JPS6199318A

JPS6199318A - 磁性ガ−ネツト膜の作製方法

Info

Publication number: JPS6199318A
Application number: JP22041384A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Nagatsuma; 一之長妻; Shinji Sakano; 伸治坂野; Keikichi Ando; 安藤　圭吉; Yuzuru Hosoe; 譲細江; Hiroyoshi Matsumura; 宏善松村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1986-05-17

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】Ｃ発明の利用分野〕本発明は、ファラデー効果を利用した磁気光学素子、た
とえば光アイソレータ、光サーキュレータなどに用いら
れる磁性ガーネット膜の作製方法に係り、特に膜厚が大
きく、均質で格子欠陥のない磁性ガーネット膜を液相エ
ピタキシャル法にて作製する方法に関する。

〔発明の背景〕

半導体レーザの発振特性を安定化するために光アイソレ
ータが用いられるが、この光アイソレータの材料は磁性
ガーネットである。具体的には、イットリウム・鉄ガー
ネット（ＹｓＦｓ、ｏ、、：以下ＹＩＧと記す）または
その同族置換体で、とくにガドリニウム・ガリウムガー
ネット（Ｇ　ｄ、Ｇ　ａ、Ｏｔ、　：以下ＧＧＧと記す）など
の非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル法にて
厚膜状に成長させたものは飽和磁界が小さく、また製造
コストを低減できる利点を有する。この方法における問
題は如何にして均質で、結晶欠陥や表面凹凸のない膜厚
の大きい単結晶を基板上に成長させるかということであ
る。磁気光学素子で必要とする膜厚は、２００μｍであ
ることがＪｏｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｇｒｏ
ｗｔｈ　Ｖｏｌ、　６２　（ＩＨ３）Ｐ８７〜９４に記
載されている。膜厚が数μｍの薄い膜を成長させる場合
には結晶成長に要する時間が短かいため融液の組成変化
など融液を不安定にする現象は起らないが、膜厚が約１
０μｍ以上になると結晶成長に長時間を要するため融液
中に局所的に組成変化を生じたり、ガーネット核が自由
生成したりして成長した単結晶に不均質な部分の途中で
基板を融液から取り出し１表面を研磨により平滑化した
後再度融液中で結晶成長を行う方法が記載されている。

しかし作業性および時間効率が低く、生産上満足のいく
手段とは云えない。

また、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｇｒｏ
ｗｔｈ　Ｖｏｌ、　６２（１９８３）　ｐ　８７〜９４
に示さ九るように基板表面を融液表面に接触させて結晶
が基板の必要な片面にのみ成長するようにして液の組成
変化を少なくする方法がある。しかし一般に融液表面は
温度が低下しやすいためガーネット核の自由生成が生じ
やすく、それが結晶中に入り、光学的欠陥を形成する可
能性が大きい。

また、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏ
ｗｔｈ　Ｖｏｌ、　６４（１９８３）　ｐ　４００〜４
０２には融液組成および成成・温度を最適化する方法が
示されている。しかし数時間に亘る結晶成長においては
磁性ガーネット核が自由生成して表面に付着して欠陥を
形成する。

この磁性ガーネット核の発生はこの融液が過冷却状態に
あるために生じるので、上記方法以外に炉内温度分布の
均一化、振動などの°外乱要因の排除、過冷却度を小さ
く保った状態での膜成長など種々の方法が試みられてい
るが、いずれの方法も、膜質や再現性に問題があり、生
産上充分な状況にない。

【発明の目的〕

本発明の目的は、膜厚が大きく、膜質が均一でかつ結晶
欠陥のない磁性ガーネット膜を作製する方法を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本件発明者は、炉内温度分布の均一化、振動などの外乱
要因の排除、過冷却度を大きくし過ぎない等結晶膜成長
に関する研究を行う過程で、結晶膜成長の時間が限られ
た時間内であれば融液中の磁性ガーネット核の自由生成
は起らず、表面が平滑で良好な膵ができることを見出し
た。さらに融液中に自由生成し磁性ガーネット核は融液
の温度を上昇することにより融解することも見出した。

本発明はこれらの事実を活用したものである６すなわち
、融液中に基板を浸漬して結晶膜成長をはじめ、融液中
に磁性ガーネット核が自由生成して磁性ガーネット貯に
付着し始める前までの間に結晶膜を液相エピタキシャル
で成長せしめ、その後基板を一旦融液中から引き上げ、
続いて融液の温度を飽和温度より高い温度まで加熱昇温
して自由生成した磁性ガーネット核を融解し、再び融液
の温度を飽和温度より低い温度に下げ、上記の基板を浸
漬して結晶膜の成長を継続する。この工程を目的とする
膜厚の結晶膜が作製されるまで繰返す。

上記方法で形成された単結晶膜の表面は極めて平滑で、
はとんどの用途に対して研磨する必要はない、また膜質
も均質である。

発明者はまた、上記方法において、基板の片側に貴金属
板を接触付着させて結晶膜成長を行うことにより、融液
の組成変動が少なくなり、より均質な膜質の作製が可能
となることを見出した。またこの場合、結晶膜は基板の
片面にのみ形成される利点もある。

なお貴金属としては金、銀、白金、パラジウムなど一般
に貴金属と称するものが用いられる。　。

また、ここで融液は磁性ガーネット成分をフラックスに
融解したものである。フラックスの原料としてはＰｂＯ
，Ｂ、Ｏａ、　ＰｂＦ、　ｔ　Ｂｉ、Ｏｔ。

ｖ２０．などがあるが、磁性材料の種類などの条件に応
ＬＺてＰｂ０−Ｂ、Ｏ，、Ｐｂ０−ＰｂＦ、−Ｂ、Ｏｓ
のように２種以上の原料が混合されて用いられる。

また磁性材料としては強磁性、反強磁性、常磁性など各
種の磁性材料が用いる５ことは云うまでもない。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１第１図および第２図を用いて説明する。

表面が（１１１）面であるようにしたガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット（Ｇ　ｄ　ｓ　Ｇ　ａ　＊　Ｏｔ＊
　：ＧＧＧと略記する）結晶で作られた非磁性ガーネッ
ト基板１を白金製治具２で保持し、ｐｂｏ−Ｂ、Ｏ，を
フラックスとした磁性ガーネットａｃｉ、、、ｙ、、、
Ｆｅ、Ｏ，の融液３に浸漬した（第１図参照）、この時
の融液の温度は飽和温度より約１５℃低い９１０℃とし
た。白金製治具２を回。

転数７５ｒｐ閣で回転しながら２時間に亘り液相エピタ
キシャル成長を行なった後、基板ｌを融液３から引上げ
た０次に融液３の液温を１２００　’Ｃにして１時間経
過させることにより、融液中に自由生成した磁性ガーネ
ット核を融解せしめた後、融液の温度を９１０℃に下げ
、再び基板１を融液３に浸漬して液相エピタキシャル成
長を行なった。この工程を３回行なった結果、第２図に
示すように１層の膜厚が約８０μｍの膜２，３および４
から成る膜厚２４０μｍで結晶欠陥がなく膜質が均質で
かつ表面が平滑な磁性ガーネット結晶膜を得た。

なお、上記と同一条件で液相エピタキシャル成長を３時
間に亘って行なった場合には、結晶膜の表面に自由生成
による磁性ガーネット核による結晶欠陥（ピットともい
う）が形成され、本発明の有効性が確認できた。

なお本実施例で用いた融液の組成は次の通りである。

Ｙｓｏ、　　　１．３５７８Ｘ　１０°”モ／Ｌ／　（
３，００６０ｇ）Ｇ　ｄ、、Ｏ，ｏ、ｏ’ｙｓｓｘ　１
０−”モル（０，２７７３ｇ）Ｆｅ、０．　２０，０８
０３Ｘ１０°”−Ｔ−／Ｌｌ　（３２，０６６７ｇ）Ｂ
、０．　　１９．６０２２Ｘ　１０−”−Ｔ−／Ｌｚ　
（１３，６４７１ｇ）、　　　Ｐ　ｂ　Ｏ１５６，８１
７２Ｘ　１０−”モル（３５０，０ｇ　）なお、結晶成
長時の白金製治具２の回転数は５０ｒｐｍ〜１１００ｒ
ｐの範囲でほぼ同様の結果が得られた。また、結晶膜成
長工程の各回毎に形成される膜厚は、その時の融液の温
度、成長時間。

基板の大きさなどに依存することは云うまでもない、さ
らに工程の途中で融液の組成や温度を調整することによ
り作製の効率を高め得ることも当然である。

実施例２第３図〜第５図を用いて説明する。

第３図に示すように非磁性ガーネット基板１の片面に、
基板とほぼ同一形状の白金板６を接触して付着せしめ、
白金製治具３で固定、保持した。

これを実施例１と同様に磁性ガーネット融液３に浸漬し
、治具３を７５ｒｐｍで回転しながら１３０分間に亘っ
て結晶成長を行なった後、基板１を融液３より引上げた
０次に実施例１と同様にして磁性ガーネット核を除去し
てから再び基板１を融液３に浸漬して１３０分間に亘っ
て液相エビタキシヤルによる結晶成長を行なった結果、
第４図に示すように基板１の片面に膜厚１８０μｍの磁
性ガーネット膜が形成された１次に第５図に示すように
白金板６を基板１から分離させた。白金板は容易に塑性
変形するので、加熱した希硝酸水で洗浄した後第５図に
示すように端部から折り曲げると容易に分離できた。

以上の方法で作られた磁性ガーネット膜は基板の片面に
のみ形成され、膜厚は１８０μｍ、膜質は極めて均質で
、格子欠陥は全くなかった。

実施例３実施例１および２で用いた融液以外の組成の融液につい
ての実施結果を説明する。

組成の表示方法として次に示すＲパラメータを用いる。

各化合物の単位はモルである。

Ｆｅ、Ｏ，＋Ｙ、○、＋Ｇｄ、０３＋−ＰｂＯ＋Ｂ、０
１Ｇｄ、Ｏ，Ｉ＋Ｙ、Ｏ。

各種のＲパラメータの組成の融液を実施した結果、本発
明が実施できる組成の範囲は次の通りであった。

Ｒ，＝１２〜２２Ｒ２＝３．５〜５．０Ｒ，＝０．１６〜０．２２Ｒ９千０．０３〜０．０７なお結晶成長時の融液の温度は融液の飽和温度より若干
低、温で本実施例では８８０〜９６０℃であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、欠陥がなく、膜質が均一でがつ膜厚の
大きい磁性ガーネット結晶膜を安定に再現性よく作製す
ることができるので、光通信などの光エレクトロニクス
技術に不可欠な光アイソレータの高性能のものを定電し
て提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は実施例１を説明するための図、第
３図から第５図は実施例２を説明するための図である。１・・・基板、２・・・白金製治具、３・・・融液、４
・・・容器、５・・・白金製治具２の回転軸、６・・・
貴金属板、１２゜￥１３　図￥Ｊ４０第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、磁性ガーネット材料をフラックスに融解した融液中
に基板を浸漬して液相エピタキシャル法により前記基板
上に磁性ガーネット膜を作製する方法において、下記工
程を含むことを特徴とする磁性ガーネット膜の作製方法
。（ａ）液温が飽和温度以下にある前記融液中に前記基板
を浸漬して該基板上に前記磁性ガーネット膜を成長させ
る成長工程。（ｂ）前記基板を融液中から引上げ、前記融液中の磁性
ガーネット核を融解する加熱工程。（ｃ）前記融液の温度を飽和温度以下にする冷却工程。２、上記の工程を１回もしくは２回以上行うことにより
上記基板表面に所望の膜厚の磁性ガーネット膜を成長さ
せることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁性
ガーネット膜の作製方法。３、上記基板の一の片面に貴金属を接触付着させて上記
工程を行なうことにより上記磁性ガーネット膜を上記基
板の他の片面にのみ作製することを特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項に記載の磁性ガーネット膜の
作製方法。４、上記フラックスの主成分をＰｂＯとすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の磁性ガーネット膜の
作製方法。５、上記基板を非磁性ガーネットとすることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の
磁性ガーネット膜の作製方法。６、上記磁性ガーネットを反強磁性ガーネットとするこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項までの
いずれかに記載の磁性ガーネット膜の作製方法。７、上記反強磁性ガーネットをイットリウム・鉄ガーネ
ット（Ｙ＿３Ｆｅ＿５Ｏ＿１＿２）またはその同族置換
体とすることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の
磁性ガーネット膜の作製方法。８、上記非磁性ガーネットをガドリニウム・ガリウムガ
ーネット（Ｇｄ＿３Ｇａ＿５Ｏ＿１＿２）とすることを
特徴とする特許請求の範囲第５項記載の磁性ガーネット
膜の作製方法。