唯一のやり方は、支持基板、及び層、及び／またはそれらの厚さの性質あるいは配向を変更することである。

図５Ｅは、圧電層がＳｉ支持基板上の４２ＬＴである誘導ＳＡＷデバイスの具体例の、圧電層の厚さ（Ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）とスプリアスモードの周波数との関係性を示している。やはり、図４の誘導ＳＡＷデバイス２０とは異なり、これらのシミュレーションに使用されるＳｉ支持基板は、半導体であることに留意されたい。にもかかわらず、シミュレーションは、たとえば、スプリアスモード除去をもたらす圧電層２６の最大厚さ及び圧電層２６のカット角を導出するために利用される概念を示している。図５Ｅに示されているように、圧電層の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）が薄くなるにつれて、スプリアス周波数は増加するが、カットオフ周波数は変化しない。スプリアス周波数がカットオフ周波数を上回る場合、それらのモードは圧電層において誘導されないので、スプリアス応答の増幅が劇的に抑制される。図５Ｅから、圧電層の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、４２ＬＴ及びＳｉ支持基板の場合おいては、スプリアスモードを抑制するために０．６ラムダ（λ）未満であるべきであることがわかり得、ここで、λは、誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数の波長である。

上述のように、図５Ｅのシミュレーションは、Ｓｉ支持基板上の４２ＬＴ圧電層を有する誘導ＳＡＷデバイスについて行われた。しかしながら、スプリアスモード抑制をもたらす４２ＬＴ圧電層の最大厚さは、支持基板に使用される材料によって変わることになる。したがって、図６Ａは、様々な異なるタイプの支持基板（すなわち、Ｓｉ、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、スピネル、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、サファイア、及びアルミナ）上における４２ＬＴ圧電層の最大厚さのシミュレーション結果を示している。支持基板に様々な材料を使用する図５Ｅについて行われた同じシミュレーションを実施することによって、スプリアスモード抑制をもたらす４２ＬＴの最大厚さ、及び支持基板中の速度は、図６Ａに示されているように関係が線形であることがわかった。シミュレーションしたデータ点に曲線適合を行うことによって、支持基板２２中の速度（Ｖ_ｓｕｂ）の関数として、スプリアスモード抑制をもたらす４２ＬＴの最大厚さは、

と表すことができ、ここで、Ｔ_ＬＴは、λを単位にして４２ＬＴの厚さであり、Ｖ_ｓｕｂは、毎秒メートル（ｍ／ｓ）を単位にして伝搬方向における支持基板２２の最遅音響速度であり、Ｖ_ｓｕｂは、６９８４ｍ／ｓ未満である。

図６Ａに示されているシミュレーション結果、したがって、上記の式（１）は、４２ＬＴの場合である。しかしながら、スプリアスモード抑制をもたらすＬＴの最大厚さはまた、ＬＴのカット角の関数である。ＬＴの異なるカット角が使用される場合。ＬＴ中のＳＡＷ速度（本明細書においては、ＬＴ速度と称する）は、変化することになり、それは、支持基板２２の速度の変化と等価である。この点に関して、図６Ｂは、カット角の関数として、ＬＴ速度変化を例示している。この曲線は、多項式：

によって適合され、ここで、θは、度を単位にしたＬＴカット角である。次いで、式（２）を使用すると、式（１）は、次のように、支持基板２２の速度とＬＴのカット角との関数としてスプリアスモード抑制をもたらす最大ＬＴ厚さを表すように変形され得る：

Ｖ_ＬＴを置き換えると、

が与えられ、したがって、式（４）は、支持基板２２速度（Ｖ_ｓｕｂ）とＬＴのカット角（支持基板の速度と等価に）との両方の関数として、スプリアスモード抑制をもたらす最大ＬＴ厚さを規定する。

上記の式（３）が、次のように、一般化され得ることに留意すべきである。

ただし、Ｔ_{ｐｉｅｚｏ}は、圧電層２６の厚さであり、Ｖ_{ｐｉｅｚｏ}は、圧電層２６のＳＡＷ速度である。圧電層２６の速度は、使用される圧電材料によって変わることになる。上記の式（３）及び式（４）は、ＬＴについての一例を与えるが、一方で、たとえばＬＮなどの他の圧電材料が代替として使用され得る。

したがって、図４の誘導ＳＡＷデバイス２０のいくつかの実施形態においては、圧電層２６は、回転ＹカットＬＴ（すなわち、Ｘ軸に沿う伝搬であり、ただし、圧電層２６は、Ｘ軸に沿って回転しており、シータ＝０は、表面に垂直なＹ軸に対応する）、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、式（４）において規定された最大ＬＴ厚さ未満である。式（４）においてわかるように、圧電層２６の最大厚さは、支持基板２２中の速度と、圧電層２６中の速度との両方の関数である。これは圧電層２６に使用される圧電材料に関わらず当てはまる。圧電層２６の最大厚さが、同じように、ＬＴの場合に上記に導出されたが、他の圧電材料（たとえば、ＬｉＮｉＯ_３）を使用する際の圧電層２６の最大厚さが同じように導出され得ることは重要である。

上記に、スプリアスモード抑制をもたらす圧電層２６の最大厚さについての論考が与えられている。圧電層２６の最小厚さに関しては、圧電層２６が薄すぎる場合、圧電結合は失われることになる。圧電層２６と支持基板２２との間に誘電体層（複数可）（たとえば、酸化ケイ素）が存在しないとき、圧電層２６の最小厚さは、少なくともいくつかの実施形態においては、図７Ａに示されているシミュレーション結果によって例示しているように、たとえば十分な結合を有するために、０．１λである。圧電層２６と支持基板２２との間に誘電体層（複数可）が存在する場合、圧電層２６の最小厚さは、少なくともいくつかの実施形態においては、図７Ｂに示されているシミュレーション結果によって例示しているように、０．０５λである。したがって、式（４）を併せると、圧電層２６がＬＴであるときの圧電層２６の厚さについてのいくつかの例示的な範囲は、いくつかの実施形態においては０．１λから式（４）によって規定された最大厚さまで、及び他のいくつかの実施形態においては０．０５λから式（４）によって規定された最大厚さまでである。０．１λ及び０．０５λの値は単なる例にすぎず、支持基板２２、圧電層２６、及び存在する場合の誘電体層（複数可）に使用される材料によって変わることがあることに留意されたい。

誘導ＳＡＷデバイス２０においては、波動は、それらの波動の周波数が、誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数を下回るとき、圧電層２６内に誘導されることにも留意すべきである。したがって、図８及び図９に例示しているように、誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数は、フィルタ通過帯域よりも高い。図８に例示しているように、いくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きくなくてはならず、ここで、ｆｒは、誘導ＳＡＷデバイス２０の共振周波数であり、ｆａは、誘導ＳＡＷデバイス２０の***振周波数である。図９に例示しているように、他の実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０のカットオフ周波数は、たとえばバルク放射損失を回避するために、１．０７×ｆｒよりも大きくなくてはならない。ＳＡＷデバイスがフィルタである場合、そのバルクカットオフ周波数を測定する簡単なやり方は、そのアドミタンス行列を測定することである。カットオフ周波数においては、フィルタの１つのポートについてのコンダクタンスは、劇的に増加することになる。共振周波数は、通常、通過帯域の低域側に近い。

したがって、いくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にいかなる誘電体層（複数可）をも含まず、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、誘導ＳＡＷデバイス２０の（バルク波）カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂは、６，９８４ｍ／ｓ未満である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にいかなる誘電体層（複数可）をも含まず、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、誘導ＳＡＷデバイス２０の（バルク波）カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂは、６，０００ｍ／ｓ未満である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にいかなる誘電体層（複数可）をも含まず、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、誘導ＳＡＷデバイス２０の（バルク波）カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂは、５，４００ｍ／ｓ未満である。

他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にいかなる誘電体層（複数可）をも含まず、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂは、金属トランスデューサ２８中の表面波速度の１．０７倍から６，９８４ｍ／ｓの間である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にいかなる誘電体層（複数可）をも含まず、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂは、金属トランスデューサ２８中の表面波速度の１．０７倍から６，０００ｍ／ｓの間である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にいかなる誘電体層（複数可）をも含まず、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂは、金属トランスデューサ２８中の表面波速度の１．０７倍から５，４００ｍ／ｓの間である。

他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間に酸化ケイ素（ＳｉＯ_Ｘ）誘電体層または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）誘電体層を含み、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、誘導ＳＡＷデバイス２０の（バルク波）カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂは、６，９８４ｍ／ｓ未満である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にＳｉＯ_Ｘ誘電体層またはＳｉＯ_２誘電体層を含み、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、誘導ＳＡＷデバイス２０の（バルク波）カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂは、６，０００ｍ／ｓ未満である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にＳｉＯ_Ｘ誘電体層またはＳｉＯ_２誘電体層を含み、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、誘導ＳＡＷデバイス２０の（バルク波）カットオフ周波数は、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂは、５，４００ｍ／ｓ未満である。

他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にＳｉＯ_２誘電体層を含み、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂは、金属トランスデューサ２８中の表面波速度の１．０７倍から６，９８４ｍ／ｓの間である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にＳｉＯ_２誘電体層を含み、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂは、金属トランスデューサ２８中の表面波速度の１．０７倍から６，０００ｍ／ｓの間である。他のいくつかの実施形態においては、誘導ＳＡＷデバイス２０は、支持基板２２と圧電層２６との間にＳｉＯ_２誘電体層を含み、圧電層２６の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）は、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂは、金属トランスデューサ２８中の表面波速度の１．０７倍から５，４００ｍ／ｓの間である。

実装に際して、圧電層２６が薄すぎる場合、圧電層厚さと、ウェハにわたる均一性を制御することが困難である。したがって、いくつかの実施形態においては、圧電層２６の好ましい厚さは、０．２５λ以上である。図１０に例示しているように、圧電層２６が４２ＬＴである場合には、支持基板２２の速度は、圧電層厚さの０．２５λ以上を受け入れるためには、６，０００ｍ／ｓ以下である必要がある。他のいくつかの実施形態においては、圧電層２６のより好ましい厚さは、０．４λである。図１０に例示しているように、圧電層２６が４２ＬＴである場合には、支持基板２２の速度は、圧電層厚さの０．４λ以上を受け入れるためには、５，４００ｍ／ｓ以下である必要がある。したがって、式（４）を併せると、圧電層２６がＬＴであるときの圧電層２６の厚さのいくつかの例示的な範囲は、いくつかの実施形態においては０．２５λから式（４）によって規定された最大厚さまで、及び他のいくつかの実施形態においては０．４λから式（４）によって規定された最大厚さまでである。

上記の式（４）によって規定された圧電層２６の最大厚さは、ＬＴの場合であり、支持基板２２と圧電層２６との間に誘電体層（複数可）（たとえば、ＳｉＯ_２）が存在しないときの場合である。しかしながら、ＳｉＯ_２などの誘電体層（複数可）が支持基板２２と圧電層２６との間に配置される場合、誘導ＳＡＷデバイス２０の共振周波数は、誘電体層（複数可）のより遅い速度に起因して、より遅くなる。したがって、支持基板２２と圧電層２６との間に誘電体層（複数可）が存在しないときに必要なものと比較して、より薄い圧電層２６が、スプリアスモード抑制には必要である。図１１は、ＳｉＯ_２厚さと、Ｓｉ支持基板、Ｓｉ支持基板の表面上のＳｉＯ_２層、及びＳｉ支持基板とは反対側にＳｉＯ_２層の表面上の４２ＬＴ圧電層を有する例示的な誘導ＳＡＷデバイスについてスプリアスモード抑制をもたらす最大ＬＴ厚さとの関係のシミュレーション結果を示している。示されているように、関係は線形である。したがって、式（３）及び式（４）は、次のように、ＬＴと、支持基板２２と圧電層２６との間のＳｉＯ_２誘電体層とを使用する際の圧電層２６の最大厚さを規定するように変形され得る。

ただし、Ｔ_ＳｉＯ２は、波長を単位にしてＳｉＯ_２誘電体層の厚さである。圧電層２６がＬＴまたは他のいくつかの材料（たとえば、ＬＮ）とすることができる、より一般的な場合には、式（５）は、

になり、式（５）におけるＶ_ＬＴを置き換えると、

が与えられる。したがって、式（６）は、圧電層２６としてＬＴを使用する際の、及び支持基板２２と圧電層２６との間にＳｉＯ_２誘電体層を含む際の圧電層２６の最大厚さを規定する。したがって、誘導ＳＡＷデバイス２０のいくつかの実施形態においては、圧電層２６は、式（６）において規定された最大厚さ未満の厚さを有する回転ＹカットＬＴである。いくつかの実施形態においては、圧電層２６の厚さは、０．０５λから式（６）において規定された最大厚さの間である。他の実施形態においては、圧電層２６の厚さは、０．１λから式（６）において規定された最大厚さの間である。他の実施形態においては、圧電層２６の厚さは、０．２５λから法的式（６）において規定された最大厚さの間である。他の実施形態においては、圧電層２６の厚さは、０．４λから式（６）において規定された最大厚さの間である。

式（６）は、ＬＴ及びＳｉＯ_２について導出されるが、スプリアスモード抑制をもたらす圧電層２６の最大厚さが、他の誘電体材料及び／または他の圧電材料について同じように導出され得ることに留意されたい。ＬＴ及びＳｉＯ_２の使用は、一例にすぎない。フッ素（Ｆ）または他原子ドープのＳｉＯ_２が、圧電層２６と支持基板２２との間の層（複数可）、及び保護層（複数可）に使用され得る。さらには、ＳｉＯ_２がＦによりドープされたのか、または他の何らかの原子によりドープされたのかに関わらず、式（６）は依然として有効であることにも留意されたい。

図１２Ａ～図１２Ｇは、本開示のいくつかの実施形態による図４の誘導ＳＡＷデバイス２０を製造する工程を示している。図１２Ａに例示しているように、工程は、支持基板２２から開始する。図１２Ｂに例示しているように、１つまたは複数の追加の層２４（たとえば、１つまたは複数の誘電体層）を、支持基板２２の表面上に形成（たとえば、堆積または接合）する。やはり、追加の層（複数可）１４は、任意選択である。図１２Ｃに例示しているように、支持基板２２とは反対側の追加の層（複数可）１４の表面上に（または追加の層（複数可）１４が存在しない場合、支持基板２２の表面上に）圧電材料３２を接合する。図１２Ｄに例示しているように、圧電材料３２を、所望の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）を有する圧電層２６を形成するように研磨する、または別の形で加工する。結果として生じる構造体が、図１２Ｅに例示されている。上述したように、いくつの実施形態においては、圧電層２６の厚さは、スプリアスモード抑制をもたらすように、支持基板２２の速度と圧電材料３２の速度との両方の関数として選択される。層が、支持基板２２と圧電材料３２の間に使用される場合、層は、代替として、支持基板２２の代わりに圧電材料３２の表面上に形成され得、接合は、層と支持基板２２との間で行われ得る。支持基板２２上の層のうちのいくつか、及び圧電材料３２上の層のうちのいくつかを形成し、層の接合を実現することも可能である。

次いで、図１２Ｆに例示しているように、（存在する場合の）追加の層（複数可）１４及び支持基板２２とは反対側の圧電層２６の表面上に（たとえば、直接）金属トランスデューサ２８を形成する。次いで、図１２Ｇに例示しているように、任意選択により、金属トランスデューサ２８の表面及び下位層の露出表面上に１つまたは複数の保護層３０を形成（たとえば、堆積）する。

図１３Ａ～図１３Ｈは、本開示の他のいくつかの実施形態による図４の誘導ＳＡＷデバイス２０を製造する工程を示している。図１３Ａに例示しているように、工程は、支持基板２２から開始する。図１３Ｂに例示しているように、支持基板２２の表面上に１つまたは複数の追加の層２４（たとえば、１つまたは複数の誘電体層）を形成（たとえば、堆積または接合）する。やはり、追加の層（複数可）１４は、任意選択である。図１３Ｃに例示しているように、圧電材料３２の表面へのイオン注入を用いて、圧電層２６の所望の厚さを規定する所望の、または制御された厚さで、圧電材料３２内に損傷層３４を生成する。図１３Ｄに例示しているように、支持基板２２とは反対側の追加の層（複数可）１４の表面上に（または追加の層（複数可）１４が存在しない場合には支持基板２２の表面上に）圧電材料３２を接合する。図１３Ｅ及び図１３Ｆに例示しているように、損傷層３４の上にある圧電材料３２の部分を取り除き、それによって、所望の厚さ（ｔ_{ｐｉｅｚｏ}）を有する圧電層２６を形成する。とりわけ、圧電層２６の表面を、圧電層２６の表面上の残っているいかなる欠陥をも取り除くように研磨することが好ましい。結果として生じる構造体が、図１３Ｆに例示されている。上述したように、いくつの実施形態においては、圧電層２６の厚さは、スプリアスモード抑制をもたらすように、支持基板２２の速度と圧電材料２６の速度との両方の関数として選択される。上述したように、層は、支持基板２２上に堆積されても、圧電材料２６上に堆積されても、またはその両方に部分的に堆積されてもよい。

次いで、図１３Ｇに例示しているように、（存在する場合）追加の層（複数可）１４及び支持基板２２とは反対側の圧電層２６の表面上に（たとえば、直接）金属トランスデューサ２８を形成する。次いで、図１３Ｈに例示しているように、任意選択により、金属トランスデューサ２８の表面及び下位層の露出表面上に１つまたは複数の保護層３０を形成（たとえば、堆積）する。

本開示は、限定されるものではないが、次のことを提供する：
－ 圧電厚さが、２ラムダ（λ）未満であり、バルク波カットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂが、毎秒６，９８４メートル（ｍ／ｓ）未満である、圧電物質／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、バルク波カットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂが、６，０００ｍ／ｓ未満である、圧電物質／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、バルク波カットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂが、５，４００ｍ／ｓ未満である、圧電物質／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂが、櫛形トランスデューサ（ＩＤＴ）中の表面波速度の１．０７倍から６，９８４ｍ／ｓの間である、圧電物質／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂが、ＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から６，０００ｍ／ｓの間である、圧電物質／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂが、ＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から５，４００ｍ／ｓの間である、圧電物質／非半導体基板上の
二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含まない表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、
－ 圧電材料が、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３；ＬＴ）またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であり、
－ 圧電材料が、回転ＹカットＬＴであり、ＬＴ厚さが、（λを単位にして）１．７６－２．５２ｅ－４×｛Ｖｓｕｂ＋４２１０－（－２．４３５ｅ－９θ^６+１．１０３ｅ－６θ^５－１．７１９ｅ－４θ^４+１．１４５ｅ－２θ^３－４．２２９ｅ－１θ^２+９．７６５θ＋４．１０３ｅ＋３）｝未満であり、ここで、
－ Ｖ_ｓｕｂは、（毎秒メートル（ｍ／ｓ）で表して）基板中の速度であり、
－ θは、（度で表して）ＬＴカット角であり、
－ 圧電厚さが、０．１０λよりも大きい、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含まない表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス。
－ 圧電厚さが、２ラムダ（λ）未満であり、バルク波カットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂが、６，９８４ｍ／ｓ未満である、圧電物質／ＳｉＯ_２／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、バルク波カットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂが、６，０００ｍ／ｓ未満である、圧電物質／ＳｉＯ_２／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、バルク波カットオフ周波数が、ｆａ＋（ｆａ－ｆｒ）／２よりも大きく、Ｖ_ｓｕｂが、５，４００ｍ／ｓ未満である、圧電物質／ＳｉＯ_２／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂが、櫛形トランスデューサ（ＩＤＴ）中の表面波速度の１．０７倍から６，９８４ｍ／ｓの間である、圧電物質／ＳｉＯ_２／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂが、ＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から６，０００ｍ／ｓの間である、圧電物質／ＳｉＯ_２／非半導体基板上の、または
－ 圧電厚さが、２λ未満であり、Ｖ_ｓｕｂが、ＩＤＴ中の表面波速度の１．０７倍から５，４００ｍ／ｓの間である、圧電物質／ＳｉＯ_２／非半導体基板上の
二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスであって、
－ 圧電材料が、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３；ＬＴ）またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）であり、
－ 圧電材料が、回転ＹカットＬＴであり、ＬＴ厚さが、（λを単位にして）１．７６－２．５２ｅ－４×｛Ｖｓｕｂ＋４２１０－（－２．４３５ｅ－９θ^６＋１．１０３ｅ－６θ^５－１．７１９ｅ－４θ^４+１．１４５ｅ－２θ^３－４．２２９ｅ－１θ^２＋９．７６５θ＋４．１０３ｅ＋３）｝－０．５０×ＴＳｉＯ_２未満であり、ここで、
－ Ｖｓｕｂは、（毎秒メートル（ｍ／ｓ）で表して）基板中の速度であり、
－ θは、（度で表して）ＬＴカット角であり、
－ ＴＳｉＯ_２は、（λを単位にして）ＳｉＯ_２厚さであり、
－ 圧電厚さが、０．０５λよりも大きく、
－ ＳｉＯ_２厚さが、０．１λ未満であり、
－ 圧電層が、単結晶（堆積膜ではない）であり、
－ 非半導体基板が、ウェハ（堆積膜ではない）から作製される、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を含む表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス。
－ 基板上のＳＡＷフィルタまたはＳＡＷデュプレクサ。

