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JPH0750656B2 - Oxide garnet single crystal - Google Patents
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JPH0750656B2 - Oxide garnet single crystal - Google Patents

Oxide garnet single crystal

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JPH0750656B2
JPH0750656B2 JP31176587A JP31176587A JPH0750656B2 JP H0750656 B2 JPH0750656 B2 JP H0750656B2 JP 31176587 A JP31176587 A JP 31176587A JP 31176587 A JP31176587 A JP 31176587A JP H0750656 B2 JPH0750656 B2 JP H0750656B2
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lattice constant
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は酸化物ガーネット単結晶、特には周波数100MHz
から数10GHzのマイクロ波帯で使用されるマイクロ波素
子、例えばアイソレーター、サーキュレーター用の新規
な磁性膜として有用とされる酸化物ガーネット単結晶に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an oxide garnet single crystal, particularly a frequency of 100 MHz.
The present invention relates to an oxide garnet single crystal that is useful as a novel magnetic film for microwave devices used in the microwave band of 10 to 10 GHz, for example, isolators and circulators.

(従来の技術とその問題点) 従来、マイクロ波素子用の磁性材料としてはフラックス
法で育成されたYIG結晶が使われていたが、フラックス
法で作られたマイクロ波素子は製造コストが高いという
不利があるためにこれについては半導体工業で開発され
たウエーハプロセス技術を応用した液相エピタクシャル
法で育成したYIG結晶を使用することが提案されてい
る。
(Prior art and its problems) Conventionally, YIG crystal grown by the flux method was used as the magnetic material for the microwave element, but the microwave element made by the flux method has a high manufacturing cost. Due to its disadvantages, it has been proposed to use a YIG crystal grown by a liquid phase epitaxial method applying a wafer process technology developed in the semiconductor industry.

しかし、このYIG結晶には飽和磁化の温度依存性が大き
いことからマイクロ波素子を構成したときに共振周波数
の温度依存性が大きくなるという欠点があるため、YIG
結晶の組成中の鉄の一部を非磁性イオンとなるGaで置換
することが報告されているが、YIG結晶中の鉄の一部をG
aで置換すると置換量0のときでも生じているエピタク
シャル膜と基板結晶であるGGG単結晶との格子定数のミ
スマッチが増大し、このミスマッチに基づいて歪が増大
し、極端な場合にはエピタクシャル膜に割れが発生する
という不利が生じる。
However, since this YIG crystal has a large temperature dependence of saturation magnetization, there is a drawback that the temperature dependence of the resonance frequency becomes large when a microwave element is constructed.
It has been reported that a part of iron in the crystal composition is replaced with Ga, which is a non-magnetic ion.
Substitution with a increases the lattice constant mismatch between the epitaxial film and the GGG single crystal that is the substrate crystal even when the substitution amount is 0, and strain increases due to this mismatch, and in the extreme case, the epitaxial film The disadvantage of cracking occurs.

このため、エピタクシャル膜と基板結晶との格子定数を
合致させる目的において、 1)エピタクシャル膜中にイオン半径の大きいLa元素を
添加する、 2)基板結晶を通常この種の用途に使用されているGGG
結晶からGGG中のGd元素の一部をイオン半径の小さいY
元素で置換した(YGd)3Ga5O12結晶とする、 という方法が提案されているが、この1)の方法ではエ
ピタクシャル膜中のガリウム置換量が増加するにしたが
って、エピタクシャル膜中のランタン置換量を増加させ
る必要があるが、ランタン置換量が増加するとエピタク
シャル膜中にピットが生じ易いという問題点があり、
2)の方法についてはエピタクシャル膜中のガリウム置
換量が増加するのにしたがって基板結晶中のイットリウ
ム置換量を増加させる必要があるが、イットリウム置換
量を増加させると基板単結晶育成中にセル成長が起き易
いという問題点のあることが判った。
Therefore, for the purpose of matching the lattice constants of the epitaxial film and the substrate crystal, 1) La element having a large ionic radius is added to the epitaxial film, and 2) the substrate crystal is usually used for this kind of application.
A part of Gd element in GGG from the crystal is Y with a small ionic radius.
A method of using (YGd) 3 Ga 5 O 12 crystal substituted with an element has been proposed, but in the method of 1), lanthanum substitution in the epitaxial film increases as the amount of gallium substitution in the epitaxial film increases. Although it is necessary to increase the amount, there is a problem that pits easily occur in the epitaxial film when the lanthanum substitution amount increases,
With regard to the method 2), it is necessary to increase the yttrium substitution amount in the substrate crystal as the gallium substitution amount in the epitaxial film increases. However, if the yttrium substitution amount is increased, cell growth during the growth of the substrate single crystal occurs. It turns out that there is a problem that it is easy to get up.

(発明の構成) 本発明はこのような不利を解決した高品質のマイクロ波
素子用材料に関するもので、これは組成式YaGdb-aGa8-b
O12 (こゝにa、bは0.6≧a>0、3.1≧b>3.0で示され
る数)で示されるガーネット基板単結晶上に、組成式La
xYy-xFezGa8-y-zO12 (こゝにx、y、zは0.1>x>0、3.1>y>3.0、4.1
>z>3.6で示される数)で示される膜をエピタクシャ
ル成長させてなることを特徴とするものである。
(Structure of the Invention) The present invention relates to a high-quality microwave device material which has solved such disadvantages, and it has a composition formula of YaGdb - aGa 8- b.
On the garnet substrate single crystal represented by O 12 (here, a and b are numbers 0.6 ≧ a> 0 and 3.1 ≧ b> 3.0), the composition formula La
xYy - xFezGa 8- y - zO 12 (where x, y, z are 0.1>x> 0, 3.1>y> 3.0, 4.1
>Z> 3.6). The film is characterized by being epitaxially grown.

すなわち、本発明者らは共振周波数の温度依存性と基板
結晶とエピタクシャル成長層との格子定数のミスマッチ
がなく、育成される膜にピットを生じさせないマイクロ
波素子材料の開発について種々検討した結果、基板材料
として上記したYaGdb-aGa8-bO12(a、bは上記の通
り) を使用すると、このものは格子定数が12.367〜12.383Å
の範囲内の比較的小さいものであり、この基板上にエピ
タクシャル成長される後記する(La Y Fe Ga)8012も結
晶格子の小さいものであることから格子定数のミスマッ
チが防がれること、この基板上に育成させるべきエピタ
クシャル膜をLaxYy-xFezGa8-y-zO12(x、y、zは前記
した通り)とすればこの鉄の量を規定するz値が4.1>
z>3.6とされており、YIG中の主に(d)サイトの鉄イ
オンが非イオン性のガリウム元素で置換されているので
(d)サイトの鉄イオンによる飽和磁化の温度依存性を
減少させることができること、また上記した基板上にこ
のものをエピタクシャル成長させるとこのもののランタ
ン置換量が0.1以下とされているので、ピットが生じ難
く、飽和磁化の温度依存性のないエピタクシャル膜を育
成することができることを確認し、こゝに使用する基板
単結晶、エピタクシャル膜の組成、この製造方法につい
て研究を進めて本発明を完成させた。
That is, the present inventors have variously studied the development of a microwave element material that does not cause pits in the grown film without mismatching of the lattice constant between the temperature dependence of the resonance frequency and the substrate crystal and the epitaxial growth layer, When the above-mentioned YaGdb - aGa 8- bO 12 (a and b are as above) is used as the substrate material, this one has a lattice constant of 12.367 to 12.383Å
Smaller is intended, it will be described later is epitaxially grown on the substrate (La Y Fe Ga) 8 0 12 also lattice constant mismatch is prevented from being as small crystal lattice in the range of, the epitaxial film to be grown on the substrate LaxYy - xFezGa 8- y - zO 12 (x, y, z are the the street) z value that defines the amount of Tosureba this iron 4.1>
It is said that z> 3.6, and the iron ion at the (d) site in YIG is mainly replaced by a nonionic gallium element, so that the temperature dependence of the saturation magnetization due to the iron ion at the (d) site is reduced. It is also possible to grow an epitaxial film that does not cause pits and has no temperature dependence of saturation magnetization because the lanthanum substitution amount of this product is 0.1 or less when this product is epitaxially grown on the above-mentioned substrate. It was confirmed that the above can be achieved, and the present invention was completed by conducting research on the substrate single crystal used here, the composition of the epitaxial film, and the manufacturing method thereof.

本発明の酸化物ガーネット単結晶を構成するガーネット
基板単結晶は上記したように組成式YaGdb-aGa8-bO12
示され、このaは0.6≧a>0、bは3.1≧b>3.0で示
される数とされるものであり、これは{c}サイトにY
とGd、[a]サイトにYの一部とGa、(d)サイトにGa
を配置したものとされるが、これには式Y0.6Gd2.46Ga
4.94O12、Y0.3Gd2.71Ga4.99O12で示されるものが例示
される。このものは例えばYzO33.5〜7.5モル%、GdzO 3
0〜34モル%およびGazO3 61〜63モル%をルツボに仕込
み、高周波誘導で1,730℃に加熱して溶融したのち、こ
の溶液からチヨクラルスキー法で単結晶を引上げること
によって得ることができる。なお、このものはこの単結
晶から切り出したウェーハを例えば熱リン酸でエッチン
グしたのち格子定数を測定すると12.367〜12.383Åを示
すことが確認された。
Garnet substrate single crystal constituting the oxide garnet single crystal of the present invention the composition formula YaGdb as described above - is shown in aGa 8- bO 12, this a is 0.6 ≧ a> 0, b is 3.1 ≧ b> 3.0 It is supposed to be the number shown, and this is Y in the {c} site.
And Gd, a part of Y and Ga on the [a] site, Ga on the (d) site
It is assumed that the formula Y 0.6 Gd 2.46 Ga
4.94 O 12 , Y 0.3 Gd 2.71 Ga 4.99 O 12 are exemplified. This is, for example, YzO 3 3.5-7.5 mol%, GdzO 3
It can be obtained by charging 0 to 34 mol% and 61 to 63 mol% of GazO 3 in a crucible, heating to 1,730 ℃ by high frequency induction to melt, and then pulling a single crystal from this solution by the Czochralski method. . In addition, it was confirmed that when this wafer was cut out from this single crystal and the lattice constant was measured after etching the wafer with hot phosphoric acid, for example, it was 12.367 to 12.383Å.

また、この基板単結晶上にエピタクシャル成長させる構
造体は上記したように組成式がLaxYy-xFezGa8-y-zO12
示され、このx、y、zは0.1>x>0、3.1>y>3.
0、4.1>z>3.6とされるものであり、これは{c}サ
イトにLaとY、〔a〕サイトにFeとYの一部とGaの一
部、(d)サイトにFeとGaを配置したもので、これには
式La0.023.04Fe3.79Ga1.15O12、La0.12.97Fe3.78Ga
1.15O12が例示される。このものはその格子定数が12.36
3〜12.372Åのものとされるが、これをエピタクシャル
成長させる基板単結晶の格子定数が上記したように12.3
67〜12.383Åとされていて両者の格子定数は±0.003Å
の範囲内で一致しているのでミスマッチがなく、容易に
エピタクシャル成長させることができ、得られたエピタ
クシャル成長層は亀裂が入ることもない。
Further, the structure to be epitaxially grown on the substrate single crystal composition formula as described above LaxYy - xFezGa 8- y - indicated by zO 12, the x, y, z is 0.1>x>0,3.1> y > 3.
0, 4.1>z> 3.6, which means La and Y at {c} site, Fe and Y and a part of Ga at [a] site, and Fe and Ga at (d) site. In the formula La 0.02 Y 3.04 Fe 3.79 Ga 1.15 O 12 , La 0.1 Y 2.97 Fe 3.78 Ga
1.15 O 12 is exemplified. This one has a lattice constant of 12.36
3 to 12.372Å, but the lattice constant of the substrate single crystal on which this is epitaxially grown is 12.3 as described above.
67 to 12.383Å and the lattice constant of both is ± 0.003Å
Since they match within the range, there is no mismatch, epitaxial growth can be easily performed, and the obtained epitaxial growth layer does not crack.

なお、このエピタクシャル膜についてはこれを従来公知
のYIGとすると、このYIGでは〔a〕サイトに約2.0式量
の鉄イオン、〔d〕サイトに約3.0式量の鉄イオンがあ
り、この〔a〕、〔d〕サイトが殆ど鉄イオンで占有さ
れているために飽和磁化としては約1.0式量に相当する
値1.760Gが生じ、また〔d〕サイトの鉄イオンによって
このものはその飽和磁化の温度依存性の強いものになる
のであるが、本発明において使用される上記した組成式
で示されるものはこのYIGの主に〔d〕サイトの鉄イオ
ンをガリウム元素で置換し、この鉄イオンの量Z値を4.
1>Z>3.6となるようにしてあるので、このものは飽和
磁化の温度依存性のなうものとされている。
Assuming that this epitaxial film is a conventionally known YIG, the YIG has about 2.0 formula weight iron ions at the [a] site and about 3.0 formula weight iron ions at the [d] site. ], Since the [d] site is mostly occupied by iron ions, a saturation magnetization value of 1.760 G, which corresponds to about 1.0 formula weight, is generated. Although it has a strong temperature dependence, the composition represented by the above-mentioned compositional formula used in the present invention is obtained by substituting the gallium element for the iron ion mainly at the [d] site of this YIG. Set quantity Z value to 4.
Since 1>Z> 3.6, it is considered that the saturation magnetization has no temperature dependence.

また、このように鉄イオンをガリウム元素で置換したも
のについてはさらにランタン元素を添加し、ランタン置
換量x値を0.24>x>0.13としたものが知られている
が、(La Y Fe Ga)8O12の結晶中におけるランタン値を
このようにするとエピタクシャル膜中にピットが多く発
生することが判ったので、本発明のものはこのx値を0.
1>x>0としたのでピットの発生がないものになって
いる。
Regarding the iron ion substituted with gallium element, it is known that the lanthanum substitution amount x value is 0.24>x> 0.13 by further adding the lanthanum element. (La Y Fe Ga) Since it was found that many pits were generated in the epitaxial film when the lanthanum value in the crystal of 8 O 12 was set as described above, the x value of the present invention was 0.
Since 1>x> 0, no pits are generated.

このエピタクシャル成長は液相法で行えばよく、したが
ってこれはLazO3、YzO3、FezO3、GazO3とフラックス成
分であるPbOとBzO3とを白金ルツボに収容し、950〜1,10
0℃に加熱して溶融し、この融液中に上記した基板単結
晶を浸漬すればよい。このエピタクシャル成長法で作ら
れたエピタクシャル層の厚さは目的とするマイクロ波素
子で使われる周波数で異なるが、通常は5μmから40μ
mの範囲とすればよい。
This epitaxial growth may be carried out by the liquid phase method, and therefore, it contains LazO 3 , YzO 3 , FezO 3 , GazO 3 and flux components PbO and BzO 3 in a platinum crucible, and 950-1,10
It suffices to heat it to 0 ° C. to melt it, and immerse the above-mentioned substrate single crystal in this melt. The thickness of the epitaxial layer formed by this epitaxial growth method varies depending on the frequency used in the target microwave element, but normally it is 5 μm to 40 μm.
The range may be m.

上記したような方法で得られる本発明の酸化物ガーネッ
ト単結晶は共振周波数の温度依存性がないし、基板単結
晶とエピタクシャル成長層との格子定数のミスマッチも
なく、さらには育成されたエピタクシャル膜にピットを
生じることもないので、マイクロ波素子用材料としてす
ぐれた物性をもつものとなり、このものは例えば周波数
100MHzから数10GHzのマイクロ波帯で使用されるマイク
ロ波素子として有用とされるほか、アイソレーター、サ
ーキュレーター用の磁性膜としても有用とされる。
The oxide garnet single crystal of the present invention obtained by the method as described above does not have temperature dependence of the resonance frequency, there is no mismatch in lattice constant between the substrate single crystal and the epitaxial growth layer, and further, in the grown epitaxial film. Since it does not cause pits, it has excellent physical properties as a material for microwave devices.
In addition to being useful as a microwave element used in the microwave band of 100 MHz to several tens of GHz, it is also useful as a magnetic film for isolators and circulators.

つぎに本発明の実施例をあげるが、例中における共鳴磁
界値の測定、飽和磁化の算出および飽和磁化の温度依存
性を定量的に示す温度係数の算出は次記によって行なっ
たものである。
Next, examples of the present invention will be described. In the examples, the measurement of the resonance magnetic field value, the calculation of the saturation magnetization, and the calculation of the temperature coefficient quantitatively showing the temperature dependence of the saturation magnetization are carried out as follows.

〔共鳴磁界値の測定〕[Measurement of resonance magnetic field value]

試料から2.6×2.6mmの小片を切出し、温度可変装置付き
の強磁性共鳴装置を用いて、エピタクシャル膜と印加磁
場との方向が水平の場合および垂直の場合についての共
鳴磁界値を試料温度を変えながら測定する。
A small piece of 2.6 x 2.6 mm was cut out from the sample and a ferromagnetic resonance device with a temperature varying device was used to change the resonance magnetic field value when the direction of the epitaxial film and the applied magnetic field was horizontal and vertical when the sample temperature was changed. While measuring.

〔飽和磁化の算出〕[Calculation of saturation magnetization]

上記で測定された共鳴磁界値から次式を用いて算出す
る。
It is calculated from the resonance magnetic field value measured above using the following formula.

こゝに4πMs…飽和磁化、 Ha…異方性磁界 H …エピタクシャル膜を印加磁界に垂直に置
いたときの共鳴磁界値、 H11…エピタクシャル膜を印加磁界に平行に置い
たときの共鳴磁界値。
Here, 4πMs… saturation magnetization, Ha… anisotropic magnetic field H 1 … resonance magnetic field value when the epitaxial film is placed perpendicular to the applied magnetic field, H 11 … resonance magnetic field when the epitaxial film is placed parallel to the applied magnetic field. value.

〔温度係数の算出〕[Calculation of temperature coefficient]

各試料についての飽和磁化の温度依存性のグラフから−
30℃〜80℃の範囲における飽和磁化の温度依存性を示す
温度係数を次式から算出する。
From the graph of the temperature dependence of the saturation magnetization for each sample −
The temperature coefficient showing the temperature dependence of the saturation magnetization in the range of 30 ° C to 80 ° C is calculated from the following formula.

(注)4πMs(80℃)…80℃における飽和磁化 4πMs(−30℃)…−30℃における飽和磁化 実施例1 エピタクシャル膜を形成させる成分としてのLa2O3、Y2O
3、Fe2O3およびGa2O3を第1表に示したFe2O3とGa2O3
の割合を変えた8種のエピタクシャル膜組成となる量で
白金ルツボ中に仕込み、これにさらにフラックス成分と
してのPbO、B2O3を仕込んでから、1,100℃に加熱してこ
れを溶融させ、ついでこの融液中に式Y0.5Gd2.55Ga
4.95O12で示されるガーネット基板単結ウェーハを浸漬
してその(111)方位に式(La Y Fe Ga)8O12で示され
るエピタクシャル膜を厚さ約2μmに成長させた。
(Note) 4πMs (80 ° C) ... Saturation magnetization at 80 ° C 4πMs (-30 ° C) ... Saturation magnetization at -30 ° C Example 1 La 2 O 3 , Y 2 O as components for forming an epitaxial film
3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 were charged into a platinum crucible in an amount such that eight kinds of epitaxial film compositions having different ratios of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 shown in Table 1 were obtained. Further, PbO and B 2 O 3 as a flux component were charged, and then the mixture was heated to 1,100 ° C. to melt it, and then in this melt, the formula Y 0.5 Gd 2.55 Ga
A garnet substrate single-bonded wafer represented by 4.95 O 12 was dipped to grow an epitaxial film represented by the formula (La Y Fe Ga) 8 O 12 in the (111) orientation to a thickness of about 2 μm.

つぎにこのようにして得られた酸化物ガーネット単結晶
の格子定数、基板単結晶とエピタクシャル膜のミスマッ
チ度(Å)、およびこの温度係数をしらべたところ、第
1表に示したとおりの結果が得られ、このものはミスマ
ッチがいずれも0.003Å以下で実用上問題がなく、また
このエピタクシャル膜はランタン置換量が0.1式量以下
であることからピット数も少なく良質なものであり、温
度係数もYIGの3.2G/℃にくらべて少ないものであること
が確認された。
Next, when the lattice constant of the oxide garnet single crystal thus obtained, the mismatch degree (Å) between the substrate single crystal and the epitaxial film, and this temperature coefficient were examined, the results shown in Table 1 were obtained. All of them have a mismatch of 0.003Å or less and are practically no problem.Since the lanthanum substitution amount of this epitaxial film is 0.1 formula amount or less, the number of pits is small and the temperature coefficient is high. It was confirmed to be less than YIG's 3.2 G / ° C.

なお、添付の第1図はサンプルNo.5の飽和磁化の温度依
存性と比較例としてのYIGの飽和磁化の温度依存性を示
したグラフであり、本発明のものが比較例のものにくら
べてすぐれていることが確認された。
Incidentally, the attached FIG. 1 is a graph showing the temperature dependence of the saturation magnetization of Sample No. 5 and the temperature dependence of the saturation magnetization of YIG as a comparative example. It was confirmed that it was excellent.

実施例2 エピタクシャル膜を形成させる成分としてのLa2O3、Y2O
3、Fe2O3およびGa2O3を第2表に示したFe2O3とGa2O3
の割合を変えた8種のエピタクシャル膜組成となる量で
白金ルツボ中に仕込み、これにさらにフラックス成分と
してのPbO、B2O3を仕込んでから、1,000℃に加熱して溶
融させ、ついでこの融液中に式Y0.6Gd2.46Ga4.94O12
示されるガーネット基板単結晶ウェーハを浸漬してその
(111)方位に式(La Y Fe Ga)8O12で示されるエピタ
クシャル膜を厚さ約2μmで成長させた。
Example 2 La 2 O 3 and Y 2 O as components for forming an epitaxial film
3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 were charged into a platinum crucible in such amounts that eight kinds of epitaxial film compositions with different ratios of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 shown in Table 2 were obtained. Then, PbO and B 2 O 3 as flux components were charged, and the mixture was heated to 1,000 ° C. to be melted, and then a garnet substrate single crystal wafer represented by the formula Y 0.6 Gd 2.46 Ga 4.94 O 12 was added to the melt. By dipping, an epitaxial film represented by the formula (La Y Fe Ga) 8 O 12 was grown in the (111) orientation so as to have a thickness of about 2 μm.

つぎにこのようにして得られた酸化物ガーネット単結晶
の格子常数、基板単結晶とエピタクシャル膜とのミスマ
ッチ度(Å)および温度係数をしらべたところ、第2表
に示したとおりの結果が得られ、このことからこれはい
ずれもミスマッチが0.003Å以下で実用上問題のないも
のであり、このエピタクシャル膜はランタン置換量が0.
02式量で0.1式量以下であることからピット数の小さい
良質なものであること、さらには温度係数が0.7G/℃以
下と小さいものであることが確認された。
Next, the lattice constant of the oxide garnet single crystal thus obtained, the degree of mismatch (Å) between the substrate single crystal and the epitaxial film, and the temperature coefficient were examined, and the results shown in Table 2 were obtained. From this, it can be seen that all of them have a mismatch of 0.003Å or less and are practically no problem, and the lanthanum substitution amount of this epitaxial film is 0.
It was confirmed that the 02 formula weight was less than 0.1 formula weight, that it was a good quality product with a small number of pits, and that the temperature coefficient was 0.7 G / ° C or less.

実施例3 エピタクシャル膜を形成させる成分としてのLa2O3、Y2O
3、Fe2O3およびGa2O3を第3表に示したFe2O3とGa2O3
の割合を変えた8種のエピタクシャル膜組成となる量で
白金ルツボに仕込み、これにさらにフラックス成分であ
るPbOとB2O3を仕込んでから、950℃に加熱してこれらを
溶融させ、この融液に式Y0.3Gd2.71Ga4.99O12で示され
るガーネット基板単結晶ウェーハを浸漬してその(11
1)方位に第3表に示したエピタクシャル膜を厚さ約2
μmにエピタクシャル成長させた。
Example 3 La 2 O 3 and Y 2 O as components for forming an epitaxial film
3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 were charged in a platinum crucible in the amounts to obtain eight kinds of epitaxial film compositions in which the ratios of Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 shown in Table 3 were changed. Furthermore, after charging PbO and B 2 O 3 which are flux components, they are heated to 950 ° C. to melt them, and a garnet substrate single crystal wafer represented by the formula Y 0.3 Gd 2.71 Ga 4.99 O 12 is immersed in this melt. And then (11
1) Orient the epitaxial film shown in Table 3 to a thickness of about 2
Epitaxially grown to μm.

つぎにこのようにして得られた酸化物ガーネット単結晶
の格子常数、基板単結晶とエピタクシャル膜とのミスマ
ッチ度(Å)およびこのものの温度係数をしらべたとこ
ろ、第3表に示したとおりの結果が得られ、このものは
いずれもミスマッチが0.003Å以下であることから実用
上問題がなく、このエピタクシャル膜はランタン置換度
が0.1式量でピット数の少ない良質なものであること、
さらには温度係数も0.7G/℃以下であることからすぐれ
た物性をもつものであることが確認された。
Next, the lattice constant of the oxide garnet single crystal thus obtained, the degree of mismatch (Å) between the substrate single crystal and the epitaxial film, and the temperature coefficient of this were investigated, and the results shown in Table 3 were obtained. In each case, there is no problem in practice because the mismatch is 0.003Å or less, and this epitaxial film is a good quality one with a lanthanum substitution degree of 0.1 formula weight and a small number of pits.
Furthermore, the temperature coefficient was 0.7 G / ° C or less, confirming that it has excellent physical properties.

比較例1 エピタクシャル膜を形成させるLa2O3、Y2O3、Fe2O3およ
びGa2O3を、エピタクシャル膜結晶中のFe、Gaの式量をF
e、Gaが飽和磁気の温度依存性のない範囲となるFe3.86
式量、Ga1.10式量となる量で、またLaについてはその式
量を第2図に示した範囲で変わる量として白金ルツボ中
に添加し、これにフラックス成分としてのPbO、B2O3
仕込んでから、これを1,100℃に加熱して溶融し、つい
でこの融液に式(Ga3.03Ga4.97O12で示されるGGG単結晶
ウェーハを浸漬してその(111)方式に式(La Y Fe G
a)8O12で示されるエピタクシャル膜を厚さ約2μmで
エピタクシャル成長させ、得られた酸化物ガーネット単
結晶についての格子常数とこのエピタクシャル膜中に存
在するピット数をしらべたところ、第2図に示したとお
りの結果が得られ、このGGG単結晶とエピタクシャル膜
のミスマッチを防止するためにエピタクシャル膜の格子
定数をGGG単結晶の格子常数に合致させるためにはLaの
式量を0.19にしなければならず、この場合にはエピタク
シャル膜中にピット数が多くなって実用上問題の発生す
ること、したがってGGGを基板材料としてこれに式(La
Y Fe Ga)8O12で示されるエピタクシャル膜をエピタク
シャル成長させると飽和磁化の温度依存性と格子定数の
ミスマッチをなくすことができず、さらにピット数の少
ないエピタクシャル膜を成長させることができないとい
うことが確認された。
Comparative Example 1 La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 which form an epitaxial film were used, and the formula weights of Fe and Ga in the epitaxial film crystal were F.
Fe3.86 where e and Ga are within the range where the saturation magnetism does not depend on temperature
Formula amount, Ga1.10 formula amount, and for La, the formula amount is added to the platinum crucible as the amount changing within the range shown in Fig. 2, and PbO and B 2 O as flux components are added to this. 3 was charged, and this was heated to 1,100 ° C. to be melted, and then the GGG single crystal wafer represented by the formula (Ga 3.03 Ga 4.97 O 12 ) was dipped into this melt to form the (111) system with the formula (La Y Fe G
a) The epitaxial film of 8 O 12 was epitaxially grown to a thickness of about 2 μm, and the lattice constant of the obtained oxide garnet single crystal and the number of pits present in this epitaxial film were examined. In order to prevent the mismatch between the GGG single crystal and the epitaxial film, the formula constant of La must be 0.19 in order to match the lattice constant of the epitaxial film with the lattice constant of the GGG single crystal. In this case, the number of pits in the epitaxial film is large, which causes a problem in practical use.
Epitaxial growth of the epitaxial film represented by Y Fe Ga) 8 O 12 cannot eliminate the temperature dependence of the saturation magnetization and the mismatch of the lattice constants, and that the epitaxial film with a small number of pits cannot be grown. Was confirmed.

比較例2 エピタクシャル膜結晶中のFe、Gaの式量をFe、Gaが飽和
磁界の温度依存性のない範囲となるFe3.86式量、Ga1.10
式量でYが3.04式量となるようにしたY2O3、Fe2O3およ
びGa2O3とフラックス成分としてのPbOとB2O3を白金ルツ
ボ中に仕込み、1,000℃に加熱してこれを溶融させ、こ
の融液に第3図に示した範囲でY置換量を変えることに
よって格子常数を変化させた式(Y Gd Ga)8O12で示さ
れるガーネット単結晶基板を浸漬し、その(111)方位
に式Y3.04Fe3.86Ga1.10O12で示されるエピタクシャル
膜をエピタクシャル成長させたところ、この式(Y Gd G
a)8O12で示される基板材料のY式量と格子常数との関
係、エピタクシャル膜の転位密度との関係について第3
図に示したとおりの結果が得られ、エピタクシャル膜を
転位密度が10ヶ/cm2以下である実用範囲のものとするた
めには基板材料のY式量を0.5以下とする必要がある
が、この基板材料はその格子常数がY式量0.5でも12.36
0であるために望ましい温度特性を有するエピタクシャ
ル膜の格子常数よりも0.004Å大きいものとなり、した
がってY式量を0.5とした式(Y Gd Ga)8O12でしめされ
るガーネット単結晶上に式Y3.04Fe3.86Ga1.10O12で示
されるエピタクシャル膜を成長させた酸化物ガーネット
単結晶の強磁性共鳴の吸収スペクトルの線巾は5.00eと
なり、これは格子定数のミスマッチが認められない値2.
50eの2倍の大きさであることからミスマッチが発生す
ること、またこの場合には飽和磁化の温度依存がなく、
さらにピット数の少ないエピタクシャル膜を得ることの
できないことが確認された。
Comparative Example 2 The formula weights of Fe and Ga in the epitaxial film crystal are Fe, and the formula weight of Fe3.86 is such that Ga has a range in which the saturation magnetic field does not have temperature dependence, and Ga1.10.
Y 2 O 3 , Fe 2 O 3 and Ga 2 O 3 and PbO and B 2 O 3 as flux components were prepared in a platinum crucible and heated to 1,000 ° C. This is melted, and a garnet single crystal substrate represented by the formula (Y Gd Ga) 8 O 12 in which the lattice constant is changed by changing the Y substitution amount in the range shown in FIG. 3 is immersed in this melt. When an epitaxial film represented by the formula Y 3.04 Fe 3.86 Ga 1.10 O 12 was epitaxially grown in the (111) orientation, this formula (Y Gd G
a) Relationship between the Y-type amount of the substrate material represented by 8 O 12 and the lattice constant, and the relationship with the dislocation density of the epitaxial film.
In order to obtain the results shown in the figure and to make the epitaxial film in a practical range in which the dislocation density is 10 / cm 2 or less, the Y-type amount of the substrate material needs to be 0.5 or less. This substrate material is 12.36 even if the lattice constant is 0.5
Since it is 0, it becomes 0.004Å larger than the lattice constant of the epitaxial film having a desirable temperature characteristic, and therefore the formula on the garnet single crystal defined by the formula (Y Gd Ga) 8 O 12 with the Y formula weight being 0.5 The line width of the absorption spectrum of ferromagnetic resonance of the oxide garnet single crystal on which the epitaxial film represented by Y 3.04 Fe 3.86 Ga 1.10 O 12 was grown was 5.00 e, which was a value at which no lattice constant mismatch was observed.
Since it is twice as large as 50e, a mismatch occurs, and in this case there is no temperature dependence of the saturation magnetization,
Furthermore, it was confirmed that an epitaxial film with a small number of pits could not be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は実施例1で作られた、ガーネット単結晶基板に
式(La Y Fe Ga)8O12で示されるエピタクシャル膜をエ
ピタクシャル成長して作られた本発明の酸化物ガーネッ
ト単結晶の飽和磁化の温度特性と比較例としてのYIGの
飽和磁化の温度特性をグラフ化したもの、第2図は比較
例1でGGG単結晶上に式(La Y Fe Ga)8O12で示される
エピタクシャル膜をエピタクシャル成長させて得た酸化
物ガーネット単結晶のLa式量と格子常数との関係図、第
3図は比較例2において式(Y Gd Ga)8O12で示される
ガーネット単結晶基板上に式Y3.04Fe3.86Ga1.10O12
示されるエピタクシャル膜をエピタクシャル成長させて
得た酸化物ガーネット単結晶の基板材料のY式量と格子
常数との関係またこのエピタクシャル膜の転位密度との
関係図を示したものである。
FIG. 1 shows the saturation of the oxide garnet single crystal of the present invention produced by epitaxially growing the epitaxial film represented by the formula (La Y Fe Ga) 8 O 12 on the garnet single crystal substrate produced in Example 1. A graph showing the temperature characteristics of the magnetization and the temperature characteristics of the saturation magnetization of YIG as a comparative example. FIG. 2 shows the epitaxial film of the formula (La Y Fe Ga) 8 O 12 on the GGG single crystal in Comparative Example 1. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the La formula weight and the lattice constant of an oxide garnet single crystal obtained by epitaxially growing the GaN on the garnet single crystal substrate represented by the formula (Y Gd Ga) 8 O 12 in Comparative Example 2. Relationship between the Y formula content and the lattice constant of the substrate material of the oxide garnet single crystal obtained by epitaxially growing the epitaxial film represented by the formula Y 3.04 Fe 3.86 Ga 1.10 O 12 and the relationship diagram with the dislocation density of the epitaxial film. Is shown.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】組成式YaGdb-aGa8-bO12 (こゝにa、bは0.6≧a>0、3.1≧b>3.0で示され
る数)で示されるガーネット基板単結晶上に、組成式 LaxYy-xFezGa8-y-zO12 (こゝにx、y、zは0.1>x>0、3.1>y>3.0、4.1
>z>3.6で示される数)で示される膜をエピタクシャ
ル成長させてなることを特徴とする酸化物ガーネット単
結晶。
1. A composition formula on a garnet substrate single crystal represented by a composition formula YaGdb - aGa 8- bO 12 (where a and b are numbers 0.6 ≧ a> 0 and 3.1 ≧ b> 3.0). LaxYy - xFezGa 8- y - zO 12 (where x, y, z are 0.1>x> 0, 3.1>y> 3.0, 4.1
An oxide garnet single crystal obtained by epitaxially growing a film of z>3.6>.
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