JPH0294614A - 酸化物ガーネット単結晶およびその製造方法 - Google Patents

酸化物ガーネット単結晶およびその製造方法

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JPH0294614A
JPH0294614A JP24683388A JP24683388A JPH0294614A JP H0294614 A JPH0294614 A JP H0294614A JP 24683388 A JP24683388 A JP 24683388A JP 24683388 A JP24683388 A JP 24683388A JP H0294614 A JPH0294614 A JP H0294614A
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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およびその製造方法、
特には2インチ以上の基板上に液相エピタキシャル法で
磁気共鳴半値巾ΔHが小さく、したがって光アイソレー
ターおよびマイクロ波素子用として有用とされる酸化物
ガーネット単結晶およびこれをヒビやクラックなどの発
生なしに製造する方法に関するものである。
(従来の技術) Y、 F e、O□2(Y I G)で示される酸化物
ガーネット単結晶は最近における通信の高周波化に伴っ
て光アイソレータ−、マイクロ波素子用としての需要が
高まってきているが5このYIG膜については通信に用
いる波長との関係で10〜100μs程度の厚膜が必要
とされるし、静磁波伝搬の損失を少なくするために磁気
共鳴半値巾ΔHの値の小さいことが要求される。
また、このYIG厚膜については例えば2インチφ以上
のものが要求されているが、これにはl)厚膜のものは
薄膜のものにくらべて育成時間が非常に長くなるので、
育成条件を最適に近いものに設定しないと、膜特性の面
内分布が均一にならない。
2)純粋なYIG膜と基板としてのガドリニウム・ガリ
ウム・ガーネット(以下GGGと略記する)との間に格
子定数の差にもとづく割合大きなミスマツチが存在する
ために、GGG基板上にYIG膜を育成したときにはヒ
ビやクラックなどの膜質を劣化させる現象が発生する。
という問題点があり、GGGなどの基板上にYIGを2
インチφ以上の大きさで液晶エピタキシャル法をもって
ヒビやクラックの発生なしに、均一な厚膜として得るこ
とは困難であるとされている。
他方、この種の液相エピタキシャル法によるYIGなど
の結晶育成に当っては、育成中に基板を反転させること
によって均一な膜厚をもつ結晶を育成するという方法も
知られているが、厚膜のものを得るには育成時間が長い
ために反転条件が違ってくると膜厚の均一性に大きな影
響が現われ。
膜厚の不均一性は磁気共鳴半値巾ΔHの値を増大させる
ので、膜厚の均一な厚膜のYIG結晶の育成は可成り難
しいものとされている。
(発明の構成) 本発明はこのような不利を解決した酸化物ガーネット単
結晶およびその製造方法に関するものであり、これは融
液中で基板を反転および回転させ、液相エピタキシャル
法でこの基板上に酸化物ガーネット単結晶を育成させる
方法において、該基板の回転速度(rpm)と反転周期
を、回転速度をY軸、反転周期をY軸としたXY平面に
おける点が(20,0,2)s (20,0,4)s(
120,2゜5)s(120,1,0)の4点で囲まれ
る範囲内となるようにすることを特徴とするものである
すなわち、本発明者らは前記したような不利を伴わない
酸化物ガーネット単結晶とその製造方法について種々検
討した結果、従来公知とされている希土類金属・ガリウ
ム・ガーネットからなる基板を融液中に浸漬し、この基
板上に酸化物ガーネット単結晶を育成させるに当って、
基板を融液中で反転および回転させるが、この基板の回
転速度(rpm)と反転周期を、回転速度をX軸1反転
周期をY軸としたXY平面における点が(20,0,2
)s(20,0,4)s(120,2,5)s(120
,1,0)の4点に囲まれた第1図に示した範囲内とな
るようにすると、直径が2インチ以上の基板を用いても
10μs以上の均一な酸化物ガーネット単結晶を育成さ
せることができることを見出すと共に、これによれば得
られる膜体の磁気共鳴半値巾ΔI(が2.0Oe以下で
そのバラツキも1.10e以下の低い値とすることがで
きるので、光アイソレータ−、サーキュレータ−、マイ
クロ波素子として有用とされる酸化物ガーネット単結晶
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
以下に本発明を詳述する。
本発明の酸化物ガーネット単結晶を構成するガーネット
基板単結晶は前記したGGG、サマリウム・ガリウム・
ガーネット(以下SGGと略記する)sネオジム・ガリ
ウム・ガーネット(以下NGOと略記する)s上記した
GGGの1部をCa、Zr、MgまたはYで置換したG
GG系のSOG、NOG、YOG (いずれも信越化学
工業■商品名〕とすればよく、これらはGd、O,、S
m20.、Nd、O,または必要に応じCaO,MgO
1ZrOもしくはY2O,などの置換材をそれぞれGa
、O,の所定量と共にルツボに仕込み、高周波誘導でそ
れぞれの結晶の融点以上に加熱して溶融したのち、この
溶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が。
このものはこの単結晶から切り出したウェーハを例えば
熱リン酸でエツチングしたのち格子定数を測定すると1
2.383〜12.508人を示すことが確認された。
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構造体は上記したように組成式が
Y、Fe、O,、、(Y M)a Fa−aol、また
は(YM)a(FN)s−aoiz (こNにMはLa
、Bi、Gd、Luから、またNはAl。
Ga、In、Scから選択される少なくとも1つの元素
、aは3.1≧a≧3.0)で示される・ものとされる
この式Y3Fe、O,a、(YM)aFes−aoxa
または(Y M)a(F e N)a−aotzで示さ
れる単結晶は白金ルツボ中に必要に応じY2O1、Fe
2O3゜M、O,またはNzOs (M、Nは前記の通
り)をブランクスとしてのPbO,B、O,と共に仕込
み、1.100〜1,150℃に加熱してこれを融解さ
せたのち、この融液からLPE法で単結晶を引き上げる
ことによって得ることができる。
しかし1本発明の方法は上記した基板を酸化物ガーネッ
ト融液中で回転および反転させて該基板上に酸化物ガー
ネットを育成させるのであるが、本発明の方法ではこの
回転速度(rpm)および反転周期を一定の範囲でコン
トロールすることが必要とされる。この回転速度1反転
周期は本発明者らの実験によって回転速度をX軸とし1
反転周期をY軸としたXY平面における点が(20,0
゜2)s(20,0,4)s(120,2,5)s(1
20,1,0)の4点で囲まれた第1図に示した範囲内
になるようにすることが必要とされることが確認され、
これによれば直径が2インチ以上の基板においても厚さ
が10庫以上の均一な酸化物ガーネットの厚膜を容易に
得ることができ、しかもこの膜についてはその磁気共鳴
半値巾ΔHが2.OOa以下でバラツキも1.10e以
下の低い値になる。
したがって、本発明の方法で得られる酸化物ガーネット
単結晶は、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、共振周波数の温度依存性もなく、この
ものは例えば周波数100M Hzから数10 G I
(zのマイクロ波帯で使用されるマイクロ波素子として
有用とされる磁気膜のほか、光アイソレータ−、サーキ
ュレータ−用の磁気光学素子用磁気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1例中における膜厚分
布の測定は育成後のウェーハにNaランプ光を当て一生
じる干渉縞の観察により行なったものであり、磁気共鳴
半値巾ΔHの測定はFMRで行なったものである。
実施例1〜7、比較例1〜7 白金製るつぼ2を内蔵する縦型電気炉1のるつぼ上部に
基板3を白金製のホルダー4に担持させてなる第2図に
示したような液相エピタキシャル育成炉を用い、この基
板3としてGGG単結単結晶ウェー用い、白金るつぼ中
に所定量のY2O3、Fa、O□、Bi、O,とフラッ
フ成分としてのPbO,B、03を仕込み1,100℃
に加熱してこれを溶融させたのち、この融液にGGGウ
ェーハを浸漬し、このGGGウェーハを第1表に示した
回転速度(r p m)s回転周期(T=秒)で回転、
反転させながらこのGGGウェーハの(111)方向に
式Y、sB 1aiFesotaで示される工ピタキシ
ャル膜を成長させ、厚さ約15.の酸化物ガーネット単
結晶を作ったところ、得られた酸化物ガーネット単結晶
膜体の膜厚分布、68分布について第1表に併記したと
おりの結果が得られた。
第 図 実施例8 GGGウェーへの(ill)方向に所定量のy、o、と
Fs、03を原料としフラックス成分としてPbO,B
、O,を用い実施例3と同一の条件でY、Fe、O,□
で示されるエピタキシャル膜を成長させ、15μ四の厚
さのものを得た。これの膜厚分布は良好でΔI(分布も
0.50〜1.5206と良好であった。
実施例9 GGGウェーハの(111)方向に所定量のY、03と
Bi、03、Fe12.およびGatO,を原料とし、
フラックス成分としてpb○、B、O,を用い、実施例
3と同一の条件でYL、Bi、□Fe、□Gaa、O,
,で示されるエピタキシャル膜を成長させ、15μsの
厚さのものを得た。これの膜厚分布は良好で68分布も
0.40〜1.400eと良好であった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法における回転数(X)と反転周期
(Y)との関係図、第2図は本発明の実施例に使用され
た液相エピタキシャル育成炉の縦断面要図を示したもの
である。 1・・・電気炉、 2・・・白金製るつぼ。 3・・・基板ウェーハ、 4・・・白金層ホルダーノ1 に □回七枚 第 (rpm> 図 1o。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. 融液中で基板を反転および回転させ、液相エピタ
    キシャル法でこの基板上に酸化物ガーネット単結晶を育
    成させる方法において、該基板の回転速度(rpm)と
    反転周期を、回転速度をX軸、反転周期をY軸としたX
    Y平面における点が(20、0.2)、(20、0.4
    )、(120、2.5)、(120、1.0)の4点で
    囲まれる範囲内となるようにすることを特徴とする酸化
    物ガーネット単結晶の製造方法。
  2. 2. 基板がガドリニウム・ガリウム・ガーネット(G
    GG)、一部をCa、Zr、MgまたはYの1種または
    2種以上で置換したGGG系、サマリウム・ガリウム・
    ガーネット(SGG)またはネオジム・ガリウム・ガー
    ネット(NGG)のいずれかであり、酸化物ガーネット
    単結晶がY_3Fe_5O_1_2単結晶である請求項
    1に記載の酸化物ガーネット単結晶の製造方法。
  3. 3. 基板がガドリニウム・ガリウム・ガーネット(G
    GG)、一部をCa、Zr、MgまたはYの1種または
    2種以上で置換したGGG系、サマリウム・ガリウム・
    ガーネット(SGG)またはネオジム・ガリウム・ガー
    ネット(NGG)のいずれかであり、酸化物ガーネット
    単結晶が(YM)_aFe_s_−_aO_1_2また
    は(YM)a(FeN)_s_−_aO_1_2(こゝ
    にMはLa、Bi、Gd、Luから、またNはAl、G
    a、In、Scから選択される少なくとも1つの元素、
    aは3.1≧a≧3.0)である請求項1に記載の酸化
    物ガーネット単結晶の製造方法。
  4. 4. 磁気共鳴半値巾(ΔH)が2.0Oe以下で、バ
    ラツキが1.1Oe以下である、液相エピタキシャル法
    で基板上に育成させた酸化物ガーネット単結晶。
  5. 5. 酸化物ガーネット単結晶がY_3Fe_5O_1
    _2である請求項4に記載の酸化物ガーネット単結晶。
  6. 6. 酸化物ガーネット単結晶が(YM)_aFe_s
    _−_aO_1_2(M、aは前記に同じ)で示される
    ものである請求項4に記載の酸化物ガーネット単結晶。
  7. 7. 酸化物ガーネット単結晶が(YM)_a(FeN
    )_s_−_aO_1_2(M、N、aは前記に同じ)
    で示されるものである請求項4に記載の酸化物ガーネッ
    ト単結晶。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55143009A (en) * 1979-04-26 1980-11-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Material for surface static magnetic wave
JPS62204510A (ja) * 1986-03-04 1987-09-09 Fujitsu Ltd 液相エピタキシヤル成長方法
JPS6360195A (ja) * 1986-08-29 1988-03-16 Fujitsu Ltd 液晶エピタキシヤル成長方法

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