弾性波デバイスおよびフィルタ
【課題】電気機械結合係数を精度良く制御することが可能な弾性波デバイスおよびフィルタを提供すること。
【解決手段】本発明は、圧電基板（１２）と、圧電基板上に設けられた第１誘電体（２４）と、第１誘電体上に設けられた櫛型電極（１４）および反射電極（１６）と、櫛型電極および反射電極を構成する電極指と、を具備し、第１誘電体が隣り合う電極指の間で圧電基板の表面が露出するように分離されていて、第１誘電体の側面と櫛型電極および反射電極の電極指の側面とが同一面に形成されている弾性波デバイスである。
【解決手段】本発明は、圧電基板（１２）と、圧電基板上に設けられた第１誘電体（２４）と、第１誘電体上に設けられた櫛型電極（１４）および反射電極（１６）と、櫛型電極および反射電極を構成する電極指と、を具備し、第１誘電体が隣り合う電極指の間で圧電基板の表面が露出するように分離されていて、第１誘電体の側面と櫛型電極および反射電極の電極指の側面とが同一面に形成されている弾性波デバイスである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスおよびフィルタに関し、より詳細には電気機械結合係数を精度良く制御することが可能な弾性波デバイスおよびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波を利用した弾性波デバイスの一つとして、圧電基板の表面に形成したＩＤＴ（インタディジタル・トランスデューサ）からなる櫛型電極および反射電極を備え、櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイス（従来例１）は良く知られている。この弾性表面波デバイスは、小型軽量で高減衰量を得られることから、携帯電話端末の送受信フィルタやアンテナ分波器等に広く使用されている。
【０００３】
図１（ａ）は従来例１に係る弾性表面波デバイスの上視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図１（ｂ）を参照に、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）からなる圧電基板１２上に例えばアルミニウムからなる櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。ここで、櫛型電極１４および反射電極１６の電極指の数を数本で図示しているが、実際は多数設けられている。（以下、従来例において同様である。）
【０００４】
また、従来例１に係る弾性表面波デバイスの櫛型電極１４および反射電極１６を覆うように例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる保護膜１８が設けられた弾性表面波デバイス（従来例２）も開発されている（図２参照）。ここで、保護膜１８の膜厚は櫛型電極の周期λの数％以下と薄い。
【０００５】
さらに、従来例２に係る弾性表面波デバイスのように保護膜１８が薄い場合の他に、保護膜１８が櫛型電極１４よりも厚い弾性波デバイスが開発されている。例えば、ラブ波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイス（ラブ波デバイス、従来例３）や境界波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイス（境界波デバイス、従来例４）がある。ラブ波デバイスや境界波デバイスは、保護膜１８に圧電基板１２と逆符号の温度係数を持つ物質を選び、周波数の温度特性の補償のために利用することがある。また、境界波デバイスは、異なる２つの媒質の境界を弾性波が伝搬するもので、これによれば、２つの媒質の外表面に異物などが付着しても周波数変動や電気的損失特性に影響を与えない利点がある。
【０００６】
図３は従来例３に係るラブ波デバイスの断面図である。図３を参照に、圧電基板１２上に櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。櫛型電極１４および反射電極１６を覆うように酸化シリコン膜２０が設けられている。
【０００７】
図４は従来例４に係る境界波デバイスの断面図である。図４を参照に、従来例３に係るラブ波デバイスの酸化シリコン膜２０上に例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜２２を設けた構造をしている。従来例４に係る境界波デバイスは、弾性波のエネルギーが圧電基板１２表面と酸化シリコン膜２０に閉じ込められていることが特徴である。
【０００８】
これら弾性波デバイスでは、電気機械結合係数により共振周波数と反共振周波数との周波数間隔が決定する。よって、ラダー型フィルタや２重モードフィルタ等の場合では、電気機械結合係数によって通過帯域幅が決まる。したがって、所望の通過帯域を得るためには、それに合った電気機械結合係数を有する圧電基板を選択する必要があるが、圧電基板の種類はそれほど多くはない。このため、従来より電気機械結合係数を制御する様々な方法が考え出されている。ここで、電気機械結合係数とは、電気エネルギーから圧電エネルギーへの変換効率のことをいい、一般に電気機械結合係数が大きいほど電気信号による弾性波の励起がされやすくなる。
【０００９】
特許文献１には、櫛型電極と圧電基板との間に酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を設ける技術が開示されている。酸化チタン膜の膜厚を厚くすることで電気機械結合係数を小さくすることができる。特許文献２には、圧電基板の表面にアルゴン（Ａｒ）等をイオン注入することにより圧電性を制御する技術が開示されている。これにより、電気機械結合係数を小さくすることができる。特許文献３には、櫛型電極と圧電基板との間に圧電基板の電気機械結合係数より大きな電気機械結合係数を有する圧電性薄膜を設けることにより、電気機械結合係数を大きくする技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５２−１６１４６号公報
【特許文献２】特開平６−３０３０７３号公報
【特許文献３】特開平１１−３１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば特許文献１に開示されている電気機械結合係数を制御する方法は、酸化チタン膜の膜厚が０．０００１６λ〜０．０４７λと規定されている。携帯電話端末等に用いられる弾性波デバイスに一般的に使用される３６度ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムの圧電基板で、１．９ＧＨｚ帯のフィルタを作製する場合の櫛型電極の周期λは２μｍとなる。この時の０．０００１６λは０．３２ｎｍとなり、あまりに膜厚が薄すぎるためプロセスとして現実的ではない。また、酸化チタン膜の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が非常に大きいため、電気機械結合係数を制御することが難しいという課題がある。
【００１１】
また、例えば特許文献２に開示されている電気機械結合係数を制御する方法は、イオン注入といった大掛かりな設備が必要であり、また、イオン注入の注入深さの制御が困難なため電気機械結合係数を制御することが難しいという課題がある。
【００１２】
さらに、例えば特許文献３に開示されている電気機械結合係数を制御する方法は、圧電性薄膜の膜厚を制御することが難しいという課題がある。
【００１３】
これらのように、特許文献１から特許文献３で開示されている従来の方法では、電気機械結合係数の制御が難しい。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことが可能な弾性波デバイスおよびフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた第１誘電体と、前記第１誘電体上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記電極を構成する電極指と、を具備し、前記第１誘電体が隣り合う前記電極指の間で少なくとも一部が分離していることを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、第１誘電体の膜厚に対する電気機械結合係数の変化を緩やかにすることができるため、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことが可能な弾性波デバイスを提供することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第１誘電体の側面と前記電極指の側面とが同一面に形成されていることを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、製造工程を簡略化することができる。
【００１７】
上記構成において、前記電極を覆うように設けられた第２誘電体を具備し、前記第１誘電体の比誘電率が前記第２誘電体の比誘電率より大きいことを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、電気機械結合係数の制御をより精度良く行うことができ、また、プロセスをより容易に行うことができる。
【００１８】
上記構成において、前記第１誘電体上面からの前記第２誘電体の膜厚が前記第１誘電体上面からの前記電極の膜厚より厚いことを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、ラブ波および境界波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイスを提供することができる。
【００１９】
上記構成において、第１誘電体は酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜のいずれか一方であり、前記第２誘電体は酸化シリコン膜であることを特徴とする構成とすることができる。
【００２０】
上記構成において、前記第２誘電体上に第３誘電体を具備し、前記第３誘電体の音速が前記第２誘電体の音速より速いことを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、弾性波のエネルギーが圧電基板表面と第２誘電体に閉じ込められた境界波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイスを提供することができる。
【００２１】
上記構成において、前記第３誘電体は酸化アルミニウム膜であることを特徴とする構成とすることができる。
【００２２】
上記構成において、前記圧電基板はニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムのいずれか一方であることを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、大きな電気機械結合係数を得ることができ、電気機械結合係数の調整範囲を広く取ることができる。
【００２３】
上記構成において、前記弾性波デバイスを有することを特徴とするフィルタである構成とすることができる。この構成によれば、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、通過帯域の立ち上がりが急峻で挟通過帯域幅を有するフィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことが可能な弾性波デバイスおよびフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。なお、実施例の図において、櫛型電極および反射電極の電極指の数は数本で図示しているが、実際の電極指は多数設けられている。ここで、電極指とは櫛型電極の１本１本のことをいう。また便宜上、反射電極の１本１本のことも電極指と呼ぶこととする。
【実施例１】
【００２６】
図５は比較例１に係る弾性表面波デバイスの断面図であり、図６は実施例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図５を参照に、比較例１に係る弾性表面波デバイスは、例えば３０度ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である圧電基板１２上に例えば酸化アルミニウム膜である第１誘電体２４が設けられている。第１誘電体２４上には例えば厚さ１９０ｎｍの銅（Ｃｕ）からなる櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。
【００２７】
図６を参照に、実施例１に係る弾性表面波デバイスは、図５に示す比較例１に係る弾性表面波デバイスと同様の構成をしているが、比較例１に係る弾性表面波デバイスとの違いは、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されていることである。ここで、分離とは電極指の間で圧電基板１２の表面が露出している状態をいう。
【００２８】
図７は実施例１および比較例１に係る弾性表面波デバイスにおいて、酸化アルミニウム膜である第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示している。図７において、電気機械結合係数は有限要素法を用いて反共振周波数ｆａ−共振周波数ｆｒから求めており、第１誘電体２４の膜厚が０ｎｍの時の電気機械結合係数を１００％としている。また、この時の櫛型電極１４部分の対数は２００対で開口長は１９．３λであり、櫛型電極１４の周期λは２．０８４μｍである。ここで、対数とは入出力端子に接続している櫛型電極を例として、入力電極側の電極指１本と出力電極側の電極指１本の対を１対といい、その対の数である。また、開口長とは入力電極側の電極指と出力電極側の電極指とが交差する長さである。
【００２９】
図７より、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化は、実施例１の方が比較例１に比べ小さい。膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が小さい方が、プロセスでの膜厚ばらつきに対する電気機械結合係数の変化が小さくなるため、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。よって、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されている実施例１に係る弾性表面波デバイスは、第１誘電体２４が圧電基板１２上の全面に形成されている比較例１に係る弾性表面波デバイスに比べ、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。
【００３０】
また、図７より、第１誘電体２４の膜厚が約５０ｎｍ（約０．０２４λ）以下では、同程度の電気機械結合係数を得るための膜厚は、実施例１の方が比較例１に比べ厚くなることが分かる。膜厚がある程度厚い方がプロセスにおいて膜厚の制御性が容易となる。よって、実施例１に係る弾性表面波デバイスは比較例１に係る弾性表面波デバイスに比べ、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【００３１】
実施例１では、第１誘電体２４は酸化アルミニウム膜である例を示したが、窒化シリコン膜や酸化チタン膜や酸化シリコン膜等その他の物質でも良い。
【００３２】
また、実施例１に係る弾性表面波デバイスの櫛型電極１４および反射電極１６を例えば酸化シリコン膜である保護膜が覆っている弾性表面波デバイスでも、実施例１と同様に、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【実施例２】
【００３３】
図８は実施例２に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図８を参照に、例えばニオブ酸リチウムである圧電基板１２上に例えば酸化アルミニウム膜である第１誘電体２４が設けられている。第１誘電体２４上には例えば銅からなる櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。第１誘電体２４は櫛型電極１４および反射電極１６の隣り合う電極指の間で分離されている。ここで、分離とは実施例１で説明しているのと同様の意味である。また、実施例１に係る弾性表面波デバイスとの違いは、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されてなく、弾性表面波伝搬方向の櫛型電極１４および反射電極１６の幅と第１誘電体２４の幅とが異なる点である。
【００３４】
実施例２によれば、第１誘電体２４が圧電基板１２上全面に形成されている比較例１に比べ、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が緩やかになる。よって、実施例２に係る弾性表面波デバイスは比較例１に係る弾性表面波デバイスに比べ電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。
【００３５】
また、実施例２に係る弾性表面波デバイスと実施例１に係る弾性表面波デバイスとは共に、比較例１に比べ電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができるが、実施例１に係る弾性表面波デバイスは１回のエッチングにより櫛型電極１４、反射電極１６および第１誘電体２４を形成することができる。（つまり第１誘電体２４のパターンは櫛型電極１４および反射電極１６のパターンで画定される。）このため、プロセス工程の簡略化の観点から、実施例１に係る弾性表面波デバイスの方が、実施例２に係る弾性表面波デバイスに比べ好ましい。
【００３６】
さらに、実施例２に係る弾性表面波デバイスの櫛型電極１４および反射電極１６を例えば酸化シリコン膜である保護膜が覆っている弾性表面波デバイスや境界波が伝搬される弾性波デバイスやラブ波が伝搬される弾性波デバイスの場合でも、実施例２のように隣り合う電極指間で第１誘電体２４を分離することにより、実施例２と同様の効果を得ることができる。ここで、境界波およびラブ波が伝搬する弾性波デバイスにおける分離とは、後述する実施例３で説明する分離のことをいう。
【実施例３】
【００３７】
図９は比較例３に係る弾性波デバイスの断面図であり、図１０は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図９を参照に、比較例３に係る弾性波デバイスは、例えば３０度ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウムである圧電基板１２上に第１誘電体２４が設けられている。第１誘電体２４上には例えば厚さ１９０ｎｍの銅である櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。櫛型電極１４および反射電極１６を覆うように例えば厚さ１０５０ｎｍの酸化シリコン膜である第２誘電体２６が設けられている。第２誘電体２６上には例えば厚さ２μｍの酸化アルミニウムである第３誘電体２８が設けられている。
【００３８】
図１０を参照に、実施例３に係る弾性波デバイスは、図９に示す比較例３に係る弾性波デバイスと同様の構成をしているが、比較例３に係る弾性波デバイスとの違いは、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されていることである。ここで、分離とは隣り合う電極指の間で第２誘電体２６と圧電基板１２とが接している状態をいう。
【００３９】
図１１は、図９に示す比較例３に係る弾性波デバイスにおいて、第１誘電体２４に酸化シリコン膜（比誘電率は４．２程度）を用いた場合と酸化シリコン膜より比誘電率の大きい酸化アルミニウム膜（比誘電率は９．０程度）を用いた場合との、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示している。図１１において、電気機械結合係数は図７と同様の方法から求めており、図７で説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００４０】
図１２は実施例３および比較例３に係る弾性波デバイスにおいて、第１誘電体２４に酸化アルミニウム膜を用いた場合の第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示している。図１２において、電気機械結合係数は図７と同様の方法から求めており、図７で説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
図１３は実施例３および比較例３に係る弾性波デバイスにおいて、第１誘電体２４に酸化アルミニウム膜を用いた場合の第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化を示している。図１３において、周波数は有限要素法により求めている。
【００４２】
図１１より、第１誘電体２４の膜厚が約４０ｎｍ（約０．０２λ）以下では、酸化アルミニウム膜の方が酸化シリコン膜に比べ第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が緩やかであることが分かる。また、同程度の電気機械結合係数を得るのに必要な膜厚は、酸化アルミニウム膜の方が酸化シリコン膜に比べ厚くなることが分かる。よって、第１誘電体２４に比誘電率の大きい酸化アルミニウム膜を用いた方が酸化シリコン膜を用いた場合に比べて、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【００４３】
また、酸化シリコン膜で膜厚が約４０ｎｍ（約０．０２λ）以上の時に電気機械結合係数が再び大きくなるのは、酸化シリコン膜の膜厚が厚くなることにより、圧電基板から電気機械結合係数に与える影響よりも酸化シリコン膜から電気機械結合係数に与える影響の方が大きくなるためである。そのため、弾性波の影響に関しても酸化シリコン膜の影響が大きくなり、酸化シリコン膜の機械的共振尖鋭度の影響が出てくる。一般に成膜した酸化シリコン膜の共振尖鋭度（Ｑ値）は、単結晶である圧電基板のＱ値より悪いため、酸化シリコン膜の厚さを約４０ｎｍ（約０．０２λ）以上に厚くすることは望ましくない。
【００４４】
さらに、携帯電話端末等に使用されている一般的な弾性波フィルタは、圧電基板に３６度ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムを用いた弾性波デバイスを使用している。この場合の電気機械結合係数と同程度の電気機械結合係数を得るには、図１１より、酸化シリコン膜の場合は膜厚を約１０ｎｍ（約０．００５λ）にし、酸化アルミニウム膜の場合は膜厚を約２０ｎｍ（約０．０１λ）にすることが好ましい。
【００４５】
図１１では、第１誘電体２４が圧電基板１２上の全面に形成されている比較例３に係る弾性波デバイスで、第１誘電体２４に酸化アルミニウム膜と酸化シリコン膜とを用いた場合の、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示したが、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されている実施例３に係る弾性波デバイスの場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４６】
図１２より、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化は、実施例３の方が比較例３に比べ小さいことが分かる。よって、実施例３に係る弾性波デバイスは、比較例３に係る弾性波デバイスに比べ、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。
【００４７】
また、図１２より、同程度の電気機械結合係数を得るための膜厚は、実施例３の方が比較例３に比べ厚くなることが分かる。よって、実施例３に係る弾性波デバイスは比較例３に係る弾性波デバイスに比べ、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【００４８】
さらに、携帯電話端末等に使用されている一般的な弾性表面波フィルタは、圧電基板に３６度ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムを用いた弾性波デバイスを使用している。この場合の電気機械結合係数と同程度の電気機械結合係数を得るためには、図１２より、実施例３の場合は酸化アルミニウムである第１誘電体２４の膜厚を約３０ｎｍ（約０．０１５λ）にし、比較例３の場合は膜厚を約２０ｎｍ（約０．０１λ）にすることが好ましい。
【００４９】
図１３より、第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化は、実施例３の方が比較例３に比べ小さいことが分かる。第１誘電体２４の膜厚を変化させた時に周波数が変化するのは、第１誘電体２４である酸化アルミニウム膜の音速が第２誘電体２６である酸化シリコン膜の音速より速いので、第１誘電体２４の酸化アルミニウム膜の膜厚を変化させると境界波の速さが変わるためである。実施例３のように第１誘電体２４を電極指間で分離した場合は、比較例３のように第１誘電体２４が圧電基板１２上全面にある場合に比べ、境界波伝搬方向の第１誘電体２４の幅が小さくなる。このため、第１誘電体２４の境界波の速さに与える影響が、実施例３は比較例３に比べ小さくなる。よって、第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化が、実施例３は比較例３に比べ小さくなる。したがって、実施例３に係る弾性波デバイスは、比較例３に係る弾性波デバイスに比べ、周波数を精度良く制御することができる。
【００５０】
図１３では、実施例３および比較例３に係る弾性波デバイスでの例を示したが、実施例１および比較例１に係る弾性表面波デバイスでも同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、実施例１に係る弾性表面波デバイスの弾性表面波伝搬方向の第１誘電体２４の幅は、実施例２に係る弾性表面波デバイスの第１誘電体２４の幅に比べ小さい。このため、実施例１に係る弾性表面波デバイスは、実施例２に係る弾性表面波デバイスに比べ、第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化が小さくなる。よって、周波数の制御精度の観点から、実施例１に係る弾性表面波デバイスの方が実施例２に係る弾性表面波デバイスより好ましい。また、境界波およびラブ波が伝搬する弾性波デバイスについても同様の理由から、弾性波伝搬方向の第１誘電体２４の幅が小さい実施例３に係る弾性波デバイスが好ましい。
【００５２】
実施例３では、第２誘電体２６は酸化シリコン膜である例を示した。第２誘電体２６はその他の物質でも良いが、周波数の温度特性の改善を図る観点から酸化シリコン膜が好ましい。また、第１誘電体２４からの第２誘電体２６の膜厚が第１誘電体２４からの櫛型電極１４および反射電極１６の膜厚より厚くすることが好ましい。特に、境界波のエネルギーが圧電基板１２表面と第２誘電体２６に閉じ込められるために、第２誘電体２６の膜厚を０．１λ〜１．０λ程度にすることが好ましい。ここでλとは、櫛型電極１４の周期のことである。
【００５３】
また、実施例３では、第１誘電体２４は酸化アルミニウム膜である例を示したが、その他の物質でも良い。特に、電気機械結合係数の制御が精度良くでき、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行えるため、第１誘電体２４の比誘電率が第２誘電体２６の比誘電率より大きい物質が好ましい。よって、窒化シリコン膜等の比誘電率の大きい物質が好ましい。
【００５４】
さらに、実施例３では、第３誘電体２８は酸化アルミニウム膜である例を示したが、弾性境界波のエネルギーが圧電基板１２表面と第２誘電体２６に閉じ込められるような、第２誘電体２６より音速の速い物質であれば、シリコン膜や窒化シリコン膜等他の物質でもよい。
【００５５】
さらに、実施例３では、境界波が伝搬される弾性波デバイスを例に示したが、ラブ波が伝搬される弾性波デバイスの場合も、実施例３と同様に、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。ここで、ラブ波が伝搬される弾性波デバイスが実施例３に係る境界波が伝搬される弾性波デバイスと異なる点は、第３誘電体２８が設けられていない点である。また、ラブ波が伝搬される弾性波デバイスの場合も、周波数の温度特性の改善を図る観点から第２誘電体２６に酸化シリコン膜を用いることが好ましい。また、第１誘電体２４からの第２誘電体２６の膜厚は、第１誘電体２４からの櫛型電極１４および反射電極１６の膜厚より厚くすることが好ましい。特に、周波数の温度特性の改善を図る観点から、第２誘電体２６の膜厚を０．１λ〜０．３λ程度にすることが好ましい。
【００５６】
実施例１から実施例３では、第１誘電体２４が隣り合う電極指間の開口長方向で完全に分離している例を示したが、隣り合う電極指間の開口長方向の一部で第１誘電体２４が繋がっていても（つまり隣り合う電極指間で第１誘電体２４の少なくとも一部が分離していれば）、圧電基板１２上全面に第１誘電体２４がある比較例１および比較例３の場合に比べ、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を緩やかにすることができる。ここで、開口長方向とは、弾性波が伝搬する方向と垂直な方向をいう。
【００５７】
実施例１から実施例３では、第１誘電体２４は酸化アルミニウム膜である例を示した。酸化アルミニウム膜はドライエッチングのエッチング耐性が強いため、第１誘電体２４をドライエッチングにより形成する場合に、アンダーカットを少なくすることができる。このため、特性のばらつきを抑えることができる。
【００５８】
実施例１から実施例３では、圧電基板１２はニオブ酸リチウムである例を示したが、その他の圧電物質でも良い。特に、第１誘電体２４の膜厚を厚くすることにより電気機械結合係数を小さくする方向で電気機械結合係数の制御を行うので、電気機械結合係数の大きい物質であれば調整範囲を広く取ることができるため、タンタル酸リチウム等の電気機械結合係数の大きい物質が好ましい。
【実施例４】
【００５９】
図１４は実施例４に係るフィルタの模式図である。図１４を参照に、ラダー型フィルタ３０は３つの１ポート共振器３２を直列に接続した直列腕共振器と２つの１ポート共振器３２を直列腕共振器に対して並列に接続した並列腕共振器とを有している。１ポート共振器３２は一対の反射電極Ｒ１とこれらの間に設けられた櫛型電極ＩＤＴ１から構成されている。ここで、１ポート共振器３２は実施例１から実施例３のいずれかに係る弾性波デバイスである。ラダー型フィルタ３０の一端は例えば入力端子である第１端子４０に接続され、他端は例えば出力端子である第２端子４２に接続されている。
【実施例５】
【００６０】
図１５は実施例５に係るフィルタの模式図である。図１５を参照に、３つのＩＤＴよりなる２重モードフィルタで構成されるフィルタ３４は２つの２重モードフィルタ３６を有している。２重モードフィルタ３６は一対の反射電極Ｒ２とこれらの間に設けられた櫛型電極ＩＤＴ２、ＩＤＴ３およびＩＤＴ４からなる。一方の２重モードフィルタ３６のＩＤＴ３には例えば入力端子である第１端子４０が接続され、他方の２重モードフィルタ３６のＩＤＴ３には例えば出力端子である第２端子４２が接続されている。ここで、２重モードフィルタ３６は実施例１から実施例３のいずれかに係る弾性波デバイスである。２つの２重モードフィルタ３６は互いのＩＤＴ２および互いのＩＤＴ４を接続することで直列に接続されている。
【実施例６】
【００６１】
図１６は実施例６に係るフィルタの模式図である。図１６を参照に、１ポート共振器と２重モードフィルタとを組合せたフィルタ３８は、１ポート共振器３２と２重モードフィルタ３６とを有している。１ポート共振器３２は実施例４において図１４に示されており、２重モードフィルタ３６は実施例５において図１５に示されているので説明を省略する。１ポート共振器３２のＩＤＴ１には例えば入力端子である第１端子４０が接続され、２重モードフィルタ３６のＩＤＴ２およびＩＤＴ４には例えば出力端子である第２端子４２が接続されている。１ポート共振器３２のＩＤＴ１と２重モードフィルタ３６のＩＤＴ３とが接続することで、１ポート共振器３２と２重モードフィルタ３６とは直列に接続されている。
【００６２】
実施例４から実施例６によれば、ラダー型フィルタ、多重モードフィルタで構成されるフィルタおよび１ポート共振器と多重モードフィルタで構成されるフィルタにおいて、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、通過帯域の立ち上がりが急峻で挟通過帯域幅を有するフィルタを得ることができる。
【００６３】
実施例４から実施例６において、ラダー型フィルタ、多重モードフィルタを組合せたフィルタおよび１ポート共振器と多重モードフィルタとを組合せたフィルタについて説明したが、これらに限られず、例えばこれらのフィルタを組合せたフィルタ等その他のフィルタでもよく、また、これらのフィルタを用いた分波器でも同様の効果を得ることができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（ａ）は従来例１に係る弾性波デバイスの上視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。
【図２】図２は従来例２に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図３】図３は従来例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図４】図４は従来例４に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図５】図５は比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図６】図６は実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図７】図７は実施例１および比較例１における、膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図８】図８は実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図９】図９は比較例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１０】図１０は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１１】図１１は比較例３において、酸化アルミニウム膜と酸化シリコン膜との、膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図１２】図１２は実施例３および比較例３における、膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図１３】図１３は実施例３および比較例３における、膜厚と周波数との関係を示す図である。
【図１４】図１４は実施例４に係るフィルタの模式図である。
【図１５】図１５は実施例５に係るフィルタの模式図である。
【図１６】図１６は実施例６に係るフィルタの模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１２ 圧電基板
１４ 櫛型電極
１６ 反射電極
１８ 保護膜
２０ 酸化シリコン膜
２２ 酸化アルミニウム膜
２４ 第１誘電体
２６ 第２誘電体
２８ 第３誘電体
３０ ラダー型フィルタ
３２ １ポート共振器
３４ フィルタ
３６ ２重モードフィルタ
３８ フィルタ
４０ 第１端子
４２ 第２端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性波デバイスおよびフィルタに関し、より詳細には電気機械結合係数を精度良く制御することが可能な弾性波デバイスおよびフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性波を利用した弾性波デバイスの一つとして、圧電基板の表面に形成したＩＤＴ（インタディジタル・トランスデューサ）からなる櫛型電極および反射電極を備え、櫛型電極に電力を印加することで励振した弾性波を用いる弾性表面波デバイス（従来例１）は良く知られている。この弾性表面波デバイスは、小型軽量で高減衰量を得られることから、携帯電話端末の送受信フィルタやアンテナ分波器等に広く使用されている。
【０００３】
図１（ａ）は従来例１に係る弾性表面波デバイスの上視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。図１（ｂ）を参照に、例えばタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）からなる圧電基板１２上に例えばアルミニウムからなる櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。ここで、櫛型電極１４および反射電極１６の電極指の数を数本で図示しているが、実際は多数設けられている。（以下、従来例において同様である。）
【０００４】
また、従来例１に係る弾性表面波デバイスの櫛型電極１４および反射電極１６を覆うように例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる保護膜１８が設けられた弾性表面波デバイス（従来例２）も開発されている（図２参照）。ここで、保護膜１８の膜厚は櫛型電極の周期λの数％以下と薄い。
【０００５】
さらに、従来例２に係る弾性表面波デバイスのように保護膜１８が薄い場合の他に、保護膜１８が櫛型電極１４よりも厚い弾性波デバイスが開発されている。例えば、ラブ波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイス（ラブ波デバイス、従来例３）や境界波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイス（境界波デバイス、従来例４）がある。ラブ波デバイスや境界波デバイスは、保護膜１８に圧電基板１２と逆符号の温度係数を持つ物質を選び、周波数の温度特性の補償のために利用することがある。また、境界波デバイスは、異なる２つの媒質の境界を弾性波が伝搬するもので、これによれば、２つの媒質の外表面に異物などが付着しても周波数変動や電気的損失特性に影響を与えない利点がある。
【０００６】
図３は従来例３に係るラブ波デバイスの断面図である。図３を参照に、圧電基板１２上に櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。櫛型電極１４および反射電極１６を覆うように酸化シリコン膜２０が設けられている。
【０００７】
図４は従来例４に係る境界波デバイスの断面図である。図４を参照に、従来例３に係るラブ波デバイスの酸化シリコン膜２０上に例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜２２を設けた構造をしている。従来例４に係る境界波デバイスは、弾性波のエネルギーが圧電基板１２表面と酸化シリコン膜２０に閉じ込められていることが特徴である。
【０００８】
これら弾性波デバイスでは、電気機械結合係数により共振周波数と反共振周波数との周波数間隔が決定する。よって、ラダー型フィルタや２重モードフィルタ等の場合では、電気機械結合係数によって通過帯域幅が決まる。したがって、所望の通過帯域を得るためには、それに合った電気機械結合係数を有する圧電基板を選択する必要があるが、圧電基板の種類はそれほど多くはない。このため、従来より電気機械結合係数を制御する様々な方法が考え出されている。ここで、電気機械結合係数とは、電気エネルギーから圧電エネルギーへの変換効率のことをいい、一般に電気機械結合係数が大きいほど電気信号による弾性波の励起がされやすくなる。
【０００９】
特許文献１には、櫛型電極と圧電基板との間に酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を設ける技術が開示されている。酸化チタン膜の膜厚を厚くすることで電気機械結合係数を小さくすることができる。特許文献２には、圧電基板の表面にアルゴン（Ａｒ）等をイオン注入することにより圧電性を制御する技術が開示されている。これにより、電気機械結合係数を小さくすることができる。特許文献３には、櫛型電極と圧電基板との間に圧電基板の電気機械結合係数より大きな電気機械結合係数を有する圧電性薄膜を設けることにより、電気機械結合係数を大きくする技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５２−１６１４６号公報
【特許文献２】特開平６−３０３０７３号公報
【特許文献３】特開平１１−３１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば特許文献１に開示されている電気機械結合係数を制御する方法は、酸化チタン膜の膜厚が０．０００１６λ〜０．０４７λと規定されている。携帯電話端末等に用いられる弾性波デバイスに一般的に使用される３６度ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムの圧電基板で、１．９ＧＨｚ帯のフィルタを作製する場合の櫛型電極の周期λは２μｍとなる。この時の０．０００１６λは０．３２ｎｍとなり、あまりに膜厚が薄すぎるためプロセスとして現実的ではない。また、酸化チタン膜の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が非常に大きいため、電気機械結合係数を制御することが難しいという課題がある。
【００１１】
また、例えば特許文献２に開示されている電気機械結合係数を制御する方法は、イオン注入といった大掛かりな設備が必要であり、また、イオン注入の注入深さの制御が困難なため電気機械結合係数を制御することが難しいという課題がある。
【００１２】
さらに、例えば特許文献３に開示されている電気機械結合係数を制御する方法は、圧電性薄膜の膜厚を制御することが難しいという課題がある。
【００１３】
これらのように、特許文献１から特許文献３で開示されている従来の方法では、電気機械結合係数の制御が難しい。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことが可能な弾性波デバイスおよびフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、圧電基板と、前記圧電基板上に設けられた第１誘電体と、前記第１誘電体上に設けられた弾性波を励振する電極と、前記電極を構成する電極指と、を具備し、前記第１誘電体が隣り合う前記電極指の間で少なくとも一部が分離していることを特徴とする弾性波デバイスである。本発明によれば、第１誘電体の膜厚に対する電気機械結合係数の変化を緩やかにすることができるため、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことが可能な弾性波デバイスを提供することができる。
【００１６】
上記構成において、前記第１誘電体の側面と前記電極指の側面とが同一面に形成されていることを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、製造工程を簡略化することができる。
【００１７】
上記構成において、前記電極を覆うように設けられた第２誘電体を具備し、前記第１誘電体の比誘電率が前記第２誘電体の比誘電率より大きいことを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、電気機械結合係数の制御をより精度良く行うことができ、また、プロセスをより容易に行うことができる。
【００１８】
上記構成において、前記第１誘電体上面からの前記第２誘電体の膜厚が前記第１誘電体上面からの前記電極の膜厚より厚いことを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、ラブ波および境界波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイスを提供することができる。
【００１９】
上記構成において、第１誘電体は酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜のいずれか一方であり、前記第２誘電体は酸化シリコン膜であることを特徴とする構成とすることができる。
【００２０】
上記構成において、前記第２誘電体上に第３誘電体を具備し、前記第３誘電体の音速が前記第２誘電体の音速より速いことを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、弾性波のエネルギーが圧電基板表面と第２誘電体に閉じ込められた境界波と呼ばれる弾性波が伝搬する弾性波デバイスを提供することができる。
【００２１】
上記構成において、前記第３誘電体は酸化アルミニウム膜であることを特徴とする構成とすることができる。
【００２２】
上記構成において、前記圧電基板はニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムのいずれか一方であることを特徴とする構成とすることができる。この構成によれば、大きな電気機械結合係数を得ることができ、電気機械結合係数の調整範囲を広く取ることができる。
【００２３】
上記構成において、前記弾性波デバイスを有することを特徴とするフィルタである構成とすることができる。この構成によれば、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、通過帯域の立ち上がりが急峻で挟通過帯域幅を有するフィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことが可能な弾性波デバイスおよびフィルタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。なお、実施例の図において、櫛型電極および反射電極の電極指の数は数本で図示しているが、実際の電極指は多数設けられている。ここで、電極指とは櫛型電極の１本１本のことをいう。また便宜上、反射電極の１本１本のことも電極指と呼ぶこととする。
【実施例１】
【００２６】
図５は比較例１に係る弾性表面波デバイスの断面図であり、図６は実施例１に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図５を参照に、比較例１に係る弾性表面波デバイスは、例えば３０度ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）である圧電基板１２上に例えば酸化アルミニウム膜である第１誘電体２４が設けられている。第１誘電体２４上には例えば厚さ１９０ｎｍの銅（Ｃｕ）からなる櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。
【００２７】
図６を参照に、実施例１に係る弾性表面波デバイスは、図５に示す比較例１に係る弾性表面波デバイスと同様の構成をしているが、比較例１に係る弾性表面波デバイスとの違いは、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されていることである。ここで、分離とは電極指の間で圧電基板１２の表面が露出している状態をいう。
【００２８】
図７は実施例１および比較例１に係る弾性表面波デバイスにおいて、酸化アルミニウム膜である第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示している。図７において、電気機械結合係数は有限要素法を用いて反共振周波数ｆａ−共振周波数ｆｒから求めており、第１誘電体２４の膜厚が０ｎｍの時の電気機械結合係数を１００％としている。また、この時の櫛型電極１４部分の対数は２００対で開口長は１９．３λであり、櫛型電極１４の周期λは２．０８４μｍである。ここで、対数とは入出力端子に接続している櫛型電極を例として、入力電極側の電極指１本と出力電極側の電極指１本の対を１対といい、その対の数である。また、開口長とは入力電極側の電極指と出力電極側の電極指とが交差する長さである。
【００２９】
図７より、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化は、実施例１の方が比較例１に比べ小さい。膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が小さい方が、プロセスでの膜厚ばらつきに対する電気機械結合係数の変化が小さくなるため、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。よって、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されている実施例１に係る弾性表面波デバイスは、第１誘電体２４が圧電基板１２上の全面に形成されている比較例１に係る弾性表面波デバイスに比べ、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。
【００３０】
また、図７より、第１誘電体２４の膜厚が約５０ｎｍ（約０．０２４λ）以下では、同程度の電気機械結合係数を得るための膜厚は、実施例１の方が比較例１に比べ厚くなることが分かる。膜厚がある程度厚い方がプロセスにおいて膜厚の制御性が容易となる。よって、実施例１に係る弾性表面波デバイスは比較例１に係る弾性表面波デバイスに比べ、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【００３１】
実施例１では、第１誘電体２４は酸化アルミニウム膜である例を示したが、窒化シリコン膜や酸化チタン膜や酸化シリコン膜等その他の物質でも良い。
【００３２】
また、実施例１に係る弾性表面波デバイスの櫛型電極１４および反射電極１６を例えば酸化シリコン膜である保護膜が覆っている弾性表面波デバイスでも、実施例１と同様に、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【実施例２】
【００３３】
図８は実施例２に係る弾性表面波デバイスの断面図である。図８を参照に、例えばニオブ酸リチウムである圧電基板１２上に例えば酸化アルミニウム膜である第１誘電体２４が設けられている。第１誘電体２４上には例えば銅からなる櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。第１誘電体２４は櫛型電極１４および反射電極１６の隣り合う電極指の間で分離されている。ここで、分離とは実施例１で説明しているのと同様の意味である。また、実施例１に係る弾性表面波デバイスとの違いは、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されてなく、弾性表面波伝搬方向の櫛型電極１４および反射電極１６の幅と第１誘電体２４の幅とが異なる点である。
【００３４】
実施例２によれば、第１誘電体２４が圧電基板１２上全面に形成されている比較例１に比べ、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が緩やかになる。よって、実施例２に係る弾性表面波デバイスは比較例１に係る弾性表面波デバイスに比べ電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。
【００３５】
また、実施例２に係る弾性表面波デバイスと実施例１に係る弾性表面波デバイスとは共に、比較例１に比べ電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができるが、実施例１に係る弾性表面波デバイスは１回のエッチングにより櫛型電極１４、反射電極１６および第１誘電体２４を形成することができる。（つまり第１誘電体２４のパターンは櫛型電極１４および反射電極１６のパターンで画定される。）このため、プロセス工程の簡略化の観点から、実施例１に係る弾性表面波デバイスの方が、実施例２に係る弾性表面波デバイスに比べ好ましい。
【００３６】
さらに、実施例２に係る弾性表面波デバイスの櫛型電極１４および反射電極１６を例えば酸化シリコン膜である保護膜が覆っている弾性表面波デバイスや境界波が伝搬される弾性波デバイスやラブ波が伝搬される弾性波デバイスの場合でも、実施例２のように隣り合う電極指間で第１誘電体２４を分離することにより、実施例２と同様の効果を得ることができる。ここで、境界波およびラブ波が伝搬する弾性波デバイスにおける分離とは、後述する実施例３で説明する分離のことをいう。
【実施例３】
【００３７】
図９は比較例３に係る弾性波デバイスの断面図であり、図１０は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。図９を参照に、比較例３に係る弾性波デバイスは、例えば３０度ＹカットＸ伝搬のニオブ酸リチウムである圧電基板１２上に第１誘電体２４が設けられている。第１誘電体２４上には例えば厚さ１９０ｎｍの銅である櫛型電極１４および反射電極１６が設けられている。櫛型電極１４および反射電極１６を覆うように例えば厚さ１０５０ｎｍの酸化シリコン膜である第２誘電体２６が設けられている。第２誘電体２６上には例えば厚さ２μｍの酸化アルミニウムである第３誘電体２８が設けられている。
【００３８】
図１０を参照に、実施例３に係る弾性波デバイスは、図９に示す比較例３に係る弾性波デバイスと同様の構成をしているが、比較例３に係る弾性波デバイスとの違いは、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されていることである。ここで、分離とは隣り合う電極指の間で第２誘電体２６と圧電基板１２とが接している状態をいう。
【００３９】
図１１は、図９に示す比較例３に係る弾性波デバイスにおいて、第１誘電体２４に酸化シリコン膜（比誘電率は４．２程度）を用いた場合と酸化シリコン膜より比誘電率の大きい酸化アルミニウム膜（比誘電率は９．０程度）を用いた場合との、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示している。図１１において、電気機械結合係数は図７と同様の方法から求めており、図７で説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００４０】
図１２は実施例３および比較例３に係る弾性波デバイスにおいて、第１誘電体２４に酸化アルミニウム膜を用いた場合の第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示している。図１２において、電気機械結合係数は図７と同様の方法から求めており、図７で説明されているので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
図１３は実施例３および比較例３に係る弾性波デバイスにおいて、第１誘電体２４に酸化アルミニウム膜を用いた場合の第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化を示している。図１３において、周波数は有限要素法により求めている。
【００４２】
図１１より、第１誘電体２４の膜厚が約４０ｎｍ（約０．０２λ）以下では、酸化アルミニウム膜の方が酸化シリコン膜に比べ第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化が緩やかであることが分かる。また、同程度の電気機械結合係数を得るのに必要な膜厚は、酸化アルミニウム膜の方が酸化シリコン膜に比べ厚くなることが分かる。よって、第１誘電体２４に比誘電率の大きい酸化アルミニウム膜を用いた方が酸化シリコン膜を用いた場合に比べて、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【００４３】
また、酸化シリコン膜で膜厚が約４０ｎｍ（約０．０２λ）以上の時に電気機械結合係数が再び大きくなるのは、酸化シリコン膜の膜厚が厚くなることにより、圧電基板から電気機械結合係数に与える影響よりも酸化シリコン膜から電気機械結合係数に与える影響の方が大きくなるためである。そのため、弾性波の影響に関しても酸化シリコン膜の影響が大きくなり、酸化シリコン膜の機械的共振尖鋭度の影響が出てくる。一般に成膜した酸化シリコン膜の共振尖鋭度（Ｑ値）は、単結晶である圧電基板のＱ値より悪いため、酸化シリコン膜の厚さを約４０ｎｍ（約０．０２λ）以上に厚くすることは望ましくない。
【００４４】
さらに、携帯電話端末等に使用されている一般的な弾性波フィルタは、圧電基板に３６度ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムを用いた弾性波デバイスを使用している。この場合の電気機械結合係数と同程度の電気機械結合係数を得るには、図１１より、酸化シリコン膜の場合は膜厚を約１０ｎｍ（約０．００５λ）にし、酸化アルミニウム膜の場合は膜厚を約２０ｎｍ（約０．０１λ）にすることが好ましい。
【００４５】
図１１では、第１誘電体２４が圧電基板１２上の全面に形成されている比較例３に係る弾性波デバイスで、第１誘電体２４に酸化アルミニウム膜と酸化シリコン膜とを用いた場合の、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を示したが、第１誘電体２４が隣り合う電極指の間で分離していて、第１誘電体２４の側面と櫛型電極１４および反射電極１６の側面とが同一面に形成されている実施例３に係る弾性波デバイスの場合でも同様の効果を得ることができる。
【００４６】
図１２より、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化は、実施例３の方が比較例３に比べ小さいことが分かる。よって、実施例３に係る弾性波デバイスは、比較例３に係る弾性波デバイスに比べ、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができる。
【００４７】
また、図１２より、同程度の電気機械結合係数を得るための膜厚は、実施例３の方が比較例３に比べ厚くなることが分かる。よって、実施例３に係る弾性波デバイスは比較例３に係る弾性波デバイスに比べ、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。
【００４８】
さらに、携帯電話端末等に使用されている一般的な弾性表面波フィルタは、圧電基板に３６度ＹカットＸ伝搬のタンタル酸リチウムを用いた弾性波デバイスを使用している。この場合の電気機械結合係数と同程度の電気機械結合係数を得るためには、図１２より、実施例３の場合は酸化アルミニウムである第１誘電体２４の膜厚を約３０ｎｍ（約０．０１５λ）にし、比較例３の場合は膜厚を約２０ｎｍ（約０．０１λ）にすることが好ましい。
【００４９】
図１３より、第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化は、実施例３の方が比較例３に比べ小さいことが分かる。第１誘電体２４の膜厚を変化させた時に周波数が変化するのは、第１誘電体２４である酸化アルミニウム膜の音速が第２誘電体２６である酸化シリコン膜の音速より速いので、第１誘電体２４の酸化アルミニウム膜の膜厚を変化させると境界波の速さが変わるためである。実施例３のように第１誘電体２４を電極指間で分離した場合は、比較例３のように第１誘電体２４が圧電基板１２上全面にある場合に比べ、境界波伝搬方向の第１誘電体２４の幅が小さくなる。このため、第１誘電体２４の境界波の速さに与える影響が、実施例３は比較例３に比べ小さくなる。よって、第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化が、実施例３は比較例３に比べ小さくなる。したがって、実施例３に係る弾性波デバイスは、比較例３に係る弾性波デバイスに比べ、周波数を精度良く制御することができる。
【００５０】
図１３では、実施例３および比較例３に係る弾性波デバイスでの例を示したが、実施例１および比較例１に係る弾性表面波デバイスでも同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、実施例１に係る弾性表面波デバイスの弾性表面波伝搬方向の第１誘電体２４の幅は、実施例２に係る弾性表面波デバイスの第１誘電体２４の幅に比べ小さい。このため、実施例１に係る弾性表面波デバイスは、実施例２に係る弾性表面波デバイスに比べ、第１誘電体２４の膜厚変化に対する周波数変化が小さくなる。よって、周波数の制御精度の観点から、実施例１に係る弾性表面波デバイスの方が実施例２に係る弾性表面波デバイスより好ましい。また、境界波およびラブ波が伝搬する弾性波デバイスについても同様の理由から、弾性波伝搬方向の第１誘電体２４の幅が小さい実施例３に係る弾性波デバイスが好ましい。
【００５２】
実施例３では、第２誘電体２６は酸化シリコン膜である例を示した。第２誘電体２６はその他の物質でも良いが、周波数の温度特性の改善を図る観点から酸化シリコン膜が好ましい。また、第１誘電体２４からの第２誘電体２６の膜厚が第１誘電体２４からの櫛型電極１４および反射電極１６の膜厚より厚くすることが好ましい。特に、境界波のエネルギーが圧電基板１２表面と第２誘電体２６に閉じ込められるために、第２誘電体２６の膜厚を０．１λ〜１．０λ程度にすることが好ましい。ここでλとは、櫛型電極１４の周期のことである。
【００５３】
また、実施例３では、第１誘電体２４は酸化アルミニウム膜である例を示したが、その他の物質でも良い。特に、電気機械結合係数の制御が精度良くでき、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行えるため、第１誘電体２４の比誘電率が第２誘電体２６の比誘電率より大きい物質が好ましい。よって、窒化シリコン膜等の比誘電率の大きい物質が好ましい。
【００５４】
さらに、実施例３では、第３誘電体２８は酸化アルミニウム膜である例を示したが、弾性境界波のエネルギーが圧電基板１２表面と第２誘電体２６に閉じ込められるような、第２誘電体２６より音速の速い物質であれば、シリコン膜や窒化シリコン膜等他の物質でもよい。
【００５５】
さらに、実施例３では、境界波が伝搬される弾性波デバイスを例に示したが、ラブ波が伝搬される弾性波デバイスの場合も、実施例３と同様に、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、また、膜厚制御の観点からプロセスを容易に行うことができる。ここで、ラブ波が伝搬される弾性波デバイスが実施例３に係る境界波が伝搬される弾性波デバイスと異なる点は、第３誘電体２８が設けられていない点である。また、ラブ波が伝搬される弾性波デバイスの場合も、周波数の温度特性の改善を図る観点から第２誘電体２６に酸化シリコン膜を用いることが好ましい。また、第１誘電体２４からの第２誘電体２６の膜厚は、第１誘電体２４からの櫛型電極１４および反射電極１６の膜厚より厚くすることが好ましい。特に、周波数の温度特性の改善を図る観点から、第２誘電体２６の膜厚を０．１λ〜０．３λ程度にすることが好ましい。
【００５６】
実施例１から実施例３では、第１誘電体２４が隣り合う電極指間の開口長方向で完全に分離している例を示したが、隣り合う電極指間の開口長方向の一部で第１誘電体２４が繋がっていても（つまり隣り合う電極指間で第１誘電体２４の少なくとも一部が分離していれば）、圧電基板１２上全面に第１誘電体２４がある比較例１および比較例３の場合に比べ、第１誘電体２４の膜厚変化に対する電気機械結合係数の変化を緩やかにすることができる。ここで、開口長方向とは、弾性波が伝搬する方向と垂直な方向をいう。
【００５７】
実施例１から実施例３では、第１誘電体２４は酸化アルミニウム膜である例を示した。酸化アルミニウム膜はドライエッチングのエッチング耐性が強いため、第１誘電体２４をドライエッチングにより形成する場合に、アンダーカットを少なくすることができる。このため、特性のばらつきを抑えることができる。
【００５８】
実施例１から実施例３では、圧電基板１２はニオブ酸リチウムである例を示したが、その他の圧電物質でも良い。特に、第１誘電体２４の膜厚を厚くすることにより電気機械結合係数を小さくする方向で電気機械結合係数の制御を行うので、電気機械結合係数の大きい物質であれば調整範囲を広く取ることができるため、タンタル酸リチウム等の電気機械結合係数の大きい物質が好ましい。
【実施例４】
【００５９】
図１４は実施例４に係るフィルタの模式図である。図１４を参照に、ラダー型フィルタ３０は３つの１ポート共振器３２を直列に接続した直列腕共振器と２つの１ポート共振器３２を直列腕共振器に対して並列に接続した並列腕共振器とを有している。１ポート共振器３２は一対の反射電極Ｒ１とこれらの間に設けられた櫛型電極ＩＤＴ１から構成されている。ここで、１ポート共振器３２は実施例１から実施例３のいずれかに係る弾性波デバイスである。ラダー型フィルタ３０の一端は例えば入力端子である第１端子４０に接続され、他端は例えば出力端子である第２端子４２に接続されている。
【実施例５】
【００６０】
図１５は実施例５に係るフィルタの模式図である。図１５を参照に、３つのＩＤＴよりなる２重モードフィルタで構成されるフィルタ３４は２つの２重モードフィルタ３６を有している。２重モードフィルタ３６は一対の反射電極Ｒ２とこれらの間に設けられた櫛型電極ＩＤＴ２、ＩＤＴ３およびＩＤＴ４からなる。一方の２重モードフィルタ３６のＩＤＴ３には例えば入力端子である第１端子４０が接続され、他方の２重モードフィルタ３６のＩＤＴ３には例えば出力端子である第２端子４２が接続されている。ここで、２重モードフィルタ３６は実施例１から実施例３のいずれかに係る弾性波デバイスである。２つの２重モードフィルタ３６は互いのＩＤＴ２および互いのＩＤＴ４を接続することで直列に接続されている。
【実施例６】
【００６１】
図１６は実施例６に係るフィルタの模式図である。図１６を参照に、１ポート共振器と２重モードフィルタとを組合せたフィルタ３８は、１ポート共振器３２と２重モードフィルタ３６とを有している。１ポート共振器３２は実施例４において図１４に示されており、２重モードフィルタ３６は実施例５において図１５に示されているので説明を省略する。１ポート共振器３２のＩＤＴ１には例えば入力端子である第１端子４０が接続され、２重モードフィルタ３６のＩＤＴ２およびＩＤＴ４には例えば出力端子である第２端子４２が接続されている。１ポート共振器３２のＩＤＴ１と２重モードフィルタ３６のＩＤＴ３とが接続することで、１ポート共振器３２と２重モードフィルタ３６とは直列に接続されている。
【００６２】
実施例４から実施例６によれば、ラダー型フィルタ、多重モードフィルタで構成されるフィルタおよび１ポート共振器と多重モードフィルタで構成されるフィルタにおいて、電気機械結合係数の制御を精度良く行うことができ、通過帯域の立ち上がりが急峻で挟通過帯域幅を有するフィルタを得ることができる。
【００６３】
実施例４から実施例６において、ラダー型フィルタ、多重モードフィルタを組合せたフィルタおよび１ポート共振器と多重モードフィルタとを組合せたフィルタについて説明したが、これらに限られず、例えばこれらのフィルタを組合せたフィルタ等その他のフィルタでもよく、また、これらのフィルタを用いた分波器でも同様の効果を得ることができる。
【００６４】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（ａ）は従来例１に係る弾性波デバイスの上視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ間の断面図である。
【図２】図２は従来例２に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図３】図３は従来例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図４】図４は従来例４に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図５】図５は比較例１に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図６】図６は実施例１に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図７】図７は実施例１および比較例１における、膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図８】図８は実施例２に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図９】図９は比較例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１０】図１０は実施例３に係る弾性波デバイスの断面図である。
【図１１】図１１は比較例３において、酸化アルミニウム膜と酸化シリコン膜との、膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図１２】図１２は実施例３および比較例３における、膜厚と電気機械結合係数との関係を示す図である。
【図１３】図１３は実施例３および比較例３における、膜厚と周波数との関係を示す図である。
【図１４】図１４は実施例４に係るフィルタの模式図である。
【図１５】図１５は実施例５に係るフィルタの模式図である。
【図１６】図１６は実施例６に係るフィルタの模式図である。
【符号の説明】
【００６６】
１２ 圧電基板
１４ 櫛型電極
１６ 反射電極
１８ 保護膜
２０ 酸化シリコン膜
２２ 酸化アルミニウム膜
２４ 第１誘電体
２６ 第２誘電体
２８ 第３誘電体
３０ ラダー型フィルタ
３２ １ポート共振器
３４ フィルタ
３６ ２重モードフィルタ
３８ フィルタ
４０ 第１端子
４２ 第２端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられた第１誘電体と、
前記第１誘電体上に設けられた弾性波を励振する電極と、
前記電極を構成する電極指と、を具備し、
前記第１誘電体が隣り合う前記電極指の間で少なくとも一部が分離していることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記第１誘電体の側面と前記電極指の側面とが同一面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記電極を覆うように設けられた第２誘電体を具備し、
前記第１誘電体の比誘電率が前記第２誘電体の比誘電率より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記第１誘電体上面からの前記第２誘電体の膜厚が前記第１誘電体上面からの前記電極の膜厚より厚いことを特徴とする請求項３記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記第１誘電体は酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜のいずれか一方であり、前記第２誘電体は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項３または４記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記第２誘電体上に第３誘電体を具備し、
前記第３誘電体の音速が前記第２誘電体の音速より速いことを特徴とする請求項４または５記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記第３誘電体は酸化アルミニウム膜であることを特徴とする請求項６記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記圧電基板はニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムのいずれか一方であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイスを有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１】
圧電基板と、
前記圧電基板上に設けられた第１誘電体と、
前記第１誘電体上に設けられた弾性波を励振する電極と、
前記電極を構成する電極指と、を具備し、
前記第１誘電体が隣り合う前記電極指の間で少なくとも一部が分離していることを特徴とする弾性波デバイス。
【請求項２】
前記第１誘電体の側面と前記電極指の側面とが同一面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の弾性波デバイス。
【請求項３】
前記電極を覆うように設けられた第２誘電体を具備し、
前記第１誘電体の比誘電率が前記第２誘電体の比誘電率より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の弾性波デバイス。
【請求項４】
前記第１誘電体上面からの前記第２誘電体の膜厚が前記第１誘電体上面からの前記電極の膜厚より厚いことを特徴とする請求項３記載の弾性波デバイス。
【請求項５】
前記第１誘電体は酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜のいずれか一方であり、前記第２誘電体は酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項３または４記載の弾性波デバイス。
【請求項６】
前記第２誘電体上に第３誘電体を具備し、
前記第３誘電体の音速が前記第２誘電体の音速より速いことを特徴とする請求項４または５記載の弾性波デバイス。
【請求項７】
前記第３誘電体は酸化アルミニウム膜であることを特徴とする請求項６記載の弾性波デバイス。
【請求項８】
前記圧電基板はニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムのいずれか一方であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の弾性波デバイス。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項記載の弾性波デバイスを有することを特徴とするフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−７８７３９（Ｐ２００８−７８７３９Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５２６３１（Ｐ２００６−２５２６３１）
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（３９８０６７２７０）富士通メディアデバイス株式会社 (198)
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１９日（２００６．９．１９）
【出願人】（３９８０６７２７０）富士通メディアデバイス株式会社 (198)
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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