JP2004292228A

JP2004292228A - Method for producing potassium niobate single crystal thin film, surface acoustic wave device, frequency filter, frequency oscillator, electronic circuit, and electronic device

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Publication number: JP2004292228A
Application number: JP2003085872A
Authority: JP
Inventors: Amamitsu Higuchi; 天光樋口; Setsuya Iwashita; 節也岩下; Hiroshi Miyazawa; 弘宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】各種単結晶基板上で表面モフォロジーに優れかつ単相の高品質なＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を製造する方法と、この方法で得られた薄膜を備えることによって、ｋ^２が高く広帯域化、小型化、及び省電力化に優れる表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器を提供すること。
【解決手段】所定の酸素分圧におけるＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５との共晶点Ｅにおける温度及びモル組成比をＴ_Ｅ、ｘ_Ｅとするとき（ｘは、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル比）、０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲となるＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルームを基板１１に供給する。そして、この状態における完全溶融温度をＴ_ｍとし、基板１１の温度Ｔ_ｓをＴ_Ｅ≦Ｔ_ｓ≦Ｔ_ｍの範囲に保持して基板１１上に堆積したＫ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙからＫＮｂＯ_３単結晶１２を析出させる。
【選択図】図１Kind Code: A1 A method of manufacturing a single-phase, high-quality KNbO ₃ single-crystal thin film having excellent surface morphology on various single-crystal substrates, and providing a thin film obtained by the method to increase k ² and broaden the bandwidth. To provide a surface acoustic wave element, a frequency filter, a frequency oscillator, an electronic circuit, and an electronic device which are excellent in miniaturization and power saving.
A _T E the temperature and the molar composition ratio at a eutectic point E of KNbO ₃ and _3K 2 _O · _Nb 2 O ₅ at a predetermined oxygen partial pressure, when the _{x E} (x _is, K x Nb ₁ potassium when expressed in _-x O _y molar ratio of (K) and niobium (Nb)), K as the range of _{0.5 ≦ x ≦ x E, Nb} , a plasma plume consisting of O on the substrate 11 Supply. Then, KNbO the complete melting temperature at this state as _{T m,} from _K x _{Nb 1-x} _{O y} where the temperature _{T s} has been maintained in the range of _{_{_T} E} ≦ _T _s ≦ _T _m is deposited on the substrate 11 of the substrate 11 _{The three} single crystals 12 are deposited.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法、表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体通信を中心とした通信分野の著しい発展に伴い、これらに使用される表面弾性波素子の需要が急速に拡大している。表面弾性波素子の開発の方向としては、携帯電話機等と同様、小型化、高効率化、高周波化の方向にあり、そのためには、より大きな電気機械結合係数（以下、ｋ^２）、より大きな表面弾性波伝播速度、が必要となる。例えば、高周波フィルタとして用いる場合には、損失の小さく帯域幅の広い通過帯域を得るために高ｋ^２が望まれる。共振周波数を高周波化するためには、インターディジタル型電極（Ｉｎｔｅｒ−ＤｉｇｉｔａｌＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ、以下、ＩＤＴ）のピッチを形成する際のデザインルールに限界があるため、より音速の速い材料が望まれている。さらに、使用温度領域での特性の安定化を得るためには、中心周波数温度係数（ＴＣＦ）が小さいことが必要となる。
【０００３】
表面弾性波素子は、従来、主として圧電体の単結晶上にＩＤＴを形成した構造が用いられてきた。圧電単結晶の代表的なものとしては、水晶、ニオブ酸リチウム（以下、ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（以下、ＬｉＴａＯ_３）等である。例えば、広帯域化や通過帯域の低損失化が要求されるＲＦフィルタの場合には、ｋ^２の大きいＬｉＮｂＯ_３が用いられる。一方、狭帯域でも安定な温度特性が必要なＩＦフィルタの場合は、ＴＣＦの小さい水晶が用いられる。さらに、ｋ^２及びＴＣＦがそれぞれＬｉＮｂＯ_３と水晶との間にあるＬｉＴａＯ_３は、その中間的な役割を果たしている。ただし、ｋ^２の最も大きいＬｉＮｂＯ_３でも、ｋ^２〜２０％程度であった。
【０００４】
最近、ニオブ酸カリウム（以下、ＫＮｂＯ_３）（ａ＝０．５６９５ｎｍ、ｂ＝０．５７２１ｎｍ、ｃ＝０．３９７３ｎｍ、以下、斜方晶としては本指数表示に従う）単結晶において、大きなｋ^２の値を示すカット角が見出された。０°ＹカットＸ伝播（以下、０°Ｙ−Ｘ）ＫＮｂＯ_３単結晶板が、ｋ^２＝５３％と非常に大きな値を示すことが計算によって予測された（例えば、非特許文献１参照。）。また、０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板が、ｋ^２〜５０％の大きな値を示すことが実験でも確認され、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板を用いたフィルタの発振周波数が、室温付近で零温度特性を示すことが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。これらの単結晶板が、表面弾性波基板として用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
圧電単結晶基板を用いた表面弾性波素子では、ｋ^２、温度係数、音速等の特性は材料固有の値であり、カット角及び伝播方向で決定される。０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板はｋ^２に優れるが、４５°から７５°までの回転Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３単結晶板のような零温度特性は室温付近において示さない。また、伝播速度は同じペロブスカイト型酸化物である、チタン酸ストロンチウム（以下、ＳｒＴｉＯ_３）やチタン酸カルシウム（以下、ＣａＴｉＯ_３）に比べて遅い。このように、ＫＮｂＯ_３単結晶板を用いるだけでは、高音速、高ｋ^２、零温度特性を全て満足させることはできない。
【０００６】
そこで、何等かの基板上に圧電体薄膜を堆積し、その膜厚を制御して、音速やｋ^２、温度特性を向上させることが期待される。サファイア基板上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を形成したもの（例えば、非特許文献３参照。）、ＬｉＮｂＯ_３薄膜を形成したもの（例えば、非特許文献４参照。）等が挙げられる。従って、ＫＮｂＯ_３についても、基板上に薄膜化して諸特性を全て向上させることが期待される。
【０００７】
ここで、圧電薄膜としては、そのｋ^２、温度特性を引き出すために最適な方向に配向することが望ましく、リーキー波伝播に伴う損失をなるべく小さくするためには、平坦で緻密なエピタキシャル膜であることが望ましい。ここで、ｋ^２〜５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜は、擬立方晶（１００）に相当し、ｋ^２〜１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜は、擬立方晶（１１０）に相当する。従って例えば、ＳｒＴｉＯ_３（１００）或いは（１１０）単結晶基板を用いることで、ｋ^２〜５０％のＹ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜、或いはｋ^２〜１０％の９０°Ｙ−ＸＫＮｂＯ_３薄膜を得ることができる。
【０００８】
従来の気相法やゾルゲル法といった一般的な薄膜形成方法でＫＮｂＯ_３薄膜を製膜する場合には、Ｎｂに比べてＫの飽和蒸気圧が著しく高いために、Ｎｂに比べてＫが蒸発しやすく、作製後の薄膜における組成が出発組成と比べてＮｂ過剰側にずれる。この組成ずれを補償するために、あらかじめＫを過剰にしたターゲットを用いていた（例えば、非特許文献５参照。）。
しかし、図１９に示すＫ_２Ｏ−Ｎｂ_２Ｏ_５の二元系状態図（例えば、非特許文献６参照。）から明らかなように、ＫＮｂＯ_３のＫ過剰組成側には３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５化合物が存在し、ＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５の共晶温度８４５℃以下ではＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５がともに固相として共存し、ＫＮｂＯ_３のＮｂ過剰組成側には２Ｋ_２Ｏ・３Ｎｂ_２Ｏ_５化合物が存在し、ＫＮｂＯ_３の融点である１０３９℃以下ではＫＮｂＯ_３と２Ｋ_２Ｏ・３Ｎｂ_２Ｏ_５がともに固相として共存する。従って、気相法で製造する場合、レーザーによってアブレーションされた出発原料が基板に到達した時点で厳密にＫ：Ｎｂ＝５０：５０の組成となっていなければ、Ｋ過剰側にずれてもＮｂ過剰側にずれても作製された薄膜は異相を含み、単一相は得られないことになる。
【０００９】
一方、ＫＮｂＯ_３バルク単結晶の場合は、ＴｏｐＳｅｅｄｅｄＳｏｌｕｔｉｏｎＧｒｏｗｔｈ（ＴＳＳＧ）法等によって、Ｋ：Ｎｂ＝５０：５０よりもわずかにＫ過剰組成の液相中から種結晶による引き上げによって大型の単結晶が得られている（例えば、非特許文献７参照。）。この場合、図１９に示すＫ_２Ｏ−Ｎｂ_２Ｏ_５二元系状態図において、Ｋ_２Ｏ：Ｎｂ_２Ｏ_５＝５０：５０からＫ_２Ｏ：Ｎｂ_２Ｏ_５＝６５：３５程度までの間の組成を有する出発原料を、ＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５の共晶温度８４５℃以上に存在するＫＮｂＯ_３と液相との共存領域に置くことにより得られる。即ち、図２０において、組成Ｃ_１を有する出発原料を液相線温度Ｔ_１から結晶成長温度Ｔ_２へ冷却したとき、液相中からＫＮｂＯ_３が析出し、液相はＴ_２を液相線温度とする組成Ｃ_２までＫ過剰側にずれる。このときの結晶成長速度はＣ_１−Ｃ_２が大きいほど速くなるので、ＫＮｂＯ_３よりも若干Ｋ過剰ではあるがＫＮｂＯ_３に近い組成のものを、なるべくＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５の共晶温度８４５℃付近まで冷却する。ただし、以上の挙動は、大気中においてのものであり、しかも大量の液相中からＫＮｂＯ_３バルク単結晶を成長させる場合においてのものである。
【００１０】
一方、ＴＳＳＧ法により大気中で液相中から単結晶を析出させる結晶成長プロセスを、減圧下の気相法による薄膜作製プロセスに適用する方法が開発されてきている。Ｔｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法は、このような方法の一つであり、気相原料を固液共存領域の温度に保持した基板に堆積し、液相中から固相を析出させるもので、ＮｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ材料において単結晶薄膜成長後に液相ＢａＣｕＯ_２・ＣｕＯの残渣だけを選択的にエッチングして単結晶薄膜を得る適用例が報告されている（例えば、非特許文献８参照。）。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｅｌｅｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．３３（１９９７）１９３
【非特許文献２】
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３７（１９９８）２９２９
【非特許文献３】
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３２（１９９３）２３３７
【非特許文献４】
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．３２（１９９３）Ｌ７４５
【非特許文献５】
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６８（１９９６）１４８８
【非特許文献６】
Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏｌ．７７（１９５５）２１１７
【非特許文献７】
Ｊ．ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈＶｏｌ．７８（１９８６）４３１
【非特許文献８】
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．８０（２００２）６１
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＴｒｉ−Ｐｈａｓｅ−Ｅｐｉｔａｘｙ法をＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法にそのまま適用しても、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜成長後に液相３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５の残渣だけを選択的にエッチングすることは不可能であった。そのため、単結晶表面に液相が残存して表面モフォロジーに優れた薄膜が得られなかった。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、各種単結晶基板上で表面モフォロジーに優れかつ単相の高品質なＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を製造する方法と、この方法で得られた薄膜を備えることによって、ｋ^２が高く広帯域化、小型化、及び省電力化に優れる表面弾性波素子、周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路、及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用する。
本発明に係るニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法は、気相法によるニオブ酸カリウム単結晶薄膜の製造方法であって、所定の酸素分圧におけるニオブ酸カリウムと３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５との共晶点Ｅにおける温度及びモル組成比をＴ_Ｅ、ｘ_Ｅとするとき（ｘは、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル比）、基板上に堆積させた直後の前記ｘが、０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲となるように気相状態の原料を前記基板に供給し、前記酸素分圧及び前記ｘにおける完全溶融温度をＴ_ｍとするとき、前記基板の温度Ｔ_ｓをＴ_Ｅ≦Ｔ_ｓ≦Ｔ_ｍの範囲に保持して、ニオブ酸カリウム単結晶を析出させる析出工程と、固相部と液相部とが共存する前記Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙから液相部を蒸発させる蒸発工程とを備えていることを特徴とする。
また、本発明は、前記蒸発工程と前記析出工程とを繰り返してニオブ酸カリウム単一相単結晶薄膜を連続して成長させることが好ましい。
この方法によれば、基板上に堆積させた固相部と液相部とが共存するＫ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙからニオブ酸カリウム単結晶を析出させた後に、組成のずれを有する残液を蒸発させるので、組成のずれが抑えられた単一層のニオブ酸カリウム単結晶を析出させることができる。これにより、表面モフォロジーに優れたニオブ酸カリウム単結晶薄膜を得ることができ、そして、このようなニオブ酸カリウム単結晶薄膜を用いることによって、ｋ^２に優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１４】
本発明は、前記基板として、該基板表面の垂直及び面内方向ともに配向した結晶軸を表面に有するものを用い、前記基板上に、前記単結晶をエピタキシャル成長させることが好ましい。
この方法によれば、基板を種結晶として薄膜全体にわたって配向方向がそろったニオブ酸カリウム単結晶薄膜を得ることができ、従って、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜からｋ^２に優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１５】
本発明は、前記基板として、ニオブ酸カリウムより大きい熱膨張率を有し、かつ、ペロブスカイト構造擬立方晶単位格子が（１００）配向で前記基板表面全体に面内配向しているものを用いることが好ましい。
また、前記基板として、チタン酸ストロンチウム（１００）単結晶基板を用いることが好ましい。
この方法によれば、基板上にニオブ酸カリウム単結晶を斜方晶（１１０）配向で析出させることができる。また、汎用的なペロブスカイト型酸化物単結晶基板であるチタン酸ストロンチウム（１００）単結晶基板を用いて、良好な表面モフォロジーを有するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を得ることができ、さらに、ｋ^２が最大約３０％と優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１６】
本発明では、前記基板として、ニオブ酸カリウムより小さい熱膨張率を有し、かつ、ペロブスカイト構造擬立方晶単位格子が（１００）配向で前記基板表面全体に面内配向しているものを用いることを特徴とする。
また、前記基板として、シリコン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板上にエピタキシャル成長させたバッファ層とから構成されるものを用いることが好ましい。
この方法によれば、基板上にエピタキシャル成長したニオブ酸カリウム単結晶を斜方晶（００１）配向で析出させることができ、また、安価な単結晶基板であるシリコン単結晶基板上に得られたニオブ酸カリウム単結晶薄膜から、ｋ^２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子を作製することができる。
【００１７】
本発明では、前記バッファ層として、ＮａＣｌ型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物で構成される第２バッファ層とを作製することを特徴とする。
また、前記バッファ層として、フルオライト型酸化物で構成される第１バッファ層と、該第１バッファ層の上にエピタキシャル成長させた層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とから構成される第２バッファ層とを作製することを特徴とする。
この方法によれば、シリコン単結晶とニオブ酸カリウム単結晶との間に、双方に好適なバッファ層が形成されるので、安価な単結晶基板であるシリコン単結晶基板上でもニオブ酸カリウム単結晶を製膜することができ、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜からｋ^２の理論値約５０％により近い値の優れた表面弾性波素子を得ることができる。
【００１８】
本発明では、前記基板として、石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料で構成される基板本体と、該基板本体上に形成されたバッファ層とから構成されるものを用い、該バッファ層として、前記基板上に該基板面の結晶方位とは無関係に面内配向成長させた第１バッファ層と、該第１バッファ層上にエピタキシャル成長させた酸化物からなる第２バッファ層とを、イオンビーム照射を伴う気相法によって作製することを特徴とする。
この方法によれば、表面弾性波素子に好適で安価な石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンなどの材料からなる基板上にも、高品質なニオブ酸カリウム単結晶薄膜を製膜することができ、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜から、ｋ^２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子を得ることができる。
【００１９】
本発明では、前記第１バッファ層をＮａＣｌ型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を単純ペロブスカイト型酸化物で作製することを特徴とする。
また、前記第１バッファ層をフルオライト型酸化物で作製し、前記第２バッファ層を、層状ペロブスカイト型酸化物と該層状ペロブスカイト型酸化物上にエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物とで作製することを特徴とする。
この方法によれば、安価な石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコン等の任意の材料の基板上に、高品質なニオブ酸カリウム単結晶薄膜を製膜することができ、このニオブ酸カリウム単結晶薄膜から、ｋ^２の理論値約５０％により近い値の優れた表面弾性波素子を得ることができる。
【００２０】
本発明の表面弾性波素子は、本発明に係る製造方法によって製造するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を備えていることを特徴とする。
この表面弾性波素子によれば、大きなｋ^２を有するニオブ酸カリウム単結晶薄膜を備えているので、表面弾性波素子の小型化を図ることができる。
【００２１】
本発明の周波数フィルタは、本発明に係る表面弾性波素子を備えていることを特徴とする。
また、本発明の周波数発振器は、本発明に係る表面弾性波素子を備えることを特徴とする。
この周波数フィルタ及び周波数発振器によれば、小型であるとともに、フィルタ特性の広帯域化を実現することができる。
【００２２】
本発明の電子回路は、本発明に係る周波数発振器を備えていることを特徴とする。
この周波数発振器によれば、広帯域のフィルタ特性を有し、小型であるとともに、省電力化に対応することができる。
また、本発明の電子機器は、本発明に係る周波数フィルタ、周波数発振器、電子回路のうち少なくとも１つを備えていることを特徴とする。
この電子機器によれば、小型化、広帯域化、省電力化を向上することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０は、図１（ｄ）に示すように、基板１１と、この基板１１上に斜方晶（００１）配向または斜方晶（１１０）配向でエピタキシャル成長したＫＮｂＯ_３単結晶層１２とを備えている。
基板１１は、表面に垂直方向に（１００）配向及び面内に（００１）配向の結晶軸を有しているＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３と、このＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３上にエピタキシャル成長したＫ、Ｎｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｏの何れかからなる初期層１４とから構成されている。
ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３は、その熱膨張率が１１．１×１０^−６（Ｋ^−１）であり、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２のｃ軸の熱膨張率１４．１×１０^−６（Ｋ^−１）よりは小さいものの、ａ、ｂ軸の熱膨張率５．０×１０^−６（Ｋ^−１）、０．５×１０^−６（Ｋ^−１）よりも大きいものとなっている。
初期層１４は、ＳｒＴｉＯ_３からＫＮｂＯ_３へ構造が移行するための界面層であり、構造および組成は限定されないがＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３上にエピタキシャル成長していればよい。
【００２４】
このＫＮｂＯ_３単結晶層１２は、イオンビーム照射を伴う気相法によって製膜される。本実施形態では、パルス・レーザー蒸着（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＬＤ）法にて薄膜を作製する。この成膜時に使用する成膜装置１５は、図２に示すように、内部を減圧可能なプロセスチャンバ１６と、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に対向して配設された成膜母材１７と、成膜母材１７を載置して自公転可能とした母材支持部１８と、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３を保持する保持部１９とを備えている。
また、成膜装置１５は、反射高速電子線回折（ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔｒｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、ＲＨＥＥＤと略称する）法で薄膜２０を分析する際に用いるＲＨＥＥＤ源２１と、ＲＨＥＥＤ源２１からＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３上に堆積した薄膜２０に入射されて反射されたビームを検知するＲＨＥＥＤスクリーン２２とを備えている。
【００２５】
ＰＬＤ法とは、基板の上に薄膜を形成している間は、プロセスチャンバ１６の内部空間を非常に低い圧力とした酸素雰囲気、例えばおよそ大気圧の千分の一程度とした圧力下において、自転している成膜母材１７にＡｒＦ又はＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３をパルス的に照射し、この照射によって成膜母材１７を構成している成分をプラズマプルーム（プラズマや分子状態）２４としてＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３まで飛翔させて被成膜面上に薄膜２０を堆積させる成膜法である。
【００２６】
次に、本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０の製造方法について説明する。
この製造方法は、所定の酸素分圧におけるＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５との共晶点Ｅにおける温度及びモル組成比をＴ_Ｅ、ｘ_Ｅとするとき（ｘは、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル組成比）、基板１１上に堆積させた直後の液相状態の組成ｘが、０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲となる気相状態の原料であるプラズマプルーム２４を基板１１に供給し、また、この酸素分圧及びこのｘにおける完全溶融温度をＴ_ｍとするとき、基板１１の温度Ｔ_ｓをＴ_Ｅ≦Ｔ_ｓ≦Ｔ_ｍの範囲に保持して、プラズマプルーム２４から基板１１上に堆積させたＫ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙの残液を蒸発させる蒸発工程と、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙからＫＮｂＯ_３単結晶を基板１１上に析出させる析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
【００２７】
まず、蒸発工程の前に、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３上にＫ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙを供給して堆積させる工程について説明する。
始めに、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３を有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。
【００２８】
脱脂洗浄したＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に、まず、初期層１４を形成する。ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３を保持部１９に装填した後、プロセスチャンバ１６内へ導入して、真空度が、１．３３×１０^−６Ｐａ（１×１０^−８Ｔｏｒｒ）まで減圧する。続いて、１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の酸素分圧になるように酸素ガスを導入し、図示しない赤外線ランプを用いて２０℃／分で５００℃まで加熱昇温する。このときのＳｒＴｉＯ_３＜０１０＞方向からのＲＨＥＥＤパターンには、図３（ａ）に示すようにストリーク状の回析パターンが観測される。
なお、昇温速度、基板温度、圧力などの条件は、これに限るものではない。
【００２９】
圧力が一定となった後、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙで表現されるときのカリウム（Ｋ）とニオブ（Ｎｂ）とのモル比ｘが、０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲である０．６となるＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙの成膜母材１７ａを、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、基板温度が５００℃以上８５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０^−１Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材１７ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ^２以上３Ｊ／ｃｍ^２以下、及びレーザー周波数が１Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム２３を照射する。
【００３０】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面に、Ｋ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に、基板温度５００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件で２分間照射して、図１（ａ）に示すようにＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５を２ｎｍ堆積する。
なお、プラズマプルーム２４が、十分ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に到達でき、初期層１４としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限られるものではない。
【００３１】
上記酸素分圧におけるＫＮｂＯ_３と３Ｋ_２Ｏ・Ｎｂ_２Ｏ_５との共晶点Ｅは７５０℃〜８００℃にあるため、この段階では、Ｋ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５はエピタキシャル成長していない。このときのＳｒＴｉＯ_３＜０１０＞方向からのＲＨＥＥＤパターンには、図３（ｂ）に示すように回析パターンが消えた状態が観測される。そこで、上記酸素分圧及び組成における完全溶融温度の８５０℃まで、図示しない赤外線ランプを用いて２０℃／分で昇温加熱する。
すると、７５０℃〜８００℃で、ＲＨＥＥＤパターンとして図３（ｃ）に示すようなスポットパターンが現れる。
８００℃以上では、Ｋ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙがＫＮｂＯ_３の固液相の共存状態から液相のほとんどが蒸発していき、残ったＫＮｂＯ_３がＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３と反応する。こうして図１（ｂ）に示すように、Ｋ、Ｎｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｏの何れかからなる初期層１４をエピタキシャル成長させる。
【００３２】
次に、蒸発工程及び析出工程について説明する。
基板温度を７５０℃以上８５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０^−１Ｔｏｒｒ）以下の条件下で、Ｋ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙの成膜母材１７ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ^２以上３Ｊ／ｃｍ^２以下、及びレーザー周波数が５Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム２３を照射する。
【００３３】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面にＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設され、基板温度８００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件下にあるＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に６０分間照射して、図１（ｃ）に示すようにＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５ａを２００ｎｍ堆積する。堆積直後のＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５ａ中には、固相部２６と液相部２７とが共存している。
【００３４】
ここで、ＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３がパルス光なので、プラズマプルーム２４をＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に間欠的に供給させることになる。このパルス供給の間に、初期層１４を結晶成長の核として、図１（ｄ）に示すように、固相部２６からＫＮｂＯ_３単結晶層１２が析出し、残った液相部２７が蒸発する。
こうして、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２を２００ｎｍエピタキシャル成長させる。得られたＫＮｂＯ_３単結晶層１２を観察すると、図３（ｄ）に示す回析パターン及び図４に示す平滑な表面状態を確認できる。
この結果と図５に示すＸ線回析結果とから、ＫＮｂＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３をそれぞれ斜方晶、立方晶指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ_３（１１０）／ＳｒＴｉＯ_３（１００）、面内方向にＫＮｂＯ_３＜００１＞／／ＳｒＴｉＯ_３＜００１＞の方位関係を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０が得られることを確認できる。
ここで、ＫＮｂＯ_３が斜方晶（１１０）配向となるのは、降温過程において熱膨張率の比較的大きなＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３から圧縮応力を受け、ａ、ｂ、ｃ、３つの軸のうち一番熱膨張率の大きなｃ軸が基板面内に配向するためである。
なお、プラズマプルーム２４が、十分ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３に到達でき、かつ液相部２７が残留しないように堆積速度と液相部２７との蒸発量バランスが取れるならば、各条件は上記に限られるものではない。
また、上述した析出工程において、成膜母材１７ａをｘ＝０．６のＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙとしたが、当該酸素分圧下で０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲内であれば、同様のＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を得ることができる。
【００３５】
次に、本実施形態に係る表面弾性波素子２８について説明する。
この表面弾性波素子２８は、図６に示すように、上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０を備える。
以下、表面弾性波素子２８の製造方法について説明する。
まず、金属アルミニウム（Ａｌ）を用いた真空蒸着により、基板温度４５℃、真空度６．６５×１０^−５Ｐａ（５×１０^−７Ｔｏｒｒ）の条件で、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０上に一対のＡｌ電極２９ａ、２９ｂを堆積する。
なお、基板温度、真空度はこれに限るものではない。
次に、Ａｌ電極２９ａ、２９ｂに対して、レジスト塗布、露光、ドライエッチング、レジスト除去によるパターンニングプロセスの連続プロセスを行い、一対のＩＤＴ３０ａ、３０ｂを形成する。
こうして、表面弾性波素子２８を製造する。
【００３６】
得られた表面弾性波素子２８において、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖ_ｏｐｅｎから求めた音速は４０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}との差から求めたｋ^２は２５％であった。
ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を行わなかった場合、音速は４０００ｍ／ｓであっても得られたｋ^２は１０％程度であることから、十分大きなｋ^２値を得ることができた。
なお、成膜母材１７ａとして、ニオブ酸カリウムの代わりにニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムを用いても、Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂ_１−ｙＴａ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００３７】
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法によれば、汎用的な基板であるペロブスカイト型酸化物単結晶基板のＳｒＴｉＯ_３（１００）単結晶基板１３上にも、組成のずれが抑えられた単一相のＫＮｂＯ_３単結晶を斜方晶（１１０）配向で析出させることができ、表面モフォロジーに優れるＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０を得ることができる。また、このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０から、ｋ^２に優れた表面弾性波素子２８を作製することができる。
【００３８】
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図７から図１０を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態が上記第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態のＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０は、ＳｒＴｉＯ_３単結晶基板１３と初期層１４とからなる基板１１上にＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させて製造するようにしたのに対して、第２の実施形態では、シリコン（以下、Ｓｉ）単結晶基板３１ａとその上にエピタキシャル成長させたバッファ層３２とからなる基板３１上に、初期層１４を介してＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させ、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３を製造するようにした点である。
【００３９】
このＳｉ単結晶基板３１ａは、その熱膨張率が３．０×１０^−６（Ｋ^−１）であり、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２のｂ軸の熱膨張率０．５×１０^−６（Ｋ^−１）よりは大きいものの、ａ、ｃ軸の熱膨張率５．０×１０^−６（Ｋ^−１）、１４．１×１０^−６（Ｋ^−１）よりは小さいものとなっている。また基板表面は自然酸化膜で被膜されている。
バッファ層３２は、図７に示すように、第１バッファ層３４と、第１バッファ層３４上にエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５とから構成されている。
第１バッファ層３４は、イットリア安定化ジルコニア（以下、ＹＳＺ）からなる第１バッファ層３４ａと、第１バッファ層３４ａの上にエピタキシャル成長させたＣｅＯ_２からなる第１バッファ層３４ｂとから構成されている。
【００４０】
第１バッファ層３４ａ及び第１バッファ層３４ｂは、金属酸化物で構成される。この金属酸化物としては、ＮａＣｌ構造又はフルオライト構造の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉよりも熱力学的に酸素と結合しやすい金属を含む、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、若しくはこれらを含む固溶体のうち少なくとも１種、又はＹＳＺ、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、若しくはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。ここでは、第１バッファ層３４ａとして、ＹＳＺを立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させ、第１バッファ層３４ｂとして、ＣｅＯ_２を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させて構成するものとしている。
【００４１】
第２バッファ層３５は、層状ペロブスカイト型酸化物であるＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘを正方晶又は斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５ａと、第２バッファ層３５ａの上に単純ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ_３を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた第２バッファ層３５ｂとから構成されている。
ＫＮｂＯ_３単結晶層１２は、第２バッファ層３５の上にエピタキシャル成長したＫ、Ｎｂ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｏの何れかからなる初期層１４の上にエピタキシャル成長させた斜方晶（１１０）又は（００１）配向のＫＮｂＯ_３単結晶で構成される。
第１バッファ層３４を、ＭｇＯのようなＮａＣｌ構造の金属酸化物で作製する場合には、第２バッファ層３５として、ＳｒＴｉＯ_３のみを立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させても同様の効果を得ることができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３の製造方法について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、プラズマプルーム２４から基板３１上に堆積させたＫ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙの残液を蒸発させる蒸発工程と、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙからＫＮｂＯ_３単結晶を基板３１上に析出させる析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
【００４３】
Ｓｉ単結晶基板３１ａを有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。また、自然酸化膜を残した状態とするため、通常のＳｉ単結晶基板の代表的な洗浄方法であるＲＣＡ洗浄や弗酸洗浄といった自然酸化膜を除去する工程を行う必要はない。
【００４４】
次に、バッファ層３２を、ＰＬＤ法によって図２に示す成膜装置１５にて製膜する方法について説明する。
まず、第１バッファ層３４ａをＳｉ単結晶基板３１ａ上に製膜する。
脱脂洗浄したＳｉ単結晶基板３１ａを保持部１９に装填した後、プロセスチャンバ１６内へ導入して、１．３３×１０^−６Ｐａ（１×１０^−８Ｔｏｒｒ）まで減圧し、図示しない赤外線ランプを用いて１０℃／分で７００℃まで加熱昇温する。途中５００℃以上の温度領域で、自然酸化膜が一部ＳｉＯとして蒸発するために、真空度が１．３３×１０^−４Ｐａ（１×１０^−６Ｔｏｒｒ）まで上昇するが、７００℃では６．６５×１０^−５Ｐａ（５×１０^−７Ｔｏｒｒ）以下の一定値となる。なお、Ｓｉ単結晶基板３１ａ表面に新たな熱酸化膜を形成しない範囲内であれば、昇温速度、基板温度、圧力等の条件は、これに限るものではない。この時点では、図８（ａ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンに回析パターンが観測されないように、Ｓｉ単結晶基板３１ａ表面は自然酸化膜に覆われたままの状態になっている。
【００４５】
圧力が一定となった後、ＹＳＺからなる成膜母材１７ａを、Ｓｉ単結晶基板３１ａに対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、基板温度が６５０℃以上７５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−３Ｐａ（１×１０^−５Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材１７ａ表面にレーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ^２以上３Ｊ／ｃｍ^２以下、及びレーザー周波数が５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下となるエキシマ・レーザー・ビーム２３を照射する。
このとき、Ｙ、Ｚｒプラズマが選択的に基板に到達でき、基板上の自然酸化膜をＳｉＯとして除去しながらＹＳＺとしてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記の範囲に限らない。
ただし、条件によっては、ＹＳＺ第１バッファ層３４ａが形成されても、Ｓｉ単結晶基板３１ａとの界面に酸素が供給されて新しい酸化膜が形成される場合がある。
なお、ＺｒＯ_２が立方晶として固溶体を形成するのであれば、成膜母材１７ａのＹの代わりにＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの何れか１つの元素を添加してもよい。
【００４６】
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面にＹ、Ｚｒ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度７００℃、酸素分圧６．６５×１０^−３Ｐａ（５×１０^−５Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図７に示すようにＹＳＺ第１バッファ層３４ａを５ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｂ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにストリーク状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００４７】
続いて、第１バッファ層３４ｂの製膜を行う。
ＣｅＯ_２からなる成膜母材１７ｂがＳｉ単結晶基板３１ａと対向する位置となるように母材支持部１８を回転移動する。この成膜母材１７ｂの表面に、上述と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を照射する。このときの照射条件はＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材１７ｂ表面にＣｅ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｂから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度７００℃、酸素分圧６．６５×１０^−３Ｐａ（５×１０^−５Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図７に示すようにＣｅＯ_２第１バッファ層３４ｂを１０ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｃ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにスポット状の回析パターンが現れていることから確認できる。
ＣｅＯ_２としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記のものに限るものではない。また、ＣｅＯ_２が立方晶として固溶体を形成するのであれば、Ｐｒ又はＺｒを添加しても同様の効果が得られる。
【００４８】
次に、第２バッファ層３５ａの製膜を行う。
ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘからなる成膜母材１７ｃがＳｉ単結晶基板３１ａと対向する位置となるように母材支持部１８を回転移動する。この成膜母材１７ｃの表面に、上述と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を照射する。このときの照射条件は、基板温度が５５０℃以上６５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０^−１Ｔｏｒｒ）以下であること以外は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材１７ｃの表面にＹ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｃから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度６００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件で２分間照射して、図７に示すようにＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ第２バッファ層３５ａを２ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｄ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにストリーク状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００４９】
Ｙ、Ｂａ、Ｃｕプラズマが１：２：３の定比で基板に到達でき、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘとしてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限るものではない。また、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘの代わりに、Ｍ_２ＲｕＯ_４（ＭはＣａ、Ｓｒ，Ｂａの何れか１つの元素を示す。）、ＲＥ_２ＮｉＯ_４（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙの何れか一つの元素を示す。）とＮｉＯの固溶体、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち何れか一つの元素を示す。）、（Ｂｉ、ＲＥ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２（ＲＥ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）を用いても同様の効果が得られる。
【００５０】
そして、第２バッファ層３５ｂの製膜を行う。
ＳｒＴｉＯ_３からなる成膜母材１７ｄがＳｉ単結晶基板３１ａと対向する位置となるように母材支持部１８を回転移動する。この成膜母材１７ｄの表面に、ＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を照射する。このときの照射条件は、基板温度が５５０℃以上６５０℃以下、堆積時の酸素分圧が１．３３×１０^−１Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）以上１３．３Ｐａ（１×１０^−１Ｔｏｒｒ）以下であること以外は、ＹＳＺの場合と同様である。
ここでは、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件とする。
そして、成膜母材１７ｄの表面にＳｒ、Ｔｉ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｄから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度６００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件で３０分間照射して、図７に示すようにＳｒＴｉＯ_３第２バッファ層３５ｂを１００ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｅ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにスポット状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００５１】
Ｓｒ、Ｔｉプラズマが１：１の定比でＳｉ単結晶基板３１ａに到達でき、ＳｒＴｉＯ_３としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限るものではない。また、ＳｒＴｉＯ_３の代わりに、ＭＴｉＯ_３（ＭはＣａ、Ｂａのうち何れか一つの元素を示す。）、ＲＥＡｌＯ_３（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）、ＭＡｌＯ_３（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち何れか一つの元素を示す。）、ＲＥＧａＯ_３（ＲＥはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち何れか一つの元素を示す。）を用いても同様の効果が得られる。
【００５２】
成膜したバッファ層３２の上に、上述した第１の実施形態と同様の方法にて初期層１４を成膜する。ただし、第１の実施形態では、始めにＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層を５００℃で堆積した後に８００℃に昇温して初期層１４を得たが、ここでは、始めから８００℃で堆積しても同様の効果が得られる。
本実施形態では、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を成膜母材１７ｅに入射する。そして、成膜母材１７ｅの表面に、気相状態の原料となるＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｅから４０ｍｍ離れた位置に配設されたＳｉ単結晶基板３１ａに、基板温度８００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件で５分間照射して、図７に示すようにＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５を５ｎｍ堆積する。
なお、プラズマプルーム２４が、十分Ｓｉ単結晶基板３１ａに到達でき、初期層１４としてエピタキシャル成長できるのであれば、各条件は上記に限られるものではない。
【００５３】
次に、第１実施形態と同様、蒸発工程及び析出工程に移行する。
本実施形態では、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ｅの表面にＫ、Ｎｂ、Ｏからなるプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ｅから４０ｍｍ離れた位置に配設され、基板温度８００℃、酸素分圧１．３３Ｐａ（１×１０^−２Ｔｏｒｒ）の条件下にあるＳｉ単結晶基板３１ａに３６０分間照射して、図７に示すようにＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５ａを２００ｎｍ堆積する。
堆積直後のＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５ａに対し、第１の実施形態と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス供給の間に、初期層１４を結晶成長の核として固相部２６からＫＮｂＯ_３単結晶層１２を析出させ、残った液相部２７を蒸発させる。
こうして、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２を２００ｎｍエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長は、図８（ｆ）に示すＳｉ＜０１１＞方向からのＲＨＥＥＤパターンにスポット状の回析パターンが現れていることから確認できる。
【００５４】
こうして、図９に示すＸ線回析結果と合わせて、ＫＮｂＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、ＣｅＯ_２、ＹＳＺ、及びＳｉをそれぞれ斜方晶、立方晶、正方晶、立方晶、立方晶、及び立方晶で指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ_３（００１）／ＳｒＴｉＯ_３（１００）／ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ（００１）／ＣｅＯ_２（１００）／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）、面内方向にＫＮｂＯ_３＜１１０＞／／ＳｒＴｉＯ_３＜０１０＞／／ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ＜１００＞／／ＣｅＯ_２＜０１１＞／／ＹＳＺ＜０１１＞／／Ｓｉ＜０１１＞の方位関係を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３が得られることが確認できる。
ここで、ＫＮｂＯ_３が斜方晶（００１）配向となるのは、降温過程において熱膨張率の比較的小さなＳｉ単結晶基板３１ａから引張応力を受け、ａ、ｂ、ｃ、３つの軸のうち一番熱膨張率の小さなｂ軸が基板面内に配向するためである。
なお、プラズマプルーム２４が、十分Ｓｉ単結晶基板３１ａに到達でき、かつ液相部２７が残留しないように堆積速度と液相部２７との蒸発量バランスが取れるならば、各条件は上記に限られるものではない。
また、上述した析出工程において、成膜母材１７ｅをｘ＝０．６のＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙとしたが、当該酸素分圧下で０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲内であれば、同様のＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を得ることができる。
【００５５】
上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３上に、第１の実施形態と同様の方法で一対のＩＤＴ３０ａ、３０ｂを形成して、図１０に示す本実施形態に係る表面弾性波素子３６を製造する。
得られた表面弾性波素子３６において、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖ_ｏｐｅｎから求めた音速は５０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖ_ｓ _ｈｏｒｔとの差から求めたｋ^２は、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３が（００１）配向であるため３５％と、第１の実施形態で得られる表面弾性波素子２８よりも高い値であった。
なお、成膜母材１７ａとして、ニオブ酸カリウムの代わりにニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムを用いても、Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂ_１−ｙＴａ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００５６】
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法によれば、Ｓｉ単結晶基板３１ａ上にバッファ層３２を形成することによって、安価なＳｉ単結晶基板３１ａを使用してＫＮｂＯ_３単結晶を析出して、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３を得ることができる。また、ＫＮｂＯ_３単結晶を斜方晶（００１）配向で析出させるので、このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜３３から、ｋ^２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子３６を作製することができる。
【００５７】
次に、本発明に係る第３の実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第３の実施形態が上記第２の実施形態と異なる点は、第２の実施形態では、Ｓｉ単結晶基板３１ａ上にバッファ層３２を作製し、ＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させるようにしたのに対して、第３の実施形態では、水晶基板（基板本体）４０上にバッファ層３２を作製した上にＫＮｂＯ_３単結晶をエピタキシャル成長させるようにした点である。
【００５８】
本実施形態に係るＫＮｂＯ_３単結晶薄膜４１は、図１１に示すように、基板４２と、その上にエピタキシャル成長させたＫＮｂＯ_３単結晶層１２とから構成されている。
基板４２は、水晶基板４０と、この水晶基板４０上に形成されたバッファ層３２とから構成されている。
水晶基板４０の構成材料は、水晶以外の石英、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンの何れかの材料であってもよく、多結晶ＹＳＺ基板のようなセラミックスや、ガラス基板のようなアモルファスであってもよい。また、ペロブスカイト型酸化物がエピタキシャル成長できないような結晶構造を有していても良い。ここでは、汎用的であり、表面弾性波素子用基板として重要な水晶としている。水晶基板４０は、その熱膨張率が０．５×１０^−６（Ｋ^−１）であり、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２のｂ軸の熱膨張率０．５×１０^−６（Ｋ^−１）と同程度であるものの、ａ、ｃ軸の熱膨張率５．０×１０^−６（Ｋ^−１）、１４．１×１０^−６（Ｋ^−１）よりは小さいものとなっている。
【００５９】
バッファ層３２は、第１バッファ層３４と、この第１バッファ層３４上に立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた単純ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＴｉＯ_３からなる第２バッファ層３５とから構成されている。
第１バッファ層３４は、金属酸化物で構成される。この金属酸化物としては、ＮａＣｌ構造又はフルオライト構造の金属酸化物が挙げられる。これらの中でも、Ｓｉよりも熱力学的に酸素と結合しやすい金属を含む、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、若しくはこれらを含む固溶体のうち少なくとも１種、又はＹＳＺ、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、若しくはこれらを含む固溶体のうちの少なくとも１種を用いるのが好ましい。さらに面内配向方向は、基板面の結晶方位とは無関係であって構わない。
【００６０】
本実施形態の第１バッファ層３４は、ＮａＣｌ型酸化物であり立方晶（１００）で面内配向成長したＭｇＯで構成されている。
なお、第１バッファ層３４にＹＳＺ或いはＹＳＺ／ＣｅＯ_２のようなフルオライト型酸化物を用いる場合には、以下に示す構造のものをエピタキシャル成長させて使用する。
すなわち、第２バッファ層３５として、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘなどの層状ペロブスカイト構造の金属酸化物を、正方晶又は斜方晶（００１）配向でエピタキシャル成長させ、さらにその上に、ＳｒＴｉＯ_３を立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長させた構成とする。
ＫＮｂＯ_３単結晶層１２は、ＫＮｂＯ_３単結晶が、斜方晶（１１０）又は（００１）配向で構成されている。
【００６１】
次に、上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜４１の製造方法について、以下、工程を追って説明する。
本実施形態においても、上述の実施形態と同様に、プラズマプルーム２４から基板４２上に堆積させたＫ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙの残液を蒸発させる蒸発工程と、Ｋ_ｘＮｂ_１−ｘＯ_ｙからＫＮｂＯ_３単結晶を基板４２上に析出させる析出工程とを備えている。
以下、製造方法を順に説明する。
まず、水晶基板４０を有機溶媒に浸漬し超音波洗浄機を用いて脱脂洗浄を行う。有機溶媒としては、例えばエチルアルコールとアセトンが１：１で混合された混合液を使用することができるが、これに限るものではない。
【００６２】
続いて、水晶基板４０上にバッファ層３２を図２に示す成膜装置１５にて製膜する。
まず、第１バッファ層３２を水晶基板４０上に製膜する。
脱脂洗浄した水晶基板４０を保持部１９に装填した後、プロセスチャンバ１６内へ導入し、アルゴン：酸素＝１００：１の分圧比で１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）の圧力となるよう混合ガスを導入する。
なお、圧力条件は、これに限るものではない。
【００６３】
圧力が一定となった後、Ｍｇ又はＭｇＯからなる成膜母材１７ａを水晶基板４０に対向し互いの距離が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下となるように配設する。そして、堆積時の圧力が１．３３×１０^−３Ｐａ（１×１０^−５Ｔｏｒｒ）以上１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）以下の条件で、成膜母材１７ａの表面に、レーザーエネルギー密度が２Ｊ／ｃｍ^２以上３Ｊ／ｃｍ^２以下、レーザー周波数が５Ｈｚ以上１５Ｈｚ以下となるエキシマレーザーを照射する。
なお、ＭｇＯとして面内配向成長できるのであれば、各条件はこれに限るものではない。
【００６４】
ここでは、Ｍｇの成膜母材１７ａに、レーザーエネルギー密度２．５Ｊ／ｃｍ^２、レーザー周波数１０Ｈｚ、パルス長１０ｎｓの条件でＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス光を入射する。そして、成膜母材１７ａの表面にＭｇのプラズマプルーム２４を発生させる。このプラズマプルーム２４を成膜母材１７ａから４０ｍｍ離れた位置に配設された水晶基板４０に、圧力１．３３×１０^−２Ｐａ（１×１０^−４Ｔｏｒｒ）の条件で１０分間照射して、図１１に示すようにＭｇＯ第１バッファ層３４を１０ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００６５】
このとき、水晶基板４０の表面における法線方向と４５度をなす方向から、アルゴンイオンビームを基板上に照射する。ここで、イオンビームソース源としては、Ｋａｕｆｆｍａｎｎイオンソースが好ましく、イオンビームの加速電圧は２００ｅＶ程度、電流を１０ｍＡ程度とするのが好ましい。
基板温度は、特にヒータ等による温度制御をするものではないが、アルゴンイオンビームの衝撃により基板温度は５０〜７０℃に上昇する。
【００６６】
ＭｇＯ第１バッファ層３４を堆積した後、第２の実施形態と同様の方法にて、ＳｒＴｉＯ_３第２バッファ層３５を１００ｎｍエピタキシャル成長させて、基板４２を得る。
成膜したバッファ層３２の上に、上述した第２の実施形態と同様の方法にて初期層１４を５ｎｍ堆積させる。
同様に蒸発工程及び析出工程に移行して、初期層１４の上にＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５ａを２００ｎｍ堆積する。
堆積直後のＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙ層２５ａに対し、第１の実施形態と同様にＫｒＦエキシマ・レーザー・ビーム２３のパルス供給の間に、初期層１４を結晶成長の核として固相部２６からＫＮｂＯ_３単結晶層１２を析出させ、残った液相部２７を蒸発させる。
こうして、ＫＮｂＯ_３単結晶層１２を２００ｎｍエピタキシャル成長させる。
【００６７】
こうして、ＫＮｂＯ_３及びＳｒＴｉＯ_３をそれぞれ斜方晶及び立方晶で指数表示した場合、膜面に垂直方向にＫＮｂＯ_３（００１）／ＳｒＴｉＯ_３（１００）／ＭｇＯ（１００）、面内方向にＫＮｂＯ_３＜１１０＞／／ＳｒＴｉＯ_３＜０１０＞／／ＭｇＯ＜０１０＞の方位関係を有するＫＮｂＯ_３単結晶薄膜４１を製膜する。
ここで、ＫＮｂＯ_３が斜方晶（００１）配向となるのは、降温過程において熱膨張率の比較的小さな水晶基板４０から引張応力を受け、ａ、ｂ、ｃ、３つの軸のうち一番熱膨張率の小さなｂ軸が基板面内に配向するためである。
なお、プラズマプルーム２４が、十分水晶基板４０に到達でき、かつ液相部２７が残留しないように堆積速度と液相部２７との蒸発量バランスが取れるならば、各条件は上記に限られるものではない。
また、上述した析出工程において、成膜母材１７ａをｘ＝０．６のＫ_０．６Ｎｂ_０．４Ｏ_ｙとしたが、当該酸素分圧下で０．５≦ｘ≦ｘ_Ｅの範囲内であれば、同様のＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を得ることができる。
【００６８】
上述したＫＮｂＯ_３単結晶薄膜４１上に、第２の実施形態と同様の方法で一対のＩＤＴ３０ａ、３０ｂを形成して、図１２に示す本実施形態に係る表面弾性波素子４３を製造する。
得られた表面弾性波素子４３において、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を伝播する表面弾性波の遅延時間Ｖ_ｏｐｅｎから求めた音速は３０００ｍ／ｓであった。また、ＩＤＴ３０ａ、３０ｂ間を金属薄膜で覆った場合の表面弾性波の遅延時間Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}との差から求めたｋ^２は、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜４１が（００１）配向であるため３５％と、本実施形態においても第１の実施形態で得られる表面弾性波素子２８より高い値であった。
なお、成膜母材１７ａとして、ニオブ酸カリウムの代わりにニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムを用いても、Ｋ_１−ｘＮａ_ｘＮｂ_１−ｙＴａ_ｙＯ_３（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる固溶体薄膜が同様に得られる。
【００６９】
このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜の製造方法によれば、表面弾性波素子に好適で安価な石英、水晶、ＳｉＯ_２被覆シリコン、ダイヤモンド被覆シリコンなどの任意の材料からなる基板上にも、バッファ層３２を形成することによってＫＮｂＯ_３単結晶を析出してＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を得ることができる。また、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜を斜方晶（００１）配向で析出させるので、このＫＮｂＯ_３単結晶薄膜４１から、ｋ^２が最大約５０％と優れた表面弾性波素子４３を作製することができる。
【００７０】
次に、本発明に係る表面弾性波素子が設けられた周波数フィルタについて説明する。
図１３に示す周波数フィルタ６０は、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つからなる表面弾性波素子６１と、表面弾性波素子６１の表面を伝播する表面弾性波を吸収する一対の吸音部６２ａ、６２ｂとを備えている。
表面弾性波素子６１の上面には、一対のＩＤＴ６３ａ、６３ｂが形成されている。このＩＤＴ電極６３ａ、６３ｂは、Ａｌ又はＡｌ合金で構成され、厚さがＩＤＴピッチの１００分の１程度に設定されている。
ＩＤＴ電極６３ａには、高周波信号源６４が接続されており、ＩＤＴ６３ｂには、端部に端子６５ａ、６５ｂとを備える信号線６５が接続されている。
吸音部６２ａ、６２ｂは、ＩＤＴ６３ａ、６３ｂを挟み込むように形成されている。
【００７１】
周波数フィルタ６０においては、高周波数信号源６４から高周波信号を出力するとＩＤＴ６３ａに印加して、表面弾性波素子６１の上面に表面弾性波が発生する。この表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度で表面弾性波素子６１上面を伝播する。この表面弾性波のうち、ＩＤＴ６３ａから吸音部６２ａ側へ伝播した表面弾性波は、吸音部６２ａで吸収される。しかし、ＩＤＴ６３ｂ側に伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ６３ｂの配線ピッチ等に応じて定まる特定の周波数、又は特定の帯域における周波数を有する表面弾性波は電気信号に変換される。残りの大部分は、ＩＤＴ６３ｂを通過して吸音部６２ｂに吸収される。
【００７２】
この周波数フィルタ６０によれば、ＩＤＴ６３ａに供給した電気信号のうち、特定の周波数、又は、特定の帯域における周波数を有する表面弾性波のみを高効率で得る（フィルタリング）ことができる。
【００７３】
図１４に示す周波数発振器７０は、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つからなる表面弾性波素子７１を備えている。
表面弾性波素子７１の上面には、ＩＤＴ７２と、このＩＤＴ７２を挟み込んで一対のＩＤＴ７３ａ、７３ｂが形成されている。これらのＩＤＴ７２、７３ａ、７３ｂは、Ａｌ又はＡｌ合金で構成され、厚さがＩＤＴピッチの１００分の１程度に設定されている。
ＩＤＴ７２は、さらに、一対の櫛歯状電極７２ａ、７２ｂを備えている。一方の櫛歯状電極７２ａには、高周波信号源７４が接続されており、他方の櫛歯状電極７２ｂには端子７５ａ、７５ｂを有する信号線７６が接続されている。
【００７４】
この周波数発振器７０において、高周波信号源７４から高周波信号を出力すると、この周波数信号は、櫛歯状電極７２ａに印加され、表面弾性波素子７１の上面にＩＤＴ７３ａ側に伝播する表面弾性波、及びＩＤＴ７３ｂ側に伝播する表面弾性波を発生させる。この表面弾性波は、約４０００ｍ／ｓ程度の速度である。これらの表面弾性波のうちの特定の周波数成分の表面弾性波が、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂそれぞれで反射され、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂの間に定在波が発生する。この定在波のうち、特定の周波数成分が共振して振幅が増大する。
この周波数成分、又は、特定の帯域における周波数成分を有する表面弾性波の一部が、櫛歯状電極７２ｂから取り出されて、ＩＤＴ７３ａ、７３ｂの共振周波数に応じた周波数（又は、ある程度の帯域を有する周波数）の電気信号が端子７５ａ、７５ｂから取り出される。
【００７５】
図１５に、この周波数発振器７０をＶＣＳＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＳＡＷＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御ＳＡＷ発振器）８０に応用した一例を示す。このＶＣＳＯ８０は、金属製（アルミニウム、又はステンレススチール製）の筐体８１内部に実装されている。ＶＣＳＯ８０は、ＳＡＷ基板８２上に、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）８３と周波数発振器８４とが実装されている。ＩＣ８３は、図示しない外部回路から入力した電圧値に応じて、周波数発振器８４に印加する周波数を制御するものである。
周波数発振器８４が具備する表面弾性波素子８５上には、ＩＤＴ８６ａ、８６ｂ、８６ｃが形成されている。ＳＡＷ基板８２上には、ＩＣ８３と周波数発振器８４とを電気的に接続するための配線８７がパターンニングされている。ＩＣ８３及び配線８７が金線等のワイヤ線８８ａ、８８ｂによって接続されて電気的にも接続される。
【００７６】
このＶＣＳＯ８０は、例えば、図１６に示すＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路９０のＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）９１として用いられる。ＰＬＬ回路９０は、入力端子９２、位相比較器９３、低減フィルタ９４、増幅器９５とを他に備えている。
位相比較器９３は、入力端子９２から入力される信号の位相（又は周波数）とを比較し、その差に応じて値が設定される誤差電圧信号を出力する。低減フィルタ９４は、位相比較器９３から出力される誤差電圧信号の位置の低周波数成分のみを通過させ、増幅器９５は、低減フィルタ９４から出力される信号を増幅する。ＶＣＯ９１は、入力される電圧値に応じてある範囲で連続的に発振周波数が変化する発振回路である。
【００７７】
このＰＬＬ回路９０は、入力端子９２から入力される位相（又は周波数）との差が減少するように動作する。すなわち、ＶＣＯ９１から出力される信号の周波数が入力端子９２から入力される信号の周波数に同期すると、その後は、一定の位相差を除いて入力端子９２から入力する信号に一致し、入力信号の変化に追従する信号を出力する。
この周波数発振器７０によれば、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つを備えているので、小型で安価であるとともに、広帯域の信号に対応できる高機能なフィルタ特性を得ることができる。
【００７８】
次に、周波数フィルタ６０及び周波数発振器７０が具備され、図１７に示す電気的構成を有する電子回路１００について説明する。この電子回路１００は、例えば、図１８に示す携帯電話機（電子機器）１０１の内部に設けられている。この携帯電話機１０１は、液晶表示部１０２、及び操作釦１０３とを備えている。電子回路１００は、送話器１０４、送信信号処理回路１０５、送信ミキサ１０６、送信フィルタ１０７、送信電力増幅器１０８、送受分波器１０９、アンテナ１１０、低雑音増幅器１１１、受信フィルタ１１２、受信ミキサ１１３、受信信号処理回路１１４、受話器１１５、周波数シンセザイザ１１６、制御回路１１７、及び入力／表示回路１１８とを備えている。
【００７９】
送話器１０４は、音声等の音波信号を電波信号に変換するマイクロフォン等であり、送信信号処理回路１０５は、送話器１０４から出力される電気信号に対して、Ｄ／Ａ変換処理、変調処理等の処理を行っている。送信ミキサ１０６は、周波数シンセサイザ１１６から出力される信号を用いて送信信号処理回路１０５から出力される信号をミキシングする。送信フィルタ１０７は、図１３に示す周波数フィルタ６０であり、中間周波数（ＩＦ）のうち必要となる周波数を有する信号のみを通過させ、不要となる周波数の信号をカットする。通過した信号は、図示しない変換回路によってＲＦ信号に変換される。送信電力増幅器１０８は、ＲＦ信号の電力を増幅し、送受分波器１０９へ出力する。
送受分波器１０９は、増幅されたＲＦ信号をアンテナ１１０から電波の形で送信する。また、アンテナ１１０から受信した受信信号を分波して、低雑音増幅器１１１へ出力する。
【００８０】
低雑音増幅器１１１は、入力された信号を増幅して図示しない変換回路に出力し、変換回路は、この信号をＩＦに変換する。受信フィルタ１１２は、図１３に示す周波数フィルタ６０であって、ＩＦのうち必要となる周波数を有する信号のみを通過させ、不要となる信号をカットする。
受信ミキサ１１３は、周波数シンセサイザ１１６から出力される信号を用いて受信フィルタ１１２から出力される信号をミキシングする。
受信信号処理回路１１４は、受信ミキサ１１３から出力される電気信号に対して、Ｄ／Ａ変換処理、復調処理等の処理を行っている。
受話器１１５は、電波信号を音声等の音波信号に変換する小型スピーカ等で構成されている。
【００８１】
周波数シンセサイザ１１６は、上述した図１６に示すＰＬＬ回路９０を備え、ＰＬＬ回路９０から出力する信号を分周して送信ミキサ１０６及び受信ミキサ１１３に供給する信号を生成し、一部をさらに分周して受信ミキサ１１３へ供給する信号を生成する。これらの信号は、送信フィルタ１０７及び受信フィルタ１１２で個別に設定されている。
入力／表示回路１１８は、携帯電話機１０１の使用者に対して機器の状態を表示したり、使用者の指示を入力するためのものであり、図１８に示す液晶表示部１０２及び操作釦１０３に相当する。
制御回路１１７は、上記の送信信号処理回路１０５、受信信号処理回路１１４、周波数シンセサイザ１１６、及び入力／表示回路１１８を制御することによって、携帯電話機１０１の全体動作を制御する。
この電子回路１００及び携帯電話機１０１によれば、ＫＮｂＯ_３単結晶薄膜１０、３３、４１の何れか一つを備えているので、小型化、広帯域化、省電力化を向上することができる。
【００８２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では電子機器として携帯電話機１０１とし、電子回路として携帯電話機１０１内に設けられた電子回路１００としたが、本発明は、携帯電話機に限られるものではなく、種々の移動体通信機器及びその内部に設けられる電子機器に適用することができる。
【００８３】
さらに、移動体通信機器のみならずＢＳ（ＢｒｏａｄｃａｓｔＳａｔｅｌｌｉｔｅ）及びＣＳ（ＣｏｍｍｅｒｃｉａｌＳａｔｅｌｌｉｔｅ）放送を受信するチューナ等の据置状態で使用される通信機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。また、通信キャリアとして空中を伝播する電波を使用する通信機器のみならず、同軸ケーブル中を伝播する高周波信号、又は光ケーブル中を伝播する光信号を用いるＨＵＢ等の電子機器及びその内部に設けられる電子回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態におけるＫＮｂＯ_３薄膜の断面図である。
【図２】第１の実施形態における成膜装置を示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態にて観察されるＲＨＥＥＤパターン写真である。
【図４】第１の実施形態にて得られた薄膜表面の走査型電子顕微鏡写真。
【図５】第１の実施形態にて得られた薄膜表面のＸ線回析パターン結果。
【図６】第１の実施形態における表面弾性波素子の断面を示す図である。
【図７】第２の実施形態におけるＫＮｂＯ_３薄膜の断面を示す図である。
【図８】第２の実施形態にて観察されるＲＨＥＥＤパターン写真である。
【図９】第２の実施形態にて得られた薄膜表面のＸ線回析パターン結果。
【図１０】第２の実施形態における表面弾性波素子の断面を示す図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＫＮｂＯ_３薄膜の断面を示す図である。
【図１２】第３の実施形態における表面弾性波素子の断面図である。
【図１３】本発明の実施形態における周波数フィルタの斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態における周波数発振器を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施形態における周波数発振器を示す斜視図である。
【図１６】本発明の実施形態のＰＬＬ回路を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態における電子回路を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態における携帯電話機を示す斜視図である。
【図１９】Ｋ_２Ｏ−Ｎｂ_２Ｏ_５の二元系状態図である。
【図２０】ＫＮｂＯ_３の組成比と温度との関係を示す状態図である。
【符号の説明】
１０、３３、４１ニオブ酸カリウム単結晶薄膜、１１、３１、４２基板、１２ニオブ酸カリウム単結晶層（ニオブ酸カリウム単結晶）、１３チタン酸ストロンチウム単結晶基板（基板）、２４プラズマプルーム（原料）、２６固相部、２７液相部、２８、３６、４３、６１、７１、８５表面弾性波素子、３１ａシリコン単結晶基板（基板）、３２バッファ層、３４第１バッファ層、３５第２バッファ層、４０水晶基板（基板本体）、６０周波数フィルタ、７０、８４周波数発振器、１００電子回路、１０１携帯電話機（電子機器）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a potassium niobate single crystal thin film, a surface acoustic wave device, a frequency filter, a frequency oscillator, an electronic circuit, and an electronic device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art With the remarkable development of a communication field centering on mobile communication such as a mobile phone, a demand for a surface acoustic wave element used for the communication field is rapidly expanding. As with mobile phones and the like, the direction of development of surface acoustic wave devices is in the direction of miniaturization, high efficiency, and high frequency, and therefore, a larger electromechanical coupling coefficient (hereinafter, k²), A larger surface acoustic wave propagation velocity is required. For example, when used as a high-frequency filter, a high k²Is desired. In order to increase the resonance frequency, there is a limit in a design rule for forming a pitch of an inter-digital electrode (hereinafter, referred to as IDT). Therefore, a material having a higher sound speed is desired. Further, in order to obtain a stable characteristic in the operating temperature range, it is necessary that the center frequency temperature coefficient (TCF) be small.
[0003]
Conventionally, a structure in which an IDT is mainly formed on a piezoelectric single crystal has been used for a surface acoustic wave device. Typical examples of the piezoelectric single crystal include quartz and lithium niobate (hereinafter, LiNbO).₃), Lithium tantalate (hereinafter, LiTaO)₃). For example, in the case of an RF filter that is required to have a wide band and a low loss in the pass band, k²Large LiNbO₃Is used. On the other hand, in the case of an IF filter requiring stable temperature characteristics even in a narrow band, a crystal having a small TCF is used. Furthermore, k²And TCF are each LiNbO₃LiTaO between crystal and crystal₃Plays an intermediate role. Where k²Largest LiNbO₃But k²It was about 20%.
[0004]
Recently, potassium niobate (KNbO)₃(A = 0.5695 nm, b = 0.5721 nm, c = 0.3973 nm, hereinafter referred to as an orthorhombic crystal according to the present index).²Was found. 0 ° Y cut X propagation (hereinafter, 0 ° YX) KNbO₃The single crystal plate is k²= 53%, which was predicted by calculation (for example, see Non-Patent Document 1). In addition, 0 ° Y-XKNbO₃The single crystal plate is k²It was also confirmed in experiments that a large value of ５０50% was obtained, and the rotation Y-XKNbO from 45 ° to 75 ° was shown.₃It has been reported that the oscillation frequency of a filter using a single crystal plate shows zero temperature characteristics near room temperature (for example, see Non-Patent Document 2). These single crystal plates are used as surface acoustic wave substrates (for example, see Patent Document 1).
[0005]
In a surface acoustic wave device using a piezoelectric single crystal substrate, k²The characteristics such as the temperature coefficient, the sound velocity, and the like are values unique to the material, and are determined by the cut angle and the propagation direction. 0 ° Y-XKNbO₃Single crystal plate is k², But the rotation Y-XKNbO from 45 ° to 75 °₃Zero temperature characteristics such as a single crystal plate are not shown near room temperature. In addition, strontium titanate (hereinafter, SrTiO.sub.2), which is a perovskite oxide having the same propagation speed, is used.₃) And calcium titanate (hereinafter referred to as CaTiO₃Slower than). Thus, KNbO₃Using only a single crystal plate, high sound speed and high k²However, all of the zero temperature characteristics cannot be satisfied.
[0006]
Therefore, a piezoelectric thin film is deposited on some kind of substrate, and its thickness is controlled so that the sound velocity and k²It is expected to improve temperature characteristics. A zinc oxide (ZnO) thin film formed on a sapphire substrate (for example, see Non-Patent Document 3); LiNbO₃One in which a thin film is formed (for example, see Non-Patent Document 4) and the like. Therefore, KNbO₃Also, it is expected that all the characteristics can be improved by forming a thin film on the substrate.
[0007]
Here, as the piezoelectric thin film, its k²In order to obtain the temperature characteristics, it is desirable to orient in an optimal direction, and to minimize the loss due to the leaky wave propagation, it is desirable that the epitaxial film is a flat and dense epitaxial film. Where k²~ 50% Y-XKNbO₃The thin film corresponds to pseudo-cubic (100) and k²-10% of 90 ° Y-XKNbO₃The thin film corresponds to pseudo cubic (110). Therefore, for example, SrTiO₃By using a (100) or (110) single crystal substrate, k²~ 50% Y-XKNbO₃Thin film or k²-10% of 90 ° Y-XKNbO₃A thin film can be obtained.
[0008]
KNbO by a general thin film forming method such as a conventional gas phase method or sol-gel method₃When a thin film is formed, the saturated vapor pressure of K is significantly higher than that of Nb, so that K is more likely to evaporate than Nb, and the composition of the thin film after fabrication is on the Nb excess side compared to the starting composition. Shift. In order to compensate for this composition deviation, a target in which K has been previously made excessive has been used (for example, see Non-Patent Document 5).
However, as shown in FIG.₂O-Nb₂O₅(See, for example, Non-Patent Document 6), the KNbO₃3K on the K excess composition side of₂O ・ Nb₂O₅The compound is present and KNbO₃And 3K₂O ・ Nb₂O₅When the eutectic temperature of 845 ° C or lower, KNbO₃And 3K₂O ・ Nb₂O₅Coexist as a solid phase, and KNbO₃2K on the Nb excess composition side of₂O.3Nb₂O₅The compound is present and KNbO₃Below 1039 ° C, the melting point of KNbO₃And 2K₂O.3Nb₂O₅Coexist as a solid phase. Therefore, in the case of manufacturing by the gas phase method, if the starting material ablated by the laser does not exactly have the composition of K: Nb = 50: 50 when it reaches the substrate, even if it shifts to the K excess side, the Nb excess Even if it shifts to the side, the formed thin film contains a hetero phase, and a single phase cannot be obtained.
[0009]
On the other hand, KNbO₃In the case of a bulk single crystal, a large single crystal is obtained by pulling with a seed crystal from a liquid phase having a K excess composition slightly higher than K: Nb = 50: 50 by a Top Seed Solution Growth (TSSG) method or the like. (For example, see Non-Patent Document 7). In this case, K shown in FIG.₂O-Nb₂O₅In the binary system diagram, K₂O: Nb₂O₅= K from 50:50₂O: Nb₂O₅= 65:35 starting material with KNbO₃And 3K₂O ・ Nb₂O₅KNbO present above eutectic temperature of 845 ° C₃And a liquid phase. That is, in FIG.₁Of the starting material having the liquidus temperature T₁From the crystal growth temperature T₂When cooled to KNbO₃Is precipitated, and the liquid phase is T₂Where C is the liquidus temperature₂Up to K side. The crystal growth rate at this time is C₁-C₂The larger the value, the faster it is.₃KNbO is slightly more than KNbO₃Of a composition close to KNbO₃And 3K₂O ・ Nb₂O₅Is cooled to about 845 ° C. However, the above behavior is in the atmosphere, and the KNbO₃This is for growing a bulk single crystal.
[0010]
On the other hand, a method has been developed in which a crystal growth process of depositing a single crystal from a liquid phase in the air by the TSSG method is applied to a thin film production process by a gas phase method under reduced pressure. The Tri-Phase-Epitaxy method is one of such methods, in which a gas-phase raw material is deposited on a substrate maintained at a temperature in a solid-liquid coexistence region, and a solid phase is precipitated from a liquid phase.₂Cu₃O_xLiquid phase BaCuO after growing single crystal thin film on material₂-An application example in which only a CuO residue is selectively etched to obtain a single crystal thin film has been reported (for example, see Non-Patent Document 8).
