JPH0294608A - 酸化物ガーネット単結晶 - Google Patents
酸化物ガーネット単結晶Info
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- JPH0294608A JPH0294608A JP24683788A JP24683788A JPH0294608A JP H0294608 A JPH0294608 A JP H0294608A JP 24683788 A JP24683788 A JP 24683788A JP 24683788 A JP24683788 A JP 24683788A JP H0294608 A JPH0294608 A JP H0294608A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は酸化物ガーネット単結晶、特には陽イオンがＧ
ｄ、Ｃａ、Ｇａ、Ｚｒの４種の酸化物からなる磁気バブ
ル素子、磁気光学素子用として有用とされる酸化物ガー
ネット単結晶に関するものである。
ｄ、Ｃａ、Ｇａ、Ｚｒの４種の酸化物からなる磁気バブ
ル素子、磁気光学素子用として有用とされる酸化物ガー
ネット単結晶に関するものである。
希土類鉄系の磁性ガーネット薄膜をエピタキシャル成長
させたガーネット構造をもつ磁性膜は磁気バブル素子、
磁気光学素子として使用されているが、このエピタキシ
ャル成長させるガーネット構造体についてはバブルメモ
リーにおける異方性磁界を大きくすること、また磁気光
学用としてはファラディ回転能を大きくすることからＢ
ｉ、Ｒ１Ｆｅ、Ｍ（こＮにＲはＣａ、Ｙまたは希土類元
素の１種以上１ＭはＧａ、Ａｆｌなどの鉄と置換可能な
金属元素）の陽イオン酸化物からなるビスマス置換磁性
ガーネット膜の使用が良好な結果を示すものとされ、こ
のものの使用が注目されている。
させたガーネット構造をもつ磁性膜は磁気バブル素子、
磁気光学素子として使用されているが、このエピタキシ
ャル成長させるガーネット構造体についてはバブルメモ
リーにおける異方性磁界を大きくすること、また磁気光
学用としてはファラディ回転能を大きくすることからＢ
ｉ、Ｒ１Ｆｅ、Ｍ（こＮにＲはＣａ、Ｙまたは希土類元
素の１種以上１ＭはＧａ、Ａｆｌなどの鉄と置換可能な
金属元素）の陽イオン酸化物からなるビスマス置換磁性
ガーネット膜の使用が良好な結果を示すものとされ、こ
のものの使用が注目されている。
他方、このガーネット構造をとるエピタキシャル成長層
を作るために使用されるガーネット基板単結晶について
は １）結晶の格子定数がガーネット構造をもつ磁性膜と約
０．０１人の範囲内で合致していること。
を作るために使用されるガーネット基板単結晶について
は １）結晶の格子定数がガーネット構造をもつ磁性膜と約
０．０１人の範囲内で合致していること。
２）結晶を構成する元素の偏析係数が１に近い値である
こと が要求されるのであるが、上記したビスマス置換磁性ガ
ーネット膜の格子定数が１２．４２〜１２゜４５人とさ
れるのに対し、従来この種の基板単結晶とされたガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）、ネオジム・
ガリウム・ガーネット（ＮＧＯ）などはその格子定数が
、それぞれ１２．３８３人、１２．５０８人であること
から、このビスマス置換磁性ガーネット膜をエピタキシ
ャル成長させるための最適な基板とはいえず、従来公知
の各種の基板単結晶の中ではその格子定数が１２゜４３
８人であるサマリウム・ガリウム・ガーネット（ＳＧＧ
）だけがこれに使用されるものとされ。
こと が要求されるのであるが、上記したビスマス置換磁性ガ
ーネット膜の格子定数が１２．４２〜１２゜４５人とさ
れるのに対し、従来この種の基板単結晶とされたガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）、ネオジム・
ガリウム・ガーネット（ＮＧＯ）などはその格子定数が
、それぞれ１２．３８３人、１２．５０８人であること
から、このビスマス置換磁性ガーネット膜をエピタキシ
ャル成長させるための最適な基板とはいえず、従来公知
の各種の基板単結晶の中ではその格子定数が１２゜４３
８人であるサマリウム・ガリウム・ガーネット（ＳＧＧ
）だけがこれに使用されるものとされ。
実用化されている。しかし、このＳＧＧについてはチョ
クラルスキー法における単結晶引上げ時に結晶がねじれ
るという現象が起るためにその製造が難しく、生産性が
わるいという欠点があるため、これに代る基板単結晶の
提供が求められている。
クラルスキー法における単結晶引上げ時に結晶がねじれ
るという現象が起るためにその製造が難しく、生産性が
わるいという欠点があるため、これに代る基板単結晶の
提供が求められている。
そのため、この種の基本単結晶についてはＧｄ３□Ｃａ
ｘＧａ５□Ｚｒｘ０１２ （こシにＸは０．２≦ｘ Ｓ ０ 、８ ）で示される
組成物の融液から希土類金属ガーネット単結晶を生長さ
せる方法が提案されている（特公昭５６−３２２７６号
公報参照）が、この方法ではその格子定数を生長の始め
から終りまで同じにするために各成分の結晶の上部と下
部の間の偏析係数を約１にすることが必要であるのにも
拘らず、この種の単結晶では置換成分の範囲が小さく、
またＣ ａ ／ Ｚｒの濃度が限定されるので非常に煩
雑で困難な作業が要求される。また、結晶の口径が大き
くなるに従い、この偏析係数が１から外れることが多く
、大口径で長尺の結晶の製造時には同一結晶内で格子定
数が異なるようになるという問題点がある。
ｘＧａ５□Ｚｒｘ０１２ （こシにＸは０．２≦ｘ Ｓ ０ 、８ ）で示される
組成物の融液から希土類金属ガーネット単結晶を生長さ
せる方法が提案されている（特公昭５６−３２２７６号
公報参照）が、この方法ではその格子定数を生長の始め
から終りまで同じにするために各成分の結晶の上部と下
部の間の偏析係数を約１にすることが必要であるのにも
拘らず、この種の単結晶では置換成分の範囲が小さく、
またＣ ａ ／ Ｚｒの濃度が限定されるので非常に煩
雑で困難な作業が要求される。また、結晶の口径が大き
くなるに従い、この偏析係数が１から外れることが多く
、大口径で長尺の結晶の製造時には同一結晶内で格子定
数が異なるようになるという問題点がある。
本発明はこのような不利を伴わない生産性のよい、ガー
ネット構造体をエピタキシャル生長させるための基板単
結晶に関するもので、これは式０式％ ≧０の数）で示される酸化物ガーネット単結晶に関する
。
ネット構造体をエピタキシャル生長させるための基板単
結晶に関するもので、これは式０式％ ≧０の数）で示される酸化物ガーネット単結晶に関する
。
すなわち、本発明者らは前記したエピタキシャル成長層
としてのＢｉ、Ｒ，Ｆｅ、Ｍ、（Ｒ，Ｍは前記に同じ）
の陽イオン酸化物からなるビスマス置換磁性ガーネット
膜の結晶格子定数である１ ２．４２〜１２．４５人に
近似する格子定数をもつガーネット構造体について種々
検討した結果、式Ｇｄ ＣａＧａ Ｚｒ０ Ｘ−Ｖ ｙ ８−ｘ−ｙ ｙ １２（こ
シにｘ、ｙは３．２≧ｘ ＞ ３ 、０．０．８≧ｙ≧
Ｏの数）で示される酸化物ガーネット単結晶が格子常数
１２．４２〜１２．４５人のもので上記したビスマス置
換磁性ガーネット膜の格子常数と近似するものであり、
したがってミスマツチも少なくなるということを見出す
と共に、このものは２インチφ以上の口径の単結晶にお
いても上部と下部の各成分について偏析係数が略々１で
あり、チョクラルスキー法による単結晶引上げ時にも結
晶がねじれることもなく、容易に引上げることができる
ので生産性もすぐれたものであるということを確認して
本発明を完成させた。
としてのＢｉ、Ｒ，Ｆｅ、Ｍ、（Ｒ，Ｍは前記に同じ）
の陽イオン酸化物からなるビスマス置換磁性ガーネット
膜の結晶格子定数である１ ２．４２〜１２．４５人に
近似する格子定数をもつガーネット構造体について種々
検討した結果、式Ｇｄ ＣａＧａ Ｚｒ０ Ｘ−Ｖ ｙ ８−ｘ−ｙ ｙ １２（こ
シにｘ、ｙは３．２≧ｘ ＞ ３ 、０．０．８≧ｙ≧
Ｏの数）で示される酸化物ガーネット単結晶が格子常数
１２．４２〜１２．４５人のもので上記したビスマス置
換磁性ガーネット膜の格子常数と近似するものであり、
したがってミスマツチも少なくなるということを見出す
と共に、このものは２インチφ以上の口径の単結晶にお
いても上部と下部の各成分について偏析係数が略々１で
あり、チョクラルスキー法による単結晶引上げ時にも結
晶がねじれることもなく、容易に引上げることができる
ので生産性もすぐれたものであるということを確認して
本発明を完成させた。
本発明の酸化物ガーネット単結晶は前記した式で示され
るものであるが、このｘ、ｙ値を３．２≧ｘ ＞ ３
、０．０．８≧ｙ≧０の範囲で種々変えたものをチョク
ラルスキー法で製造し、これらから切り出したウェーハ
を熱リン酸でエツチングしてからその格子定数を測定し
たところ、１２．４３２人であって前記したＢｉ、Ｒ，
Ｆｅ、Ｍ、の陽イオン酸化物からなる式 （Ｂ ｉ Ｒ）、（Ｆ ｅ Ｍ）、Ｏ□、で示されるビ
スマス置換磁性ガーネット膜の格子定数１２．４２〜１
２゜４５人と略々マツチするものであるし、各成分の偏
析係数がこの結晶の上部と下部の部分の重量分析値から
Ｃａ、Ｚｒのいずれについてもはゾ１゜０とされるもの
であることから、上記したビスマス置換磁性ガーネット
膜をエピタキシャル成長させるためのガーネット基板単
結晶として最適とされるものであることが確認された。
るものであるが、このｘ、ｙ値を３．２≧ｘ ＞ ３
、０．０．８≧ｙ≧０の範囲で種々変えたものをチョク
ラルスキー法で製造し、これらから切り出したウェーハ
を熱リン酸でエツチングしてからその格子定数を測定し
たところ、１２．４３２人であって前記したＢｉ、Ｒ，
Ｆｅ、Ｍ、の陽イオン酸化物からなる式 （Ｂ ｉ Ｒ）、（Ｆ ｅ Ｍ）、Ｏ□、で示されるビ
スマス置換磁性ガーネット膜の格子定数１２．４２〜１
２゜４５人と略々マツチするものであるし、各成分の偏
析係数がこの結晶の上部と下部の部分の重量分析値から
Ｃａ、Ｚｒのいずれについてもはゾ１゜０とされるもの
であることから、上記したビスマス置換磁性ガーネット
膜をエピタキシャル成長させるためのガーネット基板単
結晶として最適とされるものであることが確認された。
本発明の酸化物ガーネット単結晶は上記したように陽イ
オンとしてＧｄ、Ｃａ、Ｇａ、Ｚｒの４種からなるもの
とされるが、このものはガーネット構造の（Ｃ）サイト
にａｄ、［ａｌサイトにＣａ、Ｚｒ、（ｄ）サイトにＧ
ａを配置したものと考えられるので、これには式 ％式％ した通り）で示される組成物の融液から生長させられる
ものとされるが、このものはＧｄ、○１、Ｃａｂ、Ｇａ
、Ｏ，およびＺｒＯ２の所定量をるつぼ中に仕込んで高
周波誘導で加熱溶融したのち、この融液からチョクラル
スキー法で単結晶を引上げることによって製造される。
オンとしてＧｄ、Ｃａ、Ｇａ、Ｚｒの４種からなるもの
とされるが、このものはガーネット構造の（Ｃ）サイト
にａｄ、［ａｌサイトにＣａ、Ｚｒ、（ｄ）サイトにＧ
ａを配置したものと考えられるので、これには式 ％式％ した通り）で示される組成物の融液から生長させられる
ものとされるが、このものはＧｄ、○１、Ｃａｂ、Ｇａ
、Ｏ，およびＺｒＯ２の所定量をるつぼ中に仕込んで高
周波誘導で加熱溶融したのち、この融液からチョクラル
スキー法で単結晶を引上げることによって製造される。
また、本発明者らはこの酸化物ガーネット単結晶の工業
的な製造方法について種々検討した結果、これにはチョ
クラルスキー法による単結晶引上げ法によることがよい
と判断し、この諸条件についての研究を進めた。ここに
使用されるＧｄ、Ｏ，、ＣａＯ，Ｇａ２Ｏ，およびＺｒ
Ｏ，はできるだけ高純度のものとすることがよく、した
がってこれらはいずれも好ましくは純度が９９．９％以
上のものとされる。これらの配合比は目的とする単結晶
を得るために式 ％式％ のとおり）で示される組成物の融液となるようにＧｄ２
Ｏ，、Ｃａ Ｏ，Ｇ ａ、Ｏ，、Ｚ ｒ Ｏ，のモル％
を規定すればよい。これらはそれぞれを秤量後ろつぼ内
に収納して溶融されるが、このるつぼはこれらの溶融温
度が１，７００℃以上とされるのでイリジウム製のもの
とすればよい。このものの溶融は常法にしたがって高周
波誘導によって行なえばよく、したがってこれは例えば
７ＫＨｚ、１０ＫＷの高周波を用いてこれらを１，７０
０〜１，８００℃に加熱して溶融させればよい。
的な製造方法について種々検討した結果、これにはチョ
クラルスキー法による単結晶引上げ法によることがよい
と判断し、この諸条件についての研究を進めた。ここに
使用されるＧｄ、Ｏ，、ＣａＯ，Ｇａ２Ｏ，およびＺｒ
Ｏ，はできるだけ高純度のものとすることがよく、した
がってこれらはいずれも好ましくは純度が９９．９％以
上のものとされる。これらの配合比は目的とする単結晶
を得るために式 ％式％ のとおり）で示される組成物の融液となるようにＧｄ２
Ｏ，、Ｃａ Ｏ，Ｇ ａ、Ｏ，、Ｚ ｒ Ｏ，のモル％
を規定すればよい。これらはそれぞれを秤量後ろつぼ内
に収納して溶融されるが、このるつぼはこれらの溶融温
度が１，７００℃以上とされるのでイリジウム製のもの
とすればよい。このものの溶融は常法にしたがって高周
波誘導によって行なえばよく、したがってこれは例えば
７ＫＨｚ、１０ＫＷの高周波を用いてこれらを１，７０
０〜１，８００℃に加熱して溶融させればよい。
目的とする単結晶の製造はこの溶融物からのチョクラル
スキー法による単結晶引上げによって行なえばよいが、
この場合の雰囲気は窒素ガス、アルゴンガス雰囲気とす
ればよく、必要に応じて酸素、ＣＯ，を含有させてもよ
い、また、単結晶引上げに使用される種子結晶は目的と
する単結晶と同一の組成のものとすればよいが、これは
ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）などの
ようなガーネット型結晶体の単結晶としてもよく、この
場合の単結晶の引上げ速度は１〜２０ｍａ＋／時とすれ
ばよい。
スキー法による単結晶引上げによって行なえばよいが、
この場合の雰囲気は窒素ガス、アルゴンガス雰囲気とす
ればよく、必要に応じて酸素、ＣＯ，を含有させてもよ
い、また、単結晶引上げに使用される種子結晶は目的と
する単結晶と同一の組成のものとすればよいが、これは
ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）などの
ようなガーネット型結晶体の単結晶としてもよく、この
場合の単結晶の引上げ速度は１〜２０ｍａ＋／時とすれ
ばよい。
なお、この単結晶の引上げではＳＧＧのように引上げ時
に単結晶がねじれるということがなく、この引上げは極
めて容易に行なうことができ、引上げ終了後に単結晶を
融体から引離し、冷却すれば目的とする単結晶を得るこ
とができる。
に単結晶がねじれるということがなく、この引上げは極
めて容易に行なうことができ、引上げ終了後に単結晶を
融体から引離し、冷却すれば目的とする単結晶を得るこ
とができる。
このようにして得られた本発明の単結晶は、前記したよ
うにその結晶格子定数が約１２．４３人であり、偏析係
数も略々１であるということから。
うにその結晶格子定数が約１２．４３人であり、偏析係
数も略々１であるということから。
式（Ｂ Ｉ Ｒ）３（Ｆ ｅ Ｍ）ｓｏｔｚで示される
ビスマス置換磁性ガーネット膜をエピタキシャル成長さ
せるためのガーネット基板単結晶として有用とされるも
のであるが、これはまた光透過性にもすぐれているので
光アイソレーター用の基板としても有用とされる。
ビスマス置換磁性ガーネット膜をエピタキシャル成長さ
せるためのガーネット基板単結晶として有用とされるも
のであるが、これはまた光透過性にもすぐれているので
光アイソレーター用の基板としても有用とされる。
つぎに本発明の実施例をあげる。
実施例
外径８０ｎｍ、高さ５０ｍｍのイリジウムるつぼ中に、
融液を形成する組成物が式 ％式％ Ｇｄ２．、Ｃａａ３Ｇａ、ＧＺ ｒ、、０．２となるよ
うなモル比でＧｄ、０３、ＣａＯ、Ｇａ、Ｏ，およびＺ
ｒＯ２を秤取して仕込み、窒素ガス９８％、酸素ガス２
％の雰囲気ガス中で高周波誘導で１，７５０℃に加熱し
て溶解させ、この融液に５−角のＧＧＧ種子結晶を浸漬
し、これを１Ｏｒｐｍの回転下に５〜６ｍ＋／時の速度
で引上げて直径約５０ｍｍの単結晶引上げを行ない、得
られた透明な酸化物ガーネット単結晶の格子常数をくら
べたところ、これらはそれぞれ１２．４３１人、１２．
４３２人であり、これらについての結晶の上部と下部の
ＣａとＺｒの重量分析結果からその偏析係数をしらべた
ところ、これについては１．０の値が得られた。
融液を形成する組成物が式 ％式％ Ｇｄ２．、Ｃａａ３Ｇａ、ＧＺ ｒ、、０．２となるよ
うなモル比でＧｄ、０３、ＣａＯ、Ｇａ、Ｏ，およびＺ
ｒＯ２を秤取して仕込み、窒素ガス９８％、酸素ガス２
％の雰囲気ガス中で高周波誘導で１，７５０℃に加熱し
て溶解させ、この融液に５−角のＧＧＧ種子結晶を浸漬
し、これを１Ｏｒｐｍの回転下に５〜６ｍ＋／時の速度
で引上げて直径約５０ｍｍの単結晶引上げを行ない、得
られた透明な酸化物ガーネット単結晶の格子常数をくら
べたところ、これらはそれぞれ１２．４３１人、１２．
４３２人であり、これらについての結晶の上部と下部の
ＣａとＺｒの重量分析結果からその偏析係数をしらべた
ところ、これについては１．０の値が得られた。
Claims (1)
- １． 式Ｇｄ＿ｘ＿−＿ｙＣａ＿ｙＧａ＿８＿−＿ｘ＿
−＿ｙＺｒ＿ｙＯ＿１＿２（こゝにｘ，ｙは３．２≧ｘ
＞３．０、０．８≧ｙ≧０の数）で示される酸化物ガー
ネット単結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246837A JPH0793212B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 酸化物ガーネット単結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246837A JPH0793212B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 酸化物ガーネット単結晶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294608A true JPH0294608A (ja) | 1990-04-05 |
| JPH0793212B2 JPH0793212B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=17154433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63246837A Expired - Fee Related JPH0793212B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 酸化物ガーネット単結晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793212B2 (ja) |
Cited By (4)
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| JPS5632276A (en) * | 1979-08-21 | 1981-04-01 | Nippon Sekiyu Hanbai Kk | Storage tank for heavy oil |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP63246837A patent/JPH0793212B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0793212B2 (ja) | 1995-10-09 |
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