ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法
【課題】 磁性ガーネットの挿入損を低く且つ安定にできる製造方法を提供すること。
【解決手段】 一般式（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＥｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｙの中から選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表され、単結晶基板上に液相エピタキシャル成長法により育成されるビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法において、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3からなる融材に、ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の原料を溶解した融液を、約１０００℃における保持および厚膜育成温度７６０〜７８０℃までの降温過程で攪拌した後、厚膜単結晶を育成する。
【解決手段】 一般式（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＥｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｙの中から選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表され、単結晶基板上に液相エピタキシャル成長法により育成されるビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法において、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3からなる融材に、ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の原料を溶解した融液を、約１０００℃における保持および厚膜育成温度７６０〜７８０℃までの降温過程で攪拌した後、厚膜単結晶を育成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル成長法による、ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信や光情報処理において、ファラデー回転を応用したデバイスが開発、実用化されている。半導体レーザー発振器を使用した光通信装置では、光ファイバーケーブルやコネクタなどの端部からの反射光がレーザー発振器に戻ると、ノイズが増加し、発振が不安定になる。このような戻り光を遮断し、安定した発振状態を確保するために、ファラデー回転の非相反性を利用した光アイソレータが使用されている。
【０００３】
現在、光ファイバーケーブルを用いた通信システムにおいては、波長が１．３μｍ〜１．６μｍの帯域が利用されており、このような帯域で用いられる近赤外用ファラデー回転素子材料として、厚膜状のビスマス置換希土類鉄系ガーネット単結晶（以下磁性ガーネットと記す）がある。厚膜単結晶として実用化されているものとしては、希土類元素にＥｕ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂなどを用いたものがある（特許文献１など）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０８６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁性ガーネットに求められる特性として、ファラデー回転効果以外に、低い挿入損、すなわち磁性ガーネット内での光の減衰が少ないことが挙げられる。従来の磁性ガーネットでは、例えば一般式Ｇｄ2.1Ｂｉ0.9Ｆｅ4.5Ａｌ0.3Ｇａ0.2Ｏ12のものでは、挿入損が波長λ＝１．５５μｍで０．０３〜０．１５ｄＢと、ばらつきが大きく、安定した挿入損が得られていなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は上記問題に鑑み、磁性ガーネットの挿入損を低く且つ安定にできる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者による種々の検討の結果、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3の融材に磁性ガーネット成分を溶解した融液において、Ｐｔ治具による攪拌を、約１０００℃の保持から厚膜単結晶の育成開始温度まで連続して行い、続けて厚膜単結晶育成を行うことにより、挿入損を低下させ、且つ再現性良い、磁性ガーネットが得られることが分かった。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、一般式（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＹ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂから選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表され、単結晶基板上に液相エピタキシャル成長法により育成される磁性ガーネットの製造方法において、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3からなる融材に、該磁性ガーネット原料を溶解した融液を、約１０００℃における保持から厚膜単結晶の育成開始温度７６０〜７８０℃まで攪拌することにより、安定した低挿入損の磁性ガーネットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態でのビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法は以下のようである。
【００１０】
第１の工程では、所定量の金属酸化物粉末原料を秤量する。第２の工程では、（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＥｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｙの中から選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表されるビスマス置換希土類鉄系ガーネットの原料粉末を、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系フラックスの粉末とともに、雰囲気ガスの酸素濃度を設定しながら溶融する。第３の工程では、それぞれの組成に対応して、９８０〜１０２０℃の温度で保持しながら、板状のＰｔにより融液の攪拌を行う。第４の工程では、前工程と同様の攪拌を継続しながら、それぞれの組成に対応した厚膜育成開始温度７６０〜７８０℃まで降温する。第５の工程では、格子定数のマッチングをはかった基板上にＬＰＥ法（液相エピタキシャル成長法）により厚膜単結晶を育成する。第６の工程では、基板を研磨により除去し、本実施の形態のビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶を得る。
【００１１】
次に特定組成のビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶に限定した実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
純度９９．９９％の酸化ガドリニウムＧｄ2Ｏ3、酸化第二鉄Ｆｅ2Ｏ3、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、酸化ガリウムＧａ2Ｏ3、および純度９９．９％の酸化鉛ＰｂＯ、酸化ビスマスＢｉ2Ｏ3、酸化硼素Ｂ2Ｏ3の粉末を使用し、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系をフラックスとして、ＬＰＥ法にて、直径２インチの格子定数ａ＝１．２５０９ｎｍのＮｄ３Ｇａ５Ｏ１２（以下、ＮＧＧと記す）基板に、一般式Ｇｄ2.1Ｂｉ0.9Ｆｅ4.5Ａｌ0.3Ｏ12の磁性系ガーネットを厚さ６００〜６６０μｍ育成した。
【００１３】
このとき、育成中の雰囲気ガスの酸素濃度は１８％とした。また、Ｐｔ治具による攪拌は、１０００℃で８時間と、厚膜育成温度７６５℃までの降温中の３時間３０分とを連続して行った。育成後、１１ｍｍ×１１ｍｍに切断した後、ＮＧＧ基板を研磨により除去し、厚膜単結晶試料を得た。
【００１４】
次に、１．５５μｍでファラデー回転角が４５ｄｅｇとなる厚さ５００μｍに化学機械研磨（以下、ＭＣ研磨と記す）により両面を鏡面に仕上げ、波長１．５５μｍ用の無反射コート膜を両面に施し、挿入損失を測定した。
【００１５】
比較例として、従来方法である１０００℃・８時間の攪拌により得た厚膜単結晶（すなわち、１０００℃から厚膜育成開始温度までの降温中は攪拌を行わなかった場合）の挿入損の結果を表１および図１に示す。尚、実施例１および比較例ともに、５台の液相エピタキシャル育成炉で１０回育成した、計５０ロットの結果である。
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１および図１のように、実施例１では０．０２〜０．０４ｄＢと低い挿入損が安定して得られているが、比較例では０．０３〜０．１３ｄＢと挿入損のばらつきが大きく不安定である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１と比較例の挿入損のヒストグラムを示す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル成長法による、ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信や光情報処理において、ファラデー回転を応用したデバイスが開発、実用化されている。半導体レーザー発振器を使用した光通信装置では、光ファイバーケーブルやコネクタなどの端部からの反射光がレーザー発振器に戻ると、ノイズが増加し、発振が不安定になる。このような戻り光を遮断し、安定した発振状態を確保するために、ファラデー回転の非相反性を利用した光アイソレータが使用されている。
【０００３】
現在、光ファイバーケーブルを用いた通信システムにおいては、波長が１．３μｍ〜１．６μｍの帯域が利用されており、このような帯域で用いられる近赤外用ファラデー回転素子材料として、厚膜状のビスマス置換希土類鉄系ガーネット単結晶（以下磁性ガーネットと記す）がある。厚膜単結晶として実用化されているものとしては、希土類元素にＥｕ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂなどを用いたものがある（特許文献１など）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０８６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁性ガーネットに求められる特性として、ファラデー回転効果以外に、低い挿入損、すなわち磁性ガーネット内での光の減衰が少ないことが挙げられる。従来の磁性ガーネットでは、例えば一般式Ｇｄ2.1Ｂｉ0.9Ｆｅ4.5Ａｌ0.3Ｇａ0.2Ｏ12のものでは、挿入損が波長λ＝１．５５μｍで０．０３〜０．１５ｄＢと、ばらつきが大きく、安定した挿入損が得られていなかった。
【０００６】
そこで、本発明者は上記問題に鑑み、磁性ガーネットの挿入損を低く且つ安定にできる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者による種々の検討の結果、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3の融材に磁性ガーネット成分を溶解した融液において、Ｐｔ治具による攪拌を、約１０００℃の保持から厚膜単結晶の育成開始温度まで連続して行い、続けて厚膜単結晶育成を行うことにより、挿入損を低下させ、且つ再現性良い、磁性ガーネットが得られることが分かった。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、一般式（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＹ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂから選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表され、単結晶基板上に液相エピタキシャル成長法により育成される磁性ガーネットの製造方法において、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3からなる融材に、該磁性ガーネット原料を溶解した融液を、約１０００℃における保持から厚膜単結晶の育成開始温度７６０〜７８０℃まで攪拌することにより、安定した低挿入損の磁性ガーネットが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の一実施の形態でのビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法は以下のようである。
【００１０】
第１の工程では、所定量の金属酸化物粉末原料を秤量する。第２の工程では、（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＥｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｙの中から選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表されるビスマス置換希土類鉄系ガーネットの原料粉末を、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系フラックスの粉末とともに、雰囲気ガスの酸素濃度を設定しながら溶融する。第３の工程では、それぞれの組成に対応して、９８０〜１０２０℃の温度で保持しながら、板状のＰｔにより融液の攪拌を行う。第４の工程では、前工程と同様の攪拌を継続しながら、それぞれの組成に対応した厚膜育成開始温度７６０〜７８０℃まで降温する。第５の工程では、格子定数のマッチングをはかった基板上にＬＰＥ法（液相エピタキシャル成長法）により厚膜単結晶を育成する。第６の工程では、基板を研磨により除去し、本実施の形態のビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶を得る。
【００１１】
次に特定組成のビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶に限定した実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
純度９９．９９％の酸化ガドリニウムＧｄ2Ｏ3、酸化第二鉄Ｆｅ2Ｏ3、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3、酸化ガリウムＧａ2Ｏ3、および純度９９．９％の酸化鉛ＰｂＯ、酸化ビスマスＢｉ2Ｏ3、酸化硼素Ｂ2Ｏ3の粉末を使用し、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3系をフラックスとして、ＬＰＥ法にて、直径２インチの格子定数ａ＝１．２５０９ｎｍのＮｄ３Ｇａ５Ｏ１２（以下、ＮＧＧと記す）基板に、一般式Ｇｄ2.1Ｂｉ0.9Ｆｅ4.5Ａｌ0.3Ｏ12の磁性系ガーネットを厚さ６００〜６６０μｍ育成した。
【００１３】
このとき、育成中の雰囲気ガスの酸素濃度は１８％とした。また、Ｐｔ治具による攪拌は、１０００℃で８時間と、厚膜育成温度７６５℃までの降温中の３時間３０分とを連続して行った。育成後、１１ｍｍ×１１ｍｍに切断した後、ＮＧＧ基板を研磨により除去し、厚膜単結晶試料を得た。
【００１４】
次に、１．５５μｍでファラデー回転角が４５ｄｅｇとなる厚さ５００μｍに化学機械研磨（以下、ＭＣ研磨と記す）により両面を鏡面に仕上げ、波長１．５５μｍ用の無反射コート膜を両面に施し、挿入損失を測定した。
【００１５】
比較例として、従来方法である１０００℃・８時間の攪拌により得た厚膜単結晶（すなわち、１０００℃から厚膜育成開始温度までの降温中は攪拌を行わなかった場合）の挿入損の結果を表１および図１に示す。尚、実施例１および比較例ともに、５台の液相エピタキシャル育成炉で１０回育成した、計５０ロットの結果である。
【００１６】
【表１】
【００１７】
表１および図１のように、実施例１では０．０２〜０．０４ｄＢと低い挿入損が安定して得られているが、比較例では０．０３〜０．１３ｄＢと挿入損のばらつきが大きく不安定である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１と比較例の挿入損のヒストグラムを示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＥｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｙの中から選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表され、単結晶基板上に液相エピタキシャル成長法により育成されるビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法において、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3からなる融材に該ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の原料を溶解した融液を、９８０〜１０２０℃の保持温度において攪拌すると共に前記保持温度から厚膜育成開始温度７６０〜７８０℃まで降温しながら攪拌することを特徴とする、ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法。
【請求項１】
一般式（Ｒ，Ｂｉ）3（Ｆｅ，Ｍ）5Ｏ12（但し、ＲはＥｕ，Ｇｄ，Ｈｏ，Ｙｂ，Ｙの中から選ばれた少なくとも１種、ＭはＡｌ，Ｇａまたはその両方を示し、Ｍの量はゼロを含む）で表され、単結晶基板上に液相エピタキシャル成長法により育成されるビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法において、ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−Ｂ2Ｏ3からなる融材に該ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の原料を溶解した融液を、９８０〜１０２０℃の保持温度において攪拌すると共に前記保持温度から厚膜育成開始温度７６０〜７８０℃まで降温しながら攪拌することを特徴とする、ビスマス置換希土類鉄系ガーネット厚膜単結晶の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−３０８３２７（Ｐ２００７−３０８３２７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３８６５１（Ｐ２００６−１３８６５１）
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（０００１４７３５０）株式会社精工技研 (154)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【出願人】（０００１４７３５０）株式会社精工技研 (154)
【Ｆターム（参考）】
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