WO2006030836A1 - 磁気光学デバイスの製造方法 - Google Patents

磁気光学デバイスの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2006030836A1
WO2006030836A1 PCT/JP2005/016967 JP2005016967W WO2006030836A1 WO 2006030836 A1 WO2006030836 A1 WO 2006030836A1 JP 2005016967 W JP2005016967 W JP 2005016967W WO 2006030836 A1 WO2006030836 A1 WO 2006030836A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
film
magneto
single crystal
magnetic film
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2005/016967
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katsuhiro Iwasaki
Hiromitsu Umezawa
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.)
FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FDK Corp filed Critical FDK Corp
Publication of WO2006030836A1 publication Critical patent/WO2006030836A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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 
    • G02F1/09—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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus 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
    • H01F41/14—Apparatus 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
    • H01F41/24—Apparatus 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
    • H01F41/28—Apparatus 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
    • 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 
    • G02F1/09—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
    • G02F1/093—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 used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • 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
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/12—Function characteristic spatial light modulator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20—Ferrites
    • H01F10/24—Garnets

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a magneto-optical device by using a selective crystal growth method. More specifically, the crystallinity is deteriorated by heat treatment on a substrate having good crystallinity. By partially forming a surface layer and growing a magnetic film on the surface by liquid phase epitaxy (LPE), a crystal structure is formed between the magnetic film portion on the surface layer and the magnetic film portion on the other substrate.
  • LPE liquid phase epitaxy
  • the present invention relates to a method of manufacturing a magneto-optical device in which magnetic characteristics are two-dimensionally different. This technique is not particularly limited, but is useful for pixel separation such as a magneto-optic spatial light modulator.
  • Magneto-optical devices using magnetic films include optical isolators and optical switches in the optical communication field, and magneto-optical spatial light modulators (MOSLMs) in the optical information processing field.
  • a magneto-optic spatial light modulator is a magneto-optical device that spatially modulates the amplitude, phase, and polarization state of light using the Faraday effect of a magnetic film, and has recently been applied to hologram recording and various displays. Expected.
  • Such a magneto-optic spatial light modulator has a configuration in which a large number of pixels (pixels) capable of independently controlling the magnetization direction of a magnetic film are arranged in a two-dimensional array in order to process light in parallel.
  • Figure 5 shows a typical example. Incident light that has passed through the first polarizer 10 and has become linearly polarized light is incident on each pixel 12 of the magneto-optic spatial light modulator. Incident light passes through the transparent substrate (for example, SGGG) 14 and the magnetic film 16, is reflected by the metal film 18, and passes through the magnetic film 16 and the transparent substrate 14 again to be emitted.
  • the transparent substrate for example, SGGG
  • the force to reach a polarizer of 20 If the polarization transmission plane is set to +45 degrees, +45 degrees The light at the upper stage rotated by Faraday is transmitted (ON), but the light at the lower stage rotated by –45 degrees Faraday is blocked (OFF). In this way, by controlling the direction of the magnetic field applied to each pixel, the on / off of the reflected light by each pixel can be controlled.
  • each pixel is not a completely independent individual element.
  • a magnetic film is grown on the entire surface of the substrate by the LPE method. It is in a state of being magnetically partitioned into a large number of pixels. This is because each pixel needs to be very small and accurately arranged. Therefore, it is necessary to have a structure that does not affect adjacent pixels when the magnetization of each pixel is reversed.
  • the epitaxial method is suitable for the selective growth method because the crystal structure of the film grown on the substrate is affected by the crystal structure of the underlying substrate.
  • a method of arranging Ti (titanium metal) as a mask see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-338346) or a method of partially ruining the base surface by ion milling, etc. Is being considered.
  • the problem to be solved by the present invention is that a single-crystal region and a non-single-crystal region are clearly partitioned in a two-dimensional magnetic film having a substantially flat surface and continuously connected. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a magnetic device that can be arranged in a desired manner and that does not adversely affect the melt during the epitaxial growth of the magnetic film and that has good film forming workability.
  • the present invention provides a method in which a surface layer whose crystallinity is deteriorated by heat treatment is partially formed on a substrate having good crystallinity, and a magnetic film is epitaxially grown on the surface layer to thereby form the surface layer.
  • a magneto-optical device manufacturing method characterized in that the crystal structure of the magnetic film is two-dimensionally different between the upper part and the other part.
  • the present invention includes a step of producing a single crystal film on a surface of a single crystal substrate, a step of heat-treating the single crystal film to form a non-single crystal, and a part of the non-single crystal film.
  • a method for manufacturing a magneto-optical device characterized in that the crystal structure of the magnetic film is two-dimensionally different from the magnetic film region.
  • the present invention also includes a step of producing a single crystal film in a partial region of the surface of the single crystal substrate, a step of heat-treating the single crystal film to form a non-single crystal, It includes a step of liquid phase epitaxial growth of a magnetic film, and the magnetic film region grown on the single crystal substrate and the magnetic film region grown on the non-single crystal film are two-dimensionally different in crystal structure. This is a method for manufacturing a magneto-optical device.
  • the single crystal substrate for example, an SGGG or GGG single crystal substrate is used.
  • an iron garnet film grown by a liquid phase or vapor phase epitaxy method is used as a single crystal film that is formed on a single crystal substrate and is non-single-crystallized by heat treatment.
  • the heat treatment for non-single crystallization is preferably performed in a reducing atmosphere at 500 ° C to 800 ° C, or in an oxidizing atmosphere (even in the air) at 1200 ° C to 1400 ° C! /.
  • a magneto-optical device manufactured by the present invention is typically a magneto-optical spatial light modulator. Magnetic film regions grown on a single crystal substrate are arranged in a two-dimensional array to form pixels, and each pixel is magnetically separated by a magnetic film region grown on a non-single crystal film located between the pixels. be able to.
  • a surface layer whose crystallinity is deteriorated by heat treatment is partially formed, and a magnetic film is epitaxially grown on the surface layer, thereby making the crystal structure of the magnetic film different two-dimensionally. Because it is a method, a single-crystal region and a non-single-crystal region with different magnetic properties are clearly divided and arranged two-dimensionally in a continuous magnetic film having a substantially flat surface. Can do. In addition, since a surface layer whose crystallinity has been deteriorated by heat treatment is used, the same material as the magnetic film can be used, and it does not adversely affect the melt during the epitaxial growth, and the film forming workability may be impaired. Absent.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a manufacturing process of a magneto-optical device according to the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing another example of the manufacturing process of the magneto-optical device according to the invention.
  • FIG. 3 is a partial perspective view showing an example of a magneto-optic spatial light modulator obtained by the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the effect of heat treatment.
  • FIG. 5 is an operation explanatory diagram of a magneto-optic spatial light modulator.
  • FIG. An example of the manufacturing process of the magneto-optical device according to the present invention is shown in FIG. This is an example applied to the manufacture of a magneto-optic spatial light modulator, which also provides the following process power.
  • the magnetic garnet film region 38a directly grown on the garnet single crystal substrate 30 and the magnetic garnet film region 38b grown on the non-single-crystallized iron garnet film 34
  • the crystal structure of the magnetic garnet film 38 is two-dimensionally different. That is, the magnetic garnet film region 38a grown on the garnet single crystal substrate 30 becomes a single crystal, and the magnetic garnet film region 38b grown on the non-single crystallized iron garnet film 34 becomes a non-single crystal.
  • the single crystal magnetic garnet film region 38a grown on the single crystal substrate 30 corresponds to each pixel.
  • the present inventors can non-single crystallize the iron garnet single crystal film by heat treatment, and using it as a mask for the selective growth method is convenient for subsequent epitaxial growth of the magnetic film,
  • the iron garnet film which is a mask, has a strong bonding force with the substrate, and the iron garnet film has almost no dissolution into the growing melt, and even if part of it melts, it is the same type of component, so the contamination of the melt Is focused on what you do not have to think about.
  • the present invention is characterized in that an iron garnet film that has been non-single-crystallized by heat treatment is used as a mask for the selective growth method.
  • an iron garnet film is grown by the LPE method, if a non-single-crystallized iron garnet film is previously disposed in the gap portion between pixels as a mask, the epitaxial growth in that portion is inhibited.
  • a non-single-crystallized iron garnet film is previously disposed in the gap portion between pixels as a mask, the epitaxial growth in that portion is inhibited.
  • an iron garnet single crystal film is heat-treated at 500 ° C to 800 ° C in a reducing atmosphere, oxygen defects are generated and a non-single crystal structure (amorphous or amorphous) A polycrystal with a small amount of crystals mixed in), and the surface / internal state is different from the single crystal structure of a normal garnet single crystal substrate. This is because the structure of the garnet single crystal substrate does not change while iron in the iron garnet film is easily reduced.
  • the surface of the iron garnet film is roughened by heat treatment under a reducing atmosphere. For this reason, an iron garnet film that has been non-single-crystallized by heat treatment is placed in the gap between pixels, and the pixel part is exposed on the garnet single crystal substrate by exposing the galnet single crystal substrate. Grown iron garnet single crystal film force On the non-single-crystallized iron garnet film in the gap portion between pixels, an iron garnet non-single crystal film in which the epitaxial growth is inhibited is selectively formed simultaneously.
  • a “selective growth film” in which the crystal structure is two-dimensionally changed while the surface is substantially flat and continuously connected can be obtained.
  • the magnetic characteristics differ depending on the difference in crystallinity between the pixel portion and the gap portion between the pixels, and as a result, the pixel portion is stably made into a single magnetic domain. And the penetration of the domain wall from the gap part to the pixel part when the gap part is magnetized is suppressed.
  • the magnetic domain in the gap is fine, and the spread of the magnetic domain when a magnetic field is applied is small. This is thought to be due to the difference in magnetic anisotropy from the pixel portion due to the non-single crystal structure. In this way, it is possible to eliminate the magnetic connection between the pixels via the magnetic garnet film in the gap, and to invert only the selected pixels. Therefore, the dynamic drive of the magneto-optic spatial light modulator can be easily performed.
  • FIG. 1 Another example of the manufacturing process of the magneto-optical device according to the present invention is shown in FIG. this is,
  • a metal mask for example, Ti mask 42 on a part of the surface (pixel portion) of a garnet single crystal substrate (for example, SGGG substrate or GGG substrate) 40;
  • the magnetic garnet film region 48a grown on the garnet single crystal substrate 40 and the magnetic garnet film region grown on the non-single-crystallized iron garnet film 46 can be obtained through these steps.
  • the crystal structure of the magnetic garnet film is two-dimensionally different. That is, the magnetic garnet film region 48a grown on the garnet single crystal substrate 40 becomes a single crystal, and the magnetic garnet film region 48b grown on the non-single crystallized iron garnet film 46 becomes a non-single crystal.
  • the magnetic garnet film region (single crystal) 48a force grown on the single crystal substrate 40 corresponds to each pixel. Since the iron garnet film 44 functions as a mask for selective growth, a thin-film vapor phase epitaxy can be used.
  • the heat treatment for non-single-crystallizing the iron garnet single crystal film is performed in a reducing atmosphere at 500 ° C to 800 ° C as described above, or in an oxidizing atmosphere (even in the air) 1200 ° C ⁇ There is also a method performed at 1400 ° C. In any case, the iron garnet single crystal film is made non-single crystal and is different from the crystal structure of the garnet single crystal substrate.
  • a magneto-optic spatial light modulator was prototyped according to the process shown in FIG.
  • a SGGG substrate was used, and a Bi-substituted iron garnet single crystal film as a mask was grown on the entire surface to a thickness of 0.3 ⁇ m by the LPE method.
  • the composition of the film is (BiGdY) (FeAl) 2 O and the growth condition is Bi
  • the non-single-crystallized Bi-substituted iron garnet film (mask LPE film) in the pixel portion is removed, and a new SGGG substrate surface is exposed, and a step of 0.2 m is formed and magnetic separation is performed. It was possible to create a situation that was easy to do.
  • a second layer of Bi-substituted iron garnet LPE film (magnetic film) was grown to 3 / zm using a substrate with such a selective surface structure.
  • the composition of the grown film is (GdYBi) (GaFe) 2 O 3.
  • a 16 ⁇ 16 pixel magneto-optic spatial light modulator having the structure shown in FIG. 3 was prototyped.
  • a Bi-substituted iron garnet single crystal film (magnetic film) 52a is formed directly on the SGGG substrate 50, and in the gap portion between the pixels, a non-single-crystallized Bi-substituted Bi replacement film is formed on the SGGG substrate 50.
  • An iron garnet film (mask) 54 and a Bi-substituted iron garnet film (magnetic film) 52b are laminated.
  • the above-described prototype was wired so that a magnetic field could be applied to each pixel, and was driven by passing an electric current. As a result, it was confirmed that continuous magnetic field inversion (on / off state) of a desired pixel can be performed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

　結晶性の良好な基板上に、熱処理により結晶性を悪化させた表面層を部分的に形成し、それらの上に磁性膜をエピタキシャル成長させることにより、前記表面層上の部分とそれ以外の部分とで磁性膜の結晶構造が２次元的に異なるようにした磁気光学デバイスの製造方法。

Description

明 細 書
磁気光学デバイスの製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、結晶の選択的成長法を利用して磁気光学デバイスを製造する方法に関 し、更に詳しく述べると、結晶性の良好な基板上に、熱処理により結晶性を悪化させ た表面層を部分的に形成し、それらの上に磁性膜を液相ェピタキシャル (LPE)成長 させることにより、前記表面層上の磁性膜部分とそれ以外の基板上の磁性膜部分と で結晶構造、ひ ヽては磁気特性が 2次元的に異なるようにした磁気光学デバイスの 製造方法に関するものである。この技術は、特に限定されるものではないが、磁気光 学空間光変調器などのピクセル分離に有用である。
背景技術
[0002] 磁性膜を用いる磁気光学デバイスとして、光通信分野では光アイソレータや光スィ ツチなどがあり、光情報処理分野では磁気光学空間光変調器 (MOSLM)などがあ る。磁気光学空間光変調器は、光の振幅、位相、偏光状態を、磁性膜のファラデー 効果を利用して空間的に変調する磁気光学デバイスであり、近年、ホログラム記録、 各種ディスプレイなどへの応用が期待されて 、る。
[0003] このような磁気光学空間光変調器は、光を並列処理するために、磁性膜の磁化方 向を独立に制御可能な多数のピクセル (画素）を 2次元アレイ状に配列した構成とな つている。その典型的な例を図 5に示す。第 1の偏光子 10を透過して直線偏光となつ た入射光は、磁気光学空間光変調器の各ピクセル 12に入射する。入射光は、透明 基板 (例えば SGGG) 14及び磁性膜 16を透過し、金属膜 18で反射され、再び磁性 膜 16及び透明基板 14を透過して出射する。このとき、磁性膜 16のファラデー効果に よって、各ピクセル 12で反射する光の偏光方向は所定の角度だけ回転する。ここで 、上段のピクセルに正方向の磁界（+H)が印加されたとき + Θ (例えば +45度）の
F
ファラデー回転が生じるとすると、下段のピクセルに負方向の磁界（一 H)が印加され たときには— Θ (例えば— 45度）のファラデー回転が生じる。これらの反射光は第 2
F
の偏光子 20に達する力 その偏光透過面が +45度に設定されていると、 +45度フ ァラデー回転した上段の光は透過 (ON)するが、—45度ファラデー回転した下段の 光は遮断 (OFF)される。このようにして、各ピクセルに印加する磁界の向きを制御す ることで、各ピクセルによる反射光のオン'オフを制御できる。
[0004] 磁気光学空間光変調器において、各ピクセルは 1個 1個完全に独立した個別の素 子ではなぐ実際には、 LPE法によって基板上の全面に磁性膜を育成し、その磁性 膜を多数のピクセルに磁気的に区画した状態としている。これは、各ピクセルは非常 に小さく且つ正確に配列されている必要があるためである。従って、各ピクセルの磁 化反転に際しては、隣接するピクセルに影響を及ぼさな 、ような構造にする必要があ る。
[0005] 各々のピクセルを磁気的に確実に分離する方法としては、ピクセル間にギャップを 掘り込む方法が一般的である。具体的には、ドライエッチングあるいはウエットエッチ ングによって行う。しかし、このような分離構造は、磁気光学空間光変調器として利用 する際には、形状分解能の低さ、光の利用効率の低下が懸念される。また、表面に 凹凸が生じるため、多層化が困難となる（駆動ラインの断線）問題も生じる。
[0006] ところで近年、下地となる基板表面の結晶構造に選択性をもたせ、その上に結晶成 長させることにより、 2次元に結晶構造を変化させる『選択的成長法』が研究されてい る。特にェピタキシャル法は、基板上に育成する膜の結晶構造が下地の基板の結晶 構造に影響を受けるので、選択的成長法に適している。例えば液相ェピタキシャル 法にぉ 、ては、 Ti (金属チタン）をマスクとして配置する方法 (例えば特開 2000— 33 8346号公報参照）、あるいはイオンミリングにより下地表面を部分的に荒らす方法な どが検討されている。
[0007] しかし、 Tiをマスクとした場合、その上に長時間かけて磁性膜を LPE成膜すると、 Ti がメルトへ溶け出すために、選択性の低下、メルトの汚染が懸念され、形成する膜の 組成がずれるなど精度が出ない問題が生じる。他方、イオンミリングにより単結晶基 板の表面を荒らす方法は、ミリング条件や装置の状態に大きく左右される他、基板の 表面は荒らされても結晶性には殆ど変化が無いので、実際には、この方法により作 製した磁気光学空間光変調器においては、ピクセル間の分離は不十分であり、ピク セルの磁ィ匕反転はギャップ部の磁気特性の影響を大きく受けることから、動的な動作 (連続的なオン'オフ）は困難である。
発明の開示
[0008] 本発明が解決しょうとする課題は、ほぼフラットな表面を有し連続的につながった磁 性膜内に、単結晶の領域と非単結晶の領域とを明確に区画して 2次元的に配置でき るよう〖こし、且つその磁性膜のェピタキシャル成長に際してメルトに悪影響を及ぼさず 、しかも成膜作業性が良好な磁気デバイスの製造方法を提供することである。
[0009] 本発明は、結晶性の良好な基板上に、熱処理により結晶性を悪化させた表面層を 部分的に形成し、それらの上に磁性膜をェピタキシャル成長させることにより、前記 表面層上の部分とそれ以外の部分とで磁性膜の結晶構造が 2次元的に異なるように したことを特徴とする磁気光学デバイスの製造方法である。
[0010] 本発明は、単結晶基板の表面に単結晶膜を作製する工程、それを熱処理すること で前記単結晶膜を非単結晶化する工程、その非単結晶化した膜の一部の領域を除 去して単結晶基板を露出する工程、それらの上に磁性膜をェピタキシャル成長させ る工程を具備し、単結晶基板上に育成した磁性膜領域と非単結晶膜上に育成した 磁性膜領域とで磁性膜の結晶構造が 2次元的に異なるようにしたことを特徴とする磁 気光学デバイスの製造方法である。
[0011] また本発明は、単結晶基板の表面の一部の領域に単結晶膜を作製する工程、そ れを熱処理することで前記単結晶膜を非単結晶化する工程、それらの上に磁性膜を 液相ェピタキシャル成長させる工程を具備し、単結晶基板上に育成した磁性膜領域 と非単結晶膜上に育成した磁性膜領域とで磁性膜の結晶構造が 2次元的に異なるよ うにしたことを特徴とする磁気光学デバイスの製造方法である。
[0012] 単結晶基板としては、例えば SGGGあるいは GGG単結晶基板を用いる。単結晶基 板上に作製され熱処理で非単結晶化される単結晶膜としては、例えば液相あるいは 気相ェピタキシャル法により育成した鉄ガーネット膜を用いる。非単結晶化のための 熱処理は、還元雰囲気下 500°C〜800°Cで行うか、あるいは酸化雰囲気下（大気中 でもよ 、） 1200°C〜1400°Cで行うのが望まし！/、。
[0013] また、磁性膜をェピタキシャル成長させた後、酸化雰囲気下 900°C〜1150°Cで熱 処理することにより保磁力を低減することができる。 [0014] 本発明で製造する磁気光学デバイスは、典型的には磁気光学空間光変調器であ る。単結晶基板上に育成した磁性膜領域を 2次元アレイ状に配列してピクセルとし、 それらピクセルの間に位置する非単結晶膜上に育成した磁性膜領域によって各ピク セルを磁気的に分離することができる。
[0015] 本発明は、熱処理により結晶性を悪化させた表面層を部分的に形成し、その上に 磁性膜をェピタキシャル成長させることにより、磁性膜の結晶構造が 2次元的に異な らせる方法であるから、ほぼフラットな表面を有し連続的につながった磁性膜内に、 磁気特性の異なる単結晶の領域と非単結晶の領域とを明確に区画して 2次元的に 配置することができる。また、熱処理により結晶性を悪化させた表面層を使用するた め、磁性膜と同じ材料が使用でき、ェピタキシャル成長に際してメルトに悪影響を及 ぼさず、しかも成膜作業性が損なわれることもない。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明に係る磁気光学デバイスの製造工程の一例を示す説明図。
[図 2]本発明に係る磁気光学デバイスの製造工程の他の例を示す説明図。
[図 3]本発明により得られる磁気光学空間光変調器の一例を示す部分斜視図。
[図 4]熱処理の効果を示すグラフ。
[図 5]磁気光学空間光変調器の動作説明図。
符号の説明
[0017] 30 ガーネット単結晶基板
32 鉄ガーネット単結晶膜
34 非単結晶化した鉄ガーネット膜
36 フォトレジスト
38 磁性ガーネット膜
38a 磁性ガーネット膜領域 (単結晶；ピクセル部）
38b 磁性ガーネット膜領域 (非単結晶；ピクセル間ギャップ部）
発明の詳細な説明
[0018] 本発明に係る磁気光学デバイスの製造工程の一例を図 1に示す。これは、磁気光 学空間光変調器の製造に適用した例であり、次の工程力もなる。 (a)ガーネット単結晶基板 (例えば SGGG基板ある ヽは GGG基板） 30の表面に鉄ガ 一ネット単結晶膜 32を液相ェピタキシャル成長によって作製する工程、
(b)それを熱処理することにより、前記鉄ガーネット単結晶膜を非単結晶化した鉄ガ 一ネット膜 34に変換する工程、
(c)その非単結晶化した鉄ガーネット膜 34の一部の領域 (ピクセル間ギャップ部分に 相当する領域）に、フォトレジスト 36によるマスクを形成する工程、
(d)前記フォトレジストをマスクとしてエッチングし、非単結晶化した鉄ガーネット膜 34 の一部の領域 (ピクセル間ギャップ部分に相当する領域)を残し他の部分を除去して ピクセルに相当する領域のガーネット単結晶基板 30を露出する工程、
(e)それらの上に磁性ガーネット膜 38を液相ェピタキシャル成長させる工程。
[0019] このような工程を経ることによって、ガーネット単結晶基板 30上に直接育成した磁 性ガーネット膜領域 38aと、非単結晶化した鉄ガーネット膜 34上に育成した磁性ガー ネット膜領域 38bとで、磁性ガーネット膜 38の結晶構造が 2次元的に異なるものとな る。即ち、ガーネット単結晶基板 30上に育成した磁性ガーネット膜領域 38aは単結 晶となり、非単結晶化した鉄ガーネット膜 34上に育成した磁性ガーネット膜領域 38b は非単結晶となる。そして、単結晶基板 30上に育成した単結晶の磁性ガーネット膜 領域 38aが、それぞれピクセルに対応することになる。
[0020] 本発明者等は、鉄ガーネット単結晶膜を熱処理することによって非単結晶化でき、 それを選択成長法のマスクとして使用すると、その後の磁性膜のェピタキシャル成長 に都合がよいこと、即ちマスクである鉄ガーネット膜の基板との結合力が強いこと、鉄 ガーネット膜は育成中のメルトへの溶け出しが殆ど無ぐもし一部が溶け出しても同種 の成分であるのでメルトの汚染は考えなくてよいこと、に着目したものである。このよう に、熱処理により非単結晶化した鉄ガーネット膜を選択成長法のマスクとして用いる 点に、本発明の特徴がある。
[0021] LPE法により鉄ガーネット膜を育成する際に、予めピクセル間ギャップ部分にマスク として熱処理により非単結晶化した鉄ガーネット膜を配置すると、その部分でのェピタ キシャル成長が阻害される。例えば鉄ガーネット単結晶膜を還元雰囲気下 500°C〜 800°Cで熱処理すると、酸素欠陥が生じて非単結晶構造 (非晶質あるいは非晶質と 微量の結晶が混在する多結晶）となり、通常のガーネット単結晶基板の単結晶構造と は異なった表面 ·内部状態となる。これは、鉄ガーネット膜中の鉄が還元され易ぐ他 方、ガーネット単結晶基板は構造変化しないからである。また同時に、還元雰囲気下 での熱処理によって鉄ガーネット膜の表面が荒らされる。そのため、熱処理により非 単結晶化した鉄ガーネット膜をピクセル間ギャップ部分に配置し、ピクセル部分はガ 一ネット単結晶基板を露出させておくことで、ピクセル部分ではガーネット単結晶基 板上にェピタキシャル成長した鉄ガーネット単結晶膜力 ピクセル間ギャップ部分の 非単結晶化した鉄ガーネット膜上にはェピタキシャル成長を阻害された鉄ガーネット 非単結晶膜が、選択的に同時に形成されることになる。
[0022] このようにして、表面がほぼフラットで連続的につながっていながら、結晶構造が 2 次元的に変化した「選択成長膜」が得られる。そして、ピクセル部分とピクセル間ギヤ ップ部分の結晶性の違 ヽによって磁気特性が異なり、その結果ピクセル部分が安定 に単磁区化する。そしてギャップ部分が磁ィ匕される際のギャップ部からピクセル部へ の磁壁の侵入が抑えられる。また、ギャップ部の磁区は微細で、磁界を印加した際の 磁区の広がりも小さい。これは、非単結晶構造に起因するピクセル部との磁気異方性 の違い〖こよるものであると考えられる。このようにして、ギャップ部分の磁性ガーネット 膜を介したピクセル間の磁気的なつながりを無くし、任意の選択されたピクセルのみ を磁ィ匕反転させることが可能となる。そのため、磁気光学空間光変調器の動的な駆 動が容易に行えるようになる。
[0023] 本発明に係る磁気光学デバイスの製造工程の他の例を、図 2に示す。これは、
(a)ガーネット単結晶基板 (例えば SGGG基板ある 、は GGG基板) 40の表面の一部 (ピクセル部分）に金属マスク（例えば Tiマスク) 42を形成する工程、
(b)それらガーネット単結晶基板 40及び金属マスク 42の上に、鉄ガーネット膜 44を 気相ェピタキシャル成長によって作製する工程、
(c)エッチングにより金属マスクを除去することで、ピクセル間ギャップ部分に鉄ガー ネット膜 44を残す工程、
(d)それを熱処理することで鉄ガーネット膜を非単結晶化した鉄ガーネット膜 46にす る工程、 (e)それらの上に磁性ガーネット膜 48を液相ェピタキシャル成長させる工程、 を具備している。
[0024] これらの工程を経ること〖こよっても、ガーネット単結晶基板 40上に育成した磁性ガ 一ネット膜領域 48aと、非単結晶化した鉄ガーネット膜 46上に育成した磁性ガーネッ ト膜領域 48bとで、磁性ガーネット膜の結晶構造が 2次元的に異なるものとなる。即ち 、ガーネット単結晶基板 40上に育成した磁性ガーネット膜領域 48aは単結晶となり、 非単結晶化した鉄ガーネット膜 46上に育成した磁性ガーネット膜領域 48bは非単結 晶となる。そして、単結晶基板 40上に育成した磁性ガーネット膜領域 (単結晶) 48a 力 それぞれピクセルに対応することになる。なお、鉄ガーネット膜 44は、選択的成 長法のマスクの機能を果たすものであるから薄くてよぐ気相ェピタキシャル成長法が 使用できる。
[0025] 鉄ガーネット単結晶膜を非単結晶化する熱処理は、上記のように還元雰囲気下 50 0°C〜800°Cで行う方法の他、酸化雰囲気下（大気中でもよい） 1200°C〜1400°C で行う方法もある。いずれにしても、鉄ガーネット単結晶膜は非単結晶化され、ガー ネット単結晶基板の結晶構造とは異なったものとなる。
[0026] ガーネット単結晶基板及び鉄ガーネット非単結晶膜の上に、磁性ガーネット膜を液 相ェピタキシャル成長させた後、酸化雰囲気下 900°C〜1150°Cで熱処理すると、ピ クセル部分の保磁力を下げ、磁ィ匕反転に要する磁界を低減することが可能となるた めに好ましい。これは、 LPE膜育成時に生じる垂直方向の磁気異方性である成長誘 導磁気異方性を減少させた結果である。これにより、磁気光学空間光変調器におけ るスイッチング磁界、つまり駆動電流を小さくすることが可能となる。更に、ノ ィァス磁 界のスイッチングが不必要であることから、デバイス全体の駆動速度の向上にもつな がる。
実施例
[0027] 図 1に示す工程に従って磁気光学空間光変調器を試作した。 SGGG基板を用い、 その表面全面にマスクとなる Bi置換鉄ガーネット単結晶膜を LPE法によって 0. 3 μ mの厚みに育成した。膜の組成は、 (BiGdY) (FeAl) O であり、育成条件は、 Bi
3 5 12 2
O— Na Oフラックスを使用し、 690°Cで 1分間である。その後、窒素ベースの H 2. 7 %還元雰囲気下で、 600°Cで 1時間の熱処理を行い非単結晶化した。そして、フォト レジストをパター-ングマスクとして、 2 μ mのギャップ幅、 16 μ m角のピクセノレ開口 部を設けた。イオンミリングによって、開口部となるピクセル部を深さ 0. 5 m削り飛 ばした。ミリング条件は、ビーム電圧 700V、ビーム電流 400mV、時間 70分である。 これによつて、ピクセル部の非単結晶化された Bi置換鉄ガーネット膜 (マスク LPE膜） が除去されて新たな SGGG基板表面が露出すると共に、 0. 2 mの段差が形成され 、磁気分離し易い状況を作り出すことができた。このような表面構造に選択性を有す る基板を用いて、 2層目の Bi置換鉄ガーネット LPE膜 (磁性膜)を 3 /z m育成した。育 成した膜の組成は、 (GdYBi) (GaFe) O である。
3 5 12
[0028] このようにして、図 3に示すような構造の 16 X 16ピクセルの磁気光学空間光変調器 を試作した。なお、図面を簡略化するために、 3 X 4ピクセルのみ描き、その他は省略 している。ピクセル部分では、 SGGG基板 50の上に直接 Bi置換鉄ガーネット単結晶 膜 (磁性膜) 52aが成膜されており、ピクセル間ギャップ部分では、 SGGG基板 50の 上に非単結晶化された Bi置換鉄ガーネット膜 (マスク） 54、更に Bi置換鉄ガーネット 膜 (磁性膜) 52bが積層された構造となる。
[0029] このように製造した磁気光学空間光変調器に、印加する外部磁界を変えて磁化反 転の様子を観察した。その結果、ギャップ部分が先に約 16000AZm (200Oe)の磁 界でほぼ完全に磁ィ匕反転した後、ピクセル部が単独で磁ィ匕反転することが観察され 、ピクセル間の磁気的なつながりは抑えられていることが確認できた。
[0030] この試作品について、酸化雰囲気下 970°Cで 3時間の熱処理を行った。その結果 を図 4に示す。黒丸は熱処理前、白丸は熱処理後をそれぞれ示している。この図 4か ら分力るように、熱処理によりピクセルの磁ィ匕反転に要する磁界を低減できることが分 かる。
[0031] また、上記の試作品について、個々のピクセルに磁界を印加できるように配線して、 電流を流して駆動した。その結果、所望のピクセルの連続磁ィ匕反転 (オン、オフ状態 )を行うことが可能であることが確認できた。

Claims

請求の範囲
[1] 結晶性の良好な基板上に、熱処理により結晶性を悪化させた表面層を部分的に形 成し、それらの上に磁性膜をェピタキシャル成長させることにより、前記表面層上の 部分とそれ以外の部分とで磁性膜の結晶構造が 2次元的に異なるようにした磁気光 学デバイスの製造方法。
[2] 単結晶基板の表面に単結晶膜を作製する工程と、
それを熱処理することで前記単結晶膜を非単結晶化する工程と、
その非単結晶化した膜の一部の領域を除去して単結晶基板を露出する工程と、 それらの上に磁性膜を液相ェピタキシャル成長させる工程と
を具備し、
単結晶基板上に育成した磁性膜領域と非単結晶膜上に育成した磁性膜領域とで 磁性膜の結晶構造が 2次元的に異なるようにした磁気光学デバイスの製造方法。
[3] 単結晶基板の表面の一部の領域に単結晶膜を作製する工程と、
それを熱処理することで前記単結晶膜を非単結晶化する工程と、
それらの上に磁性膜を液相ェピタキシャル成長させる工程と
を具備し、
単結晶基板上に育成した磁性膜領域と非単結晶膜上に育成した磁性膜領域とで 磁性膜の結晶構造が 2次元的に異なるようにした
磁気光学デバイスの製造方法。
[4] 単結晶基板が SGGGあるいは GGG単結晶基板であり、該単結晶基板上に作製さ れ熱処理で非単結晶化される単結晶膜が、液相ある!、は気相ェピタキシャル法によ り育成した鉄ガーネット膜である請求項 1乃至 3のいずれかに記載の磁気光学デバィ スの製造方法。
[5] 非単結晶化のための熱処理を、還元雰囲気下 500°C〜800°Cで行う請求項 4記載 の磁気光学デバイスの製造方法。
[6] 非単結晶化のための熱処理を、酸ィ匕雰囲気下 1200°C〜1400°Cで行う請求項 4 記載の磁気光学デバイスの製造方法。
[7] 磁性膜をェピタキシャル成長させた後、酸化雰囲気下 900°C〜1150°Cで熱処理 することにより保磁力を低減する請求項 5記載の磁気光学デバイスの製造方法。
[8] 磁性膜をェピタキシャル成長させた後、酸化雰囲気下 900°C〜1150°Cで熱処理 することにより保磁力を低減する請求項 6記載の磁気光学デバイスの製造方法。
[9] 磁気光学デバイスが、磁気光学空間光変調器であり、単結晶基板上に育成した磁 性膜領域を 2次元アレイ状に配列してピクセルとし、それらピクセルの間に位置する 非単結晶膜上に育成した磁性膜領域によって各ピクセルを磁気的に分離した請求 項 7記載の磁気光学デバイスの製造方法。
[10] 磁気光学デバイスが、磁気光学空間光変調器であり、単結晶基板上に育成した磁 性膜領域を 2次元アレイ状に配列してピクセルとし、それらピクセルの間に位置する 非単結晶膜上に育成した磁性膜領域によって各ピクセルを磁気的に分離した請求 項 8記載の磁気光学デバイスの製造方法。
PCT/JP2005/016967 2004-09-16 2005-09-14 磁気光学デバイスの製造方法 Ceased WO2006030836A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-270411 2004-09-16
JP2004270411A JP4640924B2 (ja) 2004-09-16 2004-09-16 磁気光学デバイスの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006030836A1 true WO2006030836A1 (ja) 2006-03-23

Family

ID=36060087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/016967 Ceased WO2006030836A1 (ja) 2004-09-16 2005-09-14 磁気光学デバイスの製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4640924B2 (ja)
WO (1) WO2006030836A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4720730B2 (ja) * 2006-01-27 2011-07-13 Ｔｄｋ株式会社 光学素子の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PARK J.-H. ET AL: "Magneto-Optic Spatial Light Modulator by using Selective-Area Liquid Phase Epitaxy. (Magneto-Optic Spatial Light Modulater by using Selective-Aria Liquid Phase Epitaxi)", THE INSTITUTE OF ELECTRICAL ENGINEERS OF JAPAN MAGNETICS KENKYUKAI SHIRYO, MAG-03, no. 82-86, 2003, pages 1 - 4, XP002998803 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006084871A (ja) 2006-03-30
JP4640924B2 (ja) 2011-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9829728B2 (en) Method for forming magneto-optical films for integrated photonic devices
JP4336246B2 (ja) 多結晶シリコンの製造方法
WO2018230116A1 (ja) 磁気センサ及び磁気センサの製造方法
CN113140671B (zh) 一种用垂直自旋极化的自旋流来无磁场辅助翻转磁矩的器件及其制备方法
JP2012078579A (ja) 光変調素子およびこれを用いた空間光変調器
JP4577832B2 (ja) 磁気光学デバイス及びその製造方法
Park et al. Magneto-optic spatial light modulators driven by an electric field
JP4640924B2 (ja) 磁気光学デバイスの製造方法
JP3424095B2 (ja) 磁気光学体及びこの磁気光学体を用いた光アイソレータ
Park et al. Magnetooptic spatial light modulator with one-step pattern growth on ion-milled substrates by liquid-phase epitaxy
US6788448B2 (en) Spatial light modulator
JPS6046019A (ja) 単結晶シリコン薄膜をそなえた非晶質基板およびその製造方法
JP4881238B2 (ja) 偏光付加映像表示装置
US4770504A (en) Magneto-optical light switching element and method of manufacturing same
JP3920799B2 (ja) 空間光変調器の製造方法
US20090231703A1 (en) Method of Fixing Polarization-Reversed Region Formed in Ferroelectric Single Crystal and Optical Element Using the Same
JP2010060586A (ja) 光変調素子および空間光変調器
JP4070479B2 (ja) 着磁方法
Park et al. Magnetooptic spatial light modulator array fabricated by IR annealing
Park et al. Flat-surface pixel for magneto-optic spatial light modulator
CN100397148C (zh) 改变光的偏振状态的方法和装置
JP5388057B2 (ja) 磁気光学空間光変調器
JP2009075412A (ja) 磁気光学デバイスの製造方法
Park et al. Magneto-optic spatial light modulator with one-step pattern formation
JP2003287728A (ja) 光部品

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05783621

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 5783621

Country of ref document: EP