JPH0776156B2 - 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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- JPH0776156B2 JPH0776156B2 JP24683888A JP24683888A JPH0776156B2 JP H0776156 B2 JPH0776156 B2 JP H0776156B2 JP 24683888 A JP24683888 A JP 24683888A JP 24683888 A JP24683888 A JP 24683888A JP H0776156 B2 JPH0776156 B2 JP H0776156B2
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- crystal
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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、文献未載の新規な酸化物ガーネット単結晶、
特には陽イオンがGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Ａ（ＡはSi、Ge
またはTiから選択される元素）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。
特には陽イオンがGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Ａ（ＡはSi、Ge
またはTiから選択される元素）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。
［従来の技術］ 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、Ｒ、Fe、Ｍ（ここにＲはCa、Ｙまたは希土類元素の
１種以上、ＭはGa、Al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、Ｒ、Fe、Ｍ（ここにＲはCa、Ｙまたは希土類元素の
１種以上、ＭはGa、Al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
0.01Å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12.49〜12.50Å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（NGG）などはその格子定数がそれぞれ12.38〜
12.51Å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、これらに代る基板単結晶の提供が求められて
いる。
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
0.01Å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12.49〜12.50Å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（NGG）などはその格子定数がそれぞれ12.38〜
12.51Å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、これらに代る基板単結晶の提供が求められて
いる。
そのため、この種の用途に使用される基板単結晶につい
てはCaまたはSr、希土類金属、Mg、Zr、Sr、Gaからなる
式 (Gd,Sm,Na,Yb)3-x(Ca,Sr)xGa5-x-2yMgy(Zr,Sn)x-yO12 で示されるガーネットが提案されており（特公昭60−45
83号公報参照）、これによれば大量生産が可能で、可能
な最大の規模を有するディスプレイを製造できる結晶を
殆ど歪なく生産することができ、このものは分布係数が
殆ど１で格子定数も1.2497nmを示すけれども、この組成
物は結晶製造時および加工時に脆く割れ易いという欠点
があるために生産性が低く、コスト高になるという欠点
がある。
てはCaまたはSr、希土類金属、Mg、Zr、Sr、Gaからなる
式 (Gd,Sm,Na,Yb)3-x(Ca,Sr)xGa5-x-2yMgy(Zr,Sn)x-yO12 で示されるガーネットが提案されており（特公昭60−45
83号公報参照）、これによれば大量生産が可能で、可能
な最大の規模を有するディスプレイを製造できる結晶を
殆ど歪なく生産することができ、このものは分布係数が
殆ど１で格子定数も1.2497nmを示すけれども、この組成
物は結晶製造時および加工時に脆く割れ易いという欠点
があるために生産性が低く、コスト高になるという欠点
がある。
［発明の構成］ 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成長させるための基板単
結晶に関するもので、これは陽イオンがGd、Ca、Ga、M
g、Zr、Ａ（ＡはSi、GeまたはTiから選択される元素）
からなる酸化物ガーネット単結晶に関するものである。
ネット構造体をエピタキシャル成長させるための基板単
結晶に関するもので、これは陽イオンがGd、Ca、Ga、M
g、Zr、Ａ（ＡはSi、GeまたはTiから選択される元素）
からなる酸化物ガーネット単結晶に関するものである。
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12.49〜12.50Å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、上記
した陽イオンがGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Ａ（Ａは前記のと
おり）からなる酸化物ガーネット単結晶が格子定数12.4
95Åとされるものであることを見出すと共に、このもの
は偏析係数が略々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
ということを確認すると共に、Gd、Ca、Ga、Mg、Zrより
なるガーネット単結晶にZrイオンよりもイオン半径の小
さな４価の元素A4+（Si、GeまたはTiから選択される元
素）などを加えると、ガーネット格子の歪を緩和するこ
とができ、結晶が割れるという欠点が抑制できるという
ことを見出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12.49〜12.50Å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、上記
した陽イオンがGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Ａ（Ａは前記のと
おり）からなる酸化物ガーネット単結晶が格子定数12.4
95Åとされるものであることを見出すと共に、このもの
は偏析係数が略々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
ということを確認すると共に、Gd、Ca、Ga、Mg、Zrより
なるガーネット単結晶にZrイオンよりもイオン半径の小
さな４価の元素A4+（Si、GeまたはTiから選択される元
素）などを加えると、ガーネット格子の歪を緩和するこ
とができ、結晶が割れるという欠点が抑制できるという
ことを見出して本発明を完成させた。
本発明の酸化物単結晶は陽イオンとしてGd、Ca、Ga、M
g、Zr、Ａ（Ａは前記のとおり）の各元素を構成要素と
するものであるが、このものはその結果から切り出した
フエーハを熱リン酸でエッチングしてからその格子定数
を測定したところ、12.495Åであって前記したBi、Ｒ、
Fe、Ｍ、の陽イオン酸化物からなる例えば式（BiRe）３
（FeM）5O12で示されるビスマス置換磁性ガーネット膜
の格子定数12.49〜12.50Åと略々一致するものである
し、この開始時と終了時の各成分の偏析係数がこの結晶
の重量分析値からGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Si、Ge、Tiのい
ずれについてもほぼ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。
g、Zr、Ａ（Ａは前記のとおり）の各元素を構成要素と
するものであるが、このものはその結果から切り出した
フエーハを熱リン酸でエッチングしてからその格子定数
を測定したところ、12.495Åであって前記したBi、Ｒ、
Fe、Ｍ、の陽イオン酸化物からなる例えば式（BiRe）３
（FeM）5O12で示されるビスマス置換磁性ガーネット膜
の格子定数12.49〜12.50Åと略々一致するものである
し、この開始時と終了時の各成分の偏析係数がこの結晶
の重量分析値からGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Si、Ge、Tiのい
ずれについてもほぼ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、Mg、Zr、Si、Ge、Ti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Gd、Ca、［ａ］サイトにGa、Mg、Zr、（ｄ）サイト
にGa、Si、Ge、Tiを配置したものと考えられるので、こ
れは式 Gd3-xCaxGa5-x-2yMgyZrx+y-zAzO12 で示される結晶構造をもつもので、このものはGd2O3、C
aO、Ga2O3、MgO、ZrO2およびAO2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、Mg、Zr、Si、Ge、Ti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Gd、Ca、［ａ］サイトにGa、Mg、Zr、（ｄ）サイト
にGa、Si、Ge、Tiを配置したものと考えられるので、こ
れは式 Gd3-xCaxGa5-x-2yMgyZrx+y-zAzO12 で示される結晶構造をもつもので、このものはGd2O3、C
aO、Ga2O3、MgO、ZrO2およびAO2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。
すなわち、本発明者らは上記した式で示される酸化物ガ
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、これに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Gd2O3、CaO、Ga2O3、MgO、Zr
O2およびAO2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。これらはそれぞれを秤量後るつ
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1,750〜1,800℃に
加熱して溶融させればよい。
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、これに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Gd2O3、CaO、Ga2O3、MgO、Zr
O2およびAO2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。これらはそれぞれを秤量後るつ
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1,750〜1,800℃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
ればよいが、必要に応じて酸素やCO2を混入してもよ
い。また、単結晶引上げに使用される種子結晶は目的と
する単結晶と同質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１〜20mm/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
ればよいが、必要に応じて酸素やCO2を混入してもよ
い。また、単結晶引上げに使用される種子結晶は目的と
する単結晶と同質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１〜20mm/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。
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式 Gd3-xCaxGa5-x-2yMgyZrx+y-zAzO12 で示される単結晶は、前記したようにその結晶格子定数
が約12.495Åであり、偏析係数も略々１であるというこ
とから、式 （BiRe）３（FeM）5O12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。
が約12.495Åであり、偏析係数も略々１であるというこ
とから、式 （BiRe）３（FeM）5O12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。
つぎに本発明の実施例をあげる。
実施例 外径50mm、高さ50mmのイリジウムるつぼ中に、融液を形
成する組成が Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.64Si0.01O12 となるようにCaO、Gd2O3、MgO、ZrO2およびSiO2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5mm角のGGG種子結晶を浸漬し、これを10rpmの回転
下に５〜6mm/時の速度で引上げて単結晶引上げを行なっ
たところ、86.3gの透明な結晶が得られた。
成する組成が Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.64Si0.01O12 となるようにCaO、Gd2O3、MgO、ZrO2およびSiO2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5mm角のGGG種子結晶を浸漬し、これを10rpmの回転
下に５〜6mm/時の速度で引上げて単結晶引上げを行なっ
たところ、86.3gの透明な結晶が得られた。
つぎにこの結晶の上部と下部から各約1gの試料を切出
し、高周波結合誘導プラズマ発光分析装置で各成分金属
元素について定量分析を行なったところ、ここに得られ
たものは次式 結晶上部 Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.64Si0.01O12 結晶下部 Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.64Si0.01O12 の結晶構造をもつものであることが確認されたが、この
定量分析結果にもとづいてこれら各金属の偏析係数を算
出したところ、これらは第１表に示したとおりであり、
いずれも略々であることが確認された。
し、高周波結合誘導プラズマ発光分析装置で各成分金属
元素について定量分析を行なったところ、ここに得られ
たものは次式 結晶上部 Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.64Si0.01O12 結晶下部 Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.64Si0.01O12 の結晶構造をもつものであることが確認されたが、この
定量分析結果にもとづいてこれら各金属の偏析係数を算
出したところ、これらは第１表に示したとおりであり、
いずれも略々であることが確認された。
また、この結晶についてはこの結晶上部および結晶下部
から厚さ1mmのウエーハを切り出し、熱リン酸でエッチ
ング後、格子定数精密測定装置・APL2（理学電機社製商
品名）を用い、ボンド法でその格子定数を測定したとこ
ろ、これはいずれも12.495Åの値を示した。
から厚さ1mmのウエーハを切り出し、熱リン酸でエッチ
ング後、格子定数精密測定装置・APL2（理学電機社製商
品名）を用い、ボンド法でその格子定数を測定したとこ
ろ、これはいずれも12.495Åの値を示した。
Claims (2)
- 【請求項１】陽イオンがGd、Ca、Ga、Mg、Zr、Ａ（Ａは
Si、GeまたはTiから選択された元素）の酸化物からなる
ガーネット単結晶。 - 【請求項２】結晶構造が式 Gd3-xCaxGa5-x-2yMgyZrx+y-zAzO12 （式中ＡはSi、GeまたはTiから選択される元素で、ｘ、
ｙ、ｚは０＜ｘ＜0..7、０＜ｙ＜0.7、０＜ｚ＜0.1、ｘ
＋ｙ≦0.8）で示される特許請求の範囲１項記載の酸化
物ガーネット単結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24683888A JPH0776156B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP24683888A JPH0776156B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 酸化物ガーネット単結晶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297496A JPH0297496A (ja) | 1990-04-10 |
| JPH0776156B2 true JPH0776156B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=17154450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24683888A Expired - Fee Related JPH0776156B2 (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) | JPH0776156B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA000027B1 (ru) * | 1996-09-27 | 1998-02-26 | Олег Валерьевич Бакунов | Монокристаллический ювелирный материал и способ его получения |
| JP5416041B2 (ja) * | 2010-06-15 | 2014-02-12 | 信越化学工業株式会社 | 単結晶基板および単結晶基板の製造方法 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP24683888A patent/JPH0776156B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0297496A (ja) | 1990-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |