JPH05117095A - ビスマス置換希土類鉄ガーネツトの製造方法 - Google Patents

ビスマス置換希土類鉄ガーネツトの製造方法

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JPH05117095A
JPH05117095A JP30669791A JP30669791A JPH05117095A JP H05117095 A JPH05117095 A JP H05117095A JP 30669791 A JP30669791 A JP 30669791A JP 30669791 A JP30669791 A JP 30669791A JP H05117095 A JPH05117095 A JP H05117095A
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JP
Japan
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single crystal
bismuth
rare earth
iron garnet
earth iron
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JP30669791A
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Inventor
Yoshikazu Toba
良和 鳥羽
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アイソレーションに影響を及ぼすピット、ス
ワールの低減をはかり、それによって膜面内で均一なア
イソレーションを得るガーネツト単結晶膜を提供するこ
と。 【構成】 液相エピタキシャル装置において抵抗加熱6
を有する炉中に白金るつぼ5をセットし、ビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶の成分となるTb23,Fe
23,Bi23,PbO,B23を1.9,25,5
0,15mol%の比で5Kgを混合溶解し、その溶解
で得られた融液1に、白金ホルダー支持棒2の先に装着
した白金ホルダー3により保持された(GdCa)
3(CaMgZr)512の非磁性ガーネット単結晶基板
4に、前記メルトに侵析し、この単結晶基板上に(Tb
Bi)3Fe812単結晶厚膜を50時間育成した。この
育成において、基板回転軸を移動させながら単結晶膜を
育成するビスマス置換希土類鉄ガーネットの製造方法で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果を利用
した光アイソレータ等に使用されるビスマス置換希土類
鉄ガーネットの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信、光記録、光計測等に半導体レー
ザを光源として使用する場合、光伝送路の途中に設けら
れたコネクター、スイッチ等により反射光が光源である
半導体レーザに戻ると、モードポッピング現象により安
定なレーザ発振が得られないという問題点がある。その
ためこの戻り光を阻止するために、ファラデー効果を利
用した光アイソレータの必要性が高まっている。
【0003】光アイソレータの構造は、偏光子、検光子
(例えば方解石、ルチル等)、ファラデー回転素子、永
久磁石で構成され、光路となる各々の素子には光の反射
ロスが生じないように、使用波長に応じた反射防止膜が
施されている。従来ファラデー回転子としては、フロー
ティング・ゾーン法(FZ法)によるバルクのイットリ
ウム・アルミニウム・ガーネット(YIG)単結晶や、
常磁性ガラスが使用されていた。しかしながら近年希土
類ガーネットの希土類をビスマス原子で置換することに
より、ファラデー回転能が大きくなるビスマス置換希土
類鉄ガーネットが提案されてからは、高品質、低価格を
両立するものとして、液相エピタキシャル法(LPE
法)によるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜
が提案されている。液相エピタキシャル法(LPE法)
による育成は、以下のようなものである。
【0004】図4に示すように、液相エピタキシャル装
置において抵抗加熱6を有する炉中に白金るつぼ5をセ
ットし、白金るつぼ5中にビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶の成分となる希土類酸化物、酸化鉄を含むメ
ルト1を高温で加熱し、白金ホルダー支持棒2であるア
ルミナ棒の先に装着させた白金ホルダー3により保持さ
れたガドリニウム・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4をそのメルトに侵析
し、均一な膜を得るため一定速度で回転方向7に回転さ
せながらビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を一定
温度でエピタキシャル成長させる方法である。
【0005】この方法は、磁気バブルメモリーの材料と
なる薄膜の開発から進歩し、低価格の光アイソレータ用
ファラデー回転子材料となる厚膜の製造方法として発展
してきた。ファラデー回転子は、育成終了後、光学研磨
により単結晶基板を除去し、使用波長でファラデー回転
角45degとなる膜厚に、ビスマス置換希土類ガーネ
ット単結晶膜を研磨することにより作製する。また、光
通信用光アイソレータの性能は、ファラデー素子の性能
いわゆる低光損失、高アイソレーションが重要な要因と
なっている。前者は、熱処理等により低光損失が実現さ
れている。後者は、不純物の混入により発生するピッ
ト、スワールを低減することにより実現可能であるが、
その有効な方法は見出されていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、アイ
ソレーションに影響を及ぼすピット、スワールを低減
し、膜面内で均一なアイソレーションを得うるビスマス
置換希土類ガーネット単結晶膜を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため単結晶基板を回転させながら行う育成にお
いて、回転軸を移動させながら単結晶膜の育成を行うこ
とにより解決をはかった。
【0008】すなわち本発明は、液相エピタキシャル法
(LPE法)によるビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶膜(化学式 R3-XBiXFe5-YY12 但し、R
はY,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,E
r,Tm,Yb,Luで示される元素のうち少なくとも
一種類、0.2≦X≦2.5,0≦Y≦2.0)の育成
において、基板回転軸を移動させながら単結晶膜の育成
をおこなうことを特徴としたビスマス置換希土類鉄ガー
ネットの製造方法である。
【0009】
【作用】液相エピタキシャル法で結晶を育成すると、る
つぼから溶け出した白金(Pt)がガーネット格子に入
り込み、これによって図5に示すように、ピット8、ス
ワール9が発生することが一般に知られている。本発明
は、液相エピタキシャル法によりビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル成長させる
際、基板回転軸を変化させ、メルトの定常的強制対流を
乱すことにより、ピット、スワールが低減できることを
実験的に見出した。これらの事実を踏まえ、液相エピタ
キシャル法によるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶厚膜の育成において、基板回転軸を移動させながら行
うことにより、面内でピット、スワール等の欠陥のない
ファラデー回転子の作製を可能とした。
【0010】
【実施例】図1は、本発明に使用した液相エピタキシャ
ル装置を示す説明図である。図2は、本発明の実施例に
より作製したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚
膜を赤外顕微鏡観察した結果、50μm以下のピットを
示す図である。図3は比較例により作製したビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜を赤外顕微鏡観察した
結果、300μm以上のピット及びスワールを示す図で
ある。
【0011】図1に示すように、液相エピタキシャル装
置の抵抗加熱6を有する炉中に白金るつぼ5をセット
し、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の成分とな
る酸化テルビウム(Tb23)、酸化鉄(Fe23)、
酸化ビスマス(Bi23)、酸化鉛(PbO)、酸化硼
素(B23)を1.9,25,50,15mol%の比
で、総重量5Kgを混合溶解した。溶解によって得られ
た融液(メルト)1を用い、白金ホルダー支持棒2の先
に装着した白金ホルダー3により保持された、方位{1
11}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{(GdC
a)3(GaMgZr)512}の2インチ径の非磁性ガ
ーネツト単結晶基板4をメルトに侵析し、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(GaMgZ
r)512}の2インチ径の単結晶基板上に液相エピタ
キシャル法によりビスマス置換テルビウム鉄ガーネット
{(TbBi)3Fe512}単結晶厚膜を50時間にわ
たり育成した。育成中は基板回転軸を一定の位置に固定
しなかった。即ち、基板回転軸を移動させるために、基
板回転軸移動方向10、すなわち回転軸の位置を図1に
示すように、X軸方向に速度1(mm/sec)振幅5
0mmで振動させた。その結果、520μmのビスマス
置換テルビウム鉄ガーネット{(TbBi)3Fe
512}単結晶厚膜が得られた。基板を除去し、両面鏡
面研磨をした結果、膜厚は500μmであった。更に図
2に示すように、ビスマス置換テルビウム鉄ガーネット
の単結晶膜11を赤外顕微鏡により結晶欠陥を観察した
結果、スワールについては観察されず、またピットにつ
いても使用するビーム径より十分小さい50μm以下の
ピット12が観察されるほどになった。
【0012】
【比較例】実施例で用いた融液と同組成、同量の融液を
用い、方位{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)512}2インチ
径単結晶基板上に液相エピタシャル法によりビスマス置
換テルビウム鉄ガーネット{(TbBi)3Fe512
単結晶厚膜を50時間にわたり育成した。育成中は基板
回転軸を一定に固定しておいた。その結果、520μm
のビスマス置換テルビウム鉄ガーネット{(TbBi)
3Fe512}単結晶厚膜が得られた。基板を除去し、両
面鏡面研磨をした結果、膜厚は500μmであった。更
に図3に示すように、ビスマス置換テルビウム鉄ガーネ
ットの単結晶膜11を赤外顕微鏡により結晶欠陥を観察
した結果、スワールについては大きいものが数本、また
ピットについても300μm以上の大きさのものが数十
個観察された。図3に、その300μm以上のピット及
びスワール13を示す。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば低
欠陥ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜を作製
することが可能となり、高品質ファラデー回転子を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】液相エピタキシャル装置を表し、基板回転軸の
移動方向を示す説明図。
【図2】実施例により作製したビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶厚膜を赤外顕微鏡観察した結果、50μ
m以下のピットを示す説明図。
【図3】比較例により作製したビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶厚膜を赤外顕微鏡観察した結果、300
μm以上のピット及びスワールを示す説明図。
【図4】液相エピタキシャル装置の原理を示す説明図。
【図5】結晶欠陥を示す説明図。
【符号の説明】
1 融液(メルト) 2 白金ホルダー支持棒(アルミナ製) 3 白金ホルダー 4 非磁性ガーネット単結晶基板 5 白金るつぼ 6 抵抗加熱 7 回転方向 8 ピット 9 スワール 10 基板回転軸移動方向 11 ビスマス置換テルビウム鉄ガーネットの単結晶
膜 12 50μm以下のピット 13 300μm以上のピット及びスワール

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液相エピタキシャル法(LPE法)によ
    るビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜(化学式
    3-XBiXFe5-YY12 但し、RはY,Nd,S
    m,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Y
    b,Luで示される元素のうち少なくとも一種類、0.
    2≦X≦2.5,0≦Y≦2.0)の育成において、基
    板回転軸を移動させながら単結晶膜の育成をおこなうこ
    とを特徴としたビスマス置換希土類鉄ガーネットの製造
    方法。
JP30669791A 1991-10-24 1991-10-24 ビスマス置換希土類鉄ガーネツトの製造方法 Pending JPH05117095A (ja)

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Cited By (5)

* 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
US5587015A (en) * 1994-04-07 1996-12-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. Apparatus for production of single crystal oxide films by liquid-phase epitaxy
US6770223B1 (en) 2002-12-13 2004-08-03 Integrated Photonics, Inc. Article comprising a faraday rotator that does not require a bias magnet
CN104775153A (zh) * 2015-05-08 2015-07-15 西南应用磁学研究所 新型磁光单晶材料生长方法
CN114318536A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 长飞光纤光缆股份有限公司 铋掺杂稀土铁石榴石单晶薄膜、其制备方法以及光学器件

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