弾性表面波素子
【課題】圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子を提供する。
【解決手段】弾性表面波素子としてのＳＡＷフィルター１は、窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮ基板１１と、ＡｌＮ基板１１の一方の主面１１Ａ上に接触するように形成された１対の櫛歯形状を有する電極である入力側電極２１および出力側電極２２と、入力側電極２１に接続された入力側配線２３と、出力側電極２２に接続された出力側配線２５とを備えている。そして、ＡｌＮ基板１１の主面１１ＡとＡｌＮ基板１１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下となっている。
【解決手段】弾性表面波素子としてのＳＡＷフィルター１は、窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮ基板１１と、ＡｌＮ基板１１の一方の主面１１Ａ上に接触するように形成された１対の櫛歯形状を有する電極である入力側電極２１および出力側電極２２と、入力側電極２１に接続された入力側配線２３と、出力側電極２２に接続された出力側配線２５とを備えている。そして、ＡｌＮ基板１１の主面１１ＡとＡｌＮ基板１１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関し、より特定的には弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波素子は、圧電材料の表面を伝播する表面波を利用したデバイスであり、表面に形成された一対の櫛歯型の電極を備えている。そして、一方の電極に信号が入力されると、他方の電極から特定の周波数の信号を出力する機能を有する。そのため、弾性表面波素子は、たとえば通信用フィルターや共振子などとして使用することができる。
【０００３】
弾性表面波素子の構造としては、たとえば、サファイアからなる基板と、当該基板上に形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電体膜と、圧電体膜上に形成された電極とを備えたものが提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。また、圧電体基板である水晶基板上に電極を形成する構造も提案されている（たとえば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９−９８０６０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０７５８１号公報
【特許文献３】特開平７−１７０１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２のように圧電体膜としてＡｌＮ膜を採用することにより、弾性表面波の高い伝播速度を確保することができる。しかしながら、基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成する上記従来の構成では、圧電体膜と基板などの下地層との結晶構造の違いに起因して、圧電体膜と下地層との間に応力が発生し、圧電体膜と下地層とが剥離するという問題がある。また、圧電体膜と下地層との界面において熱抵抗が高くなり、放熱性が不十分となるおそれがある。近年、高周波の弾性表面波を処理する必要がある場合も多く、このような場合、特に放熱性が問題となる。さらに、弾性表面波の伝播速度の向上も求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の局面における弾性表面波素子は、窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、基板上に形成された電極とを備えている。そして、当該基板の主面と基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下である。
【０００７】
また、本発明の他の局面における弾性表面波素子は、窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、基板上に形成された電極とを備えている。そして、当該基板の主面と基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角は１０°以下である。
【０００８】
上述のように、圧電材料としてＡｌＮを採用した従来の弾性表面波素子は、サファイア基板などの下地層上にＡｌＮ膜を形成した構成を有していた。これに対し、本発明の表面弾性波素子においては、下地層を用いることなくＡｌＮ基板上に電極が配置されるため、圧電体膜と下地層との剥離の問題を回避するとともに、下地層と当該下地層に接触する層との間における熱抵抗に起因した放熱性の低下を回避することができる。
【０００９】
一方、ＡｌＮ単結晶は、（０００２）面（Ｃ面）を結晶成長面として成長させることにより、効率よく高品質な単結晶を作製することができる。そして、一般に、ＡｌＮ基板は作製されたＡｌＮ単結晶をスライスして作製されるため、通常その主面は（０００２）面となる。これに対し、本発明者は、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面（主表面）の面方位と弾性表面波の伝播速度との関係を調査したところ、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面が（１−１００）面（Ｍ面）あるいは（１−１０２）面（Ｒ面）に近い場合、Ｃ面に電極を形成する場合に比べて伝播速度が向上することを見出した。また、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面とＭ面やＲ面とのなす角が大きくなるに従って伝播速度が低下する傾向にあり、当該なす角が１０°を超えると伝播速度の低下が大きくなる。本発明の表面弾性波素子においては、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面と基板を構成するＡｌＮ単結晶のＭ面またはＲ面とのなす角が１０°以下であるため、弾性表面波の伝播速度を向上させることができる。
【００１０】
以上のように、本発明の一の局面および他の局面における弾性表面波素子によれば、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子を提供することができる。
【００１１】
なお、弾性表面波の伝播速度は、Ｒ面上に電極を形成した場合に特に大きくなる。そのため、伝播速度の向上が特に重視される場合、上記本発明の他の局面における弾性表面波素子が採用されることが好ましい。一方、Ｍ面に近い主面上に電極を形成した上記本発明の一の局面における弾性表面波素子においては、他の局面における弾性表面波素子に比べると弾性表面波の伝播速度はやや小さいものの、電極が形成される主面の平滑度を向上させることができる。そのため、上記本発明の一の局面における弾性表面波素子によれば、電極の形成が容易であるとともに、当該電極の劣化や剥離が抑制されることにより、耐久性に優れた弾性表面波素子を提供することができる。
【００１２】
上記本発明の弾性表面波素子において好ましくは、基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である。
【００１３】
本発明者は、ＡｌＮからなる基板（ＡｌＮ基板）上に電極を形成した弾性表面波素子の伝播損失について詳細な検討を行なった。その結果、伝播損失は、ＡｌＮ基板の転位密度の低下に伴って急激に減少するとともに、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下では伝播損失の減少は飽和して、十分に低い伝播損失が得られることを見出した。したがって、上記構成により、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００１４】
ここで、本願明細書、特許請求の範囲および要約書において、転位密度とはＥＰＤ（Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ；エッチピット密度）法により測定される転位密度をいう。このＥＰＤ法によるＡｌＮ基板の転位密度の測定は、たとえば以下のように実施することができる。まず、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とを質量比１：１で混合した温度２５０℃の融液中にＡｌＮからなる基板を３０分間浸漬してエッチングする。そして、当該基板を洗浄した後、顕微鏡を用いて基板の主面（主表面）に発生したエッチピットの個数を調査し、単位面積あたりのエッチピットの個数を算出する。
【００１５】
上記本発明の弾性表面波素子において好ましくは、上記基板の厚さは１０μｍ以上である。これにより、ＡｌＮ基板を自立基板として取り扱うことが容易となり、弾性表面波素子の製造および製造後の素子の取り扱いが容易となる。また、上記基板の厚さを１００μｍ以上とすることにより、基板の取り扱いが一層容易となる。
【００１６】
上記弾性表面波素子においては、窒化アルミニウム単結晶からなり、上記基板と電極との間に基板に接触して形成されたエピタキシャル膜をさらに備えていてもよい。
【００１７】
ＡｌＮ基板上に、窒化アルミニウム単結晶からなるエピタキシャル膜（ＡｌＮエピタキシャル膜）を形成し、ＡｌＮエピタキシャル膜上に電極を配置することにより、電極に接触するＡｌＮ単結晶の転位密度を容易に減少させることができる。また、ＡｌＮ基板とＡｌＮエピタキシャル膜は、同種材料の基板と当該基板に対してエピタキシャル成長した膜であるため、サファイアなどの基板上に異種材料であるＡｌＮ膜を形成する場合に比べて両者の密着性が高く、かつ界面における熱抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１８】
上記弾性表面波素子において好ましくは、エピタキシャル膜の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００１９】
上記弾性表面波素子において好ましくは、上記エピタキシャル膜の厚さは１μｍ以上である。これにより、均質なエピタキシャル膜を形成することが容易となるとともに、たとえば弾性表面波素子が通信用フィルターとして用いられる場合、通信用信号の波長に比べてエピタキシャル膜の厚さが大きくなるため、伝播損失を一層抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の表面弾性波素子によれば、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子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】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２２】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における表面弾性波素子としてのＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルターの構成を示す概略図である。
【００２３】
図１を参照して、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１は、窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮ基板１１と、ＡｌＮ基板１１の一方の主面１１Ａ上に接触するように形成された１対の櫛歯形状を有する電極である入力側電極２１および出力側電極２２と、入力側電極２１に接続された入力側配線２３と、出力側電極２２に接続された出力側配線２５とを備えている。そして、ＡｌＮ基板１１の主面１１ＡとＡｌＮ基板１１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下となっている。
【００２４】
次に、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の動作について説明する。図１を参照して、入力側配線２３から入力側電極２１に入力信号である交流電圧が印加されると、圧電効果によりＡｌＮ基板１１の主面１１Ａ（表面）に弾性表面波が生じ、出力側電極２２に伝達される。このとき、入力側電極２１および出力側電極２２は図１に示すように櫛歯形状を有しているため、入力側電極２１から出力側電極２２に向かう方向において、ＡｌＮ基板１１の主面のうち電極が形成された領域は所定の周期（電極周期）で存在する。そのため、入力信号により発生した弾性表面波は、その波長が電極周期に一致する場合最も強く励振され、電極周期とのずれが大きいほど減衰する。その結果、電極周期に近い波長の信号のみが出力側電極２２および出力側配線２５を介して出力される。
【００２５】
上記ＳＡＷフィルター１においては、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されるＡｌＮ基板１１の主面１１ＡとＡｌＮ基板１１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角が１０°以下とされているため、弾性表面波の伝播速度が向上している。また、ＡｌＮ基板１１上に直接入力側電極２１および出力側電極２２が形成され、サファイア基板など下地層が用いられていないため、圧電体膜と下地層との剥離の問題を回避するとともに、下地層と当該下地層に接触する層との間における熱抵抗に起因した放熱性の低下が回避されている。その結果、本実施の形態におけるのＳＡＷフィルター１は、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能なＳＡＷフィルターとなっている。
【００２６】
さらに、上記ＳＡＷフィルター１においては、平滑度を向上させることが可能なＭ面に近い主面１１Ａ上に入力側電極２１および出力側電極２２が形成されている。そのため、入力側電極２１および出力側電極２２が形成される主面１１Ａの平滑度を、たとえば表面粗さＲａが０．３μｍ以下となる程度にまで向上させることが可能となっている。その結果、たとえば電極（入力側電極２１および出力側電極２２）を金属の蒸着により形成した場合、当該電極とＡｌＮ基板１１の主面とが強固に固着し、弾性表面波素子が高周波の弾性表面波を処理する場合でも、発熱に起因した電極の剥離を抑制することができる。また、平滑度の高い主面１１Ａ上に電極を形成することにより、たとえば電極を金属の蒸着により形成する場合、均一な電極を形成することが可能となり、発熱に起因した電極の劣化を抑制することができる。
【００２７】
さらに、ＡｌＮ自立基板上に直接電極が形成された本実施の形態におけるＳＡＷフィルター１は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、高い周波帯域（具体的にはＵＨＦ波）まで動作可能となっている。また、ＡｌＮ単結晶の熱伝導率は３０Ｗ／ｃｍ・Ｋと高いため、ＳＡＷフィルター１は高周波帯域で動作した場合でも放熱効率が高く、冷却が容易である。さらに、ＳＡＷフィルター１は、従来の弾性表面波素子に比べて耐熱性にも優れ、より高温での動作が可能となっている。また、ＳＡＷフィルター１によれば、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成する工程が省略できるため、製造プロセスを簡略化することが可能である。
【００２８】
また、ＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００２９】
さらに、ＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。これにより、ＡｌＮ基板１１を自立基板として取り扱うことが容易となり、ＳＡＷフィルター１の製造および製造後の取り扱いが容易となる。
【００３０】
次に、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の製造方法について説明する。図２は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図３は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。また、図４および図５は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００３１】
図２を参照して、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）としてＡｌＮ単結晶成長工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、ＳｉＣ（炭化珪素）などの異種基板上にＡｌＮ単結晶を成長させることにより、ＡｌＮ単結晶の厚膜が作製される。具体的には、図３を参照して、直径１インチ以上４インチ以下、たとえば２インチ、面方位（０００２）、オフ角０°以上１５°以下、たとえば３．５°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ単結晶基板９１上に、昇華法によりＡｌＮ単結晶厚膜９２を成長させる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の厚さは、たとえば５０ｍｍ程度とすることができる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の成長は、成長温度を１７００℃以上２１００℃以下、たとえば１９００℃程度、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下、たとえば５０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を５０ｓｃｃｍ以上９００ｓｃｃｍ以下、たとえば５００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。ここで、ＡｌＮ単結晶厚膜９２の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮ単結晶厚膜９２の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００３２】
次に、工程（Ｓ２０）としてＭ面切断・研磨工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製されたＡｌＮ単結晶の厚膜を（１−１００）面に平行にスライスすることにより、自立した基板として取り扱い可能なＡｌＮ単結晶からなる基板であるＡｌＮ単結晶自立基板が作製される。具体的には、図３を参照して、まず円盤状のＳｉＣ単結晶基板９１上に円柱状に成長したＡｌＮ単結晶厚膜９２の側壁を、円柱の軸に平行な面が形成されるように研削加工する。その後、形成された面の面方位をＸ線測定器（たとえばＸ線回折装置など）を用いて計測し、たとえばワイヤーソー加工機を用いてＡｌＮ単結晶厚膜９２を（１−１００）面に平行な切断面９２Ａにおいて切断する。その後、ＳｉＣ単結晶基板９１を除去することにより、ＡｌＮ単結晶自立基板９３が得られる。ＡｌＮ単結晶自立基板９３の形状は、たとえば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００３３】
そして、ＡｌＮ単結晶自立基板９３に対して研削加工が実施され、主面の面方位が（１−１００）面（Ｍ面）に対して１０°以下の範囲に分布するように、すなわちＡｌＮ単結晶自立基板９３の主面と窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角が１０°以下となるように調整される。さらに、ＡｌＮ単結晶自立基板９３の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが３００ｎｍ以下、たとえば１０ｎｍとされる。これにより、たとえば厚さ４００μｍのＡｌＮ基板１１が得られる。
【００３４】
次に、工程（Ｓ３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板１１の一方の主面上に櫛歯型の電極が形成される。具体的には、図４を参照して、工程（Ｓ２０）において作製されたＡｌＮ基板１１の一方の主面上に、導電体であるＡｌの膜（Ａｌ膜）が形成される。Ａｌ膜の形成は、たとえばスパッタリングにより実施することができる。また、Ａｌ膜の厚さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下、たとえば５００ｎｍ程度とすることができる。その後、当該Ａｌ膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成された後、露光および現像が実施されることにより、所望の入力側電極２１および出力側電極２２の形状に対応する領域以外の領域に開口が形成される。そして、開口が形成されたレジスト膜をマスクとして用いて、たとえばウェットエッチングを実施することにより、図４に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、入力される信号の周波数および出力すべき信号の周波数に応じて適宜決定することができるが、０．１μｍ以上５５０μｍ以下、たとえば５．５μｍとすることができる。
【００３５】
次に、工程（Ｓ４０）としてチップ化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図５を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮ基板１１が厚さ方向に切断されることにより、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分離される。ＡｌＮ基板１１の切断は、たとえばＮｄ：ＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ・Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ・Ｇａｒｎｅｔ）レーザ（ネオジウム・ヤグレーザ）を用いて実施することができる。ここで、図５における分離後の各チップの断面は、図１における線分Ｖ−Ｖに沿う断面に相当する。
【００３６】
その後、図１を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１が完成する。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図７および図８は、実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００３８】
実施の形態２におけるＳＡＷフィルターは、実施の形態１の場合と同様の構成を有するが、その製造方法に相違点を有している。図６および図２を参照して、実施の形態２におけるＳＡＷフィルター１の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施されるが、ＡｌＮ基板の作製手順において実施の形態１の場合とは異なっている。
【００３９】
すなわち、図６を参照して、実施の形態２におけるＳＡＷフィルター１の製造方法では、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）が実施の形態１の場合と同様に実施されることにより、たとえば厚さ４００μｍのＡｌＮ単結晶自立基板９３が得られる。
【００４０】
次に、実施の形態２においては、工程（Ｓ２１）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、ＡｌＮ単結晶自立基板上に、窒化アルミニウム単結晶からなるエピタキシャル層が形成される。具体的には、図７を参照して、工程（Ｓ２０）において作製されたＡｌＮ単結晶自立基板９３の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル層９４が形成される。ＡｌＮエピタキシャル層９４は、成長温度を１８００℃以上２２００℃以下、たとえば２１００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下、たとえば３０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を５０ｓｃｃｍ以上９００ｓｃｃｍ以下、たとえば２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル層９４の厚さは、１μｍ以上１００ｍｍ以下、たとえば２０ｍｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル層９４の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル層９４の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００４１】
次に、工程（Ｓ２２）としてＭ面ＡｌＮ基板作製工程が実施される。この工程（Ｓ２２）では、工程（Ｓ２１）において作製されたＡｌＮ単結晶のエピタキシャル層がスライスされることにより、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮ基板が作製される。
【００４２】
具体的には、図８を参照して、たとえばワイヤーソー加工機を用いて、ＡｌＮ単結晶自立基板９３上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９４を当該ＡｌＮエピタキシャル層９４の主面に沿った面でスライスすることにより、たとえば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＡｌＮ基板１１が複数枚作製される。その後、ＡｌＮ基板１１に対しては研削加工が実施され、たとえば主面の面方位が（１−１００）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮ基板１１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが、たとえば５ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮ基板１１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００４３】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば０．１９μｍとすることができる。
【００４４】
さらに、工程（Ｓ４０）が実施の形態１と同様に実施される。ＡｌＮ基板１１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。
【００４５】
その後、実施の形態１の場合と同様に、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態２におけるＳＡＷフィルター１が完成する。
【００４６】
以上のように、ＡｌＮ単結晶自立基板９３上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９４をスライスしてＡｌＮ基板１１を作製することにより、ＡｌＮ基板１１の転位密度の低減が容易となり、弾性表面波の伝播損失の小さいＳＡＷフィルター１を製造することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図９は、実施の形態３における表面弾性波素子としてのＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【００４８】
図９を参照して、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１は、ＡｌＮ基板１１と入力側電極２１および出力側電極２２との間にＡｌＮエピタキシャル膜１２が配置されている点において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００４９】
すなわち、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１と入力側電極２１および出力側電極２２との間に、ＡｌＮ基板１１の一方の主面上にエピタキシャル成長した窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜１２が形成されている。そして、当該ＡｌＮエピタキシャル膜１２上に接触して、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されている。なお、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１は、弾性表面波がＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面において生じ、ＡｌＮエピタキシャル膜１２を伝播する点を除いて、実施の形態１の場合と同様に動作する。
【００５０】
実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１上にＡｌＮエピタキシャル膜１２を形成し、ＡｌＮエピタキシャル膜１２上に接触して入力側電極２１および出力側電極２２を配置することにより、入力側電極２１および出力側電極２２に接触するＡｌＮ単結晶の転位密度を減少させることが容易となっている。また、ＡｌＮ基板１１とＡｌＮエピタキシャル膜１２は、同種材料の基板と当該基板に対してエピタキシャル成長した膜であるため、サファイアなどの基板上に異種材料であるＡｌＮ膜を形成する場合に比べて両者の密着性が高く、かつ界面における熱抵抗の上昇が抑制されている。
【００５１】
また、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【００５３】
これにより、均質なＡｌＮエピタキシャル膜１２を形成することが容易になるとともに、ＳＡＷフィルター１が通信用フィルターとして用いられる場合、通信用信号の波長に比べてＡｌＮエピタキシャル膜１２の厚さが大きくなるため、伝播損失を一層抑制することができる。
【００５４】
次に、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１の製造方法について説明する。図１０は、実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図１１〜図１３は、実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００５５】
図１０および図２を参照して、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施される。しかし、実施の形態３においては、ＡｌＮ基板１１上にＡｌＮエピタキシャル膜１２が形成される点において、実施の形態１とは異なっている。
【００５６】
すなわち、図１０を参照して、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１の製造方法においては、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）が実施の形態１の場合と同様に実施され、ＡｌＮ基板が作製された後、工程（Ｓ２３）としてエピタキシャル膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ２３）では、図１１を参照して、工程（Ｓ２０）において作製されたＡｌＮ基板１１の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜１２が形成される。ＡｌＮエピタキシャル膜１２は、たとえば成長温度を２１００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の厚さは、１μｍ以上１ｍｍ以下、たとえば１００μｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル膜１２の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。以上の手順により、自立した基板として取り扱い可能な厚さ０．５ｍｍ程度のＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１が得られる。
【００５７】
その後、ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の両側の主面（ＡｌＮ基板１１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面、およびＡｌＮエピタキシャル膜１２とは反対側のＡｌＮ基板１１の主面）に対して研削加工が実施され、たとえばＡｌＮ基板１１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面の面方位が、（１−１００）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、たとえば表面粗さＲａが０．３ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００５８】
次に、工程（Ｓ３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図１２を参照して、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面上に、たとえば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜がスパッタリングにより形成される。その後、当該Ａｌ膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成された後、露光および現像が実施されることにより、所望の入力側電極２１および出力側電極２２の形状に対応する領域以外の領域に開口が形成される。そして、開口が形成されたレジスト膜をマスクとして用いて、たとえばウェットエッチングを実施することにより、図１２に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば０．１９μｍとすることができる。
【００５９】
次に、工程（Ｓ４０）としてチップ化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図１３を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１が、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分割される。ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。なお、図１３における分離後の各チップの断面は、図９における線分ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿う断面に相当する。
【００６０】
その後、図９を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１が完成する。なお、上記実施の形態３においては、ＡｌＮ基板が実施の形態１と同様の手順で作製される場合について説明したが、実施の形態２と同様の手順で作製されてもよい。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図１４は、実施の形態４における表面弾性波素子としてのＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【００６２】
図１４を参照して、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、基本的には実施の形態１のＳＡＷフィルター１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、Ｍ面に近い主面１１Ａを有するＡｌＮ基板１１に代えて、Ｒ面に近い主面５１Ａを有するＡｌＮ基板５１を備えている点において、実施の形態１のＳＡＷフィルター１とは異なっている。より具体的には、ＡｌＮ基板５１の主面５１ＡとＡｌＮ基板５１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角は１０°以下となっている。なお、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、弾性表面波がＡｌＮ基板５１の主面において生じ、ＡｌＮ基板５１を伝播する点を除いて、実施の形態１の場合と同様に動作する。
【００６３】
上記ＳＡＷフィルター２においては、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されるＡｌＮ基板５１の主面５１ＡとＡｌＮ基板５１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角が１０°以下とされているため、弾性表面波の伝播速度が実施の形態１の場合よりもさらに向上している。また、ＡｌＮ基板５１上に直接入力側電極２１および出力側電極２２が形成され、サファイア基板など下地層が用いられていないため、圧電体膜と下地層との剥離の問題を回避するとともに、下地層と当該下地層に接触する層との間における熱抵抗に起因した放熱性の低下が回避されている。その結果、本実施の形態におけるのＳＡＷフィルター２は、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能なＳＡＷフィルターとなっている。
【００６４】
次に、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２の製造方法について説明する。図１５は、実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図１６は、実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。また、図１７および図１８は、実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００６５】
図１５および図２を参照して、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、基本的には実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１と同様に製造することができる。しかし、上述のようにＡｌＮ基板の主面の面方位が異なることに起因して、ＡｌＮ基板の作製手順において、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２の製造方法は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の製造方法とは異なっている。
【００６６】
すなわち、図１５を参照して、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター１の製造方法では、まず、実施の形態１の場合と同様に、工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、図１６を参照して、たとえば直径１インチ、面方位（０００２）、オフ角０°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ単結晶基板９１上に、昇華法によりＡｌＮ単結晶厚膜９２を成長させる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の厚さは、たとえば８０ｍｍ程度とすることができる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の成長は、たとえば成長温度を１８５０℃程度、成長を実施する容器内の圧力を６０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。
【００６７】
次に、工程（Ｓ２５）としてＲ面切断・研磨工程が実施される。この工程（Ｓ２５）では、工程（Ｓ１０）において作製されたＡｌＮ単結晶の厚膜を（１−１０２）面に平行にスライスすることにより、自立した基板として取り扱い可能なＡｌＮ単結晶からなる基板であるＡｌＮ単結晶自立基板が作製される。具体的には、図１６を参照して、まず円盤状のＳｉＣ単結晶基板９１上に円柱状に成長したＡｌＮ単結晶厚膜９２の側壁を研削加工し、平坦な面を形成する。その後、形成された面の面方位をＸ線測定器（たとえばＸ線回折装置など）を用いて計測し、たとえばワイヤーソー加工機を用いてＡｌＮ単結晶厚膜９２を（１−１０２）面に平行な切断面９２Ｂにおいて切断することにより、ＡｌＮ単結晶自立基板９５が得られる。ＡｌＮ単結晶自立基板９５の形状は、たとえば直径（長径）約２５ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００６８】
そして、ＡｌＮ単結晶自立基板９５に対して研削加工が実施され、主面の面方位が（１−１０２）面（Ｒ面）に対して１０°以下の範囲に分布するように、すなわちＡｌＮ単結晶自立基板９５の主面と窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角が１０°以下となるように調整される。さらに、ＡｌＮ単結晶自立基板９５の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが３００ｎｍ以下、たとえば１ｎｍとされる。これにより、たとえば厚さ４００μｍのＡｌＮ基板１１が得られる。
【００６９】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。具体的には、図１７を参照して、工程（Ｓ２５）において作製されたＡｌＮ基板５１の一方の主面上に、たとえば厚さ１５０ｎｍ程度のＡｌ膜が形成され、実施の形態１の場合と同様にフォトリソグラフィプロセスによりレジストからなるマスクが形成される。そして、ウェットエッチングが実施されることにより、図１７に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。
【００７０】
次に、工程（Ｓ４０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。すなわち、図１８を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮ基板５１が厚さ方向に切断されることにより、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分離される。ここで、図１８における分離後の各チップの断面は、図１４における線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿う断面に相当する。
【００７１】
その後、図１４を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２が完成する。
【００７２】
（実施の形態５）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態５について説明する。図１９は、実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図２０および図２１は、実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００７３】
実施の形態５におけるＳＡＷフィルターは、実施の形態４の場合と同様の構成を有するが、その製造方法に相違点を有している。図１９および図１５を参照して、実施の形態５におけるＳＡＷフィルター２の製造方法は、基本的には実施の形態４の場合と同様に実施されるが、ＡｌＮ基板の作製手順において実施の形態４の場合とは異なっている。
【００７４】
すなわち、図１９を参照して、実施の形態５におけるＳＡＷフィルター２の製造方法では、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２５）が実施の形態４の場合と同様に実施されることにより、ＡｌＮ単結晶自立基板９５が作製される。
【００７５】
次に、実施の形態５においては、工程（Ｓ２６）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ２６）では、ＡｌＮ単結晶自立基板上に、窒化アルミニウム単結晶からなるエピタキシャル層が形成される。具体的には、図２０を参照して、工程（Ｓ２５）において作製されたＡｌＮ単結晶自立基板９５の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル層９６が形成される。ＡｌＮエピタキシャル層９６は、成長温度を１８００℃以上２３００℃以下、たとえば２２００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下、たとえば４０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を５０ｓｃｃｍ以上９００ｓｃｃｍ以下、たとえば４００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル層９６の厚さは、１μｍ以上１００ｍｍ以下、たとえば３０ｍｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル層９６の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル層９６の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００７６】
次に、工程（Ｓ２７）としてＲ面ＡｌＮ基板作製工程が実施される。この工程（Ｓ２７）では、工程（Ｓ２６）において作製されたＡｌＮ単結晶のエピタキシャル層がスライスされることにより、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮ基板が作製される。
【００７７】
具体的には、図２１を参照して、たとえばワイヤーソー加工機を用いて、ＡｌＮ単結晶自立基板９５上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９６を当該ＡｌＮエピタキシャル層９６の主面に沿った面でスライスすることにより、たとえば直径約２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＡｌＮ基板５１が複数枚作製される。その後、ＡｌＮ基板５１に対しては研削加工が実施され、たとえば主面の面方位が（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮ基板５１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが、たとえば１ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮ基板５１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００７８】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態４の場合と同様に実施される。形成されるＡｌ膜の厚さは、たとえば２５０ｎｍとすることができる。また、入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば５．５μｍとすることができる。
【００７９】
さらに、工程（Ｓ４０）が実施の形態１と同様に実施される。ＡｌＮ基板５１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。
【００８０】
その後、実施の形態４の場合と同様に、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態５におけるＳＡＷフィルター２が完成する。
【００８１】
以上のように、ＡｌＮ単結晶自立基板９５上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９６をスライスしてＡｌＮ基板５１を作製することにより、ＡｌＮ基板５１の転位密度の低減が容易となり、弾性表面波の伝播損失の小さいＳＡＷフィルター２を製造することができる。
【００８２】
（実施の形態６）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態６について説明する。図２２は、実施の形態６における表面弾性波素子としてのＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【００８３】
図２２を参照して、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２は、基本的には実施の形態４の場合と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２は、ＡｌＮ基板５１と入力側電極２１および出力側電極２２との間にＡｌＮエピタキシャル膜５２が配置されている点において、実施の形態４の場合とは異なっている。
【００８４】
すなわち、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮ基板５１と入力側電極２１および出力側電極２２との間に、ＡｌＮ基板５１の一方の主面上にエピタキシャル成長した窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜５２が形成されている。そして、当該ＡｌＮエピタキシャル膜５２上に接触して、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されている。なお、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２は、弾性表面波がＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面において生じ、ＡｌＮエピタキシャル膜５２を伝播する点を除いて、実施の形態４の場合と同様に動作する。
【００８５】
実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮ基板５１上にＡｌＮエピタキシャル膜５２を形成し、ＡｌＮエピタキシャル膜５２上に接触して入力側電極２１および出力側電極２２を配置することにより、入力側電極２１および出力側電極２２に接触するＡｌＮ単結晶の転位密度を減少させることが容易となっている。また、ＡｌＮ基板５１とＡｌＮエピタキシャル膜５２は、同種材料の基板と当該基板に対してエピタキシャル成長した膜であるため、サファイアなどの基板上に異種材料であるＡｌＮ膜を形成する場合に比べて両者の密着性が高く、かつ界面における熱抵抗の上昇が抑制されている。
【００８６】
また、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００８７】
さらに、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【００８８】
これにより、均質なＡｌＮエピタキシャル膜５２を形成することが容易になるとともに、ＳＡＷフィルター２が通信用フィルターとして用いられる場合、通信用信号の波長に比べてＡｌＮエピタキシャル膜５２の厚さが大きくなるため、伝播損失を一層抑制することができる。
【００８９】
次に、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２の製造方法について説明する。図２３は、実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図２４〜図２６は、実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００９０】
図２３および図１５を参照して、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２の製造方法は、基本的には実施の形態４の場合と同様に実施される。しかし、実施の形態６においては、ＡｌＮ基板５１上にＡｌＮエピタキシャル膜５２が形成される点において、実施の形態４とは異なっている。
【００９１】
すなわち、図２３を参照して、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２の製造方法においては、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２５）が実施の形態４の場合と同様に実施され、ＡｌＮ基板が作製された後、工程（Ｓ２８）としてエピタキシャル膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ２８）では、図２４を参照して、工程（Ｓ２５）において作製されたＡｌＮ基板５１の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜５２が形成される。ＡｌＮエピタキシャル膜５２は、たとえば成長温度を２１００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の厚さは、１μｍ以上１ｍｍ以下、たとえば１００μｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル膜５２の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。以上の手順により、自立した基板として取り扱い可能な厚さ０．５ｍｍ程度のＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１が得られる。
【００９２】
その後、ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の両側の主面（ＡｌＮ基板５１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面、およびＡｌＮエピタキシャル膜５２とは反対側のＡｌＮ基板５１の主面）に対して研削加工が実施され、たとえばＡｌＮ基板５１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面の面方位が、（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、たとえば表面粗さＲａが０．３ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００９３】
次に、工程（Ｓ３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図２５を参照して、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面上に、たとえば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜がスパッタリングにより形成される。その後、当該Ａｌ膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成された後、露光および現像が実施されることにより、所望の入力側電極２１および出力側電極２２の形状に対応する領域以外の領域に開口が形成される。そして、開口が形成されたレジスト膜をマスクとして用いて、たとえばウェットエッチングを実施することにより、図２５に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば０．１９μｍとすることができる。
【００９４】
次に、工程（Ｓ４０）としてチップ化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図２６を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１が、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分割される。ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。なお、図２６における分離後の各チップの断面は、図２２における線分ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩに沿う断面に相当する。
【００９５】
その後、図２２を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２が完成する。なお、上記実施の形態６においては、ＡｌＮ基板が実施の形態４と同様の手順で作製される場合について説明したが、実施の形態５と同様の手順で作製されてもよい。
【実施例１】
【００９６】
以下、本発明の実施例１について説明する。上記実施の形態１と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）電極の耐久性、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【００９７】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態１と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）においては、直径２インチ、面方位（０００２）、オフ角３．５°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ基板上に、昇華法により厚さ５０ｍｍのＡｌＮ単結晶厚膜を形成した。成長温度は約１９００℃、成長を実施する容器内の圧力は５０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を５００ｓｃｃｍの流量で流入させた。工程（Ｓ２０）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ１ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、主面の面方位が（１−１００）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを１０ｎｍ、厚さを４００μｍとした。
【００９８】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約５００ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は５．５μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板を切断し、実験用の素子を得た。
【００９９】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を０．９５ＧＨｚ〜１．０５ＧＨｚ、出力する周波数を１ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．５ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１００】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１０１】
以上の実験結果より、Ｍ面あるいはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ自立基板の主面上に直接電極が形成された本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１０２】
（２）電極の耐久性
上記（１）と同様のプロセスで、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１×１０５ｎｍ（１００μｍ）の９種類、面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１００）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の組合せで１８種類の素子のサンプルを各２０個ずつ準備し、恒温槽に投入した。電極はＡｌ電極とし、その形成は、蒸着法によるＡｌ膜の成膜およびフォトリソグラフィープロセスにより実施した。また、ＡｌＮ基板の転位密度は１．２×１０４ｃｍ−２とした。そして、素子の温度を５００℃まで上昇させた後、当該素子を恒温槽から取り出し、Ａｌ電極の剥離が発生しているか否かを調査した。
【０１０３】
図２７は、ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。図２７において、横軸は電極が形成されたＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａを示しており、縦軸は恒温槽に投入されて加熱された素子のうちＡｌ電極の剥離が発生した素子の割合を示している。また、図２７において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１０４】
図２７を参照して、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが大きくなると電極の剥離の割合が高くなる傾向があるものの、表面粗さを５μｍ以下とすることにより、電極の剥離を回避可能であることが確認された。また、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが同じであれば、ＡｌＮ基板の主面の面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて、電極の剥離を抑制できることが確認された。
【０１０５】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０５ｃｍ−２〜８×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１０６】
図２８は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図２８を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．２ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｍ面またはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例２】
【０１０７】
以下、本発明の実施例２について説明する。上記実施の形態２と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）電極の耐久性、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【０１０８】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態２と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）を上記実施例１の場合と同様に実施した後、工程（Ｓ２１）では、得られたＡｌＮ単結晶自立基板上に昇華法によるエピタキシャル成長により、厚さ２０ｍｍのＡｌＮエピタキシャル層を成長させた。成長温度は約２１００℃、成長を実施する容器内の圧力は３０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を２００ｓｃｃｍの流量で流入させた。
【０１０９】
ここで、上記手順により２枚のＡｌＮ単結晶自立基板上にＡｌＮエピタキシャル層を形成し、うち１枚のＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層の転位密度をＥＰＤ法により調査した。ＥＰＤ法による転位密度の調査は、以下のように行なった。まず、ＫＯＨとＮａＯＨとを質量比１：１で混合した温度２５０℃の融液中に、ＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層を３０分間浸漬してエッチングした。そして、洗浄を実施した後、顕微鏡を用いてＡｌＮエピタキシャル層の主面に発生したエッチピットの個数を調査し、単位面積あたりのエッチピットの個数を算出した。その結果、転位密度は３×１０４ｃｍ−２という低い値であることが分かった。このことから、ＡｌＮ単結晶自立基板上には転位密度が抑制された高品質なＡｌＮエピタキシャル層が形成されていることが確認された。また、ＡｌＮエピタキシャル層の主面の面方位をＸ線測定（Ｘ線回折）により確認したところ、面方位は（１−１００）となっていることが確認された。
【０１１０】
工程（Ｓ２２）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ０．５ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、ＡｌＮ基板の主面の面方位が（１−１００）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを５ｎｍ、厚さ４００μｍとした。
【０１１１】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約２００ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は０．１９μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板に深さ１００μｍの溝を形成し、さらにブレーキング加工によりＡｌＮ基板を分割し、実験用の素子を得た。
【０１１２】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を２８．９５ＧＨｚ〜２９．０５ＧＨｚ、出力する周波数を２９ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．１ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１１３】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１１４】
以上の実験結果より、ＡｌＮエピタキシャル層をスライスして作製されることにより転位密度が小さく、Ｍ面あるいはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の表面に電極を形成した本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１１５】
（２）電極の耐久性
上記（１）と同様のプロセスで、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１×１０５ｎｍ（１００μｍ）の９種類、面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１００）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の組合せで１８種類の素子のサンプルを各２０個ずつ準備し、恒温槽に投入した。電極はＡｌ電極とし、その形成は、蒸着法によるＡｌ膜の成膜およびフォトリソグラフィープロセスにより実施した。また、ＡｌＮ基板の転位密度は１．０×１０４ｃｍ−２とした。そして、素子の温度を５００℃まで上昇させた後、恒温槽から取り出し、Ａｌ電極の剥離が発生しているか否かを調査した。
【０１１６】
図２９は、ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。図２９において、横軸は電極が形成されたＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａを示しており、縦軸は恒温槽に投入されて加熱された素子のうちＡｌ電極の剥離が発生した素子の割合を示している。また、図２９において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１１７】
図２９を参照して、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが大きくなると電極の剥離の割合が高くなる傾向があるものの、表面粗さを５μｍ以下とすることにより、電極の剥離を回避可能であることが確認された。また、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが同じであれば、ＡｌＮ基板の主面の面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて電極の剥離を抑制できることが確認された。
【０１１８】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０４ｃｍ−２〜９×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１１９】
図３０は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図３０を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．２ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｍ面またはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例３】
【０１２０】
以下、本発明の実施例３について説明する。上記実施の形態４と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）周波数と伝播速度との関係、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【０１２１】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態４と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）においては、直径１インチ、面方位（０００２）、オフ角０°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ基板上に、昇華法により厚さ８０ｍｍのＡｌＮ単結晶厚膜を形成した。成長温度は約１８５０℃、成長を実施する容器内の圧力は６０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を２００ｓｃｃｍの流量で流入させた。工程（Ｓ２５）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ１ｍｍ、直径約２５ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、主面の面方位が（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを１ｎｍ、厚さを４００μｍとした。
【０１２２】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約１５０ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は５．５μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板を切断し、実験用の素子を得た。
【０１２３】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を０．９５ＧＨｚ〜１．０５ＧＨｚ、出力する周波数を１ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．５ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１２４】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１２５】
以上の実験結果より、Ｒ面あるいはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ自立基板の主面上に直接電極が形成された本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１２６】
（２）周波数と伝播速度との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１．２×１０４ｃｍ−２、櫛歯型電極の電極間隔が５．５μｍであり、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１０２）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の素子を準備した。そして、入力される信号の周波数を変化させた場合の弾性表面波の伝播速度を調査した。
【０１２７】
図３１は、入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。図３１において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位分布が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１２８】
図３１を参照して、入力される信号の周波数に関係なく、面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて伝播速度が向上することが確認される。このことから、伝播速度の向上を達成するためには、面方位分布を１０°以下とすることが好ましいといえる。また、入力される信号の周波数が高いほど伝播速度は上昇し、面方位分布が１０°以下の場合においては伝播速度を最大約７２００ｍ／ｓｅｃにまで高速化できることが分かった。
【０１２９】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０５ｃｍ−２〜９×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１３０】
図３２は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図３２を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．３ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｒ面またはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例４】
【０１３１】
以下、本発明の実施例４について説明する。上記実施の形態５と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）周波数と伝播速度との関係、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【０１３２】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態５と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）および（Ｓ２５）を上記実施例１の場合と同様に実施した後、工程（Ｓ２６）では、得られたＡｌＮ単結晶自立基板上に昇華法によるエピタキシャル成長により、厚さ３０ｍｍのＡｌＮエピタキシャル層を成長させた。成長温度は約２２００℃、成長を実施する容器内の圧力は４０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を４００ｓｃｃｍの流量で流入させた。
【０１３３】
ここで、上記手順により２枚のＡｌＮ単結晶自立基板上にＡｌＮエピタキシャル層を形成し、うち１枚のＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層の転位密度をＥＰＤ法により調査した。ＥＰＤ法による転位密度の調査は、以下のように行なった。まず、ＫＯＨとＮａＯＨとを質量比１：１で混合した温度２５０℃の融液中に、ＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層を３０分間浸漬してエッチングした。そして、洗浄を実施した後、顕微鏡を用いてＡｌＮエピタキシャル層の主面に発生したエッチピットの個数を調査し、単位面積あたりのエッチピットの個数を算出した。その結果、転位密度は２×１０４ｃｍ−２という低い値であることが分かった。このことから、ＡｌＮ単結晶自立基板上には転位密度が抑制された高品質なＡｌＮエピタキシャル層が形成されていることが確認された。また、ＡｌＮエピタキシャル層の主面の面方位をＸ線測定（Ｘ線回折）により確認したところ、面方位は（１−１０２）となっていることが確認された。
【０１３４】
工程（Ｓ２７）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ１ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、ＡｌＮ基板の主面の面方位が（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを１ｎｍ、厚さ４００μｍとした。
【０１３５】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約２５０ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は５．５μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板に深さ１００μｍの溝を形成し、さらにブレーキング加工によりＡｌＮ基板を分割し、実験用の素子を得た。
【０１３６】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を０．９５ＧＨｚ〜１．０５ＧＨｚ、出力する周波数を１ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．１ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１３７】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１３８】
以上の実験結果より、ＡｌＮエピタキシャル層をスライスして作製されることにより転位密度が小さく、Ｒ面あるいはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の表面に電極を形成した本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１３９】
（２）周波数と伝播速度との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１．１×１０４ｃｍ−２、櫛歯型電極の電極間隔が５．５μｍであり、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１０２）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の素子を準備した。そして、入力される信号の周波数を変化させた場合の弾性表面波の伝播速度を調査した。
【０１４０】
図３３は、入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。図３３において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１４１】
図３３を参照して、面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて伝播速度が向上することが確認される。このことから、伝播速度の向上を達成するためには、面方位分布を１０°以下とすることが好ましいといえる。また、入力される信号の周波数が高いほど伝播速度は上昇し、面方位分布が１０°以下の場合においては伝播速度を最大約７２００ｍ／ｓｅｃにまで高速化できることが分かった。
【０１４２】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０４ｃｍ−２〜９×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１４３】
図３４は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図３４を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．３ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｒ面またはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例５】
【０１４４】
以下、本発明の実施例５について説明する。電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位と弾性表面波の伝播速度との関係を調査する実験を行なった。まず、上記実施例１および３と同様の手順で、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面と（１−１０２）面（Ｒ面）とのなす角が１０°以下である素子、および（１−１００）面（Ｍ面）とのなす角が１０°以下である素子を作製した。また、比較のため、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面と（０００２）面（Ｃ面）とのなす角が１０°以下である素子も作製した。そして、当該素子に対して周波数１．３ＧＨｚの信号を入力し、伝播速度を測定した。
【０１４５】
図３５は、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位と伝播速度との関係を示す図である。図３５を参照して、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位をＲ面またはＭ面あるいはこれらに近い面方位とした場合、より詳細にはＲ面またはＭ面とのなす角が１０°以下の主面を有するＡｌＮ基板を採用した場合、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位をＣ面あるいはＣ面に近い面方位とした場合に比べて、伝播速度が向上することが確認された。このことから、本発明の弾性表面波素子によれば、高い伝播速度を実現可能な弾性表面波素子を提供できることが分かった。また、Ｒ面とＭ面とを比較すると、Ｒ面あるいはＲ面に近い面方位を採用すれば、より大きい伝播速度が得られることが確認される。
【０１４６】
なお、上記実施の形態および実施例においては、弾性表面波素子の一例としてＳＡＷフィルターについて説明したが、本発明の弾性表面波素子はこれに限られず、たとえば共振子などのデバイス（ＳＡＷデバイス）に採用することができる。
【０１４７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明の弾性表面波素子は、弾性表面波の伝播速度の向上が求められる弾性表面波素子に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。
【図４】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図１０】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図１５】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。
【図１７】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１８】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１９】実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２０】実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２１】実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２２】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図２３】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２４】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２５】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２６】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２７】ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。
【図２８】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図２９】ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。
【図３０】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図３１】入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。
【図３２】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図３３】入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。
【図３４】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図３５】電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位と伝播速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１，２ ＳＡＷフィルター、１１，５１ ＡｌＮ基板、１１Ａ，５１Ａ 主面、１２，５２ ＡｌＮエピタキシャル膜、２１ 入力側電極、２２ 出力側電極、２３ 入力側配線、２５ 出力側配線、９１ ＳｉＣ単結晶基板、９２ ＡｌＮ単結晶厚膜、９２Ａ，９２Ｂ 切断面、９３ ＡｌＮ単結晶自立基板、９４ ＡｌＮエピタキシャル層、９５ ＡｌＮ単結晶自立基板、９６ ＡｌＮエピタキシャル層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性表面波素子に関し、より特定的には弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
弾性表面波素子は、圧電材料の表面を伝播する表面波を利用したデバイスであり、表面に形成された一対の櫛歯型の電極を備えている。そして、一方の電極に信号が入力されると、他方の電極から特定の周波数の信号を出力する機能を有する。そのため、弾性表面波素子は、たとえば通信用フィルターや共振子などとして使用することができる。
【０００３】
弾性表面波素子の構造としては、たとえば、サファイアからなる基板と、当該基板上に形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる圧電体膜と、圧電体膜上に形成された電極とを備えたものが提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。また、圧電体基板である水晶基板上に電極を形成する構造も提案されている（たとえば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平９−９８０６０号公報
【特許文献２】特開平１０−１０７５８１号公報
【特許文献３】特開平７−１７０１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１、２のように圧電体膜としてＡｌＮ膜を採用することにより、弾性表面波の高い伝播速度を確保することができる。しかしながら、基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成する上記従来の構成では、圧電体膜と基板などの下地層との結晶構造の違いに起因して、圧電体膜と下地層との間に応力が発生し、圧電体膜と下地層とが剥離するという問題がある。また、圧電体膜と下地層との界面において熱抵抗が高くなり、放熱性が不十分となるおそれがある。近年、高周波の弾性表面波を処理する必要がある場合も多く、このような場合、特に放熱性が問題となる。さらに、弾性表面波の伝播速度の向上も求められている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の局面における弾性表面波素子は、窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、基板上に形成された電極とを備えている。そして、当該基板の主面と基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下である。
【０００７】
また、本発明の他の局面における弾性表面波素子は、窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、基板上に形成された電極とを備えている。そして、当該基板の主面と基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角は１０°以下である。
【０００８】
上述のように、圧電材料としてＡｌＮを採用した従来の弾性表面波素子は、サファイア基板などの下地層上にＡｌＮ膜を形成した構成を有していた。これに対し、本発明の表面弾性波素子においては、下地層を用いることなくＡｌＮ基板上に電極が配置されるため、圧電体膜と下地層との剥離の問題を回避するとともに、下地層と当該下地層に接触する層との間における熱抵抗に起因した放熱性の低下を回避することができる。
【０００９】
一方、ＡｌＮ単結晶は、（０００２）面（Ｃ面）を結晶成長面として成長させることにより、効率よく高品質な単結晶を作製することができる。そして、一般に、ＡｌＮ基板は作製されたＡｌＮ単結晶をスライスして作製されるため、通常その主面は（０００２）面となる。これに対し、本発明者は、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面（主表面）の面方位と弾性表面波の伝播速度との関係を調査したところ、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面が（１−１００）面（Ｍ面）あるいは（１−１０２）面（Ｒ面）に近い場合、Ｃ面に電極を形成する場合に比べて伝播速度が向上することを見出した。また、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面とＭ面やＲ面とのなす角が大きくなるに従って伝播速度が低下する傾向にあり、当該なす角が１０°を超えると伝播速度の低下が大きくなる。本発明の表面弾性波素子においては、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面と基板を構成するＡｌＮ単結晶のＭ面またはＲ面とのなす角が１０°以下であるため、弾性表面波の伝播速度を向上させることができる。
【００１０】
以上のように、本発明の一の局面および他の局面における弾性表面波素子によれば、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子を提供することができる。
【００１１】
なお、弾性表面波の伝播速度は、Ｒ面上に電極を形成した場合に特に大きくなる。そのため、伝播速度の向上が特に重視される場合、上記本発明の他の局面における弾性表面波素子が採用されることが好ましい。一方、Ｍ面に近い主面上に電極を形成した上記本発明の一の局面における弾性表面波素子においては、他の局面における弾性表面波素子に比べると弾性表面波の伝播速度はやや小さいものの、電極が形成される主面の平滑度を向上させることができる。そのため、上記本発明の一の局面における弾性表面波素子によれば、電極の形成が容易であるとともに、当該電極の劣化や剥離が抑制されることにより、耐久性に優れた弾性表面波素子を提供することができる。
【００１２】
上記本発明の弾性表面波素子において好ましくは、基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である。
【００１３】
本発明者は、ＡｌＮからなる基板（ＡｌＮ基板）上に電極を形成した弾性表面波素子の伝播損失について詳細な検討を行なった。その結果、伝播損失は、ＡｌＮ基板の転位密度の低下に伴って急激に減少するとともに、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下では伝播損失の減少は飽和して、十分に低い伝播損失が得られることを見出した。したがって、上記構成により、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００１４】
ここで、本願明細書、特許請求の範囲および要約書において、転位密度とはＥＰＤ（Ｅｔｃｈ Ｐｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ；エッチピット密度）法により測定される転位密度をいう。このＥＰＤ法によるＡｌＮ基板の転位密度の測定は、たとえば以下のように実施することができる。まず、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とを質量比１：１で混合した温度２５０℃の融液中にＡｌＮからなる基板を３０分間浸漬してエッチングする。そして、当該基板を洗浄した後、顕微鏡を用いて基板の主面（主表面）に発生したエッチピットの個数を調査し、単位面積あたりのエッチピットの個数を算出する。
【００１５】
上記本発明の弾性表面波素子において好ましくは、上記基板の厚さは１０μｍ以上である。これにより、ＡｌＮ基板を自立基板として取り扱うことが容易となり、弾性表面波素子の製造および製造後の素子の取り扱いが容易となる。また、上記基板の厚さを１００μｍ以上とすることにより、基板の取り扱いが一層容易となる。
【００１６】
上記弾性表面波素子においては、窒化アルミニウム単結晶からなり、上記基板と電極との間に基板に接触して形成されたエピタキシャル膜をさらに備えていてもよい。
【００１７】
ＡｌＮ基板上に、窒化アルミニウム単結晶からなるエピタキシャル膜（ＡｌＮエピタキシャル膜）を形成し、ＡｌＮエピタキシャル膜上に電極を配置することにより、電極に接触するＡｌＮ単結晶の転位密度を容易に減少させることができる。また、ＡｌＮ基板とＡｌＮエピタキシャル膜は、同種材料の基板と当該基板に対してエピタキシャル成長した膜であるため、サファイアなどの基板上に異種材料であるＡｌＮ膜を形成する場合に比べて両者の密着性が高く、かつ界面における熱抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１８】
上記弾性表面波素子において好ましくは、エピタキシャル膜の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００１９】
上記弾性表面波素子において好ましくは、上記エピタキシャル膜の厚さは１μｍ以上である。これにより、均質なエピタキシャル膜を形成することが容易となるとともに、たとえば弾性表面波素子が通信用フィルターとして用いられる場合、通信用信号の波長に比べてエピタキシャル膜の厚さが大きくなるため、伝播損失を一層抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の表面弾性波素子によれば、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能な弾性表面波素子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】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２２】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における表面弾性波素子としてのＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルターの構成を示す概略図である。
【００２３】
図１を参照して、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１は、窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮ基板１１と、ＡｌＮ基板１１の一方の主面１１Ａ上に接触するように形成された１対の櫛歯形状を有する電極である入力側電極２１および出力側電極２２と、入力側電極２１に接続された入力側配線２３と、出力側電極２２に接続された出力側配線２５とを備えている。そして、ＡｌＮ基板１１の主面１１ＡとＡｌＮ基板１１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下となっている。
【００２４】
次に、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の動作について説明する。図１を参照して、入力側配線２３から入力側電極２１に入力信号である交流電圧が印加されると、圧電効果によりＡｌＮ基板１１の主面１１Ａ（表面）に弾性表面波が生じ、出力側電極２２に伝達される。このとき、入力側電極２１および出力側電極２２は図１に示すように櫛歯形状を有しているため、入力側電極２１から出力側電極２２に向かう方向において、ＡｌＮ基板１１の主面のうち電極が形成された領域は所定の周期（電極周期）で存在する。そのため、入力信号により発生した弾性表面波は、その波長が電極周期に一致する場合最も強く励振され、電極周期とのずれが大きいほど減衰する。その結果、電極周期に近い波長の信号のみが出力側電極２２および出力側配線２５を介して出力される。
【００２５】
上記ＳＡＷフィルター１においては、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されるＡｌＮ基板１１の主面１１ＡとＡｌＮ基板１１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角が１０°以下とされているため、弾性表面波の伝播速度が向上している。また、ＡｌＮ基板１１上に直接入力側電極２１および出力側電極２２が形成され、サファイア基板など下地層が用いられていないため、圧電体膜と下地層との剥離の問題を回避するとともに、下地層と当該下地層に接触する層との間における熱抵抗に起因した放熱性の低下が回避されている。その結果、本実施の形態におけるのＳＡＷフィルター１は、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能なＳＡＷフィルターとなっている。
【００２６】
さらに、上記ＳＡＷフィルター１においては、平滑度を向上させることが可能なＭ面に近い主面１１Ａ上に入力側電極２１および出力側電極２２が形成されている。そのため、入力側電極２１および出力側電極２２が形成される主面１１Ａの平滑度を、たとえば表面粗さＲａが０．３μｍ以下となる程度にまで向上させることが可能となっている。その結果、たとえば電極（入力側電極２１および出力側電極２２）を金属の蒸着により形成した場合、当該電極とＡｌＮ基板１１の主面とが強固に固着し、弾性表面波素子が高周波の弾性表面波を処理する場合でも、発熱に起因した電極の剥離を抑制することができる。また、平滑度の高い主面１１Ａ上に電極を形成することにより、たとえば電極を金属の蒸着により形成する場合、均一な電極を形成することが可能となり、発熱に起因した電極の劣化を抑制することができる。
【００２７】
さらに、ＡｌＮ自立基板上に直接電極が形成された本実施の形態におけるＳＡＷフィルター１は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、高い周波帯域（具体的にはＵＨＦ波）まで動作可能となっている。また、ＡｌＮ単結晶の熱伝導率は３０Ｗ／ｃｍ・Ｋと高いため、ＳＡＷフィルター１は高周波帯域で動作した場合でも放熱効率が高く、冷却が容易である。さらに、ＳＡＷフィルター１は、従来の弾性表面波素子に比べて耐熱性にも優れ、より高温での動作が可能となっている。また、ＳＡＷフィルター１によれば、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成する工程が省略できるため、製造プロセスを簡略化することが可能である。
【００２８】
また、ＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００２９】
さらに、ＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。これにより、ＡｌＮ基板１１を自立基板として取り扱うことが容易となり、ＳＡＷフィルター１の製造および製造後の取り扱いが容易となる。
【００３０】
次に、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の製造方法について説明する。図２は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図３は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。また、図４および図５は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００３１】
図２を参照して、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の製造方法では、まず、工程（Ｓ１０）としてＡｌＮ単結晶成長工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、ＳｉＣ（炭化珪素）などの異種基板上にＡｌＮ単結晶を成長させることにより、ＡｌＮ単結晶の厚膜が作製される。具体的には、図３を参照して、直径１インチ以上４インチ以下、たとえば２インチ、面方位（０００２）、オフ角０°以上１５°以下、たとえば３．５°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ単結晶基板９１上に、昇華法によりＡｌＮ単結晶厚膜９２を成長させる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の厚さは、たとえば５０ｍｍ程度とすることができる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の成長は、成長温度を１７００℃以上２１００℃以下、たとえば１９００℃程度、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下、たとえば５０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を５０ｓｃｃｍ以上９００ｓｃｃｍ以下、たとえば５００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。ここで、ＡｌＮ単結晶厚膜９２の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮ単結晶厚膜９２の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００３２】
次に、工程（Ｓ２０）としてＭ面切断・研磨工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製されたＡｌＮ単結晶の厚膜を（１−１００）面に平行にスライスすることにより、自立した基板として取り扱い可能なＡｌＮ単結晶からなる基板であるＡｌＮ単結晶自立基板が作製される。具体的には、図３を参照して、まず円盤状のＳｉＣ単結晶基板９１上に円柱状に成長したＡｌＮ単結晶厚膜９２の側壁を、円柱の軸に平行な面が形成されるように研削加工する。その後、形成された面の面方位をＸ線測定器（たとえばＸ線回折装置など）を用いて計測し、たとえばワイヤーソー加工機を用いてＡｌＮ単結晶厚膜９２を（１−１００）面に平行な切断面９２Ａにおいて切断する。その後、ＳｉＣ単結晶基板９１を除去することにより、ＡｌＮ単結晶自立基板９３が得られる。ＡｌＮ単結晶自立基板９３の形状は、たとえば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００３３】
そして、ＡｌＮ単結晶自立基板９３に対して研削加工が実施され、主面の面方位が（１−１００）面（Ｍ面）に対して１０°以下の範囲に分布するように、すなわちＡｌＮ単結晶自立基板９３の主面と窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角が１０°以下となるように調整される。さらに、ＡｌＮ単結晶自立基板９３の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが３００ｎｍ以下、たとえば１０ｎｍとされる。これにより、たとえば厚さ４００μｍのＡｌＮ基板１１が得られる。
【００３４】
次に、工程（Ｓ３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板１１の一方の主面上に櫛歯型の電極が形成される。具体的には、図４を参照して、工程（Ｓ２０）において作製されたＡｌＮ基板１１の一方の主面上に、導電体であるＡｌの膜（Ａｌ膜）が形成される。Ａｌ膜の形成は、たとえばスパッタリングにより実施することができる。また、Ａｌ膜の厚さは、１００ｎｍ以上１０μｍ以下、たとえば５００ｎｍ程度とすることができる。その後、当該Ａｌ膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成された後、露光および現像が実施されることにより、所望の入力側電極２１および出力側電極２２の形状に対応する領域以外の領域に開口が形成される。そして、開口が形成されたレジスト膜をマスクとして用いて、たとえばウェットエッチングを実施することにより、図４に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、入力される信号の周波数および出力すべき信号の周波数に応じて適宜決定することができるが、０．１μｍ以上５５０μｍ以下、たとえば５．５μｍとすることができる。
【００３５】
次に、工程（Ｓ４０）としてチップ化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図５を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮ基板１１が厚さ方向に切断されることにより、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分離される。ＡｌＮ基板１１の切断は、たとえばＮｄ：ＹＡＧ（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ・Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ・Ｇａｒｎｅｔ）レーザ（ネオジウム・ヤグレーザ）を用いて実施することができる。ここで、図５における分離後の各チップの断面は、図１における線分Ｖ−Ｖに沿う断面に相当する。
【００３６】
その後、図１を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１が完成する。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図６は、実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図７および図８は、実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００３８】
実施の形態２におけるＳＡＷフィルターは、実施の形態１の場合と同様の構成を有するが、その製造方法に相違点を有している。図６および図２を参照して、実施の形態２におけるＳＡＷフィルター１の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施されるが、ＡｌＮ基板の作製手順において実施の形態１の場合とは異なっている。
【００３９】
すなわち、図６を参照して、実施の形態２におけるＳＡＷフィルター１の製造方法では、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）が実施の形態１の場合と同様に実施されることにより、たとえば厚さ４００μｍのＡｌＮ単結晶自立基板９３が得られる。
【００４０】
次に、実施の形態２においては、工程（Ｓ２１）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ２１）では、ＡｌＮ単結晶自立基板上に、窒化アルミニウム単結晶からなるエピタキシャル層が形成される。具体的には、図７を参照して、工程（Ｓ２０）において作製されたＡｌＮ単結晶自立基板９３の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル層９４が形成される。ＡｌＮエピタキシャル層９４は、成長温度を１８００℃以上２２００℃以下、たとえば２１００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下、たとえば３０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を５０ｓｃｃｍ以上９００ｓｃｃｍ以下、たとえば２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル層９４の厚さは、１μｍ以上１００ｍｍ以下、たとえば２０ｍｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル層９４の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル層９４の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００４１】
次に、工程（Ｓ２２）としてＭ面ＡｌＮ基板作製工程が実施される。この工程（Ｓ２２）では、工程（Ｓ２１）において作製されたＡｌＮ単結晶のエピタキシャル層がスライスされることにより、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮ基板が作製される。
【００４２】
具体的には、図８を参照して、たとえばワイヤーソー加工機を用いて、ＡｌＮ単結晶自立基板９３上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９４を当該ＡｌＮエピタキシャル層９４の主面に沿った面でスライスすることにより、たとえば縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＡｌＮ基板１１が複数枚作製される。その後、ＡｌＮ基板１１に対しては研削加工が実施され、たとえば主面の面方位が（１−１００）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮ基板１１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが、たとえば５ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮ基板１１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００４３】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば０．１９μｍとすることができる。
【００４４】
さらに、工程（Ｓ４０）が実施の形態１と同様に実施される。ＡｌＮ基板１１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。
【００４５】
その後、実施の形態１の場合と同様に、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態２におけるＳＡＷフィルター１が完成する。
【００４６】
以上のように、ＡｌＮ単結晶自立基板９３上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９４をスライスしてＡｌＮ基板１１を作製することにより、ＡｌＮ基板１１の転位密度の低減が容易となり、弾性表面波の伝播損失の小さいＳＡＷフィルター１を製造することができる。
【００４７】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図９は、実施の形態３における表面弾性波素子としてのＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【００４８】
図９を参照して、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１は、ＡｌＮ基板１１と入力側電極２１および出力側電極２２との間にＡｌＮエピタキシャル膜１２が配置されている点において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００４９】
すなわち、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１と入力側電極２１および出力側電極２２との間に、ＡｌＮ基板１１の一方の主面上にエピタキシャル成長した窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜１２が形成されている。そして、当該ＡｌＮエピタキシャル膜１２上に接触して、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されている。なお、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１は、弾性表面波がＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面において生じ、ＡｌＮエピタキシャル膜１２を伝播する点を除いて、実施の形態１の場合と同様に動作する。
【００５０】
実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮ基板１１上にＡｌＮエピタキシャル膜１２を形成し、ＡｌＮエピタキシャル膜１２上に接触して入力側電極２１および出力側電極２２を配置することにより、入力側電極２１および出力側電極２２に接触するＡｌＮ単結晶の転位密度を減少させることが容易となっている。また、ＡｌＮ基板１１とＡｌＮエピタキシャル膜１２は、同種材料の基板と当該基板に対してエピタキシャル成長した膜であるため、サファイアなどの基板上に異種材料であるＡｌＮ膜を形成する場合に比べて両者の密着性が高く、かつ界面における熱抵抗の上昇が抑制されている。
【００５１】
また、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター１においては、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【００５３】
これにより、均質なＡｌＮエピタキシャル膜１２を形成することが容易になるとともに、ＳＡＷフィルター１が通信用フィルターとして用いられる場合、通信用信号の波長に比べてＡｌＮエピタキシャル膜１２の厚さが大きくなるため、伝播損失を一層抑制することができる。
【００５４】
次に、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１の製造方法について説明する。図１０は、実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図１１〜図１３は、実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００５５】
図１０および図２を参照して、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施される。しかし、実施の形態３においては、ＡｌＮ基板１１上にＡｌＮエピタキシャル膜１２が形成される点において、実施の形態１とは異なっている。
【００５６】
すなわち、図１０を参照して、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１の製造方法においては、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）が実施の形態１の場合と同様に実施され、ＡｌＮ基板が作製された後、工程（Ｓ２３）としてエピタキシャル膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ２３）では、図１１を参照して、工程（Ｓ２０）において作製されたＡｌＮ基板１１の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜１２が形成される。ＡｌＮエピタキシャル膜１２は、たとえば成長温度を２１００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の厚さは、１μｍ以上１ｍｍ以下、たとえば１００μｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル膜１２の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。以上の手順により、自立した基板として取り扱い可能な厚さ０．５ｍｍ程度のＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１が得られる。
【００５７】
その後、ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の両側の主面（ＡｌＮ基板１１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面、およびＡｌＮエピタキシャル膜１２とは反対側のＡｌＮ基板１１の主面）に対して研削加工が実施され、たとえばＡｌＮ基板１１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面の面方位が、（１−１００）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、たとえば表面粗さＲａが０．３ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００５８】
次に、工程（Ｓ３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図１２を参照して、ＡｌＮエピタキシャル膜１２の主面上に、たとえば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜がスパッタリングにより形成される。その後、当該Ａｌ膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成された後、露光および現像が実施されることにより、所望の入力側電極２１および出力側電極２２の形状に対応する領域以外の領域に開口が形成される。そして、開口が形成されたレジスト膜をマスクとして用いて、たとえばウェットエッチングを実施することにより、図１２に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば０．１９μｍとすることができる。
【００５９】
次に、工程（Ｓ４０）としてチップ化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図１３を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１が、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分割される。ＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。なお、図１３における分離後の各チップの断面は、図９における線分ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに沿う断面に相当する。
【００６０】
その後、図９を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態３におけるＳＡＷフィルター１が完成する。なお、上記実施の形態３においては、ＡｌＮ基板が実施の形態１と同様の手順で作製される場合について説明したが、実施の形態２と同様の手順で作製されてもよい。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図１４は、実施の形態４における表面弾性波素子としてのＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【００６２】
図１４を参照して、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、基本的には実施の形態１のＳＡＷフィルター１と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、Ｍ面に近い主面１１Ａを有するＡｌＮ基板１１に代えて、Ｒ面に近い主面５１Ａを有するＡｌＮ基板５１を備えている点において、実施の形態１のＳＡＷフィルター１とは異なっている。より具体的には、ＡｌＮ基板５１の主面５１ＡとＡｌＮ基板５１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角は１０°以下となっている。なお、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、弾性表面波がＡｌＮ基板５１の主面において生じ、ＡｌＮ基板５１を伝播する点を除いて、実施の形態１の場合と同様に動作する。
【００６３】
上記ＳＡＷフィルター２においては、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されるＡｌＮ基板５１の主面５１ＡとＡｌＮ基板５１を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角が１０°以下とされているため、弾性表面波の伝播速度が実施の形態１の場合よりもさらに向上している。また、ＡｌＮ基板５１上に直接入力側電極２１および出力側電極２２が形成され、サファイア基板など下地層が用いられていないため、圧電体膜と下地層との剥離の問題を回避するとともに、下地層と当該下地層に接触する層との間における熱抵抗に起因した放熱性の低下が回避されている。その結果、本実施の形態におけるのＳＡＷフィルター２は、圧電体膜と下地層との剥離を回避するとともに、放熱性を向上させ、かつ弾性表面波の伝播速度の向上を達成することが可能なＳＡＷフィルターとなっている。
【００６４】
次に、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２の製造方法について説明する。図１５は、実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図１６は、実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。また、図１７および図１８は、実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００６５】
図１５および図２を参照して、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２は、基本的には実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１と同様に製造することができる。しかし、上述のようにＡｌＮ基板の主面の面方位が異なることに起因して、ＡｌＮ基板の作製手順において、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２の製造方法は、実施の形態１におけるＳＡＷフィルター１の製造方法とは異なっている。
【００６６】
すなわち、図１５を参照して、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター１の製造方法では、まず、実施の形態１の場合と同様に、工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、図１６を参照して、たとえば直径１インチ、面方位（０００２）、オフ角０°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ単結晶基板９１上に、昇華法によりＡｌＮ単結晶厚膜９２を成長させる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の厚さは、たとえば８０ｍｍ程度とすることができる。ＡｌＮ単結晶厚膜９２の成長は、たとえば成長温度を１８５０℃程度、成長を実施する容器内の圧力を６０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。
【００６７】
次に、工程（Ｓ２５）としてＲ面切断・研磨工程が実施される。この工程（Ｓ２５）では、工程（Ｓ１０）において作製されたＡｌＮ単結晶の厚膜を（１−１０２）面に平行にスライスすることにより、自立した基板として取り扱い可能なＡｌＮ単結晶からなる基板であるＡｌＮ単結晶自立基板が作製される。具体的には、図１６を参照して、まず円盤状のＳｉＣ単結晶基板９１上に円柱状に成長したＡｌＮ単結晶厚膜９２の側壁を研削加工し、平坦な面を形成する。その後、形成された面の面方位をＸ線測定器（たとえばＸ線回折装置など）を用いて計測し、たとえばワイヤーソー加工機を用いてＡｌＮ単結晶厚膜９２を（１−１０２）面に平行な切断面９２Ｂにおいて切断することにより、ＡｌＮ単結晶自立基板９５が得られる。ＡｌＮ単結晶自立基板９５の形状は、たとえば直径（長径）約２５ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００６８】
そして、ＡｌＮ単結晶自立基板９５に対して研削加工が実施され、主面の面方位が（１−１０２）面（Ｒ面）に対して１０°以下の範囲に分布するように、すなわちＡｌＮ単結晶自立基板９５の主面と窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角が１０°以下となるように調整される。さらに、ＡｌＮ単結晶自立基板９５の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが３００ｎｍ以下、たとえば１ｎｍとされる。これにより、たとえば厚さ４００μｍのＡｌＮ基板１１が得られる。
【００６９】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。具体的には、図１７を参照して、工程（Ｓ２５）において作製されたＡｌＮ基板５１の一方の主面上に、たとえば厚さ１５０ｎｍ程度のＡｌ膜が形成され、実施の形態１の場合と同様にフォトリソグラフィプロセスによりレジストからなるマスクが形成される。そして、ウェットエッチングが実施されることにより、図１７に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。
【００７０】
次に、工程（Ｓ４０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。すなわち、図１８を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮ基板５１が厚さ方向に切断されることにより、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分離される。ここで、図１８における分離後の各チップの断面は、図１４における線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿う断面に相当する。
【００７１】
その後、図１４を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態４におけるＳＡＷフィルター２が完成する。
【００７２】
（実施の形態５）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態５について説明する。図１９は、実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図２０および図２１は、実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００７３】
実施の形態５におけるＳＡＷフィルターは、実施の形態４の場合と同様の構成を有するが、その製造方法に相違点を有している。図１９および図１５を参照して、実施の形態５におけるＳＡＷフィルター２の製造方法は、基本的には実施の形態４の場合と同様に実施されるが、ＡｌＮ基板の作製手順において実施の形態４の場合とは異なっている。
【００７４】
すなわち、図１９を参照して、実施の形態５におけるＳＡＷフィルター２の製造方法では、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２５）が実施の形態４の場合と同様に実施されることにより、ＡｌＮ単結晶自立基板９５が作製される。
【００７５】
次に、実施の形態５においては、工程（Ｓ２６）としてエピタキシャル成長工程が実施される。この工程（Ｓ２６）では、ＡｌＮ単結晶自立基板上に、窒化アルミニウム単結晶からなるエピタキシャル層が形成される。具体的には、図２０を参照して、工程（Ｓ２５）において作製されたＡｌＮ単結晶自立基板９５の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル層９６が形成される。ＡｌＮエピタキシャル層９６は、成長温度を１８００℃以上２３００℃以下、たとえば２２００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ以上９０ｋＰａ以下、たとえば４０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を５０ｓｃｃｍ以上９００ｓｃｃｍ以下、たとえば４００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル層９６の厚さは、１μｍ以上１００ｍｍ以下、たとえば３０ｍｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル層９６の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル層９６の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
【００７６】
次に、工程（Ｓ２７）としてＲ面ＡｌＮ基板作製工程が実施される。この工程（Ｓ２７）では、工程（Ｓ２６）において作製されたＡｌＮ単結晶のエピタキシャル層がスライスされることにより、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮ基板が作製される。
【００７７】
具体的には、図２１を参照して、たとえばワイヤーソー加工機を用いて、ＡｌＮ単結晶自立基板９５上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９６を当該ＡｌＮエピタキシャル層９６の主面に沿った面でスライスすることにより、たとえば直径約２５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＡｌＮ基板５１が複数枚作製される。その後、ＡｌＮ基板５１に対しては研削加工が実施され、たとえば主面の面方位が（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮ基板５１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、表面粗さＲａが、たとえば１ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮ基板５１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００７８】
次に、工程（Ｓ３０）が実施の形態４の場合と同様に実施される。形成されるＡｌ膜の厚さは、たとえば２５０ｎｍとすることができる。また、入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば５．５μｍとすることができる。
【００７９】
さらに、工程（Ｓ４０）が実施の形態１と同様に実施される。ＡｌＮ基板５１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。
【００８０】
その後、実施の形態４の場合と同様に、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態５におけるＳＡＷフィルター２が完成する。
【００８１】
以上のように、ＡｌＮ単結晶自立基板９５上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層９６をスライスしてＡｌＮ基板５１を作製することにより、ＡｌＮ基板５１の転位密度の低減が容易となり、弾性表面波の伝播損失の小さいＳＡＷフィルター２を製造することができる。
【００８２】
（実施の形態６）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態６について説明する。図２２は、実施の形態６における表面弾性波素子としてのＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【００８３】
図２２を参照して、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２は、基本的には実施の形態４の場合と同様の構成を有し、同様に動作するとともに同様の効果を奏する。しかし、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２は、ＡｌＮ基板５１と入力側電極２１および出力側電極２２との間にＡｌＮエピタキシャル膜５２が配置されている点において、実施の形態４の場合とは異なっている。
【００８４】
すなわち、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮ基板５１と入力側電極２１および出力側電極２２との間に、ＡｌＮ基板５１の一方の主面上にエピタキシャル成長した窒化アルミニウム単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜５２が形成されている。そして、当該ＡｌＮエピタキシャル膜５２上に接触して、入力側電極２１および出力側電極２２が形成されている。なお、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２は、弾性表面波がＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面において生じ、ＡｌＮエピタキシャル膜５２を伝播する点を除いて、実施の形態４の場合と同様に動作する。
【００８５】
実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮ基板５１上にＡｌＮエピタキシャル膜５２を形成し、ＡｌＮエピタキシャル膜５２上に接触して入力側電極２１および出力側電極２２を配置することにより、入力側電極２１および出力側電極２２に接触するＡｌＮ単結晶の転位密度を減少させることが容易となっている。また、ＡｌＮ基板５１とＡｌＮエピタキシャル膜５２は、同種材料の基板と当該基板に対してエピタキシャル成長した膜であるため、サファイアなどの基板上に異種材料であるＡｌＮ膜を形成する場合に比べて両者の密着性が高く、かつ界面における熱抵抗の上昇が抑制されている。
【００８６】
また、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。これにより、弾性表面波の伝播損失を低減することができる。
【００８７】
さらに、本実施の形態におけるＳＡＷフィルター２においては、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。
【００８８】
これにより、均質なＡｌＮエピタキシャル膜５２を形成することが容易になるとともに、ＳＡＷフィルター２が通信用フィルターとして用いられる場合、通信用信号の波長に比べてＡｌＮエピタキシャル膜５２の厚さが大きくなるため、伝播損失を一層抑制することができる。
【００８９】
次に、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２の製造方法について説明する。図２３は、実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図２４〜図２６は、実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【００９０】
図２３および図１５を参照して、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２の製造方法は、基本的には実施の形態４の場合と同様に実施される。しかし、実施の形態６においては、ＡｌＮ基板５１上にＡｌＮエピタキシャル膜５２が形成される点において、実施の形態４とは異なっている。
【００９１】
すなわち、図２３を参照して、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２の製造方法においては、工程（Ｓ１０）および（Ｓ２５）が実施の形態４の場合と同様に実施され、ＡｌＮ基板が作製された後、工程（Ｓ２８）としてエピタキシャル膜形成工程が実施される。この工程（Ｓ２８）では、図２４を参照して、工程（Ｓ２５）において作製されたＡｌＮ基板５１の主面上に、昇華法によるエピタキシャル成長により、ＡｌＮ単結晶からなるＡｌＮエピタキシャル膜５２が形成される。ＡｌＮエピタキシャル膜５２は、たとえば成長温度を２１００℃、成長を実施する容器内の圧力を３０ｋＰａ程度とし、当該容器内に流入する窒素の流量を２００ｓｃｃｍ程度とする条件下で実施することができる。また、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の厚さは、１μｍ以上１ｍｍ以下、たとえば１００μｍ程度とすることができる。ここで、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の転位密度を低減し、９×１０８ｃｍ−２以下とするためには、たとえばＡｌＮエピタキシャル膜５２の成長の途中で温度を上げることにより、原子の移動を促進することが好ましい。これにより、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。以上の手順により、自立した基板として取り扱い可能な厚さ０．５ｍｍ程度のＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１が得られる。
【００９２】
その後、ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の両側の主面（ＡｌＮ基板５１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面、およびＡｌＮエピタキシャル膜５２とは反対側のＡｌＮ基板５１の主面）に対して研削加工が実施され、たとえばＡｌＮ基板５１とは反対側のＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面の面方位が、（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲に分布するように調整される。さらに、ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の両側の主面に対して機械研磨および化学研磨が実施され、たとえば表面粗さＲａが０．３ｎｍとされる。この機械研磨および化学研磨が実施された状態で、ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の厚さは、たとえば４００μｍ程度となる。
【００９３】
次に、工程（Ｓ３０）として電極形成工程が実施される。この工程（Ｓ３０）では、図２５を参照して、ＡｌＮエピタキシャル膜５２の主面上に、たとえば厚さ３００ｎｍのＡｌ膜がスパッタリングにより形成される。その後、当該Ａｌ膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成された後、露光および現像が実施されることにより、所望の入力側電極２１および出力側電極２２の形状に対応する領域以外の領域に開口が形成される。そして、開口が形成されたレジスト膜をマスクとして用いて、たとえばウェットエッチングを実施することにより、図２５に示すように入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成される。入力側電極２１および出力側電極２２における櫛歯型電極の電極間隔は、たとえば０．１９μｍとすることができる。
【００９４】
次に、工程（Ｓ４０）としてチップ化工程が実施される。この工程（Ｓ４０）では、図２６を参照して、入力側電極２１と出力側電極２２とからなる対が複数個形成されたＡｌＮエピタキシャル膜１２付きＡｌＮ基板１１が、１対の入力側電極２１および出力側電極２２を含む複数のチップに分割される。ＡｌＮエピタキシャル膜５２付きＡｌＮ基板５１の複数のチップへの分割は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて深さ１００μｍの溝を形成した後、ブレーキング加工を行なうことにより実施することができる。なお、図２６における分離後の各チップの断面は、図２２における線分ＸＸＶＩ−ＸＸＶＩに沿う断面に相当する。
【００９５】
その後、図２２を参照して、工程（Ｓ４０）において作製されたチップに対して入力側配線２３および出力側配線２５が形成されることにより、実施の形態６におけるＳＡＷフィルター２が完成する。なお、上記実施の形態６においては、ＡｌＮ基板が実施の形態４と同様の手順で作製される場合について説明したが、実施の形態５と同様の手順で作製されてもよい。
【実施例１】
【００９６】
以下、本発明の実施例１について説明する。上記実施の形態１と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）電極の耐久性、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【００９７】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態１と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）においては、直径２インチ、面方位（０００２）、オフ角３．５°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ基板上に、昇華法により厚さ５０ｍｍのＡｌＮ単結晶厚膜を形成した。成長温度は約１９００℃、成長を実施する容器内の圧力は５０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を５００ｓｃｃｍの流量で流入させた。工程（Ｓ２０）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ１ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、主面の面方位が（１−１００）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを１０ｎｍ、厚さを４００μｍとした。
【００９８】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約５００ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は５．５μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板を切断し、実験用の素子を得た。
【００９９】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を０．９５ＧＨｚ〜１．０５ＧＨｚ、出力する周波数を１ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．５ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１００】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１０１】
以上の実験結果より、Ｍ面あるいはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ自立基板の主面上に直接電極が形成された本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１０２】
（２）電極の耐久性
上記（１）と同様のプロセスで、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１×１０５ｎｍ（１００μｍ）の９種類、面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１００）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の組合せで１８種類の素子のサンプルを各２０個ずつ準備し、恒温槽に投入した。電極はＡｌ電極とし、その形成は、蒸着法によるＡｌ膜の成膜およびフォトリソグラフィープロセスにより実施した。また、ＡｌＮ基板の転位密度は１．２×１０４ｃｍ−２とした。そして、素子の温度を５００℃まで上昇させた後、当該素子を恒温槽から取り出し、Ａｌ電極の剥離が発生しているか否かを調査した。
【０１０３】
図２７は、ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。図２７において、横軸は電極が形成されたＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａを示しており、縦軸は恒温槽に投入されて加熱された素子のうちＡｌ電極の剥離が発生した素子の割合を示している。また、図２７において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１０４】
図２７を参照して、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが大きくなると電極の剥離の割合が高くなる傾向があるものの、表面粗さを５μｍ以下とすることにより、電極の剥離を回避可能であることが確認された。また、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが同じであれば、ＡｌＮ基板の主面の面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて、電極の剥離を抑制できることが確認された。
【０１０５】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０５ｃｍ−２〜８×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１０６】
図２８は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図２８を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．２ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｍ面またはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例２】
【０１０７】
以下、本発明の実施例２について説明する。上記実施の形態２と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）電極の耐久性、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【０１０８】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態２と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）および（Ｓ２０）を上記実施例１の場合と同様に実施した後、工程（Ｓ２１）では、得られたＡｌＮ単結晶自立基板上に昇華法によるエピタキシャル成長により、厚さ２０ｍｍのＡｌＮエピタキシャル層を成長させた。成長温度は約２１００℃、成長を実施する容器内の圧力は３０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を２００ｓｃｃｍの流量で流入させた。
【０１０９】
ここで、上記手順により２枚のＡｌＮ単結晶自立基板上にＡｌＮエピタキシャル層を形成し、うち１枚のＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層の転位密度をＥＰＤ法により調査した。ＥＰＤ法による転位密度の調査は、以下のように行なった。まず、ＫＯＨとＮａＯＨとを質量比１：１で混合した温度２５０℃の融液中に、ＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層を３０分間浸漬してエッチングした。そして、洗浄を実施した後、顕微鏡を用いてＡｌＮエピタキシャル層の主面に発生したエッチピットの個数を調査し、単位面積あたりのエッチピットの個数を算出した。その結果、転位密度は３×１０４ｃｍ−２という低い値であることが分かった。このことから、ＡｌＮ単結晶自立基板上には転位密度が抑制された高品質なＡｌＮエピタキシャル層が形成されていることが確認された。また、ＡｌＮエピタキシャル層の主面の面方位をＸ線測定（Ｘ線回折）により確認したところ、面方位は（１−１００）となっていることが確認された。
【０１１０】
工程（Ｓ２２）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ０．５ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、ＡｌＮ基板の主面の面方位が（１−１００）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを５ｎｍ、厚さ４００μｍとした。
【０１１１】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約２００ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は０．１９μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板に深さ１００μｍの溝を形成し、さらにブレーキング加工によりＡｌＮ基板を分割し、実験用の素子を得た。
【０１１２】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を２８．９５ＧＨｚ〜２９．０５ＧＨｚ、出力する周波数を２９ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．１ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１１３】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１１４】
以上の実験結果より、ＡｌＮエピタキシャル層をスライスして作製されることにより転位密度が小さく、Ｍ面あるいはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の表面に電極を形成した本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１１５】
（２）電極の耐久性
上記（１）と同様のプロセスで、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａが１ｎｍ〜１×１０５ｎｍ（１００μｍ）の９種類、面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１００）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の組合せで１８種類の素子のサンプルを各２０個ずつ準備し、恒温槽に投入した。電極はＡｌ電極とし、その形成は、蒸着法によるＡｌ膜の成膜およびフォトリソグラフィープロセスにより実施した。また、ＡｌＮ基板の転位密度は１．０×１０４ｃｍ−２とした。そして、素子の温度を５００℃まで上昇させた後、恒温槽から取り出し、Ａｌ電極の剥離が発生しているか否かを調査した。
【０１１６】
図２９は、ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。図２９において、横軸は電極が形成されたＡｌＮ基板の主面の表面粗さＲａを示しており、縦軸は恒温槽に投入されて加熱された素子のうちＡｌ電極の剥離が発生した素子の割合を示している。また、図２９において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１１７】
図２９を参照して、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが大きくなると電極の剥離の割合が高くなる傾向があるものの、表面粗さを５μｍ以下とすることにより、電極の剥離を回避可能であることが確認された。また、ＡｌＮ基板の主面の表面粗さが同じであれば、ＡｌＮ基板の主面の面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて電極の剥離を抑制できることが確認された。
【０１１８】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０４ｃｍ−２〜９×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１１９】
図３０は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図３０を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．２ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｍ面またはＭ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例３】
【０１２０】
以下、本発明の実施例３について説明する。上記実施の形態４と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）周波数と伝播速度との関係、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【０１２１】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態４と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）においては、直径１インチ、面方位（０００２）、オフ角０°、ポリタイプ６ＨのＳｉＣ基板上に、昇華法により厚さ８０ｍｍのＡｌＮ単結晶厚膜を形成した。成長温度は約１８５０℃、成長を実施する容器内の圧力は６０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を２００ｓｃｃｍの流量で流入させた。工程（Ｓ２５）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ１ｍｍ、直径約２５ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、主面の面方位が（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを１ｎｍ、厚さを４００μｍとした。
【０１２２】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約１５０ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は５．５μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板を切断し、実験用の素子を得た。
【０１２３】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を０．９５ＧＨｚ〜１．０５ＧＨｚ、出力する周波数を１ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．５ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１２４】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１２５】
以上の実験結果より、Ｒ面あるいはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ自立基板の主面上に直接電極が形成された本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１２６】
（２）周波数と伝播速度との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１．２×１０４ｃｍ−２、櫛歯型電極の電極間隔が５．５μｍであり、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１０２）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の素子を準備した。そして、入力される信号の周波数を変化させた場合の弾性表面波の伝播速度を調査した。
【０１２７】
図３１は、入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。図３１において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位分布が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１２８】
図３１を参照して、入力される信号の周波数に関係なく、面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて伝播速度が向上することが確認される。このことから、伝播速度の向上を達成するためには、面方位分布を１０°以下とすることが好ましいといえる。また、入力される信号の周波数が高いほど伝播速度は上昇し、面方位分布が１０°以下の場合においては伝播速度を最大約７２００ｍ／ｓｅｃにまで高速化できることが分かった。
【０１２９】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０５ｃｍ−２〜９×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１３０】
図３２は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図３２を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．３ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｒ面またはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例４】
【０１３１】
以下、本発明の実施例４について説明する。上記実施の形態５と同様の構成を有するＳＡＷフィルターを作製し、（１）動作特性、（２）周波数と伝播速度との関係、および（３）転位密度と損失との関係、を調査する実験を行なった。実験の手順および結果は以下の通りである。
【０１３２】
（１）動作特性
まず、上記実施の形態５と同様の方法で素子（ＳＡＷフィルター）を作製した。工程（Ｓ１０）および（Ｓ２５）を上記実施例１の場合と同様に実施した後、工程（Ｓ２６）では、得られたＡｌＮ単結晶自立基板上に昇華法によるエピタキシャル成長により、厚さ３０ｍｍのＡｌＮエピタキシャル層を成長させた。成長温度は約２２００℃、成長を実施する容器内の圧力は４０ｋＰａとし、当該容器内に窒素を４００ｓｃｃｍの流量で流入させた。
【０１３３】
ここで、上記手順により２枚のＡｌＮ単結晶自立基板上にＡｌＮエピタキシャル層を形成し、うち１枚のＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層の転位密度をＥＰＤ法により調査した。ＥＰＤ法による転位密度の調査は、以下のように行なった。まず、ＫＯＨとＮａＯＨとを質量比１：１で混合した温度２５０℃の融液中に、ＡｌＮ単結晶自立基板上に形成されたＡｌＮエピタキシャル層を３０分間浸漬してエッチングした。そして、洗浄を実施した後、顕微鏡を用いてＡｌＮエピタキシャル層の主面に発生したエッチピットの個数を調査し、単位面積あたりのエッチピットの個数を算出した。その結果、転位密度は２×１０４ｃｍ−２という低い値であることが分かった。このことから、ＡｌＮ単結晶自立基板上には転位密度が抑制された高品質なＡｌＮエピタキシャル層が形成されていることが確認された。また、ＡｌＮエピタキシャル層の主面の面方位をＸ線測定（Ｘ線回折）により確認したところ、面方位は（１−１０２）となっていることが確認された。
【０１３４】
工程（Ｓ２７）では、ワイヤーソー加工機を用いて厚さ１ｍｍのＡｌＮ基板を作製し、ＡｌＮ基板の主面の面方位が（１−１０２）面に対して１０°以下の範囲で分布するように主面を研削加工した。さらに、両側の主面に機械研磨および化学研磨を施し、表面粗さＲａを１ｎｍ、厚さ４００μｍとした。
【０１３５】
工程（Ｓ３０）では、ＡｌＮ基板上に約２５０ｎｍの厚さのＡｌ膜を形成し、フォトリソグラフィープロセスにより、レジストからなるマスクを形成した後、ウェットエッチングを実施することによりＡｌ膜の一部を除去して、Ａｌからなる入力側電極および出力側電極を形成した。櫛歯型電極の電極間隔は５．５μｍとした。そして、工程（Ｓ４０）では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いてＡｌＮ基板に深さ１００μｍの溝を形成し、さらにブレーキング加工によりＡｌＮ基板を分割し、実験用の素子を得た。
【０１３６】
そして、得られた素子の性能を、ネットワークアナライザーを用いて評価した。入力する帯域周波数を０．９５ＧＨｚ〜１．０５ＧＨｚ、出力する周波数を１ＧＨｚとした場合、挿入損失は０．１ｄＢであった。このことから、本発明の表面弾性波素子は、十分に小さい挿入損失を達成していることが確認された。
【０１３７】
また、素子を恒温槽に装入し、素子の温度を約５００℃まで上昇させ、動作の可否を調査したところ、正常に動作した。このことから、本発明の弾性表面波素子は、高温での動作が可能であることが確認された。
【０１３８】
以上の実験結果より、ＡｌＮエピタキシャル層をスライスして作製されることにより転位密度が小さく、Ｒ面あるいはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の表面に電極を形成した本発明の弾性表面波素子は、サファイアなどの基板上にＡｌＮからなる圧電体膜を形成した従来の弾性表面波素子に比べて、製造プロセスを簡略化しつつ、圧電体膜の剥離を回避するとともに、損失の低減、高温での動作を達成可能であることが分かった。
【０１３９】
（２）周波数と伝播速度との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１．１×１０４ｃｍ−２、櫛歯型電極の電極間隔が５．５μｍであり、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位分布（ＡｌＮ基板の主面と（１−１０２）面とのなす角）が１０°以下および１０°を超え２０℃以下の２種類の素子を準備した。そして、入力される信号の周波数を変化させた場合の弾性表面波の伝播速度を調査した。
【０１４０】
図３３は、入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。図３３において、丸印は面方位分布が１０°以下の素子、四角印は面方位が１０°を超え２０°以下の素子のデータを示している。
【０１４１】
図３３を参照して、面方位分布を１０°以下とすることにより、面方位分布が１０°を超える場合に比べて伝播速度が向上することが確認される。このことから、伝播速度の向上を達成するためには、面方位分布を１０°以下とすることが好ましいといえる。また、入力される信号の周波数が高いほど伝播速度は上昇し、面方位分布が１０°以下の場合においては伝播速度を最大約７２００ｍ／ｓｅｃにまで高速化できることが分かった。
【０１４２】
（３）転位密度と損失との関係
上記（１）と同様のプロセスで、転位密度が１×１０４ｃｍ−２〜９×１０９ｃｍ−２のＡｌＮ基板を用いて素子を作製した。そして、各素子の損失（挿入損失）を測定し、ＡｌＮ基板の転位密度と挿入損失との関係を調査した。
【０１４３】
図３４は、ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。図３４を参照して、転位密度が９×１０８ｃｍ−２以下の範囲においては挿入損失が０．１〜０．３ｄＢであるのに対し、転位密度が９×１０８ｃｍ−２を超える１×１０９ｃｍ−２以上では挿入損失が増加していくことが分かった。このことから、Ｒ面またはＲ面に近い主面を有するＡｌＮ基板の主面上に直接電極を形成した本発明の表面弾性波素子においては、ＡｌＮ基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましいことが確認された。
【実施例５】
【０１４４】
以下、本発明の実施例５について説明する。電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位と弾性表面波の伝播速度との関係を調査する実験を行なった。まず、上記実施例１および３と同様の手順で、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面と（１−１０２）面（Ｒ面）とのなす角が１０°以下である素子、および（１−１００）面（Ｍ面）とのなす角が１０°以下である素子を作製した。また、比較のため、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面と（０００２）面（Ｃ面）とのなす角が１０°以下である素子も作製した。そして、当該素子に対して周波数１．３ＧＨｚの信号を入力し、伝播速度を測定した。
【０１４５】
図３５は、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位と伝播速度との関係を示す図である。図３５を参照して、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位をＲ面またはＭ面あるいはこれらに近い面方位とした場合、より詳細にはＲ面またはＭ面とのなす角が１０°以下の主面を有するＡｌＮ基板を採用した場合、電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位をＣ面あるいはＣ面に近い面方位とした場合に比べて、伝播速度が向上することが確認された。このことから、本発明の弾性表面波素子によれば、高い伝播速度を実現可能な弾性表面波素子を提供できることが分かった。また、Ｒ面とＭ面とを比較すると、Ｒ面あるいはＲ面に近い面方位を採用すれば、より大きい伝播速度が得られることが確認される。
【０１４６】
なお、上記実施の形態および実施例においては、弾性表面波素子の一例としてＳＡＷフィルターについて説明したが、本発明の弾性表面波素子はこれに限られず、たとえば共振子などのデバイス（ＳＡＷデバイス）に採用することができる。
【０１４７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
本発明の弾性表面波素子は、弾性表面波の伝播速度の向上が求められる弾性表面波素子に、特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。
【図４】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】実施の形態１におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図８】実施の形態２におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図９】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図１０】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１２】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１３】実施の形態３におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１４】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図１５】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図１６】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略斜視図である。
【図１７】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１８】実施の形態４におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図１９】実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２０】実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２１】実施の形態５におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２２】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの構成を示す概略図である。
【図２３】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２４】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２５】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２６】実施の形態６におけるＳＡＷフィルターの製造方法を説明するための概略断面図である。
【図２７】ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。
【図２８】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図２９】ＡｌＮ基板の表面粗さＲａとＡｌ電極の剥離した割合との関係を示す図である。
【図３０】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図３１】入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。
【図３２】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図３３】入力される信号の周波数と弾性表面波の伝播速度との関係を示す図である。
【図３４】ＡｌＮ基板の転位密度と素子の挿入損失との関係を示す図である。
【図３５】電極が形成されるＡｌＮ基板の主面の面方位と伝播速度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１，２ ＳＡＷフィルター、１１，５１ ＡｌＮ基板、１１Ａ，５１Ａ 主面、１２，５２ ＡｌＮエピタキシャル膜、２１ 入力側電極、２２ 出力側電極、２３ 入力側配線、２５ 出力側配線、９１ ＳｉＣ単結晶基板、９２ ＡｌＮ単結晶厚膜、９２Ａ，９２Ｂ 切断面、９３ ＡｌＮ単結晶自立基板、９４ ＡｌＮエピタキシャル層、９５ ＡｌＮ単結晶自立基板、９６ ＡｌＮエピタキシャル層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、
前記基板上に形成された電極とを備え、
前記基板の主面と前記基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下である、弾性表面波素子。
【請求項２】
窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、
前記基板上に形成された電極とを備え、
前記基板の主面と前記基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角は１０°以下である、弾性表面波素子。
【請求項３】
前記基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である、請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記基板の厚さは１０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
窒化アルミニウム単結晶からなり、前記基板と前記電極との間に前記基板に接触して形成されたエピタキシャル膜をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記エピタキシャル膜の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である、請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記エピタキシャル膜の厚さは１μｍ以上である、請求項５または６に記載の弾性表面波素子。
【請求項１】
窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、
前記基板上に形成された電極とを備え、
前記基板の主面と前記基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１００）面とのなす角は１０°以下である、弾性表面波素子。
【請求項２】
窒化アルミニウム単結晶からなる基板と、
前記基板上に形成された電極とを備え、
前記基板の主面と前記基板を構成する窒化アルミニウム単結晶の（１−１０２）面とのなす角は１０°以下である、弾性表面波素子。
【請求項３】
前記基板の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である、請求項１または２に記載の弾性表面波素子。
【請求項４】
前記基板の厚さは１０μｍ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項５】
窒化アルミニウム単結晶からなり、前記基板と前記電極との間に前記基板に接触して形成されたエピタキシャル膜をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
【請求項６】
前記エピタキシャル膜の転位密度は９×１０８ｃｍ−２以下である、請求項５に記載の弾性表面波素子。
【請求項７】
前記エピタキシャル膜の厚さは１μｍ以上である、請求項５または６に記載の弾性表面波素子。
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【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１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−６８１０９（Ｐ２０１０−６８１０９Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１０４５（Ｐ２００８−２３１０４５）
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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