JP2018095486A - Bismuth-substituted type rare earth iron garnet crystal film, production method thereof, and optical isolator - Google Patents

Bismuth-substituted type rare earth iron garnet crystal film, production method thereof, and optical isolator Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bismuth-substituted type rare earth iron garnet crystal film having industrially high yield, and having a loss reduced to 0.35 dB, while reducing a light absorption amount in 1 μm band.SOLUTION: There is provided a bismuth-substituted type rare earth iron garnet crystal film expressed by following chemical formula (1):NdGdBiFeO...(1) (in the chemical formula (1). x1 satisfied 0.65≤x1≤0.84, and y1 satisfies 1.00≤y1≤1.15).SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜とその製造方法、及び光アイソレータに関するものである。   The present invention relates to a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, a manufacturing method thereof, and an optical isolator.

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。   Semiconductor lasers used for optical communications and solid-state lasers used for laser processing, etc., generate laser oscillation when the light reflected from the optical surface or processing surface outside the laser resonator returns to the laser element. It becomes unstable. If the oscillation becomes unstable, signal noise may occur in the case of optical communication, and the laser element may be destroyed in the case of a processing laser. For this reason, an optical isolator is used to block such reflected return light from returning to the laser element.

近年、従来のYAGレーザーの代替として注目されているファイバレーザーに関しては、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と称する)やテルビウム・アルミニウム・ガーネット結晶(以下、TAGと称する)が用いられてきた。   As for Faraday rotators used in optical isolators, terbium gallium garnet crystals (hereinafter referred to as TGG) and terbium aluminum garnet crystals have recently been used as fiber lasers that have attracted attention as an alternative to conventional YAG lasers. (Hereinafter referred to as TAG) has been used.

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るため、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。   However, TGG and TAG have a small Faraday rotation coefficient per unit length, and it is necessary to increase the optical path length in order to obtain a 45 ° polarization rotation angle in order to function as an optical isolator. did not become. Moreover, in order to obtain high optical isolation, it is necessary to apply a uniform and large magnetic field to the crystal, so a strong and large magnet was used. For this reason, the size of the optical isolator is large. In addition, since the optical path length is long, the laser beam shape may be distorted in the crystal, and an optical system for correcting the distortion may be required. Furthermore, since TGG is expensive, a small and inexpensive Faraday rotator has been desired.

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と称する)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。しかしながら、RIGは使用する光の波長が、加工用レーザーに用いられる1.1μm付近まで短くなると、RIGに含まれる鉄イオンによる光吸収が大きくなり、この光吸収による温度上昇により性能劣化を起こすことが知られている。   On the other hand, by using a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (hereinafter referred to as RIG) exclusively used in the field of optical communications for this type of optical isolator, the size can be greatly reduced. is there. However, when the wavelength of light used in RIG is shortened to near 1.1 μm used for processing lasers, light absorption by iron ions contained in RIG increases, and the temperature rises due to this light absorption, resulting in performance deterioration. It has been known.

そこで、本研究者らは特許文献1に示すように、光通信用途のRIG育成用として適用している非磁性ガーネット〔(GdCa)(GaMgZr)12〕、格子定数1.2497nmより、さらに大きな格子定数1.2564nmをもつ非磁性ガーネット〔Gd(ScGa)12〕(以下、GSGGと称する)を適用し、RIGを育成することにより、RIGに含まれる鉄イオンの光吸収を短波長側にシフトさせ、1μm帯域の光吸収量を減らしつつ、工業的に高収率で、挿入損失を0.36dB〜0.56dBまで低減したRIGを提案している。 Therefore, as shown in Patent Document 1, the present researchers have used non-magnetic garnet [(GdCa) 3 (GaMgZr) 5 O 12 ], which is applied for RIG growth for optical communication applications, and a lattice constant of 1.2497 nm, By applying non-magnetic garnet [Gd 3 (ScGa) 5 O 12 ] (hereinafter referred to as GSGG) having a larger lattice constant of 1.2564 nm and growing the RIG, light absorption of iron ions contained in the RIG is achieved. RIG has been proposed which is shifted to the short wavelength side to reduce the amount of light absorption in the 1 μm band while reducing the insertion loss from 0.36 dB to 0.56 dB in an industrially high yield.

特開2012−116672号公報JP 2012-116672 A

Takashi Katsura, Toshimori Sekine, Kenzo Kitayama, Tadashi Sugihara, Noboru Kimizuka, Thermodynamic properties of Fe-lathanoid-O compounds at high temperatures, Journal of Solid State Chemistry, 15 January 1978, volume 23, issues 1-2, pages 43-57.Takashi Katsura, Toshimori Sekine, Kenzo Kitayama, Tadashi Sugihara, Noboru Kimizuka, Thermodynamic properties of Fe-lathanoid-O compounds at high temperatures, Journal of Solid State Chemistry, 15 January 1978, volume 23, issues 1-2, pages 43-57 .

しかし、近年では、さらなる短波長域での利用や、10W級以上の高出力な加工用レーザー装置の光アイソレータにRIGを採用することが考えられている。このため、市場においては挿入損失0.35dB以下の非常に低損失なRIGを必要としており、低損失のRIGを工業的に高収率で提供できる手法が望まれている。   However, in recent years, it has been considered that RIG is used for an optical isolator of a laser device for processing in a further short wavelength region or a high-power processing laser device of 10 W class or higher. For this reason, in the market, a very low-loss RIG with an insertion loss of 0.35 dB or less is required, and a technique that can provide a low-loss RIG in an industrially high yield is desired.

ところで、RIGにおいてさらに光吸収を低減させられる方法はいくつか考えられるが、その一つとして、前記したようにRIGの格子定数をより大きくする方法がある。RIGの格子定数はその製造方法より、RIGを製造する時に用いる単結晶基板の格子定数とほぼ同一となる。このため、RIGの格子定数をより大きくするには、それに用いる単結晶基板がより大きな格子定数の単結晶基板を用いる必要がある。   By the way, there are several methods that can further reduce the light absorption in the RIG, and one of them is a method of increasing the lattice constant of the RIG as described above. The lattice constant of RIG is almost the same as the lattice constant of the single crystal substrate used when manufacturing the RIG due to its manufacturing method. Therefore, in order to increase the lattice constant of RIG, it is necessary to use a single crystal substrate having a larger lattice constant.

特許文献1では、格子定数1.2564nmをもつGSGG単結晶基板を適用し育成している。このため、GSGG単結晶の1.2564nmより大きな格子定数をもつ非磁性ガーネットを用いてRIGの育成に適用させられれば、さらに光吸収を低減させられる。GSGGの1.2564nmより、さらに大きな格子定数をもつ単結晶基板には、格子定数が1.264nmの非磁性ガーネットSm(ScGa)12(以下、SSGGと称する)単結晶基板がある。ところが、SSGGを用いてRIGを作製した場合、その格子定数の大きさから、RIG結晶におけるBi含有量が多くなってしまう。RIG結晶におけるBi含有量が多くなると、格子定数が1.264nmであるSSGG単結晶基板との格子定数のずれが大きくなることで、結晶が割れやすくなるため、高い収率でRIGを作製できなった。従って、Bi添加量を適度に抑える為には、イオン半径の大きな希土類を選択する必要がある。具体的にはLaが候補となるが、Laを多く含む融液ではペロブスカイト相が安定であり、ガーネット相を析出させることは困難であることが、非特許文献1で報告されている。一方、Bi添加量が少なければ光アイソレータとして要求されている45°のファラデー回転角を得るために必要なRIGの膜厚が増えてしまい、結局のところ、RIGにおける光吸収量の低減は達成されない。また、RIGにおいてさらに光吸収を低減させられる方法としては、格子定数がGSGG単結晶の1.2564nmより大きくSSGG単結晶の1.264nmより小さい単結晶基板を使用するのが好ましいと考えられるが、現状、それに該当するような単結晶基板は市場で販売されていないため、入手が困難であった。 In Patent Document 1, a GSGG single crystal substrate having a lattice constant of 1.2564 nm is applied and grown. For this reason, if it is applied to the growth of RIG using a nonmagnetic garnet having a lattice constant larger than 1.2564 nm of GSGG single crystal, light absorption can be further reduced. A single crystal substrate having a lattice constant larger than 1.2564 nm of GSGG includes a non-magnetic garnet Sm 3 (ScGa) 5 O 12 (hereinafter referred to as SSGG) single crystal substrate having a lattice constant of 1.264 nm. However, when RIG is produced using SSGG, the Bi content in the RIG crystal increases due to the size of the lattice constant. When the Bi content in the RIG crystal increases, the deviation of the lattice constant from the SSGG single crystal substrate having a lattice constant of 1.264 nm increases, so that the crystal easily breaks, and thus it is not possible to produce RIG with high yield. It was. Therefore, in order to moderately suppress the Bi addition amount, it is necessary to select a rare earth having a large ionic radius. Specifically, La is a candidate, but Non-Patent Document 1 reports that in a melt containing a large amount of La, the perovskite phase is stable and it is difficult to precipitate a garnet phase. On the other hand, if the Bi addition amount is small, the RIG film thickness required to obtain the 45 ° Faraday rotation angle required as an optical isolator increases, and as a result, the reduction of the light absorption amount in the RIG cannot be achieved. . Further, as a method for further reducing light absorption in RIG, it is considered preferable to use a single crystal substrate having a lattice constant larger than 1.2564 nm of GSGG single crystal and smaller than 1.264 nm of SSGG single crystal, At present, such a single crystal substrate has not been sold in the market, so it has been difficult to obtain.

そこで、本発明は、上記状況を鑑みなされたものであり、1μm帯域の光吸収量を減らしつつ、工業的に高収率で、且つ損失を0.35dB以下まで低減したRIG及びその製造方法、並びに上記RIGを用いた光アイソレータを提供するものである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above situation, and while reducing the amount of light absorption in the 1 μm band, industrially high yield, and RIG that has reduced loss to 0.35 dB or less, and a method for manufacturing the same, The present invention also provides an optical isolator using the RIG.

上述した課題を解決するため本発明者等が鋭意研究を重ねたところ、RIGの格子定数と、それを構成する希土類の種類及びその添加量と、を制御することで、1μm帯域の波長の光に対し、0.35dB以下の低損失のRIGを高い収率で育成出来ることを見出すに至った。本発明はこのような技術的発見に基づき完成されている。   In order to solve the above-described problems, the present inventors have conducted extensive research. As a result, by controlling the lattice constant of RIG, the type of rare earth constituting the RIG, and the amount of addition thereof, light having a wavelength of 1 μm band can be obtained. In contrast, the present inventors have found that a low-loss RIG of 0.35 dB or less can be grown with a high yield. The present invention has been completed based on such technical findings.

すなわち、本発明の第1の態様によれば、下記化学式(1)で表されるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84である、y1は1.00≦y1≦1.15である。)
That is, according to the first aspect of the present invention, a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film represented by the following chemical formula (1).
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.)

また、本発明の第2の態様によれば、第1の態様において、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜がファラデー回転子に用いられる、光アイソレータが提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical isolator according to the first aspect, wherein a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film is used for a Faraday rotator.

また、本発明の第3の態様によれば、液相エピタキシャル成長法により、非磁性ガーネット単結晶基板に、下記式(1)で表されるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を育成する、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法が提供される。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84である、y1は1.00≦y1≦1.15である。)
Further, according to the third aspect of the present invention, a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film represented by the following formula (1) is grown on a nonmagnetic garnet single crystal substrate by a liquid phase epitaxial growth method. A method of manufacturing a type rare earth iron garnet crystal film is provided.
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.)

また、本発明の第4の態様によれば、第3の態様において、非磁性ガーネット単結晶基板は、下記式(2)で表される、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法が提供される。
GdScx2Ga5−x212 ・・・(2)
(化学式(2)中、x2は2.065≦x2≦2.117である。)
According to the fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the nonmagnetic garnet single crystal substrate is provided with a method for producing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film represented by the following formula (2): Is done.
Gd 3 Sc x2 Ga 5-x2 O 12 (2)
(In the chemical formula (2), x2 is 2.065 ≦ x2 ≦ 2.117.)

また、本発明の第5の態様によれば、第3または第4の態様において、非磁性ガーネット単結晶基板は、格子定数が1.25800nm以上、1.25850nm以下である、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法が提供される。   According to the fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, the nonmagnetic garnet single crystal substrate has a lattice constant of 1.25800 nm or more and 1.25850 nm or less. A method of manufacturing a garnet crystal film is provided.

また、本発明の第6の態様によれば、第3から第5のいずれかの態様において、非磁性ガーネット単結晶基板は、格子定数が1.25830nmである、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法が提供される。   According to the sixth aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, the nonmagnetic garnet single crystal substrate has a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film having a lattice constant of 1.25830 nm. A manufacturing method is provided.

本発明に係るビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜(RIG)は、特許文献1等に記載された従来のRIGと比較して、挿入損失で0.35dB以下で、かつ、高い収率で製造することができる。そして、挿入損失で0.35dB以下である本発明のRIGを適用することにより、RIGにおける発熱量そのものの低減が図れるため、本発明のRIGを加工用レーザーの光アイソレータに適用した場合、より高パワーのレーザー光に対し温度上昇を大幅に抑制できることから、特性の劣化を抑制する効果を有する。また、本発明に係るRIGの製造方法は、良質なRIGを高い収率で製造することができる。また、本発明に係る光アイソレータは、上記したRIGを備えるので、より高パワーのレーザー光に対し温度上昇を大幅に抑制でき、特性の劣化を抑制する効果を有する。   The bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (RIG) according to the present invention is manufactured at a high yield with an insertion loss of 0.35 dB or less as compared with the conventional RIG described in Patent Document 1 and the like. be able to. Further, by applying the RIG of the present invention with an insertion loss of 0.35 dB or less, the amount of heat generated in the RIG itself can be reduced. Therefore, when the RIG of the present invention is applied to an optical isolator for a processing laser, it is higher. Since the temperature rise can be significantly suppressed with respect to the power laser beam, it has the effect of suppressing the deterioration of characteristics. Moreover, the manufacturing method of RIG which concerns on this invention can manufacture good quality RIG with a high yield. In addition, since the optical isolator according to the present invention includes the RIG described above, it is possible to significantly suppress a temperature rise with respect to a higher-power laser beam, and to suppress deterioration of characteristics.

実施形態に係るGSGG単結晶のScの化学式量と格子定数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the chemical formula amount of Sc and the lattice constant of the GSGG single crystal which concerns on embodiment. 実施形態に係るGSGG単結晶のScの化学式量と格子定数の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the chemical formula amount of Sc and the lattice constant of the GSGG single crystal which concerns on embodiment. 実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the GSGG single crystal which concerns on embodiment. 実施形態に係るGSGG単結晶の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the GSGG single crystal which concerns on embodiment. 実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法に用いられる製造装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the manufacturing apparatus used for the manufacturing method of the GSGG single crystal which concerns on embodiment. 実施形態に係るGSGG単結晶基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the GSGG single crystal substrate which concerns on embodiment. RIGにおけるNd−Gd−Bi三元系組成図である。It is a Nd-Gd-Bi ternary composition diagram in RIG. RIGにおけるBi化学式量と挿入損失との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between Bi chemical formula amount and insertion loss in RIG. 実施形態に係るRIGの製造方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of RIG which concerns on embodiment.

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、以下の各図において、XYZ座標系を用いて図中の方向を説明する。このXYZ座標系においては、鉛直方向をZ方向とし、水平方向をX方向、Y方向とする。また、X方向、Y方向、及びZ方向のそれぞれについて、適宜、矢印の先の側を+側(例、+X側)と称し、その反対側を−側(例、−X側)と称する。   The present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this. Further, in the drawings, in order to describe the embodiment, the scale is appropriately changed and expressed by partially enlarging or emphasizing the description. In each of the following drawings, directions in the drawing will be described using an XYZ coordinate system. In this XYZ coordinate system, the vertical direction is the Z direction, and the horizontal direction is the X direction and the Y direction. For each of the X direction, the Y direction, and the Z direction, the side of the arrow is appropriately referred to as a + side (eg, + X side), and the opposite side is referred to as a − side (eg, −X side).

まず、上記したように、RIGにおいてさらに光吸収を低減させられる方法としては、RIGの格子定数を従来より大きくする方法がある。この場合は、それに用いる単結晶基板も大きな格子定数である必要がある。しかしながら、格子定数がGSGG単結晶の1.2564nmより大きくSSGG単結晶の1.264nmより小さい単結晶基板を使用するのが好ましいと考えられるが、現状、それに該当するような単結晶基板は市場で販売されていないため、入手が困難である。   First, as described above, as a method for further reducing the light absorption in RIG, there is a method for increasing the lattice constant of RIG as compared with the conventional method. In this case, the single crystal substrate used therefor also needs to have a large lattice constant. However, it is considered preferable to use a single crystal substrate having a lattice constant larger than 1.2564 nm of GSGG single crystal and smaller than 1.264 nm of SSGG single crystal. Currently, such a single crystal substrate is in the market. Since it is not sold, it is difficult to obtain.

(1)GSGGの格子定数とSc含有量の調査
そこで、上記基板の課題を解決するため、本発明者等は、まず、以下のような技術的分析を行った。まず、GSGG単結晶(化学式:GdScGa5−x12、0<x<5)の組成と格子定数との関係を調査した。チョクラルスキー(CZ)法により、種々の組成のGSGG単結晶を製造し、製造したGSGG単結晶の格子定数を評価した。続いて、GSGG単結晶中のSc含有量を調査し、格子定数に及ぼす影響を検討した。なお、GdScGaの元素以外に、第4の元素を添加することも考えらえる。例えば、Lu(ルテチウム)、Nd(ネオジウム)、Eu(ユーロピウム)等である。しかしながら、これら元素を添加することで、これら物質の偏析が異なるため構成元素が多くなるほど格子定数の制御が困難となり、安定した格子定数の単結晶及び単結晶基板を得ることはできない。例えば、Euを添加した場合、Euは2価(2+)の原子価を持つ為、空孔ができやすく結晶性が悪化する。加えて、Gdとイオン半径が近い為、格子定数を大きくする効果は小さい。Gd、Sc、Gaは3価(3+)であり安定しやすい。そこで、容易に製造することができ、安定した格子定数を有する単結晶及び単結晶基板を開発することを目的として、上記GdScGaの3元素で検討した。
(1) Investigation of lattice constant and Sc content of GSGG Therefore, in order to solve the problems of the substrate, the present inventors first performed the following technical analysis. First, the relationship between the composition of GSGG single crystal (chemical formula: Gd 3 Sc x Ga 5 -xO 12 , 0 <x <5) and the lattice constant was investigated. GSGG single crystals having various compositions were produced by the Czochralski (CZ) method, and the lattice constants of the produced GSGG single crystals were evaluated. Subsequently, the Sc content in the GSGG single crystal was investigated, and the influence on the lattice constant was examined. It is also conceivable to add a fourth element in addition to the elements Gd , Sc and Ga. For example, Lu (lutetium), Nd (neodymium), Eu (europium) and the like. However, by adding these elements, the segregation of these substances differs, so that the control of the lattice constant becomes more difficult as the number of constituent elements increases, and a single crystal and a single crystal substrate having a stable lattice constant cannot be obtained. For example, when Eu is added, since Eu has a valence of 2 (2+), vacancies are easily formed and the crystallinity deteriorates. In addition, since the ion radius is close to Gd, the effect of increasing the lattice constant is small. Gd, Sc and Ga are trivalent (3+) and are easy to stabilize. Therefore, for the purpose of developing a single crystal and a single crystal substrate that can be easily manufactured and have a stable lattice constant, the above three elements of Gd , Sc , and Ga were studied.

表1と図1は、製造したGSGG単結晶をGSGG基板に加工した後、X線回折装置(Xpert PRO PANalytical社製)を使い格子定数を測定し、次いで、格子定数を測定した基板をEPMA定量分析によりScの化学式量を求め、それら結果をまとめたものである。   Table 1 and FIG. 1 show that after processing the manufactured GSGG single crystal into a GSGG substrate, the lattice constant was measured using an X-ray diffractometer (manufactured by Xpert PRO PANalytical), and then the substrate on which the lattice constant was measured was determined by EPMA. The chemical formula amount of Sc is obtained by analysis, and the results are summarized.

格子定数とSc化学式量の調査

Figure 2018095486
なお、表1に示したサンプル1〜6は、後に説明する参考例12〜参考例17である。 Investigation of lattice constant and Sc formula weight
Figure 2018095486
Samples 1 to 6 shown in Table 1 are Reference Example 12 to Reference Example 17 described later.

表1と図1に示すように、本発明者は、GSGG単結晶を構成する元素の比率を、従来と変えることで、格子定数を1.2564nmより大きくすることを見出した。また、この結果から、GSGG単結晶において、Sc化学式量が増加することで格子定数が大きくなることが判る。詳しくは、少なくとも、Sc化学式量が2.00〜2.15において、格子定数はSc化学式量に依存して1.2573〜1.25877まで変化することが判った。以上の結果から、本発明者は、GSGG単結晶を構成する元素の比率を制御することで、格子定数を1.2564nmより大きくし、且つ容易に制御できることを見出した。本実施形態のGSGG単結晶及びGSGG単結晶基板は、これらの技術的発見に基づき完成されている。これにより、格子定数が1.2564nmより大きく、1.264nmより小さいRIGの製造に用いることができるGSGG単結晶基板を確保することができる。   As shown in Table 1 and FIG. 1, the present inventor has found that the lattice constant is made larger than 1.2564 nm by changing the ratio of the elements constituting the GSGG single crystal from the conventional one. In addition, it can be seen from this result that the lattice constant increases in the GSGG single crystal as the amount of Sc chemical formula increases. Specifically, it was found that at least when the Sc chemical formula amount is 2.00 to 2.15, the lattice constant varies from 1.2573 to 1.25877 depending on the Sc chemical formula amount. From the above results, the present inventors have found that the lattice constant can be made larger than 1.2564 nm and can be easily controlled by controlling the ratio of the elements constituting the GSGG single crystal. The GSGG single crystal and the GSGG single crystal substrate of the present embodiment have been completed based on these technical findings. Thereby, it is possible to secure a GSGG single crystal substrate that can be used for manufacturing RIG having a lattice constant larger than 1.2564 nm and smaller than 1.264 nm.

(2)GSGG単結晶
本実施形態に係るGSGG単結晶について説明する。本実施形態に係るGSGG単結晶Cは、下記化学式(2)で表される。
GdScx2Ga5−x212 ・・・(2)
(化学式(2)中、x2は2.00≦x2≦2.15である。)
ここで、「GSGG単結晶は、化学式(2)で表される」とは、GSGG単結晶Cが、実質的に化学式(2)の組成を有することを意味する。すなわち、GSGG単結晶Cは、Gd、Sc、Ga、O以外の元素を、不可避不純物、ドーパント等として、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において微量に含有してもよい。なお、化学式(2)におけるScの化学式量(化学式(2)中のx2の値)は、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いて測定した化学式量である。
(2) GSGG single crystal The GSGG single crystal which concerns on this embodiment is demonstrated. The GSGG single crystal C according to this embodiment is represented by the following chemical formula (2).
Gd 3 Sc x2 Ga 5-x2 O 12 (2)
(In the chemical formula (2), x2 is 2.00 ≦ x2 ≦ 2.15.)
Here, “GSGG single crystal is represented by chemical formula (2)” means that GSGG single crystal C substantially has the composition of chemical formula (2). That is, the GSGG single crystal C may contain trace amounts of elements other than Gd, Sc, Ga, and O as inevitable impurities, dopants, and the like without departing from the spirit of the present invention. In addition, the chemical formula amount of Sc (the value of x2 in the chemical formula (2)) in the chemical formula (2) is a chemical formula amount measured using EPMA (Electron Probe Micro Analyzer).

GSGG単結晶Cの格子定数は、図1に示したように、化学式(2)中のx2と正の相関の関係を有するので、上記x2を制御することにより、容易に制御することができる。上記x2は、原料の組成により制御することができる。図2は、Scの化学式量と格子定数の関係を示すグラフである。GSGG単結晶Cは、上記x2を制御することにより、格子定数を所定の範囲に容易に制御することができる。GSGG単結晶Cは、例えば、格子定数を「a」(nm)とすると、上記x2と結晶の格子定数aとの関係が、下記数式(1)を満たすのが好ましい。
0.010314x2+1.236446≦a≦0.010314x2+1.236846・・・(1)
x2及び格子定数aが、上記数式(1)の関係である場合、GSGG単結晶Cを良質にすることができる。なお、図2に示す各点のデータは、後に説明する参考例1〜参考例17のデータである。なお、本明細書において、「格子定数」はX線回折装置による測定値である。
Since the lattice constant of the GSGG single crystal C has a positive correlation with x2 in the chemical formula (2) as shown in FIG. 1, it can be easily controlled by controlling x2. The above x2 can be controlled by the composition of the raw material. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the chemical formula amount of Sc and the lattice constant. The GSGG single crystal C can easily control the lattice constant within a predetermined range by controlling x2. In the GSGG single crystal C, for example, when the lattice constant is “a” (nm), the relationship between the x2 and the lattice constant a of the crystal preferably satisfies the following formula (1).
0.010314x2 + 1.2236446 ≦ a ≦ 0.010314x2 + 1.2368846 (1)
When x2 and the lattice constant a are in the relationship of the above mathematical formula (1), the GSGG single crystal C can be improved in quality. In addition, the data of each point shown in FIG. 2 are data of Reference Examples 1 to 17 described later. In this specification, “lattice constant” is a value measured by an X-ray diffractometer.

GSGG単結晶Cは、上記x2が2.00≦x2≦2.15である場合、格子定数を1.25737nm以上1.25877nm以下の範囲に、容易に制御することができる。GSGG単結晶Cの格子定数が、この範囲の場合、GSGG単結晶Cを良質にすることができ、この範囲を含む範囲の格子定数のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜(RIG)の製造に好適に用いることができる。   In the GSGG single crystal C, when x2 is 2.00 ≦ x2 ≦ 2.15, the lattice constant can be easily controlled in the range of 1.25737 nm to 1.25877 nm. When the lattice constant of the GSGG single crystal C is in this range, the GSGG single crystal C can be improved in quality, and suitable for the production of a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (RIG) having a lattice constant in the range including this range. Can be used.

さらに、GSGG単結晶Cは、上記x2を2.065≦x2≦2.117とする場合、その格子定数を1.25800nm以上1.25850以下の範囲に、容易に制御することができる。GSGG単結晶Cの格子定数がこの範囲の場合、後に説明する本実施形態のRIGの製造に好適に用いることができ、中でも、格子定数が1.25830nmである場合、より好適に本実施形態のRIGの製造に好適に用いることができる。本実施形態のRIGについては、後に説明する。   Further, in the GSGG single crystal C, when x2 is 2.065 ≦ x2 ≦ 2.117, the lattice constant can be easily controlled in the range of 1.25800 nm to 1.25850. When the lattice constant of the GSGG single crystal C is in this range, it can be suitably used for the production of the RIG of the present embodiment described later. Among them, when the lattice constant is 1.25830 nm, the present embodiment is more preferably used. It can be suitably used for the production of RIG. The RIG of this embodiment will be described later.

なお、GSGG単結晶Cの大きさ及び形状は、それぞれ、限定されず、任意である。GSGG単結晶Cの大きさ及び形状の例については、次に説明するGSGG単結晶Cの製造方法において説明する。   Note that the size and shape of the GSGG single crystal C are not limited, and are arbitrary. An example of the size and shape of the GSGG single crystal C will be described in a manufacturing method of the GSGG single crystal C described below.

以上のように、本実施形態に係るGSGG単結晶Cは、1.2564nmより大きい格子定数を有するので、1.2564nmよりも大きい格子定数のRIGの製造に好適に用いることができる。また、本実施形態に係るGSGG単結晶Cは、構成する金属元素が3種類であるため単純な組成であり、さらに、化学式中の1つの変数(x2)を制御することにより格子定数を制御することができるので、所望の格子定数の単結晶を容易に製造することができる。   As described above, since the GSGG single crystal C according to the present embodiment has a lattice constant larger than 1.2564 nm, it can be suitably used for manufacturing an RIG having a lattice constant larger than 1.2564 nm. In addition, the GSGG single crystal C according to the present embodiment has a simple composition because there are three types of metal elements, and further controls the lattice constant by controlling one variable (x2) in the chemical formula. Therefore, a single crystal having a desired lattice constant can be easily manufactured.

(3)GSGG単結晶の製造方法
次に、実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法を説明する。図3(A)及び(B)は、実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法の一例を示すフローチャートである。図4は、実施形態に係るGSGG単結晶の一例を示す概念図である。図5は、実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法に用いられる製造装置の概略構成を示す図である。なお、以下に説明するGSGG単結晶の製造方法は、一例であって、GSGG単結晶の製造方法を限定するものではない。また、図3のフローチャートを説明する際、適宜、図1、図2、図4及び図5を参照する。
(3) Manufacturing method of GSGG single crystal Next, the manufacturing method of the GSGG single crystal which concerns on embodiment is demonstrated. 3A and 3B are flowcharts illustrating an example of a method for manufacturing a GSGG single crystal according to the embodiment. FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an example of a GSGG single crystal according to the embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a GSGG single crystal according to the embodiment. In addition, the manufacturing method of the GSGG single crystal demonstrated below is an example, Comprising: The manufacturing method of a GSGG single crystal is not limited. Further, when describing the flowchart of FIG. 3, FIGS. 1, 2, 4, and 5 are referred to as appropriate.

実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法は、図3(A)のステップS1において、チョクラルスキー法(回転引き上げ法)により、Gd、Sc及びGaを含む原料を融解させた原料融液9(図5参照)に、種結晶SCを接触させて回転させながら引き上げることにより、下記化学式(2)で表されるGSGG単結晶Cを製造する。
GdScx2Ga5−x212 ・・・(2)
(式(2)中、x2は2.00≦x2≦2.15である。
The manufacturing method of the GSGG single crystal according to the embodiment includes a raw material melt 9 (see FIG. 3A) in which a raw material containing Gd, Sc and Ga is melted by the Czochralski method (rotary pulling method) in step S1. GSGG single crystal C represented by the following chemical formula (2) is manufactured by bringing the seed crystal SC into contact with and rotating the seed crystal SC (see FIG. 5).
Gd 3 Sc x2 Ga 5-x2 O 12 (2)
(In the formula (2), x2 is 2.00 ≦ x2 ≦ 2.15.

GSGG単結晶Cは、ステップS1において、図4に示すように、肩部SH及び直胴部SBを備える単結晶として育成される。ステップS1は、チョクラルスキー法を実施可能な公知の装置により実施される。   In step S1, the GSGG single crystal C is grown as a single crystal including a shoulder portion SH and a straight body portion SB as shown in FIG. Step S1 is performed by a known apparatus capable of performing the Czochralski method.

まず、チョクラルスキー法を実施可能な装置の一例を、図5を参照して説明する。なお、以下に説明する装置は、一例であって、本実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法に用いる装置を限定するものではない。この製造装置は、公知のチョクラルスキー法によりGSGG単結晶Cを製造する育成炉1を備えている。育成炉1の構造を簡単に説明すると、育成炉1は、筒状のチャンバー2と、このチャンバー2の内側に設置された高周波コイル10と、この高周波コイル10の内側に配置された断熱材3とイリジウム製のルツボ8等を有している。尚、上記育成炉1の寸法は、製造するGSGG単結晶Cの大きさに依存するが、一例として直径0.6m、高さ1m程度である。   First, an example of an apparatus capable of performing the Czochralski method will be described with reference to FIG. In addition, the apparatus demonstrated below is an example, Comprising: The apparatus used for the manufacturing method of the GSGG single crystal which concerns on this embodiment is not limited. This production apparatus includes a growth furnace 1 for producing a GSGG single crystal C by a known Czochralski method. The structure of the growth furnace 1 will be briefly described. The growth furnace 1 includes a cylindrical chamber 2, a high-frequency coil 10 installed inside the chamber 2, and a heat insulating material 3 arranged inside the high-frequency coil 10. And an iridium crucible 8 or the like. In addition, although the dimension of the said growth furnace 1 depends on the magnitude | size of the GSGG single crystal C to manufacture, it is a diameter of about 0.6 m and height about 1 m as an example.

また、上記育成炉1には開口部(図示せず)が2箇所設けられており、これ等開口部を介して不活性ガス、好適にはアルゴンガスが給排され、結晶育成時のチャンバー2内は不活性ガスで満たされる。尚、育成炉1内には、上記ルツボ8底部の下側に温度を計測する温度計(熱電対、図示せず)が設置されている。この温度計の計測結果は、制御部CONTに出力される。   Further, the growth furnace 1 is provided with two openings (not shown), and an inert gas, preferably argon gas, is supplied and discharged through these openings, so that a chamber 2 for crystal growth is provided. The inside is filled with an inert gas. In the growth furnace 1, a thermometer (thermocouple, not shown) for measuring temperature is installed below the bottom of the crucible 8. The measurement result of this thermometer is output to the control part CONT.

また、上記高周波コイル10は銅管で構成され、制御部CONTを通じ投入電力が制御されてルツボ8が高周波加熱されると共に温度調節がなされる。また、上記高周波コイル10の内側(引き上げ軸4側)には、複数の断熱材3が配置されており、複数の断熱材3により囲まれた雰囲気によりホットゾーン5が形成されている。   The high-frequency coil 10 is made of a copper tube, and the electric power supplied is controlled through the control unit CONT so that the crucible 8 is heated at a high frequency and the temperature is adjusted. A plurality of heat insulating materials 3 are disposed inside the high-frequency coil 10 (on the lifting shaft 4 side), and a hot zone 5 is formed by an atmosphere surrounded by the plurality of heat insulating materials 3.

上記ホットゾーン5の温度勾配は、断熱材3の形状と構成(材質)によって広範囲に変化させることができ、育成する単結晶の種類に合わせ断熱材3の形状と構成を設計して適正なホットゾーン5の温度勾配を形成する。更に、高周波コイル10のルツボ8に対する相対位置を調整することによりホットゾーン5の温度勾配を微調整することができる。尚、上記断熱材3は、高融点の耐火物により構成されている。   The temperature gradient of the hot zone 5 can be varied over a wide range depending on the shape and configuration (material) of the heat insulating material 3, and the shape and configuration of the heat insulating material 3 is designed according to the type of single crystal to be grown, and the appropriate hot A temperature gradient of zone 5 is formed. Further, the temperature gradient of the hot zone 5 can be finely adjusted by adjusting the relative position of the high-frequency coil 10 to the crucible 8. In addition, the said heat insulating material 3 is comprised with the refractory material of high melting | fusing point.

また、上記ルツボ8はカップ状に形成され、その底部が断熱材3上に配置されかつ断熱材3により保持されている。また、ルツボ8の上方側には、種結晶SCと成長したGSGG単結晶Cを保持しかつ回転させながら引き上げるための引き上げ軸4が設置されている。引き上げ軸4は、駆動部(図示せず)により、鉛直方向に移動することができ、且つ、軸線を中心に回転させることができる。この駆動部は制御部CONTに接続され、引き上げ軸4の回転数及び引き上げ速度は、それぞれ、制御される。   The crucible 8 is formed in a cup shape, and the bottom thereof is disposed on the heat insulating material 3 and held by the heat insulating material 3. Further, on the upper side of the crucible 8, a pulling shaft 4 for holding the seed crystal SC and the grown GSGG single crystal C and pulling it while rotating is installed. The pulling shaft 4 can be moved in the vertical direction by a drive unit (not shown) and can be rotated around the axis. This drive unit is connected to the control unit CONT, and the rotation speed and the pulling speed of the pulling shaft 4 are controlled.

そして、ルツボ8内に原料を充填し、育成炉1のチャンバー2内に上記ルツボ8を配置しかつ高周波コイル10により加熱して原料を融解させ、その後、原料融液9に種結晶SCを接触させて徐々に温度を降下させ、同時に引き上げ軸4を回転させながら徐々に引き上げることにより種結晶SCの下部側において原料融液9を順次結晶化させる。そして、従来の育成条件に従い高周波コイル10への投入電力、引き上げ軸4の回転数及び引き上げ速度を調整し、所望とする直径、全長のGSGG単結晶Cを育成することが可能となる。   The crucible 8 is filled with the raw material, the crucible 8 is placed in the chamber 2 of the growth furnace 1 and heated by the high frequency coil 10 to melt the raw material, and then the seed crystal SC is brought into contact with the raw material melt 9. The raw material melt 9 is sequentially crystallized on the lower side of the seed crystal SC by gradually lowering the temperature and simultaneously raising the temperature while rotating the pulling shaft 4. Then, it is possible to grow a GSGG single crystal C having a desired diameter and full length by adjusting the input power to the high-frequency coil 10, the rotational speed of the pulling shaft 4, and the pulling speed according to conventional growth conditions.

図3の説明に戻り、図3(A)のステップS1について詳細に説明する。図3(A)のステップS1は、例えば、図3(B)に示すステップS2〜ステップS8により行う。なお、以下の説明は、一例であって、ステップS1を限定するものではない。   Returning to the description of FIG. 3, step S1 of FIG. 3A will be described in detail. Step S1 in FIG. 3A is performed by, for example, steps S2 to S8 shown in FIG. In addition, the following description is an example and does not limit step S1.

まず、図3(B)のステップS2において、Gd、Sc及びGaを含む原料を調整する。例えば、GSGG単結晶の原料には、酸化ガドリニウム(Gd23)粉末、酸化スカンジウム(Sc23)粉末および酸化ガリウム(Ga23)粉末等が適用される。これ等各原料の配合比は、育成するGSGG単結晶Cの組成によって、適宜決定される。各原料の配合比は、育成するGSGG単結晶Cの組成が、上記した化学式(2)になるように設定される。各原料の配合比は、各元素の結晶への取り込み率、育成条件等に基づいて決定されるものであり、本分野の公知の方法、あるいは予備実験により設定可能である。なお、上記の原料は、一例であって、他の原料を用いてもよい。 First, in step S2 of FIG. 3B, a raw material containing Gd, Sc, and Ga is adjusted. For example, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) powder, scandium oxide (Sc 2 O 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, or the like is applied to the raw material of the GSGG single crystal. The mixing ratio of these raw materials is appropriately determined depending on the composition of the GSGG single crystal C to be grown. The mixing ratio of each raw material is set so that the composition of the GSGG single crystal C to be grown becomes the above-described chemical formula (2). The mixing ratio of each raw material is determined based on the incorporation rate of each element into the crystal, the growth conditions, and the like, and can be set by a known method in this field or a preliminary experiment. In addition, said raw material is an example and you may use another raw material.

また、ステップS2の原料の調整は、育成するGSGG単結晶Cの格子定数を所定の範囲する場合、ステップS3において、原料中のGdの原子数に対するScの原子数及びGaの原子数を調整して、格子定数を所定の範囲に制御する。上記したようにGSGG単結晶Cは、上記x2及び格子定数が正の相関の関係を有するので、原料中のGdの原子数に対するScの原子数及びGaの原子数を調整して、格子定数を所定の範囲に制御することができる。原料中のGdの原子数に対するScの原子数及びGaの原子数は、例えば、上記した数式(1)に基づいて、目的とする格子定数aに対応するScの化学式量を示すx2を求め、育成するGSGG単結晶CのScの化学式量が求めたx2になるように、原料中のGdの原子数に対するScの原子数及びGaの原子数を調整する。本実施形態では、化学式(2)中のx2が2.00≦x2≦2.15の範囲において、製造するGSGG単結晶Cの格子定数を、1.25737nm以上1.25877nm以下の所定の範囲とすることができる。   In addition, in the adjustment of the raw material in Step S2, when the lattice constant of the GSGG single crystal C to be grown is within a predetermined range, in Step S3, the number of Sc atoms and the number of Ga atoms are adjusted with respect to the number of Gd atoms in the raw material. Thus, the lattice constant is controlled within a predetermined range. As described above, since GSGG single crystal C has a positive correlation between x2 and the lattice constant, the number of Sc atoms and the number of Ga atoms with respect to the number of Gd atoms in the raw material are adjusted to obtain the lattice constant. Control within a predetermined range is possible. For the number of Sc atoms and the number of Ga atoms relative to the number of Gd atoms in the raw material, for example, x2 indicating the chemical formula amount of Sc corresponding to the target lattice constant a is obtained based on the above formula (1). The number of Sc atoms and the number of Ga atoms are adjusted with respect to the number of Gd atoms in the raw material so that the amount of the chemical formula of Sc of the GSGG single crystal C to be grown becomes x2. In this embodiment, when x2 in the chemical formula (2) is in the range of 2.00 ≦ x2 ≦ 2.15, the lattice constant of the GSGG single crystal C to be manufactured is a predetermined range of 1.25737 nm to 1.25877 nm. can do.

続いて、図3(B)のステップS4において、ステップS2で調整した原料をルツボ8に充填する。   Subsequently, in step S4 of FIG. 3B, the raw material adjusted in step S2 is filled into the crucible 8.

続いて、図3(B)のステップS5において、原料を融解させる。例えば、図5に示すように、原料を充填したルツボ8をチャンバー2内に配置し、高周波コイル10により加熱することにより、原料を融解させる。原料を融解させる際の温度は、原料の融解温度、GSGG単結晶Cを育成する温度等の条件に応じて、適宜設定される。   Subsequently, in step S5 of FIG. 3B, the raw material is melted. For example, as shown in FIG. 5, the crucible 8 filled with the raw material is placed in the chamber 2 and heated by the high frequency coil 10 to melt the raw material. The temperature at which the raw material is melted is appropriately set according to conditions such as the melting temperature of the raw material and the temperature at which the GSGG single crystal C is grown.

続いて、図3(B)のステップS6において、肩部SH(図4参照)を育成する。例えば、肩部SHの育成は、図5に示すように、原料融液9に種結晶SCを接触させて徐々に引き上げ軸4を徐々に引き上げることで、同時に温度が降下することにより種結晶SCの下部側において原料融液9を順次結晶化させることにより行う。なお、育成するGSGG単結晶Cの育成方向における結晶方位は、特に限定されないが、結晶方位が(111)であるGSGG単結晶基板S(図4参照)が広く用いられているため、(111)であることが好ましい。肩部SHの育成においては、育成条件に従い、高周波コイル10への投入電力を調整することによる温度調整(例、ホットゾーン5の温度勾配の調整)、引き上げ軸4の引き上げ速度および回転速度の調整等を行うことにより、所望とする直径の肩部SHを育成することができる。上記の温度調整、引き上げ軸4の引き上げ速度および回転速度は、それぞれ、本分野の公知の方法、あるいは予備実験により設定可能である。肩部SHの大きさは、限定されないが、例えば、長さ(図4の種結晶SCの下端から界面反転位置までの長さ)が60mm程度、その直径が60mm程度に設定される。   Subsequently, in step S6 of FIG. 3B, the shoulder portion SH (see FIG. 4) is grown. For example, as shown in FIG. 5, the shoulder SH is grown by bringing the seed crystal SC into contact with the raw material melt 9 and gradually lifting the pulling shaft 4, thereby simultaneously lowering the temperature. The raw material melt 9 is sequentially crystallized on the lower side of the substrate. The crystal orientation in the growth direction of the GSGG single crystal C to be grown is not particularly limited. However, since the GSGG single crystal substrate S (see FIG. 4) having the crystal orientation (111) is widely used, (111) It is preferable that In the growth of the shoulder SH, temperature adjustment (eg, adjustment of the temperature gradient of the hot zone 5) by adjusting the input power to the high-frequency coil 10 according to the growth conditions, adjustment of the pulling speed and rotation speed of the pulling shaft 4 Etc., the shoulder SH having a desired diameter can be grown. The temperature adjustment, the pulling speed and the rotating speed of the pulling shaft 4 can be set by a known method in this field or a preliminary experiment, respectively. The size of the shoulder portion SH is not limited. For example, the length (the length from the lower end of the seed crystal SC in FIG. 4 to the interface inversion position) is set to about 60 mm, and the diameter is set to about 60 mm.

続いて、肩部SHの結晶直径が所望の大きさとなったら、図3(B)のステップS7において、界面反転操作を行う。界面反転操作により、ファセット成長に伴う歪の発生を抑制するため、界面形状を凸から平坦にする。具体的には、結晶の引き上げを停止し結晶の回転を増速させることで界面を平坦化させる。   Subsequently, when the crystal diameter of the shoulder portion SH becomes a desired size, an interface inversion operation is performed in step S7 of FIG. In order to suppress the occurrence of distortion associated with facet growth by the interface inversion operation, the interface shape is made flat from a convex shape. Specifically, the interface is flattened by stopping the pulling of the crystal and increasing the rotation of the crystal.

続いて、界面反転終了後に、図3(B)のステップS8において、種結晶SC(図4参照)の引き上げを再開して直胴部SB(図4参照)を育成する。直胴部SBの育成においては、育成条件に従い、高周波コイル10への投入電力を調整することによる温度調整(例、ホットゾーン5の温度勾配の調整)、引き上げ軸4の引き上げ速度および回転速度の調整等を行うことにより、所望とする直径の直胴部SBを育成することができる。上記の温度調整、引き上げ軸4の引き上げ速度および回転速度は、それぞれ、本分野の公知の方法、あるいは予備実験により設定可能である。直胴部SBの育成の最終段階は、例えば、直胴部SBの下端部SBaが円錐形状になるように育成する(図4参照)。これは、原料融液9から直胴部SBを切り離して冷却することにより発生する転位の発生を抑制するためである。直胴部SBの大きさは、限定されないが、例えば、長さが70mm〜150mm程度、その直径が60mm程度に設定される。以上の工程により、所望とする直径及び長さのGSGG単結晶Cが製造される。本実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法は、良質なGSGG単結晶Cを効率よく製造することができる。   Subsequently, after the interface inversion is finished, in step S8 in FIG. 3B, the pulling up of the seed crystal SC (see FIG. 4) is resumed to grow the straight body portion SB (see FIG. 4). In the growth of the straight body portion SB, the temperature adjustment (eg, adjustment of the temperature gradient of the hot zone 5) by adjusting the input power to the high frequency coil 10 according to the growth conditions, the lifting speed of the lifting shaft 4 and the rotational speed By performing adjustment or the like, the straight body portion SB having a desired diameter can be grown. The temperature adjustment, the pulling speed and the rotating speed of the pulling shaft 4 can be set by a known method in this field or a preliminary experiment, respectively. In the final stage of growing the straight body portion SB, for example, the bottom end portion SBa of the straight body portion SB is grown so as to have a conical shape (see FIG. 4). This is in order to suppress the occurrence of dislocations generated by separating and cooling the straight body portion SB from the raw material melt 9. Although the magnitude | size of the straight body part SB is not limited, For example, length is set to about 70 mm-150 mm, and the diameter is set to about 60 mm. Through the above steps, a GSGG single crystal C having a desired diameter and length is manufactured. The method for producing a GSGG single crystal according to the present embodiment can efficiently produce a high-quality GSGG single crystal C.

そして、育成されたGSGG単結晶Cは育成炉1から取出し、熱歪を除去するアニール処理を行なってから、規格に合わせた厚さのGSGG単結晶基板Sに加工される。   The grown GSGG single crystal C is taken out from the growth furnace 1 and subjected to an annealing process for removing thermal strain, and then processed into a GSGG single crystal substrate S having a thickness conforming to the standard.

(4)GSGG単結晶基板
次に、本実施形態に係るGSGG単結晶基板について説明する。本実施形態に係るGSGG基板Sは、上記したGSGG単結晶Cを用いてなる基板である。例えば、GSGG基板Sは、図4に示すように、GSGG単結晶Cを分割(スライス)して、表面処理(表面加工)が施されたものである。処理GSGG単結晶基板Sの厚さは、限定されず、任意である。例えば、GSGG単結晶基板Sの厚さは、600μm程度である。GSGG単結晶基板Sに施す表面処理は、限定されず、任意である。例えば、GSGG単結晶基板Sは、その表面が、化学的エッチングあるいは物理的エッチングなどのエッチング処理、及び/又は、鏡面処理(鏡面加工)等の処理が施されたものでもよい。なお、GSGG単結晶基板Sは、上記したGSGG単結晶Cと同様あるいはほぼ同様の組成であり、また、上記したGSGG単結晶Cと同様の格子定数を有する。したがって、GSGG単結晶基板Sは、例えば、格子定数が1.25737nm以上、1.25877nm以下であり、この範囲を少なくとも含む格子定数を有するRIGの製造に好適に用いることができる。
(4) GSGG Single Crystal Substrate Next, the GSGG single crystal substrate according to the present embodiment will be described. The GSGG substrate S according to the present embodiment is a substrate using the above-described GSGG single crystal C. For example, as shown in FIG. 4, the GSGG substrate S is obtained by dividing (slicing) a GSGG single crystal C and performing surface treatment (surface processing). The thickness of the treated GSGG single crystal substrate S is not limited and is arbitrary. For example, the thickness of the GSGG single crystal substrate S is about 600 μm. The surface treatment applied to the GSGG single crystal substrate S is not limited and is arbitrary. For example, the surface of the GSGG single crystal substrate S may be subjected to an etching process such as chemical etching or physical etching and / or a process such as a mirror surface process (mirror surface processing). The GSGG single crystal substrate S has the same or substantially the same composition as the GSGG single crystal C described above, and has the same lattice constant as that of the GSGG single crystal C described above. Therefore, for example, the GSGG single crystal substrate S has a lattice constant of 1.25737 nm or more and 1.25877 nm or less, and can be suitably used for manufacturing an RIG having a lattice constant including at least this range.

(5)GSGG単結晶基板の製造方法
次に、実施形態に係るGSGG単結晶基板の製造方法を説明する。図6は、実施形態に係るGSGG単結晶基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明するGSGG単結晶基板Sの製造方法は、一例であって、GSGG単結晶基板Sの製造方法を限定するものではない。
(5) Manufacturing method of GSGG single crystal substrate Next, the manufacturing method of the GSGG single crystal substrate which concerns on embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a GSGG single crystal substrate according to the embodiment. In addition, the manufacturing method of the GSGG single crystal substrate S demonstrated below is an example, Comprising: The manufacturing method of the GSGG single crystal substrate S is not limited.

本実施形態に係るGSGG単結晶基板Sの製造方法は、まず、図6のステップS9において、上記した実施形態に係るGSGG単結晶の製造方法により製造したGSGG単結晶CからGSGG単結晶基板Sを製造する方法である。ステップS9は、例えば、ステップS10〜ステップS12により実施される。   In the manufacturing method of the GSGG single crystal substrate S according to the present embodiment, first, in Step S9 of FIG. 6, the GSGG single crystal substrate S is manufactured from the GSGG single crystal C manufactured by the GSGG single crystal manufacturing method according to the above-described embodiment. It is a manufacturing method. Step S9 is implemented by step S10-step S12, for example.

まず、ステップS10において、GSGG単結晶Cを所定の厚さで分割(スライス)する。例えば、ステップS10において、GSGG単結晶Cの有効部EPを所定の厚さで分割する。ステップS10において用いる有効部EPは、例えば、内周刃を有する切断装置などにより、直胴部SBから切り離され、円筒研削盤により外形が整えられたものである。また、有効部EPは、結晶方位が(111)に面出しされたものが好ましい。GSGG単結晶Cの有効部EPの分割は、例えば、ワイヤーソー等の切断装置により行われる。この厚みは、特に限定されないが、例えば、600μm程度である。   First, in step S10, the GSGG single crystal C is divided (sliced) with a predetermined thickness. For example, in step S10, the effective portion EP of the GSGG single crystal C is divided by a predetermined thickness. The effective part EP used in step S10 is cut off from the straight body part SB by a cutting device having an inner peripheral blade or the like, and the outer shape is adjusted by a cylindrical grinder. Further, the effective portion EP is preferably one in which the crystal orientation is faced to (111). The division of the effective portion EP of the GSGG single crystal C is performed by a cutting device such as a wire saw, for example. Although this thickness is not specifically limited, For example, it is about 600 micrometers.

続いて、図6のステップS11において、分割したGSGG単結晶基板Sをエッチング加工する。エッチング加工は、例えば、基板端面のカケや表面のキズなどを防止するため、基板表面及び側面の全面をエッチング加工する。エッチング加工は、例えば、酸などによる化学的エッチング、あるいはシリカなどによる物理的エッチングにより行われる。なお、ステップS11を行うか否かは任意である。   Subsequently, in step S11 of FIG. 6, the divided GSGG single crystal substrate S is etched. In the etching process, for example, the entire surface of the substrate surface and side surfaces are etched in order to prevent chipping of the substrate end face and scratches on the surface. The etching process is performed, for example, by chemical etching using acid or the like, or physical etching using silica or the like. Whether or not step S11 is performed is arbitrary.

続いて、図6のステップS12において、鏡面加工を行う。鏡面加工は、例えば、コロイダルシリカなどを用いた機械的研磨によるポリッシュ加工を施し、基板表面を鏡面状態する。以上の工程で、GSGG単結晶基板Sは完成する。本実施形態に係るGSGG単結晶基板Sの製造方法は、良質なGSGG単結晶基板Sを効率よく製造することができる。なお、GSGG単結晶基板Sの鏡面加工の方法は、上記方法に限定されず、任意である。例えば、鏡面加工は、化学物理的研磨により行ってもよい。   Subsequently, mirror surface processing is performed in step S12 of FIG. In the mirror surface processing, for example, polishing processing by mechanical polishing using colloidal silica or the like is performed, and the substrate surface is mirror-finished. Through the above steps, the GSGG single crystal substrate S is completed. The manufacturing method of the GSGG single crystal substrate S according to the present embodiment can efficiently manufacture a high-quality GSGG single crystal substrate S. In addition, the method of the mirror surface processing of the GSGG single crystal substrate S is not limited to the said method, but is arbitrary. For example, the mirror finishing may be performed by chemical physical polishing.

(6)RIG
本実施形態のRIG(図示せず)について説明する。本実施形態のRIGは、下記化学式(1)で表される。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84であり、y1は1.00≦y1≦1.15である。)
図7に、本実施形態のRIGにおけるNd−Gd−Bi三元系組成図を示す。
(6) RIG
The RIG (not shown) of this embodiment will be described. The RIG of this embodiment is represented by the following chemical formula (1).
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.)
In FIG. 7, the Nd-Gd-Bi ternary composition diagram in RIG of this embodiment is shown.

(7)希土類の選択
上記RIGを構成する希土類元素の種類については、NdとGdであることを必要とする。
(7) Selection of rare earths The kind of rare earth elements constituting the RIG needs to be Nd and Gd.

液相エピタキシャル成長法により基板上に結晶を育成する場合、基板と結晶膜の格子定数を整合させなければならない。上記のような格子定数を1.25737〜1.25877nm、よりとしたGSGG単結晶基板Sでは、格子定数が従来よりも大きいので、この大きな格子定数から選択できる希土類元素は複数ある。   When a crystal is grown on a substrate by a liquid phase epitaxial growth method, the lattice constants of the substrate and the crystal film must be matched. In the GSGG single crystal substrate S having a lattice constant of 1.25737 to 1.25877 nm as described above, since the lattice constant is larger than that of the conventional one, there are a plurality of rare earth elements that can be selected from this large lattice constant.

しかし、RIGにイオン半径の大きなBiを入れないとRIGのファラデー回転性能が低下し、ファラデー回転角が45°となるのに必要なRIGの厚みが増加して光吸収による挿入損失が大きくなってしまう。従って、イオン半径の大きな元素(例えばLa等)を選択することは、RIGにBiを含有させることが難しくなるため好ましくない。   However, if Bi having a large ion radius is not included in the RIG, the Faraday rotation performance of the RIG is lowered, the thickness of the RIG necessary for the Faraday rotation angle to be 45 ° increases, and the insertion loss due to light absorption increases. End up. Therefore, it is not preferable to select an element having a large ion radius (for example, La or the like) because it is difficult to contain Bi in RIG.

RIGは、一般的に、下記化学式(3)で表される。
3−x3−y3Gdx3Biy3Fe12 ・・・(3)
(化学式(3)中、Rは、Gd以外の希土類元素である。)
ここで、Bi量が増加すると、Bi量の増加と共にRIGの熱膨張係数が大きくなることから、基板との格子定数差が大きくなり、成長中にRIGが割れたり、RIGに転位が発生する等、生産性の低下並びに性能劣化が起こるという問題がある。そして、過去の経験からBi量(y3)が1.3を超えた場合、良質なRIGを育成することが困難であることが判っており、Bi量が1.3を超えるようなRIGが得られるイオン半径の小さな希土類元素(例えばTm、Yb、Lu等)を用いることも好ましくない。
RIG is generally represented by the following chemical formula (3).
R 3-x3-y3 Gd x3 Bi y3 Fe 5 O 12 (3)
(In chemical formula (3), R is a rare earth element other than Gd.)
Here, as the amount of Bi increases, the thermal expansion coefficient of RIG increases as the amount of Bi increases, so the difference in lattice constant from the substrate increases, RIG cracks during growth, dislocations occur in RIG, etc. There is a problem that productivity is lowered and performance is deteriorated. From past experience, it has been found that when the Bi amount (y3) exceeds 1.3, it is difficult to cultivate a high-quality RIG, and an RIG with a Bi amount exceeding 1.3 is obtained. It is also not preferable to use a rare earth element having a small ion radius (for example, Tm, Yb, Lu, etc.).

一方、イオン半径の大きな希土類の中でも、Ce、Prのように、経験則上、偏析係数の小さなものは非磁性基板との格子不整合が起こり易く、良質なRIGを量産性に富みながら育成することが困難となるため好ましくなかった。   On the other hand, among rare earths with large ionic radii, those with a small segregation coefficient, such as Ce and Pr, are likely to cause lattice mismatch with non-magnetic substrates, and grow high-quality RIGs with high productivity. This is not preferable because it becomes difficult.

このような理由とこれまでの研究実績から、RIGにおいて、構成する希土類元素の種類は上述したようにNdとGdが選択された。そこで、RIGを構成する希土類元素として、NdとGdを選択したところ、良好な挿入損失と高い収率を得ることが確認できた。   For this reason and the past research results, Nd and Gd were selected as the types of constituent rare earth elements in RIG as described above. Therefore, when Nd and Gd were selected as the rare earth elements constituting RIG, it was confirmed that good insertion loss and high yield were obtained.

(8)挿入損失と良品率評価
ところで、RIGが適用されたファラデー回転子の温度上昇は、鉄イオンによる1μm付近の光吸収が原因であり、その吸収係数は温度上昇に伴い増加するため、更なる温度上昇をもたらすことになる。このため、RIGを10W級の加工用レーザーに適用する場合、挿入損失は0.35dB以下であることが必要とされている。
(8) Evaluation of insertion loss and non-defective product rate By the way, the temperature rise of the Faraday rotator to which RIG is applied is caused by light absorption near 1 μm by iron ions, and the absorption coefficient increases with the temperature rise. Will result in a temperature rise. For this reason, when the RIG is applied to a 10 W-class processing laser, the insertion loss is required to be 0.35 dB or less.

実施例の表3は、上記化学式(1)で示される種々の組成のRIGを液相エピタキシャル成長法により育成し、EPMA定量分析により各々の化学式量を求め、次いで、成長させた各RIGをダイシングソーで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、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVO4レーザー光を入射して挿入損失を測定し、それ等の結果をまとめたものである。 Table 3 of the examples shows that RIGs having various compositions represented by the above chemical formula (1) are grown by liquid phase epitaxial growth method, the amount of each chemical formula is determined by EPMA quantitative analysis, and then each grown RIG is dicing saw. Then, the thickness of the RIG was adjusted by polishing so that the Faraday rotation angle was 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, and antireflection films for light having a wavelength of 1.06 μm were formed on both sides. Thereafter, YVO 4 laser light having a wavelength of 1.06 μm is incident to measure insertion loss, and the results are summarized.

図8は、RIGにおけるBi化学式量と挿入損失との関係を示すグラフである。表3及び図7から判るように、RIGの挿入損失は、Bi化学式量が大きくなるに従い、小さくなる傾向にある。RIGを10W級の加工用レーザーに適用する場合、挿入損失は0.35dB未満であることが必要とされていることより、RIGは、少なくとも、Bi化学式量が1.0以上が良好であることが確認される。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the amount of Bi chemical formula and insertion loss in RIG. As can be seen from Table 3 and FIG. 7, the insertion loss of RIG tends to decrease as the amount of Bi chemical formula increases. When RIG is applied to a 10W class processing laser, the insertion loss is required to be less than 0.35 dB. Therefore, RIG should have at least a Bi chemical formula of 1.0 or more. Is confirmed.

また、RIGの作製時の良品率は、経験則上良品率が90%以上を高収率と判断する。表3から判るように、Bi化学式量が大きくなるにつれて、良品率が低下する傾向にある。Bi量が増加すると、Bi量の増加と共にRIGの熱膨張係数が大きくなることから、基板との格子定数差が大きくなり、成長中にRIGが割れたり、RIGに転位が発生する等が起こり良品率を低下させていると考えられる。表3の結果から、RIGは、Bi化学式量が1.15以下が良好であることが確認される。なお、Gd化学式量(x1)は、化学式(1)より3−x1−y1>0であればよい。但し、表3に示すように、Gd化学式量(x1)は、Biの化学式量(y1)により限定される。Gd化学式量(x1)は、Biの化学式量(y1)が大きくなるに従い、大きくなる傾向にある。Gd化学式量(x1)は、好ましくは、0.65以上0.84以下である。Gd化学式量(x1)が、少なくともこの範囲である場合、表3に示すように、Biの化学式量(y1)を上記した良好な範囲である1.00≦y1≦1.15の範囲に設定することができるので、良質な上記RIGを製造することができる。   In addition, as a rule of thumb, the yield rate of non-defective products at the time of production of RIG is determined to be 90% or higher as a high yield. As can be seen from Table 3, the percentage of acceptable products tends to decrease as the amount of Bi chemical formula increases. When the amount of Bi increases, the thermal expansion coefficient of RIG increases as the amount of Bi increases, so the difference in lattice constant from the substrate increases, causing RIG to crack during growth, causing dislocations in RIG, etc. It is thought that the rate is decreasing. From the results shown in Table 3, it is confirmed that the RIG has a good Bi formula amount of 1.15 or less. The Gd chemical formula amount (x1) may be 3-x1-y1> 0 from the chemical formula (1). However, as shown in Table 3, the Gd chemical formula amount (x1) is limited by the chemical formula amount (y1) of Bi. The Gd chemical formula amount (x1) tends to increase as the Bi chemical formula amount (y1) increases. The Gd chemical formula amount (x1) is preferably 0.65 or more and 0.84 or less. When the Gd chemical formula amount (x1) is at least within this range, as shown in Table 3, the Bi chemical formula amount (y1) is set to the above-described favorable range of 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15. Therefore, it is possible to manufacture the above-described high-quality RIG.

また、表3に示す結果から、本実施形態のRIGは、GSGG単結晶基板Sの格子定数が1.25800nm以上1.25850nm以下の範囲である場合、良好に製造でき、格子定数が1.25830nmである場合、より良好に製造できることが確認される。また、格子定数が1.25800nm未満では、挿入損失が0.35dBを超えてしまう。1.25850nmを超える場合、Bi化学量を大きくしなければならなく、良品率を低下させてしまう。また、この時のSc化学式量を示す上記化学式(2)中のx2は、2.065≦x2≦2.117である。ところで、上記したように、従来は、格子定数がGSGGの1.2564nmより大きく、SSGGの1.264nmより小さい単結晶基板は、市場で販売されていないため、上記RIGを製造することは困難であったが、本実施形態に係るGSGG単結晶基板Sは、従来より大きい格子係数を有するため、このようなRIGの製造に好適に適用できることを示している。   Further, from the results shown in Table 3, the RIG of the present embodiment can be satisfactorily manufactured when the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S is in the range of 1.25800 nm to 1.25850 nm, and the lattice constant is 1.25830 nm. If it is, it is confirmed that it can be manufactured more favorably. Further, when the lattice constant is less than 1.25800 nm, the insertion loss exceeds 0.35 dB. If it exceeds 1.25850 nm, the Bi stoichiometry must be increased, and the yield rate is reduced. Moreover, x2 in the said Chemical formula (2) which shows Sc chemical formula amount at this time is 2.065 <= x2 <= 2.117. Incidentally, as described above, conventionally, a single crystal substrate having a lattice constant larger than 1.2564 nm of GSGG and smaller than 1.264 nm of SSGG has not been sold in the market, so that it is difficult to manufacture the RIG. However, since the GSGG single crystal substrate S according to the present embodiment has a lattice coefficient larger than that of the conventional GSGG, it can be suitably applied to the manufacture of such RIG.

以上の結果から、上記化学式(1)において、Gdの化学式量を示すx1は、0.65≦x1≦0.84の範囲、そして、Biの化学式量を示すy1は、1.00≦y1≦1.15の範囲が望ましいことが確認される。   From the above results, in the chemical formula (1), x1 indicating the chemical formula amount of Gd is in the range of 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 indicating the chemical formula amount of Bi is 1.00 ≦ y1 ≦ It is confirmed that the range of 1.15 is desirable.

以上のような本実施形態のRIGは、ファラデー回転子として適用した場合に挿入損失で0.35dB以下の特性を有する。これにより、本実施形態のRIGは、ファラデー回転子として好適に用いることができる。また、本実施形態のRIGは、本実施形態のRIGをファラデー回転子として用いる光アイソレータとして、好適に用いることができる。例えば、本実施形態のRIGを加工用レーザーなどに用いる光アイソレータに適用した場合、より高パワーのレーザー光に対しても、温度上昇を大幅に抑制できることから、特性の劣化を抑制することができる。   The RIG of the present embodiment as described above has a characteristic of an insertion loss of 0.35 dB or less when applied as a Faraday rotator. Thereby, the RIG of this embodiment can be suitably used as a Faraday rotator. Further, the RIG of the present embodiment can be suitably used as an optical isolator that uses the RIG of the present embodiment as a Faraday rotator. For example, when the RIG of the present embodiment is applied to an optical isolator used for a processing laser or the like, the temperature rise can be significantly suppressed even for a higher power laser beam, so that deterioration of characteristics can be suppressed. .

(9)RIGの製造方法
次に、実施形態に係るRIGの製造方法について説明する。図9は、実施形態に係るRIGの製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、以下に説明するRIGの製造方法は、一例であって、RIGの製造方法を限定するものではない。
(9) Manufacturing method of RIG Next, the manufacturing method of RIG which concerns on embodiment is demonstrated. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing method of the RIG according to the embodiment. Note that the RIG manufacturing method described below is an example, and does not limit the RIG manufacturing method.

実施形態に係るRIGの製造方法は、図9(A)のステップS20において、液層エピタキシャル成長により、下記化学式(1)で表されるRIGを製造する。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84であり、y1は1.00≦y1≦1.15である。)
The manufacturing method of RIG which concerns on embodiment manufactures RIG represented by following Chemical formula (1) by liquid layer epitaxial growth in step S20 of FIG. 9 (A).
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.)

図9(A)のステップS20は、例えば、図9(B)に示すステップS21〜ステップS24により行う。なお、以下の説明は、一例であって、ステップS20を限定するものではない。   Step S20 in FIG. 9A is performed by, for example, steps S21 to S24 shown in FIG. 9B. In addition, the following description is an example and does not limit step S20.

まず、図9(B)のステップS21において、Nd、Gd、Bi及びFeを含む原料を調整する。例えば、RIGの原料には、酸化ネオジム(Nd)粉末、酸化ガリウム(Ga23)粉末、酸化ガドリニウム(Gd23)粉末、酸化ビスマス(Bi)粉末、一酸化鉛(PbO)粉末、酸化鉄(Fe)粉末、酸化ホウ素(B)粉末等が適用される。これら各原料の配合比は、育成するRIGの組成によって、適宜決定される。各原料の配合比は、育成するRIGの組成の組成が、上記した化学式(1)になるように設定される。なお、各原料の配合比は、育成するRIGの組成の組成、各元素のRIGへの取り込み率、使用する基板の格子定数、育成温度等の条件に基づいて決定されるものであり、本分野の公知の方法、あるいは予備実験により設定可能である。なお、上記の原料は、一例であって、他の原料を用いてもよい。 First, in step S21 in FIG. 9B, a raw material containing Nd, Gd, Bi, and Fe is prepared. For example, the raw materials for RIG include neodymium oxide (Nd 2 O 3 ) powder, gallium oxide (Ga 2 O 3 ) powder, gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ) powder, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) powder, and monoxide. Lead (PbO) powder, iron oxide (Fe 2 O 3 ) powder, boron oxide (B 2 O 3 ) powder, or the like is applied. The mixing ratio of these raw materials is appropriately determined depending on the composition of the RIG to be grown. The mixing ratio of each raw material is set so that the composition of the RIG composition to be grown becomes the above-described chemical formula (1). The mixing ratio of each raw material is determined based on conditions such as the composition of the RIG to be grown, the incorporation rate of each element into the RIG, the lattice constant of the substrate to be used, the growth temperature, etc. Can be set by a known method or a preliminary experiment. In addition, said raw material is an example and you may use another raw material.

次に、図9(B)のステップS22において、原料を融解する。ステップS22では、例えば、ステップS21で調整した原料粉末を白金ルツボに充填し、液層エピタキシャル成長による結晶が育成可能な公知の装置により加熱し、白金ルツボの原料粉末を融解させる。融解した原料融液は、撹拌により均一にされる。   Next, in step S22 of FIG. 9B, the raw material is melted. In step S22, for example, the raw material powder prepared in step S21 is filled in a platinum crucible and heated by a known apparatus capable of growing crystals by liquid layer epitaxial growth to melt the raw material powder of the platinum crucible. The melted raw material melt is made uniform by stirring.

次に、図9(B)のステップS23において、原料融液を過飽和状態にする。ステップS23では、原料融液の温度を徐々に若干降下させることにより、原料融液を過飽和状態にする。この温度が、RIGの育成温度として設定される。RIGの育成温度は、育成するRIGの組成、格子定数、原料の組成等の条件に基づいて決定され、これらが互いに影響する。例えば、一般的には、育成するRIGのBi化学式量(y1)は、同一組成の原料融液によりRIGを育成した場合、育成温度が高いほど、少なくすることができる。また、格子定数は、一般的に、同一組成の原料融液によりRIGを育成した場合、育成温度が高いほど高くなる傾向にある。RIGの育成温度は、予備実験により設定可能である。RIGの育成温度は、例えば、770℃〜790℃程度に設定される。   Next, in step S23 of FIG. 9B, the raw material melt is brought into a supersaturated state. In step S23, the temperature of the raw material melt is gradually lowered to bring the raw material melt into a supersaturated state. This temperature is set as the RIG growth temperature. The growth temperature of RIG is determined based on conditions such as the composition of RIG to be grown, the lattice constant, the composition of the raw material, and the like, which influence each other. For example, generally, the Bi chemical formula amount (y1) of the RIG to be grown can be reduced as the growth temperature is higher when the RIG is grown from a raw material melt having the same composition. In general, when RIG is grown from a raw material melt having the same composition, the lattice constant tends to increase as the growth temperature increases. The growth temperature of RIG can be set by a preliminary experiment. The growth temperature of RIG is set to about 770 ° C. to 790 ° C., for example.

次に、図9(B)のステップS24において、基板を原料融液に浸漬してRIGを育成する。ステップS24により、基板上にRIGが育成される。図9(B)のステップS24で用いる基板は、例えば、上記した実施形態に係るGSGG単結晶基板Sが用いられる。GSGG単結晶基板Sは、図6のステップS9(ステップS10〜ステップS12)において、予め、製造したものを用いることができる。すなわち、本実施形態に係るRIGの製造方法は、上記したGSGG単結晶基板Sの製造方法を含んでもよい。また、GSGG単結晶基板Sは、上記したように格子定数が1.25800nm以上、1.25850nm以下であるのが好ましく、1.25830nmであるのがより好ましい。また、GSGG単結晶基板Sの格子定数が1.25800nm未満の場合、挿入損失が0.35dBを超えてしまう。また、GSGG単結晶基板Sの格子定数が、1.25850nmを超える場合、Bi化学式量を大きくしなければならなく、育成するRIGの良品率を低下させてしまう。基板の原料融液への浸漬は、例えば、片面のみを原料融液に浸漬させる。基板は、原料融液に浸漬させた後、所定の回転数で回転させる。基板の回転速度は、特に限定されないが、例えば、40〜100rpm程度に設定される。また、育成するRIGの厚さは、特に限定されないが、例えば、600μm程度に設定される。   Next, in step S24 of FIG. 9B, the RIG is grown by immersing the substrate in the raw material melt. By step S24, the RIG is grown on the substrate. As the substrate used in step S24 of FIG. 9B, for example, the GSGG single crystal substrate S according to the above-described embodiment is used. As the GSGG single crystal substrate S, a substrate manufactured in advance in step S9 (step S10 to step S12) in FIG. 6 can be used. That is, the RIG manufacturing method according to the present embodiment may include the above-described manufacturing method of the GSGG single crystal substrate S. Further, as described above, the GSGG single crystal substrate S preferably has a lattice constant of 1.25800 nm or more and 1.25850 nm or less, and more preferably 1.25830 nm. Further, when the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S is less than 1.25800 nm, the insertion loss exceeds 0.35 dB. Further, when the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S exceeds 1.25850 nm, the amount of Bi chemical formula must be increased, and the yield rate of RIG to be grown is reduced. For the immersion of the substrate in the raw material melt, for example, only one side is immersed in the raw material melt. The substrate is immersed in the raw material melt and then rotated at a predetermined rotation speed. Although the rotation speed of a board | substrate is not specifically limited, For example, it sets to about 40-100 rpm. The thickness of the RIG to be grown is not particularly limited, but is set to about 600 μm, for example.

次に、図9(B)のステップS25において、基板上に育成したRIGから、基板を除去する。ステップS25では、例えば、研削研磨することにより、基板上に育成したRIGから、基板を除去する。以上の工程により、本実施形態に係るRIGが完成する。本実施形態に係るRIGの製造方法は、上記した本実施形態に係るRIGを高い収率で製造することができる。   Next, in step S25 of FIG. 9B, the substrate is removed from the RIG grown on the substrate. In step S25, the substrate is removed from the RIG grown on the substrate, for example, by grinding and polishing. The RIG according to the present embodiment is completed through the above steps. The manufacturing method of RIG which concerns on this embodiment can manufacture RIG which concerns on above-described this embodiment with a high yield.

(10)光アイソレータ
実施形態に係る光アイソレータは、本実施形態に係るRIGがファラデー回転子として用いられる。例えば、光アイソレータは、ファラデー素子である本実施形態に係るRIG及びRIGに磁界を印加する磁石体を有するファラデー回転子と、偏光子と、検光子と、で構成され、一方向に光を通し、戻り光を遮断する。本実施形態に係るRIGは、上記したように挿入損失で0.35dBを下回り、RIGにおける発熱量そのものの低減が図れるため、本実施形態に係るRIGがファラデー回転子として用いられる光アイソレータとして、好適に用いることができる。
(10) Optical isolator In the optical isolator according to the embodiment, the RIG according to the present embodiment is used as a Faraday rotator. For example, the optical isolator is composed of a Faraday rotator having a magnetic body that applies a magnetic field to the RIG and the RIG according to the present embodiment, which is a Faraday element, a polarizer, and an analyzer, and transmits light in one direction. , Blocking the return light. The RIG according to the present embodiment is less than 0.35 dB in insertion loss as described above, and the amount of heat generated in the RIG itself can be reduced. Therefore, the RIG according to the present embodiment is suitable as an optical isolator used as a Faraday rotator. Can be used.

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。参考例1〜17は、GSGG単結晶基板の製造についての参考例である。参考例1〜17は、各々、組成設計段階で、上記化学式(2)のSc化学式量x2が2.00≦x2≦2.15を満たす組成としている。尚、格子定数はX線回折装置を使用して測定した値で、Sc化学式量はEPMA定量分析から求めた化学式量である。   Examples of the present invention will be specifically described below with reference to comparative examples. Reference Examples 1 to 17 are reference examples for manufacturing a GSGG single crystal substrate. Each of Reference Examples 1 to 17 has a composition in which the Sc chemical formula amount x2 of the chemical formula (2) satisfies 2.00 ≦ x2 ≦ 2.15 at the composition design stage. The lattice constant is a value measured using an X-ray diffractometer, and the Sc chemical formula amount is a chemical formula amount obtained from EPMA quantitative analysis.

[参考例1]
直径150mm、高さ150mmのイリジウム製坩堝に、予め混合したGd、Sc、Gaの粉末を所定量仕込み、図4に示す育成炉1を用いて、高周波コイル10により加熱溶融し、原料融液9を得てから、GSGG単結晶Cの育成を、通常の育成条件下で試み、GSGG単結晶Cを得た。得たGSGG単結晶Cを内周刃でウエハー状に切り出し、コロイダルシリカ等の研磨液を用いて鏡面に仕上げたGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25800nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.068at.fuと良好であった。
[Reference Example 1]
A predetermined amount of premixed powder of Gd 2 O 3 , Sc 2 O 3 , and Ga 2 O 3 is charged into an iridium crucible having a diameter of 150 mm and a height of 150 mm, and the high-frequency coil 10 is used using the growth furnace 1 shown in FIG. Then, after the raw material melt 9 was obtained, growth of the GSGG single crystal C was attempted under normal growth conditions to obtain a GSGG single crystal C. The obtained GSGG single crystal C was cut into a wafer shape with an inner peripheral blade, and the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S finished to a mirror surface using a polishing liquid such as colloidal silica was measured with an X-ray diffractometer to be 1.25800 nm. It was good. Next, when the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis and the chemical formula amount was determined, it was as good as 2.068 at.fu.

[参考例2]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25850nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.117at.fuと良好であった。
[Reference Example 2]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25850 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, it was as good as 2.117 at.fu.

[参考例3]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25825nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.093at.fuと良好であった。
[Reference Example 3]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25825 nm. Next, when the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis and the chemical formula amount was determined, it was as good as 2.093 at.fu.

[参考例4]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25830nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.098at.fuと良好であった。
[Reference Example 4]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25830 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, it was as good as 2.098 at.fu.

[参考例5]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25800nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.066at.fuと良好であった。
[Reference Example 5]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25800 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, it was as good as 2.066 at.fu.

[参考例6]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25850nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.115at.fuと良好であった。
[Reference Example 6]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25850 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis and the chemical formula amount was determined, it was as good as 2.115 at.fu.

[参考例7]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25835nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.100at.fuと良好であった。
[Reference Example 7]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25835 nm. Next, when the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis and the chemical formula amount was determined, it was as good as 2.100 at.fu.

[参考例8]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25797nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.064at.fuであった。
[Reference Example 8]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25797 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, it was 2.064 at.fu.

[参考例9]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25795nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.061at.fuであった。
[Reference Example 9]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25795 nm. Next, when the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis and the chemical formula amount was determined, it was 2.061 at.fu.

[参考例10]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25853nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.118at.fuであった。
[Reference Example 10]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25853 nm. Next, the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis, and the chemical formula amount was determined to be 2.118 at.fu.

[参考例11]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25855nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.119at.fuであった。
[Reference Example 11]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25855 nm. Next, the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis, and the chemical formula amount was determined to be 2.119 at.fu.

[参考例12]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25737nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.00at.fuであった。
[Reference Example 12]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25737 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, it was 2.00 at.fu.

[参考例13]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25741nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.03at.fuであった。
[Reference Example 13]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25741 nm. Next, when the content of Sc was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, it was 2.03 at.fu.

[参考例14]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25797nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.06at.fuであった。
[Reference Example 14]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25797 nm. Next, the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, which was 2.06 at.fu.

[参考例15]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25814nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.09at.fuであった。
[Reference Example 15]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25814 nm. Next, the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis to determine the chemical formula amount, which was 2.09 at.fu.

[参考例16]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25863nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.12at.fuであった。
[Reference Example 16]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25863 nm. Next, the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis, and the chemical formula amount was determined to be 2.12 at.fu.

[参考例17]
異なる原料を使用した以外は参考例1と同様に、GSGG単結晶Cを育成し、基板状に加工を施しGSGG単結晶基板Sを得た。そのGSGG単結晶基板Sの格子定数をX線回折装置で測定したところ1.25877nmと良好であった。次に、Scの含有量をEPMA定量分析で測定し化学式量を求めたところ、2.15at.fuであった。
[Reference Example 17]
A GSGG single crystal C was grown and processed into a substrate to obtain a GSGG single crystal substrate S, as in Reference Example 1, except that different raw materials were used. When the lattice constant of the GSGG single crystal substrate S was measured with an X-ray diffractometer, it was as good as 1.25877 nm. Next, the Sc content was measured by EPMA quantitative analysis, and the chemical formula amount was determined to be 2.15 at.fu.

これら結果を表2にまとめて示す。

Figure 2018095486
These results are summarized in Table 2.
Figure 2018095486

次に、実施形態に係るGSGG単結晶基板Sを用いて製造した実施形態に係るRIGの実施例について具体的に説明する。実施例1〜10は、実施形態に係るGSGG単結晶基板Sを用いて、下記化学式(1)で表されるRIGを製造した例である。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84であり、y1は1.00≦y1≦1.15である。)なお、実施例1〜6と比較例1〜4では、全てのGSGG単結晶基板Sについて、直径が1インチ、格子定数1.25830nmの参考例4のGSGG単結晶基板Sを用いた。また、実施例7は参考例1のGSGG単結晶基板Sを、実施例8は参考例2のGSGG単結晶基板Sを使用した。
Next, an example of the RIG according to the embodiment manufactured using the GSGG single crystal substrate S according to the embodiment will be specifically described. Examples 1 to 10 are examples in which RIG represented by the following chemical formula (1) is manufactured using the GSGG single crystal substrate S according to the embodiment.
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.) In Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, For all the GSGG single crystal substrates S, the GSGG single crystal substrate S of Reference Example 4 having a diameter of 1 inch and a lattice constant of 1.25830 nm was used. In Example 7, the GSGG single crystal substrate S of Reference Example 1 was used, and in Example 8, the GSGG single crystal substrate S of Reference Example 2 was used.

尚、Bi量とGd量はEPMA定量分析から求めた化学式量の値である。また、不良率、良品率は、各々RIGから11mm角を切断し、更にその11mm角から1mm角を100枚切断、次いでその1mm角から、その形状あるいは面内のピット数量によって、不良品、良品を選別して得られた結果である。尚、不良品についてはRIG中に発生したクラック起因による角欠け変形のあるもの、あるいは角欠けは無いものの金属顕微鏡、赤外顕微鏡の観察による1mm角面内のピット数量が5個以上のものとし、同様に良品は角欠けもなく、面内のピット数量も5個以下のものとして選別し、その結果を元とした各々の発生率も合わせて示した。表3では、実施例と比較例に係わるRIGの不良率、良品率と挿入損失とを比較している。   Incidentally, the Bi amount and the Gd amount are values of the chemical formula amount obtained from the EPMA quantitative analysis. In addition, the defect rate and non-defective rate are each 11 mm square cut from the RIG, and then 100 mm from the 11 mm square to 100 mm, and then from the 1 mm square, depending on the shape or the number of pits in the surface, It is the result obtained by sorting. As for defective products, those with corner chipping deformation due to cracks generated during RIG, or those with no corner chipping, but having 5 or more pits in a 1 mm square plane by observation with a metal microscope or infrared microscope. Similarly, the non-defective product was selected as having no corners and the number of in-plane pits was 5 or less, and the occurrence rates based on the results were also shown. Table 3 compares the RIG defect rate, non-defective rate, and insertion loss according to the example and the comparative example.

なお、合格基準は、光吸収量を表す挿入損失は≦0.35とし、その時の良品率は90%以上とした。   The acceptance criteria were such that the insertion loss representing the light absorption amount was ≦ 0.35, and the yield rate at that time was 90% or more.

[実施例1]
まず、原料として、Ndを2.20g、Gdを2.37g、Feを29.27g、Biを254.97g、PbOを201.52g、Bを9.67gそれぞれ秤量し、白金坩堝中において1000℃で溶解し、融液が均一な組成になるように十分に撹拌混合した。
[Example 1]
First, as a raw material, 2.20 g of Nd 2 O 3, Gd 2 O 3 to 2.37 g, 29.27 g of Fe 2 O 3, Bi 2 O 3 to 254.97g, 201.52g of PbO, B 2 O Each 9.67 g of 3 was weighed, dissolved in a platinum crucible at 1000 ° C., and sufficiently stirred and mixed so that the melt had a uniform composition.

次に、RIGをエピタキシャル成長させるため、融液の温度を780℃の育成温度まで降下させた。その後、上記GSGG基板を片面のみが融液に浸漬するように設置し、GSGG基板を回転させながらRIGをエピタキシャル成長させた。得られたRIGをEPMA定量分析するとBi量は1.15、Gd量は0.78であった。   Next, in order to epitaxially grow RIG, the temperature of the melt was lowered to a growth temperature of 780 ° C. Thereafter, the GSGG substrate was placed so that only one surface was immersed in the melt, and RIG was epitaxially grown while rotating the GSGG substrate. When the obtained RIG was quantitatively analyzed by EPMA, the Bi amount was 1.15 and the Gd amount was 0.78.

このような条件で育成したRIGから11mm角、更には1mm角を切断し、観察したところ、不良品は10個、良品は90個と良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.31dBと極めて良好な結果であった。 When an 11 mm square and further a 1 mm square were cut from the RIG grown under such conditions and observed, 10 defective products and 90 good products were good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, the result was very good at 0.31 dB.

[実施例2]
原料として、Ndを2.26g、Gdを2.31g、Feを29.27g、Biを254.97g、PbOを201.52g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を781℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.13、Gd量は0.75であった。
[Example 2]
As raw materials, 2.26 g of Nd 2 O 3 , 2.31 g of Gd 2 O 3 , 29.27 g of Fe 2 O 3 , 254.97 g of Bi 2 O 3 , 201.52 g of PbO and B 2 O 3 were used. RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was 781 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.13 and a Gd content of 0.75.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は8個、良品は92個と良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.32dBと極めて良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, there were 8 defective products and 92 non-defective products. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, the result was very good at 0.32 dB.

[実施例3]
原料として、Ndを2.48g、Gdを2.40g、Feを29.11g、Biを254.88g、PbOを201.45g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を786℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.08、Gd量は0.73であった。
[Example 3]
As raw materials, Nd 2 O 3 2.48 g, Gd 2 O 3 2.40 g, Fe 2 O 3 29.11 g, Bi 2 O 3 254.88 g, PbO 201.45 g, B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 786 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.08 and a Gd content of 0.73.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は5個、良品は95個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.34dBと良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, the number of defective products was 5 and the number of non-defective products was 95, which was extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was a good result of 0.34 dB.

[実施例4]
原料として、Ndを2.40g、Gdを2.33g、Feを29.19g、Biを254.93g、PbOを201.49g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を784℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.05、Gd量は0.73であった。
[Example 4]
As raw materials, Nd 2 O 3 2.40 g, Gd 2 O 3 2.33 g, Fe 2 O 3 29.19 g, Bi 2 O 3 254.93 g, PbO 201.49 g, B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 784 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.05 and a Gd content of 0.73.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は4個、良品は96個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.34dBと良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, the number of defective products was 4 and the number of non-defective products was 96, which was extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was a good result of 0.34 dB.

[実施例5]
原料として、Ndを2.36g、Gdを2.37g、Feを29.19g、Biを254.93g、PbOを201.49g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を784℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.00、Gd量は0.69であった。
[Example 5]
As raw materials, Nd 2 O 3 2.36 g, Gd 2 O 3 2.37 g, Fe 2 O 3 29.19 g, Bi 2 O 3 254.93 g, PbO 201.49 g, B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 784 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.00 and a Gd content of 0.69.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は2個、良品は98個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.35dBと良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, it was found that 2 defective products and 98 non-defective products were extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was a good result of 0.35 dB.

[実施例6]
原料として、Ndを2.51g、Gdを2.57g、Feを29.02g、Biを254.83g、PbOを201.41g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を787℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.10、Gd量は0.74であった。
[Example 6]
As raw materials, 2.51 g of Nd 2 O 3 , 2.57 g of Gd 2 O 3 , 29.02 g of Fe 2 O 3 , 254.83 g of Bi 2 O 3 , 201.41 g of PbO and B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 787 ° C. The obtained RIG had a Bi amount of 1.10 and a Gd amount of 0.74.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は4個、良品は96個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.33dBと良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, the number of defective products was 4 and the number of non-defective products was 96, which was extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was a good result of 0.33 dB.

[実施例7]
原料として、Ndを2.29g、Gdを2.34g、Feを29.24g、Biを254.95g、PbOを201.51g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を786℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.15、Gd量は0.84であった。
[Example 7]
As raw materials, Nd 2 O 3 2.29 g, Gd 2 O 3 2.34 g, Fe 2 O 3 29.24 g, Bi 2 O 3 254.95 g, PbO 201.51 g, B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 786 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.15 and a Gd content of 0.84.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は10個、良品は90個と良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.31dBと極めて良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, 10 defective products and 90 good products were found to be good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, the result was very good at 0.31 dB.

[実施例8]
原料として、Ndを2.36g、Gdを2.37g、Feを29.19g、Biを254.93g、PbOを201.49g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を782℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.00、Gd量は0.65であった。
[Example 8]
As raw materials, Nd 2 O 3 2.36 g, Gd 2 O 3 2.37 g, Fe 2 O 3 29.19 g, Bi 2 O 3 254.93 g, PbO 201.49 g, B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was 782 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.00 and a Gd content of 0.65.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は4個、良品は96個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.34dBと良好な結果であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, the number of defective products was 4 and the number of non-defective products was 96, which was extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was a good result of 0.34 dB.

[比較例1]
原料として、Ndを2.30g、Gdを2.60g、Feを29.11g、Biを254.87g、PbOを201.44g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を784℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.16、Gd量は0.78であった。
[Comparative Example 1]
As raw materials, 2.30 g of Nd 2 O 3 , 2.60 g of Gd 2 O 3 , 29.11 g of Fe 2 O 3 , 254.87 g of Bi 2 O 3 , 201.44 g of PbO and B 2 O 3 were used. RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 784 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 1.16 and a Gd content of 0.78.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は12個、良品は88個と不良であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.32dBと極めて良好な結果であった。しかし、不良品は12個、良品は88個と良品率は90%以下であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, 12 defective products and 88 non-defective products were defective. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, the result was very good at 0.32 dB. However, there were 12 defective products and 88 good products, and the non-defective product rate was 90% or less.

[比較例2]
原料として、Ndを2.36g、Gdを2.37g、Feを29.19g、Biを254.93g、PbOを201.48g、Bを9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を783℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は0.99、Gd量は0.71であった。
[Comparative Example 2]
As a raw material, 2.36 g of Nd 2 O 3, 2.37g of Gd 2 O 3, 29.19g of Fe 2 O 3, 254.93g of Bi 2 O 3, 201.48g of PbO, the B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.67 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was changed to 783 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 0.99 and a Gd content of 0.71.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は1個、良品は99個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.36dBと不良であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, one defective product and 99 non-defective products were found to be extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was as poor as 0.36 dB.

[比較例3]
原料として、Ndを2.31g、Gdを2.44g、Feを29.28g、Biを254.61g、PbOを201.24g、Bを10.12gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を782℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.17、Gd量は0.78であった。
[Comparative Example 3]
As a raw material, 2.31 g of Nd 2 O 3, 2.44g of Gd 2 O 3, 29.28g of Fe 2 O 3, 254.61g of Bi 2 O 3, 201.24g of PbO, the B 2 O 3 RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 10.12 g each was weighed to change the raw material composition and the growth temperature was 782 ° C. The RIG obtained had a Bi content of 1.17 and a Gd content of 0.78.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は13個、良品は87個と不良であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.31dBと極めて良好であったが、不良品は13個、良品は87個と良品率は90%以下であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, 13 defective products and 87 non-defective products were defective. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was very good at 0.31 dB, but it was 13 defective products, 87 good products, and the non-defective product rate was 90% or less. It was.

[比較例4]
原料として、Ndを2.27g、Gdを2.45g、Feを29.11g、Biを255.21g、PbOを201.71g、Bを9.25gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を783℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は0.98、Gd量は0.71であった。
[Comparative Example 4]
As raw materials, 2.27 g of Nd 2 O 3 , 2.45 g of Gd 2 O 3 , 29.11 g of Fe 2 O 3 , 255.21 g of Bi 2 O 3 , 201.71 g of PbO and B 2 O 3 were used. RIG was grown in the same manner as in Example 1 except that 9.25 g was weighed and the raw material composition was changed, and the growth temperature was 783 ° C. The obtained RIG had a Bi content of 0.98 and a Gd content of 0.71.

そして、実施例1と同様にRIGを観察したところ、不良品は1個、良品は99個と極めて良好であった。また、波長1.06μmの光に対して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後、波長1.06μmの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長1.06μmのYVOレーザー光を入射し、挿入損失(IL)を測定したところ0.37dBと不良であった。 When RIG was observed in the same manner as in Example 1, one defective product and 99 non-defective products were found to be extremely good. Further, after adjusting the thickness of the RIG by polishing so that the Faraday rotation angle is 45 ° with respect to light having a wavelength of 1.06 μm, an antireflection film for light having a wavelength of 1.06 μm is formed on both surfaces, and then the wavelength 1 When .06 μm YVO 4 laser light was incident and the insertion loss (IL) was measured, it was as poor as 0.37 dB.

これ等結果を表3にまとめて示す。

Figure 2018095486
These results are summarized in Table 3.
Figure 2018095486

以上のように、本発明に係るビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜(RIG)は、特許文献1等に記載された従来のRIGと比較して、挿入損失で0.35dB以下であり、かつ、高い収率で製造することができる。そして、挿入損失で0.35dB以下である本発明のRIGを適用することにより、RIGにおける発熱量そのものの低減が図れるため、本発明のRIGを加工用レーザーの光アイソレータに適用した場合、より高パワーのレーザー光に対し温度上昇を大幅に抑制できることから、特性の劣化を抑制する効果を有する。また、本発明に係るRIGの製造方法は、良質なRIGを高い収率で製造することができる。また、本発明に係る光アイソレータは、上記したRIGを備えるので、より高パワーのレーザー光に対し温度上昇を大幅に抑制でき、特性の劣化を抑制する効果を有する。   As described above, the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film (RIG) according to the present invention has an insertion loss of 0.35 dB or less compared to the conventional RIG described in Patent Document 1 and the like, and It can be produced with high yield. Further, by applying the RIG of the present invention with an insertion loss of 0.35 dB or less, the amount of heat generated in the RIG itself can be reduced. Therefore, when the RIG of the present invention is applied to an optical isolator for a processing laser, it is higher. Since the temperature rise can be significantly suppressed with respect to the power laser beam, it has the effect of suppressing the deterioration of characteristics. Moreover, the manufacturing method of RIG which concerns on this invention can manufacture good quality RIG with a high yield. In addition, since the optical isolator according to the present invention includes the RIG described above, it is possible to significantly suppress a temperature rise with respect to a higher-power laser beam, and to suppress deterioration of characteristics.

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。   The technical scope of the present invention is not limited to the aspects described in the above-described embodiments. One or more of the requirements described in the above embodiments and the like may be omitted. In addition, the requirements described in the above-described embodiments and the like can be combined as appropriate. In addition, as long as it is permitted by law, the disclosure of all documents cited in the above-described embodiments and the like is incorporated as a part of the description of the text.

本発明に係るRIGは挿入損失で0.35dB以下である。そして、本発明に係るRIGは、波長1μm程度の光吸収に起因した発熱量の低減が図れるため、加工用高出力レーザー装置の光アイソレータ用ファラデー回転子に使用される産業上の利用可能性を有している。   The RIG according to the present invention has an insertion loss of 0.35 dB or less. Since the RIG according to the present invention can reduce the amount of heat generated due to light absorption at a wavelength of about 1 μm, the industrial applicability used in the Faraday rotator for optical isolators of high-power laser devices for processing can be reduced. Have.

1・・・育成炉
2・・・チャンバー
3・・・断熱材
4・・・軸
5・・・ホットゾーン
8・・・ルツボ
9・・・原料融液
10・・・高周波コイル
CONT・・・制御部
C・・・GSGG単結晶
S・・・GSGG単結晶基板
SC・・・種結晶
SH・・・肩部
SB・・・直胴部
SBa・・・下端部
EP・・・有効部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Growing furnace 2 ... Chamber 3 ... Heat insulating material 4 ... Shaft 5 ... Hot zone 8 ... Crucible 9 ... Raw material melt 10 ... High frequency coil CONT ... Control part C ... GSGG single crystal S ... GSGG single crystal substrate SC ... seed crystal SH ... shoulder part SB ... straight barrel part SBa ... lower end EP ... effective part

Claims (6)

下記化学式(1)で表されるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84である、y1は1.00≦y1≦1.15である。)
A bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film represented by the following chemical formula (1).
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.)
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がファラデー回転子に用いられる、光アイソレータ。   An optical isolator in which the bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film according to claim 1 is used for a Faraday rotator. 液相エピタキシャル成長法により、非磁性ガーネット単結晶基板に、下記式(1)で表されるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜を育成する、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
Nd3−x1−y1Gdx1Biy1Fe12 ・・・(1)
(化学式(1)中、x1は0.65≦x1≦0.84である、y1は1.00≦y1≦1.15である。)
A method for producing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film, wherein a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film represented by the following formula (1) is grown on a nonmagnetic garnet single crystal substrate by a liquid phase epitaxial growth method.
Nd 3-x1-y1 Gd x1 Bi y1 Fe 5 O 12 (1)
(In the chemical formula (1), x1 is 0.65 ≦ x1 ≦ 0.84, and y1 is 1.00 ≦ y1 ≦ 1.15.)
前記非磁性ガーネット単結晶基板は、下記式(2)で表される、請求項3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。
GdScx2Ga5−x212 ・・・(2)
(化学式(2)中、x2は2.065≦x2≦2.117である。)
The said nonmagnetic garnet single crystal substrate is a manufacturing method of the bismuth substitution type rare earth iron garnet crystal film of Claim 3 represented by following formula (2).
Gd 3 Sc x2 Ga 5-x2 O 12 (2)
(In the chemical formula (2), x2 is 2.065 ≦ x2 ≦ 2.117.)
前記非磁性ガーネット単結晶基板は、格子定数が1.25800nm以上、1.25850nm以下である、請求項3または請求項4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。   The method for producing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film according to claim 3 or 4, wherein the nonmagnetic garnet single crystal substrate has a lattice constant of 1.25800 nm or more and 1.25850 nm or less. 前記非磁性ガーネット単結晶基板は、格子定数が1.25830nmである、請求項3から請求項5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。
The method for producing a bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film according to any one of claims 3 to 5, wherein the nonmagnetic garnet single crystal substrate has a lattice constant of 1.25830 nm.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08169799A (en) * 1994-12-20 1996-07-02 Tokin Corp Magneto-optical garnet, faraday rotation element using the garnet and light amplifier element
JP2012116672A (en) * 2010-11-29 2012-06-21 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film and optical isolator
JP2013087015A (en) * 2011-10-18 2013-05-13 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Liquid phase epitaxial growth method of bismuth substituted rare earth-iron-garnet film
JP2015182937A (en) * 2014-03-25 2015-10-22 住友金属鉱山株式会社 Method of manufacturing gsgg monocrystal and method of manufacturing oxide garnet monocrystal film

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08169799A (en) * 1994-12-20 1996-07-02 Tokin Corp Magneto-optical garnet, faraday rotation element using the garnet and light amplifier element
JP2012116672A (en) * 2010-11-29 2012-06-21 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film and optical isolator
JP2013087015A (en) * 2011-10-18 2013-05-13 Sumitomo Metal Mining Co Ltd Liquid phase epitaxial growth method of bismuth substituted rare earth-iron-garnet film
JP2015182937A (en) * 2014-03-25 2015-10-22 住友金属鉱山株式会社 Method of manufacturing gsgg monocrystal and method of manufacturing oxide garnet monocrystal film

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