JPS61265809A - ビスマス置換磁性ガーネットの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば光アイソレータのファラデー回転素子
に通用する磁性ガーネット、特に０．８μｍの波長帯（
０，８μｍの波長帯とは０．８μｍの波長を中心とする
０、７５〜０．８５μｍの程度の波長範囲を一般に指称
するものであり、本明細書においてもこの波長範囲を指
称するものとする）に関して光吸収を小さくしたビスマ
ス（Ｂｉ）置換の磁性ガーネットに係わる。

一δ１ 〔発明の概要〕 本発明は、ビスマス置換ツリウム磁性ガーネットにおい
て、その組成を特定することによってＦｅ２＋の存在に
よる特に０．８μｍ波長帯の光透過率の低下を回避する
。

〔従来の技術〕

例えば光ディスク、光磁気ディスク等における情報の記
録或いは（及び）読み出しをはじめとして、各種用途に
半導体レーザーの利用が広まっている。

ところが、このように半導体し−ザーを用いる場合、こ
れに戻り光があるとモードホフビングノイズが生じるな
どの不都合があることから、できるだげ、半導体レーザ
ーから発振した光が、再び半導体レーザーに戻ることが
ないように、この戻り光を遮断する光アイソレータの必
要性が高まっている。

この光アイソレータは、第６図にその概略的構成を示す
ように、ファラデー回転素子（１）を挟んで偏光子（２
）と検光子（３）とが配置されて成る。ファラデー回転
素子（１）は、マグネット（４）によって光軸方向に磁
場が与えられて、光源（５）例えば半導体レーザーから
偏光子（２）を通じて入射する直線偏光をその偏光面が
４５°回転するようになされる。検光子（３）はこのフ
ァラデー回転素子（１）によって４５°回転した偏光を
通過することができるようにその軸方向が選ばれていて
、これを通過した光が被照射面に照射するようになされ
ている。そして、この場合被照射面（６）からの反射光
、すなわち戻り光がある場合、この戻り光は、再び検光
子（３）を通過してファラデー回転素子（１）を通過し
、この時再び４５゜回転されて偏光子（２）に向う、し
たがって、この偏光子（２）に向う戻り光は順方向の入
射光に対してその偏光面が９０°回転していることにな
り、この偏光子（２）を通過することができず、光源（
４）に向うことができない。このように光アイソレータ
によれば、一方向すなわち順方向に関しては、光通過性
を有するがこれとは逆の方向に関しては遮断効果を奏す
ることができる。

このように光アイソレータは、逆方向の光を遮断する機
能を有するものであるが、順方向の光損失を小さくする
上でファラデー回転素子自体の光透過率はできるだけ大
きいことが望まれる。この光透過率を大きくするには、
ファラデー回転素子の厚さｔは、できるだけ小さいこと
が望まれるが、この厚さｔは、所要の回転角、上述の例
では４５゜の回転角を得るために、成る厚さを必要とす
る。

４５°回転する間の順方向損失Ｌ　（ｄＢ）は、Ｌａｃ
ｍ　　　　　　　　　　　・・・・（１）（但し、αは
光吸収係数、Ｆはファラデー回転能）で与えられるので
、Ｌを小さくするには、光吸収係数αが小さいものが必
要となる。

この光吸収係数αは、波長に依存するものであり、１．
３μｍ波長帯で代表されるような長波長帯については、
ＹＩＧ　　（イツトリウム・鉄・ガーネット）によるフ
ァラデー回転素子によって可成り満足するものが得られ
ている。

ところが、上述したような光ディスク、或いは光磁気デ
ィスク等の光源としては、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ
ーのような０．８μｍ波長帯の半導体レーザーが用いら
れんとする方向にあり、この０．８μｍ波長帯について
のファラデー回転素子の開発が望まれている。

一方、このようなファラデー回転素子に用いる磁性ガー
ネット、すなわち希土類鉄ガーネットを育成する方法と
しては、液相エピタキシーによって結晶膜を得るという
方法、すなわち原料融液中に例えばＧＧＧ　　（ガドリ
ニウム・ガリウム・ガーネット）基板を浸漬し、この基
板を引上げることによってこの基板上に磁性ガーネット
膜を育成するという方法が量産性にすぐれているもので
あるが、この場合、この液相エピタキシーの融液には、
フラックスが添加される。このフラックスとしては、通
常ＰｂＯが用いられる。ところが、このＰｂＯをフラッ
クスとして用いた場合、その育成された結晶膜中にＰｂ
２＋の一部が混入することは避けられないものであり、
これによって光の吸収損失を低めることが難しくなる。

尚、ＰｂＯフランクスによる場合においても、その結晶
膜の育成温度をコントロールすることによって光吸収を
下げることができるという報告もなされている（ジャー
ナル　オブアプライド　フィジックス（Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　）　Ｖｏｌ、
４５　Ｐ　２８６７〜２８７３　Ｊｕｌｙ　１９７４）
ところであるが、これについても、０．８μｍ波長帯で
は有効なものではない。

そこでＰｂ２＋が混入することのないように、Ｂ　ｉ２
０３のみをフラックスとする融液を用いて液相エピタキ
シーによってＢｉ置換の磁性ガーネット膜、すなわち希
土類の一部をＢｉで置換した磁性ガーネット膜を育成す
ることが考えられる（ジャーナル　オブ　エレクトロ　
ケミカル　ソサイアテイ　（Ｊｏｕｎａｌｏｆ　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ）　　Ｖｏ
ｌ、１２３　Ｐ　１２４８〜１２４９１９７６　）。

ところが、実際上、このような方法によってＢｉ置換の
磁性ガーネットを育成しても、光吸収の低下は充分得ら
れない。これは、本来Ｂｉ置換の磁性ガーネットの組成
は、例えば （Ｔ１１３２＋、３　Ｂｉンｔ　）　　（Ｆｅｄ”、、
）　Ｇａ３□”、ｏ　）ｌｈ２・・・・（２）であるべ
きものが、実際には、 Ｔｍ３２″、３Ｂｉ’、）”、ｔ　Ｆｅ３”：（Ｈ５’
　ＦｅＬ”、ｏ−２６−５’　Ｇａセｏ　Ｐｔ”５’Ｏ
’１２−δ・・・・（３） で示されるようなＰｔ４＋および酸素空席の発生によっ
て２価のＦｅイオンが発生してこれにより光吸収が生じ
るものと思われる。

しかしながら融液によっては酸素空席が生じないものも
ある。そしてｐｔの混入は、液相エピタキシーに際して
用いられるるつぼがｐｔであることによって、このるつ
ぼのｐｔが融液中に拡散して生じるものである。

尚、液相エピタキシーによって磁気異方性を有するガー
ネット膜を得る方法として、フラックスにＣａＣＯ３を
添加したものの報告（マティリアルリサーチ　プルテン
（Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｂｕｌｌｔｅ
ｉｎＶｏｌ、１１．　Ｐ　３３７〜３４６．１９７６　
）があるが、この場合、そのフラックスはＢ　Ｔ２０３
単独のものではなく、Ｂｉ２Ｏ３と共に、ＣｅＯ７／に
２０．或いはＳｉＯ２／　Ｎａ２Ｏ等が添加されるもの
であり、しかも光吸収についての究明はなされていない
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述したように従来方法によって得られるＢｉ置換磁性
ガーネットによっても、０．８μ秦波長帯に関して光吸
収が充分小さいものが得られていないことに問題点があ
る。

本発明は、このような問題点を解消するものであり、０
．８μ−波長帯において高い透過率を有し、例えば光デ
ィスク、光磁気ディスクの記録・再生装置において、こ
の光源として０．８μ−波長帯の半導体レーザーを用い
た場合の戻り光防止の光アイソレータのファラデー回転
素子として用いて好適ならしめたＢｉ置換磁気ガーネッ
トとその製法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、ビスマス置換ガーネットを、光吸収
の小さいガーネット基板上にＢ１２Ｃｈとガーネット構
成元素のみよりなる融液から液相エピタキシャル（以下
ＬＰＥという）によって次に述べる特定組成の磁性ガー
ネットを育成する。

すなわち、本発明においては、 Ｔａｇ−ｘ−６１Ｂｉ）＜　Ｈ”６１Ｆｅｓ−ｙ−δ２
−δ３　Ｍ”６２Ｍ”ｙＰｔδ３０１２−δ鴫・・・・
（＋） の組成を有し、Ｘを０．５≦Ｘ≦２．０に選定し、ｙを
Ｏ≦ｙ≦２．０に選定し、６３　　０．００３≦６１＋
δ２≦６３　＋　０．００３とする。

〔作用〕

本発明においては、例えば上記（４）式でみられるよう
に、Ｆｅ２＋が存在しないＢｉ置換磁性ガーネットを構
成するものであり、このようにすることによっＦｅ２＋
の存在゛のよる０、８μｍ波長帯における光吸収の増加
を回避する。

〔実施例〕

実施例１ の組成の融液に、 で定義（式中の分子式は融液中のモル数を示す）される
Ｒ６において、そのＲ６を夫々　０．２％。

１．１％、２．２％１２．６％、３．０％、３．５％、
５．２％となるようにＣａＣＯ３を融液中に添加して、
夫々の融液によってＧｄ２Ｇａ５　０１２基板上に液相
エピタキシャル成長によって夫々Ｂｉ置換磁性ガーネッ
トを育成した各試料を得た。そして、夫々の電気的抵抗
率ρを測定した。第１図は、このＲ６に対するρの測定
結果を示したもので、Ｒ６−３％で最大となっている。

また、第２図は波長λ＝　８１０ｎｍの光における光吸
収係数α８１０の測定結果を示し、αｅｔａはＲｓ＝３
％で最小となっている。

尚、Ｒ６の値を変化させたときのＥＰＭＡ　（エレクト
ロン・プローブ・マイクロ・アナリシス）分析による各
組成は、次のようであった。

Ｒ６＝Ｏ％のとき、 Ｔｌｌ＋２．４７　Ｂｉｏ、ｖＩＦ１３４．０２　Ｇａ
ｏ、ｓｏ　Ｐｔｏ、ｏｔｓ　０１２Ｒｓ　＝　　１．１
％のとき、 Ｔｌｌ＋２．４４８ｉｏ、ｖ３Ｃａｏ、ｏｏｓＦｅ４．
ｏｔ　Ｇａｏ、ｓｏ　Ｐｔｏ、ｏｔ２０１２Ｒｓ　＝　
２．２％のとき、 Ｔｍ２．４ｓ　Ｂｉｏ、ｖ３Ｃａｏ、ｏｔｓＦｅ３．ｓ
ｓ　Ｇａｏ、ｅｔ　Ｐｔｏ、ｏｌｓ　０１２Ｒｓ　＝　
３．０％のとき、 Ｔｌｌ＋２．４２８ｉｏ、７ｓ　Ｃａｏ、ｏｘｓＦｅ＋
、ｏｖ　Ｇａｏ、ｖｖ　Ｐｔｏ、ｅｔ５（ｈ２Ｒｓ　＝
　５．２％のとき、 Ｔｌｌ＋２．４０　Ｂｉｏ、ｖｓ　Ｃａｏ、ｏ２ｔＦｅ
ｔ、ｓｓ　ｃａｏ、８Ｌ　Ｐｔｏ、ｏ２ｏ　０１２第３
図及び第４図は、夫々ＥＰＭＡ分析したＣａ２＋の量δ
１に対する電気抵抗ρ及び波長λ＝　８１０ｎｍに対す
る光吸収係数α８１０の夫々の測定結果を示すもので、
δ１＝　０．０１９でρは最大となり、α８１０が最小
を示す。分析の結果から光吸収を最小にするｃａ”　ｉ
ｔδ１と膜中にとり込まれているＰｔ４＋の量δ３は、
はぼつり合っているのでＣａ２＋を入れないときにＦｅ
２＋が発生する主要原因は、ｐｔ量十であり酸素空席の
寄与は小さいと考えられる。

尚、第５図は、Ｃａ！δ１とＰｔ量δ３との差（δ１−
６３）に対する光吸収係数α８１０の測定を示すもので
、これより明らかなように６ｌ−６３＝０で最小の値を
示すが、δ１−６３が−０，００３より大＋０．００３
より小の範囲で小さい値を示す。

このようにＣａ２＋の添加によって光吸収係数α８１０
を下げることができる。すなわち、本発明による場合、
Ｂｉ２Ｏ３の単独フラックスでり、ＰＥ育成を行うもの
であるので、冒頭に述べた従来におけるＰｂＯフラック
スを使用する場合とは異り、２価のイオンＰｂ２＋が意
図せずに膜中にとり込まれることはあり得ないので、例
えば上述の実施例におけるように、Ｃａ２＋イオンを添
加しない場合には、必ずＦｅ２＋の発生によるｎ型伝導
を呈し、光吸収は高くなるがＣａ２＋をＦｅ２＋の発生
原因となるｐｔ量に応じて添加することによってＦｅ２
＋の発生を抑えることができるのである。

尚、上述した例では２価のイオンとしてＣａ２＋のみを
添加した場合、つまり前記（１１式においてＭｌを省略
しくδ２　＝　０）　、Ｍ”のＣａ２＋のみを添加した
場合であるが、確実に２価のイオンとなるＭ２＋のＣａ
２　＋。

Ｓｒ”、　Ｂａ”＋　ＭｌのＢｅ２＋を１種以上添加す
ることによってＦｅ２＋の発生を抑え、光吸収係数α９
１０を小さくできる。尚、この場合Ｂｅ”　、　Ｍｇ２
＋（すなわちＭ［）はＦｅを置換して膜中にとり込まれ
、Ｃａ”＋　５ｒ２＋。

Ｂａ２＋はＴｍを置換してとり込まれるものと思われる
がいずれもＦｅ２＋の発生を抑える効果は同等である。

したがって、第５図から、δ３　０．００３　＜δ１＋
δ２〈δ３　＋　０．００３に選定すれば光吸収係数α
９１０を小にすることができることがわかる。

また、Ｆｅに置換するＭｆｆのＧａに代えて３価のイオ
ンＨＸ　、　Ｍｌのいずれか１以上の添加によって同様
の効果が得られる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、ｐｔの混入によるＦｅ
２ゝの存在の問題を解消したことによって０．８μｍ波
長帯に対して光吸収の小さいＢｉ置換磁性ガーネットを
得ることができるので、これを例えば光アイソレータの
ファラデー回転素子として用いることによって０．８μ
ｍ波長帯の半導体レーザーを用いる場合において戻り光
はこれを阻止して半導体レーザーにおいて安定な動作を
なさしめ、順方向の光に関しては高い透過率、すなわち
低光損失とすることができるので、光ディスク、光磁気
ディスク等の各種情報の記録・再生光源系に用いること
ができ、実用上の利益は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明の説明に供
する抵抗率ρ及び光吸収係数α８１０の測定曲線図、第
５図はδ１−６３と光吸収係数α１１１０の関係の測定
曲線図、第６図は本発明によるＢｉ置換磁気ガーネット
を適用し得る光アイソレータの構成図である。 （１）はファラデー回転素子、（２）は偏光子、（３）
は検光子、（４）はマグネット、（５）は光源、（６］
は光の被照射面である。 Ｒｔｉ（％２ （ＴｍＢｉＣａ）３（ＦｅＧａ）ｓＯｔｚの戸（ｆ）Ｒ
ｅに対する依存純第１　図 Ｒａ（′１０） （ＴｍＢｉＣａ）ｓ（ＦｅＣｒａ）ｓｉｌｌ）ｔｚのα
ｓｔｏのＲ６に’ｉｔす６１’＆存枚第２図 δｌ （ＴｍＢＬＣａ）ｓ（ＦｅＧａ）ｓＯｔｚの戸のＣａｚ
＋値δｌに対す５依存椎第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　Ｔｍ＿３＿−＿ｘ＿−＿δ＿１＿ｘＭ＾Ｉ＿δ＿１Ｆ
   ｅ＿５＿−＿ｙ＿−＿δ＿２＿−＿δ＿３Ｍ＾II＿δ＿
   ２Ｍ＾III＿ｙＰｔ＿δ＿３Ｏ＿１＿２＿−＿δ＿４但
   し 〔Ｍ＾ I は、Ｃａ＾２＾＋、Ｓｒ＾２＾＋、Ｂａ＾２
   ＾＋のうちのいずれか１種以上 Ｍ＾ I は、Ｂｅ＾２＾＋、Ｍｇ＾２＾＋のうちのいず
   れか１種以上 Ｍ＾IIは、Ｇａ＾３＾＋またはＡｌのうちのいずれか１
   種以上〕 の組成を有し、０．５≦ｘ≦２．０、０≦ｙ≦２．０で
   あり、δ＿３−０．００３≦δ＿１＋δ＿２≦δ＿３＋
   ０．００３とされたビスマス置換磁性ガーネット。