特開 2023-147094 アイソレータ及びアイソレータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147094

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】アイソレータ及びアイソレータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/126 20060101AFI20231004BHJP

【ＦＩ】

G02B6/126

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054656

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100132045

【弁理士】

【氏名又は名称】坪内 伸

(74)【代理人】

【識別番号】100195534

【弁理士】

【氏名又は名称】内海 一成

(72)【発明者】

【氏名】後藤 太一

(72)【発明者】

【氏名】杉田 丈也

(72)【発明者】

【氏名】丹波 泰之

(72)【発明者】

【氏名】井上 広章

【テーマコード（参考）】

2H147

【Ｆターム（参考）】

2H147AB02

2H147AB04

2H147AB11

2H147AB22

2H147AC07

2H147BD02

2H147BE03

2H147BE11

2H147DA09

2H147DA10

2H147EA07D

2H147EA13A

2H147EA13C

2H147EA14B

2H147EA14C

2H147EA16C

2H147FA05

2H147FA09

2H147FB01

2H147FC02

2H147FC05

(57)【要約】

【課題】非相反性材料による基板上の素子に対する影響を低減するアイソレータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アイソレータ１０は、基板５０と、基板５０上に位置する導波路２１、２２及び電子回路６０と、導波路２１、２２及び電子回路６０の上に位置する非相反性部材４０とを備える。非相反性部材４０のうち電子回路６０から所定範囲６２内に位置する部分における非相反性は、導波路２１、２２に接触する部分における非相反性よりも弱い状態になっている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上に位置する導波路及び電子回路と、
前記導波路及び前記電子回路の上に位置する非相反性部材と
を備え、
前記非相反性部材のうち前記電子回路から所定範囲内に位置する部分における非相反性は、前記導波路に接触する部分における非相反性よりも弱い状態になっている、
アイソレータ。

【請求項2】

前記非相反性部材は、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）を含む、請求項１に記載のアイソレータ。

【請求項3】

前記非相反性部材のうち前記電子回路から所定範囲内に位置する部分における結晶化の度合いは、前記導波路に接触する部分における結晶化の度合いよりも小さい、請求項１又は２に記載のアイソレータ。

【請求項4】

前記非相反性部材の結晶化された部分の格子定数は、前記基板のうち前記非相反性部材の結晶化された部分に接している部分の格子定数と異なる、請求項１から３までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項5】

前記非相反性部材の結晶化された部分と前記基板との間に、前記非相反性部材又は前記基板の非晶質の部分が位置する、請求項４に記載のアイソレータ。

【請求項6】

前記非相反性部材の結晶化された部分において所定粒径以上の粒径を有する結晶の割合が所定割合以上である、請求項１から５までのいずれか一項に記載のアイソレータ。

【請求項7】

基板の上に導波路及び電子回路を形成し、
前記導波路及び前記電子回路の上に非相反性部材を形成し、
前記非相反性部材のうち前記導波路に接触する部分を含み、かつ、前記電子回路から所定範囲内を含まない範囲にレーザ光を照射する、
アイソレータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アイソレータ及びアイソレータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁気光学材料Ｃｅ：ＹＩＧを導波層として用いる光アイソレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００７／０８３４１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非相反性材料を用いたアイソレータを半導体基板上に形成する場合、非相反性材料による半導体基板上の素子に対する影響を低減することが求められる。

【0005】

本開示は、非相反性材料による基板上の素子に対する影響を低減できるアイソレータ及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態に係るアイソレータは、基板と、前記基板の上に位置する導波路及び電子回路と、前記導波路及び前記電子回路の上に位置する非相反性部材とを備える。前記非相反性部材のうち前記電子回路から所定範囲内に位置する部分における非相反性は、前記導波路に接触する部分における非相反性よりも弱い状態になっている。

【0007】

本開示の一実施形態に係るアイソレータの製造方法は、基板の上に導波路及び電子回路を形成することと、前記導波路及び前記電子回路の上に非相反性部材を形成することとを含む。前記アイソレータの製造方法は、前記非相反性部材のうち前記導波路に接触する部分を含み、かつ、前記電子回路から所定範囲内を含まない範囲にレーザ光を照射することを含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一実施形態に係るアイソレータ及びその製造方法によれば、非相反性材料による基板上の素子に対する影響が低減され得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るアイソレータの構成例を示す平面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】導波路が略円形のレーザ照射領域内につづら折り状に配置される構成例を示す平面図である。

【図4】レーザを照射する構成例を示す側面図である。

【図5】非相反性部材に照射するレーザパワーと、レーザを照射された非相反性部材のファラデー回転角との関係を示すグラフである。

【図6】非相反性部材にレーザを照射するときのレンズ位置と、レーザを照射された非相反性部材のファラデー回転角との関係を示すグラフである。

【図7】ファラデー回転角が大きいときの非相反性部材の表面の写真例である。

【図8】ファラデー回転角が小さいときの非相反性部材の表面の写真例である。

【図9】結晶化した非相反性部材のＸＲＤ測定の結果の一例を示すグラフである。

【図10A】基板の上に導波路と電子回路と絶縁層とを形成する工程を示す断面図である。

【図10B】導波路の側面が露出するように絶縁層に溝を形成し、更に非相反性部材を成膜する工程を示す断面図である。

【図10C】非相反性部材の一部にレーザを照射して結晶化させる工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（アイソレータ１０の構成例）
図１及び図２に示されるように、一実施形態に係るアイソレータ１０は、基板５０の上に形成された、第１導波路２１と、第２導波路２２と、非相反性部材４０と、第１分岐部８１と、第２分岐部８２とを備える。第１導波路２１及び第２導波路２２は、単に導波路とも称される。非相反性材料とは、磁気光学効果により、物質から受ける効果が、光の伝搬方向によって異なる材料である。

【0011】

アイソレータ１０は、第１分岐部８１に入力されたＴＥモードの電磁波を第２分岐部８２に透過させ、第２分岐部８２に入力されたＴＥモードの電磁波を遮断して第１分岐部８１に透過させないように構成される。電磁波が第１分岐部８１から第２分岐部８２に伝搬する方向は、第１方向とも称される。電磁波が第２分岐部８２から第１分岐部８１に伝搬する方向は、第２方向とも称される。つまり、アイソレータ１０は、ＴＥモードの電磁波を第１方向に透過させ、第２方向に透過させない。

【0012】

アイソレータ１０の第１分岐部８１に入力される電磁波は、光源から射出される。光源は、基板５０の上に設けられてよい。アイソレータ１０の第２分岐部８２から出力される電磁波は、変調器によって信号に変換される。変調器によって変換された信号は、高周波伝送回路から外部に伝送される。変調器又は高周波伝送回路は、基板５０の上に設けられてよい。光源、変調器又は高周波伝送回路は、電子回路６０と総称されるとする。

【0013】

アイソレータ１０は、非対称マッハツェンダー干渉計の原理を用いて非対称な電磁波の伝搬特性を実現する。アイソレータ１０は、第１導波路２１を第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれとが同じになるように構成される。また、アイソレータ１０は、第１導波路２１を第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれとの間に波長の１／４に相当する分（９０度の位相）だけ差が生じるように構成される。

【0014】

位相のずれは、導波路の線路長によって調整され得るし、導波路の実効屈折率によって調整され得る。アイソレータ１０は、非相反性部材４０が存在しない場合に第１導波路２１を伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ進むように構成されるとする。非相反性部材４０が存在しない場合、電磁波がアイソレータ１０を第１方向に伝搬する場合でも第２方向に伝搬する場合でも第１導波路２１を伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ進む。したがって、単に導波路の線路長又は実効屈折率を設定しても、第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれ方と第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれ方とが同じになる。そこで、アイソレータ１０は、導波路を第１方向に伝搬する電磁波の位相のずれと第２方向に伝搬する電磁波の位相のずれとを異ならせるように、導波路の少なくとも一部に沿って位置する非相反性部材４０を備える。非相反性部材４０を備える導波路は、磁場の印加によって非相反性導波路として機能する。

【0015】

非相反性導波路は、伝搬する電磁波の位相を進ませたり遅らせたりする。本実施形態に係るアイソレータ１０は、電磁波の伝搬方向に向かって導波路を見たときに非相反性部材４０が導波路の右側に位置する場合に、その電磁波の位相を波長の１／８に相当する分（４５度の位相）だけ遅らせるとする。また、アイソレータ１０は、電磁波の伝搬方向に向かって導波路を見たときに非相反性部材４０が導波路の左側に位置する場合に、その電磁波の位相を波長の１／８に相当する分（４５度の位相）だけ進ませるとする。

【0016】

図１の例において、電磁波が第１方向（図１でＸ軸の正の方向）に伝搬する場合、非相反性部材４０は、第１導波路２１の第１方向に向かって右側に位置する。また、非相反性部材４０は、第２導波路２２の第１方向に向かって左側に位置する。したがって、第１方向に伝搬する電磁波の位相は、第１導波路２１で４５度だけ遅れ、第２導波路２２で４５度だけ進む。上述したように、アイソレータ１０は、非相反性部材４０が存在しない場合に第１導波路２１を第１方向に伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を第１方向に伝搬する電磁波の位相に対して９０度だけ進むように構成される。そうすると、第１導波路２１を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相の進みが４５度になる。一方で、第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相の進みが４５度になる。その結果、第１導波路２１を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれとの差が０度になる。つまり、第１導波路２１を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれとが同じになる。

【0017】

一方で、電磁波が第２方向（図１でＸ軸の負の方向）に伝搬する場合、非相反性部材４０は、第１導波路２１の第２方向に向かって左側に位置する。また、非相反性部材４０は、第２導波路２２の第２方向に向かって右側に位置する。したがって、第２方向に伝搬する電磁波の位相は、第１導波路２１で４５度だけ進み、第２導波路２２で４５度だけ遅れる。上述したように、アイソレータ１０は、非相反性部材４０が存在しない場合に第１導波路２１を第２方向に伝搬する電磁波の位相が第２導波路２２を第２方向に伝搬する電磁波の位相よりも９０度だけ進むように構成される。そうすると、第１導波路２１を第２方向に向かって伝搬する電磁波の位相の進みが１３５度になる。一方で、第２導波路２２を第２方向に向かって伝搬する電磁波の位相の遅れが４５度になる。その結果、第１導波路２１を第２方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれと第２導波路２２を第１方向に向かって伝搬する電磁波の位相のずれとの差が１８０度になる。

【0018】

以上述べてきたように構成されるアイソレータ１０において、第１導波路２１を伝搬する電磁波と第２導波路２２を伝搬する電磁波との間の位相差が、第１方向に伝搬する場合において０度になり、第２方向に伝搬する場合において１８０度になる。このようにすることで、アイソレータ１０は、第１方向に伝搬する電磁波を透過させ、第２方向に伝搬する電磁波を透過させないように構成される。

【0019】

アイソレータ１０の導波路及び非相反性部材４０は、基板面５０Ａを有する基板５０の上に形成されている。基板５０は、金属等の導体、シリコン等の半導体、ガラス、又は樹脂等を含んで構成されてよい。本実施形態において、基板５０は、シリコン（Ｓｉ）であるとするが、これに限られず、他の種々の材料であってよい。

【0020】

基板５０は、基板面５０Ａの上にシリコン酸化膜等の絶縁体で構成されるボックス層５２を備える。導波路は、ボックス層５２の上に位置する。基板５０は、導波路の上に位置する絶縁層５４を更に備える。基板５０は、ボックス層５２の上、又は、絶縁層５４の中若しくは上に位置する電子回路６０を更に備える。

【0021】

基板５０は、導波路の少なくとも一部を露出させるように絶縁層５４に設けられている溝３０を更に備える。溝３０は、導波路に沿って延在する。溝３０は、その延在方向（図１においてＸ軸方向）に向かって見た断面（図２）において底部と側部とを有する。溝３０の底部の位置は、図２に示されるようにボックス層５２の中であってもよいし、導波路の下面（ボックス層５２の上面）の位置と略同一であってよい。

【0022】

基板５０は、絶縁層５４、溝３０、及び溝３０で露出している導波路を覆う非相反性部材４０を更に備える。非相反性部材４０は、基板５０への成膜によって形成され、溝３０の底部及び側部、並びに、絶縁層５４の上面に位置する。非相反性部材４０は、第１導波路２１及び第２導波路２２に沿って位置する溝３０において、第１導波路２１及び第２導波路２２の側面に接触する。

【0023】

導波路は、ボックス層５２と絶縁層５４と非相反性部材４０とに囲まれている。導波路は、コアとも称される。ボックス層５２及び絶縁層５４は、クラッドとも称される。コア及びクラッドは、誘電体を含んで構成されてよい。導波路は、誘電体線路とも称される。コア及びクラッドの材質は、コアの比誘電率がクラッドの比誘電率よりも大きくなるように定められる。言い換えれば、コア及びクラッドの材質は、クラッドの屈折率がコアの屈折率より大きくなるように定められる。このようにすることで、コアを伝搬する電磁波は、クラッドとの境界において全反射され得る。その結果、コアを伝搬する電磁波の損失が低減され得る。

【0024】

コア及びクラッドの比誘電率は、空気の比誘電率よりも大きくされてよい。コア及びクラッドの比誘電率が空気の比誘電率よりも大きくされることで、アイソレータ１０からの電磁波の漏れが抑制され得る。結果として、アイソレータ１０から外部に電磁波が放射されることによる損失が低減され得る。

【0025】

本実施形態において、コアとしての導波路の材質は、シリコン（Ｓｉ）であるとするが、これに限られず、他の種々の材料であってよい。クラッドとしてのボックス層５２及び絶縁層５４の材質は、石英ガラス又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）であるとするが、これに限られず、他の種々の材料であってよい。シリコン及び石英ガラスの比誘電率はそれぞれ、約１２及び約２である。シリコンは、約１．２μｍ～約６μｍの近赤外波長を有する電磁波を低損失で伝搬させ得る。導波路は、シリコンで構成される場合、光通信で使用される１．３μｍ帯又は１．５５μｍ帯の波長を有する電磁波を低損失で伝搬させ得る。

【0026】

本実施形態において、非相反性部材４０の材料としてＣｅ：ＹＩＧ（セリウム置換のイットリウム・鉄・ガーネット）が用いられる。非相反性部材４０の材料として、Ｂｉ：ＹＩＧ（ビスマス置換のＹＩＧ）等のＹＩＧの一部置換物質のような透明状磁性体が用いられてもよい。これらに限られず他の種々の磁性材料が非相反性部材４０として用いられてよい。

【0027】

ＹＩＧ系の非相反性部材４０は、その結晶化が十分に進行することによって十分な非相反性を発現させる。非相反性部材４０を所定温度以上に加熱することによって非相反性部材４０の結晶化が進行する。しかし、基板５０に形成された導波路又は配線等の他の構成への影響を考慮すれば、非相反性部材４０の成膜時において基板５０の全体を所定温度以上に加熱することは難しい。したがって、基板５０を加熱しない状態の成膜によって溝３０に形成された非相反性部材４０は、十分に結晶化されておらず、そのままで十分な非相反性を発現させない。

【0028】

そこで、本実施形態に係るアイソレータ１０において、非相反性部材４０を結晶化させるために、レーザ光の照射によって非相反性部材４０が加熱される。レーザ光として、非相反性部材４０による光の吸収効率が高い波長の光が用いられる。非相反性部材４０がＣｅ：ＹＩＧである場合、可視光の吸収効率が高い。したがって、加熱のために可視光レーザが用いられてよい。

【0029】

非相反性部材４０によって発現する非相反性は、導波路を進行する電磁波の位相に対して影響を及ぼすとともに、電子回路６０の動作に対しても影響を及ぼし得る。本実施形態に係るアイソレータ１０において、電子回路６０を含む影響範囲６２の中に位置する非相反性部材４０は、非相反性を発現しない、又は、弱い非相反性しか発現しないように構成される。逆に、導波路に接触する部分に位置する非相反性部材４０は、導波路を進行する電磁波の位相が所定値（例えば４５度）だけ進んだり遅れたりするために必要な非相反性を発現するように構成される。

【0030】

非相反性部材４０のうち、導波路に接触する部分に位置して必要な非相反性を発現するように構成される部分は、第１部分４１とも称される。非相反性部材４０のうち、電子回路６０を含む影響範囲６２の中に位置して電子回路６０に影響を及ぼすほどの非相反性を発現しないように構成される部分は、第２部分４２とも称される。第２部分４２は、非相反性部材４０の中において、第１部分４１よりも弱い非相反性しか発現しない部分、又は、非相反性を発現しない部分に相当する。言い換えれば、非相反性部材４０のうち電子回路６０から所定範囲内（影響範囲６２の中）に位置する部分（第２部分４２）における非相反性は、導波路に接触する部分（第１部分４１）における非相反性よりも弱い状態になっている。

【0031】

本実施形態に係るアイソレータ１０において、レーザ光を照射して非相反性部材４０を加熱する際に、非相反性部材４０が第１部分４１と第２部分４２とを含むように、レーザ光が部分的に照射される。レーザ光は、第１部分４１の結晶化を進行させ、第２部分４２の結晶化を進行させないように、基板５０の上に成膜した非相反性部材４０のうち第１部分４１に照射される。このようにすることで、非相反性部材４０は、選択的に結晶化され得る。その結果、結晶化した非相反性部材４０の第１部分４１による電子回路６０に対する影響が低減され得る。

【0032】

非相反性部材４０を加熱する際に、電子回路６０の温度が上昇し得る。電子回路６０の温度の上昇は、電子回路６０の特性を変化させ得る。つまり、非相反性部材４０の加熱は電子回路６０に影響を及ぼし得る。電子回路６０を含む影響範囲６２にレーザ光が照射されないことによって、電子回路６０の温度が上昇しにくくなる。言い換えれば、レーザ光が選択的に照射されることによって、電子回路６０に対する影響が低減され得る。

【0033】

アイソレータ１０は、レーザ光が非相反性部材４０の第１部分４１に照射されて第２部分４２に照射されないようにレーザ光を遮断又は減衰させるマスクを備えてもよい。マスクは、レーザ光の透過率が透過閾値未満になるように、例えばアルミ等の金属を材料として構成されてよい。

【0034】

以上述べてきたように、本実施形態に係るアイソレータ１０において、電子回路６０等の基板５０の上の素子に影響を及ぼしにくいように、非相反性部材４０が選択的に加熱される。このようにすることで、加熱処理を必要とする材料を非相反性部材４０として用いた場合でも、電子回路６０等の基板５０の上の素子に及ぼす影響が低減され得る。

【0035】

図３に示されるように、第１導波路２１及び第２導波路２２はそれぞれ、つづら折り状に配置されてもよい。言い換えれば、導波路は、延在方向が変化する部分を有してよい。導波路は、略円形の領域の中につづら折り状に位置してもよい。導波路は、略円形のレーザ照射領域ＬＳの中に入るように配置されてよい。このようにすることで、レーザ光が非相反性部材４０の加熱に有効に利用され得る。また、電子回路６０等の素子は、レーザ照射領域ＬＳの外に配置されてよい。このようにすることで、レーザ光照射が電子回路６０等の基板５０の上の素子に影響を及ぼしにくくなる。

【0036】

図４に示されるように、本実施形態に係るアイソレータ１０において、非相反性部材４０に対してレーザ光を照射するために、照射装置７０が用いられてよい。照射装置７０は、レーザ光源７２と、レンズ７４と、ステージ７８とを備える。ステージ７８は、基板５０を載置可能に構成される。レーザ光源７２は、レーザ光７６を射出する。レーザ光７６は、レンズ７４によって収束される。収束されたレーザ光７６は、ステージ７８の上に載置されている基板５０の上の非相反性部材４０に入射して非相反性部材４０を加熱する。基板５０の上においてレーザ光７６が照射される範囲は、ＬＳとして表される。ステージ７８は、ＸＹ平面に沿って基板５０の位置を制御可能に構成される。照射装置７０は、ステージ７８の上で基板５０の位置を制御し、かつ、レーザ光源７２からのレーザ光７６の射出を制御することによって、基板５０に対してレーザ光７６を照射する範囲を制御する。

【0037】

レーザ光７６は、パルスレーザであってもよいし、連続発振レーザ（ＣＷ発振レーザ）であってもよい。レーザ光７６がパルスレーザである場合、短時間で大きいエネルギーが非相反性部材４０に与えられる。このようにすることで、基板５０に熱が逃げる前に非相反性部材４０の温度が上昇する。その結果、非相反性部材４０が効率的に加熱される。パルスレーザの条件は、例えば、以下のように設定されてよい。
・波長：532ナノメートル（nm）
・走査速度：100マイクロメートル毎秒（μm/s）～10ミリメートル毎秒（mm/s）
・レーザ照射スポットの直径：1～1000マイクロメートル（μm）
・出力平均パワー：0.1～10ワット（W）

【0038】

基板５０が大気中で加熱される場合、基板５０に含まれる導波路又は電子回路６０等の素子が酸化され得る。基板５０に含まれる素子が酸化されないように、照射装置７０は、基板５０を載置するステージ７８を収容する真空チャンバを更に備えてよい。レーザ光源７２又はレンズ７４は、真空チャンバの中に収容されてもよいし、真空チャンバの外に設置されてもよい。レーザ光源７２又はレンズ７４が真空チャンバの外に設置される場合、真空チャンバは、レーザ光７６を透過させる窓を有してよい。

【0039】

＜非相反性部材４０の状態の特定＞
非相反性部材４０の状態は、ファラデー回転角の測定値によって特定されてよい。非相反性部材４０のファラデー回転角の測定値が大きいほど、その非相反性部材４０によって発現する非相反性が強い。図５及び図６に例示されるように、ファラデー回転角の測定値は、レーザ光７６のパワー又はレンズ７４の位置に応じて変化する。図５及び図６の縦軸は、非相反性部材４０のファラデー回転角の測定値を表す。図５の横軸は、レーザ光７６のパワーを表す。図６の横軸は、レンズ７４の位置を表す。

【0040】

レーザ光７６のパワーが大きいほど、レーザ光７６を非相反性部材４０に照射したときの非相反性部材４０の温度が高くなる。また、レーザ光７６をレンズ７４によって収束させたときのレンズ７４の焦点位置が非相反性部材４０の位置に近いほど、レーザ光７６のパワーが非相反性部材４０の加熱に効率的に利用され、非相反性部材４０の温度が高くなる。

【0041】

具体的に、図５に示されるように、レーザ光７６のパワーがＲ１で表される範囲内であるときに、ファラデー回転角がＦＴＨで表される閾値以上になっている。また、図６に示されるように、レンズ７４の位置がＲ２で表される範囲内であるときに、ファラデー回転角がＦＴＨで表される閾値以上になっている。図５及び図６に示されるグラフによれば、照射装置７０によるレーザ光７６の照射条件が適切に設定されて非相反性部材４０の温度が所定範囲内まで上昇することによって、非相反性部材４０の結晶化が十分に進行し、ファラデー回転角が閾値以上になる。

【0042】

図７に写真として例示されるように、ファラデー回転角が閾値以上になったときの非相反性部材４０は、十分に結晶化することによって略均一に結晶化されている。略均一に結晶化されている状態は、所定粒径以上の粒径を有する結晶の割合が所定割合以上になっている状態に対応する。言い換えれば、非相反性部材４０に含まれる各結晶の粒径の差が小さくなっている。

【0043】

非相反性部材４０の温度が十分に上昇しなかった場合（温度が低すぎた場合）、非相反性部材４０の結晶化が十分に進行しないことによって、ファラデー回転角が大きくならない。図８に写真として例示されるように、結晶化が不十分な箇所を含む非相反性部材４０に含まれる各結晶の粒径の差が大きくなっている。また、非相反性部材４０の温度が高くなりすぎた場合、非相反性部材４０の構造相転移を生じ、磁気光学効果が消失する。

【0044】

非相反性部材４０の結晶状態は、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ装置）で得られる測定結果によって特定され得る。ＸＲＤの測定は、測定対象の試料（結晶）におけるＸ線の回折条件を表すブラッグの式ｎλ＝２ｄ・ｓｉｎθに基づく。ｄは、測定対象の試料（結晶）の原子配列の格子面間隔を表す。ｎは、Ｘ線の次数を表す。λは、ＸＲＤ測定で用いる特性Ｘ線の波長を表す。θは、試料（結晶）の表面に対するＸ線の入射角度を表す。

【0045】

ＸＲＤの測定結果は、図９に例示されるように、横軸をＸ線の回折角（２θ）とし、縦軸を回折強度としたグラフによって表される。回折角は、試料にＸ線が入射する方向と試料で回折したＸ線が進む方向との角度である。非相反性部材４０がＹＩＧである場合、結晶化が進んでいる非相反性部材４０の測定波形にピークが現れる。非相反性部材４０の第１部分４１は、単結晶であってもよいし多結晶であってもよい。非相反性部材４０の第１部分４１が多結晶である場合、ＸＲＤの測定結果の波形において、図９に例示されるように、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３で表される３つのピークが現れ得る。非相反性部材４０の第１部分４１が単結晶である場合、ＸＲＤの測定結果の波形において、１つのピークが現れ得る。

【0046】

本実施形態に係るアイソレータ１０は、非相反性部材４０の第２部分４２の結晶化の度合いが第１部分４１の結晶化の度合いよりも小さくなるように構成される。結晶化の度合いは、ＸＲＤの測定波形のピークの強度によって特定され得る。第２部分４２の測定結果のピークの強度が第１部分４１の測定結果のピークの強度よりも低い場合、第２部分４２の結晶化の度合いが第１部分４１の結晶化の度合いよりも小さくなっていることが確認される。非相反性部材４０の結晶化の度合いは、ＸＲＤに限られず、他の手法によっても特定され得る。例えば、非相反性部材４０を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等によってサブナノオーダーの分解能で観察した像に基づいて、非相反性部材４０の結晶化の度合いが特定され得る。

【0047】

非相反性部材４０の結晶化された部分（第１部分４１）の格子定数は、基板５０のうち非相反性部材４０の結晶化された部分（第１部分４１）に接している部分の格子定数と異なるように構成されてよい。本実施形態に係るアイソレータ１０において、非相反性部材４０は、成膜された後で結晶化される。したがって、第１部分４１の格子定数は、基板５０の格子定数と一致していなくてもよい。

【0048】

試料（結晶）の格子定数は、ＸＲＤの測定結果に基づいて算出され得る。回折強度のピークが現れている回折角（２θ）においてブラッグの式が満たされている。ピークが現れている回折角（２θ）をブラッグの式に適用することによって格子定数が算出され得る。

【0049】

試料（結晶）の格子定数は、ＸＲＤに限られず、他の方法でも確認され得る。例えば、試料（結晶）をＦＩＢ（Focused Ion Beam）等によって薄片化し、薄片化した試料（結晶）に対して透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で電子線を照射することによって得られる回折像に基づいて、試料（結晶）の格子定数が算出され得る。また、試料（結晶）をサブナノオーダーの分解能で観察した像に基づいて、試料（結晶）の格子定数が算出され得る。また、試料（結晶）に電子線を照射したときに試料（結晶）から射出されるＸ線を分析することによっても、試料（結晶）の格子定数が算出され得る。

【0050】

非相反性部材４０の結晶化された部分（第１部分４１）と基板５０との間に、非相反性部材４０又は基板５０の非晶質の部分が位置してもよい。非晶質であるかは、ＸＲＤ測定によって特定され得る。本実施形態に係るアイソレータ１０において、非相反性部材４０は、成膜された後で結晶化される。したがって、成膜するためのシード膜として結晶化した膜が必要とされない。

【0051】

（アイソレータ１０の製造方法）
本実施形態に係るアイソレータ１０の製造方法が図１０Ａから図１０Ｃまでに例示される断面図を参照して説明される。

【0052】

図１０Ａに示されるように、基板５０のボックス層５２の上に、第１導波路２１及び第２導波路２２が形成される。導波路は、成膜工程とエッチング工程との組み合わせによって形成されてよい。成膜工程として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又はスパッタ等が実行されてよい。エッチング工程として、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチング又はウェットエッチングが実行されてよい。続いて、第１導波路２１及び第２導波路２２の上に絶縁層５４が形成される。絶縁層５４は、プラズマＣＶＤ等によって成膜されてよい。また、ボックス層５２の上、又は、絶縁層５４の中若しくは上に電子回路６０が形成される。電子回路６０は、既知の半導体素子製造プロセスによって形成されてよい。

【0053】

図１０Ｂに示されるように、絶縁層５４に溝３０が形成される。溝３０は、ドライエッチングによって形成されてよい。溝３０の側部で導波路が露出するように、ウェットエッチングが更に実行されてもよい。続いて、溝３０及び絶縁層５４の上に非相反性部材４０が形成される。非相反性部材４０は、スパッタ等によって成膜されてよい。

【0054】

図１０Ｃに示されるように、非相反性部材４０に対してレーザ照射領域ＬＳにレーザ光が照射される。レーザ照射領域ＬＳは、電子回路６０を含む影響範囲６２を含まない範囲として設定される。レーザ光の照射によって非相反性部材４０が加熱される。非相反性部材４０の温度及び加熱時間を制御することによって、非相反性部材４０の結晶化の度合いが制御され得る。レーザ照射領域ＬＳに位置する非相反性部材４０は、第１部分４１に対応する。非相反性部材４０の第１部分４１に対するレーザ光の照射で第１部分４１が加熱されることによって第１部分４１の結晶化が進む。レーザ照射領域ＬＳの外（影響範囲６２内）に位置する非相反性部材４０は、第２部分４２に対応する。非相反性部材４０の第２部分４２の結晶化は進まない。

【0055】

以上、図１０Ａ～図１０Ｃを参照して説明してきたように、非相反性部材４０が第１部分４１と第２部分４２とを含むようにアイソレータ１０が製造され得る。

【0056】

（アイソレータ１０の応用例）
アイソレータ１０は、電磁波を送信する構成と組み合わされて使用されてよい。アイソレータ１０は、光スイッチ、光送受信機、又は、データセンタに適用されてもよい。アイソレータ１０は、例えば、電磁波送信器に適用されてもよい。電磁波送信器は、アイソレータ１０と、光源とを備える。電磁波送信器は、光源からアイソレータ１０に電磁波を入力し、アイソレータ１０から受信器に向けて電磁波を出力する。アイソレータ１０は、光源から受信器に向けて伝搬する電磁波の透過率が受信器から光源に向けて伝搬する電磁波の透過率より大きくなるように構成される。このようにすることで、光源に向けて電磁波が入射しにくくなる。その結果、光源が保護され得る。

【0057】

光源は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）又はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の半導体レーザであってよい。光源は、可視光に限られず種々の波長の電磁波を射出するデバイスを含んでよい。光源は、基板５０の上にアイソレータ１０とともに形成されてよい。光源は、ＴＥモードの電磁波をアイソレータ１０に入力してよい。

【0058】

電磁波送信器は、変調器と信号入力部とをさらに備えてよい。変調器は、電磁波の強度を変化させることによって変調する。変調器は、光源とアイソレータ１０との間ではなく、アイソレータ１０と受信器との間に位置してもよい。変調器は、例えば、電磁波をパルス変調してもよい。信号入力部は、外部装置等からの信号の入力を受け付ける。信号入力部は、例えばＤ／Ａコンバータを含んでよい。信号入力部は、変調器に信号を出力する。変調器は、信号入力部で取得した信号に基づいて、電磁波を変調する。

【0059】

光源は、変調器及び信号入力部を含んで構成されてもよい。この場合、光源は、変調した電磁波を出力し、アイソレータ１０に入力してもよい。

【0060】

電磁波送信器は、基板５０の上に実装されてよい。光源は、変調器を介して、第１分岐部８１に接続するように実装されてよい。光源は、変調器を介さずに、第１分岐部８１に接続するように実装されてよい。受信器は、変調器を介さずに、第２分岐部８２に接続するように実装されてよい。受信器は、変調器を介して、第２分岐部８２に接続するように実装されてよい。この場合、変調器は、第２分岐部８２に接続するように実装されてよい。光源、変調器及び受信器は、上述してきた電子回路６０に含まれてよい。

【0061】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【0062】

本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１導波路２１は、第２導波路２２と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。

【0063】

本開示において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、説明の便宜上設けられたものであり、互いに入れ替えられてよい。本開示に係る構成は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸によって構成される直交座標系を用いて説明されてきた。本開示に係る各構成の位置関係は、直交関係にあると限定されるものではない。

【符号の説明】

【0064】

１０ アイソレータ
２１ 第１導波路
２２ 第２導波路
３０ 溝
４０ 非相反性部材（４１：第１部分、４２：第２部分）
５０ 基板（５０Ａ：基板面、５２：ボックス層、５４：絶縁層）
６０ 電子回路（６２：影響範囲）
７０ 照射装置（７２：光源、７４：レンズ、７６：レーザ光、７８：ステージ）
８１ 第１分岐部
８２ 第２分岐部
ＬＳ レーザ照射範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】