JP2729288B2 - 磁気光学薄膜の製造方法 - Google Patents
磁気光学薄膜の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の産業上利用分野） 本発明は磁気光学薄膜の製造方法、さらに詳細には光
に対するファラデー回転性能指数が大きく、形成が容易
な磁気光学薄膜の製造方法に関するものである。
に対するファラデー回転性能指数が大きく、形成が容易
な磁気光学薄膜の製造方法に関するものである。
（従来の技術および問題点） 光アイソレータあるいは光サーキュレータなどの非相
反性を有する光素子の構成には、非相反効果を得るた
め、磁気光学効果の一種である光のファラデー回転が利
用されている。このような磁気光学材料としては従来、
イットリウム鉄ガーネット（Y3Fe5O12、以下YIG）の単
結晶が多く用いられてきた。これらの、素子の小型化・
高性能化のためには、単位長当たりのファラデー回転
角、すなわちファラデー定数ΘＦが大きく、かつ、光の
伝搬損失が小さい磁気光学材料が必要であり、このた
め、YIGのイットリウムをビスマスで置き換えた、いわ
ゆるビスマス置換YIG（化学式BixY3-xFe5O12）も開発さ
れている。
反性を有する光素子の構成には、非相反効果を得るた
め、磁気光学効果の一種である光のファラデー回転が利
用されている。このような磁気光学材料としては従来、
イットリウム鉄ガーネット（Y3Fe5O12、以下YIG）の単
結晶が多く用いられてきた。これらの、素子の小型化・
高性能化のためには、単位長当たりのファラデー回転
角、すなわちファラデー定数ΘＦが大きく、かつ、光の
伝搬損失が小さい磁気光学材料が必要であり、このた
め、YIGのイットリウムをビスマスで置き換えた、いわ
ゆるビスマス置換YIG（化学式BixY3-xFe5O12）も開発さ
れている。
また、最近では、光素子の集積回路化を目標として、
磁気光学材料の薄膜化の要請が高まってきた。
磁気光学材料の薄膜化の要請が高まってきた。
上述のような磁気光学材料に要求される特性として
は、ファラデー定数ΘＦが大きく、伝搬損失が小さ
いこと、が特に重要であり、前述のイットリウム鉄ガー
ネット（YIG）のイットリウムの一部をセリウムで置き
換えたセリウム置換YIG（化学式CexY3-xFe5O12）等の薄
膜の開発が進められている。
は、ファラデー定数ΘＦが大きく、伝搬損失が小さ
いこと、が特に重要であり、前述のイットリウム鉄ガー
ネット（YIG）のイットリウムの一部をセリウムで置き
換えたセリウム置換YIG（化学式CexY3-xFe5O12）等の薄
膜の開発が進められている。
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、フ
ァラデー定数が大きく、伝搬損失の小さい高性能磁気光
学薄膜を製造する方法を提供することを目的とする。
ァラデー定数が大きく、伝搬損失の小さい高性能磁気光
学薄膜を製造する方法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、本発明による磁気光学薄
膜の製造方法は、イットリウムの一部をセリウムで置換
したCexY3-xFe5O12（ただし、ｘは0.5から1.5）の組成
を有する焼結体をターゲット材料に用い、基板温度500
℃から550℃の間で、不活性ガス雰囲気にてスパッタリ
ングすることにより光学薄膜を基板上に堆積させた後、
650℃から850℃の間の温度で熱処理を施すことを特徴と
する。
膜の製造方法は、イットリウムの一部をセリウムで置換
したCexY3-xFe5O12（ただし、ｘは0.5から1.5）の組成
を有する焼結体をターゲット材料に用い、基板温度500
℃から550℃の間で、不活性ガス雰囲気にてスパッタリ
ングすることにより光学薄膜を基板上に堆積させた後、
650℃から850℃の間の温度で熱処理を施すことを特徴と
する。
本発明は、前述のセリウム置換YIGについて、スパッ
タリングにより形成した後、熱処理を施すことを特徴と
し、いわゆる長波長帯、特に光通信技術において重要な
波長1.5μｍ帯の光に対してファラデー定数が大きく伝
搬損失が小さい、高性能な磁気光学膜を実現するもので
ある。
タリングにより形成した後、熱処理を施すことを特徴と
し、いわゆる長波長帯、特に光通信技術において重要な
波長1.5μｍ帯の光に対してファラデー定数が大きく伝
搬損失が小さい、高性能な磁気光学膜を実現するもので
ある。
本発明をさらに詳しく説明する。
本発明においては、CexY3-xFe5O12の組成を有する焼
結体をターゲット材料に用い、基板上に基板温度500℃
から550℃で、不活性ガス雰囲気中にてスパッタリング
することにより堆積させる。
結体をターゲット材料に用い、基板上に基板温度500℃
から550℃で、不活性ガス雰囲気中にてスパッタリング
することにより堆積させる。
前記焼結体において、ｘは0.5〜1.5である。0.5未満
であると、大きなファラデー定数が得られにくく、一
方、1.5を超えると結晶膜の形成が困難になるからであ
る。
であると、大きなファラデー定数が得られにくく、一
