JPS6271205A - 磁気デバイス - Google Patents

磁気デバイス

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JPS6271205A
JPS6271205A JP21124885A JP21124885A JPS6271205A JP S6271205 A JPS6271205 A JP S6271205A JP 21124885 A JP21124885 A JP 21124885A JP 21124885 A JP21124885 A JP 21124885A JP S6271205 A JPS6271205 A JP S6271205A
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JP
Japan
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single crystal
garnet
substrate
magnetic
bismuth
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Pending
Application number
JP21124885A
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English (en)
Inventor
Arata Sakaguchi
阪口 新
Toshihiko Riyuuou
俊彦 流王
Satoru Fukuda
悟 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

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) 本発明は磁気デバイス、特には異方性磁界が大きく、フ
ァラデイ回転能、偏光回転数の大きい。
磁気バブル、磁気光学素子として有用とされる磁気デバ
イスに関するものである。
(従来の技術) 希土類鉄系の磁性ガーネット薄膜をガーネット基板単結
晶上にエピタキシャル成長させた磁気ディスクは、磁気
バブル素子、磁気光学素子として使用されているが、こ
のエピタキシャル成長させるガーネット構造体について
はバブルメモリーにおける異方性磁界を大きくすること
、また磁気光学用としてはファラデイ回転能を大きくす
るということからBi、R,Fe、M(ここにRはCa
Yまたは希土類元素の1種以上1MはGa、AJLなど
の鉄と置換可能な金属元素)の陽イオン酸化物からなる
ビスマス置換磁性ガーネット膜の使用が良好な結果を示
すものとされ、このものの使用が注目されている。
他方、このガーネット構造をとるエピタキシャル成長を
形成するために使用されるガーネット基板単結晶につい
ては 1)結晶の格子定数がガーネット構造をもつエピタキシ
ャル成長する磁性膜と約o、oIAの範囲で合致してい
ること・ 2)結晶を構成する元素の偏析係数が1に近い値である
こと が要求されるが、上記したビスマス置換磁性ガーネッ)
Mの格子定数が12.42〜12−45 Aとされるこ
とから、これをエピタキシャル成長させるための基板単
結晶としては従来この種の磁気デバイス用に使用されて
いるガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)、
ネオジム・ガリウム・ガーネット(NGO)などはその
格子定数が12.38゜12.51人であることから使
用することができず、したがってこの基板単結晶として
は格子定数が12.43 Aであるサマリウム・ガリウ
ム・ガーネット(SGG)しか使用することができず、
これについては式S■3Ga5012で示される結晶構
造をもつSGG単結晶板上に式B 1xGd、T m2
F e5−rGaro 12で示される結晶構造をもつ
ビスマス置換磁性ガーネットをエピタキシャル成長させ
てなる磁気バブルガーネット複合板が提案されている(
特開昭50−20300号公報参照)。
しかし、このSGGは0.8 終膳、1.2 終腸、1
.3〜1.81L■近辺での光透過性がわるいので、S
GGにビスマス置換磁性ガーネット構造体をエピタキシ
ャル成長させた磁気デバイスは磁気バブル用素子として
は有用とされるが光アイソレーターなどの磁気光学素子
としては使用することができないという不利があり、こ
れにはまたSGGがこれをチョクラルスキー法で単結晶
として引上げるときに結晶がねじれるという現象を伴な
うために製造がむずかしく、生産性がわるいという欠点
もある。
(発明の構r&) 本発明はこのような不利、欠点を解決した磁気デバイス
に関するものであり、これは陽イオンがY、In、Al
の3種とされる酸化物ガーネット単結晶の基板上に、B
 i 、 R、F e * M (ココニRはCa、7
または希土類元素のL種以上、MはGa、Allなどの
鉄と置換可能な金属元素)の陽イオン醸化物からなるビ
スマス置換磁性ガーネット構造体をエピタキシャル成長
させてな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なわな
い磁気デバイスの取得について種々検討した結果、ビス
マス置換磁性ガーネット構造体をエピタキシャル成長さ
せるための基板単結晶として上記した陽イオンがY、I
!l、Alの3種からなる酸化物ガーネット単結晶を使
用すると、このものが格子定数12.42 Aであり、
これを構成する各金属の偏析係数が略々1とされるもの
であることから格子定数12.42〜12.45 Aと
される上記したBi 、R,Fe、Mの陽イオン酸化物
からなるビスマス置換磁性ガーネット構造体をこの基板
単結、す、娠トじ工2々五〜セわ虐り七硅スrシ4<−
rh七ること、またこの基板単結晶としての陽イオンが
Y、In、Aiの3種からなる酸化物ガーネット構造体
は光透過性がよく、特に0.5〜1.7 pmの範囲で
は光の吸収がないので、これにビスマス置換磁性ガーネ
ット構造体をエピタキシャル成長させて得た磁気デバイ
スは磁気バブルとして使用できるほか特には光アイソレ
ーターなどのような磁気光学素子としても有用とされる
ということを見出し、この基板単結晶の種類、製造方法
、これに対するビスマス置換磁性ガーネット構造体のエ
ピタキシャル成長法などについての研究を進めて本発明
を完成させた。
本発明の磁気デバイスを構成するガーネット単結晶は上
記したように陽イオンがY、In、AMの3種からなる
酸化物ガーネット単結晶とされるがこのものは例えばそ
の(C)サイトにY。
(&]サイトにIn 、(d)サイトにAnを配置した
ものとすればよく、これには式 Y a I n2A−n 3012で示される結晶構造
をもつも本発明者らによって創製された文献未載の構造
体であり、このものは例えばY30336〜39モル%
、In20322〜28モル%およびA120336〜
39モル%をるつぼに仕込み、高周波誘導で溶融したの
ち、この融液からチョクラルスキー法で単結晶を引りげ
ることによって得ることができる。このものはこのよう
にして得た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12.
42 Aを示すし、これを構成するY、In、A4の偏
析係数がいずれも略々lとされるものであることが本発
明者らによって確認されている。
また、このガーネット基板単結晶にエピタキシャル成長
させられるビスマス置換磁性ガーネット構造体はBi 
 、R,Fe、M(R,Mは前記に同じ)の陽イオン酸
化物からなり、このRはCa。
Yまたは希土類元素の1種以上、MはGa、Alなどの
鉄と置換可能な金属元素とされる公知のものであり、こ
れには次式のものが例示される。
B’0.5Gd2.5Fe4.2”0.8012格子定
数12−45 iBi   Y    Fe   An
    O”  12.45 人1.1 1.9   
4.8   0.4  12Bi1.4Lu、、6Fe
、0012”  12.43 Aこのどスマス置換磁性
ガーネット構造体は上記したようにその格子定数が12
.42〜12.45 Aのものであるが、このものにつ
いてはこの構造体を構成する金属元素の一部がビスマス
で置換されていることから、これをガーネット基板単結
晶板上にエピタキシャル成長させたJiI!気バブルメ
モリーは異方性磁界が大きなものとなるし、磁気光学用
の磁気デバイスについてはファラデイ回転能が大きくな
ることが知られている。
本発明の磁気デバイスは前記した例えば式Y 3 I 
n2Al、012で示される結晶構造をもつガーネット
基板単結晶板上に前記したBE 、R。
Fe 、Mの陽イオン酸化物からなる、例えば(BiR
)(FeM)5012で示される結晶構造ををもつビス
マス置換磁性ガーネット構造体をエピタキシャル成長さ
せることによって作られるが。
、  このエピタキシャル成長は前記したように基板単
に 結晶の格子定数が12.42人とされ、ビスマスを換磁
性ガーネット構造体の格子定数が12.42〜12.4
5λとされて両者の格子定数が0.01〜0.02Aの
範囲内で一致しているので容易に行なうことができるし
、このようにして得られたエピタキシャル成長層は亀裂
が入ることもない、このエピタキシャル成長は液相、気
相のいずれで行なわせてもよいが、この液相エビタクシ
ャル法は例えばGd2O3、Y2O3,Lu2O3,F
e2O3,Al2O2゜Ga2O3などのガーネット結
晶を構成する金属酸化物およびPb O,B  O、B
i2O3とを混合して白金ルツボ中で約t 、too−
t 、200℃に加熱して溶融し、この融液に基板単結
晶としてのY 3 I n2Al。012を浸漬すれば
、この基板単結晶面上に一■−記した金属から構成され
るガーネツ1構遺体をエピタキシャル成長させることが
できる。この成長層の厚さは通常0.5〜500gmの
範囲とすればよく、このようにして得た磁気デバイスを
磁気バルブとするときには0.5〜5 gm、光アイソ
レーターなどの磁気光学素子とするためには50〜50
0 pmとすればよい。
このようにして得られた本発明の磁気デバイスは偏光顕
微鏡下での観察が容易で、異方性磁界が大きいので磁気
バルブ用として有用とされるが、このものはその基板単
結晶がSGGにくらべて光透過性のすぐれた式Y 3 
In2A l 3012とされており、この素子が特に
ファデイ回転係数の大きいものであるということから光
アイソレーターなどの磁気光学素子としても有用とされ
る。
つぎに本発明の実施例をあげる。
実施例 1 Gd203.Bi2O3,Fe2O3,Al2O2゜P
bOおよびB2O3の混合物を白金ルツボに入れ、約t
、ioo℃に長時間加熱して一溶融してから約890℃
に急冷し、ついでこの融液中に武Y3■n2A!L30
.2で示される結晶構造をもつ単結晶の(l l l)
基板を約2分間浸漬して引上げたところ、この基板単結
晶上に厚さ約21Lmに重結晶膜がエピタキシャル成長
したものが得られた。
つぎに、この単結晶膜を高周波結合誘導プラズマ発光装
置を用いて成分分析を行なったところ。
このエピタキシャル成長膜の組成は B’0.5”2.5”12AJlO,8012で示され
るものであることが確認されたが、このエピタキシャル
成長膜を偏光顕微鏡で観察したところ、これには約24
mのストライプ状の磁区が明瞭にみとめられた。
実施例 2 Y2O2,Bi2O3,Fe2O,、A皇203゜Pb
OおよびB 20 aの混合物を白金ルツボに入れ、約
1,100℃に長時間加熱して溶融してから約890℃
に急冷し、ついでこの融液中に式Y3■n2Ai301
2で示される結晶構造をもつ単結晶の(111)基板を
約6時間浸漬して引き上げたところ、この基板単結晶上
に約150#Lmに単結晶膜がエピタキシャル成長した
ものが得られた。
つぎに、この単結晶膜の成分分析を高周波結合誘導プラ
ズマ発光装置を用いて行なった結果、このものは式 %式% のであることが確認されたが、エピタキシャル成長膜に
ついてのファラディ回転角を測定したところ45度であ
ることから、このものは光アイソレーターとして使用し
得るものであることが判った。
実施例 3 Lu203.Bi2O3,Fe2O3,Pb Oおよび
B2O3の混合物を白金ルツボに入れ、約1,100℃
に長時間加熱して溶融してから約890℃に急冷し、つ
いでこの融液中に式 Y3In2AIL3012で示される結晶構造をもつ単
結晶の(111)基板を約4時間浸漬して引き上げたと
ころ、この基板単結晶上に厚さ約11001Lに単結晶
膜がエピタキシャル成長したものが得られた。
つぎに、この単結晶膜の成分分析を高周波結合誘導プラ
ズマ発光装置を用いて行なった結果、このものは式 %式% とが確認されたが、このエピタキシャル成長膜について
のファラデイ回転角を測定したこる45度であることか
ら、このものは光アイソレーターとして使用し得るもの
であることが判った。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、陽イオンがY、In、Alの3種からなる酸化物ガ
    ーネット単結晶の基板上に、Bi、R、Fe、M(ここ
    にRはCa、Yまたは希土類元素の1種以上、MはGa
    、Alなどの鉄と置換可能な金属元素)の陽イオン酸化
    物からなるビスマス置換磁性ガーネット構造体をエピタ
    キシャル成長させてなることを特徴とする磁気デバイス
    。 2、酸化物ガーネット単結晶基板の格子定数が12.4
    2〜12.45Åの範囲にある特許請求の範囲第1項に
    記載の磁気デバイス。 3、基板となる酸化物ガーネット単結晶が Y_3In_2Al_3O_1_2である特許請求の範
    囲第1項に記載の磁気デバイス。 4、ビスマス置換磁性ガーネット構造体が式(BiR)
    _3(FeM)_5O_1_2(ここにR、Mは前記に
    同じ)で示されるものである特許請求の範囲第1項記載
    の磁気デバイス。
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