JP6887678B2

JP6887678B2 - 磁性ガーネット単結晶の製造方法

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Publication number: JP6887678B2
Application number: JP2018073736A
Authority: JP
Inventors: 博貴河合; 諒柳田; 中村　太郎; 太郎中村; 紳保岡野; 直人青柳; 忠史平野
Original assignee: Kohoku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kohoku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP2019182696A; WO2019193950A1

Description

本発明は、磁性ガーネット単結晶、および磁性ガーネット単結晶の製造方法に関する。

磁性ガーネット単結晶は、例えば、光通信網内に設置される光アイソレータ、光アッテネータなどに組み込まれるファラデー回転子に用いられる。ファラデー回転子用の磁性ガーネット単結晶は、２００μｍ以上の厚さがあり、この厚さの磁性ガーネット単結晶を作製する最も一般的な方法は、液相エピタキシャル成長法（以下、ＬＰＥ法とも言う）である。

ＬＰＥ法は、フラックスを含む原料を坩堝に投入して溶融し、その融液（メルト）に結晶を育成するための基板を接触させ、その基板表面に結晶を成長させる技術である。なお、現在では、環境への負荷を考慮し、磁性ガーネット単結晶は、フラックスとして酸化鉛（ＰｂＯ）が含まれていないメルトから作製される。

ＬＰＥ法による磁性ガーネット単結晶の作製手順としては、まず、坩堝にフラックスを含む磁性ガーネット単結晶の原料を投入し、その原料を、溶融温度以上の所定の温度まで加熱して溶融させてメルトを作製するとともに、メルトを、その所定の温度で所定時間維持し、メルト内に残存する原料を完全に溶融させる。次に、温度維持のための加熱を停止するなどしてメルトを育成温度まで自然冷却させる。そして、そのメルトの液面に、１枚目の育成用基板の一主面を接触させるとともに、基板を一主面と直交する軸周りに回転させることで、基板上に結晶を育成する。所定時間経過後、基板をメルトから離して育成を終了させ、室温まで徐冷する。１枚目の基板上に結晶を育成したならば、メルトの原料を坩堝に補充し、２枚目の基板に対する結晶の育成手順に移行する。すなわち、原料を溶融温度以上の温度まで加熱し補充した原料を溶融させる。そして、原料の溶融と基板上への結晶の育成とを繰り返し、多数の基板のそれぞれに磁性ガーネット単結晶を育成する。

ところで、ファラデー回転子用の磁性ガーネット単結晶には、２００μｍ以上の膜厚が必要であることに加え、優れた光学特性を有していることも必要である。例えば、４５°ファラデー回転を生じる膜厚で換算したときの挿入損失が低い（例えば、０．１ｄＢ以下）ことが求められている。ところが、ＬＰＥ法で作製される磁性ガーネット単結晶には、微量ながら、坩堝の材料である白金（Ｐｔ）が含まれる。そして、３価の状態で安定する磁性ガーネット単結晶において、２価のＰｂを含まず、４価のＰｔが含まれていると、磁性ガーネット単結晶中の２価のＰｂと４価のＰｔとによって電荷補償をすることができず、挿入損失を低くすることができないという問題が発生する。そして、このような問題に対し、以下の特許文献１には、挿入損失が低く、かつ鉛を含まない磁性ガーネット単結晶、および磁性ガーネット単結晶の製造方法が開示されている。

特開２００８−１４３７３８号公報

同じ白金坩堝内のメルトを用いつつ、複数枚の基板上に磁性ガーネット単結晶をＬＰＥ法によって作製するためには、基板を順次取り替えながら同じ手順を繰り返す必要がある。したがって、ＬＰＥ法により作製される磁性ガーネット単結晶には、優れた光学特性に加え、高い生産性も求められる。すなわち、磁性ガーネット単結晶には、繰り返し行われる育成作業に際し、結晶の育成速度が低下したり、結晶に亀裂が発生したりすることがないような特性を有していることが必要となる。

そこで本発明は、光学特性と生産性とに優れた磁性ガーネット単結晶と、光学特性と生産性とに優れた磁性ガーネット単結晶を再現性よく製造するための方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明の態様は、
化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚＭ１_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_{５−ｖ−ｗ}Ｐｔ_ｖＭ２_ｗＯ_１２で表され、
前記化学式中のＭ１は、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される１種類以上の元素であり、
前記化学式中のＭ２は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、
前記化学式において、
ｘ＞０、
ｙ＞０、
ｚ＞０、
３−ｘ−ｙ−ｚ＞０、
５−ｖ−ｗ＞０、
ｗ≧０
０＜ｖ≦０．０２
である磁性ガーネット単結晶を、液相エピタキシャル成長法により育成する方法であって、
同一の白金坩堝内のメルトを用い、基板の一主面側に所定の膜厚の前記磁性ガーネット単結晶を育成する育成ステップを繰り返し、
前記育成ステップの実行後に次回の前記育成ステップを実行するまでの間に、前記メルトを、当該メルトの原料の溶融温度以上の所定の温度まで昇温させるとともに、当該所定の温度で維持する溶融ステップと、前記所定の温度に維持されている前記メルトを、白金からなる攪拌部材を用いて攪拌する攪拌ステップとを実行し、
前記攪拌ステップでは、前記育成ステップにおいて坩堝からメルト内に溶出した白金を前記攪拌部材に付着させる、
磁性ガーネット単結晶の製造方法としている。
また、前記化学式中のｘ、ｙ、ｚ、ｗが、それぞれ、
０．８＜ｘ≦１．５、
０＜ｙ＜０．０２、
０＜ｚ＜０．０９、
０≦ｗ＜１．５、
である磁性ガーネット単結晶の製造方法としてもよい。

前記溶融ステップでは、前記メルトを１０００℃以上に昇温し、前記攪拌ステップでは、前記溶融ステップにより前記所定の温度に達した時点から１２時間以内に当該メルトの攪拌を開始する、磁性ガーネット単結晶の製造方法とすることもできる。

また、前記育成ステップでは、前記磁性ガーネット単結晶を、８００℃以上で前記溶融温度よりも低い温度の前記メルトを用いて育成する磁性ガーネット単結晶の製造方法としてもよい。

本発明によれば、光学特性と生産性とに優れた磁性ガーネット単結晶と、光学特性と生産性とに優れた磁性ガーネット単結晶を再現性よく製造するための方法とが提供される。

本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の作製手順を示す図である。

本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、ＬＰＥ法によって作製されるものであって、化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚＭ１_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_{５−ｖ−ｗ}Ｐｔ_ｖＭ２_ｗＯ_１２で表される。なお、化学式中のＭ１は、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される１種類以上の元素であり、Ｍ２は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎから選択される１種類以上の元素である。化学式中のｘ、ｙ、ｚ、ｗについては、例えば、上記特許文献１に記載の磁性ガーネット単結晶と同様の数値範囲に設定することができる。そして、実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、上記化学式中のＰｔの量ｖが０＜ｖ≦０．０２に設定されており、このＰｔの量により、生産性を向上させることが可能となっている。

具体的には、ＬＰＥ法で作製される磁性ガーネット単結晶は、坩堝からメルト中に溶出したＰｔの一部を含んでいる。ＬＰＥ法により磁性ガーネット単結晶が基板上に成長していく過程で、メルト中に溶出したＰｔを核とした析出物が生じると、メルト中の磁性ガーネット単結晶の構成成分を取り込むため、磁性ガーネット単結晶の成長速度が遅くなり、目的とする膜厚の磁性ガーネット単結晶を得るまでに多大な時間が掛かってしまう。場合によって、結晶の成長が停止してしまう。

また、Ｐｔを核とした析出物の成長により、メルト組成の成分比率が変化し、そこから成長した磁性ガーネット単結晶は異なる組成を有し、格子定数が所定の大きさからずれるため、磁性ガーネット単結晶に亀裂などの欠陥が発生する。そして、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶では、析出物の生成を抑制させるために、Ｐｔの量が適切に設定されている。それによって、実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、生産性を向上させ、かつ優れた光学特性を有するものとなっている。

以下では、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の作製手順、作製された磁性ガーネット単結晶の具体的な組成、およびその磁性ガーネット単結晶の光学特性について説明する。

＝＝＝磁性ガーネット単結晶の作製手順＝＝＝
図１に本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の作製手順を示した。図１に示したように、まず、メルトの原料を白金坩堝に投入し（ｓ１）、坩堝内の温度をメルトの原料が溶融する温度以上の所定の温度（以下、溶融温度とも言う）まで昇温させる（ｓ２）。原料が溶融温度に達したならば、所定の時間、そのまま坩堝を放置する（ｓ３）。すなわち、坩堝内の温度を溶融温度で所定時間維持し、原料を溶融させる。それによってメルトが得られる。さらに、メルトを溶融温度で維持しつつ、坩堝内のメルトを白金でできた攪拌部材を用いて攪拌する（ｓ４）。なお、ここでは板状の攪拌部材を用いた。もちろん、攪拌部材の形状は、板状に限らず、棒状など適宜な形状とすることができる。次いで、ＬＰＥ法によって磁性ガーネット単結晶を育成する際の温度(以下、育成温度とも言う）になるまでメルトを降温させる（ｓ５）。また、メルトが育成温度に到達する前に、基板を取り付けたホルダーを、そのメルト上方に配置する（ｓ６）。メルトが育成温度に達したならば、基板の一主面をメルトの液面に接触させるとともに、基板を所定の回転速度で回転させ、基板の一主面側に磁性ガーネット単結晶を育成する（ｓ７）。目的の膜厚になるまで磁性ガーネット単結晶が成長したならば、基板をメルト液面から離し、基板を室温になるまで徐々に冷却する（ｓ８）。基板が室温にまで冷却されたならば、ホルダーに装着されていた基板を取り出す（ｓ９）。以上の手順で、まず、１枚目の基板に対する磁性ガーネット単結晶の育成作業が終了する。

ここで、２枚目の基板に対する磁性ガーネット単結晶の育成作業を続行するのであれば、坩堝内に、１枚目の基板上に成長させた磁性ガーネット単結晶の量に相当する量のメルト原料を補充し（ｓ１０→ｓ１１）、メルトを溶融温度まで再度昇温する手順（ｓ２）に戻る。そして、２枚目の基板に対する磁性ガーネット単結晶の育成手順（ｓ３〜ｓ９）に移行する。一般的には、最初にメルト原料を坩堝に投入したら、上記の結晶育成手順（ｓ２〜ｓ１１）を２０回程度繰り返し、２０枚程度の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成する。

ところで、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の作製手順では、図１に示した磁性ガーネット単結晶の作製手順における各工程（ｓ１〜ｓ１１）の実施条件、特に攪拌工程（ｓ３）の実施条件が従来の磁性ガーネット単結晶の作製手順とは異なっている。本発明者が攪拌工程（ｓ３）の実施条件に着目した理由は、従来の磁性ガーネット単結晶の作製手順によって複数の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成させる作業を繰り返すと、撹拌部材の質量が徐々に増していくという現象を知見したことにある。また、撹拌部材の質量の増加量を調べたところ、撹拌部材の質量の増加量は、坩堝内のメルトが溶融温度に到達した直後にメルトを撹拌すると多く、メルトを溶融温度のまま放置した後に撹拌すると少なくなる傾向が見られた。さらに、メルトが溶融温度に達してから１２時間以内にメルトを攪拌したときには攪拌部材の質量増加を確認できたが、メルトが溶融温度に達してから２４時間後にメルトを攪拌したときには攪拌部材の質量増加を確認できなかった。

そして、本発明者は、上記の現象を、育成温度のメルト中に坩堝から溶出したＰｔが、溶融温度のメルトを撹拌したときに撹拌部材に付着したことによるものであると推定した。さらに、本発明者は、この推定に基づいて、従来の磁性ガーネット単結晶が、磁性ガーネット単結晶を育成させる作業を繰り返した際に生産性や光学特性が劣化する原因を以下のように推定した。まず、従来の磁性ガーネット単結晶の作製手順では、１枚目の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成する際には、坩堝に投入した原料を完全に溶融させるために、メルトの温度を溶融温度で長時間(例えば２４時間)維持する。そして、メルトを育成温度まで降温させて基板上に結晶を育成する。磁性ガーネット単結晶の育成中に坩堝の材料であるＰｔがメルト中に溶出する。そのため、結晶を育成させる基板の枚数を重ねる毎にメルト内のＰｔの量が累積され、Ｐｔを核とした析出物が生成され易くなる。上述したように、Ｐｔを核とした析出物は、磁性ガーネット単結晶の成長速度を遅くさせ、光学特性を劣化させる亀裂などの欠陥の原因にもなる。

したがって、上記の推定や攪拌部材の質量増加についての知見に基づけば、メルトを攪拌する際に、坩堝と同じ白金でできている攪拌部材にメルト内のＰｔを付着させれば、繰り返し行われる磁性ガーネット単結晶の育成機会毎にメルト内のＰｔの量が回収され、Ｐｔを核とした析出物の生成を抑制できる。また、そのＰｔを効率よく回収するためには、溶解温度到達後の早い時期に撹拌することが望ましいことも、その後の調査により明らかになった。なお、溶解温度到達後の早い時期に撹拌することでＰｔの回収効率がよくなるという理由については、次の二つの仮説が考えられる。第１の仮説は、完全に溶けた状態のＰｔではなく、硬化した塊の状態のＰｔの方が撹拌部材に付着し易いというものである。一般論として析出し易いものは溶解し難い。つまり、Ｐｔを核とした析出物の原因となる塊状のＰｔは、メルトを溶融温度にまで昇温させる際には坩堝内に存在し続け、かつ、メルトに含まれる他の原料よりも後に溶融する。そのため、メルトが溶融温度に到達した直後に撹拌を開始すると、撹拌部材に多量の白金を核とした物質が付着し、Ｐｔの回収効率がよくなる。その反面、必要な物質であるメルトの成分が攪拌部材に多量に付着し、メルトの成分が坩堝内から減少する。しかし、減少したメルトの成分は、補充することができる。そして、第２の仮説は、溶解温度に放置している間に、白金を核として析出物が白金坩堝の底に沈み、底面の白金に付着するため、その後に撹拌しても撹拌部材には付着しないというものである。いずれにしても、メルトを溶融温度にまで昇温させたのち、早い時期に撹拌することが望ましく、１２時間以内に攪拌を開始すればより好ましい。

もちろん、１２時間以内に撹拌しても、育成温度でのＰｔの溶出量が多過ぎると、攪拌時に回収しきれないＰｔが坩堝内に蓄積されていく。そのため、結晶育成中にＰｔを核とした析出物が多量に生じ、それに取り込まれる結晶成分量が多くなり、基板上への結晶成長に寄与する量が減って結晶の成長速度が低下する。また、結晶の成長速度が低下するような状態では、育成される磁性ガーネット単結晶の組成がずれて、結晶の格子定数も所定の値からずれたものになる。そして、格子定数がずれれば、亀裂などの欠陥が発生し易くなる。

そして、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶では、組成中のＰｔの上限が規定されることで、育成温度でのＰｔの溶出量と、溶融温度での撹拌時に回収されるＰｔの量とのバランスが取れ、育成を繰り返してもメルト中の白金量がほとんど増加しない。そのため、育成を繰り返す過程での、結晶成長の速度低下や亀裂の発生などの悪影響が抑制される。また、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、亀裂などの欠陥がなく、光学特性に優れたものとなる。そして、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の作製手順では、メルトの攪拌を開始する時期に加え、メルトの溶融温度や育成温度など、磁性ガーネット単結晶の製造条件が適切に管理されて、メルト中に溶出するＰｔの量が抑制され、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶を効率よく作製することができる。

以下では、本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の具体例として、組成が異なる第１の実施例と第２の実施例とに係る磁性ガーネット単結晶を挙げ、第１、および第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の作製条件や特性について説明する。

＝＝＝第１の実施例＝＝＝
本発明の第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚＴｂ_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_５−ｖＰｔ_ｖＯ_１２で表される。当該磁性ガーネット単結晶は、Ｔｂ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＯをメルト原料として作製される。なお、これらの原料のうち、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＯがフラックス成分である。

＜作製条件＞
１枚目の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成する作業では、原料を白金坩堝に投入し、その原料を１０００℃以上の溶融温度で溶融させてメルトを作製し、そのメルトをその溶融温度で２４時間維持した。ここでは、溶融温度を１０５０℃とした。次いで、１０５０℃の溶融温度を維持したまま３時間攪拌した。その後、メルトを育成温度まで降温させた。育成温度は、育成時におけるメルト中へのＰｔの溶出量を抑制するために、８００℃以上とすることが望ましい。ここでは、育成温度を８５０℃とした。

次に、格子定数１．２４９６±０．０００３ｎｍで、（ＣａＧｄ）_３（ＭｇＺｒＧａ）_５Ｏ_１２の組成を有する直径３インチ（約、７．６ｃｍ）の基板の一主面を育成温度にあるメルトの液面に接触させた。そして、その基板を４０ｒｐｍで回転させながら、４０時間掛けて１枚目の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成した。

２枚目の基板に対しては、メルトを１０５０℃の溶融温度にまで再度昇温させるのに先だって、膜厚４５０μｍの磁性ガーネット単結晶に相当するメルト原料を坩堝に補充した（ｓ１１）。そして、メルトを溶融温度にまで昇温させた後、その溶融温度を１０時間維持した時点でメルトに対する攪拌を開始し、１時間攪拌した。次に、メルトを８５０℃の育成温度にまで降温させた後、１枚目の基板と同様にして２枚目の基板に磁性ガーネット単結晶を育成した。また、３枚目以降の基板に対しては、２枚目の基板と同様の手順で磁性ガーネット単結晶を育成し、合計で３０枚の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成した。

＜膜厚、組成＞
上述した手順で作製された第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、３０枚の全ての基板において、膜厚が４５０±３０μｍの範囲にあり、膜厚のバラツキが小さかった。そして、３０枚の基板上のそれぞれに作製された第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、全て、同じ坩堝内の同じメルトから育成されたものである。このように、第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、優れた生産性を有するものであることが確認できた。また、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）分析法を用い、３０枚の基板上のそれぞれに育成された第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の組成を調べたところ、第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の組成は、Ｂｉ_０．９Ｎａ_ｙＣａ_ｚＴｂ_２．１Ｆｅ_５−ｖＰｔ_ｖＯ_１２であり、ｙ、ｚ、ｖは、それぞれ、０．００１≦ｙ≦０．００２、０．００２≦ｚ≦０．０３、０．００５≦ｖ≦０．０２であった。

＜光学特性＞
次に、第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の光学特性を評価するために、一主面上に磁性ガーネット単結晶が育成された基板を３ｍｍ角に切断するとともに、基板側の面を研磨することで基板が除去された状態の磁性ガーネット単結晶を得た。さらに、その基板が除去された３ｍｍ角の磁性ガーネット単結晶に対し、体積濃度３％の水素を含む不活性ガス中で、４００℃の温度で４時間熱処理を行った後、３４０μｍの厚さとなるように、両面鏡面仕上げ加工を行った。また、鏡面仕上げされた試料の両面に無反射コートを施し、光学特性を評価するための試料を作製した。そして、その試料に対し、光学特性として、波長１．３１μｍの赤外線を透過させてファラデー回転角と挿入損失を測定した。第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、ファラデー回転角４５．５゜であった。そして、第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、そのファラデー回転角において、挿入損失が０．０５ｄＢであり、優れた光学特性を有していることが確認できた。

＝＝＝第２の実施例＝＝＝
本発明の第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚ（Ｇｄ_ａＨｏ_ｂ）_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_５−ｖＰｔ_ｖＯ_１２で表される。当該磁性ガーネット単結晶は、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＯをメルト原料として作製される。そして、第１の実施例と同様の手順で合計３０枚の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成した。なお、第２の実施例では、２枚目以降の基板に対する磁性ガーネット単結晶の育成作業に際し、坩堝に膜厚４７０μｍの磁性ガーネット単結晶に相当するメルト原料を補充した。

＜膜厚、組成＞
第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、膜厚が４７０±３０μｍであった。また、第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の組成は、Ｂｉ_１．０５Ｎａ_ｙＣａ_ｚＧｄ_０．９Ｈｏ_１．０５Ｆｅ_５−ｖＰｔ_ｖＯ_１２であり、ｙ、ｚ、ｖは、０．００１≦ｙ≦０．００２、０．００５≦ｚ≦０．０３、０．０１≦ｖ≦０．０２であった。

＜光学特性＞
第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶の光学特性を評価するために、鏡面仕上げされた厚さ３９０μｍの試料に無反射コートを施した試料を作製し、その試料に対し、波長１．５５μｍの赤外線での光学特性を測定した。その結果、第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、ファラデー回転角４５．２゜であり、そのファラデー回転角における挿入損失が０．０５ｄＢであった。

このように、第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、第１の実施例に係る磁性ガーネット単結晶と同様に、優れた光学特性と優れた生産性とを有している。

＝＝＝比較例＝＝＝
磁性ガーネット単結晶中のＰｔの量と生産性との関係を調べるため、比較例に係る磁性ガーネット単結晶として、第１および第２の実施例に対してＰｔの量が異なる磁性ガーネット単結晶を基板上に育成した。

＜作製条件＞
比較例に係る磁性ガーネット単結晶は、化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚ（Ｔｂ_ａＹ_ｂ）_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_５−ｖＰｔ_ｖＯ_１２で表され、Ｔｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＯをメルト原料として作製される。作製条件としては、溶融温度を９５０℃、育成温度を７５０℃とした。また、５２時間掛けて基板上に磁性ガーネット単結晶を育成し、１枚の基板に対して磁性ガーネット単結晶を育成する毎に、膜厚５０５μｍ相当の原料を補充した。その他は、第１および第２の実施例と同様の手順とした。そして、合計３０枚の基板に対して比較例に係る磁性ガーネット単結晶を育成した。

なお、上記の比較例に係る磁性ガーネット単結晶の作製手順では、育成温度を、第１および第２の実施例の磁性ガーネット単結晶を作製する際の８５０℃に対して１００℃低い７５０℃で行っている。すなわち、Ｐｔがより溶出し易い温度で育成している。そのため、攪拌部材に回収されるＰｔの量よりも溶出するＰｔの量の方が多くなり、結果として、組成中のＰｔの量が多い磁性ガーネット単結晶が育成される。

＜組成＞
比較例に係る磁性ガーネット単結晶の組成は、Ｂｉ_１．２Ｎａ_ｙＣａ_ｚＴｂ_１．１Ｙ_０．７Ｆｅ_５−ｖＰｔ_ｖＯ_１２であり、ｙ、ｚ、ｖは、０．０３≦ｙ≦０．０５、０．０８≦ｚ≦０．１５、０．１≦ｖ≦０．２であった。このように、比較例に係る磁性ガーネット単結晶は、第１および第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶に対し、Ｐｔが多く、育成に際してＰｔを核とした析出物が生成され易い組成を有している。

＜生産性＞
比較例に係る磁性ガーネット単結晶では、５０５μｍの膜厚を得るために結晶の育成に５２時間を掛けていたが、６枚目以降の基板では、磁性ガーネット単結晶の成長速度が遅くなり、枚数を重ねる毎に、目標の５０５μｍの膜厚に対して実際に育成される膜厚が減少していった。そして、１２枚目の基板では、育成時間を７２時間にしても、３８０μｍしか磁性ガーネット単結晶が成長しなかった。このように、組成中のＰｔが多いと、生産性が悪化することが確認できた。

なお、目標の膜厚とは、ファラデー回転子に必要なファラデー回転角が４５°になる膜厚と、研磨によって削られる分の膜厚とを足した厚さである。そのため、目標の膜厚に対して実際に成長した結晶の膜厚が大幅に薄いと、ファラデー回転角が４５°になる厚みが得られず、ファラデー回転子として使用できない。

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
本発明の実施例に係る磁性ガーネット単結晶は、化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚＭ１_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_{５−ｖ−ｗ}Ｐｔ_ｖＭ２_ｗＯ_１２で表されるものである。上記第１および第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶では、ｗ＝０であり、上記化学式中のＭ２が含まれていなかった。もちろん、組成中にＭ２が含まれる磁性ガーネット単結晶も本発明の実施例に含まれる。

磁性ガーネット単結晶をＬＰＥ法で作製する場合、ホウ素を含むフラックスを用いる場合もある。そして、第１および第２の実施例に係る磁性ガーネット単結晶を作製したときの手順は、上記化学式におけるＰｔの量ｖが０．０２以下となる磁性ガーネット単結晶を作製するのに適した手順である。したがって、この手順は、当然のことながら、ホウ素を含むフラックスを用いて磁性ガーネット単結晶を作製する手順にも適用することができる。

ｓ２昇温工程、ｓ４攪拌工程ｓ７結晶育成工程

Claims

化学式Ｂｉ_ｘＮａ_ｙＣａ_ｚＭ１_{３−ｘ−ｙ−ｚ}Ｆｅ_{５−ｖ−ｗ}Ｐｔ_ｖＭ２_ｗＯ_１２で表され、
前記化学式中のＭ１は、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される１種類以上の元素であり、
前記化学式中のＭ２は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、
前記化学式において、
ｘ＞０、
ｙ＞０、
ｚ＞０、
３−ｘ−ｙ−ｚ＞０、
５−ｖ−ｗ＞０、
ｗ≧０
０＜ｖ≦０．０２
である磁性ガーネット単結晶を、液相エピタキシャル成長法により育成する方法であって、
同一の白金坩堝内のメルトを用い、基板の一主面側に所定の膜厚の前記磁性ガーネット単結晶を育成する育成ステップを繰り返し、
前記育成ステップの実行後に次回の前記育成ステップを実行するまでの間に、前記メルトを、当該メルトの原料の溶融温度以上の所定の温度まで昇温させるとともに、当該所定の温度で維持する溶融ステップと、前記所定の温度に維持されている前記メルトを、白金からなる攪拌部材を用いて攪拌する攪拌ステップとを実行し、
前記攪拌ステップでは、前記育成ステップにおいて坩堝からメルト内に溶出した白金を前記攪拌部材に付着させる、
磁性ガーネット単結晶の製造方法。
請求項１において、前記化学式中のｘ、ｙ、ｚ、ｗが、それぞれ、
０．８＜ｘ≦１．５、
０＜ｙ＜０．０２、
０＜ｚ＜０．０９、
０≦ｗ＜１．５、
である磁性ガーネット単結晶の製造方法。
請求項１または２において、
前記溶融ステップでは、前記メルトを１０００℃以上に昇温し、
前記攪拌ステップでは、前記溶融ステップにより前記所定の温度に達した時点から１２時間以内に当該メルトの攪拌を開始する、
磁性ガーネット単結晶の製造方法。
請求項３において、前記育成ステップでは、前記磁性ガーネット単結晶を、８００℃以上で前記溶融温度よりも低い温度の前記メルトを用いて育成する磁性ガーネット単結晶の製造方法。