JP2006133775A

JP2006133775A - 磁性ガーネット単結晶膜及びその製造方法、及びそれを用いたファラデー回転子

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Publication number: JP2006133775A
Application number: JP2005319735A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Oido; 敦大井戸; Kazuto Yamazawa; 和人山沢
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP4572810B2

Abstract

【課題】本発明は、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜及びその製造方法、及びそれを用いたファラデー回転子に関し、膜育成中や冷却中あるいは研磨加工中に割れを生じ難い磁性ガーネット単結晶膜及びその製造方法を提供することにある。また、膜育成中や冷却中あるいは研磨加工中に割れを生じ難い磁性ガーネット単結晶膜を用いて高い歩留まりで作製できるファラデー回転子を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｂｉ置換磁性ガーネット単結晶を液相エピタキシャル成長法を用いて育成する磁性ガーネット単結晶膜の製造方法において、単結晶膜の成長と共に磁性ガーネット単結晶の格子定数を一定、または徐々に減少させ、次いで単結晶膜の成長と共に格子定数を増加させて磁性ガーネット単結晶膜を成膜する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁性ガーネット単結晶膜（Ｂｉ（ビスマス）置換希土類鉄ガーネット単結晶膜）及びその製造方法、及びそれを用いたファラデー回転子に関する。

光アイソレータや光サーキュレータ等のファラデー回転子に使用されるＢｉ置換磁性ガーネット単結晶膜は、液相エピタキシャル法による育成時やファラデー回転子として研磨加工する際に割れ易いため、ファラデー回転子作製の歩留まりが非常に低いという問題を有している。それに対し、例えば特開平４−１３９０９３号公報（以下、文献１という）に開示されている方法では、液相エピタキシャル膜の格子定数を室温で基板の格子定数と一致するように育成することにより割れを防ぐようにしている。また、特開平６−９２７９６号公報（以下、文献２という）に開示されている方法では、液相エピタキシャル膜の格子定数を膜−基板界面より膜の成長方向に徐々に増加させて割れを防ぐようにしている。

液相エピタキシャル法により得られるＢｉ置換磁性ガーネット単結晶膜は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒを添加したガドリニウム・ガリウム・ガーネット（Ｇｄ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）系単結晶基板（以下、ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板という）と熱膨張係数が異なることが原因で、７００〜１０００℃の温度範囲での育成中や育成終了後の冷却中、あるいはファラデー回転子に加工する際の研磨中に割れが発生し易い。

Ｂｉ置換磁性ガーネット単結晶膜は育成した後、室温で研磨加工してファラデー回転子とするが、加工時の割れを防ぐため基板と単結晶膜の界面近傍の格子定数はほぼ一致させる必要がある。ところがＢｉ置換磁性ガーネット膜は基板より熱膨張係数が２０〜３０％程度大きいため、室温で基板−膜界面近傍の格子定数を一致させると７００〜１０００℃の育成温度では単結晶膜の格子定数が基板の格子定数より大きくなってしまう。そのため基板および単結晶膜は育成中において膜側が凸型となる反りが発生する。

文献１で開示されているように、室温で膜と基板の格子定数が一致し、全体の格子定数が一定の値を持つ単結晶膜を基板上に成長させた場合、この凸状の反りは単結晶膜厚が厚くなると共に大きくなり、単結晶膜厚が基板厚の概ね半分の厚さになったところで最大の反りを持つ。さらに成長して膜厚が基板厚の概ね半分を越えると凸状の反りはそれ以上大きくならないが、膜表面に同心円状の割れが発生する。そのためファラデー回転子を作製する歩留まりが低下してしまう。

そこで、ファラデー回転子の作製に必要な膜厚（ファラデー回転子厚さ＋研磨厚さ）の約２倍以上の厚さを有する結晶基板を使用して単結晶膜を成長させると、同心円状の割れを防ぐことができる。しかし、単結晶膜の育成条件や基板格子定数のばらつきにより発生する基板−膜界面のわずかな格子定数のずれが原因で、結晶基板が厚くなると育成中や育成終了後の冷却時に基板−膜界面で割れが発生し易く、ファラデー回転子作製の歩留まり低下の原因となる。

従って、文献１で提案されているように室温で結晶基板と単結晶膜の格子定数が一致しさらに膜全体の格子定数が一定となるような方法でエピタキシャル膜の育成を試みると、基板厚を薄くすると同心円割れが発生し、基板厚を厚くすると基板−膜界面で割れが発生する。その結果、ファラデー回転子作製の歩留まり低下の問題を避けることができない。

また、文献２には単結晶膜の成長膜厚が厚くなると共に格子定数を除々に大きくして、膜表面に発生する同心円状の割れを抑制することが記載されている。室温で基板−膜界面での格子定数を一致させると育成温度において結晶基板と単結晶膜は凸形状となる。そこで単結晶膜の膜厚が厚くなるのに合わせて単結晶の格子定数を大きくしてやり、育成中に発生する反りに合わせて凸状の単結晶膜を育成する。

こうすると、文献１に記載された方法で薄い基板を用いた単結晶膜の育成の際に問題となる同心円割れを除くことができる。また、文献２の方法で薄い基板を用いて育成すると、厚い基板を用いて育成する際に問題となる基板−膜界面で発生する割れは起きない。従って、文献２の方法は文献１の方法に比ベ、単結晶膜の育成および冷却の工程で割れの除去に対して有効である。

しかし、このような操作により割れを抑制すると単結晶膜は凸型の形状となり、室温に冷却後も凸型の反りを持った状態に保たれる。結晶基板の形状は平滑な円板であるため、結晶基板上に凸型の磁性ガーネット単結晶膜がエピタキシャル成長すると、基板と膜の間で応力を内在させながら室温では若干の凸型の形状となる。このため単結晶膜の研磨加工を行う際、内在する応力が原因で割れが発生する。その結果、ファラデー回転子を作製する歩留まりが低下してしまう。

本発明の目的は、膜育成中や冷却中あるいは研磨加工中に割れを生じ難い磁性ガーネット単結晶膜及びその製造方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、膜育成中や冷却中あるいは研磨加工中に割れを生じ難い磁性ガーネット単結晶膜を用いて高い歩留まりで作製できるファラデー回転子を提供することにある。

上記目的は、膜成長方向に向かって格子定数が一定、または徐々に減少し、次いで増加するように成膜されていることを特徴とする磁性ガーネット単結晶膜によって達成される。

また、上記目的は、Ｂｉ置換磁性ガーネット単結晶を液相エピタキシャル成長法を用いて育成する磁性ガーネット単結晶膜の製造方法であって、単結晶膜の成長と共に前記磁性ガーネット単結晶の格子定数を一定、または徐々に減少させ、次いで前記単結晶膜の成長と共に前記格子定数を増加させることを特徴とする磁性ガーネット単結晶膜の製造方法によって達成される。

さらに、上記目的は、液相エピタキシャル成長法により育成した磁性ガーネット単結晶膜で作製されるファラデー回転子であって、前記磁性ガーネット単結晶膜の光入射面の格子定数Ａと、光射出表面の格子定数Ｂと、前記光入射面及び前記光射出面からほぼ等距離にある前記磁性ガーネット単結晶膜の格子定数Ｃとの間に、（Ａ＋Ｂ）／２＞Ｃの関係が成立することを特徴とするファラデー回転子によって達成される。

このように本発明は、液相エピタキシャル法によりＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を育成する際、エピタキシャル成長の初期から一定の膜厚まで膜の格子定数を一定に維持するか、あるいは徐々に減少させるようにして成膜する。そしてさらに膜厚が厚くなると、膜厚に応じて膜の格子定数を増加させるようにする。従って、単結晶膜育成中、冷却時および研磨加工工程で割れを防ぐことができ、ファラデー回転子を作製する歩留まりを高くすることができる。

以上の通り、本発明によれば、液相エピタキシャル法によりＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を育成する際、単結晶膜育成中、冷却時および研磨加工工程での割れを防ぐことができ、ファラデー回転子作製の歩留まりを高くすることができる。

本発明の一実施の形態による磁性ガーネット単結晶膜及びその製造方法、及びそれを用いたファラデー回転子について図１乃至図５を用いて説明する。
本願発明者達は、磁性ガーネット単結晶膜の育成中、冷却中および研磨加工時における割れを防ぐことを目的として膜成長方向の格子定数制御を検討した。その結果、単結晶膜の成長初期から途中まで膜の格子定数を一定、または徐々に減少させ、その後に膜成長と共に膜の格子定数を増加させて育成することが育成中、冷却中および研磨加工時の割れの抑制に対して大きな効果があることを見出した。

すなわち、厚さｔのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板上にＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成させる際、育成開始から膜厚約ｔ／２までの範囲で単結晶膜の格子定数が室温で基板格子定数と同じになるか、または徐々に減少するように成長させる。その後、膜厚約ｔ／２以上での膜育成においては膜成長と共に膜の格子定数を増加させるようにする。こうすることにより、育成中の膜表面に発生する同心円状の割れの発生を抑制し、また育成終了後の冷却時および研磨加工時の割れを抑制することができる。

室温で基板−膜界面で格子定数が一致するように基板にＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させると、膜の熱膨張係数は基板より大きいため育成中は膜の格子定数が基板より大きくなる。単結晶膜全体の格子定数が一定となるような単結晶膜を成長させると膜厚が基板厚の半分に達するまでは膜と基板は膜側に凸状に変形しながら膜表面には圧縮応力が加わる。

膜厚が基板厚の半分を超えてさらに膜厚が厚くなると成長中の膜表面に今度は引っ張り応力が加わり、単結晶膜が厚くなる程その引っ張り応力は大きくなる。膜の育成中に膜表面に引張り応力が加わると膜を構成する原子間の結合が切断されることになり、応力の分布が現れる形で膜表面に同心円状の割れが発生する。

育成中に膜の格子定数を増加させる操作は、膜厚が基板厚の約半分を超えたあたりで発生する引っ張り応力を抑制するのに有効であるが、膜厚が基板厚の半分より薄い場合は圧縮応力が加わっているので格子定数を一定、または徐々に減少させても同心円割れの発生はない。そこで膜厚が基板厚の約半分より薄い場合には膜の格子定数を一定、または徐々に減少させ、膜厚が基板厚の約半分より厚くなると格子定数を増加させることにより、膜育成中の同心円割れ発生を抑制できる。また、膜育成中の格子定数を増加させる条件に比べ、室温で単結晶膜と結晶基板とが膜側に凸状になる程度が少ないため、育成終了後の冷却中や研磨加工時の割れを抑制することができる。

以上説明した方法によれば、同心円状の割れを発生させずに基板厚の半分以上の厚さの単結晶膜を育成することができるため、育成に使用する結晶基板の厚さを薄くすることが可能である。基板厚が厚くなると基板と膜の変形が抑制されるため、育成条件のばらつきに起因する室温での基板と膜の格子定数の微少なずれによる応力が内在されるため、基板と膜の界面で割れが発生する。基板厚が薄くなると基板−膜界面の格子定数ずれによる応力は基板と膜が変形することにより緩和され、基板−膜界面で割れが発生しなくなる。

従って、より薄い基板を用い、エピタキシャル成長の初期から同心円割れの発生しない膜厚まで膜の格子定数を一定、もしくは徐々に減少させて単結晶膜を育成し、さらに単結晶膜が厚くなると共に格子定数を増加させることにより、育成中、冷却中および研磨加工時の割れを抑制でき、飛躍的に高い歩留まりでファラデー回転子が得られる。

以上説明したように、膜成長方向に向かって格子定数が一定、または徐々に減少し、次いで増加するように成膜されている磁性ガーネット単結晶膜からファラデー回転子を作製する。当該磁性ガーネット単結晶膜において格子定数が増加する領域がファラデー回転子に含まれると、ファラデー回転子の光入射表面および光射出表面の格子定数の平均値は両表面と等距離にある当該磁性ガーネット単結晶膜内部の格子定数より大きな値を示す。すなわち、磁性ガーネット単結晶の光入射面の格子定数Ａと、光射出表面の格子定数Ｂと、前記光入射面及び前記光射出面からほぼ等距離にある前記磁性ガーネット単結晶の格子定数Ｃとの間に、（Ａ＋Ｂ）／２＞Ｃの関係が成立する。

以下、本実施形態に係る磁性ガーネット単結晶膜及びその製造方法、及びそれを用いたファラデー回転子の具体的実施例として、実施例１及び実施例２、及び比較例１乃至３について図１乃至図５を参照しつつ説明する。

〔実施例１〕
Ｙｂ_２Ｏ_３を６．７４７ｇ、Ｇｄ_２Ｏ_３を６．６２４ｇ、Ｂ_２Ｏ_３を４３．２１４ｇ、Ｆｅ_２Ｏ_３を１４４．８４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ_２Ｏ_３を８２６．４ｇ、ＧｅＯ_２を２．３６０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２０℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして、２インチφ（厚さ５００μｍ）のＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させ、０．３０℃／Ｈの速度で降温させながら１５時間、基板の片面に磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。次に、０．８０℃／Ｈで降温させながら２０時間、単結晶膜を成長させた。

その結果、膜厚５２５μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり、膜表面に割れは認められなかった。蛍光Ｘ線法により基板−膜界面付近の単結晶膜の組成を分析するとＢｉ_１．１２Ｇｄ_１．１５Ｙｂ_０．６９Ｐｂ_０．０４Ｆｅ_４．９６Ｐｔ_０．０１Ｇｅ_０．０３Ｏ_１２であった。

また、この磁性ガーネット単結晶膜を波長１．５５μｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けて波長１．５５μｍ用ファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３ｍｍ角に切断してファラデー回転能、挿入損失、温度特性および消光比を評価すると、膜厚は４００μｍでファラデー回転係数は０．１１３ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．０５ｄＢで最小０．０１ｄＢ、温度特性は０．０６７ｄｅｇ／℃、消光比は最大４５．１ｄＢで最小４２．０ｄＢの値が得られた。

そして、この単結晶膜を膜表面側から研磨とＸ線回折（ボンド法）による格子定数測定を繰り返し、単結晶膜の格子定数と成長方向の膜厚の関係を評価した（図１参照）。なお、格子定数は（８８８）面の回折線より求めた。その結果、図１に示すように、基板の格子定数１２．４９５Åに対して単結晶膜の格子定数は厚さ２５０μｍまでは１２．４９５Åの値となった後、膜厚が厚くなると共に格子定数は増加し、膜厚５００μｍで格子定数は１２．５０３Åとなった。
これらの工程でファラデー回転子を作製した場含、約８５％の歩留まりが得られた。

〔実施例２〕
Ｔｂ_２Ｏ_３を１４．１１０ｇ、Ｂ_２Ｏ_３を４６．４５ｇ、Ｆｅ_２Ｏ_３を１４８．８２ｇ、ＰｂＯを１０５４．４ｇ、Ｂｉ_２Ｏ_３を９６５．８ｇ、ＧｅＯ_２を２．５２２ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８３３℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして、２インチφ（厚さ５５０μｍ）のＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させ、０．２５℃／Ｈの速度で降温させながら１５時間、基板の片面に磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。次に、０．８５℃／Ｈで降温させながら２７時間、単結晶膜を成長させた。

その結果、膜厚６２０μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり、膜表面に割れは認められなかった。蛍光Ｘ線法により基板−膜界面付近の単結晶膜の組成を分析するとＢｉ_０．８０Ｔｂ_２．１６Ｐｂ_０．０４Ｆｅ_４．９６Ｐｔ_０．０１Ｇｅ_０．０３Ｏ_１２であった。

また、この磁性ガーネット単結晶膜を波長１．５５μｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けて波長１．５５μｍ用ファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３ｍｍ角に切断してファラデー回転能、挿入損失、温度特性および消光比を評価すると、膜厚は５０５μｍでファラデー回転係数は０．０８９ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０８ｄＢ、温度特性は０．０４０ｄｅｇ／℃、消光比は最大４６．１ｄＢで最小４２．３ｄＢの値が得られた。

そして、この単結晶膜を膜表面側から研磨とＸ線回析（ボンド法）による格子定数測定を繰り返し、単結晶膜の格子定数と成長方向の膜厚の関係を評価した（図２参照）。なお、格子定数は（８８８）面の回折線より求めた。その結果、図２に示すように、基板の格子定数１２．４９５Åに対して、単結晶膜の格子定数は膜厚１０μｍの格子定数１２．４９５Åから膜厚３１０μｍの格子定数１２．４９２Åまで、膜厚が増加すると共に徐々に減少した後、膜厚が厚くなると共に格子定数は増加し、膜厚６００μｍで格子定数は１２．５０２Åとなった。
これらの工程でファラデー回転子を作製した場合、約８０％の歩留まりが得られた。

〔比較例１〕
Ｙｂ_２Ｏ_３を６．７４７ｇ、Ｇｄ_２Ｏ_３を６．６２４ｇ、Ｂ_２Ｏ_３を４３．２１４ｇ、Ｆｅ_２Ｏ_３を１４４．８４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ_２Ｏ_３を８２６．４ｇ、ＧｅＯ_２を２．３６０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２０℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして、２インチφ（厚さ５００μｍ）のＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させ、０．３０℃／Ｈの速度で降温させながら３５時間、基板の片面に磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

その結果、膜厚５０５μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面には全面に同心円状の割れが発生し、基板外周部は割れのため離脱している部分も認められた。蛍光Ｘ線法により基板−膜界面付近の単結晶膜の組成を分析するとＢｉ_１．１２Ｇｄ_１．１５Ｙｂ_０．６９Ｐｂ_０．０４Ｆｅ_４．９６Ｐｔ_０．０１Ｇｅ_０．０３Ｏ_１２であった。

また、この磁性ガーネット単結晶膜をファラデー回転子への加工を試みたが割れのため回転子は得られなかった。そして、この単結晶膜を膜表面側から研磨とＸ線回折（ボンド法）による格子定数測定を繰り返し、単結晶膜の格子定数と成長方向の膜厚の関係を評価した（図３参照）。なお、格子定数は（８８８）面の回折線より求めた。その結果、図３に示すように、基板の格子定数１２．４９５Åに対して単結晶膜の格子定数は厚さ５００μｍまで基板とほぼ同様な１２．４９５Åの値となった。これらの工程でファラデー回転子を作製した場合、０％の歩留まりであった。

〔比較例２〕
Ｙｂ_２Ｏ_３を６．７４７ｇ、Ｇｄ_２Ｏ_３を６．６２４ｇ、Ｂ_２Ｏ_３を４３．２１４ｇ、Ｆｅ_２Ｏ_３を１４４．８４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ_２Ｏ_３を８２６．４ｇ、ＧｅＯ_２を２．３６０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２０℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして、２インチφ（厚さ１０００μｍ）のＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させ、０．３０℃／Ｈの速度で降温させながら３５時間、基板の片面に磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

その結果、膜厚５１０μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面には割れは認められなかったが、膜−基板界面で直線状の割れが多数発生した。蛍光Ｘ線法により基板−膜界面付近の単結晶膜の組成を分析するとＢｉ_１．１２Ｇｄ_１．１５Ｙｂ_０．６９Ｐｂ_０．０４Ｆｅ_４．９６Ｐｔ_０．０１Ｇｅ_０．０３Ｏ_１２であった。

また、この磁性ガーネット単結晶膜を波長１．５５μｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し両面に無反射膜を付けて波長１．５５μｍ用ファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３ｍｍ角に切断してファラデー回転能、挿入損失、温度特性および消光比を評価すると、膜厚は４００μｍでファラデー回転係数は０．１１３ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．０５ｄＢで最小０．０１ｄＢ、温度特性は０．０６７ｄｅｇ／℃、消光比は最大４５．１ｄＢで最小４２．０ｄＢの値が得られた。

そして、この単結晶膜を膜表面側から研磨とＸ線回折（ボンド法）による格子定数測定を繰り返し、単結晶膜の格子定数と成長方向の膜厚の関係を評価した（図４参照）。なお、格子定数は（８８８）面の回折線より求めた。その結果、図４に示すように、基板の格子定数１２．４９６Åに対して単結晶膜の格子定数は厚さ５１０μｍまで１２．４９５Åの値となった。これらの工程でファラデー回転子を作製した場合、約２５％の歩留まりが得られた。

〔比較例３〕
Ｙｂ_２Ｏ_３を６．７４７ｇ、Ｇｄ_２Ｏ_３を６．６２４ｇ、Ｂ_２Ｏ_３を４３．２１４ｇ、Ｆｅ_２Ｏ_３を１４４．８４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ_２Ｏ_３を８２６．４ｇ、ＧｅＯ_２を２．３６０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２０℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして、２インチφ（厚さ５００μｍ）のＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させ、０．８０℃／Ｈの速度で降温させながら３３時間、基板の片面に磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。

その結果、膜厚５００μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり、膜表面に割れは認められなかった。蛍光Ｘ線法により基板−膜界面付近の単結晶膜の組成を分析するとＢｉ_１．１２Ｇｄ_１．１５Ｙｂ_０．６９Ｐｂ_０．０４Ｆｅ_４．９６Ｐｔ_０．０１Ｇｅ_０．０３Ｏ_１２であった。

また、この磁性ガーネット単結晶膜を波長１．５５μｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるよう回転子に加工を試みたが、切断時に割れが発生した。加工後の割れた試料に無反射膜を付けて波長１．５５μｍ用ファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３ｍｍ角に切断してファラデー回転能、挿入損失、温度特性および消光比を評価すると、膜厚は４００μｍでファラデー回転係数は０．１１３ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．０５ｄＢで最小０．０２ｄＢ、温度特性は０．０６７ｄｅｇ／℃、消光比は最大４５．５ｄＢで最小４１．７ｄＢの値が得られた。

そして、この単結晶膜を膜表面側から研磨とＸ線回折（ボンド法）による格子定数測定を繰り返し、単結晶膜の格子定数と成長方向の膜厚の関係を評価した（図５参照）。なお、格子定数は（８８８）面の回折線より求めた。その結果、図５に示すように、基板の格子定数１２．４９５Åに対して、単結晶膜の格子定数は膜厚１０μｍの格子定数１２．４９４Åから膜厚５００μｍの格子定数１２．５１０Åまで膜厚が増加すると共に格子定数は増加した。これらの工程でファラデー回転子を作製した場合、約３５％の歩留まりが得られた。

本発明の一実施の形態による実施例１における単結晶膜格子定数と膜厚の関係を示す図である。本発明の一実施の形態による実施例２における単結晶膜格子定数と膜厚の関係を示す図である。本発明の一実施の形態による比較例１における単結晶膜格子定数と膜厚の関係を示す図である。本発明の一実施の形態による比較例２における単結晶膜格子定数と膜厚の関係を示す図である。本発明の一実施の形態による比較例３における単結晶膜格子定数と膜厚の関係を示す図である。

Claims

液相エピタキシャル成長法により育成した磁性ガーネット単結晶膜で作製されるファラデー回転子であって、
前記磁性ガーネット単結晶膜の光入射面の格子定数Ａと、光射出表面の格子定数Ｂと、前記光入射面及び前記光射出面からほぼ等距離にある前記磁性ガーネット単結晶膜の格子定数Ｃとの間に、
（Ａ＋Ｂ）／２＞Ｃ
の関係が成立すること
を特徴とするファラデー回転子。