JP2017024960A

JP2017024960A - ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜

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Publication number: JP2017024960A
Application number: JP2015148078A
Authority: JP
Inventors: 修司大住; Shuji Osumi; 浩畑中; Hiroshi Hatanaka
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: JP6481552B2

Abstract

【課題】Ｐｂの含有量を抑制し、かつ光学特性に優れたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜が得られる、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】一般式Ｇｄ３−ｘ−ｙＢｉｘＲｙＦｅ５Ｏ1２（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素からなり、０＜ｘ、０＜ｙ）で示され、さらに不純物としてＰｂを含有するビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法であって、非磁性ガーネット基板上に、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を液相エピタキシャル成長法により育成する結晶育成工程を有しており、前記結晶育成工程において、前記非磁性ガーネット基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜に関する。

光通信に利用されている半導体レーザーや、レーザー加工等に利用されている固体レーザー等は、レーザー共振器外部の光学面や加工面で反射された光がレーザー素子に戻ってくるとレーザー発振が不安定になる。発振が不安定になると、光通信の場合には信号ノイズとなり、加工用レーザーの場合はレーザー素子が破壊されてしまうことがある。このため、このような反射戻り光がレーザー素子に戻らないように遮断するため光アイソレータが使用される。

従来のＹＡＧレーザーの代替として、近年注目されているファイバレーザー用の光アイソレータに用いられるファラデー回転子として、従来、テルビウム・ガリウム・ガーネット結晶（以下、ＴＧＧとも記載する）やテルビウム・アルミニウム・ガーネット結晶（以下、ＴＡＧとも記載する）が用いられてきた。

しかし、ＴＧＧやＴＡＧは単位長さ当たりのファラデー回転係数が小さく、光アイソレータとして機能させるために４５度の偏光回転角を得るには光路長を長くする必要があり、大きな結晶を用いなければならなかった。また、高い光アイソレーションを得るには、結晶に一様で大きな磁場をかける必要があるため、強力で大きな磁石を用いていた。

このため、光アイソレータの寸法は大きなものとなっていた。また、光路長が長いためにレーザーのビーム形状が結晶内で歪むことがあり、歪みを補正するための光学系が必要となる場合もあった。更に、ＴＧＧは高価でもあるため、小型で安価なファラデー回転子が望まれていた。

一方、光通信分野で専ら用いられているビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（以下、ＲＩＧとも記載する）をこのタイプの光アイソレータに使用することで、大きさを大幅に小型化することが可能である。

一般的にＲＩＧは、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）により育成されている。液相エピタキシャル成長法によりＲＩＧを育成する場合、フラックス成分としてはＰｂＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３が用いられ、該フラックスにガーネット単結晶成分である希土類や鉄を溶かして融液を形成し、ガーネット単結晶が析出する過飽和温度状態とする。そして、形成した融液に種結晶基板である非磁性ガーネットを接触、浸漬して結晶育成が行われる。

このように、ＲＩＧはＰｂを含有するフラックスを用いて育成されている。このため、育成したＲＩＧ中には、フラックス成分であるＰｂが不純物として取り込まれ、例えばＰｂの含有量が０．６重量％〜０．８重量％となる場合があった。

しかしながら、鉛はＲｏＨＳ指令「電気電子機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会および理事会指令」での指定物質であり、その最大許容量は０．１重量％と定められている。

係るＲｏＨＳ指令を満足するためのＲＩＧの育成法について、従来から各種検討がなされている。例えば、特許文献１には、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化ホウ素及び酸化カルシウムから構成されるフラックス成分に、ガーネット単結晶成分である希土類と鉄及びガーネット単結晶の鉄サイトを置換するためのＧａ、Ａｌの組み合わせを溶かした融液を用い、非磁性ガーネット単結晶基板にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する液相エピタキシャル法において、融液中の酸化鉛モル濃度が５％以上４８％以下であり、かつ融液中のＣａＯモル濃度比が０．０１％以上０．８％以下であり、かつ育成したＢＩＧ（ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶）のＰｂ含有量が０．１重量％以下となるようＣａＯモル濃度と酸化鉛モル濃度の比を定めたことを特徴とするビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の製造方法が開示されている。

特許文献１では、酸化カルシウムの融液への添加により、育成された単結晶への鉛の混入を抑制している。

特許第４６５０９４３号

しかしながら、特許文献１においても、例えばＰｂの含有量を０．１重量％以下にしようとした場合、融液中のＰｂＯモル濃度を低くする必要があり、安定して結晶を育成することができなくなるとされている。

また、特許文献１では、融液中のＣａＯの添加量を多くした場合、ファラデー回転子として重要な光学特性に影響が出ることも示唆されている。

そこで、本発明の一側面では上記従来技術が有する問題に鑑み、Ｐｂの含有量を抑制し、かつ光学特性に優れたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜が得られる、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、一般式Ｇｄ_{３−ｘ−ｙ}Ｂｉ_ｘＲ_ｙＦｅ_５Ｏ_1２（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素からなり、０＜ｘ、０＜ｙ）で示され、さらに不純物としてＰｂを含有するビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法であって、
非磁性ガーネット基板上に、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を液相エピタキシャル成長法により育成する結晶育成工程を有しており、
前記結晶育成工程において、前記非磁性ガーネット基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法を提供することができる。

本発明の一態様によれば、Ｐｂの含有量を抑制し、かつ光学特性に優れたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜が得られる、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法を提供することができる。

成膜装置の構成例。実施例、比較例における基板の回転数と、形成したＲＩＧ中のＰｂ含有量との関係。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
（ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法）
本実施形態のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法の一構成例について以下に説明する。

本実施形態のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法は、一般式Ｇｄ_{３−ｘ−ｙ}Ｂｉ_ｘＲ_ｙＦｅ_５Ｏ_1２（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素からなり、０＜ｘ、０＜ｙ）で示され、さらに不純物としてＰｂを含有するビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法に関する。
本実施形態のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法は、非磁性ガーネット基板上に、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を液相エピタキシャル成長法により育成する結晶育成工程を有することができる。そして、結晶育成工程において、非磁性ガーネット基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とすることが好ましい。

ここでまず、図１を用いて本実施形態のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（ＲＩＧ）の製造方法において好適に用いることができる、成膜装置の構成例について説明する。

図１の成膜装置１０は、上述の様に液相エピタキシャル成長によりＲＩＧを成膜する際に好適に用いることができ、図１においては、成膜装置１０内に設置した坩堝１４の中心軸を通る面での断面図を模式的に示している。

成膜装置１０は、ヒーター１１を有することができ、ヒーター１１で囲まれた領域の中には、坩堝台１２が配置されている。そして、坩堝台１２の上部には、融液１３が入った坩堝１４が載置されている。なお、坩堝１４内には予め原料、すなわちフラックス成分や、ＲＩＧの原料となる成分の原料粉末を入れておき、ヒーター１１により加熱することにより融液１３とすることができる。

そして、融液１３が入った坩堝１４の上部には、基板支持軸１５を配置することができ、基板支持軸１５の一方の端部には、予め種結晶基板１６を取り付けておくことができる。

なお、成膜装置１０においては、さらに必要に応じて任意の部材を有することができる。例えば断熱材や、温度測定手段、また、ヒーター１１で囲まれた領域内の雰囲気を制御する雰囲気制御手段等を有することもできる。

そして、図１に示した成膜装置１０を用いたＲＩＧの成膜は、基板支持軸１５を例えば図中矢印Ａで示す方向に回転させることによって種結晶基板１６を回転させながら、基板支持軸１５を下げ、融液１３に種結晶基板１６の融液１３と対向する片方の面を浸漬させることにより実施できる。なお、図１における回転方向は例示であり、矢印Ａの方向に限定されるものではない。

既述のように、融液１３はＲＩＧを安定して成膜する観点からフラックス成分として鉛を含有することが好ましいが、ＲＩＧを成膜する際、成膜した膜内に鉛が取り込まれるため、成膜したＲＩＧは一定量以上の鉛を含有していた。しかしながら、ＲｏＨＳ指令等により、ＲＩＧについて鉛の含有量を低減することが求められていた。

そこで、本発明の発明者らは、液相エピタキシャル成長法によりＲＩＧを成膜する場合において、光学特性に優れ、かつ鉛の含有量がＲｏＨＳ指令に適合した、すなわち０．１重量％以下であるＲＩＧを安定して成膜できるＲＩＧの製造方法について鋭意検討を行った。そして、上述の様にＲＩＧを成膜する際、種結晶基板を回転させながら、融液に種結晶基板の片方の面を浸漬することになるが、種結晶基板の回転数を低くすることで、鉛の含有量を抑制し、かつ光学特性に優れたＲＩＧを成膜できることを見出し、本発明を完成させた。

以下、本実施形態のＲＩＧの製造方法について具体的に説明する。

本実施形態のＲＩＧの製造方法は、非磁性ガーネット基板上に、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を液相エピタキシャル成長法により育成する結晶育成工程を有することができる。そして、結晶育成工程において、非磁性ガーネット基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とすることができる。

ここで、結晶育成工程について説明する。

結晶育成工程は、例えば既述の成膜装置１０を用いて実施することができ、本実施形態のＲＩＧの製造方法においては、種結晶基板１６である非磁性ガーネット基板を回転させながら、融液１３に接触または浸漬させることによりＲＩＧの成膜を行うことができる。

ここで、ＲＩＧを成膜する場合、種結晶基板としては上述の様に非磁性ガーネット基板を好適に用いることができる。非磁性ガーネット基板の組成は特に限定されるものではなく、成膜したＲＩＧに要求される性能や、成膜するＲＩＧの格子定数等に応じて任意に選択することができる。非磁性ガーネット基板としては、具体的には例えば、（ＣａＧｄ）_３（ＺｒＭｇＧａ）_５Ｏ_１２基板や、Ｇｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板、Ｓｍ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板、Ｌａ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板等を用いることができる。特に、格子定数が大きい、Ｇｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板、Ｓｍ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板、Ｌａ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板を用いた場合、成膜したＲＩＧは１μｍ帯域付近の波長における光吸収を低減できることから、好ましく用いることができる。中でも、Ｇｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板は格子定数が１．２５６ｎｍ程度と大きく、ＲＩＧ内のＦｅイオンによる光の吸収波長を短波長側へシフトできるため、非磁性ガーネット基板はＧｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板であることがより好ましい。

また、融液の組成についても特に限定されるものではなく、成膜するＲＩＧの組成にあわせて任意に選択することができる。

なお、融液は、成膜するＲＩＧの組成にあわせて予め用意した、例えば固体状の原料を融解することにより形成することができる。

そして、本実施形態のＲＩＧの製造方法においては、一般式Ｇｄ_{３−ｘ−ｙ}Ｂｉ_ｘＲ_ｙＦｅ_５Ｏ_1２（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素からなり、０＜ｘ、０＜ｙ）で示され、さらに不純物としてＰｂを含有するＲＩＧを製造することができる。

このため、上述の固体状の原料は、育成するＲＩＧの組成にあわせて、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、さらには上記一般式中のＲに対応する成分の酸化物、例えばＬａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ、Ｐｒ_６Ｏ_１１、Ｎｄ_２Ｏ_３から選択される１種以上を含むことができる。また、その他にフラックス成分として、ＰｂＯ、Ｂ_２Ｏ_３や、フラックス成分として添加したＰｂがＲＩＧ中に取り込まれることを抑制するため、ＣａＯを含むこともできる。なお、ＣａＯを添加する場合、育成するＲＩＧの光学特性に悪影響を与えない範囲で添加することが好ましい。

そして、上述の様に、種結晶基板１６である非磁性ガーネット基板を回転させながら、該非磁性ガーネット基板の融液と対向する片方の面を融液に浸漬させることにより、非磁性ガーネット基板の表面にＲＩＧを成膜することができる。非磁性ガーネット基板の回転数を高くした方が、ＲＩＧの成膜速度が速くなり、所望の膜厚のＲＩＧを成膜するために要する時間が短くなる。このため、従来はＲＩＧを成膜する際の非磁性ガーネット基板の回転数は例えば１００ｒｐｍ以上であり、回転数を低くすることは検討されてこなかった。

しかしながら、本発明の発明者らが検討を行ったところ、ＲＩＧを成膜する際の非磁性ガーネット基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とすることで、Ｐｂの含有量が８５０ｐｐｍ以下のＲＩＧを安定して形成することができる。すなわち、ＲＩＧを成膜する際の非磁性ガーネット基板の回転数を制御することで、育成されるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜のＰｂの量を制御することが可能になる。

上述のようにＰｂの含有量が８５０ｐｐｍ以下、すなわち０．０８５重量％以下のＲＩＧを安定して形成できることで、ＲｏＨＳ指令で規定されている鉛の含有量が０．１重量％以下のＲＩＧを安定して、より確実に形成することができるため好ましい。

本発明の発明者らの検討によれば、種結晶基板の回転数を低減することにより、さらに形成したＲＩＧ膜中の鉛の含有量を低減することができる。このため、本実施形態のＲＩＧの製造方法における種結晶基板の回転数はさらに小さいことが好ましい。従って、結晶育成工程における、種結晶基板である非磁性ガーネット基板の回転数は８０ｒｐｍ以下であることが好ましく、６０ｒｐｍ以下であることがより好ましい。

ただし、種結晶基板である非磁性ガーネット基板の回転数が小さくなるにつれて、ＲＩＧの形成速度、すなわち成膜速度が遅くなる。このため、目的とする厚さのＲＩＧ膜を得るために要する時間が長くなり、生産性が低下する恐れがある。このため、結晶工程における非磁性ガーネット基板の回転数は４０ｒｐｍ以上であることが好ましい。

なお、結晶育成工程は、種結晶基板である非磁性ガーネット基板の表面に所望の厚さのＲＩＧが形成された時点で終えることができる。結晶育成工程終了後は、融液から、育成したＲＩＧ、及び種結晶基板である非磁性ガーネット基板を切り離すことで、ＲＩＧの育成を終え、その後室温、またはその近傍まで冷却した後、ＲＩＧ、及び種結晶基板である非磁性ガーネット基板を成膜装置から取り出すことができる。

以上に説明した本実施形態のＲＩＧの製造方法によれば、得られたＲＩＧ中の鉛の含有量を低減することができる。

また、融液に新たな成分を添加することなく、また特定の成分を除去することなく、すなわち例えば従来と同様の融液を用いて、ＲＩＧの形成を行うことができる。このため、従来と同様、またはそれ以上の光学特性を有するＲＩＧを得ることができる。

なお、従来と同様に、非磁性ガーネット基板の回転数を高くしてＲＩＧを成膜した場合に、ＲＩＧに含まれる鉛を抑制する方法として、融液中の鉛の含有量を低減する方法も考えられる。しかしながら、融液中の鉛の含有量を低減した場合、ＲＩＧの成膜速度が著しく遅くなり、場合によっては所望の組成のＲＩＧが得られない場合もある。これに対して、本実施形態のＲＩＧの製造方法によれば、非磁性ガーネット基板の回転数を低くすることで、ＲＩＧの成膜速度は若干遅くはなるものの、融液中の鉛の含有量を低減した場合と比較して、その成膜速度の低下の程度は小さい。このため、生産性をほとんど悪化させることなく、鉛の含有量を抑制したＲＩＧを成膜することが可能になる。

さらに、本実施形態のＲＩＧの製造方法においては、結晶育成工程において、種結晶基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とすることだけで、形成したＲＩＧ中の鉛の含有量を低減することができる。このため、特別な設備を要せず、また高い生産性で鉛の含有量が少ないＲＩＧを形成することが可能になる。
（ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜）
次に、本実施形態のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の一構成例について説明する。

本実施形態のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（ＲＩＧ）は、Ｇｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２で示される非磁性ガーネット基板上に配置されたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜であって、ＲＩＧ中のＰｂ含有量は０．０８５重量％以下とすることができる。

本実施形態のＲＩＧは、上述のＲＩＧの製造方法により製造することができる。すなわち、本実施形態のＲＩＧは、非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成長法により育成できる。なお、この際、非磁性ガーネット基板としては、例えばＧｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板を好適に用いることができる。

以上のように、本実施形態のＲＩＧは既述のＲＩＧの製造方法により好適に製造することができるため、重複する部分については説明を一部省略する。

本実施形態のＲＩＧは上述の様にＲＩＧ中のＰｂの含有量を０．０８５重量％以下とすることができる。このようにＰｂの含有量を低減することにより、廃棄等された場合でも環境への負荷を低減することが可能となる。また、ＲｏＨＳ指令に適合したＲＩＧを提供することが可能になる。

なお、Ｐｂの含有量は少ない程好ましく、下限値は特に限定されるものではなく０に限りなく近いことが好ましい。ただし、ＲＩＧを育成する際に、融液にフラックス成分として含有しているため、ごく微量は含まれ、例えば０重量％よりも多くなる。

さらに、本実施形態のＲＩＧは、優れた光学特性を有することができる。具体的には例えば、波長１μｍ帯域における挿入損失を０．６ｄＢ未満とすることができる。このように、波長１μｍ帯域における挿入損失が０．６ｄＢ未満の場合、波長１μｍ帯域の光の吸収を十分に抑制できている。このため、波長１μｍ帯域の光の吸収による発熱に伴う温度上昇を抑制し、さらには温度上昇による性能劣化も抑制することが可能になる。

本実施形態のＲＩＧの組成は特に限定されるものではないが、ＲＩＧは、一般式Ｇｄ_{３−ｘ−ｙ}Ｂｉ_ｘＲ_ｙＦｅ_５Ｏ_1２（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素からなり、０＜ｘ、０＜ｙ）で示されることが好ましい。

以上に説明した、本実施形態のＲＩＧは、Ｐｂの含有量が０．０８５重量％以下と十分に抑制されている。このため、廃棄等された場合でも環境への負荷を低減することができる。また、ＲｏＨＳ指令に適合したＲＩＧを提供することができる。

さらに、本実施形態のＲＩＧは光学特性、例えば挿入損失に優れている。このため、例えば波長１μｍ帯域の光の吸収による発熱に伴う温度上昇を抑制し、さらには温度上昇による性能劣化も抑制することが可能になる。

以下に具体的な実施例、比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（評価方法）
ここでまず、以下の実施例、比較例で作製したＲＩＧの評価方法について説明する。
（Ａ）ＲＩＧ中のＰｂ含有量
各実施例、比較例において形成したＲＩＧ中のＰｂ含有量は、ＩＣＰ発光分析法により評価を行った。

ＲｏＨＳ指令によれば、ＲＩＧ中のＰｂ含有量は０．１重量％以下とすることで足りるが、工業製品としては安定的かつ量産性にも富む必要があり、ＲＩＧ中のＰｂ含有量が０．０８５重量％以下の場合に合格と評価した。
（Ｂ）挿入損失
各実施例、比較例において形成したＲＩＧについて、ダイシングソーで１１ｍｍ角に切断し、更に波長１．０６μｍの光に対しファラデー回転角が４５°となるようにＲＩＧの厚みを研磨により調整した。そして、波長１．０６μｍの光に対する両面対空気反射防止膜（波長１．０３〜１．０９μｍ：反射率０．２％以下）をＲＩＧの両面に形成した後、波長１．０６μｍのＹＶＯ_４レーザー光を入射して挿入損失を測定した。なお、上記反射防止膜は挿入損失を測定する際に波長１．０６μｍの光を入射する入射面と、係る入射面と対向する面とに設けている。
［実施例１］
図１に示した成膜装置１０を用いて、以下の手順によりＲＩＧを成膜した。

まず、原料として、Ｎｄ_２Ｏ_３を７．１４ｇ、Ｇｄ_２Ｏ_３を８．１６ｇ、Ｆｅ_２Ｏ_３を５６．９２ｇ、Ｂｉ_２Ｏ_３を７８２．６２ｇ、ＰｂＯを１３１．２１ｇ、Ｂ_２Ｏ_３を１３．６４ｇ、ＣａＯを０．８０ｇそれぞれ秤量した。そして、秤量した原料を白金製の坩堝１４内に入れ、坩堝台１２上に載置した。

次いで、ヒーター１１により加熱を行い、坩堝１４内に充填した上記原料を１０００℃で溶解して融液を形成した。なお、融液が均一な組成になるように、坩堝１４内に配置した図示しない撹拌手段であるプロペラ状の撹拌子を１００ｒｐｍ/ｍｉｎで一方向に回転させることにより十分に撹拌混合した（融液形成工程）。

次に、ＲＩＧを液相エピタキシャル法により成長させるため、融液の温度を８２５℃の育成温度まで降下させた。

その後、種結晶基板１６である非磁性ガーネット基板を、基板支持軸１５により２０ｒｐｍで回転させながら降下させ、種結晶基板１６の融液１３と対向する片面のみを融液１３に浸漬させて、ＲＩＧの形成を開始した。なお、非磁性ガーネット基板としては、格子定数が１．２５６４ｎｍのＧｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板を用いている。また、形成するＲＩＧの膜厚は２５０μｍを目標として、成膜時間を選択した。

そして、種結晶基板１６を回転させつつ、片面のみを融液１３に浸漬させてから、１９００分間その状態を保ち、ＲＩＧの育成を行った（結晶育成工程）。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ２４５μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４３ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８０６重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例２］
実施例１と同様の条件、手順でＲＩＧの育成を行った。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ２４０μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４２ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８１５重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例３］
以下の２点を変更した以外は、実施例１と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

結晶育成工程において、融液１３に、種結晶基板１６を浸漬させ、ＲＩＧの育成を行う際、種結晶基板１６の回転数を４０ｒｐｍとした点。

種結晶基板１６を上記回転数で回転させつつ、片面のみを融液１３に浸漬させてから、１４００分間その状態を保ち、ＲＩＧの育成を行った点。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２４８μｍであった。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４４ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８２０重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例４］
実施例３と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２４２μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８２１重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例５］
以下の２点を変更した以外は、実施例１と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

結晶育成工程において、融液１３に、種結晶基板１６を浸漬させ、ＲＩＧの育成を行う際、種結晶基板１６の回転数を６０ｒｐｍとした点。

種結晶基板１６を上記回転数で回転させつつ、片面のみを融液１３に浸漬させてから、９６０分間その状態を保ち、ＲＩＧの育成を行った点。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２４５μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．３８ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８０３重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例６］
実施例５と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２４７μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４５ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８２４重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例７］
以下の２点を変更した以外は、実施例１と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

結晶育成工程において、融液１３に、種結晶基板１６を浸漬させ、ＲＩＧの育成を行う際、種結晶基板１６の回転数を８０ｒｐｍとした点。

種結晶基板１６を上記回転数で回転させつつ、片面のみを融液１３に浸漬させてから、６９０分間その状態を保ち、ＲＩＧの育成を行った点。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２４６μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４０ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８４１重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［実施例８］
実施例７と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２４３μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８３３重量％であり、鉛の含有量も十分に抑制できていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［比較例１］
以下の２点を変更した以外は、実施例１と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

結晶育成工程において、融液１３に、種結晶基板１６を浸漬させ、ＲＩＧの育成を行う際、種結晶基板１６の回転数を１００ｒｐｍとした点。

種結晶基板１６を上記回転数で回転させつつ、片面のみを融液１３に浸漬させてから、５００分間その状態を保ち、ＲＩＧの育成を行った点。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４６ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８５４重量％であり、鉛の含有量は基準値を超えていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［比較例２］
比較例１と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２５６μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８４２重量％であり、鉛の含有量は基準値以下となっていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［比較例３］
以下の２点を変更した以外は、実施例１と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

結晶育成工程において、融液１３に、種結晶基板１６を浸漬させ、ＲＩＧの育成を行う際、種結晶基板１６の回転数を１２０ｒｐｍとした点。

種結晶基板１６を上記回転数で回転させつつ、片面のみを融液１３に浸漬させてから、４００分間その状態を保ち、ＲＩＧの育成を行った点。

また、挿入損失（ＩＬ）の評価を行ったところ、０．４１ｄＢと良好な結果であった。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８５８重量％であり、鉛の含有量は基準値を超えていることが確認できた。

結果を表１に示す。
［比較例４］
比較例３と同様にしてＲＩＧの育成を行った。

育成したＲＩＧの膜厚を測定したところ、２５３μｍであり、ほぼ目標通りの膜厚のＲＩＧを得られていることが確認できた。

ＲＩＧ中のＰｂ含有量の評価を行ったところ、Ｐｂ含有量は０．０８５２重量％であり、鉛の含有量は基準値以下となっていることが確認できた。

結果を表１に示す。

各実施例、比較例における成膜時の種結晶基板の回転数と、得られたＲＩＧ中のＰｂ含有量との関係について、まとめたものを図２に示す。

図２に示した結果から明らかなように、成膜時の種結晶基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とすることで、得られたＲＩＧ中のＰｂ含有量をより確実に０．０８５重量％以下とすることができることを確認できた。これに対して、種結晶基板の回転数が１００ｒｐｍ以上の場合には、０．０８５重量％を超える場合もあり、安定してＰｂの含有量を十分に抑制したＲＩＧを形成できないことが確認できた。

特に図２に示した結果から明らかなように、成膜時の種結晶基板の回転数を小さくすることにより、成膜したＲＩＧ中のＰｂの含有量を低下させることができることを確認できる。

ただし、種結晶基板の回転数を小さくすることにより、ＲＩＧのエピタキシャル成長は遅くなる為、所望の膜厚を得るには育成に要する時間は長時間にも及び、生産性が低下する場合もあることが確認できる。このため、十分な生産性を確保する観点から、種結晶基板の回転数は４０ｒｐｍ以上とすることが好ましいことも確認できた。

また、表１に示した挿入損失の評価結果から、実施例１〜実施例８で形成した全てのＲＩＧが波長１．０６μｍの光に対して、挿入損失が０．６ｄＢ未満であり、光学特性に優れていることが確認できた。

１３融液
１６種結晶基板（非磁性ガーネット基板）

Claims

一般式Ｇｄ_{３−ｘ−ｙ}Ｂｉ_ｘＲ_ｙＦｅ_５Ｏ_1２（但し、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄから選択された１種以上の希土類元素からなり、０＜ｘ、０＜ｙ）で示され、さらに不純物としてＰｂを含有するビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法であって、
非磁性ガーネット基板上に、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を液相エピタキシャル成長法により育成する結晶育成工程を有しており、
前記結晶育成工程において、前記非磁性ガーネット基板の回転数を１００ｒｐｍ未満とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
前記結晶育成工程における、前記非磁性ガーネット基板の回転数を８０ｒｐｍ以下とする請求項１に記載のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
前記結晶育成工程における、前記非磁性ガーネット基板の回転数が４０ｒｐｍ以上６０ｒｐｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
前記非磁性ガーネット基板が、Ｇｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２基板である請求項１〜３のいずれか一項に記載のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
Ｇｄ_３（ＳｃＧａ）_５Ｏ_１２で示される非磁性ガーネット基板上に配置されたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜であって、
前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜中のＰｂ含有量が０．０８５重量％以下であるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜。