特許ウォッチ

公開番号2024162125
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2023077370
出願日2023-05-09
発明の名称表面弾性波デバイス用複合基板
出願人信越化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H03H 9/25 20060101AFI20241114BHJP(基本電子回路)
要約【課題】フィルタの通過帯域のロスが小さく、スプリアスが少ない、優れた高性能で信頼性が高い表面弾性波デバイス用複合基板を提供する。
【解決手段】圧電単結晶薄膜と、支持基板と、圧電単結晶薄膜と支持基板の間に設けられた少なくとも1種の介在層と、を備える複合基板であって、介在層は圧電単結晶薄膜と接しており、介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の2倍の厚み以下であり、かつ介在層をブリリュアン振動法により40GHz～60GHzの周波数で算出した縦波の減衰が8×10^-2(nm^-1・THz^-2)以下である表面弾性波デバイス用複合基板である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
圧電単結晶薄膜と、支持基板と、前記圧電単結晶薄膜と前記支持基板の間に設けられた少なくとも１層の介在層と、を備える複合基板であって、
前記介在層は前記圧電単結晶薄膜と接しており、前記介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であり、かつブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した前記介在層の縦波の減衰が８×１０
－２
（ｎｍ
－１
・ＴＨｚ
－２
）以下である表面弾性波デバイス用複合基板。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
前記介在層の横波の音速は、前記圧電単結晶薄膜の遅い横波の音速より速い請求項１に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
【請求項３】
前記圧電単結晶薄膜は、鉄を１２０ｐｐｍ以下含み、
前記圧電単結晶薄膜の体積抵抗率は２×１０
１１
Ω・ｃｍ以下である請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
【請求項４】
前記介在層は、ＳｉＯｘ（１．８＜ｘ＜２．０５）、及びＳｉＯｙＮｚ（０．０２＜ｚ／（ｙ＋ｚ）＜０．１）のいずれかである請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
【請求項５】
前記圧電単結晶薄膜の主成分が、タンタル酸リチウムもしくはニオブ酸リチウムである請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
【請求項６】
前記支持基板が、シリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、炭化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板、及び水晶基板のいずれかである請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
【請求項７】
前記支持基板は、Ｓｉ単結晶とＳｉ単結晶上に形成したポリシリコン層からなる請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
【請求項８】
前記介在層中のＬｉイオンの含有量が、１×１０
１７
ａｔｏｍ／ｃｍ
３
以下である請求項１又は２に記載の表面弾性波デバイス用複合基板

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電単結晶薄膜と支持基板とを含んで構成される表面弾性波デバイス用複合基板に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話等には、周波数調整・選択用の部品として、圧電基板上に表面弾性波を励起するための櫛形電極（ＩＤＴ：Inter digital Transducer）が形成された表面弾性波（ＳＡＷ：surface acoustic wave）デバイスが用いられている。表面弾性波デバイスには、小型で挿入損失が小さく、不要波を通さない性能が要求され、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ
３
；ＬＴ）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３
；ＬＮ）などの圧電材料が用いられている。
【０００３】
一方で、第四世代以降の携帯電話の通信規格のもとでは、表面弾性波デバイスに用いられる圧電材料は、その温度による特性変動を十分小さくする必要がある。また、バンド間に余計なノイズがはみ出ないように、フィルタやデュプレクサ、マルチプレクサは挿入損失が限りなく小さく、またフィルタの肩特性は極めて急峻である必要があり、フィルタを構成する共振子は高いＱ値（Quality Factor）が求められる。また、フィルタは用いるバンドにより広帯域に対応できることも要求される。
【０００４】
このような表面弾性波デバイスに用いられる材料に関して、圧電材料と他の材料からなる複合基板が検討されている。例えば、特許文献１には圧電膜を有する弾性波装置であって、支持基板と、前記支持基板上に形成されており、前記圧電膜を伝搬する弾性波音速より伝搬するバルク波音速が高速である高音速膜と、前記高音速膜上に積層されており、前記圧電膜を伝搬するバルク波音速より伝搬するバルク波音速が低速である低音速膜と、前記低音速膜上に積層された前記圧電膜と、前記圧電膜の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備える、弾性波装置が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には支持基板と、前記支持基板上に積層された媒質層と、前記媒質層上に積層されており、バルク波が伝搬する圧電体と、前記圧電体の一方面に形成されているＩＤＴ電極とを備え、前記媒質層が、前記圧電体を伝搬する弾性波の音速よりも、前記弾性波の主成分であるバルク波と同じバルク波の伝搬速度が低速である低速媒質と、前記圧電体を伝搬する前記弾性波の音速よりも、前記弾性波の主成分であるバルク波と同じバルク波の伝搬速度が高速である高速媒質とを含んでおり、前記高速媒質で該媒質層を形成した場合の主振動モードの音速をＶＨ、前記低速媒質で該媒質層を形成した場合の主振動モードの音速をＶＬ、としたとき、前記媒質層が形成された弾性波装置における主振動モードの音速が、ＶＬ＜主振動モードの音速＜ＶＨ、となるように、前記媒質層が形成されており、前記媒質層の厚みが、ＩＤＴの周期をλとしたときに、１λ以上である、ことを特徴とする、弾性波装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５７１３０２５号公報
特許第５８６１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１または特許文献２の複合基板を用いて表面弾性波フィルタを作製した場合、圧電体から低速媒質への弾性波のエネルギーが漏れ出し滞在するため、表面弾性波フィルタの通過帯域内、若しくは、より高い周波数にスプリアス若しくはリップルと呼ばれるノイズが発生するという問題がある。このノイズは、圧電結晶膜と支持基板の接合界面における波の反射や、圧電結晶膜と支持基板間の介在層に弾性波動がトラップされることにより生じ、表面弾性波フィルタの周波数特性を悪化させたり、フィルタの通過帯域のロスが増大する原因となったりするため好ましくない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、フィルタの通過帯域のロスが小さく、スプリアスが少ない、優れた高性能で信頼性が高い表面弾性波デバイス用複合基板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】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討の結果、圧電単結晶薄膜と、支持基板と、圧電単結晶薄膜と支持基板との間に少なくとも１層の介在層と、を備え、介在層の合計厚み、及び、縦波の減衰を規定することで、フィルタの通過帯域のロスが小さく、高い信頼性が得られることを見出し、本発明を完成させた。本発明の要旨は、以下のとおりである。
［１］圧電単結晶薄膜と、支持基板と、前記圧電単結晶薄膜と前記支持基板の間に設けられた少なくとも１層の介在層と、を備える複合基板であって、前記介在層は前記圧電単結晶薄膜と接しており、前記介在層の合計厚みは、表面弾性波の波長の２倍の厚み以下であり、かつブリリュアン振動法により４０ＧＨｚ～６０ＧＨｚの周波数で算出した前記介在層の縦波の減衰が８×１０
－２
（ｎｍ
－１
・ＴＨｚ
－２
）以下である表面弾性波デバイス用複合基板。
［２］前記介在層の横波の音速は、前記圧電単結晶薄膜の遅い横波の音速より速い［１］に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［３］前記圧電単結晶薄膜は、鉄を１２０ｐｐｍ以下含み、前記圧電単結晶薄膜の体積抵抗率は２×１０
１１
Ω・ｃｍ以下である［１］又は［２］に記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［４］前記介在層は、ＳｉＯｘ（１．８＜ｘ＜２．０５）、及びＳｉＯｙＮｚ（０．０２＜ｚ／（ｙ＋ｚ）＜０．１）のいずれかである［１］～［３］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［５］前記圧電単結晶薄膜の主成分が、タンタル酸リチウムもしくはニオブ酸リチウムである［１］～［４］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［６］前記支持基板が、シリコン基板、サファイア基板、アルミナ基板、炭化ケイ素基板、窒化アルミニウム基板、窒化ケイ素基板、及び水晶基板のいずれかである［１］～［５］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［７］前記支持基板は、Ｓｉ単結晶とＳｉ単結晶上に形成したポリシリコン層からなる［１］～［５］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板。
［８］前記介在層中のＬｉイオンの含有量が、１×１０
１７
ａｔｏｍ／ｃｍ
３
以下である［１］～［７］のいずれか１つに記載の表面弾性波デバイス用複合基板
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フィルタ通過帯域のロスが小さく、高い信頼性が得られる表面弾性波デバイス用複合基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許