JPH0793212B2 - 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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- JPH0793212B2 JPH0793212B2 JP63246837A JP24683788A JPH0793212B2 JP H0793212 B2 JPH0793212 B2 JP H0793212B2 JP 63246837 A JP63246837 A JP 63246837A JP 24683788 A JP24683788 A JP 24683788A JP H0793212 B2 JPH0793212 B2 JP H0793212B2
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- garnet
- crystal
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸化物ガーネット単結晶、特には陽イオンがG
d、Ca、Ga、Zrの４種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。
d、Ca、Ga、Zrの４種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。
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
ャル成長させるカ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（こゝに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
ャル成長させるカ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（こゝに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） 結晶の格子定数がカートリッジ構造をもつ磁性膜
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12.42〜12.45Å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12.383
Å、12.508Å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、従来公知の各種の基板単結晶の中ではそ
の格子定数が12.438Åであるサマリウム・ガリウム・ガ
ーネット（SGG）だけがこれに使用されるものとされ、
実用化されている。しかし、このSGGについてはチョク
ラルスキー法における単結晶引上げ時に結晶がねじれる
という現象が起るためにその製造が難しく、生産性がわ
るいという欠点があるため、これ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） 結晶の格子定数がカートリッジ構造をもつ磁性膜
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12.42〜12.45Å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12.383
Å、12.508Å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、従来公知の各種の基板単結晶の中ではそ
の格子定数が12.438Åであるサマリウム・ガリウム・ガ
ーネット（SGG）だけがこれに使用されるものとされ、
実用化されている。しかし、このSGGについてはチョク
ラルスキー法における単結晶引上げ時に結晶がねじれる
という現象が起るためにその製造が難しく、生産性がわ
るいという欠点があるため、これに代る基板単結晶の提
供が求められている。
そのため、この種の基本単結晶についてはGd3-xCaxGa
5-xZrxO12 （こゝにｘは0.2≦ｘ≦０＞0.8）で示される組成物の融
液から希土類金属ガーネット単結晶を生長させる方法が
提案されている（特公昭56-32276号公報参照）が、この
方法ではその格子定数を生長の始めから終りまで同じに
するために各成分の結晶の上部と下部の間の偏析係数を
約１にすることが必要であるのにも拘らず、この種の単
結晶では置換成分の範囲が小さく、またCa/Zrの濃度が
限定されるので非常に煩雑で困難な作業が要求される。
また、結晶の口径が大きくなるに従い、この偏析係数が
１から外れることが多く大口径で長尺の結晶の製造時に
は同一結晶内で格子定数が異なるようになるという問題
点がある。
5-xZrxO12 （こゝにｘは0.2≦ｘ≦０＞0.8）で示される組成物の融
液から希土類金属ガーネット単結晶を生長させる方法が
提案されている（特公昭56-32276号公報参照）が、この
方法ではその格子定数を生長の始めから終りまで同じに
するために各成分の結晶の上部と下部の間の偏析係数を
約１にすることが必要であるのにも拘らず、この種の単
結晶では置換成分の範囲が小さく、またCa/Zrの濃度が
限定されるので非常に煩雑で困難な作業が要求される。
また、結晶の口径が大きくなるに従い、この偏析係数が
１から外れることが多く大口径で長尺の結晶の製造時に
は同一結晶内で格子定数が異なるようになるという問題
点がある。
本発明はこのような不利を伴わない生産性のよい、ガー
ネット製造体をエピタキシャル生長させるための基板単
結晶に関するもので、これは式 Gdx-yCayGa8-x-yZryO12 （こゝにｘ、ｙは3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧ｙ＞０の数）で
示される酸化物ガーネット単結晶に関する。
ネット製造体をエピタキシャル生長させるための基板単
結晶に関するもので、これは式 Gdx-yCayGa8-x-yZryO12 （こゝにｘ、ｙは3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧ｙ＞０の数）で
示される酸化物ガーネット単結晶に関する。
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12.42〜12.45Å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、式
Gdx-yCayGa8-x-yZryO12 （こゝにｘ、ｙは3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧ｙ＞０の数）で
示される酸化物ガーネット単結晶が格子定数12.42〜12.
45Åのもので上記したビスマス置換磁性ガーネット膜の
格子常数と近似するものであり、したがってミスマッチ
も少なくなるということを見出すと共に、このものは２
インチφ以上の口径の単結晶においても上部と下部の各
成分について偏析係数が略々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12.42〜12.45Å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、式
Gdx-yCayGa8-x-yZryO12 （こゝにｘ、ｙは3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧ｙ＞０の数）で
示される酸化物ガーネット単結晶が格子定数12.42〜12.
45Åのもので上記したビスマス置換磁性ガーネット膜の
格子常数と近似するものであり、したがってミスマッチ
も少なくなるということを見出すと共に、このものは２
インチφ以上の口径の単結晶においても上部と下部の各
成分について偏析係数が略々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して本発明を完成させた。
本発明の酸化物ガーネット単結晶は前記した式で示され
るものであるが、このｘ、ｙ値を3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧
ｙ＞０の範囲で種々変えたものをチョクラルスキー法で
製造し、これらから切り出したウェ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、12.4
32Åであって前記したBi、Ｒ、Fe、Ｍ、の陽イオン酸化
物からなる式 (BiR)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12.42〜12.45Åと略々マッチするもので
あるし、各成分の偏析係数がこの結晶の上部と下部の部
分の重量分析値からCa、Zrのいずれについてもほゞ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。
るものであるが、このｘ、ｙ値を3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧
ｙ＞０の範囲で種々変えたものをチョクラルスキー法で
製造し、これらから切り出したウェ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、12.4
32Åであって前記したBi、Ｒ、Fe、Ｍ、の陽イオン酸化
物からなる式 (BiR)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12.42〜12.45Åと略々マッチするもので
あるし、各成分の偏析係数がこの結晶の上部と下部の部
分の重量分析値からCa、Zrのいずれについてもほゞ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、Zrの４種からなるののとされる
が、このものはガーネット構造の｛Ｃ｝サイトにGd、C
a、［ａ］サイトにGd、Ca、Ga、（ｄ）サイトにGaを配
置したものと考えられるので、これには式 Gdx-yCayGa8-x-yZryO12（ｘ、ｙは前記した通り）で示
される組成物の融液から生長させられるものとされる
が、このものはGd2O3、CaO、Ga2O3およびZrO2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、Zrの４種からなるののとされる
が、このものはガーネット構造の｛Ｃ｝サイトにGd、C
a、［ａ］サイトにGd、Ca、Ga、（ｄ）サイトにGaを配
置したものと考えられるので、これには式 Gdx-yCayGa8-x-yZryO12（ｘ、ｙは前記した通り）で示
される組成物の融液から生長させられるものとされる
が、このものはGd2O3、CaO、Ga2O3およびZrO2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。
また、本発明者らはこの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た結果、これにはチョ
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およびZrO2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
れらの配合比は目的とする単結晶を得るために式 Gdx-yCayGa8-x-yZryO12（ｘ、ｙは前記したとおり）で
示される組成物の融液となるようにGd2O3、CaO、Ga
2O3、ZrO2のモル％を規定すればよい。これらはそれぞ
れ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1,70
0〜1,800℃に加熱して溶融させればよい。
的な製造方法について種々検討した結果、これにはチョ
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およびZrO2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
れらの配合比は目的とする単結晶を得るために式 Gdx-yCayGa8-x-yZryO12（ｘ、ｙは前記したとおり）で
示される組成物の融液となるようにGd2O3、CaO、Ga
2O3、ZrO2のモル％を規定すればよい。これらはそれぞ
れ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1,70
0〜1,800℃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
ればよく、必要に応じて酸素、CO2を含有させてもよ
い。また、単結晶引上げに使用される種子結晶は目的と
する単結晶と同一の組成のものとすればよいが、これは
ガドリニウウ・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
ればよく、必要に応じて酸素、CO2を含有させてもよ
い。また、単結晶引上げに使用される種子結晶は目的と
する単結晶と同一の組成のものとすればよいが、これは
ガドリニウウ・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単結晶は、大口径で長
尺でも、前記したようにその結晶格子定数が約12.43Å
であり、偏析係数も略々１であるということから、式(B
iR)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。
尺でも、前記したようにその結晶格子定数が約12.43Å
であり、偏析係数も略々１であるということから、式(B
iR)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。
次に本発明の実施例をあげる。
実施例 外径80mm、高さ50mmのイリジウムるつぼ中に、融液を形
成する組成物が式 Gd2.75Ca0.3Ga4.65Zr0.3O12およびGd2.8Ca0.3Ga4.6Zr
0.3O12となるようなモル比でGd2O3、CaO、Ga2O3およびZ
rO2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10
rpmの回転下に５〜6mm/時の速度で引上げて直径約50mm
の単結晶引上げを行ない、得られた透明な酸化物ガーネ
ット単結晶の格子定数をくらべたところ、これらはそれ
ぞれ12.431Å、12.432Åであり、これらについての結晶
の上部と下部のCaとZrの重量分析結果からその偏析係数
をしらべたところ、これについては1.0の値が得られ
た。
成する組成物が式 Gd2.75Ca0.3Ga4.65Zr0.3O12およびGd2.8Ca0.3Ga4.6Zr
0.3O12となるようなモル比でGd2O3、CaO、Ga2O3およびZ
rO2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10
rpmの回転下に５〜6mm/時の速度で引上げて直径約50mm
の単結晶引上げを行ない、得られた透明な酸化物ガーネ
ット単結晶の格子定数をくらべたところ、これらはそれ
ぞれ12.431Å、12.432Åであり、これらについての結晶
の上部と下部のCaとZrの重量分析結果からその偏析係数
をしらべたところ、これについては1.0の値が得られ
た。
Claims (1)
- 【請求項１】式Gdx-yCayGa8-x-yZryO12 （ここにｘ、ｙは3.2≧ｘ＞3.0、0.8≧ｙ＞０の数）で
示される酸化物ガーネット単結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246837A JPH0793212B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP63246837A JPH0793212B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 酸化物ガーネット単結晶 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294608A JPH0294608A (ja) | 1990-04-05 |
| JPH0793212B2 true JPH0793212B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=17154433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63246837A Expired - Fee Related JPH0793212B2 (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) | JPH0793212B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302559A (en) * | 1989-02-17 | 1994-04-12 | U.S. Philips Corporation | Mixed crystals of doped rare earth gallium garnet |
| JPH03183698A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-08-09 | Komatsu Ltd | 酸化物単結晶基板およびこれを用いた超伝導体装置およびその製造方法 |
| DE69111723T2 (de) * | 1990-09-14 | 1996-04-11 | Komag Inc | Quasiamorphe oder amorphe dielektrische Schicht aus Zirkoniumdioxid für optische oder magnetooptische Speichermedien. |
| JP3250365B2 (ja) * | 1994-04-07 | 2002-01-28 | 株式会社村田製作所 | 液相エピタキシャル成長装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5632276A (en) * | 1979-08-21 | 1981-04-01 | Nippon Sekiyu Hanbai Kk | Storage tank for heavy oil |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP63246837A patent/JPH0793212B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0294608A (ja) | 1990-04-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |