JPH10139596A

JPH10139596A - 単結晶基板

Info

Publication number: JPH10139596A
Application number: JP29602096A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kawasaki; 克己川嵜; Atsushi Oido; 敦大井戸
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-26

Abstract

(57)【要約】【課題】割れなどの発生のない厚膜状のビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶を、液相エピタキシャル成長
により形成させるための単結晶基板を提供する。【解決手段】一般式Ｍ¹ _xＭ² _yＭ³ _zＯ₁₂ （式中のＭ¹はＣａ、Ｓｒ、Ｃｄ及びＭｎの中から選ば
れた少なくとも１種の金属、Ｍ²はＮｂ、Ｔａ及びＳｂ
の中から選ばれた少なくとも１種の金属、Ｍ³はＧａ、
Ａｌ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｓｉ及びＶの中から選ばれた少なく
とも１種の金属であり、ｘ、ｙ及びｚは以下に示す範囲
の数である。２．９＜ｘ＜３．１１．６＜ｙ＜１．８３．１＜ｚ＜３．３）で表わされる組成を有する単結晶基板とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶を液相エピタキシャル成長させる
ための新規な単結晶基板、さらに詳しくは、ファラデー
回転子などに用いられるビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜を、結晶欠陥及び反りや割れなどの発生を抑
制して、高品質に液相エピタキシャル成長させるために
用いられる単結晶基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバーを用いた通信システ
ムの実用化が急速に進められている。これは、光ファイ
バー通信システムは、従来の電気通信システムに比べ
て、大容量のデータを高速に、かつ低損失で伝送できる
利点を有しているからである。この光ファイバー通信シ
ステムにおいては、光源の半導体レーザーは、外部光に
よって敏感に影響を受け不安定になることが一般に知ら
れているが、光ファイバー通信の低損失化に伴い、近端
だけでなく、遠端からの反射光も半導体レーザーに影響
を及ぼすようになり、したがって、この反射光の影響を
避けるために、光アイソレータの使用が試みられてい
る。この光アイソレータは、一般に偏光子、ファラデー
回転子及び検光子から構成されており、順方向の光を低
損失で通過させるが、逆方向からの入射光の通過を阻止
する機能を有している。

【０００３】このような光アイソレータや、光サーキュ
レータや、光磁界センサーなどに用いられるファラデー
回転子の材料としては、一般に、単結晶基板上に磁性ガ
ーネット単結晶膜をエピタキシャル成長させたものが用
いられている。基板上に成長させる磁性ガーネット単結
晶膜には、所要のファラデー効果が得られるように大き
なファラデー回転係数が望まれ、またエピタキシャル成
長によって良質の単結晶膜を成膜するためには、成膜温
度から室温までの温度域において、基板単結晶と成長す
る単結晶膜との間の格子定数差が極力小さいことが必要
条件となる。

【０００４】磁性ガーネット単結晶膜のファラデー回転
係数は、希土類成分の一部をビスマスで置換することに
より著しく増加することが知られている。ビスマス置換
量の増加は、同時に磁性ガーネット単結晶膜の格子定数
の増加をもたらすため、成膜に用いる基板材料にもより
大きな格子定数が要求され、例えばＣａ、Ｚｒ、Ｍｇな
どを添加して格子定数を大きくしたガドリニウム・ガリ
ウムガーネット（以下ＧＧＧと略記する）が単結晶基板
として用いられている（特公昭６０−４５８３号公
報）。

【０００５】しかしながら、このＣａ、Ｚｒ、Ｍｇなど
を添加したＧＧＧ単結晶基板上に、ビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶を厚膜状に（例えば２００μｍ以
上）成長させようとした場合、成膜中及び成膜後の基板
や単結晶膜に反りや割れなどを生じやすく、成膜時及び
加工時の歩留り低下の原因となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、結晶欠陥や
反り、割れなどの発生のない厚膜状のビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶を、液相エピタキシャル成長によ
り形成させるための単結晶基板を提供することを目的と
してなされたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、品質の良
好な厚膜状のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を
与える単結晶基板について鋭意研究を重ねた結果、特定
の組成を有する単結晶基板が、室温から８５０℃までの
温度領域で、結晶方位＜１１１＞に直交する面内の線熱
膨張係数がビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に極
めて近い値をもつこと、そして、特に膜厚２００μｍ以
上の厚膜のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を
成膜する場合、基板厚１．５ｍｍ以下の条件で、基板や
単結晶膜に割れなどが生じることなく、結晶品質の良好
なビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の成長を可
能にすることを見出し、この知見に基づいて本発明を完
成するに至った。

【０００８】すなわち、本発明は、ビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶を液相エピタキシャル成長させるた
めの基板であって、一般式Ｍ¹ _xＭ² _yＭ³ _zＯ₁₂ （Ｉ）（式中のＭ¹はＣａ、Ｓｒ、Ｃｄ及びＭｎの中から選ば
れた少なくとも１種の金属、Ｍ²はＮｂ、Ｔａ及びＳｂ
の中から選ばれた少なくとも１種の金属、Ｍ³はＧａ、
Ａｌ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｓｉ及びＶの中から選ばれた少なく
とも１種の金属であり、ｘ、ｙ及びｚは以下に示す範囲
の数である。２．９＜ｘ＜３．１１．６＜ｙ＜１．８３．１＜ｚ＜３．３）で表わされる組成を有することを特徴とし、好ましくは
０．１〜１．５ｍｍの厚さをもつ単結晶基板を提供する
ものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の単結晶基板は、ビスマス
置換希土類鉄ガーネット単結晶を液相エピタキシャル成
長させる場合に用いるための基板である。したがって、
本発明の単結晶基板は、その上に形成される単結晶との
格子整合性が良く、かつ線熱膨張係数が、単結晶膜のそ
れに近いという特徴を有する。

【００１０】前記一般式（Ｉ）において、Ｍ¹はＣａ、
Ｓｒ、Ｃｄ及びＭｎの中から選ばれる金属であるが、価
数２＋で安定に存在し、配位数８を取ることができ、こ
の状態でのイオン半径が０．９６〜１．２６Åの範囲に
あるものが好ましい。次に、Ｍ²はＮｂ、Ｔａ及びＳｂ
の中から選ばれる金属であるが、価数５＋で安定に存在
し、配位数６を取ることができ、この状態でのイオン半
径が０．６０〜０．６４Åの範囲にあるものが好まし
い。また、Ｍ³はＧａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｓｉ及びＶ
の中から選ばれる金属であるが、価数３＋、４＋又は５
＋で安定に存在し、配位数４を取ることができ、この状
態でのイオン半径が０．２６〜０．４９Åの範囲にある
ものが好ましい。なお、これらのイオン半径は、シャノ
ン（Ｒ．Ｄ．Ｓｈａｎｎｏｎ）により定められた有効イ
オン半径の値である［「アクタ・クリスタル（Ａｃｔａ
Ｃｒｙｓｔ．），Ａ３２」，７５１，（１９７６）参
照］。これらのＭ¹、Ｍ²及びＭ³はそれぞれ単独の金属
であってもよいし、また２種以上の金属の組み合せであ
ってもよい。さらに、Ｍ¹の金属は、価数及び格子定数
を調整するために、必要に応じ、５０アトミック％未満
の範囲内でその一部を、その組成においてＣａ又はＳｒ
と置換可能な金属Ｍ⁴例えばＣｄ、Ｍｎ、Ｋ、Ｎａ、Ｌ
ｉ、Ｐｂ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、希土類金属及びＢ
ｉの中から選ばれた少なくとも１種、好ましくは配位数
８を取りうるもので置換することができる。また、Ｍ²
は、Ｍ¹の場合と同じように、５０アトミック％未満の
範囲で、その一部を、その組成において、Ｎｂ、Ｔａ又
はＳｂと置換可能な金属Ｍ⁵例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｓ
ｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｉ及びＳｎの中から選ばれた
少なくとも１種、好ましくは配位数６を取りうるもので
置換することができる。このような組成の単結晶基板
は、線熱膨張係数が、その上に形成されるビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶のそれと近似し、また、この
単結晶との格子整合性が良好である。特にｘが２．９８
〜３．０２、ｙが１．６７〜１．７２及びｚが３．１５
〜３．２１の範囲の数であるものが好適である。すなわ
ち、このような組成の単結晶基板の線熱膨張係数は、室
温〜８５０℃において、１．０７×１０^-5／℃程度であ
り、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の同じ温
度範囲の線熱膨張係数１．０８×１０^-5／℃〜１．１０
×１０^-5／℃に非常に近似している。

【００１１】また、この単結晶基板の厚さについては特
に制限はないが、膜厚が２００μｍ以上の厚膜のビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を成膜する場合に
は、成膜時における基板及び単結晶膜の割れや反りなど
の発生が抑制され、品質の良好な単結晶膜が得られる点
で、厚さ１．５ｍｍ以下にするのが良い。単結晶基板の
厚さが１．５ｍｍを超えると、厚さの増加に伴い基板と
単結晶膜の界面近傍でクラックの発生が増加する傾向が
みられる。これは、成膜中の成長条件が、成長界面内で
必ずしも常に均一とはならず、面内で局所的な格子定数
の変動が起ることによると思われる。この格子定数変動
に伴う局所的な応力集中に対し、基板厚が薄い場合、部
分的な変位を生じることによって応力の緩和が得られる
が、基板厚を厚くした場合、部分的な変位も抑制され、
極所的な応力緩和が得られず、クラックによって応力が
緩和されると考えられる。また、基板の厚さがあまり薄
すぎると基板の機械的強度が小さくて、取扱い性が悪く
なるので、厚さ０．１ｍｍ以上のものが好ましい。

【００１２】本発明の単結晶基板の製造方法については
特に制限はなく、従来ＧＧＧ単結晶基板などの製造にお
いて慣用されている方法を採用することができる。例え
ば、まず、前記一般式（Ｉ）におけるＭ¹で示される金
属、Ｍ²で示される金属及びＭ³で示される金属の中か
ら、それぞれ１種又は２種以上選ばれた金属と、場合に
より用いられるＭ⁴で示される金属及びＭ⁵で示される金
属の中から、それぞれ１種又は２種以上選ばれた金属と
を、それぞれ所定の割合で含有する均質な溶融混合物を
調製する。次いで、この溶融混合物中に、例えば長軸方
向が＜１１１＞であるＧＧＧ種子結晶などを液面に対し
て垂直に浸せきし、ゆっくり回転させながら引き上げる
ことにより、多結晶体を形成させる。

【００１３】この多結晶体にはクラックが多数存在する
ので、その中からクラックのない単結晶部分を選択し、
結晶方位を確認したのち、種子結晶として、再度上記溶
融混合物中に、結晶方位＜１１１＞が液面に対して垂直
になるように浸せきし、ゆっくり回転させながら引き上
げることにより、クラックの存在しない単結晶を形成さ
せる。次に、この単結晶を成長方向と垂直に所定の厚さ
に切断し、両面を鏡面研磨したのち、例えば熱リン酸な
どでエッチング処理することにより、本発明の単結晶基
板が得られる。

【００１４】このようにして得られた単結晶基板上に設
けられるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶として
は、一般式Ｂｉ_mＲ_3-mＦｅ_5-nＭ_nＯ₁₂ （ＩＩ）（式中のＲは希土類金属の少なくとも１種、ＭはＧａ、
Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｇｅ及びＭｇの中から
選ばれた少なくとも１種の金属であり、ｍ及びｎは以下
に示す範囲の数である。０＜ｍ＜３．００≦ｎ≦１．５）で表わされる組成のものがある。

【００１５】前記一般式（ＩＩ）においてＲで示される
希土類金属としては、例えばＹ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙ
ｂ、Ｌｕなどが挙げられ、これらは１種含まれていても
よいし、２種以上含まれていてもよい。この単結晶にお
いては、前記Ｒで示される希土類金属の一部はビスマス
で置換されており、このビスマスによる置換の割合はｍ
で表わされ、このｍの値は、０＜ｍ＜３．０の範囲であ
るが、特に０．５〜１．５の範囲にある場合、単結晶の
線熱膨張係数と単結晶基板の線熱膨張係数とが極めて近
似したものになるので、有利である。また、ＭはＦｅと
置換可能な非磁性金属元素で、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓ
ｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｍｇであり、これらは１種含ま
れていてもよく、２種以上含まれていてもよい。この非
磁性金属元素のＦｅとの置換の割合ｎは０〜１．５の範
囲で選ばれる。

【００１６】本発明の単結晶基板上に、上記ビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成させる方法として
は、通常液相エピタキシャル成長法が用いられる。この
液相エピタキシャル成長法により、ビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜を形成させるには、例えば、ま
ず、（１）酸化ビスマスと（２）少なくとも１種の希土
類金属酸化物と（３）酸化鉄と場合により用いられる
（４）Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｇｅ及び
Ｍｇの中から選ばれた少なくとも１種の金属の酸化物と
を、それぞれ所定の割合で含有する均質な溶融混合物を
調製する。この際、通常析出用媒質として酸化鉛のよう
な構成元素が単結晶中に混入してこない低融点化合物を
用いる。また、所望に応じ結晶成長向上剤として酸化ホ
ウ素などを含有させてもよい。

【００１７】次に、この溶融混合物中に、前記単結晶基
板を浸せきすることにより、基板上に該溶融混合物から
単結晶をエピタキシャル成長させる。この際の溶融混合
物の温度は、原料混合物の組成などにより異なるが、通
常は６００〜１０００℃の範囲で選ばれる。また、基板
は、溶融混合物中に静置してエピタキシャル成長させて
もよいし、適当に回転させながらエピタキシャル成長さ
せてもよい。回転させる場合、その回転数は１０〜２０
０ｒｐｍ程度が有利である。また、成膜速度は、通常
０．０８〜０．８μｍ／分程度である。浸せき時間は、
成膜速度及び所望の膜厚などにより異なり、一概に定め
ることはできないが、通常は、１０〜１００時間程度で
ある。

【００１８】エピタキシャル成長終了後、基板を溶融混
合物から引き上げ、付着している溶融混合物を十分に振
り切ったのち、室温まで冷却する。次いで、希硝酸など
の鉱酸水溶液中に浸せきして、形成した単結晶膜表面に
付着している溶融混合物の固化物を取り除いたのち、水
洗、乾燥する。このようにして、基板上に形成された、
前記一般式（ＩＩ）で表わされる組成のビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶膜の厚さは通常１００〜１００
０μｍの範囲である。また、その線熱膨張係数は、室温
〜８５０℃において、１．０８×１０^-5／℃〜１．１０
×１０^-5／℃程度である。

【００１９】このようにして、基板上に形成されたビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶の結晶構造及び組成
は、それぞれＸ線回折及び蛍光Ｘ線による組成分析など
により同定することができる。また、この単結晶の性能
は、これを研磨加工処理したのち、その両面に無反射膜
を設け、ファラデー回転係数、透過損失及び温度特性な
どを求めることにより、評価することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の単結晶基板を用いて、その上に
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を液相エピタ
キシャル成長法させると、基板や単結晶膜の割れや反り
などの発生が抑制され、品質の良好な厚膜のビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜が容易に得られる。

【００２１】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明は、これらの例によってなんら限定され
るものではない。

【００２２】実施例１溶融液の組成がＣａ_3.00Ｎｂ_1.69Ｇａ_3.19Ｏ₁₂となるよ
うに、ＣａＣＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅及びＧａ₂Ｏ₃を秤取してイ
リジウムルツボ中に仕込み、窒素ガス９８容量％と酸素
ガス２容量％との混合ガス雰囲気中で、高周波誘導によ
り約１４５０℃に加熱して溶融させたのち、この溶融液
に長軸方向が＜１１１＞である５ｍｍ角柱状のＧＧＧ種
子結晶を液面に対し垂直に浸せきし、これを２０ｒｐｍ
の回転下に２ｍｍ／時の速度で引き上げたところ、全体
にクラックが多数存在する多結晶体が得られた。

【００２３】この多結晶体の中からクラックのない透明
な単結晶部分を選択し、ラウェカメラによって結晶方位
を確認したのち、種子結晶として再度上記溶融液に、結
晶方位＜１１１＞が液面に対し垂直になるよう浸せきさ
せ、これを４０ｒｐｍの回転下に３ｍｍ／時の速度で引
き上げたところ、今度は全体にクラックの全く存在しな
い透明な単結晶が得られた。次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っ
たところ、結晶上部及び結晶下部共に、Ｃａ_3.00Ｎｂ
_1.69Ｇａ_3.19Ｏ₁₂の組成を有することが確認された。

【００２４】得られた単結晶を成長方向と垂直に所定の
厚さに切断し、両面を鏡面研磨したのち、熱リン酸でエ
ッチング処理して、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶成膜用の単結晶基板を作製した。この単結晶基板の
室温〜８５０℃における線熱膨張係数（α）は１．０７
×１０^-5／℃であった。

【００２５】実施例２白金製ルツボに、Ｔｂ₂Ｏ₃ １４．１１０ｇ、Ｎｄ₂Ｏ₃
１．５２１ｇ、Ｂ₂Ｏ₃４６．４５ｇ、Ｆｅ₂Ｏ₃ １４
８．８２ｇ、ＰｂＯ１０５４．４ｇ及びＢｉ₂Ｏ₃ ９６
５．８ｇを入れ、約１０００℃で溶融し、かきまぜて均
質化したのち、１２０℃／ｈｒの速度で降温して、８２
８℃の過飽和状態を保持した。次いで、この溶融液中
に、基板厚０．６ｍｍの実施例１で得られたＣａ_3.00Ｎ
ｂ_1.69Ｇａ _3.19Ｏ₁₂単結晶基板を浸せきし、１００ｒｐ
ｍで基板を回転させながら、単結晶膜を３５時間液相エ
ピタキシャル成長させ、基板上に膜厚５２０μｍのビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成させた。

【００２６】得られた単結晶膜及び単結晶基板の両方
共、クラックの発生は認められなかった。この単結晶膜
の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ、Ｂｉ_0.9Ｔ
ｂ_2.0Ｎｄ_0.1Ｆｅ_5.0Ｏ₁₂であった。また、上記単結晶
膜を研磨加工し、両面に無反射膜を付けて波長１．５５
μｍのファラデー回転角、ファラデー回転角４５ｄｅｇ
での透過損失及び温度特性を評価したところ、ファラデ
ー回転係数は０．０９８２ｄｅｇ／μｍ、透過損失は
０．１４ｄＢ、温度特性は０．０４５ｄｅｇ／℃であっ
た。さらに、この単結晶膜の室温〜８５０℃における線
熱膨張係数（α）は１．０８×１０^-5／℃であった。

【００２７】実施例３白金製ルツボに、Ｈｏ₂Ｏ₃ ５．７４７ｇ、Ｇｄ₂Ｏ₃
６．７２４ｇ、Ｂ₂Ｏ₃４３．２１ｇ、Ｆｅ₂Ｏ₃ １２
６．８４ｇ、ＰｂＯ９８９．６ｇ、Ｂｉ₂Ｏ₃ ８２６．
４ｇを入れ、約１０００℃で溶融し、かきまぜて均質化
したのち、１２０℃／ｈｒの速度で降温して、８３２℃
の過飽和状態を保持した。次いで、この溶融液中に、基
板厚０．６ｍｍの実施例１で得られたＣａ_3.00Ｎｂ_1.69
Ｇａ_3.19Ｏ ₁₂単結晶基板を浸せきし、１００ｒｐｍで基
板を回転させながら、単結晶膜を３０時間液相エピタキ
シャル成長させ、基板上に膜厚４７０μｍのビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成させた。

【００２８】得られた単結晶膜及び単結晶基板の両方
共、クラックの発生は認められなかった。この単結晶膜
の組成を蛍光Ｘ線法により分析したところ、Ｂｉ_1.1Ｇ
ｄ_1.1Ｈｏ_0.8Ｆｅ_5.0Ｏ₁₂であった。また、上記単結晶
膜を研磨加工し、両面に無反射膜を付けて波長１．５５
μｍのファラデー回転角、ファラデー回転角４５ｄｅｇ
での透過損失及び温度特性を評価したところ、ファラデ
ー回転係数は０．１１９ｄｅｇ／μｍ、透過損失は０．
０３ｄＢ、温度特性は０．０６５ｄｅｇ／℃であった。
さらに、この単結晶膜の室温〜８５０℃における線熱膨
張係数（α）は１．１０×１０^-5／℃であった。

【００２９】実施例４実施例２において、基板厚を０．３ｍｍに変更した以外
は、実施例２と同様に実施して、基板上に膜厚５３５μ
ｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成さ
せた。得られた単結晶膜及び単結晶基板の両方共、クラ
ックの発生は認められなかった。

【００３０】実施例５実施例２において、基板厚を１．２ｍｍに変更した以外
は、実施例２と同様に実施して、基板上に膜厚５３０μ
ｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成さ
せた。得られた単結晶膜及び単結晶基板の両方共、クラ
ックの発生は認められなかった。

【００３１】実施例６実施例２において、基板厚を２．４ｍｍに変更した以外
は、実施例２と同様に実施して、基板上に膜厚５２０μ
ｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成さ
せた。単結晶基板側の外周部と得られた単結晶膜側外周
部に計３か所のクラックの発生が認められた。

【００３２】比較例１白金製ルツボに、Ｔｂ₂Ｏ₃ １５．０５９ｇ、Ｎｄ₂Ｏ₃
１．４６４ｇ、Ｂ₂Ｏ₃４７．５５ｇ、Ｆｅ₂Ｏ₃ １５
７．７６ｇ、ＰｂＯ１０８２．６ｇ及びＢｉ₂Ｏ₃９４
０．８ｇを入れ、約１０００℃で溶融し、かきまぜて均
質化したのち、１２０℃／ｈｒの速度で降温して、８３
９℃の過飽和状態を保持した。次いで、この溶融液中
に、基板厚０．６ｍｍのＣａＭｇＺｒ添加ＧＧＧ（Ｇｄ
_2.65Ｃａ_0.35Ｇａ_4.05Ｍｇ_0.3Ｚｒ_0.65Ｏ₁₂）単結晶基
板を浸せきし、１００ｒｐｍで基板を回転させながら単
結晶膜を３５時間液相エピタキシャル成長させ、基板上
に膜厚４９０μｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶膜を形成させた。単結晶基板側の外周部及び中央部
と、得られた単結晶膜側外周部に、計６か所のクラック
の発生が認められた。

【００３３】また、この単結晶膜の組成を蛍光Ｘ線法に
より分析したところ、Ｂｉ_0.7Ｔｂ₂ _.2Ｎｄ_0.1Ｆｅ_5.0Ｏ
₁₂であった。さらに、得られた単結晶膜及び用いた単結
晶基板の室温〜８５０℃における線熱膨張係数（α）
は、それぞれ１．０８×１０^-5／℃及び０．８７×１０
^-5／℃であった。

【００３４】比較例２白金製ルツボに、Ｈｏ₂Ｏ₃ ６．１７２ｇ、Ｇｄ₂Ｏ₃
７．１５８ｇ、Ｂ₂Ｏ₃４１．５８ｇ、Ｆｅ₂Ｏ₃ １３
８．５９ｇ、ＰｂＯ１００２．３ｇ及びＢｉ₂Ｏ₃８１
０．１ｇを入れ、約１０００℃で溶融し、かきまぜて均
質化したのち、１２０℃／ｈｒの速度で降温して、８５
０℃の過飽和状態を保持した。次いで、この溶融液中
に、基板厚０．６ｍｍのＣａＭｇＺｒ添加ＧＧＧ（Ｇｄ
_2.65Ｃａ_0.35Ｇａ_4.05Ｍｇ_0.3Ｚｒ_0.65Ｏ₁₂）単結晶基
板を浸せきし、１００ｒｐｍで基板を回転させながら、
単結晶膜を３０時間液相エピタキシャル成長させ、基板
上に膜厚４８５μｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶膜を形成させた。単結晶基板側の外周部及び中央
部と、得られた単結晶膜側外周部に計７か所のクラック
の発生が認められた。また、この単結晶膜の組成を蛍光
Ｘ線法により分析したところ、Ｂｉ_1.0Ｇｄ_1.0Ｈｏ_1.0
Ｆｅ_5.0Ｏ₁₂であった。さらに、得られた単結晶膜の室
温〜８５０℃における線熱膨張係数（α）は１．１０×
１０^-5／℃であった。

【００３５】比較例３比較例１において、基板厚を０．３ｍｍに変更した以外
は、比較例１と同様に実施して、基板上に膜厚４９５μ
ｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成さ
せた。単結晶基板側の外周部及び中央部と、得られた単
結晶膜側外周部に、計７か所のクラックの発生が認めら
れた。

【００３６】比較例４比較例１において、基板厚を１．２ｍｍに変更した以外
は、比較例１と同様に実施して、基板上に膜厚４８０μ
ｍのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を形成さ
せた。単結晶基板側の外周部及び中央部と、得られた単
結晶膜側外周部に、計８か所のクラックの発生が認めら
れた。以上の結果を表１及び表２にまとめて示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】［注］基板Ｉ：Ｃａ_3.00Ｎｂ_1.69Ｇａ
_3.19Ｏ₁₂ 基板ＩＩ：Ｇｄ_2.65Ｃａ_0.35Ｇａ_4.05Ｍｇ_0.30Ｚｒ_0.65
Ｏ₁₂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
を液相エピタキシャル成長させるための基板であって、
一般式Ｍ¹ _xＭ² _yＭ³ _zＯ₁₂ （式中のＭ¹はＣａ、Ｓｒ、Ｃｄ及びＭｎの中から選ば
れた少なくとも１種の金属、Ｍ²はＮｂ、Ｔａ及びＳｂ
の中から選ばれた少なくとも１種の金属、Ｍ³はＧａ、
Ａｌ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｓｉ及びＶの中から選ばれた少なく
とも１種の金属であり、ｘ、ｙ及びｚは以下に示す範囲
の数である。２．９＜ｘ＜３．１１．６＜ｙ＜１．８３．１＜ｚ＜３．３）で表わされる組成を有することを特徴とする単結晶基
板。
【請求項２】組成式において、ｘが２．９８〜３．０
２、ｙが１．６７〜１．７２及びｚが３．１５〜３．２
１の範囲の数である請求項１記載の単結晶基板。
【請求項３】厚さが０．１〜１．５ｍｍである請求項
１又は２記載の単結晶基板。