JPS6369718A - 磁気光学結晶 - Google Patents
磁気光学結晶Info
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- JPS6369718A JPS6369718A JP21092586A JP21092586A JPS6369718A JP S6369718 A JPS6369718 A JP S6369718A JP 21092586 A JP21092586 A JP 21092586A JP 21092586 A JP21092586 A JP 21092586A JP S6369718 A JPS6369718 A JP S6369718A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
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
本発明は光通信、光計測等に用いられる磁気光学結晶に
関するものである。
関するものである。
従来の技術
最近、光通信において光源である半導体レーザへ伝送回
路途中からの反射光が戻ることを阻止する光アイソレー
タ用磁気光学素子として、希土類鉄ガーネットの希土類
元素の一部をBiで置換したBi置換型ガーネットが注
目を集めている。
路途中からの反射光が戻ることを阻止する光アイソレー
タ用磁気光学素子として、希土類鉄ガーネットの希土類
元素の一部をBiで置換したBi置換型ガーネットが注
目を集めている。
Bi置換ガーネットは、単位長さあたシのファン2 へ
−7 デー回転角が大きく光アイソレータとして必要なファラ
デー回転角45°を得るのに数10071 mの厚みの
結晶でよい。この厚みの結晶は液相エピタキシャル成長
で成長させる事ができ、一枚のウェハから多数のチップ
を得る事ができるためその他のフローティングゾーン法
やフラックス法に比べて生産性がよく現在急速に開発が
進められている。
−7 デー回転角が大きく光アイソレータとして必要なファラ
デー回転角45°を得るのに数10071 mの厚みの
結晶でよい。この厚みの結晶は液相エピタキシャル成長
で成長させる事ができ、一枚のウェハから多数のチップ
を得る事ができるためその他のフローティングゾーン法
やフラックス法に比べて生産性がよく現在急速に開発が
進められている。
例えば−例として第8回日本応用磁気学会学術講演概要
集(1984年11月)ノBaB−1及び2の日比谷6
によるものが上げられる。
集(1984年11月)ノBaB−1及び2の日比谷6
によるものが上げられる。
単位長さあたりのファラデー回転角OFはBiの量に比
例して増加するので、0.の大きな結晶を得るためには
希土類元素をできるだけ多くのBiで置換する事が有利
である。なぜならばθFを大きくする事により薄いエピ
タキシャル膜でも光アイソレータに必要な45°のファ
ラデー回転角を得る事ができ、したがって成長時間が短
かくなり、コストの面でも量産的効果が期待できる。
例して増加するので、0.の大きな結晶を得るためには
希土類元素をできるだけ多くのBiで置換する事が有利
である。なぜならばθFを大きくする事により薄いエピ
タキシャル膜でも光アイソレータに必要な45°のファ
ラデー回転角を得る事ができ、したがって成長時間が短
かくなり、コストの面でも量産的効果が期待できる。
ところで種々の希土類鉄ガーイ・ットの焼結体について
、Biの置換量に関する実験がSinagawaらに1
663に報告されている。その結果、格子定数に制限が
ない場合GdがBiと最もよく置換することがわかって
いる。したがって液相エピタキシャル成長においても希
土類元素としてGdを用いる事によりB工を多量に置換
する事ができると考えられる。ところでBi置換型希土
類鉄ガーネットを液相エピタキシャル成長する時には成
長する膜と基板との格子整合を取る必要があり、したが
° って、エピタキシャル膜の格子定数が制限される。
、Biの置換量に関する実験がSinagawaらに1
663に報告されている。その結果、格子定数に制限が
ない場合GdがBiと最もよく置換することがわかって
いる。したがって液相エピタキシャル成長においても希
土類元素としてGdを用いる事によりB工を多量に置換
する事ができると考えられる。ところでBi置換型希土
類鉄ガーネットを液相エピタキシャル成長する時には成
長する膜と基板との格子整合を取る必要があり、したが
° って、エピタキシャル膜の格子定数が制限される。
現在Bi置換型ガーネットのLPE成長に用いられてい
る基板は、Ca −Mg −Zr置換型GGG(格子定
数a = 12−490〜12.499 A程度)又は
NdGG(格子定数IL = 12.604人)が多く
、これ以上格子定数の大きな基板はほとんど作られてい
ない。第2図にGd5−xBixFe5O12における
Biの置換量Xと格子定数の関係を示す。基板の格子定
数a:12.490〜12.5O4八とするとこの格子
定数に一致させてGd5−xBixFe5O12を成長
させると、Biの濃度はX−〇、4〜(17程度である
。X−0,7以上Biを多量に置換すると成長する膜の
格子定数が大きくなり最も格子定数の大きなNdGG(
格子定数a = 12.5O4人うでも格子整合がとれ
ない。又この条件では数μm〜数1011mの膜厚の結
晶を成長させると結晶全体に割れが発生する。しだがっ
て従来はFeを他のイオン半径の小さなイオン、例えば
Al、Gaで置き替えて格子定数を小さくする一方、イ
オン半径の大きなり1の置換量を増す事により、基板と
格子整合をとることが主に行なわれていた。
る基板は、Ca −Mg −Zr置換型GGG(格子定
数a = 12−490〜12.499 A程度)又は
NdGG(格子定数IL = 12.604人)が多く
、これ以上格子定数の大きな基板はほとんど作られてい
ない。第2図にGd5−xBixFe5O12における
Biの置換量Xと格子定数の関係を示す。基板の格子定
数a:12.490〜12.5O4八とするとこの格子
定数に一致させてGd5−xBixFe5O12を成長
させると、Biの濃度はX−〇、4〜(17程度である
。X−0,7以上Biを多量に置換すると成長する膜の
格子定数が大きくなり最も格子定数の大きなNdGG(
格子定数a = 12.5O4人うでも格子整合がとれ
ない。又この条件では数μm〜数1011mの膜厚の結
晶を成長させると結晶全体に割れが発生する。しだがっ
て従来はFeを他のイオン半径の小さなイオン、例えば
Al、Gaで置き替えて格子定数を小さくする一方、イ
オン半径の大きなり1の置換量を増す事により、基板と
格子整合をとることが主に行なわれていた。
発明が解決しようとする問題点
Gd5−xBixFe5O,2においてFeをイオン半
径の小さなGa、Alで置換する事により、格子定数を
小さくして基板とエピタキシャル膜の格子整合をとシな
からBiを多量に置換する事が可能である。しかしFe
を非磁性元素である AlやGaで置換するとファラデ
ー回転角の温度変化が大きくなる。例えばFeを約2割
Gaで置換した(Bio8Gd22)Fe4Ga10,
2 の室温付近でのファラデー回転角の45°からの温
度変化は約0.09°/°Cである。光アイソレータ用
として必要な回転角は45°であるが、回転角の45°
からのずれはアイソレーション比の劣化の原因となる。
径の小さなGa、Alで置換する事により、格子定数を
小さくして基板とエピタキシャル膜の格子整合をとシな
からBiを多量に置換する事が可能である。しかしFe
を非磁性元素である AlやGaで置換するとファラデ
ー回転角の温度変化が大きくなる。例えばFeを約2割
Gaで置換した(Bio8Gd22)Fe4Ga10,
2 の室温付近でのファラデー回転角の45°からの温
度変化は約0.09°/°Cである。光アイソレータ用
として必要な回転角は45°であるが、回転角の45°
からのずれはアイソレーション比の劣化の原因となる。
例えば回転角が45°から1°ずれるとその光アイソレ
ータのアイソレーション比は理想状態(無限大)から3
5dBに低下し実用上問題がある。
ータのアイソレーション比は理想状態(無限大)から3
5dBに低下し実用上問題がある。
本発明はかかる点に鑑み、ファラデー回転角の温度変化
をできうる限り小さくし、かつBiの置換量を多くして
大きなファラデー回転角を有する磁気光学結晶を提供す
る事を目的とする。
をできうる限り小さくし、かつBiの置換量を多くして
大きなファラデー回転角を有する磁気光学結晶を提供す
る事を目的とする。
問題点を解決するだめの手段
本発明は上記した問題を解決するために、Bi置換型希
土類鉄ガーネットにおいて、その化学組成が(BixR
eyGe3.−y) Fe5O.□で、ReはLu又は
Yb又はLuとYbの両方であシ、0.5≦x≦1.3
であり0.1≦y≦0.7である磁気光学結晶を用いる
事である。
土類鉄ガーネットにおいて、その化学組成が(BixR
eyGe3.−y) Fe5O.□で、ReはLu又は
Yb又はLuとYbの両方であシ、0.5≦x≦1.3
であり0.1≦y≦0.7である磁気光学結晶を用いる
事である。
作用
本発明により液相エピタキシャル成長において、Biを
多量に置換しさらにファラデー回転角の温6、、−7 度変化を少なくする事が可能である。以下にその理由を
説明する。Bi置換型希土類鉄ガーネットの鉄元素を非
磁性元素で置換すると、それまで鉄原子間に働いていた
大きな磁気的相互作用のため発生していた鉄の磁化が、
非磁性原子のため磁気的な相互作用が弱められ小さくな
る。この効果はキューリ一点に近づくほど大きくなり、
したがって室温からキューリ一点に向って急速に磁化が
小さくなり、磁化の大きさに依存したファラデー回転角
の太きさも急速に変化する。その結果、鉄元素を非磁性
元素で置換した場合、ファラデー回転角の室温付近での
温度変化も大きくなる。
多量に置換しさらにファラデー回転角の温6、、−7 度変化を少なくする事が可能である。以下にその理由を
説明する。Bi置換型希土類鉄ガーネットの鉄元素を非
磁性元素で置換すると、それまで鉄原子間に働いていた
大きな磁気的相互作用のため発生していた鉄の磁化が、
非磁性原子のため磁気的な相互作用が弱められ小さくな
る。この効果はキューリ一点に近づくほど大きくなり、
したがって室温からキューリ一点に向って急速に磁化が
小さくなり、磁化の大きさに依存したファラデー回転角
の太きさも急速に変化する。その結果、鉄元素を非磁性
元素で置換した場合、ファラデー回転角の室温付近での
温度変化も大きくなる。
次に希土類元素(Gd)を他の希土類元素(Lu。
Yb )に変えても鉄の持つ磁化はほとんど変化しない
。さらにBiを置換すると鉄原子どうしの相互作用が強
くなり室温付近での鉄の持つ磁化の温度変化も小さくな
り、またファラデー回転角の温度変化も小さくなる。
。さらにBiを置換すると鉄原子どうしの相互作用が強
くなり室温付近での鉄の持つ磁化の温度変化も小さくな
り、またファラデー回転角の温度変化も小さくなる。
次にGdの一部をLu又はYbで置換する事により液相
エピタキシャル成長の際格子定数を容易7 ・−、゛ に制御でき、かつBiを多量に置換できるがその理由を
以下に説明する。
エピタキシャル成長の際格子定数を容易7 ・−、゛ に制御でき、かつBiを多量に置換できるがその理由を
以下に説明する。
第3図に種4の希土類鉄ガーネットと格子定数の関係を
示す。(BixGd3−x)Fe5O,2ではBiのイ
オン半径が太きいだめBiの置換量Xを増加させると基
板の格子定数より成長するエピタキシャル膜の格子定数
が大きくなり過ぎる事、そして格子定数の制限がない場
合Biを多量に置換し得る希土類元素は(、dである事
は従来例の所で説明した通りである。したがって、エピ
タキシャル成長の場合は基板と格子整合をとるため、最
も格子・定数を小さくできるLuやYbでGdを小量置
換する事により、Biを多量に成長する結晶内に取り込
む事が可能となる。!!たYbはLuを用いた場合にく
らべ原料のYb2O3コストがLu2O3の約15程度
であるため価格面で有利であるという特色がある。
示す。(BixGd3−x)Fe5O,2ではBiのイ
オン半径が太きいだめBiの置換量Xを増加させると基
板の格子定数より成長するエピタキシャル膜の格子定数
が大きくなり過ぎる事、そして格子定数の制限がない場
合Biを多量に置換し得る希土類元素は(、dである事
は従来例の所で説明した通りである。したがって、エピ
タキシャル成長の場合は基板と格子整合をとるため、最
も格子・定数を小さくできるLuやYbでGdを小量置
換する事により、Biを多量に成長する結晶内に取り込
む事が可能となる。!!たYbはLuを用いた場合にく
らべ原料のYb2O3コストがLu2O3の約15程度
であるため価格面で有利であるという特色がある。
実施例
本発明の第1の実施例としてPt)O−B203−Bi
2O3系融剤より(B ix Lu y Gd s x
−y ) Fe5 ol 2を格子定数a=12.49
OAの基板の上に液相エピタキシャル成長した場合につ
いて述べる。第1図は同一融剤より成長温度を変化させ
た時の結晶中のBi、 Lu、 Gdの濃度の変化
のようすである。
2O3系融剤より(B ix Lu y Gd s x
−y ) Fe5 ol 2を格子定数a=12.49
OAの基板の上に液相エピタキシャル成長した場合につ
いて述べる。第1図は同一融剤より成長温度を変化させ
た時の結晶中のBi、 Lu、 Gdの濃度の変化
のようすである。
一般に成長温度が変化すると偏析係数が変化するため、
同一の融剤より成長しても成長温度が違えば結晶中の元
素の濃度が変化する。
同一の融剤より成長しても成長温度が違えば結晶中の元
素の濃度が変化する。
しかしLuの濃度は成長温度にほとんど依存せず、この
場合は0.5でほぼ一定である。したがって格子定数を
Luで制御する時Luに起因する成長温度の違いによる
格子定数の変化がないだめ格子定数の制御が容易となる
。さらにGdの濃度が減少し代わってBiの濃度が増大
しており、Biを最大濃度X=1.Jjで置換する事が
できた。また成長温度762°Cで(Bi4,5LuC
L55Crd、3〕Fe5O,2を成長した。この時、
格子定数は1L=12.490人であり基板と不整合々
くエピタキシャル成長する事ができる。さらにこの条件
で25Oμmの厚膜を成長した結果、この厚みでのファ
ラデー回転角は45°であり、その温度変化は室温付近
で9 ・・− 0,06°/Cであった。
場合は0.5でほぼ一定である。したがって格子定数を
Luで制御する時Luに起因する成長温度の違いによる
格子定数の変化がないだめ格子定数の制御が容易となる
。さらにGdの濃度が減少し代わってBiの濃度が増大
しており、Biを最大濃度X=1.Jjで置換する事が
できた。また成長温度762°Cで(Bi4,5LuC
L55Crd、3〕Fe5O,2を成長した。この時、
格子定数は1L=12.490人であり基板と不整合々
くエピタキシャル成長する事ができる。さらにこの条件
で25Oμmの厚膜を成長した結果、この厚みでのファ
ラデー回転角は45°であり、その温度変化は室温付近
で9 ・・− 0,06°/Cであった。
本発明の第2の実施例としてPbO−B203−Bi2
05系融液を用い(BixYbyGd、x、)Fe5O
,2を格子定数12.497人の基板に成長した。成長
温度を810°C〜760°Cまで変化させても結晶中
のYbの濃度はほぼ変化せずy=o、6であった。成長
温度−r 了0 ’Cで成長した(B”tOYbO,6
cTd+、4)Fe5Oj2は格子定数12.497人
となり基板と格子不整合なくエピタキシャル成長する事
ができる。この組成の結晶は厚み300μmで光アイソ
レータとして必要なファラデー回転角46°となり、ま
たその時の室温付近でのファラデー回転角の温度変化は
0.058/℃であった。
05系融液を用い(BixYbyGd、x、)Fe5O
,2を格子定数12.497人の基板に成長した。成長
温度を810°C〜760°Cまで変化させても結晶中
のYbの濃度はほぼ変化せずy=o、6であった。成長
温度−r 了0 ’Cで成長した(B”tOYbO,6
cTd+、4)Fe5Oj2は格子定数12.497人
となり基板と格子不整合なくエピタキシャル成長する事
ができる。この組成の結晶は厚み300μmで光アイソ
レータとして必要なファラデー回転角46°となり、ま
たその時の室温付近でのファラデー回転角の温度変化は
0.058/℃であった。
なお実施例ではGdをLu又はYbで少量置換した場合
について述べだが、(1,dをLuとYbで同時に置換
してもよい。−!たBiの濃度はx−1,3を越えて成
長すると12.497人の基板を用いた場合結晶に欠陥
が発生し、結晶性が悪くなる。
について述べだが、(1,dをLuとYbで同時に置換
してもよい。−!たBiの濃度はx−1,3を越えて成
長すると12.497人の基板を用いた場合結晶に欠陥
が発生し、結晶性が悪くなる。
さらにアイソレータとして十分大きなファラデー回転角
を得るにはX=Q、5以上必要であり、これo − より少々いと、単位長さあたりのファラデー回転角が小
さくなり、アイソレータに必要な厚みが厚くカリ、エピ
タキシャル成長で所望の結晶を得る事が困難である。さ
らにBiの濃度X−Q、5〜1.3である場合、基板と
格子整合をとって成長させるためには、Lu、 又は
Yb、 又はLuとYbの両方の濃度が7−0.1〜0
.7であることが必要である。
を得るにはX=Q、5以上必要であり、これo − より少々いと、単位長さあたりのファラデー回転角が小
さくなり、アイソレータに必要な厚みが厚くカリ、エピ
タキシャル成長で所望の結晶を得る事が困難である。さ
らにBiの濃度X−Q、5〜1.3である場合、基板と
格子整合をとって成長させるためには、Lu、 又は
Yb、 又はLuとYbの両方の濃度が7−0.1〜0
.7であることが必要である。
発明の詳細
な説明したように、本発明によれば、ファラデー回転角
が大きく、かつその温度変化の小さな磁気光学結晶を基
板と格子整合をとシながら液相エピタキシャル成長する
事が可能となり、その実用的効果は大きい。
が大きく、かつその温度変化の小さな磁気光学結晶を基
板と格子整合をとシながら液相エピタキシャル成長する
事が可能となり、その実用的効果は大きい。
第1図は本発明における第一の実施例の結果であり成長
温度と結晶中のBi、 Lu、 Craの濃度の関係
を示す図、第2図は(BixGd3−x)Fe5O,2
におけるBiの置換量と格子定数の関係を示す図、第3
図は各種希土類鉄ガーネットと格子定数を示11 ・・
−7 す図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 へ長温及 第2図
温度と結晶中のBi、 Lu、 Craの濃度の関係
を示す図、第2図は(BixGd3−x)Fe5O,2
におけるBiの置換量と格子定数の関係を示す図、第3
図は各種希土類鉄ガーネットと格子定数を示11 ・・
−7 す図である。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 へ長温及 第2図
Claims (1)
- Bi置換型希土類鉄ガーネットにおいて、その化学組成
が(Bi_x Re_y Gd_3_−_x_−_y)
Fe_5 O_1_2でReはLu又はYb又はLuと
Ybの両方であり、0.5≦x≦1.3であり、0.1
≦y≦0.7である事を特徴とする磁気光学結晶。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21092586A JPS6369718A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 磁気光学結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21092586A JPS6369718A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 磁気光学結晶 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6369718A true JPS6369718A (ja) | 1988-03-29 |
Family
ID=16597345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21092586A Pending JPS6369718A (ja) | 1986-09-08 | 1986-09-08 | 磁気光学結晶 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6369718A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63291028A (ja) * | 1987-05-25 | 1988-11-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ファラデ−素子 |
US6309557B1 (en) | 1999-03-15 | 2001-10-30 | Tdk Corporation | Magnetic garnet material and faraday rotator using the same |
JP2012131690A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-07-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
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1986
- 1986-09-08 JP JP21092586A patent/JPS6369718A/ja active Pending
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