JPH0746666B2 - ビスマス含有磁性ガ−ネツトの製法 - Google Patents

ビスマス含有磁性ガ−ネツトの製法

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JPH0746666B2 JP2848186A JP2848186A JPH0746666B2 JP H0746666 B2 JPH0746666 B2 JP H0746666B2 JP 2848186 A JP2848186 A JP 2848186A JP 2848186 A JP2848186 A JP 2848186A JP H0746666 B2 JPH0746666 B2 JP H0746666B2
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【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に適用する磁性ガーネ
ット、特に0.8μmの波長帯(0.8μmの波長帯とは0.8
μmの波長を中心とする0.75〜0.85μm程度の波長範囲
を一般に指称する)、就中780〜830nmの波長の光に対し
光吸収の小さいビスマス(Bi)含有磁性ガーネットの製
法に係わる。
〔発明の概要〕
本発明は、Gd,Tm,Yの3元素の希土類元素と、Feまたは
その一部をGaもしくはAlの非磁性元素で置換したBi含有
の希土類鉄磁性ガーネット膜をBi2O3単体フラックス
で、液相エピタキシャル成長法(以下LPE法という)に
よって育成するものであり、その育成に当って2価の金
属イオンを添加し、その添加量の特定により、0.8μm
帯の光の透過率を上げる。
〔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2図にその一例の概略的構成
を示すように、ファラデー回転素子(1)を挾んで偏光
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に長波長帯については、YI
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0.8μm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、液相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、この液相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 Physics)
Vol.45P2867〜2873July1974)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相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.
123P1248〜1249 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、 であるべきものが、実際には、 で示されるようなPt4+及び酸素空席の発生によって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。このPtの混入は、液相エピタキシーに際して
用いられるるつぼがPtであることにより、このPtが融液
中に拡散することによる。
尚、LPE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 Res
earch Bulltein)Vol.11,PP337〜246,1976)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ビスマス置換磁性ガーネッ
トとそ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、非磁性ガーネット基板上に具体的に
は、格子定数が比較的大きいSGG(サブストレイテッド
・ガリウム・ガーネット)上に、希土類元素のGd,Tm,Y
と、Feまたはその一部を非磁性元素のGa若しくはAl(II
Ib族)で置換したビスマス含有の希土類鉄磁性ガーネッ
ト膜を、Bi2O3単独フラッスクと上記膜の構成元素を含
む融液より磁性ガーネットをLPEするものであり、特に
その液相エピタキシーの融液中に、IIA族の2価の元素
を、この2価の元素の化合物とFeまたはこれと置換する
元素の各化合物との総量に対する上記2価の元素の化合
物の比(モル比)が、0.8μm帯の光吸収の極小値を示
す値の±30%の範囲をもって添加する。
〔作用〕
本発明によれば、2価金属イオンの添加によって、Fe2+
の存在を回避して0.8μm帯の光吸収が小さく、Biを含
む磁性ガーネットを作成することができる。そして上述
のGd,Tm,Yの三元素の希土類元素による希土類鉄ガーネ
ット膜は、特にイオン半径の大きいGdの添加によって、
格子定数の大きいSGG基板に良く整合したエピタキシー
膜として生成させることができ、その格子定数が大なる
ことからBi含有を大とすることができて、これにより、
ファラデー回転能を大きくできる。
〔実施例〕
実施例1 (GdCa)3(GaMgZr)5O12のガーネットによるSGG基板上に下
記組成の融液によるLPE法によって磁性ガーネット膜を
育成した。
この融液の組成は、 とした。
次に、この融液に、 で定義(式中の分子式は融液中のモル数を示す)される
R6′で表わして、R6′=0%,R6′=0.5%,R6′=0.7
%,R6′=0.9%になるようにMgOを順次添加していって
夫々LPE育成膜を得た。この育成膜の組成は、Bi1.23Tm
0.52Y0.57Gd0.81Fe4.51Mg×Ga0.35O12となることがEPMA
分析によって得た。このようにして夫々育成した各膜の
試料について波長λが、λ=780〜830nmの間にある光吸
収係数の極小値αminを測定した結果を第1図に示す。
第1図において黒丸印は、その測定値をプロットしたも
ので、一部の組成については複数の試料を作製した夫々
について測定した結果を示したものである。これによる
と、R6′の増加につれ、つまりMg2+の添加により、αmi
nが一旦減少し、R6′が0.7%で最小値を示し、これより
更にR6′を増加させると再びαminが増大していく。
この実施例におけるMg2+の添加の効果は、次のように考
えられる。すなわち、Mg2+を添加しないときは、Pt4+
酸素空席が存在するためにFe2+が発生し、そのためn型
伝導を示し、Fe2+による光吸収によってαminが大きく
なると考えられる(ジャーナル オブ アプライド フ
ィジックス(Journal of Applied Physics)Vol.41P121
1〜1217,1970参照)。そして、これにMg2+を添加すると
各育成膜に入ったMg2+の分だけFe2+が減少し、αminは
低下する。更にMg2+がPt4+と酸素空席量を補うだけ膜中
に添加されると、Fe2+の発生が抑えられるのでαminは
最小となる。そして、Mg2+がこれ以上増加すると、過剰
のMg2+のために、Fe4+が発生してp型伝導となり、この
Fe4+による光吸収が生じてαminの増加が生じてくると
考えられる。
実施例2 実施例1におけると同様の基板上にBi2O3,Tm2O3,Y2O3,G
a2O3,Fe2O3,Ga2O3より成る融液にR6′=0.5%,R6′=
0.7%のMgOを添加してLPEを行ってMg2+を含有するほぼB
i1.30Tm0.50Y0.55Gd0.75Fe4.00Ga0.89O12で表わされる
磁性ガーネットを作製した。
この場合においても、ほぼR6′=0.7%近傍でαminが最
小を示した。
実施例1及び2から希土類元素としてGd,Tm,Yの三元素
を用いた希土類鉄ガーネットは、格子定数の大きいSGG
基板(GdCa)3(GaMgZr)5O12基板上に良く整合して育成さ
れ、Mg2+を融液中に添加することによって光吸収係数を
下げることが可能であるが、この場合の最適なMg2+の量
は融液の組成によって異る。しかしながら本発明におけ
るBi2O3単体フラックスでLPE法による育成を行う場合、
冒頭に述べたPbOをフラックスとする場合とは違ってPb
2+が意図せずに膜中に入ることはあり得ないのでMg2+
添加しない状態では必ずFe2+の発生によるn型伝導を示
し、光吸収は大きくなる。したがって、Bi2O3単体フラ
ックスを用いる限りでは、各融液について、Mg2+を適当
量添加することによってFe2+の発生を抑え光吸収を必ず
下げることができることは明らかであり、Mg2+、すなわ
ち、2価イオンの適当な添加量は、前記R6′で表わし
て、光吸収を最小とする量の±30%程度の範囲とすれば
良好な結果が得られる。
尚、添加する2価のイオンは上述したMg2+に限られるも
のではなく、他のIIA族元素イオンのCa2+、したがって
融液中のCaOに添加することもできる。
更に上述の各例においては希土類鉄磁性ガーネット膜に
おいてFeの一部をGaで置換したものであるが、Feの一部
をAlで、或いはAl及びGaで置換することもできる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、0.8μm波長帯に対し
て光吸収の小さいBi含有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図は本発明の実施例によるガーネット膜の光吸収係
数の測定曲線図、第2図は本発明によるBi含有磁性ガー
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)
は被照射面である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素のGd,Tm,Yと、Feまたはその一
    部を非磁性元素のGa若しくはAlで置換したビスマス含有
    の希土類鉄磁性ガーネット膜を、Bi2O3単独フラックス
    と、上記膜の構成元素を含む融液より非磁性ガーネット
    基板上に液相エピタキシーするに当り、上記融液中に、
    IIA族の2価の元素を、該2価の元素の化合物と上記Fe
    またはこれと置換する元素の各化合物との総量に対する
    上記2価の元素の化合物の比(モル比)が、0.8μm帯
    の光吸収の極小値を示す値の±30%の範囲をもって添加
    することを特徴とするビスマス含有磁性ガーネットの製
    法。
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