JPH08253394A - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用の液相エピタキシャル装置 - Google Patents

ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用の液相エピタキシャル装置

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JPH08253394A
JPH08253394A JP5727295A JP5727295A JPH08253394A JP H08253394 A JPH08253394 A JP H08253394A JP 5727295 A JP5727295 A JP 5727295A JP 5727295 A JP5727295 A JP 5727295A JP H08253394 A JPH08253394 A JP H08253394A
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JP
Japan
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substrate
oven
single crystal
bismuth
rare earth
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Application number
JP5727295A
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English (en)
Inventor
Kazushi Shirai
一志 白井
Norio Takeda
憲夫 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】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育成において、基板を割ることな
くエピタキシャル成長炉から引き上げるための装置を提
供する。 【構成】エピタキシシャル成長炉上部に徐冷炉を設置す
る。 【効果】基板の割れが防止され、歩留まりの向上が図ら
れた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光アイソレータのファ
ラデー回転子に用いられるビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶を製造するための液相エピタキシャル装置に
関する。更に詳しく言えば、本発明は液相エピタキシャ
ル装置の稼働率を向上させ、かつ液相エピタキシャル法
で製造されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を
歩留り良く得るための液相エピタキシャル装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信の発展はめざまし
いものがある。この光ファイバ通信を支えるキイーデバ
イスの一つに、光アイソレータがある。光アイソレータ
とは、光ファイバ通信の信号に用いられる半導体レーザ
の発振を安定化させるための光デバイスの一種で、ファ
ラデー回転子とファラデー回転子を磁気的に飽和させる
ための永久磁石、および偏光子と検光子で構成される。
【0003】通常光アイソレータ用ファラデー回転子と
しては、液相エピタキシャル(以下「LPE」と記す)
法で育成される厚さが数十μm以上のビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶(以下、「BIG」と記す)の厚
膜、例えば (HoTbBi)3Fe5O12などが用いられている。L
PE法によるBIGの育成は、通常、図3に示されるよ
うなLPE装置を用いて、以下のように行われる。
【0004】まず、縦型管状炉からなるLPE装置の中
央に、貴金属製の坩堝を備えつけ、希土類鉄ガーネット
成分の酸化物、例えば酸化第二鉄や希土類酸化物と、フ
ラックス成分として、例えば酸化鉛、酸化ホウ素および
酸化ビスマスを仕込む。そして 1,000℃程度の高温でこ
れら酸化物を溶解させBIG育成用の融液とする。その
後、融液温度を 800℃前後に降下させ過飽和状態に保
つ。耐熱性シャフトの先端に設けた基板ホルダーに非磁
性ガーネット基板を固定し、これを回転軸に装着する。
回転軸を徐々に降下させて、非磁性ガーネット基板を上
部から LPE炉に導入し、融液と基板片面を接触させる。
融液と接触した基板を回転させながら、基板の片面にB
IGをエピタキシャル成長させる。そして所定の厚さに
BIGを育成した後、基板をLPE炉から引き上げる。
【0005】BIGを育成した基板をLPE炉から取り
出したあとは、次の結晶成長に備えての一連の操作が行
なわれる。即ち、BIG育成に消費され、融液中の酸化
第二鉄や希土類酸化物濃度が低下するので、その濃度低
下分の原料酸化物を融液に補充し、さらに補充成分の溶
解のため、融液温度を再び 1,000℃程度に上昇させ、融
液の攪拌を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】通常、BIGを育成す
るLPE温度条件は 700〜800 ℃である。このような高
温状態のLPE炉から、厚さ20μm以上のBIGを育成
したガーネット基板(以下、「BIG育成基板」と記
す)を急に取り出すと、基板が割れるという問題があっ
た。基板が割れると、BIGから得られるファラデー回
転子(用途によって大きさは様々であるが、通常 1.5mm
×1.5mm 〜 5mm×5mm )の数が少なくなる。言い替えれ
ば、歩留りが低下する。従って、工業生産上、基板の割
れは極力防止する必要がある。
【0007】基板が割れる理由は、BIGとガーネット
基板との熱膨張係数が異なるため、冷却過程でBIG膜
とガーネット基板との間に急激な応力がかかるためであ
る。BIG育成基板を、割れないようにLPE炉から引
き上げ、そして室温まで冷却するためには、1時間前後
という長い時間をかけて、基板を非常にゆっくりとLP
E炉から取り出す必要があった。しかしながら基板を非
常にゆっくりとLPE炉から取り出しても、特に数百μ
mという厚いBIG育成基板の場合は、しばしば割れが
発生し、歩留まりの低下を招いていた。この場合の割れ
の原因は、引き上げたBIG育成基板の下面(BIGが
育成された面) がLPE炉からの放熱で加熱されるのに
対し、上部は空気で冷却されるためではないかと推定さ
れる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、光アイソ
レータ用ファラデー回転子に使用される厚さが20μm以
上のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜育成に
おいて、歩留まりの低下を招く基板の割れの問題を解決
すべく鋭意検討を重ねた。その結果、LPE炉上部にL
PE炉とは別に加熱装置を設け、この加熱装置に20μm
以上のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜を育
成したガーネット基板を収納し、室温まで基板を徐冷す
ることで、上記課題を解決するに至った。
【0009】すなわち、本発明は、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育成用
の縦型管状炉の上蓋の上に着脱自在に徐冷炉を設けてな
ることを特徴とするビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶育成用の液相エピタキシャル装置であり、該徐冷炉
が、少なくとも加熱ヒーター、育成したビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶の基板ホルダーシャフトを固定
する機構および下部蓋を有するものである液相エピタキ
シャル装置である。
【0010】LPE炉上部に設置された基板の徐冷のた
めの加熱装置(以下、徐冷装置と略す)と操作の概略を
図1、図2に示した。厚さ20μm以上のビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶が育成されたガーネット基板
(BIG育成基板)を、LPE炉から引き上げ(図1)
て徐冷炉に収納し、徐冷炉の下蓋を閉める。そして徐冷
炉に設けた基板ホルダーシャフトの支持棒にシャフトを
固定し、基板ホルダーを支持していたアルミナシャフト
をLPEの回転軸から外す。ついで徐冷炉をLPE上部
から左右どちらかに水平移動させる(図2)。この結
果、徐冷炉をLPE炉上部から移動した後は、LPE炉
上部に障害物は無くなるので、融液への原料酸化物の補
充や融液の攪拌を、自由に行うことが可能となる。他
方、BIG育成基板は、徐冷炉内で数時間程度の時間を
かけて室温付近の温度まで冷却し、割れない状態で取り
出すことができる。
【0011】ここで、BIG育成基板を徐冷炉内に収容
する際の徐冷炉内温度としては育成したBIGの厚さに
よるが、通常、 300℃以上が好ましい。さらに、好まし
くは400℃以上である。 300℃以下ではBIG育成基板
がしばしば徐冷炉内で割れることがある。BIG育成基
板を徐冷炉内に収容したのち、徐冷炉温度を 300℃以上
の高温から室温付近まで温度を降下させる時間は、BI
Gの厚さが厚くなるほど、長くとるのが好ましい。具体
的にはBIGの厚さが20〜100 μmの場合、1時間程
度、300〜400 μm程度の厚さのものでは、2〜3時間
程度が好ましい。温度を降下させる時間が短いと、BI
Gが育成された基板がしばしば徐冷炉内で割れることが
ある。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例によって、その実施態
様と効果を具体的に、かつ詳細に説明するが、以下の例
は、具体的に説明するものであって、本発明の実施態様
や発明の範囲を限定するものとしては意図されていな
い。 実施例1 内径22cm、外径100cm 、高さ100cm の縦型管状炉からな
るLPE炉の上部に図1に示したように、内径30cm、外
形40cm、高さ40cmで二つ割の徐冷炉を設けた装置を用い
て、(HoTbBi)3Fe5O12 単結晶の厚膜を作製した。LPE
炉の上部には耐火物からなる厚さ 6cmの上蓋が置かれて
あり、その上蓋と徐冷炉の間隔は 1cmである。
【0013】まず、LPE炉のほぼ中央に備え付けられ
た容量 1500ml(ミリリットル) の白金製ルツボに、酸化鉛(Pb
O, 4N(フォーナイン)) 2700g 、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N) 240
0g 、酸化第2鉄(Fe2O3, 4N) 340g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 120g 、酸化テルビウム(Tb4O7, 3N〕17g 、酸化ホル
ミウム(Ho2O3, 3N) 23g を仕込んだ。これを 1,000℃に
加熱溶融して十分に撹拌して均一に混合した後、融液温
度 768℃にまで冷却してビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶育成用融液とした。
【0014】得られた融液表面に、常法に従って、厚さ
が 500μmで、格子定数が 12.497±0.002 Åで2イン
チの (111)ガーネット単結晶(GdCa)3(GaMgZr)5O12 基板
の片面を接触させ、融液温度を 768℃に維持し、かつ基
板を毎分60回転の速度で回転させながらエピタキシャル
成長を18時間行った。エピタキシャル成長終了後、基板
を融液表面から 1cmだけ引き上げた。そして毎分 300回
転の速度で基板を回転させ、ビスマス置換鉄ガーネット
単結晶に付着した融液を振り切った。融液を振り切った
後、LPE上部の上蓋を開け、基板を毎秒10cmの速度で
上昇させてLPE炉内から取り出すとともに、あらかじ
め 500℃に加熱されている徐冷炉中に取り込んだ。
【0015】徐冷炉に基板を収納した後、基板ホルダー
を支えているアルミナシャフトを回転軸から取り外し、
代わりに徐冷炉の支持棒に固定した。そして、徐冷炉を
LPE上部から右方に移動せ、すばやく徐冷炉の下蓋を
した。下蓋をしたのち、徐冷炉は1時間当たり 150℃の
速度で冷却した。そして70℃付近の温度に達した時点
で、収容されていた基板を取り出したが、基板に割れは
見られなかった。この基板に成長した(HoTbBi)3Fe5O12
単結晶膜の厚さは 408μmであった。
【0016】比較例1 実施例1と全く同一の条件で、(HoTbBi)3Fe5O12 膜のエ
ピタキシャル成長を18時間行った。エピタキシャル成長
終了後、基板を融液表面から 1cmだけ引き上げた。そし
て毎分 300回転の速度で基板を回転させ、ビスマス置換
鉄ガーネット単結晶に付着した融液を振り切った。融液
を振り切った後、LPE炉上部の上蓋を開け、徐冷炉を
使用せずに基板を毎秒10cmの速度で上昇させてLPE炉
内から取り出した。上蓋から60cmの位置まで基板を引き
上げたところ、基板が割れてバラバラになった。
【0017】比較例2 実施例1と全く同一の条件で、(HoTbBi)3Fe5O12 膜のエ
ピタキシャル成長を18時間行った。エピタキシャル成長
終了後、基板を融液表面から 1cmだけ引き上げた。そし
て毎分 300回転の速度で基板を回転させ、ビスマス置換
鉄ガーネット単結晶に付着した融液を振り切った。融液
を振り切った後、LPE炉上部の上蓋を開け、徐冷炉を
使用せずに基板を毎秒 1mmの速度で上昇させてLPE炉
内から取り出した。上蓋から60cmの位置まで基板を引き
上げたところ、基板が二つに割れた。室温まで冷却した
後、基板を詳細に調べたところ、3箇所にひびが入って
いた。
【0018】比較例3 実施例1と全く同一の条件で、(HoTbBi)3Fe5O12 膜のエ
ピタキシャル成長を18時間行った。エピタキシャル成長
終了後、基板を融液表面から 1cmだけ引き上げた。そし
て毎分 300回転の速度で基板を回転させ、ビスマス置換
鉄ガーネット単結晶に付着した融液を振り切った。融液
を振り切った後、LPE炉上部の上蓋を開け、徐冷炉を
使用せずに基板を毎秒 0.2mmの速度で上昇させてLPE
炉内から取り出した。以上の条件での製膜を5回行った
が、そのうち2回はまったく割れずに引き上げられた。
2回は基板引き上げ時に二つに割れた。1回は見かけ上
割れずに上がったが、2箇所にひびが入っていた。
【0019】
【効果】本発明によれば、光アイソレータ用ファラデー
回転子に使用される厚さが20μm以上のビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶厚膜育成において、歩留まりの
低下をもたらす基板の割れが防止できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】徐冷炉を設置した液相エピタキシャル装置に、
BIG育成基板を収納する直前の状態を示す模式図であ
る。
【図2】徐冷炉にBIG育成基板を収納し、該徐冷炉を
LPE炉の上蓋上から横に移動させた状態を示す模式図
である。
【図3】一般的な液相エピタキシャル装置の一例を示す
模式図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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育成用の縦型管状炉の上蓋
    の上に着脱自在に徐冷炉を設けてなることを特徴とする
    ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用の液相エ
    ピタキシャル装置。
  2. 【請求項2】 該徐冷炉が、少なくとも加熱ヒーター、
    育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の基板
    ホルダーシャフトを固定する機構および下部蓋を有する
    ものである請求項1記載の液相エピタキシャル装置。
JP5727295A 1995-03-16 1995-03-16 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用の液相エピタキシャル装置 Pending JPH08253394A (ja)

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JP5727295A JPH08253394A (ja) 1995-03-16 1995-03-16 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用の液相エピタキシャル装置

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JP5727295A Pending JPH08253394A (ja) 1995-03-16 1995-03-16 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用の液相エピタキシャル装置

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JP (1) JPH08253394A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006290643A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Granopt Ltd ビスマス置換型磁性ガーネット膜の製造方法
JP2017030982A (ja) * 2015-07-28 2017-02-09 住友金属鉱山株式会社 ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法

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