JP3389671B2 - 磁性ガーネット単結晶膜の製造方法 - Google Patents

磁性ガーネット単結晶膜の製造方法

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高志 藤井
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誠人 熊取谷
洋 鷹木
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/26Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers
    • H01F10/30Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers characterised by the composition of the intermediate layers, e.g. seed, buffer, template, diffusion preventing, cap layers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、静磁波素子材料として
用いる磁性ガーネット単結晶膜の液相エピタキシャル成
長法による製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、静磁波素子のうち、例えば表面静
磁波(以下、MSSWと称す)素子用材料として、磁性
ガーネット(分子式R3 +3M5 +3O12-2;RはCa,B
i,Sc,Y,希土類元素等あるいはこれらの混合物;
MはFeあるいはFeおよびGa,Al,Si等の混合
物)単結晶膜が用いられている。特にRがY、MがFe
であるY3 Fe5 O12(以下、YIGと称す)は静磁波
素子材料の性能を表す強磁性共鳴(FMR)の半値幅
(ΔH)が小さいため重要な材料としてよく用いられて
いる。
【0003】従来の液相エピタキシャル法によるこのY
IG単結晶膜の育成方法は、縦型加熱炉内に所定条件に
設置された白金製坩堝に、溶質としてY2 O3 とFe2
O3、および溶媒としてPbOとB2 O3 とを適量充填
し、約1200℃で均質化を行ない溶融化する。次に、
この溶液を過冷却状態、即ち液相線の下方近傍温度(約
900℃前後)に保持した後、この溶液中に白金製治具
に固定された下地基板であるGd3 Ga5 O12(以下、
GGGと称す)基板を降下する。下地基板を前記溶液の
温度まで予熱した後で溶液中に浸漬し、一定位置で正逆
回転させながら所定時間エピタキシャル成長を行なうこ
とによって下地基板の表面に磁性ガーネット膜を形成す
るものである。
【0004】また、このYIG単結晶薄膜は、GGG下
地基板の主に(111)面に成長させていた。これはY
IG単結晶薄膜がバブルメモリー用材料として使用され
ていたとき、単結晶薄膜に垂直な方向に一軸磁気異方性
を持たせるため、磁化容易軸をこの方向に向かせるため
であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
(111)面に成長させたYIG単結晶をMSSW素子
として用いる場合、自発磁化で〈111〉方向に向いた
スピンを(111)面に水平になるように向けなければ
ならない。このとき[111]等価方位中に互いに直交
する方位は存在しないので、(111)面と水平な方向
にスピンを向けるのに縦緩和以外に横緩和も加わり、緩
和時間が増加するという問題点を有していた。
【0006】一方、YIG単結晶を(110)面に成長
させると
【0007】
【外1】
【0008】が、また(211)面に成長させると
【0009】
【外2】
【0010】が面内に向く。したがって、緩和過程が縦
緩和のみになって緩和時間が短くなり、強磁性共鳴(F
MR)の共鳴半値幅(ΔH)が小さくなると期待され
る。
【0011】しかしながら、結晶中には結合するボンド
の数や結合エネルギー等の違いによって結晶の成長しや
すい面、成長しにくい面が存在する。成長しにくい面は
一般に結合するボンド数が少なく、結合エネルギーも小
さい。そのために結晶表面に原子が吸着しても結合が弱
いため原子の結晶表面からの離脱が多く起こり、成長の
ためのステップやキンク等の微小核を作りにくい。一般
に、このように結晶の成長しにくい面をファセット面と
呼んでいる。このファセット面は上述の通り結晶の成長
速度が遅く、また、結晶成長のための核が生成される
と、その周りだけ優先的に成長し、表面に凹凸を有する
結晶膜となってしまう。
【0012】YIGの場合、(110)面と(211)
面がファセット面に含まれる。この2つの面は上記のよ
うに非常に急峻なΔHが期待されるために、MSSW用
素子の使用面として期待されるが、ファセット面のため
成長が困難で鏡面で均一な膜ができにくいという問題点
を有していた。また、成長速度が結晶の面内でばらつい
ているため、ピットの発生原因にもなっていた。
【0013】そこで、本発明の目的は、非磁性ガーネッ
ト単結晶基板の(110)面あるいは(211)面上
に、液相エピタキシャル法により凹凸のない均質な磁性
ガーネット単結晶膜を形成する製造方法を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁性ガーネット単結晶膜の製造方法は、
性ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル成長法で非
磁性ガーネット単結晶基板の(110)面および(21
1)面のうちのいずれかに成長させる磁性ガーネット単
結晶膜の製造方法において、磁性ガーネット単結晶膜を
成長させる原料溶液の溶液温度より低い温度の非磁性ガ
ーネット単結晶基板を、前記原料溶液中に浸漬すること
より、非磁性ガーネット単結晶基板上に微少核を形成
し、その後に、該微少核を有する非磁性単結晶基板上に
磁性ガーネット単結晶膜を形成することを特徴とする
【0015】さらに、磁性ガーネット単結晶膜を液相エ
ピタキシャル成長法で非磁性ガーネット単結晶基板の
(110)面および(211)面のうちのいずれかに成
長させる磁性ガーネット単結晶膜の製造方法において、
ガドリニウム・ガリウムガーネットおよびイットリウム
・鉄ガーネットより選ばれた1種類をターゲットとして
スパッタすることにより、非磁性ガーネット単結晶基板
上に微少核を形成し、その後に、該微少核を有する非磁
性単結晶基板上に磁性ガーネット単結晶膜を形成するこ
とを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明の磁性ガーネット単結晶膜の製造方法
は、非磁性ガーネット単結晶基板のファセット面にステ
ップ、キンク等の多数の微小核をあらかじめ形成した
後、その上に液相エピタキシャル成長法で磁性ガーネッ
ト単結晶膜を形成する。したがって、磁性ガーネット単
結晶膜は、このあらかじめ形成した多数のステップやキ
ンクを核として、非磁性ガーネット単結晶基板表面のあ
らゆる箇所で成長し、凹凸のない均一な膜として得られ
る。
【0017】
【実施例】本発明にかかる磁性ガーネット単結晶膜の製
造方法の実施例を示す。(実施例1)まず、下地基板と
して(110)面を主面としたGGG基板を準備した。
【0018】次に、縦型加熱炉内に設置した白金製坩堝
内に、溶質としてY2 O3 とFe2O3 、および溶媒と
してPbOとB2 O3 とを混合・充填し、約1200℃
で均質化を行ない溶液化した後、約900℃まで冷却し
過冷却状態とした。その後、アルミナ管に支持された白
金製治具に先に準備したGGG基板を固定し、縦型加熱
炉内を降下させ、過冷却状態の溶液中に浸漬した。この
時、高速でGGG基板を降下させて、GGG基板の温度
が溶液の温度に達する前にその溶液に浸漬させ、即ち、
溶液温度より低温のGGG基板を浸漬してGGG基板上
に微小核を発生させた。その後、そのまま所定位置でG
GG基板を正逆回転させながらYIG単結晶膜を育成し
た後、高速回転しながらGGG基板を引上げ、膜上の付
着溶液を遠心力により振り切り、GGG基板上にYIG
単結晶膜を得た。(実施例2)まず、下地基板として
(211)面を主面としたGGG基板を準備した。その
後実施例1と同様にして、YIG単結晶膜を得た。(実
施例3)まず、下地基板として準備した(110)面を
主面としたGGG基板上に、YIG基板をターゲット材
料としAr−O2混合ガスをスパッタガスとしてスパッ
タを行い、GGG基板上微少核を形成した。
【0019】次に、縦型加熱炉内に設置した白金製坩堝
内に、溶質としてY2O3とFe2O3、および溶媒と
してPbOとB2O3とを実施例1と同一組成で混合・
充填し、約1200℃で均質化を行い溶液化した後、約
900℃まで冷却し過冷却状態とした。その後、アルミ
ナ管に支持された白金製治具に先に準備したGGG基板
を固定し、縦型過熱炉内を降下させ前記溶液の温度まで
予熱した後、過冷却状態の溶液中に浸漬した。その後、
そのまま所定位置でGGG基板を正逆回転させながらY
IG単結晶膜を育成した後、高速回転しながらGGG基
板を引き上げ、膜状の付着溶液を遠心力により振り切
り、GGG基板上にYIG単結晶膜を得た。(従来例)
まず、下地基板として(110)面を主面としたGGG
基板を準備した。
【0020】次に、縦型加熱炉内に設置した白金製坩堝
内に、溶質としてY2 O3 とFe2O3 、および溶媒と
してPbOとB2 O3 とを実施例1と同一組成で混合・
充填し、約1200℃で均質化を行ない溶液化した後、
約900℃まで冷却し過冷却状態とした。その後、アル
ミナ管に支持された白金製治具に先に準備したGGG基
板を固定し、縦型加熱炉内を降下させ前記溶液の温度ま
で予熱した後、過冷却状態の溶液中に浸漬した。その
後、そのまま所定位置でGGG基板を正逆回転させなが
らYIG単結晶膜を育成した後、高速回転しながらGG
G基板を引上げ、膜上の付着溶液を遠心力により振り切
り、GGG基板上にYIG単結晶膜を得た。
【0021】表1に、以上の実施例1〜および従来例
で形成したYIG単結晶膜それぞれについてのピット密
度を示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1に示す通り、本発明の磁性ガーネット
単結晶膜のピット密度は、従来の磁性ガーネット単結晶
膜のそれと比較して、大幅に減少している。即ち、本発
明の製造方法によれば、GGG基板がファセット面であ
っても微小核をあらかじめ形成させておくことで、その
上に均一に結晶を成長させることができ、欠陥の少ない
鏡面な磁性ガーネット単結晶膜を得ることができる。
【0024】なお、上記実施例においては、非磁性ガー
ネット単結晶のGGG基板上に磁性ガーネット単結晶膜
のYIGを形成する場合について説明したが、本発明は
この組合せに限定されるものではない。即ち、同様のガ
ーネット構造を有する非磁性ガーネット単結晶基板と磁
性ガーネット単結晶基板との組合せ全てについて、同様
の効果が得られた。
【0025】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
磁性ガーネット単結晶膜の製造方法によれば、非磁性ガ
ーネット単結晶基板のファセット面である(110)、
(211)面に、あらかじめ形成させた多数の微小核を
核として、磁性ガーネット単結晶膜が成長する。したが
って、凹凸のない均質な磁性ガーネット単結晶膜を得る
ことができる。
【0026】したがって、本発明の磁性ガーネット単結
晶膜の製造方法により、MSSWデバイスに好適な磁性
ガーネット単結晶膜を製作することが可能となる。
フロントページの続き (72)発明者 鷹木 洋 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (56)参考文献 特開 平5−330991(JP,A) 特開 平6−333771(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 19/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性ガーネット単結晶膜を液相エピタキ
    シャル成長法で非磁性ガーネット単結晶基板の(11
    0)面および(211)面のうちのいずれかに成長させ
    る磁性ガーネット単結晶膜の製造方法において、 磁性ガーネット単結晶膜を成長させる原料溶液の溶液温
    度より低い温度の非磁性ガーネット単結晶基板を、前記
    原料溶液中に浸漬することより、非磁性ガーネット単結
    晶基板上に微少核を形成し、 その後に、該微少核を有する非磁性単結晶基板上に磁性
    ガーネット単結晶膜を形成することを特徴とする磁性ガ
    ーネット単結晶膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 磁性ガーネット単結晶膜を液相エピタキ
    シャル成長法で非磁性ガーネット単結晶基板の(11
    0)面および(211)面のうちのいずれかに成長させ
    る磁性ガーネット単結晶膜の製造方法において、 ガドリニウム・ガリウムガーネットおよびイットリウム
    ・鉄ガーネットより選ばれた1種類をターゲットとして
    スパッタすることにより、非磁性ガーネット単結晶基板
    上に微少核を形成し、 その後に、該微少核を有する非磁性単結晶基板上に磁性
    ガーネット単結晶膜を形成することを特徴とする磁性ガ
    ーネット単結晶膜の製造方法。
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