JPH11261369A - Surface acoustic wave device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface acoustic wave device which has an optimum crystal cut angle of LGN(La3 Ga5.5 Nb0.5 O14 crystal) expected to have properties superior to those of a piezoelectric material and an optimum propagation direction of a surface acoustic wave. SOLUTION: This device has a langasite structure and is constituted by providing interdigital excitation electrode (IDT electrode) 2a (input side) and 2b (output side) for exciting a surface acoustic wave on a cut surface 1a of a substrate 1 made of oxide single crystal containing at least lanthanum, gallium, and VA-group elements. In this case, the cut angle of the substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave meet the equations in Eulerian angle representation (ϕ, θ, ψ) ϕ=a1+60 deg.×b1, θ=a2+180 deg.×b2, and ψ=a3+180 deg.×b3, where 45 deg. <=a1<=55 deg., 115 deg.<=a2<=135 deg., 30 deg.<=a3<=50 deg., and b1, b2, and b3 are integers.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ランガサイト構造
を有するランタン−ガリウム−ＶＡ族元素系酸化物単結
晶を基板材料として用いた弾性表面波装置に関するもの
である。The present invention relates to a surface acoustic wave device using a lanthanum-gallium-VA group element oxide single crystal having a langasite structure as a substrate material.

【０００２】[0002]

【従来技術とその課題】従来より、弾性表面波を発生さ
せる励振電極を圧電基板上に設けた弾性表面波装置が知
られているが、現在、この弾性表面波装置の基板材料と
して、水晶，ニオブ酸リチウム，タンタル酸リチウム等
の単結晶が実用化されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a surface acoustic wave device in which an excitation electrode for generating a surface acoustic wave is provided on a piezoelectric substrate has been known. Single crystals such as lithium niobate and lithium tantalate have been put to practical use.

【０００３】これら単結晶材料のうち、水晶は温度変化
に対する特性の変化が小さいので、携帯電話等のフィル
タ，レゾネータなどに好適に用いられているが、通過帯
域幅が小さいという欠点を有している。[0003] Of these single crystal materials, quartz has a small change in characteristics with respect to temperature change, and thus is suitably used for filters, resonators and the like of mobile phones, etc., but has the drawback of having a small pass bandwidth. I have.

【０００４】一方、ニオブ酸リチウム，タンタル酸リチ
ウムの単結晶は、いずれも通過帯域幅が大きいという利
点を有しており、携帯電話やＶＴＲ等のフィルタなどに
好適に用いられているものの、温度変化に対する特性変
化（帯域周波数の変化）が大きいという欠点を有してい
る。[0004] On the other hand, single crystals of lithium niobate and lithium tantalate have the advantage of having a large pass band width, and although they are suitably used for filters of cellular phones, VTRs, etc. There is a disadvantage that the characteristic change (change of the band frequency) with respect to the change is large.

【０００５】また、上記材料の欠点を補う材料として、
四ほう酸リチウム単結晶が知られているが、四ほう酸リ
チウム単結晶は、この材料に特有な潮解性の問題等によ
り、気密封止が必要となり、それに伴う大型化とコスト
アップとから実用量産に適するものではなく、また、フ
ィルタ特性の要求を十分満足するものではない。Further, as a material for compensating for the disadvantages of the above materials,
Lithium tetraborate single crystals are known, but lithium tetraborate single crystals must be hermetically sealed due to problems such as deliquescence inherent to this material. It is not suitable and does not sufficiently satisfy the requirements for filter characteristics.

【０００６】近年、上記要求を全て満たす材料、すなわ
ち、圧電材料の性能評価として用いられる電気機械結合
係数（ｋ² ）が大きく、かつ群遅延時間温度係数（ＴＣ
Ｄ）が小さいカット面，伝搬方向を有するとともに、潮
解性等の問題のない安定した材料として、ランガサイト
（Ｌａ₃ Ｇａ₅ ＳｉＯ₁₄）が注目されている（例えば、
Ｈ．ｓａｔｏｈ ａｎｄ Ａ．Ｍｏｒｉ：Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３６（１９９７）ｐｐ．
３０７１−３０６３等を参照）。In recent years, a material that satisfies all of the above requirements, that is, a large electromechanical coupling coefficient (k ² ) used for evaluating the performance of a piezoelectric material, and a group delay time temperature coefficient (TC)
Langasite (La ₃ Ga ₅ SiO ₁₄ ) has attracted attention as a stable material having a small cut surface and propagation direction with no problem of deliquescent (D).
H. satoh and A. Mori: Jpn. J.
Appl. Phys. Vol. 36 (1997) pp.
3071-3063).

【０００７】さらに最近では、このランガサイトと同様
な結晶構造を有するＬａ₃ Ｇａ_5.5Ｎｂ_0.5 Ｏ₁₄単結晶
（以下、ＬＧＮと略記する）が圧電材料として注目され
ており、ＴＣＤが水晶並みに小さく、しかもｋ² が上記
ランガサイトより大きいものとして大いに期待されてい
る。[0007] More recently, a single crystal of La ₃ Ga _5.5 Nb _0.5 O ₁₄ (hereinafter abbreviated as LGN) having a crystal structure similar to this langasite has attracted attention as a piezoelectric material, and has a TCD as small as quartz. Moreover, it is highly expected that k ² is larger than the above-mentioned langasite.

【０００８】しかしながら、これまで上記ＬＧＮの最適
な結晶カット角、および弾性表面波の伝搬方向に関して
は報告が無く不明のままであった。However, there has been no report on the optimum crystal cut angle of the above-mentioned LGN and the propagation direction of the surface acoustic wave, and it has been unknown.

【０００９】そこで本発明は、従来の圧電材料より優れ
た性質を有するものとして期待されているＬＧＮの最適
な結晶カット角、および弾性表面波の伝搬方向を備えた
弾性表面波装置を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention provides a surface acoustic wave device having an optimum crystal cut angle of LGN and a propagation direction of surface acoustic waves, which are expected to have properties superior to conventional piezoelectric materials. With the goal.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明者等は実際に育成し実験的に確認した、ラ
ンガサイト構造を有し、少なくともランタン，ガリウ
ム，及びＶＡ族元素（バナジウム，ニオブ，タンタル）
を含有する酸化物単結晶、特に、Ｌａ₃ Ｇａ_5.5Ｎｂ
_0.5 Ｏ₁₄単結晶（ＬＧＮ）の特性値に基づいて行ったコ
ンピュータシミュレーション及び実験により、電気機械
結合係数，群遅延時間温度係数等の基本特性値が最適と
なるカット面、および弾性表面波の伝搬方向を探索し
た。Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present inventors have actually grown and experimentally confirmed, have a langasite structure, and have at least a lanthanum, gallium, and group VA element ( Vanadium, niobium, tantalum)
Oxide single crystal containing, in particular, La ₃ Ga _5.5 Nb
Computer simulations and experiments performed on the basis of the characteristic values of _0.5 O ₁₄ single crystal (LGN) show that the cut surface at which the basic characteristic values such as the electromechanical coupling coefficient and the group delay time temperature coefficient are optimal, and the propagation of surface acoustic waves I searched for directions.

【００１１】そして、実際に作製したランタン−ガリウ
ム−ＶＡ族元素系酸化物単結晶から成る基板上に、弾性
表面波を発生させる励振電極を形成した弾性表面波装置
において、基板のカット角，弾性表面波が伝搬する方向
を、右手系オイラー角表示（φ，θ，ψ）で、φ＝ａ１
＋６０°×ｂ１、θ＝ａ２＋１８０°×ｂ２、ψ＝ａ３
＋１８０°×ｂ３（ただし、４５°≦ａ１≦５５°、１
１５°≦ａ２≦１３５°、３０°≦ａ３≦５０°、ｂ
１，ｂ２，ｂ３はそれぞれ整数とする。）、または、φ
＝ｃ１＋６０°×ｄ１、θ＝ｃ２＋１８０°×ｄ２、ψ
＝ｃ３＋１８０°×ｄ３、（ただし、−５°＜ｃ１≦５
°、１３０°≦ｃ２≦１６０°、２０°≦ｃ３≦４０
°、ｄ１，ｄ２，ｄ３は整数）を満足するものが、最適
なカット面及び伝搬方向を有することを見出した。In a surface acoustic wave device in which an excitation electrode for generating a surface acoustic wave is formed on a substrate made of a lanthanum-gallium-VA group oxide based single crystal, the cut angle of the substrate, The direction in which the surface wave propagates is represented by a right-handed Euler angle display (φ, θ, ψ), where φ = a1
+ 60 ° × b1, θ = a2 + 180 ° × b2, ψ = a3
+ 180 ° × b3 (however, 45 ° ≦ a1 ≦ 55 °, 1
15 ° ≦ a2 ≦ 135 °, 30 ° ≦ a3 ≦ 50 °, b
1, 1 and 2 are integers. ) Or φ
= C1 + 60 ° × d1, θ = c2 + 180 ° × d2, ψ
= C3 + 180 ° × d3, where -5 ° <c1 ≦ 5
°, 130 ° ≦ c2 ≦ 160 °, 20 ° ≦ c3 ≦ 40
°, d1, d2, and d3 are integers) were found to have optimal cut surfaces and propagation directions.

【００１２】さらに、発生させる弾性表面波をレイリー
波とすれば、小型化を実現する上でも最適である。Furthermore, if the surface acoustic wave to be generated is a Rayleigh wave, it is most suitable for realizing miniaturization.

【００１３】なお、図１に示すように結晶軸をＸ，Ｙ，
Ｚとし、弾性表面波の伝搬方向をａ、基板に垂直な方向
をｃとし、ａおよびｃに垂直な方向をｂとした場合に表
示した（φ，θ，ψ）をオイラー角表示という。ただ
し、特にＸ軸を＜１１・０＞方向と定義する。また、上
記オイラー角表示は、空間群Ｐ３２１のＬＧＮの対称性
や弾性表面波に対する周期性等を考慮して、上述したよ
うに種々の値をとりうる。As shown in FIG. 1, the crystal axes are X, Y,
(Φ, θ, ψ) displayed when Z is Z, the propagation direction of the surface acoustic wave is a, the direction perpendicular to the substrate is c, and the direction perpendicular to a and c is b, is referred to as Euler angle display. However, the X axis is particularly defined as the <11.0> direction. Further, the Euler angle display can take various values as described above in consideration of the symmetry of the LGN of the space group P321, the periodicity with respect to the surface acoustic wave, and the like.

【００１４】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００１５】ランガサイト構造を有し、少なくともラン
タン，ガリウム，及びＶＡ族元素（バナジウム，ニオ
ブ，タンタルの内、１種以上）を含有する酸化物単結晶
である、例えば、Ｌａ₃ Ｇａ_5.5 Ｎｂ_0.5 Ｏ₁₄単結晶
（ＬＧＮ）は、高周波加熱方式あるいは抵抗加熱方式の
単結晶育成炉内において、単結晶の原料（Ｌａ₂ Ｏ₃ ，
Ｇａ₂ Ｏ₃ ，およびＮｂ₂ Ｏ₅ の混合物、あるいはＬａ
₃ Ｇａ_5.5 Ｎｂ_0.5 Ｏ₁₄等）を入れた坩堝を所定温度に
加熱することにより、原料を溶融し、この融液に種子結
晶を浸し、この種子結晶を融液に対して所定の回転数、
引き上げ速度で結晶の育成を行う。An oxide single crystal having a langasite structure and containing at least lanthanum, gallium, and a group VA element (at least one of vanadium, niobium, and tantalum), for example, La ₃ Ga _5.5 Nb _0.5 The O ₁₄ single crystal (LGN) is converted into a single crystal raw material (La ₂ O ₃ ,
A mixture of Ga ₂ O ₃ and Nb ₂ O ₅ , or La
_The raw material is melted by heating a crucible containing ₃ Ga _5.5 Nb _0.5 O ₁₄ ) to a predetermined temperature, a seed crystal is immersed in the melt, and the seed crystal is rotated at a predetermined rotation speed with respect to the melt.
The crystal is grown at the pulling speed.

【００１６】次に、弾性表面波装置を作製するには、上
記のようにして得た育成単結晶からオイラー角表示
（φ，θ，ψ）で、の基板〔φ＝ａ１＋６０°×ｂ
１、θ＝ａ２＋１８０°×ｂ２（ただし、４５°≦ａ１
≦５５°、１１５°≦ａ２≦１３５°、ｂ１，ｂ２はそ
れぞれ整数とする。）のカット面を有する〕、または、
の基板〔φ＝ｃ１＋６０°（度）×ｄ１、θ＝ｃ２＋
１８０°×ｄ２、（ただし、−５°＜ｃ１≦５°、１３
０°≦ｃ２≦１６０°、ｄ１，ｄ２は整数）のカット面
を有する〕を切り出し、鏡面研磨を行い、この基板上に
弾性表面波が伝搬する方向、すなわち、の基板ではψ
＝３０°〜５０°、の基板ではψ＝２０°〜４０°に
一致するように励振電極を形成して、例えば図２に示す
ような伝搬型の弾性表面波装置Ｓを作製する。Next, in order to fabricate a surface acoustic wave device, the substrate [φ = a1 + 60 ° × b] is obtained from the grown single crystal obtained as described above in Euler angles (φ, θ, ψ).
1, θ = a2 + 180 ° × b2 (45 ° ≦ a1
≤ 55 °, 115 ° ≤ a2 ≤ 135 °, and b1 and b2 are integers. )), Or
[Φ = c1 + 60 ° (degrees) × d1, θ = c2 +
180 ° × d2 (however, −5 ° <c1 ≦ 5 °, 13
0 ° ≦ c2 ≦ 160 °, where d1 and d2 are integers) are cut out and mirror-polished, and the direction in which surface acoustic waves propagate on this substrate, that is, ψ
In the case of a substrate having an angle of 30 ° to 50 °, excitation electrodes are formed so as to coincide with ψ = 20 ° to 40 °, and a propagation type surface acoustic wave device S as shown in FIG.

【００１７】基板１のカット面１ａ上にアルミニウム，
チタン，ニッケル，金等、及びこれらの合金の金属を真
空蒸着法により被着形成した後、リフトオフ法および／
またはエッチング法により、弾性表面波を励振するため
の櫛歯状の励振電極（ＩＤＴ電極）２ａ（入力側），２
ｂ（出力側）を形成する。なお、図中Ａは入力側の励振
電極に交流信号を入力するための電源であり、Ｂは電気
信号を検出するための検出器である。On the cut surface 1a of the substrate 1, aluminum,
Titanium, nickel, gold, and the like, and metals of these alloys are deposited and formed by vacuum evaporation, and then lift-off and / or
Alternatively, a comb-like excitation electrode (IDT electrode) 2a (input side), 2 for exciting a surface acoustic wave by an etching method.
b (output side) is formed. In the figure, A is a power supply for inputting an AC signal to the excitation electrode on the input side, and B is a detector for detecting an electric signal.

【００１８】ここで、φ，θ，およびψを上記角度に決
定したのは、コンピュータシミュレーションとそれによ
って得られた伝搬方位を試作により確認し、上記範囲の
基板面の結晶方位および伝搬方向が、バンドパスフィル
タとしての基本特性が最も良好であったからである。Here, φ, θ, and ψ were determined to be the above-mentioned angles because the computer simulation and the propagation direction obtained by the simulation were confirmed by trial production, and the crystal orientation and the propagation direction of the substrate surface in the above range were determined as follows. This is because the basic characteristics as the bandpass filter were the best.

【００１９】このコンピュータシミュレーションの解析
方法は、上記のようにして育成した単結晶の物性値を用
い、さらにＣａｍｂｅｌｌ等の方法（例えば、Ｊ．Ｊ．
Ｃａｍｂｅｌｌ ｅｔ ａｌ：ＩＥＥＥ．Ｔｒａｎｓ．
Ｓｏｎｉｃｓ．Ｕｌｔｒａｓｏｎ．１５（１９６８）２
０９を参照）を用いて行った。なお、パラメータとして
は、ｃ定数（Ｎ／ｍ² ），ｅ定数（Ｃ／ｍ² ），比誘電
率，線膨張係数，密度（Ｋｇ／ｍ³ ），およびそれらの
一次温度係数（／℃），二次温度係数（／℃²）を使用
した。This computer simulation analysis method uses the physical property values of the single crystal grown as described above, and further uses a method such as Cambell (for example, JJ.
Cambell et al: IEEE. Trans.
Sonics. Ultrason. 15 (1968) 2
09). The parameters are c constant (N / m ² ), e constant (C / m ² ), relative permittivity, coefficient of linear expansion, density (Kg / m ³ ), and their primary temperature coefficient (/ ° C.). , Secondary temperature coefficient (/ ° C ² ).

【００２０】上記コンピュータシミュレーションの結果
によれば、の基板では、図３〜図４に示すように、電
気機械結合係数（ｋ² ）が大きく、しかも室温における
群遅延時間温度係数（ＴＣＤ）も約０℃／ｐｐｍである
カット面，弾性表面波の伝搬方向は、（φ，θ，ψ）＝
（４５°〜５５°＋６０°×ｂ１，１１５°〜１３５
°＋１８０°×ｂ２，３０°〜５０°＋１８０°×ｂ
３）であることが判明した。なお、ｂ１〜ｂ３は整数で
ある。According to the results of the above computer simulation, the substrate has a large electromechanical coupling coefficient (k ² ) and a group delay time temperature coefficient (TCD) at room temperature, as shown in FIGS. The propagation direction of the cut surface and the surface acoustic wave at 0 ° C./ppm is (φ, θ, ψ) =
(45 ° -55 ° + 60 ° × b1, 115 ° -135
° + 180 ° × b2, 30 ° -50 ° + 180 ° × b
3) was found. Note that b1 to b3 are integers.

【００２１】また、図３に示す結果によれば、ψが４０
°前後の場合で、ＴＣＤがほぼ零となるφは４５°〜５
５°、θは１１２°〜１３５°であり、また、図４に示
す結果によれば、ψが４０°前後の場合で、ｋ² が０．
８０％以上となるφは４１°〜５６°、θは１１５〜１
３２°であった。なお、ｋ² は高い値ほどよいが、この
基準値を０．８０％としたのは、実用化されているタン
タル酸リチウム単結晶や四ホウ酸リチウム単結晶におけ
るｋ² のほぼ下限が０．８０％程度だからである。Also, according to the results shown in FIG.
In the case of around °, φ at which TCD becomes almost zero is 45 ° to 5 °.
5 °, theta is 112 ° to 135 °, also, according to the results shown in FIG. 4, when ψ is of about 40 °, k ² is 0.
Φ of 80% or more is 41 ° to 56 °, θ is 115 to 1
32 °. The higher the value of k ² , the better. However, the reason why the reference value is set to 0.80% is that the lower limit of k ^{2 in} a lithium tantalate single crystal or a lithium tetraborate single crystal that is practically used is approximately 0.1%. This is because it is about 80%.

【００２２】なお、上記オイラー角表示は、空間群Ｐ３
２１のＬＧＮの対称性や弾性表面波に対する周期性等に
より上記各数値をとりうる。すなわち、φ＝５０°＝１
１０°＝１７０°＝２３０°＝２９０°＝３５０°およ
びθ＝１２５°＝３０５°は、それぞれ同等の角度とし
て扱える。The above Euler angle display is based on the space group P3
The above numerical values can be taken according to the symmetry of the LGN 21 and the periodicity of the surface acoustic waves. That is, φ = 50 ° = 1
10 ° = 170 ° = 230 ° = 290 ° = 350 ° and θ = 125 ° = 305 ° can be treated as equivalent angles.

【００２３】上記のように作製した弾性表面波装置につ
いて、ｋ² ，ＴＣＤの測定を行い、バンドパスフィルタ
として良好な伝搬方向の実測を行なったところ、上記シ
ミュレーション結果ときわめて整合性のよい結果が得ら
れた。また、Ｌａ₃ Ｇａ_5.5Ｎｂ_0.5 Ｏ₁₄単結晶は、そ
の弾性表面波の速度が平均２７００ｍ／秒程度で比較的
小さく、低周波フィルタとして用いる場合に小型化が可
能となり、バンドパスフィルタとして好適に使用可能で
ある。With respect to the surface acoustic wave device manufactured as described above, k ² and TCD were measured, and a good measurement of the propagation direction was performed as a band-pass filter. Obtained. Further, the La ₃ Ga _5.5 Nb _0.5 O ₁₄ single crystal has a relatively small surface acoustic wave speed of about 2700 m / sec on average, and can be miniaturized when used as a low-frequency filter, and is suitably used as a band-pass filter. Can be used.

【００２４】上記の基板では、図５〜図７に示すよう
に、電気機械結合係数（ｋ² ）が大きく、しかも室温に
おける群遅延時間温度係数（ＴＣＤ）もほぼ零であるカ
ット面，弾性表面波の伝搬方向は、（φ，θ，ψ）で、
φ＝ｃ１＋６０°×ｄ１、θ＝ｃ２＋１８０°×ｄ２、
ψ＝ｃ３＋１８０°×ｄ３、（ただし、−５°＜ｃ１≦
５°、１３０°≦ｃ２≦１６０°、２０°≦ｃ３≦４０
°、ｄ１，ｄ２，ｄ３は整数）であることが判明した。In the above substrate, as shown in FIGS. 5 to 7, a cut surface and an elastic surface having a large electromechanical coupling coefficient (k ² ) and a substantially zero group delay time temperature coefficient (TCD) at room temperature. The wave propagation direction is (φ, θ, ψ),
φ = c1 + 60 ° × d1, θ = c2 + 180 ° × d2,
ψ = c3 + 180 ° × d3 (however, −5 ° <c1 ≦
5 °, 130 ° ≦ c2 ≦ 160 °, 20 ° ≦ c3 ≦ 40
°, d1, d2, and d3 are integers).

【００２５】また、図５〜図７に示すφ＝０°の場合の
結果を例にとれば、θ＝１３０°〜１４５°でかつψ＝
２０°〜３５°の場合では、ＴＣＤが０±５ｐｐｍ／℃
と小さく、θ＝１３０°〜１６０°かつψ＝２０°〜４
０°の場合では、水晶の２倍以上のｋ² であり、θ＝１
３０°〜１６０°かつψ＝１９〜５５°の場合では、Ｐ
ＦＡ（Power Flow Angle）が０°±５°の実用角が求め
られた。Also, taking as an example the results for φ = 0 ° shown in FIGS. 5 to 7, θ = 130 ° to 145 ° and ψ =
In the case of 20 ° to 35 °, TCD is 0 ± 5 ppm / ° C.
And θ = 130 ° to 160 ° and ψ = 20 ° to 4
In the case of 0 °, k ² is twice or more that of quartz, and θ = 1
In the case of 30 ° to 160 ° and ψ = 19 to 55 °, P
A practical angle of FA (Power Flow Angle) of 0 ° ± 5 ° was required.

【００２６】なお、ＰＦＡはＩＤＴ電極の設計による表
面波の伝搬方向と実際の伝搬方向が、結晶構造による指
向性からズレるために生じる角度をいうもので、実用的
には５°以内にする必要がある。The PFA refers to an angle generated between the direction of propagation of the surface wave by the design of the IDT electrode and the actual direction of propagation from the directivity due to the crystal structure. There is.

【００２７】上記方位を総合的に勘案し、ＴＣＤが零に
近く、ｋ² が０．３％以上あり、さらに、ＰＦＡが零に
近い基板方位は（φ，θ，ψ）で、φ＝ｃ１＋６０°×
ｄ１、θ＝ｃ２＋１８０°×ｄ２、ψ＝ｃ３＋１８０°
×ｄ３、（ただし、−５°＜ｃ１≦５°、１３０°≦ｃ
２≦１６０°、２０°≦ｃ３≦４０°、ｄ１，ｄ２，ｄ
３は整数）である。さらにφ＝−２°〜２°、θ＝１３
０°〜１４０°、ψ＝２０°〜３０°の場合には、ＴＣ
Ｄが±２°以内、ｋ² が０．４％〜０．７％、ＰＦＡが
±２°以内、弾性表面波の速度が２６１０ｍ／秒〜２６
６０ｍ／秒であり、より好適な特性が得られた。Taking the above orientation into consideration, the substrate orientation where TCD is close to zero, k ² is 0.3% or more, and PFA is close to zero is (φ, θ, ψ), and φ = c1 + 60. ° x
d1, θ = c2 + 180 ° × d2, ψ = c3 + 180 °
× d3, (−5 ° <c1 ≦ 5 °, 130 ° ≦ c
2 ≦ 160 °, 20 ° ≦ c3 ≦ 40 °, d1, d2, d
3 is an integer). Φ = −2 ° to 2 °, θ = 13
When 0 ° to 140 ° and ψ = 20 ° to 30 °, TC
D is ± 2 ° less, k ² is 0.4% to 0.7%, PFA is ± 2 ° within the velocity of the surface acoustic wave 2610M / sec to 26
60 m / sec, and more preferable characteristics were obtained.

【００２８】なお、上記オイラー角表示は、空間群Ｐ３
２１のＬＧＮの対称性や弾性表面波に対する周期性等に
より上記各数値をとりうる。すなわち、例えばφ＝−５
〜５°＝５５〜６５°＝１１５〜１２５°＝１７５〜１
８５°＝２３５〜２４５°＝２９５〜３０５°およびθ
＝１３０〜１６０°＝３１０〜３４０°は、それぞれ同
等の角度として扱える。The above Euler angle display is based on the space group P3
The above numerical values can be taken according to the symmetry of the LGN 21 and the periodicity of the surface acoustic waves. That is, for example, φ = −5
-5 ° = 55-65 ° = 115-125 ° = 175-1
85 ° = 235-245 ° = 295-305 ° and θ
= 130 to 160 ° = 310 to 340 ° can be treated as equivalent angles.

【００２９】上記のように作製した弾性表面波装置につ
いて、ｋ² ，ＴＣＤの測定を行い、バンドパスフィルタ
として良好な伝搬方向の実測を行なったところ、上記シ
ミュレーション結果ときわめて整合性のよい結果が得ら
れた。また、Ｌａ₃ Ｇａ_5.5Ｎｂ_0.5 Ｏ₁₄単結晶は、図
８に示すように、弾性表面波（レイリー波）の速度が２
６００ｍ／秒〜２７００ｍ／秒程度で、水晶の表面波速
度３１５０ｍ／秒と比較して小さく、低周波フィルタと
して用いる場合に小型化が可能となり、バンドパスフィ
ルタとして好適に使用可能である。ここで、ＬＧＮと水
晶から同じ周波数のフィルターを作製した場合、電極指
幅は表面波速度に比例するため、ＩＤＴ部分の面積で約
１５％の小型化が可能となる。さらに、ｋ² や誘電率が
水晶と比べ大きいことも小型化に寄与するため更なる小
型化が期待できる。With respect to the surface acoustic wave device manufactured as described above, k ² and TCD were measured, and a good measurement of the propagation direction was performed as a band-pass filter. Obtained. As shown in FIG. 8, the La ₃ Ga _5.5 Nb _0.5 O ₁₄ single crystal has a surface acoustic wave (Rayleigh wave) velocity of 2
It is about 600 m / sec to about 2700 m / sec, which is smaller than the surface wave velocity of quartz of 3150 m / sec, and can be reduced in size when used as a low frequency filter, and can be suitably used as a band pass filter. Here, when a filter having the same frequency is manufactured from LGN and quartz, the electrode finger width is proportional to the surface wave velocity, so that the size of the IDT portion can be reduced by about 15%. Furthermore, the fact that k ² and the dielectric constant are larger than those of quartz also contributes to miniaturization, so that further miniaturization can be expected.

【００３０】なお、弾性表面波装置は上記の伝搬型だけ
でなく共振器型など各種タイプのフィルタや振動子等に
適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適
宜変更し実施が可能である。また、組成についても、主
にランタン−ガリウム−ＶＡ族元素系の酸化物単結晶で
あれば、ＬＧＮと同様な効果が期待できる。The surface acoustic wave device can be applied not only to the above-described propagation type but also to various types of filters and resonators such as a resonator type, and can be appropriately modified and implemented without departing from the gist of the present invention. It is possible. Regarding the composition, if the oxide single crystal is mainly a lanthanum-gallium-VA group element oxide, the same effect as LGN can be expected.

【００３１】[0031]

【実施例】次に、本発明のより具体的な実施例について
説明する。 〔例１〕調和組成比に混合されたＬａ₃ Ｇａ_5.5 Ｎｂ
_0.5 Ｏ₁₄単結晶の原料２５００ｇを、内径φ１００ｍ
ｍ、高さ９０ｍｍのＩｒ製坩堝に充填し、高周波式単結
晶育成炉にて、ＡｒとＯ₂ の量比Ａｒ：Ｏ₂ が９０：１
０となるように調整した雰囲気ガスを流しながら、上記
原料を約１５００℃で融解した後、この融液面に種子結
晶を接触させて単結晶を成長させた。Next, more specific embodiments of the present invention will be described. [Example 1] La ₃ Ga _5.5 Nb mixed in a harmonic composition ratio
2500 g of a raw material of _0.5 O ₁₄ single crystal, inner diameter φ100 m
m, was filled into Ir crucible height 90 mm, at a high frequency type single crystal growth furnace, the amount ratio of Ar and O ₂ Ar: O ₂ is 90: 1
The raw material was melted at about 1500 ° C. while flowing an atmosphere gas adjusted to be 0, and a seed crystal was brought into contact with the melt surface to grow a single crystal.

【００３２】次に、この育成結晶から上記コンピュータ
シミュレーションで得た最適なカット面、すなわち図１
に示すオイラー角表示でφ＝０°，θ＝１４５°，ψの
面が得られるように切り出し、鏡面研磨を行って、図２
に模式的に示すように、基板１上に電極指幅約８μm 、
入力側電極１ａの電極指本数２８０本、出力側電極１ｂ
の電極指本数６０本からなる励振電極等を所定の方向と
なるように形成して、伝搬型の弾性表面波装置Ｓを作製
した。なお、Ａは交流電源、Ｂは電流検出器である。Next, the optimum cut surface obtained from the grown crystal by the computer simulation, that is, FIG.
2 is cut out so that a surface of φ = 0 °, θ = 145 °, and 得 can be obtained by the Euler angle display shown in FIG.
As schematically shown in FIG.
280 electrode fingers of input side electrode 1a, output side electrode 1b
An excitation electrode having 60 electrode fingers was formed so as to be in a predetermined direction, and a propagation type surface acoustic wave device S was manufactured. A is an AC power supply, and B is a current detector.

【００３３】なお、上記励振電極はアルミニウムを真空
蒸着法により厚み約３５００Åに被着形成後、リフトオ
フ法により櫛形状に形成したものである。The excitation electrode is formed by depositing aluminum to a thickness of about 3500 ° by a vacuum evaporation method and then forming it in a comb shape by a lift-off method.

【００３４】次に、上述のように作製した弾性表面波装
置について、ＴＣＤ，ｋ² を求めた。Next, TCD, k ² was determined for the surface acoustic wave device manufactured as described above.

【００３５】ここで、ＴＣＤの測定は中心周波数（ここ
では、約４７ＭＧＨz とした）の温度に対する変化率か
ら、また、ｋ² はネットワークアナライザを用いて、次
式より算出した。Here, the TCD was calculated from the rate of change of the center frequency (here, about 47 MGHz) with respect to the temperature, and k ² was calculated from the following equation using a network analyzer.

【００３６】 ＴＣＤ（ｐｐｍ／℃）＝α−（∂Ｖ₀ ／∂Ｔ）Ｖ_OT 〔ｐｐｍ／℃〕 ・・・ （１） ｋ² ＝２×（Ｖ_O −Ｖ_m ）／Ｖ_O ×１００ 〔％〕 ・・・ （２） ただし、上記αは伝搬方向の線膨張係数、Ｖ_O は基板表
面が電気的に開放状態の場合の伝搬速度、Ｖ_m は基板表
面が電気的に短絡状態の場合の伝搬速度、Ｖ_OTは２５℃
のときの伝搬速度である。TCD (ppm / ° C.) = Α− (ΔV ₀ / ΔT) V _OT [ppm / ° C.] (1) k ² = 2 × (V _O −V _m ) / V _O × 100 [%] (2) where α is the coefficient of linear expansion in the propagation direction, V _O is the propagation velocity when the substrate surface is in an electrically open state, and V _m is the propagation speed when the substrate surface is in an electrically short state. Speed, V _OT is 25 ° C
Is the propagation speed at the time of

【００３７】この測定の結果、オイラー角表示（φ，
θ，ψ）で、φ＝０°，θ＝１４５°，ψ＝２０°で表
される伝搬方向の弾性表面波装置のＴＣＤ，ｋ² ，ＰＦ
Ａは、それぞれほぼ０（ｐｐｍ／℃），０．８（％），
０．２度となり、非常に良好な結果を得ることができ
た。As a result of this measurement, the Euler angle display (φ,
TCD, k ² , PF of the surface acoustic wave device in the propagation direction represented by φ = 0 °, θ = 145 °, and ψ = 20 °
A is approximately 0 (ppm / ° C.), 0.8 (%),
It was 0.2 degrees, and a very good result could be obtained.

【００３８】〔例２〕次に、Ｌａ₃ Ｇａ_5.5 Ｎｂ_X Ｔａ
_0.5-X Ｏ₁₄で表される化学式において、ｘを０．２５と
０とした組成比に混合された単結晶用原料２５００ｇを
それぞれ用意し、内径φ１００ｍｍ、高さ９０ｍｍのＩ
ｒ製坩堝に充填し、高周波式単結晶育成炉にて、Ａｒと
Ｏ₂ の量比Ａｒ：Ｏ₂ が９０：１０となるように調整し
た雰囲気ガスを流しながら、上記原料を融点以上の約１
５５０℃で融解した後、この融液面に種子結晶を接触さ
せて単結晶を成長させた。Example 2 Next, La ₃ Ga _5.5 Nb _X Ta
_{In the} chemical formula represented by _0.5-X O ₁₄ , 2500 g of a single crystal raw material mixed in a composition ratio where x is 0.25 and 0 is prepared, and each of I is 100 mm in inner diameter and 90 mm in height.
was filled in r crucible at a high frequency type single crystal growth furnace, the amount ratio of Ar and O ₂ Ar: while O ₂ is flushed with adjusted atmosphere gas such that the 90:10, about the raw material of higher melting point 1
After melting at 550 ° C., a single crystal was grown by bringing a seed crystal into contact with the melt surface.

【００３９】次に、この育成結晶から上記コンピュータ
シミュレーションで得た最適なカット面、すなわち図１
に示すオイラー角表示でφ＝０°，θ＝１４５°，ψの
面が得られるように切り出し、例１と同じの伝搬型の弾
性表面波装置Ｓを作製した。なお、電極材料，構造，厚
みなどの条件もすべて例１と同様とした。Next, the optimum cut plane obtained from the grown crystal by the computer simulation, ie, FIG.
Then, a surface of φ = 0 °, θ = 145 °, and 作 製 was obtained by the Euler angle display shown in FIG. The conditions such as the electrode material, structure and thickness were all the same as in Example 1.

【００４０】次に、作製した弾性表面波装置について、
ＴＣＤ，ｋ² を例１と同一の手法を用いて求めた。Next, regarding the manufactured surface acoustic wave device,
TCD, k ² was determined using the same method as in Example 1.

【００４１】この測定の結果、オイラー角表示（φ，
θ，ψ）で、φ＝０°，θ＝１４５°，ψ＝２０°で表
される伝搬方向の特性は、表１に示す通りとなり、非常
に良好な結果を得ることができた。As a result of this measurement, the Euler angle display (φ,
θ, ψ), the characteristics in the propagation direction represented by φ = 0 °, θ = 145 °, ψ = 20 ° are as shown in Table 1, and very good results were obtained.

【００４２】[0042]

【表１】 [Table 1]

【００４３】本結果によれば、Ｎｂと同族元素であるＴ
ａに置換した場合の効果は大きく変らないことをしめし
ており、それはＮｂやＴａが単結晶全体に対して添加さ
れる比率が低いことやＮｂとＴａが価数や化学特性的に
類似した性質を持っているためと考えられる。According to this result, Tb, which is a homologous element to Nb,
This indicates that the effect of substitution with a does not change much, such as a low ratio of Nb or Ta added to the entire single crystal, or a property that Nb and Ta have similar valences and chemical properties. It is thought to have.

【００４４】〔例３〕調和組成比に混合されたＬａ₃ Ｇ
ａ_5.5 Ｎｂ_0.5 Ｏ₁₄単結晶の原料２５００ｇを例１と同
様にして単結晶を成長させた。Example 3 La ₃ G mixed to a harmonic composition ratio
In the same manner as in Example 1, a single crystal was grown from 2500 g of a _5.5 Nb _0.5 O ₁₄ single crystal raw material.

【００４５】次に、この結晶からカット面、すなわち図
１に示すようなオイラー角表示でφ＝２０°，θ＝３５
°，ψの面が得られるよう切り出して鏡面研磨を行い、
例１と同様にして、基板上に電極指幅約８μm 、入力側
電極指本数２８０本、出力側電極指本数６０本からなる
励振電極等を形成して、伝搬型の弾性表面波装置を作製
した。励振電極は例１と同様にアルミニウムを真空蒸着
法により厚み約３５００Åに被着形成後、リフトオフ法
により櫛形状に形成したものである。Next, from this crystal, a cut plane, that is, φ = 20 ° and θ = 35 in Euler angle display as shown in FIG.
Cut and mirror-polished to obtain ° and 面 faces,
In the same manner as in Example 1, an excitation electrode having a width of about 8 μm, a number of input electrode fingers of 280, and a number of output electrode fingers of 60 are formed on a substrate to produce a propagation type surface acoustic wave device. did. The excitation electrode was formed by depositing aluminum to a thickness of about 3500 ° by a vacuum deposition method and forming a comb shape by a lift-off method as in Example 1.

【００４６】次に、上記弾性表面波装置について、例１
と同様にしてＴＣＤ，ｋ² を求めた。すなわち、ＴＣＤ
の測定は中心周波数の温度に対する変化率から、またｋ
² はネットワークアナライザを用いて上記式（１）、
（２）より算出した。Next, with respect to the above surface acoustic wave device, Example 1
The TCD, k ² was determined in the same manner as described above. That is, TCD
Is determined from the rate of change of the center frequency with respect to temperature and k
² is the above equation (1) using a network analyzer,
It was calculated from (2).

【００４７】この測定の結果、オイラー角表示でφ＝２
０°，θ＝３５°，ψ＝４０°で表される伝搬方向の弾
性表面波装置のＴＣＤ、ｋ² は、それぞれほぼ０（ｐｐ
ｍ／℃），０．８５（％）となった。As a result of this measurement, φ = 2 in Euler angle display
0 °, θ = 35 °, TCD of [psi = 40 ° propagation direction of a surface acoustic wave device represented by, k ² are respectively approximately 0 (pp
m / ° C), 0.85 (%).

【００４８】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性表面
波装置によれば、最適なカット面の基板上に励振電極を
形成したので、群遅延時間温度係数（ＴＣＤ）が非常に
小さく、電気機械結合係数（ｋ² ）が非常に大きく、し
かもパワーフロー角（ＰＦＡ）の小さな優れた基板を有
する弾性表面波装置を提供することができる。As described above, according to the surface acoustic wave device of the present invention, the group delay time temperature coefficient (TCD) is very small because the excitation electrode is formed on the substrate having the optimal cut surface. It is possible to provide a surface acoustic wave device having an excellent substrate having a very large electromechanical coupling coefficient (k ² ) and a small power flow angle (PFA).

【００４９】また、ランガサイト構造を有し、少なくと
もランタン，ガリウム，及びＶＡ族元素を含有する酸化
物単結晶は、弾性表面波の速度が比較的小さく、低周波
フィルタとして用いる場合に、従来の装置より大幅な小
型化が可能となり、特に、バンドパスフィルタとして優
れた弾性表面波装置を提供することができる。Further, an oxide single crystal having a langasite structure and containing at least lanthanum, gallium, and a group VA element has a relatively low surface acoustic wave velocity, so that when it is used as a low frequency filter, It is possible to significantly reduce the size of the device, and it is possible to provide a surface acoustic wave device which is particularly excellent as a bandpass filter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】オイラー角表示を説明するための摸式図であ
る。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining Euler angle display.

【図２】本発明に係る弾性表面波装置を摸式的に示した
斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a surface acoustic wave device according to the present invention.

【図３】ψ＝４０°の場合のｋ² とカット面との関係を
表すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between k ² and a cut plane when ψ = 40 °.

【図４】ψ＝４０°の場合のＴＣＤとカット面との関係
を表すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a TCD and a cut surface when ψ = 40 °.

【図５】φ＝０°の場合のＴＣＤとカット面との関係を
表すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a TCD and a cut surface when φ = 0 °.

【図６】φ＝０°の場合のｋ² とカット面との関係を表
すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between k ² and a cut plane when φ = 0 °.

【図７】φ＝０°の場合のＰＦＡとカット面との関係を
表すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a relationship between PFA and a cut surface when φ = 0 °.

【図８】φ＝０°の場合のＴＣＤとカット面との関係を
表すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a relationship between a TCD and a cut surface when φ = 0 °.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１：基板 １ａ：カット面 ２ａ，２ｂ：励振電極 Ｓ：弾性表面波装置 1: substrate 1a: cut surface 2a, 2b: excitation electrode S: surface acoustic wave device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 貴之 京都府相楽郡精華町光台３丁目５番地 京 セラ株式会社中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takayuki Shimizu 3-5 Koikodai, Seika-cho, Soraku-gun, Kyoto Pref.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ランガサイト構造を有し、少なくともラ
ンタン，ガリウム，及びＶＡ族元素を含有する酸化物単
結晶から成る基板上に、弾性表面波を励振する励振電極
を設けて成る弾性表面波装置であって、前記基板のカッ
ト角および弾性表面波の伝搬方向が、オイラー角表示
（φ，θ，ψ）において、下記式を満足することを特徴
とする弾性表面波装置。 φ＝ａ１＋６０°×ｂ１、 θ＝ａ２＋１８０°×ｂ２、 ψ＝ａ３＋１８０°×ｂ３、 （ただし、４５°≦ａ１≦５５°、１１５°≦ａ２≦１
３５°、３０°≦ａ３≦５０°、ｂ１，ｂ２，ｂ３はそ
れぞれ整数とする。）1. A surface acoustic wave device comprising a substrate made of an oxide single crystal having a langasite structure and containing at least lanthanum, gallium, and a group VA element, and provided with an excitation electrode for exciting a surface acoustic wave. The surface acoustic wave device wherein the cut angle of the substrate and the propagation direction of the surface acoustic wave satisfy the following expression in Euler angle representation (φ, θ, ψ). φ = a1 + 60 ° × b1, θ = a2 + 180 ° × b2, ψ = a3 + 180 ° × b3, (however, 45 ° ≦ a1 ≦ 55 °, 115 ° ≦ a2 ≦ 1
35 °, 30 ° ≦ a3 ≦ 50 °, and b1, b2, and b3 are each integers. ) 【請求項２】 前記オイラー角表示（φ，θ，ψ）にお
いて、下記式を満足することを特徴とする請求項１に記
載の弾性表面波装置。 φ＝ｃ１＋６０°×ｄ１、 θ＝ｃ２＋１８０°×ｄ２、 ψ＝ｃ３＋１８０°×ｄ３、 （ただし、−５°＜ｃ１≦５°、１３０°≦ｃ２≦１６
０°、２０°≦ｃ３≦４０°、ｄ１，ｄ２，ｄ３はそれ
ぞれ整数とする。）2. The surface acoustic wave device according to claim 1, wherein the following expression is satisfied in the Euler angle display (φ, θ, ψ). φ = c1 + 60 ° × d1, θ = c2 + 180 ° × d2, ψ = c3 + 180 ° × d3, (however, −5 ° <c1 ≦ 5 °, 130 ° ≦ c2 ≦ 16
0 °, 20 ° ≦ c3 ≦ 40 °, and d1, d2, and d3 are each integers. )