JPH085754B2 - 酸化物ガーネット単結晶エピタキシヤル基板およびその製造方法 - Google Patents

酸化物ガーネット単結晶エピタキシヤル基板およびその製造方法

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JPH085754B2
JPH085754B2 JP1093357A JP9335789A JPH085754B2 JP H085754 B2 JPH085754 B2 JP H085754B2 JP 1093357 A JP1093357 A JP 1093357A JP 9335789 A JP9335789 A JP 9335789A JP H085754 B2 JPH085754 B2 JP H085754B2
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【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エピタキシャル基
板、特には基板の両面にそれぞれ異なる組成の酸化物ガ
ーネット単結晶膜を成長させてなることから、ファラデ
ー回転係数の温度変化の殆んどない磁気光学素子として
有用とされる酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル基
板およびその製造方法に関するものである。
[従来の技術] 光アイソレーター用の磁気光学素子としてはガドリニ
ウム・ガリウム・ガーネットなどの基板上に液相エピタ
キシャル法でYIGまたはBi置換したYIG膜を設けたものが
用いられているが、これらの光アイソレーターは広範囲
の温度で使用するとそのファラデー回転角が温度変化を
受け易く実用上に問題がある。
そのため、これについてはエピタキシャル磁性膜の組
成を変えて温度係数の改善を計る方法が提案されてお
り、これについては温度係数符号が反対である2種の磁
性膜結晶を組合せる方法、基板上に2層エピタキシャル
膜を育成する方法なども提案されている。
[発明が解決しようとする課題] しかし、このエピタキシャル磁性膜の組成を変えると
いう方法は基板とエピタキシャル磁性膜との格子定数を
合致させるという条件を同時に満たす必要があるために
この組成の設計が難しいという不利があり、温度係数符
号が反対の2種の磁性膜結晶を組合せる方法は接合面に
おける光の反射による挿入損失が増加するし、基板上に
2層エピタキシャル膜を育成する方法には最初に育成し
たエピタキシャル膜が熱ショックにより割れ易いという
欠点がある。
[課題を解決するための手段] 本発明はこのような不利、欠点を解決した酸化物ガー
ネット単結晶エピタキシャル基板に関するもので、これ
は液相エピタキシャル法により基板の両面に組成が異な
り、ファラデー回転係数の温度係数符号が互いに反対の
ものである酸化物ガーネット単結晶膜を成長させてなる
酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル基板および基板
を酸化物ガーネット融液面と平行に配置し、該基板の片
面に酸化物ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル法
で成長させたのち、該基板の反対面にこの酸化物ガーネ
ット単結晶とは組成が異なり、ファラデー回転係数の温
度係数符号が互いに反対である酸化物ガーネット単結晶
膜を液相エピタキシャル法で成長させることを特徴とす
る酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル基板の製造方
法に関するものである。
すなわち、本発明者は温度変化の小さいファラデー回
転係数を有する磁気光学素子として有用とされる酸化物
ガーネット単結晶エピタキシャル基板を開発すべく種々
検討した結果、これについては基板の両面に液相エピタ
キシャル法で組成の異なる酸化物ガーネット単結晶膜、
特にはファラデー回転係数の温度変化符号が反対である
酸化物ガーネット単結晶膜を成長させれば互いに打消し
合い温度変化の小さいにファラデー回転係数を有する磁
気光学素子として有用されるものが得られることを見出
し、この製造方法についても研究を進めて本発明を完成
させた。
以下にこれをさらに詳述する。
[作 用] 本発明の酸化物ガーネット単結晶膜を育成させるため
に使用されるガーネット基板単結晶はガドリニウム・ガ
リウム・ガーネット(以下GGGと略記する)、サマリウ
ム・ガリウム・ガーネット(以下SGGと略記する)、ネ
オジム・ガリウム・ガーネット(以下NGGと略記す
る)、上記したGGGにCa,Mg,Zrの少なくとも1つで置換
したGGG系のSOG,NOG[いずれも信越化学工業(株)商品
名]とすればよく、これらはGd2O3,Sm2O3,Nd2O3または
必要に応じCaO,,MgO,ZrO2などの置換材をそれぞれGa2O3
の所定量と共にルツボに仕込み、高周波誘導で各々の融
点以上に加熱して溶融したのち、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得ることが
できる。
また、この基板単結晶上に液相エピタキシャル法でエ
ピタキシャル成長させる酸化物ガーネット単結晶は、組
成の異なる2種の酸化物ガーネット単結晶膜とし、これ
らを基板単結晶の両面に成長させる必要があるが、これ
らはファラデー回転角の温度係数が反対のものとするこ
とが必要とされる。
したがってこの基板の片面に成長させる酸化物ガーネ
ット単結晶は(R1R2(FeM15O12で示され、R1がD
y,Tb,Eu,Hoの少なくとも1種を含む希土類元素、R2がD
y,Tb,Eu,Hoを含まない希土類元素またはBi元素、M1がゼ
ロまたはAl,Ga,Sc,Inの少なくとも1種を含む金属元素
でR2=0の場合もある、ファラデー回転各の温度係数が
正であるものとされるが、これにはTb3Fe5O12,Eu3Fe5O
12,Bi1.0Tb1.7Yb0.3Fe5O12などが例示される。
また、この基板の他の面に成長させる酸化物ガーネッ
ト単結晶は(BiR2(FeM25O12で示され、R2は前記
と同じであり、M2はAl、Ga、Sc、Inの少なくとも1種を
含む金属である、ファラデー回転角の温度係数が負であ
るものとされるが、これにはBi1.1Gd1.9Fe4.63Ga0.30Al
0.07O12,Bi1.0Gd2.0Fe4.1Al0.4Ga0.5O12などが例示され
る。
本発明の酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル基板
は前記したガーネット単結晶基板の両側に上記した組成
の異なる2種の酸化物ガーネット単結晶を液相エピタキ
シャル法で成長させることによって得られるが、このも
のは基板の両面に成長された酸化物ガーネット単結晶膜
がファラデー回転係数の温度係数が正と負のものである
ので、互いに打消し合うためにこのエピタキシャル基板
の温度係数はほぼ0となり、したがってファラデー回転
係数の温度変化が殆んどないものとなるので磁気光学素
子として有用なものとなるが、この2種の酸化物ガーネ
ット単結晶膜の組合せについてはTb3Fe5O12とBi1.1Gd
1.9Fe4.63Ga0.30Al0.07O12との組合せ、Bi1.0Tb1.7Yb
0.3Fe5O12とB1.0Gd2.0Fe4.1Al0.4Ga0.5O12との組合せ
が好ましいものとされる。
つぎに本発明の酸化物ガーネット単結晶エピタキシャ
ル基板の製造は、まず前記した式(R1R2(FeM15O
12で示される酸化物ガーネットを構成する元素の酸化物
をフラックス成分としてのPbO,B2O3と共に白金ルツボ中
に仕込み、900〜1,300℃に加熱して溶融させたのち、GG
Gなどの単結晶基板をこの融液の表面にほぼ平行な位置
させ、液相エピタキシャル法でその片面にこの(R1R2
(FeM15O12で示される酸化物ガーネット単結晶を成
長させたのち、必要に応じこのエピタキシャル成長面を
コロイダルシリカを用いて数μm程度研磨し、清浄化し
てこの面を清浄とし、つぎに式(BiR2(FeM25O12
で示される酸化物ガーネットを構成する元素の酸化物を
用いて上記と同様の方法で融液を作り、この片面に酸化
物ガーネット単結晶膜を成長させた基板の他の面をこの
融液の表面とほぼ平行に位置させ、上記と同じ液相エピ
タキシャル法でこの面に(BiR2(FeM25O12で示さ
れる酸化物ガーネット単結晶膜を成長させ、この面を上
記と同じように研磨し、清浄化させることによって行え
ばよく、これによれば2種の酸化物ガーネット単結晶膜
を組合せたときに生ずる挿入損失の増大現象がなく、ま
た基板上に酸化物ガーネット単結晶膜を2層に成長させ
たときに生ずるクラックの発生がなく、ファラデー回転
角の温度係数が極めて小さいという特性をもつものを容
易に得ることができるという有利性が与えられる。
[実施例] つぎに本発明の実施例をあげる。
実施例1 エピタキシャル膜を形成させる酸化物ガーネット単結
晶成分としてのTb4O7,Fe2O3のそれぞれの所定量をフラ
ックス成分としてのPbO,B2O3と共に白金ルツボに仕込
み、1,100℃に加熱してこれらを溶融させ、GGGの一部を
Ga,Zr,Mgで置換したNOG(前出)ウエーハを基板として
この(111)面の片面を上記融液面と平行となるように
配置し、この面に融液から液相エピタキシャル法でTb3F
e5O12で示される酸化物ガーネット単結晶膜を厚さ約500
μmに成長させたのち、コロイダルシリカを用いてその
表面を約8μm研磨して表面の曇りなどの汚れを取り除
いた。
ついで別の白金ルツボ中にBi2O3,Gd2O3,Fe2O3,Al2O3,
Ga2O3のそれぞれの所定量をフラックス成分としてのPb
O,B2O3と共に仕込み、1,100℃に加熱してこれらを溶融
させ、上記で片面にTb3Fe5O12の酸化物ガーネット単結
晶膜を成長させたNOGウエーハの他の面をこの融液表面
と平行になるように配置し、この面にこの融液からの液
相エピタキシャル法でBi1.1Gd1.9Fe4.63Ga0.30Al0.07O
12で示される酸化物ガーネット単結晶膜を厚さ約210μ
mに成長させ、コロイダルシリカを用いてその表面を約
5μm研磨して表面の曇りなどの汚れを取り除いて、NO
Gウエーハの両面に組成の異なる酸化物ガーネット単結
晶膜をエピタキシャル成長させた酸化物ガーネット単結
晶エピタキシャル基板を作り、このもののファラデー回
転角を−20℃から60℃の範囲で測定したところ、これは
略々一定の値できわめて変化の小さいものであることが
確認された。
実施例2 エピタキシャル膜を形成させる酸化物ガーネット単結
晶成分としてのBi2O3,Tb4O7,Yb2O3,Fe2O3のそれぞれの
所定量をフラックス成分としてのPbO,B2O3と共に白金ル
ツボに仕込み、1,100℃に加熱して溶融させ、GGGの一部
をCa,Zr,Mgで置換したNOG(前出)ウエーハを基板とし
てこの(111)面の片面を上記融液と平行になるように
配置し、この面に融液から液相エピタキシャル法でBi
1.0Tb1.7Yb0.3Fe5O12で示される酸化物ガーネット単結
晶膜を厚さ約230μmで成長させたのち、コロイダルシ
リカを用いてその表面を約5μm研磨して表面の曇りな
どの汚れを取り除いた。
ついで別の白金ルツボ中にBi2O3,Gd2O3,Fe2O3,Al2O3,
Ga2O3のそれぞれの所定量をフラックス成分としてのPb
O,B2O3と共に仕込み、1,100℃に加熱してを溶融し、上
記で片面にBi1.0Tb1.7Yb0.3Fe5O12で示される酸化物ガ
ーネット単結晶膜を成長させたNOGウエーハの他の面を
この融液表面と平行になるように配置し、この面にこの
融液から液相エピタキシャル法でBi1.0Gd2.0Fe4.1Al0.4
Ga0.5O12で示される酸化物ガーネット単結晶膜を厚さ33
0μmに成長させ、コロイダルシリカを用いてその表面
を約5μm研磨してその表面の曇りなどの汚れを取り除
いて、NOGウエーハの両面に組成の異なる酸化物ガーネ
ット単結晶膜をエピタキシャル成長させた酸化物ガーネ
ット単結晶エピタキシャル基板を作り、このもののファ
ラデー回転角を−20℃から60℃の範囲で測定したとこ
ろ、これは略々一定の値できわめて変化の小さいもので
あることが確認された。
[発明の効果] 本発明の酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル基板
は前記したように、基板の両面にそれぞれ異なる組成の
酸化物ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル法で成
長させたものであり、これらの酸化物ガーネット単結晶
膜がファラデー回転係数の温度計数符号が互に反対のも
のとされるし、ファラデー回転角の温度係数が極めて小
さいものとなり、さらにはこのものは挿入損失の増大現
象がなく、基板上に酸化物ガーネット単結晶を2層に成
長させるときに生じるクラッチの発生もなくなるので、
このものは光アイソレーターなどの磁気光学素子として
有用とされるという工業的有利性をもつものとなる。
また、この酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル基
板は酸化物ガーネットの融液表面に基板を平行に配置し
て液相エピタキシャル法でその片面に酸化物ガーネット
単結晶膜を成長させ、ついでこの他の面にも同様の方法
で別種の酸化物ガーネット単結晶膜を成長させるという
方法で得られるので、目的とする酸化物ガーネット単結
晶エピタキシャル基板を工業的に容易に得ることができ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液相エピタキシャル法により基板の両面
    に、組成が異なり、ファラデー回転係数の温度係数符号
    が互いに反対のものである酸化物ガーネット単結晶膜を
    成長させてなることを特徴する酸化物ガーネット単結晶
    エピタキシャル基板。
  2. 【請求項2】基板面に成長する酸化物ガーネット単結晶
    の組成が、片面が(R1R2(FeM15O12、他面が(Bi
    R2(FeM25O12(ここにR1はDy、Tb、Eu、Hoの少な
    くとも1種を含む希土類元素、R2はDy、Tb、Eu、Hoを含
    まない希土類元素またはBi元素でR2=0のときもある、
    M1はゼロまたはAl、Ga、Sc、Inの少なくとも1種から選
    択される元素、M2はAl、Ga、Sc、Inの少なくとも1種か
    ら選択される元素)である請求項1に記載の酸化物ガー
    ネット単結晶エピタキシャル基板。
  3. 【請求項3】基板面に成長する酸化物ガーネット単結晶
    の組成が、片面Tb3Fe5O12で示されるものであり、他面
    がBi1.1Gd1.9Fe4.63Ga0.30Al0.07O12で示されるもので
    ある請求項1に記載の酸化物ガーネット単結晶エピタキ
    シャル基板。
  4. 【請求項4】基板面に成長する酸化物ガーネット単結晶
    の組成が、片面Bi1.0Tb1.7Yb0.3Fe5O12であり、他面がB
    i1.0Gd2.0Fe4.1Al0.4Ga0.5O12で示されるものである請
    求項1に記載の酸化物ガーネット単結晶エピタキシャル
    基板。
  5. 【請求項5】基板を酸化物ガーネット融液面と平行に配
    置し、該基板の片面に酸化物ガーネット単結晶膜を液相
    エピタキシャル法で成長させたのち、該基板の反対面に
    この酸化物ガーネット単結晶とは組成が異なり、ファラ
    デー回転係数の温度係数符号が互いに反対である酸化物
    ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル法で成長させ
    ることを特徴とする請求項1に記載の酸化物ガーネット
    単結晶エピタキシャル基板の製造方法。
JP1093357A 1989-04-13 1989-04-13 酸化物ガーネット単結晶エピタキシヤル基板およびその製造方法 Expired - Lifetime JPH085754B2 (ja)

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