本開示の好ましい実施形態に対する改良形態及び修正形態を当業者なら認識するであろう。そのような改良形態及び修正形態はすべて、本明細書において開示される概念の範囲及び次の特許請求の範囲内にあると見なされる。

Claims (8)

1. 非半導体支持基板、
   前記非半導体支持基板の表面上の圧電層、及び
   前記非半導体支持基板とは反対側の前記圧電層の表面上の少なくとも１つの櫛形トランスデューサ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＩＤＴ）
   を備えた誘導表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）デバイスであって、前記圧電層の厚さ、前記圧電層のＳＡＷ速度、及び前記非半導体支持基板の音響速度は、前記誘導ＳＡＷデバイスの共振周波数を上回るスプリアスモードの周波数が、前記スプリアスモードが抑制されるように前記誘導ＳＡＷデバイスのバルク波カットオフ周波数を上回るようになっており、
   前記圧電層の前記厚さが、スプリアスモードを抑制する前記圧電層の規定の最大厚さ未満であり、前記圧電層の前記規定の最大厚さが、前記圧電層の前記ＳＡＷ速度と、前記非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度との両方の関数であり、
   前記非半導体支持基板と前記圧電層との間に誘電体層が存在せず、
   前記圧電層が、タンタル酸リチウム（ＬＴ）を備え、
   前記圧電層の前記規定の最大厚さが、λを単位にして、
   

   

   
   であり、ここでＶ_ｓｕｂは毎秒メートルで表して前記非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度であり、Ｖ_{ｐｉｅｚｏ}は毎秒メートルで表して前記圧電層の前記ＳＡＷ速度である、
   前記誘導表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス。
2. 前記圧電層が、タンタル酸リチウムを含む、請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。
3. 前記非半導体支持基板と前記圧電層との間に誘電体層が存在せず、
   前記圧電層が、回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｔａｎｔａｌａｔｅ：ＬＴ）を含み、
   前記圧電層の前記規定の最大厚さが、λを単位にして、
   

   

   
   であり、ここでＶ_ｓｕｂは毎秒メートルで表して前記非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度であり、θは度で表して前記回転ＹカットＸ伝搬タンタル酸リチウムのカット角である、
   請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。
4. 前記圧電層の前記厚さが、λの０．１倍よりも大きく、ここでλは前記誘導ＳＡＷデバイスの前記共振周波数の波長であり、前記非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度が毎秒６，９８４メートル未満である、請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。
5. 前記非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度が毎秒６，０００メートル未満である、請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。
6. 前記非半導体支持基板の伝搬方向における最遅音響モードの速度が毎秒５，４００メートル未満である、請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。
7. 前記圧電層が、単結晶である、請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。
8. 前記非半導体支持基板が、ウェハから作製されている、請求項１に記載の誘導ＳＡＷデバイス。

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