JP2010256588A - ファラデー回転子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Caを含んだ化学式TbyYbxCawBi3−x−y−wFe5−zGazO12、または化学式TbyHoxCawBi3−x−y−wFe5−zGazO12で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を、金るつぼを使った液相エピタキシャル法にて育成することで、温度特性0.075deg/℃以下が達成された。
【選択図】図2
Description
すなわち、白金るつぼを使わず金るつぼで育成することを特徴とする、化学式TbyYbxCawBi3-x-y−wFe5−zGazO12(式中、0.1≦x≦0.35,1.1≦y≦1.8,0.6≦z≦0.75,0.02≦w≦0.1)で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶、および、金るつぼで育成することを特徴とする、化学式TbyHoxCawBi3-x-y−wFe5−zGazO12(式中、0.1≦x≦0.45,1.1≦y≦1.8,0.6≦z≦0.75,0.02≦w≦0.1)で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子において、温度特性0.075deg/℃以下が達成された。
白金のるつぼを使って、Caを添加せずに、飽和磁界が30〜60(Oe)になるよう、融液中のGa置換量を定めてRIGを作製すると、図1の○(白金るつぼ、Ca添加なし)のGa置換量が必要となる。白金るつぼで作製しても、Caを十分に添加すると図1の□(白金るつぼ、Ca添加あり)のように、○と比較して少ないGa置換量で、RIGの飽和磁界が調整できる。更に、白金るつぼを使わず、金るつぼを用いCaを添加すると図1の●(金るつぼ、Ca添加)のようにGa置換量は一層少なくて良い。したがって、図2のように温度特性が向上されるのである。結果として図2の●(金るつぼ、Ca添加あり)のように、図2の○(白金るつぼ、Ca添加なし)や図2の□(白金るつぼ、Ca添加あり)と比較して、温度特性が改善されるのである。ちなみに、図2において、YbやHoの置換量が少ないと温度特性は改善されるが、これはTbの置換量が多くなり、一般に知られているTbの温特に寄与する効果が増えるためである。
Gaの置換量は、少ないことが好ましい。本発明を用いるとGa置換量は、0.6〜0.75の範囲にあって、YbやHoの置換量xの範囲内では、0.67±0.02程度に抑えられる。
以下、表1に記載したRIGの製法と評価結果の詳細を記載する。実施例や比較例では、水酸化ナトリウムを除き、すべて3Nかそれ以上の高純度試薬を用いている。水酸化ナトリウムは、95%以上の純度ではあるが、水酸化ナトリウムの使用の有無に関わらず、Gaの置換量や温度特性の傾向に差異は無い。また、水酸化ナトリウムに含まれる不純物は、水及び炭酸ナトリウムやカリウムがほとんどであって他は100ppm以下である。
金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]5500g、酸化第2鉄[Fe2O3]300g、酸化ほう素[B2O3]55g、水酸化ナトリウム[NaOH]95g、酸化テルビウム[Tb4O7]45g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]10g、酸化ガリウム[Ga2O3]45g、酸化カルシウム [CaO]1gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、900℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、厚さが760μmで、格子定数が1.2
497±0.0002nmの3インチ(111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaMgZr)5O12]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚520μmのRIG(以下RIG-1と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.60Yb0.16Ca0.03Bi1.21Fe4.32Ga0.68O12であった。得られたRIG−1を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは440μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-1を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は45(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.072(deg/℃)であった。
このRIG−1、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1400(Oe)であった。
金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]4600g、酸化第2鉄[Fe2O3]300g、酸化ほう素[B2O3]90g、酸化鉛[PbO]900g、酸化テルビウム[Tb4O7]40g、酸化ホルミウム[Ho2O3]20g、酸化ガリウム[Ga2O3]40g、酸化カルシウム [CaO]4gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、900℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚500μmのRIG(以下RIG-2と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.15Ho0.43Ca0.06Bi1.36Fe4.34Ga0.66O12であった。得られたRIG−2を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは450μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-2を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は50(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.075(deg/℃)であった。
このRIG−2、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1230(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]4400g、酸化第2鉄[Fe2O3]500g、酸化ほう素[B2O3]200g、酸化鉛[PbO]3800g、酸化テルビウム[Tb4O7]480g、酸化ガリウム[Ga2O3]60g、酸化アルミニウム [Al2O3]20gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚550μmのRIG(以下RIG-3と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.68Bi1.32Fe4.30Ga0.44Al0.26O12であった。得られたRIG−3を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは460μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-3を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は55(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.075(deg/℃)であった。
このRIG−3、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は710(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]2900g、酸化第2鉄[Fe2O3]310g、酸化ほう素[B2O3]110g、酸化鉛[PbO]2100g、酸化テルビウム[Tb4O7]30g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]6g、酸化ガリウム[Ga2O3]55gを仕込み融液とした。
ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚520μmのRIG(以下RIG-4と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.67Yb0.14Bi1.19Fe4.20Ga0.80O12であった。得られたRIG−4を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは460μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-4を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は51(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.078(deg/℃)であった。
このRIG−4、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は2110(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]2000g、酸化第2鉄[Fe2O3]210g、酸化ほう素[B2O3]75g、酸化鉛[PbO]1500g、酸化テルビウム[Tb4O7]20g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]6g、酸化ガリウム[Ga2O3]40gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚550μmのRIG(以下RIG-5と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.56Yb0.20Bi1.24Fe4.20Ga0.80O12であった。得られたRIG−5を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは450μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-5を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は55(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.080(deg/℃)であった。
このRIG−5、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1380(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]4800g、酸化第2鉄[Fe2O3]450g、酸化ほう素[B2O3]170g、酸化鉛[PbO]3500g、酸化テルビウム[Tb4O7]40g、酸化ホルミウム[Ho2O3]20g、酸化ガリウム[Ga2O3]85gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚510μmのRIG(以下RIG-6と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.25Ho0.42Bi1.33Fe4.15Ga0.85O12であった。得られたRIG−6を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは460μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-6を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は50(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.088(deg/℃)であった。
このRIG−6、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1150(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]5500g、酸化第2鉄[Fe2O3]350g、酸化ほう素[B2O3]55g、水酸化ナトリウム[NaOH]100g、酸化テルビウム[Tb4O7]55g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]10g、酸化ガリウム[Ga2O3]60g、酸化カルシウム[CaO]3gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚520μmのRIG(以下RIG-7と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.62Yb0.14Ca0.05Bi1.19Fe4.25Ga0.75O12であった。得られたRIG−7を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは460μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-7を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は55(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.078(deg/℃)であった。
このRIG−7、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1520(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]5300g、酸化第2鉄[Fe2O3]350g、酸化ほう素[B2O3]50g、水酸化ナトリウム[NaOH]90g、酸化テルビウム[Tb4O7]60g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]15g、酸化ガリウム[Ga2O3]60g、酸化カルシウム[CaO]4gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚540μmのRIG(以下RIG-8と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.62Yb0.17Ca0.05Bi1.16Fe4.25Ga0.75O12であった。得られたRIG−8を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは450μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-8を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は58(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.078(deg/℃)であった。
このRIG−8、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1410(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]4600g、酸化第2鉄[Fe2O3]300g、酸化ほう素[B2O3]90g、酸化鉛[PbO]900g、酸化テルビウム[Tb4O7]40g、酸化ホルミウム[Ho2O3]20g、酸化ガリウム[Ga2O3]40g、酸化カルシウム [CaO]4gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚520μmのRIG(以下RIG-9と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.24Ho0.33Ca0.06Bi1.37Fe4.25Ga0.75O12であった。得られたRIG−9を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは440μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-9を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は48(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.081(deg/℃)であった。
このRIG−9、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1450(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]5500g、酸化第2鉄[Fe2O3]300g、酸化ほう素[B2O3]55g、水酸化ナトリウム[NaOH]100g、酸化テルビウム[Tb4O7]48g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]10g、酸化ガリウム[Ga2O3]50g、酸化カルシウム[CaO]3gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚550μmのRIG(以下RIG-10と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.62Yb0.14Ca0.05Bi1.19Fe4.32Ga0.68O12であった。得られたRIG−10を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは450μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-10を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は90(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.075(deg/℃)であった。
このRIG−10、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は760(Oe)であった。
白金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]5500g、酸化第2鉄[Fe2O3]300g、酸化ほう素[B2O3]55g、水酸化ナトリウム[NaOH]100g、酸化テルビウム[Tb4O7]50g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]12g、酸化ガリウム[Ga2O3]50g、酸化カルシウム[CaO]4gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚510μmのRIG(以下RIG-11と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.62Yb0.17Ca0.05Bi1.16Fe4.31Ga0.69O12であった。得られたRIG−11を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは460μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-11を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は85(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.075(deg/℃)であった。
このRIG−11、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は610(Oe)であった。
金るつぼに酸化ビスマス[Bi2O3]5500g、酸化第2鉄[Fe2O3]300g、酸化ほう素[B2O3]55g、水酸化ナトリウム[NaOH]95g、酸化テルビウム[Tb4O7]48g、酸化イッテルビウム[Yb2O3]10g、酸化ガリウム[Ga2O3]50gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、900℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してRIG育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例1と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚530μmのRIG(以下RIG-12と記す)を得た。この結晶をEPMAにより組成分析した結果、組成はTb1.64Yb0.15Bi1.21Fe4.24Ga0.76O12であった。得られたRIG−12を11mm×11mmに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が45度になるように厚さを調整した。厚さは440μmであった。その後、波長1550nmを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の11mm×11mmのRIG-12を1枚選択し、飽和磁界Hsを測定した結果、値は52(Oe)であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は0.078(deg/℃)であった。
このRIG−12、1枚を1mm×1mmの大きさに切断した。得られたチップ100個において、5000(Oe)の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Hcを測定した結果、100個のHcの平均値は1320(Oe)であった。
Claims (2)
- 金るつぼで育成することを特徴とする、化学式TbyYbxCawBi3−x−y−wFe5−zGazO12(式中、0.1≦x≦0.35,1.1≦y≦1.8,0.6≦z≦0.75,0.02≦w≦0.1)で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶とこれを磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子。
- 金るつぼで育成することを特徴とする、化学式TbyHoxCawBi3−x−y−wFe5−zGazO12(式中、0.1≦x≦0.45,1.1≦y≦1.8,0.6≦z≦0.75,0.02≦w≦0.1)で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶とこれを磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子。
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