JPH02248398A - 酸化物ガーネット単結晶膜の製造方法 - Google Patents

酸化物ガーネット単結晶膜の製造方法

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JPH02248398A
JPH02248398A JP6794489A JP6794489A JPH02248398A JP H02248398 A JPH02248398 A JP H02248398A JP 6794489 A JP6794489 A JP 6794489A JP 6794489 A JP6794489 A JP 6794489A JP H02248398 A JPH02248398 A JP H02248398A
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俊彦 流王
Masayuki Tanno
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/24Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates from liquids
    • H01F41/28Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates from liquids by liquid phase epitaxy

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は酸化物ガーネット単結晶膜およびその製造方法
、特には周波数100MI(zから数10GHzマイク
ロ波帯で使用されるマイクロ波素子、例えばアイソレー
ター、サーキュレータ−用の新規な磁性膜やアイソレー
ターとしての磁気光学素子用磁性膜として有用とされる
鏡面厚膜の酸化物ガーネット単結晶膜およびその製造方
法に関するものである。
(従来の技術) 光アイソレーターやマイクロ波素子用の磁性材料として
は液相エピタキシャル法で育成したY、Fe50.、 
(YIG)または(Y Bi Fe)aO+2で示され
る単結晶を使用することが提案されている。
(発明が解決しようとする課題) しかし、これらの単結晶膜はクラックが発生し易く、2
0μm以上、の膜厚を得ることも難しく、これはその表
面がストリエーションやスワロールのあるものとなるた
めに鏡面として得ることが難しいし、さらには膜中にフ
ラックス成分から多量のPbイオンが取り込まれるため
に磁気共鳴半値幅ΔHが大きい値を示し、光アイソレー
ター素子では光吸収が大きくなるという欠点があり、し
たがってこれらの用途には使用することが難しいという
不利がある。
(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高品質のマイクロ波
素子用材料や磁気光学素子用材料として有用とされる酸
化物ガーネット単結晶膜およびその製造方法に関するも
ので、これは液相エピタキシャル法により基板上に育成
される酸化物ガーネット単結晶膜であって、構造式が(
Yt−Jx)s(Fe皇−yNy)ao*z (ここに
−は希土類元素、 Bi、 Caから、またNは非磁性
元素から選択される少なくとも一つの元素、XはO≦X
≦0゜9、yは0≦y≦0.9)で示され、ここに希土
類元素はLa、 Ga、 Nd、 Smなど、非磁性元
素はGe。
Ga、AJZ 、 Sc、 Inなど1あり、膜厚が2
0μm以上で、その表面の粗さが0.5μ−以下の鏡面
状態であることを特徴とする酸化物ガーネット単結晶膜
、および液相エピタキシャル法によりフラックス融液か
ら基板上に式が(’/c−xMm) s (Fet−y
Ny)sos2  (M、N、X、y、は前記に同じ)
で示される酸化物ガーネット単結晶膜を成長させるに当
り、過冷却温度とフラックス成分としてのPbO/2B
20! (モル比)をそれぞれX、Y軸としたxy平面
において、このそル比を3点(0,0),B点(60゜
O)、C点(6G、15.6) 、 D点(0,5,5
)で囲まれた範囲とすることを特徴とする酸化物ガーネ
ット単結晶膜の製造方法に関するものである。
すなわち、本発明者らは液相エピタキシャル法によりフ
ラックス融液から基板上に酸化物ガーネット単結晶を育
成する際の過冷却温度△Tgとここに使用されるフラッ
クス成分としてのPbOとB、03とのモル比がエピタ
キシャル膜の表面の凹凸および磁気共鳴半値幅ΔH値に
大きい影響を与えることを見出し、この値について種々
検討した結果、酸化物ガーネット単結晶膜が、(Yt−
xM+g)s(Fllt−yNy)sO+* (M、 
N、 X、 Lは前記に同じ)であるときにijl?4
1却温度ΔTgをX軸とし、PbO/2B20s (モ
ア1/比)をY軸としたXY平面において、このPbO
/2B20s  (モル比)を3点(O,O)、 a点
(60,0)、  C点(60,15,8)、 D点(
0゜5.5)で囲まれた第1図に示された範囲とすると
クラックがなく、エピタキシャル膜の表面の粗さが0.
5μi以下で、膜中のPbイオン量を大幅に減少させる
ことができるので、ΔH値が2.006以下と小さく、
20μ膳以上の厚さを有する酸化物ガーネット単結晶厚
膜を得ることができることを確認して本発明を完成させ
た。
以下にこれを詳述する。
(作用) 本発明の酸化物ガーネット単結晶膜を育成させるために
使用されるガーネット基板単結晶はガドリニウム・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)、上記したGGGにCa、 mg%2「、Yの少な
くとも1つで置換したGGG系のSOG、 NOG、 
YOG  [いずれも信越化学工業(株)商品名]とす
ればよく、これらはcd、o3. Sl、03. Nd
2O3または必要に応じCab、 MgO,ZrO,y
2o、などの置換材をそれぞれGa2O@の所定量と共
にルツボに仕込み、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咎る。また
、この基板単結晶上に液相エピタキシャル法でエピタキ
シャル成長させる酸化物ガーネット単結晶は上記したよ
うに組成式が(Yt−xL)s(Fe+−yNy)sO
+2(M、 N、 x、yは前記に同じ)で示されるも
のであるが、上記した式で示されるガーネット単結晶膜
は白金ルツボ中にY2O5,Fernsおよび必要に応
じ元素Mの酸化物1元素Nの酸化物(M、 Nは前記に
同じ)をフラックスとしてのPbO,B、0゜と共に仕
込み、1,100〜1,200℃に加熱してこれを融解
させたのち、この過冷却状態の融液からLPE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。
しかして、本発明の方法ではこの融液から上記した基板
上に酸化物単結晶膜を液相エピタクシシル法で育成する
に際し、この融液を構成するフラックス成分としてのP
bO,tt2o3のモル比を特定の範囲内とすることが
必要とされるのであるが、これは第1図に示したように
過冷却温度ΔTgをX軸とし、PbO/2B20s  
(モル比・R3)をY軸としたXY平面においてこの図
中のA点(0,0),B点(60,0)、 C点(60
,15,6)および0点(0,5,5)の4点で囲まれ
た範囲内にあるようにするものであり、過冷却温度△T
gとフラックス成分のそル比をこの範囲内とすると、得
られる酸化物ガーネット単結晶膜はクラックがなく、ま
た表面の粗さが0.5μ−以下の鏡面状で、しかもPb
含有量が少なく、磁気共鳴半値幅△Hも2.00e以下
の小さい値になるという有利性が与えられる。
上記したような方法で得られる酸化物ガーネット単結晶
膜は、クラックもなくエピタキシャル膜表面も鏡面状で
あり、また△Hも小さいので、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100M)lzから数10GHzのマイクロ波帯
で使用される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−、サーキュレータ−用の磁気光学素子
用磁性膜としても有用とされる。
つぎに本発明の実施例をあげるが例中における磁気共鳴
半値幅ΔHはFMRを用いた破壊測定で求めたもの、P
b量はX線マイクロアナライザーで求めたもの、ストリ
エーションはタリステップを用いて表面の凹凸の高さの
差を測定したもの、またクラックの有無は顕微鏡視野内
のひびの本数で評価したものである。
実施例1 基板としてGGG単結晶ウェつ八をへい、エピタキシャ
ル膜を形成させる成分として所定量のYaos、 F@
20=を加え、フラックス成分としてのPbO,B2a
sをPbO/2BiOsのモル比(Rs)を変えて白金
ルツボに仕込み、1,100℃に加熱してこれを溶融さ
せ溶融からY103/FezO5(そル比)=81を2
0〜40とし、Y2O3+Fe2O3/Y2O3+Fe
20s”PbO+2B20s  (モル比)!R4を0
.2とすると共に、上記したPbO/2BzOs  (
モル比)−R3と成長温度を変えてLPE法でGGG単
結晶ウェーへの<111 >方向に式Y3FesO+2
で示されるエピタキシャル膜を厚さ50〜80μ−に成
長させて酸化物ガーネット単結晶膜を作り、このウェー
八表面の鏡面度をタリステップにより測定し表面粗さが
0.5μ−以下のものを(0)とし、これが0.5μ園
以上のものを(×)と判定することとしたところ、第1
表に示したとおりの結果が得られたが、この場合の過冷
却温度(67g)−飽和温度(Ts)−成長温度(Ts
)と鏡面度との関係については第1図に示したとおりの
結果が得られた。
また、このウェーハの共鳴磁界値を測定してマイクロ波
吸収スペクトルの半値幅(△H)を求めたところ、鏡面
膜を示したものはいずれも2.00e以下の値を示し、
(×)印のものは2.000以上となり、またpb量も
(0)印のものはいずれも小さい値を示したが、(×)
印のものは大きい値を示した。
第 表 4゜ 表面がタリステップでの測定で粗さが0.5μm以下の
鏡面状であることから、磁気共鳴半値幅ΔHが2.00
s以下となり、pb量も少ないので、光アイソレーター
素子、マイクロ波素子用の磁性材料として有用とされる
という工業的な有利性が与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による液晶エピタキシャル法に
よる酸化物ガーネット単結晶膜の引上げ時における、フ
ラックス成分としてのPbO/2B2O3(モル比)=
Rsと過冷却温度(67g)との関係グラフを示したも
のである。 (発明の効果) 本発明は式(Y*−++L) s (Fat−yNy)
 5oda (M、N、X、Yは前記に同じ)で示され
る、膜厚が20μ−以上で鏡面状である酸化物ガーネッ
ト単結晶膜およびこの製造方法に関するものであるが、
このものはその手続 ネ甫 正 書 2゜ 3゜ 4゜ 発明の名称 酸化物ガーネッ 補正をする者 事件との関係 名称(2

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.液相エピタキシャル法により基板上に育成される酸
    化物ガーネット単結晶膜であって、構造式(Y_1_−
    _xM_x)_3(Fe_1_−_yN_y)_5O_
    1_2(ここにMは希土類元素,Bi,Caから、また
    Nは非磁性元素から選択される少なくとも一つの元素,
    xは0≦x≦0.9,Yは0≦Y≦0.9)で示され、
    膜厚が20μm以上で、その表面の粗さが0.5μm以
    下の鏡面状態であることを特徴とする酸化物ガーネット
    単結晶膜。
  2. 2.液相エピタキシャル法によりフラックス融液から基
    板上に式(Y_1_−_xM_x)_3(Fe_1_−
    _yN_y)_5O_1_2(M,N,x,yは前記に
    同じ)で示される酸化物ガーネット単結晶膜を成長させ
    るに当り、過冷却温度とフラックス成分としてのPbO
    /2B_2O_3(モル比)をそれぞれX,Y軸とした
    XY平面において、このモル比をA点(0,0),B点
    (60,0),C点(60,15,6),D点(0,5
    ,5)で囲まれた範囲とすることを特徴とする酸化物ガ
    ーネット単結晶膜の製造方法。
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