[0011]
[Non-patent document 1]
Electron. Lett. , Vol. 33 (1997) 193
[Non-patent document 2]
Jpn. J. Appl. Phys. , Vol. 37 (1998) 2929
[Non-Patent Document 3]
Jpn. J. Appl. Phys. , Vol. 32 (1993) 2337
[Non-patent document 4]
Jpn. J. Appl. Phys. , Vol. 32 (1993) L745
[Non-Patent Document 5]
Appl. Phys. Lett. Vol. 68 (1996) 1488
[Non-Patent Document 6]
J. Am. Chem. Soc. Vol. 77 (1955) 2117
[Non-Patent Document 7]
J. Crystal Growth Vol. 78 (1986) 431
[Non-Patent Document 8]
Appl. Phys. Lett. Vol. 80 (2002) 61
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional Tri-Phase-Epitaxy method is different from the KNbO method.₃Even if it is applied to the manufacturing method of single crystal thin film as it is, KNbO₃Liquid phase 3K after growing single crystal thin film₂O ・ Nb₂O₅It was not possible to selectively etch only the residue. Therefore, a liquid phase remained on the single crystal surface, and a thin film having excellent surface morphology could not be obtained.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has excellent surface morphology and high quality of single-phase KNbO on various single-crystal substrates.₃By providing a method for producing a single crystal thin film and a thin film obtained by this method, k²It is an object of the present invention to provide a surface acoustic wave device, a frequency filter, a frequency oscillator, an electronic circuit, and an electronic device which are high in frequency, excellent in a wide band, miniaturized, and save power.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means to solve the above problems.
The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to the present invention is a method for producing a potassium niobate single crystal thin film by a gas phase method.₂O ・ Nb₂O₅The temperature and molar composition ratio at the eutectic point E with_E, X_E(X is K_xNb_1-xO_yThe molar ratio of potassium (K) to niobium (Nb) when expressed on the substrate, and the x immediately after being deposited on the substrate is 0.5 ≦ x ≦ x_EThe raw material in a gaseous state is supplied to the substrate so as to be within the range of the above, and the complete melting temperature at the oxygen partial pressure and the x is set to T._m, The temperature T of the substrate_sTo T_E≤T_s≤T_mThe precipitation step of depositing a potassium niobate single crystal while maintaining the above range, and the above K wherein the solid phase portion and the liquid phase portion coexist._xNb_1-xO_yAnd an evaporating step of evaporating the liquid phase portion.
In the present invention, it is preferable that the evaporation step and the deposition step are repeated to continuously grow a single-phase potassium niobate single-crystal thin film.
According to this method, the solid phase portion and the liquid phase portion deposited on the substrate coexist._xNb_1-xO_yAfter the potassium niobate single crystal is precipitated from, the residual liquid having a composition deviation is evaporated, so that a single-layer potassium niobate single crystal with a reduced composition deviation can be deposited. Thereby, a potassium niobate single crystal thin film having excellent surface morphology can be obtained, and by using such a potassium niobate single crystal thin film, k²Thus, a surface acoustic wave device having excellent characteristics can be manufactured.
[0014]
In the present invention, it is preferable that a substrate having a crystal axis oriented in both a vertical direction and an in-plane direction on the surface of the substrate is used as the substrate, and the single crystal is epitaxially grown on the substrate.
According to this method, a potassium niobate single crystal thin film having a uniform orientation direction over the entire thin film can be obtained using the substrate as a seed crystal.²Thus, a surface acoustic wave device having excellent characteristics can be manufactured.
[0015]
In the present invention, a substrate having a thermal expansion coefficient larger than that of potassium niobate and having a perovskite structure pseudo-cubic unit cell having a (100) orientation and an in-plane orientation over the entire substrate surface is used. Is preferred.
Further, it is preferable to use a strontium titanate (100) single crystal substrate as the substrate.
According to this method, a potassium niobate single crystal can be deposited on the substrate in an orthorhombic (110) orientation. Further, a potassium niobate single crystal thin film having good surface morphology can be obtained using a strontium titanate (100) single crystal substrate which is a general-purpose perovskite oxide single crystal substrate.²The maximum surface acoustic wave element of about 30% can be manufactured.
[0016]
In the present invention, a substrate having a thermal expansion coefficient smaller than that of potassium niobate and having a perovskite structure pseudo cubic unit cell having a (100) orientation and an in-plane orientation over the entire substrate surface is used. It is characterized by.
Further, it is preferable to use a substrate composed of a silicon single crystal substrate and a buffer layer epitaxially grown on the silicon single crystal substrate.
According to this method, a potassium niobate single crystal epitaxially grown on a substrate can be deposited in an orthorhombic (001) orientation, and niobium obtained on a silicon single crystal substrate, which is an inexpensive single crystal substrate, can be obtained. From the potassium phosphate single crystal thin film,²The maximum surface acoustic wave element of about 50% can be manufactured.
[0017]
In the present invention, a first buffer layer composed of a NaCl-type oxide and a second buffer layer composed of a simple perovskite-type oxide epitaxially grown on the first buffer layer are formed as the buffer layer. It is characterized by doing.
Further, as the buffer layer, a first buffer layer composed of a fluorite-type oxide, a layered perovskite-type oxide epitaxially grown on the first buffer layer, and an epitaxial growth on the layered perovskite-type oxide A second buffer layer made of a simple perovskite oxide;
According to this method, since a buffer layer suitable for both is formed between the silicon single crystal and the potassium niobate single crystal, the potassium niobate single crystal can be formed on a silicon single crystal substrate which is an inexpensive single crystal substrate. Can be formed, and from the potassium niobate single crystal thin film,²An excellent surface acoustic wave element having a value closer to the theoretical value of about 50% can be obtained.
[0018]
In the present invention, as the substrate, quartz, quartz, SiO₂A substrate composed of any material of coated silicon and diamond-coated silicon and a buffer layer formed on the substrate main body are used. As the buffer layer, the substrate surface is provided on the substrate. A first buffer layer grown in-plane and irrespective of the crystal orientation of the first buffer layer, and a second buffer layer made of an oxide epitaxially grown on the first buffer layer are produced by a vapor phase method involving ion beam irradiation. It is characterized by doing.
According to this method, quartz, quartz, SiO₂A high-quality potassium niobate single crystal thin film can also be formed on a substrate made of a material such as coated silicon or diamond-coated silicon.²The maximum surface acoustic wave element of about 50% can be obtained.
[0019]
The present invention is characterized in that the first buffer layer is made of a NaCl-type oxide, and the second buffer layer is made of a simple perovskite-type oxide.
Further, the first buffer layer is formed of a fluorite-type oxide, and the second buffer layer is formed of a layered perovskite-type oxide and a simple perovskite-type oxide epitaxially grown on the layered perovskite-type oxide. It is characterized by the following.
According to this method, inexpensive quartz, quartz, SiO₂A high-quality potassium niobate single crystal thin film can be formed on a substrate of any material such as coated silicon and diamond-coated silicon.²An excellent surface acoustic wave element having a value closer to the theoretical value of about 50% can be obtained.
[0020]
A surface acoustic wave device according to the present invention includes a potassium niobate single crystal thin film manufactured by the manufacturing method according to the present invention.
According to this surface acoustic wave device, a large k², The size of the surface acoustic wave device can be reduced.
[0021]
A frequency filter according to the present invention includes the surface acoustic wave device according to the present invention.
Further, a frequency oscillator according to the present invention includes the surface acoustic wave device according to the present invention.
According to the frequency filter and the frequency oscillator, the size can be reduced and the filter characteristics can be broadened.
[0022]
An electronic circuit according to the present invention includes the frequency oscillator according to the present invention.
According to this frequency oscillator, it has a wide band filter characteristic, is compact, and can cope with power saving.
Further, an electronic device according to the present invention includes at least one of the frequency filter, the frequency oscillator, and the electronic circuit according to the present invention.
According to this electronic device, miniaturization, broadening of the band, and power saving can be improved.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
KNbO according to the present embodiment₃As shown in FIG. 1D, the single-crystal thin film 10 includes a substrate 11 and KNbO 3 epitaxially grown on the substrate 11 in an orthorhombic (001) orientation or an orthorhombic (110) orientation.₃And a single crystal layer 12.
The substrate 11 is made of SrTiO having a crystal axis of (100) orientation in the direction perpendicular to the surface and (001) orientation in the plane.₃Single crystal substrate 13 and this SrTiO₃An initial layer 14 made of any one of K, Nb, Sr, Ti, and O epitaxially grown on a single crystal substrate 13.
SrTiO₃The single crystal substrate 13 has a coefficient of thermal expansion of 11.1 × 10^-6(K^-1) And KNbO₃Thermal expansion coefficient of c-axis of single crystal layer 12 is 14.1 × 10^-6(K^-1), But the coefficient of thermal expansion of the a and b axes is 5.0 × 10^-6(K^-1), 0.5 × 10^-6(K^-1).
The initial layer 14 is made of SrTiO₃From KNbO₃Is an interface layer for transferring the structure to SrTiO 3, although the structure and composition are not limited.₃It suffices if epitaxial growth is performed on single crystal substrate 13.
[0024]
This KNbO₃The single crystal layer 12 is formed by a gas phase method involving ion beam irradiation. In the present embodiment, a thin film is formed by a pulsed laser deposition (PLD) method. As shown in FIG. 2, a film forming apparatus 15 used for this film forming includes a process chamber 16 capable of reducing the pressure inside, a SrTiO 3₃A deposition base material 17 disposed opposite to the single crystal substrate 13, a base material supporting portion 18 on which the deposition base material 17 is mounted and capable of rotating around itself, and SrTiO 3.₃And a holding unit 19 for holding the single crystal substrate 13.
In addition, the film forming apparatus 15 includes an RHEED source 21 used for analyzing the thin film 20 by a reflection high-energy electron diffraction (abbreviated as RHEED) method, and a SrTiO 2 source from the RHEED source 21.₃An RHEED screen 22 for detecting a beam incident on and reflected from the thin film 20 deposited on the single crystal substrate 13 is provided.
[0025]
In the PLD method, while a thin film is formed on a substrate, under an oxygen atmosphere in which the internal space of the process chamber 16 is at a very low pressure, for example, under a pressure of about one thousandth of atmospheric pressure, The spinning film-forming base material 17 is irradiated with an ArF or KrF excimer laser beam 23 in a pulsed manner, and the components constituting the film-forming base material 17 are subjected to a plasma plume (plasma or molecular state) 24 by this irradiation. As SrTiO₃This is a film forming method in which the thin film 20 is deposited on the film formation surface by flying to the single crystal substrate 13.
[0026]
Next, the KNbO according to the present embodiment₃A method for manufacturing the single crystal thin film 10 will be described.
This manufacturing method is based on the method of KNbO at a predetermined oxygen partial pressure.₃And 3K₂O ・ Nb₂O₅The temperature and molar composition ratio at the eutectic point E with_E, X_E(X is K_xNb_1-xO_yThe molar composition ratio of potassium (K) and niobium (Nb) when represented by the formula (1), and the composition x in the liquid phase immediately after being deposited on the substrate 11 is 0.5 ≦ x ≦ x_EIs supplied to the substrate 11, and the oxygen partial pressure and the complete melting temperature at x are set to T._m, The temperature T of the substrate 11_sTo T_E≤T_s≤T_mAnd K deposited from the plasma plume 24 on the substrate 11._xNb_1-xO_yEvaporating the remaining liquid of_xNb_1-xO_yFrom KNbO₃A deposition step of depositing a single crystal on the substrate 11.
Hereinafter, the manufacturing method will be described in order.
[0027]
First, before the evaporation step, SrTiO₃K on the single crystal substrate 13_xNb_1-xO_yThe step of supplying and depositing is described.
First, SrTiO₃The single crystal substrate 13 is immersed in an organic solvent and degreased and cleaned using an ultrasonic cleaner. As the organic solvent, for example, a mixed solution in which ethyl alcohol and acetone are mixed at a ratio of 1: 1 can be used, but the present invention is not limited thereto.
[0028]
Degreasing and cleaning SrTiO₃First, the initial layer 14 is formed on the single crystal substrate 13. SrTiO₃After the single crystal substrate 13 is loaded into the holding unit 19, the single crystal substrate 13 is introduced into the process chamber 16, and the degree of vacuum is set to 1.33 × 10^-6Pa (1 × 10^-8Reduce the pressure to Torr). Subsequently, 1.33 Pa (1 × 10^-2An oxygen gas is introduced so as to have an oxygen partial pressure of Torr), and the temperature is heated to 500 ° C. at 20 ° C./min using an infrared lamp (not shown). SrTiO at this time₃In the RHEED pattern from the <010> direction, a streak-like diffraction pattern is observed as shown in FIG.
The conditions such as the temperature rising rate, the substrate temperature, and the pressure are not limited to these.
[0029]
After the pressure becomes constant, K_xNb_1-xO_yThe molar ratio x of potassium (K) and niobium (Nb) when represented by the formula is 0.5 ≦ x ≦ x_EK which is 0.6 which is the range of_0.6Nb_0.4O_yThe film forming base material 17a is made of SrTiO₃They are arranged so as to face the single crystal substrate 13 and have a mutual distance of 30 mm or more and 50 mm or less. Then, the substrate temperature is 500 ° C. or more and 850 ° C. or less, and the oxygen partial pressure during deposition is 1.33 × 10^-1Pa (1 × 10^-3Torr) or more and 13.3 Pa (1 × 10^-1Under the following conditions, the laser energy density is 2 J / cm on the surface of the film forming base material 17a.²More than 3J / cm²An excimer laser beam 23 having a laser frequency of 1 Hz or less is applied.
[0030]
Here, the laser energy density is 2.5 J / cm²The pulse light of the KrF excimer laser beam 23 is incident under the conditions of a laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns. Then, a plasma plume 24 made of K, Nb, and O is generated on the surface of the film forming base material 17a. The plasma plume 24 is placed at a position 40 mm away from the base material 17a by SrTiO.₃A substrate temperature of 500 ° C. and an oxygen partial pressure of 1.33 Pa (1 × 10^-2Irradiation for 2 minutes under the condition of (Torr), and as shown in FIG._0.6Nb_0.4O_yDeposit layer 25 by 2 nm.
The plasma plume 24 is made of SrTiO.₃Each condition is not limited to the above as long as the single crystal substrate 13 can be reached and the initial layer 14 can be epitaxially grown.
[0031]
KNbO at the above oxygen partial pressure₃And 3K₂O ・ Nb₂O₅Is between 750 ° C. and 800 ° C., so that K_0.6Nb_0.4O_yLayer 25 is not epitaxially grown. SrTiO at this time₃In the RHEED pattern from the <010> direction, a state in which the diffraction pattern has disappeared is observed as shown in FIG. Therefore, the temperature is raised to 20 ° C./min by using an infrared lamp (not shown) to the complete melting temperature of 850 ° C. in the above oxygen partial pressure and composition.
Then, at 750 ° C. to 800 ° C., a spot pattern as shown in FIG. 3C appears as a RHEED pattern.
Above 800 ° C, K_0.6Nb_0.4O_yIs KNbO₃Most of the liquid phase evaporates from the coexisting state of the solid-liquid phase of₃Is SrTiO₃Reacts with the single crystal substrate 13. Thus, as shown in FIG. 1B, the initial layer 14 made of any of K, Nb, Sr, Ti, and O is epitaxially grown.
[0032]
Next, the evaporation step and the precipitation step will be described.
The substrate temperature is 750 ° C. or more and 850 ° C. or less, and the oxygen partial pressure during deposition is 1.33 × 10^-1Pa (1 × 10^-3Torr) or more and 13.3 Pa (1 × 10^-1Torr) under the following conditions:_0.6Nb_0.4O_yThe laser energy density is 2 J / cm on the surface of the film forming base material 17a.²More than 3J / cm²An excimer laser beam 23 having a laser frequency of 5 Hz or less is applied.
[0033]
Here, the laser energy density is 2.5 J / cm²The pulse light of the KrF excimer laser beam 23 is incident under the conditions of a laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns. Then, a plasma plume 24 made of K, Nb, and O is generated on the surface of the film forming base material 17a. The plasma plume 24 is disposed at a position 40 mm away from the film forming base material 17a, the substrate temperature is 800 ° C., the oxygen partial pressure is 1.33 Pa (1 × 10 3^-2SrTiO under Torr conditions₃Irradiate the single crystal substrate 13 for 60 minutes, and as shown in FIG._0.6Nb_0.4O_yA layer 25a is deposited to a thickness of 200 nm. K immediately after deposition_0.6Nb_0.4O_yThe solid phase portion 26 and the liquid phase portion 27 coexist in the layer 25a.
[0034]
Here, since the KrF excimer laser beam 23 is pulse light, the plasma plume 24 is made of SrTiO 3₃The single crystal substrate 13 is intermittently supplied. During this pulse supply, the initial layer 14 is used as a nucleus for crystal growth, and as shown in FIG.₃The single crystal layer 12 precipitates, and the remaining liquid phase portion 27 evaporates.
Thus, KNbO₃The single crystal layer 12 is epitaxially grown to 200 nm. The obtained KNbO₃When the single crystal layer 12 is observed, a diffraction pattern shown in FIG. 3D and a smooth surface state shown in FIG. 4 can be confirmed.
From this result and the X-ray diffraction result shown in FIG. 5, KNbO₃, SrTiO₃Are expressed as orthorhombic and cubic indices, respectively, and KNbO is perpendicular to the film surface.₃(110) / SrTiO₃(100), KNbO in the in-plane direction₃<001> // SrTiO₃KNbO having the orientation relationship <001>₃It can be confirmed that the single crystal thin film 10 is obtained.
Here, KNbO₃Has an orthorhombic (110) orientation because SrTiO having a relatively large coefficient of thermal expansion during the cooling process.₃This is because the c-axis having the largest thermal expansion coefficient among the three axes a, b, and c receives a compressive stress from the single crystal substrate 13 and is oriented in the substrate plane.
The plasma plume 24 is made of SrTiO.₃Each condition is not limited to the above as long as the deposition rate and the evaporation amount of the liquid phase portion 27 can be balanced so that the single crystal substrate 13 can be reached and the liquid phase portion 27 does not remain.
Further, in the above-described deposition step, the film forming base material 17a_0.6Nb_0.4O_yHowever, under the oxygen partial pressure, 0.5 ≦ x ≦ x_EWithin the range, the same KNbO₃A single crystal thin film can be obtained.
[0035]
Next, the surface acoustic wave device 28 according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 6, the surface acoustic wave device 28 has the above-described KNbO₃A single crystal thin film 10 is provided.
Hereinafter, a method for manufacturing the surface acoustic wave device 28 will be described.
First, a substrate temperature of 45 ° C. and a degree of vacuum of 6.65 × 10 5 were obtained by vacuum deposition using metallic aluminum (Al).^-5Pa (5 × 10^-7Torr), KNbO₃A pair of Al electrodes 29a and 29b are deposited on the single crystal thin film 10.
The substrate temperature and the degree of vacuum are not limited to these.
Next, a patterning process is continuously performed on the Al electrodes 29a and 29b by resist application, exposure, dry etching, and resist removal to form a pair of IDTs 30a and 30b.
Thus, the surface acoustic wave device 28 is manufactured.
[0036]
In the obtained surface acoustic wave device 28, the delay time V of the surface acoustic wave propagating between the IDTs 30a and 30b._openWas 4000 m / s. In addition, the delay time V of the surface acoustic wave when the space between the IDTs 30a and 30b is covered with a thin metal film._shortK obtained from the difference between²Was 25%.
KNbO₃When a single crystal thin film was not formed, the obtained k was obtained even if the sound speed was 4000 m / s.²Is about 10%, so that a sufficiently large k²Value was obtained.
It should be noted that even if potassium sodium niobate potassium sodium is used as the film forming base material 17a instead of potassium niobate, K_1-xNa_xNb_1-yTa_yO₃A solid solution thin film of (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is similarly obtained.
[0037]
This KNbO₃According to the method for producing a single crystal thin film, a perovskite-type oxide single crystal substrate SrTiO.₃(100) Single-phase KNbO having a suppressed composition deviation is also formed on single-crystal substrate 13.₃Single crystal can be precipitated in the orthorhombic (110) orientation, and KNbO with excellent surface morphology₃A single crystal thin film 10 can be obtained. In addition, this KNbO₃From the single crystal thin film 10, k²It is possible to manufacture the surface acoustic wave device 28 having excellent characteristics.
[0038]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description will be omitted.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the KNbO 2 of the first embodiment is different from the first embodiment.₃The single crystal thin film 10 is made of SrTiO₃KNbO is formed on a substrate 11 comprising a single crystal substrate 13 and an initial layer 14.₃In contrast to the single crystal which is manufactured by epitaxial growth, in the second embodiment, a silicon (hereinafter, Si) single crystal substrate 31a and a buffer layer 32 epitaxially grown thereon are provided on a substrate 31. , KNbO through the initial layer 14₃A single crystal is epitaxially grown and KNbO₃The point is that the single crystal thin film 33 is manufactured.
[0039]
This Si single crystal substrate 31a has a coefficient of thermal expansion of 3.0 × 10^-6(K^-1) And KNbO₃Thermal expansion coefficient of b axis of single crystal layer 12 0.5 × 10^-6(K^-1), But the coefficient of thermal expansion of the a and c axes is 5.0 × 10^-6(K^-1), 14.1 × 10^-6(K^-1). The surface of the substrate is covered with a natural oxide film.
As shown in FIG. 7, the buffer layer 32 includes a first buffer layer 34 and a second buffer layer 35 epitaxially grown on the first buffer layer 34.
The first buffer layer 34 includes a first buffer layer 34a made of yttria-stabilized zirconia (hereinafter, referred to as YSZ) and CeO epitaxially grown on the first buffer layer 34a.₂And a first buffer layer 34b.
[0040]
The first buffer layer 34a and the first buffer layer 34b are made of a metal oxide. Examples of the metal oxide include a metal oxide having a NaCl structure or a fluorite structure. Among them, MgO, CaO, SrO, BaO, or at least one of solid solutions containing these, and YSZ, CeO, containing metals that are more thermodynamically bonded to oxygen than Si.₂, ZrO₂Or at least one of solid solutions containing these. Here, YSZ is epitaxially grown in a cubic (100) orientation as the first buffer layer 34a, and CeO is used as the first buffer layer 34b.₂Is epitaxially grown in a cubic (100) orientation.
[0041]
The second buffer layer 35 is made of a layered perovskite-type oxide, YBa.₂Cu₃O_xBuffer layer 35a epitaxially grown in a tetragonal or orthorhombic (001) orientation, and SrTiO, which is a simple perovskite oxide, is formed on the second buffer layer 35a.₃And a second buffer layer 35b epitaxially grown in a cubic (100) orientation.
KNbO₃The single crystal layer 12 is an orthorhombic (110) or (001) oriented epitaxially grown on the initial layer 14 made of any of K, Nb, Sr, Ti, and O epitaxially grown on the second buffer layer 35. KNbO₃It is composed of a single crystal.
When the first buffer layer 34 is made of a metal oxide having a NaCl structure such as MgO, the second buffer layer 35 is made of SrTiO 3.₃The same effect can be obtained by epitaxially growing only cubic (100) orientation.
[0042]
Next, the KNbO according to the present embodiment₃A method for manufacturing the single crystal thin film 33 will be described.
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the K deposited on the substrate 31 from the plasma plume 24 is used._xNb_1-xO_yEvaporating the remaining liquid of_xNb_1-xO_yFrom KNbO₃And a deposition step of depositing a single crystal on the substrate 31.
Hereinafter, the manufacturing method will be described in order.
[0043]
The Si single crystal substrate 31a is immersed in an organic solvent and degreased and cleaned using an ultrasonic cleaner. As the organic solvent, for example, a mixed solution in which ethyl alcohol and acetone are mixed at a ratio of 1: 1 can be used, but the present invention is not limited thereto. Further, since the natural oxide film is left, it is not necessary to perform a step of removing the natural oxide film such as RCA cleaning or hydrofluoric acid cleaning, which is a typical cleaning method for a normal Si single crystal substrate.
[0044]
Next, a method for forming the buffer layer 32 by the PLD method using the film forming apparatus 15 shown in FIG. 2 will be described.
First, a first buffer layer 34a is formed on the Si single crystal substrate 31a.
After the degreased and cleaned Si single crystal substrate 31a is loaded into the holding section 19, it is introduced into the process chamber 16 to be 1.33 × 10^-6Pa (1 × 10^-8Torr), and heated to 700 ° C. at 10 ° C./min using an infrared lamp (not shown). Since the natural oxide film partially evaporates as SiO in a temperature region of 500 ° C. or more on the way, the degree of vacuum is 1.33 × 10 3^-4Pa (1 × 10^-6Torr), but at 700 ° C., 6.65 × 10^-5Pa (5 × 10^-7Torr) or less. The conditions such as the rate of temperature rise, the substrate temperature, and the pressure are not limited to the above ranges as long as no new thermal oxide film is formed on the surface of the Si single crystal substrate 31a. At this point, the surface of the Si single crystal substrate 31a remains covered with the natural oxide film so that no diffraction pattern is observed in the RHEED pattern from the Si <011> direction shown in FIG. I have.
[0045]
After the pressure becomes constant, a film forming base material 17a made of YSZ is disposed so as to face the Si single crystal substrate 31a and have a mutual distance of 30 mm or more and 50 mm or less. The substrate temperature is 650 ° C. or more and 750 ° C. or less, and the oxygen partial pressure during deposition is 1.33 × 10 3^-3Pa (1 × 10^-5Torr) or more 1.33 × 10^-2Pa (1 × 10^-4Under the following conditions, the laser energy density is 2 J / cm on the surface of the film forming base material 17a.²More than 3J / cm²The excimer laser beam 23 having a laser frequency of 5 Hz to 15 Hz is applied below.
At this time, the conditions are not limited to the above ranges as long as the Y and Zr plasmas can selectively reach the substrate and can be epitaxially grown as YSZ while removing the native oxide film on the substrate as SiO.
However, depending on the conditions, even if the YSZ first buffer layer 34a is formed, oxygen may be supplied to the interface with the Si single crystal substrate 31a to form a new oxide film.
Note that ZrO₂If a solid solution is formed as a cubic crystal, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Any one element of Lu, Mg, Ca, Sr, and Ba may be added.
[0046]
Here, the laser energy density is 2.5 J / cm²The pulse light of the KrF excimer laser beam 23 is incident under the conditions of a laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns. Then, a plasma plume 24 made of Y, Zr, and O is generated on the surface of the film forming base material 17a. The plasma plume 24 is placed on a Si single crystal substrate 31a disposed at a position 40 mm away from the film forming base material 17a at a substrate temperature of 700 ° C. and an oxygen partial pressure of 6.65 × 10 5.^-3Pa (5 × 10^-5Irradiation is performed for 10 minutes under the condition of (Torr), and the YSZ first buffer layer 34a is epitaxially grown to 5 nm as shown in FIG. Epitaxial growth can be confirmed by the appearance of a streak-like diffraction pattern in the RHEED pattern from the Si <011> direction shown in FIG. 8B.
[0047]
Subsequently, the first buffer layer 34b is formed.
CeO₂The base material supporting portion 18 is rotated so that the film forming base material 17b made of is opposed to the Si single crystal substrate 31a. The surface of the film forming base material 17b is irradiated with pulsed KrF excimer laser beam 23 in the same manner as described above. The irradiation conditions at this time are the same as in the case of YSZ.
Here, the laser energy density is 2.5 J / cm², A laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns.
Then, a plasma plume 24 made of Ce and O is generated on the surface of the film forming base material 17b. This plasma plume 24 is placed on a Si single crystal substrate 31a disposed at a position 40 mm away from the film forming base material 17b at a substrate temperature of 700 ° C. and an oxygen partial pressure of 6.65 × 10 5.^-3Pa (5 × 10^-5Irradiation for 10 minutes under the condition of (Torr), CeO as shown in FIG.₂The first buffer layer 34b is epitaxially grown to a thickness of 10 nm. Epitaxial growth can be confirmed from the appearance of a spot-like diffraction pattern in the RHEED pattern from the Si <011> direction shown in FIG. 8C.
CeO₂The conditions are not limited to those described above as long as epitaxial growth can be performed. Also, CeO₂Can form a solid solution as a cubic crystal, the same effect can be obtained by adding Pr or Zr.
[0048]
Next, the second buffer layer 35a is formed.
YBa₂Cu₃O_xThe base material supporting portion 18 is rotated so that the film forming base material 17c made of is opposed to the Si single crystal substrate 31a. The surface of the film forming base material 17c is irradiated with a KrF excimer laser beam 23 in the same manner as described above. Irradiation conditions at this time are as follows: substrate temperature is 550 ° C. or more and 650 ° C. or less, and oxygen partial pressure during deposition is 1.33 × 10 3^-1Pa (1 × 10^-3Torr) or more and 13.3 Pa (1 × 10^-1Torr) or less, except for YSZ.
Here, the laser energy density is 2.5 J / cm², A laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns.
