JP3699629B2 - 磁性ガーネット材料及びそれを用いた磁気光学素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性ガーネット材料であるＢｉ（ビスマス）置換希土類鉄ガーネット単結晶材料に関する。また、本発明は磁性ガーネット材料を用いた磁気光学効果を利用する磁気光学素子、特にファラデー回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信は、波長が１３１０ｎｍあるいは１５５０ｎｍ等の単波長の光を用いた通信システムで構成されている。従来の光通信システムに用いられる光受動部品である光アイソレータは上記単波長で使用されるため、光アイソレータを構成する磁気光学素子であるファラデー回転子も波長が１３１０ｎｍあるいは１５５０ｎｍ等の単波長で優れた特性が得られるように開発されている。例えば、特公平３−６９８４７号公報には、Ｔｂ（テルビウム）を含有するＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶が開示されている。ファラデー回転子をこの磁性ガーネット材料で作製すると温度特性の改善効果を得ることができる。このため、Ｔｂを主要な構成元素とするファラデー回転子を使用した光アイソレータが広く光通信システムに利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インターネット等の普及により通信回線における通信量が飛躍的に増加している。今後の大容量光通信を実現する手段として、１本の光ファイバで波長の異なる複数の光信号を同時に伝送する光波長多重通信システム（以下、ＷＤＭ通信システムという）が提案されている。ＷＤＭ通信システムに用いられている光増幅器はエルビウム・ドープ・ファイバを増幅媒体として光信号を直接増幅する。ＷＤＭ通信システムの場合、例えばＬバンド帯（波長１５７０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）の波長帯域内で波長の異なる複数の光信号を伝送する。
【０００４】
そこで、光アイソレータや光アッテネータ、光複合モジュール等の光受動部品にも従来の波長１５５０ｎｍより高い波長帯域で優れた磁気光学特性を有することが求められる。ところがＴｂを含有するＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を用いて作製されたファラデー回転子は、１５５０ｎｍより長波長の帯域で挿入損失が大きくなってしまう。従って、Ｔｂを含有するファラデー回転子で構成された光受動部品の挿入損失は、１５５０ｎｍより長い波長域の光で大きくなってしまう。
【０００５】
つまり、Ｔｂが主組成であるファラデー回転子は、ＷＤＭ通信システムで利用されるＬバンド帯の波長帯域で要求される挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を満たすことが困難である。
このため、光通信システム内で一定の光量を確保するには光源の出力をより大きくする必要が生じ、その結果光通信システムのコストが増大してしまうという問題が生じる。
【０００６】
また、光の波長が長くなるとファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）が低下するため、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶材料で作製されるファラデー回転子に要求されるファラデー回転角４５ｄｅｇを得るにはファラデー回転子の膜厚を厚くする必要がある。そのため、ＷＤＭ通信システムのＬバンド帯のように従来の使用波長より長い波長帯で使用される光アイソレータのファラデー回転子は、１５５０ｎｍの単波長で用いられる回転子より必要膜厚が厚くなり、単結晶膜育成時やファラデー回転子への研磨加工時に割れが多発して歩留まり低下の原因となるという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、単結晶膜育成時や研磨加工時に割れが生じ難い磁性ガーネット材料を提供することにある。
また、本発明の目的は、波長λ（１５７０ｎｍ≦λ≦１６２０ｎｍ）の光が入射した際にファラデー回転角θが４４ｄｅｇ≦θ≦４６ｄｅｇとなる磁気光学素子であって、加工時に割れが生じ難く歩留まり低下を抑制できる磁気光学素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一般式 ＢｉaＭ１3-aＦｅ5-bＭ２bＯ12で表されることを特徴とする磁性ガーネット材料によって達成される。ここで、Ｍ１は、Ｐｂと共に、Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類の元素を含み、Ｍ２は、Ｐｔと共に、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉから選択される少なくとも１種類の元素を含み、ａは、１．０≦ａ≦１．５、ｂは、０≦ｂ≦０．５を満足する。
【０００９】
上記本発明の磁性ガーネット材料であって、前記材料は、液相エピタキシャル成長法により育成されることを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的は、所定波長λ（但し、１５７０ｎｍ≦λ≦１６２０ｎｍ）の光が入射した際、ファラデー回転角θが４４ｄｅｇ≦θ≦４６ｄｅｇとなる磁気光学素子であって、上記本発明の磁性ガーネット材料で形成されていることを特徴とする磁気光学素子によって達成される。
【００１１】
上記本発明の磁気光学素子であって、前記波長λの光が入射した際の挿入損失が０．１ｄＢ以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願発明者達は、以下の条件に基づいてガーネット組成を検討した。
（１）１５５０ｎｍより長波長のＬバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）の帯域で一般にファラデー回転子に求められる挿入損失０．１ｄＢを満足すること；そして、
（２）エピタキシャル膜の育成中やファラデー回転子に加工する際に割れの少ない単結晶を得ること。
その結果、希土類元素としてＹ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕを用い、Ｂｉ量を１．０〜１．５の範囲に収めると大きな効果があることを見出した。
【００１３】
Ｔｂはファラデー回転子の温度係数（ｄｅｇ／℃）の改善に大きな効果があり、また波長１５５０ｎｍ付近では波長係数（ｄｅｇ／ｎｍ）の改善にも効果を有しており光アイソレータの諸特性を改善するには有用な元素である。そのため、ファラデー回転子の主要元素として利用されてきた。しかし、Ｔｂには１５５０ｎｍより長波長の１８００ｎｍ付近に光の吸収ピークがあり、これによりＴｂを主元素に用いたファラデー回転子は波長１５５０ｎｍ近辺から長波長になるに従い光吸収による挿入損失の増加が起き、１５７０ｎｍ以上の長波長の光ではファラデー回転子に求められる挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を満足できなくなる。
【００１４】
そこでこれらの光の波長帯域で吸収が小さく、主要な元素として利用してもファラデー回転子の挿入損失が０．１ｄＢ以下となり得る組成を検討した。その結果、Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕの元素は１５５０ｎｍ付近の波長帯域では光吸収が小さく、これらの元素を用いると１５７０〜１６２０ｎｍの波長帯域で挿入損失が０．１ｄＢ以下となるが分かった。これらの元素はＴｂに比較するとＬバンド帯での光吸収が著しく小さいため、挿入損失を０．１ｄＢ以下にすることができると考えられる。
【００１５】
また、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ等の元素が添加されてもＬバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）で挿入損失０．１ｄＢ以下の特性が得られた。これらはＦｅと置換され、ファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）を低下させるが回転子の飽和磁界を小さくすることに効果があり、それにより外部磁石が小さくなり光アイソレータを小型にすることが可能である。しかし、Ｆｅとの置換量が増えるとファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）の減少によりファラデー回転角４５ｄｅｇに必要な膜厚が厚くなり割れの原因となるため、これらの元素の置換量は０．５以下とすることが適当である。
【００１６】
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶材料では光の波長が長くなるに従いファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）は小さくなり、Ｌバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）の光で使用するファラデー回転子は波長１５５０ｎｍの光で使用するものよりファラデー回転角４５ｄｅｇを得るための膜厚が大きくなる。液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法によりＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する場合、基板にはＧｄとＧａを基本組成にする単結晶ウエハが一般に用いられる。
【００１７】
例えば、ＬＰＥ法により磁性ガーネット単結晶膜を形成する場合、Ｃａ、Ｚｒ、Ｍｇを添加したガドリニウム・ガリウム・ガーネット（以下、ＧＧＧという）単結晶基板が用いられる。ところがこのＣａ、Ｚｒ、Ｍｇ添加ＧＧＧ基板と磁性ガーネット単結晶膜とは異なる組成を有しているため、基板とエピタキシャル膜との熱膨張係数は異なる。エピタキシャル膜の熱膨張係数の方が基板のそれより大きい。これがエピタキシャル膜育成時や冷却時に割れが発生する原因となっている。特にエピタキシャル膜の膜厚が厚くなると飛躍的に割れの発生する度合いが増す。波長１５５０ｎｍより長波長で使用するファラデー回転子はより厚い膜厚が必要となるため割れの頻度も増大してしまい、高い歩留まりで製造することが難しくなる。
【００１８】
そこで、ファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）を大きくして回転子の膜厚を薄くする必要が生じてくる。ファラデー回転係数を大きくすることはエピタキシャル膜組成のＢｉ量を大きくすることにより可能であるが、エピタキシャル膜のＢｉ量が変化すると膜の熱膨張係数も変化するため、割れの発生する膜厚も変化する。このため、ファラデー回転子の膜厚と研磨加工に必要な膜厚を加えた厚さのエピタキシャル膜の育成、冷却および研磨加工の各工程で割れの発生しないＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶の組成を検討した。
【００１９】
ガーネットの組成式に占めるＢｉ量が１．０以下では、Ｌバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）で使用するファラデー回転子を作製するために必要な膜厚を得ようとすると育成中や研磨加工中に割れが発生し歩留まりが低下した。
【００２０】
また、ＬＰＥ法は過飽和状態の液相から基板上に固相をエピタキシャル成長するように析出させるため、エピタキシャル膜以外にも固相が析出する可能性は常に含まれている。そのような固相が析出した場合、エピタキシャル膜表面への欠陥の発生、あるいは成長速度の著しい減少という問題を引き起こす。
ガーネットの組成式に占めるＢｉ量が１．５以上のエピタキシャル膜を育成しようとすると、原材料融液の過飽和状態が不安定になり、エピタキシャル成長以外に融液中で鉄ガーネットの析出が起きた。その結果、ファラデー回転子の作製に必要な膜厚が得られなくなり、さらに育成中に割れや結晶欠陥が発生した。
以上の結果より、ガーネットの組成式に占めるＢｉ量を１．０〜１．５にすることによりＬバンド帯で使用するファラデー回転子を各工程での割れを少なくして作製できることが分かった。
【００２１】
また、例えば磁気光学素子として光アイソレータを例に取ると、戻り光を除去するためにはファラデー回転子の回転角は４５ｄｅｇであることが必要であり、ファラデー回転角が４５ｄｅｇからずれるとアイソレーション特性が低下することになる。十分なアイソレーションを確保するにはファラデー回転角を４４〜４６ｄｅｇの範囲内にする必要がある。従ってＬバンド帯で光アイソレータを構成するにはその帯域でファラデー回転角を４４〜４６ｄｅｇにすることが必要である。
【００２２】
【実施例】
以上説明したように、希土類元素としてＹ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕを用い、Ｂｉ量が１．０〜１．５のＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶材料を用いて磁気光学素子を作製することにより、単結晶膜の育成時や研磨加工時の割れを少なくすることができると共に、１５７０〜１６２０ｎｍの波長帯域で挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を得ることができる。
以下、本発明に係る磁性ガーネット材料及びそれを用いた磁気光学素子の具体的実施例として、実施例１乃至４および比較例１乃至３について表１を参照しつつ説明する。
【００２３】
（実施例１）
Ｇｄ2Ｏ3を３．３１５ｇ、Ｙｂ2Ｏ3を８．８３９ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１７３．７４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＧｅＯ2を５．１２１ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８１５℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４０時間、磁性ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル成長させ膜厚５０５μｍの単結晶膜を得た。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００２４】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.20Ｇｄ0.78Ｙｂ0.98Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｇｅ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１６００ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６００ｎｍの光に使用するファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４００μｍでファラデー回転係数は０．１１２５ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０６ｄＢ、温度特性は０．０６６ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００２５】
（実施例２）
Ｅｕ2Ｏ3を６．１４９ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を８．２４５ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｌａ2Ｏ3を０．６１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１５６．４０ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を３．５３０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２０℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４８時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚５４５μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００２６】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.00Ｅｕ1.08Ｌｕ0.83Ｌａ0.05Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１６２０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６２０ｎｍの光に用いるファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４５５μｍでファラデー回転係数は０．０９８９ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０７ｄＢ、温度特性は０．０６２ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００２７】
（実施例３）
Ｈｏ2Ｏ3を３．５６０ｇ、Ｙ2Ｏ3を４．２４１ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を３．４１６ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１９０．７０ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＳｉＯ2を５．５９８ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８０５℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら３５時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚４３０μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００２８】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.40Ｈｏ0.45Ｙ0.51Ｌｕ0.60Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｓｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１５７０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１５７０ｎｍの光に使用するファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は３３０μｍでファラデー回転係数は０．１３６４ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．０９ｄＢで最小０．０５ｄＢ、温度特性は０．０７０ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００２９】
（実施例４）
Ｈｏ2Ｏ3を５．１７８ｇ、Ｙ2Ｏ3を５．３００ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１７７．３５ｇ、Ｇａ2Ｏ3を９．４０１ｇ、Ａｌ2Ｏ3を３．４０９ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＧｅＯ2を５．８５０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８０１℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４０時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚４６５μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００３０】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.50Ｈｏ0.75Ｙ0.71Ｐｂ0.04Ｆｅ4.46Ｇａ0.30Ａｌ0.20Ｇｅ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１５７０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１５７０ｎｍの光に使用するファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は３６０μｍでファラデー回転係数は０．１２６８ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０８ｄＢ、温度特性は０．０８２ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００３１】
（比較例１）
Ｔｂ2Ｏ3を４．４４６ｇ、Ｙｂ2Ｏ3を７．６４５ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１７３．７４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を３．９１２ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２３℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４３時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚５２０μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００３２】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.20Ｔｂ1.03Ｙｂ0.73Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１６２０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６２０ｎｍ用のファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４１５μｍでファラデー回転係数は０．１０８２ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．２９ｄＢで最小０．２５ｄＢ、温度特性は０．０５５ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００３３】
（比較例２）
Ｅｕ2Ｏ3を５．３３０ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を８．０７２ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１４６．１８ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を４．２９４ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８３５℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４８時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚５９０μｍの単結晶膜が得られた。しかし、この磁性ガーネット単結晶膜の表面の外周に同心円状に割れが多数発生した。
【００３４】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ0.90Ｅｕ1.22Ｌｕ0.84Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。また、この磁性ガーネット単結晶膜を波長１６２０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６２０ｎｍ用のファラデー回転子を作製した。研磨加工の工程中にも割れが発生し、３ｍｍ角のファラデー回転子として得られた数量は割れが発生しない場合に得られる数量の１／２程度であった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４９０μｍでファラデー回転係数は０．０９１８ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０８ｄＢ、温度特性は０．０６５ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００３５】
（比較例３）
Ｈｏ2Ｏ3を１０．９１５ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を７．６６４ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１８４．７４ｇ、Ａｌ2Ｏ3を８．８７９ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を４．２９４ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ７８６℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら３５時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。しかし、エピタキシャル成長以外に融液中でガーネット相の析出が発生し、膜厚は２８０μｍの単結晶膜しか得られなかった。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は割れはなかったが、融液中のガーネット析出が原因で多数の欠陥が認められた。
【００３６】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.60Ｈｏ0.70Ｌｕ0.66Ｐｂ0.04Ｆｅ4.46Ａｌ0.50Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。この単結晶膜は膜厚が足りないためＬバンド帯（波長１５７０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）用のファラデー回転子に加工することはできなかった。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、単結晶膜の育成時や研磨加工時の割れを少なくした磁性ガーネット材料を得ることができると共に、１５７０〜１６２０ｎｍの波長帯域で挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を有するファラデー回転子を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性ガーネット材料であるＢｉ（ビスマス）置換希土類鉄ガーネット単結晶材料に関する。また、本発明は磁性ガーネット材料を用いた磁気光学効果を利用する磁気光学素子、特にファラデー回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信は、波長が１３１０ｎｍあるいは１５５０ｎｍ等の単波長の光を用いた通信システムで構成されている。従来の光通信システムに用いられる光受動部品である光アイソレータは上記単波長で使用されるため、光アイソレータを構成する磁気光学素子であるファラデー回転子も波長が１３１０ｎｍあるいは１５５０ｎｍ等の単波長で優れた特性が得られるように開発されている。例えば、特公平３−６９８４７号公報には、Ｔｂ（テルビウム）を含有するＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶が開示されている。ファラデー回転子をこの磁性ガーネット材料で作製すると温度特性の改善効果を得ることができる。このため、Ｔｂを主要な構成元素とするファラデー回転子を使用した光アイソレータが広く光通信システムに利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、インターネット等の普及により通信回線における通信量が飛躍的に増加している。今後の大容量光通信を実現する手段として、１本の光ファイバで波長の異なる複数の光信号を同時に伝送する光波長多重通信システム（以下、ＷＤＭ通信システムという）が提案されている。ＷＤＭ通信システムに用いられている光増幅器はエルビウム・ドープ・ファイバを増幅媒体として光信号を直接増幅する。ＷＤＭ通信システムの場合、例えばＬバンド帯（波長１５７０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）の波長帯域内で波長の異なる複数の光信号を伝送する。
【０００４】
そこで、光アイソレータや光アッテネータ、光複合モジュール等の光受動部品にも従来の波長１５５０ｎｍより高い波長帯域で優れた磁気光学特性を有することが求められる。ところがＴｂを含有するＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を用いて作製されたファラデー回転子は、１５５０ｎｍより長波長の帯域で挿入損失が大きくなってしまう。従って、Ｔｂを含有するファラデー回転子で構成された光受動部品の挿入損失は、１５５０ｎｍより長い波長域の光で大きくなってしまう。
【０００５】
つまり、Ｔｂが主組成であるファラデー回転子は、ＷＤＭ通信システムで利用されるＬバンド帯の波長帯域で要求される挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を満たすことが困難である。
このため、光通信システム内で一定の光量を確保するには光源の出力をより大きくする必要が生じ、その結果光通信システムのコストが増大してしまうという問題が生じる。
【０００６】
また、光の波長が長くなるとファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）が低下するため、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶材料で作製されるファラデー回転子に要求されるファラデー回転角４５ｄｅｇを得るにはファラデー回転子の膜厚を厚くする必要がある。そのため、ＷＤＭ通信システムのＬバンド帯のように従来の使用波長より長い波長帯で使用される光アイソレータのファラデー回転子は、１５５０ｎｍの単波長で用いられる回転子より必要膜厚が厚くなり、単結晶膜育成時やファラデー回転子への研磨加工時に割れが多発して歩留まり低下の原因となるという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、単結晶膜育成時や研磨加工時に割れが生じ難い磁性ガーネット材料を提供することにある。
また、本発明の目的は、波長λ（１５７０ｎｍ≦λ≦１６２０ｎｍ）の光が入射した際にファラデー回転角θが４４ｄｅｇ≦θ≦４６ｄｅｇとなる磁気光学素子であって、加工時に割れが生じ難く歩留まり低下を抑制できる磁気光学素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一般式 ＢｉaＭ１3-aＦｅ5-bＭ２bＯ12で表されることを特徴とする磁性ガーネット材料によって達成される。ここで、Ｍ１は、Ｐｂと共に、Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類の元素を含み、Ｍ２は、Ｐｔと共に、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉから選択される少なくとも１種類の元素を含み、ａは、１．０≦ａ≦１．５、ｂは、０≦ｂ≦０．５を満足する。
【０００９】
上記本発明の磁性ガーネット材料であって、前記材料は、液相エピタキシャル成長法により育成されることを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的は、所定波長λ（但し、１５７０ｎｍ≦λ≦１６２０ｎｍ）の光が入射した際、ファラデー回転角θが４４ｄｅｇ≦θ≦４６ｄｅｇとなる磁気光学素子であって、上記本発明の磁性ガーネット材料で形成されていることを特徴とする磁気光学素子によって達成される。
【００１１】
上記本発明の磁気光学素子であって、前記波長λの光が入射した際の挿入損失が０．１ｄＢ以下であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願発明者達は、以下の条件に基づいてガーネット組成を検討した。
（１）１５５０ｎｍより長波長のＬバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）の帯域で一般にファラデー回転子に求められる挿入損失０．１ｄＢを満足すること；そして、
（２）エピタキシャル膜の育成中やファラデー回転子に加工する際に割れの少ない単結晶を得ること。
その結果、希土類元素としてＹ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕを用い、Ｂｉ量を１．０〜１．５の範囲に収めると大きな効果があることを見出した。
【００１３】
Ｔｂはファラデー回転子の温度係数（ｄｅｇ／℃）の改善に大きな効果があり、また波長１５５０ｎｍ付近では波長係数（ｄｅｇ／ｎｍ）の改善にも効果を有しており光アイソレータの諸特性を改善するには有用な元素である。そのため、ファラデー回転子の主要元素として利用されてきた。しかし、Ｔｂには１５５０ｎｍより長波長の１８００ｎｍ付近に光の吸収ピークがあり、これによりＴｂを主元素に用いたファラデー回転子は波長１５５０ｎｍ近辺から長波長になるに従い光吸収による挿入損失の増加が起き、１５７０ｎｍ以上の長波長の光ではファラデー回転子に求められる挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を満足できなくなる。
【００１４】
そこでこれらの光の波長帯域で吸収が小さく、主要な元素として利用してもファラデー回転子の挿入損失が０．１ｄＢ以下となり得る組成を検討した。その結果、Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕの元素は１５５０ｎｍ付近の波長帯域では光吸収が小さく、これらの元素を用いると１５７０〜１６２０ｎｍの波長帯域で挿入損失が０．１ｄＢ以下となるが分かった。これらの元素はＴｂに比較するとＬバンド帯での光吸収が著しく小さいため、挿入損失を０．１ｄＢ以下にすることができると考えられる。
【００１５】
また、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ等の元素が添加されてもＬバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）で挿入損失０．１ｄＢ以下の特性が得られた。これらはＦｅと置換され、ファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）を低下させるが回転子の飽和磁界を小さくすることに効果があり、それにより外部磁石が小さくなり光アイソレータを小型にすることが可能である。しかし、Ｆｅとの置換量が増えるとファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）の減少によりファラデー回転角４５ｄｅｇに必要な膜厚が厚くなり割れの原因となるため、これらの元素の置換量は０．５以下とすることが適当である。
【００１６】
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶材料では光の波長が長くなるに従いファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）は小さくなり、Ｌバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）の光で使用するファラデー回転子は波長１５５０ｎｍの光で使用するものよりファラデー回転角４５ｄｅｇを得るための膜厚が大きくなる。液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法によりＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する場合、基板にはＧｄとＧａを基本組成にする単結晶ウエハが一般に用いられる。
【００１７】
例えば、ＬＰＥ法により磁性ガーネット単結晶膜を形成する場合、Ｃａ、Ｚｒ、Ｍｇを添加したガドリニウム・ガリウム・ガーネット（以下、ＧＧＧという）単結晶基板が用いられる。ところがこのＣａ、Ｚｒ、Ｍｇ添加ＧＧＧ基板と磁性ガーネット単結晶膜とは異なる組成を有しているため、基板とエピタキシャル膜との熱膨張係数は異なる。エピタキシャル膜の熱膨張係数の方が基板のそれより大きい。これがエピタキシャル膜育成時や冷却時に割れが発生する原因となっている。特にエピタキシャル膜の膜厚が厚くなると飛躍的に割れの発生する度合いが増す。波長１５５０ｎｍより長波長で使用するファラデー回転子はより厚い膜厚が必要となるため割れの頻度も増大してしまい、高い歩留まりで製造することが難しくなる。
【００１８】
そこで、ファラデー回転係数（ｄｅｇ／μｍ）を大きくして回転子の膜厚を薄くする必要が生じてくる。ファラデー回転係数を大きくすることはエピタキシャル膜組成のＢｉ量を大きくすることにより可能であるが、エピタキシャル膜のＢｉ量が変化すると膜の熱膨張係数も変化するため、割れの発生する膜厚も変化する。このため、ファラデー回転子の膜厚と研磨加工に必要な膜厚を加えた厚さのエピタキシャル膜の育成、冷却および研磨加工の各工程で割れの発生しないＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶の組成を検討した。
【００１９】
ガーネットの組成式に占めるＢｉ量が１．０以下では、Ｌバンド帯（１５７０〜１６２０ｎｍ）で使用するファラデー回転子を作製するために必要な膜厚を得ようとすると育成中や研磨加工中に割れが発生し歩留まりが低下した。
【００２０】
また、ＬＰＥ法は過飽和状態の液相から基板上に固相をエピタキシャル成長するように析出させるため、エピタキシャル膜以外にも固相が析出する可能性は常に含まれている。そのような固相が析出した場合、エピタキシャル膜表面への欠陥の発生、あるいは成長速度の著しい減少という問題を引き起こす。
ガーネットの組成式に占めるＢｉ量が１．５以上のエピタキシャル膜を育成しようとすると、原材料融液の過飽和状態が不安定になり、エピタキシャル成長以外に融液中で鉄ガーネットの析出が起きた。その結果、ファラデー回転子の作製に必要な膜厚が得られなくなり、さらに育成中に割れや結晶欠陥が発生した。
以上の結果より、ガーネットの組成式に占めるＢｉ量を１．０〜１．５にすることによりＬバンド帯で使用するファラデー回転子を各工程での割れを少なくして作製できることが分かった。
【００２１】
また、例えば磁気光学素子として光アイソレータを例に取ると、戻り光を除去するためにはファラデー回転子の回転角は４５ｄｅｇであることが必要であり、ファラデー回転角が４５ｄｅｇからずれるとアイソレーション特性が低下することになる。十分なアイソレーションを確保するにはファラデー回転角を４４〜４６ｄｅｇの範囲内にする必要がある。従ってＬバンド帯で光アイソレータを構成するにはその帯域でファラデー回転角を４４〜４６ｄｅｇにすることが必要である。
【００２２】
【実施例】
以上説明したように、希土類元素としてＹ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕを用い、Ｂｉ量が１．０〜１．５のＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶材料を用いて磁気光学素子を作製することにより、単結晶膜の育成時や研磨加工時の割れを少なくすることができると共に、１５７０〜１６２０ｎｍの波長帯域で挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を得ることができる。
以下、本発明に係る磁性ガーネット材料及びそれを用いた磁気光学素子の具体的実施例として、実施例１乃至４および比較例１乃至３について表１を参照しつつ説明する。
【００２３】
（実施例１）
Ｇｄ2Ｏ3を３．３１５ｇ、Ｙｂ2Ｏ3を８．８３９ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１７３．７４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＧｅＯ2を５．１２１ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８１５℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４０時間、磁性ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル成長させ膜厚５０５μｍの単結晶膜を得た。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００２４】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.20Ｇｄ0.78Ｙｂ0.98Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｇｅ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１６００ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６００ｎｍの光に使用するファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４００μｍでファラデー回転係数は０．１１２５ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０６ｄＢ、温度特性は０．０６６ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００２５】
（実施例２）
Ｅｕ2Ｏ3を６．１４９ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を８．２４５ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｌａ2Ｏ3を０．６１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１５６．４０ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を３．５３０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２０℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４８時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚５４５μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００２６】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.00Ｅｕ1.08Ｌｕ0.83Ｌａ0.05Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１６２０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６２０ｎｍの光に用いるファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４５５μｍでファラデー回転係数は０．０９８９ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０７ｄＢ、温度特性は０．０６２ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００２７】
（実施例３）
Ｈｏ2Ｏ3を３．５６０ｇ、Ｙ2Ｏ3を４．２４１ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を３．４１６ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１９０．７０ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＳｉＯ2を５．５９８ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８０５℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら３５時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚４３０μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００２８】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.40Ｈｏ0.45Ｙ0.51Ｌｕ0.60Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｓｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１５７０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１５７０ｎｍの光に使用するファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は３３０μｍでファラデー回転係数は０．１３６４ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．０９ｄＢで最小０．０５ｄＢ、温度特性は０．０７０ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００２９】
（実施例４）
Ｈｏ2Ｏ3を５．１７８ｇ、Ｙ2Ｏ3を５．３００ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１７７．３５ｇ、Ｇａ2Ｏ3を９．４０１ｇ、Ａｌ2Ｏ3を３．４０９ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＧｅＯ2を５．８５０ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８０１℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４０時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚４６５μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００３０】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.50Ｈｏ0.75Ｙ0.71Ｐｂ0.04Ｆｅ4.46Ｇａ0.30Ａｌ0.20Ｇｅ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１５７０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１５７０ｎｍの光に使用するファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は３６０μｍでファラデー回転係数は０．１２６８ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０８ｄＢ、温度特性は０．０８２ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００３１】
（比較例１）
Ｔｂ2Ｏ3を４．４４６ｇ、Ｙｂ2Ｏ3を７．６４５ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１７３．７４ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を３．９１２ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８２３℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４３時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚５２０μｍの単結晶膜が得られた。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は鏡面状態であり割れは生じなかった。
【００３２】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.20Ｔｂ1.03Ｙｂ0.73Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。またこの磁性ガーネット単結晶膜を波長１６２０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６２０ｎｍ用のファラデー回転子を作製した。研磨加工および切断の工程でも単結晶膜に割れは生じなかった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４１５μｍでファラデー回転係数は０．１０８２ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．２９ｄＢで最小０．２５ｄＢ、温度特性は０．０５５ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００３３】
（比較例２）
Ｅｕ2Ｏ3を５．３３０ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を８．０７２ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１４６．１８ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を４．２９４ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ８３５℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら４８時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させ膜厚５９０μｍの単結晶膜が得られた。しかし、この磁性ガーネット単結晶膜の表面の外周に同心円状に割れが多数発生した。
【００３４】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ0.90Ｅｕ1.22Ｌｕ0.84Ｐｂ0.04Ｆｅ4.96Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。また、この磁性ガーネット単結晶膜を波長１６２０ｎｍの光でファラデー回転角が４５ｄｅｇとなるように研磨加工し、両面に無反射膜を付けた後、３ｍｍ角に切断して波長１６２０ｎｍ用のファラデー回転子を作製した。研磨加工の工程中にも割れが発生し、３ｍｍ角のファラデー回転子として得られた数量は割れが発生しない場合に得られる数量の１／２程度であった。このファラデー回転子のファラデー回転係数、挿入損失および温度特性を評価したところ、膜厚は４９０μｍでファラデー回転係数は０．０９１８ｄｅｇ／μｍ、挿入損失は最大０．１０ｄＢで最小０．０８ｄＢ、温度特性は０．０６５ｄｅｇ／℃の値が得られた。
【００３５】
（比較例３）
Ｈｏ2Ｏ3を１０．９１５ｇ、Ｌｕ2Ｏ3を７．６６４ｇ、Ｂ2Ｏ3を４３．２１４ｇ、Ｆｅ2Ｏ3を１８４．７４ｇ、Ａｌ2Ｏ3を８．８７９ｇ、ＰｂＯを１１８９．６ｇ、Ｂｉ2Ｏ3を８２６．４ｇ、ＴｉＯ2を４．２９４ｇ秤量してＰｔるつぼに充填し、約１０００℃で融解して撹拌を行い均質化した後、１２０℃／Ｈで降温させ７８６℃の過飽和状態で温度の安定を取った。そして２インチφのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ単結晶基板を１００ｒ．ｐ．ｍ．で回転させながら３５時間、磁性ガーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させた。しかし、エピタキシャル成長以外に融液中でガーネット相の析出が発生し、膜厚は２８０μｍの単結晶膜しか得られなかった。この磁性ガーネット単結晶膜の表面は割れはなかったが、融液中のガーネット析出が原因で多数の欠陥が認められた。
【００３６】
得られた単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ表１に示すようなＢｉ1.60Ｈｏ0.70Ｌｕ0.66Ｐｂ0.04Ｆｅ4.46Ａｌ0.50Ｔｉ0.02Ｐｔ0.02Ｏ12であった。この単結晶膜は膜厚が足りないためＬバンド帯（波長１５７０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）用のファラデー回転子に加工することはできなかった。
【００３７】
【表１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、単結晶膜の育成時や研磨加工時の割れを少なくした磁性ガーネット材料を得ることができると共に、１５７０〜１６２０ｎｍの波長帯域で挿入損失０．１ｄＢ以下の特性を有するファラデー回転子を得ることができる。
Claims (4)
- 一般式 ＢｉaＭ１3-aＦｅ5-bＭ２bＯ12
で表されることを特徴とする磁性ガーネット材料。
ここで、Ｍ１は、Ｐｂと共に、Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類の元素を含み、
Ｍ２は、Ｐｔと共に、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉから選択される少なくとも１種類の元素を含み、
ａは、１．０≦ａ≦１．５、
ｂは、０≦ｂ≦０．５
を満足する。 - 請求項１記載の磁性ガーネット材料であって、
前記材料は、液相エピタキシャル成長法により育成されること
を特徴とする磁性ガーネット材料。 - 所定波長λ（但し、１５７０ｎｍ≦λ≦１６２０ｎｍ）の光が入射した際、ファラデー回転角θが４４ｄｅｇ≦θ≦４６ｄｅｇとなる磁気光学素子であって、
請求項１又は２に記載の磁性ガーネット材料で形成されていること
を特徴とする磁気光学素子。 - 請求項３記載の磁気光学素子であって、
前記波長λの光が入射した際の挿入損失が０．１ｄＢ以下であること
を特徴とする磁気光学素子。
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