JP2826869B2 - 液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法 - Google Patents
液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気光学素子である例えばレーザのアイソ
レータ等に使用される、ビスマス・イットリウム・鉄ガ
ーネットを液相エピタキシャル成長法により結晶膜を育
成する際の、液相エピタキシャル法によるビスマス・イ
ットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法に関する。
レータ等に使用される、ビスマス・イットリウム・鉄ガ
ーネットを液相エピタキシャル成長法により結晶膜を育
成する際の、液相エピタキシャル法によるビスマス・イ
ットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法に関する。
所望の磁気光学材料の組成を有する溶融液面に基板を
浸漬し、基板上に磁気光学材を析出させる液相エピタキ
シャル成長法は、数μｍ〜数百μｍの間の結晶膜を育成
する際に有効な方法で、工業的にも大いに利用されてお
り、レーザ光の光アイソレータに使用されるビスマス置
換、イットリウム・鉄ガーネット（以下Bi1Y2Fe5O12と
記す）も主として液相エピタキシャル成長法により作ら
れている。この方法は、るつぼの中に結晶膜の原料であ
るビスマスとイットリウムと鉄と酸素とを、分子式がほ
ぼBi1Y2Fe5O12となる結晶膜を作るための溶融液とフラ
ックスである鉛（Pb）とを、通常白金るつぼに入れ、数
百〜千℃の温度でるつぼ中の材料（原料＋フラックス）
を溶融させ溶融液をつくる。この溶融液に、通常カルシ
ウム（Ca）、マグネシウム（Mg）、亜鉛（Zn）を含むガ
ドリニウム（Gd）ガリウム（Ga）ガーネット（GGG）の
基板を接触させ基板上にBi1Y2Fe5O12の結晶膜を育成し
ている。
浸漬し、基板上に磁気光学材を析出させる液相エピタキ
シャル成長法は、数μｍ〜数百μｍの間の結晶膜を育成
する際に有効な方法で、工業的にも大いに利用されてお
り、レーザ光の光アイソレータに使用されるビスマス置
換、イットリウム・鉄ガーネット（以下Bi1Y2Fe5O12と
記す）も主として液相エピタキシャル成長法により作ら
れている。この方法は、るつぼの中に結晶膜の原料であ
るビスマスとイットリウムと鉄と酸素とを、分子式がほ
ぼBi1Y2Fe5O12となる結晶膜を作るための溶融液とフラ
ックスである鉛（Pb）とを、通常白金るつぼに入れ、数
百〜千℃の温度でるつぼ中の材料（原料＋フラックス）
を溶融させ溶融液をつくる。この溶融液に、通常カルシ
ウム（Ca）、マグネシウム（Mg）、亜鉛（Zn）を含むガ
ドリニウム（Gd）ガリウム（Ga）ガーネット（GGG）の
基板を接触させ基板上にBi1Y2Fe5O12の結晶膜を育成し
ている。
液相エピタキシャル成長法では、育成する結晶膜の組
成と溶融液の組成とは必ずしも一致しない。そのため同
じ溶融液から結晶膜を何度も育成すると溶融液中のFe5O
12の組成比が高くなって、ガーネット成分が少なくな
り、成長速度の低下を来し、極端な場合には不純物の析
出がみられるという問題が発生する。この問題を解決す
るため、チャージという方法が採られてきた。これは数
回の育成が終わった後の溶融液に育成された分だけガー
ネットの原料を補足する方法である。しかし、チャージ
により結晶膜の成長速度は回復するが、チャージするた
めには一度温度を下げる必要があり、ビスマス・イット
リウム・鉄ガーネットの結晶膜を効率よく育成できない
という問題が生じてくる。
成と溶融液の組成とは必ずしも一致しない。そのため同
じ溶融液から結晶膜を何度も育成すると溶融液中のFe5O
12の組成比が高くなって、ガーネット成分が少なくな
り、成長速度の低下を来し、極端な場合には不純物の析
出がみられるという問題が発生する。この問題を解決す
るため、チャージという方法が採られてきた。これは数
回の育成が終わった後の溶融液に育成された分だけガー
ネットの原料を補足する方法である。しかし、チャージ
により結晶膜の成長速度は回復するが、チャージするた
めには一度温度を下げる必要があり、ビスマス・イット
リウム・鉄ガーネットの結晶膜を効率よく育成できない
という問題が生じてくる。
本発明はチャージの操作を行うことなく、即ち結晶膜
育成溶融液の温度を下げることなく、連続してビスマス
・イットリウム・鉄ガーネットの結晶膜を効率よく育成
出来る液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリ
ウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法を提供するにある。
育成溶融液の温度を下げることなく、連続してビスマス
・イットリウム・鉄ガーネットの結晶膜を効率よく育成
出来る液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリ
ウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法を提供するにある。
ロ．発明の構成 〔課題を解決するための手段〕 本発明はこの課題を克服するために、外るつぼと、流
通孔とシャッターを有する内るつぼからなる二重るつぼ
を用い、内るつぼ内には従来の組成の溶融液を、外るつ
ぼ内には全体（内るつぼ内の溶融液と外るつぼ内の溶融
液の組成の和）の比率が、育成するビスマス・イットリ
ウム・鉄ガーネット（Bi1Y2Fe5O12）結晶膜の組成に対
し一定になるよう、外るつぼ溶融液中のビスマスとイッ
トリウムの組成比を鉄酸化物（Fe5O12）に対し高い組成
比となるようにしておく。育成されたBi1Y2Fe5O12ガー
ネット結晶膜は育成ごとにその膜厚を測定し、失われた
Bi1Y2Fe5O12の成分を測定し、シャッターの開閉によっ
て失われたガーネット成分を外るつぼから補給すること
により、チャージを簡素化し、内るつぼ溶融液からBi1Y
2Fe5O12ガーネット結晶膜を連続して多数個を効率よく
育成することを特徴とする。
通孔とシャッターを有する内るつぼからなる二重るつぼ
を用い、内るつぼ内には従来の組成の溶融液を、外るつ
ぼ内には全体（内るつぼ内の溶融液と外るつぼ内の溶融
液の組成の和）の比率が、育成するビスマス・イットリ
ウム・鉄ガーネット（Bi1Y2Fe5O12）結晶膜の組成に対
し一定になるよう、外るつぼ溶融液中のビスマスとイッ
トリウムの組成比を鉄酸化物（Fe5O12）に対し高い組成
比となるようにしておく。育成されたBi1Y2Fe5O12ガー
ネット結晶膜は育成ごとにその膜厚を測定し、失われた
Bi1Y2Fe5O12の成分を測定し、シャッターの開閉によっ
て失われたガーネット成分を外るつぼから補給すること
により、チャージを簡素化し、内るつぼ溶融液からBi1Y
2Fe5O12ガーネット結晶膜を連続して多数個を効率よく
育成することを特徴とする。
即ち本発明は、 1.所要の組成のガーネットをるつぼの中で溶融し、溶融
液面に基板を浸漬しながら基板表面に結晶膜を育成する
方法による、液相エピタキシャル方法によるビスマス・
イットリウム、鉄ガーネット結晶膜育成方法に於て、外
るつぼと、流通孔とシャッターを有する内るつぼとから
なる二重るつぼを用い、外るつぼ溶融液のビスマス・イ
ットリウムの組成比を、結晶膜を育成する内るつぼ内の
溶融液の組成比より高くし、内るつぼのシャッターの開
閉時間を制御して外るつぼからの溶融液が内るつぼへ移
る量を調整し、内るつぼ内の溶融液のビスマス、イット
リウム、鉄ガーネットの組成比を一定となる様に構成し
たことを特徴とする、液相エピタキシャル法によるビス
マス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法。
液面に基板を浸漬しながら基板表面に結晶膜を育成する
方法による、液相エピタキシャル方法によるビスマス・
イットリウム、鉄ガーネット結晶膜育成方法に於て、外
るつぼと、流通孔とシャッターを有する内るつぼとから
なる二重るつぼを用い、外るつぼ溶融液のビスマス・イ
ットリウムの組成比を、結晶膜を育成する内るつぼ内の
溶融液の組成比より高くし、内るつぼのシャッターの開
閉時間を制御して外るつぼからの溶融液が内るつぼへ移
る量を調整し、内るつぼ内の溶融液のビスマス、イット
リウム、鉄ガーネットの組成比を一定となる様に構成し
たことを特徴とする、液相エピタキシャル法によるビス
マス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法。
2.内るつぼに複数組の流通孔とシャッターを設け、複数
組の流通孔のシャッターを開閉する様構成したことを特
徴とする請求項１記載の液相エピタキシャル法によるビ
スマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法。
組の流通孔のシャッターを開閉する様構成したことを特
徴とする請求項１記載の液相エピタキシャル法によるビ
スマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法。
外るつぼと、流通孔とシャッターを有する内るつぼか
らなる二重るつぼを用い、内るつぼ内には従来の組成の
溶融液を、外るつぼ内には内るつぼ内の溶液で結晶膜育
成によって消耗するガーネット成分と、外るつぼ内の溶
融液のガーネットの組成比の和の比率が育成するBi1Y2F
e5O12ガーネット結晶膜の組成と一致する様外るつぼの
ビスマス・イットリウムの組成比を高くしておき、内る
つぼ内のビスマス、イットリウムの消耗につれ、シャッ
ターの開放時間を調節して育成することにより、同一溶
融液からの育成回数を増やし、結晶膜も短時間に育成で
きる液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウ
ム・鉄ガーネット結晶膜育成方法を提供する。
らなる二重るつぼを用い、内るつぼ内には従来の組成の
溶融液を、外るつぼ内には内るつぼ内の溶液で結晶膜育
成によって消耗するガーネット成分と、外るつぼ内の溶
融液のガーネットの組成比の和の比率が育成するBi1Y2F
e5O12ガーネット結晶膜の組成と一致する様外るつぼの
ビスマス・イットリウムの組成比を高くしておき、内る
つぼ内のビスマス、イットリウムの消耗につれ、シャッ
ターの開放時間を調節して育成することにより、同一溶
融液からの育成回数を増やし、結晶膜も短時間に育成で
きる液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウ
ム・鉄ガーネット結晶膜育成方法を提供する。
第１図は本発明による液相エピタキシャル法によるビ
スマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法を
説明する装置の断面を示す図で、白金製の外るつぼ１
（内径:150mm、高さ:120mm）と、流通孔２（直径:3mm）
と白金製のシャッター３を有する白金製の内るつぼ４
（内径:120mm）からなる二重るつぼを用い、外るつぼの
外周を抵抗線加熱によりビスマス・イットリウム・鉄ガ
ーネットを加熱溶融し、内るつぼ内には従来の組成の溶
融液を、外るつぼ内には内るつぼの結晶膜育成と共に消
耗するビスマス・イットリウムの組成比を高くし、全体
の比率が育成するビスマス・イットリウム・鉄ガーネッ
ト結晶膜の組成の消耗につれ、シャッターの開放時間を
調整し、内るつぼ内の溶融液Ａの組成比を調整し育成を
行った。厚さ100μｍ程度の厚膜を一回育成する毎に、
シャッターを開閉時間１〜10sec.程度開閉し、溶融液が
700℃に於て育成した時の育成速度を調べた。第２図に
従来の一回育成する毎にチャージを行う方法（丸印で示
す）による育成速度と、本発明の方法による育成速度の
育成回数を示す。第２図に示す結果より本発明による方
法と従来の方法を比べると、本発明の方法は育成速度に
ばらつきはあるが、従来の方法ではチャージする度に溶
液が汚れてきて９回で育成不可能になるのに対し、本発
明による方法では28回育成ができた。ばらつきの原因は
シャッターの開閉による内るつぼ内の溶融液A5と外るつ
ぼ内の溶融液B6との混ざり具合の制御の不確かさによる
ものと推察される。又、本発明による方法で28回の育成
に要した時間は220時間であり、従来の方法による９回
の育成に要した240時間より短かった。
スマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法を
説明する装置の断面を示す図で、白金製の外るつぼ１
（内径:150mm、高さ:120mm）と、流通孔２（直径:3mm）
と白金製のシャッター３を有する白金製の内るつぼ４
（内径:120mm）からなる二重るつぼを用い、外るつぼの
外周を抵抗線加熱によりビスマス・イットリウム・鉄ガ
ーネットを加熱溶融し、内るつぼ内には従来の組成の溶
融液を、外るつぼ内には内るつぼの結晶膜育成と共に消
耗するビスマス・イットリウムの組成比を高くし、全体
の比率が育成するビスマス・イットリウム・鉄ガーネッ
ト結晶膜の組成の消耗につれ、シャッターの開放時間を
調整し、内るつぼ内の溶融液Ａの組成比を調整し育成を
行った。厚さ100μｍ程度の厚膜を一回育成する毎に、
シャッターを開閉時間１〜10sec.程度開閉し、溶融液が
700℃に於て育成した時の育成速度を調べた。第２図に
従来の一回育成する毎にチャージを行う方法（丸印で示
す）による育成速度と、本発明の方法による育成速度の
育成回数を示す。第２図に示す結果より本発明による方
法と従来の方法を比べると、本発明の方法は育成速度に
ばらつきはあるが、従来の方法ではチャージする度に溶
液が汚れてきて９回で育成不可能になるのに対し、本発
明による方法では28回育成ができた。ばらつきの原因は
シャッターの開閉による内るつぼ内の溶融液A5と外るつ
ぼ内の溶融液B6との混ざり具合の制御の不確かさによる
ものと推察される。又、本発明による方法で28回の育成
に要した時間は220時間であり、従来の方法による９回
の育成に要した240時間より短かった。
尚、本発明の実施例では、外るつぼと内るつぼとの間
の流通孔及びシャッターは、内るつぼの底面に１箇所設
けた例で説明したが、底面に複数組の流通孔とシャッタ
ーを設けてもよく、又内るつぼの側面に複数組の流通孔
とシャッターを設け、内るつぼ側面上のまわりを順次開
閉する操作をして組成比の均一化をはかる様構成しても
よい。又、本発明の実施例では、ビスマス・イットリウ
ム・鉄ガーネットの組成比が分子式でBi1Y2Fe5O12の結
晶膜を育成する例で説明したが、ビスマスとイットリウ
ムと鉄とからなるガーネットの組成比は本発明の説明に
用いた組成比に限定するものではなく、他の組成比に於
ても適用し得ることは当然である。
の流通孔及びシャッターは、内るつぼの底面に１箇所設
けた例で説明したが、底面に複数組の流通孔とシャッタ
ーを設けてもよく、又内るつぼの側面に複数組の流通孔
とシャッターを設け、内るつぼ側面上のまわりを順次開
閉する操作をして組成比の均一化をはかる様構成しても
よい。又、本発明の実施例では、ビスマス・イットリウ
ム・鉄ガーネットの組成比が分子式でBi1Y2Fe5O12の結
晶膜を育成する例で説明したが、ビスマスとイットリウ
ムと鉄とからなるガーネットの組成比は本発明の説明に
用いた組成比に限定するものではなく、他の組成比に於
ても適用し得ることは当然である。
ハ．発明の効果 〔発明の効果〕 本発明による内るつぼと外るつぼと別け、外るつぼと
内るつぼの間に流通孔とシャッターとを取付け、内るつ
ぼ内での結晶膜の育成につれ、外るつぼ内の溶液を流通
孔シャッターにより制御して結晶膜を育成する内るつぼ
内のビスマス・イットリウムの組成を調整して育成する
方法とすることにより、一回の溶融に於ける育成回数を
倍以上に増やすことができ、しかも育成時間も短縮でき
る優れたビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜
育成方法が提供出来る様になった。
内るつぼの間に流通孔とシャッターとを取付け、内るつ
ぼ内での結晶膜の育成につれ、外るつぼ内の溶液を流通
孔シャッターにより制御して結晶膜を育成する内るつぼ
内のビスマス・イットリウムの組成を調整して育成する
方法とすることにより、一回の溶融に於ける育成回数を
倍以上に増やすことができ、しかも育成時間も短縮でき
る優れたビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜
育成方法が提供出来る様になった。
第１図は本発明の実施例を示す液相エピタキシャル法に
よるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成
方法を示す装置の断面図。 第２図は本発明による方法と従来の方法の育成回数と結
晶膜成長速度を示す特性図。 １……外るつぼ、２……流通孔、３……シャッター、４
……内るつぼ、５……溶融液Ａ、６……溶融液Ｂ。
よるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成
方法を示す装置の断面図。 第２図は本発明による方法と従来の方法の育成回数と結
晶膜成長速度を示す特性図。 １……外るつぼ、２……流通孔、３……シャッター、４
……内るつぼ、５……溶融液Ａ、６……溶融液Ｂ。
Claims (2)
- 【請求項１】所要の組成のガーネットをるつぼの中で溶
融し、溶融液面に基板を浸漬しながら基板表面に結晶膜
を育成する方法による、液相エピタキシャル法によるビ
スマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法に
於て、外るつぼと、流通孔とシャッターを有する内るつ
ぼとからなる二重るつぼを用い、外るつぼ溶融液のビス
マス・イットリウムの組成比を、結晶膜を育成する内る
つぼ内の溶融液の組成比より高くし、内るつぼのシャッ
ターの開閉時間を制御して外るつぼからの溶融液が内る
つぼへ移る量を調整し、内るつぼ内の溶融液のビスマ
ス、イットリウム、鉄ガーネットの組成比を一定になる
様に構成したことを特徴とする、液相エピタキシャル法
によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育
成方法。 - 【請求項２】内るつぼに複数組の流通孔とシャッターを
設け、複数組の流通孔のシャッターを開閉する様構成し
たことを特徴とする請求項１記載の液相エピタキシャル
法によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜
育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33935589A JP2826869B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33935589A JP2826869B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197391A JPH03197391A (ja) | 1991-08-28 |
| JP2826869B2 true JP2826869B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=18326679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33935589A Expired - Fee Related JP2826869B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 液相エピタキシャル法によるビスマス・イットリウム・鉄ガーネット結晶膜育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2826869B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101319390B (zh) * | 2008-06-06 | 2012-12-26 | 电子科技大学 | 无铅镥铋石榴石薄膜制备方法 |
-
1989
- 1989-12-26 JP JP33935589A patent/JP2826869B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101319390B (zh) * | 2008-06-06 | 2012-12-26 | 电子科技大学 | 无铅镥铋石榴石薄膜制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03197391A (ja) | 1991-08-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |