JPH0769495B2 - 光学ストリップライン導波管の製造方法 - Google Patents
光学ストリップライン導波管の製造方法Info
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- JPH0769495B2 JPH0769495B2 JP62122673A JP12267387A JPH0769495B2 JP H0769495 B2 JPH0769495 B2 JP H0769495B2 JP 62122673 A JP62122673 A JP 62122673A JP 12267387 A JP12267387 A JP 12267387A JP H0769495 B2 JPH0769495 B2 JP H0769495B2
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/06—Epitaxial-layer growth by reactive sputtering
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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- G02F1/0955—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は低い屈折率n1を有する材料で囲む屈折率n2を有
する単結晶導波管ストリップを単結晶基体に設ける非可
逆光学部材（non−reciprocal optical components）の
ための光学ストリップライン導波管（optical striplin
e waveguide）の製造方法に関する。
する単結晶導波管ストリップを単結晶基体に設ける非可
逆光学部材（non−reciprocal optical components）の
ための光学ストリップライン導波管（optical striplin
e waveguide）の製造方法に関する。
光学透過ラインにおいて、光は光ファイバーの形態の光
学導波管に、または導波管ストリップを囲む材料におけ
る小さい値に向う屈折率階段を有するストリップライン
導波管として構成されているプレーナ（planar）導波管
で導かれる。これに関する引例としてR.G.HUNSPERGER氏
「Integrated Optics」（理論および技術），スプリン
ガー−ベルラグ出版、特に38〜69頁（1982）がある。プ
レーナ ストリップライン導波管はストリップ−ローテ
ッド（strip−loaded）導波管（43頁（第1a図）、リッ
ジド（ridged）導波管（66頁）（第1b図）またはチャン
ネル導波管（38頁）（第1c図）のように構成できる。こ
れらの例は、特に現在の技術によって定められている。
学導波管に、または導波管ストリップを囲む材料におけ
る小さい値に向う屈折率階段を有するストリップライン
導波管として構成されているプレーナ（planar）導波管
で導かれる。これに関する引例としてR.G.HUNSPERGER氏
「Integrated Optics」（理論および技術），スプリン
ガー−ベルラグ出版、特に38〜69頁（1982）がある。プ
レーナ ストリップライン導波管はストリップ−ローテ
ッド（strip−loaded）導波管（43頁（第1a図）、リッ
ジド（ridged）導波管（66頁）（第1b図）またはチャン
ネル導波管（38頁）（第1c図）のように構成できる。こ
れらの例は、特に現在の技術によって定められている。
方法は、特にリッジド導波管およびチャンネル導波管の
製造に、並びにセミ−レイキ−オプティカルアイソレー
タ（semi−leaky optical isolators）の製造に適当で
ある。セミ−レイキ−アイソレータの場合、入射光の前
進波を減衰なくアイソレータに通すが（例えばTM−モー
ド）、これに対して反射波を漏出する（TM−モードの形
成）。
製造に、並びにセミ−レイキ−オプティカルアイソレー
タ（semi−leaky optical isolators）の製造に適当で
ある。セミ−レイキ−アイソレータの場合、入射光の前
進波を減衰なくアイソレータに通すが（例えばTM−モー
ド）、これに対して反射波を漏出する（TM−モードの形
成）。
既知のストリップライン導波管はLiNbO3のような集積光
学素子（integrated optics）にこれまで使用されてき
た材料により、またはAIIIBV化合物に基づいて作られ
る。常に、非可逆光学導波管の場合、鉄ガーネットの使
用が特に適当であるとされている。従来においては、鉄
ガーネットからなるストリップライン導波管を必要条件
を満たす品位で製造することが不可能であった。
学素子（integrated optics）にこれまで使用されてき
た材料により、またはAIIIBV化合物に基づいて作られ
る。常に、非可逆光学導波管の場合、鉄ガーネットの使
用が特に適当であるとされている。従来においては、鉄
ガーネットからなるストリップライン導波管を必要条件
を満たす品位で製造することが不可能であった。
プレーナ鉄ガーネット導波管は、例えば102MHz以上（＞
102MHz）において干渉性透過ネットワーク（coherent t
ransmission networks）におけるオプティカル アイソ
レータとして認識されている（「J.E.E.E.J.Quamtum E
lectrs.QE−18」1975頁（1982））。チャンネル導波管
は、次の必要条件、すなわち、導波管ストリップを数μ
ｍの厚さにすることを満たす必要がある。数μｍの導波
管ストリップ厚さにするために、導波管ストリップを囲
む材料に関する屈折率n2−n1の段階大きさ値（step siz
e value）は、単一−モード伝搬（single−mode propag
ation）をストリップライン導波管に達成する場合に数1
0-3の程度にする。導波管ストリップの材料（n2）と包
囲材料（n1）との間の屈折率の段階大きさ値を小さくす
る場合には、光波は包囲材料に著しく漏れ、このために
導波管ストリップにおいて小さい損失を得るためには、
導波管ストリップそれ自体のみならず包囲材料が極めて
小さい程度の基礎吸収（intrinsic absorption）αおよ
び極めて小さい程度の光散乱（＜1dB/cm）を示すように
する。
102MHz）において干渉性透過ネットワーク（coherent t
ransmission networks）におけるオプティカル アイソ
レータとして認識されている（「J.E.E.E.J.Quamtum E
lectrs.QE−18」1975頁（1982））。チャンネル導波管
は、次の必要条件、すなわち、導波管ストリップを数μ
ｍの厚さにすることを満たす必要がある。数μｍの導波
管ストリップ厚さにするために、導波管ストリップを囲
む材料に関する屈折率n2−n1の段階大きさ値（step siz
e value）は、単一−モード伝搬（single−mode propag
ation）をストリップライン導波管に達成する場合に数1
0-3の程度にする。導波管ストリップの材料（n2）と包
囲材料（n1）との間の屈折率の段階大きさ値を小さくす
る場合には、光波は包囲材料に著しく漏れ、このために
導波管ストリップにおいて小さい損失を得るためには、
導波管ストリップそれ自体のみならず包囲材料が極めて
小さい程度の基礎吸収（intrinsic absorption）αおよ
び極めて小さい程度の光散乱（＜1dB/cm）を示すように
する。
本発明の目的は、低度の基礎吸収αを示し、制限された
他の損失と一緒に調整し得る値の屈折率段階（refracti
ve index step）n2−n1を有する鉄ガーネットに基づい
て、ストリップライン導波管、特にセミ−レイキ−オプ
ティカル アイソレータを製造することができる方法を
提供することにある。
他の損失と一緒に調整し得る値の屈折率段階（refracti
ve index step）n2−n1を有する鉄ガーネットに基づい
て、ストリップライン導波管、特にセミ−レイキ−オプ
ティカル アイソレータを製造することができる方法を
提供することにある。
本発明の方法は、前記基体の結晶格子を導波管ストリッ
プが生長しない表面区域（７）において局部的に攪乱さ
せ、これによって格子不規則を形成することおよび導波
管ストリップ（99）およびこれを囲む材料を基体上に不
活性ガスプラズマ中RF陰極スパッター（スパッターエピ
タキシ）によって、主として鉄ガーネット相を殆んど同
じスパッター速度を有する他の相と一緒に含むターゲッ
トを用い、陰極スパッター操作を実施して非撹乱表面区
域だけに単結晶構造を得ること特徴とする。
プが生長しない表面区域（７）において局部的に攪乱さ
せ、これによって格子不規則を形成することおよび導波
管ストリップ（99）およびこれを囲む材料を基体上に不
活性ガスプラズマ中RF陰極スパッター（スパッターエピ
タキシ）によって、主として鉄ガーネット相を殆んど同
じスパッター速度を有する他の相と一緒に含むターゲッ
トを用い、陰極スパッター操作を実施して非撹乱表面区
域だけに単結晶構造を得ること特徴とする。
鉄ガーネット相は別として、また他の相、例えばオルソ
・フェライト（ortho−ferrite）またはFe2O3を用いる
ことができる。
・フェライト（ortho−ferrite）またはFe2O3を用いる
ことができる。
本発明は、よく規定された非撹乱表面を有する単結晶基
体およびほぼ等しいスパッター速度を有する相を備えた
ターゲットを用いる場合およびRF陰極スパッタープロセ
スを不活性ガス プラズマ、好ましくはヘリウム族ガス
プラズマ中で、好ましくはマグネトロン電極を用いて行
う場合に、例えば異なるスパッター速度を有する構成要
素からなる複合層のスパッター エピタキシを行うこと
ができることを認知したことに基づくものである。
体およびほぼ等しいスパッター速度を有する相を備えた
ターゲットを用いる場合およびRF陰極スパッタープロセ
スを不活性ガス プラズマ、好ましくはヘリウム族ガス
プラズマ中で、好ましくはマグネトロン電極を用いて行
う場合に、例えば異なるスパッター速度を有する構成要
素からなる複合層のスパッター エピタキシを行うこと
ができることを認知したことに基づくものである。
本発明の方法の好適な例によれば、（111）−配向非磁
性ガーネット単結晶ディスクを基体として使用でき、ま
た（110）−配向非磁性ガーネット単結晶ディスクを基
体として使用でき、好ましくは単結晶ディスクはカルシ
ムウ マグネシウム ジルコニウル置換カドリニウム
ガリウム ガーネット （Gd,Ca）３（Ga,Mg,Zr）5O12 から形成するのが好ましい。しかしながら、他の磁性ガ
リウム ガーネット基体を有利に用いることができる。
特に、（110）−配向ガーネット単結晶ディスクの使用
は層（の面）にひずみ−誘導光学複屈折（strain−indu
ced optical bi−refringence）を有するオプティカル
アイソレータの製造の可能性が得られる。双晶−結晶
−揺動−Ｘ線曲線（twin−crystal−rocking−Ｘ−ray
curves）により、基体とセミ−レイキ−特性を有するア
イソレータに興味のある堆積結晶層との間に約１％の高
い結晶格子不整合（misfit）がある場合でも、基体上に
堆積した単結晶層は満足なＸ線ライン幅を有することを
見出した。
性ガーネット単結晶ディスクを基体として使用でき、ま
た（110）−配向非磁性ガーネット単結晶ディスクを基
体として使用でき、好ましくは単結晶ディスクはカルシ
ムウ マグネシウム ジルコニウル置換カドリニウム
ガリウム ガーネット （Gd,Ca）３（Ga,Mg,Zr）5O12 から形成するのが好ましい。しかしながら、他の磁性ガ
リウム ガーネット基体を有利に用いることができる。
特に、（110）−配向ガーネット単結晶ディスクの使用
は層（の面）にひずみ−誘導光学複屈折（strain−indu
ced optical bi−refringence）を有するオプティカル
アイソレータの製造の可能性が得られる。双晶−結晶
−揺動−Ｘ線曲線（twin−crystal−rocking−Ｘ−ray
curves）により、基体とセミ−レイキ−特性を有するア
イソレータに興味のある堆積結晶層との間に約１％の高
い結晶格子不整合（misfit）がある場合でも、基体上に
堆積した単結晶層は満足なＸ線ライン幅を有することを
見出した。
本発明の方法の他の好適な例においては、単結晶導波管
ストリップおよびそれを囲む材料は一般式（A,B）
３（A,B）5O12（ここにＡは少なくとも１種の希土類金
属、Bi,Pbおよび／またはCaを示し、およびＢはGa,Al,F
e,Co,Ni,Mn,Ru,Ir,Inおよび／またはScを示す）で表さ
れる組成を有することができる。
ストリップおよびそれを囲む材料は一般式（A,B）
３（A,B）5O12（ここにＡは少なくとも１種の希土類金
属、Bi,Pbおよび／またはCaを示し、およびＢはGa,Al,F
e,Co,Ni,Mn,Ru,Ir,Inおよび／またはScを示す）で表さ
れる組成を有することができる。
例えば液晶エピタキシ プロセスと異なるが、スパッタ
ー エピタキシ プロセスを熱化学非平衡の状態で行
い、この結果、例えば非平衡組成のガーネット層を異相
を用いないで製造することができる。
ー エピタキシ プロセスを熱化学非平衡の状態で行
い、この結果、例えば非平衡組成のガーネット層を異相
を用いないで製造することができる。
例えば、単結晶導波管ストリップの形態の単一相鉄ガー
ネット材料、および次の組成のこれらを囲む異なる規則
（ordered）（非晶質または多結晶質）材料を製造し
た： 1.Gd1.90Bi1.45Fe4.09Al0.34Ga0.22O12 2.Gd1.97Bi1.04Fe4.51Ga00.22Al0.26O12 更に、本発明の方法の有利な例においては、導波管スト
リップの側部を囲む材料を非晶質または多結晶質にす
る。多結晶質材料は、小さい吸収度を必要とする場合に
好ましい。
ネット材料、および次の組成のこれらを囲む異なる規則
（ordered）（非晶質または多結晶質）材料を製造し
た： 1.Gd1.90Bi1.45Fe4.09Al0.34Ga0.22O12 2.Gd1.97Bi1.04Fe4.51Ga00.22Al0.26O12 更に、本発明の方法の有利な例においては、導波管スト
リップの側部を囲む材料を非晶質または多結晶質にす
る。多結晶質材料は、小さい吸収度を必要とする場合に
好ましい。
本発明の方法の好適な例においては、基体をエピタキシ
プロセスにおいて非攪乱単結晶格子状態を有する基体
区域上にエピタキシアル生長する温度より高く、しかも
攪乱結晶格子状態を有する基体区域上に多結晶生長する
温度より低い温度に加熱し、好ましくは基体を450〜520
℃の範囲の温度に加熱する。
プロセスにおいて非攪乱単結晶格子状態を有する基体
区域上にエピタキシアル生長する温度より高く、しかも
攪乱結晶格子状態を有する基体区域上に多結晶生長する
温度より低い温度に加熱し、好ましくは基体を450〜520
℃の範囲の温度に加熱する。
本発明の方法の他の好ましい例においては、基体をエピ
タキシ プロセスにおいて攪乱結晶格子状態を有する基
体区域上に多結晶生長する温度より高い温度に加熱す
る。好ましくは、基体を520℃以上（＞520℃）の温度に
加熱する。
タキシ プロセスにおいて攪乱結晶格子状態を有する基
体区域上に多結晶生長する温度より高い温度に加熱す
る。好ましくは、基体を520℃以上（＞520℃）の温度に
加熱する。
450℃以上の温度において、局部的に攪乱した格子構造
を有する単結晶ガーネット構造上に異なる規則、すなわ
ち、非晶質または多結晶質相区域および単結晶ガーネッ
ト相区域の区域からなる層を堆積することができる。選
択する基体温度は形成する層の所望組成およびその規則
に影響し、経験的に確立される。
を有する単結晶ガーネット構造上に異なる規則、すなわ
ち、非晶質または多結晶質相区域および単結晶ガーネッ
ト相区域の区域からなる層を堆積することができる。選
択する基体温度は形成する層の所望組成およびその規則
に影響し、経験的に確立される。
スパッター エピタキシ プロセスにおいて、堆積プロ
セス中、基体温度は１部分の役割を果たす：すなわち、
高い基体温度は堆積層の自然結晶化に望ましく；この点
において、非攪乱単結晶格子を有する基体区域上におけ
るエピタキシアル生長は攪乱結晶格子を有する基体区域
上における多結晶生長より低い温度で開始する。換言す
ると、Ｔエプタキシアル生長＜Ｔ多結晶生長で表わすこ
とができる。以後、これらの温度をTepiおよびT
polyで、それぞれ表わすことにする。基体を用いる場
合、これらの結晶格子は表面において、例えば鉄衝撃に
よる不規則の条件に、非晶に局部的に転化し、または基
体温度に影響し、多結晶層は陰極スパッター プロセス
による攪乱基体区域上に堆積し、これに対して非攪乱単
結晶区域上においては、陰極スパッターにより堆積した
材料が単結晶層として生長する。換言すれば、単結晶を
有する構造層およびこれにつぐ非晶層区域のスパッター
エピタキシにより製造されるための基体温度Ｔは次の
条件:Tepi＜Ｔ基体＜Tpolyで選択する。
セス中、基体温度は１部分の役割を果たす：すなわち、
高い基体温度は堆積層の自然結晶化に望ましく；この点
において、非攪乱単結晶格子を有する基体区域上におけ
るエピタキシアル生長は攪乱結晶格子を有する基体区域
上における多結晶生長より低い温度で開始する。換言す
ると、Ｔエプタキシアル生長＜Ｔ多結晶生長で表わすこ
とができる。以後、これらの温度をTepiおよびT
polyで、それぞれ表わすことにする。基体を用いる場
合、これらの結晶格子は表面において、例えば鉄衝撃に
よる不規則の条件に、非晶に局部的に転化し、または基
体温度に影響し、多結晶層は陰極スパッター プロセス
による攪乱基体区域上に堆積し、これに対して非攪乱単
結晶区域上においては、陰極スパッターにより堆積した
材料が単結晶層として生長する。換言すれば、単結晶を
有する構造層およびこれにつぐ非晶層区域のスパッター
エピタキシにより製造されるための基体温度Ｔは次の
条件:Tepi＜Ｔ基体＜Tpolyで選択する。
単結晶導波管ストリップおよびこれにつぐ多結晶材料を
製造する基体温度Ｔは次の条件:T基体＞Tpolyで選択す
る。基体を、エピタキシアル生長を開始する温度より低
い温度に加熱する場合には、非晶層のみを堆積し、基体
が攪乱または非攪乱結晶格子を有するか否かに関係しな
い。
製造する基体温度Ｔは次の条件:T基体＞Tpolyで選択す
る。基体を、エピタキシアル生長を開始する温度より低
い温度に加熱する場合には、非晶層のみを堆積し、基体
が攪乱または非攪乱結晶格子を有するか否かに関係しな
い。
RF陰極スパッターにより鉄ガーネットからなるストリッ
プライン導波管を製造する場合、鉄ガーネット材料は、
基体を450℃またはこれ以上 の温度に加熱うる場合には、単結晶ガーネット基体上に
単結晶状態で生長する。
プライン導波管を製造する場合、鉄ガーネット材料は、
基体を450℃またはこれ以上 の温度に加熱うる場合には、単結晶ガーネット基体上に
単結晶状態で生長する。
鉄ガーネットからなる層を、例えば攪乱単結晶または非
晶基体のような少なくとも隣接する表面区域において単
結晶でない基体または非晶基体に堆積する場合、Ｘ−線
非晶層に対して非晶が約520℃以下の基体温度で形成
し、多結晶層が520℃以上（＞520℃）の基体温度で形成
する。
晶基体のような少なくとも隣接する表面区域において単
結晶でない基体または非晶基体に堆積する場合、Ｘ−線
非晶層に対して非晶が約520℃以下の基体温度で形成
し、多結晶層が520℃以上（＞520℃）の基体温度で形成
する。
本発明の好適な例においては、導波管ストリップ形成材
料の堆積を、RF陰極スパッターにより同じ材料の単結晶
鉄ガーネット層の堆積より後に行い、前記層は導波管ス
トリップの屈折率n2より低い屈折率n1を備え、このため
に単結晶導波管ストリップを堆積する条件と比較して、
高いRF電圧ターゲット電極に加えおよび／または不活性
ガス プラズマの圧力を高めおよび／または基体温度を
上げおよび／またはRF電圧６（基体バイアス）を基体電
極に加える。
料の堆積を、RF陰極スパッターにより同じ材料の単結晶
鉄ガーネット層の堆積より後に行い、前記層は導波管ス
トリップの屈折率n2より低い屈折率n1を備え、このため
に単結晶導波管ストリップを堆積する条件と比較して、
高いRF電圧ターゲット電極に加えおよび／または不活性
ガス プラズマの圧力を高めおよび／または基体温度を
上げおよび／またはRF電圧６（基体バイアス）を基体電
極に加える。
本発明の他の好適例においては、導波管ストリップを形
成する材料の堆積を、RF陰極スパッターにより同じ材料
の他の鉄ガーネット層の堆積の前に行い、層を導波管ス
トリップ上に単結晶状におよびこの導波管ストリップの
側部を囲む材料上に非晶または多結晶状に生長させ、こ
れに導波管ストリップの屈折率n2より低い屈折率n1を与
え、このために単結晶導波管ストリップを堆積する条件
と比較して、高いRF電圧をターゲット電極に加えおよび
／または不活性ガス プラズマの圧力を高めおよび／ま
たは基体温度を上げおよび／またはRF電圧（基体バイア
ス）を基体電極に加える。
成する材料の堆積を、RF陰極スパッターにより同じ材料
の他の鉄ガーネット層の堆積の前に行い、層を導波管ス
トリップ上に単結晶状におよびこの導波管ストリップの
側部を囲む材料上に非晶または多結晶状に生長させ、こ
れに導波管ストリップの屈折率n2より低い屈折率n1を与
え、このために単結晶導波管ストリップを堆積する条件
と比較して、高いRF電圧をターゲット電極に加えおよび
／または不活性ガス プラズマの圧力を高めおよび／ま
たは基体温度を上げおよび／またはRF電圧（基体バイア
ス）を基体電極に加える。
更に、本発明の好ましい例においては、導波管ストリッ
プの側部を囲む材料を次の腐食工程において除去し、次
いでRF陰極スパッターにより導波管ストリップ形成材料
の他の単結晶鉄ガーネット層を導波管ストリップ上に堆
積し、導波管ストリップに屈折率n2より低い屈折率n1を
与え、このために好ましくは0.2〜2.0Paの範囲の圧力を
有する不活性ガス プラズマを、導波管ストリップを堆
積するのに用いる不活性ガス プラズマより高い約10〜
102eVの鉄エネルギーで使用する。また、他の単結晶鉄
ガーネット層の低い屈折率n1はターゲット電極に加える
RF電圧を上げることにより、または基体温度を上げるこ
とにより、またはRF電圧（基体バイアス）を基体電極に
加えることにより得ることができる。すべて４つの基準
は層の形成に関係し、かつ極めて低いスパッター速度を
有する元素（例えばビスマス）の選択的バック−スパッ
ター速度を高める。例えばH3PO4において150℃の温度で
の化学腐食プロセスにおける非晶鉄ガーネット材料の腐
食速度は単結晶鉄ガーネット材料の約５倍であり、非磁
性カドリニウム ガーネット基体の腐食速度は単結晶鉄
ガーネットの腐食速度より２フアクター低く、非晶鉄ガ
ーネットの形態の単結晶導波管ストリップを囲む材料は
単結晶導波管ストリップに損傷を与えずに定量的に除去
することができる。上述するように、単結晶導波管スト
リップは入射光の所望モードに対して低く、かつセミ−
レイキ−オプティカル アイソレータの場合、所望モー
ドに補足するモードに対して高い屈折率を有する材料で
囲む必要がある。この事は、単結晶導波管ストリップを
囲む非晶質材料を除去した後、他の単結晶鉄ガーネット
層を堆積することによって得ることができる。
プの側部を囲む材料を次の腐食工程において除去し、次
いでRF陰極スパッターにより導波管ストリップ形成材料
の他の単結晶鉄ガーネット層を導波管ストリップ上に堆
積し、導波管ストリップに屈折率n2より低い屈折率n1を
与え、このために好ましくは0.2〜2.0Paの範囲の圧力を
有する不活性ガス プラズマを、導波管ストリップを堆
積するのに用いる不活性ガス プラズマより高い約10〜
102eVの鉄エネルギーで使用する。また、他の単結晶鉄
ガーネット層の低い屈折率n1はターゲット電極に加える
RF電圧を上げることにより、または基体温度を上げるこ
とにより、またはRF電圧（基体バイアス）を基体電極に
加えることにより得ることができる。すべて４つの基準
は層の形成に関係し、かつ極めて低いスパッター速度を
有する元素（例えばビスマス）の選択的バック−スパッ
ター速度を高める。例えばH3PO4において150℃の温度で
の化学腐食プロセスにおける非晶鉄ガーネット材料の腐
食速度は単結晶鉄ガーネット材料の約５倍であり、非磁
性カドリニウム ガーネット基体の腐食速度は単結晶鉄
ガーネットの腐食速度より２フアクター低く、非晶鉄ガ
ーネットの形態の単結晶導波管ストリップを囲む材料は
単結晶導波管ストリップに損傷を与えずに定量的に除去
することができる。上述するように、単結晶導波管スト
リップは入射光の所望モードに対して低く、かつセミ−
レイキ−オプティカル アイソレータの場合、所望モー
ドに補足するモードに対して高い屈折率を有する材料で
囲む必要がある。この事は、単結晶導波管ストリップを
囲む非晶質材料を除去した後、他の単結晶鉄ガーネット
層を堆積することによって得ることができる。
エピタキシアル堆積中に維持する不活性ガス プラズマ
の圧力を高くすることによって、生長層の粒子衝撃は小
さいバック−スパッター効果を変えて減少し、かつ変化
する強さで生ずる。不活性ガス プラズマの低い圧力
は、高いプラズマ密度および堆積ターゲット層の均質組
成により生長層の粒子衝撃をより小さくする。不活性ガ
ス プラズマの圧力を僅かに低くする場合、堆積層の組
成は粒子衝撃の低下により変化する。この現象は、バッ
ク−スパッター効果により僅かに異なる組成、これによ
る異なる屈折率n2またはn1を有する鉄ガーネット材料を
エピタキシアル状に堆積するのに用いられる。マグネト
ロン−スパッターの場合には、これらの効果は非晶質鉄
ガーネットにおいてのみ著しい。なぜならば、ある成分
の表面結晶エネルギーが、明らかに結晶材料におけるよ
り小さいさめである。
の圧力を高くすることによって、生長層の粒子衝撃は小
さいバック−スパッター効果を変えて減少し、かつ変化
する強さで生ずる。不活性ガス プラズマの低い圧力
は、高いプラズマ密度および堆積ターゲット層の均質組
成により生長層の粒子衝撃をより小さくする。不活性ガ
ス プラズマの圧力を僅かに低くする場合、堆積層の組
成は粒子衝撃の低下により変化する。この現象は、バッ
ク−スパッター効果により僅かに異なる組成、これによ
る異なる屈折率n2またはn1を有する鉄ガーネット材料を
エピタキシアル状に堆積するのに用いられる。マグネト
ロン−スパッターの場合には、これらの効果は非晶質鉄
ガーネットにおいてのみ著しい。なぜならば、ある成分
の表面結晶エネルギーが、明らかに結晶材料におけるよ
り小さいさめである。
本発明の方法の好ましい例によれば、単結晶コバルト置
換鉄ガーネット層を、基体を形成する単一結晶ディスク
上に、好ましくは液晶エピタキシにより吸収層として堆
積し、または導波管ストリップに相当する組成の非晶鉄
ガーネット層を他の鉄ガーネット層上にRF陰極スパッタ
ーにより吸収層として堆積し、この層に他の鉄ガーネッ
ト層の屈折率n1に等しいかまたはこれにより高い屈折率
n3を与え、このために他の鉄ガーネット層を堆積する条
件と比較して、低い不活性ガス プラズマ圧力を好まし
くは0.1〜1Paの範囲で加え、および／または低い基体温
度を好ましくは200〜450℃の範囲で使用する。単一モー
ド導波管の適当な機能は望ましくないモードの抑制を強
制的にする。吸収体として作用する材料はストリップラ
イン導波管を完全に囲まず、吸収層をストリップ導波管
を形成する層構造の上または下に設ける場合に十分であ
る。
換鉄ガーネット層を、基体を形成する単一結晶ディスク
上に、好ましくは液晶エピタキシにより吸収層として堆
積し、または導波管ストリップに相当する組成の非晶鉄
ガーネット層を他の鉄ガーネット層上にRF陰極スパッタ
ーにより吸収層として堆積し、この層に他の鉄ガーネッ
ト層の屈折率n1に等しいかまたはこれにより高い屈折率
n3を与え、このために他の鉄ガーネット層を堆積する条
件と比較して、低い不活性ガス プラズマ圧力を好まし
くは0.1〜1Paの範囲で加え、および／または低い基体温
度を好ましくは200〜450℃の範囲で使用する。単一モー
ド導波管の適当な機能は望ましくないモードの抑制を強
制的にする。吸収体として作用する材料はストリップラ
イン導波管を完全に囲まず、吸収層をストリップ導波管
を形成する層構造の上または下に設ける場合に十分であ
る。
本発明の方法の好適な例において、単結晶導波管ストリ
ップおよびそれを囲む材料を0.2〜2.0Paの圧力を有する
不活性ガス プラズマ中で堆積し、他の鉄ガーネット層
を同じ圧力範囲の不活性ガス プラズマ中において導波
管ストリップを堆積するのに用いる圧力より高い圧力で
堆積する。
ップおよびそれを囲む材料を0.2〜2.0Paの圧力を有する
不活性ガス プラズマ中で堆積し、他の鉄ガーネット層
を同じ圧力範囲の不活性ガス プラズマ中において導波
管ストリップを堆積するのに用いる圧力より高い圧力で
堆積する。
本発明の方法の他の好適な例において、ガーネット単結
晶ディスクの形態の基体の格子構造、または非攪乱ガー
ネット単結晶ディスク上に設けた単結晶吸収層の格子構
造、または非攪乱単結晶吸収層上に設けた第１単結晶鉄
ガーネット層の格子構造を、導波管ストリップをエピタ
キシアル状に生長されない区域において不活性ガス プ
ラズマからイオン衝撃により数原子層の深さに攪乱す
る。比較的に低いRF電圧および比較的に低いスパッター
ガス圧でのスパッター−腐食プロセス（プラズマから
の鉄衝撃）は、隣接する表面区域において陰極スパッタ
ーによりエピタキシアル的に被覆しなければならない単
結晶基体の格子構造を単結晶層の代わりに基体温度に影
響する数原子層のみを深さに攪乱するのに適当に用いる
ことができ、異なる規則層、好ましくは非晶または多結
晶層を基体の非攪乱区域上の単結晶層の近くの攪乱区域
上に生長する。この事は、同じ配列を全プロセス中に用
いることができ、および十分な格子欠陥を数原子層のみ
の深さで得られる利点がある。好ましくは、イオン衝撃
により攪乱しない区域はフォトレジストマスクで被覆
し、しかる後にイオン衝撃をヘリウム−族ガス プラズ
マ中0.1〜1Paの圧力および30eV以上（＞30eV）のイオン
エネルギーで行う。
晶ディスクの形態の基体の格子構造、または非攪乱ガー
ネット単結晶ディスク上に設けた単結晶吸収層の格子構
造、または非攪乱単結晶吸収層上に設けた第１単結晶鉄
ガーネット層の格子構造を、導波管ストリップをエピタ
キシアル状に生長されない区域において不活性ガス プ
ラズマからイオン衝撃により数原子層の深さに攪乱す
る。比較的に低いRF電圧および比較的に低いスパッター
ガス圧でのスパッター−腐食プロセス（プラズマから
の鉄衝撃）は、隣接する表面区域において陰極スパッタ
ーによりエピタキシアル的に被覆しなければならない単
結晶基体の格子構造を単結晶層の代わりに基体温度に影
響する数原子層のみを深さに攪乱するのに適当に用いる
ことができ、異なる規則層、好ましくは非晶または多結
晶層を基体の非攪乱区域上の単結晶層の近くの攪乱区域
上に生長する。この事は、同じ配列を全プロセス中に用
いることができ、および十分な格子欠陥を数原子層のみ
の深さで得られる利点がある。好ましくは、イオン衝撃
により攪乱しない区域はフォトレジストマスクで被覆
し、しかる後にイオン衝撃をヘリウム−族ガス プラズ
マ中0.1〜1Paの圧力および30eV以上（＞30eV）のイオン
エネルギーで行う。
本発明の方法の他の好適な例においては、マグネトロン
をターゲット電極として使用し、これにスパッター プ
ロセスに必要RFパワーを供給する。マグネトロンの使用
はターゲット近くにプラズマを集中させ、この結果、生
長層のイオン衝撃を実質的に減少し、このために、例え
ば層にエピタキシアル生長に悪影響を与えるバック−ス
パッター効果を与えないようになる。マズネトロン電極
を用いる場合には、ターゲット近くにプラズマの最大濃
度を、最小可能な飽和磁化を示すスパッターすべきター
ゲットに対して相組成を選択することによって得ること
ができる。マグネトロンの使用は、ダイオード配置のRF
陰極スパッター装置を使用する方法と比較して、ターゲ
ットと基体との間の距離は、すなわち、最小可能な密
度、および最大可能な堆積速度と合わせて基体付近にお
ける最小可能な運動エネルギーを最も効果的にする。
をターゲット電極として使用し、これにスパッター プ
ロセスに必要RFパワーを供給する。マグネトロンの使用
はターゲット近くにプラズマを集中させ、この結果、生
長層のイオン衝撃を実質的に減少し、このために、例え
ば層にエピタキシアル生長に悪影響を与えるバック−ス
パッター効果を与えないようになる。マズネトロン電極
を用いる場合には、ターゲット近くにプラズマの最大濃
度を、最小可能な飽和磁化を示すスパッターすべきター
ゲットに対して相組成を選択することによって得ること
ができる。マグネトロンの使用は、ダイオード配置のRF
陰極スパッター装置を使用する方法と比較して、ターゲ
ットと基体との間の距離は、すなわち、最小可能な密
度、および最大可能な堆積速度と合わせて基体付近にお
ける最小可能な運動エネルギーを最も効果的にする。
本発明の方法の好適な例において、基体、単結晶導波管
ストリップおよび格子を囲む非晶質材料からなるシステ
ムに、導波管ストリップの側に沿って数μｍの厚さの単
結晶クラッドを形成するように、側部エピタキシアル生
長を導波管ストリップの側からそれを包囲する非晶質材
料に生じさせる温度で焼戻しプロセスを行う。また、こ
の方法において、包囲する非晶質材料を有する急勾配で
（stecp）、均質で、滑らかで、かつ急な（abrupt）界
面を有する単結晶導波管ストリップを得ることができ
る。
ストリップおよび格子を囲む非晶質材料からなるシステ
ムに、導波管ストリップの側に沿って数μｍの厚さの単
結晶クラッドを形成するように、側部エピタキシアル生
長を導波管ストリップの側からそれを包囲する非晶質材
料に生じさせる温度で焼戻しプロセスを行う。また、こ
の方法において、包囲する非晶質材料を有する急勾配で
（stecp）、均質で、滑らかで、かつ急な（abrupt）界
面を有する単結晶導波管ストリップを得ることができ
る。
あるいは、また焼戻しプロセスは非晶質材料の結晶化温
度以下約50Kの温度範囲内で行うことができる。それ
故、非攪乱ガーネット材料の吸収α１の値は単結晶鉄ガ
ーネット材料の吸収α２に近すぎ、光波がストリップラ
イン導波管に漏れる場合に伝搬損失（propagation loss
esa）を減少する。非晶層の組成におけると同様に、屈
折率は結晶化材料と一致して変化する。
度以下約50Kの温度範囲内で行うことができる。それ
故、非攪乱ガーネット材料の吸収α１の値は単結晶鉄ガ
ーネット材料の吸収α２に近すぎ、光波がストリップラ
イン導波管に漏れる場合に伝搬損失（propagation loss
esa）を減少する。非晶層の組成におけると同様に、屈
折率は結晶化材料と一致して変化する。
本発明の方法は次に示す利点を有している： 本発明の方法は一生産サイクルで、光学ストリップライ
ン導波管、特に分離特性を有する埋置（buried）チャン
ネル導波管タイプの導波管をエピタキシアル堆積プロセ
スにより製造することを可能にし、この方法では得られ
たストリップライン導波管の全断面に亘って構造、屈折
率および磁性が均質であり；高い幾何学的分解、特に単
結晶材料と異なる規則（非晶または多結晶）の材料との
間の滑らかで、急勾配の界面を示す。
ン導波管、特に分離特性を有する埋置（buried）チャン
ネル導波管タイプの導波管をエピタキシアル堆積プロセ
スにより製造することを可能にし、この方法では得られ
たストリップライン導波管の全断面に亘って構造、屈折
率および磁性が均質であり；高い幾何学的分解、特に単
結晶材料と異なる規則（非晶または多結晶）の材料との
間の滑らかで、急勾配の界面を示す。
１μｍ以上の波長範囲において、非晶範囲と単結晶範囲
との界面は本発明の方法に適する小さい値に向けること
ができ、かつ単結晶導波管ストリップにおける波を伝搬
するのに必要である屈折率段階を示す。RF陰極スパッタ
ーにより生ずる単結晶鉄ガーネットの基礎吸収αは１μ
ｍ以上の波長範囲において極めて低く、伝搬方向により
0.15cm-1以下（＜0.15cm-1）の全損失αが1.33μｍの波
長において層の平面において測定された。この損失はプ
レーナ導波管の漏れを含んでいる。非晶質材料と多結晶
材料との間の界面は、導波管ストリップにおいて低い程
度の漏れを導びく極めて滑らかでかつ急勾配である。本
発明の方法により形成した構造の幾何学的分解は±1.5
μｍ以下（＜±1.5μｍ）の程度である。
との界面は本発明の方法に適する小さい値に向けること
ができ、かつ単結晶導波管ストリップにおける波を伝搬
するのに必要である屈折率段階を示す。RF陰極スパッタ
ーにより生ずる単結晶鉄ガーネットの基礎吸収αは１μ
ｍ以上の波長範囲において極めて低く、伝搬方向により
0.15cm-1以下（＜0.15cm-1）の全損失αが1.33μｍの波
長において層の平面において測定された。この損失はプ
レーナ導波管の漏れを含んでいる。非晶質材料と多結晶
材料との間の界面は、導波管ストリップにおいて低い程
度の漏れを導びく極めて滑らかでかつ急勾配である。本
発明の方法により形成した構造の幾何学的分解は±1.5
μｍ以下（＜±1.5μｍ）の程度である。
本発明の方法の他の利点は、異なる規則（非晶または多
結晶）の材料は別として、単結晶配置を単結晶導波管ス
トリップの一生産サイクルで製造するのに使用すること
ができ、かかる配置を被覆すべき基体の調製に（イオン
衝撃）および効果の観点から製造プロセスにおいて重要
である鉄ガーネット層の製造に用いることができること
である。
結晶）の材料は別として、単結晶配置を単結晶導波管ス
トリップの一生産サイクルで製造するのに使用すること
ができ、かかる配置を被覆すべき基体の調製に（イオン
衝撃）および効果の観点から製造プロセスにおいて重要
である鉄ガーネット層の製造に用いることができること
である。
本発明の他の利点は、液晶エピタキシに対して、極めて
薄い均一層を転移層を形成しないで作ることができるこ
とである。
薄い均一層を転移層を形成しないで作ることができるこ
とである。
更に、本発明の方法の他の利点は、例えば鉄ガーネット
層を非磁性基体上に形成する場合に、基体および層の格
子定数を、例えば液晶エピタキシの場合におけるよりも
整合しやすく、１％以上（＞１％）の格子不整合を許容
できる。この不整合はセミ−レイキー特性を有する光学
絶縁体概念を得る場合に必要とされる。
層を非磁性基体上に形成する場合に、基体および層の格
子定数を、例えば液晶エピタキシの場合におけるよりも
整合しやすく、１％以上（＞１％）の格子不整合を許容
できる。この不整合はセミ−レイキー特性を有する光学
絶縁体概念を得る場合に必要とされる。
RF陰極スパッターは、磁気システムを具え、かつ例えば
7.6cmの直径を有するターゲット陰極（マグネトロ
ン）、具えるターゲット電極および基体電極において有
効RF電圧を測定する装置を有する一般に入手しうるRF電
圧−作業スパッター装置によって行うことができる。マ
グネトロン陰極は通常の真空容器に垂直に設ける。RF発
電機はスパッター プロセスに必要なRFパワーをインピ
ーダンス整合素子を介してターゲット電極および基体電
極に、次いでプラズマに供給する。±１％以下の値にお
けるターゲット電極上のRF電圧の安定化は計算機制御を
介して得られる。また、スパッター ガスの圧力は計算
機制御によって±１％に一定に維持する。通常のRF発電
機はスパッター配置のためのエネルギー源として使用で
き、この発電機は200Wの出力で作動する。作動周波数は
13.56MHzである。
7.6cmの直径を有するターゲット陰極（マグネトロ
ン）、具えるターゲット電極および基体電極において有
効RF電圧を測定する装置を有する一般に入手しうるRF電
圧−作業スパッター装置によって行うことができる。マ
グネトロン陰極は通常の真空容器に垂直に設ける。RF発
電機はスパッター プロセスに必要なRFパワーをインピ
ーダンス整合素子を介してターゲット電極および基体電
極に、次いでプラズマに供給する。±１％以下の値にお
けるターゲット電極上のRF電圧の安定化は計算機制御を
介して得られる。また、スパッター ガスの圧力は計算
機制御によって±１％に一定に維持する。通常のRF発電
機はスパッター配置のためのエネルギー源として使用で
き、この発電機は200Wの出力で作動する。作動周波数は
13.56MHzである。
次に、本発明の添付図面について説明する。
第1a〜1c図は従来のストリップライン導波管のタイプ
（第1a図：ストリップ−ローデッド導波管、第1b図：リ
ッジド導波管および第1c図：チャンネル導波管）の断面
を示している。WLは導波管ストリップを示し、およびＳ
は基体を示している。ストリップライン導波管は屈折率
n1,n2およびn3（ここにおいてn3n2＞n1）を有する材
料から作られる。
（第1a図：ストリップ−ローデッド導波管、第1b図：リ
ッジド導波管および第1c図：チャンネル導波管）の断面
を示している。WLは導波管ストリップを示し、およびＳ
は基体を示している。ストリップライン導波管は屈折率
n1,n2およびn3（ここにおいてn3n2＞n1）を有する材
料から作られる。
第２図は現場で（insitu）堆積した単結晶（まる印）お
よび非晶質（三角印）の、鉄の一部がアルミニウムおよ
びガリウムで置換されているビスマス置換ガドリニウム
鉄ガーネットの屈折率ｎを、波長λ（μｍ）および光子
エネルギーｈν（ev）の関数として示している。
よび非晶質（三角印）の、鉄の一部がアルミニウムおよ
びガリウムで置換されているビスマス置換ガドリニウム
鉄ガーネットの屈折率ｎを、波長λ（μｍ）および光子
エネルギーｈν（ev）の関数として示している。
第２図は、１μｍ以上の波長範囲に関連したストリップ
ライン導波管における非晶質および多結晶質材料の界面
が単結晶導波管ストリップにおいて波を伝搬するのに要
求されるような小さい値に向かう屈折率段階を示すこと
を示している。本発明の方法においては、かかる屈折率
段階を調製でき、すなわち、厚い厚さを有する単一−モ
ード導波管の場合に要求されるような極めて小さい値に
減少することができる。
ライン導波管における非晶質および多結晶質材料の界面
が単結晶導波管ストリップにおいて波を伝搬するのに要
求されるような小さい値に向かう屈折率段階を示すこと
を示している。本発明の方法においては、かかる屈折率
段階を調製でき、すなわち、厚い厚さを有する単一−モ
ード導波管の場合に要求されるような極めて小さい値に
減少することができる。
第３図は現場で堆積する単結晶および非晶質の、鉄の一
部がアルミニウムおよびガリウムで置換されているビス
マス置換ガドリニウム鉄ガーネットの基礎吸収αを波長
λ（μｍ）および光子エネルギーの関数として示してい
る。第３図において、次のデータを下部から上部に連続
的にプロットした：単結晶材料（生長温度520℃）、690
℃,660℃および550℃で半時間にわたって焼戻した後の
同じ材料、および非晶質材料（堆積温度360℃）。第３
図からRF陰極スパッターにより生成した単結晶鉄ガーネ
ット材料の基礎吸収αは１μｍ以上の波長範囲に関連す
る導波管を使用する場合に極めて小さいことがわかる。
しかしながら、非晶鉄ガーネットは望ましくないモード
を制御するのに吸収層として使用できる吸収度を有す
る。更に、非晶鉄ガーネット材料の吸収α１はチャンネ
ル導波管タイプの低損失ストリップライン導波管の製造
に重要である単結晶材料の吸収α２の結晶温度に近い温
度で焼戻すことによって本発明の方法において達成でき
る。
部がアルミニウムおよびガリウムで置換されているビス
マス置換ガドリニウム鉄ガーネットの基礎吸収αを波長
λ（μｍ）および光子エネルギーの関数として示してい
る。第３図において、次のデータを下部から上部に連続
的にプロットした：単結晶材料（生長温度520℃）、690
℃,660℃および550℃で半時間にわたって焼戻した後の
同じ材料、および非晶質材料（堆積温度360℃）。第３
図からRF陰極スパッターにより生成した単結晶鉄ガーネ
ット材料の基礎吸収αは１μｍ以上の波長範囲に関連す
る導波管を使用する場合に極めて小さいことがわかる。
しかしながら、非晶鉄ガーネットは望ましくないモード
を制御するのに吸収層として使用できる吸収度を有す
る。更に、非晶鉄ガーネット材料の吸収α１はチャンネ
ル導波管タイプの低損失ストリップライン導波管の製造
に重要である単結晶材料の吸収α２の結晶温度に近い温
度で焼戻すことによって本発明の方法において達成でき
る。
一例として、単結晶導波管ストリップおよびこれを囲む
異なる規則で、ビスマス置換カドリニウム鉄ガーネット
からなり、かつ鉄の一部がアルミニウムおよびガリウム
で置換した材料を有する非可逆光学部材用のストリップ
ライン導波管の製造について説明する。
異なる規則で、ビスマス置換カドリニウム鉄ガーネット
からなり、かつ鉄の一部がアルミニウムおよびガリウム
で置換した材料を有する非可逆光学部材用のストリップ
ライン導波管の製造について説明する。
基体として使用する30mm直径を有する（111）方向また
は（110）方向配向カルシウム マグネシウム ジルコ
ニウム−置換ガドリニウム ガリウム ガーネット単結
晶ディスク１において、このディスクをエピタキシアル
生長を行うことができるように堆積プロセス前に既知の
手段で前処理する。ビスマス−置換ガドリニウム鉄ガー
ネットの第１単結晶層５をこれら基体上にRF陰極スパッ
ターにより堆積し、鉄の一部をアルミニウムおよびガリ
ウムで置換する。この鉄ガーネット層は、単結晶導波管
ストリップ99およびこれを囲む材料97の後の製造に使用
する同じターゲットで堆積する。屈折率n1をこの第１鉄
ガーネット層５にスパッター パラメータの適当な選択
により与え、この屈折率n1はこの鉄ガーネット層上に後
で堆積する単結晶導波管ストリップ材料の屈折率n2より
低くい。なぜならば、単結晶導波管ストリップを堆積す
る条件と比較して、高いRF電圧をターゲット電極に加え
および／または不活性ガス プラズマの圧力を高めおよ
び／または基体温度を上げおよび／またはRF電圧（基体
バイアス）を基体電極に加えるためである。第１単結晶
鉄ガーネット層５を堆積するために、0.6Paの圧力を有
するヘリウム族ガス、好ましくはアルゴンを10-5以下
（＞10-5）の圧力に排気したスパッター装置に導入す
る。次に設ける導波管ストリップより小さい屈折率n1を
有する上記層は製造するストリップライン導波管におけ
る単一モード伝搬を得るのに必要とされる。例えば、約
0.5Paの不活性ガス プラズマの圧力差は約５・10-3の
屈折率段階を導びく。局部的攪乱格子構造を得るため
に、導波管ストリップをエピタキシアル的に生長させ、
次いで格子構造が攪乱されない基体の区域を設けるか、
または、第１エヒタキシアル鉄ガーネット層５を設ける
前にフォトレジスト マスクで覆い、基体を0.1〜1Pa、
好ましくは0.2Paの圧力を有するヘリウム族 ガス プ
ラズマ中30eV以上（＞30eV）、好ましくは約202eVのイ
オン エネルギーでイオン衝撃する。次いで、フォトレ
ジスト マスクを除去する。方法の他のパラメータは単
結晶導波管ストリップの製造およびこれを囲む材料に関
して後述するパラメータに相当する。
は（110）方向配向カルシウム マグネシウム ジルコ
ニウム−置換ガドリニウム ガリウム ガーネット単結
晶ディスク１において、このディスクをエピタキシアル
生長を行うことができるように堆積プロセス前に既知の
手段で前処理する。ビスマス−置換ガドリニウム鉄ガー
ネットの第１単結晶層５をこれら基体上にRF陰極スパッ
ターにより堆積し、鉄の一部をアルミニウムおよびガリ
ウムで置換する。この鉄ガーネット層は、単結晶導波管
ストリップ99およびこれを囲む材料97の後の製造に使用
する同じターゲットで堆積する。屈折率n1をこの第１鉄
ガーネット層５にスパッター パラメータの適当な選択
により与え、この屈折率n1はこの鉄ガーネット層上に後
で堆積する単結晶導波管ストリップ材料の屈折率n2より
低くい。なぜならば、単結晶導波管ストリップを堆積す
る条件と比較して、高いRF電圧をターゲット電極に加え
および／または不活性ガス プラズマの圧力を高めおよ
び／または基体温度を上げおよび／またはRF電圧（基体
バイアス）を基体電極に加えるためである。第１単結晶
鉄ガーネット層５を堆積するために、0.6Paの圧力を有
するヘリウム族ガス、好ましくはアルゴンを10-5以下
（＞10-5）の圧力に排気したスパッター装置に導入す
る。次に設ける導波管ストリップより小さい屈折率n1を
有する上記層は製造するストリップライン導波管におけ
る単一モード伝搬を得るのに必要とされる。例えば、約
0.5Paの不活性ガス プラズマの圧力差は約５・10-3の
屈折率段階を導びく。局部的攪乱格子構造を得るため
に、導波管ストリップをエピタキシアル的に生長させ、
次いで格子構造が攪乱されない基体の区域を設けるか、
または、第１エヒタキシアル鉄ガーネット層５を設ける
前にフォトレジスト マスクで覆い、基体を0.1〜1Pa、
好ましくは0.2Paの圧力を有するヘリウム族 ガス プ
ラズマ中30eV以上（＞30eV）、好ましくは約202eVのイ
オン エネルギーでイオン衝撃する。次いで、フォトレ
ジスト マスクを除去する。方法の他のパラメータは単
結晶導波管ストリップの製造およびこれを囲む材料に関
して後述するパラメータに相当する。
ホットプレスまたは焼結により作られる鉄ガーネット混
合酸化物体はターゲット（陰極スパッター源）として使
用でき、この酸化物体は7.5mmの直径、4mmの厚さ、10％
以下（＜10％）の多孔度および好ましくは25G以下（＜2
5G）の飽和磁化Msを有している。
合酸化物体はターゲット（陰極スパッター源）として使
用でき、この酸化物体は7.5mmの直径、4mmの厚さ、10％
以下（＜10％）の多孔度および好ましくは25G以下（＜2
5G）の飽和磁化Msを有している。
次に示す好適な実施例において、BiFeO3,Gd2Bi1Fe5O12,
Al2O3およびGa2O3粉末混合物を１バールの圧力を有する
酸素雰囲気中920℃以下＜920℃）の温度で６時間にわた
って焼結し、プロセスを遊離Bi2O3がセラミック構造に
殆んど残留しないように行う。遊離Bi2O3はターゲット
に存在させないようにする。なぜならば、他のターゲッ
ト成分より高いスパッター速度を有するためにターゲッ
トの表面の機械的分解を導びくためであり、混合酸化物
の使用によりターゲットのすべての相成分のスパッター
速度の均質化を得ることができる。
Al2O3およびGa2O3粉末混合物を１バールの圧力を有する
酸素雰囲気中920℃以下＜920℃）の温度で６時間にわた
って焼結し、プロセスを遊離Bi2O3がセラミック構造に
殆んど残留しないように行う。遊離Bi2O3はターゲット
に存在させないようにする。なぜならば、他のターゲッ
ト成分より高いスパッター速度を有するためにターゲッ
トの表面の機械的分解を導びくためであり、混合酸化物
の使用によりターゲットのすべての相成分のスパッター
速度の均質化を得ることができる。
実施例Ｉ 単結晶単一相鉄ガーネット導波管ストリップおよびCd
1.90Bi1.45Fe4.09Al0.34Ga0.22O12のそれを囲む非晶質
材料の製造において、7.5cmの直径および次の組成（重
量％）のターゲットを用いた： Gd2O3 33.64 Bi2O3 31.80 Fe2O3 31.52 Al2O3 1.15 Ga2O3 1.89 ターゲット本体をターゲット電極に満足な熱伝導接着剤
（例えば銀粉末を充填したエポキシ樹脂）で設けた。
1.90Bi1.45Fe4.09Al0.34Ga0.22O12のそれを囲む非晶質
材料の製造において、7.5cmの直径および次の組成（重
量％）のターゲットを用いた： Gd2O3 33.64 Bi2O3 31.80 Fe2O3 31.52 Al2O3 1.15 Ga2O3 1.89 ターゲット本体をターゲット電極に満足な熱伝導接着剤
（例えば銀粉末を充填したエポキシ樹脂）で設けた。
放散熱を除去するために、例えば水−冷却ターゲット電
極を用いるのが好ましい。
極を用いるのが好ましい。
先ずスパッター装置を真空ポンプで10-3Pa以下（＜10-3
Pa）の圧力に排気し、しかる後に0.6Paの圧力を有する
ヘリウム族ガス、好ましくはアルゴンを導入して堆積プ
ロセスを行った。
Pa）の圧力に排気し、しかる後に0.6Paの圧力を有する
ヘリウム族ガス、好ましくはアルゴンを導入して堆積プ
ロセスを行った。
ターゲットと基体との間の距離を80mmにした。堆積速度
は約0.8μm/時にした。ターゲット電極の背後のRF供給
リード線で測定したRF電圧は230、Vrmsであり、基体電
圧をフローティングした。基体温度は480℃であった。
は約0.8μm/時にした。ターゲット電極の背後のRF供給
リード線で測定したRF電圧は230、Vrmsであり、基体電
圧をフローティングした。基体温度は480℃であった。
実施例II 単結晶単一相鉄ガーネット導波管ストリップおよびCd
1.97Bi1.04Fe4.51Ga0.22Al0.26O12のそれを囲む非晶質
材料の製造において、7.5cmの直径および次の組成（重
量％）のターゲットを用いた： Gd2O3 36.514 Bi2O3 24.122 Fe2O3 36.074 Al2O3 1.220 Ga2O3 2.070 実施例Ｉに記載するようにターゲット本体をターゲット
電極に設けた。放散熱を除去するための水−冷却ターゲ
ット電極を用いるのが好ましい。被覆プロセスは実施例
Ｉに記載すると同様に行ったが、基体温度は510℃にし
た。
1.97Bi1.04Fe4.51Ga0.22Al0.26O12のそれを囲む非晶質
材料の製造において、7.5cmの直径および次の組成（重
量％）のターゲットを用いた： Gd2O3 36.514 Bi2O3 24.122 Fe2O3 36.074 Al2O3 1.220 Ga2O3 2.070 実施例Ｉに記載するようにターゲット本体をターゲット
電極に設けた。放散熱を除去するための水−冷却ターゲ
ット電極を用いるのが好ましい。被覆プロセスは実施例
Ｉに記載すると同様に行ったが、基体温度は510℃にし
た。
層を堆積する前に（代表的な層厚さは１〜５μｍであ
る）、エッチング除去されたターゲット材料が一定組成
を有するまでターゲットをプラズマからのイオン衝撃に
よって前処理した。同じターゲットによる他の実験にお
いて、平衡ポテンシアルがターゲットにおいて安定化す
るまで、予備腐食時間を約５時から約10分に短縮した。
る）、エッチング除去されたターゲット材料が一定組成
を有するまでターゲットをプラズマからのイオン衝撃に
よって前処理した。同じターゲットによる他の実験にお
いて、平衡ポテンシアルがターゲットにおいて安定化す
るまで、予備腐食時間を約５時から約10分に短縮した。
陰極スパッター装置での堆積後、格子不規則を有する基
体区域上に非晶、Ｘ−線非晶または多結晶である層、お
よび単結晶非攪乱結晶格子を有する基体区域上に単結晶
である層を得た。
体区域上に非晶、Ｘ−線非晶または多結晶である層、お
よび単結晶非攪乱結晶格子を有する基体区域上に単結晶
である層を得た。
第４図、第５図、第６図及び第７図は本発明によって製
造したストリップライン導波管構造体を線図的に示す。
造したストリップライン導波管構造体を線図的に示す。
第４図において、まず非磁性の（110）に配向したガド
リニウム ガリウム ガーネット基体１上にコバルト置
換鉄ガーネット層３を液相エピタキシーによって形成す
る。この層３は、基板との界面においてより高い吸収に
よって生ずるより高い波動モードの生成を防止する。上
述したように、単一モード導波管として適切に機能する
には、不所望なモードを抑制すると共にストリップライ
ン導波管を吸収性材料で完全におおわないことが必要で
ある。上述したコバルト置換、単結晶鉄ガーネット層の
代りに、RF陰極線スパッタリングによって作成した非晶
質鉄ガーネット吸収層を用いることができ、この層をス
トリップライン導波管構造体上に被着する（第７図参
照）。
リニウム ガリウム ガーネット基体１上にコバルト置
換鉄ガーネット層３を液相エピタキシーによって形成す
る。この層３は、基板との界面においてより高い吸収に
よって生ずるより高い波動モードの生成を防止する。上
述したように、単一モード導波管として適切に機能する
には、不所望なモードを抑制すると共にストリップライ
ン導波管を吸収性材料で完全におおわないことが必要で
ある。上述したコバルト置換、単結晶鉄ガーネット層の
代りに、RF陰極線スパッタリングによって作成した非晶
質鉄ガーネット吸収層を用いることができ、この層をス
トリップライン導波管構造体上に被着する（第７図参
照）。
上述したように、次の第１単結晶鉄ガーネット層５をRF
陰極線ストリップラインにより形成する。上述したよう
に、この基体1,3,5は近表面格子領域がイオン衝撃によ
り攪乱されている。第４図においてこれらの領域を符号
７で示し、後の堆積処理において非晶質または多結晶区
域97を有する鉄ガーネット層９をこれらの区域上に成長
させる。後の堆積処理において、鉄ガーネットを層５の
非攪乱格子区域中に単結晶として成長させて導波管スト
リップ（waveguide strip）99を形成する。次いで別の
鉄ガーネット層11も導波管ストリップ99及び非晶質又は
多結晶区域97の製造用のターゲットと同一のターゲット
を用いてRF陰極線スッタリッグにより堆積され、この鉄
ガーネット層は導波管ストリップ99上の区域119に単結
晶として成長すると共に、非晶質又は多結晶区域97上の
区域117に非晶質又は多結晶として成長することにな
る。この別の鉄ガーネット層11を鉄ガーネット層９より
も低い屈折率n1で形成する。この理由は、鉄ガーネット
層９の製造条件に比べ鉄ガーネット層11の堆積について
ターゲット電極により高いRF電圧を印加するか、不活性
ガスプラズマ圧を増大させるか、基板温度をより高くす
るか、またはRF電圧（基板バイアス）例えば25Vrmsを基
板電極に印加するためである。本例では、1.0Paの不活
性ガスプラズマ圧および480℃〜540℃の範囲の基板温度
を用いて別の鉄ガーネット層11を堆積した。基板温度48
0℃においては別の鉄ガーネット層11が区域117において
非晶質で成長し、540℃以下の基板温度ではこの鉄ガー
ネット層11は区域117において多結晶として成長する。
陰極線ストリップラインにより形成する。上述したよう
に、この基体1,3,5は近表面格子領域がイオン衝撃によ
り攪乱されている。第４図においてこれらの領域を符号
７で示し、後の堆積処理において非晶質または多結晶区
域97を有する鉄ガーネット層９をこれらの区域上に成長
させる。後の堆積処理において、鉄ガーネットを層５の
非攪乱格子区域中に単結晶として成長させて導波管スト
リップ（waveguide strip）99を形成する。次いで別の
鉄ガーネット層11も導波管ストリップ99及び非晶質又は
多結晶区域97の製造用のターゲットと同一のターゲット
を用いてRF陰極線スッタリッグにより堆積され、この鉄
ガーネット層は導波管ストリップ99上の区域119に単結
晶として成長すると共に、非晶質又は多結晶区域97上の
区域117に非晶質又は多結晶として成長することにな
る。この別の鉄ガーネット層11を鉄ガーネット層９より
も低い屈折率n1で形成する。この理由は、鉄ガーネット
層９の製造条件に比べ鉄ガーネット層11の堆積について
ターゲット電極により高いRF電圧を印加するか、不活性
ガスプラズマ圧を増大させるか、基板温度をより高くす
るか、またはRF電圧（基板バイアス）例えば25Vrmsを基
板電極に印加するためである。本例では、1.0Paの不活
性ガスプラズマ圧および480℃〜540℃の範囲の基板温度
を用いて別の鉄ガーネット層11を堆積した。基板温度48
0℃においては別の鉄ガーネット層11が区域117において
非晶質で成長し、540℃以下の基板温度ではこの鉄ガー
ネット層11は区域117において多結晶として成長する。
第５図は本発明による方法で製造したストリップライン
導波管の別の実施例の一部を示す。処理工程は、層９の
形成までは第４図に関して説明した工程と同一である。
第４図に示すように層９は単結晶導波管ストリップ99、
およびこれと接する次の層例えば非晶質区域97を有して
いる。基体1,3,5および層９を有するこのようにして得
た系はほぼ150℃の温度のH3PO4で順次化学エッチング処
理でエッチングされ、この処理において非晶質層部分97
が除去され導波管ストリップ99は層部分97の非晶質材料
の因子よりも低いほぼ５の因子のエッチング速度により
そのまま残存する。このようにして得た、基体1,3,5お
よび単結晶導波管99を有する構造体上に、第４図に示す
ように、他の単結晶鉄ガーネット層11を、次の処理工程
で、RF陰極スパッターにより設ける。
導波管の別の実施例の一部を示す。処理工程は、層９の
形成までは第４図に関して説明した工程と同一である。
第４図に示すように層９は単結晶導波管ストリップ99、
およびこれと接する次の層例えば非晶質区域97を有して
いる。基体1,3,5および層９を有するこのようにして得
た系はほぼ150℃の温度のH3PO4で順次化学エッチング処
理でエッチングされ、この処理において非晶質層部分97
が除去され導波管ストリップ99は層部分97の非晶質材料
の因子よりも低いほぼ５の因子のエッチング速度により
そのまま残存する。このようにして得た、基体1,3,5お
よび単結晶導波管99を有する構造体上に、第４図に示す
ように、他の単結晶鉄ガーネット層11を、次の処理工程
で、RF陰極スパッターにより設ける。
例えば、単結晶導波管ストリップ99が、3.5×3.5μm2以
下の断面で問題としているモードにおいて屈折率差がn2
−n1５・10-3の場合単一モード伝播するセミ−レイキ
ーオプティカル アイソレータ（アイ．イー．イー．イ
ー．ジュー クオンタム エレクトロOE−18 1982年
第1975頁に説明されている）が得られたが、漏出される
モードについての屈折率差はn2−n1０になる必要があ
る。このアイソレータにおいて低伝播損失を達成するた
め、導波管ストリップを囲む材料の基礎吸収（intrinsi
c absorption）値を単結晶導波管ストリップ99を構成す
る材料の固有の小さい基礎吸収値に近づける必要があ
り、単結晶導波管ストリップ99とそれを囲む材料との間
の界面を極めてスムースにする必要がある。単結晶導波
管ストリップ99および別の多結晶層11の吸収値α1,α２
はほとんど同一である。
下の断面で問題としているモードにおいて屈折率差がn2
−n1５・10-3の場合単一モード伝播するセミ−レイキ
ーオプティカル アイソレータ（アイ．イー．イー．イ
ー．ジュー クオンタム エレクトロOE−18 1982年
第1975頁に説明されている）が得られたが、漏出される
モードについての屈折率差はn2−n1０になる必要があ
る。このアイソレータにおいて低伝播損失を達成するた
め、導波管ストリップを囲む材料の基礎吸収（intrinsi
c absorption）値を単結晶導波管ストリップ99を構成す
る材料の固有の小さい基礎吸収値に近づける必要があ
り、単結晶導波管ストリップ99とそれを囲む材料との間
の界面を極めてスムースにする必要がある。単結晶導波
管ストリップ99および別の多結晶層11の吸収値α1,α２
はほとんど同一である。
問題とするモードの必要な屈折率差n2−n1５・10-3は
単結晶ストリップライン導波管ストリップ99および別の
単結晶層11の堆積処理中の基体温度を変えることによっ
て得られる。基体温度がΔＴ＝50K゜変化すると、例え
ばΔａ⊥0.001nmの基板層５の格子定数a1について導
波管ストリップ99の格子定数a2が変化し、この結晶格子
の不整合の変化に基づきΔｎ⊥5.10-4の値に達する。
一方、屈折率の変化は基体層のビスマス量の変化に帰因
する。この屈折率の変化は約10-3である。
単結晶ストリップライン導波管ストリップ99および別の
単結晶層11の堆積処理中の基体温度を変えることによっ
て得られる。基体温度がΔＴ＝50K゜変化すると、例え
ばΔａ⊥0.001nmの基板層５の格子定数a1について導
波管ストリップ99の格子定数a2が変化し、この結晶格子
の不整合の変化に基づきΔｎ⊥5.10-4の値に達する。
一方、屈折率の変化は基体層のビスマス量の変化に帰因
する。この屈折率の変化は約10-3である。
導波管ストリップ99の屈折率n1は20〜30Vrmsの電圧（基
板バイアス）を基体電極に印加することによりおおまか
に調整することができる。本発明によるストリップライ
ン導波管をセミ−レイキーオプティカル アイソレータ
として用いる場合、漏出すべきモードのn2−n1０とな
る所望の屈折率差は、導波管ストリップが非単結晶材料
で少なくとも部分的に囲まれているか又は導波管ストリ
ップがストリップライン導波管材料の格子定数にほぼ等
しい結晶格子定数を有する単結晶材料において少なくと
も部分的に囲まれている場合に得られる。
板バイアス）を基体電極に印加することによりおおまか
に調整することができる。本発明によるストリップライ
ン導波管をセミ−レイキーオプティカル アイソレータ
として用いる場合、漏出すべきモードのn2−n1０とな
る所望の屈折率差は、導波管ストリップが非単結晶材料
で少なくとも部分的に囲まれているか又は導波管ストリ
ップがストリップライン導波管材料の格子定数にほぼ等
しい結晶格子定数を有する単結晶材料において少なくと
も部分的に囲まれている場合に得られる。
第４図のストリップライン導波管の場合、屈折率差n2−
n1は第５図に基づいて説明したように調整される。単結
晶導波管ストリップ99の材料がこれを囲む区域97の非晶
質材料の吸収値α１と異なる吸収値α２を有する場合に
は、α１およびα２を等しくする必要がある。
n1は第５図に基づいて説明したように調整される。単結
晶導波管ストリップ99の材料がこれを囲む区域97の非晶
質材料の吸収値α１と異なる吸収値α２を有する場合に
は、α１およびα２を等しくする必要がある。
第６図は本発明による方法によって製造した別のストリ
ップライン導波管の一部を示す。上述したように第１単
結晶鉄ガーネット層５をRF陰極線スパッタリングによっ
て非磁性の（111）に配向したガドリニウム ガリウム
ガーネット基体１上に形成する。これら基体1,5は上
述したようにイオン衝撃によって近表面格子区域が攪乱
されている。次いで、非晶質区域97と、基体1,5の非撹
乱区域上に単結晶として生長する導波管ストリップ99を
有する鉄ガーネット層９を上述したようにRF陰極スパッ
タリングによって堆積する。区域97の非晶質材料の結晶
化温度よりもわずかに低い温度の順次の形成工程におい
て、単結晶導波管ストリップ99と隣接する区域97の非晶
質材料との間の界面において単結晶導波管ストリップ99
の側部にエピタキシャル成長によってクラッド98の形態
をした単結晶境界ゾーンを形成する。この形成工程は、
単結晶として成長するクラッド98が所望の厚さになるま
で続行する。クラッド98の屈折率n1は単結晶導波管スト
リップ99の屈折率n2よりも小さくする。この理由は、こ
の非晶質区域が表面結合エネルギーをほとんど有してい
ないので、これらの区域が低いスパッタリング速度によ
ってより広い範囲に亘るバックスパッタリングを受けて
しまうからであり（例えば、ビイスマス）、従ってこれ
らの区域の組成が単結晶導波管ストリップ99の材料組成
とわずかに異なるためである。この調整の後処理は、別
の厚さの非晶質鉄ガーネット層11（例えば、５μｍの厚
さを有している）を鉄ガーネット層９上に適切に堆積
し、基板層５の屈折率n1と同じであって導波管ストリッ
プ99の屈折率よりも小さい屈折率を有する単結晶区域を
導波管ストリップ99に形成した後に行うこともできる。
導波体片上に亘って位置する別の非晶質の鉄ガーネット
層11の区域だけが形成工程の後に単結晶となることに基
づけば、鉄ガーネット層９の区域97上に位置する別の鉄
ガーネット層11の残存区域は吸収体として作用すること
ができる。
ップライン導波管の一部を示す。上述したように第１単
結晶鉄ガーネット層５をRF陰極線スパッタリングによっ
て非磁性の（111）に配向したガドリニウム ガリウム
ガーネット基体１上に形成する。これら基体1,5は上
述したようにイオン衝撃によって近表面格子区域が攪乱
されている。次いで、非晶質区域97と、基体1,5の非撹
乱区域上に単結晶として生長する導波管ストリップ99を
有する鉄ガーネット層９を上述したようにRF陰極スパッ
タリングによって堆積する。区域97の非晶質材料の結晶
化温度よりもわずかに低い温度の順次の形成工程におい
て、単結晶導波管ストリップ99と隣接する区域97の非晶
質材料との間の界面において単結晶導波管ストリップ99
の側部にエピタキシャル成長によってクラッド98の形態
をした単結晶境界ゾーンを形成する。この形成工程は、
単結晶として成長するクラッド98が所望の厚さになるま
で続行する。クラッド98の屈折率n1は単結晶導波管スト
リップ99の屈折率n2よりも小さくする。この理由は、こ
の非晶質区域が表面結合エネルギーをほとんど有してい
ないので、これらの区域が低いスパッタリング速度によ
ってより広い範囲に亘るバックスパッタリングを受けて
しまうからであり（例えば、ビイスマス）、従ってこれ
らの区域の組成が単結晶導波管ストリップ99の材料組成
とわずかに異なるためである。この調整の後処理は、別
の厚さの非晶質鉄ガーネット層11（例えば、５μｍの厚
さを有している）を鉄ガーネット層９上に適切に堆積
し、基板層５の屈折率n1と同じであって導波管ストリッ
プ99の屈折率よりも小さい屈折率を有する単結晶区域を
導波管ストリップ99に形成した後に行うこともできる。
導波体片上に亘って位置する別の非晶質の鉄ガーネット
層11の区域だけが形成工程の後に単結晶となることに基
づけば、鉄ガーネット層９の区域97上に位置する別の鉄
ガーネット層11の残存区域は吸収体として作用すること
ができる。
第７図は本発明の方法によって製造した別のストリップ
ライン導波管を示す。非磁性の（110）に配向したガド
リニウム ガリウム ガーネットの単一結晶ディスク１
の格子構造は、区域７において0.2Paの圧力および数10
-2eVのイオンエネルギーのアルゴンプラズマによるイオ
ン衝撃によって数原子層の深さに亘って攪乱されてお
り、この処理工程において単一結晶ディスクのイオン衝
撃によって攪乱されてはならない区域を感光層によって
マスクした。感光層を除去した後、第１鉄ガーネット５
を陰極線スパッタリングにより連続製造サイクルで設け
た。この層は区域57において非晶質または多結晶として
成長し、区域59においては単結晶として成長する。鉄ガ
ーネット層５に形成に関する処理因子は第４図〜第６図
を参照して前述した。従って、非晶質または多結晶区域
97および導波管ストリップ99を構成する単結晶区域を有
する鉄ガーネット層９と前述した非晶質または多結晶区
域117および単結晶区域119を有する別の鉄ガーネット層
11を形成する。別の鉄ガーネット層を堆積した後、導波
管ストリップ99の組成に相当する組成を有する非晶質鉄
ガーネット層を別の鉄ガーネット層11の屈折率に等しい
か又は大きい屈折率n3を有する吸収層として堆積する。
けだし、別の鉄ガーネット層11の堆積条件に比べてより
低い不活性プラズマガス圧およびより低い基板温度の条
件下で堆積するためである。この非晶質吸収層13は0.2P
aの大気圧および250℃の基板温度で堆積する。
ライン導波管を示す。非磁性の（110）に配向したガド
リニウム ガリウム ガーネットの単一結晶ディスク１
の格子構造は、区域７において0.2Paの圧力および数10
-2eVのイオンエネルギーのアルゴンプラズマによるイオ
ン衝撃によって数原子層の深さに亘って攪乱されてお
り、この処理工程において単一結晶ディスクのイオン衝
撃によって攪乱されてはならない区域を感光層によって
マスクした。感光層を除去した後、第１鉄ガーネット５
を陰極線スパッタリングにより連続製造サイクルで設け
た。この層は区域57において非晶質または多結晶として
成長し、区域59においては単結晶として成長する。鉄ガ
ーネット層５に形成に関する処理因子は第４図〜第６図
を参照して前述した。従って、非晶質または多結晶区域
97および導波管ストリップ99を構成する単結晶区域を有
する鉄ガーネット層９と前述した非晶質または多結晶区
域117および単結晶区域119を有する別の鉄ガーネット層
11を形成する。別の鉄ガーネット層を堆積した後、導波
管ストリップ99の組成に相当する組成を有する非晶質鉄
ガーネット層を別の鉄ガーネット層11の屈折率に等しい
か又は大きい屈折率n3を有する吸収層として堆積する。
けだし、別の鉄ガーネット層11の堆積条件に比べてより
低い不活性プラズマガス圧およびより低い基板温度の条
件下で堆積するためである。この非晶質吸収層13は0.2P
aの大気圧および250℃の基板温度で堆積する。
セミ−レイキーオプティカル アイソレータ用のセミ−
レイキー構造体を得るため、次の処理を行う：導波管ス
トリップ99を鉄ガーネット層５の区域59上にエピタキシ
ャル堆積し、基体１および層区域59の自由格子定数ａを
選択することによりセミ−レイキ−オプシィカル アイ
ソレータの適正な機能に必要な複屈折を達成する。この
結果、基体および層59の自由格子定数は導波管ストリッ
プ99の自由格子定数ａと相異することになる。好ましく
は、導波管ストリップ99の自由格子定数ａを基板の自由
格子定数ａよりも大きくする。一方、導波管ストリップ
99と隣接する少なくとも１個の区域、例えば区域97又は
区域119の格子定数を導波管ストリップ99の格子定数か
ら相異させる必要があり、すなわちこれらの区域中で複
屈折が生じないようにするためこれらの区域はエピタキ
シャル堆積させるべきではない。この場合、導波管スト
リップ99の区域97との間の界面又は導波管ストリップ99
と区域119との間の界面において用いられるモード例え
ばTMモードに対するγ屈折率について区域97および／又
は領域119の屈折率が導波管ストリップ99の屈折率より
も低くする必要がある。これに対して、例えばTEモード
のような伝播モードについては領域97および／又は119
の屈折率をより高くする。本発明によりエピタキシャル
区域だけでなく例えば非晶質または多結晶区域も同様に
形成することができるので、これらの条件を満たすこと
ができる。
レイキー構造体を得るため、次の処理を行う：導波管ス
トリップ99を鉄ガーネット層５の区域59上にエピタキシ
ャル堆積し、基体１および層区域59の自由格子定数ａを
選択することによりセミ−レイキ−オプシィカル アイ
ソレータの適正な機能に必要な複屈折を達成する。この
結果、基体および層59の自由格子定数は導波管ストリッ
プ99の自由格子定数ａと相異することになる。好ましく
は、導波管ストリップ99の自由格子定数ａを基板の自由
格子定数ａよりも大きくする。一方、導波管ストリップ
99と隣接する少なくとも１個の区域、例えば区域97又は
区域119の格子定数を導波管ストリップ99の格子定数か
ら相異させる必要があり、すなわちこれらの区域中で複
屈折が生じないようにするためこれらの区域はエピタキ
シャル堆積させるべきではない。この場合、導波管スト
リップ99の区域97との間の界面又は導波管ストリップ99
と区域119との間の界面において用いられるモード例え
ばTMモードに対するγ屈折率について区域97および／又
は領域119の屈折率が導波管ストリップ99の屈折率より
も低くする必要がある。これに対して、例えばTEモード
のような伝播モードについては領域97および／又は119
の屈折率をより高くする。本発明によりエピタキシャル
区域だけでなく例えば非晶質または多結晶区域も同様に
形成することができるので、これらの条件を満たすこと
ができる。
第1a〜1c図は従来のストリップライン導波管の断面図、 第２図は本発明によるストリップライン導波管に使用す
る材料の屈折率をプロットしたグラフ、 第３図は本発明によるストリップライン導波管に使用す
る材料の基礎吸収をプロットしたグラフ、および 第４〜７図はそれぞれ本発明によるストリップライン導
波管の断面図である。 １……ガリウム単結晶ディスク（基体） ３……コバルト置換鉄ガーネット層（基体） ５……第１単結晶層（鉄ガーネット層） 9,11……鉄ガーネット層、97……区域 98……クラッド、99……単結晶導波管ストリップ WL……導波管ストリップ、Ｓ……基体
る材料の屈折率をプロットしたグラフ、 第３図は本発明によるストリップライン導波管に使用す
る材料の基礎吸収をプロットしたグラフ、および 第４〜７図はそれぞれ本発明によるストリップライン導
波管の断面図である。 １……ガリウム単結晶ディスク（基体） ３……コバルト置換鉄ガーネット層（基体） ５……第１単結晶層（鉄ガーネット層） 9,11……鉄ガーネット層、97……区域 98……クラッド、99……単結晶導波管ストリップ WL……導波管ストリップ、Ｓ……基体
Claims (30)
- 【請求項１】低い屈折率n1を有する材料で囲まれる屈折
率n2を有する鉄ガーネット単結晶導波管ストリップをガ
ーネット単結晶基体上に有する非可光学部材のための光
学ストリップライン導波管の製造方法において、前記基
体の結晶格子を導波管ストリップが生成しない表面区域
（７）において局部的に攪乱させ、これによって格子不
規則を形成することおよび導波管ストリップ（99）およ
びこれを囲む材料を基体上に不活性ガスプラズマ中RF陰
極スパッター（スパッターエピタキシ）によって、主と
して鉄ガーネット相を殆んど同じスパッター速度を有す
る他の相と一緒に含むターゲットを用い、陰極スパッタ
ー操作を実施して非撹乱表面区域だけに単結晶構造を得
ることを特徴とする光学ストリップライン導波管の製造
方法。 - 【請求項２】（111）−配向非磁性ガーネット単結晶デ
ィスク（１）を基体として用いる特許請求の範囲第１項
記載の方法。 - 【請求項３】（110）−配向非磁性ガーネット単結晶デ
ィスク（１）を基体として用いる特許請求の範囲第１項
記載の方法。 - 【請求項４】カルシウム マグネシウム ジルコニウム
−置換ガドリニウム ガリウム ガーネット（Gd,Ca）
３（Ga,Mg,Zr）5O12を基体として用いる特許請求の範囲
第２または３項記載の方法。 - 【請求項５】単結晶コバルト−置換鉄ガーネット層を吸
収層（３）としてガーネット単結晶ディスク（１）上に
設ける特許請求の範囲第２または３項記載の方法。 - 【請求項６】吸収層（３）を液相エピタキシにより設け
る特許請求の範囲第５項記載の方法。 - 【請求項７】単結晶導波管ストリップ（99）およびそれ
を囲む材料（５），（11），（97）は一般式（A,B）３
（A,B）5O12（式中Ａは少なくとも１種の希土類金属、B
i,Pbおよび／またはCaを示し、ＢはGa,Al,Fe,Co,Ni,Mn,
Ru,Ir,Inおよび／またはScを示す）で表される組成を有
する特許請求の範囲第１〜６項のいずれか一つの項に項
記載の方法。 - 【請求項８】単結晶導波管ストリップ（99）およびこれ
を囲む材料（５），（11），（97）は式Gd1.90Bi1.45Fe
4.09Al0.34Ga0.22O12で示される組成を有する特許請求
の範囲第７項記載の方法。 - 【請求項９】単結晶導波管ストリップ（99）およびそれ
を囲む材料（５），（11），（97）は式Gd1.97Bi1.04Fe
4.51Ga0.22Al0.26O12で示される組成を有する特許請求
の範囲第７項記載の方法。 - 【請求項１０】単結晶導波管ストリップ（99）およびそ
れを囲む材料（５），（11），（97）を、0.2〜2.0Paの
圧力を有する不活性ガスプラズマ中、約10〜102eVの生
長層を衝撃する粒子のイオンエネルギーで堆積する特許
請求の範囲第１〜９項のいずれか一つの項に記載の方
法。 - 【請求項１１】導波管（99）の側部を囲む材料（97）を
非晶質とする特許請求の範囲第１〜10項のいずれか一つ
の項に記載の方法。 - 【請求項１２】導波管（99）の側部を囲む材料（97）を
多結晶とする特許請求の範囲第１〜10項のいずれか一つ
の項に記載の方法。 - 【請求項１３】RF陰極スパッター中、基体を、エピタキ
シアル生長を非攪乱結晶格子を有する基体区域上で開始
する温度より高く、かつ多結晶生長を攪乱結晶格子を有
する基体区域（７）上で開始する温度より低い温度に加
熱する特許請求の範囲第11項記載の方法。 - 【請求項１４】基体を450〜520℃の範囲の温度に加熱す
る特許請求の範囲第13項記載の方法。 - 【請求項１５】基体を、多結晶生長が攪乱結晶格子を有
する基体区域（７）上で開始する温度より高い温度に加
熱する特許請求の範囲第12項記載の方法。 - 【請求項１６】基体を520℃以上（＞520℃）の温度に加
熱する特許請求の範囲第15項記載の方法。 - 【請求項１７】導波管ストリップ（99）を形成する材料
の堆積をRF陰極スパッターにより同じ材料の第１単結晶
鉄ガーネット層（５）の堆積より後に行い、前記層に導
波管ストリップの屈折率n2より低い屈折率n1を与え、こ
のために単結晶導波管ストリップを堆積する条件と比較
して高いRF電圧をターゲット電極に加えおよび／または
不活性ガスプラズマの圧力を高めおよび／または基体温
度を上げおよび／またはRF電圧（基体バイアス）を基体
電極に加える特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項１８】導波管ストリップ（99）を形成する材料
の堆積をRF陰極スパッターにより同じ材料の他の鉄ガー
ネット層（11）の堆積の前に行い、前記層を導波管スト
リップ上に多結晶状におよびこの導波管ストリップの側
部を囲む材料上に非晶または多結晶状に生長させ、これ
に導波管ストリップの屈折率n2より低い屈折率n1を与
え、このために単結晶導波管ストリップを堆積する条件
と比較して高いRF電圧をターゲット電極に加えおよび／
または不活性ガスプラズマの圧力を高めおよび／また基
体温度を上げおよび／またはRF電圧（基体バイアス）を
基体電極に加える特許請求の範囲第１〜17項のいずれか
一つの項に記載の方法。 - 【請求項１９】導波管ストリップ（99）の側部を囲む材
料（97）を次の腐食工程において除去し、次いでRF陰極
スパッターにより導波管ストリップを形成する材料の他
の単結晶鉄ガーネット層（11）を導波管ストリップ上に
堆積し、導波管ストリップに屈折率n2より低い屈折率n1
を与え、このために単結晶導波管ストリップを堆積する
条件と比較して高いRF電圧をターゲット電極に加えおよ
び／または不活性ガスプラズマの圧力を高めおよび／ま
たは基体温度を上げおよび／またはRF電圧（基体バイア
ス）を基体電極に加える特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項２０】他の鉄ガーネット層（11）を0.2〜2.0Pa
の圧力を有する不活性ガスプラズマ中で堆積し、生長層
を衝撃する粒子のイオンエネルギーを約10〜102eVにす
る特許請求の範囲第18または19項記載の方法。 - 【請求項２１】導波管ストリップ（99）の組成に相当す
る組成を有する非晶質鉄ガーネット層を吸収層（13）と
して他の鉄ガーネット層（11）上にRF陰極スパッターに
より堆積し、非晶質鉄ガーネット層に他の鉄ガーネット
層の屈折率n1と同じかまたはこれより高い屈折率n3を与
え、このために他の鉄ガーネット層を堆積する条件と比
較して不活性ガスプラズマの圧力を減少しおよび／また
は基体温度を低くする特許請求の範囲第18または19項記
載の方法。 - 【請求項２２】非晶質吸収層（13）を0.1〜1.0Paの範囲
の圧力を有する不活性ガスプラズマ中で堆積する特許請
求の範囲第21項記載の方法。 - 【請求項２３】非晶質吸収層（13）を200〜450℃の範囲
の基体温度で堆積する特許請求の範囲第21項記載の方
法。 - 【請求項２４】RF陰極スパッタープロセスをヘリウム族
ガス プラズマ中で行う特許請求の範囲第１〜23項のい
ずれか１つの項に記載の方法。 - 【請求項２５】マグネトロンをターゲット電極として用
い、これにスパッター プロセスに必要なRFパワーを供
給する特許請求の範囲第１〜24項のいずれか１つの項に
記載の方法。 - 【請求項２６】基体、単結晶導波管ストリップ（99）お
よび該ストリップを囲む非晶質材料（97）からなるシス
テムに、導波管ストリップの側部に沿い数μｍの厚さを
有する単結晶クラッド（98）が形成されるように、側部
エピタキシアル生長が導波管の側部からこれを囲む非晶
質材料まで生ずる温度で、焼戻しプロセスを施す特許請
求の範囲第11項記載の方法。 - 【請求項２７】焼戻しプロセスを非晶質材料の結晶化温
度以下約50Kの温度範囲内で行う特許請求の範囲第26項
記載の方法。 - 【請求項２８】ガーネット単結晶ディスク（１）の形態
の基体の格子構造、または非攪乱ガーネット単結晶ディ
スク上に設ける単結晶吸収層（３）の格子構造、または
非攪乱単結晶吸収層上に設ける第１単結晶鉄ガーネット
層（５）の格子構造を、不活性ガス プラズマからのイ
オン衝撃により導波管ストリップをエピタキシアル生長
させない区域（７）における数原子層の深さまで攪乱さ
せる特許請求の範囲第17項記載の方法。 - 【請求項２９】イオン衝撃により攪乱させない区域
（７）をフォトレジスト マスクで覆い、しかる後イオ
ン衝撃をヘリウム族 ガス プラズマ中0.1〜1Paの圧力
および30eV以上（＞30eV）のイオン エネルギーで数分
間にわたり行う特許請求の範囲第28項記載の方法。 - 【請求項３０】イオン衝撃をアルゴン プラズマ中0.2P
aの圧力および約102eVイオン エネルギーで行う特許請
求の範囲第29項記載の方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3617060.7 | 1986-05-21 | ||
| DE3617060 | 1986-05-21 | ||
| DE3704378.1 | 1987-02-12 | ||
| DE19873704378 DE3704378A1 (de) | 1986-05-21 | 1987-02-12 | Verfahren zur herstellung eines optischen streifenwellenleiters fuer nicht-reziproke optische bauelemente |
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