JPS62138396A - 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 - Google Patents
磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料Info
- Publication number
- JPS62138396A JPS62138396A JP27963785A JP27963785A JPS62138396A JP S62138396 A JPS62138396 A JP S62138396A JP 27963785 A JP27963785 A JP 27963785A JP 27963785 A JP27963785 A JP 27963785A JP S62138396 A JPS62138396 A JP S62138396A
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- JP
- Japan
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- single crystal
- substrate
- magnetic
- garnet
- magnetic garnet
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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。
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、磁気光学素子用磁性ガーネット材料に関する
。
。
光フアイバー通信は従来の電気通信と比べて大容量のデ
ータを高速に、かつ低損失で伝送できる利点があり、現
在実用化が急速に進んでいる。しかしファイバー内を伝
搬するレーザー光の一部が光フアイバー接続点やコネク
タ、スイッチ等の光デバイスにおいて反射され、光源の
半導体レーザーに戻ると、レーザー発振を不安定にさせ
、伝送品質を低下させてしまう。このため信頼性の高い
通信や計測を行なう上で出射光を通過させるが、反射光
の通過を阻止する光学素子として光アイソレータが知ら
れている。
ータを高速に、かつ低損失で伝送できる利点があり、現
在実用化が急速に進んでいる。しかしファイバー内を伝
搬するレーザー光の一部が光フアイバー接続点やコネク
タ、スイッチ等の光デバイスにおいて反射され、光源の
半導体レーザーに戻ると、レーザー発振を不安定にさせ
、伝送品質を低下させてしまう。このため信頼性の高い
通信や計測を行なう上で出射光を通過させるが、反射光
の通過を阻止する光学素子として光アイソレータが知ら
れている。
光アイソレータは、一般に、偏光子、ファラデー回転子
および検光子からなり、順方向に進む光は偏光により偏
光成分が選択され、ファラデー回転子に入射するとファ
ラデー効果により偏光面が45度回転させられる。検光
子の偏光面は偏光子の偏光面に対して45度傾けて設定
されているので順方向の光は低損失で通過する。一方、
逆方向からの入射光は、偏光子に対して45度傾いた偏
光面の光が検光子により選択され、ファラデー回転子に
よりさらに45度回転させられる結果、偏光子の偏光面
に対して90度ずれた偏光成分のみが偏光子に入射する
ことになるので、通過が阻止されるというものである。
および検光子からなり、順方向に進む光は偏光により偏
光成分が選択され、ファラデー回転子に入射するとファ
ラデー効果により偏光面が45度回転させられる。検光
子の偏光面は偏光子の偏光面に対して45度傾けて設定
されているので順方向の光は低損失で通過する。一方、
逆方向からの入射光は、偏光子に対して45度傾いた偏
光面の光が検光子により選択され、ファラデー回転子に
よりさらに45度回転させられる結果、偏光子の偏光面
に対して90度ずれた偏光成分のみが偏光子に入射する
ことになるので、通過が阻止されるというものである。
従来、ファラデー回転子の材料として、フラックス法で
育成したイツトリウム・鉄・ガーネットYl Fe5O
12(YIG)のバルク単結晶が用いられて来たが、Y
IGはファラデー回転係数が小さいため、所要のファラ
デー効果を得るためには厚さを2〜3mmと大きくしな
ければならない、しかし、 YIGは高価であるので、
このように厚くすることは素子製造のコスト上問題があ
る。
育成したイツトリウム・鉄・ガーネットYl Fe5O
12(YIG)のバルク単結晶が用いられて来たが、Y
IGはファラデー回転係数が小さいため、所要のファラ
デー効果を得るためには厚さを2〜3mmと大きくしな
ければならない、しかし、 YIGは高価であるので、
このように厚くすることは素子製造のコスト上問題があ
る。
そこで、近年、ファラデー回転子の材料として、非磁性
ガーネット基板上に比較的薄い磁性ガーネット膜をエピ
タキシャル成長させたものが提案されている。このよう
な材料の場合には、磁性ガーネット膜には、膜厚が小さ
くても所要のファラデー効果が得られるようにファラデ
ー回転係数が大きいことと、基板となる非磁性ガーネッ
トと格子定数が一致することが求められる。磁性ガーネ
ットの希土類成分を一部ビスマス(Bi)で置換すると
ファラデー回転係数が著しく増加することが知られてお
り、これを利用した上記のような磁性材料として、ネオ
ジム・ガリウム・ガーネットNd3Ga50+z(NG
O)基板または式(GdCa)3 (GaMgZr)5
012で表わされるGd、 Gaを一部置換したガドリ
ウム・ガリウム・ガーネット(以下、「高格子定数GG
GJという)基板の上に、式(GaBi)3(FaAI
Ga)5012で表わされる磁性ガーネット膜を厚さ4
00μm程度液相エピタキシャル法で形成したものが知
られており、これらは波長0.8〜1.55μmの近赤
外領域においてファラデー回転子材料として有用である
と報告されている。
ガーネット基板上に比較的薄い磁性ガーネット膜をエピ
タキシャル成長させたものが提案されている。このよう
な材料の場合には、磁性ガーネット膜には、膜厚が小さ
くても所要のファラデー効果が得られるようにファラデ
ー回転係数が大きいことと、基板となる非磁性ガーネッ
トと格子定数が一致することが求められる。磁性ガーネ
ットの希土類成分を一部ビスマス(Bi)で置換すると
ファラデー回転係数が著しく増加することが知られてお
り、これを利用した上記のような磁性材料として、ネオ
ジム・ガリウム・ガーネットNd3Ga50+z(NG
O)基板または式(GdCa)3 (GaMgZr)5
012で表わされるGd、 Gaを一部置換したガドリ
ウム・ガリウム・ガーネット(以下、「高格子定数GG
GJという)基板の上に、式(GaBi)3(FaAI
Ga)5012で表わされる磁性ガーネット膜を厚さ4
00μm程度液相エピタキシャル法で形成したものが知
られており、これらは波長0.8〜1.55μmの近赤
外領域においてファラデー回転子材料として有用である
と報告されている。
しかし、NGO基板は、近赤外領域において吸収が大き
いので、磁性ガーネット膜を成長させた後に該基板は削
り除く必要があり、これは製造工程数の増加および製造
コストの上昇を招くという問題を伴なう。また、高格子
定数GGGは、インゴット内のCa、 KgおよびZr
の濃度を均一に製造することが困難で、得られるウェハ
ーの格子定数は±0.003人程度のバ5ツキをもって
いる。そのため、前記磁性ガーネット膜の格子定数が基
板のそれと不一致になり易く、そのため得られる磁性材
料に割れが生じたりして歩留りが低いという問題点を有
している。また、この高格子定数GGGは大型結晶を作
りにくく、その基板は高価であるという問題点もある。
いので、磁性ガーネット膜を成長させた後に該基板は削
り除く必要があり、これは製造工程数の増加および製造
コストの上昇を招くという問題を伴なう。また、高格子
定数GGGは、インゴット内のCa、 KgおよびZr
の濃度を均一に製造することが困難で、得られるウェハ
ーの格子定数は±0.003人程度のバ5ツキをもって
いる。そのため、前記磁性ガーネット膜の格子定数が基
板のそれと不一致になり易く、そのため得られる磁性材
料に割れが生じたりして歩留りが低いという問題点を有
している。また、この高格子定数GGGは大型結晶を作
りにくく、その基板は高価であるという問題点もある。
本発明の目的はこれらの問題点を解決した磁気光学素子
用磁性ガーネット材料を提供することにある。
用磁性ガーネット材料を提供することにある。
すなわち本発明は、前記の問題点を解決するものとして
、 ガドリニウム・ガリウム・ガーネットGd5GasO+
z(GGG)単結晶基板と、該基板上にエピタキシャル
成長させた一般式(1) %式%() 〔式中、RはLu、 Yb、 Tm、 Er、 Hoお
よびYから選ばれた少なくとも1種の希土類元素、好ま
しくはLu、 Yb、 Tl11およびErから選ばれ
た少なくとも1種であり、MはAlおよびGaから選ば
れた少なくとも1種の元素であり、XはO<x<1.5
の数で、yはO≦y<0.5の数である。〕 で表わされる組成を有する単結晶膜とからなる磁気光学
素子用磁性ガーネット材料を提供するものである。
、 ガドリニウム・ガリウム・ガーネットGd5GasO+
z(GGG)単結晶基板と、該基板上にエピタキシャル
成長させた一般式(1) %式%() 〔式中、RはLu、 Yb、 Tm、 Er、 Hoお
よびYから選ばれた少なくとも1種の希土類元素、好ま
しくはLu、 Yb、 Tl11およびErから選ばれ
た少なくとも1種であり、MはAlおよびGaから選ば
れた少なくとも1種の元素であり、XはO<x<1.5
の数で、yはO≦y<0.5の数である。〕 で表わされる組成を有する単結晶膜とからなる磁気光学
素子用磁性ガーネット材料を提供するものである。
本発明の磁性ガーネット材料において、一般式(1)の
RをLu、 Yb、 Tm、 Er、 )toおよびY
から選ばれる少なくとも1種とするのは、これらの元素
のイオン半径が小さいためこれらRを部分的にBiで置
換しても、前記単結晶膜の格子定数をGGG基板の格子
定数(12,383人)と許容範囲(±0.001人)
内で一致(ヤッチング)させ得るからである。Biは前
記のようにファラデー回転係数を大きくするが、格子定
数をも大きくするように作用する。従って、Rとしてこ
のようなイオン半径のより小さい元素を選択すれば格子
定数の増大を抑制してRサイトの81置換量(x)を増
すことができ、ファラデー回転係数をより大きくするこ
とができる。このRのイオン半径はLu、 Yb、 T
m、 Er、 Y、 Hoの順に大きく、従って格子定
数の一致に必要なXの値はこの元素列の順に小さくなる
。例えば、y=oの場合、XはLuの場合0.927、
Ybで0.839、T11で0.589、Erで0.3
74、Yで0.086、Hoで0.038である。
RをLu、 Yb、 Tm、 Er、 )toおよびY
から選ばれる少なくとも1種とするのは、これらの元素
のイオン半径が小さいためこれらRを部分的にBiで置
換しても、前記単結晶膜の格子定数をGGG基板の格子
定数(12,383人)と許容範囲(±0.001人)
内で一致(ヤッチング)させ得るからである。Biは前
記のようにファラデー回転係数を大きくするが、格子定
数をも大きくするように作用する。従って、Rとしてこ
のようなイオン半径のより小さい元素を選択すれば格子
定数の増大を抑制してRサイトの81置換量(x)を増
すことができ、ファラデー回転係数をより大きくするこ
とができる。このRのイオン半径はLu、 Yb、 T
m、 Er、 Y、 Hoの順に大きく、従って格子定
数の一致に必要なXの値はこの元素列の順に小さくなる
。例えば、y=oの場合、XはLuの場合0.927、
Ybで0.839、T11で0.589、Erで0.3
74、Yで0.086、Hoで0.038である。
一方、Feサイトをイオン半径の小さいAl、Gaで置
換すればRサイトのBi置換量Xをさらに増すことがで
きるが、このFeサイトの置換はキュリ一温度の低下を
もたらし、室温付近でのファラデー回転係数の温度係数
を増加させる。
換すればRサイトのBi置換量Xをさらに増すことがで
きるが、このFeサイトの置換はキュリ一温度の低下を
もたらし、室温付近でのファラデー回転係数の温度係数
を増加させる。
本発明では、yはO≦y<0.5の範囲内とすることが
でき、かかる弊害を抑えられ、特にy=Qとすることが
できる利点がある。
でき、かかる弊害を抑えられ、特にy=Qとすることが
できる利点がある。
本発明に用いるGGG基板の厚さは400〜500μ程
度で良い。
度で良い。
本発明の磁性材料は、GGG基板上に、液相エピタキシ
ャル法によって前記一般式(I)の単結晶膜を育成する
ことにより製造することができる。
ャル法によって前記一般式(I)の単結晶膜を育成する
ことにより製造することができる。
この場合、フラックス成分として、例えばPbO1B2
03. Bi2O3を用い、原料成分およびフラックス
成分の仕込みは融液仕込みのモル比で次の範囲が好まし
い。
03. Bi2O3を用い、原料成分およびフラックス
成分の仕込みは融液仕込みのモル比で次の範囲が好まし
い。
Fe2O3/R2O3= 10〜25PbO/B20
3= 3〜10 PbO/Bi2O:+ = 1.0〜2.0(Gd
203+Fe203)/ (Gd202+Fe2O3+
PbO+B21%+Bi202)= 0.13〜0.
15 磁性単結晶膜の育成は、このような組成の融液を、例え
ば750〜950℃の範囲において、基板と単結晶膜の
格子定数が一致するように温度(格子定数マツチング温
度)を選択し、該融液に研磨したGGG基板の片面を接
触させ、50〜150rpmで基板を回転させることに
より行なう。約0.5〜3μIl1分の成長速度単結晶
膜を育成することができる。
3= 3〜10 PbO/Bi2O:+ = 1.0〜2.0(Gd
203+Fe203)/ (Gd202+Fe2O3+
PbO+B21%+Bi202)= 0.13〜0.
15 磁性単結晶膜の育成は、このような組成の融液を、例え
ば750〜950℃の範囲において、基板と単結晶膜の
格子定数が一致するように温度(格子定数マツチング温
度)を選択し、該融液に研磨したGGG基板の片面を接
触させ、50〜150rpmで基板を回転させることに
より行なう。約0.5〜3μIl1分の成長速度単結晶
膜を育成することができる。
こうして得られた、GGG基板に磁性単結晶膜を成長さ
せたものを、所要の厚さに研磨の後素子製造に用いる。
せたものを、所要の厚さに研磨の後素子製造に用いる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1
原料およびフラックス成分として、Fa20241,9
9g、 Yb20z 5.18g、 Bi20z 22
7.79g、 PbO21g、23g、そして8203
6.81gを用いた。これは、融液仕込み組成(モル比
)で次のような配合割合である。
9g、 Yb20z 5.18g、 Bi20z 22
7.79g、 PbO21g、23g、そして8203
6.81gを用いた。これは、融液仕込み組成(モル比
)で次のような配合割合である。
R1= Fe2O2/ Yb202 = 20PbO/
Bi2Oコ=2 PbO/B20.= 10 R4= (Yb203+Fe20a)/ (Yb203
+Fe2O3+PbO+B2O2+Bi2O3)=O,
tS 上記の原料およびフラックス成分を白金ルツボに入れ、
抵抗炉で加熱して融解し、1000℃において攪拌して
融液を均一にした後820℃(格子定数マツチング温度
)に下げて保持し、これに両面を鏡面研磨した直径50
+++m、厚さ0.450+mのGGG基板の片面を接
触させた。該基板を1100rpで450分間回転させ
て磁性ガーネット単結晶を成長させた。育成した単結晶
膜の組成は、Yb2.tgt8io、sz*Faiot
2であった6得られた磁性材料の断面を電子顕微鏡で観
察して測定したところ膜厚500μmであった。この材
料を鏡面研磨の後光学特性を測定したところ、室温でフ
ァラデー回転係数1100度/cm (波長1.3μm
)であり、吸収係数は2cm”以下(波長1.3μm)
であった・ 実施例2 原料として、Fe2O2、Lu2O3、Biass、p
bo、そしてB20.を、融液仕込み組成(モル比)で
、次の割合で使用した。
Bi2Oコ=2 PbO/B20.= 10 R4= (Yb203+Fe20a)/ (Yb203
+Fe2O3+PbO+B2O2+Bi2O3)=O,
tS 上記の原料およびフラックス成分を白金ルツボに入れ、
抵抗炉で加熱して融解し、1000℃において攪拌して
融液を均一にした後820℃(格子定数マツチング温度
)に下げて保持し、これに両面を鏡面研磨した直径50
+++m、厚さ0.450+mのGGG基板の片面を接
触させた。該基板を1100rpで450分間回転させ
て磁性ガーネット単結晶を成長させた。育成した単結晶
膜の組成は、Yb2.tgt8io、sz*Faiot
2であった6得られた磁性材料の断面を電子顕微鏡で観
察して測定したところ膜厚500μmであった。この材
料を鏡面研磨の後光学特性を測定したところ、室温でフ
ァラデー回転係数1100度/cm (波長1.3μm
)であり、吸収係数は2cm”以下(波長1.3μm)
であった・ 実施例2 原料として、Fe2O2、Lu2O3、Biass、p
bo、そしてB20.を、融液仕込み組成(モル比)で
、次の割合で使用した。
R1: Fe2O3/ Lu2O3= 20PbO/B
izO3= 2 PbO/B20z = 10 R4= (Lu20z”FezOz)/ (Lu20z
+Fe2O3+PbO+8202+Bi203)=O,
I5 格子定数マツチング温度を800℃に変えた以外は実施
例1と同様にしてGGG基板上に磁性単結晶膜を厚さ5
00μmに育成した。この膜は、組成がLu2.o7z
Bia、*z7FQ50t2の単結晶であった・得られ
た磁性材料を測定したところ、室温でのファラデー回転
係数1200度/cra (波長1.3μm)、吸収係
数2cm−1以下(波長1.3μm)であった。
izO3= 2 PbO/B20z = 10 R4= (Lu20z”FezOz)/ (Lu20z
+Fe2O3+PbO+8202+Bi203)=O,
I5 格子定数マツチング温度を800℃に変えた以外は実施
例1と同様にしてGGG基板上に磁性単結晶膜を厚さ5
00μmに育成した。この膜は、組成がLu2.o7z
Bia、*z7FQ50t2の単結晶であった・得られ
た磁性材料を測定したところ、室温でのファラデー回転
係数1200度/cra (波長1.3μm)、吸収係
数2cm−1以下(波長1.3μm)であった。
実施例3
希土類元素RとしてTmを使用し、実施例1と同様にし
てGGG基板上に、組成T1112−411Bi0.5
89Fe5012の磁性単結晶膜を厚さ500μmに育
成した(格子定数マツチング温度850℃)。ファラデ
ー回転係数は800度/cmであった。
てGGG基板上に、組成T1112−411Bi0.5
89Fe5012の磁性単結晶膜を厚さ500μmに育
成した(格子定数マツチング温度850℃)。ファラデ
ー回転係数は800度/cmであった。
実施例4
希土類元素としてErを使用し、実施例1と同様にして
GGG基板上に・組成lEr2・628at0.374
Fe5o12の磁性単結晶膜を厚さ500μmに育成し
た(格子定数マツチング温度925℃)。ファラデー回
転係数は500度/cmであった。
GGG基板上に・組成lEr2・628at0.374
Fe5o12の磁性単結晶膜を厚さ500μmに育成し
た(格子定数マツチング温度925℃)。ファラデー回
転係数は500度/cmであった。
実施例3
実施例1と全く同様にしてGGG基板上に膜厚500μ
mの単結晶膜を育成する操作を、8枚のGGG基板に続
けて行なった。GGG基板の格子定数は12.383人
であり、製造した8試料に育成した膜と基板の格子定数
差を測定したところ、図1に示す結果を得た。全試料に
おいて格子定数差は0.001人以内でよく一致してお
り、試料の割れなどはまったくなかった。
mの単結晶膜を育成する操作を、8枚のGGG基板に続
けて行なった。GGG基板の格子定数は12.383人
であり、製造した8試料に育成した膜と基板の格子定数
差を測定したところ、図1に示す結果を得た。全試料に
おいて格子定数差は0.001人以内でよく一致してお
り、試料の割れなどはまったくなかった。
本発明の磁気光学素子用磁性ガーネット材料は。
GGG基板を用いるものであるためNGO基板の場合の
ように削り除く必要がなく、また比較的安価に製造する
ことができる。また磁性ガーネット単結晶膜の希土類成
分としてイオン半径の小さい希土類元素を使用したため
に、該膜はGGG基板と格子定数の一致性が良好である
ため製品歩留りが高く、しかもファラデー回転係数が室
温で1000度/cm以上(波長1.3μm)と大きい
ものをも製造し得るため薄くとも所期のファラデー効果
を得ることができる。したがって、光アイソレータ等の
磁気光学素子用磁性材料として優れている。
ように削り除く必要がなく、また比較的安価に製造する
ことができる。また磁性ガーネット単結晶膜の希土類成
分としてイオン半径の小さい希土類元素を使用したため
に、該膜はGGG基板と格子定数の一致性が良好である
ため製品歩留りが高く、しかもファラデー回転係数が室
温で1000度/cm以上(波長1.3μm)と大きい
ものをも製造し得るため薄くとも所期のファラデー効果
を得ることができる。したがって、光アイソレータ等の
磁気光学素子用磁性材料として優れている。
図1は、実施例3で製造した、本発明の磁性材料におけ
る基板と育成した単結晶膜の格子定数差を示す。
る基板と育成した単結晶膜の格子定数差を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)ガドリニウム・ガリウム・ガーネット単結晶基板と
、該基板上にエピタキシャル成長させた一般式: R_3_−_xBi_xFe_5_−_yM_yO_1
_2〔式中、RはLu、Yb、Tm、Er、Hoおよび
Yから選ばれた少なくとも1種の希土類元素であり、M
はAlおよびGaから選ばれた少なくとも1種であり、
xは0<x<1.5の数で、yは0≦y<0.5の数で
ある。〕 で表わされる組成を有する単結晶膜とからなる磁気光学
素子用磁性ガーネット材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27963785A JPS62138396A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27963785A JPS62138396A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62138396A true JPS62138396A (ja) | 1987-06-22 |
Family
ID=17613753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27963785A Pending JPS62138396A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62138396A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02131216A (ja) * | 1988-11-11 | 1990-05-21 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 磁気光学素子材料 |
JPH02196100A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-08-02 | Tokin Corp | 磁気光学ガーネット |
CN103205813A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-07-17 | 长春理工大学 | 掺铒镱镓石榴石晶体及其生长方法 |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP27963785A patent/JPS62138396A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02131216A (ja) * | 1988-11-11 | 1990-05-21 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 磁気光学素子材料 |
JPH02196100A (ja) * | 1989-01-26 | 1990-08-02 | Tokin Corp | 磁気光学ガーネット |
CN103205813A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-07-17 | 长春理工大学 | 掺铒镱镓石榴石晶体及其生长方法 |
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