具备磁性石榴石材料的法拉第转子和光器件制造技术

提出即使采用ＬＰＥ法也可得到光吸收特性的劣化度低的磁性石榴石材料的手法。用Ａｕ构成用于ＬＰＥ法的坩埚（１０）。使用Ａｕ制的坩埚（１０）制成的单晶体中所进入的Ａｕ量比使用Ｐｔ制的坩埚１０制成的单晶体中所进入的Ｐｔ量少。Ａｕ与Ｐｔ比，其使插入损失劣化的程度小。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于光通信系统的磁性石榴石(磁性柘榴石)材料、法拉第转子、光器件、铋置换稀土类的铁榴石(铁石榴石；irongarnet)单晶体膜及其制造方法以及其所使用的坩埚，尤其涉及在法拉第转子中获得低的插入损失(插入损耗)和良好的磁特性的技术。光在作为在TV广播播送或无线通信中使用的电波、电磁波的这方面一致。但是，在光通信中使用的电磁波的频率为约200THz，相当于在卫星广播中使用的电波的频率(约10GHz)的约20000倍。频率高意味着波长短，从而能以高速传输更多的信号。在光通信中使用的电磁波的波长(中心波长)为1.31μm和1.55μm。用于光通信的光导纤维如所熟知的那样，具有折射率不同的玻璃的二重构造。由于从中心的芯(core)通过的光在芯内部反复反射，所以即使光导纤维弯曲也能准确地传输信号。而且，光导纤维中使用透明度高的高纯度石英玻璃，所以在光通信中平均每1km只衰减0.2dB左右。因此，不通过放大器即可传输约100km，与电通信比，可减少中继器的数量。在电通信中，EMI(电磁障碍)成为问题，但使用光导纤维的光通信不受由电磁感应引起的噪声的影响。因此，可进行极高质量的信息传输。现在的光通信系统通过光发送器的LD(激光·二极管)将电信号变换成光信号。该光信号从光导纤维传输后通过光接收器的PD(光敏二极管)变换成电信号。这样，光通信系统不可缺少的要素是LD、PD、光导纤维及光连接器。比较低速且近距离的通信系统暂且不说，对于高速且长距离的通信系统，除以上要素以外，还需要光放大器、光分配器等光传输机器和其所使用的光隔离器、光分接器、光分频滤波器、光开关、光调制器及光衰减器等光器件。在高速.长距离传输或多分支的光通信系统中，尤其重要的是光隔离器。对于现在的光通信系统，光隔离器在光发送器的LD组件及中继器中使用。光隔离器具有只沿一个方向传送光、阻止在中途反射并返回来的光的作用。光隔离器应用了作为磁光学效应的一种的法拉第效应。所谓法拉第效应，是在施加磁场的透明媒质中透过的光的偏光面(偏振面)旋转的现象。光的偏光面旋转的现象叫做旋光性。根据法拉第效应产生的磁旋光(法拉第旋转)与通常的旋光性(自然旋光性)不同，即使使光的行进方向逆反旋转方向也不变化。将利用了通过法拉第效应使光的偏光面旋转的现象的光学元件称为法拉第转子。法拉第转子左右光隔离器的性能。因此，构成法拉第转子的材料的特性为了得到高性能的光隔离器而变得重要。在选择构成法拉第转子的材料上，重要的一点是使用波长(光导纤维的场合，为1.31μm和1.55μm)的法拉第旋转角大、透明度高。作为具备这样的条件的材料，当初使用YIG(钇铁石榴石；Y3Fe5O12)。可是，YIG在量产性和小型化方面有难点。其后，发现当用Bi(铋)置换石榴石型晶体的稀土类位点(site)时，法拉第旋转能飞跃性地提高，以后Bi置换稀土类铁榴石单晶膜(以下也简单地称为“石榴石单晶膜”)被用于法拉第转子。Bi置换稀土类铁榴石单晶膜使用液相外延(LPE；Liquid PhaseEpitaxial)法(晶体取向附生法)制作。在LPE法中，将由氧化铋、氧化铁和稀土类氧化物构成的稀土类铁榴石成分的氧化物(原料组成物)和作为含氧化铅、氧化硼的助熔剂成分的助熔剂组成物投入到Pt制的坩埚内。其次，通过将坩埚加热至规定的温度，熔融原料组成物得到熔融物。接着，降低熔融物的温度呈过冷却状态，一边使LPE基板旋转，一边使之与熔融物接触，在LPE基板上石榴石单晶膜晶体取向接长(外延)地生长。在采用LPE法育成石榴石单晶膜上，作为问题点，坩埚的腐蚀被指出。众所周知，Pt是耐蚀性优异的材料，但对含有构成助熔剂成分的氧化铅和氧化铋的熔融物的耐蚀性是不充分的。因此，即使是由Pt构成的坩埚，当熔融物的液面一定时，液面附近的腐蚀也变得显著。为了防止由熔融物所致的坩埚的腐蚀，特开平9-175898号公报(以下称为“文献1”)记载了使坩埚内熔融物液面移动，据此使坩埚的腐蚀区域移动，从而调整坩埚的溶解量的方法。又，特开平11-322496号公报(以下称为“文献2”)记载了在Pt制的坩埚的内侧设置与Pt制坩埚可分离的Pt制腐蚀防止体的方法。文献1和文献2所记载的方法在能降低Pt制坩埚的更换或改铸的频度的这一点上进行评介。作为光吸收特性劣化的对策，作了以下研究进行适当的热处理，或者适当量地添加成为2价阳离子的元素(例如Ca)或成为4价阳离子的元素(例如Ge)，据此取得石榴石单晶膜内的电荷平衡。可是，即使进行热处理，或者添加成为2价或4价阳离子的元素，有时也不能充分恢复光吸收特性。本专利技术的目的在于，提供插入损失低、获得良好的磁特性的磁性石榴石材料、法拉第转子、光器件、铋置换稀土类铁榴石单晶膜、其制造方法以及其所使用的坩埚。在Bi置换稀土类铁榴石单晶膜的育成中，构成坩埚的Pt在助熔剂中缓慢地溶解。而且，Pt和石榴石单晶体中的Fe置换，从而混入到石榴石单晶体中。本专利技术人发现，在助熔剂中溶解并混入到石榴石单晶体中的Pt的量沿石榴石单晶膜的膜生长方向增加，同时起因于石榴石单晶膜育成中的育成温度条件的变化，混入到石榴石单晶体中的Pt的量慢慢地增加。这样，在石榴石单晶膜的育成过程中Pt量慢慢地增加。换言之，在石榴石单晶膜的膜厚方向Pt量发生变化。为此，即使在石榴石单晶膜的一部分中取得电荷平衡，在其他部分也不能取得电荷平衡。即，作为石榴石单晶膜全体，电荷平衡依然为破坏的状态。向这样的石榴石单晶膜入射光时，发生光吸收，所以使用该石榴石单晶膜制作的法拉第转子其光的插入损失变大。因此，作为难以进入到Bi置换稀土类铁榴石单晶体中，同时即使混入也不破坏石榴石单晶膜的电荷平衡的元素，本专利技术人着眼于成为3价阳离子的金属元素。因此，本专利技术提供一种磁性石榴石材料，其特征在于，由铋置换稀土类铁榴石单晶膜构成，前述单晶膜的化学组成为Bi(3-x)AxFe(5-y-z)MyTz012(其中，A＝从含Y的稀土类元素及Ca的组中选出的1种或2种以上、M＝从Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn及Zr的组中选出的1种或2种以上、T＝从Au、Rh和Ir的组中选出的1种或2种以上、0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0，0＜z≤0.1)。本专利技术的磁性石榴石材料具有以下特征在前述单晶膜厚度方向的前述T元素的浓度分布大致均匀。这是和使用Pt制坩埚得到的石榴石单晶膜中Pt的浓度分布与膜厚方向的距离存在比例关系鲜明对比的特征。磁性石榴石材料存在在去掉外部磁场时法拉第效应消失的软磁性和即使去掉外部磁场也能维持法拉第效应的硬磁性这两种类型。含有使用软磁性石榴石制作的法拉第转子的光隔离器，需要用于赋予法拉第转子以外部磁场的永久磁铁。与此相对，含有使用硬磁性石榴石材料制作的法拉第转子的光隔离器可以省略永久磁铁。永久磁铁的省略带来光隔离器、或利用法拉第效应的各种机器和部件的小型化及低成本化。为此，进行着硬磁性型的Bi置换稀土类铁榴石单晶膜的开发。本专利技术可适用于软磁性和硬磁性两种类型的磁性石榴石材料。本专利技术人发现当Pt的浓度存在分布时，对硬磁性造成坏影响。详细情况后面叙述。使用从育成初期到后期Pt的浓度增加的Bi置换稀土类铁榴石单晶膜制作的法拉第转子在补偿温度附近有2个法拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性石榴石材料，其特征在于，由铋置换稀土类铁榴石单晶膜构成，前述单晶膜的化学组成为Ｂｉ↓［（３－ｘ）］Ａ↓［ｘ］Ｆｅ↓［（５－ｙ－ｚ）］Ｍ↓［ｙ］Ｔ↓［ｚ］Ｏ↓［１２］，其中，Ａ＝从含Ｙ的稀土类元素及Ｃａ的组中选出的１种或２种以上、Ｍ＝从Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ及Ｚｒ的组中选出的１种或２种以上、Ｔ＝从Ａｕ、Ｒｈ和Ｉｒ的组中选出的１种或２种以上、０．２≤ｘ≤２．５，０≤ｙ≤２．０，０＜ｚ≤０．１）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：大井户敦，菅原保，山泽和人，笕真一朗，川和也，细矢克宣，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]