JPH0443316A - 磁気光学薄膜材料 - Google Patents

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】 （発明の産業上利用分野） 本発明は磁気光学薄膜材料、さらに詳細には光アイソレ
ータなどの磁気光学素子に用いられる磁気光学材料にお
いて、磁気異方性の制御が可能であり、かつファラデー
効果が大きな材料に関するものである。

（従来の技術） 光通信あるいは光情報処理などの高性能化に伴い、戻り
光によって誘起されるレーザ光源の不安定性や雑音の増
大を防止するために、ファラデー効果を利用したアイソ
レータなどの磁気光学素子が重要となっている。磁気光
学素子に用いられる材料に要求される主要な条件は、使
用される波長でファラデー効果が大きいこと、光の吸収
が小さいこと、素子の構造に応じた磁気特性を有するこ
となどである。近赤外線波長領域で使用される材料には
Ｙ３Ｆｅｓ○】２あるいはＧｄ５Ｆｅ５０１２などのガ
ーネット型結晶構造の材料が知られている。

これらのガニネット材料のファラデー効果を大きくする
ためにはＹあるいはＧｄの一部をＢｉで置換することが
行われている。このようなりｉ置換ガーネットは液相エ
ピタキシャル法などで作製されるが、この方法ではＢｉ
置換量に限界があり、ファラデー効果の増大はこの置換
量によって制限される。また、磁気異方性を制御するた
めに各種の元素を置換するが、・これによりファラデー
効果は一般に低下する。

（発明が解決する問題点） 多量のＢｉを置換するために、最近ＥＣＲプラズマスパ
ッタ法、イオンビームスパッタ法あるいはｒｆマグネト
ロンスパッタ法で薄膜形成が行われ、ＹあるいはＧｄを
全てＢｉで置換したＢｉ５Ｆｅ５０ｔ２エピタキシヤル
薄膜が得られている。この薄膜のファラデー回転係数は
１，５５μｍの波長において、Ｙ３Ｆｅｓ○１２の値よ
りも約２０倍大きいことが示された。ところが、この薄
膜の磁気異方性は膜面に対して垂直方向を向いており、
導波路型素子のように垂直方向以外の磁気異方性が必要
な素子へ応用する場合に、磁気異方性を制御できない欠
点があった。

本発明は、上記のＢｉ３Ｆｅ５Ｏ１２薄膜の欠点を解決
したものであり、磁気異方性の制御が可能であり、かつ
ファラデー効果が大きな磁気光学薄膜材料を提供するこ
とを目的とする。

（発明の概要） 本発明による磁気光学薄膜材料は上述の問題点を解決す
るため、 組成式Ｂｉ３−ＸＣｅＸＦｅ５Ｏｔ２で表されるガーネ
ット型結晶構造の化合物において、Ｃｅの量Ｘが０くＸ
≦２の範囲にあることを特徴とする。

すなわち本発明は、Ｂｉ３−ｘｃｅｘＦｅｓｏ１２で表
されるガーネット型結晶構造の化合物において、Ｃｅの
量を変えることにより、磁気異方性の制御が可能であり
、がっファラデー効果が大きいという発見に基づいてお
り、Ｃｅ量ＸがｏくＸ≦２の範囲にあることを特徴とし
ている。

（発明の詳細な説明〉 スパッタ法で形成された単結晶ガーネット膜の一軸磁気
異方性の符号および大きさは主に応力と磁気ひずみに依
存する。

垂直磁気異方性定数（Ｋｕ）は磁気ひずみ（λ）、ヤン
グ率（Ｅ）、ポアソン比（μ）、および基板の格子定数
（ａ、）と薄膜の格子定数（ａｐ）の差（Δａ＝ａｓ−
ａｐ）の関数であり、Ｋ。

−（３／２＞［Ｅ／（１＋μ）］　（Δａ　／　ａ　ｐ
　）λで表される。これらのパラメータの中で格子定数
の差、および磁気ひずみは共に材料により正もしくは負
の値をとるなめ、これらの正負の組み合わせにより垂直
磁気異方性定数の正負が決定される。Ｂｉ　３−ＸＣｅ
ＸＦｅ５Ｏｘ２薄膜の格子定数は１２．６２人であり、
通常入手できるガーネット基板の格子定数が最大で１２
．５５人であるため格子定数差は−０．０７より大きい
。このことから上記の関係式の−（３／２）［Ｅ／（１
＋μ）］（Δａ／ａｐ）の項は正、すなわち膜面に垂直
方向には張力が働き、垂直磁気異方性定数の符号は磁気
ひずみの符号のみに支配される。

Ｂｉ３Ｆｅｓ○１２薄膜の磁気ひずみの符号は負である
ので、垂直磁気異方性定数は負であり、垂直磁気異方性
を示す。

この薄膜のＢｉの一部をＣｅで置換すると、置換量が増
加するとともに磁気ひずみは小さくなり、次に符号が負
から正に反転する。Ｃｅを置換したＦＮｉＭの格子定数
は、Ｂ　ｉ　３Ｆｅ５０１２薄膜の場合と同様に、ガー
ネット基板の値よりも大きい。

これらのことから垂直磁気異方性定数の符号は負から正
に反転し、面内磁気異方性の成分が強くなる。

一方、Ｂ　ｉ　３−ＸＣｅｘＦ　ｅ　５０１２のＣｅ　
ＪＬＸが２までの薄膜はガーネット単相であるが、それ
よりもＣｅ量が多い薄膜にはガーネット相の池に異相が
混在する。異相が混在すると光吸収が大きくなるため、
薄膜は磁気光学材料として適さない。

このガーネット単相薄膜のファラデー回転係数は０．９
５〜１．６μｍの波長領域において、Ｂｉ３Ｆｅｓ○１
２薄膜の値よりも大きいので、近赤外光領域で使用され
る磁気光学素子用の材料に適している。

以上のことから磁気異方性の制御が可能であり、かつフ
ァラデー効果が大きな り１３−ｘＣｅｘＦｅｓＯ１２のガーネット薄膜におけ
るＣｅ量はＯ＜Ｘ≦２の範囲である。

（実施例） Ｂｉ３−ｘＣｅｘＦｅｓ０１２とＢｉ２Ｏ３からなるセ
ラミックターゲットを用いたｒｆスパッタ法により、格
子定数が１２．５１人の Ｎｄ３Ｇａ５０１２基板上に Ｂｉ３−ｘＣｅｘＦｅｓ○１２薄膜を形成した。このと
きの基板温度は５００℃とした。

このようにして形成した薄膜のＣｅ量、相状態、磁気ひ
ずみおよび１．５５μｍの波長におけるファラデー回転
係数を第１表に示す。試料Ｎ０１１はＣｅを含有しない
Ｂｉ３Ｆｅ５Ｏ１２薄膜の比較例である。試料Ｎ０９２
．３．４および５はＣｅ量を変えたときの本発明の実施
例であり、試料Ｎｏ、６は比較例である。

試料ＮＯ１２，３，４および５のＣｅ量を含有する薄膜
はすべてガーネット単相である。これらの薄膜の格子定
数はすべて基板の格子定数よりも大きいことを確認した
。Ｃｅ量が０．２である試料Ｎｏ、２の薄膜の磁気ひず
みの符号は負である。

それよりもＣｅ量が多い試料Ｎｏ、３．４および５の薄
膜の磁気ひずみの符号は正であり、Ｃｅ量が多いほど磁
気ひずみの値は大きい。これらの各実施例の薄膜のファ
ラデー回転係数の符号は負であり、その値は試料Ｎ０１
１のＢｉ５ＦｅｓＯｔ２膜の値である一Ｂ２００ｄｅｇ
／ｃｍよりも大きい。試料Ｎ０９６のＣｅ量Ｘが２．５
の薄膜では膜中にガーネット相以外の相が混在し、単相
ではない。

以上の各実施例および比較例から、 Ｂｉ３Ｆｅ５Ｏ１２のＢｉに一部をＣｅで置換したＢ　
１３−ｘｃｅｘＦｅｓｏ１２ガーネット薄膜におり）で
、Ｃｅ量によりひずみの符号および大きさが変わり、磁
気異方性の制御が可能であることを確認した。

また、ファラデー回転係数がＢｉ５ＦｅｓＯ１２薄膜の
値よりも大きいことも確認した。これらの効果を得るた
めのＣｅ量はＯ＜Ｘ≦２が有効である。

第１表 Ｂ　１３−ｘｃｅｘＦｅｓｏｔ２薄膜におし）でＣｅ量
を調節することにより、磁気異方性の制御が可能である
。またファラデー効果がＢｉ３Ｆｅ５Ｏ１２の効果より
も大きい。これらのことから本発明の磁気光学薄膜材料
は磁気異方性制御が必要な磁気光学素子用の材料として
有用性がある。

拳：Ｂｉ＞ＸＣｅＸＦｅ５Ｏ１２ １．：光の波長１，５５μｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成式Ｂｉ＿３＿−＿ＸＣｅ＿ＸＦｅ＿５Ｏ＿１
   ＿２で表されるガーネット型結晶構造の化合物において
   、Ｃｅの量Ｘが０＜Ｘ≦２の範囲にあることを特徴とす
   る磁気光学薄膜材料。