方、1.5を超えると結晶膜の形成が困難になるからであ
る。
前記堆積時における基板温度は500〜550℃である。後
述の実施例より明らかなように、500℃未満であると、
スパッタリング形成時に結晶化が十分に進まず、550℃
を超えると形成膜に粒界ができる傾向があるからであ
る。
述の実施例より明らかなように、500℃未満であると、
スパッタリング形成時に結晶化が十分に進まず、550℃
を超えると形成膜に粒界ができる傾向があるからであ
る。
このような基板上への堆積は不活性ガス雰囲気、例え
ばアルゴンガス雰囲気で行なうことができる。
ばアルゴンガス雰囲気で行なうことができる。
上述のように光学薄膜を形成した後、本発明において
は650℃から850℃の温度で熱処理を行なう。上記熱処理
の温度が650℃未満であると、ファラデー定数が大きく
ならず、伝送損失が大きくなる恐れがあり、一方850℃
を超えると結晶状態が変化してしまう恐れがあるからで
ある。
は650℃から850℃の温度で熱処理を行なう。上記熱処理
の温度が650℃未満であると、ファラデー定数が大きく
ならず、伝送損失が大きくなる恐れがあり、一方850℃
を超えると結晶状態が変化してしまう恐れがあるからで
ある。
この熱処理を行なう雰囲気としては、非酸化性雰囲
気、例えばアルゴン、窒素ガスなどの雰囲気、還元性雰
囲気中で行なうことができる。
気、例えばアルゴン、窒素ガスなどの雰囲気、還元性雰
囲気中で行なうことができる。
（実施例） 本実施例では、まず目的とするセリウム置換YIG膜の
化学組成とほぼ同一の組成を有する焼結体をターゲット
材料として用い、高周波スパッタリング法などの方法で
基板上に薄膜を形成する。スパッタリングのガス雰囲気
にはアルゴンガスを用い、形成基板には、例えばガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット（GGG）あるいは、ニオ
ジウム・ガリウム・ガーネット（NGG）などの結晶基板
を用いる。磁気光学特性を得るためには、基板上にエピ
タキシャル成長することが必要であるが、発明者らはス
パッタリング時の基板温度として500〜550℃の範囲で磁
気光学特性を示す膜が得られることを見いだした。
化学組成とほぼ同一の組成を有する焼結体をターゲット
材料として用い、高周波スパッタリング法などの方法で
基板上に薄膜を形成する。スパッタリングのガス雰囲気
にはアルゴンガスを用い、形成基板には、例えばガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット（GGG）あるいは、ニオ
ジウム・ガリウム・ガーネット（NGG）などの結晶基板
を用いる。磁気光学特性を得るためには、基板上にエピ
タキシャル成長することが必要であるが、発明者らはス
パッタリング時の基板温度として500〜550℃の範囲で磁
気光学特性を示す膜が得られることを見いだした。
本発明では、上記の方法で形成した磁気光学膜に、65
0℃ないし850℃の高温で熱処理を施す。
0℃ないし850℃の高温で熱処理を施す。
次に、本発明により製造された磁気光学膜の特性例に
ついて述べる。
ついて述べる。
第１図は、CeY2Fe5O12の化学組成を持つセリウム置換
YIG磁気光学膜の特性例である。横軸は光の波長、縦軸
は長さ1cm当たりのファラデー回転角、すなわち、ファ
ラデー定数ΘＦであり、破線はスパッタ形成後の試料、
実線は本発明による方法で熱処理を施した試料に対応す
る。ここで、ΘＦ符号は、右回りの回転を正とした。図
のように、波長１μｍ前後を境として、短波長側と長波
長側とではΘＦの符号が逆転している。
YIG磁気光学膜の特性例である。横軸は光の波長、縦軸
は長さ1cm当たりのファラデー回転角、すなわち、ファ
ラデー定数ΘＦであり、破線はスパッタ形成後の試料、
実線は本発明による方法で熱処理を施した試料に対応す
る。ここで、ΘＦ符号は、右回りの回転を正とした。図
のように、波長１μｍ前後を境として、短波長側と長波
長側とではΘＦの符号が逆転している。
ΘＦの絶対値は、スパッタ形成後の試料に比べ、熱処
理を施した試料では10％から20％程度増大する。
理を施した試料では10％から20％程度増大する。
波長1.55μｍでのΘＦは4,300deg/cm以上の値を有
し、代表的なビスマス置換イットリウム鉄ガーネットで
あるBiY2Fe5O12の値1,200deg/cmに比べて3.5倍以上であ
る。
し、代表的なビスマス置換イットリウム鉄ガーネットで
あるBiY2Fe5O12の値1,200deg/cmに比べて3.5倍以上であ
る。
第２図は、スパッタリングによる膜形成の際の基板加
熱温度と波長1.55μｍの光に対するファラデー定数ΘＦ
の絶対値の関係を示す。
熱温度と波長1.55μｍの光に対するファラデー定数ΘＦ
の絶対値の関係を示す。
500℃から550℃の範囲では、加熱温度が高い程ΘＦが
上昇し、かつ、熱処理により向上している。一方、500
℃以下の基板温度では、スパッタリング形成時に結晶化
が十分に進まず、550℃以上では形成膜に粒界ができる
傾向があることを見出した。
上昇し、かつ、熱処理により向上している。一方、500
℃以下の基板温度では、スパッタリング形成時に結晶化
が十分に進まず、550℃以上では形成膜に粒界ができる
傾向があることを見出した。
光の伝搬損失は、膜を形成したままの状態、すなわ
ち、アズグロウンの状態では100dB/cm以上もあり、導波
路として使用できないことがわかった。これに対し、本
発明の製造プロセスに従って熱処理を施すことにより、
伝搬損失は著しく減少し、波長1.55μｍの光に対し20dB
/cmにまで低下する。一方、ファラデー定数は、第２図
に示すように熱処理により10％から20％程度向上するの
で、ファラデー定数と単位長あたりの伝搬損失の比、す
なわち、性能指数MFは熱処理により大幅に向上する。
ち、アズグロウンの状態では100dB/cm以上もあり、導波
路として使用できないことがわかった。これに対し、本
発明の製造プロセスに従って熱処理を施すことにより、
伝搬損失は著しく減少し、波長1.55μｍの光に対し20dB
/cmにまで低下する。一方、ファラデー定数は、第２図
に示すように熱処理により10％から20％程度向上するの
で、ファラデー定数と単位長あたりの伝搬損失の比、す
なわち、性能指数MFは熱処理により大幅に向上する。
表に、本発明による製造法で製作した磁気光学薄膜の
代表的な特性例を示す。
代表的な特性例を示す。
薄膜の作製は高周波２極スパッタリングによって行な
い、熱処理温度は800℃である。
い、熱処理温度は800℃である。
表に示すように、本発明による磁気光学薄膜は、波長
1.55μｍ付近の長波長帯において215deg/dB以上の磁気
光学性能指数を実現でき、ファラデー定数も極めて大き
い。
1.55μｍ付近の長波長帯において215deg/dB以上の磁気
光学性能指数を実現でき、ファラデー定数も極めて大き
い。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の磁気光学薄膜の製造方
法は、波長1.5μｍ付近の長波長帯の光に対して極めて
大きなファラデー定数を高い磁気光学性能指数を有する
薄膜を得ることができるから、高性能な非相反光デバイ
スの製造に応用できる。
法は、波長1.5μｍ付近の長波長帯の光に対して極めて
大きなファラデー定数を高い磁気光学性能指数を有する
薄膜を得ることができるから、高性能な非相反光デバイ
スの製造に応用できる。
第１図は本発明の製造方法により形成した磁気光学薄膜
のファラデー回転角の波長依存性を示す図、第２図はス
パッタリングによる薄膜形成時の基板加熱温度と形成さ
れた薄膜のファラデー定数の関係を示す図である。
のファラデー回転角の波長依存性を示す図、第２図はス
パッタリングによる薄膜形成時の基板加熱温度と形成さ
れた薄膜のファラデー定数の関係を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】イットリウムの一部をセリウムで置換した
CexY3-xFe5O12（ただし、ｘは0.5から1.5）の組成を有
する焼結体をターゲット材料に用い、基板上に基板温度
500℃から550℃の間で、不活性ガス雰囲気にてスパッタ
リングすることにより光学薄膜を堆積させた後、650℃
から850℃の間の温度で熱処理を施すことを特徴とする
磁気光学薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1218337A JP2729288B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 磁気光学薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1218337A JP2729288B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 磁気光学薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0382003A JPH0382003A (ja) | 1991-04-08 |
| JP2729288B2 true JP2729288B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=16718283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1218337A Expired - Fee Related JP2729288B2 (ja) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | 磁気光学薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2729288B2 (ja) |
-
1989
- 1989-08-24 JP JP1218337A patent/JP2729288B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0382003A (ja) | 1991-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |