磁性石榴石单晶和使用该单晶的法拉第转子制造技术

本发明专利技术涉及磁性石榴石单晶和使用该单晶的法拉第转子，提供抑制了晶体缺陷发生的磁性石榴石单晶和提高消光比的法拉第转子。本发明专利技术的目的是通过使用用液相外延生长法生长，并用一般式Ｂｉ↓［ａ］Ｐｂ↓［ｂ］Ａ↓［３－ａ－ｂ］Ｆｅ↓［５－ｃ－ｄ］Ｂ↓［ｃ］Ｐｔ↓［ｄ］Ｏ↓［１２］（式中的Ａ是从Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ中选出来的至少一种元素，Ｂ是从Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇｅ、Ｓｉ中选出来的至少一种元素，ａ、ｂ、ｃ、ｄ分别为：０＜ａ＜３．０，０＜ｂ≤２．０，０≤ｃ≤２．０，０＜ｄ≤２．０）表示的磁性石榴石单晶实现的。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性石榴石单晶和利用使用该单晶产生的光磁效应的法拉第转子。使用磁性石榴石单晶的法拉第转子，可以在例如光隔离器、光循环器或光衰减器等的光磁器件中使用。在使用半导体激光器的光通信或光应用机器中，光隔离器、光循环器或光衰减器广为使用。在这些器件中作为必须的器件之一，可以举出法拉第转子。在法拉第转子中，人们熟知YIG(钇铁石榴石)单晶、铋置换稀土类铁石榴石单晶。但是现在，使用用液相外延(LPE)法形成的铋置换稀土类铁石榴石单晶膜的法拉第转子已成为主流。例如，在日本专利杂志特公平6-46604号公报中，讲述了一种特征如下的铋置换稀土类铁石榴石单晶。该单晶用液相外延生长法生长，具有可用一般式R3-(a+b)PbaBibFe5-cMcO12-d(R是从稀土类元素和可与之置换的元素中选择出来的至少一种成分，M是可与铁元素置换的元素中选择出来的至少一种成分，a是0．01～0．2的数、b是0．5～2．0的数、c是0．01～2．0的数、d是0～1的数)表示的组成，且上述式中的M的一部分，在上述的一般式的原子比(c)中含有0．01以上的除Pb以外的属于周期表ⅣA族和ⅣB族的4价元素。如上述公报所公开的那样，采用添加Ⅳ族元素的办法在用液相外延法生长Bi置换稀土类铁石榴石单晶时，可以使Pb4+消失，借助于此，结果变成为可以降低光在Bi置换稀土类铁石榴石单晶中透过时的吸收损耗。然而，如在特公平6-46604号公报中所公开的实施例所示，若作为Ⅳ族元素添加例如TiO2后用液相外延法生长单晶外延膜，则可以看到所得到的Bi置换稀土类铁石榴石单晶外延膜降低光吸收损耗的效果。可是，在所得到的外延膜的膜厚变成为约200微米以上的情况下，情况就变成为可以在膜表面上确认多个晶体缺陷。研磨这样的晶体表面，形成无反射膜，制作成光隔离器用的法拉第转子时，借助于用红外线进行观察，可以确认在法拉第转子的内部有多个缺陷，此外还得知消光比也已降低。在特公平6-46604号公报中所述的专利技术，以Bi置换稀土类铁石榴石单晶外延膜的光吸收损耗降低为技术方面的课题，但是，关于抑制晶体缺陷的发生或提高消光比这样的课题却没有公开任何信息。如果能够抑制Bi置换稀土类铁石榴石单晶外延膜的晶体缺陷的发生，则可以提高法拉第转子的消光比，进而就可以提高包括光隔离器在内的光通信用部件的性能。本专利技术的目的在于通过添加4价元素降低吸收损耗，提供一种抑制了晶体缺陷发生的磁性石榴石单晶。此外，本专利技术的的目的还在于提供使插入损耗降低且提高消光比的法拉第转子。于是，本专利技术的专利技术人等，对为了得到制作法拉第转子所必须的约200微米以上而不会发生多个晶体缺陷的单晶和实现光吸收降低的添加物进行了探讨。其结果发现，作为添加元素，若使用可以稳定地得到与Ⅳ族元素同样的4价构造的Pt则具有大的效果。就是说，把PtO2或Pt溶解到助溶剂内，生长厚度200微米以上的Bi置换稀土类铁石榴石单晶时，外延膜表面的晶体缺陷显著地减少，即便是用使用红外线的偏振光显微镜观察该单晶内部也看不到晶体缺陷，此外，还可以使光吸收损耗几乎达到零。此外，还发现若作为添加元素使用Ge，则具有大的效果。就是说，添加GeO2后，生长厚度200微米以上的Bi置换稀土类铁石榴石单晶时，外延膜表面的晶体缺陷显著地减少，即便是用使用红外线的偏振光显微镜观察该单晶内部也看不到晶体缺陷，此外，还可以使光吸收损耗几乎达到零。上述目的可以用特征如下的磁性石榴石单晶实现，该单晶用液相外延生长法生长，用一般式BiaPbbA3-a-bFe5-c-dBcPtdO12(式中的A是从Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中选出来的至少一种元素，B是从Ga、Al、Sc、Ge、Si中选出来的至少一种元素，a、b、c、d分别为0＜a≥3．0，0＜b≤2．0，0≤c≤2．0，0＜d≤2．0)表示。在上述本专利技术的磁性石榴石单晶中，特征是膜厚在200微米以上。此外，在上述本专利技术的磁性石榴石单晶中，特征是0．5≤b／d≤2．0。此外，上述目的还可以用特征如下的磁性石榴石单晶实现，该单晶用液相外延生长法生长，用一般式BiaPbbA3-a-bFe5-c-dBcGedO12(式中的A是从Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中选出来的至少一种元素，B是从Ga、Al、Sc、Pt、Si中选出来的至少一种元素，a、b、c、d分别为0＜a＜3．0，0＜b≤2．0，0≤c≤2．0，0＜d≤2．0)表示。在上述本专利技术的磁性石榴石单晶中，特征是膜厚在200微米以上。此外，上述目的可以由法拉第转子实现，该法拉第转子的特征是可以用上述本专利技术的磁性石榴石单晶形成。此外，本专利技术的法拉第转子的特征是插入损耗在0．1dB以下。下面对本专利技术的作用进行说明。Ti4+、Pt4+或Ge4+，在Bi置换稀土类铁石榴石晶格中，主要被6配位的Fe部位置换。但是，由于Ti4+离子半径比6配位的Fe3+大，故在Bi置换稀土类铁石榴石的晶格中产生位错，为此，人们认为当外延生长不断进展膜厚变厚时，晶格的位错就被积累起来，发生多个晶体缺陷。Pt4+或Ge4+，由于离子半径比6配位的Fe3+小，故人们认为在石榴石的晶格中不会发生位错，即便是外延膜变厚也不会发生晶体缺陷。如果使用用Pt4+或Ge4+置换了Fe3+的单晶，制作在波长为1．31微米和1．55微米的光下法拉第旋转角为45度的法拉第转子，则不会发现晶体内部的缺陷，也不会发生变成为40dB以下那样的消光比不良。作为这样的添加物的PtO2和Pt的效果，即便是用Pt的别的化合物也可以期待同样的效果。此外，作为添加物的GeO2的效果，即便是用Ge的别的化合物也可以期待同样的效果。此外，在本专利技术的磁性石榴石单晶中，a表示磁性石榴石中的Bi量。Bi量a是决定法拉第转子的旋转能(deg／μm)的因子，Bi量a越大，法拉第旋转能越大。作为法拉第转子使用时的磁性石榴石单晶的优选的Bi量a约为0．6～1．5。若Bi量a在0．6以下，则法拉第旋转能过小，若在1．5以上则引起石榴石以外的相的析出，存在着磁性石榴石不能正常地外延生长的可能性。但是，现状是也可以实验性地制作Bi量a在0．6以下的磁性石榴石，此外，如果使用真空成膜技术，还可以得到Bi量a为3．0的磁性石榴石。因此，用来制作法拉第转子的磁性石榴石单晶的Bi量a，在本专利技术中，设定为0＜a＜3．0。b表示磁性石榴石中的Pb量。由于Pb量b在2．0左右的石榴石，可以以烧结体的状态存在，故在本专利技术中设定为0＜b≤2．0。c表示Ca或Al等的可以置换Fe的非磁性元素的量。由于当非磁性元素量c超过了2．0左右时，磁性石榴石将从铁磁体变成为顺磁体，故法拉第旋转能显著地减小，变得不能作为转子来使用。因此，在本专利技术中，非磁性元素量c设定为0≤c≤2．0。d表示Pt或Ge的量。由于要想减少光吸收损耗，就必须使本身为2价元素的Pb量和本身为4价元素的Pt量d或Ge量d变成为大体上同量，故Pt量d或Ge量d与Pb量一样，设定为0＜d≤2．0。此外，在Pt中，理想的是0．5≤b／d≤2．0，这可以从与光吸收损耗(插入损耗)之间的关系得到。例如在后边讲的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性石榴石单晶，其特征在于：该磁性石榴石单晶是用液相外延生长法生长，和 用一般式Ｂｉ↓［ａ］Ｐｂ↓［ｂ］Ａ↓［３－ａ－ｂ］Ｆｅ↓［５－ｃ－ｄ］Ｂ↓［ｃ］Ｐｔ↓［ｄ］Ｏ↓［１２］（式中的Ａ是从Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ中选出来的至少一种元素，Ｂ是从Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｇｅ、Ｓｉ中选出来的至少一种元素，ａ、ｂ、ｃ、ｄ分别为：０＜ａ＜３．０，０＜ｂ≤２．０，０≤ｃ≤２．０，０＜ｄ≤２．０）表示。

【技术特征摘要】
JP 1999-8-2 218655/99;JP 1999-8-2 218656/991．一种磁性石榴石单晶，其特征在于该磁性石榴石单晶是用液相外延生长法生长，和用一般式BiaPbbA3-a-bFe5-c-dBcPtdO12(式中的A是从Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中选出来的至少一种元素，B是从Ga、Al、Sc、Ge、Si中选出来的至少一种元素，a、b、c、d分别为0＜a＜3．0，0＜b≤2．0，0≤c≤2．0，0＜d≤2．0)表示。2．权利要求1所述的磁性石榴石单晶，其特征在于该磁性石榴石单晶的膜厚在200微米以上。3．权利要求2所述的磁性石榴石单晶，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：大井户敦，山泽和人，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]