JP2002255689A - Method for producing magnetic garnet single crystal and magnetic garnet single crystal - Google Patents
Method for producing magnetic garnet single crystal and magnetic garnet single crystalInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は磁性ガーネット単
結晶の製造方法および磁性ガーネット単結晶に関し、特
に浮遊帯溶融法（フローティングゾーン法；ＦＺ法）を
用い、たとえば光アイソレータのような光学機能素子や
マイクロ波アイソレータのような電子部品に用いられる
磁性ガーネット単結晶の製造方法および磁性ガーネット
単結晶に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a magnetic garnet single crystal and a magnetic garnet single crystal, and more particularly to an optical functional element such as an optical isolator using a floating zone melting method (floating zone method; FZ method). The present invention relates to a method for producing a magnetic garnet single crystal used for an electronic component such as a microwave isolator and a magnetic garnet single crystal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】イットリウム鉄ガーネット（Ｙ3 Ｆｅ5
Ｏ12；以降「ＹＩＧ」と略する。）に代表される磁性ガ
ーネット単結晶は、高周波帯域における優れた応答性と
透明性を示すことから、たとえばマイクロ波アイソレー
タやマイクロ波フィルタ、静磁波素子用材料として使用
されている。また、磁性ガーネット単結晶は、光ファイ
バ通信で重要な近赤外光領域において透明でかつ大きな
ファラデ効果を示すことから、たとえば光アイソレータ
や光サーキュレータなどにも応用されている。図１は酸
素１気圧中におけるＦｅ2 Ｏ3 −ＹＦｅＯ3 系２元状態
図である。ＹＩＧは約１５８２℃で分解溶融する分解溶
融型の化合物であるため、ＹＩＧ組成の原料を直接融解
し固化してもＹＩＧを得ることができない。そのため、
ＹＩＧ単結晶の製造方法としては、ＰｂＯを主成分とす
るフラックスを用いたフラックス法、液相エピタキシャ
ル法（Liquid Phase Epitaxial法；ＬＰＥ法）や溶媒移
動浮遊帯溶融法（Traveling Solvent Floating Zone
法；ＴＳＦＺ法）が代表的である。しかし、フラックス
法、ＬＰＥ法で製造されたＹＩＧ単結晶では、フラック
ス剤であるＰｂやＰｔ製坩堝から溶けだしたＰｔが不純
物として結晶中に取り込まれ、これが高周波特性や光学
特性に悪影響を及ぼす。これに対して、ＴＳＦＺ法は、
坩堝を使用しないため高純度で高品質な単結晶が得られ
るという特徴を有する。ここで、ＴＳＦＺ法によるＹＩ
Ｇ単結晶の製造方法について述べる。図２は単結晶の製
造に用いる赤外線集光加熱単楕円型イメージ炉を示す図
解図である。図２に示す炉１は、内部に金メッキを施し
た回転楕円面鏡２の焦点のうち１つの焦点に結晶を置
き、もう一方の焦点にハロゲンランプ３を設置した構造
となっている。ハロゲンランプ３から出射された赤外光
は、回転楕円面鏡２で反射され、結晶の配置されている
焦点位置に集光し結晶を加熱する。上シャフト４に多結
晶原料棒６が、下シャフト５に種結晶７が設置される。
上シャフト４、下シャフト６および結晶などの周囲には
石英管８が置かれ、これにより成長雰囲気を任意に調整
できるほか、結晶からの蒸発成分が回転楕円面鏡２に付
着して汚染されるのを防いでいる。種結晶７であるＹＩ
Ｇ単結晶上には、図１に示す状態図のＹＩＧの液相線Ｐ
Ｑ上の組成物（solvent ）Ｒをのせ、この組成物Ｒを赤
外線集光加熱により融解し、これに多結晶原料棒６を接
触させて融帯９を形成する。その後、上シャフト４およ
び下シャフト５を互いに逆方向に回転させて融液を十分
になじませ、上シャフト４および下シャフト５を下方に
移動させることによって融帯９を上方に移動させる。こ
の時、種結晶７上にはＹＩＧが析出するが、ＹＩＧの析
出に伴い図１中の組成物Ｒの液相はＱ側にずれていく。
しかし、それと同時に、多結晶原料棒６よりＹＩＧ成分
が融帯９中に溶け出すことで融帯９中の組成は組成物Ｒ
の組成となり、安定してＹＩＧ単結晶が得られる。この
ようにＴＳＦＺ法は、ＹＩＧのような分解溶融型化合物
の単結晶を製造するのに優れた方法であるが、大型単結
晶の製造が困難であり、工業的な意味での製造手法とし
ての課題が残されていた。本願発明者らは、これまでに
デバイスに好適なサイズの単結晶製造手法としてＹＡＧ
レーザ集光加熱ＦＺ法により直径３ｍｍ以下のファイバ
状のＹＩＧ単結晶製造の検討を行ってきた。そして、自
己調整で作製された組成物（solvent ）を用いた安定か
つ容易なファイバ状のＹＩＧ単結晶の製造技術（ＳＳＦ
Ｚ法）を確立した（特開平１０―２５１０８８号参
照）。この製造技術によれば、たとえば直径１ｍｍ程度
のファイバ状のＹＩＧ単結晶を製造することにより、光
アイソレータに好適なサイズのＹＩＧ単結晶が直接作製
できる。2. Description of the Related Art Yttrium iron garnet (Y 3 Fe 5
O 12 ; hereinafter abbreviated as “YIG”. The magnetic garnet single crystal represented by (1) is used as a material for a microwave isolator, a microwave filter, and a magnetostatic wave device, for example, because it exhibits excellent response and transparency in a high frequency band. Further, magnetic garnet single crystals are transparent and exhibit a large Faraday effect in the near-infrared light region important for optical fiber communication, and are therefore applied to, for example, optical isolators and optical circulators. FIG. 1 is a binary phase diagram of the Fe 2 O 3 —YFeO 3 system at 1 atm of oxygen. Since YIG is a decomposition-melting compound that decomposes and melts at about 1582 ° C., YIG cannot be obtained by directly melting and solidifying a raw material having a YIG composition. for that reason,
As a method for manufacturing a YIG single crystal, a flux method using a flux containing PbO as a main component, a liquid phase epitaxial method (Liquid Phase Epitaxial method; LPE method), a solvent moving floating zone melting method (Trapping Solvent Floating Zone).
Method; TSFZ method) is typical. However, in a YIG single crystal manufactured by the flux method or the LPE method, Pb as a flux agent or Pt melted from a Pt crucible is taken into the crystal as an impurity, which adversely affects high frequency characteristics and optical characteristics. In contrast, the TSFZ method is
Since a crucible is not used, a high purity and high quality single crystal can be obtained. Here, YI by TSFZ method
A method for producing a G single crystal will be described. FIG. 2 is an illustrative view showing an infrared condensing heating single elliptical image furnace used for manufacturing a single crystal. The furnace 1 shown in FIG. 2 has a structure in which a crystal is placed at one of the focal points of a spheroidal mirror 2 with gold plating inside, and a halogen lamp 3 is placed at the other focal point. The infrared light emitted from the halogen lamp 3 is reflected by the spheroidal mirror 2 and is condensed at a focal position where the crystal is disposed, thereby heating the crystal. A polycrystalline raw material rod 6 is placed on the upper shaft 4 and a seed crystal 7 is placed on the lower shaft 5.
A quartz tube 8 is placed around the upper shaft 4, the lower shaft 6, the crystal, and the like, so that the growth atmosphere can be arbitrarily adjusted, and the evaporation component from the crystal adheres to the spheroid mirror 2 and is contaminated. Is preventing. YI which is seed crystal 7
On the G single crystal, the liquid phase line P of YIG of the phase diagram shown in FIG.
A composition (solvent) R on Q is placed, and the composition R is melted by infrared condensing heating, and a polycrystalline raw material rod 6 is brought into contact with the composition R to form a melt zone 9. Thereafter, the upper shaft 4 and the lower shaft 5 are rotated in directions opposite to each other to sufficiently mix the melt, and by moving the upper shaft 4 and the lower shaft 5 downward, the fusion zone 9 is moved upward. At this time, YIG precipitates on the seed crystal 7, but the liquid phase of the composition R in FIG. 1 shifts to the Q side with the precipitation of YIG.
However, at the same time, the YIG component dissolves out of the polycrystalline raw material rod 6 into the melt zone 9, whereby the composition in the melt zone 9 becomes the composition R
And a stable YIG single crystal can be obtained. As described above, the TSFZ method is an excellent method for producing a single crystal of a decomposition-melting compound such as YIG, but it is difficult to produce a large single crystal, and as a production method in an industrial sense, Challenges remained. The present inventors have previously proposed YAG as a method for producing a single crystal having a size suitable for a device.
The production of a fiber-shaped YIG single crystal having a diameter of 3 mm or less has been studied by the laser condensing heating FZ method. Then, a stable and easy fiber-shaped YIG single crystal manufacturing technique (SSF) using a composition (solvent) prepared by self-adjustment is used.
Z method) was established (see JP-A-10-251888). According to this manufacturing technique, for example, by manufacturing a fiber-like YIG single crystal having a diameter of about 1 mm, a YIG single crystal having a size suitable for an optical isolator can be directly manufactured.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にＹＩＧは分解溶融型化合物であるため、ＹＩＧ組成の
原料を融解し固化させると、まず初相であるオルソフェ
ライト（ＹＦｅＯ3 ）が析出し、その後、包晶点（図１
のＰ点）に達した液相がＹＦｅＯ3 と包晶反応を起こし
て徐々にＹＩＧが析出してくる。このＹＦｅＯ3 の析出
が種結晶であるＹＩＧ単結晶の方位伝搬を阻害し、育成
単結晶の方位は種結晶の方位によらず全くのランダムと
なる（S. Kimura and I. Shindo; J. Cryst. Growth, 4
1 (1977) p192.）。そのため、方位制御されたＹＩＧ単
結晶を得るには、種結晶として単結晶を用い、かつ、Ｔ
ＳＦＺ法やＳＳＦＺ法によらなければならなかった。こ
こで、ＴＳＦＺ法は、特殊な組成と綿密に重量制御され
た組成物（solvent ）を用いなければならず、単結晶製
造に多大な熟練を必要とする。また、ＳＳＦＺ法は、単
結晶を得るための融解し凝固する過程を２度経なければ
ならず、単結晶製造に通常の２倍の時間を必要とする。
一方、ＹＩＧのＦｅをＧｅで置換すると、その製造方位
は＜１１１＞方位に向きやすくなることが進藤らによっ
て見出された（I. Shindo, N. II, K. Kitamura and S.
Kimura; J. Cryst. Growth; 46 (1979) p307.）。しか
し、＜１００＞方位に配向した結晶も見られるなどばら
つきが多く、必ずしも＜１１１＞方向に優先的に配向し
ているとは言い難い。As described above, since YIG is a decomposition-melting compound, when a raw material having a YIG composition is melted and solidified, first, orthoferrite (YFeO 3 ) as a primary phase precipitates. , Then the peritectic point (Fig. 1
(P point), a peritectic reaction occurs with YFeO 3, and YIG gradually precipitates. This precipitation of YFeO 3 hinders the azimuthal propagation of the seed crystal YIG single crystal, and the orientation of the grown single crystal becomes completely random regardless of the seed crystal orientation (S. Kimura and I. Shindo; J. Cryst). . Growth, 4
1 (1977) p192.). Therefore, in order to obtain a YIG single crystal whose orientation is controlled, a single crystal is used as a seed crystal, and
The method had to be based on the SFZ method or the SSFZ method. Here, the TSFZ method requires the use of a special composition and a composition (solvent) whose weight is carefully controlled, and requires a great deal of skill in the production of single crystals. Further, in the SSFZ method, a process of melting and solidifying to obtain a single crystal must be performed twice, and twice as long as a normal time is required for manufacturing a single crystal.
On the other hand, it has been found by Shindo et al. That if the Fe of YIG is replaced by Ge, the production orientation tends to be oriented to the <111> orientation (I. Shindo, N. II, K. Kitamura and S.
Kimura; J. Cryst. Growth; 46 (1979) p307.). However, there are many variations such as a crystal oriented in the <100> direction, and it cannot be said that the crystal is necessarily preferentially oriented in the <111> direction.
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、種
結晶を用いることなく、浮遊帯溶融法により、＜１１１
＞方位から２°以内に方位制御された磁性ガーネット単
結晶を製造することができる、磁性ガーネット単結晶の
製造方法を提供することである。また、この発明の他の
目的は、種結晶を用いることなく浮遊帯溶融法により製
造され、＜１１１＞方位から２°以内に方位制御された
磁性ガーネット単結晶を提供することである。[0004] Therefore, the main object of the present invention is to use a floating zone melting method without the use of seed crystals to achieve <111
It is an object of the present invention to provide a method for producing a magnetic garnet single crystal capable of producing a magnetic garnet single crystal whose orientation is controlled within 2 ° from the orientation. Another object of the present invention is to provide a magnetic garnet single crystal manufactured by a floating zone melting method without using a seed crystal and having an orientation controlled within 2 ° from a <111> orientation.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】発明者らは、浮遊帯溶融
法によるＦｅサイトを非磁性元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，
Ｓｃ）で置換したＹＩＧ単結晶などの磁性ガーネット単
結晶の製造方位と結晶径との相関について詳細に検討し
た結果、直径が３．０ｍｍ以下になると種結晶を用いて
なくとも＜１１１＞方位から２°以内の方位に優先的に
成長することを発見した。この発明にかかる磁性ガーネ
ット単結晶の製造方法は、種結晶を用いない、浮遊帯溶
融法による磁性ガーネット単結晶の製造方法であって、
多結晶の原料棒を準備する工程と、原料棒の一部を長手
方向に順次溶融し固化させる工程と、直径が３．０ｍｍ
以下の磁性ガーネット単結晶を製造する工程とを含み、
磁性ガーネット単結晶の組成は、（Ｙ，Ｒ）3 （Ｆｅ，
Ｍ）5 Ｏ12系（ただし、ＲはＹおよび原子番号５７〜７
１の元素のうちの少なくとも１種で、ＭはＡｌ，Ｇａ，
Ｉｎ，Ｓｃのうちの少なくとも１種）であり、磁性ガー
ネット単結晶の成長方向は、＜１１１＞方位から２°０
０′以内の傾きの範囲である、磁性ガーネット単結晶の
製造方法である。また、この発明にかかる磁性ガーネッ
ト単結晶は、種結晶を用いない、浮遊帯溶融法により得
られた磁性ガーネット単結晶であって、直径が３．０ｍ
ｍ以下のファイバ状であり、組成が（Ｙ，Ｒ）3 （Ｆ
ｅ，Ｍ）5 Ｏ12系（ただし、ＲはＹおよび原子番号５７
〜７１の元素のうちの少なくとも１種で、ＭはＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｓｃのうちの少なくとも１種）であり、成長
方向が＜１１１＞方位から２°００′以内の傾きの範囲
である、磁性ガーネット単結晶である。Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have made the Fe site formed by the floating zone melting method a nonmagnetic element (Al, Ga, In,
As a result of a detailed study of the correlation between the production orientation and the crystal diameter of a magnetic garnet single crystal such as a YIG single crystal substituted with Sc), when the diameter becomes 3.0 mm or less, the <111> orientation is obtained without using a seed crystal It has been found that it grows preferentially in an orientation within 2 °. The method for producing a magnetic garnet single crystal according to the present invention is a method for producing a magnetic garnet single crystal by a floating zone melting method without using a seed crystal,
A step of preparing a polycrystalline raw material rod, a step of sequentially melting and solidifying a part of the raw material rod in the longitudinal direction, and a diameter of 3.0 mm
Producing the following magnetic garnet single crystal,
The composition of the magnetic garnet single crystal is (Y, R) 3 (Fe,
M) 5 O 12 system (where R is Y and atomic numbers 57 to 7)
M is at least one of the following elements: M is Al, Ga,
At least one of In and Sc), and the growth direction of the magnetic garnet single crystal is 2 ° 0 from the <111> orientation.
This is a method for producing a magnetic garnet single crystal having a tilt range of 0 'or less. The magnetic garnet single crystal according to the present invention is a magnetic garnet single crystal obtained by a floating zone melting method without using a seed crystal and having a diameter of 3.0 m.
m, and the composition is (Y, R) 3 (F
e, M) 5 O 12 system (where R is Y and atomic number 57
M is Al, G
a, In, and Sc), and is a magnetic garnet single crystal whose growth direction is inclined within 2 ° 00 ′ from the <111> orientation.
【０００６】この発明にかかる磁性ガーネット単結晶の
製造方法および磁性ガーネット単結晶では、製造される
ＹＩＧ単結晶などの磁性ガーネット単結晶が、種結晶を
用いなくても、＜１１１＞方位から２°以内の方位に優
先的に成長する。In the method for manufacturing a magnetic garnet single crystal and the magnetic garnet single crystal according to the present invention, a magnetic garnet single crystal such as a YIG single crystal to be manufactured can be set at 2 ° from the <111> orientation without using a seed crystal. It grows preferentially in the direction within.
【０００７】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかになろう。The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
【０００８】[0008]
【発明の実態の形態】まず、この発明にかかる磁性ガー
ネット単結晶の製造方法について説明する。First, a method for manufacturing a magnetic garnet single crystal according to the present invention will be described.
【０００９】多結晶原料棒は、組成式（Ｙ，Ｒ）3 （Ｆ
ｅ，Ｍ）5 Ｏ12となるように、各種素原料が秤量され
る。ここで、Ｒは、Ｙおよび原子番号５７〜７１の希土
類元素のうちから選択される少なくとも１種で、Ｍは、
Ａｌ，Ｇａ，ＩｎおよびＳｃのうちから選択される少な
くとも１種である。秤量した素原料は、玉石、純水と共
にポットに入れられ、約２４時間ポットで混合される。
混合された原料は、アスピレータで脱水され、乾燥機内
で乾燥される。乾燥された原料は、メッシュを通すこと
によって、粒度が整えられ、電気炉内で仮焼される。仮
焼された原料は、粉砕され、有機バインダとよく練り混
ぜた後、成型器でファイバ状に成型される。この時のフ
ァイバ径は、３．０ｍｍ以下とする。ファイバ状に成型
された原料は、再び電気炉内に入れられ焼結され、磁性
ガーネット多結晶原料棒Ｓとして準備される。そして、
このように準備された磁性ガーネット多結晶原料棒Ｓ
は、たとえば特開平１０―２５１０８８号に開示されて
いるような図３および図４に示す光学式加熱装置に設置
される。The polycrystalline raw material rod has a composition formula (Y, R) 3 (F
e, M) Various raw materials are weighed so as to obtain 5 O 12 . Here, R is at least one selected from Y and rare earth elements having atomic numbers 57 to 71, and M is
It is at least one selected from Al, Ga, In and Sc. The weighed raw materials are put into a pot together with cobblestone and pure water, and mixed in the pot for about 24 hours.
The mixed raw material is dehydrated by an aspirator and dried in a dryer. The dried raw material is sized by passing it through a mesh and calcined in an electric furnace. The calcined raw material is pulverized, kneaded well with an organic binder, and then molded into a fiber by a molding machine. At this time, the fiber diameter is set to 3.0 mm or less. The fiber-shaped raw material is again put into an electric furnace and sintered, and is prepared as a magnetic garnet polycrystalline raw material rod S. And
The thus prepared magnetic garnet polycrystalline material rod S
Is installed in the optical heating apparatus shown in FIGS. 3 and 4, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-251888.
【００１０】図３は光学式加熱装置の一例を示す垂直断
面図解図であり、図４はその水平断面図解図である。図
３および図４に示す光学式加熱装置１０は、内部に金メ
ッキを施した回転双楕円面鏡１２を含む。回転双楕円面
鏡１２は、一直線上に並ぶ３つの焦点を有し、中央の１
つの焦点を通るように多結晶原料棒Ｓが設置され、他の
２つの焦点にハロゲンランプ１４、１４が設置される。
そして、ハロゲンランプ１４、１４から出射された赤外
光は、回転双楕円面鏡１２で反射され、多結晶原料棒Ｓ
の配置されている焦点位置に集光し多結晶原料棒Ｓを加
熱する。多結晶原料棒Ｓは、上シャフト１６および下シ
ャフト１８に上下方向に移動できるように設置される。
また、上シャフト１６、下シャフト１８および多結晶原
料棒Ｓの周囲には石英管２０が配置され、これにより単
結晶製造部分の成長雰囲気を任意に調整できるほか、結
晶からの蒸発成分が回転双楕円面鏡１２に付着して汚染
されるのを防いでいる。雰囲気ガスとしては、たとえば
ＹＩＧを製造する場合には酸素ガスが用いられ、Ｒとし
てＣｅが用いられる場合には窒素ガスやＡｒガスなどが
用いられる。また、多結晶原料棒Ｓの配置されている焦
点位置にレーザ光が照射されるように、ＹＡＧレーザ２
２、２２が設置される。そのため、多結晶原料棒Ｓは、
加熱源であるＹＡＧレーザ２２からレーザ光が照射され
融解する。磁性ガーネットの場合、融点が１７００℃以
上なので、１７００℃以上に加熱できるように、ハロゲ
ンランプ１４やＹＡＧレーザ２２の出力が適宜選択され
る。次に、上シャフト１６および下シャフト１８を同期
させながら上下方向に移動させることによって、多結晶
原料棒Ｓの融帯Ｂを移動させて単結晶化する。この時の
融帯Ｂの移動速度は、１ｍｍ／時間から３０ｍｍ／時間
である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing an example of the optical heating apparatus, and FIG. 4 is a horizontal sectional view showing the same. The optical heating device 10 shown in FIGS. 3 and 4 includes a spheroid mirror 12 with gold plating inside. The spheroid mirror 12 has three focal points aligned in a straight line, and a central one.
The polycrystalline raw material rod S is set so as to pass through one focal point, and the halogen lamps 14 and 14 are set in the other two focal points.
Then, the infrared light emitted from the halogen lamps 14 and 14 is reflected by the rotating ellipsoidal mirror 12, and the polycrystalline raw material rod S
And heats the polycrystalline raw material rod S at the focal position where is disposed. The polycrystalline raw material rod S is installed on the upper shaft 16 and the lower shaft 18 so as to be vertically movable.
Further, a quartz tube 20 is arranged around the upper shaft 16, the lower shaft 18, and the polycrystalline raw material rod S, whereby the growth atmosphere in the single crystal production portion can be arbitrarily adjusted, and the evaporation component from the crystal is rotated by two. This prevents contamination by attaching to the elliptical mirror 12. As an atmosphere gas, for example, oxygen gas is used when YIG is manufactured, and nitrogen gas, Ar gas, or the like is used when Ce is used as R. Further, the YAG laser 2 is irradiated so that the laser beam is irradiated to the focal position where the polycrystalline raw material rod S is disposed.
2, 22 are installed. Therefore, the polycrystalline raw material rod S is
A laser beam is emitted from a YAG laser 22 as a heating source to be melted. In the case of magnetic garnet, since the melting point is 1700 ° C. or higher, the outputs of the halogen lamp 14 and the YAG laser 22 are appropriately selected so that the magnetic garnet can be heated to 1700 ° C. or higher. Next, by moving the upper shaft 16 and the lower shaft 18 in the vertical direction while synchronizing with each other, the melt zone B of the polycrystalline raw material rod S is moved and single crystallized. At this time, the moving speed of the zone B is 1 mm / hour to 30 mm / hour.
【００１１】次に、上述の方法で製造した単結晶の実施
例について説明する。Next, an embodiment of the single crystal manufactured by the above-described method will be described.
【００１２】（実施例１）実施例１では、図３および図
４に示す光学式加熱装置１０を用いて、直径３．０ｍｍ
のＡｌ置換ＹＩＧ（Ｙ3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶
を製造し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位
を測定したところ、＜１１１＞方位から１°４０′ずれ
て成長していることを確認した。(Embodiment 1) In Embodiment 1, a diameter of 3.0 mm was obtained by using the optical heating device 10 shown in FIGS.
Of Al-substituted YIG (Y 3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal, and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera. Confirmed that.
【００１３】（実施例２）実施例２では、実施例１と同
様にして、直径２．０ｍｍのＧａ置換ＹＩＧ（Ｙ 3 Ｆｅ
4.5 Ｇａ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、Ｘ線ラウエカメラ
を用いて単結晶の成長方位を測定したところ、＜１１１
＞方位から１°１０′ずれて成長していることを確認し
た。(Embodiment 2) Embodiment 2 is the same as Embodiment 1.
Thus, Ga-substituted YIG (Y ThreeFe
4.5Ga0.5O12) Manufacture of single crystal and X-ray Laue camera
When the growth orientation of the single crystal was measured by using
> Confirm that it grows 1 ° 10 'from the direction
Was.
【００１４】（実施例３）実施例３では、実施例１と同
様にして、直径１．０ｍｍのＩｎ置換ＹＩＧ（Ｙ 3 Ｆｅ
4.7 Ｉｎ0.3 Ｏ12）単結晶を製造し、Ｘ線ラウエカメラ
を用いて単結晶の成長方位を測定したところ、＜１１１
＞方位から０°４０′ずれて成長していることを確認し
た。(Embodiment 3) Embodiment 3 is the same as Embodiment 1.
In this way, a 1.0 mm diameter In-substituted YIG (Y ThreeFe
4.7In0.3O12) Manufacture of single crystal and X-ray Laue camera
When the growth orientation of the single crystal was measured by using
> Confirm that it grows 0 ° 40 'from the direction
Was.
【００１５】（実施例４）実施例４では、実施例１と同
様にして、直径０．５ｍｍのＳｃ置換ＹＩＧ（Ｙ 3 Ｆｅ
4.7 Ｓｃ0.3 Ｏ12）ＹＩＧ単結晶を製造し、Ｘ線ラウエ
カメラを用いて単結晶の成長方位を測定したところ、＜
１１１＞方位から０°２０′ずれて成長していることを
確認した。(Embodiment 4) Embodiment 4 is the same as Embodiment 1.
In this way, a 0.5 mm diameter Sc-substituted YIG (Y ThreeFe
4.7Sc0.3O12) YIG single crystal is manufactured and X-ray
When the growth direction of the single crystal was measured using a camera,
111> growth from 0 ° 20 '
confirmed.
【００１６】（実施例５）実施例５では、実施例１と同
様にして、直径３．０ｍｍのＬａ，Ａｌ置換ＹＩＧ（Ｙ
2.8 Ｌａ0.2 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、
Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定した
ところ、＜１１１＞方位から１°４０′ずれて成長して
いることを確認した。(Embodiment 5) In Embodiment 5, similarly to Embodiment 1, La, Al-substituted YIG (Y
2.8 La 0.2 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 )
When the growth orientation of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, it was confirmed that the single crystal had grown with a shift of 1 ° 40 ′ from the <111> orientation.
【００１７】（実施例６）実施例６では、実施例１と同
様にして、直径３．０ｍｍのＣｅ，Ａｌ置換ＹＩＧ（Ｙ
2.7 Ｃｅ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、
Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定した
ところ、＜１１１＞方位から１°２０′ずれて成長して
いることを確認した。(Embodiment 6) In Embodiment 6, similarly to Embodiment 1, Ce, Al-substituted YIG (Y
2.7 Ce 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 )
When the growth orientation of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, it was confirmed that the single crystal was grown with a shift of 1 ° 20 ′ from the <111> orientation.
【００１８】（実施例７）実施例７では、実施例１と同
様にして、直径３．０ｍｍのＰｒ，Ａｌ置換ＹＩＧ（Ｙ
2.7 Ｐｒ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、
Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定した
ことろ、＜１１１＞方位から１°３０′ずれて成長して
いることを確認した。(Embodiment 7) In Embodiment 7, similarly to Embodiment 1, Pr, Al-substituted YIG (Y
2.7 Pr 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 )
When the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, it was confirmed that the single crystal was grown with a shift of 1 ° 30 ′ from the <111> direction.
【００１９】（実施例８）実施例８では、実施例１と同
様にして、直径３．０ｍｍのＮｄ，Ａｌ置換ＹＩＧ（Ｙ
2.7 Ｎｄ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、
Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定した
ところ、＜１１１＞方位から１°１０′ずれて成長して
いることを確認した。(Eighth Embodiment) In an eighth embodiment, similarly to the first embodiment, an Nd, Al-substituted YIG (Y
2.7 Nd 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 )
When the growth orientation of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, it was confirmed that the single crystal had grown with a shift of 1 ° 10 ′ from the <111> orientation.
【００２０】（実施例９）実施例９では、実施例１と同
様にして、直径３．０ｍｍのＳｍ，Ａｌ置換ＹＩＧ（Ｙ
2.7 Ｓｍ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、
Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定した
ところ、＜１１１＞方位から１°４０′ずれて成長して
いることを確認した。Ninth Embodiment In a ninth embodiment, similarly to the first embodiment, a Sm, Al-substituted YIG (Y
2.7 Sm 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) Single crystal was produced,
When the growth orientation of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, it was confirmed that the single crystal had grown with a shift of 1 ° 40 ′ from the <111> orientation.
【００２１】（実施例１０）実施例１０では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＥｕ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｅｕ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°１５′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 10) In Embodiment 10, Embodiment 1
In the same manner as described above, a 3.0 mm diameter Eu, Al-substituted YIG
When a (Y 2.7 Eu 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 15 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２２】（実施例１１）実施例１１では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＣｄ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｃｄ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°１０′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 11) In Embodiment 11, Embodiment 1
Cd, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Cd 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 10 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２３】（実施例１２）実施例１２では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＴｂ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｔｂ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°１５′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 12) In Embodiment 12, Embodiment 1
In the same manner as described above, a Tb, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Tb 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 15 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２４】（実施例１３）実施例１３では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＤｙ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｄｙ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°３０′ずれて成長
していることを確認した。Embodiment 13 In Embodiment 13, Embodiment 1
Dy, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Dy 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 30 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２５】（実施例１４）実施例１４では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＨｏ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｈｏ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°４０′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 14) In Embodiment 14, Embodiment 1
Ho, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Ho 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 40 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２６】（実施例１５）実施例１５では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＴｍ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｔｍ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°５０′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 15) In Embodiment 15, the first embodiment
Tm, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Tm 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown by 1 ° 50 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２７】（実施例１６）実施例１６では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＥｒ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｅｒ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°４５′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 16) In Embodiment 16, Embodiment 1
Er, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Er 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown by 1 ° 45 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２８】（実施例１７）実施例１７では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＹｂ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｙｂ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°１５′ずれて成長
していることを確認した。(Embodiment 17) In Embodiment 17, Embodiment 1
Yb, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Yb 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 15 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００２９】（実施例１８）実施例１８では、実施例１
と同様にして、直径３．０ｍｍのＬｕ，Ａｌ置換ＹＩＧ
（Ｙ2.7 Ｌｕ0.3 Ｆｅ4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造
し、Ｘ線ラウエカメラを用いて単結晶の成長方位を測定
したところ、＜１１１＞方位から１°３０′ずれて成長
していることを確認した。Embodiment 18 In Embodiment 18, Embodiment 1
Lu, Al-substituted YIG having a diameter of 3.0 mm
When a (Y 2.7 Lu 0.3 Fe 4.5 Al 0.5 O 12 ) single crystal was manufactured and the growth direction of the single crystal was measured using an X-ray Laue camera, the single crystal was grown with a shift of 1 ° 30 ′ from the <111> direction. It was confirmed.
【００３０】（比較例１）比較例１では、実施例１と同
様にして、直径３．１ｍｍのＡｌ置換ＹＩＧ（Ｙ 3 Ｆｅ
4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、Ｘ線ラウエカメラ
を用いて単結晶の成長方位を測定したところ、＜１１１
＞方位から２°２０′ずれて成長していることを確認し
た。Comparative Example 1 In Comparative Example 1, the same as in Example 1 was used.
In this way, a 3.1 mm diameter Al-substituted YIG (Y ThreeFe
4.5Al0.5O12) Manufacture of single crystal and X-ray Laue camera
When the growth orientation of the single crystal was measured by using
> Confirm that it grows 2 ° 20 'from the orientation
Was.
【００３１】（比較例２）比較例２では、実施例１と同
様にして、直径３．５ｍｍのＡｌ置換ＹＩＧ（Ｙ 3 Ｆｅ
4.5 Ａｌ0.5 Ｏ12）単結晶を製造し、Ｘ線ラウエカメラ
を用いて単結晶の成長方位を測定したところ、＜１１１
＞方位から３°３０′ずれて成長していることを確認し
た。Comparative Example 2 In Comparative Example 2, the same as in Example 1 was used.
In the same manner, the Al-substituted YIG (Y ThreeFe
4.5Al0.5O12) Manufacture of single crystal and X-ray Laue camera
When the growth orientation of the single crystal was measured by using
> Confirm that it grows 3 ° 30 'off from the orientation
Was.
【００３２】[0032]
【発明の効果】この発明によれば、特に種結晶を必要と
せず、かつ、単純な浮遊帯溶融法によって＜１１１＞方
位から２°以内に配向した良質な磁性ガーネット単結晶
を製造することができる。According to the present invention, it is possible to produce a high-quality magnetic garnet single crystal which does not require a seed crystal and is oriented within 2 ° from the <111> orientation by a simple floating zone melting method. it can.
【図１】酸素１気圧中におけるＦｅ2 Ｏ3 −ＹＦｅＯ3
系２元状態図である。FIG. 1 Fe 2 O 3 —YFeO 3 in one atmosphere of oxygen
It is a system binary state diagram.
【図２】赤外線集光加熱単楕円型イメージ炉の図解図で
ある。FIG. 2 is an illustrative view of an infrared condensing heating single ellipse type image furnace.
【図３】光学式加熱装置の一例を示す垂直断面図解図で
ある。FIG. 3 is an illustrative vertical sectional view showing an example of an optical heating device.
【図４】図３に示す光学式加熱装置の水平断面図解図で
ある。FIG. 4 is an illustrative view showing a horizontal section of the optical heating device shown in FIG. 3;
１０ 光学式加熱装置 １２ 回転双楕円面鏡 １４ ハロゲンランプ １６ 上シャフト １８ 下シャフト ２０ 石英管 ２２ ＹＡＧレーザ Ｓ 多結晶原料棒 Ｂ 融帯 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical heating apparatus 12 Rotating bi-ellipsoidal mirror 14 Halogen lamp 16 Upper shaft 18 Lower shaft 20 Quartz tube 22 YAG laser S Polycrystalline raw material rod B Fusion zone
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 高志 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA04 AB02 AB09 BC25 CE03 NA05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Takashi Fujii 2-26-10 Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto F-term in Murata Manufacturing Co., Ltd. (reference) 4G077 AA02 AA04 AB02 AB09 BC25 CE03 NA05
Claims (2)
磁性ガーネット単結晶の製造方法であって、 多結晶の原料棒を準備する工程、 前記原料棒の一部を長手方向に順次溶融し固化させる工
程、および直径が３．０ｍｍ以下の磁性ガーネット単結
晶を製造する工程を含み、 前記磁性ガーネット単結晶の組成は、（Ｙ，Ｒ）3 （Ｆ
ｅ，Ｍ）5 Ｏ12系（ただし、ＲはＹおよび原子番号５７
〜７１の元素のうちの少なくとも１種で、ＭはＡｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｓｃのうちの少なくとも１種）であり、 前記磁性ガーネット単結晶の成長方向は、＜１１１＞方
位から２°００′以内の傾きの範囲である、磁性ガーネ
ット単結晶の製造方法。1. A method for producing a magnetic garnet single crystal by a floating zone melting method without using a seed crystal, wherein a step of preparing a polycrystalline raw material rod is performed by sequentially melting a part of the raw material rod in a longitudinal direction. Solidifying and producing a magnetic garnet single crystal having a diameter of 3.0 mm or less, wherein the composition of the magnetic garnet single crystal is (Y, R) 3 (F
e, M) 5 O 12 system (where R is Y and atomic number 57
M is Al, G
a, In, and Sc), wherein the growth direction of the magnetic garnet single crystal is in a range of an inclination of 2 ° 00 ′ from the <111> orientation.
得られた磁性ガーネット単結晶であって、 直径が３．０ｍｍ以下のファイバ状であり、 組成が（Ｙ，Ｒ）3 （Ｆｅ，Ｍ）5 Ｏ12系（ただし、Ｒ
はＹおよび原子番号５７〜７１の元素のうちの少なくと
も１種で、ＭはＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｃのうちの少なく
とも１種）であり、 成長方向が＜１１１＞方位から２°００′以内の傾きの
範囲である、磁性ガーネット単結晶。2. A magnetic garnet single crystal obtained by a floating zone melting method without using a seed crystal, in the form of a fiber having a diameter of 3.0 mm or less, and having a composition of (Y, R) 3 (Fe, M) 5 O 12 system (however, R
Is at least one of Y and elements of atomic numbers 57 to 71, M is at least one of Al, Ga, In, and Sc), and the growth direction is within 2 ° 00 ′ from the <111> orientation. Magnetic garnet single crystal in the range of inclination of
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001047342A JP2002255689A (en) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | Method for producing magnetic garnet single crystal and magnetic garnet single crystal |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115386956A (en) * | 2021-05-24 | 2022-11-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Method for growing gadolinium gallium garnet crystal by moving flux floating zone method |
-
2001
- 2001-02-22 JP JP2001047342A patent/JP2002255689A/en active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115386956A (en) * | 2021-05-24 | 2022-11-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Method for growing gadolinium gallium garnet crystal by moving flux floating zone method |
| CN115386956B (en) * | 2021-05-24 | 2023-09-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Method for growing gadolinium gallium garnet crystal by moving flux floating zone method |
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