WO2018092511A1 - 弾性表面波フィルタおよびマルチプレクサ - Google Patents

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WO2018092511A1
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piezoelectric layer
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acoustic wave
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高峰　裕一
英樹 岩本
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株式会社村田製作所
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    • H03H9/6433—Coupled resonator filters
    • H03H9/6483—Ladder SAW filters

Definitions

  • the present invention relates to a surface acoustic wave filter and a multiplexer.
  • a surface acoustic wave filter is preferably used as a high-frequency filter for communication terminals. At that time, especially in the frequency band where the frequency interval between the pass band and the stop band is narrow and requires advanced filter design technology, the filter characteristics in which the transition region between the pass band and the stop band is steep are important. There is a demand for improvement in the Q value of an acoustic wave resonator.
  • FIG. 1 of Patent Document 1 discloses a surface acoustic wave filter having a high Q value by using a piezoelectric substrate formed of a laminate of a high sound velocity support substrate, a low sound velocity film, and a piezoelectric layer. According to the above configuration, the low loss property of the surface acoustic wave filter can be realized.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and is composed of an IDT electrode and a piezoelectric layer having a cut angle selected according to the structural parameters of the piezoelectric material, and has low loss in the passband. It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave filter and a multiplexer having an improved attenuation band on the low frequency side while ensuring the above.
  • a surface acoustic wave filter according to an aspect of the present invention is capable of propagating more than the speed of sound of a LiTaO 3 piezoelectric layer having a cut angle of ⁇ ° and an elastic wave propagating through the LiTaO 3 piezoelectric layer.
  • acoustic velocity of the bulk wave is fast to the disposed between the treble speed supporting substrate and the LiTaO 3 piezoelectric layer, than the acoustic velocity of the acoustic wave propagating through the LiTaO 3 piezoelectric layer, propagates A low acoustic velocity film having a low acoustic velocity of bulk waves, and an IDT electrode formed on the LiTaO 3 piezoelectric layer, and a repetition period of a pair of comb electrodes constituting the IDT electrode is a wavelength ⁇ ( ⁇ m)
  • the film thickness of the pair of comb electrodes is T IDT ( ⁇ m)
  • the specific gravity of the IDT electrodes is ⁇ (g / cm 3 )
  • the electrode duty of the pair of comb electrodes is D
  • the LiTaO 3 piezoelectric layer the thickness T LT [mu] m) and then, if the thickness of the low sound speed film was T VL ([mu] m), the optimum cut
  • ⁇ ° Y cut X propagation the surface having a surface normal to an axis rotated ⁇ ° from the Y axis to the Z axis with the X axis as the central axis is elastic in the X axis direction
  • the cut angle ⁇ that can suppress the occurrence of Rayleigh wave spurious in the attenuation band lower than the pass band is not uniquely determined.
  • the frequency varies depending on the wavelength ⁇ which is the repetition period, the thickness T IDT of the comb electrode, the specific gravity ⁇ of the IDT electrode, the electrode duty D of the comb electrode, the thickness T LT of the LiTaO 3 piezoelectric layer, and the thickness T VL of the low sound velocity film. Then, it was found that it can be defined by the above formulas 1 and 2.
  • the cut angle ⁇ of the LiTaO 3 piezoelectric layer can be selected according to the structural parameters of the IDT electrode and the piezoelectric material, and Rayleigh wave spurious in the attenuation band on the lower frequency side than the pass band can be reduced.
  • the surface acoustic wave filter may have a ladder-type filter structure including a series arm resonator and a parallel arm resonator including the LiTaO 3 piezoelectric layer and the IDT electrode.
  • the surface acoustic wave filter may have a longitudinally coupled filter structure in which a plurality of acoustic wave resonators composed of the LiTaO 3 piezoelectric layer and the IDT electrode are arranged side by side in the acoustic wave propagation direction.
  • the multiplexer has a common terminal, a first input / output terminal, and a second input / output terminal, and is connected between the common terminal and the first input / output terminal. And a low-frequency filter connected between the common terminal and the second input / output terminal and having a passband on a lower frequency side than the passband of the surface acoustic wave filter. .
  • the cut angle ⁇ of the LiTaO 3 piezoelectric layer can be selected according to the structural parameters of the IDT electrode and the piezoelectric material, and spurious in the passband of the low-frequency filter is reduced. it can. As a result, the ripple in the passband can be reduced in the low-frequency filter.
  • the passband of the surface acoustic wave filter may be a band 41 of LTE (Long Term Evolution), and the passband of the low-frequency filter may be a band 25 of the LTE.
  • LTE Long Term Evolution
  • Band6 (passband: 2496-2690 MHz) 0.76 times overlaps with Band25 (transmission band: 1850-1915 MHz, reception band: 1930-1995 MHz).
  • Band25 transmission band: 1850-1915 MHz, reception band: 1930-1995 MHz.
  • spurious in a frequency band 0.76 times the pass band of the surface acoustic wave filter is reduced. It becomes possible to reduce the ripple in the pass band in the low frequency side filter. Therefore, a low loss, high attenuation, and high isolation multiplexer can be realized.
  • the cut angle selected according to the structural parameters of the IDT electrode and the piezoelectric material can be selected, so that the low-frequency side attenuation is ensured while ensuring low loss in the passband.
  • the bandwidth can be improved.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a multiplexer according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a filter for Band 41 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view schematically showing the resonator of the surface acoustic wave filter according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the structural parameter in the first range and the LT piezoelectric layer cut angle.
  • FIG. 4B is a graph showing the relationship between the structural parameter in the second range and the LT piezoelectric layer cut angle.
  • FIG. 4C is a graph showing the relationship between the structural parameter in the third range and the LT piezoelectric layer cut angle.
  • FIG. 5A is a graph showing the relationship between the LT piezoelectric layer cut angle and the Rayleigh wave spurious bandwidth in the first range of structural parameters.
  • FIG. 5B is a graph showing the relationship between the LT piezoelectric layer cut angle and the Rayleigh wave spurious bandwidth in the second range of structural parameters.
  • FIG. 5C is a graph showing the relationship between the LT piezoelectric layer cut angle and the Rayleigh wave spurious bandwidth in the third range of structural parameters.
  • FIG. 6A is a graph showing pass characteristics of a Band 41 filter according to the example.
  • FIG. 6B is a graph showing pass characteristics of a Band 41 filter according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a graph comparing the pass characteristics of transmission filters for Band 25 according to the example and the comparative example.
  • FIG. 8A is a graph showing an example of the relationship between the LT piezoelectric layer cut angle and the Rayleigh wave spurious ratio band.
  • FIG. 8B is a graph showing an example of the relationship between the LT piezoelectric layer cut angle and the Rayleigh wave spurious level.
  • the multiplexer 1 is a pentaplexer in which a duplexer for Band 25, a duplexer for Band 66, and a filter for Band 41 are connected by a common terminal.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a multiplexer 1 according to the embodiment.
  • the multiplexer 1 includes a transmission filter 11 and a reception filter 12 for Band 25, a transmission filter 13 and a reception filter 14 for Band 66, a filter 15 for Band 41, an inductor 21, and a common terminal 60. , Input / output terminals 10, 20, 30, 40 and 50.
  • the multiplexer 1 is connected to the antenna element 2 via an inductor 31 connected in series to the common terminal 60 and the antenna element 2.
  • the transmission filter 11 receives a transmission wave generated by a transmission circuit (RFIC or the like) via the input / output terminal 10, filters the transmission wave with a Band 25 transmission band (1850-1915 MHz), and common terminal 60. This is a non-balanced input-unbalanced output type band-pass filter that outputs to.
  • a transmission circuit RFIC or the like
  • the reception filter 12 receives the reception wave input from the common terminal 60, filters the reception wave in the Band 25 reception band (1930-1995 MHz), and outputs it to the input / output terminal 20. This is a band pass filter.
  • An inductor 21 is connected in series between the reception filter 12 and the common terminal 60.
  • the inductors 21 and 31 are circuit elements for impedance matching between the antenna element 2 and each filter, and are not essential components.
  • the transmission filter 13 receives a transmission wave generated by a transmission circuit (RFIC or the like) via the input / output terminal 30, filters the transmission wave with a Band 66 transmission band (1710-1780 MHz), and common terminal 60. This is a non-balanced input-unbalanced output type band-pass filter that outputs to.
  • a transmission circuit RFIC or the like
  • the reception filter 14 receives the received wave input from the common terminal 60, filters the received wave in the Band 66 reception band (2110-2200 MHz), and outputs the filtered signal to the input / output terminal 40.
  • This is a band pass filter.
  • the filter 15 receives the received wave input from the common terminal 60, filters the received wave in the band 41 pass band (2496-2690 MHz), and outputs the filtered signal to the input / output terminal 50. It is a band pass filter.
  • the transmission filters 11 and 13, the reception filters 12 and 14, and the filter 15 are commonly connected to a common terminal 60.
  • the multiplexer according to the present invention is not limited to the above-described Band 25 + Band 66 + Band 41 pentaplexer, and can be applied to a multiplexer combining other bands.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the Band 41 filter 15 according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the filter 15 includes series arm resonators 501 to 505, parallel arm resonators 551 to 554, and a matching inductor 561.
  • the series arm resonators 501 to 505 are connected in series on a path connecting the common terminal 60 and the input / output terminal 10.
  • the parallel arm resonators 551 to 554 are connected between the nodes on the path and the ground, respectively.
  • the filter 15 constitutes a ladder type band pass filter.
  • the inductor 561 is connected between the connection point of the parallel arm resonators 552, 553, and 554 and the ground.
  • the filter 15 may have a longitudinally coupled filter structure in which a plurality of surface acoustic wave resonators are arranged side by side in the acoustic wave propagation direction. This makes it possible to adapt to required filter characteristics such as attenuation enhancement.
  • the transmission filters 11 and 13 and the reception filters 12 and 14 are surface acoustic wave filters formed of acoustic wave resonators.
  • the transmission filters 11 and 13 and the reception filters 12 and 14 may be boundary acoustic waves or elastic wave filters using BAW (Bulk Acoustic Wave).
  • the multiplexer 1 uses a surface acoustic wave filter as each filter. Thereby, a small-sized and low-loss multiplexer is possible. Further, in the multiplexer 1 according to the present embodiment, in the filter 41 for Band 41, each resonator constituting the filter 15 is formed by using a laminated body of a high acoustic velocity support substrate, a low acoustic velocity film, and a piezoelectric layer as a piezoelectric substrate. The Q value is increased, and the low loss property of the filter 15 is ensured.
  • IDT InterDigital Transducer
  • each resonator of the filter 15 that is a surface acoustic wave filter will be described.
  • the series arm resonator and the parallel arm resonator constituting the filter 15 are surface acoustic wave (SAW) resonators.
  • FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view schematically showing the resonator of the filter 15 according to the embodiment.
  • a schematic plan view and a schematic sectional view showing the structure of the series arm resonator 501 among the plurality of resonators constituting the filter 15 are illustrated.
  • the series arm resonator 501 shown in FIG. 3 is for explaining a typical structure of the plurality of resonators, and the number and length of electrode fingers constituting the electrode are as follows. It is not limited to.
  • Each resonator of the filter 15 includes a substrate 220 having a piezoelectric layer 227 and comb-shaped electrodes 22a and 22b.
  • the pair of comb electrodes 22a and 22b constitutes the IDT electrode 22.
  • the comb-shaped electrode 22a includes a plurality of electrode fingers 222a that are parallel to each other and a bus bar electrode 221a that connects the plurality of electrode fingers 222a.
  • the comb electrode 22b includes a plurality of electrode fingers 222b that are parallel to each other and a bus bar electrode 221b that connects the plurality of electrode fingers 222b.
  • the plurality of electrode fingers 222a and 222b are formed along a direction orthogonal to the X-axis direction.
  • the IDT electrode 22 composed of the plurality of electrode fingers 222a and 222b and the bus bar electrodes 221a and 221b has a laminated structure of the adhesion layer 223 and the main electrode layer 224 as shown in the cross-sectional view of FIG. ing.
  • the adhesion layer 223 is a layer for improving the adhesion between the piezoelectric layer 227 and the main electrode layer 224, and, for example, Ti is used as the material.
  • the film thickness of the adhesion layer 223 is 12 nm, for example.
  • the main electrode layer 224 is made of, for example, Al containing 1% Cu.
  • the film thickness of the main electrode layer 224 is, for example, 141 nm.
  • the protective layer 225 is formed so as to cover the comb electrodes 22a and 22b.
  • the protective layer 225 is a layer for the purpose of protecting the main electrode layer 224 from the external environment, adjusting frequency temperature characteristics, and improving moisture resistance.
  • the protective layer 225 is mainly composed of silicon dioxide (SiO 2 ). It is a film.
  • the film thickness of the protective layer 225 is, for example, 25 nm.
  • the materials constituting the adhesion layer 223, the main electrode layer 224, and the protective layer 225 are not limited to the materials described above. Furthermore, the IDT electrode 22 may not have the above-described laminated structure.
  • the IDT electrode 22 may be composed of, for example, a metal or alloy such as Ti, Al, Cu, Pt, Au, Ag, or Pd, or may be composed of a plurality of laminates composed of the above metals or alloys. May be. Further, the protective layer 225 may not be formed.
  • the substrate 220 includes a high sound speed support substrate 228, a low sound speed film 226, and a piezoelectric layer 227.
  • the high sound speed support substrate 228, the low sound speed film 226, and the piezoelectric layer 227 are arranged in this order. Has a laminated structure.
  • the high sound velocity support substrate 228 is a substrate that supports the low sound velocity film 226, the piezoelectric layer 227, and the IDT electrode 22.
  • the high-sonic support substrate 228 is a substrate in which the acoustic velocity of the bulk wave in the high-sonic support substrate 228 is higher than the acoustic wave of the surface wave and boundary wave propagating through the piezoelectric layer 227.
  • the layer 227 and the low acoustic velocity film 226 are confined in the laminated portion and function so as not to leak below the high acoustic velocity supporting substrate 228.
  • the high sound speed support substrate 228 is, for example, a silicon substrate and has a thickness of, for example, 125 ⁇ m.
  • the high sound velocity support substrate 228 includes (1) a piezoelectric body such as aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, silicon, sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, or quartz, (2) alumina, zirconia, Various ceramics such as cordierite, mullite, steatite, or forsterite, (3) magnesia diamond, (4) materials containing the above materials as main components, and (5) mixtures of the above materials as main components. You may be comprised with either of materials.
  • the low acoustic velocity film 226 is a membrane in which the acoustic velocity of the bulk wave in the low acoustic velocity film 226 is lower than the acoustic velocity of the elastic wave propagating through the piezoelectric layer 227, and is interposed between the piezoelectric layer 227 and the high acoustic velocity support substrate 228. Be placed. Due to this structure and the property that energy is concentrated in a medium where acoustic waves are essentially low in sound velocity, leakage of surface acoustic wave energy to the outside of the IDT electrode is suppressed.
  • the low acoustic velocity film 226 is, for example, a film mainly composed of silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the thickness of the low acoustic velocity film 226 is 2 ⁇ or less, for example, 600 nm when the wavelength of the elastic wave determined by the electrode period of the IDT electrode 22 is ⁇ .
  • the Q value of each resonator at the resonance frequency and the antiresonance frequency can be significantly increased as compared with the conventional structure in which the piezoelectric substrate is used as a single layer. . That is, since a surface acoustic wave resonator having a high Q value can be configured, a filter with a small insertion loss can be configured using the surface acoustic wave resonator.
  • the high sound velocity support substrate 228 has a structure in which a support substrate and a high sound velocity film in which the sound velocity of the propagating bulk wave is higher than the acoustic wave of the surface wave and boundary wave propagating in the piezoelectric layer 227 are laminated.
  • the support substrate is a piezoelectric material such as sapphire, lithium tantalate, lithium niobate, crystal, alumina, magnesia, silicon nitride, aluminum nitride, silicon carbide, zirconia, cordierite, mullite, steatite, forsterite, etc.
  • the high sound velocity film includes various materials such as 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. High sound velocity material can be used.
  • the thicknesses and materials of the layers exemplified in the laminated structure of the piezoelectric substrate are examples, and may be changed according to, for example, important characteristics among required filter characteristics.
  • the cut angle ⁇ (°) of the LiTaO 3 piezoelectric layer 227 is the wavelength ⁇ which is the repetition period of the comb electrodes 22a and 22b, and the film thickness T of the comb electrodes 22a and 22b.
  • Expression 3 and Expression 4 are defined by IDT , specific gravity ⁇ of IDT electrode 22, electrode duty D of IDT electrode 22, thickness T LT of piezoelectric layer 227, and film thickness T VL of low acoustic velocity film 226.
  • ⁇ B (°) is the optimum cut angle of the piezoelectric layer 227 at which the Rayleigh wave spurious is minimized.
  • the inventors have suppressed the generation of Rayleigh wave spurious in the attenuation band on the lower frequency side than the pass band in the surface acoustic wave filter using the LiTaO 3 piezoelectric layer of ⁇ ° Y cut X propagation. It has been found that the possible cut angle ⁇ is not uniquely determined, but varies depending on ⁇ , T IDT , ⁇ , D, T LT , and T VL , and can be defined by the above equations 3 and 4.
  • the cut angle ⁇ of the LiTaO 3 piezoelectric layer 227 can be selected according to the IDT electrode 22 and the structural parameters of the piezoelectric material, and it is possible to reduce spurious in the attenuation band on the lower frequency side than the pass band. Accordingly, for example, when the passbands of the filters 11 and 12 on the lower frequency side than the filter 15 and the generation frequency of the Rayleigh wave spurious by the filter 15 overlap, the ripple in the passband of the filters 11 and 12 is reduced. It becomes possible to do.
  • the transmission filters 11 and 13 and the reception filters 12 and 14 may also be surface acoustic wave filters having the above laminated structure. Thereby, in the transmission filters 11 and 13 and the reception filters 12 and 14, lower loss filter characteristics can be realized.
  • the substrate on which the IDT electrode is formed may be a piezoelectric substrate made of a single piezoelectric layer.
  • the piezoelectric substrate in this case is composed of, for example, a LiTaO 3 piezoelectric single crystal or another piezoelectric single crystal such as LiNbO 3 .
  • the wavelength of the surface acoustic wave resonator is defined by a wavelength ⁇ which is a repetition period of the plurality of electrode fingers 222a or 222b constituting the IDT electrode 22 shown in the middle stage of FIG.
  • the electrode pitch is 1 ⁇ 2 of the wavelength ⁇
  • the line width of the electrode fingers 222a and 222b constituting the pair of comb-shaped electrodes 22a and 22b is W
  • the distance between the adjacent electrode fingers 222a and 222b When the space width is S, it is defined by (W + S). Further, as shown in the upper part of FIG.
  • the crossing width L of the IDT electrode is an overlapping electrode finger length when viewed from the X-axis direction of the electrode finger 222a of the comb electrode 22a and the electrode finger 222b of the comb electrode 22b. It is.
  • the electrode duty D of each resonator is the line width occupation ratio of the plurality of electrode fingers 222a and 222b, and is the ratio of the line width to the sum of the line width and the space width of the plurality of electrode fingers 222a and 222b. Yes, defined as W / (W + S).
  • the parallel arm resonators 551 to 554 shown in FIG. 2 each have a resonance frequency frp and an anti-resonance frequency fap (> frp) in resonance characteristics.
  • the series arm resonators 501 to 505 each have a resonance frequency frs and an anti-resonance frequency fas (> frs> frp) in resonance characteristics.
  • the resonance frequencies frs of the series arm resonators 501 to 505 are designed to be substantially the same, but are not necessarily the same.
  • the anti-resonance frequency fap of the parallel arm resonators 551 to 554 and the resonance frequency frs of the series arm resonators 101 to 105 are brought close to each other.
  • the vicinity of the resonance frequency frp where the impedance of the parallel arm resonators 551 to 554 approaches 0 becomes a low-frequency band stop region.
  • the impedance of the parallel arm resonators 551 to 554 increases near the antiresonance frequency fap, and the impedance of the series arm resonators 501 to 505 approaches 0 near the resonance frequency frs.
  • the signal path from the common terminal 60 to the input / output terminal 50 becomes a signal pass band.
  • the impedances of the series arm resonators 501 to 505 become higher and become a high-frequency side blocking region. That is, the steepness of the attenuation characteristic in the high-frequency-side stop band is greatly affected by where the anti-resonance frequency fas of the series arm resonators 501 to 505 is set outside the signal pass band.
  • the filter 15 when a high frequency signal is input from the common terminal 60, a potential difference is generated between the common terminal 60 and the ground, thereby generating a surface acoustic wave that propagates in the X direction due to distortion of the piezoelectric substrate.
  • a potential difference is generated between the common terminal 60 and the ground, thereby generating a surface acoustic wave that propagates in the X direction due to distortion of the piezoelectric substrate.
  • the wavelength ⁇ of the IDT electrode 22 with the wavelength of the pass band, only the high-frequency signal having the frequency component to be passed passes through the filter 15.
  • the substrate 220 having the above-described stacked structure is used as the substrate of the filter 15.
  • LiTaO 3 is selected as the material of the piezoelectric layer 227 constituting the substrate 220 in order to meet the specifications of the bandwidth, insertion loss, and attenuation band required for the filter 15.
  • the film thickness T IDT the film thickness T IDT , the electrode duty D, the thickness T LT of the piezoelectric layer 227, and the low sound velocity film constituting the IDT electrode 22 corresponding to the required filter characteristics
  • the film thickness T VL of 226 must be optimized.
  • the inventors have investigated the surface acoustic wave filter using the piezoelectric layer 227 composed of LiTaO 3 with ⁇ ° Y-cut X propagation, and the Rayleigh wave spurious in the attenuation band on the lower frequency side than the pass band.
  • the cut angle ⁇ that can suppress the occurrence of occurrence is not uniquely determined, but varies depending on the film thickness T IDT , electrode duty D, thickness T LT , and film thickness T VL , and the cut angle ⁇ is determined by these parameters. I found out that I can do it.
  • FIG. 4A is a graph showing the relationship between the structural parameters in the first range and the cut angle of the piezoelectric layer 227.
  • FIG. 4B is a graph showing the relationship between the structural parameters in the second range and the cut angle of the piezoelectric layer 227.
  • FIG. 4C is a graph showing the relationship between the structural parameters in the third range and the cut angle of the piezoelectric layer 227.
  • the results shown in FIGS. 4A to 4C show that the normalized film thickness (T IDT / ⁇ ), the electrode duty D, the normalized thickness (T LT / ⁇ ), and the normalized film thickness (T VL / ⁇ ) are changed.
  • the change in the cut angle at which the Rayleigh wave spurious is minimized is obtained by simulation using the finite element method.
  • Al is used as the material of the IDT electrode 22
  • SiO 2 is used as the material of the low sound velocity film 226.
  • the range of the standardized film thickness (T IDT / ⁇ ) smaller than the standardized film thickness (T IDT / ⁇ ), including the electrode duty D 0.5, is larger than the electrode duty D in the first range and the third range
  • T LT / ⁇ normalized thickness greater normalized thickness than (T LT / ⁇ )
  • T VL / ⁇ normalized thickness
  • T VL / ⁇ normalized film in the first range Standard in the third range smaller than thickness
  • T VL / ⁇ The standardized film thickness (T VL / ⁇ ) is larger than the normalized film thickness (T VL / ⁇ ).
  • the cut angle decreases as the normalized film thickness (T IDT / ⁇ ) increases. Further, the cut angle becomes smaller as the electrode duty D becomes larger. The cut angle increases as the normalized thickness (T LT / ⁇ ) increases. The cut angle increases as the normalized film thickness (T VL / ⁇ ) increases.
  • FIG. 5A is a graph showing the relationship between the cut angle of the piezoelectric layer 227 and the Rayleigh wave spurious bandwidth BW in the first range of structural parameters.
  • FIG. 5B is a graph showing the relationship between the cut angle of the piezoelectric layer 227 and the Rayleigh wave spurious bandwidth BW in the second range of structural parameters.
  • FIG. 5C is a graph showing the relationship between the cut angle of the piezoelectric layer 227 and the Rayleigh wave spurious bandwidth BW in the third range of structural parameters.
  • each of the series arm resonator and the parallel arm resonator generates spurious in a frequency band near 0.76 times.
  • a spurious signal having a predetermined bandwidth BW is generated by a spurious signal corresponding to the resonance point (antiresonance point) of the resonator and a spurious signal corresponding to the resonance point (antiresonance point) of the parallel arm resonator.
  • the cut angle at which the Rayleigh wave spurious level and the bandwidth are minimized is the normalized film thickness (T IDT / ⁇ ), the electrode duty D, the standard It varies depending on the combination of the normalized thickness (T LT / ⁇ ) and the normalized film thickness (T VL / ⁇ ).
  • ⁇ represents the specific gravity of the IDT electrode 22.
  • ⁇ 2.69089 (g / cm 3 ) may be set.
  • (rho) 4.54 (g / cm ⁇ 3 >) when the IDT electrode 22 is comprised with Ti.
  • ⁇ 21.45 (g / cm 3 ) may be set.
  • FIG. 6A is a graph showing the pass characteristics of the Band 15 filter 15 according to the example.
  • FIG. 6B is a graph showing the pass characteristics of the Band 41 filter according to the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph comparing the pass characteristics of the Band 25 transmission filters according to the example and the comparative example. Table 1 shows design parameters of the filter 15 according to the embodiment.
  • the wavelength ⁇ , the electrode duty D, the film thickness T IDT of the IDT electrode 22, the thickness of the piezoelectric layer 227 (T LT / ⁇ ), and the film thickness of the low sound velocity film shown in Table 1 are shown.
  • (T VL / ⁇ ) and the specific gravity ⁇ of Al constituting the IDT electrode 22 into Equation 3 42 (°) is derived as the optimum cut angle ⁇ B at which the Rayleigh wave spurious is minimized. . Therefore, 42 ° Y-cut X-propagation LiTaO 3 was used as the piezoelectric layer 227 of the filter 15 according to the example.
  • the filter according to the comparative example 50 ° Y-cut X-propagating LiTaO 3 that is 8 (°) larger than the cut angle used in the filter 15 according to the example was used. That is, in the filter according to the comparative example, the wavelength ⁇ , the electrode duty D, the thickness T IDT of the IDT electrode 22, the thickness of the piezoelectric layer 227 (T LT / ⁇ ), and the thickness of the low sound velocity film (T VL / ⁇ ) A cut angle deviating from the optimum cut angle ⁇ B obtained by substituting into the equation 3 was used. Note that if the LiTaO 3 cut angle is changed, the main mode ratio band is greatly changed. Therefore, unless the circuit configuration and the IDT electrode design parameters are significantly changed, desired in-passband characteristics cannot be obtained. For this reason, the design parameters of the filter according to the comparative example and the design parameters of the filter 15 according to the example are not the same.
  • the Band 15 filter 15 according to the embodiment is used for a Band 25 + Band 66 + Band 41 pentaplexer (multiplexer 1), the ripple in the pass band of the Band 25 transmission filter 11 is reduced.
  • FIG. 8A is a graph showing an example of the relationship between the cut angle of the LiTaO 3 piezoelectric layer and the Rayleigh wave spurious ratio band.
  • FIG. 8B is a graph showing an example of the relationship between the cut angle of the LiTaO 3 piezoelectric layer and the Rayleigh wave spurious level. More specifically, FIG. 8A and FIG. 8B show the stacked substrate composed of IDT electrode / piezoelectric layer / low sound velocity film / high sound velocity support substrate, and the structure of the second range shown in FIGS. 4B and 5B. in the case of using the parameter is a graph showing the relationship between a cut angle and the Rayleigh wave spurious LiTaO 3 piezoelectric layer.
  • the Rayleigh wave spurious converges to zero as the ratio band (Rayleigh wave spurious bandwidth BW / spurious frequency) approaches zero.
  • the ratio band of Rayleigh wave spurious is almost zero.
  • the specific band is about 0.72%. That is, in the filter 15 according to the example, the Rayleigh wave spurious ratio band is almost zero and no Rayleigh wave spurious signal is generated. However, in the filter according to the comparative example, the ratio band is larger than that of the example. It is determined that wave spurious has occurred.
  • FIG. 8B it is the result of confirming the level of Rayleigh wave spurious (return loss of the common terminal 60). Similar to the tendency of FIG. 8A, the Rayleigh wave spurious is almost zero near the cut angle 42 (°) of the LiTaO 3 piezoelectric layer, and the level of the Rayleigh wave spurious is large even if the cut angle becomes larger or smaller than that. Become. Note that a ripple having a level of 30% of the Rayleigh wave spurious level is generated in the pass band of the Band 25 transmission filter 11 and the reception filter 12.
  • the required specifications of ripples in the passband have increased, and the ripples are desirably 0.3 dB or less. That is, the Rayleigh wave spurious level needs to be 1.0 dB or less.
  • the cut angle ⁇ that can reduce the Rayleigh wave spurious level to 1.0 dB or less is 38 ° to 46 ° (42 ⁇ 4 °). It can be seen that it is.
  • the optimum cut angle ⁇ B (°) of the piezoelectric layer 227 made of LiTaO 3 that minimizes the Rayleigh wave spurious is the wavelength ⁇ , the film thickness T IDT , the specific gravity ⁇ , the electrode It is derived by substituting the duty D, thickness T LT , and film thickness T VL into the above equation 3.
  • the cut angle ⁇ (°) of the piezoelectric layer 227 made of LiTaO 3 satisfies the relationship of the above formula 4.
  • Band6 (passband: 2496-2690 MHz) 0.76 times overlaps with Band25 (transmission band: 1850-1915 MHz, reception band: 1930-1995 MHz).
  • the surface acoustic wave filter (filter 15) is applied to Band 41 and the low frequency side filters (transmission filter 11 and reception filter 12) are applied to Band 25, 0.76 times the passband of the surface acoustic wave filter. Since the spurious in the frequency band is suppressed with high accuracy, it is possible to reduce the ripple in the pass band in the low frequency side filter. Therefore, the multiplexer 1 with low loss, high attenuation, and high isolation can be realized.
  • the cut angle ⁇ of the LiTaO 3 piezoelectric layer can be selected according to the structural parameters of the IDT electrode and the piezoelectric material by using the above formulas 3 and 4.
  • the spurious level in the pass band of the low frequency filter can be reduced to a value close to zero.
  • the ripple in the passband can be reduced in the low-frequency filter.
  • the multiplexer 1 may further include an impedance matching element disposed between the antenna element 2 and the common terminal 60.
  • the multiplexer 1 according to the present invention is not limited to a Band 25 + Band 66 + Band 41 pentaplexer as in the embodiment.
  • a single surface acoustic wave filter using a LiTaO 3 piezoelectric layer having a cut angle ⁇ defined by Equation 3 and Equation 4 in a laminate of piezoelectric substrates such as the filter 15 according to the present embodiment is also included in the present invention. It is. Accordingly, the cut angle ⁇ of the LiTaO 3 piezoelectric layer can be selected according to the structural parameters of the IDT electrode and the piezoelectric material, and a surface acoustic wave filter with improved spurious in the attenuation band on the lower frequency side than the pass band can be provided.
  • the multiplexer 1 includes a surface acoustic wave filter using a LiTaO 3 piezoelectric layer having a piezoelectric substrate made of the above laminate and having a cut angle ⁇ defined by Formula 3 and Formula 4, and the elasticity Any multiplexer may be used as long as the multiplexer is commonly connected to the low-frequency filter having a low-frequency passband with respect to the passband of the surface wave filter.
  • the multiplexer 1 according to the present invention may not have a configuration including a plurality of duplexers that perform transmission and reception.
  • the present invention is also applied to a transmission apparatus having a plurality of transmission frequency bands.
  • the multiplexer 1 according to the present invention is also applied to a receiving device having a plurality of receiving frequency bands, for example. Even such a transmission device or reception device has the same effect as the multiplexer 1 according to the present embodiment.
  • the present invention can be widely used in communication devices such as mobile phones as a low-loss surface acoustic wave filter or multiplexer applicable to frequency standards that are multibanded and multimoded.

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Abstract

フィルタ（１５）は、カット角θ°のＬｉＴａＯ3圧電層（２２７）と、高音速支持基板（２２８）と、低音速膜（２２６）と、ＩＤＴ電極（２２）とを備え、ＩＤＴ電極（２２）の波長λ、ＩＤＴ電極（２２）の膜厚ＴIDT、ＩＤＴ電極（２２）の比重ρ、電極デューティーＤ、圧電層（２２７）の厚みＴLT、および低音速膜（２２６）の膜厚ＴVLから、レイリー波のスプリアスが極小となる圧電層（２２７）の最適カット角θBが求められ、圧電層（２２７）のカット角θ（°）は、θB－４≦θ≦θB＋４の関係を満たす。

Description

弾性表面波フィルタおよびマルチプレクサ
　本発明は、弾性表面波フィルタおよびマルチプレクサに関する。
　通信端末用高周波フィルタとして、従来、弾性表面波フィルタが好適として使用されている。その際、特に、通過帯域と阻止帯域との間の周波数間隔が狭く高度のフィルタ設計技術を要する周波数帯においては、通過帯域と阻止帯域との遷移領域が急峻なフィルタ特性が重要となるため、弾性波共振子のＱ値向上が求められている。
　特許文献１の図１には、高音速支持基板、低音速膜、および圧電層の積層体で形成された圧電基板を用いることにより、Ｑ値を高くした弾性表面波フィルタが開示されている。上記構成によれば、弾性表面波フィルタの低損失性を実現できる。
国際公開第２０１２／０８６６３９号
　しかしながら、上記積層体を用いて弾性表面波フィルタを構成した場合、通過帯域よりも低周波側にレイリー波のスプリアスが発生し、当該低周波側の減衰特性が悪化してしまう。特に、この弾性表面波フィルタを用いてマルチプレクサを構成した場合、当該弾性表面波フィルタと共通接続された低周波側フィルタの通過帯域に、上記スプリアスに起因したリップルが発生してしまう。
　スプリアスを抑制できる方策としては、特定のカット角を有する圧電基板を用いることが知られている。しかし、弾性表面波フィルタでは、要求されるフィルタ特性に対応してＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータを最適化しなければならない。圧電基板の最適カット角は、上記パラメータに応じて変化するものであり、一意に決定されるものではない。
　そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータに応じて選択されたカット角を有する圧電層で構成され、通過帯域の低損失性を確保しつつ、低周波側の減衰帯域が改善された弾性表面波フィルタおよびマルチプレクサを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る弾性表面波フィルタは、カット角がθ°であるＬｉＴａＯ3圧電層と、前記ＬｉＴａＯ3圧電層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の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と前記ＬｉＴａＯ3圧電層との間に配置され、前記ＬｉＴａＯ3圧電層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜と、前記ＬｉＴａＯ3圧電層上に形成されたＩＤＴ電極と、を備え、前記ＩＤＴ電極を構成する一対の櫛形電極の繰り返し周期を波長λ（μｍ）とし、前記一対の櫛形電極の膜厚をＴIDT（μｍ）とし、前記ＩＤＴ電極の比重をρ（ｇ／ｃｍ3）とし、前記一対の櫛形電極の電極デューティーをＤとし、前記ＬｉＴａＯ3圧電層の厚みをＴLT（μｍ）とし、前記低音速膜の膜厚をＴVL（μｍ）とした場合、レイリー波のスプリアスが極小となる前記ＬｉＴａＯ3圧電層の最適カット角θB（°）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　で規定され、前記ＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θ（°）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　の関係を満たす。
　発明者らは、鋭意検討の結果、θ°ＹカットＸ伝搬（Ｘ軸を中心軸としてＹ軸からＺ軸方向にθ°回転した軸を法線とする面を表面とし、Ｘ軸方向に弾性表面波が伝搬する）のＬｉＴａＯ3圧電層を用いた弾性表面波フィルタについて、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域でのレイリー波スプリアスの発生を抑制できるカット角θは、一意に決まるのではなく、繰り返し周期である波長λ、櫛形電極の膜厚ＴIDT、ＩＤＴ電極の比重ρ、櫛形電極の電極デューティーＤ、ＬｉＴａＯ3圧電層の厚みＴLT、および低音速膜の膜厚ＴVLにより変化し、上記式１および式２により規定できることを見出した。
　これにより、ＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータに応じてＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θを選択でき、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域におけるレイリー波スプリアスを低減できる。
　また、前記弾性表面波フィルタは、前記ＬｉＴａＯ3圧電層および前記ＩＤＴ電極からなる直列腕共振子および並列腕共振子で構成されるラダー型のフィルタ構造を有してもよい。
　これにより、通過帯域の低損失性が確保された弾性表面波フィルタを実現できる。
　また、前記弾性表面波フィルタは、前記ＬｉＴａＯ3圧電層および前記ＩＤＴ電極からなる複数の弾性波共振子が弾性波伝搬方向に並んで配置された縦結合型のフィルタ構造を有してもよい。
　これにより、減衰強化等の要求されるフィルタ特性に適応することが可能となる。
　また、本発明の一態様に係るマルチプレクサは、共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子を有し、前記共通端子と前記第１入出力端子との間に接続された、上記記載の弾性表面波フィルタと、前記共通端子と前記第２入出力端子との間に接続され、前記弾性表面波フィルタの通過帯域よりも低周波側の通過帯域を有する低周波側フィルタと、を備える。
　これにより、高周波側の通過帯域を有する弾性表面波フィルタにおいて、ＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータに応じてＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θを選択でき、低周波側フィルタの通過帯域におけるスプリアスを低減できる。またこれに伴い、低周波側フィルタにおいて、通過帯域内のリップルを低減することが可能となる。
　また、前記弾性表面波フィルタの通過帯域は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ４１の周波数帯であり、前記低周波側フィルタの通過帯域は、前記ＬＴＥのＢａｎｄ２５の周波数帯であってもよい。
　Ｂａｎｄ４１（通過帯域：２４９６－２６９０ＭＨｚ）の０．７６倍は、Ｂａｎｄ２５（送信帯域：１８５０－１９１５ＭＨｚ、受信帯域：１９３０－１９９５ＭＨｚ）と重複する。この場合、上記弾性表面波フィルタをＢａｎｄ４１に適用し、上記低周波側フィルタをＢａｎｄ２５に適用した場合、上記弾性表面波フィルタの通過帯域の０．７６倍の周波数帯域におけるスプリアスが低減されるので、低周波側フィルタにおける通過帯域内のリップルを低減することが可能となる。よって、低損失、高減衰、および高アイソレーションのマルチプレクサを実現できる。
　本発明に係る弾性表面波フィルタまたはマルチプレクサによれば、ＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータに応じて選択されたカット角を選択できるので、通過帯域の低損失性を確保しつつ低周波側の減衰帯域を改善することが可能となる。
図１は、実施の形態に係るマルチプレクサの回路構成図である。 図２は、実施の形態に係るＢａｎｄ４１用のフィルタの回路構成図である。 図３は、実施の形態に係る弾性表面波フィルタの共振子を模式的に表す平面図および断面図である。 図４Ａは、第１範囲の構造パラメータとＬＴ圧電層カット角との関係を表すグラフである。 図４Ｂは、第２範囲の構造パラメータとＬＴ圧電層カット角との関係を表すグラフである。 図４Ｃは、第３範囲の構造パラメータとＬＴ圧電層カット角との関係を表すグラフである。 図５Ａは、第１範囲の構造パラメータにおける、ＬＴ圧電層カット角とレイリー波スプリアス帯域幅との関係を表すグラフである。 図５Ｂは、第２範囲の構造パラメータにおける、ＬＴ圧電層カット角とレイリー波スプリアス帯域幅との関係を表すグラフである。 図５Ｃは、第３範囲の構造パラメータにおける、ＬＴ圧電層カット角とレイリー波スプリアス帯域幅との関係を表すグラフである。 図６Ａは、実施例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタの通過特性を表すグラフである。 図６Ｂは、比較例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタの通過特性を表すグラフである。 図７は、実施例および比較例に係るＢａｎｄ２５用の送信フィルタの通過特性を比較したグラフである。 図８Ａは、ＬＴ圧電層カット角とレイリー波スプリアス比帯域との関係の一例を表すグラフである。 図８Ｂは、ＬＴ圧電層カット角とレイリー波スプリアスレベルとの関係の一例を表すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態について図表を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施例は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。以下の実施例における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面に示される構成要素の大きさまたは大きさの比は、必ずしも厳密ではない。
　（実施の形態）
　［１．マルチプレクサの基本構成］
　本実施の形態では、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ２５（送信帯域：１８５０－１９１５ＭＨｚ、受信帯域：１９３０－１９９５ＭＨｚ）、Ｂａｎｄ６６（送信帯域：１７１０－１７８０ＭＨｚ、受信帯域：２１１０－２２００ＭＨｚ）、およびＢａｎｄ４１（通過帯域：２４９６－２６９０ＭＨｚ）に適用されるマルチプレクサについて例示する。マルチプレクサ１は、Ｂａｎｄ２５用のデュプレクサと、Ｂａｎｄ６６用のデュプレクサと、Ｂａｎｄ４１用のフィルタとが、共通端子で接続されたペンタプレクサである。
　図１は、実施の形態に係るマルチプレクサ１の回路構成図である。図１に示すように、マルチプレクサ１は、Ｂａｎｄ２５用の送信フィルタ１１および受信フィルタ１２と、Ｂａｎｄ６６用の送信フィルタ１３および受信フィルタ１４と、Ｂａｎｄ４１用のフィルタ１５と、インダクタ２１と、共通端子６０と、入出力端子１０、２０、３０、４０および５０と、を備える。また、マルチプレクサ１は、共通端子６０およびアンテナ素子２に直列接続されたインダクタ３１を介して、アンテナ素子２に接続されている。
　送信フィルタ１１は、送信回路（ＲＦＩＣなど）で生成された送信波を、入出力端子１０を経由して入力し、当該送信波をＢａｎｄ２５の送信帯域（１８５０－１９１５ＭＨｚ）でフィルタリングして共通端子６０へ出力する非平衡入力－非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
　受信フィルタ１２は、共通端子６０から入力された受信波を入力し、当該受信波をＢａｎｄ２５の受信帯域（１９３０－１９９５ＭＨｚ）でフィルタリングして入出力端子２０へ出力する非平衡入力－非平衡出力型の帯域通過フィルタである。また、受信フィルタ１２と共通端子６０との間には、インダクタ２１が直列接続されている。なお、インダクタ２１および３１は、アンテナ素子２と各フィルタとのインピーダンス整合をとるための回路素子であって、必須の構成要素ではない。
　送信フィルタ１３は、送信回路（ＲＦＩＣなど）で生成された送信波を、入出力端子３０を経由して入力し、当該送信波をＢａｎｄ６６の送信帯域（１７１０－１７８０ＭＨｚ）でフィルタリングして共通端子６０へ出力する非平衡入力－非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
　受信フィルタ１４は、共通端子６０から入力された受信波を入力し、当該受信波をＢａｎｄ６６の受信帯域（２１１０－２２００ＭＨｚ）でフィルタリングして入出力端子４０へ出力する非平衡入力－非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
　フィルタ１５は、共通端子６０から入力された受信波を入力し、当該受信波をＢａｎｄ４１の通過帯域（２４９６－２６９０ＭＨｚ）でフィルタリングして入出力端子５０へ出力する非平衡入力－非平衡出力型の帯域通過フィルタである。
　送信フィルタ１１および１３、受信フィルタ１２および１４、ならびにフィルタ１５は、共通端子６０に共通接続されている。
　なお、本発明に係るマルチプレクサは上述したＢａｎｄ２５＋Ｂａｎｄ６６＋Ｂａｎｄ４１のペンタプレクサに限定されず、他バンドを組み合わせたマルチプレクサにも適用可能である。
　［２．各フィルタの回路構成］
　図２は、実施の形態に係るＢａｎｄ４１用のフィルタ１５の回路構成図である。図２に示すように、フィルタ１５は、直列腕共振子５０１～５０５と、並列腕共振子５５１～５５４と、整合用のインダクタ５６１と、を備える。
　直列腕共振子５０１～５０５は、共通端子６０と入出力端子１０とを結ぶ経路上に直列接続されている。また、並列腕共振子５５１～５５４は、それぞれ、上記経路上の各ノードとグランドとの間に接続されている。直列腕共振子５０１～５０５および並列腕共振子５５１～５５４の上記接続構成により、フィルタ１５は、ラダー型のバンドパスフィルタを構成している。また、インダクタ５６１は、並列腕共振子５５２、５５３および５５４の接続点とグランドとの間に接続されている。上記ラダー型の回路構成により、通過帯域の低損失性が確保された弾性表面波フィルタを実現できる。
　なお、フィルタ１５は、複数の弾性表面波共振子が弾性波伝搬方向に並んで配置された縦結合型のフィルタ構造を有していてもよい。これにより、減衰強化等の要求されるフィルタ特性に適応することが可能となる。
　また、送信フィルタ１１および１３、ならびに、受信フィルタ１２および１４は、弾性波共振子で構成される弾性表面波フィルタである。なお、送信フィルタ１１および１３、ならびに、受信フィルタ１２および１４は、弾性境界波、またはＢＡＷ（Ｂｕｌｋ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）を用いた弾性波フィルタであってもよい。
　一般に、マルチプレクサを構成する周波数帯域（バンド）の数が多いほど回路構成が複雑となり伝送線路が長くなるため、また、回路素子間の不整合が大きくなるため、より低損失なフィルタが要求される。
　これに対応すべく、本実施の形態に係るマルチプレクサ１では、各フィルタとして弾性表面波フィルタを用いている。これにより、小型かつ低損失のマルチプレクサが可能となる。さらに、本実施の形態に係るマルチプレクサ１では、Ｂａｎｄ４１用のフィルタ１５において、高音速支持基板、低音速膜、および圧電層の積層体を圧電基板として用いることにより、フィルタ１５を構成する各共振子のＱ値を高くし、フィルタ１５の低損失性を確保している。以下、フィルタ１５に使用される圧電基板の積層構造および当該圧電基板上に形成されるＩＤＴ（ＩｎｔｅｒＤｉｇｉｔａｌ　Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）電極を有する弾性表面波共振子の構造について説明する。
　［３．弾性表面波共振子の構造］
　弾性表面波フィルタであるフィルタ１５の各共振子の構造について説明する。フィルタ１５を構成する直列腕共振子および並列腕共振子は、弾性表面波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ　Ｗａｖｅ）共振子である。
　図３は、実施の形態に係るフィルタ１５の共振子を模式的に表す平面図および断面図である。同図には、フィルタ１５を構成する複数の共振子のうち、直列腕共振子５０１の構造を表す平面摸式図および断面模式図が例示されている。なお、図３に示された直列腕共振子５０１は、上記複数の共振子の典型的な構造を説明するためのものであって、電極を構成する電極指の本数や長さなどは、これに限定されない。
　フィルタ１５の各共振子は、圧電層２２７を有する基板２２０と、櫛形電極２２ａおよび２２ｂとで構成されている。
　図３の平面図に示すように、圧電層２２７の上には、互いに対向する一対の櫛形電極２２ａおよび２２ｂが形成されている。一対の櫛形電極２２ａおよび２２ｂは、ＩＤＴ電極２２を構成している。櫛形電極２２ａは、互いに平行な複数の電極指２２２ａと、複数の電極指２２２ａを接続するバスバー電極２２１ａとで構成されている。また、櫛形電極２２ｂは、互いに平行な複数の電極指２２２ｂと、複数の電極指２２２ｂを接続するバスバー電極２２１ｂとで構成されている。複数の電極指２２２ａおよび２２２ｂは、Ｘ軸方向と直交する方向に沿って形成されている。
　また、複数の電極指２２２ａおよび２２２ｂ、ならびに、バスバー電極２２１ａおよび２２１ｂで構成されるＩＤＴ電極２２は、図３の断面図に示すように、密着層２２３と主電極層２２４との積層構造となっている。
　密着層２２３は、圧電層２２７と主電極層２２４との密着性を向上させるための層であり、材料として、例えば、Ｔｉが用いられる。密着層２２３の膜厚は、例えば、１２ｎｍである。
　主電極層２２４は、材料として、例えば、Ｃｕを１％含有したＡｌが用いられる。主電極層２２４の膜厚は、例えば１４１ｎｍである。
　保護層２２５は、櫛形電極２２ａおよび２２ｂを覆うように形成されている。保護層２２５は、主電極層２２４を外部環境から保護する、周波数温度特性を調整する、および、耐湿性を高めるなどを目的とする層であり、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を主成分とする膜である。保護層２２５の膜厚は、例えば２５ｎｍである。
　なお、密着層２２３、主電極層２２４および保護層２２５を構成する材料は、上述した材料に限定されない。さらに、ＩＤＴ電極２２は、上記積層構造でなくてもよい。ＩＤＴ電極２２は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄなどの金属または合金から構成されてもよく、また、上記の金属または合金から構成される複数の積層体から構成されてもよい。また、保護層２２５は、形成されていなくてもよい。
　次に、基板２２０の積層構造について説明する。
　図３の下段に示すように、基板２２０は、高音速支持基板２２８と、低音速膜２２６と、圧電層２２７とを備え、高音速支持基板２２８、低音速膜２２６および圧電層２２７がこの順で積層された構造を有している。
　圧電層２２７は、例えば、θ°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3圧電単結晶または圧電セラミックス（Ｘ軸を中心軸としてＹ軸からＺ軸方向にθ°回転した軸を法線とする面で切断したタンタル酸リチウム単結晶またはセラミックスであって、Ｘ軸方向に弾性表面波が伝搬する単結晶またはセラミックス）からなる。圧電層２２７の厚みは、ＩＤＴ電極２２の電極周期で定まる弾性波の波長をλとした場合、３．５λ以下であり、例えば、θ＝４２（°）の場合、５３５ｎｍである。
　高音速支持基板２２８は、低音速膜２２６、圧電層２２７ならびにＩＤＴ電極２２を支持する基板である。高音速支持基板２２８は、さらに、圧電層２２７を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、高音速支持基板２２８中のバルク波の音速が高速となる基板であり、弾性表面波を圧電層２２７および低音速膜２２６が積層されている部分に閉じ込め、高音速支持基板２２８より下方に漏れないように機能する。高音速支持基板２２８は、例えば、シリコン基板であり、厚みは、例えば１２５μｍである。なお、高音速支持基板２２８は、（１）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、シリコン、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、または水晶等の圧電体、（２）アルミナ、ジルコニア、コージライト、ムライト、ステアタイト、またはフォルステライト等の各種セラミック、（３）マグネシアダイヤモンド、（４）上記各材料を主成分とする材料、ならびに、（５）上記各材料の混合物を主成分とする材料、のいずれかで構成されていてもよい。
　低音速膜２２６は、圧電層２２７を伝搬する弾性波の音速よりも、低音速膜２２６中のバルク波の音速が低速となる膜であり、圧電層２２７と高音速支持基板２２８との間に配置される。この構造と、弾性波が本質的に低音速な媒質にエネルギーが集中するという性質とにより、弾性表面波エネルギーのＩＤＴ電極外への漏れが抑制される。低音速膜２２６は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を主成分とする膜である。低音速膜２２６の厚みは、ＩＤＴ電極２２の電極周期で定まる弾性波の波長をλとした場合、２λ以下であり、例えば６００ｎｍである。
　基板２２０の上記積層構造によれば、圧電基板を単層で使用している従来の構造と比較して、共振周波数および***振周波数における各共振子のＱ値を大幅に高めることが可能となる。すなわち、Ｑ値が高い弾性表面波共振子を構成し得るので、当該弾性表面波共振子を用いて、挿入損失が小さいフィルタを構成することが可能となる。
　なお、高音速支持基板２２８は、支持基板と、圧電層２２７を伝搬する表面波や境界波の弾性波よりも、伝搬するバルク波の音速が高速となる高音速膜とが積層された構造を有していてもよい。この場合、支持基板は、サファイア、リチウムタンタレート、リチウムニオベイト、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および樹脂基板等を用いることができる。また、高音速膜は、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、上記材料を主成分とする媒質、上記材料の混合物を主成分とする媒質等、様々な高音速材料を用いることができる。
　なお、圧電基板の上記積層構造において例示した各層の厚み、および材料などは一例であり、例えば、要求されるフィルタ特性のうち重視すべき特性に応じて変更されるものである。
　ここで、本実施の形態に係るフィルタ１５では、ＬｉＴａＯ3の圧電層２２７のカット角θ（°）は、櫛形電極２２ａおよび２２ｂの繰り返し周期である波長λ、櫛形電極２２ａおよび２２ｂの膜厚ＴIDT、ＩＤＴ電極２２の比重ρ、ＩＤＴ電極２２の電極デューティーＤ、圧電層２２７の厚みＴLT、低音速膜２２６の膜厚ＴVLにより、式３および式４で規定される。式３において、θB（°）は、レイリー波のスプリアスが極小となる圧電層２２７の最適カット角である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　発明者らは、鋭意検討の結果、θ°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ3の圧電層を用いた弾性表面波フィルタについて、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域でのレイリー波スプリアスの発生を抑制できるカット角θは、一意に決まるのではなく、λ、ＴIDT、ρ、Ｄ、ＴLT、およびＴVLにより変化し、上記式３および式４により規定できることを見出した。
　これにより、ＩＤＴ電極２２および圧電材料の構造パラメータに応じてＬｉＴａＯ3の圧電層２２７のカット角θを選択でき、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域におけるスプリアスを低減することが可能となる。またこれに伴い、例えば、フィルタ１５よりも低周波側のフィルタ１１および１２の通過帯域と、フィルタ１５によるレイリー波スプリアスの発生周波数とが重なる場合、フィルタ１１および１２の通過帯域内のリップルを低減することが可能となる。
　なお、送信フィルタ１１および１３、ならびに受信フィルタ１２および１４も、上記積層構造を有する弾性表面波フィルタであってもよい。これにより、送信フィルタ１１および１３、ならびに受信フィルタ１２および１４において、より低損失のフィルタ特性を実現できる。ただし、送信フィルタ１１および１３、ならびに受信フィルタ１２および１４においては、ＩＤＴ電極が形成される基板は、圧電層の単層からなる圧電基板であってもよい。この場合の圧電基板は、例えば、ＬｉＴａＯ3の圧電単結晶、または、ＬｉＮｂＯ3などの他の圧電単結晶で構成される。
　ここで、ＩＤＴ電極２２の構造パラメータについて説明する。弾性表面波共振子の波長とは、図３の中段に示すＩＤＴ電極２２を構成する複数の電極指２２２ａまたは２２２ｂの繰り返し周期である波長λで規定される。また、電極ピッチは、波長λの１／２であり、一対の櫛形電極２２ａおよび２２ｂを構成する電極指２２２ａおよび２２２ｂのライン幅をＷとし、隣り合う電極指２２２ａと電極指２２２ｂとの間のスペース幅をＳとした場合、（Ｗ＋Ｓ）で定義される。また、ＩＤＴ電極の交叉幅Ｌは、図３の上段に示すように、櫛形電極２２ａの電極指２２２ａと櫛形電極２２ｂの電極指２２２ｂとのＸ軸方向から見た場合の重複する電極指長さである。また、各共振子の電極デューティーＤは、複数の電極指２２２ａおよび２２２ｂのライン幅占有率であり、複数の電極指２２２ａおよび２２２ｂのライン幅とスペース幅との加算値に対する当該ライン幅の割合であり、Ｗ／（Ｗ＋Ｓ）で定義される。
　［４．フィルタ１５の動作原理］
　ここで、本実施の形態に係るラダー型の弾性表面波フィルタの動作原理について説明しておく。
　例えば、図２に示された並列腕共振子５５１～５５４は、それぞれ、共振特性において共振周波数ｆｒｐおよび***振周波数ｆａｐ（＞ｆｒｐ）を有している。また、直列腕共振子５０１～５０５は、それぞれ、共振特性において共振周波数ｆｒｓおよび***振周波数ｆａｓ（＞ｆｒｓ＞ｆｒｐ）を有している。なお、直列腕共振子５０１～５０５の共振周波数ｆｒｓは、略一致するように設計されるが、必ずしも一致していない。また、直列腕共振子５０１～５０５の***振周波数ｆａｓ、並列腕共振子５５１～５５４の共振周波数ｆｒｐ、および、並列腕共振子５５１～５５４の***振周波数ｆａｐについても同様であり、必ずしも一致していない。
　ラダー型の共振子によりバンドパスフィルタを構成するにあたり、並列腕共振子５５１～５５４の***振周波数ｆａｐと直列腕共振子１０１～１０５の共振周波数ｆｒｓとを近接させる。これにより、並列腕共振子５５１～５５４のインピーダンスが０に近づく共振周波数ｆｒｐ近傍は、低域側阻止域となる。また、これより周波数が増加すると、***振周波数ｆａｐ近傍で並列腕共振子５５１～５５４のインピーダンスが高くなり、かつ、共振周波数ｆｒｓ近傍で直列腕共振子５０１～５０５のインピーダンスが０に近づく。これにより、***振周波数ｆａｐ～共振周波数ｆｒｓの近傍では、共通端子６０から入出力端子５０への信号経路において信号通過域となる。さらに、周波数が高くなり、***振周波数ｆａｓ近傍になると、直列腕共振子５０１～５０５のインピーダンスが高くなり、高周波側阻止域となる。つまり、直列腕共振子５０１～５０５の***振周波数ｆａｓを、信号通過域外のどこに設定するかにより、高周波側阻止域における減衰特性の急峻性が大きく影響する。
　フィルタ１５において、共通端子６０から高周波信号が入力されると、共通端子６０とグランドとの間で電位差が生じ、これにより、圧電基板が歪むことでＸ方向に伝搬する弾性表面波が発生する。ここで、ＩＤＴ電極２２の波長λと、通過帯域の波長とを対応させておくことにより、通過させたい周波数成分を有する高周波信号のみがフィルタ１５を通過する。
　［５．ＬｉＴａＯ3の圧電層のカット角算出］
　次に、フィルタ１５の基板２２０に用いられる圧電層２２７のカット角θ（°）の導出について説明する。
　本実施の形態では、フィルタ１５の基板として、上述した積層構造を有する基板２２０が用いられる。ここで、フィルタ１５に要求される帯域幅、挿入損失、および減衰帯域の仕様に対応するため、基板２２０を構成する圧電層２２７の材料として、ＬｉＴａＯ3が選択される。
　しかしながら、ＬｉＴａＯ3の圧電層２２７かつ上記積層構造を用いて弾性表面波フィルタを構成した場合、通過帯域よりも低周波側に、レイリー波のスプリアスが発生し、当該低周波側の減衰特性が悪化してしまう。また、この弾性表面波フィルタを用いてマルチプレクサを構成した場合、当該弾性表面波フィルタ（例えばフィルタ１５）と共通接続された低周波側フィルタ（例えばフィルタ１１または１２）の通過帯域に、上記スプリアスに起因したリップルが発生してしまう場合が想定される。
　スプリアスを抑制できる方策としては、特定のカット角を有する圧電基板を用いることが知られている。一方で、弾性表面波フィルタでは、要求されるフィルタ特性に対応してＩＤＴ電極２２を構成する一対の櫛形電極の膜厚ＴIDT、電極デューティーＤ、圧電層２２７の厚みＴLT、および低音速膜２２６の膜厚ＴVLを最適化しなければならない。
　発明者らは、鋭意検討の結果、θ°ＹカットＸ伝搬のＬｉＴａＯ3で構成される圧電層２２７を用いた弾性表面波フィルタについて、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域でのレイリー波スプリアスの発生を抑制できるカット角θは、一意に決まるのではなく、上記膜厚ＴIDT、電極デューティーＤ、厚みＴLT、および膜厚ＴVLにより変化し、これらのパラメータにより上記カット角θを決定できることを見出した。
　図４Ａは、第１範囲の構造パラメータと圧電層２２７のカット角との関係を表すグラフである。また、図４Ｂは、第２範囲の構造パラメータと圧電層２２７のカット角との関係を表すグラフである。図４Ｃは、第３範囲の構造パラメータと圧電層２２７のカット角との関係を表すグラフである。図４Ａ～図４Ｃに示された結果は、規格化膜厚（ＴIDT／λ）、電極デューティーＤ、規格化厚み（ＴLT／λ）、および規格化膜厚（ＴVL／λ）を変化させた場合の、レイリー波スプリアスが極小となるカット角の変化を、有限要素法によるシミュレーションにより求めたものである。なお、図４Ａ～図４Ｃでは、ＩＤＴ電極２２の材料としてＡｌを用いており、また、低音速膜２２６の材料としてＳｉＯ2を用いている。
　また、第１範囲の構造パラメータとは、規格化膜厚（ＴIDT／λ）＝０．０５を含み、第２範囲および第３範囲における規格化膜厚（ＴIDT／λ）よりも小さい規格化膜厚（ＴIDT／λ）の範囲、電極デューティーＤ＝０．４０３８を含み、第２範囲および第３範囲の電極デューティーＤよりも小さい電極デューティーＤの範囲、規格化厚み（ＴLT／λ）＝０．４９２３を含み、第２範囲および第３範囲の規格化厚み（ＴLT／λ）よりも大きい規格化厚み（ＴLT／λ）の範囲、および、規格化膜厚（ＴVL／λ）＝０．４９４９を含み、第２範囲および第３範囲の規格化膜厚（ＴVL／λ）よりも大きい規格化膜厚（ＴVL／λ）の範囲で構成されている。
　また、第３範囲の構造パラメータとは、規格化膜厚（ＴIDT／λ）＝０．０９４７１を含み、第１範囲および第２範囲における規格化膜厚（ＴIDT／λ）よりも大きい規格化膜厚（ＴIDT／λ）の範囲、電極デューティーＤ＝０．５９７４を含み、第１範囲および第２範囲の電極デューティーＤよりも大きい電極デューティーＤの範囲、規格化厚み（ＴLT／λ）＝０．２０５８を含み、第１範囲および第２範囲の規格化厚み（ＴLT／λ）よりも小さい規格化厚み（ＴLT／λ）の範囲、および、規格化膜厚（ＴVL／λ）＝０．１０７７を含み、第１範囲および第２範囲の規格化膜厚（ＴVL／λ）よりも小さい規格化膜厚（ＴVL／λ）の範囲で構成されている。
　また、第２範囲の構造パラメータとは、規格化膜厚（ＴIDT／λ）＝０．０７２５を含み、第１範囲における規格化膜厚（ＴIDT／λ）よりも大きくかつ第３範囲における規格化膜厚（ＴIDT／λ）よりも小さい規格化膜厚（ＴIDT／λ）の範囲、電極デューティーＤ＝０．５を含み、第１範囲における電極デューティーＤよりも大きくかつ第３範囲における電極デューティーＤよりも小さい電極デューティーＤの範囲、規格化厚み（ＴLT／λ）＝０．３を含み、第１範囲における規格化厚み（ＴLT／λ）よりも小さくかつ第３範囲における規格化厚み（ＴLT／λ）よりも大きい規格化厚み（ＴLT／λ）の範囲、および、規格化膜厚（ＴVL／λ）＝０．３５を含み、第１範囲における規格化膜厚（ＴVL／λ）よりも小さくかつ第３範囲における規格化膜厚（ＴVL／λ）よりも大きい規格化膜厚（ＴVL／λ）の範囲で構成されている。
　図４Ａ～図４Ｃに共通して、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が大きくなるほど、上記カット角は小さくなる。また、電極デューティーＤが大きくなるほど、上記カット角は小さくなる。また、規格化厚み（ＴLT／λ）が大きくなるほど、上記カット角は大きくなる。また、規格化膜厚（ＴVL／λ）が大きくなるほど、上記カット角は大きくなる。
　ここで、図４Ａに示すように、第１範囲の構造パラメータとして、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が小さい領域（＝０．０５）、かつ、電極デューティーＤが小さい領域（＝０．４０３８）、かつ、規格化厚み（ＴLT／λ）が大きい領域（＝０．４９２３）、かつ、規格化膜厚（ＴVL／λ）が大きい領域（＝０．４９４９）において、レイリー波スプリアスが極小となるカット角として５１°が得られる。
　また、図４Ｂに示すように、第２範囲の構造パラメータとして、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が中央領域（＝０．０７２５）にあり、かつ、電極デューティーＤが中央領域（＝０．５）にあり、かつ、規格化厚み（ＴLT／λ）が中央領域（＝０．３）にあり、かつ、規格化膜厚（ＴVL／λ）が中央領域（＝０．３５）にある場合において、レイリー波スプリアスが極小となるカット角として４２°が得られる。
　また、図４Ｃに示すように、第３範囲の構造パラメータとして、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が大きい領域（＝０．０９４７１）、かつ、電極デューティーＤが大きい領域（＝０．５９７４）、かつ、規格化厚み（ＴLT／λ）が小さい領域（＝０．２０５８）、かつ、規格化膜厚（ＴVL／λ）が小さい領域（＝０．１０７７）において、レイリー波スプリアスが極小となるカット角として３７°が得られる。
　図５Ａは、第１範囲の構造パラメータにおける、圧電層２２７のカット角とレイリー波スプリアス帯域幅ＢＷとの関係を表すグラフである。また、図５Ｂは、第２範囲の構造パラメータにおける、圧電層２２７のカット角とレイリー波スプリアス帯域幅ＢＷとの関係を表すグラフである。また、図５Ｃは、第３範囲の構造パラメータにおける、圧電層２２７のカット角とレイリー波スプリアス帯域幅ＢＷとの関係を表すグラフである。本実施の形態のフィルタ１５のように、ラダー型のフィルタ構造を有する場合、直列腕共振子および並列腕共振子のそれぞれが、０．７６倍付近の周波数帯にスプリアスを発生させるため、直列腕共振子の共振点（***振点）に相当するスプリアスと並列腕共振子の共振点（***振点）に相当するスプリアスとで、所定の帯域幅ＢＷを有するスプリアスが発生する。
　ここで、図５Ａに示すように、第１範囲の構造パラメータとして、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が小さい領域（＝０．０５）、かつ、電極デューティーＤが小さい領域（＝０．４０３８）、かつ、規格化厚み（ＴLT／λ）が大きい領域（＝０．４９２３）、かつ、規格化膜厚（ＴVL／λ）が大きい領域（＝０．４９４９）において、レイリー波スプリアスの帯域幅ＢＷが極小となるカット角として５０°が得られる。
　また、図５Ｂに示すように、第２範囲の構造パラメータとして、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が中央領域（＝０．０７２５）にあり、かつ、電極デューティーＤが中央領域（＝０．５）にあり、かつ、規格化厚み（ＴLT／λ）が中央領域（＝０．３）にあり、かつ、規格化膜厚（ＴVL／λ）が中央領域（＝０．３５）にある場合において、レイリー波スプリアスの帯域幅ＢＷが極小となるカット角として４２°が得られる。
　また、図５Ｃに示すように、第３範囲の構造パラメータとして、規格化膜厚（ＴIDT／λ）が大きい領域（＝０．０９４７１）、かつ、電極デューティーＤが大きい領域（＝０．５９７４）、かつ、規格化厚み（ＴLT／λ）が小さい領域（＝０．２０５８）、かつ、規格化膜厚（ＴVL／λ）が小さい領域（＝０．１０７７）において、レイリー波スプリアスの帯域幅ＢＷが極小となるカット角として３７°が得られる。
　つまり、図４Ａ～図４Ｃ、および図５Ａ～図５Ｃに示すように、レイリー波スプリアスレベルおよび帯域幅が極小となるカット角は、規格化膜厚（ＴIDT／λ）、電極デューティーＤ、規格化厚み（ＴLT／λ）、および規格化膜厚（ＴVL／λ）の組み合わせにより変化する。
　図４Ａ～図４Ｃおよび図５Ａ～図５Ｃに示されたデータを含め、規格化膜厚（ＴIDT／λ）、電極デューティーＤ、規格化厚み（ＴLT／λ）、および規格化膜厚（ＴVL／λ）と、レイリー波スプリアスレベルおよび帯域幅ＢＷが極小となるカット角θBとの関係を示すデータを、データ解析ツールにより解析することにより、上述した式３が導出される。つまり、カット角θBは、膜厚ＴIDT、電極デューティーＤ、厚みＴLT、および膜厚ＴVLに応じて変化するものであり、一意に決定されるものではなく、式３により決定される。
　ここで、式３において、ρはＩＤＴ電極２２の比重を表している。例えば、ＩＤＴ電極２２がＡｌで構成されている場合、ρ＝２．６９８９（ｇ／ｃｍ3）とすればよい。また、ＩＤＴ電極２２がＴｉで構成されている場合、ρ＝４．５４（ｇ／ｃｍ3）とすればよい。また、ＩＤＴ電極２２がＰｔで構成されている場合、ρ＝２１．４５（ｇ／ｃｍ3）とすればよい。
　［６．マルチプレクサの通過特性］
　以下、本実施の形態に係るマルチプレクサ１の通過特性について、比較例に係るフィルタと比較しながら説明する。
　図６Ａは、実施例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタ１５の通過特性を表すグラフである。また、図６Ｂは、比較例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタの通過特性を表すグラフである。また、図７は、実施例および比較例に係るＢａｎｄ２５用の送信フィルタの通過特性を比較したグラフである。また、表１に、実施例に係るフィルタ１５の設計パラメータを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　実施例に係るフィルタ１５において、表１に示された、波長λ、電極デューティーＤ、ＩＤＴ電極２２の膜厚ＴIDT、圧電層２２７の厚み（ＴLT／λ）、および低音速膜の膜厚（ＴVL／λ）と、ＩＤＴ電極２２を構成するＡｌの比重ρとを、式３に代入することにより、レイリー波スプリアスが極小となる最適カット角θBとして４２（°）が導出される。よって、実施例に係るフィルタ１５の圧電層２２７として、４２°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3を用いた。
　一方、比較例に係るフィルタでは、実施例に係るフィルタ１５で用いられたカット角よりも８（°）大きい５０°ＹカットＸ伝搬ＬｉＴａＯ3を用いた。すなわち、比較例に係るフィルタにおいて、波長λ、電極デューティーＤ、ＩＤＴ電極２２の膜厚ＴIDT、圧電層２２７の厚み（ＴLT／λ）、および低音速膜の膜厚（ＴVL／λ）を式３に代入して得られる最適カット角θBから逸脱したカット角を用いた。なお、ＬｉＴａＯ3のカット角を変更すると、メインモードの比帯域が大きく変わってしまうので、回路構成やＩＤＴ電極の設計パラメータを大きく変更しないと、所望の通過帯域内特性が得られない。このため、比較例に係るフィルタの設計パラメータと、実施例に係るフィルタ１５の設計パラメータとは同一ではない。
　図６Ａに示すように、実施例に係るフィルタ１５の通過特性において、Ｂａｎｄ２５の送信帯域および受信帯域におけるレイリー波スプリアスが発生していないことがわかる。つまり、実施例に係るフィルタ１５によれば、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域の減衰量を改善できる。
　一方、図６Ｂに示すように、比較例に係るフィルタの通過特性では、Ｂａｎｄ２５の送信帯域および受信帯域にレイリー波スプリアスが発生している。つまり、比較例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタでは、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域の減衰量が悪化する。
　さらに、図７に示すように、比較例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタを、Ｂａｎｄ２５＋Ｂａｎｄ６６＋Ｂａｎｄ４１のペンタプレクサ（マルチプレクサ）に使用すると、Ｂａｎｄ２５用の送信フィルタの通過帯域内に、大きなリップルが発生している。
　これに対して、実施例に係るＢａｎｄ４１用のフィルタ１５を、Ｂａｎｄ２５＋Ｂａｎｄ６６＋Ｂａｎｄ４１のペンタプレクサ（マルチプレクサ１）に使用すると、Ｂａｎｄ２５用の送信フィルタ１１の通過帯域内のリップルが低減されている。
　実施例に係るマルチプレクサ１において上記効果が得られた理由を、図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。
　図８Ａは、ＬｉＴａＯ3圧電層のカット角とレイリー波スプリアス比帯域との関係の一例を表すグラフである。また、図８Ｂは、ＬｉＴａＯ3圧電層のカット角とレイリー波スプリアスレベルとの関係の一例を表すグラフである。より具体的には、図８Ａおよび図８Ｂは、ＩＤＴ電極／圧電層／低音速膜／高音速支持基板からなる積層型の基板、および、図４Ｂおよび図５Ｂに示された第２範囲の構造パラメータを用いた場合の、ＬｉＴａＯ3圧電層のカット角とレイリー波スプリアスとの関係を示すグラフである。
　図８Ａにおいて、比帯域（レイリー波スプリアス帯域幅ＢＷ／スプリアス発生周波数）がゼロに近いほど、レイリー波スプリアスはゼロに収束する。図８Ａにおいてカット角４２（°）付近では、レイリー波スプリアスの比帯域がほぼゼロであることがわかる。一方、比較例に係るフィルタに用いたカット角５０（°）では、比帯域が約０．７２％となっている。つまり、実施例に係るフィルタ１５では、レイリー波スプリアスの比帯域がほぼゼロなのでレイリー波スプリアスは発生しなかったが、比較例に係るフィルタでは、実施例と比較して比帯域が大きいため、レイリー波スプリアスが発生しているものと判断される。
　次に、図８Ｂに示すように、レイリー波スプリアスのレベル（共通端子６０のリターンロス）を確認した結果である。図８Ａの傾向と同様に、ＬｉＴａＯ3圧電層のカット角４２（°）付近でレイリー波スプリアスがほぼゼロとなり、それよりカット角が大きくなっても小さくなっても、レイリー波スプリアスのレベルが大きくなる。なお、レイリー波スプリアスのレベルの３０％のレベルのリップルが、Ｂａｎｄ２５用の送信フィルタ１１および受信フィルタ１２の通過帯域内に発生する。近年、携帯電話システムの変調方式が１６ＱＡＭや６４ＱＡＭとなっているため、通過帯域内のリップルの要求スペックが上がっており、リップルとしては０．３ｄＢ以下であることが望ましい。つまり、レイリー波スプリアスのレベルとしては、１．０ｄＢ以下である必要がある。
　図８Ｂに示すように、ＬｉＴａＯ3圧電層の最適カット角が４２°である場合、レイリー波スプリアスのレベルを１．０ｄＢ以下にできるカット角θは、３８°～４６°（４２±４°）であることがわかる。
　つまり、上記式３で算出されたレイリー波スプリアスが発生しない（極小となる）カット角θBから±４°の範囲において、携帯電話システム上、問題が発生しないリップル０．３ｄＢ以下を実現することが可能となる。
　つまり、本実施の形態に係るフィルタ１５において、レイリー波のスプリアスが極小となるＬｉＴａＯ3からなる圧電層２２７の最適カット角θB（°）は、波長λ、膜厚ＴIDT、比重ρ、電極デューティーＤ、厚みＴLT、膜厚ＴVLを、上記式３に代入することにより導出される。このとき、ＬｉＴａＯ3からなる圧電層２２７のカット角θ（°）は、上記式４の関係を満たす。
　Ｂａｎｄ４１（通過帯域：２４９６－２６９０ＭＨｚ）の０．７６倍は、Ｂａｎｄ２５（送信帯域：１８５０－１９１５ＭＨｚ、受信帯域：１９３０－１９９５ＭＨｚ）と重複する。この場合、弾性表面波フィルタ（フィルタ１５）をＢａｎｄ４１に適用し、低周波側フィルタ（送信フィルタ１１および受信フィルタ１２）をＢａｎｄ２５に適用した場合、上記弾性表面波フィルタの通過帯域の０．７６倍の周波数帯域におけるスプリアスが高精度に抑制されるので、低周波側フィルタにおける通過帯域内のリップルを低減することが可能となる。よって、低損失、高減衰、および高アイソレーションのマルチプレクサ１を実現できる。
　なお、実施例に係るフィルタ１５では、第２範囲の構造パラメータにより導出された最適カット角θB（°）として４２（°）を例示したが、本発明に係る弾性表面波フィルタに用いられるＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θは、あくまでも上記式３および式４により導出されるものである。よって、第１範囲の構造パラメータ、式３および式４を用いてカット角θを導出した場合、例えばθ＝５１±４（°）が導出され、第３範囲の構造パラメータ、式３および式４を用いてカット角θを導出した場合、例えばθ＝３７±４（°）が導出される。
　つまり、高周波側の通過帯域を有する弾性表面波フィルタにおいて、上記式３および上記式４を用いることにより、ＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータに応じてＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θを選択できる。これにより、低周波側フィルタの通過帯域におけるスプリアスレベルをゼロに近い値に低減できる。またこれに伴い、低周波側フィルタにおいて、通過帯域内のリップルを低減することが可能となる。
　（その他の実施の形態など）
　以上、本発明の実施の形態に係る弾性表面波フィルタおよびマルチプレクサについて、実施例を挙げて説明したが、本発明は、上記実施例には限定されない。例えば、上記実施例に次のような変形を施した態様も、本発明に含まれ得る。
　例えば、本発明に係るマルチプレクサ１は、さらに、アンテナ素子２と共通端子６０との間に配置されたインピーダンス整合素子を備えてもよい。
　また、本発明に係るマルチプレクサ１は、実施例のようなＢａｎｄ２５＋Ｂａｎｄ６６＋Ｂａｎｄ４１のペンタプレクサに限られない。本実施の形態に係るフィルタ１５のような圧電基板の積層体において、式３および式４で規定されるカット角θを有するＬｉＴａＯ3圧電層を用いた単体の弾性表面波フィルタも本発明に含まれる。これにより、ＩＤＴ電極および圧電材料の構造パラメータに応じてＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θを選択でき、通過帯域よりも低周波側の減衰帯域におけるスプリアスが改善された弾性表面波フィルタを提供できる。
　また、本発明に係るマルチプレクサ１は、上記積層体からなる圧電基板を有し、式３および式４で規定されるカット角θを有するＬｉＴａＯ3圧電層を用いた弾性表面波フィルタと、当該弾性表面波フィルタの通過帯域よりも低周波側の通過帯域を有する低周波側フィルタとが、共通端子で共通接続されたマルチプレクサであればよい。
　また、本発明に係るマルチプレクサ１は、送受信を行うデュプレクサを複数有する構成でなくてもよい。例えば、複数の送信周波数帯域を有する送信装置にも適用される。また、本発明に係るマルチプレクサ１は、例えば、複数の受信周波数帯域を有する受信装置にも適用される。このような送信装置または受信装置であっても、本実施の形態に係るマルチプレクサ１と同様の効果が奏される。
　本発明は、マルチバンド化およびマルチモード化された周波数規格に適用できる低損失の弾性表面波フィルタまたはマルチプレクサとして、携帯電話などの通信機器に広く利用できる。
　１　　マルチプレクサ
　２　　アンテナ素子
　１０、２０、３０、４０、５０　　入出力端子
　１１、１３　　送信フィルタ
　１２、１４　　受信フィルタ
　１５　　フィルタ
　２１、３１、５６１　　インダクタ
　２２　　ＩＤＴ電極
　２２ａ、２２ｂ　　櫛形電極
　６０　　共通端子
　２２０　　基板
　２２１ａ、２２１ｂ　　バスバー電極
　２２２ａ、２２２ｂ　　電極指
　２２３　　密着層
　２２４　　主電極層
　２２５　　保護層
　２２６　　低音速膜
　２２７　　圧電層
　２２８　　高音速支持基板
　５０１、５０２、５０３、５０４、５０５　　直列腕共振子
　５５１、５５２、５５３、５５４　　並列腕共振子

Claims (5)

  1. 　カット角がθ°であるＬｉＴａＯ3圧電層と、
    　前記ＬｉＴａＯ3圧電層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の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と前記ＬｉＴａＯ3圧電層との間に配置され、前記ＬｉＴａＯ3圧電層を伝搬する弾性波の音速よりも、伝搬するバルク波の音速が低速である低音速膜と、
    　前記ＬｉＴａＯ3圧電層上に形成されたＩＤＴ電極と、を備え、
    　前記ＩＤＴ電極を構成する一対の櫛形電極の繰り返し周期を波長λ（μｍ）とし、前記一対の櫛形電極の膜厚をＴIDT（μｍ）とし、前記ＩＤＴ電極の比重をρ（ｇ／ｃｍ3）とし、前記一対の櫛形電極の電極デューティーをＤとし、前記ＬｉＴａＯ3圧電層の厚みをＴLT（μｍ）とし、前記低音速膜の膜厚をＴVL（μｍ）とした場合、レイリー波のスプリアスが極小となる前記ＬｉＴａＯ3圧電層の最適カット角θB（°）は、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　で規定され、
    　前記ＬｉＴａＯ3圧電層のカット角θ（°）は、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     　の関係を満たす、
    　弾性表面波フィルタ。
  2. 　前記弾性表面波フィルタは、前記ＬｉＴａＯ3圧電層および前記ＩＤＴ電極からなる直列腕共振子および並列腕共振子で構成されるラダー型のフィルタ構造を有する、
    　請求項１に記載の弾性表面波フィルタ。
  3. 　前記弾性表面波フィルタは、前記ＬｉＴａＯ3圧電層および前記ＩＤＴ電極からなる複数の弾性波共振子が弾性波伝搬方向に並んで配置された縦結合型のフィルタ構造を有する、
    　請求項１または２に記載の弾性表面波フィルタ。
  4. 　共通端子、第１入出力端子および第２入出力端子を有し、
    　前記共通端子と前記第１入出力端子との間に接続された、請求項１～３のいずれか１項に記載の弾性表面波フィルタと、
    　前記共通端子と前記第２入出力端子との間に接続され、前記弾性表面波フィルタの通過帯域よりも低周波側の通過帯域を有する低周波側フィルタと、を備える、
    　マルチプレクサ。
  5. 　前記弾性表面波フィルタの通過帯域は、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＢａｎｄ４１の周波数帯であり、
    　前記低周波側フィルタの通過帯域は、前記ＬＴＥのＢａｎｄ２５の周波数帯である、
    　請求項４に記載のマルチプレクサ。
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