JP7327148B2 - ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 - Google Patents
ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7327148B2 JP7327148B2 JP2019230215A JP2019230215A JP7327148B2 JP 7327148 B2 JP7327148 B2 JP 7327148B2 JP 2019230215 A JP2019230215 A JP 2019230215A JP 2019230215 A JP2019230215 A JP 2019230215A JP 7327148 B2 JP7327148 B2 JP 7327148B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- lattice constant
- rare earth
- bismuth
- substrate
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
本発明は、加工用高出力レーザ装置の戻り光対策に用いられる光アイソレータのファラデー回転子用薄膜材料として有用されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の育成方法に係り、特に、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット薄膜表面に発生する放射状、直線状のクラックが抑制されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法の改良に関するものである。
磁性ガーネット単結晶はファラデー効果を有しており、光通信や加工用レーザの戻り光対策に利用される光アイソレータの中心材料である。近年、この種の磁性ガーネット単結晶として、液相エピタキシャル法（以下、ＬＰＥ法と略称する場合がある）によりガーネット基板上に育成されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜（以下、ＲＩＧ膜と略称する場合がある）が主流になっている。ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜は、希土類鉄ガーネット単結晶中における希土類元素の一部がビスマスで置換されたもので、厚さ数百μｍ程度を有する結晶膜である。尚、ＲＩＧ膜の育成にＬＰＥ法が採用されている理由は、ＬＰＥ法が量産性に優れるため高品質の結晶膜を低価格で製造できるからである。
そして、ガーネット基板上に育成されたＲＩＧ膜は、研削と研磨工程によりＲＩＧ膜のファラデー回転角が４５度となるよう加工され、光アイソレータのファラデー回転子用材料として提供されている。
ところで、光アイソレータは、従来、出力５Ｗ程度のレーザを適用対象としていたが、近年、出力１０Ｗ以上のハイパワーレーザを対象とするものも多くなってきている。ハイパワーレーザ用の場合、ファラデー回転角が４５度に加工されたＲＩＧ膜両面に放熱用サファイア（Sapphire）を貼り付けた構造（Sapphire／ＲＩＧ／Sapphire：以下、放熱用基板としてのSapphireを「Ｓ」と表記する）の光アイソレータでは、レーザが導入された際のＲＩＧ膜で発生する熱量が大きいため、放熱用サファイアにより十分な放熱を行うことが困難となり温度が上昇する。そして、温度上昇に起因してＲＩＧ膜の光透過率が低くなるため、挿入損失（Insertion Loss：以下、ＩＬと略称する）が増加して基準外となってしまう。ＰＩＯＩ（Polarization Independent Optical Isolator：偏光無依存型光アイソレータ）の部品中において、熱源となるものは光を吸収するＲＩＧ膜のみである。
このような温度上昇を防止するため、ファラデー回転角が２２．５度に加工されたＲＩＧ膜を２枚用い、あるいは、ファラデー回転角が１５度に加工されたＲＩＧ膜を３枚用いると共に、これ等のＲＩＧ膜間にもサファイア等の放熱用基板を挿入して放熱性を高める（すなわち、ファラデー回転角が２２．５度の場合にはＳ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ、ファラデー回転角が１５度の場合にはＳ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ／ＲＩＧ／Ｓ）ことにより上記挿入損失（ＩＬ）を増加させない手法が開発されている。
そして、上記手法を実現させるには、薄膜のＲＩＧ膜を効率よく製造できる育成法が不可欠で、例えば、特許文献１では、板厚２００μｍ以上３５０μｍ以下のガーネット基板を用い、放射状、直線状のクラックが抑制された膜厚１００μｍ以上３００μｍ以下のＲＩＧ膜をＬＰＥ法により育成する方法が提案されている。
しかし、ファラデー回転角が１５度に加工されたＲＩＧ膜を得る場合、その厚さは概ね４０μｍ～７０μｍとなり、膜厚１００μｍ未満のＲＩＧ膜を使用することが効率的であるが、特許文献１の方法では、１００μｍ未満のＲＩＧ膜を育成しようとしても加工中や冷却時にクラックが発生し、所望とするＲＩＧ膜が得られない問題を有していた。
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、放射状、直線状のクラックが抑制された膜厚１００μｍ未満のＲＩＧ膜をＬＰＥ法により育成する方法を提供することにある。
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
ビスマス置換希土類－鉄ガーネット成分をフラックスに溶解させた融液に、ガーネット基板を接触させてビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成するビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が、厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、厚さ１００μｍ未満の化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成することを特徴とする。
ビスマス置換希土類－鉄ガーネット成分をフラックスに溶解させた融液に、ガーネット基板を接触させてビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成するビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が、厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、厚さ１００μｍ未満の化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成することを特徴とする。
第２の発明は、
第１の発明に記載のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）がＸ（０．００３Å≦Ｘ≦０．００７Å）となる融液温度Ｙ（℃）を、下記数式から求めることを特徴とする。
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］
第１の発明に記載のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）がＸ（０．００３Å≦Ｘ≦０．００７Å）となる融液温度Ｙ（℃）を、下記数式から求めることを特徴とする。
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］
第３の発明は、
第１の発明または第２の発明に記載のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であることを特徴とする。
第１の発明または第２の発明に記載のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であることを特徴とする。
フラックスにビスマス置換希土類－鉄ガーネット成分を溶解させた融液にガーネット基板を接触させてビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成する本発明方法によれば、
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成するため、
放射状、直線状のクラックが抑制された膜厚１００μｍ未満のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を液相エピタキシャル法により育成することが可能となる。
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成するため、
放射状、直線状のクラックが抑制された膜厚１００μｍ未満のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を液相エピタキシャル法により育成することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（１）液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）
ＲＩＧ膜は、ガーネット基板上に上述のＬＰＥ法で育成される。
ＲＩＧ膜は、ガーネット基板上に上述のＬＰＥ法で育成される。
すなわち、ＬＰＥ法は、ＲＩＧ膜の原料（ＲＩＧ成分）をフラックスに溶解させ、得られた融液にガーネット基板（以下、基板と略称する場合がある）を接触させ、その後、液相温度から過冷却状態に融液の温度を降下させ、過冷却状態において温度一定若しくは育成中の温度を変えてビスマス置換量を変えながらＲＩＧ膜を育成する手法である。
ＬＰＥ法によるＲＩＧ膜（単結晶膜）の育成では、度々クラック等の発生により育成が困難となる現象が生じる。この現象は、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）の格子定数の不一致（ミスマッチ）が原因と言われている。このため、ＲＩＧ膜（単結晶膜）を育成する際には、基板との間で格子定数が一致するようにＲＩＧ膜（単結晶膜）と基板の組成を選択するのが一般的である。従来法として、例えば、特許文献１には、基板取り扱いの容易さ等を考慮して、板厚５００μｍ～６５０μｍのガーネット基板を用い、このガーネット基板上に膜厚４５０μｍ前後のＲＩＧ膜を育成する手法が記載されている（特許文献１の段落０００４参照）。
しかし、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）の格子定数を整合させた場合においてもクラックを生じることがある。例えば、特許文献１の実施例等では、ＲＩＧ膜の薄膜化とクラック抑制を図る観点から、板厚２００μｍ～３００μｍのガーネット基板を用い、膜厚１００μｍ～３００μｍのＲＩＧ膜（単結晶膜）を育成しているが、冷却時におけるクラック発生率を０％にすることは達成されていない（特許文献１の表１参照）。
（２）膜厚１００μｍ未満のＲＩＧ膜を育成する方法
上記ファラデー回転角が１５度に加工されたＲＩＧ膜を得るため、特許文献１の育成方法により膜厚１００μｍ未満、例えば膜厚７０μｍのＲＩＧ膜を育成しようと試みたとしても、板厚２００μｍ～３００μｍのガーネット基板では直線状のクラックが発生し、膜厚７０μｍのＲＩＧ膜は得られない。
上記ファラデー回転角が１５度に加工されたＲＩＧ膜を得るため、特許文献１の育成方法により膜厚１００μｍ未満、例えば膜厚７０μｍのＲＩＧ膜を育成しようと試みたとしても、板厚２００μｍ～３００μｍのガーネット基板では直線状のクラックが発生し、膜厚７０μｍのＲＩＧ膜は得られない。
膜厚７０μｍのＲＩＧ膜が得られない原因について調査した結果、以下の原因が推測された。すなわち、板厚２００μｍ～３００μｍのガーネット基板を適用した場合、ＲＩＧ膜の育成中に基板が融液側に向かって凸形状に反って（基板の融液側が熱膨張するため）しまい、基板が反った状態でＲＩＧ膜の育成がなされ、ＲＩＧ膜の育成終了後における冷却中に基板の反りが元の状態に戻ろうとする際、ＲＩＧ膜に抵抗がかかるためと推測される。この場合、ＲＩＧ膜の膜厚が１００μｍ以上あればクラックは発生しないが、膜厚が７０μｍと薄い場合、元の状態に戻ろうとする基板の抵抗にＲＩＧ膜が耐え切れず、ＲＩＧ膜に放射状、直線状のクラックが発生すると推測される。
（３）本発明に係るＲＩＧ膜の液相エピタキシャル育成方法
そこで、本発明においては、ガーネット基板の反りを抑制するため、従来に較べてガーネット基板の厚さを大きく設定する。更に、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）における格子定数の差を０（ミスマッチが０）にする従来法に代えて、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）における格子定数に差異が生ずる方法を採っている。
そこで、本発明においては、ガーネット基板の反りを抑制するため、従来に較べてガーネット基板の厚さを大きく設定する。更に、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）における格子定数の差を０（ミスマッチが０）にする従来法に代えて、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）における格子定数に差異が生ずる方法を採っている。
すなわち、本発明は、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット成分をフラックスに溶解させた融液に、ガーネット基板を接触させてビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成するビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が、厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、厚さ１００μｍ未満の化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成することを特徴とするものである。
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が、厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、厚さ１００μｍ未満の化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成することを特徴とするものである。
以下、詳細に説明する。
まず、本発明で用いられるガーネット基板は、化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板であることを要する。
他方、ガーネット基板上に育成されるＲＩＧ膜は、化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、具体的には、化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が例示されるが、化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12で示される他のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜でもよい。
また、上記ガーネット基板の厚さは５００μｍ～１０００μｍであることを要する。特許文献１では、厚さ２００μｍ～３００μｍのガーネット基板（尚、特許文献１の実施例４では厚さ３５０μｍの基板が用いられているが、ＲＩＧ膜の厚さは１００μｍに設定され、１００μｍ未満でない）を用いてＲＩＧ膜を育成しているが、育成中に基板の反りが発生し易い。そこで、ＲＩＧ膜の育成後から冷却までにおける基板反り量の変動を小さくするため、ガーネット基板の厚さを５００μｍ～１０００μｍとしている。
他方、上記ファラデー回転角を１５度に加工するＲＩＧ膜が得られるようにするため、ＲＩＧ膜の膜厚は１００μｍ未満であることを要し、好ましくは５０μｍ～７０μｍである。特許文献１に記載されたＲＩＧ膜の育成方法では、クラックが発生し、膜厚が１００μｍ未満であるＲＩＧ膜は得られていない。
そこで、本発明では、ガーネット基板の厚みを大きくすると共に、基板とＲＩＧ膜（単結晶膜）における格子定数に差異が生ずる方法を採用している。
（４）格子定数に差異を生じさせる融液温度
ガーネット基板とＲＩＧ膜における格子定数の差（ミスマッチ量）は、従来、両者が一致するように設定されてきた。
ガーネット基板とＲＩＧ膜における格子定数の差（ミスマッチ量）は、従来、両者が一致するように設定されてきた。
本発明においては、ＲＩＧ膜の格子定数Ａとガーネット基板（ＧＳＧＧ基板）の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となるように設定することを要する。上記格子定数差を０．００３Å以上０．００７Å以下にすることで、ガーネット基板の反りの影響を受けてもクラックの発生を抑制することが可能となる。すなわち、上記格子定数差が０．００３Å未満または０．００７Åを超えた場合、クラックの発生を抑制することが困難となる。
そして、本発明においては、ＲＩＧ膜の格子定数Ａとガーネット基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下になるようにするため、ＲＩＧ膜の育成時における融液温度を調整している。例えば、ガーネット基板がＧＳＧＧ基板で構成され、ＲＩＧ膜がＢｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示される場合、これ等格子定数の差を０（ミスマッチ量０）にする融液温度は８２０℃前後であることが確認されており、上記融液温度（８２０℃）を超える温度でＲＩＧ膜を育成することでミスマッチ量を変更させることが可能となる。
尚、ガーネット基板とＲＩＧ膜のミスマッチ量は、Ｘ線解析装置を用いてガーネット基板の格子定数とＲＩＧ膜の格子定数をそれぞれ測定し、その差をミスマッチ量としている。但し、育成後におけるＲＩＧ膜の格子定数は、膜厚が大きいため測定することができない。このため、事前に小径のダミー基板を用いて厚さ数μｍのＲＩＧ膜を育成し、育成後、ダミー基板の格子定数と厚さ数μｍのＲＩＧ膜の格子定数をそれぞれ測定してミスマッチ量としている。このとき、育成時における融液温度を８２０℃±１５℃としてサンプルを作製し、サンプルの各格子定数からミスマッチ量と融液温度の相関が求められ、この結果、ミスマッチ量の温度変化量は約０．０００５Å／℃であることが確認されている。
すなわち、ＲＩＧ膜の格子定数Ａとガーネット基板（ＧＳＧＧ基板）の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）がＸ（０．００３Å≦Ｘ≦０．００７Å）となる融液温度Ｙ（℃）は、以下の数式から求めることができる。
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］
以下、本発明の実施例について比較例も挙げて具体的に説明する。
尚、ガーネット基板として化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板を用い、化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるＲＩＧ膜をＬＰＥ法により育成した。
［ＲＩＧ膜の育成］
白金坩堝中に、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3をフラックスとし、ＲＩＧ成分を溶かし込んだ融液を、電気炉内で所定の温度に加熱しながら、その融液表面に１インチ径のＧＳＧＧ基板を接触させ、このＧＳＧＧ基板を１００ｒｐｍで回転させて、ＧＳＧＧ基板の片面に化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるＲＩＧ膜を育成した。
白金坩堝中に、ＰｂＯ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3をフラックスとし、ＲＩＧ成分を溶かし込んだ融液を、電気炉内で所定の温度に加熱しながら、その融液表面に１インチ径のＧＳＧＧ基板を接触させ、このＧＳＧＧ基板を１００ｒｐｍで回転させて、ＧＳＧＧ基板の片面に化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるＲＩＧ膜を育成した。
尚、育成時における融液温度を８２０℃±１５℃とし、事前に小径のダミー基板を用いて厚さ数μｍのＲＩＧ膜を育成してサンプルを作製し、ダミー基板の格子定数と厚さ数μｍのＲＩＧ膜の格子定数をそれぞれ測定してミスマッチ量と融液温度の相関を求め、所定のミスマッチ量になるよう融液温度を調整した。すなわち、ＲＩＧ膜の格子定数Ａとガーネット基板（ＧＳＧＧ基板）の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）がＸ（０．００３Å≦Ｘ≦０．００７Å）となる融液温度Ｙ（℃）について、
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］の数式から求めた。
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］の数式から求めた。
尚、図１に、厚さＴのＧＳＧＧ基板１と膜厚ｔのＲＩＧ膜２をそれぞれ示す。
［評価方法］
育成したＲＩＧ膜の評価方法は、実体顕微鏡（４０～５０倍）で放射状、直線状のクラック発生の有無を確認する。クラックが一箇所でも見つかればその基板は不良（不合格）とした。その結果を表１に記載する。
育成したＲＩＧ膜の評価方法は、実体顕微鏡（４０～５０倍）で放射状、直線状のクラック発生の有無を確認する。クラックが一箇所でも見つかればその基板は不良（不合格）とした。その結果を表１に記載する。
［実施例１］
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００３Åとなる融液温度で膜厚７０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００３Åとなる融液温度で膜厚７０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例２］
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚７０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚７０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例３］
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚６８μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚６８μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例４］
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚５５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚５５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例５］
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００３Åとなる融液温度で膜厚６４μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００３Åとなる融液温度で膜厚６４μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例６］
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚５０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚５０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例７］
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００７Åとなる融液温度で膜厚５５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００７Åとなる融液温度で膜厚５５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例８］
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００３Åとなる融液温度で膜厚４５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００３Åとなる融液温度で膜厚４５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例９］
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚４０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００５Åとなる融液温度で膜厚４０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［実施例１０］
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００７Åとなる融液温度で膜厚４５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０．００７Åとなる融液温度で膜厚４５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生はなく良好であった。
この結果を表１に示す。
［比較例１］
ＧＳＧＧ基板の厚さを３５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚７８μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
ＧＳＧＧ基板の厚さを３５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚７８μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
この結果を表１に示す。
［比較例２］
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚９８μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
ＧＳＧＧ基板の厚さを５５０μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚９８μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
この結果を表１に示す。
［比較例３］
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚５０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
ＧＳＧＧ基板の厚さを７００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚５０μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
この結果を表１に示す。
［比較例４］
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚５５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
ＧＳＧＧ基板の厚さを９００μｍとし、格子定数差（ミスマッチ量）が０Åとなる融液温度で膜厚５５μｍのＲＩＧ膜を１枚育成したところ、放射状、直線状のクラックの発生が確認された。
この結果を表１に示す。
本発明に係るビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル成長方法によれば、放射状、直線状のクラックが抑制された膜厚１００μｍ未満のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成できるため、例えば、光アイソレータのファラデー回転子用薄膜材料として適用される産業上の利用可能性を有している。
１ ＧＳＧＧ基板
２ ＲＩＧ膜
２ ＲＩＧ膜
Claims (3)
- ビスマス置換希土類－鉄ガーネット成分をフラックスに溶解させた融液に、ガーネット基板を接触させてビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成するビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法において、
上記フラックスが酸化系フラックスで構成され、上記ガーネット基板が、厚さ５００μｍ以上１０００μｍ以下の化学式Ｇｄ3（ＳｃＧａ）5Ｏ12で示されるＧＳＧＧ基板で構成されると共に、上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、厚さ１００μｍ未満の化学式（Ｂｉ3-xＲx）Ｆｅ5Ｏ12（但し、Ｒはランタノイド金属およびＹの内から選択される２種以上の希土類元素であり、０＜ｘ＜３である）で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であり、かつ、ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）が０．００３Å以上０．００７Å以下となる融液温度でビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜を育成することを特徴とするビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法。 - 上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の格子定数ＡとＧＳＧＧ基板の格子定数Ｂとの差（格子定数差＝格子定数Ａ－格子定数Ｂ）がＸ（０．００３Å≦Ｘ≦０．００７Å）となる融液温度Ｙ（℃）を、下記数式から求めることを特徴とする請求項１に記載のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法。
Ｘ（Å）＝０．０００５Å／℃×［Ｙ（℃）－８２０（℃）］ - 上記ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜が、化学式Ｂｉ1.16Ｇｄ0.54Ｎｄ1.30Ｆｅ5Ｏ12で示されるビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜であることを特徴とする請求項１または２に記載のビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019230215A JP7327148B2 (ja) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019230215A JP7327148B2 (ja) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021098618A JP2021098618A (ja) | 2021-07-01 |
| JP7327148B2 true JP7327148B2 (ja) | 2023-08-16 |
Family
ID=76540764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019230215A Active JP7327148B2 (ja) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7327148B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011256073A (ja) | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法 |
| JP5330993B2 (ja) | 2006-07-31 | 2013-10-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 光学投影サブシステム |
| JP7206594B2 (ja) | 2018-01-25 | 2023-01-18 | 凸版印刷株式会社 | 複室容器用保護フィルム、複室容器、および、複室容器の製造方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3197383B2 (ja) * | 1992-03-02 | 2001-08-13 | ティーディーケイ株式会社 | エピタキシャル成長による薄膜の製造法 |
| JP2868166B2 (ja) * | 1992-05-29 | 1999-03-10 | 信越化学工業株式会社 | ガーネット結晶膜およびその製造方法 |
| JPH07206594A (ja) * | 1994-01-17 | 1995-08-08 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 磁性ガーネットの製造方法 |
| JPH08165197A (ja) * | 1994-12-14 | 1996-06-25 | Shin Etsu Chem Co Ltd | ガーネット磁性酸化物単結晶及び静磁波素子の製造方法 |
| JPH0930898A (ja) * | 1995-07-24 | 1997-02-04 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Ｂｉ置換鉄ガーネット膜育成用メルトの組成調整方法 |
| JP3894685B2 (ja) * | 1999-06-15 | 2007-03-22 | 信越化学工業株式会社 | 酸化物ガーネット単結晶膜の製造方法 |
| JP5659999B2 (ja) * | 2011-10-18 | 2015-01-28 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換希土類−鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル成長方法 |
| JP6822109B2 (ja) * | 2016-12-08 | 2021-01-27 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜とその製造方法、及び光アイソレータ |
-
2019
- 2019-12-20 JP JP2019230215A patent/JP7327148B2/ja active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5330993B2 (ja) | 2006-07-31 | 2013-10-30 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 光学投影サブシステム |
| JP2011256073A (ja) | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法 |
| JP7206594B2 (ja) | 2018-01-25 | 2023-01-18 | 凸版印刷株式会社 | 複室容器用保護フィルム、複室容器、および、複室容器の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021098618A (ja) | 2021-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9303333B2 (en) | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator | |
| US9322111B2 (en) | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator | |
| JP7327148B2 (ja) | ビスマス置換希土類－鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 | |
| JP5659999B2 (ja) | ビスマス置換希土類−鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル成長方法 | |
| JP5966945B2 (ja) | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱処理方法 | |
| JP6481552B2 (ja) | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜 | |
| JP5459245B2 (ja) | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ | |
| JP5459244B2 (ja) | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ | |
| JP2007226192A (ja) | 光学素子の製造方法 | |
| JP3649935B2 (ja) | 磁性ガーネット材料およびそれを用いたファラデー回転子 | |
| US12012668B2 (en) | Bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, faraday rotator, optical isolator, and method for producing bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal | |
| JP5459243B2 (ja) | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ | |
| US20230194902A1 (en) | Bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, faraday rotator, optical isolator, and production method for bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal | |
| JP2011256073A (ja) | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法 | |
| JP4874921B2 (ja) | 磁気光学素子とその製造方法およびそれを用いて作製した光学デバイス | |
| JP2005314135A (ja) | ビスマス置換型磁性ガーネット膜の製造方法および膜 | |
| JP2010072263A (ja) | ファラデー回転子 | |
| JP2005298234A (ja) | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法 | |
| JP2005104803A (ja) | 磁性ガーネット単結晶膜育成用基板及びそれを用いた磁性ガーネット単結晶膜の製造方法 | |
| JP2010256588A (ja) | ファラデー回転子 | |
| JP2007302517A (ja) | ビスマス置換型ガーネット膜の製造方法 | |
| JP2007169073A (ja) | ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに単結晶の製造方法 | |
| JP2005330135A (ja) | 非磁性ガーネット単結晶基板 | |
| JP2004168657A (ja) | 磁性ガーネット単結晶およびそれを用いたファラデー回転子 | |
| JP2006084746A (ja) | 光アッテネータ用磁性ガーネットおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20221121 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230630 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230704 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230717 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7327148 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |