WO2012086639A1 - 弾性波装置及びその製造方法 - Google Patents

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俊介 木戸
英樹 岩本
神藤　始
宗久 渡辺
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an elastic wave device used for a resonator, a bandpass filter, and the like, and a manufacturing method thereof, and more specifically, an elastic wave having a structure in which another material is laminated between a support substrate and a piezoelectric layer.
  • the present invention relates to an apparatus and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a surface acoustic wave device in which a hard dielectric layer, a piezoelectric film, and an IDT electrode are laminated in this order on a dielectric substrate.
  • the acoustic velocity of the surface acoustic wave is increased by disposing a hard dielectric layer between the dielectric substrate and the piezoelectric film. Accordingly, the surface acoustic wave device can be increased in frequency.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which an equipotential layer is provided between the hard dielectric layer and the piezoelectric film.
  • the equipotential layer is made of metal or semiconductor.
  • the equipotential layer is provided in order to equalize the potential at the interface between the piezoelectric film and the hard dielectric layer.
  • An object of the present invention is to provide an elastic wave device having a high Q value and a manufacturing method thereof.
  • An elastic wave device having a piezoelectric film according to the present invention is laminated on a high sound speed support substrate having a high bulk wave sound speed propagating from the acoustic wave sound speed propagating through the piezoelectric film, and the high sound speed support substrate.
  • the elastic wave device having a piezoelectric film according to the present invention is characterized in that a part of the energy of the elastic wave propagating through the piezoelectric film is distributed in the low acoustic velocity film and the high acoustic velocity supporting substrate.
  • An elastic wave device having a piezoelectric film according to the present invention includes a support substrate, a high sound velocity film formed on the support substrate, and having a higher bulk wave sound velocity propagating from the elastic wave sound velocity propagating through the piezoelectric film; A low-velocity film having a low bulk wave sound velocity propagating from the bulk wave sound velocity propagating through the piezoelectric film, a piezoelectric film laminated on the low-sonic film, An IDT electrode formed on one surface of the piezoelectric film.
  • the elastic wave device having a piezoelectric film according to the present invention is characterized in that a part of the energy of the elastic wave propagating through the piezoelectric film is distributed in the low sound velocity film and the high sound velocity film.
  • the low sound velocity film is made of silicon oxide or a film mainly composed of silicon oxide.
  • the absolute value of the frequency temperature coefficient TCF can be reduced.
  • the electromechanical coupling coefficient can be increased and the specific band can be expanded. That is, it is possible to simultaneously improve the temperature characteristics and expand the specific band.
  • the thickness of the piezoelectric film is set to 1.5 ⁇ or less when the wavelength of the elastic wave determined by the electrode period of the IDT electrode is ⁇ .
  • the electromechanical coupling coefficient can be easily adjusted by selecting the thickness of the piezoelectric film within a range of 1.5 ⁇ or less.
  • the thickness of the piezoelectric film ranges from 0.05 ⁇ to 0.5 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the elastic wave determined by the electrode period of the IDT electrode.
  • the electromechanical coupling coefficient can be easily adjusted in a wide range.
  • the film thickness of the low acoustic velocity film is 2 ⁇ or less, where ⁇ is the wavelength of the acoustic wave determined by the electrode period of the IDT electrode.
  • the electromechanical coupling coefficient can be easily adjusted by selecting the film thickness of the low acoustic velocity film within a range of 2 ⁇ or less.
  • the warp of the acoustic wave device due to the film stress of the low acoustic velocity film is reduced. Therefore, it is possible to provide a high-quality elastic wave device that can increase the degree of design freedom and is easy to handle.
  • the piezoelectric film is made of single crystal lithium tantalate having an Euler angle (0 ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ), and an Euler angle (0 ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ) is within one of the plurality of regions R1 shown in FIG.
  • the electromechanical coupling coefficient of the SH component of the elastic wave can be 2% or more. Therefore, the electromechanical coupling coefficient can be sufficiently increased.
  • the piezoelectric film is made of single crystal lithium tantalate having an Euler angle (0 ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ), and an Euler angle (0 ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ) is within one of the plurality of regions R2 shown in FIG.
  • the linear expansion coefficient of the support substrate is smaller than the linear expansion coefficient of the piezoelectric film. In this case, the temperature characteristics can be further improved.
  • the specific acoustic impedance of the low-sonic film is smaller than the specific acoustic impedance of the piezoelectric film.
  • the specific band can be further expanded.
  • a dielectric film is formed on the piezoelectric film and the IDT electrode, and a surface acoustic wave propagates through the piezoelectric film.
  • a dielectric film is formed on the piezoelectric film and the IDT electrode, and an elastic boundary wave is formed between the piezoelectric film and the dielectric film. Propagates.
  • an adhesive layer, a base film, a low sound velocity layer, and at least one boundary of the piezoelectric film, the low sound velocity film, the high sound velocity film, and the support substrate, At least one of the high sound velocity layers is formed.
  • the method for manufacturing an acoustic wave device includes a step of preparing a support substrate, and a high acoustic velocity film having a higher bulk acoustic wave velocity than an acoustic wave velocity propagating through a piezoelectric body is formed on the support substrate. Forming a low sound velocity film having a lower bulk wave sound velocity propagating than the bulk wave sound velocity propagating through the piezoelectric body, and forming a piezoelectric layer on the low sound velocity film; And a step of forming an IDT electrode on one surface of the piezoelectric layer.
  • the steps of forming the high sound velocity film, the low sound velocity film, and the piezoelectric layer on the support substrate include the following steps (a) to (e): Is provided.
  • (A) A step of ion implantation from one surface of a piezoelectric substrate having a thickness greater than that of the piezoelectric layer.
  • the piezoelectric film laminated on the low-sonic velocity film is heated to increase the piezoelectricity.
  • a step of recovering is further provided. In this case, since the piezoelectricity of the piezoelectric film can be recovered by heating, an elastic wave device having good characteristics can be provided.
  • the step of mirror-finishing the surface of the high-sonic film opposite to the low-sonic film is further performed prior to joining the support substrate. Is provided. In this case, the bonding between the high sound velocity film and the support substrate can be strengthened.
  • the Q value can be increased. Therefore, it is possible to provide an elastic wave device having a high Q value.
  • the manufacturing method of the present invention it is possible to provide the elastic wave device of the present invention having a high Q value.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing an electrode structure thereof.
  • FIG. 2 is a diagram showing impedance characteristics of the surface acoustic wave devices of the first embodiment, the first comparative example, and the second comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram showing an impedance Smith chart of the surface acoustic wave devices of the first embodiment, the first comparative example, and the second comparative example.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams showing simulation results at the IDT electrode portion regarding the state of AlN film thickness and energy concentration in the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention. is there.
  • FIG. 1A is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a schematic plan view showing an electrode structure thereof.
  • FIG. 2 is
  • FIG. 5 is a diagram showing the result of FEM simulation of the impedance characteristics of the surface acoustic wave device of the first embodiment and the surface acoustic wave devices of the first and second comparative examples.
  • FIG. 6 is a diagram showing the result of simulation by FEM of the relationship between the Q value and the frequency in the surface acoustic wave devices of the first embodiment and the first and second comparative examples.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 in the surface acoustic wave device of the present invention, the sound velocity, and the normalized film thickness of the low sound velocity film made of SiO 2 .
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 in the surface acoustic wave device of the present invention, the normalized film thickness of the low acoustic velocity film made of SiO 2 , and the electromechanical coupling coefficient.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 in the surface acoustic wave device of the present invention, the normalized film thickness of the low acoustic velocity film made of SiO 2 , and TCV.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 in the surface acoustic wave device of the present invention, the normalized film thickness of the low acoustic velocity film made of SiO 2 , and TCV.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 in the surface acoustic wave device of the present invention, the normalized film thickness of the low acoustic velocity film made of SiO 2 , and the ratio band.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the specific band BW and the TCF in the surface acoustic wave devices of the third comparative example to the fifth comparative example.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio band, the frequency temperature coefficient TCV, and the normalized film thickness of the low acoustic velocity film made of SiO 2 in the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the specific band BW and the TCF in the surface acoustic wave devices of the third comparative example to the fifth comparative example.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio band, the frequency temperature coefficient TCV, and the normalized film
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 in the surface acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention and the sound speed at the resonance point and the sound speed at the antiresonance point.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 and the specific band in the surface acoustic wave device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the normalized film thickness of the SiO 2 film and the material of the high sound velocity film in the surface acoustic wave device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the normalized film thickness of the SiO 2 film, the electromechanical coupling coefficient, and the material of the high-sonic film in the surface acoustic wave device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows a surface acoustic wave mode mainly composed of a U2 (SH) mode in a LiTaO 3 film having an Euler angle (0 ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ) in a surface acoustic wave device according to a fourth embodiment of the present invention. It is a figure which shows several area
  • FIGS. 18 shows a surface acoustic wave mode electric machine whose main component is a U2 mode in a LiTaO 3 film having an Euler angle (0 ⁇ 5 °, ⁇ , ⁇ ) in a surface acoustic wave device according to a fourth embodiment of the present invention. It is a figure which shows several area
  • 19 (a) to 19 (c) are diagrams showing the relationship between the specific acoustic impedance of the low acoustic velocity film and the specific band in the surface acoustic wave device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • 20 (a) to 20 (c) are diagrams showing the relationship between the intrinsic acoustic impedance of the low acoustic velocity film and the acoustic velocity of the surface acoustic wave in the surface acoustic wave device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • 21 (a) to 21 (e) are front sectional views for explaining a method of manufacturing the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 (a) to 22 (c) are front sectional views for explaining the method of manufacturing the surface acoustic wave device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the thickness of the SiO 2 film and the Q max value when the thickness of the piezoelectric thin film is changed in the surface acoustic wave device according to the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device as an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a schematic front sectional view of a boundary acoustic wave device according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 29 is a schematic front sectional view of a boundary acoustic wave device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 (a) is a schematic front sectional view of a surface acoustic wave device as a first embodiment of the present invention.
  • the surface acoustic wave device 1 has a support substrate 2. On the support substrate 2, a high sound velocity film 3 having a relatively high sound velocity is laminated. On the high sound velocity film 3, a low sound velocity film 4 having a relatively low sound velocity is laminated. A piezoelectric film 5 is laminated on the low acoustic velocity film 4. An IDT electrode 6 is laminated on the upper surface of the piezoelectric film 5. The IDT electrode 6 may be laminated on the lower surface of the piezoelectric film 5.
  • the support substrate 2 can be made of an appropriate material as long as it can support a laminated structure including the high sound velocity film 3, the low sound velocity film 4, the piezoelectric film 5, and the IDT electrode 6.
  • Such materials include sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, quartz and other piezoelectric materials, alumina, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, steatite, forsterite, etc.
  • Various ceramics, dielectrics such as glass, semiconductors such as silicon and gallium nitride, resin substrates, and the like can be used.
  • the support substrate 2 is made of glass.
  • the high sound velocity film 3 functions so that the surface acoustic wave is confined in the portion where the piezoelectric film 5 and the low sound velocity film 4 are laminated, and does not leak into the structure below the high sound velocity film 3.
  • the high acoustic velocity film 3 is made of aluminum nitride.
  • aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxynitride, DLC film or diamond a medium mainly composed of the above materials, and a medium mainly composed of a mixture of the above materials.
  • Various high sound speed materials such as can be used.
  • the film thickness of the high acoustic velocity film 3 is thicker, more than 0.5 times the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave, Is preferably 1.5 times or more.
  • the high acoustic velocity film refers to a membrane in which the acoustic velocity of the bulk wave in the high acoustic velocity film is higher than the acoustic wave of the surface wave and boundary wave propagating through the piezoelectric film 5.
  • the low sound velocity film is a film in which the sound velocity of the bulk wave in the low sound velocity film is lower than the bulk wave propagating through the piezoelectric film 5.
  • elastic waves of various modes with different sound speeds are excited from an IDT electrode having a certain structure. The elastic wave propagating through the piezoelectric film 5 is used to obtain characteristics of a filter and a resonator. The elastic wave of a specific mode is shown.
  • the bulk wave mode that determines the sound velocity of the bulk wave is defined according to the use mode of the elastic wave propagating through the piezoelectric film 5.
  • the high acoustic velocity film 3 and the low acoustic velocity film 4 are isotropic with respect to the propagation direction of the bulk wave, the following Table 1 is obtained. That is, the high sound velocity and the low sound velocity are determined according to the right-axis bulk wave mode of Table 1 below with respect to the left-axis elastic wave main mode of Table 1 below.
  • the P wave is a longitudinal wave
  • the S wave is a transverse wave.
  • U1 means a P wave as a main component
  • U2 means an SH wave as a main component
  • U3 means an elastic wave whose main component is an SV wave.
  • the bulk wave mode for determining the high acoustic velocity and the low acoustic velocity is determined as shown in Table 2 below.
  • the slower one of the SH wave and the SV wave is called a slow transverse wave
  • the faster one is called a fast transverse wave.
  • the slower transverse wave depends on the anisotropy of the material.
  • the SV wave has a slow transverse wave
  • the SH wave has a fast transverse wave among bulk waves.
  • the low sound velocity film 4 is made of silicon oxide, and its film thickness is 0.35 ⁇ , where ⁇ is the wavelength of the elastic wave determined by the electrode period of the IDT electrode.
  • an appropriate material having a bulk wave sound velocity lower than the bulk wave propagating through the piezoelectric film 5 can be used.
  • a medium mainly composed of the above materials such as silicon oxide, glass, silicon oxynitride, tantalum oxide, or a compound obtained by adding fluorine, carbon, or boron to silicon oxide can be used.
  • the low sound velocity film and the high sound velocity film are made of an appropriate dielectric material capable of realizing the high sound velocity and the low sound velocity determined as described above.
  • the piezoelectric film 5 in the present embodiment in LiTaO 3 namely Euler angles 38.5 ° Y-cut (0 °, 128.5 °, 0 °) consists LiTaO 3, the thickness of the electrode of the IDT 6 When the wavelength of the surface acoustic wave determined by the period is ⁇ , it is 0.25 ⁇ .
  • the piezoelectric film 5 may be formed of LiTaO 3 having another cut angle, or may be formed of a piezoelectric single crystal other than LiTaO 3 .
  • the IDT electrode 6 is made of Al in this embodiment.
  • the IDT electrode 6 can be formed of an appropriate metal material such as Al, Cu, Pt, Au, Ag, Ti, Ni, Cr, Mo, W, or an alloy mainly composed of any of these metals.
  • the IDT electrode 6 may have a structure in which a plurality of metal films made of these metals or alloys are stacked.
  • the electrode structure shown in FIG. 1B is formed on the piezoelectric film 5. That is, the IDT electrode 6 and the reflectors 7 and 8 disposed on both sides of the IDT electrode 6 in the surface acoustic wave electrode direction are formed. Thus, a 1-port surface acoustic wave resonator is configured.
  • the electrode structure including the IDT electrode in the present invention is not particularly limited, and can be modified to constitute a ladder filter, a longitudinally coupled filter, a lattice type filter, and a transversal type filter that combine appropriate resonators and resonators. .
  • the surface acoustic wave device 1 is characterized in that the high sound velocity film 3, the low sound velocity film 4, and the piezoelectric film 5 are laminated. Thereby, the Q value can be increased.
  • the reason for this is as follows.
  • the low acoustic velocity film 4 is disposed between the high acoustic velocity film 3 and the piezoelectric film 5, the acoustic velocity of the elastic wave is lowered.
  • the energy of an elastic wave is concentrated in a medium that is essentially a low sound velocity. Therefore, the effect of confining the elastic wave energy in the piezoelectric film 5 and the IDT in which the elastic wave is excited can be enhanced. Therefore, compared with the case where the low sound velocity film 4 is not provided, according to this embodiment, loss can be reduced and Q value can be raised.
  • the high acoustic velocity film 3 functions so as to confine the elastic wave in a portion where the piezoelectric film 5 and the low acoustic velocity film 4 are laminated so as not to leak into a structure below the high acoustic velocity film 3. That is, in the structure of the present application, the energy of the elastic wave of a specific mode used for obtaining the characteristics of the filter and the resonator is distributed throughout the piezoelectric film 5 and the low sonic film 4, and the low sonic film of the high sonic film 3 is used. It is distributed also to a part of the side and not distributed to the support substrate 2.
  • the mechanism for confining the elastic wave by the high-velocity film is the same as that of the Love wave type surface wave which is a non-leakage SH wave.
  • the mechanism is different from the confinement mechanism using a Bragg reflector with an acoustic multilayer film.
  • the low acoustic velocity film 4 is made of silicon oxide, the temperature characteristics can be improved.
  • the elastic constant of LiTaO 3 has a negative temperature characteristic, and silicon oxide has a positive temperature characteristic. Therefore, in the surface acoustic wave device 1, the absolute value of TCF can be reduced.
  • the intrinsic acoustic impedance of silicon oxide is smaller than the intrinsic acoustic impedance of LiTaO 3 . Therefore, both the increase of the electromechanical coupling coefficient, that is, the expansion of the specific band and the improvement of the frequency temperature characteristic can be achieved.
  • the electromechanical coupling coefficient can be adjusted within a wide range as will be described later. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • the surface acoustic wave device 1 of the first embodiment and the surface acoustic wave devices of the following first and second comparative examples were created.
  • First comparative example an electrode made of Al (thickness 0.08 ⁇ ) /38.5° Y-cut LiTaO 3 substrate in order from the top.
  • the electrode made of Al was formed on a LiTaO 3 substrate having a thickness of 350 ⁇ m.
  • Second comparative example Al electrode (thickness 0.08 ⁇ ) /38.5° Y-cut LiTaO 3 film thickness 0.5 ⁇ / aluminum nitride film (thickness 1.5 ⁇ ) / glass supporting substrate in order from the top.
  • the electrodes are those of the 1-port surface acoustic wave resonator structure shown in FIG.
  • the wavelength ⁇ of the surface acoustic wave determined by the electrode period of the IDT electrode was 2 ⁇ m.
  • the main mode of the surface acoustic wave propagating through the 38.5 ° Y-cut LiTaO 3 is the U2 mode, and the sound velocity is about 3950 m / sec.
  • the sound velocity of the bulk wave propagating through the rotated Y-cut LiTaO 3 is constant regardless of the rotation angle if it is on the Y-cut, the SV bulk wave (slow transverse wave) is 3367 m / sec, and the SH bulk wave (fast transverse wave). ) Is 4212 m / sec.
  • the aluminum nitride film in the first embodiment and the second comparative example is an isotropic film, and the acoustic velocity of the bulk wave (S wave) in the aluminum nitride film is 6000 m / sec.
  • the silicon oxide film as the low acoustic velocity film 4 created in the first embodiment is an isotropic film, and the acoustic velocity of the bulk wave (S wave) in silicon oxide is 3750 m / sec. Therefore, since the main mode of the surface wave propagating through the piezoelectric body is the U2 mode, the following condition is satisfied. (1) Bulk wave (S wave) sound velocity of high sound velocity film: 6000 m / sec> Sound velocity of main mode of surface wave (U2): 3950 m / sec, and (2) Bulk wave (S wave) sound velocity of low sound velocity film: 3750 m / sec ⁇ Bulk wave (SH) sound velocity propagating through piezoelectric film: 4212 m / sec
  • FIG. 2 shows impedance frequency characteristics of the surface acoustic wave devices of the first embodiment and the first and second comparative examples
  • FIG. 3 shows an impedance Smith chart.
  • Table 3 below shows the Q value at the resonance frequency, the Q value at the anti-resonance frequency, the specific bandwidth, and the resonance frequency of the surface acoustic wave devices of the first embodiment and the first and second comparative examples. TCF was determined by actual measurement.
  • the solid line shows the result of the first embodiment
  • the broken line shows the result of the second comparative example
  • the alternate long and short dash line shows the result of the first comparative example.
  • the ratio of the valleys and valleys is larger than that of the first comparative example.
  • the Yamatani ratio indicates the ratio of the impedance at the antiresonance frequency to the impedance at the resonance frequency, and a higher value can constitute a filter having a higher Q value and a smaller insertion loss.
  • the ratio of the valley and the valley is further increased as compared with the second comparative example.
  • the frequency difference between the resonance frequency and the anti-resonance frequency, that is, the ratio band can be increased according to the first embodiment as compared with the second comparative example.
  • the Q value at the resonance frequency can be increased as compared with the first comparative example and the second comparative example. It can be seen that the Q value at the frequency can be significantly increased. That is, since a 1-port surface acoustic wave resonator having a high Q value can be formed, it can be seen that a filter with a small insertion loss can be formed using the surface acoustic wave device 1. Further, the specific band was 3.2% in the first comparative example and 4.1% in the second comparative example. On the other hand, in the said 1st Embodiment, it turns out that it becomes 4.4%.
  • the alternate long and short dash line indicates the first embodiment
  • the broken line indicates the result of the first comparative example
  • the solid line indicates the result of the FEM simulation of the second comparative example.
  • the low sound velocity film 4 made of silicon oxide is replaced with the high sound velocity film 3 made of aluminum nitride.
  • the piezoelectric film 5 made of LiTaO 3 can be confirmed to increase the Q value.
  • the Q value can be increased by efficiently confining the surface acoustic wave energy in the piezoelectric film 5, the low acoustic velocity film 4, and the high acoustic velocity film 3 by forming the high acoustic velocity film 3. This is considered to be because the effect of suppressing the leakage of the surface acoustic wave energy to the outside of the IDT electrode can be enhanced by the formation.
  • the material constituting the piezoelectric film is the above 38.5 ° Y cut. It is not limited to LiTaO 3 . Similar effects can be obtained even when LiTaO 3 with other cut angles is used. Further, it is possible to obtain the same effect even in the case of using another piezoelectric single crystal, ZnO, such as LiNbO 3 other than LiTaO 3, a piezoelectric thin film such as AlN, the piezoelectric ceramic such as PZT.
  • the high acoustic velocity film 3 serves to confine most of the surface acoustic wave energy in the portion where the piezoelectric film 5 and the low acoustic velocity film 4 are laminated. Therefore, the aluminum nitride film may be a C-axis oriented anisotropic film, and is not limited to the aluminum nitride film, and the same effect can be obtained even when the materials that can form the various high sound velocity films 3 described above are used. Can be expected.
  • the silicon oxide of the low acoustic velocity film is not particularly limited as long as the acoustic velocity of the bulk wave is lower than the acoustic velocity of the bulk wave propagating through the piezoelectric film. Therefore, the material constituting the low acoustic velocity film 4 is not limited to silicon oxide. Therefore, the various materials illustrated as a material which can comprise the low-sonic-velocity film
  • the IDT electrode was an Al film having a thickness of 0.08 ⁇ .
  • the piezoelectric film was made of 38.5 ° Y-cut LiTaO 3 and had a thickness in the range of 0 to 3 ⁇ .
  • the low acoustic velocity film is made of silicon oxide and has a thickness of 0 to 2 ⁇ .
  • the high sound velocity film is made of aluminum oxide and has a thickness of 1.5 ⁇ .
  • the support substrate is made of alumina.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship among the film thickness of LiTaO 3 , the sound speed of the U2 mode that is the mode to be used, and the normalized film thickness of the silicon oxide film.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the film thickness of LiTaO 3 , the electromechanical coupling coefficient k 2 of the U2 mode that is the mode to be used, and the normalized film thickness of the silicon oxide film.
  • the normalized film thickness of the silicon oxide film is 0.0, that is, it is made of LiTaO 3 by forming the silicon oxide film as compared with the case where the silicon oxide film is not formed. It can be seen that there is little variation in sound speed over a wide range of the thickness of the piezoelectric film from 0.05 ⁇ to 0.5 ⁇ .
  • the silicon oxide film is formed, so that even if the LiTaO 3 film is as thin as 0.35 ⁇ or less, the silicon oxide film is not formed.
  • the electromechanical coupling coefficient k 2 can be seen to increase with 0.08 or more.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the LiTaO 3 film, the frequency temperature coefficient TCV, and the normalized film thickness of the silicon oxide film.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the film thickness of the LiTaO 3 film, the specific band, and the normalized film thickness of the silicon oxide film.
  • TCF TCV- ⁇ . ⁇ indicates a linear expansion coefficient in the propagation direction, and is about 16 ppm / ° C. in the case of LiTaO 3 .
  • the absolute value of TCV can be further reduced by forming the silicon oxide film as compared with the case where the silicon oxide film is not formed.
  • the specific band is adjusted by adjusting the film thickness of the silicon oxide film. I know you get.
  • the thickness of the silicon oxide film is greater than 2 ⁇ , stress is generated and the surface acoustic wave device is warped, which causes problems such as difficulty in handling. Therefore, the thickness of the silicon oxide film is preferably 2 ⁇ or less.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the ratio band and TCF in the following surface acoustic wave devices of third to fifth comparative examples as conventional surface acoustic wave devices.
  • Third comparative example electrode made of Al / stacked structure of 42 ° Y-cut LiTaO 3 , using SH waves.
  • Fourth comparative example Silicon oxide film / Cu electrode / stacked structure of 38.5 ° Y-cut LiTaO 3 substrate, using SH waves.
  • FIG. 12 shows the ratio band when the normalized film thickness of LiTaO 3 of the surface acoustic wave device is changed in the range of 0.1 to 0.5 ⁇ at each silicon oxide film thickness level of the second embodiment. It is a figure which shows the relationship between BW (%) and frequency temperature coefficient TCV.
  • BW %
  • TCV frequency temperature coefficient
  • the specific bandwidth is wide and the temperature characteristics are good. It can be seen that an acoustic wave device can be provided.
  • the linear expansion coefficient of the support substrate 2 is preferably smaller than the linear expansion coefficient of the piezoelectric film 5. Thereby, expansion due to heat generated in the piezoelectric film 5 is restrained by the support substrate 2. Therefore, the frequency temperature characteristic of the acoustic wave device can be further improved.
  • FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams showing changes in sound velocity and specific band when the thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 is changed in the structure of the second embodiment.
  • the thickness of LiTaO 3 is 1.5 ⁇ or more, the sound speed and the specific band are not substantially changed. This is because the energy of the surface acoustic wave is confined in the piezoelectric film and is not distributed on the low sound velocity film 4 or the high sound velocity film 3 side. The effect of the film 3 is lost. Therefore, the thickness of the piezoelectric film is more preferably 1.5 ⁇ or less. Accordingly, it is considered that the energy of the surface acoustic wave can be sufficiently distributed in the low acoustic velocity film 4 and the Q value can be further increased.
  • the electromechanical coupling coefficient can be adjusted within a wide range by adjusting the thickness of the silicon oxide film and the thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 . Furthermore, it can be seen that when the thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 is in the range of 0.05 ⁇ to 0.5 ⁇ , the electromechanical coupling coefficient can be adjusted in a wider range. Therefore, the thickness of the piezoelectric film made of LiTaO 3 is preferably in the range of 0.05 ⁇ to 0.5 ⁇ .
  • the thickness of the silicon oxide film, that is, the low-sonic film is The electromechanical coupling coefficient can be freely adjusted by adjusting the thickness of the piezoelectric film. Therefore, the degree of freedom in design can be greatly increased. Accordingly, it is possible to easily satisfy various characteristics such as sound velocity, electromechanical coupling coefficient, frequency temperature characteristics, and spurious characteristics at the same time, and a surface acoustic wave device having desired characteristics can be easily provided.
  • the IDT electrode 6 has a laminated structure of 0.08 ⁇ -thick Al film / piezoelectric film 4 as a 0.25 ⁇ -thick LiTaO 3 film / low-speed film 4 as a silicon oxide film / high-speed film in a thickness range of 0 to 2 ⁇ .
  • As the high sound velocity film a silicon nitride film, an aluminum oxide film, and diamond were used.
  • the film thickness of the high acoustic velocity film 3 was 1.5 ⁇ .
  • 15 and 16 are diagrams showing the thickness of the silicon oxide film in the third embodiment, the sound velocity and the relationship between the electromechanical coupling coefficient k 2, respectively.
  • the speed of sound of the bulk wave (S wave) of the silicon nitride film is 6000 m / sec
  • the speed of sound of the bulk wave (S wave) in aluminum oxide is 6000 m / sec
  • the sound velocity of the bulk wave (S wave) in diamond is 12800 m / sec.
  • the electromechanical coupling coefficient is such that when the thickness of the silicon oxide film is 0.1 ⁇ or more, the thickness of the silicon oxide film is in the range of 0.1 ⁇ to 0.5 ⁇ regardless of the material of the high sound velocity film. It can be seen that there is almost no change within. Further, FIG. 15 shows that the sound speed does not change regardless of the material of the high sound speed film when the film thickness of the silicon oxide film is 0.3 ⁇ or more and 2 ⁇ or less.
  • the material of the high sound velocity film is not particularly limited as long as the above conditions are satisfied.
  • the laminated structure was IDT electrode 6 / piezoelectric film 5 / low sound velocity film 4 / high sound velocity film 3 / support substrate 2.
  • IDT electrode 6 Al having a thickness of 0.08 ⁇ was used.
  • LiTaO 3 having a thickness of 0.25 ⁇ was used as the piezoelectric film.
  • silicon oxide having a thickness of 0.35 ⁇ was used.
  • high acoustic velocity film 3 an aluminum nitride film having a thickness of 1.5 ⁇ was used. Glass was used as the support substrate 2.
  • Electromechanical coupling coefficients were determined by FEM for a number of surface acoustic wave devices having the above-described structure in which ⁇ and ⁇ of Euler angles (0 °, ⁇ , ⁇ ) of the piezoelectric film were changed.
  • the range of the electromechanical coupling coefficient k 2 modes mainly composed of U2 component (SH component) is 2% or more, was confirmed to be within the scope of a plurality of regions R1 shown in FIG. 17. The same result was obtained within the range of Euler angles (0 ° ⁇ 5, ⁇ , ⁇ ).
  • the electromechanical coupling coefficient of the surface acoustic wave mainly including the U3 component (SV component) was obtained by FEM.
  • the results are shown in FIG. In the range of a plurality of regions R2 shown in FIG. 18, the electromechanical coupling coefficient of the mode mainly composed of U2 (SH component) is 2% or more and the mode mainly composed of U3 component (SV component) is used.
  • the electromechanical coupling coefficient is 1% or less.
  • the electromechanical coupling coefficient of the U2 mode to be used is large and the electromechanical coupling coefficient of the U3 mode, which is spurious, can be reduced. Therefore, a bandpass filter having much better filter characteristics can be configured.
  • a surface acoustic wave device having the following configuration was simulated as the sixth embodiment.
  • Table 4 the characteristics of the surface wave mainly composed of the U2 component when the transverse acoustic velocity of the low acoustic velocity film and the natural acoustic impedance of the transverse velocity of the low acoustic velocity membrane are varied over 10 levels are finite. Simulated by the element method. It should be noted that the transverse sound velocity and the intrinsic acoustic impedance of the low sound velocity film changed the density and elastic constant of the low sound velocity film. Further, the material constants of the low acoustic velocity film not listed in Table 4 were all silicon oxide material constants.
  • 1.11E + 03 means 1.11 ⁇ 10 3 . That is, aE + b indicates a ⁇ 10 b .
  • the electrode structure was the same as that shown in FIG. 1B, and the surface acoustic wave device was a laminated structure of IDT electrode / piezoelectric film / low sound speed film / high sound speed film / support substrate.
  • the IDT electrode was an Al film having a thickness of 0.08 ⁇ .
  • the piezoelectric film is made of 40 ° Y-cut LiTaO 3 . When the thickness of this piezoelectric film was 0.1 ⁇ , 0.4 ⁇ , and 0.6 ⁇ , 10 levels shown in Table 4 were calculated.
  • the thickness of the low acoustic velocity film was set to 0.4 ⁇ .
  • the high sound velocity film is made of aluminum oxide and has a thickness of 1.5 ⁇ .
  • the support substrate is made of an alumina substrate.
  • FIGS. 19A to 19C are diagrams showing the relationship between the specific acoustic impedance of the low sound velocity film and the specific band in the sixth embodiment.
  • Each level in the figure shows the behavior when the transverse sound velocity of the low-speed film changes, and the specific band of each level is normalized by the specific band when the specific acoustic impedance of the piezoelectric film is the same as the specific acoustic impedance of the low-speed film.
  • the intrinsic acoustic impedance is represented by the product of the acoustic velocity of the bulk wave and the density of the medium.
  • the bulk wave of the piezoelectric film is an SH bulk wave
  • the acoustic velocity is 4212 m / s
  • the density is 7 Since it is .454 ⁇ 10 3 kg / m 3
  • the intrinsic acoustic impedance of the piezoelectric film is 3.14 ⁇ 10 7 N ⁇ s / m 3 .
  • the acoustic velocity of the bulk wave used when calculating the intrinsic acoustic impedance of the low acoustic velocity film and the piezoelectric membrane is as shown in Tables 1 and 2 with respect to the main mode of the surface acoustic wave on the left axis in Tables 1 and 2. Is determined by the bulk wave mode of the right axis.
  • FIGS. 20A to 20C are diagrams showing the relationship between the natural acoustic impedance of the transverse wave of the low acoustic velocity film and the acoustic velocity of the propagating surface acoustic wave in the sixth embodiment.
  • the specific band increases as the specific acoustic impedance of the low-speed film is smaller than the specific acoustic impedance of the piezoelectric film, regardless of the thickness of the piezoelectric film.
  • the inherent acoustic impedance of the low-velocity film is smaller than the intrinsic acoustic impedance of the piezoelectric film, so that the displacement of the piezoelectric film with respect to a certain stress becomes larger and generates a larger charge. It is because it is obtained.
  • the specific acoustic impedance of the low sound velocity film is the specific impedance of the piezoelectric film regardless of the vibration mode of the surface acoustic wave, the type of the piezoelectric film, or the type of the low speed film. If it is smaller, a surface acoustic wave device with a larger specific band can be obtained.
  • the IDT electrode 6, the piezoelectric film 5, the low acoustic velocity film 4, the high acoustic velocity film 3, and the support substrate 2 are laminated in this order from the top.
  • an adhesive layer such as Ti or NiCr, a base film, or an arbitrary medium may exist between the respective layers within a range in which the surface acoustic wave and boundary wave that propagates are not greatly affected.
  • a new high sound velocity film that is sufficiently thinner than the wavelength of the surface wave may be formed between the piezoelectric film 5 and the low sound velocity film 4, and the same effect can be obtained.
  • the surface acoustic wave energy mainly used is not distributed between the high acoustic velocity film 3 and the support substrate 2. Therefore, any medium may be formed with any thickness between the high acoustic velocity film 3 and the support substrate 2, and the same effect can be obtained.
  • the following seventh and eighth embodiments are embodiments of the surface acoustic wave device further including such a medium layer.
  • the medium layer 22 is laminated between the support substrate 2 and the high acoustic velocity film 3.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, the description of the first embodiment is incorporated. Therefore, in the surface acoustic wave device 21, the IDT electrode 6, the piezoelectric film 5, the low acoustic velocity film 4, the high acoustic velocity film 3, the medium layer 22, and the support substrate 2 are laminated in this order from the top.
  • the medium layer 22 any material such as a dielectric, a piezoelectric, a semiconductor, or a metal may be used. Even in this case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. However, when the medium layer 22 is made of metal, the specific band can be reduced. Therefore, for applications where the specific bandwidth is small, the medium layer 22 is preferably made of metal.
  • the medium layer 22 and the medium layer 24 are laminated between the support substrate 2 and the high acoustic velocity film 3. That is, the IDT electrode 6, the piezoelectric film 5, the low acoustic velocity film 4, the high acoustic velocity film 3, the medium layer 22, the medium layer 24, and the support substrate 2 are laminated in this order from the top. Except for the medium layer 22 and the medium layer 24, the configuration is the same as in the first embodiment.
  • the medium layers 22 and 24 may use any material such as dielectric, piezoelectric, semiconductor, or metal. Even in this case, the same effects as those of the surface acoustic wave device of the first embodiment can be obtained in the eighth embodiment.
  • the laminated structure composed of the piezoelectric film 5, the low acoustic velocity film 4, the high acoustic velocity film 3 and the medium layer 22 and the laminated structure composed of the medium layer 24 and the support substrate 2 are separately manufactured, and then both laminated structures are formed. Join. Thereafter, the IDT electrode 6 is formed on the piezoelectric film 5. Accordingly, the surface acoustic wave device according to the present embodiment can be obtained without depending on the manufacturing constraints when manufacturing each laminated structure. Therefore, the freedom degree of selection of the material which comprises each layer can be raised.
  • any joining method can be used for joining the two laminated structures.
  • various methods such as hydrophilic bonding, activation bonding, atomic diffusion bonding, metal diffusion bonding, anodic bonding, bonding with resin or SOG can be used.
  • the bonding interface between the two laminated structures is located on the opposite side of the piezoelectric film 5 from the high sound velocity film 3. Therefore, the bonding interface exists in a portion below the high acoustic velocity film 3 where the energy of the main surface acoustic wave used is not distributed. Therefore, the surface acoustic wave propagation characteristics are not affected by the quality of the joint interface. Therefore, stable and good resonance characteristics and filter characteristics can be obtained.
  • an IDT electrode 6, a piezoelectric film 5, a low acoustic velocity film 4, and a high acoustic velocity support substrate 33 that also functions as a high acoustic velocity film are laminated in this order from the top. That is, the high sound speed support substrate 33 serves as both the high sound speed film 3 and the support substrate 2 in the first embodiment. Therefore, the bulk sound velocity of the high sound velocity support substrate 33 is set to be higher than the sound velocity of the surface acoustic wave propagating through the piezoelectric film 5. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained. In addition, since the high sonic support substrate 33 serves as both the high sonic film and the support substrate, the number of components can be reduced.
  • the following structure is assumed as the surface acoustic wave device shown in the first embodiment, that is, the schematic front sectional view of FIG.
  • a support substrate made of a film / a SiO 2 film having a thickness of 0.3 ⁇ / alumina was laminated in this order.
  • the thickness of the LiTaO 3 film as the piezoelectric film was changed to 0.15 ⁇ , 0.20 ⁇ , 0.25 ⁇ , or 0.30 ⁇ .
  • the film thickness of the SiO 2 film as the low acoustic velocity film was changed in the range of 0 to 2 ⁇ .
  • the duty of the IDT electrode was 0.5, the electrode finger crossing width was 20 ⁇ , and the number of electrode fingers was 100 pairs.
  • a 1-port surface acoustic wave resonator was prepared in which an IDT electrode made of Al with a thickness of 0.1 ⁇ / a 38.5 ° Y-cut LiTaO 3 substrate was laminated in this order from the top. That is, in this comparative example, an electrode structure having an IDT electrode made of Al is formed on a 38.5 ° Y-cut LiTaO 3 substrate having a thickness of 350 ⁇ m.
  • the relationship between the Q value and the frequency was obtained by FEM simulation.
  • the largest Q value within the frequency range of the resonance frequency at which the impedance of the one-port resonator is minimized and the anti-resonance frequency at which the impedance is maximized was defined as the Q max value.
  • a larger Q max value indicates a lower loss.
  • FIG. 26 shows the relationship among the LiTaO 3 film thickness, the SiO 2 film thickness, and Q max in the above embodiment.
  • the acoustic wave device includes the high sound velocity film 3, the low sound velocity film 4, the piezoelectric film 5, and the IDT electrode 6 on the support substrate 2.
  • the method for manufacturing such an acoustic wave device is not particularly limited.
  • the elastic wave device 1 having a thin piezoelectric film can be easily obtained by using a manufacturing method using an ion implantation method described below. An embodiment of this manufacturing method will be described with reference to FIGS.
  • a piezoelectric substrate 5A is prepared.
  • the piezoelectric substrate 5A is made of LiTaO 3 .
  • Hydrogen ions are implanted from one side of the piezoelectric substrate 5A.
  • the ions to be implanted are not limited to hydrogen but helium or the like may be used.
  • the energy at the time of ion implantation is not particularly limited.
  • the energy is 107 KeV
  • the dose is 8 ⁇ 10 16 atoms / cm 2 .
  • an ion concentration distribution is generated in the thickness direction in the piezoelectric substrate 5A.
  • a portion having the highest ion concentration is indicated by a broken line in FIG.
  • the implanted ion high concentration portion 5a which is the portion having the highest ion concentration indicated by a broken line, when heated as described later, it is easily separated by stress.
  • a method of separating by such an implanted ion high concentration portion 5a is disclosed in JP-T-2002-534886.
  • the piezoelectric substrate 5A is separated at the implanted ion high concentration portion 5a to obtain the piezoelectric film 5.
  • the piezoelectric film 5 is a layer between the surface of the piezoelectric substrate where ion implantation is started from the implanted ion high concentration portion 5a.
  • the piezoelectric film 5 may be processed such as polishing. Therefore, the distance from the implanted ion high concentration portion 5a to the piezoelectric substrate surface on the ion implantation side may be the same as or slightly larger than the thickness of the finally formed piezoelectric film.
  • the low acoustic velocity film 4 is formed on the surface of the piezoelectric substrate 5A on which ion implantation has been performed. Note that a low-velocity film formed in advance may be bonded to the piezoelectric substrate 5A by a transfer method or the like.
  • the high sonic film 3 is formed on the surface of the low sonic film 4 opposite to the piezoelectric substrate 5A.
  • the high sonic film 3 may be bonded to the low sonic film 4 by a transfer method or the like regardless of the film forming method.
  • the exposed surface of the high sonic film 3, that is, the surface opposite to the low sonic film 4 is mirror-finished.
  • Mirror surface processing can reinforce the bonding strength between a support substrate and a high-speed film described later.
  • the support substrate 2 is bonded to the high sound velocity film 3.
  • a silicon oxide film is used according to the first embodiment.
  • an aluminum nitride film is used as the high sound velocity film 3.
  • the piezoelectric substrate portion 5b above the implanted ion high concentration portion 5a is separated from the piezoelectric substrate 5A.
  • the heating temperature in this case may be about 250 ° C. to 400 ° C.
  • the piezoelectric film 5 having a thickness of 500 nm is obtained by this heat separation.
  • a structure is obtained in which the piezoelectric film 5 is laminated on the low acoustic velocity film 4 as shown in FIG.
  • a heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. to 500 ° C. for about 3 hours. If necessary, the upper surface of the separated piezoelectric film 5 may be polished prior to this heat treatment.
  • an electrode including the IDT electrode 6 is formed.
  • the electrode forming method is not particularly limited, and can be performed by an appropriate method such as vapor deposition, plating, or sputtering.
  • the piezoelectric film 5 having an inclined Euler angle can be easily and uniformly formed by the above separation.
  • the IDT electrode 6 / piezoelectric film 5 / low sound velocity film 4 / high sound velocity film 3 / support substrate 2 are laminated in this order from the top.
  • the dielectric film 42 may be laminated so as to cover the IDT electrode 6.
  • FIG. 28 is a schematic front sectional view showing a boundary acoustic wave device 43 as a twelfth embodiment.
  • a boundary acoustic wave device 43 As a twelfth embodiment.
  • a low sound velocity film 4 / a high sound velocity film 3 / a support substrate 2 are laminated in order from the top.
  • This structure is the same as that of the first embodiment.
  • the IDT electrode 6 is formed on the interface between the piezoelectric film 5 and the dielectric 44 laminated on the piezoelectric film 5.
  • FIG. 29 is a schematic front sectional view of a so-called three-medium structure boundary acoustic wave device 45.
  • the IDT electrode 6 is formed at the interface between the piezoelectric film 5 and the dielectric film 46 in contrast to the structure in which the low sound velocity film 4 / high sound velocity film 3 / support substrate 2 are laminated below the piezoelectric film 5.
  • a dielectric 47 having a faster transverse wave speed than the dielectric 46 is laminated on the dielectric 46.
  • a so-called three-medium structure boundary acoustic wave device is configured.
  • the low acoustic velocity film 4 / the high acoustic velocity membrane 3 are disposed below the piezoelectric film 5 similarly to the surface acoustic wave device 1 of the first embodiment.

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Abstract

　高周波化に対応でき、かつＱ値を高め得る弾性波装置を提供する。　支持基板２上に、圧電膜５を伝搬する弾性波音速よりも伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜３が積層されており、高音速膜３上に、圧電膜５を伝搬するバルク波音速よりも伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜４が積層されており、低音速膜４上に上記圧電膜５が積層されており、圧電膜５の一方面にＩＤＴ電極６が積層されている弾性波装置１。

Description

弾性波装置及びその製造方法
　本発明は、共振子や帯域フィルタなどに用いられる弾性波装置及びその製造方法に関し、より詳細には、支持基板と圧電体層との間に他の材料が積層されている構造を有する弾性波装置及びその製造方法に関する。
　従来より、共振子や帯域フィルタとして、弾性波装置が広く用いられており、近年では、高周波化が求められている。下記の特許文献１には、誘電体基板上に、硬質誘電体層、圧電膜及びＩＤＴ電極をこの順序で積層してなる弾性表面波装置が開示されている。この弾性表面波装置では、硬質誘電体層を誘電体基板と圧電膜との間に配置することにより、弾性表面波の高音速化が図られている。それによって弾性表面波装置の高周波化が可能であるとされている。
　なお、特許文献１では、上記硬質誘電体層と、圧電膜との間に、等電位層を設けた構造も開示されている。等電位層は、金属または半導体からなる。等電位層は、圧電膜と硬質誘電体層との界面における電位を等電位化するために設けられている。
特開２００４－２８２２３２
　特許文献１に記載の弾性表面波装置では、硬質誘電体層の形成により高音速化が図られている。しかしながら、伝搬損失が少なからず存在し、弾性表面波を効果的に圧電薄膜中に閉じ込めることができていないため、弾性表面波装置のエネルギーが誘電体基板に漏れ、そのためＱ値を高めることができないという問題があった。
　本発明の目的は、Ｑ値の高い弾性波装置及びその製造方法を提供することにある。
　本発明に係る圧電膜を有する弾性波装置は、圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、高音速支持基板上に積層されており、圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、低音速膜上に積層された圧電膜と、圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備える。
　本発明に係る圧電膜を有する弾性波装置は、圧電膜を伝搬する弾性波のエネルギーの一部が、低音速膜および高音速支持基板中に分布することを特徴とする。
　本発明に係る圧電膜を有する弾性波装置は、支持基板と、前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、前記低音速膜上に積層された圧電膜と、前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備える。
　本発明に係る圧電膜を有する弾性波装置は、圧電膜を伝搬する弾性波のエネルギーの一部が、低音速膜および高音速膜中に分布することを特徴とする。
　本発明に係る弾性波装置のある特定の局面では、上記低音速膜が、酸化ケイ素、あるいは酸化ケイ素を主成分とする膜からなる。この場合には、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。また、電気機械結合係数を大きくすることができ、比帯域を拡大することができる。すなわち、温度特性の改善と、比帯域の拡大とを同時に実現することができる。
　本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記圧電膜の膜厚が、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、１．５λ以下とされている。この場合には、圧電膜の膜厚を１．５λ以下の範囲内で選択することにより、電気機械結合係数を容易に調整することができる。
　本発明に係る弾性波装置の他の特定の局面では、前記圧電膜の膜厚が、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、０．０５λ～０．５λの範囲内で選択することにより、広い範囲で電気機械結合係数を容易に調整できる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記低音速膜の膜厚が、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、２λ以下である。この場合には、低音速膜の膜厚を２λ以下の範囲内で選択することにより、電気機械結合係数を容易に調整することができる。また、低音速膜の膜応力による弾性波装置の反りが低減される。従って、設計の自由度を高めることができるとともに、取り扱いやすい高品質な弾性波装置を提供できる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電膜が、オイラー角（０±５°，θ，ψ）の単結晶タンタル酸リチウムからなり、オイラー角（０±５°，θ，ψ）が図１７に示す複数の領域Ｒ１のいずれかの範囲内にある。この場合には、弾性波のうちのＳＨ成分の電気機械結合係数を２％以上とすることができる。従って、電気機械結合係数を十分に高めることができる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電膜が、オイラー角（０±５°，θ，ψ）の単結晶タンタル酸リチウムからなり、オイラー角（０±５°，θ，ψ）が図１８に示す複数の領域Ｒ２のいずれかの範囲内にある。この場合には、使用するＳＨ成分の電気機械結合係数を高め、スプリアスとなるＳＶ波を効果的に抑制することができる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記支持基板の線膨張係数が、前記圧電膜の線膨張係数よりも小さい。この場合には、温度特性をより一層改善することができる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記低音速膜の固有音響インピーダンスが、前記圧電膜の固有音響インピーダンスよりも小さい。この場合には、さらに比帯域を拡大することができる。
　本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電膜および前記ＩＤＴ電極の上に誘電体膜が形成されており、前記圧電膜を弾性表面波が伝搬する。
　本発明に係る弾性波装置のさらに別の特定の局面では、前記圧電膜および前記ＩＤＴ電極の上に誘電体膜が形成されており、前記圧電膜と前記誘電体膜との境界を弾性境界波が伝搬する。
　本発明に係る弾性波装置のさらに他の特定の局面では、前記圧電膜および前記低音速膜および前記高音速膜および前記支持基板の少なくとも１つの境界に、密着層、下地膜、低音速層及び高音速層の内の少なくとも１つの層が形成されている。
　本発明に係る弾性波装置の製造方法は、支持基板を用意する工程と、前記支持基板上に、圧電体を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜を形成する工程と、前記高音速膜上に、圧電体を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜を形成する工程と、前記低音速膜上に、圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層の一方面にＩＤＴ電極を形成する工程とを備える。
　本発明に係る弾性波装置の製造方法のある特定の局面では、支持基板上に、高音速膜、低音速膜および圧電体層を形成する工程が、下記の（ａ）～（ｅ）の工程を備える。
　（ａ）前記圧電体層よりも厚みの厚い圧電基板の一方面からイオン注入する工程。
　（ｂ）前記イオン注入が行われた圧電基板の前記一方の面に低音速膜を形成する工程。
　（ｃ）前記低音速膜の前記圧電基板と反対側の面に高音速膜を形成する工程。
　（ｄ）前記高音速膜の前記低音速膜が積層されている側の面と反対側の面に支持基板を接合する工程。
　（ｅ）前記圧電基板を加熱しつつ、前記圧電基板の注入イオン濃度が最も高い高濃度イオン注入部分において、圧電膜と残りの圧電基板部分とを分離し、前記低音速膜側に圧電膜を残存させる工程。
　本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記残りの圧電基板部分を分離した後に、前記低音速膜上に積層されている前記圧電膜を加熱し、圧電性を回復させる工程がさらに備えられている。この場合には、加熱により圧電膜の圧電性を回復させることができるので、良好な特性の弾性波装置を提供することできる。
　本発明に係る弾性波装置の製造方法のさらに別の特定の局面では、前記支持基板を接合するに先立ち、前記高音速膜の前記低音速膜とは反対側の面を鏡面加工する工程がさらに備えられている。この場合には、高音速膜と支持基板の接合を強化することができる。
　本発明に係る弾性波装置では、支持基板と圧電膜との間に、高音速膜及び低音速膜が配置されているため、Ｑ値を高めることが可能となる。従って、高いＱ値を有する弾性波装置を提供することが可能となる。
　また、本発明に係る製造方法によれば、Ｑ値の高い、本発明の弾性波装置を提供することが可能となる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的正面断面図であり、図１（ｂ）は、その電極構造示す模式的平面図である。 図２は、第１の実施形態、第１の比較例及び第２の比較例の弾性表面波装置のインピ－ダンス特性を示す図である。 図３は、第１の実施形態、第１の比較例及び第２の比較例の弾性表面波装置のインピ－ダンススミスチャートを示す図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の弾性表面波装置における、ＡｌＮの膜厚とエネルギーの集中の様子に関する、ＩＤＴ電極部分におけるシミュレーション結果を示す図である。 図５は、第１の実施形態の弾性表面波装置及び第１及び第２の比較例の弾性表面波装置のインピ－ダンス特性をＦＥＭによりシミュレーションした結果を示す図である。 図６は、第１の実施形態及び第１，第２の比較例の弾性表面波装置におけるＱ値と周波数との関係をＦＥＭによりシミュレーションの結果を示す図である。 図７は、本発明の弾性表面波装置におけるＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の膜厚と、音速と、ＳｉＯ２からなる低音速膜の規格化膜厚との関係を示す図である。 図８は、本発明の弾性表面波装置におけるＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の膜厚と、ＳｉＯ２からなる低音速膜の規格化膜厚と、電気機械結合係数との関係を示す図である。 図９は、本発明の弾性表面波装置におけるＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の膜厚と、ＳｉＯ２からなる低音速膜の規格化膜厚と、ＴＣＶとの関係を示す図である。 図１０は、本発明の弾性表面波装置におけるＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の膜厚と、ＳｉＯ２からなる低音速膜の規格化膜厚と、比帯域との関係を示す図である。 図１１は、第３の比較例～第５の比較例の弾性表面波装置における比帯域ＢＷと、ＴＣＦとの関係を示す図である。 図１２は、本発明の第１の実施形態の弾性表面波装置における比帯域と周波数温度係数ＴＣＶと、ＳｉＯ２からなる低音速膜の規格化膜厚との関係を示す図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態の弾性表面波装置におけるＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みと、共振点における音速及び***振点における音速との関係を示す図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態の弾性表面波装置におけるＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みと、比帯域との関係を示す図である。 図１５は、本発明の第３の実施形態の弾性表面波装置におけるＳｉＯ２膜の規格化膜厚と、高音速膜の材質との関係を示す図である。 図１６は、本発明の第３の実施形態の弾性表面波装置におけるＳｉＯ２膜の規格化膜厚と、電気機械結合係数と、高音速膜の材質との関係を示す図である。 図１７は、本発明の第４の実施形態の弾性表面波装置におけるオイラー角（０±５°，θ，ψ）のＬｉＴａＯ３膜において、Ｕ２（ＳＨ）モードを主成分とする弾性表面波モードの電気機械結合係数が２％以上である複数の領域Ｒ１を示す図である。 図１８は、本発明の第４の実施形態の弾性表面波装置におけるオイラー角（０±５°，θ，ψ）のＬｉＴａＯ３膜において、Ｕ２モードを主成分とする弾性表面波モードの電気機械結合係数が２％以上であり、かつスプリアスとなるＵ３（ＳＶ）モードを主成分とする弾性表面波モードの電気機械結合係数が１％以下となる複数の領域Ｒ２を示す図である。 図１９（ａ）～図１９（ｃ）は、本発明の第６の実施形態の弾性表面波装置における、低音速膜の固有音響インピーダンスと比帯域との関係を示す図である。 図２０（ａ）～図２０（ｃ）は、本発明の第６の実施形態の弾性表面波装置における、低音速膜の固有音響インピーダンスと弾性表面波の音速との関係を示す図である。 図２１（ａ）～図２１（ｅ）は、本発明の第１の実施形態の弾性表面波装置の製造方法を説明するための各正面断面図である。 図２２（ａ）～図２２（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の弾性表面波装置の製造方法を説明するための各正面断面図である。 図２３は、本発明の第７の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的正面断面図である。 図２４は、本発明の第８の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的正面断面図である。 図２５は、本発明の第９の実施形態に係る弾性表面波装置の模式的正面断面図である。 図２６は、本発明の第１０の実施形態の弾性表面波装置における圧電薄膜の厚みを変化させた場合のＳｉＯ２膜の膜厚と、Ｑｍａｘ値との関係を示す図である。 図２７は、本発明の第１１の実施形態としての弾性表面波装置の模式的正面断面図である。 図２８は、本発明の第１２の実施形態に係る弾性境界波装置の模式的正面断面図である。 図２９は、本発明の第１３の実施形態に係る弾性境界波装置の模式的正面断面図である。
　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。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態としての弾性表面波装置の模式的正面断面図である。
　弾性表面波装置１は、支持基板２を有する。支持基板２上に、音速が相対的に高い高音速膜３が積層されている。高音速膜３上に、音速が相対的に低い低音速膜４が積層されている。また、低音速膜４上に圧電膜５が積層されている。この圧電膜５の上面にＩＤＴ電極６が積層されている。なお、圧電膜５の下面にＩＤＴ電極６が積層されていてもよい。
　上記支持基板２は、高音速膜３、低音速膜４、圧電膜５及びＩＤＴ電極６を有する積層構造を支持し得る限り、適宜の材料により構成することができる。このような材料としては、サファイア、リチウムタンタレート、リチュウムニオベイト、水晶等の圧電体、アルミナ、マグネシア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等の各種セラミック、ガラス等の誘電体またはシリコン、窒化ガリウム等の半導体及び樹脂基板等を用いることができる。本実施形態では、支持基板２は、ガラスからなる。
　上記高音速膜３は、弾性表面波を圧電膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込め、高音速膜３より下の構造に漏れないように機能する。本実施形態では、高音速膜３は、窒化アルミニウムからなる。もっとも、上記弾性波を閉じ込め得る限り、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、ＤＬＣ膜またはダイヤモンド、前記材料を主成分とする媒質、前記材料の混合物を主成分とする媒質等のさまざまな高音速材料を用いることができる。弾性表面波を圧電膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込めるには、高音速膜３の膜厚は厚いほど望ましく、弾性表面波の波長のλの０．５倍以上、さらには１．５倍以上であることが望ましい。
　なお、本明細書において、高音速膜とは、圧電膜５を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、該高音速膜中のバルク波の音速が高速となる膜を言うものとする。また、低音速膜とは、圧電膜５を伝搬するバルク波よりも、該低音速膜中のバルク波の音速が低速となる膜を言うものとする。また、ある構造上のＩＤＴ電極からは様々な音速の異なるモードの弾性波が励振されることになるが、圧電膜５を伝搬する弾性波とは、フィルタや共振子の特性を得るために利用する特定のモードの弾性波を示す。上記バルク波の音速を決定するバルク波のモードは、圧電膜５を伝搬する弾性波の使用モードに応じて定義される。高音速膜３及び低音速膜４がバルク波の伝搬方向に関し等方性の場合には、下記の表１に示すようになる。すなわち、下記の表１の左軸の弾性波の主モードに対し下記の表１の右軸のバルク波のモードにより、上記高音速及び低音速を決定する。Ｐ波は縦波であり、Ｓ波は横波である。
　なお、下記の表１において、Ｕ１はＰ波を主成分とし、Ｕ２はＳＨ波を主成分とし、Ｕ３はＳＶ波を主成分とする弾性波を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記低音速膜４及び高音速膜３がバルク波の伝搬性において異方性である場合には下記の表２に示すように高音速及び低音速を決定するバルク波のモードが決まる。なお、バルク波のモードのうち、ＳＨ波とＳＶ波のより遅い方が遅い横波と呼ばれ、速い方が速い横波と呼ばれる。どちらが遅い横波になるかは、材料の異方性により異なる。回転Ｙカット付近のＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３では、バルク波のうちＳＶ波が遅い横波、ＳＨ波が速い横波となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本実施形態では、上記低音速膜４は酸化ケイ素からなり、その膜厚は、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとすると、０．３５λである。
　上記低音速膜４を構成する材料としては圧電膜５を伝搬するバルク波よりも低音速のバルク波音速を有する適宜の材料を用いることができる。このような材料としては、酸化ケイ素、ガラス、酸窒化ケイ素、酸化タンタル、また、酸化ケイ素にフッ素や炭素やホウ素を加えた化合物など、前記材料を主成分とした媒質を用いることができる。
　上記低音速膜及び高音速膜は、上記のように決定される高音速及び低音速を実現し得る適宜の誘電体材料からなる。
　圧電膜５は、本実施形態では、３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３すなわちオイラー角で（０°，１２８．５°、０°）のＬｉＴａＯ３からなり、膜厚は、ＩＤＴ電極６の電極周期で定まる弾性表面波の波長をλとすると、０．２５λである。もっとも、圧電膜５は、他のカット角のＬｉＴａＯ３により形成してもよく、あるいはＬｉＴａＯ３以外の圧電単結晶により形成してもよい。
　ＩＤＴ電極６は、本実施形態では、Ａｌからなる。もっとも、ＩＤＴ電極６は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗまたはこれらの金属のいずれかを主体とする合金などの適宜の金属材料により形成することができる。また、ＩＤＴ電極６は、これらの金属もしくは合金からなる複数の金属膜を積層した構造を有していてもよい。
　図１（ａ）では略図的に示しているが、圧電膜５上に、図１（ｂ）に示す電極構造が形成されている。すなわち、ＩＤＴ電極６と、ＩＤＴ電極６の弾性表面波電極方向両側に配置された反射器７，８が形成されている。それによって、１ポート型弾性表面波共振子が構成されている。もっとも、本発明におけるＩＤＴ電極を含む電極構造は特に限定されず、適宜の共振子や共振子を組み合わせたラダーフィルタ、縦結合フィルタ、ラチス型フィルタ、トランスバーサル型フィルタを構成するように変形し得る。
　本実施形態の弾性表面波装置１の特徴は、上記高音速膜３、低音速膜４及び圧電膜５が積層されていることにある。それによってＱ値の増大を図ることができる。この理由は、以下の通りである。
　従来、圧電基板の下面に高音速膜を配置することにより、弾性表面波の一部が高音速膜中にエネルギーを分布させながら伝搬するため、弾性表面波の高音速化を図り得ることが知られている。
　これに対して、本願発明では、上記高音速膜３と、圧電膜５との間に上記低音速膜４が配置されているため、弾性波の音速が低下する。弾性波は本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中する。従って、圧電膜５内及び弾性波が励振されているＩＤＴ内への弾性波エネルギーの閉じ込め効果を高めることができる。そのため、低音速膜４が設けられていない場合に比べて、本実施形態によれば、損失を低減し、Ｑ値を高めることができる。また、高音速膜３は、弾性波を圧電膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込め、高音速膜３より下の構造に漏れないように機能している。即ち、本願の構造では、フィルタや共振子の特性を得るために利用する特定のモードの弾性波のエネルギーは圧電膜５及び低音速膜４の全体に分布し、高音速膜３の低音速膜側の一部にも分布し、支持基板２には分布しないことになる。高音速膜により弾性波を閉じ込めるメカニズムは非漏洩なＳＨ波であるラブ波型の表面波の場合と同様のメカニズムであり、例えば、文献「弾性表面波デバイスシミュレーション技術入門」、橋本研也、リアライズ社、Ｐ９０-Ｐ９１に記載されている。前記メカニズムは、音響多層膜によるブラッグ反射器を用いた閉じ込めるメカニズムとは異なる。
　加えて、本実施形態では、低音速膜４が酸化ケイ素からなるため、温度特性を改善することができる。ＬｉＴａＯ３の弾性定数は負の温度特性を有し、酸化ケイ素は正の温度特性を有する。従って、弾性表面波装置１では、ＴＣＦの絶対値を小さくすることができる。加えて、酸化ケイ素の固有音響インピーダンスはＬｉＴａＯ３の固有音響インピーダンスより小さい。従って、電気機械結合係数の増大すなわち比帯域の拡大と、周波数温度特性の改善との双方を図ることができる。
　さらに、圧電膜５の厚み及び高音速膜３及び低音速膜４の厚みを調整することにより、後述するように、電気機械結合係数を広い範囲内で調整することができる。従って、設計の自由度を高めることができる。
　次に上記実施形態の弾性表面波装置の具体的な実験例を説明し、上記実施形態の作用効果を明らかにする。
　上記第１の実施形態の弾性表面波装置１と、下記の第１及び第２の比較例の弾性表面波装置を作成した。
　第１の実施形態：上から順に、Ａｌ電極（厚み０．０８λ）／３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３薄膜（厚み０．２５λ）／酸化ケイ素膜（厚み０．３５λ）／窒化アルミニウム膜（１．５λ）／ガラスからなる支持基板。
　第１の比較例：上から順にＡｌからなる電極（厚み０．０８λ）／３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３基板。第１の比較例では、厚み３５０μｍのＬｉＴａＯ３基板上に上記Ａｌからなる電極を形成した。
　第２の比較例：上から順にＡｌ電極（厚み０．０８λ）／３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３膜の厚み０．５λ／窒化アルミニウム膜（厚み１．５λ）／ガラスからなる支持基板。
　なお、第１の実施形態及び第１及び第２の比較例の弾性表面波装置において、電極は図１（ｂ）で示した１ポート型弾性表面波共振子構造の電極とした。また、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性表面波の波長λは、２μｍとした。上記３８．５°ＹカットＬｉＴａＯ３を伝搬する弾性表面波の主たるモードはＵ２モードであり、音速は約３９５０ｍ／秒である。また、回転ＹカットのＬｉＴａＯ３を伝搬するバルク波の音速は、Ｙカット上であれば回転する角度によらず一定で、ＳＶバルク波（遅い横波）が３３６７ｍ/秒、ＳＨバルク波（速い横波）が４２１２ｍ/秒である。また、第１の実施形態及び第２の比較例における窒化アルミニウム膜は等方膜であり、窒化アルミニウム膜におけるバルク波（Ｓ波）の音速は６０００ｍ／秒である。また、第１の実施形態で作成した低音速膜４としての酸化ケイ素膜は等方膜であり、酸化ケイ素におけるバルク波（Ｓ波）の音速は３７５０ｍ／秒である。従って、圧電体を伝搬する表面波の主モードがＵ２モードであるため、以下の条件を満たす。（１）高音速膜のバルク波（Ｓ波）音速：６０００ｍ/秒＞表面波の主たるモード（Ｕ２）の音速：３９５０ｍ/秒かつ、（２）低音速膜のバルク波（Ｓ波）音速：３７５０ｍ/秒＜圧電膜を伝搬するバルク波（ＳＨ）音速：４２１２ｍ／秒
　図２は、上記第１の実施形態、第１及び第２比較例の弾性表面波装置のインピ－ダンス周波数特性を示し、図３はインピ－ダンススミスチャートを示す。
　また、下記の表３に、上記第１の実施形態、第１及び第２の比較例の弾性表面波装置の共振周波数におけるＱ値、***振周波数おけるＱ値、比帯域幅及び共振周波数についてのＴＣＦを実測によりそれぞれ求めた。
　結果を下記の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図２及び図３において、実線が第１の実施形態の結果を、破線が第２の比較例の結果を、一点鎖線が第１の比較例の結果を示す。
　図２及び図３から明らかなように、第１の比較例に比べ、第２の比較例及び第１の実施形態によれば、山谷比が大きくなることがわかる。なお、山谷比とは共振周波数におけるインピ－ダンスに対する***振周波数におけるインピ－ダンスの比を示し、この値が高いほどＱ値が高く、挿入損失が小さいフィルタを構成し得る。特に、第１の実施形態によれば、第２の比較例に比べて、山谷比は、さらに大きくなることがわかる。また、第２の比較例に比べて、第１の実施形態によれば、共振周波数と***振周波数との周波数差、すなわち比帯域を大きくできることがわかる。
　具体的には、表２から明らかなように、第１の実施形態によれば、第１の比較例及び第２の比較例に比べ、共振周波数におけるＱ値を高めることができ、特に***振周波数におけるＱ値を大幅に高め得ることがわかる。すなわち、Ｑ値が高い１ポート型弾性表面波共振子を構成し得るので、上記弾性表面波装置１を用いて、挿入損失が小さいフィルタを構成し得ることがわかる。また、比帯域は、第１の比較例において３．２％、第２の比較例において４．１％であった。これに対して、上記第１の実施形態では、４．４％と広くなることがわかる。
　加えて、表３から明らかなように、酸化ケイ素膜が形成されているため、第１の実施形態によれば、第１及び第２の比較例に比べて、ＴＣＦの絶対値を大幅に小さくし得ることがわかる。
　図５及び図６において、一点鎖線が第１の実施形態を、破線が第１の比較例を、実線が第２の比較例のＦＥＭシミュレーションによる結果を示す。ＦＥＭシミュレーションは１ポート共振子を想定し、デューティ＝０．５、公差幅２０λ、対数１００対を前提としている。
　前述した実験結果と同様に、ＦＥＭによるシミュレーション結果においても、図６から明らかなように、Ｑ値を第１及び第２の比較例に比べて高め得ることがわかる。
　従って、上記第１の実施形態及び第１及び第２の比較例についての実験結果及び上記ＦＥＭによるシミュレーション結果から明らかなように、酸化ケイ素からなる低音速膜４を窒化アルミニウムからなる高音速膜３とＬｉＴａＯ３からなる圧電膜５との間に配置することにより、Ｑ値を高め得る効果を確認することができた。このように、Ｑ値を高め得るのは、高音速膜３の形成により弾性表面波エネルギーを圧電膜５及び低音速膜４及び高音速膜３内に効率的に閉じ込めるとともに、低音速膜４の形成により、弾性表面波エネルギーのＩＤＴ電極外への漏れを抑制する効果を高め得るためと考えられる。
　従って、上記のように低音速膜４を圧電膜５と高音速膜３との間に配置したことにより得られる効果であるため、圧電膜を構成する材料については、上記３８．５°ＹカットＬｉＴａＯ３に限定されるものではない。他のカット角のＬｉＴａＯ３を用いた場合でも同様の効果を得ることができる。また、ＬｉＴａＯ３以外のＬｉＮｂＯ３等の他の圧電単結晶やＺｎＯ、ＡｌＮ等の圧電薄膜、ＰＺＴ等の圧電セラミクスを用いた場合においても同様の効果を得ることができる。
　また、高音速膜３は、弾性表面波のエネルギーの大部分を圧電膜５及び低音速膜４が積層されている部分に閉じ込める役割を果たしている。従って、窒化アルミニウム膜はＣ軸配向した異方性のある膜でもよく、また窒化アルミニウム膜に限らず、前述した種々の高音速膜３を構成し得る材料を用いた場合においても、同様の効果を得ることができることを予想することができる。
　また、低音速膜の酸化ケイ素は、圧電膜を伝搬するバルク波の音速よりバルク波の音速が低い限り、特に限定されるものではない。従って、低音速膜４を構成する材料は、酸化ケイ素に限定されない。よって、前述した低音速膜４を構成し得る材料として例示した様々な材料を用いることができる。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態として、以下の構成の弾性表面波装置について、その特性を有限要素法でシミュレーションした。電極構造は図１（ｂ）と同様とした。
　ＩＤＴ電極は、厚み０．０８λのＡｌ膜とした。圧電膜は、３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３からなり、その厚みは０～３λの範囲とした。低音速膜は、酸化ケイ素からなり、その厚みは０～２λとした。高音速膜は酸化アルミニウムからなり、その厚みは１．５λとした。支持基板はアルミナからなる。
　結果を図７～図１０に示す。
　図７は、ＬｉＴａＯ３の膜厚と、使用するモードであるＵ２モードの音速と、酸化ケイ素膜の規格化膜厚との関係を示す図である。また、図７は、ＬｉＴａＯ３の膜厚と、使用するモードであるＵ２モードの電気機械結合係数ｋ２と、酸化ケイ素膜の規格化膜厚との関係を示す図である。
　図７から明らかなように、酸化ケイ素膜の規格化膜厚の膜厚が０．０、すなわち酸化ケイ素膜を形成していない場合に比べ、酸化ケイ素膜を形成することにより、ＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みが０．０５λ～０．５λの広い範囲にわたり、音速のばらつきが少ないことがわかる。
　また、図８より、酸化ケイ素膜を形成していない場合に比べ、酸化ケイ素膜を形成することにより、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚が０．３５λ以下と薄い場合であっても、酸化ケイ素膜の膜厚を制御することにより、電気機械結合係数ｋ２を０．０８以上と高めることがわかる。
　図９は、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚と、周波数温度係数ＴＣＶと酸化ケイ素膜の規格化膜厚との関係を示す図である。図１０は、ＬｉＴａＯ３膜の膜厚と、比帯域と酸化ケイ素膜の規格化膜厚との関係を示す図である。
　なお、ＴＣＦ＝ＴＣＶ－αである。αは伝搬方向における線膨張係数を示し、ＬｉＴａＯ３の場合、約１６ｐｐｍ／℃である。
　図９から明らかなように、酸化ケイ素膜を形成することにより、酸化ケイ素膜を形成しない場合に比べて、ＴＣＶの絶対値を一層小さくし得ることがわかる。加えて、図１０から明らかなように、ＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の膜厚が０．３５λ以下と薄い場合であっても、酸化ケイ素膜の膜厚を調整することにより、比帯域を調整し得ることがわかる。
　また、酸化ケイ素膜の厚みが２λより厚くなると、応力が発生して弾性表面波装置に反りが生じて、取り扱いが困難になるなどの不具合が発生する。従って、酸化ケイ素膜の厚みは２λ以下とするのがよい。
　従来、ＬｉＴａＯ３上にＩＤＴを形成し、さらにＩＤＴ上に酸化ケイ素を形成した積層構造を用いることにより、弾性表面波装置におけるＴＣＦの絶対値を小さくし得ることがしられていた。しかしながら、図１１から明らかなようにＴＣＶの絶対値を小さくしようとした場合、すなわちＴＣＦの絶対値を小さくしようとした場合、比帯域の拡大と、ＴＣＦの絶対値の低減とを両立することができなかった。それに対して、高音速膜と低音速膜とを積層してなる本発明の構造を用いることにより、ＴＣＦの絶対値の低減と、比帯域の拡大とを図ることができる。これを、図１１及び図１２を参照して説明する。
　図１１は、従来の弾性表面波装置として、下記の第３～第５の比較例の弾性表面波装置における比帯域とＴＣＦとの関係を示す図である。
　第３の比較例：Ａｌからなる電極／４２°ＹカットのＬｉＴａＯ３の積層構造、ＳＨ波を利用。
　第４の比較例：酸化ケイ素膜／Ｃｕからなる電極／３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３基板の積層構造、ＳＨ波を利用。
　第５の比較例：酸化ケイ素膜／Ｃｕからなる電極／１２８°ＹカットのＬｉＮｂＯ３基板の積層構造、ＳＶ波を利用。
　図１１から明らかなように、第３比較例～第５の比較例のいずれにおいても、比帯域ＢＷが大きくなるにつれて、ＴＣＦの絶対値が大きくなっていることがわかる。
　図１２は、上記第２の実施形態の各酸化ケイ素膜厚の水準において、弾性表面波装置のＬｉＴａＯ３の規格化膜厚を０．１～０．５λの範囲で変化させた場合における比帯域ＢＷ（％）と、周波数温度係数ＴＣＶの関係を示す図である。図１２から明らかなように、本実施形態では、比帯域ＢＷを大きくした場合であっても、ＴＣＶの絶対値は大きくならないことがわかる。すなわち、酸化ケイ素膜の膜厚を調整することにより、比帯域を大きくしかつ周波数温度係数ＴＣＶの絶対値を小さくし得ることがわかる。
　すなわち、ＬｉＴａＯ３からなる圧電膜に、低音速膜４及び高音速膜３を積層することにより、特に低音速膜として酸化ケイ素膜を形成することにより、比帯域が広く、かつ温度特性の良好な弾性波装置を提供し得ることがわかる。
　上記支持基板２の線膨張係数は、圧電膜５の線膨張係数よりも小さいことが好ましい。それによって、圧電膜５において生じた熱による膨張が、支持基板２により拘束される。従って、弾性波装置の周波数温度特性をより一層改善することができる。
　図１３及び図１４は第２の実施形態の構造において、ＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みを変化させた場合の音速及び比帯域の変化を示す各図である。
　図１３及び図１４から明らかなように、ＬｉＴａＯ３の厚みが１．５λ以上では、音速及び比帯域はほぼ変化していない。これは、弾性表面波のエネルギーが、圧電膜内に閉じ込められて、低音速膜４や高音速膜３側には分布していないことによるものであり、このため、低音速膜４や高音速膜３の効果がなくなっている。よって、圧電膜の厚みは１．５λ以下とすることがより好ましい。それによって、弾性表面波のエネルギーを低音速膜４に十分に分布させることができ、よりＱ値を高め得ると考えられる。
　上記図７～図１４の結果から、酸化ケイ素膜の厚み及びＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みを調整することにより、電気機械結合係数を広い範囲内で調整し得ることがわかる。さらに、ＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みが０．０５λ～０．５λの範囲では、電気機械結合係数をより広い範囲で調整可能であることがわかる。従って、ＬｉＴａＯ３からなる圧電膜の厚みは、０．０５λ～０．５λの範囲が望ましい。
　従来、電気機械結合係数を調整するには、使用する圧電体のカット角を調整する必要があった。しかしながら、カット角すなわちオイラー角を変更すると、音速、温度特性及びスプリアス特性等の他の材料特性も同時に変化する。従って、これらの特性を同時に満足することが困難であり、設計の最適化が困難であった。
　しかしながら、第２の実施形態の上記結果から明らかなように、本発明によれば、同一のカット角の圧電単結晶を圧電膜として用いた場合においても、酸化ケイ素膜すなわち低音速膜の厚みと、圧電膜の厚みとを調整することにより電気機械結合係数を自由に調整することができる。よって、設計の自由度を大幅に高めることができる。従って、音速、電気機械結合係数、周波数温度特性及びスプリアス特性等のさまざまな特性を同時に満たすことが容易に可能となり、所望の特性の弾性表面波装置を容易に提供することできる。
　（第３の実施形態）
　第３の実施形態として、第１の実施形態と同様の弾性表面波装置を作製した。ただし、材料及び膜厚は以下の通りとした。
　ＩＤＴ電極６として厚み０．０８λのＡｌ膜／圧電膜４として厚み０．２５λのＬｉＴａＯ３膜／低音速膜４として厚み０～２λの範囲の酸化ケイ素膜／高音速膜の積層構造とした。高音速膜として、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜及びダイヤモンドを用いた。高音速膜３の膜厚は１．５λとした。
　図１５及び図１６は、第３の実施形態における酸化ケイ素膜の膜厚と、音速及び電気機械結合係数ｋ２との関係をそれぞれ示す図である。
　窒化ケイ素膜のバルク波（Ｓ波）の音速は６０００ｍ／秒であり、酸化アルミニウムにおけるバルク波（Ｓ波）の音速は６０００ｍ／秒である。また、ダイヤモンドにおけるバルク波（Ｓ波）の音速は１２８００ｍ／秒である。
　図１５及び図１６から明らかなように、高音速膜４が、前述した高音速膜４の条件を満たす限り、高音速膜４の材質及び酸化ケイ素膜の膜厚を変更したとしても、電気機械結合係数及び音速はほとんど変化しないことがわかる。特に、電気機械結合係数は、酸化ケイ素膜の膜厚が０．１λ以上であれば、高音速膜の材質の如何に関わらず、酸化ケイ素膜の膜厚が０．１λ～０．５λの範囲内でほとんど変わらないことがわかる。また、図１５より、酸化ケイ素膜の膜厚が０．３λ以上、２λ以下の範囲において、高音速膜の材質の如何に関わらず、音速が変わらないことがわかる。
　従って、本発明において、高音速膜の材質は、上記条件を満たす限り特に限定されないことがわかる。
　（第４の実施形態）
　第４の実施形態では、圧電膜のオイラー角（０°，θ，ψ）を変化させ、Ｕ２成分（ＳＨ成分）を主体とした弾性表面波の電気機械結合係数を求めた。
　積層構造は、ＩＤＴ電極６／圧電膜５／低音速膜４／高音速膜３／支持基板２とした。ＩＤＴ電極６として、厚み０．０８λのＡｌを用いた。圧電膜として、厚み０．２５λのＬｉＴａＯ３を用いた。低音速膜４として０．３５λの厚みの酸化ケイ素を用いた。高音速膜３として厚み１．５λの窒化アルミニウム膜を用いた。支持基板２としてガラスを用いた。
　上記構造において、圧電膜のオイラー角（０°，θ，ψ）のθ及びψを変化させてなる多数の弾性表面波装置について、電気機械結合係数をＦＥＭにより求めた。その結果、Ｕ２成分（ＳＨ成分）を主体とするモードの電気機械結合係数ｋ２が２％以上となる範囲は、図１７に示す複数の領域Ｒ１の範囲内であることが確かめられた。なお、オイラー角（０°±５、θ、ψ）の範囲内で同様の結果となった。
　すなわち、図１７の複数の領域Ｒ１の範囲内のオイラー角のＬｉＴａＯ３を用いれば、Ｕ２成分を主体とした振動の電気機械結合係数は２％以上となる。従って、帯域幅の広い帯域フィルタを、本発明の弾性表面波装置を用いて構成し得ることがわかる。
　（第５の実施形態）
　第４の実施形態と同じ構造を前提として、ＦＥＭにより、Ｕ３成分（ＳＶ成分）を主体とする弾性表面波の電気機械結合係数を求めた。そして、Ｕ２（ＳＨ成分）を主体とするモードの電気機械結合係数が２％以上であり、かつＵ３（ＳＶ成分）を主体とするモードの電気機械結合係数が１％以下となるオイラー角の範囲を求めた。結果を図１８に示す。図１８に示す複数の領域Ｒ２の範囲内であれば、Ｕ２（ＳＨ成分）を主体としたモードの電気機械結合係数が２％以上であり、かつＵ３成分（ＳＶ成分）を主体とするモードの電気機械結合係数が１％以下である。従って、複数の領域Ｒ２の範囲内にあるオイラー角のＬｉＴａＯ３を用いることにより、利用するＵ２モードの電気機械結合係数が大きくかつスプリアスとなるＵ３モードの電気機械結合係数を小さくすることができる。従って、より一層良好なフィルタ特性を有する帯域フィルタを、構成することができる。
　（第６の実施形態）
　第２の実施形態と同様に、第６の実施形態として、以下の構成の弾性表面波装置についてシミュレーションした。下記の表４に示すように、低音速膜の横波音速と低音速膜の横波の固有音響インピーダンスを１０の水準に亘って変化させた場合のＵ２成分を主体とする表面波の特性を、有限要素法でシミュレーションした。なお、低音速膜の横波音速と固有音響インピーダンスは低音速膜の密度及び弾性定数を変化させた。また、表４に記されていない低音速膜の材料定数は全て酸化ケイ素の材料定数を使用した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　なお、表４において１．１１Ｅ＋０３は１．１１×１０３を意味する。すなわちａＥ＋ｂはａ×１０ｂを示す。
　電極構造は図１（ｂ）と同様とし、弾性表面波装置の構造は、ＩＤＴ電極／圧電膜／低音速膜／高音速膜／支持基板の積層構造とした。ＩＤＴ電極は、厚み０．０８λのＡｌ膜とした。圧電膜は、４０°ＹカットのＬｉＴａＯ３からなる。この圧電膜の厚みが０．１λ、０．４λ、０．６λである場合において、それぞれ表４に示す１０の水準を計算した。低音速膜の厚みは０.４λとした。高音速膜は酸化アルミニウムからなり、その厚みは１．５λとした。支持基板はアルミナ基板からなる。
　図１９（ａ）～（ｃ）は、第６の実施形態における、低音速膜の固有音響インピーダンスと比帯域との関係を示す図である。図中の各水準は低音速膜の横波音速が変化した場合の挙動を示し、各水準の比帯域は圧電膜の固有音響インピーダンスが低音速膜の固有音響インピーダンスと同じ場合における比帯域で規格化している。固有音響インピーダンスは、バルク波の音速と媒質の密度の積で表され、第６の実施形態の場合、圧電膜のバルク波はＳＨバルク波であり、音速は４２１２ｍ／ｓであり、密度は７．４５４×１０３ｋｇ／ｍ３であるので、圧電膜の固有音響インピーダンスは、３．１４×１０７Ｎ・ｓ／ｍ３となる。なお、低音速膜及び圧電膜の固有音響インピーダンスを算出する際に使用するバルク波の音速は、前記表１及び表２の左軸の弾性表面波の主モードに対し、前記表１及び表２の右軸のバルク波のモードにより決定される。
　また、図２０（ａ）～（ｃ）は、第６の実施形態における、低音速膜の横波の固有音響インピーダンスと伝搬する弾性表面波の音速との関係を示す図である。
　図１９（ａ）～（ｃ）より、圧電膜の厚みにかかわらず、低音速膜の固有音響インピーダンスが圧電膜の固有音響インピーダンスより小さいほど比帯域が大きくなることがわかる。これは、低音速膜の固有音響インピーダンスが圧電膜の固有音響インピーダンスより小さいため、一定の応力に対する圧電膜の変位がより一層大きくなり、より大きな電荷を発生させるため、等価的により大きな圧電性が得られるためである。すなわち、固有音響インピーダンスの大小だけで得られる効果であるため、弾性表面波の振動モードや圧電膜の種類や低音速膜の種類によらず、低音速膜の固有音響インピーダンスが圧電膜の固有インピーダンスより小さい場合、より大きな比帯域の弾性表面波素子を得ることができる。
　本発明の第１～第６の実施形態では上から、ＩＤＴ電極６、圧電膜５、低音速膜４、高音速膜３、支持基板２がこの順序で積層されていた。もっとも、伝搬する弾性表面波や境界波に大きな影響が無い範囲内において、各層の間にＴｉやＮｉＣｒ等の密着層、下地膜または任意の媒質が存在してもよく、その場合にも、同様の効果を得られる。例えば、圧電膜５と低音速膜４の間に表面波の波長に比べて十分薄い新たな高音速膜を形成してもよく、同様の効果が得られる。また、高音速膜３と支持基板２との間には、主に利用する弾性表面波のエネルギーは分布していない。よって、高音速膜３と支持基板２との間には、どのような媒質をどのような厚みで形成してもよく、同様の効果が得られる。
　以下の第７及び第８の実施形態は、このような媒質層をさらに備える弾性表面波装置についての実施形態である。
　（第７の実施形態）
　図２３に示す第７の実施形態に係る弾性表面波装置２１では、媒質層２２が、支持基板２と高音速膜３との間に積層されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。従って、第１の実施形態の説明を援用することとする。従って、弾性表面波装置２１では、上から順に、ＩＤＴ電極６、圧電膜５、低音速膜４、高音速膜３、媒質層２２及び支持基板２がこの順序で積層されている。
　媒質層２２としては、誘電体、圧電体、半導体または金属などのいずれの材料を用いてもよい。その場合であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。もっとも、媒質層２２が金属からなる場合には、比帯域を小さくすることができる。従って、比帯域が小さい用途では、媒質層２２が金属からなることが好ましい。
　（第８の実施形態）
　図２４に示す第８の実施形態の弾性表面波装置２３では、支持基板２と高音速膜３との間に、媒質層２２及び媒質層２４が積層されている。すなわち、上から順に、ＩＤＴ電極６、圧電膜５、低音速膜４、高音速膜３、媒質層２２、媒質層２４及び支持基板２がこの順序で積層されている。媒質層２２及び媒質層２４以外は、第１の実施形態と同様に構成されている。
　媒質層２２，２４は、誘電体、圧電体、半導体または金属などのいずれの材料を用いてもよい。その場合であっても、第８の実施形態においても、第１の実施形態の弾性表面波装置と同様の効果を得ることができる。
　本実施形態では、圧電膜５、低音速膜４、高音速膜３及び媒質層２２からなる積層構造と、媒質層２４及び支持基板２からなる積層構造を別々に作製した後、両積層構造を接合する。しかる後、ＩＤＴ電極６を圧電膜５上に形成する。それによって、各積層構造を作製する際の製造上の制約条件に依存せずに、本実施形態の弾性表面波装置を得ることができる。従って、各層を構成する材料の選択の自由度を高めることができる。
　上記２つの積層構造の接合に際しては、任意の接合方法を用いることができる。このような接合構造としては、親水化接合、活性化接合、原子拡散接合、金属拡散接合、陽極接合、樹脂やＳＯＧによる接合などの様々な方法を用いることができる。また、２つの積層構造間の接合界面が、高音速膜３よりも圧電膜５とは反対側に位置している。従って、高音速膜３の下方の利用する主たる弾性表面波のエネルギーが分布していない部分に上記接合界面が存在している。よって、弾性表面波伝搬特性が、上記接合界面の品質に影響されない。従って、安定かつ良好な共振特性やフィルタ特性を得ることができる。
　（第９の実施形態）
　図２５に示す弾性表面波装置３１では、上から順に、ＩＤＴ電極６、圧電膜５、低音速膜４、高音速膜としても機能する高音速支持基板３３がこの順序で積層されている。すなわち、高音速支持基板３３は、第１の実施形態における高音速膜３と支持基板２の双方を兼ねている。従って、高音速支持基板３３のバルク波音速は、圧電膜５を伝搬する弾性表面波の音速よりも高速とされている。よって、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、高音速支持基板３３が高音速膜及び支持基板を兼ねているため、部品点数の低減を図ることができる。
　（第１０の実施形態）
　第１０の実施形態として、弾性表面波装置として１ポート型弾性表面波共振子におけるＱ値と周波数との関係をＦＥＭによりシミュレーションした。
　ここでは、第１の実施形態、すなわち図１に模式的正面断面図で示した弾性表面波装置として以下の構造を想定した。
　上から順に、厚み０．１λのＡｌからなるＩＤＴ電極６／５０°ＹカットのＬｉＴａＯ３膜からなる圧電膜／低音速膜としてのＳｉＯ２膜／高音速膜としての厚み１．５λの窒化アルミニウム膜／厚み０．３λのＳｉＯ２膜／アルミナからなる支持基板がこの順序で積層されている構造とした。このシミュレーションでは、圧電膜としてのＬｉＴａＯ３膜の膜厚を、０．１５λ、０．２０λ、０．２５λまたは０．３０λと変化させた。また、低音速膜としてのＳｉＯ２膜の膜厚を、０～２λの範囲で変化させた。
　なお、ＩＤＴ電極のデューティは０．５とし、電極指交差幅は２０λ、電極指の対数は１００対とした。
　比較のために、上から順に、厚み０．１λのＡｌからなるＩＤＴ電極／３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３基板がこの順序で積層されている１ポート型弾性表面波共振子を用意した。すなわち、この比較例では、厚み３５０μｍの３８．５°ＹカットのＬｉＴａＯ３基板上にＡｌからなるＩＤＴ電極を有する電極構造が形成されている。
　上記第１０の実施形態及び比較例の弾性表面波装置について、Ｑ値と周波数との関係をＦＥＭによるシミュレーションにより求めた。１ポート共振子のインピーダンスが最小になる共振周波数と、インピーダンスが最大となる***振周波数の周波数範囲内で最も大きなＱ値をＱｍａｘ値とした。Ｑｍａｘ値が大きい程、低損失であることを示す。
　上記比較例のＱｍａｘ値は８５７であった。上記実施形態におけるＬｉＴａＯ３の膜厚と、ＳｉＯ２の膜厚と、Ｑｍａｘとの関係を図２６に示す。
　図２６から明らかなように、ＬｉＴａＯ３が０．１５λ、０．２０λ、０．２５λ及び０．３０λのいずれの場合においても、ＳｉＯ２からなる低音速膜の膜厚が０を超えると、Ｑｍａｘ値が高まっていることがわかる。また、上記比較例に対して、上記第１０の実施形態では、いずれの場合においても、Ｑｍａｘ値が効果的に高められていることがわかる。
　（製造方法の実施形態）
　第１の実施形態に係る弾性波装置は、前述したように、支持基板２上に、高音速膜３、低音速膜４、圧電膜５及びＩＤＴ電極６を備える。このような弾性波装置の製造方法は特に限定されない。もっとも、次に述べるイオン注入法を利用した製造方法を用いることにより、厚みの薄い圧電膜を有する弾性波装置１を容易に得ることができる。この製造方法の実施形態を、図２１及び図２２を参照して説明する。
　まず、図２１（ａ）に示すように、圧電基板５Ａを用意する。圧電基板５Ａは、本実施形態では、ＬｉＴａＯ３からなる。圧電基板５Ａの片面から水素イオンを注入する。注入されるイオンは水素に限らず、ヘリウムなどを用いてもよい。
　イオン注入に際してのエネルギーは特に限定されないが、本実施形態では１０７ＫｅＶ、ドーズ量は８×１０１６原子／ｃｍ２とする。
　イオン注入を行うと、圧電基板５Ａ内において、厚み方向にイオン濃度分布が生じる。最もイオン濃度が高い部分を図２１（ａ）において破線で示す。破線で示すイオン濃度が最も高い部分である注入イオン高濃度部分５ａでは、後述するように加熱すると、応力により容易に分離する。このような注入イオン高濃度部分５ａにより分離する方法は、特表２００２－５３４８８６号において開示されている。
　この工程において、上記注入イオン高濃度部分５ａにおいて圧電基板５Ａを分離し、圧電膜５を得る。圧電膜５は、注入イオン高濃度部分５ａからイオン注入を開始した圧電基板面との間の層である。なお、圧電膜５を研磨等の加工することもある。従って、上記注入イオン高濃度部分５ａからイオン注入側の圧電基板面までの距離は、最終的に形成する圧電膜の厚みと同等あるいは該厚みよりも若干大きな寸法とすればよい。
　次に、図２１（ｂ）に示すように、圧電基板５Ａのイオン注入を行った側の面に、低音速膜４を成膜する。なお、あらかじめ形成した低音速膜を転写法等により圧電基板５Ａに貼り合わせてもよい。
　次に、図２１（ｃ）に示すように、低音速膜４の圧電基板５Ａと反対側の面に高音速膜３を成膜する。高音速膜３についても、成膜法によらず、高音速膜を、転写法等により低音速膜４に貼り合わせてもよい。
　さらに、図２１（ｄ）に示すように、高音速膜３の露出している面、すなわち低音速膜４とは反対側の面を鏡面加工する。鏡面加工により、後述する支持基板と高音速膜の接合強度を強化することができる。
　しかる後、図２１（ｅ）に示すように、支持基板２を高音速膜３に接合する。
　低音速膜４としては、上記第１の実施形態に従って酸化ケイ素膜を用いる。また、高音速膜３としては、窒化アルミニウム膜を用いる。
　次に、図２２（ａ）に示すように、加熱した後、圧電基板５Ａのうち、注入イオン高濃度部分５ａよりも上方の圧電基板部分５ｂを分離する。前述したように、加熱により、上記注入イオン高濃度部分５ａを介して、応力を加えると、圧電基板５Ａが分離しやすくなる。この場合の加熱温度については、２５０℃～４００℃程度とすればよい。
　本実施形態では、この加熱分離により、厚み５００ｎｍの圧電膜５を得る。このようにして、図２２（ｂ）に示すように、圧電膜５が低音速膜４上に積層されている構造を得る。しかる後、圧電性を回復させるために、４００℃～５００℃の温度で３時間程度維持する加熱処理を行う。必要に応じて、この加熱処理に先立ち、分離後の圧電膜５の上面を研磨してもよい。
　しかる後、図２２（ｃ）に示すように、ＩＤＴ電極６を含む電極を形成する。電極形成方法は、特に限定されず、蒸着、めっきまたはスパッタリング等の適宜の方法により行うことができる。
　本実施形態の製造方法によれば、上記分離により、オイラー角が傾斜した圧電膜５を容易にかつ均一な厚みに形成することができる。
　（第１１の実施形態）
　第１の実施形態では、ＩＤＴ電極６／圧電膜５／低音速膜４／高音速膜３／支持基板２が上から順にこの順序で積層されていた。本発明においては、図２７に示す第１１の実施形態の弾性表面波装置４１のように、ＩＤＴ電極６を覆うように誘電体膜４２が積層されていてもよい。このような誘電体膜４２を積層することにより、周波数温度特性を調整したり、耐湿性を高めたりすることができる。
　（第１２の実施形態）
　上述してきた各実施形態では弾性表面波装置につき説明したが、本発明は、弾性境界波装置などの他の弾性波装置にも適用することができ、その場合であっても同様の効果を得ることができる。図２８は、第１２の実施形態としての弾性境界波装置４３を示す模式的正面断面図である。ここでは、圧電膜５の下方に、上から順に低音速膜４／高音速膜３／支持基板２が積層されている。この構造は、第１の実施形態と同様である。そして、弾性境界波を励振するために、圧電膜５と圧電膜５上に積層された誘電体４４との界面にＩＤＴ電極６が形成されている。
　また、図２９は、いわゆる三媒質構造の弾性境界波装置４５の模式的正面断面図である。ここでも、圧電膜５の下方に低音速膜４／高音速膜３／支持基板２が積層されている構造に対し、圧電膜５と誘電体膜４６との界面にＩＤＴ電極６が形成されている。さらに、誘電体４６上に誘電体４６よりも横波音速が速い誘電体４７が積層されている。それによって、いわゆる三媒質構造の弾性境界波装置が構成されている。
　弾性境界波装置４３，４５のように、弾性境界波装置においても、第１の実施形態の弾性表面波装置１と同様に、圧電膜５の下方に、低音速膜４／高音速膜３からなる積層構造を積層することにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
１…弾性表面波装置
２…支持基板
３…高音速膜
４…低音速膜
５…圧電膜
５Ａ…圧電基板
５ａ…注入イオン高濃度部分
６…ＩＤＴ電極
７，８…反射器

Claims (19)

  1. 　圧電膜を有する弾性波装置であって、
    　前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速支持基板と、
    　前記高音速支持基板上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、
    　前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、
    　前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備える、弾性波装置。
  2. 　前記圧電膜を伝搬する弾性波のエネルギーの一部が、前記低音速膜および前記高音速支持基板中に分布することを特徴とする、請求項１に記載の弾性波装置。
  3. 　圧電膜を有する弾性波装置であって、
    　支持基板と、
    　前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、
    　前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、
    　前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、
    　前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備える、弾性波装置。
  4. 　前記圧電膜を伝搬する弾性波のエネルギーの一部が、前記低音速膜および前記高音速膜中に分布することを特徴とする、請求項３に記載の弾性波装置。
  5. 　前記低音速膜が、酸化ケイ素、あるいは酸化ケイ素を主成分とする膜からなる、請求項１～４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  6. 　前記圧電膜の膜厚が、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、１．５λ以下とされている、請求項１～５のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  7. 　前記圧電膜の膜厚が、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、０．０５λ～０．５λの範囲とされている、請求項１～６のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  8. 　前記低音速膜の膜厚が、ＩＤＴ電極の電極周期で定まる弾性波の波長をλとしたときに、２λ以下である、請求項１～７のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  9. 　前記圧電膜が、オイラー角（０±５°，θ，ψ）の単結晶タンタル酸リチウムからなり、オイラー角（０±５°，θ，ψ）が図１７に示す複数の領域Ｒ１のいずれかの範囲内にある、請求項１～８のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  10. 　前記圧電膜が、オイラー角（０±５°，θ，ψ）が、図１８の複数の領域Ｒ２のいずれかの範囲内にある、請求項９に記載の弾性波装置。
  11. 　前記支持基板の線膨張係数が、前記圧電膜の線膨張係数よりも小さい、請求項１～１０のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  12. 　前記低音速膜の固有音響インピーダンスが、前記圧電膜の固有音響インピーダンスよりも小さい、請求項１～１１のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  13. 　前記圧電膜および前記ＩＤＴ電極の上に誘電体膜が形成されており、前記圧電膜を弾性表面波が伝搬する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  14. 　前記圧電膜および前記ＩＤＴ電極の上に誘電体膜が形成されており、前記圧電膜と前記誘電体膜との境界を弾性境界波が伝搬する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  15. 　前記圧電膜および前記低音速膜および前記高音速膜および前記支持基板の少なくとも１つの境界に、密着層、下地膜、低音速層及び高音速層の内の少なくとも１つの層が形成されている、請求項１～１４のいずれか１項に記載の弾性波装置。
  16. 　支持基板を用意する工程と、
    　前記支持基板上に、圧電体を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜を形成する工程と、
    　前記高音速膜上に、圧電体を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜を形成する工程と、
    　前記低音速膜上に、圧電体層を形成する工程と、
    　前記圧電体層の一方面にＩＤＴ電極を形成する工程とを備える、弾性波装置の製造方法。
  17. 　前記支持基板上に、前記高音速膜、前記低音速膜及び前記圧電体層を形成する工程が、
    　（ａ）前記圧電体層よりも厚みの厚い圧電基板の一方面からイオン注入する工程と、
    　（ｂ）前記イオン注入が行われた圧電基板の前記一方の面に低音速膜を形成する工程と、
    　（ｃ）前記低音速膜の前記圧電基板と反対側の面に高音速膜を形成する工程と、
    　（ｄ）前記高音速膜の前記低音速膜が積層されている側の面と反対側の面に支持基板を接合する工程と、
    　（ｅ）前記圧電基板を加熱しつつ、前記圧電基板の注入イオン濃度が最も高い高濃度イオン注入部分において、圧電膜と残りの圧電基板部分とを分離し、前記低音速膜側に圧電膜を残存させる工程とを備える、請求項１６に記載の弾性波装置の製造方法。
  18. 　前記残りの圧電基板部分を分離した後に、前記低音速膜上に積層されている前記圧電膜を加熱し、圧電性を回復させる工程をさらに備える、請求項１７に記載の弾性波装置の製造方法。
  19. 　前記支持基板を接合するに先立ち、前記高音速膜の前記低音速膜と反対側の面を鏡面加工する工程とを備える、請求項１６または１７に記載の弾性波装置の製造方法。
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