Then, a plasma plume 24 made of Y, Ba, Cu, and O is generated on the surface of the film forming base material 17c. This plasma plume 24 is placed on a Si single crystal substrate 31a disposed at a position 40 mm away from the film forming base material 17c at a substrate temperature of 600 ° C. and an oxygen partial pressure of 1.33 Pa (1 × 10 3^-2(Torr) for 2 minutes, and as shown in FIG.₂Cu₃O_xThe second buffer layer 35a is epitaxially grown by 2 nm. Epitaxial growth can be confirmed by the appearance of a streak-like diffraction pattern in the RHEED pattern from the Si <011> direction shown in FIG.
[0049]
Y, Ba, and Cu plasma can reach the substrate at a constant ratio of 1: 2: 3, and YBa₂Cu₃O_xEach condition is not limited to the above as long as epitaxial growth can be performed. Also, YBa₂Cu₃O_xInstead of M₂RuO₄(M represents any one element of Ca, Sr, and Ba.), RE₂NiO₄(RE indicates any one element of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y) and a solid solution of NiO and REBa₂Cu₃O_x(RE indicates any one element of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu), (Bi, RE)₄Ti₃O₁₂(RE = one of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y). The effect of is obtained.
[0050]
Then, the second buffer layer 35b is formed.
SrTiO₃The base material supporting portion 18 is rotated so that the film forming base material 17d made of is located at a position facing the Si single crystal substrate 31a. The surface of the film forming base material 17d is irradiated with pulsed light of a KrF excimer laser beam 23. Irradiation conditions at this time are as follows: substrate temperature is 550 ° C. or more and 650 ° C. or less, and oxygen partial pressure during deposition is 1.33 × 10 3^-1Pa (1 × 10^-3Torr) or more and 13.3 Pa (1 × 10^-1Torr) or less, except for YSZ.
Here, the laser energy density is 2.5 J / cm², A laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns.
Then, a plasma plume 24 made of Sr, Ti, and O is generated on the surface of the film forming base material 17d. This plasma plume 24 is placed on a Si single crystal substrate 31a disposed at a position 40 mm away from the film forming base material 17d at a substrate temperature of 600 ° C. and an oxygen partial pressure of 1.33 Pa (1 × 10 3^-2Irradiation for 30 minutes under the conditions of (Torr), as shown in FIG.₃The second buffer layer 35b is epitaxially grown to a thickness of 100 nm. Epitaxial growth can be confirmed from the appearance of a spot-like diffraction pattern in the RHEED pattern from the Si <011> direction shown in FIG.
[0051]
Sr and Ti plasmas can reach the Si single crystal substrate 31a at a constant ratio of 1: 1 and SrTiO₃Each condition is not limited to the above as long as the epitaxial growth can be performed. Also, SrTiO₃Instead of MTiO₃(M represents any one element of Ca and Ba.), REAlO₃(RE indicates any one element of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y), MAlO₃(M represents any one element of Mg, Ca, Sr, and Ba.), REGaO₃(RE indicates any one element of La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and Y.) The effect of is obtained.
[0052]
The initial layer 14 is formed on the formed buffer layer 32 by the same method as in the first embodiment. However, in the first embodiment, first, K_0.6Nb_0.4O_yAfter the layer was deposited at 500 ° C., the temperature was raised to 800 ° C. to obtain the initial layer 14. Here, the same effect can be obtained by depositing the layer at 800 ° C. from the beginning.
In this embodiment, the laser energy density is 2.5 J / cm.²The pulse light of the KrF excimer laser beam 23 is incident on the film forming base material 17e under the conditions of a laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns. Then, on the surface of the film forming base material 17e, a plasma plume 24 made of K, Nb, and O as a raw material in a gaseous state is generated. The plasma plume 24 is placed on a Si single crystal substrate 31a disposed at a position 40 mm away from the film forming base material 17e at a substrate temperature of 800 ° C. and an oxygen partial pressure of 1.33 Pa (1 × 10 3^-2Irradiation for 5 minutes under the conditions of_0.6Nb_0.4O_yDeposit layer 25 by 5 nm.
The conditions are not limited to the above as long as the plasma plume 24 can sufficiently reach the Si single crystal substrate 31a and can be epitaxially grown as the initial layer 14.
[0053]
Next, similarly to the first embodiment, the process proceeds to the evaporation step and the precipitation step.
In this embodiment, the laser energy density is 2.5 J / cm.²The pulse light of the KrF excimer laser beam 23 is incident under the conditions of a laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns. Then, a plasma plume 24 made of K, Nb, and O is generated on the surface of the film forming base material 17e. The plasma plume 24 is disposed at a position 40 mm away from the film-forming base material 17e, the substrate temperature is 800 ° C., the oxygen partial pressure is 1.33 Pa (1 × 10 3^-2Irradiate the Si single crystal substrate 31a under the conditions of (Torr) for 360 minutes, as shown in FIG._0.6Nb_0.4O_yA layer 25a is deposited to a thickness of 200 nm.
K immediately after deposition_0.6Nb_0.4O_yDuring the pulse supply of the KrF excimer laser beam 23 to the layer 25a as in the first embodiment, the KNbO 3₃The single crystal layer 12 is deposited, and the remaining liquid phase 27 is evaporated.
Thus, KNbO₃The single crystal layer 12 is epitaxially grown to 200 nm. Epitaxial growth can be confirmed from the appearance of a spot-like diffraction pattern in the RHEED pattern from the Si <011> direction shown in FIG.
[0054]
Thus, in combination with the X-ray diffraction results shown in FIG.₃, SrTiO₃, YBa₂Cu₃O_x, CeO₂, YSZ, and Si are indexed as orthorhombic, cubic, tetragonal, cubic, cubic, and cubic, respectively, where KNbO is perpendicular to the film surface.₃(001) / SrTiO₃(100) / YBa₂Cu₃O_x(001) / CeO₂(100) / YSZ (100) / Si (100), KNbO in in-plane direction₃<110> // SrTiO₃<010> // YBa₂Cu₃O_x<100> // CeO₂KNbO having an orientation relationship of <011> // YSZ <011> // Si <011>₃It can be confirmed that the single crystal thin film 33 is obtained.
Here, KNbO₃Has an orthorhombic (001) orientation because it receives a tensile stress from the Si single crystal substrate 31a having a relatively small coefficient of thermal expansion during the cooling process, and has the largest coefficient of thermal expansion among the three axes a, b, and c. Is oriented in the substrate plane.
If the plasma plume 24 can sufficiently reach the Si single crystal substrate 31a and the deposition rate and the evaporation amount of the liquid phase portion 27 can be balanced so that the liquid phase portion 27 does not remain, each condition is limited to the above. It is not something that can be done.
Further, in the above-described deposition step, the film forming base material 17 e_0.6Nb_0.4O_yHowever, under the oxygen partial pressure, 0.5 ≦ x ≦ x_EWithin the range, the same KNbO₃A single crystal thin film can be obtained.
[0055]
KNbO mentioned above₃A pair of IDTs 30a and 30b are formed on the single crystal thin film 33 by the same method as in the first embodiment, and the surface acoustic wave device 36 according to the present embodiment shown in FIG. 10 is manufactured.
In the obtained surface acoustic wave element 36, the delay time V of the surface acoustic wave propagating between the IDTs 30a and 30b_openWas 5000 m / s. In addition, the delay time V of the surface acoustic wave when the space between the IDTs 30a and 30b is covered with a thin metal film._s _hortK obtained from the difference between²Is KNbO₃Since the single crystal thin film 33 has the (001) orientation, the value was 35%, which was higher than the surface acoustic wave device 28 obtained in the first embodiment.
It should be noted that even if potassium sodium niobate potassium sodium is used as the film forming base material 17a instead of potassium niobate, K_1-xNa_xNb_1-yTa_yO₃A solid solution thin film of (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is similarly obtained.
[0056]
This KNbO₃According to the method for manufacturing a single crystal thin film, the buffer layer 32 is formed on the Si single crystal substrate 31a, so that the KNbO 3 can be formed using the inexpensive Si single crystal substrate 31a.₃A single crystal is deposited and KNbO₃A single crystal thin film 33 can be obtained. Also, KNbO₃Since a single crystal is deposited in an orthorhombic (001) orientation, this KNbO₃From the single crystal thin film 33, k²The maximum surface acoustic wave element 36 can be manufactured with a maximum of about 50%.
[0057]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same reference numerals are given to the components described in the above embodiment, and the description will be omitted.
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that in the second embodiment, a buffer layer 32 is formed on a Si single crystal substrate 31a and KNbO₃In the third embodiment, a buffer layer 32 is formed on a quartz substrate (substrate main body) 40 and KNbO 3 is formed.₃The point is that a single crystal is epitaxially grown.
[0058]
KNbO according to the present embodiment₃As shown in FIG. 11, a single crystal thin film 41 is composed of a substrate 42 and KNbO 3 epitaxially grown thereon.₃And a single crystal layer 12.
The substrate 42 includes a quartz substrate 40 and the buffer layer 32 formed on the quartz substrate 40.
The constituent material of the quartz substrate 40 is quartz other than quartz, SiO₂The material may be any of coated silicon and diamond-coated silicon, and may be ceramics such as a polycrystalline YSZ substrate or amorphous such as a glass substrate. Further, the oxide may have a crystal structure in which the perovskite oxide cannot be epitaxially grown. Here, it is a general-purpose quartz crystal that is important as a substrate for a surface acoustic wave device. The crystal substrate 40 has a coefficient of thermal expansion of 0.5 × 10^-6(K^-1) And KNbO₃Thermal expansion coefficient of b axis of single crystal layer 12 0.5 × 10^-6(K^-1), But the coefficient of thermal expansion of the a and c axes is 5.0 × 10^-6(K^-1), 14.1 × 10^-6(K^-1).
[0059]
The buffer layer 32 includes a first buffer layer 34 and SrTiO, which is a simple perovskite oxide grown epitaxially on the first buffer layer 34 in a cubic (100) orientation.₃And a second buffer layer 35 made of.
The first buffer layer 34 is made of a metal oxide. Examples of the metal oxide include a metal oxide having a NaCl structure or a fluorite structure. Among them, MgO, CaO, SrO, BaO, or at least one of solid solutions containing these, and YSZ, CeO, containing metals that are more thermodynamically bonded to oxygen than Si.₂, ZrO₂Or at least one of solid solutions containing these. Furthermore, the in-plane orientation may be independent of the crystal orientation of the substrate surface.
[0060]
The first buffer layer 34 of the present embodiment is a NaCl-type oxide and is made of MgO grown in cubic (100) and in-plane oriented.
The first buffer layer 34 has YSZ or YSZ / CeO₂When a fluorite-type oxide as described above is used, a structure shown below is used after epitaxial growth.
That is, as the second buffer layer 35, YBa₂Cu₃O_xMetal oxide having a layered perovskite structure such as, for example, is epitaxially grown in a tetragonal or orthorhombic (001) orientation, and further, SrTiO.₃Is epitaxially grown in a cubic (100) orientation.
KNbO₃The single crystal layer 12 is made of KNbO₃The single crystal is configured in an orthorhombic (110) or (001) orientation.
[0061]
Next, the above-mentioned KNbO₃A method of manufacturing the single crystal thin film 41 will be described below step by step.
In the present embodiment, similarly to the above-described embodiment, the K deposited on the substrate 42 from the plasma plume 24._xNb_1-xO_yEvaporating the remaining liquid of_xNb_1-xO_yFrom KNbO₃A deposition step of depositing a single crystal on the substrate 42.
Hereinafter, the manufacturing method will be described in order.
First, the quartz substrate 40 is immersed in an organic solvent and degreased and cleaned using an ultrasonic cleaner. As the organic solvent, for example, a mixed solution in which ethyl alcohol and acetone are mixed at a ratio of 1: 1 can be used, but the present invention is not limited thereto.
[0062]
Subsequently, the buffer layer 32 is formed on the quartz substrate 40 by the film forming apparatus 15 shown in FIG.
First, the first buffer layer 32 is formed on the quartz substrate 40.
After the degreased and cleaned quartz substrate 40 is loaded in the holding section 19, the quartz substrate 40 is introduced into the process chamber 16, and the partial pressure ratio of argon: oxygen = 100: 1 is 1.33 × 10 4.^-2Pa (1 × 10^-4A mixed gas is introduced so as to have a pressure of Torr).
The pressure condition is not limited to this.
[0063]
After the pressure becomes constant, a film-forming base material 17a made of Mg or MgO is disposed so as to face the quartz substrate 40 and have a distance of 30 mm or more and 50 mm or less. And the pressure at the time of deposition is 1.33 × 10^-3Pa (1 × 10^-5Torr) or more 1.33 × 10^-2Pa (1 × 10^-4Under the following conditions, the laser energy density is 2 J / cm on the surface of the film forming base material 17a.²More than 3J / cm²Hereinafter, an excimer laser having a laser frequency of 5 Hz to 15 Hz is irradiated.
Each condition is not limited to this as long as in-plane orientation growth can be performed as MgO.
[0064]
Here, a laser energy density of 2.5 J / cm was applied to the Mg base material 17a.²The pulse light of the KrF excimer laser beam 23 is incident under the conditions of a laser frequency of 10 Hz and a pulse length of 10 ns. Then, a plasma plume 24 of Mg is generated on the surface of the film forming base material 17a. The plasma plume 24 is applied to a quartz substrate 40 disposed at a position 40 mm away from the base material 17a by a pressure of 1.33 × 10 3.^-2Pa (1 × 10^-4Irradiation is performed for 10 minutes under the condition of (Torr), and the MgO first buffer layer 34 is epitaxially grown to a thickness of 10 nm as shown in FIG.
[0065]
At this time, the substrate is irradiated with an argon ion beam from a direction at an angle of 45 degrees with the normal direction on the surface of the quartz substrate 40. Here, as the ion beam source source, a Kauffmann ion source is preferable, and the acceleration voltage of the ion beam is preferably about 200 eV and the current is preferably about 10 mA.
The substrate temperature is not particularly controlled by a heater or the like, but the substrate temperature rises to 50 to 70 ° C. due to the impact of the argon ion beam.
[0066]
After depositing the MgO first buffer layer 34, SrTiO 3 is formed in the same manner as in the second embodiment.₃The substrate 42 is obtained by epitaxially growing the second buffer layer 35 by 100 nm.
The initial layer 14 is deposited to a thickness of 5 nm on the formed buffer layer 32 in the same manner as in the above-described second embodiment.
Similarly, the process shifts to the evaporation step and the precipitation step, where K_0.6Nb_0.4O_yA layer 25a is deposited to a thickness of 200 nm.
K immediately after deposition_0.6Nb_0.4O_yDuring the pulse supply of the KrF excimer laser beam 23 to the layer 25a as in the first embodiment, the KNbO 3₃The single crystal layer 12 is deposited, and the remaining liquid phase 27 is evaporated.
Thus, KNbO₃The single crystal layer 12 is epitaxially grown to 200 nm.
[0067]
Thus, KNbO₃And SrTiO₃Are expressed in an index of orthorhombic and cubic, respectively, and KNbO is perpendicular to the film surface.₃(001) / SrTiO₃(100) / MgO (100), KNbO in in-plane direction₃<110> // SrTiO₃KNbO having an orientation relationship of <010> // MgO <010>₃A single crystal thin film 41 is formed.
Here, KNbO₃Has an orthorhombic (001) orientation because a tensile stress is applied from the quartz substrate 40 having a relatively small coefficient of thermal expansion during the cooling process, and a, b, and c have the smallest coefficients of thermal expansion among the three axes. This is because the b-axis is oriented in the substrate plane.
If the plasma plume 24 can sufficiently reach the quartz substrate 40 and the deposition rate and the evaporation amount of the liquid phase portion 27 can be balanced so that the liquid phase portion 27 does not remain, each condition is limited to the above. is not.
Further, in the above-described deposition step, the film forming base material 17a_0.6Nb_0.4O_yHowever, under the oxygen partial pressure, 0.5 ≦ x ≦ x_EWithin the range, the same KNbO₃A single crystal thin film can be obtained.
[0068]
KNbO mentioned above₃A pair of IDTs 30a and 30b are formed on the single crystal thin film 41 by the same method as in the second embodiment, and the surface acoustic wave device 43 according to the present embodiment shown in FIG. 12 is manufactured.
In the obtained surface acoustic wave element 43, the delay time V of the surface acoustic wave propagating between the IDTs 30a and 30b._openWas 3000 m / s. In addition, the delay time V of the surface acoustic wave when the space between the IDTs 30a and 30b is covered with a thin metal film._shortK obtained from the difference between²Is KNbO₃Since the single-crystal thin film 41 has the (001) orientation, the value is 35% in this embodiment, which is higher than that of the surface acoustic wave device 28 obtained in the first embodiment.
It should be noted that even if potassium sodium niobate potassium sodium is used as the film forming base material 17a instead of potassium niobate, K_1-xNa_xNb_1-yTa_yO₃A solid solution thin film of (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is similarly obtained.
[0069]
This KNbO₃According to the method for manufacturing a single crystal thin film, quartz, quartz, SiO₂By forming the buffer layer 32 on a substrate made of any material such as coated silicon and diamond-coated silicon, KNbO₃Single crystal is precipitated and KNbO₃A single crystal thin film can be obtained. Also, KNbO₃Since a single crystal thin film is deposited in an orthorhombic (001) orientation, this KNbO₃From the single crystal thin film 41, k²The maximum surface acoustic wave element 43 of about 50% can be manufactured.
[0070]
Next, a frequency filter provided with the surface acoustic wave device according to the present invention will be described.
The frequency filter 60 shown in FIG.₃The surface acoustic wave device 61 includes one of the single crystal thin films 10, 33, and 41, and a pair of sound absorbing portions 62a and 62b that absorb surface acoustic waves propagating on the surface of the surface acoustic wave device 61. .
On the upper surface of the surface acoustic wave device 61, a pair of IDTs 63a and 63b are formed. The IDT electrodes 63a and 63b are made of Al or an Al alloy, and have a thickness set to about one hundredth of the IDT pitch.
The IDT electrode 63a is connected to a high-frequency signal source 64, and the IDT 63b is connected to a signal line 65 having terminals 65a and 65b at the ends.
The sound absorbing portions 62a and 62b are formed so as to sandwich the IDTs 63a and 63b.
[0071]
In the frequency filter 60, when a high frequency signal is output from the high frequency signal source 64, the high frequency signal is applied to the IDT 63 a to generate a surface acoustic wave on the upper surface of the surface acoustic wave element 61. This surface acoustic wave propagates on the surface of the surface acoustic wave element 61 at a speed of about 4000 m / s. Among the surface acoustic waves, the surface acoustic wave propagated from the IDT 63a to the sound absorbing section 62a is absorbed by the sound absorbing section 62a. However, among the surface acoustic waves propagated to the IDT 63b, a surface acoustic wave having a specific frequency determined according to the wiring pitch of the IDT 63b or a frequency in a specific band is converted into an electric signal. Most of the rest passes through the IDT 63b and is absorbed by the sound absorbing unit 62b.
[0072]
According to the frequency filter 60, of the electric signals supplied to the IDT 63a, only a surface acoustic wave having a specific frequency or a frequency in a specific band can be obtained with high efficiency (filtering).
[0073]
The frequency oscillator 70 shown in FIG.₃A surface acoustic wave device 71 made of any one of the single crystal thin films 10, 33 and 41 is provided.
On the upper surface of the surface acoustic wave element 71, an IDT 72 and a pair of IDTs 73a and 73b sandwiching the IDT 72 are formed. These IDTs 72, 73a, 73b are made of Al or an Al alloy, and have a thickness set to about one hundredth of the IDT pitch.
The IDT 72 further includes a pair of comb-shaped electrodes 72a and 72b. A high-frequency signal source 74 is connected to one of the comb-shaped electrodes 72a, and a signal line 76 having terminals 75a and 75b is connected to the other comb-shaped electrode 72b.
[0074]
In this frequency oscillator 70, when a high frequency signal is output from a high frequency signal source 74, this frequency signal is applied to the comb-like electrode 72a, and the surface acoustic wave propagating to the IDT 73a side on the upper surface of the surface acoustic wave element 71, and the IDT 73b Generates a surface acoustic wave that propagates to the side. This surface acoustic wave has a speed of about 4000 m / s. Of these surface acoustic waves, a surface acoustic wave of a specific frequency component is reflected by each of the IDTs 73a and 73b, and a standing wave is generated between the IDTs 73a and 73b. A specific frequency component of the standing wave resonates, and the amplitude increases.
This frequency component, or a part of the surface acoustic wave having a frequency component in a specific band, is extracted from the comb-shaped electrode 72b and has a frequency (or has a certain band) corresponding to the resonance frequency of the IDTs 73a and 73b. (Frequency) is taken out from the terminals 75a and 75b.
[0075]
FIG. 15 shows an example in which this frequency oscillator 70 is applied to a VCSO (Voltage Controlled SAW Oscillator) 80. The VCSO 80 is mounted inside a housing 81 made of metal (aluminum or stainless steel). In the VCSO 80, an IC (Integrated Circuit) 83 and a frequency oscillator 84 are mounted on a SAW substrate 82. The IC 83 controls the frequency applied to the frequency oscillator 84 according to a voltage value input from an external circuit (not shown).
IDTs 86a, 86b and 86c are formed on a surface acoustic wave element 85 provided in the frequency oscillator 84. On the SAW substrate 82, a wiring 87 for electrically connecting the IC 83 and the frequency oscillator 84 is patterned. The IC 83 and the wiring 87 are connected by wire lines 88a and 88b such as gold wires and are also electrically connected.
[0076]
The VCSO 80 is used, for example, as a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 91 of a PLL (Phase Locked Loop) circuit 90 shown in FIG. The PLL circuit 90 further includes an input terminal 92, a phase comparator 93, a reduction filter 94, and an amplifier 95.
The phase comparator 93 compares the phase (or frequency) of the signal input from the input terminal 92 and outputs an error voltage signal whose value is set according to the difference. The reduction filter 94 passes only low frequency components at the position of the error voltage signal output from the phase comparator 93, and the amplifier 95 amplifies the signal output from the reduction filter 94. The VCO 91 is an oscillation circuit whose oscillation frequency continuously changes within a certain range according to the input voltage value.
[0077]
The PLL circuit 90 operates so that the difference from the phase (or frequency) input from the input terminal 92 is reduced. That is, when the frequency of the signal output from the VCO 91 is synchronized with the frequency of the signal input from the input terminal 92, the signal thereafter matches the signal input from the input terminal 92 except for a certain phase difference, and the input signal changes. And outputs a signal that follows.
According to this frequency oscillator 70, KNbO₃Since any one of the single-crystal thin films 10, 33, and 41 is provided, it is possible to obtain a small-sized and inexpensive high-performance filter characteristic capable of coping with a wideband signal.
[0078]
Next, an electronic circuit 100 including the frequency filter 60 and the frequency oscillator 70 and having the electrical configuration shown in FIG. 17 will be described. The electronic circuit 100 is provided, for example, inside a mobile phone (electronic device) 101 shown in FIG. The mobile phone 101 includes a liquid crystal display unit 102 and operation buttons 103. The electronic circuit 100 includes a transmitter 104, a transmission signal processing circuit 105, a transmission mixer 106, a transmission filter 107, a transmission power amplifier 108, a transmission / reception splitter 109, an antenna 110, a low noise amplifier 111, a reception filter 112, and a reception mixer 113. , A reception signal processing circuit 114, a receiver 115, a frequency synthesizer 116, a control circuit 117, and an input / display circuit 118.
[0079]
The transmitter 104 is a microphone or the like that converts a sound wave signal such as a sound into a radio signal, and the transmission signal processing circuit 105 performs D / A conversion processing, modulation, and modulation on an electric signal output from the transmitter 104. Processing such as processing. The transmission mixer 106 mixes the signal output from the transmission signal processing circuit 105 using the signal output from the frequency synthesizer 116. The transmission filter 107 is the frequency filter 60 shown in FIG. 13, and passes only a signal having a required frequency among intermediate frequencies (IF) and cuts a signal of an unnecessary frequency. The passed signal is converted into an RF signal by a conversion circuit (not shown). The transmission power amplifier 108 amplifies the power of the RF signal and outputs it to the transmission / reception splitter 109.
The transmission / reception splitter 109 transmits the amplified RF signal from the antenna 110 in the form of a radio wave. Further, the received signal received from antenna 110 is demultiplexed and output to low noise amplifier 111.
[0080]
The low noise amplifier 111 amplifies the input signal and outputs the amplified signal to a conversion circuit (not shown), and the conversion circuit converts the signal into an IF. The reception filter 112 is the frequency filter 60 shown in FIG. 13, and passes only a signal having a required frequency in the IF and cuts an unnecessary signal.
The reception mixer 113 mixes the signal output from the reception filter 112 using the signal output from the frequency synthesizer 116.
The reception signal processing circuit 114 performs processing such as D / A conversion processing and demodulation processing on the electric signal output from the reception mixer 113.
The receiver 115 includes a small speaker that converts a radio signal into a sound wave signal such as a voice.
[0081]
The frequency synthesizer 116 includes the PLL circuit 90 shown in FIG. 16 described above, divides a signal output from the PLL circuit 90, generates a signal to be supplied to the transmission mixer 106 and the reception mixer 113, and further divides a part of the signal. Then, a signal to be supplied to the reception mixer 113 is generated. These signals are individually set in the transmission filter 107 and the reception filter 112.
The input / display circuit 118 is for displaying the state of the device to the user of the mobile phone 101 and for inputting the user's instruction. The input / display circuit 118 is provided to the liquid crystal display unit 102 and the operation buttons 103 shown in FIG. Equivalent to.
The control circuit 117 controls the overall operation of the mobile phone 101 by controlling the transmission signal processing circuit 105, the reception signal processing circuit 114, the frequency synthesizer 116, and the input / display circuit 118.
According to the electronic circuit 100 and the mobile phone 101, the KNbO₃Since any one of the single-crystal thin films 10, 33, and 41 is provided, miniaturization, broadband, and power saving can be improved.
[0082]
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the electronic device is the mobile phone 101, and the electronic circuit is the electronic circuit 100 provided in the mobile phone 101. However, the present invention is not limited to the mobile phone, and various types of mobile communication may be used. The present invention can be applied to a device and an electronic device provided therein.
[0083]
Further, the present invention can be applied not only to mobile communication equipment but also to communication equipment used in a stationary state such as a tuner for receiving BS (Broadcast Satellite) and CS (Commercial Satellite) broadcasting, and an electronic circuit provided therein. . In addition, not only communication devices using radio waves propagating in the air as communication carriers, but also electronic devices such as HUBs using a high-frequency signal propagating in a coaxial cable or an optical signal propagating in an optical cable, and electronic devices provided therein. It can also be applied to circuits.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows KNbO in a first embodiment.₃It is sectional drawing of a thin film.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a film forming apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a RHEED pattern photograph observed in the first embodiment.
FIG. 4 is a scanning electron micrograph of the surface of the thin film obtained in the first embodiment.
FIG. 5 is an X-ray diffraction pattern result of a thin film surface obtained in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a cross section of the surface acoustic wave device according to the first embodiment.
FIG. 7 shows KNbO in the second embodiment.₃It is a figure showing the section of a thin film.
FIG. 8 is a RHEED pattern photograph observed in the second embodiment.
FIG. 9 is an X-ray diffraction pattern result on the surface of a thin film obtained in the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a cross section of a surface acoustic wave device according to a second embodiment.
FIG. 11 shows KNbO in the third embodiment.₃It is a figure showing the section of a thin film.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a surface acoustic wave device according to a third embodiment.
FIG. 13 is a perspective view of a frequency filter according to the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view showing a frequency oscillator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view showing a frequency oscillator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram illustrating a PLL circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing an electronic circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a perspective view showing a mobile phone according to the embodiment of the present invention.
FIG. 19₂O-Nb₂O₅FIG.
FIG. 20: KNbO₃FIG. 3 is a state diagram showing the relationship between the composition ratio and the temperature.
[Explanation of symbols]
10, 33, 41 Potassium niobate single crystal thin film, 11, 31, 42 substrate, 12 Potassium niobate single crystal layer (potassium niobate single crystal), 13 Strontium titanate single crystal substrate (substrate), 24 Plasma plume (raw material) ), 26 solid phase part, 27 liquid phase part, 28, 36, 43, 61, 71, 85 surface acoustic wave device, 31a silicon single crystal substrate (substrate), 32 buffer layer, 34 first buffer layer, 35 second Buffer layer, 40 quartz substrate (substrate body), 60 frequency filter, 70, 84 frequency oscillator, 100 electronic circuit, 101 mobile phone (electronic device)

Claims

A method for producing a potassium niobate single crystal thin film by a gas phase method,
When the temperature and the molar composition ratio at a eutectic point E of the potassium niobate and _3K 2 _O · _Nb 2 O ₅ at a predetermined oxygen partial pressure _T E, and _{x E} (x _is, K _{x Nb 1-x} O the molar ratio of potassium (K) to niobium (Nb) when represented by _y ),
Wherein x immediately after being deposited on the substrate, supplying the raw material of the gas phase to the substrate so that the range of 0.5 ≦ x ≦ x _E,
When the complete melting temperature at the oxygen partial pressure and the x is _Tm ,
Holding the temperature T _s of the substrate in the range of _{_{_{T E ≦ T s ≦ T m}}} , a precipitation step of precipitating the potassium niobate single crystal,
The K _{_x} Nb _1-x O manufacturing method of the potassium niobate single crystal thin film characterized by comprising a vaporization step of evaporating the liquid phase from _y to a solid phase and a liquid phase portion coexist.

The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 1, wherein the potassium niobate single phase single crystal thin film is continuously grown by repeating the evaporation step and the deposition step.

As the substrate, a substrate having a crystal axis oriented on both surfaces perpendicular and in-plane to the surface of the substrate is used,
The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 1, wherein the single crystal is epitaxially grown on the substrate.

As the substrate, a substrate having a thermal expansion coefficient larger than that of potassium niobate and having a perovskite structure pseudo-cubic unit cell of (100) orientation and in-plane orientation over the entire substrate surface is used. The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 3.

The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 4, wherein a strontium titanate (100) single crystal substrate is used as the substrate.

As the substrate, a substrate having a thermal expansion coefficient smaller than that of potassium niobate and having a perovskite structure pseudo-cubic unit cell of (100) orientation and in-plane orientation over the entire substrate surface is used. The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 3.

7. The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 6, wherein a substrate composed of a silicon single crystal substrate and a buffer layer epitaxially grown on the silicon single crystal substrate is used as the substrate.

As the buffer layer, a first buffer layer composed of a NaCl-type oxide and a second buffer layer composed of a simple perovskite-type oxide epitaxially grown on the first buffer layer are produced. The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 7.

As the buffer layer, a first buffer layer composed of a fluorite type oxide, a layered perovskite type oxide epitaxially grown on the first buffer layer, and a simple perovskite epitaxially grown on the layered perovskite type oxide 8. The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 7, wherein a second buffer layer comprising a type oxide is prepared.

As the substrate, a substrate composed of any of quartz, quartz, SiO ₂ coated silicon, and diamond coated silicon, and a buffer layer formed on the substrate main body is used,
As the buffer layer, a first buffer layer grown on the substrate in an in-plane orientation irrespective of the crystal orientation of the substrate surface, and a second buffer layer made of an oxide epitaxially grown on the first buffer layer. Is produced by a vapor phase method involving ion beam irradiation.

The method for producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 10, wherein the first buffer layer is made of a NaCl-type oxide, and the second buffer layer is made of a simple perovskite-type oxide.

The first buffer layer is formed of a fluorite-type oxide, and the second buffer layer is formed of a layered perovskite-type oxide and a simple perovskite-type oxide epitaxially grown on the layered perovskite-type oxide. The method of producing a potassium niobate single crystal thin film according to claim 10.

A surface acoustic wave device comprising a potassium niobate single crystal thin film produced by the production method according to claim 1.

A frequency filter comprising the surface acoustic wave device according to claim 13.

A frequency oscillator comprising the surface acoustic wave device according to claim 13.

An electronic circuit comprising the frequency oscillator according to claim 15.

An electronic device comprising at least one of the frequency filter according to claim 14, the frequency oscillator according to claim 15, and the electronic circuit according to claim 16.