JP3059332B2 - マイクロ波素子材料 - Google Patents
マイクロ波素子材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波素子材料、特
には磁性ガーネット単結晶からなる静磁波または磁気共
鳴を利用するマイクロ波素子材料に関するものである。
には磁性ガーネット単結晶からなる静磁波または磁気共
鳴を利用するマイクロ波素子材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波素子材料については、従来か
ら磁性ガーネット単結晶からなるものが使用されてお
り、具体的には単結晶基板の (111)面上にエピタキシャ
ル成長させた式Y3Fe5O12で示されるＹＩＧが汎用されて
いる。
ら磁性ガーネット単結晶からなるものが使用されてお
り、具体的には単結晶基板の (111)面上にエピタキシャ
ル成長させた式Y3Fe5O12で示されるＹＩＧが汎用されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この (111)面
基板上に成長させたＹＩＧなどはマイクロ波素子として
要求される磁気共鳴半値幅（△Ｈ）は小さいが、最低共
鳴周波数が大きく、低周波化できないという問題があ
る。そのため、これを改善する目的において単結晶基板
の (100)面上に磁性ガーネット単結晶薄膜をエピタキシ
ャル成長させたものも提案されているが、このものは最
低共鳴周波数は小さくなるものの、結晶欠陥とクラック
の量が多くなり、しかも磁気共鳴半値幅が大きくなるた
めに、これを用いて低損失のマイクロ波フィルターやＱ
の高いマイクロ波共振器を作ることが難しいという不利
がある。
基板上に成長させたＹＩＧなどはマイクロ波素子として
要求される磁気共鳴半値幅（△Ｈ）は小さいが、最低共
鳴周波数が大きく、低周波化できないという問題があ
る。そのため、これを改善する目的において単結晶基板
の (100)面上に磁性ガーネット単結晶薄膜をエピタキシ
ャル成長させたものも提案されているが、このものは最
低共鳴周波数は小さくなるものの、結晶欠陥とクラック
の量が多くなり、しかも磁気共鳴半値幅が大きくなるた
めに、これを用いて低損失のマイクロ波フィルターやＱ
の高いマイクロ波共振器を作ることが難しいという不利
がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不利
を解決したマイクロ波素子材料に関するもので、これは
基板単結晶の上に一般式R3Fe5-aMaO12（ここにＲはＹ、
Ｌａ、Ｌｕ、Ｂｉから選択される少なくとも一つの元
素、ＭはＡｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なく
とも一つの元素、０≦ａ≦0.9 ）で示される磁性ガーネ
ット単結晶をエピタキシャル成長させてなるマイクロ波
素子材料において、基板単結晶の結晶方位を [100]方向
から１〜10°ずれたものとしてなることを特徴とするも
のである。
を解決したマイクロ波素子材料に関するもので、これは
基板単結晶の上に一般式R3Fe5-aMaO12（ここにＲはＹ、
Ｌａ、Ｌｕ、Ｂｉから選択される少なくとも一つの元
素、ＭはＡｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なく
とも一つの元素、０≦ａ≦0.9 ）で示される磁性ガーネ
ット単結晶をエピタキシャル成長させてなるマイクロ波
素子材料において、基板単結晶の結晶方位を [100]方向
から１〜10°ずれたものとしてなることを特徴とするも
のである。
【０００５】すなわち、本発明者らは上記したような不
利、問題点を解決する方法について種々検討した結果、
磁性ガーネット単結晶を基板単結晶上にエピタキシャル
成長させてマイクロ波素子材料を製造する場合に、この
基板単結晶の (100)面上に磁性ガーネット単結晶をエピ
タキシャル成長させると、 (111)面基板を使用したとき
よりも最低共鳴周波数の小さくなることはフィジカル・
レビュー［J.O.Artman, Phys. Rev. Vol.105 No.1, Jan
1 1957. PP62 〜73］により公知とされている。
利、問題点を解決する方法について種々検討した結果、
磁性ガーネット単結晶を基板単結晶上にエピタキシャル
成長させてマイクロ波素子材料を製造する場合に、この
基板単結晶の (100)面上に磁性ガーネット単結晶をエピ
タキシャル成長させると、 (111)面基板を使用したとき
よりも最低共鳴周波数の小さくなることはフィジカル・
レビュー［J.O.Artman, Phys. Rev. Vol.105 No.1, Jan
1 1957. PP62 〜73］により公知とされている。
【０００６】この (100)面はガーネット単結晶において
人工的な面ではなく、自然に生成する成長面であるため
に、この単結晶はエピタキシャル成長工程終了後もフラ
ックスで濡れた状態になり、フラックス除去のための基
板の高速回転によってもフラックスが除去されにくく、
磁性ガーネット単結晶表面のフラックス残渣による結晶
欠陥およびクラックが多量に発生し、磁気共鳴半値幅も
大きくなるが、この単結晶基板をその結晶方位が [100]
よりわずかに傾斜させたものを使用すると、最低共鳴周
波数は小さいままで、磁性ガーネット単結晶表面がフラ
ックスで濡れた状態にならないので、高品質なマイクロ
波素子材料が得られることを見出し、この単結晶の組
成、単結晶基板の結晶方位の傾斜範囲などについての研
究を進めて本発明を完成させた。以下にこれをさらに詳
述する。
人工的な面ではなく、自然に生成する成長面であるため
に、この単結晶はエピタキシャル成長工程終了後もフラ
ックスで濡れた状態になり、フラックス除去のための基
板の高速回転によってもフラックスが除去されにくく、
磁性ガーネット単結晶表面のフラックス残渣による結晶
欠陥およびクラックが多量に発生し、磁気共鳴半値幅も
大きくなるが、この単結晶基板をその結晶方位が [100]
よりわずかに傾斜させたものを使用すると、最低共鳴周
波数は小さいままで、磁性ガーネット単結晶表面がフラ
ックスで濡れた状態にならないので、高品質なマイクロ
波素子材料が得られることを見出し、この単結晶の組
成、単結晶基板の結晶方位の傾斜範囲などについての研
究を進めて本発明を完成させた。以下にこれをさらに詳
述する。
【０００７】
【作用】本発明のマイクロ波素子材料は、基板単結晶の
上に一般式R3Fe5-aMaO12（ここにＲはＹ、Ｌａ、Ｌｕ、
Ｂｉから選択される少なくとも一つの元素、ＭはＡｌ、
Ｓｃ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一つの元
素、０≦ａ≦0.9 ）で示される磁性ガーネット単結晶を
エピタキシャル成長させてなるマイクロ波素子におい
て、結晶方位が [100]方向から１〜10°ずれている基板
単結晶の面上にエピタキシャル成長させたものであり、
これによれば高品質で最低共鳴周波数の小さいマイクロ
波素子材料が得られるという有利性が与えられる。
上に一般式R3Fe5-aMaO12（ここにＲはＹ、Ｌａ、Ｌｕ、
Ｂｉから選択される少なくとも一つの元素、ＭはＡｌ、
Ｓｃ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一つの元
素、０≦ａ≦0.9 ）で示される磁性ガーネット単結晶を
エピタキシャル成長させてなるマイクロ波素子におい
て、結晶方位が [100]方向から１〜10°ずれている基板
単結晶の面上にエピタキシャル成長させたものであり、
これによれば高品質で最低共鳴周波数の小さいマイクロ
波素子材料が得られるという有利性が与えられる。
【０００８】本発明のマイクロ波素子材料は上記した式
で示される磁性ガーネット単結晶を結晶方位が [100]方
向から１〜10°ずれた基板単結晶の面上にエピタキシャ
ル成長させたものであるが、ここに使用される基板単結
晶としてはガドリニウム・ガリウム・ガーネット（以下
ＧＧＧと略記する）、サマリウム・ガリウム・ガーネッ
ト（以下ＳＧＧと略記する）、ネオジム・ガリウム・ガ
ーネット（以下ＮＧＧと略記する）、上記のＧＧＧにＣ
ａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｙの少なくとも一つを添加したＧＧＧ
系のＳＯＧ、ＮＯＧ、ＹＯＧ［いずれも信越化学工業
（株）製商品名］とすればよく、これらは Gd2O3、Sm2O
3 、Nd2O3 または必要に応じＣａＯ、ＭｇＯ、ZrO2、Y2
O3などの置換材をそれぞれ所定量の Ga2O3と共にるつぼ
に仕込み、高周波誘導で各々の融点以上に加熱して溶融
したのち、この融液からチョクラルスキー法で単結晶を
引上げることによって得ることができる。
で示される磁性ガーネット単結晶を結晶方位が [100]方
向から１〜10°ずれた基板単結晶の面上にエピタキシャ
ル成長させたものであるが、ここに使用される基板単結
晶としてはガドリニウム・ガリウム・ガーネット（以下
ＧＧＧと略記する）、サマリウム・ガリウム・ガーネッ
ト（以下ＳＧＧと略記する）、ネオジム・ガリウム・ガ
ーネット（以下ＮＧＧと略記する）、上記のＧＧＧにＣ
ａ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｙの少なくとも一つを添加したＧＧＧ
系のＳＯＧ、ＮＯＧ、ＹＯＧ［いずれも信越化学工業
（株）製商品名］とすればよく、これらは Gd2O3、Sm2O
3 、Nd2O3 または必要に応じＣａＯ、ＭｇＯ、ZrO2、Y2
O3などの置換材をそれぞれ所定量の Ga2O3と共にるつぼ
に仕込み、高周波誘導で各々の融点以上に加熱して溶融
したのち、この融液からチョクラルスキー法で単結晶を
引上げることによって得ることができる。
【０００９】また、この基板単結晶の面上にエピタキシ
ャル成長される磁性ガーネット単結晶は上記した式R3Fe
5-aMaO12（Ｒ、Ｍ、ａは前記のとおり）で示されるもの
とされるので、これにはY3Fe5O12、(YLu)3Fe5O12、(YLa
Lu)3Fe5O12、(YBi)3Fe5O12、Y3(FeAl)5O12、(YLa)3(FeG
a)5O12、(YLu)3(FeAlGa)5O12などが例示されるが、この
ガーネット結晶組成物にはＣａ2+、Ｍｇ2+、Ｇｅ4+とい
った２価あるいは４価のイオンとなる酸化物あるいは炭
酸塩を添加して、さらに磁気共鳴半値幅を下げたものと
することが好ましい。
ャル成長される磁性ガーネット単結晶は上記した式R3Fe
5-aMaO12（Ｒ、Ｍ、ａは前記のとおり）で示されるもの
とされるので、これにはY3Fe5O12、(YLu)3Fe5O12、(YLa
Lu)3Fe5O12、(YBi)3Fe5O12、Y3(FeAl)5O12、(YLa)3(FeG
a)5O12、(YLu)3(FeAlGa)5O12などが例示されるが、この
ガーネット結晶組成物にはＣａ2+、Ｍｇ2+、Ｇｅ4+とい
った２価あるいは４価のイオンとなる酸化物あるいは炭
酸塩を添加して、さらに磁気共鳴半値幅を下げたものと
することが好ましい。
【００１０】この磁性ガーネット単結晶は、白金るつぼ
中にR2O3、Fe2O3 および必要に応じ金属Ｍの酸化物の所
定量をフラックスとしてのＰｂＯ、B2O3と共に仕込み、
1,100〜 1,200℃に加熱してこれらを溶融させたのち、
この過冷却の融液から液相エピタキシャル法で単結晶を
成長させることによって得ることができるが、この場合
この液相エピタキシャル法で成長させる基板単結晶をそ
の結晶方位が [100]方向から１〜10°ずれたものとする
と、ここに得られる磁性ガーネット単結晶は最低共鳴周
波数が小さく、磁気共鳴半値幅が0.60Ｏｅ以下と小さい
ものとなるので、マイクロ波素子材料としてすぐれた物
性を示すものになることが確認された。
中にR2O3、Fe2O3 および必要に応じ金属Ｍの酸化物の所
定量をフラックスとしてのＰｂＯ、B2O3と共に仕込み、
1,100〜 1,200℃に加熱してこれらを溶融させたのち、
この過冷却の融液から液相エピタキシャル法で単結晶を
成長させることによって得ることができるが、この場合
この液相エピタキシャル法で成長させる基板単結晶をそ
の結晶方位が [100]方向から１〜10°ずれたものとする
と、ここに得られる磁性ガーネット単結晶は最低共鳴周
波数が小さく、磁気共鳴半値幅が0.60Ｏｅ以下と小さい
ものとなるので、マイクロ波素子材料としてすぐれた物
性を示すものになることが確認された。
【００１１】なお、このようにして得られた磁性ガーネ
ット単結晶はエピタキシャル成長工程終了後のフラック
スによる濡れが減少されるので、クラックもなく、エピ
タキシャル膜表面も鏡面状であり、磁気共鳴半値幅が従
来のＹＩＧと同程度に小さく、また同時に最低共鳴周波
数も小さくなるので、このものはマイクロ波素子用材料
としてすぐれた物性をもつものとなり、このものは例え
ば周波数 100ＭＨｚから数10ＧＨｚのマイクロ波帯で使
用されるシグナルノイズエンハンサなどのマイクロ波素
子として有用とされるほか、光アイソレーター、光サー
キュレーター用の磁気光学用磁性膜としても有用とされ
る。
ット単結晶はエピタキシャル成長工程終了後のフラック
スによる濡れが減少されるので、クラックもなく、エピ
タキシャル膜表面も鏡面状であり、磁気共鳴半値幅が従
来のＹＩＧと同程度に小さく、また同時に最低共鳴周波
数も小さくなるので、このものはマイクロ波素子用材料
としてすぐれた物性をもつものとなり、このものは例え
ば周波数 100ＭＨｚから数10ＧＨｚのマイクロ波帯で使
用されるシグナルノイズエンハンサなどのマイクロ波素
子として有用とされるほか、光アイソレーター、光サー
キュレーター用の磁気光学用磁性膜としても有用とされ
る。
【００１２】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげるが、
例中における各試料の組成式はＩＣＰ発光分析法による
測定結果から求めたものであり、この磁気共鳴半値幅は
9.2ＧＨｚによる測定値を示したもの、クラック密度
（mm/cm2）はガーネット膜上に、１cm2 当たりに発生し
たクラックの長さ（mm）を示したものである。
例中における各試料の組成式はＩＣＰ発光分析法による
測定結果から求めたものであり、この磁気共鳴半値幅は
9.2ＧＨｚによる測定値を示したもの、クラック密度
（mm/cm2）はガーネット膜上に、１cm2 当たりに発生し
たクラックの長さ（mm）を示したものである。
【００１３】実施例１〜９、比較例１〜７ 目的とする磁性ガーネット単結晶を成長させる基板単結
晶として、結晶方位が[100]方向からのずれ角度ψが１
〜10°の範囲であり、厚さが 400μｍの直径２インチの
ＧＧＧ単結晶のウエーハを用意した。ついで、純度が 9
9.99％以上であるY2O3、La2O3 、Bi2O3 および Fe2O3の
所定量（９種類）をフラックス成分としてのＰｂＯとB2
O3と共に白金るつぼに仕込み、 1,100℃に加熱してこれ
らを溶融し、この融液から上記した基板単結晶ウエーハ
上に液相エピタキシャル法で９種類の酸化物ガーネット
単結晶を成長させたところ、クラックや結晶欠陥のない
単結晶が得られたので、この単結晶の組成を測定したと
ころ、表１に示したとおりの結果が得られた。
晶として、結晶方位が[100]方向からのずれ角度ψが１
〜10°の範囲であり、厚さが 400μｍの直径２インチの
ＧＧＧ単結晶のウエーハを用意した。ついで、純度が 9
9.99％以上であるY2O3、La2O3 、Bi2O3 および Fe2O3の
所定量（９種類）をフラックス成分としてのＰｂＯとB2
O3と共に白金るつぼに仕込み、 1,100℃に加熱してこれ
らを溶融し、この融液から上記した基板単結晶ウエーハ
上に液相エピタキシャル法で９種類の酸化物ガーネット
単結晶を成長させたところ、クラックや結晶欠陥のない
単結晶が得られたので、この単結晶の組成を測定したと
ころ、表１に示したとおりの結果が得られた。
【００１４】つぎに、これらの単結晶から 1.0mm×1.0m
m 角の試料を切り出し、この試料を強磁性共鳴装置の
9.2ＧＨｚの円柱状キャビティ内に、この試料が印加磁
界に対して垂直になるようにセットし、その磁気共鳴半
値幅と最低共鳴周波数を測定したところ、表１に併記し
たとおりの結果が得られた。
m 角の試料を切り出し、この試料を強磁性共鳴装置の
9.2ＧＨｚの円柱状キャビティ内に、この試料が印加磁
界に対して垂直になるようにセットし、その磁気共鳴半
値幅と最低共鳴周波数を測定したところ、表１に併記し
たとおりの結果が得られた。
【００１５】しかし、比較のために上記における基板単
結晶ウエーハの結晶方位の (100)方向からの傾斜角度を
表１に示したように０、または12°、14°、54°44' と
し、表１の比較例１〜７に示した組成式の酸化物ガーネ
ット単結晶を作ったところ、これらにはクラックや結晶
欠陥が多く認められ、これから切り出した試料を実施例
と同じように処理してその磁気共鳴半値幅および最低共
鳴周波数をしらべたところ、表１に併記したとおりの結
果が得られた。
結晶ウエーハの結晶方位の (100)方向からの傾斜角度を
表１に示したように０、または12°、14°、54°44' と
し、表１の比較例１〜７に示した組成式の酸化物ガーネ
ット単結晶を作ったところ、これらにはクラックや結晶
欠陥が多く認められ、これから切り出した試料を実施例
と同じように処理してその磁気共鳴半値幅および最低共
鳴周波数をしらべたところ、表１に併記したとおりの結
果が得られた。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【発明の効果】本発明はマイクロ波素子材料に関するも
のであり、これは前記したように基板単結晶の上に一般
式R3Fe5-aMaO12（ここにＲはＹ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｂｉから
選択される少なくとも一つの元素、ＭはＡｌ、Ｓｃ、Ｇ
ａ、Ｉｎから選択される少なくとも一つの元素、０≦ａ
≦0.9 ）で示される磁性ガーネット単結晶をエピタキシ
ャル成長させてなるマイクロ波素子材料において、基板
単結晶の結晶方位を [100]方向から１〜10°ずれたもの
としてなることを特徴とするものであるが、このように
して作られたマイクロ波素子材料には高品質で最低共鳴
周波数の小さいものになるという有利性が与えられる。
のであり、これは前記したように基板単結晶の上に一般
式R3Fe5-aMaO12（ここにＲはＹ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｂｉから
選択される少なくとも一つの元素、ＭはＡｌ、Ｓｃ、Ｇ
ａ、Ｉｎから選択される少なくとも一つの元素、０≦ａ
≦0.9 ）で示される磁性ガーネット単結晶をエピタキシ
ャル成長させてなるマイクロ波素子材料において、基板
単結晶の結晶方位を [100]方向から１〜10°ずれたもの
としてなることを特徴とするものであるが、このように
して作られたマイクロ波素子材料には高品質で最低共鳴
周波数の小さいものになるという有利性が与えられる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｐ 11/00 Ｈ０１Ｐ 11/00 Ｈ (72)発明者 流王 俊彦 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (56)参考文献 特開 昭63−10901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−54315（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01B 3/00 C30B 19/12 C30B 29/28 H01B 3/12 309 H01P 1/215 H01P 11/00
Claims (1)
- 【請求項１】基板単結晶の上に一般式R3Fe5-aMaO12（こ
こにＲはＹ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｂｉから選択される少なくと
も一つの元素、ＭはＡｌ、Ｓｃ、Ｇａ、Ｉｎから選択さ
れる少なくとも一つの元素、０≦ａ≦0.9 ）で示される
磁性ガーネット単結晶をエピタキシャル成長させてなる
マイクロ波素子材料において、基板単結晶の結晶方位を
[100]方向から１〜10°ずれたものとしてなることを特
徴とするマイクロ波素子材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28811593A JP3059332B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | マイクロ波素子材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28811593A JP3059332B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | マイクロ波素子材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07141915A JPH07141915A (ja) | 1995-06-02 |
| JP3059332B2 true JP3059332B2 (ja) | 2000-07-04 |
Family
ID=17726003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28811593A Expired - Fee Related JP3059332B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | マイクロ波素子材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3059332B2 (ja) |
-
1993
- 1993-11-17 JP JP28811593A patent/JP3059332B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07141915A (ja) | 1995-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |