(57)【要約】【課題】高出力レーザー装置の光アイソレータ用ファラデー回転子に使用されるＢｉ含有量が多いビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（ＲＩＧ）の製造方法を提供する。【解決手段】液相エピタキシャル成長法により非磁性ガーネット基板上にＲＩＧを育成させる方法で、育成温度におけるＲＩＧと基板との格子定数差Δａｇを０．０２０５Å以下とし、室温でのＲＩＧと基板との格子定数差Δａｒを０．００３Å以下とし、育成中における格子定数差（Δａｇ−Δａｒ）とＲＩＧに転位が発生する格子定数差Δａｄとの関係が数式（１）を満たすように調整し、かつ育成温度ＴｇをＲＩＧ育成に用いる原料融液中のＰｂＯとＢｉ２Ｏ３からなる混合酸化物の融点Ｔｍより９５℃以上高く設定することを特徴とする。（Δａｇ−Δａｒ）＜ Δａｄ＝−０．０１５６ｂ＋０．０４１５  （１）                      ［数式中、ｂはＲＩＧの単位格子中におけるＢｉ量を示す］【選択図】図１
2011256073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相エピタキシャル成長法により非磁性ガーネット基板上にビスマス置換型希土類鉄ガーネット（ＢｉｂＡ３−ｂＢ５Ｏ１２：希土類鉄ガーネットの化学式をＡ３Ｂ５Ｏ１２とする）結晶膜を育成させるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法において、
育成温度Ｔｇにおける上記ガーネット結晶膜と基板との格子定数差をΔａｇ、
室温における上記ガーネット結晶膜と基板との格子定数差をΔａｒ、
育成中の上記ガーネット結晶膜に転位が発生する格子定数差をΔａｄとした場合、
上記Δａｇが０．０２０５Å以下、上記Δａｒが０．００３Å以下であり、かつ、上記ガーネット結晶膜の育成中における格子定数差（Δａｇ−Δａｒ）と育成中のガーネット結晶膜に転位が発生する格子定数差Δａｄ並びに上記ガーネット結晶膜の単位格子中におけるＢｉ量が下記数式（１）を満たすと共に、
（Δａｇ−Δａｒ）＜ Δａｄ＝−０．０１５６ｂ＋０．０４１５      （１）
［数式（１）中、ｂは上記ガーネット結晶膜の単位格子中におけるＢｉ量を示す］
上記ガーネット結晶膜の育成温度Ｔｇを、ガーネット結晶膜の育成に用いられる原料融液中のＰｂＯとＢｉ２Ｏ３とからなる混合酸化物の融点Ｔｍより９５℃以上高く設定することを特徴とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
【請求項２】
上記非磁性ガーネット基板が、ＣａＭｇＺｒ置換型Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＳＧＧＧ）基板であることを特徴とする請求項１に記載のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用高出力レーザー装置の戻り光対策に用いられる光アイソレータ用ファラデー回転子として使用されるビスマス置換型希土類鉄ガーネットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に利用されている半導体レーザーやレーザー加工等に利用されている固体レーザー等は、レーザー共振器外部の光学面や加工面で反射された光がレーザー素子に戻ってくるとレーザー発振が不安定になる。発振が不安定になると、光通信の場合には信号ノイズとなり、加工用レーザーの場合はレーザー素子が破壊されてしまうことがある。このため、このような反射戻り光がレーザー素子に戻らないように遮断するため光アイソレータが使用される。
【０００３】
ところで、ＹＡＧレーザーの代替として近年注目されているファイバレーザーに関しては、光アイソレータに用いられるファラデー回転子として、従来、テルビウム・ガリウム・ガーネット結晶（以下、ＴＧＧと称する）やテルビウム・アルミニウム・ガーネット結晶（以下、ＴＡＧと称する）が用いられてきた。
【０００４】
しかし、ＴＧＧやＴＡＧは単位長さ当たりのファラデー回転係数が小さく、光アイソレータとして機能させるために４５度の偏光回転角を得るには光路長を長くする必要があり、大きな結晶を用いなければならなかった。また、高い光アイソレーションを得るには、結晶に一様で大きな磁場をかける必要があるため、強力で大きな磁石を用いていた。このため、光アイソレータの寸法は大きなものとなっていた。また、光路長が長いためレーザーのビーム形状が結晶内で歪むことがあり、歪みを補正するための光学系が必要となる場合もあった。更に、ＴＧＧは高価でもあるため、小型で安価なファラデー回転子が望まれていた。
【０００５】
一方、光通信分野で専ら用いられているビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（希土類鉄ガーネットを化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２とするとＢｉｂＡ３−ｂＢ５Ｏ１２で示される。以下、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜をＲＩＧと称する）を、このタイプの光アイソレータに使用することで大きさを大幅に小型化することが可能である。しかし、ＲＩＧは、使用する光の波長が加工用レーザーに用いられる１．１μｍ付近まで短くなると、鉄イオンによる光吸収が大きくなり、この光吸収による温度上昇により性能劣化を起こすことが知られている。
【０００６】
そこで、ＲＩＧにおける温度上昇の問題を改善する方法が提案されている。例えば、特許文献１〜２に記載された方法は、通常は研磨により除去してしまうＲＩＧ育成用の基板であるガドリニウム・ガリウム・ガーネット基板（以下、ＧＧＧ基板と称する）を残したままにしておき、ＲＩＧで発生した熱を放出し易くした方法である。また、以前から放熱基板として使用されているサファイア等の高熱伝導率基板を用いる方法（特許文献３）も提案されている。
【０００７】
しかし、いずれの手法もＲＩＧにおいて発生した熱を放熱するための技術に過ぎず、これ等手法により光吸収が減る訳ではないため、ＲＩＧ自体における光吸収を減らすことでＲＩＧにおける発熱量を減少させることが望まれている。
【０００８】
上述したように加工用レーザーの波長である１μｍ程度の光に対しては、ＲＩＧに含まれる鉄イオンがこの光を吸収していることが分かっている。しかし、鉄はＲＩＧにおいてファラデー効果を生み出している重要な元素であり、鉄成分を減らした場合、光アイソレータとして要求されている４５°のファラデー回転角を得るために必要なＲＩＧの膜厚が増えてしまい、結局のところＲＩＧにおける光吸収量の低減は達成されない。
【０００９】
そこで、１μｍ付近の波長における光吸収を減らす技術として、ＲＩＧに含まれるＢｉ量を多くしてファラデー回転係数を大きくし、必要なＲＩＧの膜厚を薄くすることが提案されている（特許文献４参照）。
【００１０】
そして、ＲＩＧ中にＢｉを多く入れるには、ＲＩＧの育成に用いる基板の格子定数による制限はあるものの、希土類の選択によりＢｉの含有量を増加させることが容易であることは分かっている。更に、（ＧｄＳｃ）３Ｇａ５Ｏ１２（ＧＳＧＧ）に代表される大きな格子定数の非磁性ガーネット基板を用いることで、希土類の選択幅も多くなり、ＲＩＧ中に容易にＢｉを多く入れることも提案されている（特許文献５参照）。
【００１１】
しかしながら、ＲＩＧはＢｉ含有量の増加とともに熱膨張も大きくなることから、基板との格子定数差が大きくなり、成長中に割れが生じあるいは成長膜に転位が発生する等、生産性の低下並びに性能の劣化を起こし易い問題が存在する。
【００１２】
そこで、これ等問題を解決する方法として、成長させるＲＩＧの格子定数を制限し、育成温度中において基板との格子定数差を調整する方法もあるが、この方法でも、室温での格子定数差が大きい場合、室温では返ってＲＩＧに割れが起こり、歩留まりの悪化により生産性を損なうことが起こっていた。
【００１３】
このため、ＲＩＧ中にＢｉを多く入れるには、できるだけ低温でＲＩＧを育成することが必要となるが、一方では低温で育成するとＲＩＧの結晶性が悪くなるという問題があり、通常の光通信用途に適用されるＲＩＧの場合、８００℃以上の高温で育成されている。
【００１４】
従って、Ｂｉを多く入れるＲＩＧにおいては、低温で育成しつつもＲＩＧの結晶性を悪化させない製造方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０号公報
【特許文献２】特開平７−２８１１２９号公報
【特許文献３】特開２００７−２５６６１６号公報
【特許文献４】特開２０００−１１９１００号公報
【特許文献５】特開平６−２８１９０２号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】V.J.FRATELLO et al. Effect of bismuth doping on thermal expansion and misfit dislocations in epitaxial iron garnets”, Journal of Crystal Growth 142(1994)93-102
【非特許文献２】R. M. Biefeld and S. S. White, “Temperature/composition phase diagram of the System Bi2O3−PbO”, Journal of the American Ceramic Society, 64[3](1981)182-184
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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、非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成長法によりＲＩＧを育成させる方法において、育成中と室温ともにＲＩＧと基板との格子定数差を調整すると共に、融液に使われているフラックスであるところのＰｂＯとＢｉ２Ｏ３をある配合比に調整することにより、従来のＲＩＧよりＢｉを多く入れて、Ｂｉ含有量（希土類鉄ガーネットを化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２で表示した場合、上記Ｂｉ含有量とは化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２においてＡを置換するＢｉ量すなわち単位格子中のＢｉ量を意味し、このＢｉ含有量を、以下、ｆｕＢｉ量と称する。また、ｆｕＢｉ量が１とは、化学式Ｂｉ１Ａ２Ｂ５Ｏ１２を意味する）が１．１５〜１．３０のＲＩＧを、育成温度が８００℃未満の低温で、割れを発生させたり、結晶性の劣化も起こさずに育成できるＲＩＧの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
すなわち、請求項１に係る発明は、
液相エピタキシャル成長法により非磁性ガーネット基板上にビスマス置換型希土類鉄ガーネット（ＢｉｂＡ３−ｂＢ５Ｏ１２：希土類鉄ガーネットの化学式をＡ３Ｂ５Ｏ１２とする）結晶膜を育成させるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法において、
育成温度Ｔｇにおける上記ガーネット結晶膜と基板との格子定数差をΔａｇ、
室温における上記ガーネット結晶膜と基板との格子定数差をΔａｒ、
育成中の上記ガーネット結晶膜に転位が発生する格子定数差をΔａｄとした場合、
上記Δａｇが０．０２０５Å以下、上記Δａｒが０．００３Å以下であり、かつ、上記ガーネット結晶膜の育成中における格子定数差（Δａｇ−Δａｒ）と育成中のガーネット結晶膜に転位が発生する格子定数差Δａｄ並びに上記ガーネット結晶膜の単位格子中におけるＢｉ量が下記数式（１）を満たすと共に、
（Δａｇ−Δａｒ）＜ Δａｄ＝−０．０１５６ｂ＋０．０４１５      （１）
［数式（１）中、ｂは上記ガーネット結晶膜の単位格子中におけるＢｉ量を示す］
上記ガーネット結晶膜の育成温度Ｔｇを、ガーネット結晶膜の育成に用いられる原料融液中のＰｂＯとＢｉ２Ｏ３とからなる混合酸化物の融点Ｔｍより９５℃以上高く設定することを特徴とし、
請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係るビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法において、
上記非磁性ガーネット基板が、ＣａＭｇＺｒ置換型Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＳＧＧＧ）基板であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜（ＲＩＧ）の製造方法により、Ｂｉ含有量の多いＲＩＧを得ることができる。
【００２０】
そして、上記Ｂｉ含有量の多いＲＩＧにおいてはＲＩＧの発熱量そのものが減るため、上述した光アイソレータに上記Ｂｉ含有量の多いＲＩＧを適用した場合、より高パワーのレーザー光に対して使用しても温度上昇を大幅に抑制できることから、特性劣化の防止を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】育成中のＲＩＧに割れが発生する限界となるΔａｇとｆｕＢｉ量との関係を示すグラフ図。
【図２】育成されるＲＩＧの結晶性とＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３融点との関係を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
（Ａ）育成温度におけるＲＩＧと基板との格子定数差Δａｇと割れの関係
液相エピタキシャル成長法により非磁性ガーネット基板上にＲＩＧを育成する場合、ＲＩＧに起こる割れ原因の一つが育成温度におけるＲＩＧと基板との格子定数差である。
【００２４】
そこで、液相エピタキシャル成長法により成長させた数種類のＲＩＧをＥＰＭＡ定量分析にかけて、まず上述したｆｕＢｉ量を求め、次いで非特許文献１の記載を元にして以下の数式（２）で示されるＲＩＧの熱膨張係数を求めた。尚、数式（２）中、ｂは上記ｆｕＢｉ量を示す。
【００２５】
また、基板であるＣａＭｇＺｒ置換型Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＳＧＧＧ）基板について、Ｘ線回折装置（Ｘpert  ＰＲＯ  ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製）を用い、室温２５℃から８００℃までの格子定数を測定し、それを元に以下の数式（３）で示されるＳＧＧＧの熱膨張係数を求めた。
【００２６】
ＲＩＧの熱膨張係数（αＲＩＧ）＝（０．９ｂ＋１０．２）×１０−６      （２）
ＳＧＧＧの熱膨張係数（αＳＧＧＧ）＝８．９×１０−６                   （３）
【００２７】
次に、室温（２５℃）におけるＲＩＧの格子定数ａＲＩＧとＳＧＧＧの格子定数ａＳＧＧＧおよび上記熱膨張係数とＲＩＧの育成温度から、育成温度におけるＲＩＧと基板の格子定数を求め、そこから育成温度におけるＲＩＧとＳＧＧＧの格子定数差（以下、Δａｇと称する：単位Å）を求めた。
【００２８】
ＲＩＧ育成中の格子定数（ａＲＩＧ、ｇ）
＝ａＲＩＧ×αＲＩＧ×（Ｔｇ−２５℃）（４）
ＲＩＧ育成中におけるＳＧＧＧの格子定数（ａＳＧＧＧ，ｇ）
＝ａＳＧＧＧ×αＳＧＧＧ×（Ｔｇ−２５℃）（５）
育成温度における格子定数差（Δａｇ）
＝ａＲＩＧ、ｇ−ａＳＧＧＧ，ｇ       （６）
ここでＴｇは育成温度（℃）
【００２９】
そして、ＲＩＧ育成中におけるΔａｇとｆｕＢｉ量との関係を図１のグラフ図に示すが、図１のグラフ図から育成温度における格子定数差Δａｇが０．０２０５Åを超えるとｆｕＢｉ量に関係なく割れが発生することが確認された。
【００３０】
（Ｂ）室温におけるＲＩＧと基板との格子定数差Δａｒと割れの関係
ＲＩＧに割れが生じるもう一方の原因である室温でのＲＩＧとＳＧＧＧの格子定数差（以下Δａｒ）を、原料組成は同一としＲＩＧの育成温度を変えることで変化させ、ＲＩＧの割れの状況を観察した。
【００３１】
その方法は、予め育成温度の異なる２種のＲＩＧを育成し、そのＲＩＧをＸ線回折装置（Ｘpert  ＰＲＯ  ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製）を用い、各々室温でのΔａｒを測定し、その結果から、以下のような相関式を求めた。
【００３２】
Δａｒ＝０．００１１Ｔｇ＋０．８２４９                              （７）
ここでＴｇは育成温度（℃）
【００３３】
次いで、数式（７）のΔａｒ相関式から、室温での格子定数差Δａｒが「０．００２」、「０．００２５」、「０．００３」、「０．００４」および「０．００５」Åとなる育成温度条件でＲＩＧを育成し、割れの状況を確認した結果を表１に示す。
【００３４】
そして、表１から、室温でＲＩＧの割れを抑制するためには、室温におけるＲＩＧと基板との格子定数差Δａｒは「０．００３」Å以下が有効であることが分かった。
【００３５】
【表１】
2011256073.tif 000003
【００３６】
（Ｃ）転位が発生する育成中のＲＩＧと基板との格子定数差Δａｄについて
育成中のＲＩＧに発生する転位について、非特許文献１では、その原因が育成中の格子定数差（Δａｇ）から起こる応力であると紹介されている。
【００３７】
更に、転位の発生はｆｕＢｉ量と相関にあって、ｆｕＢｉ量の増加と共に、転位が発生するときの格子定数差Δａｄは小さくなると報告されている。
【００３８】
従って、Ｂｉ含有量が増加しても、格子定数差Δａｄを制限することにより転位の発生を阻止できることになる。実際、格子定数差Δａｄを制限する効果について、フラックス中のガーネット成分量を変えたＲＩＧ育成温度の異なる２種類の原料を用意して、室温時のΔａｒを変化させて試験した。
【００３９】
尚、転位が発生する格子定数差Δａｄは、非特許文献１から以下の数式（８）を用い計算した。
【００４０】
Δａｄ＝−０．０１５６ｂ＋０．０４１５                            （８）
ここで、数式（８）中、ｂはｆｕＢｉ量を示す。
【００４１】
そして、各原料、室温での格子定数差Δａｒを「０」と「０．００５」Åに設定し、転位が発生する格子定数差Δａｄが、育成中の格子定数差（Δａｇ−Δａｒ）を超える条件と超えない条件でそれぞれ育成した。
【００４２】
尚、転位が発生する格子定数差Δａｄと育成温度における格子定数差Δａｇは、ＲＩＧをＥＰＭＡ定量分析にかけ、それから求めたｆｕＢｉ量と育成温度から計算したものである。
【００４３】
そして、以下の表２に示す結果から、その効果を確認することができた。
【００４４】
【表２】
2011256073.tif 000004
【００４５】
（Ｄ）フラックスの粘性とＲＩＧの結晶性の関係
低温度での育成で結晶性が悪くなる原因は、原料の粘性が原因と考えられる。フラックスの一つであるＢ２Ｏ３を大量に原料内に投与すると、原料の粘性が上がることは知られている。更に、経験則上、同じ育成温度の原料でＢ２Ｏ３量を変化させ、それら原料で育成したＲＩＧの結晶性を比較すると、Ｂ２Ｏ３を多く入れた原料の方がＲＩＧの結晶性は悪くなる経験を持っていた。すなわち、原料の粘性と結晶性は相関にあると判断できる。
【００４６】
一般に融液温度と粘性は相関にあることは知られているが、ＲＩＧ育成における原料の主フラックス成分はＰｂＯとＢｉ２Ｏ３で、両者で原料の８０ｗｔ％以上を占めている。
【００４７】
本来、高温度で融点を持つＦｅ、希土類元素等のガーネット成分もそれにより溶解されている。従って、その主フラックスであるＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物の融点そのものが、原料の粘性にも影響していることは十分考えられる。
【００４８】
そこで、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物の融点Ｔｍを、非特許文献２を元に図２のグラフ図に表し、図２のグラフ図上に数種類の育成温度を持つＲＩＧの結晶性を評価したデータをプロットした。
【００４９】
尚、結晶性の評価基準は、ＲＩＧ表面に発生したピット数で行い、各々１１ｍｍ角面積内に、ピット数量が５０個を超えれば不良「×」、３０個以上５０個以下なら良「○」、３０個未満なら優良「●」とした。
【００５０】
そして、図２のグラフ図上にある実線は、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物融液の融点（液相線温度）を示し、点線では融点との差が９５℃高い温度を示す。
【００５１】
また、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物における配合比の値を表３に示し、育成温度Ｔｇを変えて育成したＲＩＧの結晶性についても図２のグラフ図中に示した。
【００５２】
ここでＰｂＯのモル％値をｐとしたとき、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物の融点Ｔｍは、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物の液相線を直線近似すると概ね次式で表される。
【００５３】
Ｔｍ＝−３．１６６７ｐ＋８２０      （０≦ｐ＜３０）           （９）
Ｔｍ＝−２．０９３ｐ＋７８７．７９  （３０≦ｐ＜７３）        （１０）
Ｔｍ＝９．２９６ｐ−４３．６０８  （７３≦ｐ≦１００）        （１１）
【００５４】
そして、図２のグラフ図および表３の結果から、結晶性の劣るものはその育成温度ＴｇとＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物の融点Ｔｍの差が９５℃より小さい。一方、結晶性が良好な場合はそれが９５℃以上であり、更に優れた結晶性を持つものは１００℃以上の温度差をもっていることが分かる。
【００５５】
【表３】
2011256073.tif 000005
【００５６】
上述した（Ａ）〜（Ｄ）の考察から、以下の条件を同時に具備させることで、ＲＩＧ中のｆｕＢｉ量を増加させつつ低育成温度条件において、割れも、結晶性の劣化も起こさずに育成することが可能になる。
【００５７】
（条件Ａ）
育成温度におけるＲＩＧと基板との格子定数差Δａｇは０．０２０５Å以下とする。
【００５８】
（条件Ｂ）
室温でのＲＩＧと基板との格子定数差Δａｒは０．００３Å以下とする。
【００５９】
（条件Ｃ）
育成中における格子定数差（Δａｇ−Δａｒ）と転位が発生する格子定数差Δａｄは以下の数式（１）の条件を満たすように調整する。
（Δａｇ−Δａｒ）＜ Δａｄ＝−０．０１５６ｂ＋０．０４１５          （１）
ここで、数式（１）中、ｂはｆｕＢｉ量を示す。
【００６０】
（条件Ｄ）
ＲＩＧの育成温度Ｔｇは、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３混合酸化物の融点（液相線温度）Ｔｍより９５℃以上高く設定しなければならないので、ＰｂＯのモル％値をｐとしたとき、上記数式（１０）（１１）を代入して、Ｔｇが以下の条件を満たすように設定する。
ｐが（３０≦ｐ＜７３）の範囲にある場合
Ｔｇ−Ｔｍ＝Ｔｇ−（−２．０９３ｐ＋７８７．７９）≧９５
ｐが（７３≦ｐ≦１００）の範囲にある場合
Ｔｇ−Ｔｍ＝Ｔｇ−（９．２９６ｐ−４３．６０８）≧９５
【００６１】
尚、上述した試験においてＣａＭｇＺｒ置換型Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＳＧＧＧ）から成る非磁性ガーネット基板を用いて実施しているが、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＧＧＧ）基板および（ＧｄＳｃ）３Ｇａ５Ｏ１２（ＧＳＧＧ）基板などにおいても同様の結果が得られている。
【００６２】
また、化学式ＢｉｂＡ３−ｂＢ５Ｏ１２で示されるビスマス置換型希土類鉄ガーネットのＡ元素は、ＹやＴｂ等の希土類元素とその一部を置換するＣａ、Ｐｂ元素等で構成され、また、上記Ｂ元素は、Ｆｅ元素とその一部を置換するＧａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｐｔ元素等で構成される。
【実施例】
【００６３】
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。
【００６４】
実施例１〜４と比較例１〜２では、全ての非磁性ガーネット基板について、直径が１インチ、格子定数１２．４９７ÅのＣａＭｇＺｒ置換型Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２（ＳＧＧＧ）基板を用いた。
【００６５】
また、実施例１〜４は、各々、組成設計段階でＲＩＧのＢｉ含有量（ｆｕＢｉ量）を予測し、更にそれから上記条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを同時に満たす組成としている。
【００６６】
また、比較例１〜２は、上記条件Ａ、Ｂ、Ｃは満たしているが、条件Ｄは同時に満たしていない組成である。
【００６７】
尚、ｆｕＢｉ量はＥＰＭＡ定量分析から求めた値で、割れ、転位、ピット数量は金属顕微鏡、赤外顕微鏡による観察結果である。表４には、実施例と比較例に係るＲＩＧの結晶性と光吸収特性（以下、挿入損失と称する）を比較している。
【００６８】
［実施例１］
まず、原料として、Ｙ２Ｏ３を３．１６ｇ、Ｔｂ４Ｏ７を１．０５ｇ、Ｆｅ２Ｏ３を６４．３６ｇ、Ｂｉ２Ｏ３を４７１．５４ｇ、ＰｂＯを３７２．６９ｇ、Ｂ２Ｏ３を１７．８８ｇそれぞれ秤量し、白金坩堝中において１０００℃で溶解し、融液が均一な組成になるように十分に撹拌混合した。
【００６９】
次に、ＲＩＧをエピタキシャル成長させるため、融液の温度を７６０℃の育成温度まで降下させた。その後、上記ＳＧＧＧ基板を片面のみが融液に浸漬するように設置し、ＳＧＧＧ基板を回転させながらＲＩＧをエピタキシャル成長させた。得られたＲＩＧをＥＰＭＡ定量分析するとｆｕＢｉ量は１．２６であった。
【００７０】
このとき、条件Ａ〜Ｄは以下のようになっていた。
【００７１】
条件Ａ：Δａｇ＝０．０１９４Å
条件Ｂ：Δａｒ＝０．００３Å
条件Ｃ：Δａｄ＝０．０２１８Å
条件Ｄ：Ｔｇ−Ｔｍ＝１０３℃
（ＰｂＯ：Ｂｉ２Ｏ３＝６２．２６：３７．７４）
【００７２】
上記条件で育成したＲＩＧを評価したところ、割れ、転位は無く、ピット数量も３０個未満と極めて良好であった。
【００７３】
また、波長１．０６μｍの光に対しファラデー回転角が４５°となるようにＲＩＧの厚みを研磨により調整し、波長１．０６μｍの光に対する反射防止膜を両面に形成した後、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザー光を入射して挿入損失（ＩＬ）を測定したところ、０．６４ｄＢと良好な結果であった。
【００７４】
［実施例２］
原料として、Ｙ２Ｏ３を２．１１ｇ、Ｔｂ４Ｏ７を１．０５ｇ、Ｆｅ２Ｏ３を４６．４８ｇ、Ｂｉ２Ｏ３を３４０．５６ｇ、ＰｂＯを２６９．１６ｇ、Ｂ２Ｏ３を１２．９２ｇそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を７６５℃とした以外は実施例１と同様にしてＲＩＧを育成したところｆｕＢｉ量は１．１９であった。
【００７５】
このとき、条件Ａ〜Ｄは以下のようになっていた。
【００７６】
条件Ａ：Δａｇ＝０．０１８９Å
条件Ｂ：Δａｒ＝０．００３Å
条件Ｃ：Δａｄ＝０．０２２９Å
条件Ｄ：Ｔｇ−Ｔｍ＝１０８℃
（ＰｂＯ：Ｂｉ２Ｏ３＝６２．２６：３７．７４）
【００７７】
そして、実施例１と同様にＲＩＧを評価したところ、割れ、転位は無く、ピット数量も３０〜５０個と良好であった。また、波長１．０６μｍの光に対する挿入損失（ＩＬ）を測定したところ、０．７１ｄＢと良好な結果であった。
【００７８】
［実施例３］
育成温度を７６４℃とした以外は実施例２と同様にしてＲＩＧを育成したところ、ｆｕＢｉ量は１．２１であった。
【００７９】
このとき、条件Ａ〜Ｄは以下のようになっていた。
【００８０】
条件Ａ：Δａｇ＝０．０１９１Å
条件Ｂ：Δａｒ＝０．００３Å
条件Ｃ：Δａｄ＝０．０２２６Å
条件Ｄ：Ｔｇ−Ｔｍ＝１０７℃
（ＰｂＯ：Ｂｉ２Ｏ３＝６２．２６：３７．７４）
【００８１】
そして、実施例１と同様にＲＩＧを評価したところ、割れ、転位は無く、ピット数量も３０個未満と極めて良好であった。また、波長１．０６μｍの光に対する挿入損失（ＩＬ）を測定したところ、０．６８ｄＢと良好な結果であった。
【００８２】
［実施例４］
育成温度を７６３℃とした以外は実施例２と同様にしてＲＩＧを育成したところ、ｆｕＢｉ量は１．２８であった。
【００８３】
このとき、条件Ａ〜Ｄは以下のようになっていた。
【００８４】
条件Ａ：Δａｇ＝０．０１９６Å
条件Ｂ：Δａｒ＝０．００３Å
条件Ｃ：Δａｄ＝０．０２１５Å
条件Ｄ：Ｔｇ−Ｔｍ＝１０６℃
（ＰｂＯ：Ｂｉ２Ｏ３＝６２．２６：３７．７４）
【００８５】
そして、実施例１と同様にＲＩＧを評価したところ、割れ、転位は無く、ピット数量も３０〜５０個と良好であった。また、波長１．０６μｍの光に対する挿入損失（ＩＬ）を測定したところ、０．６８ｄＢと良好な結果であった。
【００８６】
［比較例１］
Ｙ２Ｏ３を１．６８ｇ、Ｔｂ４Ｏ７を０．５６ｇ、Ｆｅ２Ｏ３を３４．１４ｇ、Ｂｉ２Ｏ３を３０８．６８ｇ、ＰｂＯを１４７．８６ｇ、Ｂ２Ｏ３を７．１０ｇそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を７７５℃とした以外は実施例１と同様にしてＲＩＧを育成したところｆｕＢｉ量は１．２７であった。
【００８７】
このとき、条件Ａ〜Ｄは以下のようになっていた。
【００８８】
条件Ａ：Δａｇ＝０．０１９９Å
条件Ｂ：Δａｒ＝０．００３Å
条件Ｃ：Δａｄ＝０．０２１７Å
条件Ｄ：Ｔｇ−Ｔｍ＝９２℃（すなわち、９５℃未満）
（ＰｂＯ：Ｂｉ２Ｏ３＝５０：５０）
【００８９】
そして、実施例１と同様にＲＩＧを評価したところ、割れ、転位は無かったが、ピット数量が５０個を超え、劣悪であった。また、波長１．０６μｍの光に対する挿入損失（ＩＬ）を測定したところ、０．７８ｄＢと悪かった。
【００９０】
［比較例２］
Ｙ２Ｏ３を１．４２ｇ、Ｔｂ４Ｏ７を０．７１ｇ、Ｆｅ２Ｏ３を３１．４４ｇ、Ｂｉ２Ｏ３を３１０．５４ｇ、ＰｂＯを１４８．７５ｇ、Ｂ２Ｏ３を７．１４ｇ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を７６５℃とした以外は実施例１と同様にしてＲＩＧを育成したところｆｕＢｉ量は１．２３であった。
【００９１】
このとき、条件Ａ〜Ｄは以下のようになっていた。
【００９２】
条件Ａ：Δａｇ＝０．０１９３Å
条件Ｂ：Δａｒ＝０．００３Å
条件Ｃ：Δａｄ＝０．０２２３Å
条件Ｄ：Ｔｇ−Ｔｍ＝８２℃（すなわち、９５℃未満）
（ＰｂＯ：Ｂｉ２Ｏ３＝５０：５０）
【００９３】
そして、実施例１と同様にＲＩＧを評価したところ、割れ、転位は無かったが、ピット数量が５０個を超え、劣悪であった。また、波長１．０６μｍの光に対する挿入損失（ＩＬ）を測定したところ、０．７５ｄＢと若干悪かった。
【００９４】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係る製造方法によりＢｉ含有量の多いビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜が得られ、このビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜においては波長１μｍ程度の光吸収に起因した発熱量の低減が図れるため、加工用高出力レーザ装置の光アイソレータ用ファラデー回転子に使用される産業上の利用可能性を有している。
【図１】
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【図２】
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