JPH04338200A - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法 - Google Patents

ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法

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JPH04338200A
JPH04338200A JP13829791A JP13829791A JPH04338200A JP H04338200 A JPH04338200 A JP H04338200A JP 13829791 A JP13829791 A JP 13829791A JP 13829791 A JP13829791 A JP 13829791A JP H04338200 A JPH04338200 A JP H04338200A
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JP
Japan
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single crystal
rare earth
bismuth
substituted rare
film
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JP13829791A
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Inventor
Yoichi Honda
本田 洋一
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信等のアイソレータ
用に用いられるファラデー素子用ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信の信号源となる半導体レーザに於
て、半導体レーザ自身から出射された光の一部が半導体
レーザ側に帰還するとノイズの原因となり問題となる。 このレーザ光の帰還を防止するためにファラデー素子(
磁界中での非相反旋光能、すなわちファラデー効果を示
す素子)を使用した光アイソレータが実用化されている
。ファラデー素子の高品質、低価格化がそのまま光アイ
ソレータの高品質、低価格化に結びつくため、ファラデ
ー素子の高品質と低価格を目的とした製造技術の開発が
活発である。
【0003】このファラデー素子のうちとくに、高品質
で低価格を要求されるものとして、光通信に使用される
波長が1.3〜1.55μmの光に対して、リキッド・
フェイズ・エピタキシャル(LPE)法により、希土類
鉄ガーネット単結晶中の希土類を一部ビスマスで置換し
たビスマス(Bi)置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚
膜が提案されている。このLPE法はガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット(GGG)等の非磁性ガーネット単
結晶基板を、ビスマス(Bi)置換希土類鉄ガーネット
単結晶の成分を含む高温の融液に浸析し、ビスマス(B
i)置換希土類鉄ガーネット単結晶膜をエピタキシャル
成長させる方法であり、他の製造方法に比べ生産性が非
常に高い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ファラデー効果はすな
わち光路長である素子の厚さに比例する。ビスマス(B
i)置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を波長1.3〜1
.55μmの光に対するファラデー素子として用いる場
合の最大厚さは、波長および組成により若干の違いがあ
るが200μm以上となる。すなわち光伝送路に用い、
低損失のファラデー素子を得るためには、最大厚さまで
結晶欠陥が少ない光学的品質の高いビスマス(Bi)置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜を育成させることが望ま
れる。
【0005】しかしながら従来の育成時間中基板を一定
の回転速度で回転させる育成法で、200μm以上の厚
さのビスマス(Bi)置換希土類鉄ガーネット単結晶膜
を育成した場合、膜の表面に直径が500μmかそれ以
上にわたる結晶が不揃いとなる結晶欠陥が生じる。そし
てこの欠陥の発生頻度は5個/cm2以上あり、高品質
の光アイソレータ材が供給出来なくなると言う問題があ
った。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、GGG等の非
磁性ガーネット単結晶基板上へ、膜の厚さが200μm
以上のビスマス(Bi)置換希土類鉄ガーネットである
化学式が(R3−XBiXFe5−YMYO12)で示
され、Rはネオジウム(Nd)、サマリウム(Sm)、
ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビ
ウム(Tb)、ジスプロビウム(Dy)、エルビウム(
Er)、ツリウム(Tm)、イツテリビウム(Yb)、
ルテニウム(Lu)、イツトリウム(Y)で示される元
素のうち少なくとも1種類、Mはアルミニウム(Al)
、ガリウム(Ga)で示される元素のうち少なくとも1
種、0.2≦X≦2.5、0≦Y≦2.0である単結晶
膜のリキッド・フェイズ・エピタキシャル(LPE)育
成において、単結晶膜の育成時間中、基板回転速度を変
化させることにより膜に発生する結晶欠陥を低減するも
のである。
【0007】即ち本発明は非磁性ガーネット単結晶基板
上へ、膜厚が200μm以上のビスマス置換希土類鉄ガ
ーネットである化学式が(R3−XBiXFe5−YM
YO12)で示され、Rはネオジウム(Nd)、サマリ
ウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(
Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロビウム(Dy)
、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イツトリビ
ウム(Yb)、ルテニウム(Lu)、イツトリウム(Y
)で示される元素のうち少なくとも1種類、Mはアルミ
ニウム(Al)、ガリウム(Ga)で示される元素のう
ち少なくとも1種、0.2≦X≦2.5、0≦Y≦2.
0で示される単結晶膜をリキッド・フェイズ・エピタキ
シャル(LPE)法を用い育成するビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜の製造方法に於て、前記非磁性ガ
ーネット単結晶基板の回転速度を100r.p.m〜2
00r.p.mとし、基板回転速度の変化の割合を1/
60回転/秒以下(0を含まず)とし、回転速度を変化
しながら単結晶膜を育成す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膜の製造方法である。
【0008】
【作用】直径が500μm以上にまで達する結晶欠陥が
発生する機構は以下のように考えられる。イ).直径が
数μm〜数十μmのごく小さなるつぼ材である白金(P
t)の粒子や、自然核発生したガーネットの異物が成長
している膜の表面に付着する。ロ).本来膜の表面全域
で均一であるべき膜と融液の界面での融液の流れが、正
常な部分と異物が付着した部分およびその周囲で異なっ
てくる。ハ).基板回転速度を一定にすると、異物の付
着していない正常な部分での定常的な融液の流れと、異
物が付着した部分およびその周囲での正常な部分とは異
なった融液の流れが発生し、異物の付着していない正常
な部分と、異物の付着した部分、およびその周囲が異な
る成長を続ける。そのため異物の付着した部分を中心と
して、正常な部分と異なる結晶欠陥部分が大きくなる。 そこで育成中に基板回転速度を変化すると、異物および
その周囲部分の融液の流れは正常部分での流れとは異な
っているものの、結晶欠陥部分に於ける融液の流れは欠
陥部分に於ては定常状態にはならないため成長が継続せ
ず、大きな結晶欠陥にはならない。
【0009】
【実施例】以下に実施例と比較例により本発明につき説
明する。実施例、酸化テルビウム(Tb2O3)、酸化
鉄(Fe2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化
鉛(PbO)、酸化ボロン(B2O3)をそれぞれ1、
9、25、50、15モル%(mol%)の比で、総重
量5kgを溶解混合した融液(この融液と同組成、同量
の融液を以下の比較例でも使用した)を用い、3インチ
径の、面の方位が{111}の非磁性カルシウム・マグ
ネシウム・ジルコニウム置換ガドリニウム・ガリウム・
ガーネット〔(GdCa)3(GaMgZr)5O12
〕単結晶基板に、LPE法によりビスマス置換テルビウ
ム鉄ガーネット〔(TbBi)3Fe5O12〕単結晶
厚膜を50時間にわたり育成した。育成中は基板の回転
速度を100r.p.m〜200r.p.mの範囲で、
かつ回転時の加速度を±1/60回転/秒で周期的に変
化させ、200μmの厚さのビスマス置換テルビウム鉄
ガーネット(TbBi)3Fe5O12単結晶厚膜を繰
返し実験し、結晶欠陥の有無を調査した所、この膜の表
面には200μm以上の径の結晶欠陥は発生せず、また
100〜200μm径の結晶欠陥の発生頻度は0.5個
/cm2以下であった。
【0010】
【比較例】実施例に記載した融液と同様の組成の融液を
使用し、3インチ径の、面の方位が{111}の非磁性
カルシウム・マグネシウム・ジルコニウム置換ガドリニ
ウム・ガリウム・ガーネット〔(GdCa)3(GaM
gZr)5O12〕単結晶基板に、LPE法によりビス
マス置換テルビウム鉄ガーネット〔(TbBi)3Fe
5O12〕単結晶厚膜を50時間にわたり育成した。単
結晶厚膜育成中は基板の回転速度を100r.p.mに
固定して回転した。その結果200μmの厚さのビスマ
ス置換テルビウム鉄ガーネット〔(TbBi)3Fe5
O12〕単結晶厚膜が得られた。この膜の表面には50
0μm以上の径の結晶欠陥が全域に渡って発生し、その
頻度は5個/cm2以上であった。
【0011】以上に示す実施例および比較例を用いて、
本発明によるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜
の製造方法を説明したが、上記実施例および比較例のみ
ならず、本発明者が行った多くの実験の結果によれば、
LPE法により膜厚が200μm以上の厚さのビスマス
(Bi)置換希土類鉄ガーネットである、化学式が(R
3−XBiXFe5−YMYO12)で示され、Rはネ
オジウム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム
(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)
、ジスプロシウム(Dy)、エルビウム(Er)、ツリ
ウム(Tm)、イツテルビウム(Yb)、ルテニウム(
Lu)、イツトリウム(Y)で示される元素のうち少な
くとも1種、Mはアルミニウム(Al)、ガリウム(G
a)で示される元素のうち少なくとも1種、0.2≦X
≦2.5、0≦Y≦2.0の単結晶膜の育成において、
ビスマス置換希土類鉄ガーネットを育成する非磁性基板
の回転速度を一定回転に固定し単結晶を育成した場合、
基板回転速度を変えても得られる膜の表面には500μ
m以上の径の結晶欠陥が5個/cm2以上の頻度で発生
したが、一方基板の回転速度を100〜200r.p.
mの範囲で、回転の加速度を±1/60回転/秒の割合
で変化させた場合、回転速度変化の加速度、最高速度、
最低速度、変化の周期性の有無などに関わらず、同一の
基板回転速度で育成を行った場合よりも育成した結晶膜
中に発生した結晶欠陥はほぼ1/10に低減した。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、膜
厚が200μm以上のビスマス(Bi)置換希土類鉄ガ
ーネットである化学式が(R3−XBiXFe5−YM
YO12)で示され、Rはネオジウム(Nd)、サマリ
ウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(
Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)
、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イツテルビ
ウム(Yb)、ルテニウム(Lu)、イツトリウム(Y
)で示される元素のうち少なくとも1種、Mはアルミニ
ウム(Al)、ガリウム(Ga)で示される元素のうち
少なくとも1種、0.2≦X≦2.5、0≦Y≦2.0
の単結晶膜の、リキッド・フェイズ・エピタキシャル(
LPE)育成時、基板回転速度の周期を変えることによ
り、結晶欠陥の少ない光学的品質に優れた単結晶膜を得
ることが可能となり、高性能でしかも低価格のファラデ
ー素子を提供することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  非磁性ガーネット単結晶基板上へ、膜
    厚が200μm以上のビスマス置換希土類鉄ガーネット
    である化学式が(R3−XBiXFe5−YMYO12
    )で示され、Rはネオジウム(Nd)、サマリウム(S
    m)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、
    テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、エルビ
    ウム(Er)、ツリウム(Tm)、イツテルビウム(Y
    b)、ルテニウム(Lu)、イツトリウム(Y)で示さ
    れる元素のうち少なくとも1種類、Mはアルミニウム(
    Al)、ガリウム(Ga)で示される元素のうち少なく
    とも1種、0.2≦X≦2.5、0≦Y≦2.0で示さ
    れる単結晶膜を、リキッド・フェイズ・エピタキシャル
    (LPE)法を用い育成するビスマス置換希土類鉄ガー
    ネット単結晶膜の製造方法に於て、前記非磁性ガーネッ
    ト単結晶基板の回転速度を100r.p.m〜200r
    .p.mとし、基板回転速度の変化の割合を1/60回
    転/秒以下(0を含まず)とし、回転速度を変化しなが
    ら単結晶膜を育成す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膜の製造方法。
JP13829791A 1991-05-13 1991-05-13 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法 Pending JPH04338200A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5547613A (en) * 1994-07-05 1996-08-20 Fdk Corporation Magneto-optical element material formed of magnetic garnet single crystals
JP2017065941A (ja) * 2015-09-28 2017-04-06 住友金属鉱山株式会社 非磁性ガーネット単結晶基板、磁性ガーネット単結晶膜

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