CN103282556B - Bi置换稀土类铁石榴石单晶和光学器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用铂制坩埚制成且不含有铅，也不会发生质量恶化且批量生产率高，并且IL(插入损耗)在0.10dB以下的石榴石单晶；在具有以R_3-xBi_xFe_5-wA_wO₁₂(R是选自由Tb、Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr组成的组中的一种或两种以上的稀土类元素且一定包含Tb，A是选自由Ga、Al、In、Sc、Co、Ni、Cr、V、Ti、Si、Ge、Mg、Zn、Nb、Ta、Sn、Zr、Hf、Pt、Rh、Te、Os、Ce、Lu组成的组中的一种或两种以上的元素，x为0.7＜x≤1.5、w为0＜w≤1.5)表示的组成的Bi置换稀土类铁石榴石单晶中，不含有Pb而含有Pt，进而含有Mn或第二族元素中的至少一种元素，在将Mn或第二族元素中的至少一种元素表示为M、将Bi置换稀土类铁石榴石单晶中的M浓度(atppm)表示为[M]、Pt浓度(atppm)表示为[Pt]、且将[M]与[Pt]的关系式Δ表示为Δ＝[M]-(α×[Pt])时，将系数α设定为0.91±0.05的数值范围内的任意值，且将Δ值设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下。

Description

Bi置换稀土类铁石榴石单晶和光学器件

技术领域

本发明涉及无铅的Bi置换稀土类铁石榴石单晶和具备该Bi置换稀土类铁石榴石单晶的光学器件。

背景技术

在使用于光隔离器或光循环器等的法拉第转子中，使用通过LPE(LiquidPhaseEpitaxy：液相外延)法培育的Bi置换稀土类铁石榴石单晶(以下，根据需要称为“石榴石单晶”)。LPE法是将原料投入坩埚中熔化从而形成熔融物，并使培育用衬底与该熔融物接触从而外延生长石榴石单晶的单晶培育方法。由于PbO与B₂O₃或Bi₂O₃等一同使用于熔融物中，因此，无法避免培育出的石榴石单晶中含有Pb(铅)。

近年来，为了避免有害性大的化学物质对环境造成不良影响，而正在世界范围内开展限制在产品中含有有害物质这样的活动，铅也被指定为有害物质。作为这样的限制有害物质的一例，可以举出欧盟(EU)施行的RoHS指令(RestrictionofHazardousSubstances)等。伴随于此，在石榴石单晶中少量含有的铅因为有可能成为环境污染的主要原因而成为问题。

因此，为了使石榴石单晶中不含有铅，需要由不含铅的熔融物培育石榴石单晶。尤其是在被装入光隔离器中的石榴石单晶的情况下，由于法拉第旋转角的关系，在1.3μm～1.55μm波长带域的光通信用途中需要使光的偏光面旋转45度左右的厚度。

进而，在上述规定的厚度之外，将以产生45度法拉第旋转角的厚度换算时的插入损耗(InsertionLoss：以下称为“IL”)降低到作为光隔离器的市场要求值的0.10dB以下也是必要的。在由现有的含铅熔融物培育石榴石单晶时，从耐热性和耐腐蚀性等的观点出发，熔化原料的坩埚中采用Pt(铂)。该情况下，当在大气中进行石榴石单晶的培育时，坩埚材料铂氧化并熔化于熔融物中，从而在培育出的石榴石单晶中也以四价铂离子(Pt⁴⁺)的形式含有微量的上述铂。

而且，石榴石单晶中含有的二价铅离子(Pb²⁺)和四价铂离子(Pt⁴⁺)引起光吸收，由此引发的二价或四价的铁离子(Fe²⁺或Fe⁴⁺)在1.3μm～1.55μm的波长带域中使光吸收增强，从而导致IL(插入损耗)增大。

由于在石榴石单晶中三价是稳定的，因此，在二价的杂质过剩时利用四价的添加物进行电荷补偿，在四价的杂质过剩时利用二价的添加物进行电荷补偿。认为由于现有的石榴石单晶含有Pb，因此，该Pb以二价离子(Pb²⁺)和四价离子(Pb⁴⁺)的形式存在于石榴石单晶中，由此，石榴石单晶整体中的二价离子(Pb²⁺)和四价离子(Pt⁴⁺和Pb⁴⁺)的含有平衡被大致均等地保持。其结果是，可以认为由于在现有的石榴石单晶中很少产生使光吸收增强的Fe²⁺或Fe⁴⁺，因此，IL(插入损耗)的增大被抑制(推断为Pb²⁺含有量＞Pb⁴⁺含有量)。

但是，由于在不含铅的熔融物中完全没有Pb²⁺和Pb⁴⁺，因此，在由该熔融物培育出的石榴石单晶中相对地Pt⁴⁺变得过剩。因此，为了与该过剩的Pt⁴⁺进行电荷补偿而产生作为二价离子的Fe²⁺，因而光吸收增强，从而也导致IL(插入损耗)增大。

因此，提出了下述石榴石单晶的培育方法，即，坩埚材料不使用铂而使用Au(金)，并且利用不含铅的熔融物进行石榴石单晶的培育。例如，在专利文献1中公开了作为不使用铅的熔融物成分，代替Pb而添加Na等的碱金属。

另外，提出了代替Pb²⁺而添加同为二价的Ca从而抑制IL(插入损耗)的增大的技术(例如参照专利文献2)。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本公报、特开2006-169093号(第5～9页)

专利文献2：日本公报、特开2007-153696号(第3～7页)

发明内容

但是，在利用专利文献1记载的制造方法培育出的石榴石单晶中，法拉第转子的IL(插入损耗)会根据Na的含有量而增大。进而，在专利文献1中，由于作为坩埚或搅拌用夹具的材料而主要使用金，因此，在石榴石单晶中不含有Pt⁴⁺从而不会因为Pt⁴⁺而发生光吸收，但是，从耐热性和机械强度等的观点来看，在LPE法下必须使用铂材。进而，在专利文献1中示出了利用NaOH进行Na添加的制造方法，但是，由于存在烧伤或失明的危险，因此也存在NaOH处理困难这样的课题。

另外，在专利文献2记载的制造方法中，当在Bi₂O₃-B₂O₃溶剂中添加少量的Ca时，结晶培育条件发生变化，从而导致对批量生产率重要的结晶的生长速度降低，因此，以批量生产基准制造完全不含铅的石榴石单晶是困难的。进而，根据Ca的含有量会导致石榴石单晶的质量恶化或IL(插入损耗)增大。

本发明是基于上述课题而完成的，其目的在于提供一种石榴石单晶，该石榴石单晶使用铂制坩埚制成且不含有铅，也不会发生质量恶化且批量生产率高，并且能够使IL(插入损耗)在0.10dB以下。

本发明的基本概念在于：为了与由于熔融物的无铅化而变得过剩的Pt⁴⁺进行电荷补偿，投入同为二价的Mn或第二族元素中的至少一种元素，并且，根据被掺入无铅化的含有Tb的石榴石单晶中的Mn或第二族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)中的至少一种元素的浓度和Pt浓度的浓度差与所述石榴石单晶的IL值(插入损耗值)的关系，谋求降低IL(插入损耗)、确保批量生产率以及提高质量。

(1).本发明的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的特征在于，

具有以R_3-xBi_xFe_5-wA_wO₁₂(其中，上述R是选自由Tb、Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr组成的组中的一种或两种以上的稀土类元素且一定包含上述Tb，上述A是选自由Ga、Al、In、Sc、Co、Ni、Cr、V、Ti、Si、Ge、Mg、Zn、Nb、Ta、Sn、Zr、Hf、Pt、Rh、Te、Os、Ce、Lu组成的组中的一种或两种以上的元素，上述x为0.7＜x≤1.5，上述w为0＜w≤1.5)表示的组成，并且不含有Pb但含有Pt，进而含有Mn或第二族元素中的至少一种元素；

在以M表示上述Mn或第二族元素中的至少一种元素，并将上述Bi置换稀土类铁石榴石单晶中的M浓度(atppm)表示为[M]、Pt浓度(atppm)表示为[Pt]、且将[M]和[Pt]的关系式Δ表示为：

[算式1]

Δ＝[M]-(α×[Pt])

时，系数α被设定为0.91±0.05的数值范围内的任意值，且Δ值被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下。

(2).进而，本发明的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的其他实施方式，优选上述Δ值被设定为0atppm。

(3).另外，本发明涉及的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的制造方法的特征在于，

在Pt制的坩埚内至少放入Bi₂O₃、不含铅化合物的溶剂、Fe₂O₃和Tb₄O₇、以及上述Fe₂O₃和上述Tb₄O₇以外的其他溶质，

在上述溶剂中进而投入MO、MO₂或M₂O₃(其中，M是Mn或第二族元素中的至少一种元素)中的任一种混合物，

在非磁性石榴石结晶衬底上培育上述Bi置换稀土类铁石榴石单晶，其中，上述Bi置换稀土类铁石榴石单晶是在将Bi置换稀土类铁石榴石单晶中的M浓度(atppm)表示为[M]、Pt浓度(atppm)表示为[Pt]、且将[M]和[Pt]的关系式Δ表示为：

[算式2]

Δ＝[M]-(α×[Pt])

时，系数α被设定为0.91±0.05的数值范围内的任意值，且Δ值被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下的Bi置换稀土类铁石榴石单晶。

(4).另外，本发明涉及的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的制造方法的其他实施方式，优选上述Δ值被设定为0atppm。

(5).另外，本发明的光隔离器、光循环器、光衰减器、法拉第镜、电流传感器、磁场传感器、磁光开关的特征在于，具备上述任一种Bi置换稀土类铁石榴石单晶。

(发明效果)

根据本发明涉及的Bi置换稀土类铁石榴石单晶，由于该结晶中不含有铅，因此不会对环境产生不良影响。另外，根据上述(3)的制造方法来制造上述(1)所记载的Bi置换稀土类铁石榴石单晶，并含有Mn或第二族元素中的至少一种元素，且将相对于Pt浓度最优的Mn或第二族元素浓度在Δ值上设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下，由此，能够抑制在含有Tb的Bi置换稀土类铁石榴石单晶中产生Fe²⁺从而使光吸收降低，并且能够使光的波长1.3μm～1.55μm带域中的IL(插入损耗)为0.10dB以下。进而，通过使Pt浓度在Mn或第二族元素浓度以下，也能够抑制在光的波长1.3μm～1.55μm带域中IL(插入损耗)急剧地增加。

进而，根据上述(4)的制造方法来制造上述(2)所记载的Bi置换稀土类铁石榴石单晶，并以使上述Δ值为0atppm的方式设定Pt浓度和Mn或第二族元素浓度，由此能够最大程度地抑制在含有Tb的石榴石单晶中产生Fe²⁺从而使光吸收降低，并且能够将光的波长1.3μm～1.55μm带域中的IL(插入损耗)设定为最小值。

另外，根据上述(5)记载的各光学器件，通过具备上述(1)或(2)中任一项记载的Bi置换稀土类铁石榴石单晶，由于各光学器件中所配置的Bi置换稀土类铁石榴石单晶不含铅，因此不会对环境产生不良影响。

具体实施方式

如上所述，作为熔融物中所含有的四价离子，认为含有来自坩埚材料铂的Pt⁺⁴。进而，当伴随着Bi置换稀土类铁石榴石单晶(以下，根据需要仅记载为“石榴石单晶”)的无铅化而Pb²⁺和Pb⁴⁺完全不存在时，相对地Pt⁴⁺变得过剩。其结果是，认为会产生Fe²⁺从而发生光吸收，由此使IL(插入损耗)增大。因此，本发明人等为了实现该过剩的Pt⁴⁺和二价离子在石榴石单晶中的含有平衡，作为代替Pb²⁺的其他二价离子而添加Mn²⁺，并且，为了在抑制Fe²⁺的产生的同时保持上述含有平衡从而降低IL(插入损耗)，而反复进行了深入研究。

其结果是，本发明人等发现了掺入石榴石单晶中的Mn或第二族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)中的至少一种元素的浓度和Pt浓度的浓度差、与石榴石单晶的IL值(插入损耗值)的关系，从而完成了本发明。

以下，对本发明的实施方式进行说明。本发明的石榴石单晶通过LPE法(液相外延法)而培育，并且，溶剂使用B(B₂O₃)或Bi(Bi₂O₃)，作为溶质的石榴石成分使用Bi(Bi₂O₃)、Tb(Tb₄O₇)、Ho(Ho₂O₃)、Fe(Fe₂O₃)、Ga(Ga₂O₃)、Al(Al₂O₃)。而且，溶剂不使用铅化合物(PbO、PbF₂)。

本发明涉及的石榴石单晶以组成式R_3-xBi_xFe_5-wA_wO₁₂表示。Bi(铋)也是石榴石单晶的主要构成元素，其兼具溶剂和溶质的两种作用。而且，主要的溶质(石榴石成分)使用各种稀土类元素的氧化物、Fe₂O₃、以及能够与Fe置换的元素的氧化物。本申请中的稀土类元素R是选自由能够单独且稳定地与Fe形成石榴石单晶的Tb、Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr组成的组中的一种或两种以上的元素等。其中，Tb是必须选择并包含的元素。另外，能够与Fe置换的元素A是选自由Ga、Al、In、Sc、Co、Ni、Cr、V、Ti、Si、Ge、Mg、Zn、Nb、Ta、Sn、Zr、Hf、Pt、Rh、Te、Os、Ce、Lu组成的组中的一种或两种以上的元素等。

进而，由于完全不存在Pb，因此在溶剂中代替Pb²⁺而适量地投入二价Mn离子(Mn²⁺)。通过适量地投入二价Mn离子(Mn²⁺)，Mn²⁺和Pt⁴⁺相互进行电荷补偿而进入石榴石单晶中并保持离子平衡，由此防止了Fe³⁺变为Fe²⁺或Fe⁴⁺而引起的光吸收的发生，从而抑制IL(插入损耗)。

由于二价离子中除上述Mn²⁺之外还存在其他各种离子，且这些离子与石榴石单晶的成分离子置换而进入石榴石单晶中，因此，优选具有与成分离子相近的离子半径的二价离子。作为生成这些离子的氧化物而将CaO、MgO、MnO、MnO₂、Mn₂O₃等投入原料中从而培育石榴石单晶。另外，也可以使用其他第二族元素的任一种元素。

石榴石单晶中的Bi含有量对法拉第旋转系数产生影响，Bi含有量越多则法拉第旋转系数越大。但是，当Bi含有量在组成式中超过1.5时，无法取得与培育用衬底的晶格常数的匹配，从而导致晶体缺陷或裂纹增加。另一方面，当Bi含有量在组成式中为0.7以下时，由于法拉第效应变小而得不到充分的法拉第旋转系数(deg/cm)，从而导致在1.5μm波长带域中的45度旋转所需的石榴石单晶的厚度超过500μm。厚度的增大与石榴石单晶的培育时间的增多、或者晶体缺陷、裂纹的增大相关，因而不合适。由此，组成式中的Bi含有量x设定为0.7＜x≤1.5的范围。

另一方面，通过将Fe置换为上述Ga、Al、In等而使法拉第旋转系数(deg/cm)变小，从而使45度旋转所需的厚度增加。由此，组成式中的这些元素的Fe置换量w设定为0＜w≤1.5。

接下来，示出本发明的石榴石单晶的制造方法的一例，但本发明的石榴石单晶的制造方法并不限于以下方法。

首先，准备Pt制的坩埚，将溶剂和溶质(石榴石成分)的元素的氧化物粉末投入该坩埚中。将作为溶剂的氧化硼(B₂O₃)、以及作为形成石榴石单晶的外延生长膜的金属氧化物的一例的、作为石榴石原料成分(溶质)的氧化铽(Tb₄O₇)、氧化铋(Bi₂O₃)、氧化钬(Ho₂O₃)、氧化镓(Ga₂O₃)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化铁(Fe₂O₃)的各粉末混合后放入铂坩埚内并加热熔化。进而，作为溶剂的添加物而混合MO、MO₂、M₂O₃的任一种的各粉末。其中，M表示Mn或第二族元素中的至少一种元素。熔融物的组成使用各种不同的元素。在此，在本发明中，不投入作为现有溶剂而使用的铅化合物(氧化铅(PbO)等)。

接下来，将坩埚加热至1000℃～1200℃而将溶剂和溶质的各粉末熔化并充分地搅拌，在使熔融物均匀地混合后将温度降低至700℃～950℃而使熔融物变为过冷却状态。使直径为76mm～85mm、厚度为0.5mm、晶格常数为具有组成(GdCa)₃(GaMgZr)₅O₁₂或Nd₃Ga₅O₁₂且晶面方向为{111}的非磁性石榴石结晶衬底(以下称作“SGGG衬底”)一边旋转一边接触该熔融物的液面，从而通过LPE法(液相外延法)以810℃左右且气体介质内的条件在上述{111}面上培育出石榴石单晶。生长速度被确保为约0.2μm/分钟以上。

在上述气体介质内将石榴石单晶培育至规定的厚度(例如约500μm)。另外，培育出的石榴石单晶的晶格常数取决于SGGG衬底的晶格常数，为从具有上述晶格常数且以(TbHoBi)₃(FeGaAl)₅O₁₂表示的组成的石榴石单晶除去SGGG衬底后，将厚度研磨至232μm以上480μm以下的范围，并在两面上蒸镀无反射膜后对IL(插入损耗)特性进行了评价。

在对多个石榴石单晶进行了评价后，本发明人等推导出以下结论，即：通过使石榴石单晶中所含有的Mn或第二族元素中的至少一种元素的浓度与Pt浓度的差分呈下述算式所示的关系，从而能够将上述差分用作用于将石榴石单晶的IL值(插入损耗值)设定为期望值的参数，其中，上述石榴石单晶由在溶剂中混合了MO、MO₂、M₂O₃中的任一种的各粉末而形成的熔融物培育出。

[算式3]

Δ＝[M]-(α×[Pt])

在上述算式中，[M]表示石榴石单晶中的M浓度(atppm)，[Pt]表示同一石榴石单晶中的Pt浓度(atppm)。另外，如上所述，M表示Mn或第二族元素中的至少一种元素。

上述算式的系数α被设定为0.91±0.05的数值范围内的任意值。即，系数α被设定为0.86～0.96的数值范围内的任意值。在本发明中，对系数α设定±0.05的增减幅度的理由如下。当通过ICP·MS分析法(电感耦合等离子体质谱分析法)等所希望的分析法对Bi置换稀土类铁石榴石单晶进行分析时，受该分析法的分析精度的影响而在系数α的值中产生偏差。由此，考虑到该偏差部分而设定±0.05的增减幅度。

在本发明涉及的含有Tb的石榴石单晶中，通过将相对于Pt浓度最优的Mn或第二族元素浓度在Δ值上设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下，能够抑制在含有Tb的石榴石单晶中产生Fe²⁺从而使光吸收降低，并且能够使光的波长1.3μm～1.55μm带域中的IL(插入损耗)为0.10dB以下。进而，通过使Pt浓度在Mn或第二族元素浓度以下，也能够抑制在光的波长1.3μm～1.55μm带域中IL(插入损耗)急剧地增加。

在系数α被设定为0.91±0.05(即0.86～0.96)的数值范围内的任意值时，Δ值被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下即可。即，在系数α为0.91±0.05的数值范围内的任一值时，Δ值被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下的Bi置换稀土类铁石榴石单晶为本发明涉及的Bi置换稀土类铁石榴石单晶。

另外，在Δ值为-7.23atppm以上1.64atppm以下的Bi置换稀土类铁石榴石单晶中，最优选的Bi置换稀土类铁石榴石单晶为下述Bi置换稀土类铁石榴石单晶，即，无论系数α在0.91±0.05(即0.86～0.96)的数值范围内被设定为何值，Δ值始终被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下的Bi置换稀土类铁石榴石单晶。

进而优选将Δ值设定为0atppm。即，使乘以系数α后的Pt浓度与Mn或第二族元素浓度相等。通过以Δ值为0atppm的方式设定Pt浓度和Mn或第二族元素浓度，能够最大程度地抑制在含有Tb的石榴石单晶中产生Fe²⁺从而使光吸收降低，并且能够将光的波长1.3μm～1.55μm带域中的IL(插入损耗)设定为最小值。

在系数α被设定为0.91±0.05(即0.86～0.96)的数值范围内的任意值时，Δ值被设定为0atppm即可。即，在系数α为0.91±0.05的数值范围内的任一值时，Δ值被设定为0atppm的Bi置换稀土类铁石榴石单晶为本发明涉及的Bi置换稀土类铁石榴石单晶。

(实施例1～4)

以下，示出通过上述制造方法而制造的本发明涉及的石榴石单晶的实施例，但本发明并不限定于这些实施例。作为本发明涉及的石榴石单晶的一例的Tb类石榴石单晶的各组成式、Mn浓度(atppm)、Pt浓度(atppm)、Δ值(atppm)、以及在中心波长1.55μm中的IL值(插入损耗值)(dB)分别如表1所示。另外，系数α统一设定为0.91，Δ值(atppm)从小数点后第三位起四舍五入。在表1中从上依次为各实施例1～4。另外，制成的石榴石单晶的组成分析和Mn浓度及Pt浓度的分析利用ICP·MS分析法进行。

[表1]

由实施例1、2的结果可以确认：通过将Δ值设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下范围内的1.55atppm和-7.21atppm，能够实现0.10dB以下的IL(插入损耗)。

进而可以确认：在使Δ值为接近0atppm的0.04atppm(实施例3)时，IL值(插入损耗值)相比其他实施例1、2降低，并且，将Δ值设定为0atppm的实施例4的IL值(插入损耗值)变为0.060dB，与其他实施例1～3相比IL值为最小值从而最为优选。

另外，当在实施例1中将系数α设定为0.86、在实施例2中将系数α设定为0.96后再次计算Δ值时，Δ值分别为2.16atppm、-8.05atppm，超出了-7.23atppm以上1.64atppm以下的范围。但是，当系数α为0.91时Δ值在-7.23atppm以上1.64atppm以下的范围内，因此，实施例1和2为本发明涉及的实施例。

进而，当在实施例3中将系数α设定为0.86～0.96后再次计算Δ值时，Δ值为-0.50atppm～0.58atppm。由此可知，在实施例3中，无论系数α在0.91±0.05(即0.86～0.96)的范围内被设定为何值，Δ值始终被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下。因此，可得出实施例3比实施例1和2更为优选的结论。

(比较例1～2)

除了改变石榴石单晶中的Mn浓度和Pt浓度从而改变了Δ值之外，以与上述实施例1～4同样的条件制成比较例1～2的石榴石单晶。而且，与上述实施例1～4同样地对制成的石榴石单晶进行了评价。比较例1中以Δ值超过1.64atppm的方式设定了Mn浓度和Pt浓度，比较例2中以Δ值小于-7.23atppm的方式设定了Mn浓度和Pt浓度。

根据比较例1可以确认：当Δ值为2.37atppm、即超过1.64atppm时，IL值(插入损耗值)超过0.10dB。

另外，根据比较例2可以确认：当Δ值为-8.16atppm、即小于-7.23atppm时，IL值(插入损耗值)超过0.10dB。

另外，当在比较例1中将系数α设定为0.86～0.96后再次计算Δ值时，Δ值为1.67atppm～3.06atppm，超出了-7.23atppm以上1.64atppm以下的范围。

即，在比较例1中，无论系数α在0.91±0.05(即0.86～0.96)的范围内被设定为何值，Δ值始终超出-7.23atppm以上1.64atppm以下的范围，因此，可得出比较例1与本发明无关的结论。

同样地，当在比较例2中将系数α设定为0.86～0.96后再次计算Δ值时，Δ值变为-9.08atppm～-7.24atppm，超出了-7.23atppm以上1.64atppm以下的范围。因此，可得出比较例2也与本发明无关的结论。

另外，石榴石单晶中的M浓度的设定，能够通过变更投入坩埚内的M原料粉末的投入量进行改变。由被投入坩埚内的量培育出的石榴石单晶中所含有的M原料粉末的比率显示为固定值。因此，通过按照该比率控制投入坩埚内的量，能够将上述M浓度限制在所期望的范围内。

配置以上的石榴石单晶而制成的光隔离器、光循环器、光衰减器、法拉第镜、电流传感器、磁场传感器以及磁光开关中的任一种光学器件，由于该光学器件中配置的石榴石单晶不含铅，因此不会对环境产生不良影响。

Claims (3)

1.一种Bi置换稀土类铁石榴石单晶，其特征在于，

具有以R_3-xBi_xFe_5-wA_wO₁₂表示的组成，其中，所述R是选自由Tb、Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr组成的组中的一种或两种以上的稀土类元素且一定包含所述Tb，所述A是选自由Ga、Al、In、Sc、Co、Ni、Cr、V、Ti、Si、Ge、Mg、Zn、Nb、Ta、Sn、Zr、Hf、Pt、Rh、Te、Os、Ce、Lu组成的组中的一种或两种以上的元素，所述x为0.7＜x≤1.5，所述w为0＜w≤1.5；

并且，所述Bi置换稀土类铁石榴石单晶不含有Pb而含有Pt，进而，含有Mn或第二族元素中的至少一种元素；

在以M表示所述Mn或第二族元素中的至少一种元素，并将所述Bi置换稀土类铁石榴石单晶中的M浓度表示为[M]、Pt浓度表示为[Pt]、M浓度和Pt浓度的单位为atppm、且将[M]和[Pt]的关系式Δ表示为

[算式1]

Δ＝[M]-(α×[Pt])

时，系数α被设定为0.91±0.05的数值范围内的任意值，且Δ值被设定为-7.23atppm以上1.64atppm以下。

2.如权利要求1所述的Bi置换稀土类铁石榴石单晶，其特征在于，所述Δ值被设定为0atppm。

3.一种光隔离器、光循环器、光衰减器、法拉第镜、电流传感器、磁场传感器、磁光开关，其具备权利要求1或2所述的Bi置换稀土类铁石榴石单晶。