磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法
【課題】本発明は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により育成した磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法に関し、鉛の含有量を削減した磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】液相エピタキシャル成長法により育成され、化学式 ＢｉｘＮａｙＰｂｚＭ１３−ｘ−ｙ−ｚＦｅ５−ｗＭ２ｗＯ１２（式中のＭ１はＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｍ２はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．５＜ｘ≦２．０、０＜ｙ≦０．８、０≦ｚ＜０．０１、０．１９≦３−ｘ−ｙ−ｚ＜２．５、０≦ｗ≦１．６）で示される磁性ガーネット単結晶である。
【解決手段】液相エピタキシャル成長法により育成され、化学式 ＢｉｘＮａｙＰｂｚＭ１３−ｘ−ｙ−ｚＦｅ５−ｗＭ２ｗＯ１２（式中のＭ１はＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｍ２はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．５＜ｘ≦２．０、０＜ｙ≦０．８、０≦ｚ＜０．０１、０．１９≦３−ｘ−ｙ−ｚ＜２．５、０≦ｗ≦１．６）で示される磁性ガーネット単結晶である。
【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（ＬＰＥ）法により育成した磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用光アイソレータや光サーキュレータ等に使用されるファラデー回転子は一般にＬＰＥ法により育成された磁性ガーネット単結晶から作製される。ＬＰＥ法で用いられる溶媒にはＢ２Ｏ３やＢｉ２Ｏ３等と共にＰｂＯが使われており、このため磁性ガーネット単結晶の育成時に結晶中に少量の鉛が混入する。従来、通信用光デバイスでは化学式Ｂｉ３−ｘ−ｙＭ１ｘＰｂｙＦｅ５−ｚ−ｗＭ２ｚＭ３ｗＯ１２において、Ｐｂの量ｙが０．０３〜０．０６程度である磁性ガーネット単結晶をファラデー回転子の材料にしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０４４０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−０４４０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが近年の環境保護運動の高まりと共に、全ての工業製品で環境負荷物質である鉛の含有量を削減させる努力がなされている。従って、ＬＰＥ法により育成する磁性ガーネット単結晶においても、少量ではあるが混入する鉛が環境汚染の要因になり得るとして問題になってきた。そこでファラデー回転子を構成する材料である磁性ガーネット単結晶に含有する鉛の量を削減する必要が生じている。
【０００５】
本発明の目的は、鉛の含有量を削減した磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、液相エピタキシャル成長法により育成され、化学式 ＢｉｘＮａｙＰｂｚＭ１３−ｘ−ｙ−ｚＦｅ５−ｗＭ２ｗＯ１２（式中のＭ１はＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｍ２はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．５＜ｘ≦２．０、０＜ｙ≦０．８、０≦ｚ＜０．０１、０．１９≦３−ｘ−ｙ−ｚ＜２．５、０≦ｗ≦１．６）で示されることを特徴とする磁性ガーネット単結晶によって達成される。
上記本発明の磁性ガーネット単結晶であって、前記ｙは０＜ｙ≦０．０５であることを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的は、上記本発明の磁性ガーネット単結晶で形成されることを特徴とする光学素子により達成される。
さらに上記目的は、Ｎａを含む融液を生成し、前記融液を用いて液相エピタキシャル成長法により磁性ガーネット単結晶を育成することを特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法により達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ファラデー回転子に用いられる磁性ガーネット単結晶に含まれるＰｂ量を削減し、あるいは完全に除去することができる。
【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による磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法について説明する。液相エピタキシャル法で磁性ガーネット単結晶膜の育成に使用する溶媒には通常、ＰｂＯ及び、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３が用いられる。Ｂｉはファラデー回転子に使用される磁性ガーネット単結晶の主要な構成元素でもあり、溶媒と溶質の両方の役割を兼ねている。そして主な溶質には各種希土類元素の酸化物、Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅと置換できる非磁性元素の酸化物が用いられる。本願における希土類元素は、単独で安定してＦｅとガーネット単結晶を作ることができるＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどである。また、Ｆｅと置換できる非磁性元素は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔなどである。
【００１０】
図１は、本実施の形態における磁性ガーネット単結晶に入り得る各元素の価数とイオン半径とを示している。Ｐｂは２価の電荷を持つカチオン（陽イオン）の状態で単結晶育成中に磁性ガーネット単結晶膜に入る。磁性ガーネット単結晶を構成するＢｉや希土類元素のカチオンの電荷は基本的に３価であるため、２価の電荷を持つＰｂのカチオンがガーネット単結晶中に入ると、電荷のバランスが崩れることになる。そこでガーネット単結晶に入り得る４価の電荷を持つカチオンが融液中に存在すると、そのカチオンはＰｂカチオンの２価の電荷を補償するようにガーネット単結晶に取り込まれる。なおＰｂはイオン半径が希土類元素と比べて大きいため、溶液中に占める割合に比べてわずかな量が希土類鉄ガーネット単結晶に入るだけである。
【００１１】
Ｎａは１価の電荷を持つカチオンの状態で単結晶育成中に磁性ガーネット単結晶膜に入る。Ｐｂと同様に、４価の電荷を持つカチオンを当該磁性ガーネット単結晶に取り込むことにより、磁性ガーネット単結晶に入ったＮａの１価の電荷を補償することが可能である。Ｎａのイオン半径は通常の希土類元素よりは大きいがＰｂよりは小さい。そのためＮａは、磁性ガーネット単結晶内に希土類元素よりは入り難いがＰｂより安定的に入り易い。
【００１２】
ＮａとＰｂは両方とも、磁性ガーネット単結晶中で希土類元素と比べ電荷の価数が小さく、またイオン半径が大きな元素である。但し、Ｎａのイオン半径の方がＰｂより希土類元素のイオン半径に近いため、ＰｂとＮａが同時に単結晶育成用の融液中に存在する場合には、Ｎａの方がＰｂよりガーネット単結晶に入り易い傾向がある。ＮａカチオンとＰｂカチオンの価数は希土類元素のカチオンの価数より小さい点では同じ特性を有しているが、Ｎａは優先的にガーネット単結晶に入るためＰｂがガーネット単結晶に入るのを妨害する効果を有する。従って、Ｎａを磁性ガーネット単結晶に加えることにより、ガーネット単結晶中に入るＰｂの量を化学式で０．０１未満に削減させることができる。
２００６年７月には、電気電子機器における有害物質の使用を規制するＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ；有害物質使用制限）指令がＥＵ（欧州連合）で施行される。ＲｏＨＳ指令で規定されるＰｂの最大許容量は、重量比で１０００ｐｐｍである。本実施の形態による磁性ガーネット単結晶の組成においては、Ｐｂの量が化学式で０．０１未満であれば上記の最大許容量以下にすることも可能になる。従って本実施の形態によれば、ＲｏＨＳ指令に適合した光学素子が得られる。
【００１３】
またＮａと酸素とを含有する物質は他の酸化物と比べて低い温度で溶解するものが多いため、磁性ガーネット単結晶を育成する際の溶媒としても有効である。例えばＮａＯＨを含む溶媒で育成されたＮａが入った磁性ガーネット単結晶は、欠陥や割れのない優れた品質が得られる。そのため溶媒の材料からＰｂＯを除外し、Ｎａを含む物質とＢｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を溶媒に用いて、Ｎａの入った磁性ガーネット単結晶を育成することにより、Ｐｂが完全に除かれた磁性ガーネット単結晶を得ることが可能である。
【００１４】
Ｎａを含む溶媒で磁性ガーネット単結晶を育成する場合には、Ｎａを含まない溶媒に比して溶液の過飽和状態をより安定に保つことができる。そのためＢｉは化学式で２．０程度まで安定してガーネット単結晶に入ることができる。またファラデー回転子として十分な回転係数（ｄｅｇ．／μｍ）を得るためには、Ｂｉは化学式で０．５以上は必要である。
【００１５】
非磁性元素が化学式で１．６より多くＦｅと置換して磁性ガーネット単結晶に入ってくると、磁性ガーネット単結晶のキュリー点が室温付近の温度値まで下がり、ファラデー回転子として使えなくなる。そのためＦｅと置換される非磁性元素は化学式で１．６以下とすることが必要となる。
【００１６】
Ｎａがガーネット単結晶に多く入るには、ガーネット単結晶の電荷のバランスを取るために、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔなどの４価の電荷が安定なイオンと共にガーネット単結晶に取り込まれる必要がある。Ｎａが化学式で０．８以上ガーネット単結晶に入るには、４価の電荷で安定なイオンが化学式で１．６以上ガーネット単結晶に入る必要がある。Ｆｅと置換可能なＴｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔなどの元素が化学式で１．６以上あると、磁性ガーネット単結晶はそのキュリー点が室温以下になってしまいファラデー回転子として使えなくなる。そのためＮａのガーネット単結晶に入る量は化学式で０．８までとすることが必要である。
また別の観点として、ガーネット単結晶に入るＮａが多くなると、当該ガーネット単結晶を用いて作製されたファラデー回転子の挿入損失が増加してしまう。従って、挿入損失の小さいファラデー回転子を得るためには、Ｎａのガーネット単結晶に入る量は化学式で０．０５以下であることが望ましい。
【００１７】
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍなどの元素は単独ではＦｅとガーネット単結晶を作ることは困難であるが、ガーネット単結晶の構成元素の一部として入ることは可能である。
【００１８】
以下、本実施の形態による磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法について、図１を参照しつつ実施例１乃至１２を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
図２は、磁性ガーネット単結晶の製造工程の一部を示している。図２に示すように、金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。
【００１９】
磁性ガーネット単結晶膜を育成するための基板には、引き上げ法により育成したガーネット単結晶のインゴットから作製された単結晶ウェハを用いる。本実施例では、単結晶育成用基板としてＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）単結晶基板（（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２）１０を用いている。
【００２０】
ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍのＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶（磁性ガーネット単結晶）膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．３０Ｇｄ１．２０Ｙｂ０．５０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。また、Ｐｂは検出されなかった。次にＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；高周波誘導結合プラズマ）分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。従ってこの単結晶にＰｂは含有されてないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対してファラデー回転角４５ｄｅｇ（度）となる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コート（反射防止膜）を成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２１】
（実施例２）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂｉ２
Ｏ３、ＰｂＯ、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．３０Ｇｄ１．１８Ｙｂ０．５０Ｎａ０．０２Ｆｅ４．９５Ｇｅ０．０５Ｏ１２であり、Ｐｂは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｐｂの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂＮａ）２．９９１Ｐｂ０．００９（ＦｅＧｅ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。Ｐｂの含有量が非常に少なくなっていることが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２２】
（実施例３）
金製のルツボ４にＴｂ４Ｏ７、Ｈｏ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７７５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５１０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．０４Ｔｂ１．６７Ｈｏ０．２９Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＴｂＨｏ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２３】
（実施例４）
金製のルツボ４にＥｕ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、８１０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を３５時間行った。膜厚４５０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．７６Ｅｕ１．７０Ｌｕ０．５４Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＥｕＬｕ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．３１μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２４】
（実施例５）
金製のルツボ４にＤｙ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚４５０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．２９Ｄｙ１．２０Ｙ０．４１Ｓｍ０．１０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＤｙＹＳｍ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２５】
（実施例６）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７１０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を２０時間行った。膜厚３００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．６０Ｇｄ０．２７Ｅｒ０．７３Ｔｍ０．４０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＥｒＴｍ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．３１μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として使用可能な特性であった。
【００２６】
（実施例７）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７８６℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５５０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．９５Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．３８Ｆｅ４．８０Ｇａ０．２０Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２７】
（実施例８）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７７２℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５３０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．０７Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．２６Ｆｅ４．８０Ａｌ０．２０Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＡｌ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２８】
（実施例９）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、８０５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４５時間行った。膜厚５００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．７９Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．５４Ｆｅ４．９０Ｉｎ０．１０Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＩｎ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．３１μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２９】
（実施例１０）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７９０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４２時間行った。膜厚５７０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．９３Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．２０Ｎａ０．２０Ｆｅ４．６０Ｇｅ０．４０Ｏ１２であった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００３０】
（実施例１１）
白金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４６℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を３６時間行った。膜厚４８０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．２８Ｇｄ１．２０Ｙｂ０．５０Ｎａ０．０２Ｆｅ４．９６Ｔｉ０．０１Ｓｉ０．０１Ｐｔ０．０２Ｏ１２であった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００３１】
（実施例１２）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．３０Ｇｄ１．２０Ｙｂ０．５０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。また、ＰｂとＫは検出されなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。従ってこの単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対してファラデー回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態における磁性ガーネット単結晶に入り得る各元素の価数とイオン半径とを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における磁性ガーネット単結晶の製造工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
２ 固定冶具
４ ルツボ
８ 融液
１０ 基板
１２ 単結晶膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により育成した磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用光アイソレータや光サーキュレータ等に使用されるファラデー回転子は一般にＬＰＥ法により育成された磁性ガーネット単結晶から作製される。ＬＰＥ法で用いられる溶媒にはＢ２Ｏ３やＢｉ２Ｏ３等と共にＰｂＯが使われており、このため磁性ガーネット単結晶の育成時に結晶中に少量の鉛が混入する。従来、通信用光デバイスでは化学式Ｂｉ３−ｘ−ｙＭ１ｘＰｂｙＦｅ５−ｚ−ｗＭ２ｚＭ３ｗＯ１２において、Ｐｂの量ｙが０．０３〜０．０６程度である磁性ガーネット単結晶をファラデー回転子の材料にしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０４４０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−０４４０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが近年の環境保護運動の高まりと共に、全ての工業製品で環境負荷物質である鉛の含有量を削減させる努力がなされている。従って、ＬＰＥ法により育成する磁性ガーネット単結晶においても、少量ではあるが混入する鉛が環境汚染の要因になり得るとして問題になってきた。そこでファラデー回転子を構成する材料である磁性ガーネット単結晶に含有する鉛の量を削減する必要が生じている。
【０００５】
本発明の目的は、鉛の含有量を削減した磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、液相エピタキシャル成長法により育成され、化学式 ＢｉｘＮａｙＰｂｚＭ１３−ｘ−ｙ−ｚＦｅ５−ｗＭ２ｗＯ１２（式中のＭ１はＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｍ２はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．５＜ｘ≦２．０、０＜ｙ≦０．８、０≦ｚ＜０．０１、０．１９≦３−ｘ−ｙ−ｚ＜２．５、０≦ｗ≦１．６）で示されることを特徴とする磁性ガーネット単結晶によって達成される。
上記本発明の磁性ガーネット単結晶であって、前記ｙは０＜ｙ≦０．０５であることを特徴とする。
【０００７】
また、上記目的は、上記本発明の磁性ガーネット単結晶で形成されることを特徴とする光学素子により達成される。
さらに上記目的は、Ｎａを含む融液を生成し、前記融液を用いて液相エピタキシャル成長法により磁性ガーネット単結晶を育成することを特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法により達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ファラデー回転子に用いられる磁性ガーネット単結晶に含まれるＰｂ量を削減し、あるいは完全に除去することができる。
【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による磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法について説明する。液相エピタキシャル法で磁性ガーネット単結晶膜の育成に使用する溶媒には通常、ＰｂＯ及び、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３が用いられる。Ｂｉはファラデー回転子に使用される磁性ガーネット単結晶の主要な構成元素でもあり、溶媒と溶質の両方の役割を兼ねている。そして主な溶質には各種希土類元素の酸化物、Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅと置換できる非磁性元素の酸化物が用いられる。本願における希土類元素は、単独で安定してＦｅとガーネット単結晶を作ることができるＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどである。また、Ｆｅと置換できる非磁性元素は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔなどである。
【００１０】
図１は、本実施の形態における磁性ガーネット単結晶に入り得る各元素の価数とイオン半径とを示している。Ｐｂは２価の電荷を持つカチオン（陽イオン）の状態で単結晶育成中に磁性ガーネット単結晶膜に入る。磁性ガーネット単結晶を構成するＢｉや希土類元素のカチオンの電荷は基本的に３価であるため、２価の電荷を持つＰｂのカチオンがガーネット単結晶中に入ると、電荷のバランスが崩れることになる。そこでガーネット単結晶に入り得る４価の電荷を持つカチオンが融液中に存在すると、そのカチオンはＰｂカチオンの２価の電荷を補償するようにガーネット単結晶に取り込まれる。なおＰｂはイオン半径が希土類元素と比べて大きいため、溶液中に占める割合に比べてわずかな量が希土類鉄ガーネット単結晶に入るだけである。
【００１１】
Ｎａは１価の電荷を持つカチオンの状態で単結晶育成中に磁性ガーネット単結晶膜に入る。Ｐｂと同様に、４価の電荷を持つカチオンを当該磁性ガーネット単結晶に取り込むことにより、磁性ガーネット単結晶に入ったＮａの１価の電荷を補償することが可能である。Ｎａのイオン半径は通常の希土類元素よりは大きいがＰｂよりは小さい。そのためＮａは、磁性ガーネット単結晶内に希土類元素よりは入り難いがＰｂより安定的に入り易い。
【００１２】
ＮａとＰｂは両方とも、磁性ガーネット単結晶中で希土類元素と比べ電荷の価数が小さく、またイオン半径が大きな元素である。但し、Ｎａのイオン半径の方がＰｂより希土類元素のイオン半径に近いため、ＰｂとＮａが同時に単結晶育成用の融液中に存在する場合には、Ｎａの方がＰｂよりガーネット単結晶に入り易い傾向がある。ＮａカチオンとＰｂカチオンの価数は希土類元素のカチオンの価数より小さい点では同じ特性を有しているが、Ｎａは優先的にガーネット単結晶に入るためＰｂがガーネット単結晶に入るのを妨害する効果を有する。従って、Ｎａを磁性ガーネット単結晶に加えることにより、ガーネット単結晶中に入るＰｂの量を化学式で０．０１未満に削減させることができる。
２００６年７月には、電気電子機器における有害物質の使用を規制するＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ；有害物質使用制限）指令がＥＵ（欧州連合）で施行される。ＲｏＨＳ指令で規定されるＰｂの最大許容量は、重量比で１０００ｐｐｍである。本実施の形態による磁性ガーネット単結晶の組成においては、Ｐｂの量が化学式で０．０１未満であれば上記の最大許容量以下にすることも可能になる。従って本実施の形態によれば、ＲｏＨＳ指令に適合した光学素子が得られる。
【００１３】
またＮａと酸素とを含有する物質は他の酸化物と比べて低い温度で溶解するものが多いため、磁性ガーネット単結晶を育成する際の溶媒としても有効である。例えばＮａＯＨを含む溶媒で育成されたＮａが入った磁性ガーネット単結晶は、欠陥や割れのない優れた品質が得られる。そのため溶媒の材料からＰｂＯを除外し、Ｎａを含む物質とＢｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を溶媒に用いて、Ｎａの入った磁性ガーネット単結晶を育成することにより、Ｐｂが完全に除かれた磁性ガーネット単結晶を得ることが可能である。
【００１４】
Ｎａを含む溶媒で磁性ガーネット単結晶を育成する場合には、Ｎａを含まない溶媒に比して溶液の過飽和状態をより安定に保つことができる。そのためＢｉは化学式で２．０程度まで安定してガーネット単結晶に入ることができる。またファラデー回転子として十分な回転係数（ｄｅｇ．／μｍ）を得るためには、Ｂｉは化学式で０．５以上は必要である。
【００１５】
非磁性元素が化学式で１．６より多くＦｅと置換して磁性ガーネット単結晶に入ってくると、磁性ガーネット単結晶のキュリー点が室温付近の温度値まで下がり、ファラデー回転子として使えなくなる。そのためＦｅと置換される非磁性元素は化学式で１．６以下とすることが必要となる。
【００１６】
Ｎａがガーネット単結晶に多く入るには、ガーネット単結晶の電荷のバランスを取るために、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔなどの４価の電荷が安定なイオンと共にガーネット単結晶に取り込まれる必要がある。Ｎａが化学式で０．８以上ガーネット単結晶に入るには、４価の電荷で安定なイオンが化学式で１．６以上ガーネット単結晶に入る必要がある。Ｆｅと置換可能なＴｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔなどの元素が化学式で１．６以上あると、磁性ガーネット単結晶はそのキュリー点が室温以下になってしまいファラデー回転子として使えなくなる。そのためＮａのガーネット単結晶に入る量は化学式で０．８までとすることが必要である。
また別の観点として、ガーネット単結晶に入るＮａが多くなると、当該ガーネット単結晶を用いて作製されたファラデー回転子の挿入損失が増加してしまう。従って、挿入損失の小さいファラデー回転子を得るためには、Ｎａのガーネット単結晶に入る量は化学式で０．０５以下であることが望ましい。
【００１７】
Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍなどの元素は単独ではＦｅとガーネット単結晶を作ることは困難であるが、ガーネット単結晶の構成元素の一部として入ることは可能である。
【００１８】
以下、本実施の形態による磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに磁性ガーネット単結晶の製造方法について、図１を参照しつつ実施例１乃至１２を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
図２は、磁性ガーネット単結晶の製造工程の一部を示している。図２に示すように、金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。
【００１９】
磁性ガーネット単結晶膜を育成するための基板には、引き上げ法により育成したガーネット単結晶のインゴットから作製された単結晶ウェハを用いる。本実施例では、単結晶育成用基板としてＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）単結晶基板（（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２）１０を用いている。
【００２０】
ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍのＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶（磁性ガーネット単結晶）膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．３０Ｇｄ１．２０Ｙｂ０．５０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。また、Ｐｂは検出されなかった。次にＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；高周波誘導結合プラズマ）分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。従ってこの単結晶にＰｂは含有されてないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対してファラデー回転角４５ｄｅｇ（度）となる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コート（反射防止膜）を成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２１】
（実施例２）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂｉ２
Ｏ３、ＰｂＯ、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．３０Ｇｄ１．１８Ｙｂ０．５０Ｎａ０．０２Ｆｅ４．９５Ｇｅ０．０５Ｏ１２であり、Ｐｂは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｐｂの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂＮａ）２．９９１Ｐｂ０．００９（ＦｅＧｅ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。Ｐｂの含有量が非常に少なくなっていることが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２２】
（実施例３）
金製のルツボ４にＴｂ４Ｏ７、Ｈｏ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７７５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５１０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．０４Ｔｂ１．６７Ｈｏ０．２９Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＴｂＨｏ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２３】
（実施例４）
金製のルツボ４にＥｕ２Ｏ３、Ｌｕ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、８１０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を３５時間行った。膜厚４５０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．７６Ｅｕ１．７０Ｌｕ０．５４Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＥｕＬｕ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．３１μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２４】
（実施例５）
金製のルツボ４にＤｙ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚４５０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．２９Ｄｙ１．２０Ｙ０．４１Ｓｍ０．１０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＤｙＹＳｍ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２５】
（実施例６）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７１０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を２０時間行った。膜厚３００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．６０Ｇｄ０．２７Ｅｒ０．７３Ｔｍ０．４０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＥｒＴｍ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．３１μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として使用可能な特性であった。
【００２６】
（実施例７）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７８６℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５５０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．９５Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．３８Ｆｅ４．８０Ｇａ０．２０Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２７】
（実施例８）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７７２℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５３０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．０７Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．２６Ｆｅ４．８０Ａｌ０．２０Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＡｌ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２８】
（実施例９）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、８０５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４５時間行った。膜厚５００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．７９Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．５４Ｆｅ４．９０Ｉｎ０．１０Ｏ１２であり、Ｎａは検出されたが組成を確定させることはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＩｎ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．３１μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２９】
（実施例１０）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７９０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４２時間行った。膜厚５７０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ０．９３Ｇｄ１．６７Ｙｂ０．２０Ｎａ０．２０Ｆｅ４．６０Ｇｅ０．４０Ｏ１２であった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００３０】
（実施例１１）
白金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４６℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を３６時間行った。膜厚４８０μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．２８Ｇｄ１．２０Ｙｂ０．５０Ｎａ０．０２Ｆｅ４．９６Ｔｉ０．０１Ｓｉ０．０１Ｐｔ０．０２Ｏ１２であった。この単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対して回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００３１】
（実施例１２）
金製のルツボ４にＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填して、電気炉に配置した。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を溶解し、金製の攪拌用冶具を使用して融液８を攪拌した。ＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を金製の固定冶具２に取り付けて炉内に投入し、７４５℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍの磁性ガーネット単結晶膜１２が得られた。育成した単結晶を蛍光Ｘ線分析法により組成分析したところ、組成はＢｉ１．３０Ｇｄ１．２０Ｙｂ０．５０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。また、ＰｂとＫは検出されなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、Ｎａの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かった。従ってこの単結晶にＰｂは含有されていないことが確認された。育成した単結晶膜１２を加工して、波長１．５５μｍの光に対してファラデー回転角４５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子とした。波長１．５５μｍの光を入射させて、作製した回転子の光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態における磁性ガーネット単結晶に入り得る各元素の価数とイオン半径とを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における磁性ガーネット単結晶の製造工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
２ 固定冶具
４ ルツボ
８ 融液
１０ 基板
１２ 単結晶膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相エピタキシャル成長法により育成され、
化学式 ＢｉｘＮａｙＰｂｚＭ１３−ｘ−ｙ−ｚＦｅ５−ｗＭ２ｗＯ１２
（式中のＭ１はＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｍ２はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．５＜ｘ≦２．０、０＜ｙ≦０．８、０≦ｚ＜０．０１、０．１９≦３−ｘ−ｙ−ｚ＜２．５、０≦ｗ≦１．６）
で示されること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項２】
請求項１記載の磁性ガーネット単結晶であって、
前記ｙは０＜ｙ≦０．０５であること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁性ガーネット単結晶で形成されることを特徴とする光学素子。
【請求項１】
液相エピタキシャル成長法により育成され、
化学式 ＢｉｘＮａｙＰｂｚＭ１３−ｘ−ｙ−ｚＦｅ５−ｗＭ２ｗＯ１２
（式中のＭ１はＹ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選択される少なくとも１種類以上の元素、Ｍ２はＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｐｔから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．５＜ｘ≦２．０、０＜ｙ≦０．８、０≦ｚ＜０．０１、０．１９≦３−ｘ−ｙ−ｚ＜２．５、０≦ｗ≦１．６）
で示されること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項２】
請求項１記載の磁性ガーネット単結晶であって、
前記ｙは０＜ｙ≦０．０５であること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁性ガーネット単結晶で形成されることを特徴とする光学素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２１７２７８（Ｐ２００７−２１７２７８Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７１１９１（Ｐ２００７−７１１９１）
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【分割の表示】特願２００５−２８６７３４（Ｐ２００５−２８６７３４）の分割
【原出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１９日（２００７．３．１９）
【分割の表示】特願２００５−２８６７３４（Ｐ２００５−２８６７３４）の分割
【原出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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