本发明专利技术的具有以R3-xBixFe5-wAwO12(R是从由Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr组成的组中选择的一种或两种以上的稀土类元素且一定包含Gd，A是从由Ga、Al、In、Sc、Co、Ni、Cr、V、Ti、Si、Ge、Mg、Zn、Nb、Ta、Sn、Zr、Hf、Pt、Rh、Te、Os、Ce、Lu组成的组中选择的一种或两种以上的元素，x为0.7＜x≤1.5、w为0＜w≤1.5)表示的组成的Bi置换稀土类铁石榴石单晶，不含有Pb而含有Pt，进而含有Mn或第二族元素的至少一种元素M，在将上述单晶中的M浓度(atppm)表示为[M]、Pt浓度(atppm)表示为[Pt]、且将关系式Δ表示为Δ＝(α×[M])[Pt]时，将系数α设定为0.815±0.035的数值范围内的任意的值，且将Δ值设定为0.40atppm以上3.18atppm以下；本发明专利技术提供不含有铅且形成0.10dB以下的插入损耗的石榴石单晶。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无铅的Bi置换稀土类铁石榴石单晶及其制造方法，以及具备该Bi置换稀土类铁石榴石单晶的光学器件。
技术介绍
在使用于光隔离器或光循环器等的法拉第转子中，使用通过LPE(Liquid PhaseEpitaxy :液相外延)法培育的Bi置换稀土类铁石榴石单晶(以下，根据需要称为“石榴石单晶” )。LPE法是通过将原料投入坩埚中进行熔化而形成熔融物，并使培育用衬底与该熔 融物接触从而外延生长石榴石单晶的单晶培育方法。由于PbO与B2O3或Bi2O3等一同使用于熔融物中，因此无法避免培育出的石榴石单晶中含有Pb (铅)。近年来，为了避免有害性大的化学物质对环境造成的不良影响，而正在世界范围内开展欲限制产品中含有的有害物质这样的活动，铅也作为有害物质而被指定。作为这样的限制有害物质的一例，可以举出欧盟(EU)施行的RoHS指令(Restriction of HazardousSubstances)等。伴随于此，在石榴石单晶中少量含有的铅因为有可能成为环境污染的主要原因而成为问题。因此，为了使石榴石单晶中不含有铅，需要从不含铅的熔融物进行石榴石单晶的培育。尤其是在被装入光隔离器中的石榴石单晶的情况下，由于法拉第旋转角的关系，在I. 3 μ m I. 6 μ m波长带域的光通信用途中需要使光的偏光面旋转45度左右的厚度。进而，在上述规定的厚度之外，将以产生45度法拉第旋转角的厚度换算时的插入损耗(insertion Loss :以下称为“IL”)降低到作为光隔离器的市场要求值的0. IOdB以下也是必要的。在现有的由含铅熔融物培育石榴石单晶的情况下，从耐热性和耐腐蚀性等的观点考虑，在将原料熔化的坩埚中采用Pt (钼)。该情况下，当在大气中进行石榴石单晶的培育时，坩埚材料钼氧化而熔化于熔融物中，从而上述钼也作为四价的钼离子(Pt4+)而微量含有在培育出的石榴石单晶中。而且，石榴石单晶中含有的二价的铅离子(Pb2+)和四价的钼离子(Pt4+)引起光吸收，由这些引发的二价或四价的铁离子(Fe2+或Fe4+)在I. 3 μ m I. 6 μ m的波长带域中使光吸收增强，从而导致IL(插入损耗)的增大。由于在石榴石单晶中三价是稳定的，因此，在二价的杂质过剩时利用四价的添加物进行电荷补偿，在四价的杂质过剩时利用二价的添加物进行电荷补偿。认为由于现有的石榴石单晶含有Pb，因此该Pb以二价离子(Pb2+)和四价离子(Pb4+)的形式存在于石榴石单晶中，作为石榴石单晶整体二价离子(Pb2+)和四价离子(Pt4+和Pb4+)的含有平衡被大致均等地保持。其结果是，可以认为由于在现有的石榴石单晶中使光吸收增强的Fe2+或Fe4+的产生少，因此IL(插入损耗)的增大被抑制(推断为Pb2+含有量> Pb4+含有量)。但是，由于在不含铅的熔融物中完全没有Pb2+和Pb4+，因此在由该熔融物培育出的石榴石单晶中相对地Pt4+变得过剩。因此，由于为了与该过剩的Pt4+进行电荷补偿而产生作为二价离子的Fe2+，因而光吸收增强，从而也导致了 IL (插入损耗)的增大。因此，提出了如下的石榴石单晶的培育方法，该方法是在坩埚材料中不使用钼而使用Au(金)的同时，利用不含铅的熔融物进行石榴石单晶的培育。例如，在专利文献I中公开了作为不使用铅的熔融物成分，代替Pb而添加Na这样的碱金属。另外，提出了代替Pb2+而添加同为二价的Ca从而抑制IL (插入损耗)的增大的技术(例如参照专利文献2)。在先技术文献专利文献专利文献I :日本公报、特开2006-169093号(第5 9页)专利文献2 :日本公报、特开2007-153696号(第3 7页)
技术实现思路
但是，在利用专利文献I记载的制造方法培育出的石榴石单晶中，法拉第转子的IL(插入损耗)会根据Na的含有量而增大。进而，在专利文献I中，由于作为坩埚或搅拌用夹具的材料而主要使用金，因此在石榴石单晶中不含有Pt4+从而不会发生由Pt4+引起的光吸收，但是，从耐热性和机械强度等的观点来看，在LPE法下必须使用钼材。进而，在专利文献I中示出了利用NaOH进行Na的添加的制造方法，但是由于存在烧伤或失明的危险，因此也存在NaOH处理困难这样的课题。另外，在专利文献2记载的制造方法中，即使在Bi2O3-B2O3溶剂中添加有少量的Ca，结晶培育条件也会发生变化，且对批量生产率重要的结晶的生长速度降低，因此以批量生产基准制造完全不含铅的石榴石单晶是困难的。进而，根据Ca的含有量会导致石榴石单晶的质量恶化或IL(插入损耗)的增大。本专利技术是基于上述课题而形成的，其目的在于提供一种石榴石单晶，该石榴石单晶使用钼制坩埚且不含有铅，也不会发生质量恶化且批量生产率高，并且能够使IL (插入损耗)在O. IOdB以下。本专利技术的基本概念在于，为了与由于熔融物的无铅化而过剩的Pt4+进行电荷补偿，投入同为二价的Mn或第二族元素的至少一种元素，同时，根据被掺入无铅化的含有Gd的石榴石单晶中的Mn或第二族元素(Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra)的至少一种元素的浓度和Pt浓度的浓度差与所述石榴石单晶的IL值(插入损耗值)的关系，谋求降低IL(插入损耗)、确保批量生产率、以及提高质量。本专利技术的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的特征在于，具有以R3_xBixFe5_wAw012 (其中，上述 R 是从由 Y、Eu、Gd、Ho、Yb、Lu、Nd、Tm、La、Sm、Dy、Er、Ce、Pr组成的组中选择的一种或两种以上的稀土类元素且一定包含上述Gd，上述A是从由 Ga、Al、In、Sc、Co、Ni、Cr、V、Ti、Si、Ge、Mg、Zn、Nb、Ta、Sn、Zr、Hf、Pt、Rh、Te、Os、Ce、Lu组成的组中选择的一种或两种以上的元素，上述X为O. 7 < X < I. 5，上述w为O< 1.5)表示的组成，同时，不含有Pb但含有Pt，进而含有Mn或第二族元素的至少一种元素；在将上述Mn或第二族元素的至少一种元素以M表示的同时，将上述Bi置换稀土类铁石槽石单晶中的M浓度(atppm)表示为、Pt浓度(atppm)表示为、且和的关系式Λ表示为Δ = (α X )-时，系数α被设定为O. 815±0. 035的数值范围内的任意的值，且Λ值被设定为-O. 40atppm 以上 3. ISatppm 以下。进而，本专利技术的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的一实施方式，优选上述Λ值被设定为-O. 20atppm 以上 I. 2Iatppm 以下。进而，本专利技术的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的其他实施方式，优选上述Λ值被设定为 Oatppm0另外，本专利技术的光隔离器、光循环器、光衰减器、法拉第镜、电流传感器、磁场传感器、磁光开关的特征在于具备上述的任意一种的Bi置换稀土类铁石榴石单晶。 另外，本专利技术涉及的Bi置换稀土类铁石榴石单晶的制造方法的特征在于，在Pt制的坩埚内至少放入Bi2O3、不含铅化合物的溶媒、Fe2O3和Gd203、以及上述Fe2O3和上述Gd2O3以外的溶质，在上述溶媒中进而投入MO或MO2或M2O3 (其中，M是Mn或第二族元素的至少一种)的任意一种的混合物，将Bi置换稀土类铁石榴石单晶在非磁性石榴石结晶衬底上进行培育，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：白木健一，福原贵志，成田宪士，
申请(专利权)人：并木精密宝石株式会社，
类型：
国别省市：
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