JP4807288B2 - Magnetic garnet single crystal, optical element using the same, and method for producing magnetic garnet single crystal - Google Patents
Magnetic garnet single crystal, optical element using the same, and method for producing magnetic garnet single crystal Download PDFInfo
- Publication number
- JP4807288B2 JP4807288B2 JP2007071191A JP2007071191A JP4807288B2 JP 4807288 B2 JP4807288 B2 JP 4807288B2 JP 2007071191 A JP2007071191 A JP 2007071191A JP 2007071191 A JP2007071191 A JP 2007071191A JP 4807288 B2 JP4807288 B2 JP 4807288B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- garnet single
- magnetic garnet
- composition
- faraday rotator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 159
- 239000002223 garnet Substances 0.000 title claims description 92
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 26
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 claims 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 43
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 39
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 35
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 35
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 28
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 14
- ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N gallium;gadolinium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Gd+3] ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 12
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 11
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- -1 rare earth cations Chemical class 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M potassium hydroxide Inorganic materials [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
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。 The present invention relates to a magnetic garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial (LPE) method, an optical element using the same, and a method for producing a magnetic garnet single crystal.
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。
A Faraday rotator used for an optical isolator for communication, an optical circulator, or the like is generally made from a magnetic garnet single crystal grown by the LPE method. As a solvent used in the LPE method, PbO is used together with B 2 O 3 , Bi 2 O 3, and the like, so that a small amount of lead is mixed in the crystal when growing the magnetic garnet single crystal. Conventionally, in the chemical formula Bi 3-x-y M1 in communication optical device x Pb y Fe 5-z- w M2 z M3 w
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。 However, with the recent increase in environmental protection movement, efforts are being made to reduce the content of lead, which is an environmentally hazardous substance, in all industrial products. Therefore, even in a magnetic garnet single crystal grown by the LPE method, a small amount of lead mixed in has become a problem because it can cause environmental pollution. Therefore, it is necessary to reduce the amount of lead contained in the magnetic garnet single crystal that is a material constituting the Faraday rotator.
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。 An object of the present invention is to provide a magnetic garnet single crystal with reduced lead content, an optical element using the same, and a method for producing the magnetic garnet single crystal.
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。
The above object is grown by a liquid phase epitaxial growth method, and has the chemical formula Bi x Na y Pb z M1 3-x-yz Fe 5-w M2 w O 12 (where M1 is Y, Sm, Eu, Gd, Tb , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and at least one element selected from M2, and M2 is at least one element selected from Ga, Al, In, Ti, Ge, Si, Pt 0.5 <x ≦ 2.0, 0 <y ≦ 0.8, 0 ≦ z <0.01, 0.19 ≦ 3-xyz <2.5, 0 ≦ w ≦ 1.6 It is achieved by a magnetic garnet single crystal characterized by the following.
The magnetic garnet single crystal of the present invention is characterized in that y is 0 <y ≦ 0.05.
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。
The above object is achieved by an optical element formed of the magnetic garnet single crystal of the present invention.
Further, the above object is achieved by a method for producing a magnetic garnet single crystal, wherein a melt containing Na is produced, and a magnetic garnet single crystal is grown by liquid phase epitaxial growth using the melt.
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。 According to the present invention, the amount of Pb contained in the magnetic garnet single crystal used for the Faraday rotator can be reduced or completely removed.
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。 A magnetic garnet single crystal according to an embodiment of the present invention, an optical element using the same, and a method for producing a magnetic garnet single crystal will be described. Usually, PbO, B 2 O 3 , and Bi 2 O 3 are used as the solvent used for growing the magnetic garnet single crystal film by the liquid phase epitaxial method. Bi is also a main constituent element of the magnetic garnet single crystal used for the Faraday rotator, and serves as both a solvent and a solute. As main solutes, oxides of various rare earth elements, Fe 2 O 3 , and oxides of nonmagnetic elements that can replace Fe are used. The rare earth elements in the present application are Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and the like that can stably form Fe and garnet single crystals independently. Nonmagnetic elements that can replace Fe are Ga, Al, In, Ti, Ge, Si, Pt, and the like.
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。 FIG. 1 shows the valence and ion radius of each element that can enter the magnetic garnet single crystal in the present embodiment. Pb enters a magnetic garnet single crystal film during single crystal growth in the form of a cation (cation) having a divalent charge. Since the charges of Bi and rare earth cations constituting the magnetic garnet single crystal are basically trivalent, if the Pb cation having a divalent charge enters the garnet single crystal, the charge balance will be lost. Become. Therefore, when a cation having a tetravalent charge that can enter the garnet single crystal is present in the melt, the cation is incorporated into the garnet single crystal so as to compensate for the divalent charge of the Pb cation. Since Pb has a larger ionic radius than rare earth elements, only a small amount of Pb enters the rare earth iron garnet single crystal compared to the proportion in the solution.
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。 Na enters the magnetic garnet single crystal film during single crystal growth in the form of a cation having a monovalent charge. Similarly to Pb, by incorporating a cation having a tetravalent charge into the magnetic garnet single crystal, it is possible to compensate for the monovalent charge of Na contained in the magnetic garnet single crystal. The ionic radius of Na is larger than that of ordinary rare earth elements but smaller than that of Pb. Therefore, Na is less likely to enter the magnetic garnet single crystal than the rare earth element, but is more likely to enter stably than Pb.
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。
Both Na and Pb are elements in the magnetic garnet single crystal that have a smaller charge valence and a larger ionic radius than rare earth elements. However, since the ionic radius of Na is closer to that of the rare earth element than Pb, when Pb and Na are simultaneously present in the melt for growing a single crystal, Na is more garnet single crystal than Pb. There is a tendency to enter easily. Na cation and Pb cation have the same characteristics in that they are smaller than the valence of rare earth cations, but Na preferentially enters the garnet single crystal and prevents Pb from entering the garnet single crystal. Has the effect of Therefore, by adding Na to the magnetic garnet single crystal, the amount of Pb entering the garnet single crystal can be reduced to less than 0.01 in chemical formula.
In July 2006, the RoHS (Restriction on Hazardous Substances) Directive, which regulates the use of hazardous substances in electrical and electronic equipment, will come into effect in the EU (European Union). The maximum allowable amount of Pb defined by the RoHS directive is 1000 ppm by weight. In the composition of the magnetic garnet single crystal according to the present embodiment, if the amount of Pb is less than 0.01 in the chemical formula, it is possible to make it not more than the above maximum allowable amount. Therefore, according to the present embodiment, an optical element conforming to the RoHS command can be obtained.
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。 In addition, since many substances containing Na and oxygen dissolve at a lower temperature than other oxides, they are also effective as solvents for growing magnetic garnet single crystals. For example, a magnetic garnet single crystal containing Na grown with a solvent containing NaOH can have excellent quality without defects or cracks. Therefore, by removing PbO from the solvent material and growing a magnetic garnet single crystal containing Na using a substance containing Na and Bi 2 O 3 and B 2 O 3 as a solvent, Pb is completely removed. It is possible to obtain a magnetic garnet single crystal.
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。 When a magnetic garnet single crystal is grown with a solvent containing Na, the supersaturated state of the solution can be kept more stable than a solvent containing no Na. Therefore, Bi can enter the garnet single crystal stably in a chemical formula up to about 2.0. In order to obtain a sufficient rotation coefficient (deg./μm) as a Faraday rotator, Bi must be 0.5 or more in chemical formula.
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。 When a nonmagnetic element is substituted with more than 1.6 in the chemical formula and enters the magnetic garnet single crystal, the Curie point of the magnetic garnet single crystal falls to a temperature value near room temperature and cannot be used as a Faraday rotator. Therefore, the nonmagnetic element substituted for Fe must be 1.6 or less in chemical formula.
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。
In order for Na to enter a large amount in the garnet single crystal, in order to balance the charge of the garnet single crystal, it is necessary to incorporate tetravalent charges such as Ti, Ge, Si, and Pt into the garnet single crystal together with stable ions. . In order for Na to enter a garnet single crystal with a chemical formula of 0.8 or more, it is necessary that stable ions with a tetravalent charge enter the garnet single crystal with a chemical formula of 1.6 or more. If elements such as Ti, Ge, Si, and Pt that can be substituted for Fe are 1.6 or more in chemical formula, the magnetic garnet single crystal cannot be used as a Faraday rotator because its Curie point falls below room temperature. Therefore, the amount of Na entering the garnet single crystal must be up to 0.8 in the chemical formula.
As another point of view, when the amount of Na entering the garnet single crystal increases, the insertion loss of the Faraday rotator manufactured using the garnet single crystal increases. Therefore, in order to obtain a Faraday rotator with small insertion loss, the amount of Na entering the garnet single crystal is desirably 0.05 or less in chemical formula.
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。 La, Ce, Pr, Nd, and Pm alone are difficult to form a single crystal of Fe and garnet by themselves, but can be included as a part of constituent elements of a garnet single crystal.
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。
Hereinafter, a magnetic garnet single crystal according to the present embodiment, an optical element using the same, and a method for producing the magnetic garnet single crystal will be specifically described with reference to FIGS.
Example 1
FIG. 2 shows a part of the manufacturing process of the magnetic garnet single crystal. As shown in FIG. 2, the
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。 As a substrate for growing a magnetic garnet single crystal film, a single crystal wafer made from a garnet single crystal ingot grown by a pulling method is used. In this embodiment, a CaMgZr-substituted GGG (gadolinium gallium garnet) single crystal substrate ((GdCa) 3 (GaMgZr) 5 O 12 ) 10 is used as a single crystal growth substrate.
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。
The CaMgZr-substituted
(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。
(Example 2)
Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Fe 2 O 3 , B 2 O 3 , GeO 2 , Bi 2 are placed on the
Filled with O 3 , PbO and NaOH and placed in an electric furnace. The furnace temperature was raised to 950 ° C., the material in the
(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。
(Example 3)
A
(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。
Example 4
A
(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。
(Example 5)
A
(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。
(Example 6)
A
(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。
(Example 7)
A
(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。
(Example 8)
A
(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。
Example 9
(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。
(Example 10)
A
(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。
(Example 11)
A
(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。
(Example 12)
A
2 固定冶具
4 ルツボ
8 融液
10 基板
12 単結晶膜
2 Fixing
Claims (2)
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≦0.02、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。 Grown by liquid phase epitaxy,
Chemical formula Bi x Na y Pb z M1 3-xyz Fe 5-w M2 w O 12
(In the formula, M1 is at least one element selected from Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and M2 is Ga, Al, In, Ti, Ge, At least one element selected from Si and Pt, 0.5 <x ≦ 2.0, 0 <y ≦ 0.02 , 0 ≦ z <0.01, 0.19 ≦ 3-x− yz <2.5, 0 ≦ w ≦ 1.6)
A magnetic garnet single crystal characterized by the following:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007071191A JP4807288B2 (en) | 2004-11-19 | 2007-03-19 | Magnetic garnet single crystal, optical element using the same, and method for producing magnetic garnet single crystal |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004335457 | 2004-11-19 | ||
| JP2004335457 | 2004-11-19 | ||
| JP2007071191A JP4807288B2 (en) | 2004-11-19 | 2007-03-19 | Magnetic garnet single crystal, optical element using the same, and method for producing magnetic garnet single crystal |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005286734A Division JP3959099B2 (en) | 2004-11-19 | 2005-09-30 | Method for producing magnetic garnet single crystal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007217278A JP2007217278A (en) | 2007-08-30 |
| JP4807288B2 true JP4807288B2 (en) | 2011-11-02 |
Family
ID=38494955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007071191A Expired - Fee Related JP4807288B2 (en) | 2004-11-19 | 2007-03-19 | Magnetic garnet single crystal, optical element using the same, and method for producing magnetic garnet single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4807288B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5439931B2 (en) * | 2009-04-24 | 2014-03-12 | 株式会社グラノプト | Manufacturing method of Faraday rotator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1520138A (en) * | 1975-10-07 | 1978-08-02 | Philips Electronic Associated | Growing single crystal garnets |
-
2007
- 2007-03-19 JP JP2007071191A patent/JP4807288B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007217278A (en) | 2007-08-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8815011B2 (en) | Magnetic garnet single crystal and optical element using same as well as method of producing single crystal | |
| JP5858242B2 (en) | Bi-substituted rare earth iron garnet single crystal, manufacturing method thereof, and optical device | |
| US8142676B2 (en) | Magnetic garnet single crystal and optical element using the same | |
| JP2012012283A (en) | Bi-SUBSTITUTED RARE EARTH IRON GARNET SINGLE CRYSTAL, METHOD FOR PRODUCING SAME AND OPTICAL DEVICE | |
| JP3959099B2 (en) | Method for producing magnetic garnet single crystal | |
| US7758766B2 (en) | Magnetic garnet single crystal and Faraday rotator using the same | |
| JP4807288B2 (en) | Magnetic garnet single crystal, optical element using the same, and method for producing magnetic garnet single crystal | |
| JP5568073B2 (en) | Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal, method for producing the same, and Faraday rotator | |
| JP2011016679A (en) | Bi-SUBSTITUTED RARE EARTH IRON GARNET SINGLE CRYSTAL, METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND OPTICAL DEVICE | |
| JP4802995B2 (en) | Magnetic garnet single crystal and optical element using the same | |
| JP4844464B2 (en) | Magnetic garnet single crystal and Faraday rotator using the same | |
| JP4650943B2 (en) | Method for producing bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal | |
| JP5292543B2 (en) | Bi-substituted rare earth iron garnet single crystal, manufacturing method thereof, and optical device | |
| JP4720730B2 (en) | Optical element manufacturing method | |
| JP2005247590A (en) | Magnetic garnet single crystal and optical element using the same | |
| JP4821344B2 (en) | Magnetic garnet single crystal and optical element using the same | |
| JP4432875B2 (en) | Method for producing garnet single crystal | |
| JP4432896B2 (en) | Method for producing garnet single crystal | |
| JP2007165668A (en) | Bismuth substituted rare earth iron garnet single crystal and method of manufacturing same | |
| JP6887678B2 (en) | Method for manufacturing magnetic garnet single crystal | |
| JP2008021691A (en) | Process for producing bismuth-substitution rare-earth iron garnet single crystal | |
| JP2005247589A (en) | Magnetic garnet single crystal and optical element using the same | |
| JP2009147184A (en) | Method for manufacturing bismuth-substituted rare-earth iron garnet single crystal | |
| JP2007266152A (en) | Method for producing bismuth-substituted rare-earth iron garnet single crystal | |
| JP2007119278A (en) | Method for producing magnetic garnet single crystal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071120 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110118 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110317 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110719 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110801 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140826 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4807288 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |