JP2742537B2 - Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same - Google Patents

Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2742537B2
JP2742537B2 JP1218338A JP21833889A JP2742537B2 JP 2742537 B2 JP2742537 B2 JP 2742537B2 JP 1218338 A JP1218338 A JP 1218338A JP 21833889 A JP21833889 A JP 21833889A JP 2742537 B2 JP2742537 B2 JP 2742537B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magneto
thin film
optical
optical thin
sputtering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1218338A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0382001A (en
Inventor
敏宏 新宅
武彦 宇野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP1218338A priority Critical patent/JP2742537B2/en
Publication of JPH0382001A publication Critical patent/JPH0382001A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2742537B2 publication Critical patent/JP2742537B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets
    • H01F10/245Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の産業上利用分野) 本発明は、磁気光学薄膜およびその製造方法、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およびその製造方法に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field of the Invention) The present invention relates to a magneto-optical thin film and a method for producing the same, and more specifically, a large Faraday rotation index for light,
The present invention relates to a magneto-optical thin film that can be easily formed and a method for manufacturing the same.

(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、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Θ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、ビスマス置換鉄
ガーネット(化学式BixY3-xFe5O12)が開発されてい
る。
(Conventional technology and problems) In order to obtain a non-reciprocal effect, Faraday rotation of light, which is a kind of magneto-optical effect, is used for the configuration of a non-reciprocal optical element such as an optical isolator or an optical circulator. Conventionally, single crystals of yttrium iron garnet (Y 3 Fe 5 O 12 , hereinafter referred to as YIG) have been often used as optical materials. These, for compactness and high performance of the device, the Faraday rotation angle per unit length, i.e. Faraday constant theta F is large and requires magneto-optical material small propagation loss of light, Therefore A so-called bismuth-substituted iron garnet in which yttrium of YIG is replaced by bismuth (chemical formula Bi x Y 3-x Fe 5 O 12 ) has been developed.

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。
Recently, with the goal of integrating optical devices into integrated circuits,
There has been an increasing demand for thinner magneto-optical materials.

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Θが大きく、伝搬損失が小さいこと、が特に
重要であり、前述のビスマス置換鉄ガーネットを始め、
各種材料の薄膜化が試みられている。
Characteristics required for magneto-optic material, the Faraday constant theta F is large, it the propagation loss is small, but is particularly important, including the bismuth-substituted iron garnet above,
Attempts have been made to reduce the thickness of various materials.

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、高
性能磁気光学薄膜およびその製造方法を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a high-performance magneto-optical thin film and a method for manufacturing the same.

(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
膜は、xを0.5から1.5の値として、化学式CexGd3-xFe5O
12の組成を有し、光学基板上にスパッタリング形成した
ことを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the magneto-optical thin film according to the present invention has a chemical formula Ce x Gd 3-x Fe 5 O where x is a value of 0.5 to 1.5.
It has a composition of 12 and is formed by sputtering on an optical substrate.

また本発明による磁気光学薄膜の製造方法は、xを0.
5から1.5の値として、化学式CexGd3-xFe5O12の組成を有
する焼結体をターゲット材料に用い、形成時の基板温度
を520℃から540℃の間とし、不活性ガス雰囲気にてスパ
ッタリングすることにより基板上に堆積した後、650℃
ないし850℃の間の温度で熱処理を施すことを特徴とす
る。
In the method of manufacturing a magneto-optical thin film according to the present invention, x is set to 0.
As a value of 5 to 1.5, a sintered body having a chemical formula of Ce x Gd 3-x Fe 5 O 12 is used as a target material, the substrate temperature during formation is set to 520 ° C. to 540 ° C., and an inert gas atmosphere is used. Deposited on the substrate by sputtering at 650 ° C
The heat treatment is performed at a temperature between 850 ° C. and 850 ° C.

本発明は、イットリウム鉄ガーネットのイットリウム
をセリウムとガドリニウムとで置換することを特徴と
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。
The present invention is characterized in that yttrium of yttrium iron garnet is replaced by cerium and gadolinium. This realizes a small, high-performance magneto-optical film.

本発明においては、CexGd3-xFe5O12の組成を有する焼
結体をターゲット材料に用い、基板上で基板温度520℃
から540℃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。
In the present invention, a sintered body having a composition of Ce x Gd 3-x Fe 5 O 12 is used as a target material, and a substrate temperature of 520 ° C.
From 540 ° C. to 540 ° C. by sputtering in an inert gas atmosphere.

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。
In the sintered body, x is 0.5 to 1.5. If it is less than 0.5, it is difficult to obtain a large Faraday constant, while if it exceeds 1.5, it becomes difficult to form a crystal film.

前記堆積時における基板温度は520〜540℃である。後
述の実施例より明らかなように、520℃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、540℃
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。
The substrate temperature during the deposition is 520 to 540 ° C. As is clear from the examples described below, when the temperature is lower than 520 ° C,
Crystallization does not proceed sufficiently during sputtering formation, 540 ° C
This is because, when the ratio exceeds, grain boundaries tend to be formed in the formed film.

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。
Such deposition on the substrate can be performed in an inert gas atmosphere, for example, an argon gas atmosphere.

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。
After forming the optical thin film as described above, in the present invention, heat treatment is performed at a temperature of 650 ° C. to 850 ° C. If the temperature of the heat treatment is lower than 650 ° C., the Faraday constant does not increase, and transmission loss may increase.
This is because, if it exceeds, the crystal state may change.

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。
The heat treatment may be performed in a non-oxidizing atmosphere, for example, an atmosphere of argon, nitrogen gas, or the like, or a reducing atmosphere.

(実施例) 第1図は、本発明によるCeGd2Fe5O12の化学組成を持
つセリウム・ガドリニウム置換鉄ガーネットの磁気光学
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Θ
であり、破線は後述の方法によるスパッタ形成後の試
料、実線は熱処理を施した試料に対応する。ここでΘ
符号は、右回りの回転を正とした。図のように、波長1
μm前後を境として、短波長側と長波長側とではΘ
符号が逆転している。長波長側では波長とともにΘ
漸減の傾向にあるものの、1.55μmの波長において3,20
0deg/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2.5倍以上である。
(Embodiment) FIG. 1 shows an example of characteristics of a magneto-optical film of a cerium-gadolinium-substituted iron garnet having a chemical composition of CeGd 2 Fe 5 O 12 according to the present invention. The horizontal axis is the wavelength of light, and the vertical axis is the Faraday rotation angle per 1 cm length, that is, the Faraday constant Θ
F , the broken line corresponds to the sample after the sputter formation by the method described later, and the solid line corresponds to the sample subjected to the heat treatment. Where Θ F
The sign is positive for clockwise rotation. As shown, wavelength 1
The sign of FF is reversed between the short wavelength side and the long wavelength side around the boundary of about μm. On the long wavelength side, FF tends to decrease gradually with wavelength, but at a wavelength of 1.55 μm,
Having a value of 0 deg / cm or more, the value of BiY 2 Fe 5 O 12 which is a typical bismuth-substituted yttrium iron garnet 1,200 deg / cm
It is 2.5 times or more compared to.

第2図は、セリウムとガドリニウムの組成比とファラ
デー定数の絶対値の関係を示す。ここで、横軸は、セリ
ウム・ガヂリニウム置換鉄ガーネットの化学式をCeGd2F
e5O12と表した場合のxの値、横軸はファラデー定数Θ
の絶対値で、波長は1.55μmの場合である。xが0.5
において1,500deg/cm以上のファラデー定数値が得ら
れ、かつ、セリウム置換量に比例して増大する。これに
対し、xが0.5以下ではセリウム置換の効果は小さい。
なお、xが1.5以上になると結晶膜の形成が極めて困難
である。
FIG. 2 shows the relationship between the composition ratio of cerium and gadolinium and the absolute value of the Faraday constant. Here, the horizontal axis represents the chemical formula of cerium-gadolinium-substituted iron garnet as CeGd 2 F
The value of x when expressed as e 5 O 12 , the horizontal axis is the Faraday constant Θ
The absolute value of F , and the wavelength is 1.55 μm. x is 0.5
, A Faraday constant value of 1,500 deg / cm or more is obtained, and increases in proportion to the cerium substitution amount. On the other hand, when x is 0.5 or less, the effect of cerium substitution is small.
When x exceeds 1.5, it is extremely difficult to form a crystal film.

次に、本実施例における磁気光学膜の形成方法につい
て説明する。本発明の磁気光学膜はスパッタリング法に
よって容易に形成することが可能である。スパッタリン
グにおけるターゲット材料としては、目的とする膜の化
学組成とほぼ同一の組成を有する焼結体を用い、スパッ
タリング法としては、高周波スパッタリングなど、一般
的な方法で形成可能であった。スッパリングのガス雰囲
気にはアルゴンガスを用い、形成基板には、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)などのガーネット結
晶の(111)基板を用いた。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520
〜540℃の範囲で磁気光学特性を示す膜が得られること
を見出した。
Next, a method for forming the magneto-optical film in this embodiment will be described. The magneto-optical film of the present invention can be easily formed by a sputtering method. As a target material in sputtering, a sintered body having substantially the same chemical composition as a target film was used, and as a sputtering method, it could be formed by a general method such as high frequency sputtering. An argon gas was used as a gas atmosphere for sputtering, and a (111) substrate of a garnet crystal such as gadolinium gallium garnet (GGG) or niobium gallium garnet (NGG) was used as a formation substrate. In order to obtain magneto-optical characteristics, it is necessary to perform epitaxial growth on a substrate.
It has been found that a film exhibiting magneto-optical properties can be obtained in the range of 540540 ° C.

光伝搬特性のうち伝搬損失は、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が、650ないし850℃の高
温で非酸化性の雰囲気にて熱処理を施すことにより著し
く減少し、波長1.55μmの光に対し25dB/cm以下となる
ことがわかった。一方、ファラデー定数は、第1図に示
すようにアズグロウンの状態でも十分な値を有し、熱処
理による改善の効果は認められず、むしろ低下する傾向
があるが、その低下量はわずかであるので、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
は熱処理により大幅に向上する。
Propagation loss among the light propagation characteristics is the state as it is formed,
In other words, in the as-grown state, it is more than 100 dB / cm and cannot be used as a waveguide. It was found to be less than 25 dB / cm. On the other hand, the Faraday constant has a sufficient value even in the as-grown state as shown in FIG. 1, and the effect of the improvement by the heat treatment is not recognized, but rather tends to decrease. , The ratio of the Faraday constant to the propagation loss per unit length, ie, the figure of merit, is greatly improved by the heat treatment.

表に、本発明による磁気光学薄膜の代表的な特性例を
示す。
The table shows typical characteristics of the magneto-optical thin film according to the present invention.

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。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130deg/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。
The thin film is produced by high frequency bipolar sputtering, and the heat treatment temperature is 800 ° C. As shown in the table, the magneto-optical thin film according to the present invention can realize a magneto-optical performance index of 130 deg / dB or more in a long wavelength band around a wavelength of 1.55 μm, and has a very large Faraday constant.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明による磁気光学薄膜は、
高周波2極スパッタリングのように、簡便な方法で成膜
可能であり、かつ、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と高い磁気光学性能
指数得ることができるから、高性能な非相反光デバイス
に応用できる。
(Effect of the Invention) As described above, the magneto-optical thin film according to the present invention
Since high-frequency two-pole sputtering can be used to form a film by a simple method and can obtain an extremely large Faraday constant and a high magneto-optical performance index with respect to light in a long wavelength band around 1.5 μm, Applicable to high performance non-reciprocal light devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による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図はセリウム置換量とファ
ラデー定数の関係を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the wavelength dependence of the Faraday rotation angle of the magneto-optical thin film according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the cerium substitution amount and the Faraday constant.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】xを0.5から1.5の値として、化学式CexGd
3-xFe5O12の組成を有し、光学基板上にスパッタリング
形成したことを特徴とする磁気光学薄膜。
1. The chemical formula Ce x Gd, where x is a value of 0.5 to 1.5.
A magneto-optical thin film having a composition of 3-x Fe 5 O 12 and being formed by sputtering on an optical substrate.
【請求項2】xを0.5から1.5の値として、化学式CexGd
3-xFe5O12の組成を有する焼結体をターゲット材料に用
い、形成時の基板温度を520℃から540℃の間とし、不活
性ガス雰囲気にてスパッタリングすることにより基板上
に堆積した後、650℃ないし850℃の間の温度で熱処理を
施することを特徴とする磁気光学薄膜の製造方法。
2. The chemical formula Ce x Gd where x is a value from 0.5 to 1.5.
Using a sintered body having a composition of 3-x Fe 5 O 12 as the target material, the substrate temperature during formation was set between 520 ° C. and 540 ° C., and deposited on the substrate by sputtering in an inert gas atmosphere. Thereafter, a heat treatment is performed at a temperature between 650 ° C. and 850 ° C. to produce a magneto-optical thin film.
JP1218338A 1989-08-24 1989-08-24 Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same Expired - Fee Related JP2742537B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1218338A JP2742537B2 (en) 1989-08-24 1989-08-24 Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1218338A JP2742537B2 (en) 1989-08-24 1989-08-24 Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0382001A JPH0382001A (en) 1991-04-08
JP2742537B2 true JP2742537B2 (en) 1998-04-22

Family

ID=16718301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1218338A Expired - Fee Related JP2742537B2 (en) 1989-08-24 1989-08-24 Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2742537B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0382001A (en) 1991-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5466388A (en) Material for magnetostatic-wave devices
JP2742537B2 (en) Magneto-optical thin film and method of manufacturing the same
JP2729288B2 (en) Manufacturing method of magneto-optical thin film
JPS60134404A (en) Magnetooptical material
JPH09202697A (en) Production of bismuth-substituted type garnet
JP2001348297A (en) Bismuth substituted-type garnet thick film material and method of producing the same
JPS61113026A (en) Medium for magnetooptic element
JPH0766114B2 (en) Magneto-optical element material
JPH0354454B2 (en)
JPS627631A (en) Magneto-optical element
JPS62138396A (en) Magnetic garnet material for magneto-optical element
JPH0727823B2 (en) Magnetic material for magneto-optical element
JP2679157B2 (en) Terbium iron garnet and magneto-optical element using the same
JP2867736B2 (en) Magneto-optical material, method of manufacturing the same, and optical element using the same
JPH101398A (en) Faraday element and its production
JPS63270396A (en) Production of magnetooptical element
JPH11100300A (en) Bismuth-substituted garnet material and its production
JPH1192291A (en) Bismuth substituted type garnet thick film material and its production
JPH0558251B2 (en)
JP3059332B2 (en) Microwave device material
JPS61242986A (en) Production of magneto-optical crystal
JP2843433B2 (en) Bi-substituted magnetic garnet and magneto-optical element
JP2543997B2 (en) Bismuth-substituted oxide garnet single crystal and method for producing the same
JP2756273B2 (en) Oxide garnet single crystal and method for producing the same
JPH1192290A (en) Bismuth substituted type garnet thick film material and its production

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees