JPS6079704A - 高密度磁気バブル素子用ガ−ネツト膜 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高密度磁気バブル素子用ガーネット膜に関し
、詳しくは、バブル直径がほぼ０．５μｍ以下であり、
かつ良好な温度特性を有する高密度磁気バブル素子用ガ
ーネット膜に関する。

〔発明の背景〕

磁気バブル素子用ガーネット材料においてバブル直径を
小さくするためには飽和磁束密度（４πＭＳ）　を大き
くすれば良いことが知られている。バブル直径を０．５
μｍ以下にするためには４πＭｓを約１８００Ｇ以上に
する必要がある。また、このように４πＭＳが１８００
Ｇ以上と大きなガーネット材料において、磁気バブルを
安定に存在させ、磁気バブルメモリ素子のバブル発生器
等で不必要なバブルが発生するエラーを防ぐためには異
方性エネルギーを約２ｘｌＯ’ｅｒｇ／ｃｒＩ以上とす
る必要がある。このような特性をもつガーネット材料と
して５ｍ５ｏａｓｏ□２単結晶基板上に形成した（Ｓｍ
Ｌｕ）ｓＦｅｓＯｘｉ　が知られている。（第６回日本
応用磁気学会学術講演概要集１）、１６３．１９８２）
ところが、８ｍ１ＧａｓＯ１＊は、現在、バブルメモリ
素子用ガーネット膜の基板として広く用いられているＧ
ｄ１ＧａｓＯｘ＊　に比べて単結晶の引き上げが極めて
困難であり、これまでに直径５（ｌａ＋以上の良質なＳ
ｍ１ｌＧａｓＯｘｓ単結晶が引き上げられた例がない。

このため上記の膜を用いてバブルメモリ素子を作製する
ことは極めて困難である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、直径０．５
μｍ以下の磁気バブルを安定に保持でき・かつ良好な温
度特性をもつ高密度磁気バブル素子用ガーネット膜を提
供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は基板単結晶材料とし
てＧｄ５Ｇａｓ　Ｏｓ雪と同様に直径５０ｍ５以上の単
結晶引き上げが可能なＮｄｓ　（）ａ５　ｏｉｌを用い
、バブルを安定に存在させＺのに必要な異方性エネルギ
ーを得るためにガーネットの１２面体位置を占めるイオ
ンの一部をＢｉ３°によって置換し、さらにバブル消減
磁界の温度変化率を調整するために８面体位置のｐ　ｅ
＠　＊の一部を８（３°によって置換するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。ＳｍとＬｕの共存効果による異方性エネルギーは、
Ｓ重量とＬｕ量の積に比例することが知られている。第
１図に、それぞれ格子定数の異なるＧｄ５ＧａｓＯｔ＊
　、　Ｓｍ５Ｇａｓ　Ｏｎ　オＬ　ＵＮｄｓＧａｓＯｘ
ｚの３種類の単結晶基板上に格子定数がほぼ一致するよ
うに形成した８ｍ５Ｌｕｓ−＊Ｆｅ５Ｏ１ｘの異方性エ
ネルギーＫｕとｆＪ３重量の関係を示す。

第１図に見るように、Ｓｍ３０ａ５０１２基板上に形成
した膜で３重量とＬｕ量がほぼ１対１となり、ＫｕはＺ
７Ｘ１０’ｅｒｇ／ｃｒｌとほぼ最大値を示している。

これに対し、Ｎｄ３Ｑａ５　ｏ１１基板上に形成した膜
では％Ｓ”量とＬｕ量の比が約６対１となり、ＫｕはＬ
ａ　Ｘ　１０’　ｅ　ｒ　ｇ／ｃ１１Ｐと小さく、直径
が０．５　μｍ以下のバブルを安定に保持することがで
きない。

上記ガーネット膜の１２面体位置を占めるＢ　ｍｓ　”
　とＬ　ｕ３　＋のイオン半径はそれぞれ、１．１３人
。

０．９９人である。従って、１２面体位置の一部をＳｍ
”よりもイオン半径の大きなイオンで置換す　（れば、
Ｎｄ５ＧａｓＣｈ＊基板と格子定数の一致した膜におい
て、Ｓ重量は減少し、Ｌｕ量は増加する。

置換量が小さいときには、Ｓ重量が減少する割合もりも
Ｌｕ量が増加する割合の方が大きく、ｆ３ｍとＬｕの共
存効果による異方性エネルギーが増加するものと考られ
る。このような置換イオンとしては、電荷補償を必要と
しないＢｉ３°、Ｌａ３°が適している。

第２図に、Ｎｄ３Ｇａ５Ｑ□、基板と格子定数がほぼ一
致した（ＳｍＬｕ）ｓ−ｘＢｉｘＦｅｓＯｕと（ＳｍＬ
ｕ）ｓ−ｘ　Ｌａ　ｘＦｓ４０ｓｓのＫｕと置換量Ｘの
関係を示す。第２図に見るように、置換イオンとしてＢ
ｓ　３　＋を用いた方がＫｕの増加効果が大きい。

これは、８ｍとｌｕの共存効果だけではな（１３ｉＫよ
っても異方性エネルギーが生じているためと考えられる
。第１図の結果から、ｓｍとＬｕの共存効果による異方
性エネルギーＫｕ（ａｍ−Ｌｕ）はＫｕ（８”　”’＝
（Ｓ重量）Ｘ（Ｌｕ量）ｘｌ、２ｘｌＯ’［ｅ　ｒ　ｇ
／ｃｒｔ？　：］となる。第２図に示した（ＳｍＬｕ）
ｓ−ｘＢ’　ｘＦｅｓＯｘ＠と（ＳｍＬｕ）ｓ−、Ｌａ
　、　Ｆｅ５０１ｉのＫｕから上式によってめたＫ　ｕ
（８ＩＩＩ−Ｌ　ｕ　）を差し引いた値と置換量Ｘの関
係を第３図に示す。

第３図に見るように（３ｍｌｕ　）３−１１　Ｌａ　ｘ
Ｆｅｓｏｓｚ　の場合にはＫｕ　Ｋｕ　（８ｍ　−Ｌ　
ｕ　）がほぼゼロでありこの系の、［ｕは、はとんどす
べてｆ３ｍとｌｕの共存効果による異方性エネルギーで
あることを示している。これに対し、（ＳｍＬｕ）ｓ−
ｘＢｉｘＦｅｓｏ＊＊の場合にはに１１　、Ｋｕ　（ｓ
　ｍ−Ｌｕ　）　カ置換ＪｉＸ　トド４に増加しており
、１３ｉが存在することによっても異方性エネルギーが
発生していることを示している。

この場合のＢｉによる異方性エネルギーは、Ｂｉ１原子
当り約５　Ｘ　１０’　ｅ　ｒｇ／ｃｒｄである。Ｂｉ
によって異方性エネルギーが得られることはすでに（Ｙ
Ｌ”）ｓ−ｘＢ’、Ｆｅ５Ｏｔ＊において見い出されて
いるが（Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｑｒｏ
ｕｔｈ　５Ｌ　Ｐｐ９５−１０２．１９８２）、この場
合のＢｉによる異方性エネルギーはＢｉ１原子当り約２
Ｘ　１０’　ｅｒｇ／ｌ−であり、上記の値よりも小さ
い。従って （８ｍＬｕ）ａ−ｘＢｉ　ｘＦｅｓｏｔｍの方が、より
大きな異方性エネルギーが得られ、安定な微小バブル材
料を得るのに好適である。また、置換イオンとしてＢｉ
ｇｏとＬａ３°を同時に用いた （ＳｍＬｕＬａ　）ｓ−１１Ｂ　ｉ　ｘ　Ｆｅ５Ｏｔ＊
でも、（８ｍＬ”）ａ−ｘＢｉｘＦｅｓＯｕと同等の異
方性エネルギが得られ、微小バブル材料として好適であ
る。

この場合、Ｌａ量があまり多くなると格子定数が大きく
なり、Ｎｄ３ＧａｇＯｔ＊基板の格子定数と一致させる
ことが困難となるので、Ｌａ量は０．３以下であること
が望ましい。

（ＳｍＬｕＬａ）ｓ−ｘＢｉ　ｘＦｅ５０ｓｘあるいは
（８ｍＬ”）ｓ−ｘＢｉｔＦｅｓＯｓ＊において異方性
エネルギーはｓｔｔの増加とともに大きくなり、安定な
微小バブル材料を得るのに有利となる。しかし、１３ｉ
量のあまり多い膜では、膜表面に０．２μｍ程度の微小
な凹凸状の欠陥が発生した。バブル直径が０．５μｍ以
下のガーネット材料では膜厚も約０．５μｍ以下であり
、このような凹凸状の欠陥のある部分では、バブル素子
を作成する仁とができない。直径５０ｍ以上のウェハを
用いて磁気バブル素子を大量生産する場合、実用的には
このような欠陥カニ発生している部分の面積が、ウエノ
・全体の１０％以下である必要がある。

ところで、／（プルが存在し得るＩ（イアス磁界の上限
である〕（プル消減磁界は、磁気・くプル素子動作のバ
イアス磁界マージンの上限を決める重要な因子であり、
広い温度範囲で磁気）（プル素子を動作させるためには
、・（プル消減磁界の温度変イし率とバイアス磁界の温
度変化率を一致させる必要カニアル。トコロカ、Ｂｉ　
ｘ　（８ｍＬｕ）ｓ−ｘＦｅｓＯｘａで、Ｘが約０．１
の膜のノくプル消減磁界の温度変イし率を測定したとこ
ろ、−０，１７％／ｄｅｇであり、現在、磁気バブル素
子に広く用いられている・（リウムフエライト磁石によ
る）（イアス磁界の温度変イヒ率−０，２０チ／ｄｅｇ
と一致していない。これは上信己の膜のキュリ一温度が
２９５℃と高いためと考えられる。そこで、上記の膜の
・く）゛ル消減磁界の温度変化率を一〇、２０％／ｄｅ
ｇと一致させるためＫは、ガーネットの８面体あるいは
４面体の位置を占めているｐ　ｅ３　＊の一部を非磁性
イオンで置換してキュリ一温度を下げることが有効と考
えられる。４面体位置のｐｅ３°をＱｅ’　”　、　Ｇ
ａ３°等で置換すると飽和磁束密度４πＭＳが減少し、
／ζプル直径が０．５μｍ以下の微小バブル材料を得る
には不利となる。

これに対し、８面体位置の選択性の強い３（３＋によっ
てＦｅ３°を置換した場合には、置換量が０．２以下で
４πＭＳの減少は見られは、かつ、第４図に示すように
ｆＪｃ量が、約０．１のときに）くプル消減磁界の温度
変化率が−０，２０％／ｄ　ｅ　ｇとなる膜力五得られ
た。

第１表は、（１１１）面のＮｄｓＧａｇ　０１１１基板
上に形成された、（８ｍＬｕ）３−！Ｂｉ！ＦｅＢ−ｙ
ＯＢｈるいは（８ｍＬｕ　Ｌａ　）ｓ−ｘＢ　ｌ　ｘＦ
　ｅｙ、−ｙ８　’　ｙ　ＯＳｓ　で表わされるガーネ
ット膜において％５ｔｉｔｘと５ｃｔｙの値を種々に変
えた場合に得られる特性を示す。

これらのガーネット膜はすべて８００Ｃ〜９５０Ｃの温
度で基板を６Ｏｆｐｍで回転させ、周知の液相エピタキ
シャル法によって形成した。

第１表において、特性の良否はＯおよび×で表わした。

異方性エネルギーが２　Ｘ　１０’　ｅ　ｒｇｌｃ１以
上であって、バブル消減磁界の温度変化率が−０，１８
％／ｄｅｇ−０，２２％／ｄｅｇの範囲にあり、かつ、
ウェハに占める欠陥の面積が１０％以下のものをＯで表
わし、これ等の条件を満足しないものをＸで表わした。

また、第１表の結果をＸおよびｙをパラメータにして第
５図に示した。第５図において、記号Ｏおよび×は、第
１表と同じく特性の良否を示し、またＯおよびＸに付し
た数値は試料番号であって、それぞれ第１表の試料番号
に対応する。第５図から明らかなように、ＢｉＪｉＸお
よびＢｃ量ｙが線分ａｓｂ、ｃおよびｄによって囲まれ
た領域Ａ内にあると、異方性エネルギーが２ｘｌＱ’ｅ
ｒｇ／ｉ−以上であって、パズル消減磁界の温度変化率
が０．１８’％／ｄｅｇ〜−０．２２９６／ｄｅｇ（Ｄ
範囲内にあり、かつ、ウェハに占める欠陥の面積が１０
−以下の良質な膜が得られる。しかし％　ｘｌ）’が領
域人の外にあるとこのような条件は満足されず、好まし
い特性は得られない。

すなわち、第５図において％”＠ｙが線分ａより左方の
領域にあると異方性エネルギーが２×１０”　ｅｒｇｌ
ｃ！よりも小さくなり、線分すよりも下方あるいは線分
ｄよりも上方の領域にあるとバブル消減磁界の温度変化
率が−０，１８チ／ｄｅｇ〜−０．２２％／ｄｅｇの範
囲外となる。またｘ、ｙが、線分Ｃより右方の領域では
、ウェハに占める欠陥の面積が１０％よりも大きくなる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、異方性エネルギーを２Ｘ１０’ｒｅｇ
／ＣＦ１以上にできるので、直径が０．５μｍ以下のバ
ブルを安定に保持できる効果がある。また、バブル消減
磁界の温度変化率を、現在広く用いられているバリウム
フェライト磁石によるバイアス磁界の温度変化率と一致
させることができるので良好な温度特性をもつ磁気バブ
ル素子を作製できる。

さらに、直径が５０ｍ以上の単結晶の引き上げが可能な
Ｎｄ５ＧａｓＯｔ＊基板上に膜を形成できるので現在製
品化されているＧｄ５Ｇａｓ　Ｏｓｓ基板を用いた磁気
バブル素子と同様に１大量生産が可能となる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１　図ハ５ｍｍＬｕ５−ｓＦｅｓＯｕのｆ３　ｍ　ｔ
ｚと異方性エネルギーＫｕの関係を示す図、第２図は（
ＳｍＬ”）ｓ−ｘＢｌ　ｘＦｅｓＯｔ＊および（８ｍＬ
ｕ）ｓ−ｘＬ”ｘＬｌｌｚＦｅｓＯｕの置換量Ｘと異方
性エネルギーＫＵの関係を示す図、第３図は（８ｍＬｕ
）ｓ−＋Ｉ３１．Ｆｅ３０ｓｚおよび（ＳｍＬｕ）ｓ−
ｘＬａ　Ｊ’ｅｓ　Ｏｓｓの置換量Ｘと、Ｋ　ｕ　−Ｋ
　ｕ　（８ｍ−Ｌ″）の関係を示す図、第４図はＳＣ量
ｙとバブル消減磁界の温度変化率の関係を示す図、第５
図はバブル用ガーネット膜においてＢｉ量ＸとＳＣ量ｙ
の好ましい範囲を示す図である。　、θ　０．１　θ、
２　０．５ 置峡１ｚ Ｓ・量グ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 液相エピタキシャル成長法によすＮｄ５ＧａｓＣｈｚ単
   結晶基板上に形成された、一般式 ％式％ なる組成のガーネット膜において上記Ｘおよびｙの値が
   第５図の点１１　（０，０５，０，２０）　と点２（０
   ，０５，０，０２）を結ぶ線分８１点２　（０，０５，
   ０，０２）と点６　（０，１８，０，０２）　を結ぶ線
   分５１点６　（０，１８゜０．０２）と点１５　（０，
   １８，０，２０）を結ぶ線分Ｃおよび点１５　（０，１
   ８，０，２０）と点１１　（０，０５，０，２０）を結
   ぶ線分ｄによって囲まれた領域内にあることを特徴とし
   た高密度磁気バブル素子用ガーネット膜。