JP5966945B2 - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法 - Google Patents
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希土類鉄ガーネット単結晶の原料成分と、酸化鉛を有するフラックス成分と、Ca成分とが含まれる融液を用いて液相エピタキシャル成長法により非磁性ガーネット基板上に育成され、かつ、Pb含有量が0.1質量%以下であると共に、波長1μm帯の光アイソレータ用ファラデー回転子に適用されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法において、
熱処理されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の表面粗さ(Ra)が0.2〜0.4μmであり、かつ、熱処理される時の雰囲気ガスが水素ガス45〜60体積%で残部が窒素ガスにより構成されると共に、熱処理温度が300〜400℃であることを特徴とする。
請求項1に記載のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法において、
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶中のCa量が0.08〜0.35質量%であることを特徴とし、
請求項3に係る発明は、
請求項1または2に記載のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法において、
上記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が、化学式Gd3(ScGa)5O12で示される非磁性ガーネット上に育成された化学式(RGdBi)3Fe5O12(但し、Rは、La、Ce、Pr、Ndから選択される一種以上の希土類元素を示す)で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを特徴とする。
熱処理されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の表面粗さ(Ra)が0.2〜0.4μm、熱処理される時の雰囲気ガスが水素ガス45〜60体積%で残部が窒素ガスにより構成され、かつ、熱処理温度が300〜400℃に設定されているため、RIG膜表面を腐食(還元)させることなく短時間の熱処理が可能となり、生産性を著しく向上できる効果を有している。
PbO、Bi2O3、B2O3をフラックス成分とし、希土類酸化物と酸化鉄をRIGの原料成分とし、および、CaOをCa成分として、各々白金坩堝中に投入かつ溶かし込んだ融液を、電気炉内で約820℃に加熱しながらその融液表面にGd3(ScGa)5O12基板(GSGG基板)を接触させ、該GSGG基板の片面にRIG膜を育成する。
まず、上述した小片状RIG膜の主表面を砥石で研削し、表面粗さ(Ra)が0.2〜0.4μmになるよう調整する。砥石として粒度400番〜600番の砥石を用いると、表面粗さ(Ra)が0.2〜0.4μmに調整される。
上記熱処理後のRIG膜は、使用波長、例えば波長1.06μmの光に対しファラデー回転角が45°となるようにRIG膜の厚みを研磨により調整し、次いで、RIG膜の両面に波長1.06μmの光に対する反射防止膜を形成しファラデー回転子とする。
RIG膜として、Gd3(ScGa)5O12基板(GSGG基板)上に、液相エピタキシャル成長法で育成された、組成式がNd0.71Gd1.10Bi1.19Fe5O12、Ca濃度が0.08質量%のRIG膜を用意した。上記GSGG基板は研削により除去しており、サイズは11mm角で、厚みが165μmである。また、RIG膜の主表面は600番の砥石で研削し、表面粗さ(Ra)は0.2μmである。
雰囲気を水素60体積%とした以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.56dBであった。
熱処理温度を300℃とした以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.65dBであった。
熱処理温度を400℃とした以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.56dBであった。
RIG膜の主表面を400番の砥石で研削し、表面粗さ(Ra)を0.4μmとした以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.55dBであった。
RIG膜として、GSGG基板上に液相エピタキシャル成長法で育成された、組成式がLa0.26Gd1.55Bi1.19Fe5O12、Ca濃度が0.1質量%のRIG膜を用いたこと以外は、実施例1と同様にして最初の熱処理と1.5時間の追加の熱処理を行ったところ、挿入損失は0.43dBと良好な結果であった。結果を表1に示す。
RIG膜として、GSGG基板上に液相エピタキシャル成長法で育成された、組成式がPr0.61Gd1.20Bi1.19Fe5O12、Ca濃度が0.35質量%のRIG膜を用いたこと以外は、実施例1と同様にして最初の熱処理と1.5時間の追加の熱処理を行ったところ、挿入損失は0.48dBと良好な結果であった。結果を表1に示す。
RIG膜として、GSGG基板上に液相エピタキシャル成長法で育成された、組成式がCe0.61Gd1.20Bi1.19Fe5O12、Ca濃度が0.3質量%のRIG膜を用いたこと以外は、実施例1と同様にして最初の熱処理と1.5時間の追加の熱処理を行ったところ、挿入損失は0.47dBと良好な結果であった。結果を表1に示す。
RIG膜として、GSGG基板上に液相エピタキシャル成長法で育成された、組成式がLa0.01Nd0.70Gd1.10Bi1.19Fe5O12、Ca濃度が0.2質量%のRIG膜を用いたこと以外は、実施例1と同様にして最初の熱処理と1.5時間の追加の熱処理を行ったところ、挿入損失は0.45dBと良好な結果であった。結果を表1に示す。
RIG膜の主表面を鏡面研磨し、表面粗さ(Ra)を0.010μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.9dBと、0.5dB未満にはならなかった。そこで、挿入損失が0.5dB未満になるまで熱処理を1.5時間ずつ延長したところ、熱処理時間の合計が12時間に達した時、0.48dBとなった。結果を表1に示す。
RIG膜の主表面を1000番の砥石で研削し、表面粗さ(Ra)を0.015μmとしたこと以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.8dBと、0.5dB未満にはならなかった。そこで、挿入損失が0.5dB未満になるまで熱処理を1.5時間ずつ延長したところ、熱処理時間の合計が9時間に達した時、0.48dBとなった。結果を表1に示す。
雰囲気を水素75体積%としたこと以外は、実施例1と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.51dBと、0.5dB未満にはならなかった。そこで、熱処理を1.5時間延長したところ、挿入損失が0.55dBと上昇してしまった。還元過多が発生し、挿入損失の底値を越えて、上昇に転じたためである。最初の熱処理を1.5時間行った後の挿入損失を表1に示す。
熱処理温度を280℃としたこと以外は、実施例2と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は1.0dBと、0.5dB未満にはならなかった。そこで、熱処理温度を345℃として、挿入損失が0.5dB未満になるまで熱処理を1.5時間ずつ延長したところ、熱処理時間の合計が15.5時間に達した時、0.49dBとなった。結果を表1に示す。
熱処理温度を420℃としたこと以外は、実施例2と同様にして熱処理を行ったところ、挿入損失は0.52dBと、0.5dB未満にはならなかった。そこで、熱処理を1.5時間延長したところ、挿入損失が0.56dBと上昇してしまった。還元過多が発生し、挿入損失の底値を越えて、上昇に転じたためである。最初の熱処理を1.5時間行った後の挿入損失を表1に示す。
Claims (3)
- 希土類鉄ガーネット単結晶の原料成分と、酸化鉛を有するフラックス成分と、Ca成分とが含まれる融液を用いて液相エピタキシャル成長法により非磁性ガーネット基板上に育成され、かつ、Pb含有量が0.1質量%以下であると共に、波長1μm帯の光アイソレータ用ファラデー回転子に適用されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法において、
熱処理されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の表面粗さ(Ra)が0.2〜0.4μmであり、かつ、熱処理される時の雰囲気ガスが水素ガス45〜60体積%で残部が窒素ガスにより構成されると共に、熱処理温度が300〜400℃であることを特徴とするビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法。 - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶中のCa量が0.08〜0.35質量%であることを特徴とする請求項1に記載のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法。
- 上記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が、化学式Gd3(ScGa)5O12で示される非磁性ガーネット上に育成された化学式(RGdBi)3Fe5O12(但し、Rは、La、Ce、Pr、Ndから選択される一種以上の希土類元素を示す)で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを特徴とする請求項1または2に記載のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法。
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