JPH0666215B2 - ビスマス置換磁性ガーネットの製法 - Google Patents

ビスマス置換磁性ガーネットの製法

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JPH0666215B2
JPH0666215B2 JP60108011A JP10801185A JPH0666215B2 JP H0666215 B2 JPH0666215 B2 JP H0666215B2 JP 60108011 A JP60108011 A JP 60108011A JP 10801185 A JP10801185 A JP 10801185A JP H0666215 B2 JPH0666215 B2 JP H0666215B2
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仁志 玉田
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets
    • H01F10/245Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光アイソレータのファラデー回転素子
に適用する磁性ガーネット、特に0.8μmの波長帯(0.8
μmの波長帯とは0.8μmの波長を中心とする0.75〜0.8
5μmの程度の波長範囲を一般に指称するものであり、
本明細書においてもこの波長範囲を指称するものとす
る)に関して光吸収を小さくしたビスマス(Bi)置換の
磁性ガーネットの製法に係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、ビスマス置換ツリウム磁性ガーネットの製法
において、その組成を特定することによってFe2+の存在
による特に0.8μm波長帯の光透過率の低下を回避す
る。
〔従来の技術〕
例えば光ディスク、光磁気ディスク等における情報の記
録或いは(及び)読み出しをはじめとして、各種用途に
半導体レーザーの利用が広まっている。
ところが、このように半導体レーザーを用いる場合、こ
れに戻り光があるとモードホッピングノイズが生じるな
どの不都合があることから、できるだけ、半導体レーザ
ーから発振した光が、再び半導体レーザーに戻ることが
ないように、この戻り光を遮断する光アイソレータの必
要性が高まっている。
この光アイソレータは、第6図にその概略的構成を示す
ように、ファラデー回転素子(1)を挟んで偏光子(2)と検
光子(3)とが配置されて成る。ファラデー回転素子(1)
は、マグネット(4)によって光軸方向に磁場が与えられ
て、光源(5)例えば半導体レーザーから偏光子(2)を通じ
て入射する直線偏光をその偏光面が45°回転するように
なされる。検光子(3)はこのファラデー回転素子(1)によ
って45°回転した偏光を通過することができるようにそ
の軸方向が選ばれていて、これを通過した光が被照射面
に照射するようになされている。そして、この場合被照
射面(6)からの反射光、すなわち戻り光がある場合、こ
の戻り光は、再び検光子(3)を通過してファラデー回転
素子(1)を通過し、この時再び45°回転されて偏光子(2)
に向う。したがって、この偏光子(2)に向う戻り光は順
方向の入射光に対してその偏光面が90°回転しているこ
とになり、この偏光子(2)を通過することができず、光
源(4)に向うことができない。このように光アイソレー
タによれば、一方向すなわち順方向に関しては、光透過
性を有するがこれとは逆の方向に関しては遮断効果を奏
することができる。
このように光アイソレータは、逆方向の光を遮断する機
能を有するものであるが、順方向の光損失を小さくする
上でファラデー回転素子自体の光透過率はできるだけ大
きいことが望まれる。この光透過率を大きくするには、
ファラデー回転素子の厚さtは、できるだけ小さいこと
が望まれるが、この厚さtは、所要の回転角、上述の例
では45°の回転角を得るために、或る厚さを必要とす
る。45°回転する間の順方向損失L(dB)は、 (但し、αは光吸収係数、Fはファラデー回転能)で与
えられるので、Lを小さくするには、光吸収係数αが小
さいものが必要となる。
この光吸収係数αは、波長に依存するものであり、1.3
μm波長帯で代表されるような長波長帯については、VI
G(イットリウム・鉄・ガーネット)によるファラデー
回転素子によって可成り満足するものが得られている。
ところが、上述したような光ディスク、或いは光磁気デ
ィスク等の光源としては、AlGaAs系半導体レーザーのよ
うな0.8bμm波長帯の半導体レーザーが用いられんと
する方向にあり、この0.8μm波長帯についてのファラ
デー回転素子の開発が望まれている。
一方、このようなファラデー回転素子に用いる磁性ガー
ネット、すなわち希土類鉄ガーネットを育成する方法と
しては、液晶エピタキシーによって結晶膜を得るという
方法、すなわち原料融液中に例えばGGG(ガドリニウム
・ガリウム・ガーネット)基板を浸漬し、この基板を引
上げることによってこの基板上に磁性ガーネット膜を育
成するという方法が量産性にすぐれているものである
が、この場合、この液晶エピタキシーの融液には、フラ
ックスが添加される。このフラックスとしては、通常Pb
Oが用いられる。ところが、このPbOをフラックスとして
用いた場合、その育成された結晶膜中にPb2+の一部が混
入することは避けられないものであり、これによって光
の吸収損失を低めることが難しくなる。尚、PbOフラク
ックスによる場合においても、その結晶膜の育成温度を
コントロールすることによって光吸収を下げることがで
きるという報告もなされている(ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス(Journal of Applied Physic
s)Vol.45 P2867〜2873 July 1974)ところであるが、
これについても、0.8μm波長帯では有効なものではな
い。
そこでPb2+が混入することのないように、Bi2O3のみを
フラックスとする融液を用いて液晶エピタキシーによっ
てBi置換の磁性ガーネット膜、すなわち希土類の一部を
Biで置換した磁性ガーネット膜を育成することが考えら
れる(ジャーナル オブ エレクトロ ケミカル ソサ
イアテイ(Journal of Electrochemical Society)Vol.
123 P1248〜1249 1976)。
ところが、実際上、このような方法によってBi置換の磁
性ガーネットを育成しても、光吸収の低下は充分得られ
ない。これは、本来Bi置換の磁性ガーネットの組成は、
例えば (▲Tm3+ 2.3▼ ▲Bi3+ 0.7▼)(▲Fe3+ 4.0▼ ▲Ga3+
1.0▼)O12……(2) であるべきものが、実際には、 ▲Tm3+ 2.3▼ ▲Bi3+ 0.7▼ ▲Fe2+ 2δ+δ′
▲Fe3+ 4.0−2δ−δ′▼ ▲Ga3+ 1.0▼ ▲P
4+ δ′▼ ▲O2− 12−δ……(3) で示されるようなPt4+および酸素空席δの発生によって
2価のFeイオンが発生してこれにより光吸収が生じるも
のと思われる。
しかしながら融液によっては酸素空席が生じないものも
ある。δ′はPtの混入量(原子数)で、このPtの混入
は、液晶エピタキシーに際して用いられるるつぼがPtで
あることによって、このるつぼのPtが融液中に拡散して
生じるものである。
尚、液晶エピタキシーによって磁気異方性を有するガー
ネット膜を得る方法として、フラックスにCaCO3を添加
したものの報告(マティリアル リサーチ ブルテン
(Material Research Bulltein)Vol.11,P337〜346,197
6)があるが、この場合、そのフラックスはBi2O3単独の
ものではなく、Bi2O3と共に、CeO2/K2O,或いはSiO2
Na2O等が添加されるものであり、しかも光吸収について
の究明はなされていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述したように従来方法によって得られるBi置換磁性ガ
ーネットによっても、0.8μm波長帯に関して光吸収が
充分小さいものが得られていないことに問題点がある。
本発明は、このような問題点を解消するものであり、0.
8μm波長帯において高い透過率を有し、例えば光ディ
スク、光磁気ディスクの記録・再生装置において、この
光源として0.8μm波長帯の半導体レーザーを用いた場
合の戻り光防止の光アイソレータのファラデー回転素子
として用いて好適ならしめたBi置換磁気ガーネット1の
製法を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、ビスマス置換磁性ガーネットを、光
吸収の小さいガーネット基板上にBi2O3とガーネット構
成元素のみよりなる融液から液晶エピタキシャル(以下
LPEという)によって次に述べる特定組成の磁性ガー
ネットを育成する。
すなわち、本発明においては、 Tm3-x- δ1BixMI δ1Fe5-y- δ2−δ3MII δ2MIII yPt
δ3O12-δ4……(4) の組成を有し、xを0.5x2.0に選定し、yを0y
2.0に選定し、δ−0.003δ+δδ+0.00
3とする。ここにδは製造工程中で混入するPtの原子
数、δは酸素空席数である。
〔作用〕
本発明においては、例えば上記(4)式でみられるよう
に、Fe2+が存在しないBi置換磁性ガーネットを構成する
ものであり、このようにすることによっFe2+の存在によ
る0.8μm波長帯における光吸収の増加を回避する。
〔実施例〕
実施例1 の組成の融液に、 で定義(式中の分子式は融液中のモル数を示す)される
において、そのRを夫々0.2%,1.1%,2,2%,
2.6%,3.0%,3.5%,5.2%となるようにCaCO3を融液
中に添加して、夫々の融液によってGd3 Ga5 O12基板上
に液晶エピタキシャル成長によって夫々Bi置換磁性ガー
ネットを育成した各試料を得た。そして、夫々の電気的
抵抗率ρを測定した。第1図は、このRに対するρの
測定結果を示したもので、R=3%で最大となってい
る。また、第2図は波長λ=810nmの光における光吸収
係数α810の測定結果を示し、α810はR=3%で最小
となっている。
尚、Rの値を変化させたときのEPMA(エレクトロン・
プローブ・マイクロ・アナリシス)分析による各組成
は、次のようであった。
=0%のとき、 Tm2.47Bi0.71Fe4.02Ga0.80Pt0.015O12=1.1%のとき、 Tm2.44Bi0.73Ca0.009Fe4.01Ga0.80Pt0.012O12=2.2%のとき、 Tm2.45Bi0.73Ca0.015Fe3.99Ga0.81Pt0.016O12=3.0%のとき、 Tm2.42Bi0.75Ca0.019Fe4.07Ga0.77Pt0.015O12=5.2%のとき、 Tm2.40Bi0.76Ca0.027Fe3.99Ga0.81Pt0.020O12 第3図及び第4図は、夫々EMPA分析したCa2+のδに対
する電気抵抗ρ及び波長λ=810nmに対する光吸収係数
α810の夫々の測定結果を示すもので、δ=0.019でρ
は最大となり、α810が最小を示す。分析の結果から光
吸収を最小にするCa2+量δと膜中にとり込まれている
Pt4+の量δは、ほぼつり合っているのでCa2+を入れな
いときにFe2+が発生する主要原因は、Pt4+であり酸素空
席の寄与は小さいと考えられる。
尚、第5図は、Ca量δとPt量δとの差(δ
δ)に対する光吸収係数α810の測定を示すもので、
これより明らかなようにδ−δ=0で最小の値を示
すが、δ−δが−0.003より大+0.003より小の範囲
で小さい値を示す。
このようにCa2+の添加によって光吸収係数α810を下げ
ることができる。すなわち、本発明による場合、Bi2O3
の単独のフラックスでLPE育成を行うものであるの
で、冒頭に述べた従来におけるPbOフラックスを使用す
る場合とは異なり、2価のイオンPb2+が意図せずに膜中
にとり込まれることはあり得ないので、例えば上述の実
施例におけるように、Ca2+イオンを添加しない場合に
は、必ずFe2+の発生によるn型伝導を呈し、光吸収は高
くなるがCa2+とFe2+の発生原因となるPt量に応じて添加
することによってFe2+の発生を抑えることができるので
ある。
尚、上述した例では2価のイオンとなってCa2+のみを添
加した場合、つまり前記(1)式においてMIIを省略し(δ
=0)、MIのCa2+のみを添加した場合であるが、確実
に2価のイオンとなるM2+のCa2+,Sr2+,Ba2+,MIIのBe
2+を1種以上添加することによってFe2+の発生を抑え、
光吸収係数α810を小さくできる。尚、この場合Be2+,M
g2+(すなわちMII)はFeを置換して膜中にとり込まれ、
Ca2+,Sr2+,Ba2+はTmを置換してとり込まれるものと思
われるがいずれもFe2+の発生を抑える効果は同等であ
る。
したがって、第5図から、δ−0.003<δ+δ
δ+0.003に選定すれば光吸収係数α810を小にするこ
とができることがわかる。
また、Feに置換するMIIIのGaに変えて3価のイオンMI
MIIのいずれか1以上の添加によって同様の効果が得ら
れる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、Ptの混入によるFe2+
存在の問題を解消したことによって、0.8μm波長帯に
対して光吸収の小さいBi置換磁性ガーネットを得ること
ができるので、これを例えば光アイソレータのファラデ
ー回転素子として用いることによって0.8μm波長帯の
半導体レーザーを用いる場合において戻り光はこれを阻
止して半導体レーザーにおいて安定な動作をなさしめ、
順方向の光に関しては高い透過率、すなわち低光損失と
することができるので、光ディスク、光磁気ディスク等
の各種情報の記録・再生光源系に用いることができ、実
用上の利益は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図,第3図及び第4図は本発明の説明に供
する抵抗率ρ及び光吸収係数α810の測定曲線図、第5
図はδ−δと光吸収係数α810の関係の測定曲線
図、第6図は本発明によるBi置換磁気ガーネットを適用
し得る光アイソレータの構成図である。 (1)はファラデー回転素子、(2)は偏光子、(3)は検光
子、(4)はマグネット、(5)は光源、(6)は光の被照射面
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 敏郎 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−26096(JP,A) 特開 昭56−80106(JP,A) 特開 昭57−167608(JP,A) 特開 昭60−261051(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Bi2O3と磁性ガーネット構成元素のみから
    なる融液を用い、 液晶エピタキシャル成長によって Tm3-x- δ1BixMI δ1Fe5-y-δ2−δ3−MII δ2MIII yP
    tδ3O12- δ4 の組成を有し、0.5x2.0,0y2.0であり、δ
    −0.003δ+δδ+0.003とされたビスマス置
    換磁性ガーネットを得ることを特徴とするビスマス置換
    磁性ガーネットの製法。
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