ファラデー回転子
【課題】温度特性が優れ、かつ角型ヒステリシスを示すファラデー回転子の製法とそのファラデー回転子を提供することを目的とする。
【解決手段】Ｃａを含んだ化学式ＴｂｙＹｂｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２、または化学式ＴｂｙＨｏｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を、金るつぼを使った液相エピタキシャル法にて育成することで、温度特性０．０７５ｄｅｇ／℃以下が達成された。
【解決手段】Ｃａを含んだ化学式ＴｂｙＹｂｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２、または化学式ＴｂｙＨｏｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を、金るつぼを使った液相エピタキシャル法にて育成することで、温度特性０．０７５ｄｅｇ／℃以下が達成された。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータや光サーキュレータなどのファラデー回転子に用いられる希土類鉄ガーネット単結晶に関する。詳しくは、永久磁石を用いないビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶からなるファラデー回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信や光計測では多くの場合、信号源として半導体レーザが使用されている。しかし、半導体レーザは、光ファイバ端面などから反射し、再び半導体レーザ自身に戻ってくるところの所謂反射戻り光があると、発振が不安定になるという重大な欠点がある。そのため半導体レーザの出射側に光アイソレータを設けて、反射戻り光を遮断し、半導体レーザの発振を安定化させることが行われている。
【０００３】
一般的に、光アイソレータは偏光子、検光子、ファラデー回転子およびファラデー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石からなる。このファラデー回転子として用いられるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の中には、いったん外部磁界を加え磁気的に飽和させた後、外部磁界を無くしても磁気的飽和状態が保たれるという性能を有するものがある。この特性を有するファラデー回転子を用いた場合、光アイソレータにおいて、永久磁石が不要となるため、光アイソレータの小型化やコスト面において非常に大きなメリットがある。
【０００４】
これまで、このように光アイソレータといった光部品を構成する場合に、永久磁石を必要しない性能を有するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶には、（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＧａＡｌ）５Ｏ１２（特許文献１）、（ＴｂＨｏＢｉ）３（ＦｅＧａ）５Ｏ１２（特許文献２）、（ＥｕＨｏＢｉ）３（ＦｅＧａ）５Ｏ１２（特許文献３）、（ＴｂＹｂＢｉ）３（ＦｅＧａ）５Ｏ１２（特許文献４）等が提案され、また、実用化されている。
【０００５】
一般に、ファラデー回転子として使用されるビスマスを置換した希土類鉄ガーネット単結晶（以下、ＲＩＧと適宜略す）は、液相エピタキシャル（以下、ＬＰＥと略す）法にて、主に３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＧａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板を用いて育成される。その後、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度へ切断し、両面を鏡面に研磨後、両面に反射防止膜を付着するという製造工程を歩む。その後、１ｍｍ×１ｍｍ程度のチップの製品形状に切断した後に、永久磁石を不要とする性能を有するＲＩＧでは、外部から磁界を加え磁気的に飽和させ、永久磁石が不要なファラデー回転子として用いられる。
【０００６】
永久磁石を必要としないファラデー回転子にて問題となるのが、外部磁界及び環境温度の影響で磁気的な飽和状態が破られる、という点である。光アイソレータが使用される温度環境は、通常、−４０〜８５℃であり、また光アイソレータの設置場所に外部磁界が存在するケースも想定される。したがって、−４０〜８５℃の温度範囲で、外部磁界が存在した場合、例えば１００（Ｏｅ）程度、好ましくは２００（Ｏｅ）程度までの外部磁界が存在した場合にも、一旦飽和させたファラデー回転角が維持されることが、これらファラデー回転子には望まれる。ここで、外部磁界、特に磁気的に飽和したファラデー回転子に対して逆向きの磁界であって、この磁気的に飽和した状態を破る磁界を保磁力Ｈｃと定義する。
【０００７】
永久磁石を不要とする性能を有するＲＩＧとするためには、すなわち大きなＨｃをＲＩＧに持たせるためには、ＲＩＧの磁気異方性を上げ、飽和磁界を下げることが有効である。したがって、磁気異方性の増大に寄与する希土類元素やその組み合わせを選択して、かつ四面体サイトの鉄を非磁性元素で置換するなどして飽和磁化を下げることが有効となる。四面体サイトの鉄を置換する非磁性元素には、一般にＧａやＡｌが使われる。これは、ＧａやＡｌが四面体と八面体の２サイトある鉄の内、四面体サイトの方に選択的に置換され、フェリ磁性体であるＲＩＧの飽和磁化を下げる効果があるためである。特にＧａの四面体へのサイト選択率は、一般に９０％程度と言われていて飽和磁界を下げる目的に適している。特許文献１や２、４のＲＩＧでは、飽和磁化を下げて飽和磁界を６０（Ｏｅ）以下にして、永久磁石を不要とする性能を有するＲＩＧが実現される。
【０００８】
しかしながら、これら非磁性元素にて鉄を置換すると、ファラデー回転角４５ｄｅｇのファラデー回転子において、温度１℃当たりのファラデー回転角の変化（以下、温度特性と記す）が非磁性元素量の増加と共に悪化することが知られている。構成する希土類の種類に応じて異なるが、通常、非磁性イオンで置換しないファラデー回転子の温度特性は絶対値で、０．０４５〜０．０７ｄｅｇ／℃（以下、温度特性値は絶対値の値で表記する）であるのに対して、一般に市販されていて永久磁石を必要としない、特許文献２または特許文献３記載のＲＩＧでは、その温度特性が０．０９〜０．１ｄｅｇ／℃と大きい。ＲＩＧの大きな温度特性は、光アイソレータの外部温度変化による性能低下の要因となる。
【０００９】
一方、特許文献１記載のＲＩＧは、温度特性は０．０７〜０．０８ｄｅｇ／℃と比較的良好であるが、このＲＩＧからなる市販されているファラデー回転子のＨｃの保証値は室温にて２００（Ｏｅ）（製品カタログ値）であり、他の市販品（４００〜５００（Ｏｅ）と比較すると小さい。更に、高温にてＨｃの低下が大きいことを本発明者らは確認している。ＲＩＧの磁気的な物性である磁気異方性定数を大きくするとＨｃは大きくなる。磁気異方性定数と、希土類イオンの種類やそのイオン半径に関連があることは一般に知られている。特許文献１記載のＲＩＧに、イオン半径が小さく磁性を有するＨｏを加えてＨｃの向上を提案したものが特許文献２であり、特許文献３では磁性を有してイオン半径の異なるＥｕとＨｏが組み合わされている。また本発明者らは、特許文献４で特許文献１記載のＲＩＧに、イオン半径が小さく磁性を有するＹｂを組み合わせることでも大きなＨｃを有することを見出して、そして、その温度特性が従来よりも小さな０．０７５〜０．０８ｄｅｇ／℃であるＲＩＧを提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５２０８８９号
【特許文献２】特開平１０−３１１１２
【特許文献３】特許第３１９８０５３号
【特許文献４】特願２００８−２３８８１２
【特許文献５】特開昭６１−９９３１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者らは、Ｈｃの大きな特許文献２や特許文献４にて提案されているＲＩＧにおいて、更なる温度特性の向上を本発明の課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特許文献２や４記載のＲＩＧ作製に使われている白金るつぼから溶け出した白金イオンＰｔ４＋のＲＩＧへの混入が、Ｇａのサイト選択率が下がる原因となるとの知見を得て、加えてＣａ２＋の混入がＧａのサイト選択率の上がる原因となることの知見を得て、従来よりも少ないＧａ置換量にて、温度特性を低下させることなく、ＲＩＧの飽和磁界を低下させることが可能であるとの知見を得て、本発明を完成させた。
すなわち、白金るつぼを使わず金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＹｂｘＣａｗＢｉ３-ｘ-ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．３５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶、および、金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＨｏｘＣａｗＢｉ３-ｘ-ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．４５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子において、温度特性０．０７５ｄｅｇ／℃以下が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】飽和磁界を調整するのに必要なＧａ置換量を示したグラフ
【図２】製法や組成の異なるＲＩＧの温度特性を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
下表は、実施例１と２、比較例１〜１０の製法で作製したファラデー回転子の評価結果をまとめたものである。
【００１５】
【表１】
【００１６】
表１の内、飽和磁界を３０〜６０（Ｏｅ）に組成を調整して、必要なＨｃを持たせた（ＴｂＢｉ）（ＦｅＧａ）Ｏ、（ＴｂＹｂＢｉ）（ＦｅＧａ）Ｏと（ＴｂＨｏＢｉ）（ＦｅＧａ）Ｏ組成を有するＲＩＧを実施例、または比較例に記載した方法にて製造、その時に必要となったＧａの置換を図１に、またＧａ置換量を定めて作製したＲＩＧの温度特性の評価結果を図２に示した。図１と図２では、白金るつぼ、または金るつぼにて作製した場合、更にはＣａを添加の有無で分類した。表１にて、飽和磁界が３０〜６０（Ｏｅ）の範囲に入らず、６０（Ｏｅ）を超えるとなると、比較例８と比較例９のようにＨｃが低くなる。また、３０（Ｏｅ）未満では、磁気補償温度が室温付近となるため、Ｈｃが高くなり過ぎて、製品化する際に大きな着磁磁界を必要とするなどの支障が生じる。
白金のるつぼを使って、Ｃａを添加せずに、飽和磁界が３０〜６０（Ｏｅ）になるよう、融液中のＧａ置換量を定めてＲＩＧを作製すると、図１の○（白金るつぼ、Ｃａ添加なし）のＧａ置換量が必要となる。白金るつぼで作製しても、Ｃａを十分に添加すると図１の□（白金るつぼ、Ｃａ添加あり）のように、○と比較して少ないＧａ置換量で、ＲＩＧの飽和磁界が調整できる。更に、白金るつぼを使わず、金るつぼを用いＣａを添加すると図１の●（金るつぼ、Ｃａ添加）のようにＧａ置換量は一層少なくて良い。したがって、図２のように温度特性が向上されるのである。結果として図２の●（金るつぼ、Ｃａ添加あり）のように、図２の○（白金るつぼ、Ｃａ添加なし）や図２の□（白金るつぼ、Ｃａ添加あり）と比較して、温度特性が改善されるのである。ちなみに、図２において、ＹｂやＨｏの置換量が少ないと温度特性は改善されるが、これはＴｂの置換量が多くなり、一般に知られているＴｂの温特に寄与する効果が増えるためである。
【００１７】
金るつぼやＣａ添加の効果については、理由は確かではないが、本発明者ら以下のように推定している。金るつぼを使うことで、４価のＰｔイオンがＲＩＧ中に取り込まれなくなる。また、Ｃａの添加すると２価のＣａがＲＩＧ中に取り込まれることになる。一般に、３価の鉄以外に、微量ではあるが２価と４価の鉄がＲＩＧ中に取り込まれていると考えられている。４価のＰｔが減り、または無くなり、２価のＣａが増えることで、Ｇａのサイト選択率に変化が生じ、よって飽和磁界を一定にするためのＧａ置換量が変わってくるものと考えている。
【００１８】
本発明によって、金るつぼを使用して、Ｃａを微量添加することで温度特性０．０７５ｄｅｇ／℃以下が達成された。ところで一般的には、ＬＰＥ法によるＲＩＧの結晶育成には、白金るつぼが使われる。白金るつぼを使うと、融液中に溶け出した白金イオンＰｔ４＋が、ＲＩＧ内に一部取り込まれ、上述した影響を生じると考えられる。ＬＰＥ法では、特許文献５に記載されているように、白金の他に、金、銀、パラジウムも使われる。本発明者らは、金るつぼを使うことで白金イオンの取り込みを無くした結果として、本知見を見出した。金るつぼからの金の溶出は極めて少なく、ＲＩＧ中にも含まれない。銀やパラジウムについて、本発明者らには知見がないが、Ｐｔ４＋のようにＲＩＧ中に取り込まれ、悪影響を及ぼさないようなら、金るつぼと同等の効果は期待される。
【００１９】
Ｙｂの置換量ｘは、０．１以上０．３５以下が好ましく、Ｈｏの置換量ｘは、０．１以上０．４５以下が好ましい。特許文献１記載のＹｂやＨｏを全く含まないＲＩＧではＨｃが低いことから、ＹｂやＨｏは０．１以上であることが好ましい。Ｔｂの置換量ｙは、１．１以上１．８以下が好ましい。Ｔｂの置換量ｙが、１．１未満では温度特性が低下する。また、ＹｂやＨｏの置換量ｘが０．３５または０．４５以上の場合、種結晶基板との格子整合をとり結晶育成するＬＰＥ法においては、これらイオン半径の小さな希土類イオンが多くなると、Ｂｉの置換量が増えＴｂの置換量が減ることになる。したがって、Ｔｂの置換量ｙが１．１未満となることから、ＹｂやＨｏの置換量ｘが０．３５または０．４５以上は好ましくない。Ｔｂの置換量ｙが１．８より大きくなると、上述したＬＰＥ法での制限からＢｉ置換量が少なくなり好ましくない。
Ｇａの置換量は、少ないことが好ましい。本発明を用いるとＧａ置換量は、０．６〜０．７５の範囲にあって、ＹｂやＨｏの置換量ｘの範囲内では、０．６７±０．０２程度に抑えられる。
【００２０】
本発明に用いる上記ＲＩＧ膜の製造に用いる種結晶基板としては、公知のものが使用できる。一般には、ＳＧＧＧ基板と称して市販されている格子定数が１．２４９０ｎｍから１．２５１５ｎｍの非磁性ガーネット［（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２］基板から適宜選択する。
以下、表１に記載したＲＩＧの製法と評価結果の詳細を記載する。実施例や比較例では、水酸化ナトリウムを除き、すべて３Ｎかそれ以上の高純度試薬を用いている。水酸化ナトリウムは、９５％以上の純度ではあるが、水酸化ナトリウムの使用の有無に関わらず、Ｇａの置換量や温度特性の傾向に差異は無い。また、水酸化ナトリウムに含まれる不純物は、水及び炭酸ナトリウムやカリウムがほとんどであって他は１００ｐｐｍ以下である。
【実施例】
【００２１】
実施例１
金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９５ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４５ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４５ｇ、酸化カルシウム [ＣａＯ]１ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、９００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、厚さが７６０μｍで、格子定数が１．２
４９７±０．０００２ｎｍの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＧａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６０Ｙｂ０．１６Ｃａ０．０３Ｂｉ１．２１Ｆｅ４．３２Ｇａ０．６８Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４４０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は４５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７２（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１４００（Ｏｅ）であった。
【００２２】
実施例２
金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４６００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]９０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]９００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４０ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４０ｇ、酸化カルシウム [ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、９００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５００μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-２と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．１５Ｈｏ０．４３Ｃａ０．０６Ｂｉ１．３６Ｆｅ４．３４Ｇａ０．６６Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−２を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-２を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５０（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−２、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１２３０（Ｏｅ）であった。
【００２３】
比較例１
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４４００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]５００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]２００ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]３８００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４８０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化アルミニウム [Ａｌ２Ｏ３]２０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-３と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６８Ｂｉ１．３２Ｆｅ４．３０Ｇａ０．４４Ａｌ０．２６Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−３を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-３を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−３、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は７１０（Ｏｅ）であった。
【００２４】
比較例２
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]２９００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３１０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]１１０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]２１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]３０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]６ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５５ｇを仕込み融液とした。
ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-４と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６７Ｙｂ０．１４Ｂｉ１．１９Ｆｅ４．２０Ｇａ０．８０Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−４を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-４を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５１（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−４、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は２１１０（Ｏｅ）であった。
【００２５】
比較例３
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]２０００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]２１０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]７５ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]１５００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]２０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]６ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-５と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．５６Ｙｂ０．２０Ｂｉ１．２４Ｆｅ４．２０Ｇａ０．８０Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−５を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-５を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０８０（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−５、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１３８０（Ｏｅ）であった。
【００２６】
比較例４
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４８００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]４５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]１７０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]３５００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４０ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]８５ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５１０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-６と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．２５Ｈｏ０．４２Ｂｉ１．３３Ｆｅ４．１５Ｇａ０．８５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−６を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-６を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５０（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０８８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−６、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１１５０（Ｏｅ）であった。
【００２７】
比較例５
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]５５ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]３ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-７と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１４Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１９Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−７を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-７を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−７、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１５２０（Ｏｅ）であった。
【００２８】
比較例６
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５３００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５０ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]６０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１５ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５４０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-８と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１７Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１６Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−８を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-８を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５８（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−８、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１４１０（Ｏｅ）であった。
【００２９】
比較例７
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４６００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]９０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]９００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４０ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４０ｇ、酸化カルシウム [ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-９と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．２４Ｈｏ０．３３Ｃａ０．０６Ｂｉ１．３７Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−９を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４４０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-９を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は４８（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０８１（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−９、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１４５０（Ｏｅ）であった。
【００３０】
比較例８
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４８ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]３ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１０と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１４Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１９Ｆｅ４．３２Ｇａ０．６８Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１０を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１０を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は９０（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１０、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は７６０（Ｏｅ）であった。
【００３１】
比較例９
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]５０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１２ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５１０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１１と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１７Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１６Ｆｅ４．３１Ｇａ０．６９Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１１を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１１を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は８５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１１、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は６１０（Ｏｅ）であった。
【００３２】
比較例１０
金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９５ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４８ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、９００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５３０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１２と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６４Ｙｂ０．１５Ｂｉ１．２１Ｆｅ４．２４Ｇａ０．７６Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１２を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４４０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１２を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５２（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１２、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１３２０（Ｏｅ）であった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば外部温度、外部磁界の耐久性及びファラデー回転角の温度特性に優れた永久磁石不要のファラデー回転子を得ることができ、その産業上の意義は極めて高い。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータや光サーキュレータなどのファラデー回転子に用いられる希土類鉄ガーネット単結晶に関する。詳しくは、永久磁石を用いないビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶からなるファラデー回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信や光計測では多くの場合、信号源として半導体レーザが使用されている。しかし、半導体レーザは、光ファイバ端面などから反射し、再び半導体レーザ自身に戻ってくるところの所謂反射戻り光があると、発振が不安定になるという重大な欠点がある。そのため半導体レーザの出射側に光アイソレータを設けて、反射戻り光を遮断し、半導体レーザの発振を安定化させることが行われている。
【０００３】
一般的に、光アイソレータは偏光子、検光子、ファラデー回転子およびファラデー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石からなる。このファラデー回転子として用いられるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の中には、いったん外部磁界を加え磁気的に飽和させた後、外部磁界を無くしても磁気的飽和状態が保たれるという性能を有するものがある。この特性を有するファラデー回転子を用いた場合、光アイソレータにおいて、永久磁石が不要となるため、光アイソレータの小型化やコスト面において非常に大きなメリットがある。
【０００４】
これまで、このように光アイソレータといった光部品を構成する場合に、永久磁石を必要しない性能を有するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶には、（ＴｂＢｉ）３（ＦｅＧａＡｌ）５Ｏ１２（特許文献１）、（ＴｂＨｏＢｉ）３（ＦｅＧａ）５Ｏ１２（特許文献２）、（ＥｕＨｏＢｉ）３（ＦｅＧａ）５Ｏ１２（特許文献３）、（ＴｂＹｂＢｉ）３（ＦｅＧａ）５Ｏ１２（特許文献４）等が提案され、また、実用化されている。
【０００５】
一般に、ファラデー回転子として使用されるビスマスを置換した希土類鉄ガーネット単結晶（以下、ＲＩＧと適宜略す）は、液相エピタキシャル（以下、ＬＰＥと略す）法にて、主に３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＧａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板を用いて育成される。その後、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度へ切断し、両面を鏡面に研磨後、両面に反射防止膜を付着するという製造工程を歩む。その後、１ｍｍ×１ｍｍ程度のチップの製品形状に切断した後に、永久磁石を不要とする性能を有するＲＩＧでは、外部から磁界を加え磁気的に飽和させ、永久磁石が不要なファラデー回転子として用いられる。
【０００６】
永久磁石を必要としないファラデー回転子にて問題となるのが、外部磁界及び環境温度の影響で磁気的な飽和状態が破られる、という点である。光アイソレータが使用される温度環境は、通常、−４０〜８５℃であり、また光アイソレータの設置場所に外部磁界が存在するケースも想定される。したがって、−４０〜８５℃の温度範囲で、外部磁界が存在した場合、例えば１００（Ｏｅ）程度、好ましくは２００（Ｏｅ）程度までの外部磁界が存在した場合にも、一旦飽和させたファラデー回転角が維持されることが、これらファラデー回転子には望まれる。ここで、外部磁界、特に磁気的に飽和したファラデー回転子に対して逆向きの磁界であって、この磁気的に飽和した状態を破る磁界を保磁力Ｈｃと定義する。
【０００７】
永久磁石を不要とする性能を有するＲＩＧとするためには、すなわち大きなＨｃをＲＩＧに持たせるためには、ＲＩＧの磁気異方性を上げ、飽和磁界を下げることが有効である。したがって、磁気異方性の増大に寄与する希土類元素やその組み合わせを選択して、かつ四面体サイトの鉄を非磁性元素で置換するなどして飽和磁化を下げることが有効となる。四面体サイトの鉄を置換する非磁性元素には、一般にＧａやＡｌが使われる。これは、ＧａやＡｌが四面体と八面体の２サイトある鉄の内、四面体サイトの方に選択的に置換され、フェリ磁性体であるＲＩＧの飽和磁化を下げる効果があるためである。特にＧａの四面体へのサイト選択率は、一般に９０％程度と言われていて飽和磁界を下げる目的に適している。特許文献１や２、４のＲＩＧでは、飽和磁化を下げて飽和磁界を６０（Ｏｅ）以下にして、永久磁石を不要とする性能を有するＲＩＧが実現される。
【０００８】
しかしながら、これら非磁性元素にて鉄を置換すると、ファラデー回転角４５ｄｅｇのファラデー回転子において、温度１℃当たりのファラデー回転角の変化（以下、温度特性と記す）が非磁性元素量の増加と共に悪化することが知られている。構成する希土類の種類に応じて異なるが、通常、非磁性イオンで置換しないファラデー回転子の温度特性は絶対値で、０．０４５〜０．０７ｄｅｇ／℃（以下、温度特性値は絶対値の値で表記する）であるのに対して、一般に市販されていて永久磁石を必要としない、特許文献２または特許文献３記載のＲＩＧでは、その温度特性が０．０９〜０．１ｄｅｇ／℃と大きい。ＲＩＧの大きな温度特性は、光アイソレータの外部温度変化による性能低下の要因となる。
【０００９】
一方、特許文献１記載のＲＩＧは、温度特性は０．０７〜０．０８ｄｅｇ／℃と比較的良好であるが、このＲＩＧからなる市販されているファラデー回転子のＨｃの保証値は室温にて２００（Ｏｅ）（製品カタログ値）であり、他の市販品（４００〜５００（Ｏｅ）と比較すると小さい。更に、高温にてＨｃの低下が大きいことを本発明者らは確認している。ＲＩＧの磁気的な物性である磁気異方性定数を大きくするとＨｃは大きくなる。磁気異方性定数と、希土類イオンの種類やそのイオン半径に関連があることは一般に知られている。特許文献１記載のＲＩＧに、イオン半径が小さく磁性を有するＨｏを加えてＨｃの向上を提案したものが特許文献２であり、特許文献３では磁性を有してイオン半径の異なるＥｕとＨｏが組み合わされている。また本発明者らは、特許文献４で特許文献１記載のＲＩＧに、イオン半径が小さく磁性を有するＹｂを組み合わせることでも大きなＨｃを有することを見出して、そして、その温度特性が従来よりも小さな０．０７５〜０．０８ｄｅｇ／℃であるＲＩＧを提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５２０８８９号
【特許文献２】特開平１０−３１１１２
【特許文献３】特許第３１９８０５３号
【特許文献４】特願２００８−２３８８１２
【特許文献５】特開昭６１−９９３１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者らは、Ｈｃの大きな特許文献２や特許文献４にて提案されているＲＩＧにおいて、更なる温度特性の向上を本発明の課題とした。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特許文献２や４記載のＲＩＧ作製に使われている白金るつぼから溶け出した白金イオンＰｔ４＋のＲＩＧへの混入が、Ｇａのサイト選択率が下がる原因となるとの知見を得て、加えてＣａ２＋の混入がＧａのサイト選択率の上がる原因となることの知見を得て、従来よりも少ないＧａ置換量にて、温度特性を低下させることなく、ＲＩＧの飽和磁界を低下させることが可能であるとの知見を得て、本発明を完成させた。
すなわち、白金るつぼを使わず金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＹｂｘＣａｗＢｉ３-ｘ-ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．３５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶、および、金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＨｏｘＣａｗＢｉ３-ｘ-ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．４５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子において、温度特性０．０７５ｄｅｇ／℃以下が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】飽和磁界を調整するのに必要なＧａ置換量を示したグラフ
【図２】製法や組成の異なるＲＩＧの温度特性を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
下表は、実施例１と２、比較例１〜１０の製法で作製したファラデー回転子の評価結果をまとめたものである。
【００１５】
【表１】
【００１６】
表１の内、飽和磁界を３０〜６０（Ｏｅ）に組成を調整して、必要なＨｃを持たせた（ＴｂＢｉ）（ＦｅＧａ）Ｏ、（ＴｂＹｂＢｉ）（ＦｅＧａ）Ｏと（ＴｂＨｏＢｉ）（ＦｅＧａ）Ｏ組成を有するＲＩＧを実施例、または比較例に記載した方法にて製造、その時に必要となったＧａの置換を図１に、またＧａ置換量を定めて作製したＲＩＧの温度特性の評価結果を図２に示した。図１と図２では、白金るつぼ、または金るつぼにて作製した場合、更にはＣａを添加の有無で分類した。表１にて、飽和磁界が３０〜６０（Ｏｅ）の範囲に入らず、６０（Ｏｅ）を超えるとなると、比較例８と比較例９のようにＨｃが低くなる。また、３０（Ｏｅ）未満では、磁気補償温度が室温付近となるため、Ｈｃが高くなり過ぎて、製品化する際に大きな着磁磁界を必要とするなどの支障が生じる。
白金のるつぼを使って、Ｃａを添加せずに、飽和磁界が３０〜６０（Ｏｅ）になるよう、融液中のＧａ置換量を定めてＲＩＧを作製すると、図１の○（白金るつぼ、Ｃａ添加なし）のＧａ置換量が必要となる。白金るつぼで作製しても、Ｃａを十分に添加すると図１の□（白金るつぼ、Ｃａ添加あり）のように、○と比較して少ないＧａ置換量で、ＲＩＧの飽和磁界が調整できる。更に、白金るつぼを使わず、金るつぼを用いＣａを添加すると図１の●（金るつぼ、Ｃａ添加）のようにＧａ置換量は一層少なくて良い。したがって、図２のように温度特性が向上されるのである。結果として図２の●（金るつぼ、Ｃａ添加あり）のように、図２の○（白金るつぼ、Ｃａ添加なし）や図２の□（白金るつぼ、Ｃａ添加あり）と比較して、温度特性が改善されるのである。ちなみに、図２において、ＹｂやＨｏの置換量が少ないと温度特性は改善されるが、これはＴｂの置換量が多くなり、一般に知られているＴｂの温特に寄与する効果が増えるためである。
【００１７】
金るつぼやＣａ添加の効果については、理由は確かではないが、本発明者ら以下のように推定している。金るつぼを使うことで、４価のＰｔイオンがＲＩＧ中に取り込まれなくなる。また、Ｃａの添加すると２価のＣａがＲＩＧ中に取り込まれることになる。一般に、３価の鉄以外に、微量ではあるが２価と４価の鉄がＲＩＧ中に取り込まれていると考えられている。４価のＰｔが減り、または無くなり、２価のＣａが増えることで、Ｇａのサイト選択率に変化が生じ、よって飽和磁界を一定にするためのＧａ置換量が変わってくるものと考えている。
【００１８】
本発明によって、金るつぼを使用して、Ｃａを微量添加することで温度特性０．０７５ｄｅｇ／℃以下が達成された。ところで一般的には、ＬＰＥ法によるＲＩＧの結晶育成には、白金るつぼが使われる。白金るつぼを使うと、融液中に溶け出した白金イオンＰｔ４＋が、ＲＩＧ内に一部取り込まれ、上述した影響を生じると考えられる。ＬＰＥ法では、特許文献５に記載されているように、白金の他に、金、銀、パラジウムも使われる。本発明者らは、金るつぼを使うことで白金イオンの取り込みを無くした結果として、本知見を見出した。金るつぼからの金の溶出は極めて少なく、ＲＩＧ中にも含まれない。銀やパラジウムについて、本発明者らには知見がないが、Ｐｔ４＋のようにＲＩＧ中に取り込まれ、悪影響を及ぼさないようなら、金るつぼと同等の効果は期待される。
【００１９】
Ｙｂの置換量ｘは、０．１以上０．３５以下が好ましく、Ｈｏの置換量ｘは、０．１以上０．４５以下が好ましい。特許文献１記載のＹｂやＨｏを全く含まないＲＩＧではＨｃが低いことから、ＹｂやＨｏは０．１以上であることが好ましい。Ｔｂの置換量ｙは、１．１以上１．８以下が好ましい。Ｔｂの置換量ｙが、１．１未満では温度特性が低下する。また、ＹｂやＨｏの置換量ｘが０．３５または０．４５以上の場合、種結晶基板との格子整合をとり結晶育成するＬＰＥ法においては、これらイオン半径の小さな希土類イオンが多くなると、Ｂｉの置換量が増えＴｂの置換量が減ることになる。したがって、Ｔｂの置換量ｙが１．１未満となることから、ＹｂやＨｏの置換量ｘが０．３５または０．４５以上は好ましくない。Ｔｂの置換量ｙが１．８より大きくなると、上述したＬＰＥ法での制限からＢｉ置換量が少なくなり好ましくない。
Ｇａの置換量は、少ないことが好ましい。本発明を用いるとＧａ置換量は、０．６〜０．７５の範囲にあって、ＹｂやＨｏの置換量ｘの範囲内では、０．６７±０．０２程度に抑えられる。
【００２０】
本発明に用いる上記ＲＩＧ膜の製造に用いる種結晶基板としては、公知のものが使用できる。一般には、ＳＧＧＧ基板と称して市販されている格子定数が１．２４９０ｎｍから１．２５１５ｎｍの非磁性ガーネット［（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２］基板から適宜選択する。
以下、表１に記載したＲＩＧの製法と評価結果の詳細を記載する。実施例や比較例では、水酸化ナトリウムを除き、すべて３Ｎかそれ以上の高純度試薬を用いている。水酸化ナトリウムは、９５％以上の純度ではあるが、水酸化ナトリウムの使用の有無に関わらず、Ｇａの置換量や温度特性の傾向に差異は無い。また、水酸化ナトリウムに含まれる不純物は、水及び炭酸ナトリウムやカリウムがほとんどであって他は１００ｐｐｍ以下である。
【実施例】
【００２１】
実施例１
金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９５ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４５ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４５ｇ、酸化カルシウム [ＣａＯ]１ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、９００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、厚さが７６０μｍで、格子定数が１．２
４９７±０．０００２ｎｍの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＧａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６０Ｙｂ０．１６Ｃａ０．０３Ｂｉ１．２１Ｆｅ４．３２Ｇａ０．６８Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４４０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は４５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７２（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１４００（Ｏｅ）であった。
【００２２】
実施例２
金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４６００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]９０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]９００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４０ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４０ｇ、酸化カルシウム [ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、９００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５００μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-２と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．１５Ｈｏ０．４３Ｃａ０．０６Ｂｉ１．３６Ｆｅ４．３４Ｇａ０．６６Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−２を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-２を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５０（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−２、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１２３０（Ｏｅ）であった。
【００２３】
比較例１
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４４００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]５００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]２００ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]３８００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４８０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化アルミニウム [Ａｌ２Ｏ３]２０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-３と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６８Ｂｉ１．３２Ｆｅ４．３０Ｇａ０．４４Ａｌ０．２６Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−３を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-３を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−３、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は７１０（Ｏｅ）であった。
【００２４】
比較例２
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]２９００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３１０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]１１０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]２１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]３０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]６ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５５ｇを仕込み融液とした。
ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-４と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６７Ｙｂ０．１４Ｂｉ１．１９Ｆｅ４．２０Ｇａ０．８０Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−４を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-４を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５１（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−４、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は２１１０（Ｏｅ）であった。
【００２５】
比較例３
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]２０００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]２１０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]７５ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]１５００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]２０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]６ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-５と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．５６Ｙｂ０．２０Ｂｉ１．２４Ｆｅ４．２０Ｇａ０．８０Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−５を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-５を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０８０（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−５、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１３８０（Ｏｅ）であった。
【００２６】
比較例４
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４８００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]４５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]１７０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]３５００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４０ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]８５ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５１０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-６と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．２５Ｈｏ０．４２Ｂｉ１．３３Ｆｅ４．１５Ｇａ０．８５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−６を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-６を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５０（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０８８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−６、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１１５０（Ｏｅ）であった。
【００２７】
比較例５
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]５５ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]３ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-７と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１４Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１９Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−７を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-７を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−７、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１５２０（Ｏｅ）であった。
【００２８】
比較例６
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５３００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５０ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]６０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１５ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５４０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-８と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１７Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１６Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−８を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-８を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５８（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−８、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１４１０（Ｏｅ）であった。
【００２９】
比較例７
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]４６００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]９０ｇ、酸化鉛[ＰｂＯ]９００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４０ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]４０ｇ、酸化カルシウム [ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５２０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-９と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．２４Ｈｏ０．３３Ｃａ０．０６Ｂｉ１．３７Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−９を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４４０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-９を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は４８（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０８１（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−９、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１４５０（Ｏｅ）であった。
【００３０】
比較例８
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４８ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]３ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１０と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１４Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１９Ｆｅ４．３２Ｇａ０．６８Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１０を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４５０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１０を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は９０（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１０、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は７６０（Ｏｅ）であった。
【００３１】
比較例９
白金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]１００ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]５０ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１２ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]４ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５１０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１１と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６２Ｙｂ０．１７Ｃａ０．０５Ｂｉ１．１６Ｆｅ４．３１Ｇａ０．６９Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１１を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４６０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１１を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は８５（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７５（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１１、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は６１０（Ｏｅ）であった。
【００３２】
比較例１０
金るつぼに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５５ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９５ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]４８ｇ、酸化イッテルビウム[Ｙｂ２Ｏ３]１０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]５０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、９００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液を用い、実施例１と同様にエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５３０μｍのＲＩＧ（以下ＲＩＧ-１２と記す）を得た。この結晶をＥＰＭＡにより組成分析した結果、組成はＴｂ１．６４Ｙｂ０．１５Ｂｉ１．２１Ｆｅ４．２４Ｇａ０．７６Ｏ１２であった。得られたＲＩＧ−１２を１１ｍｍ×１１ｍｍに分割した後、基板を除去し、ファラデー回転角が４５度になるように厚さを調整した。厚さは４４０μｍであった。その後、波長１５５０ｎｍを中心とする反射防止膜を付与した。
次に、任意の１１ｍｍ×１１ｍｍのＲＩＧ-１２を１枚選択し、飽和磁界Ｈｓを測定した結果、値は５２（Ｏｅ）であった。また、ファラデー回転角の温度特性を測定した結果、値は０．０７８（ｄｅｇ／℃）であった。
このＲＩＧ−１２、１枚を１ｍｍ×１ｍｍの大きさに切断した。得られたチップ１００個において、５０００（Ｏｅ）の外部磁界下、磁化処理を行った後、磁化方向と逆方向へ磁界を印加し、保磁力Ｈｃを測定した結果、１００個のＨｃの平均値は１３２０（Ｏｅ）であった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば外部温度、外部磁界の耐久性及びファラデー回転角の温度特性に優れた永久磁石不要のファラデー回転子を得ることができ、その産業上の意義は極めて高い。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＹｂｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．３５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶とこれを磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子。
【請求項２】
金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＨｏｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．４５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶とこれを磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子。
【請求項１】
金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＹｂｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．３５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶とこれを磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子。
【請求項２】
金るつぼで育成することを特徴とする、化学式ＴｂｙＨｏｘＣａｗＢｉ３−ｘ−ｙ−ｗＦｅ５−ｚＧａｚＯ１２（式中、０．１≦ｘ≦０．４５，１．１≦ｙ≦１．８，０．６≦ｚ≦０．７５，０．０２≦ｗ≦０．１）で示される、液相エピタキシャル法にて育成されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶とこれを磁化処理してなる角型ヒステリシスを示すファラデー回転子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２５６５８８（Ｐ２０１０−２５６５８８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０５９７９（Ｐ２００９−１０５９７９）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（５０５４１８４３４）株式会社グラノプト (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（５０５４１８４３４）株式会社グラノプト (13)
【Ｆターム（参考）】
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