JPH08165197A - ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法 - Google Patents
ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法Info
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- JPH08165197A JPH08165197A JP6310180A JP31018094A JPH08165197A JP H08165197 A JPH08165197 A JP H08165197A JP 6310180 A JP6310180 A JP 6310180A JP 31018094 A JP31018094 A JP 31018094A JP H08165197 A JPH08165197 A JP H08165197A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ガーネット磁性酸化物単結晶及びこれを用い
てなる静磁波素子において、垂直共鳴磁界の頂点となる
温度（頂点温度）が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値と
なることを目的とする。 【構成】 格子定数が12.363〜12.386Åの基板単結晶の
＜１１１＞方向に、エピタキシャル成長させた膜組成
(BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから
選択される１つ以上の元素、ｘは 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙ
は 0.6≦ｙ≦0.8 ）で示され、該ガーネット磁性単結晶
の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数Ｋｕg が 0.3×
103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ジュール／m3）であるガー
ネット磁性酸化物単結晶において、該エピタキシャル膜
の膜厚ｈと略矩形状もしくは略楕円状の試料において短
い方の辺の長さをＬで表したときのｈ／Ｌの値を 0.001
≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とすることを特徴とするガーネッ
ト磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法。
てなる静磁波素子において、垂直共鳴磁界の頂点となる
温度（頂点温度）が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値と
なることを目的とする。 【構成】 格子定数が12.363〜12.386Åの基板単結晶の
＜１１１＞方向に、エピタキシャル成長させた膜組成
(BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから
選択される１つ以上の元素、ｘは 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙ
は 0.6≦ｙ≦0.8 ）で示され、該ガーネット磁性単結晶
の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数Ｋｕg が 0.3×
103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ジュール／m3）であるガー
ネット磁性酸化物単結晶において、該エピタキシャル膜
の膜厚ｈと略矩形状もしくは略楕円状の試料において短
い方の辺の長さをＬで表したときのｈ／Ｌの値を 0.001
≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とすることを特徴とするガーネッ
ト磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、周波数100MHzから数10
GHz のマイクロ波帯で使用される静磁波素子、例えばフ
ィルター、レゾネーター、発振素子、シグナル・ノイズ
エンハンサー、アイソレータ、サーキュレータ等用の新
規なガーネット磁性単結晶及び静磁波素子の製造方法に
関するものである。
GHz のマイクロ波帯で使用される静磁波素子、例えばフ
ィルター、レゾネーター、発振素子、シグナル・ノイズ
エンハンサー、アイソレータ、サーキュレータ等用の新
規なガーネット磁性単結晶及び静磁波素子の製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】従来、ＹＩＧ膜を用いた静
磁波素子が提案されている。しかし、このものはＹＩＧ
膜の飽和磁化（４πＭｓ）の温度依存が大きいことよ
り、素子の動作周波数の温度依存性を低減するため、Ｙ
ＩＧ膜に加える磁場を温度によって適宜変化させる必要
があり、この磁場の温度補償のための装置が複雑になり
静磁波素子のコストが高くなるという欠点があった。こ
のため、ＹＩＧ膜自体の飽和磁化の温度依存性を改善す
ることで磁場の温度補償の必要がなくなり、その結果温
度特性が良く、かつコストが安い静磁波素子を提供でき
る可能性がある。
磁波素子が提案されている。しかし、このものはＹＩＧ
膜の飽和磁化（４πＭｓ）の温度依存が大きいことよ
り、素子の動作周波数の温度依存性を低減するため、Ｙ
ＩＧ膜に加える磁場を温度によって適宜変化させる必要
があり、この磁場の温度補償のための装置が複雑になり
静磁波素子のコストが高くなるという欠点があった。こ
のため、ＹＩＧ膜自体の飽和磁化の温度依存性を改善す
ることで磁場の温度補償の必要がなくなり、その結果温
度特性が良く、かつコストが安い静磁波素子を提供でき
る可能性がある。
【０００３】ＹＩＧ膜の温度依存性を改善する検討は
H.L.Glass等のマテリアル・リサーチ・ブリテン（Vol.1
2、pp.735-740、1977）に示されている。それによればL
a0.06Y2.94Fe4.13Ga0.87O12（飽和磁化 410Ｇ）の周波
数一定での垂直共鳴磁界の温度変化は室温付近で２次曲
線状となり、温度特性が改善されることが示された。ま
た、P.Roshmann等は、文献マテリアルズ・リサーチ・ブ
リテン（Vol.18、pp.449-459、1983）において、 Y3Fe
4.07Ga0.93O12が一定の磁場において強磁性共鳴周波数
（ＦＭＲ周波数）の温度依存性を調べたところ室温付近
で２次曲線状となり、共鳴周波数が温度に対して安定と
なることが確認されている。これらの温度補償の主たる
機構はｆを周波数、γをジャイロ磁気比として、飽和磁
化を４πＭｓ、Hresを共鳴磁界、ガーネット形状係数を
Ｎ、Ｋｌを一次の立方晶結晶の異方性定数とすると式
（１）に示す＜１１１＞方向の垂直共鳴を表わすキッテ
ルの共鳴式により記述できる。 ｆ＝γ・（Hres−Ｎ・４πＭｓ−４／３・Ｋｌ／Ｍｓ） （１）
H.L.Glass等のマテリアル・リサーチ・ブリテン（Vol.1
2、pp.735-740、1977）に示されている。それによればL
a0.06Y2.94Fe4.13Ga0.87O12（飽和磁化 410Ｇ）の周波
数一定での垂直共鳴磁界の温度変化は室温付近で２次曲
線状となり、温度特性が改善されることが示された。ま
た、P.Roshmann等は、文献マテリアルズ・リサーチ・ブ
リテン（Vol.18、pp.449-459、1983）において、 Y3Fe
4.07Ga0.93O12が一定の磁場において強磁性共鳴周波数
（ＦＭＲ周波数）の温度依存性を調べたところ室温付近
で２次曲線状となり、共鳴周波数が温度に対して安定と
なることが確認されている。これらの温度補償の主たる
機構はｆを周波数、γをジャイロ磁気比として、飽和磁
化を４πＭｓ、Hresを共鳴磁界、ガーネット形状係数を
Ｎ、Ｋｌを一次の立方晶結晶の異方性定数とすると式
（１）に示す＜１１１＞方向の垂直共鳴を表わすキッテ
ルの共鳴式により記述できる。 ｆ＝γ・（Hres−Ｎ・４πＭｓ−４／３・Ｋｌ／Ｍｓ） （１）
【０００４】P.Roshmann等の材料の温度補償は、４πＭ
ｓの温度変化とＫｌの温度変化の相殺によるものであ
る。しかし、これら文献の共鳴周波数（共鳴磁界）の温
度変化の幅は、室温付近の40℃の幅で 10MHz（３×79.6
（アンペア／ｍ））以下程度であり実用には充分なもの
ではない。
ｓの温度変化とＫｌの温度変化の相殺によるものであ
る。しかし、これら文献の共鳴周波数（共鳴磁界）の温
度変化の幅は、室温付近の40℃の幅で 10MHz（３×79.6
（アンペア／ｍ））以下程度であり実用には充分なもの
ではない。
【０００５】また、T.Ryuoらの文献（アイトリブルイー
ウルトラソニックス・シンポジウム予稿集、pp.237-24
0、1988）に述べられているように、液相エピタキシャ
ル法により作製した前記材料と同様な温度補償効果を示
すLaGa置換ＹＩＧ膜／Ｙ置換ＧＧＧ基板の室温での４π
Ｍｓが 500Ｇ以下となると磁気共鳴半値幅（△Ｈ）が急
激に劣化することが報告されている。このことより、前
述の温度補償材料では、温度補償の程度が不十分であ
り、かつ、△Ｈが悪いことから低損失な静磁波素子の作
成が難しいという問題点を有している。
ウルトラソニックス・シンポジウム予稿集、pp.237-24
0、1988）に述べられているように、液相エピタキシャ
ル法により作製した前記材料と同様な温度補償効果を示
すLaGa置換ＹＩＧ膜／Ｙ置換ＧＧＧ基板の室温での４π
Ｍｓが 500Ｇ以下となると磁気共鳴半値幅（△Ｈ）が急
激に劣化することが報告されている。このことより、前
述の温度補償材料では、温度補償の程度が不十分であ
り、かつ、△Ｈが悪いことから低損失な静磁波素子の作
成が難しいという問題点を有している。
【０００６】本発明の発明者らは、この様な不具合を改
善するため、特開平6-236814号公報にその改善策を開示
した。すなわち、格子定数12.363〜12.386Åの間の一定
値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピタキシ
ャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここ
で、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元素、ｘ
は 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8 ）で示される
静磁波素子用ガーネット磁性単結晶において、該ガーネ
ット磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数
(Ｋｕg)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫ
ｕg の単位はジュール／m3）であることを特徴とする静
磁波素子用ガーネット磁性酸化物単結晶とこれを用いて
成る静磁波素子が上述の共鳴周波数の温度依存性が小さ
く、エピタキシャル膜の△Ｈが小さく好ましいことを開
示した。
善するため、特開平6-236814号公報にその改善策を開示
した。すなわち、格子定数12.363〜12.386Åの間の一定
値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピタキシ
ャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここ
で、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元素、ｘ
は 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8 ）で示される
静磁波素子用ガーネット磁性単結晶において、該ガーネ
ット磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数
(Ｋｕg)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫ
ｕg の単位はジュール／m3）であることを特徴とする静
磁波素子用ガーネット磁性酸化物単結晶とこれを用いて
成る静磁波素子が上述の共鳴周波数の温度依存性が小さ
く、エピタキシャル膜の△Ｈが小さく好ましいことを開
示した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このエピタキシャル膜
は、共鳴周波数を一定に保ったとき、温度変化により垂
直共鳴磁界は略２次曲線状に変化する。この２次曲線状
に変化する垂直共鳴磁界が頂点となる温度（頂点温度）
は、通常室温付近にあることが好ましい。同じく特開平
6-236814号公報では、熱処理を施すことにより不要な磁
気共鳴を無くすことや、頂点温度を変化させることが可
能であることが開示されている。しかし、このエピタキ
シャル膜では-100℃〜 200℃の所望の温度に頂点温度が
来るように製膜することが難しい。例えば、頂点温度が
20〜30℃となるように液相エピタキシャル法によりエピ
タキシャル膜を成膜するために許される成長温度の幅
は、 0.2℃と極めて狭い。また、上記の熱処理によって
頂点温度を変化させることができるが、熱処理により成
長誘導磁気異方性を少なくすると、共鳴磁界の温度によ
る変化が大きくなる欠点を有する。本発明は、上記従来
技術の問題を解決することを目的としてなされたもので
ある。すなわち、特開平6-236814号公報に開示したエピ
タキシャル膜の共鳴磁界の温度変化を小さく保ったま
ま、頂点温度を-100℃〜 200℃の所望の温度に調整する
ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法
を提供することを目的とするものである。
は、共鳴周波数を一定に保ったとき、温度変化により垂
直共鳴磁界は略２次曲線状に変化する。この２次曲線状
に変化する垂直共鳴磁界が頂点となる温度（頂点温度）
は、通常室温付近にあることが好ましい。同じく特開平
6-236814号公報では、熱処理を施すことにより不要な磁
気共鳴を無くすことや、頂点温度を変化させることが可
能であることが開示されている。しかし、このエピタキ
シャル膜では-100℃〜 200℃の所望の温度に頂点温度が
来るように製膜することが難しい。例えば、頂点温度が
20〜30℃となるように液相エピタキシャル法によりエピ
タキシャル膜を成膜するために許される成長温度の幅
は、 0.2℃と極めて狭い。また、上記の熱処理によって
頂点温度を変化させることができるが、熱処理により成
長誘導磁気異方性を少なくすると、共鳴磁界の温度によ
る変化が大きくなる欠点を有する。本発明は、上記従来
技術の問題を解決することを目的としてなされたもので
ある。すなわち、特開平6-236814号公報に開示したエピ
タキシャル膜の共鳴磁界の温度変化を小さく保ったま
ま、頂点温度を-100℃〜 200℃の所望の温度に調整する
ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法
を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決した静磁波素子用ガーネット磁性酸化物単結晶に
関するものである。すなわち、格子定数12.363〜12.386
Åの間の一定値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向
に、エピタキシャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-y
My)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以
上の元素、ｘは0.02≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8 ）
で示されるガーネット磁性単結晶において、該ガーネッ
ト磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数
(Ｋｕg)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫ
ｕg の単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸化
物単結晶の製造方法において、このものの共鳴周波数を
一定の値に保ったときの温度変化により略２次曲線状に
変化する垂直共鳴磁界の頂点となる温度（頂点温度）、
もしくは該ガーネット酸化物単結晶に加える磁界を一定
の値に保ったときの垂直共鳴が温度変化により略２次曲
線状に変化する垂直共鳴周波数が頂点となる温度（頂点
温度）を略矩形状もしくは略楕円形状の試料についてあ
らかじめ測定してから、このものの頂点温度が-100℃〜
200℃の範囲の所望の値となるように、該エピタキシャ
ルの膜厚ｈと略矩形状もしくは略楕円形状の試料の短い
方の辺の長さをＬで表したとき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦
ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とすることを特徴とするガーネット
磁性酸化物単結晶の製造方法、及び格子定数12.363〜1
2.386Åの間の一定値を有する基板単結晶の＜１１１＞
方向に、エピタキシャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(F
e5-yMy)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１
つ以上の元素、ｘは0.02≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.
8 ）で示されるガーネット磁性単結晶において、該ガー
ネット磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定
数 (Ｋｕg)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここで
Ｋｕg の単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸
化物単結晶を用いてなる静磁波素子の製造方法におい
て、該ガーネット酸化物単結晶からなる静磁波素子に加
える磁界を一定の値に保ったときの垂直共鳴の周波数が
温度変化により略２次曲線状に変化する垂直共鳴周波数
が頂点となる温度（頂点温度）をあらかじめ測定してか
ら、このものの頂点温度が-100℃〜 200℃の範囲の所望
の値となるように該ガーネット磁性酸化物単結晶の膜厚
ｈと略矩形状もしくは略楕円形状の試料の短い方の辺の
長さをＬで表したとき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦
0.25の範囲とするこを特徴とする静磁波素子の製造方法
を要旨とするものである。
を解決した静磁波素子用ガーネット磁性酸化物単結晶に
関するものである。すなわち、格子定数12.363〜12.386
Åの間の一定値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向
に、エピタキシャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-y
My)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以
上の元素、ｘは0.02≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8 ）
で示されるガーネット磁性単結晶において、該ガーネッ
ト磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数
(Ｋｕg)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫ
ｕg の単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸化
物単結晶の製造方法において、このものの共鳴周波数を
一定の値に保ったときの温度変化により略２次曲線状に
変化する垂直共鳴磁界の頂点となる温度（頂点温度）、
もしくは該ガーネット酸化物単結晶に加える磁界を一定
の値に保ったときの垂直共鳴が温度変化により略２次曲
線状に変化する垂直共鳴周波数が頂点となる温度（頂点
温度）を略矩形状もしくは略楕円形状の試料についてあ
らかじめ測定してから、このものの頂点温度が-100℃〜
200℃の範囲の所望の値となるように、該エピタキシャ
ルの膜厚ｈと略矩形状もしくは略楕円形状の試料の短い
方の辺の長さをＬで表したとき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦
ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とすることを特徴とするガーネット
磁性酸化物単結晶の製造方法、及び格子定数12.363〜1
2.386Åの間の一定値を有する基板単結晶の＜１１１＞
方向に、エピタキシャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(F
e5-yMy)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１
つ以上の元素、ｘは0.02≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.
8 ）で示されるガーネット磁性単結晶において、該ガー
ネット磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定
数 (Ｋｕg)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここで
Ｋｕg の単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸
化物単結晶を用いてなる静磁波素子の製造方法におい
て、該ガーネット酸化物単結晶からなる静磁波素子に加
える磁界を一定の値に保ったときの垂直共鳴の周波数が
温度変化により略２次曲線状に変化する垂直共鳴周波数
が頂点となる温度（頂点温度）をあらかじめ測定してか
ら、このものの頂点温度が-100℃〜 200℃の範囲の所望
の値となるように該ガーネット磁性酸化物単結晶の膜厚
ｈと略矩形状もしくは略楕円形状の試料の短い方の辺の
長さをＬで表したとき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦
0.25の範囲とするこを特徴とする静磁波素子の製造方法
を要旨とするものである。
【０００９】以下に本発明の詳細について説明する。本
発明のガーネット磁性酸化物単結晶を構成する単結晶基
板としては格子定数が12.383Åであるガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット（以下、ＧＧＧと記す）及び格子定
数が12.367Åであるイットリウム置換ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネットが例示される。これらの基板単結晶
は公知のものであるが、Gd2O3 、Ga2O3 、また必要に応
じてY2O3を所定量ルツボに仕込み、高周波誘導でそれぞ
れの融点以上の温度に加熱して溶融した後、この溶液か
らチョクラルスキー法で単結晶の＜１１１＞方向に引き
上げることによって得ることができるが、このものは、
この単結晶から切りだしたウエーハを例えば熱リン酸で
エッチングした後格子定数を測定すると12.363〜12.386
Åを示す事が確認された。
発明のガーネット磁性酸化物単結晶を構成する単結晶基
板としては格子定数が12.383Åであるガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット（以下、ＧＧＧと記す）及び格子定
数が12.367Åであるイットリウム置換ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネットが例示される。これらの基板単結晶
は公知のものであるが、Gd2O3 、Ga2O3 、また必要に応
じてY2O3を所定量ルツボに仕込み、高周波誘導でそれぞ
れの融点以上の温度に加熱して溶融した後、この溶液か
らチョクラルスキー法で単結晶の＜１１１＞方向に引き
上げることによって得ることができるが、このものは、
この単結晶から切りだしたウエーハを例えば熱リン酸で
エッチングした後格子定数を測定すると12.363〜12.386
Åを示す事が確認された。
【００１０】次に、この基板単結晶上に液相エピタキシ
ャル法（以下ＬＰＥ法と記す）でエピタキシャル成長さ
せる構造体は、上記したように膜組成 (BixY3-x)(Fe5-y
My)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以
上の元素、ｘは 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8
）で示されるガーネット磁性単結晶であって、該ガー
ネット磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定
数 (Ｋｕg)が 0.3×103≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここで
Ｋｕg の単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸
化物単結晶とされる。これらは、組成範囲そのものは公
知のものとされるが、上記組成範囲の構造物は上記単結
晶基板と膜との格子定数のミスマッチが-0.003〜+0.015
Åに納まり、Ｍの範囲ｙが 0.6≦ｙ≦0.8 であることよ
り△Ｈが１〜 1.5Ｏｅと小さく抑える事が可能であり、
またＫｌによる上記温度補償効果が得られる。本発明は
Ｂｉを添加し、適当な飽和温度のものとで上記構造物を
エピタキシャル成長させ、成長誘導磁気異方性による異
方性磁界を生じさせ、そのときのガーネット磁性単結晶
の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が 0.3
×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫｕg の単位はジ
ュール／m3）となる場合に、式（２）に示すように上
記、式（１）のキッテルの共鳴式に成長誘導異方性磁界
（２Ｋｕg/Ｍｓ）の項が付加され、式（２）より４πＭ
ｓとＫｌ、そしてＫｕg の３つの項の温度補償効果によ
り、さらに共鳴磁界の周波数ｆの温度特性が改善され
る。 ｆ＝γ・（Hres−Ｎ・４πＭｓ−４／３・Ｋｌ／Ｍｓ＋２Ｋｕg/Ｍｓ）（２）
ャル法（以下ＬＰＥ法と記す）でエピタキシャル成長さ
せる構造体は、上記したように膜組成 (BixY3-x)(Fe5-y
My)O12（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以
上の元素、ｘは 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8
）で示されるガーネット磁性単結晶であって、該ガー
ネット磁性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定
数 (Ｋｕg)が 0.3×103≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここで
Ｋｕg の単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸
化物単結晶とされる。これらは、組成範囲そのものは公
知のものとされるが、上記組成範囲の構造物は上記単結
晶基板と膜との格子定数のミスマッチが-0.003〜+0.015
Åに納まり、Ｍの範囲ｙが 0.6≦ｙ≦0.8 であることよ
り△Ｈが１〜 1.5Ｏｅと小さく抑える事が可能であり、
またＫｌによる上記温度補償効果が得られる。本発明は
Ｂｉを添加し、適当な飽和温度のものとで上記構造物を
エピタキシャル成長させ、成長誘導磁気異方性による異
方性磁界を生じさせ、そのときのガーネット磁性単結晶
の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が 0.3
×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫｕg の単位はジ
ュール／m3）となる場合に、式（２）に示すように上
記、式（１）のキッテルの共鳴式に成長誘導異方性磁界
（２Ｋｕg/Ｍｓ）の項が付加され、式（２）より４πＭ
ｓとＫｌ、そしてＫｕg の３つの項の温度補償効果によ
り、さらに共鳴磁界の周波数ｆの温度特性が改善され
る。 ｆ＝γ・（Hres−Ｎ・４πＭｓ−４／３・Ｋｌ／Ｍｓ＋２Ｋｕg/Ｍｓ）（２）
【００１１】しかし、上記組成物の組成範囲であって
も、そのときのガーネット磁性単結晶の＜１１１＞方向
の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が 0.3×103 ジュール／
m3未満の場合は、従前の４πＭｓとＫｌによる温度補償
しか起こらず、この温度特性を改善できない。また、Ｋ
ｕg が 1.5×103 ジュール／m3を超える場合は、異方性
磁界が大きくなりすぎるため自然共鳴による吸収が発生
したり、静磁波がスピン波と結合しやすくなるため、不
要な静磁波モードが生じるようになり好ましくないので
Ｋｕg は 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫｕ
g の単位はジュール／m3）とすることが必要である。
も、そのときのガーネット磁性単結晶の＜１１１＞方向
の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が 0.3×103 ジュール／
m3未満の場合は、従前の４πＭｓとＫｌによる温度補償
しか起こらず、この温度特性を改善できない。また、Ｋ
ｕg が 1.5×103 ジュール／m3を超える場合は、異方性
磁界が大きくなりすぎるため自然共鳴による吸収が発生
したり、静磁波がスピン波と結合しやすくなるため、不
要な静磁波モードが生じるようになり好ましくないので
Ｋｕg は 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫｕ
g の単位はジュール／m3）とすることが必要である。
【００１２】さらに、本発明においては（２）式におけ
る反磁界係数Ｎに着目して、本発明のエピタキシャル膜
においては、試料の形状を調節すること、すなわち、該
エピタキシャル膜の膜厚ｈと略矩形状もしくは略楕円状
の試料において短い方の辺の長さをＬで表したときのｈ
／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とすることによ
りエピタキシャル膜の△Ｈを 1.5Ｏｅ以下と小さく保っ
たまま、共鳴磁界の温度変化を小さく保ったままで、共
鳴磁界の頂点温度を-100℃〜 200℃の所望の値に調節す
ることができることを発見して本研究を完成させた。こ
こでｈ／Ｌが 0.001未満であると静磁波の励振効率が小
さいことから好ましくない。また、ｈ／Ｌが0.25を超え
ると切断面の欠けが試料幅と同程度なることから△Ｈが
増加し好ましくない。この略矩形状もしくは略楕円形状
の試料において短い方の辺の長さＬは、エピタキシャル
膜の形状が正方形の場合はその一辺の長さを、矩形状の
場合は短い方の辺の長さを、円形状の場合は直径の長さ
を、楕円状の場合は短軸の長さをそれぞれ示す。
る反磁界係数Ｎに着目して、本発明のエピタキシャル膜
においては、試料の形状を調節すること、すなわち、該
エピタキシャル膜の膜厚ｈと略矩形状もしくは略楕円状
の試料において短い方の辺の長さをＬで表したときのｈ
／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とすることによ
りエピタキシャル膜の△Ｈを 1.5Ｏｅ以下と小さく保っ
たまま、共鳴磁界の温度変化を小さく保ったままで、共
鳴磁界の頂点温度を-100℃〜 200℃の所望の値に調節す
ることができることを発見して本研究を完成させた。こ
こでｈ／Ｌが 0.001未満であると静磁波の励振効率が小
さいことから好ましくない。また、ｈ／Ｌが0.25を超え
ると切断面の欠けが試料幅と同程度なることから△Ｈが
増加し好ましくない。この略矩形状もしくは略楕円形状
の試料において短い方の辺の長さＬは、エピタキシャル
膜の形状が正方形の場合はその一辺の長さを、矩形状の
場合は短い方の辺の長さを、円形状の場合は直径の長さ
を、楕円状の場合は短軸の長さをそれぞれ示す。
【００１３】基板単結晶上にＬＰＥ法でエピタキシャル
膜を成長させた構造体の製造方法は公知のＬＰＥ法によ
り行えばよい。一例を挙げると白金ルツボのような貴金
属ルツボにガーネット成分となる金属の酸化物例えばY2
O3、Bi2O3 、Ga2O3 、Fe2O3とフラックス成分としての
PbO、B2O3を充填し、これらを融点以上の高温度で溶融
して融液とした後、過飽和温度より低い温度例えば 890
℃にメルト温度を保ち、この融液にＧＧＧ基板のような
単結晶基板を挿入し回転させこの基板の＜１１１＞方向
にガーネットエピタキシャル膜を成長させることによっ
て得られる。
膜を成長させた構造体の製造方法は公知のＬＰＥ法によ
り行えばよい。一例を挙げると白金ルツボのような貴金
属ルツボにガーネット成分となる金属の酸化物例えばY2
O3、Bi2O3 、Ga2O3 、Fe2O3とフラックス成分としての
PbO、B2O3を充填し、これらを融点以上の高温度で溶融
して融液とした後、過飽和温度より低い温度例えば 890
℃にメルト温度を保ち、この融液にＧＧＧ基板のような
単結晶基板を挿入し回転させこの基板の＜１１１＞方向
にガーネットエピタキシャル膜を成長させることによっ
て得られる。
【００１４】この様にして製造された基板単結晶上にエ
ピタキシャル膜を成長させてなる構造体について、図１
に示すようなこのものの共鳴周波数を一定の値に保った
ときの温度変化により略２次曲線状に変化する垂直共鳴
磁界の頂点となる温度（頂点温度）、もしくは該ガーネ
ット酸化物単結晶に加える磁界を一定の値に保ったとき
の垂直共鳴が温度変化により略２次曲線状に変化する垂
直共鳴周波数が頂点となる温度（頂点温度）を測定し、
エピタキシャル膜の膜厚ｈと短い辺の長さＬとの比ｈ／
Ｌとの関係を図２に示すように求め、この図２よりこの
構造体、又はこれを用いてなる静磁体素子の頂点温度が
−100 ℃〜 200℃の範囲の所望の値となるｈ／Ｌを求め
て、これよりＬの長さを求め構造体の成形形状に応じて
正方形状の場合はその一辺の長さ、矩形状の場合は短い
方の辺の長さ、楕円状の場合は短軸の長さ、円状の場合
は直径の長さとすれば、構造体をこの様な辺の長さとし
た試料を用いたガーネット磁性単結晶又はそれを用いた
静磁源素子の頂点温度は所望の値となり、しかも温度変
化率や△Ｈも小さいものが得られるとするものである。
ピタキシャル膜を成長させてなる構造体について、図１
に示すようなこのものの共鳴周波数を一定の値に保った
ときの温度変化により略２次曲線状に変化する垂直共鳴
磁界の頂点となる温度（頂点温度）、もしくは該ガーネ
ット酸化物単結晶に加える磁界を一定の値に保ったとき
の垂直共鳴が温度変化により略２次曲線状に変化する垂
直共鳴周波数が頂点となる温度（頂点温度）を測定し、
エピタキシャル膜の膜厚ｈと短い辺の長さＬとの比ｈ／
Ｌとの関係を図２に示すように求め、この図２よりこの
構造体、又はこれを用いてなる静磁体素子の頂点温度が
−100 ℃〜 200℃の範囲の所望の値となるｈ／Ｌを求め
て、これよりＬの長さを求め構造体の成形形状に応じて
正方形状の場合はその一辺の長さ、矩形状の場合は短い
方の辺の長さ、楕円状の場合は短軸の長さ、円状の場合
は直径の長さとすれば、構造体をこの様な辺の長さとし
た試料を用いたガーネット磁性単結晶又はそれを用いた
静磁源素子の頂点温度は所望の値となり、しかも温度変
化率や△Ｈも小さいものが得られるとするものである。
【００１５】
【作用】本発明の格子定数12.363〜12.386Åの間の一定
値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピタキシ
ャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここ
で、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元素、ｘ
は 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは0.6≦ｙ≦0.8 ）で示される
ガーネット磁性単結晶において、該ガーネット磁性単結
晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が
0.3×103 ≦Ｋｕg ≦1.5×103 （ここでＫｕg の単位は
ジュール／m3）であるガーネット磁性酸化物単結晶にお
いて、該エピタキシャル膜の膜厚ｈと略矩形状もしくは
略楕円状の試料において短い方の辺の長さをＬで表した
とき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とする
ことにより共鳴周波数を一定に保ったとき、温度変化に
より略２次曲線状に変化する垂直共鳴磁界の頂点となる
温度（頂点温度）が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値と
なるように調節することができる。このとき、頂点温度
付近での温度特性を劣化させること無く、同時に△Ｈが
小さく保たれることにより、本発明は有用なガーネット
磁性酸化物単結晶及びこれを用いたことよりなる静磁波
素子が得られるとするものである。
値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピタキシ
ャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここ
で、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元素、ｘ
は 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは0.6≦ｙ≦0.8 ）で示される
ガーネット磁性単結晶において、該ガーネット磁性単結
晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が
0.3×103 ≦Ｋｕg ≦1.5×103 （ここでＫｕg の単位は
ジュール／m3）であるガーネット磁性酸化物単結晶にお
いて、該エピタキシャル膜の膜厚ｈと略矩形状もしくは
略楕円状の試料において短い方の辺の長さをＬで表した
とき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とする
ことにより共鳴周波数を一定に保ったとき、温度変化に
より略２次曲線状に変化する垂直共鳴磁界の頂点となる
温度（頂点温度）が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値と
なるように調節することができる。このとき、頂点温度
付近での温度特性を劣化させること無く、同時に△Ｈが
小さく保たれることにより、本発明は有用なガーネット
磁性酸化物単結晶及びこれを用いたことよりなる静磁波
素子が得られるとするものである。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１ 白金ルツボにガーネット成分となるY2O3、Bi2O3 、Ga2O
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約50℃低い
890℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数12.383
Åの直径50mm、長さ 0.5mmのＧＧＧ基板を挿入し回転さ
せ基板の＜１１１＞方向にガーネットエピタキシャル膜
を成長させた。成長させたガーネットエピタキシャル膜
の膜厚ｈは54μｍであり、ＩＣＰ分析により膜組成の定
量分析をおこなったところ、このものは組成Bi0.15Y2.8
5Fe4.34Ga0.66O12である事が判った。膜の格子定数をボ
ンド法により測定したところ、このものの格子定数は1
2.385Åであった。また、振動子法により飽和磁化を測
定したところ25℃での飽和磁化は0.73×79.6（アンペア
／ｍ）であった。Ｋｕg は1.46×103 （ジュール／m3）
であった。次にこの構造物を一辺の長さＬとして 0.6m
m、1.0mm 、1.5mm 及び 2.0mmの正方形状に切断した試
料を作製し、これ等を、強磁性共鳴装置（ＦＭＲ）によ
り9.2GHzでの△Ｈを測定したところ、 1.0Ｏｅと小さな
値を示した。そして、周波数9.2GHz一定での垂直共鳴磁
界の温度変化をＦＭＲ装置により調べたところ、共鳴磁
界変動の頂点温度は試料の形状に大きく依存し図１に示
すようになった。頂点温度を中心とした約80〜 100℃の
広い温度幅で垂直共鳴磁界の変化は３×79.6（アンペ
ア）以下と極めて小さいものが得られた。又各試料のｈ
／Ｌについて頂点温度との関係を示したところ図２に●
印で示す結果が得られた。
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約50℃低い
890℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数12.383
Åの直径50mm、長さ 0.5mmのＧＧＧ基板を挿入し回転さ
せ基板の＜１１１＞方向にガーネットエピタキシャル膜
を成長させた。成長させたガーネットエピタキシャル膜
の膜厚ｈは54μｍであり、ＩＣＰ分析により膜組成の定
量分析をおこなったところ、このものは組成Bi0.15Y2.8
5Fe4.34Ga0.66O12である事が判った。膜の格子定数をボ
ンド法により測定したところ、このものの格子定数は1
2.385Åであった。また、振動子法により飽和磁化を測
定したところ25℃での飽和磁化は0.73×79.6（アンペア
／ｍ）であった。Ｋｕg は1.46×103 （ジュール／m3）
であった。次にこの構造物を一辺の長さＬとして 0.6m
m、1.0mm 、1.5mm 及び 2.0mmの正方形状に切断した試
料を作製し、これ等を、強磁性共鳴装置（ＦＭＲ）によ
り9.2GHzでの△Ｈを測定したところ、 1.0Ｏｅと小さな
値を示した。そして、周波数9.2GHz一定での垂直共鳴磁
界の温度変化をＦＭＲ装置により調べたところ、共鳴磁
界変動の頂点温度は試料の形状に大きく依存し図１に示
すようになった。頂点温度を中心とした約80〜 100℃の
広い温度幅で垂直共鳴磁界の変化は３×79.6（アンペ
ア）以下と極めて小さいものが得られた。又各試料のｈ
／Ｌについて頂点温度との関係を示したところ図２に●
印で示す結果が得られた。
【００１７】実施例２ 白金ルツボにガーネット成分となるY2O3、Bi2O3 、Ga2O
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約49.5℃低
い 890.5℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数1
2.383ÅのＧＧＧ基板を挿入し回転させ基板の＜１１１
＞方向にガーネットエピタキシャル膜を成長させた。成
長させたガーネットエピタキシャル膜の膜厚ｈは54μｍ
であり、ＩＣＰ分析により膜組成の定量分析をおこなっ
たところ、このもは組成Bi0.15Y2.85Fe4.34Ga0.66O12で
ある事が判った。膜の格子定数をボンド法により測定し
たところ、このものの格子定数は12.385Åであった。ま
た、振動子法により飽和磁化を測定したところ25℃での
飽和磁化は0.73×79.6（アンペア／ｍ）であった。Ｋｕ
g は1.26×103 （ジュール／m3）であった。次にこの構
造物を一辺の長さＬとして 0.6mm、1.0mm 、1.5mm 及び
2.0mmの正方形状に切断した試料を作製し、これ等を、
強磁性共鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測定
したところ、 1.2Ｏｅと小さな値を示した。そして、周
波数9.2GHz一定での垂直共鳴磁界の温度変化をＦＭＲ装
置により調べたところ、共鳴磁界変動の頂点温度は試料
の形状に大きく依存した。また、このものは頂点温度を
中心とした約80℃の広い温度幅で垂直共鳴磁界の変化は
３×79.6（アンペア／ｍ）以下と極めて小さかった。こ
のものの共鳴磁界の温度変化の頂点温度と試料のｈ／Ｌ
の関係を求めたところ図２に■印で示す結果が得られ
た。
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約49.5℃低
い 890.5℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数1
2.383ÅのＧＧＧ基板を挿入し回転させ基板の＜１１１
＞方向にガーネットエピタキシャル膜を成長させた。成
長させたガーネットエピタキシャル膜の膜厚ｈは54μｍ
であり、ＩＣＰ分析により膜組成の定量分析をおこなっ
たところ、このもは組成Bi0.15Y2.85Fe4.34Ga0.66O12で
ある事が判った。膜の格子定数をボンド法により測定し
たところ、このものの格子定数は12.385Åであった。ま
た、振動子法により飽和磁化を測定したところ25℃での
飽和磁化は0.73×79.6（アンペア／ｍ）であった。Ｋｕ
g は1.26×103 （ジュール／m3）であった。次にこの構
造物を一辺の長さＬとして 0.6mm、1.0mm 、1.5mm 及び
2.0mmの正方形状に切断した試料を作製し、これ等を、
強磁性共鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測定
したところ、 1.2Ｏｅと小さな値を示した。そして、周
波数9.2GHz一定での垂直共鳴磁界の温度変化をＦＭＲ装
置により調べたところ、共鳴磁界変動の頂点温度は試料
の形状に大きく依存した。また、このものは頂点温度を
中心とした約80℃の広い温度幅で垂直共鳴磁界の変化は
３×79.6（アンペア／ｍ）以下と極めて小さかった。こ
のものの共鳴磁界の温度変化の頂点温度と試料のｈ／Ｌ
の関係を求めたところ図２に■印で示す結果が得られ
た。
【００１８】実施例３ 実施例１で製造した構造物を長辺の長さが 3.5mmと一定
で、短辺の長さＬを 0.6mm、 1.0mm、 1.5mm及び 2.0mm
となるように切断した試料を作製し、これ等を強磁性共
鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測定したとこ
ろ、 1.0Ｏｅと小さな値を示した。そして、周波数9.2G
Hz一定での垂直共鳴磁界の温度変化をＦＭＲ装置により
調べたところ、共鳴磁界変動の頂点温度（図１参照）は
試料の形状に大きく依存し実施例１と同様のｈ／Ｌとの
関係は図２に●印で示すようになった。また、このもの
は頂点温度を中心とした約80〜 100℃の広い温度幅で垂
直共鳴磁界の変化は３×79.6（アンペア／ｍ）以下と極
めて小さかった。
で、短辺の長さＬを 0.6mm、 1.0mm、 1.5mm及び 2.0mm
となるように切断した試料を作製し、これ等を強磁性共
鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測定したとこ
ろ、 1.0Ｏｅと小さな値を示した。そして、周波数9.2G
Hz一定での垂直共鳴磁界の温度変化をＦＭＲ装置により
調べたところ、共鳴磁界変動の頂点温度（図１参照）は
試料の形状に大きく依存し実施例１と同様のｈ／Ｌとの
関係は図２に●印で示すようになった。また、このもの
は頂点温度を中心とした約80〜 100℃の広い温度幅で垂
直共鳴磁界の変化は３×79.6（アンペア／ｍ）以下と極
めて小さかった。
【００１９】実施例４ 実施例１で製造した構造物を直径Ｌが 0.6mm、 1.0mm、
1.5mm及び 2.0mmの円形となるように切断し、強磁性共
鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測定したとこ
ろ、 1.0Ｏｅと小さな値を示した。そして、周波数9.2G
Hz一定での垂直共鳴磁界の温度変化をＦＭＲ装置により
調べたところ、共鳴磁界変動の頂点温度は試料の形状に
大きく依存し図１に示すようになった。また、このもの
は頂点温度を中心とした約80〜 100℃の広い温度幅で垂
直共鳴磁界の変化は３×79.6（アンペア／ｍ）以下と極
めて小さかった。又、これ等の共鳴磁界の温度変化の頂
点温度のｈ／Ｌ比依存性を図２に●印で示すがこの結果
は実施例１、３と同様であった。
1.5mm及び 2.0mmの円形となるように切断し、強磁性共
鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測定したとこ
ろ、 1.0Ｏｅと小さな値を示した。そして、周波数9.2G
Hz一定での垂直共鳴磁界の温度変化をＦＭＲ装置により
調べたところ、共鳴磁界変動の頂点温度は試料の形状に
大きく依存し図１に示すようになった。また、このもの
は頂点温度を中心とした約80〜 100℃の広い温度幅で垂
直共鳴磁界の変化は３×79.6（アンペア／ｍ）以下と極
めて小さかった。又、これ等の共鳴磁界の温度変化の頂
点温度のｈ／Ｌ比依存性を図２に●印で示すがこの結果
は実施例１、３と同様であった。
【００２０】実施例５ 白金ルツボにガーネット成分となるY2O3、Bi2O3 、Ga2O
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約49.5℃低
い 890.5℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数1
2.383ÅのＧＧＧ基板を挿入し回転させ基板の＜１１１
＞方向にガーネットエピタキシャル膜を成長させた。成
長させたガーネットエピタキシャル膜の膜厚は54μｍで
あり、ＩＣＰ分析により膜組成の定量分析をおこなった
ところ、このもは組成Bi0.15Y2.85Fe4.34Ga0.66O12であ
る事が判った。膜の格子定数をボンド法により測定した
ところ、このものの格子定数は12.385Åであった。ま
た、振動子法により飽和磁化を測定したところ25℃での
飽和磁化は0.73×79.6（アンペア／ｍ）であった。Ｋｕ
g は1.26×103 （ジュール／m3）であった。又、△Ｈは
9.2GHzで 1.2Ｏｅと小さかった。次にこの構造物を0.83
mm角（Ｌ）に切断し、このものを用いて垂直共鳴を利用
した静磁波発振器を構成した。このガーネットエピタキ
シャル膜チップに垂直に一定の磁場をかけておき、該静
磁波発振器の発振周波数を温度を変化させて調べたとこ
ろ、発振周波数は温度に対して２次曲線状に変化し、そ
の発振周波数が頂点となる温度（頂点温度）は約−20℃
であり、この頂点温度を中心として約80℃の幅で発振周
波数の温度による変動は約 10MHz以下と小さかった。次
に、図２より頂点温度20℃のｈ／Ｌは 0.075であるので
（ｈ＝54μｍ）、この静磁波発振器にマウントされてい
るエピタキシャル膜チップの一部をＹＡＧレーザで焼い
て蒸発させて、エピタキシャル膜チップを略0.72mm角に
修正した。このガーネットエピタキシャル膜チップに垂
直に一定の磁場をかけておき、該静磁波発振器の発振周
波数を温度を変化させて調べたところ、発振周波数は温
度に対して２次曲線状に変化し、その発振周波数が頂点
となる温度（頂点温度）は約20℃であり、この頂点温度
を中心として約80℃の幅で発振周波数の温度による変動
は約 10MHz以下と小さかった。さらに、この静磁波発振
器にマウントされているエピタキシャル膜チップの一部
をＹＡＧレーザで焼いて蒸発させてエピタキシャル膜チ
ップを略 0.6mm角に修正した。このガーネットエピタキ
シャル膜チップに垂直に一定の磁場をかけておき、該静
磁波発振器の発振周波数を温度を変化させて調べたとこ
ろ、発振周波数は温度に対して２次曲線状に変化し、そ
の発振周波数が頂点となる温度（頂点温度）は約50℃で
あり、この頂点温度を中心として約80℃の幅で発振周波
数の温度による変動は約 10MHz以下と小さかった。
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約49.5℃低
い 890.5℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数1
2.383ÅのＧＧＧ基板を挿入し回転させ基板の＜１１１
＞方向にガーネットエピタキシャル膜を成長させた。成
長させたガーネットエピタキシャル膜の膜厚は54μｍで
あり、ＩＣＰ分析により膜組成の定量分析をおこなった
ところ、このもは組成Bi0.15Y2.85Fe4.34Ga0.66O12であ
る事が判った。膜の格子定数をボンド法により測定した
ところ、このものの格子定数は12.385Åであった。ま
た、振動子法により飽和磁化を測定したところ25℃での
飽和磁化は0.73×79.6（アンペア／ｍ）であった。Ｋｕ
g は1.26×103 （ジュール／m3）であった。又、△Ｈは
9.2GHzで 1.2Ｏｅと小さかった。次にこの構造物を0.83
mm角（Ｌ）に切断し、このものを用いて垂直共鳴を利用
した静磁波発振器を構成した。このガーネットエピタキ
シャル膜チップに垂直に一定の磁場をかけておき、該静
磁波発振器の発振周波数を温度を変化させて調べたとこ
ろ、発振周波数は温度に対して２次曲線状に変化し、そ
の発振周波数が頂点となる温度（頂点温度）は約−20℃
であり、この頂点温度を中心として約80℃の幅で発振周
波数の温度による変動は約 10MHz以下と小さかった。次
に、図２より頂点温度20℃のｈ／Ｌは 0.075であるので
（ｈ＝54μｍ）、この静磁波発振器にマウントされてい
るエピタキシャル膜チップの一部をＹＡＧレーザで焼い
て蒸発させて、エピタキシャル膜チップを略0.72mm角に
修正した。このガーネットエピタキシャル膜チップに垂
直に一定の磁場をかけておき、該静磁波発振器の発振周
波数を温度を変化させて調べたところ、発振周波数は温
度に対して２次曲線状に変化し、その発振周波数が頂点
となる温度（頂点温度）は約20℃であり、この頂点温度
を中心として約80℃の幅で発振周波数の温度による変動
は約 10MHz以下と小さかった。さらに、この静磁波発振
器にマウントされているエピタキシャル膜チップの一部
をＹＡＧレーザで焼いて蒸発させてエピタキシャル膜チ
ップを略 0.6mm角に修正した。このガーネットエピタキ
シャル膜チップに垂直に一定の磁場をかけておき、該静
磁波発振器の発振周波数を温度を変化させて調べたとこ
ろ、発振周波数は温度に対して２次曲線状に変化し、そ
の発振周波数が頂点となる温度（頂点温度）は約50℃で
あり、この頂点温度を中心として約80℃の幅で発振周波
数の温度による変動は約 10MHz以下と小さかった。
【００２１】実施例６ 白金ルツボにガーネット成分となるY2O3、Bi2O3 、Ga2O
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約50℃低い
890℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数12.383
ÅのＧＧＧ基板を挿入し回転させ基板の＜１１１＞方向
にガーネットエピタキシャル膜を成長させた。成長させ
たガーネットエピタキシャル膜の膜厚は54μｍであり、
ＩＣＰ分析により膜組成の定量分析をおこなったとこ
ろ、このものは組成Bi0.15Y2.85Fe4.34Ga0.66O12である
事が判った。膜の格子定数をボンド法により測定したと
ころ、このものの格子定数は12.385Åであった。また、
振動子法により飽和磁化を測定したところ25℃での飽和
磁化は0.73×79.6（アンペア／ｍ）であった。△Ｈは、
1.0Ｏｅと小さかった。Ｋｕg は1.46×103 （ジュール
／m3）であった。次にこの構造物を0.84mm角に切断し、
このものを用いて垂直共鳴を利用した静磁波発振器を構
成した。このガーネットエピタキシャル膜チップに垂直
に一定の磁場をかけておき、該静磁波発振器の発振周波
数を温度を変化させて調べたところ、発振周波数は温度
に対して２次曲線状に変化し、その発振周波数が頂点と
なる温度（頂点温度）は約75℃であり、この頂点温度を
中心として約90℃の幅で発振周波数の温度による変動は
約 10MHz以下と小さかった。次に、図２より頂点温度 1
10℃のｈ／Ｌは 0.075であるので（ｈ＝54μｍ）、この
静磁波発振器にマウントされているエピタキシャル膜チ
ップの一部をＹＡＧレーザで焼いて蒸発させて、エピタ
キシャル膜チップを略0.72mm角に修正した。このガーネ
ットエピタキシャル膜チップに垂直に一定の磁場をかけ
ておき、該静磁波発振器の発振周波数を温度を変化させ
て調べたところ、発振周波数は温度に対して２次曲線状
に変化し、その発振周波数が頂点となる温度（頂点温
度）は約110℃であり、この頂点温度を中心として約90
℃の幅で発振周波数の温度による変動は約 10MHz以下と
小さかった。さらに、この静磁波発振器にマウントされ
ているエピタキシャル膜チップの一部をＹＡＧレーザで
焼いて蒸発させてエピタキシャル膜チップを略 0.6mm角
に修正した。このガーネットエピタキシャル膜チップに
垂直に一定の磁場をかけておき、該静磁波発振器の発振
周波数を温度を変化させて調べたところ、発振周波数は
温度に対して２次曲線状に変化し、その発振周波数が頂
点となる温度（頂点温度）は約 140℃であり、この頂点
温度を中心として約90℃の幅で発振周波数の温度による
変動は約 10MHz以下と小さかった。
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約50℃低い
890℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数12.383
ÅのＧＧＧ基板を挿入し回転させ基板の＜１１１＞方向
にガーネットエピタキシャル膜を成長させた。成長させ
たガーネットエピタキシャル膜の膜厚は54μｍであり、
ＩＣＰ分析により膜組成の定量分析をおこなったとこ
ろ、このものは組成Bi0.15Y2.85Fe4.34Ga0.66O12である
事が判った。膜の格子定数をボンド法により測定したと
ころ、このものの格子定数は12.385Åであった。また、
振動子法により飽和磁化を測定したところ25℃での飽和
磁化は0.73×79.6（アンペア／ｍ）であった。△Ｈは、
1.0Ｏｅと小さかった。Ｋｕg は1.46×103 （ジュール
／m3）であった。次にこの構造物を0.84mm角に切断し、
このものを用いて垂直共鳴を利用した静磁波発振器を構
成した。このガーネットエピタキシャル膜チップに垂直
に一定の磁場をかけておき、該静磁波発振器の発振周波
数を温度を変化させて調べたところ、発振周波数は温度
に対して２次曲線状に変化し、その発振周波数が頂点と
なる温度（頂点温度）は約75℃であり、この頂点温度を
中心として約90℃の幅で発振周波数の温度による変動は
約 10MHz以下と小さかった。次に、図２より頂点温度 1
10℃のｈ／Ｌは 0.075であるので（ｈ＝54μｍ）、この
静磁波発振器にマウントされているエピタキシャル膜チ
ップの一部をＹＡＧレーザで焼いて蒸発させて、エピタ
キシャル膜チップを略0.72mm角に修正した。このガーネ
ットエピタキシャル膜チップに垂直に一定の磁場をかけ
ておき、該静磁波発振器の発振周波数を温度を変化させ
て調べたところ、発振周波数は温度に対して２次曲線状
に変化し、その発振周波数が頂点となる温度（頂点温
度）は約110℃であり、この頂点温度を中心として約90
℃の幅で発振周波数の温度による変動は約 10MHz以下と
小さかった。さらに、この静磁波発振器にマウントされ
ているエピタキシャル膜チップの一部をＹＡＧレーザで
焼いて蒸発させてエピタキシャル膜チップを略 0.6mm角
に修正した。このガーネットエピタキシャル膜チップに
垂直に一定の磁場をかけておき、該静磁波発振器の発振
周波数を温度を変化させて調べたところ、発振周波数は
温度に対して２次曲線状に変化し、その発振周波数が頂
点となる温度（頂点温度）は約 140℃であり、この頂点
温度を中心として約90℃の幅で発振周波数の温度による
変動は約 10MHz以下と小さかった。
【００２２】比較例１ 白金ルツボにガーネット成分となるY2O3、Bi2O3 、Ga2O
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約10℃低い
930℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数12.367
Åの直径50mm、厚さ 0.5mmのＹ置換ＧＧＧ基板を挿入し
回転させ基板の＜１１１＞方向にガーネットエピタキシ
ャル膜を成長させた。成長させたガーネットエピタキシ
ャル膜の膜厚は47μｍであり、ＩＣＰ分析により膜組成
の定量分析をおこなったところ、このものは組成Bi0.06
Y2.94Fe4.08Ga0.92O12である事が判った。膜の格子定数
をボンド法により測定したところ、このものの格子定数
は12.369Åであった。また、振動子法により飽和磁化を
測定したところ25℃での飽和磁化は0.38×79.6（アンペ
ア／ｍ）であった。Ｋｕg は0.00×103 （ジュール／m
3）であった。次にこの構造物を0.59mm角、0.74mm角、
0.98mm角及び1.47mm角に切断した試料を作製し、これ等
を強磁性共鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測
定したところ、4.3Ｏｅと大きな値を示した。そして、
図３に示すように周波数9.2GHz一定での垂直共鳴磁界の
温度変化をＦＭＲ装置により調べたところ、共鳴磁界変
動の頂点温度は試料の形状にあまり依存せず、このもの
は頂点温度を中心とした約40℃と成長誘導異方性磁界を
持たない従来の材料と同様な温度幅で垂直共鳴磁界の変
化は３×79.6（アンペア／ｍ）以下であった。このもの
の共鳴磁界の温度変化の頂点温度の試料のｈ／Ｌ依存性
を図２に▲で示したが頂点温度はｈ／Ｌに依存しない結
果を示している。
3 、Fe2O3 及びフラックス成分として PbO、B2O3を充填
し、 1,100℃で溶融した後、過飽和温度より約10℃低い
930℃にメルト温度を保ち、この融液に格子定数12.367
Åの直径50mm、厚さ 0.5mmのＹ置換ＧＧＧ基板を挿入し
回転させ基板の＜１１１＞方向にガーネットエピタキシ
ャル膜を成長させた。成長させたガーネットエピタキシ
ャル膜の膜厚は47μｍであり、ＩＣＰ分析により膜組成
の定量分析をおこなったところ、このものは組成Bi0.06
Y2.94Fe4.08Ga0.92O12である事が判った。膜の格子定数
をボンド法により測定したところ、このものの格子定数
は12.369Åであった。また、振動子法により飽和磁化を
測定したところ25℃での飽和磁化は0.38×79.6（アンペ
ア／ｍ）であった。Ｋｕg は0.00×103 （ジュール／m
3）であった。次にこの構造物を0.59mm角、0.74mm角、
0.98mm角及び1.47mm角に切断した試料を作製し、これ等
を強磁性共鳴装置（ＦＭＲ）により9.2GHzでの△Ｈを測
定したところ、4.3Ｏｅと大きな値を示した。そして、
図３に示すように周波数9.2GHz一定での垂直共鳴磁界の
温度変化をＦＭＲ装置により調べたところ、共鳴磁界変
動の頂点温度は試料の形状にあまり依存せず、このもの
は頂点温度を中心とした約40℃と成長誘導異方性磁界を
持たない従来の材料と同様な温度幅で垂直共鳴磁界の変
化は３×79.6（アンペア／ｍ）以下であった。このもの
の共鳴磁界の温度変化の頂点温度の試料のｈ／Ｌ依存性
を図２に▲で示したが頂点温度はｈ／Ｌに依存しない結
果を示している。
【００２３】比較例２ 実施例１で製造した構造物を正方形の辺の長さを 0.2mm
としｈ／Ｌが0.27より大きく加工すると加工面の欠けが
無視できなくなり△Ｈが 2Ｏｅ以上と大きくなった。
としｈ／Ｌが0.27より大きく加工すると加工面の欠けが
無視できなくなり△Ｈが 2Ｏｅ以上と大きくなった。
【００２４】
【発明の効果】本発明の格子定数12.363〜12.386Åの間
の一定値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピ
タキシャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12
（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元
素、ｘは 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは0.6≦ｙ≦0.8 ）で示
されるガーネット磁性単結晶において、該ガーネット磁
性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕ
g)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦1.5×103 （ここでＫｕg の
単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸化物単結
晶及びこれを用いてなる静磁波素子の製造方法におい
て、該エピタキシャル膜の膜厚ｈと略矩形状もしくは略
楕円状の試料において、短い方の辺の長さをＬで表した
とき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とする
ことにより共鳴周波数を一定に保ったとき、温度変化に
より略２次曲線状に変化する垂直共鳴磁界の頂点となる
温度（頂点温度）が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値と
なるように調節することが出来る。このとき、頂点温度
付近での温度特性を劣化させること無く、同時に△Ｈが
小さく保たれることにより、有用なガーネット磁性酸化
物単結晶及び静磁波素子が得られるとされる。
の一定値を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピ
タキシャル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12
（ここで、ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元
素、ｘは 0.002≦ｘ≦0.4 、ｙは0.6≦ｙ≦0.8 ）で示
されるガーネット磁性単結晶において、該ガーネット磁
性単結晶の＜１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕ
g)が 0.3×103 ≦Ｋｕg ≦1.5×103 （ここでＫｕg の
単位はジュール／m3）であるガーネット磁性酸化物単結
晶及びこれを用いてなる静磁波素子の製造方法におい
て、該エピタキシャル膜の膜厚ｈと略矩形状もしくは略
楕円状の試料において、短い方の辺の長さをＬで表した
とき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とする
ことにより共鳴周波数を一定に保ったとき、温度変化に
より略２次曲線状に変化する垂直共鳴磁界の頂点となる
温度（頂点温度）が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値と
なるように調節することが出来る。このとき、頂点温度
付近での温度特性を劣化させること無く、同時に△Ｈが
小さく保たれることにより、有用なガーネット磁性酸化
物単結晶及び静磁波素子が得られるとされる。
【図１】本発明の試料の共鳴磁界の変動の温度との関係
を示した図。
を示した図。
【図２】本発明の実施例１〜６及び比較例１の試料のｈ
／Ｌと頂点温度の関係を示した図。
／Ｌと頂点温度の関係を示した図。
【図３】比較例１の試料の共鳴磁界の変動の温度との関
係を示した図。
係を示した図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｐ 3/00 // Ｈ０１Ｐ 1/215
Claims (2)
- 【請求項１】 格子定数12.363〜12.386Åの間の一定値
を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピタキシャ
ル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここで、
ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元素、ｘは0.
02≦ｘ≦0.4、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8 ）で示されるガーネ
ット磁性単結晶において、該ガーネット磁性単結晶の＜
１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が 0.3×10
3 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫｕg の単位はジュー
ル／m3）であるガーネット磁性酸化物単結晶の製造方法
において、このものの共鳴周波数を一定の値に保ったと
きの温度変化により略２次曲線状に変化する垂直共鳴磁
界の頂点となる温度（頂点温度）、もしくは該ガーネッ
ト酸化物単結晶に加える磁界を一定の値に保ったときの
垂直共鳴が温度変化により略２次曲線状に変化する垂直
共鳴周波数が頂点となる温度（頂点温度）を略矩形状も
しくは略楕円形状の試料についてあらかじめ測定してか
ら、このものの頂点温度が-100℃〜 200℃の範囲の所望
の値となるように、該エピタキシャルの膜厚ｈと略矩形
状もしくは略楕円形状の試料の短い方の辺の長さをＬで
表したとき、ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲
とすることを特徴とするガーネット磁性酸化物単結晶の
製造方法。 - 【請求項２】 格子定数12.363〜12.386Åの間の一定値
を有する基板単結晶の＜１１１＞方向に、エピタキシャ
ル成長させた膜組成 (BixY3-x)(Fe5-yMy)O12（ここで、
ＭはＧａ、Ａｌから選択される１つ以上の元素、ｘは0.
02≦ｘ≦0.4、ｙは 0.6≦ｙ≦0.8 ）で示されるガーネ
ット磁性単結晶において、該ガーネット磁性単結晶の＜
１１１＞方向の成長誘導異方性定数 (Ｋｕg)が 0.3×10
3 ≦Ｋｕg ≦ 1.5×103 （ここでＫｕg の単位はジュー
ル／m3）であるガーネット磁性酸化物単結晶を用いてな
る静磁波素子の製造方法において、該ガーネット酸化物
単結晶からなる静磁波素子に加える磁界を一定の値に保
ったときの垂直共鳴の周波数が温度変化により略２次曲
線状に変化する垂直共鳴周波数が頂点となる温度（頂点
温度）をあらかじめ測定してから、このものの頂点温度
が-100℃〜 200℃の範囲の所望の値となるように該ガー
ネット磁性酸化物単結晶の膜厚ｈと略矩形状もしくは略
楕円形状の試料の短い方の辺の長さをＬで表したとき、
ｈ／Ｌの値を 0.001≦ｈ／Ｌ≦0.25の範囲とするこを特
徴とする静磁波素子の製造方法。
Priority Applications (2)
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| JP6310180A JPH08165197A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP6310180A JPH08165197A (ja) | 1994-12-14 | 1994-12-14 | ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法 |
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Family
ID=18002139
Family Applications (1)
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Country Status (2)
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|---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-12-12 US US08/571,097 patent/US5785752A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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