(57)【要約】【課題】鉛フリーの磁性ガーネット単結晶において、光吸収が小さく且つ膜厚を２００μｍ以上にでき、光通信におけるファラデー回転子等に用いることができるように４５°損失を０．１ｄＢ以下に低減できるようにする。【解決手段】ＬＰＥ法により育成される磁性ガーネット単結晶であって、一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ１２で表され、Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つｚ／ｙ≧４、ｚ／ｖ≧０．３である。【選択図】図２
2008143738.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育成される磁性ガーネット単結晶であって、
一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ12で表され、
Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、
０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つｚ／ｙ≧４、ｚ／ｖ≧０．３
であることを特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項２】
液相エピタキシャル成長法により育成される磁性ガーネット単結晶であって、
一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ12で表され、
Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、
０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つ４≦ｚ／ｙ≦１０、０．３５＜ｚ／ｖ＜０．４５
であることを特徴とする磁性ガーネット単結晶。
【請求項３】
Ｍ１がＹ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｙｂから選択される１種類以上の元素、Ｍ２がＧａ，Ａｌから選択される１種類以上の元素である請求項１又は２記載の磁性ガーネット単結晶。
【請求項４】
膜厚が２００μｍ以上であって、４５°ファラデー回転を生じる膜厚で換算したときの挿入損失が０．１ｄＢ以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の磁性ガーネット単結晶。
【請求項５】
ｚ／ｙ＞１０である請求項１又は３記載の磁性ガーネット単結晶を、不活性ガスに体積濃度２％以上４％以下の水素を含むガス中で、２５０℃以上５５０℃以下、２時間以上５時間以下、加熱処理することを特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の磁性ガーネット単結晶を液相エピタキシャル成長法により育成する方法であって、メルト原料を溶解する坩堝は白金製であり、メルト原料中のフラックス成分に酸化ビスマスと炭酸ナトリウムを用いたことを特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法。
【請求項７】
メルト原料に、Ｂｉ2 Ｏ3 ，Ｎａ2 ＣＯ3 ，ＣａＯ，Ｍ１2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 を用い、各メルト原料の構成比率は、Ｎａ2 ＣＯ3 の重量濃度が１％以上４％未満、Ｍ１2 Ｏ3 とＦｅ2 Ｏ3 とＭ２2 Ｏ3 の合計量の全メルト原料に対するモル濃度比が０．１２以上０．１７未満、且つＦｅ2 Ｏ3 とＭ２2 Ｏ3 の合計量が、Ｍ１2 Ｏ3 に対してモル濃度比で１５より大きく２５より小さい請求項６記載の磁性ガーネット単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル成長法（以下、「ＬＰＥ法」と略記する）により育成される鉛フリーで、吸収が小さく、且つ膜厚が２００μｍ以上の磁性ガーネット単結晶に関し、更に詳しく述べると、フラックス成分に酸化鉛を用いず、酸化ビスマスと炭酸ナトリウムを用いて育成した磁性ガーネット単結晶に関するものである。この磁性ガーネット単結晶は、例えば光通信における光アイソレータ、光アッテネータ等のファラデー回転子として有用である。
【背景技術】
【０００２】
光通信等における光アイソレータや光アッテネータなどに組み込まれるファラデー回転子には、一般にＬＰＥ法により育成した磁性ガーネット単結晶が使用されている。ＬＰＥ法は、周知のように、原料を坩堝に投入して溶融し、そのメルト（融液）に育成用基板を接触させて単結晶をエピタキシャル成長させる技術である。従来、ＬＰＥ法で用いるメルトには、フラックスとして酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ2 Ｏ3 ）、及び酸化硼素（Ｂ2 Ｏ3 ）が使われてきた。このため、育成した磁性ガーネット単結晶中に少量ながら鉛が混入することは避けられない。
【０００３】
しかし、近年の環境保護運動の高まりにより、環境負荷の大きな鉛を製品から極力除外する傾向が強くなっている。磁性ガーネット単結晶中への鉛の混入を無くすためには、鉛を含まないメルトからの磁性ガーネット単結晶の育成が必要となる。
【０００４】
かつては（１９７０年代頃）、バブルメモリ用の磁性ガーネット単結晶において、吸収低減のために、鉛を使わないメルトからの育成が数多く研究されていた。例えば特許文献１では、酸化ビスマスを主体とするメルトにカリウム等のアルカリ金属の酸化物を加えることにより成長温度と表面張力を下げ、磁性ガーネット単結晶を育成する技術が開示されている。この技術は、バブルメモリ用ということもあって、その膜厚は最大でも６．８μｍ程度である。しかし、光アイソレータや光アッテネータなどに組み込まれるファラデー回転子の場合には、必要なファラデー回転角を得るために２００μｍ以上の膜厚が必要であり、このような技術では対応できない。
【０００５】
ところで、ファラデー回転子などに用いる磁性ガーネット単結晶は、２００μｍ以上の膜厚が必要なことの他に、光吸収をできる限り小さく（具体的には、例えば４５°ファラデー回転を生じる膜厚で換算したときの挿入損失（以下、「４５°損失」と略記する）を低減する（具体的には０．１ｄＢ以下にする）ことが肝要である。従来の鉛含有メルトから磁性ガーネット単結晶を育成する際、原料を溶融する坩堝には、通常、耐熱性並びに耐食性等の観点から、白金が用いられている。この場合、育成した磁性ガーネット単結晶には、メルト中の鉛の他、坩堝材料である白金も微少量混入する。そして、結晶中に混入した２価の鉛と４価の白金が光吸収を引き起こし、それらに誘発された２価または４価の鉄が吸収を増大するとされている。ガーネット単結晶は３価が安定なため、２価の不純物が過剰な場合には４価の添加物で電荷補償し、４価の不純物が過剰な場合には２価の添加物で電荷補償することが行われている。しかし、白金坩堝を使用し、鉛は含まずナトリウムを含むフラックスにより育成した磁性ガーネット単結晶は、１価のＮａと４価のＰｔが共存することになり、従来の電荷補償の考え方を踏襲したのでは光吸収を低減することはできない。
【０００６】
最近、Ｂｉ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＮａＯＨをフラックスとするメルトから、膜厚５００μｍ程度の磁性ガーネット単結晶を育成する技術が提案された（特許文献２参照）。それによれば、ファラデー回転子に用いられる磁性ガーネット単結晶に含まれる鉛量を削減し、あるいは完全に除去できるとされている。しかし、ここでは、坩堝や攪拌用治具の構成材料として主に金が用いられており、その場合、結晶内には４価のＰｔは混入しないため、本質的にそれによる吸収は生じない。しかし、耐熱性、及び機械的強度などの観点から、ＬＰＥ法においては専ら白金坩堝が用いられており、金坩堝を用いることは稀である。
【特許文献１】特許第１１５３４７８号公報
【特許文献２】特開２００６−１６９０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、鉛フリーの磁性ガーネット単結晶において、光吸収が小さく且つ膜厚を２００μｍ以上にでき、光通信におけるファラデー回転子等に用いることができるように４５°損失を０．１ｄＢ以下に低減できるようにすることである。本発明が解決しようとする他の課題は、そのような磁性ガーネット単結晶を欠陥や亀裂を少なく品質の良好な状態で製造できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、Ｂｉ2 Ｏ3 −Ｎａ2 ＣＯ3 フラックスから育成したガーネット単結晶の４５°損失を調べたところ、３ｄＢ以上の大きな値であった。従来の鉛フラックスの場合は、２価の鉛と４価の白金の電荷バランスが吸収に影響していたことからすると、鉛フリーのＢｉ2 Ｏ3 −Ｎａ2 ＣＯ3 フラックスを用いてＬＰＥ法により作製した磁性ガーネット単結晶の場合は、１価のナトリウムと４価の白金の電荷バランスが吸収に影響を及ぼしていると推測される。
【０００９】
電荷バランスを調整するためには原料中のＮａ2 ＣＯ3 量を増減すればよいと考えられる。そこで、Ｎａ2 ＣＯ3 濃度と育成温度と白金含有量の関係を調査したところ、図１に示す関係が得られた。図１における４種類の結晶の具体的な作製方法は、後の実施例１−４で詳述する。図１より、原料中のＮａ2 ＣＯ3 濃度を増加すると育成温度が下がり、白金含有量が増えることが分かる。このことは、１価のＮａを増やそうとすると４価のＰｔも増えてしまい、結果として電荷バランスの調整が困難であることを示している。
【００１０】
ところが、図１に示す４種の結晶について、原料に適量のＣａＯを加えると、吸収が低減する現象が生じた。ＣａＯ添加量と吸収の関係を図２に示す。ＣａＯ無添加状態では、１価のＮａと４価のＰｔの電荷バランスは４価のＰｔが支配的であるが、２価のＣａが混入すると、それによって電荷バランスが補償される。このことから、Ｂｉ2 Ｏ3 −Ｎａ2 ＣＯ3 フラックスから育成されるガーネット単結晶の挿入損失低減には、ＣａＯの適量添加が有効であることが見出された。本発明は、このように１価のＮａと４価のＰｔ存在下でのＣａＯの適量添加が吸収の低減に有効であることの知得に基づき完成されたものである。
【００１１】
即ち本発明は、ＬＰＥ法により育成される磁性ガーネット単結晶であって、一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ12で表され、Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される少なくとも１種類以上の元素であり、０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つｚ／ｙ≧４、ｚ／ｖ≧０．３であることを特徴とする磁性ガーネット単結晶である。
【００１２】
また本発明は、ＬＰＥ法により育成される磁性ガーネット単結晶であって、一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ12で表され、Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つ４≦ｚ／ｙ≦１０、０．３５＜ｚ／ｖ＜０．４５であることを特徴とする磁性ガーネット単結晶である。この組成の磁性ガーネット単結晶は、ＬＰＥ法で育成したままの状態（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）で４５°損失は０．１ｄＢ以下である。
【００１３】
前記組成の磁性ガーネット単結晶において、ｚ／ｙ＞１０である場合には、ＬＰＥ法で育成した磁性ガーネット単結晶を、不活性ガスに体積濃度２％以上４％以下の水素を含むガス中で、２５０℃以上５５０℃以下、２時間以上５時間以下、加熱することで還元処理する。これによって、４５°損失は０．１ｄＢ以下となる。
【００１４】
これらの磁性ガーネット単結晶において、Ｍ１として典型的なものはＹ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｙｂから選択される１種類以上の元素、Ｍ２として典型的なものはＧａ，Ａｌから選択される１種類以上の元素である。
【００１５】
本発明方法は、このような磁性ガーネット単結晶をＬＰＥ法により育成する方法であって、メルト原料を溶解する坩堝は白金製とし、メルト原料中のフラックス成分に酸化ビスマスと炭酸ナトリウムを用いる。具体的には、メルト原料にＢｉ2 Ｏ3 ，Ｎａ2 ＣＯ3 ，ＣａＯ，Ｍ１2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 を用い、各メルト原料の構成比率は、Ｎａ2 ＣＯ3 の重量濃度が１％以上４％未満、Ｍ１2 Ｏ3 とＦｅ2 Ｏ3 とＭ２2 Ｏ3 の合計量の全メルト原料に対するモル濃度比が０．１２以上０．１７未満、且つＦｅ2 Ｏ3 とＭ２2 Ｏ3 の合計量が、Ｍ１２Ｏ３に対してモル濃度比で１５より大きく２５より小さく設定する。このようにすると、膜厚が２００μｍ以上の良好な単結晶が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、鉛フリーメルトとして炭酸ナトリウムと酸化ビスマスをフラックスとして用いたＬＰＥ法による磁性ガーネット単結晶であり、１価のＮａと４価のＰｔ存在下でＣａＯを適量添加していることにより、４５°損失を０．１ｄＢ以下まで低減することができる。また、ＣａＯ過剰添加膜では、適切な還元処理を施すことにより、同様に、４５°損失を０．１ｄＢ以下まで低減することができる。
【００１７】
更に本発明は、鉛フリーメルトとして炭酸ナトリウムと酸化ビスマスをフラックスとして用いるＬＰＥ法による磁性ガーネット単結晶の製造方法であり、Ｎａ2 ＣＯ3 の重量濃度、Ｍ１2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 の合計量の全メルトに対するモル濃度（これをＲ４と記す）、及びＭ１2 Ｏ3 に対するＦｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 の合計量のモル比（これをＲ１と記す）を適切な範囲に設定することにより、膜厚が２００μｍ以上で且つ欠陥や亀裂の少ない磁性ガーネット単結晶を育成することが可能となる。
【００１８】
このようにして本発明では、吸収を低減でき、且つ良質な厚膜を育成でき、それによって、光通信用のファラデー回転子などに有用で、ＲｏＨＳ（ＥＵで施行された有害物質使用制限）規定に対応した鉛フリーの磁性ガーネット単結晶の実用化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の典型例は、ＬＰＥ法により育成される磁性ガーネット単結晶であって、一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ12で表され、Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つ４≦ｚ／ｙ≦１０、０．３５＜ｚ／ｖ＜０．４５である磁性ガーネット単結晶である。この組成の磁性ガーネット単結晶は、ＬＰＥ法で育成したままの状態（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）で４５°損失は０．１ｄＢ以下である。
【００２０】
本発明の他の例は、ＬＰＥ法により育成される磁性ガーネット単結晶であって、一般式がＢｉx Ｎａy Ｃａz Ｍ１3-x-y-z Ｆｅ5-v-w Ｐｔv Ｍ２w Ｏ12で表され、Ｍ１は、Ｙ，Ｌａ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種類以上の元素、Ｍ２は、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎから選択される１種類以上の元素であり、０．８＜ｘ≦１．５、０＜ｙ＜０．０２、０．０１＜ｚ＜０．０９、０．０４＜ｖ＜０．１９、０≦ｗ＜１．５で、且つｚ／ｙ＞１０、ｚ／ｖ≧０．３である磁性ガーネット単結晶である。この組成の場合には、ＬＰＥ法で育成した磁性ガーネット単結晶を、不活性ガスに体積濃度２％以上４％以下の水素を含むガス中で、２５０℃以上５５０℃以下、２時間以上５時間以下、加熱することで還元処理する。これによって４５°損失は０．１ｄＢ以下となる。
【００２１】
これらの磁性ガーネット単結晶において、Ｍ１として典型的なものはＹ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｙｂから選択される１種類以上の元素、Ｍ２として典型的なものはＧａ，Ａｌから選択される１種類以上の元素である。
【００２２】
結晶中のビスマス量はファラデー回転係数に影響を与え、ビスマスが多いほどファラデー回転係数は大きくなる。しかし、ビスマス量ｘが１．５を超えると厚膜の欠陥、亀裂が増え、逆に、ｘが０．８以下では波長１．５５μｍにおける４５°回転に必要な磁性ガーネット単結晶の厚みが５００μｍを超えてしまい、必要膜厚の増大は育成時間の増大や欠陥、亀裂の増大に繋がり不適切である。このことからビスマス量ｘは、０．８＜ｘ≦１．５とする。
【００２３】
鉄サイトに置換されるアルミニウム、ガリウム、インジウムなどの元素は非磁性であるから、鉄と置換することによりファラデー回転係数が小さくなり、４５°回転に必要な膜厚が厚くなる。これらの元素の量ｗを０＜ｗ≦１．５などとするのは、これら置換量ｗが１．５を超えると４５°回転に必要な磁性ガーネット単結晶の厚みが５００μｍを超えてしまうからである。ナトリウムｙ、カルシウムｚ、白金ｖが、０＜ｙ＜０．０２，０．０１＜ｚ＜０．１，０．０３＜ｖ＜０．５となる組成とするのは、その範囲にすることで、またｚ／ｙ＞１０となるカルシウム過剰添加膜については、育成後、還元処理を追加することによって４５°損失を０．１ｄＢ以下にできるからである。
【００２４】
本発明において、Ｃａの過不足をＮａとの比（ｚ／ｙ）及びＰｔとの比（ｚ／ｖ）で規定しているのは、Ｃａ添加によりＮａが減少し、Ｐｔが増加するからである。単純に電荷補償という観点からすると、１価のＮａ量ｙと２価のＣａ量ｚの合計量と４価の白金量ｖの関係でＣａの過不足が規定できる（３価を基準とした電荷バランスがゼロになる場合、言い換えれば吸収が最小になるときはｖ＝２ｙ＋ｚの関係にある）と考えられる。しかし実際はそうはならない。電荷補償効果により、２価のＣａ増加により４価のＰｔも増加する。また２価のＣａと１価のＮａが共に３価未満であること、Ｃサイトに置換されることから競合するためＣａ増加によりＮａが減少する。このような相関関係があるため、結晶中の量をｚ／ｙ及びｚ／ｖで規定している。ＬＰＥ育成したままの状態で４５°損失を小さくするには、４＜ｚ／ｙ≦１０、０．３５＜ｚ／ｖ＜０．４５とする。育成後、還元処理を追加する場合には、ｚ／ｙ＞１０、ｚ／ｖ≧０．３とする。
【００２５】
このような磁性ガーネット単結晶をＬＰＥ法により育成するには、メルト原料を溶解する坩堝は白金製とし、メルト原料中のフラックス成分に酸化ビスマスと炭酸ナトリウムを用いる。典型的には、メルト原料にＢｉ2 Ｏ3 ，Ｎａ2 ＣＯ3 ，ＣａＯ，Ｍ１2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 を用い、各メルト原料の構成比率は、Ｎａ2 ＣＯ3 の重量濃度が１％以上４％未満、Ｍ１2 Ｏ3 とＦｅ2 Ｏ3 とＭ２2 Ｏ3 の合計量の全メルト原料に対するモル濃度比が０．１２以上０．１７未満、且つＦｅ2 Ｏ3 とＭ２2 Ｏ3 の合計量が、Ｍ１2 Ｏ3 に対してモル濃度比で１５より大きく２５より小さくする。このようにすると、膜厚が２００μｍ以上の良好な単結晶が得られる。
【００２６】
ここで、炭酸ナトリウムはメルトの粘性を低下させる働きがあり、２００μｍ以上の厚膜育成には不可欠である。但し、原料中の炭酸ナトリウムが１ｗｔ％未満では、メルトの粘性が十分に低下せず、育成中に適切な溶液の流れができないため、育成した結晶表面に凹凸と縦横無尽に小さな亀裂が生じる。逆に、炭酸ナトリウムを多くするとメルトの粘性と成長温度（育成される結晶の格子定数が基板の格子定数と合う温度、またはその温度付近）が下がる傾向があり、析出が生じ易くなる傾向がみられ、育成中の析出によるメルト中のガーネット成分の減少により成長速度が著しく低下する。これらのことから、原料中の炭酸ナトリウム濃度は１．０ｗｔ以上４．０ｗｔ％未満とする。更に、１．５５μｍ波長帯の使用も考慮した場合に必要な育成膜厚４５０μｍを育成時間が６０時間以内にするためには１．０ｗｔ以上２．１ｗｔ％以下が好ましい。
【００２７】
炭酸ナトリウム濃度によって成長温度が変わる。その場合、過飽和度（飽和温度−成長温度）を適当に保つためには、Ｍ１2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 の合計量の全メルトに対するモル濃度（Ｒ４）を調整する必要がある。炭酸ナトリウム濃度が薄く育成温度が高い領域ではＲ４を大きくし、炭酸ナトリウム濃度が濃く育成温度が低い領域では、Ｒ４を小さくする。炭酸ナトリム濃度が１．０ｗｔ以上４．０ｗｔ％未満では、Ｒ４は１２％以上１７％未満が適切な範囲である。この範囲より大きいと育成された結晶表面の凹凸が大きく、またこの範囲より小さいと成長速度が小さくなる。また、Ｍ１2 Ｏ3 に対するＦｅ2 Ｏ3 ，Ｍ２2 Ｏ3 の合計量のモル比（Ｒ１）は１５より大きく、且つ２５より小さい範囲とする。１５以下では、ガーネット以外の異相が析出し、ガーネット単結晶の成長を阻害するし、また２５以上では上記の炭酸ナトリウムとＲ４の範囲では結晶が成長しなかったからである。なかでもＲ１＝２０付近が特に好ましい。
【００２８】
原料の各元素の比率を上記に限定することで、膜厚が２００μｍ以上で且つ欠陥や亀裂が少なく、４５°損失が小さい（０．１ｄＢ以下）磁性ガーネット単結晶を育成することが可能となる。
【実施例】
【００２９】
〔実施例１〕
【表１】
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【００３０】
表１に記載した原料を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。その後、８２０℃まで降温し、白金ホルダで保持した格子定数１．２４９６±０．０００３ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、該基板を４０ｒｐｍで回転させながら４０時間育成した。得られた結晶は膜厚５５０μｍであった。この結晶のＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）分析法による組成分析結果は次の通りである。
・試料１−１（ＣａＯ／Ｆｅ２  Ｏ３  ＝０）：参考例
Ｂｉ1.296Ｎａ0.007Ｔｂ1.006Ｙ0.681Ｆｅ4.196Ｐｔ0.039Ｇａ0.776Ｏ12
この結晶を３ｍｍ角に切断し、研磨により基板を削除して、４４０μｍの厚みで両面鏡面仕上げした。次に、無反射コートを施して波長１．５５μｍでの光学特性を測定した。ファラデー回転角は４５．５°、挿入損失は３．０３ｄＢであり、これより、４５°損失は３．００ｄＢであった。
【００３１】
次に、表１に記載された原料に、酸化カルシウム（ＣａＯ）を、酸化鉄とのモル比ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．００１になる量である０．０１９ｇ追加して、同様に磁性ガーネット結晶を育成し、加工、反射防止膜の蒸着を行い、光学特性（ファラデー回転角と挿入損失）の測定を行って４５°損失を算出した。同様の作業を、酸化カルシウムがＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 モル比が０．０１４まで０．００１間隔で追加したメルトを作製して、繰り返した。
【００３２】
ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．００３のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は０．０５ｄＢであった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料１−２（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．００３）：
Ｂｉ1.290Ｎａ0.002Ｃａ0.020Ｔｂ1.004Ｙ0.677Ｆｅ4.185Ｐｔ0.052Ｇａ0.770Ｏ12
【００３３】
ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０１４のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は１６．４０ｄＢと大きい値であった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料１−３（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１４）：
Ｂｉ1.288Ｎａ0.001Ｃａ0.041Ｔｂ1.003Ｙ0.673Ｆｅ4.177Ｐｔ0.056Ｇａ0.762Ｏ12
４５°損失が１６．４０ｄＢと大きい値であったため、反射防止膜蒸着前まで加工したチップを還元処理した。雰囲気は水素２．６ｖｏｌ％と窒素の混合ガスであり、４００℃で３時間加熱した。その後、反射防止膜を蒸着して光学特性を測定した結果、４５°損失は０．０５ｄＢに低減された。
【００３４】
〔実施例２〕
【表２】
2008143738.tif 000004
【００３５】
表２に記載した原料を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。その後、７９０℃まで降温し、白金ホルダに保持した格子定数１．２４９６ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、基板を４０ｒｐｍで回転させながら４２時間育成した。得られた結晶は膜厚５０５μｍであった。この結晶のＩＣＰ分析法による組成分析結果は次の通りである。
・試料２−１（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０）：参考例
Ｂｉ1.280Ｎａ0.019Ｔｂ1.013Ｙ0.680Ｆｅ4.111Ｐｔ0.070Ｇａ0.823Ｏ12
この結晶を３ｍｍ角に切断し、研磨により基板を削除して、４４０μｍの厚みで両面鏡面仕上げした。次に、無反射コートを施して波長１．５５μｍで光学特性を測定した。ファラデー回転角は４５．２°、挿入損失は３．９２ｄＢであり、これより４５°損失は３．９０ｄＢであった。
【００３６】
次に、実施例１と同様に酸化カルシウムを追加した原料を作製し、磁性ガーネット単結晶を作製した。ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０１０のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は０．０５ｄＢであった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料２−２（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１０）：
Ｂｉ1.302Ｎａ0.003Ｃａ0.030Ｔｂ1.017Ｙ0.665Ｆｅ4.113Ｐｔ0.076Ｇａ0.795Ｏ12
【００３７】
また、ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０１４のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は１．７０ｄＢと大きい値であった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料２−３（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１４）：
Ｂｉ1.293Ｎａ0.001Ｃａ0.046Ｔｂ1.019Ｙ0.658Ｆｅ4.093Ｐｔ0.086Ｇａ0.804Ｏ12
４５°損失が１．７０ｄＢと比較的大きい値であったため、反射防止膜蒸着前まで加工したチップを還元処理した。雰囲気は水素２．６ｖｏｌ％と窒素の混合ガスであり、３００℃で３時間加熱した。その後、反射防止膜を蒸着して光学特性を測定した結果、４５°損失は０．０３ｄＢに低減された。
【００３８】
〔実施例３〕
【表３】
2008143738.tif 000005
【００３９】
表３に記載した原料を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。その後、７５０℃まで降温し、白金ホルダで保持した格子定数１．２４９６ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、該基板を４０ｒｐｍで回転させながら５２時間育成した。得られた結晶は膜厚５０５μｍであった。この結晶のＩＣＰ分析法による組成分析結果は次の通りである。
・試料３−１（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０）：参考例
Ｂｉ1.211Ｎａ0.030Ｔｂ1.075Ｙ0.691Ｆｅ4.092Ｐｔ0.117Ｇａ0.782Ｏ12
この結晶を３ｍｍ角に切断し、研磨により基板を削除して、４４０μｍの厚みで両面鏡面仕上げした。次に、無反射コートを施して波長１．５５μｍで光学特性を測定した。ファラデー回転角は４４．１°、挿入損失は４．４１ｄＢであり、これより４５°損失は４．５０ｄＢであった。
【００４０】
次に、実施例１と同様に酸化カルシウムを追加した原料を作製し、磁性ガーネット単結晶を作製した。ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０１１のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は０．０５ｄＢであった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料３−２（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１１）：
Ｂｉ1.165Ｎａ0.007Ｃａ0.046Ｔｂ1.085Ｙ0.681Ｆｅ4.112Ｐｔ0.128Ｇａ0.776Ｏ12
【００４１】
〔実施例４〕
【表４】
2008143738.tif 000006
【００４２】
表４に記載した原料を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。その後、７００℃まで降温し、白金ホルダに保持した格子定数１．２４９６ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、基板を４０ｒｐｍで回転させながら７０時間育成した。得られた結晶は膜厚４８０μｍであった。この結晶のＩＣＰ分析法による組成分析結果は次の通りである。
・試料４−１（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０）：参考例
Ｂｉ1.180Ｎａ0.070Ｔｂ1.032Ｙ0.711Ｆｅ4.040Ｐｔ0.170Ｇａ0.796Ｏ12
この結晶を３ｍｍ角に切断し、研磨により基板を削除して、４４０μｍの厚みで両面鏡面仕上げした。次に、無反射コートを施して波長１．５５μｍの光学特性を測定した。ファラデー回転角は４３．５°、挿入損失は６．２８ｄＢであり、これより４５°損失は６．５０ｄＢであった。
【００４３】
次に、実施例１と同様に酸化カルシウムを追加した原料を作製し、磁性ガーネット単結晶を作製した。ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０１５のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は０．１０ｄＢであった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料４−２（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１０）：
Ｂｉ1.202Ｎａ0.015Ｃａ0.073Ｔｂ1.020Ｙ0.701Ｆｅ4.046Ｐｔ0.178Ｇａ0.765Ｏ12
【００４４】
また、ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０２０のメルトから作製した磁性ガーネット単結晶の４５°損失は０．８０ｄＢと大きい値であった。この結晶の組成分析結果は次の通りである。
・試料４−３（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０２０）：
Ｂｉ1.193Ｎａ0.005Ｃａ0.082Ｔｂ1.026Ｙ0.694Ｆｅ4.046Ｐｔ0.180Ｇａ0.774Ｏ12
４５°損失が０．８０ｄＢと比較的大きい値であったため、反射防止膜蒸着前まで加工したチップを還元処理した。雰囲気は水素２．６ｖｏｌ％と窒素の混合ガスであり、３５０℃で３時間加熱した。その後、反射防止膜を蒸着して光学特性を測定した結果、４５°損失は０．０６ｄＢに低減された。
【００４５】
〔実施例５〕
【表５】
2008143738.tif 000007
【００４６】
表５に記載した原料と酸化カルシウム０．１６６ｇ（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１０）を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。その後、７７０℃まで降温し、白金ホルダに保持した格子定数１．２４９６ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、基板を４０ｒｐｍで回転させながら４８時間育成した。得られた結晶は膜厚５００μｍであった。この結晶のＩＣＰ分析法による組成分析結果は次の通りである。
・試料５（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１０）：
Ｂｉ1.144Ｎａ0.001Ｃａ0.035Ｔｂ1.822Ｆｅ4.635Ｐｔ0.105Ａｌ0.258Ｏ12
この結晶を３ｍｍ角に切断し、研磨により基板を削除して、４２０μｍの厚みで両面鏡面仕上げした。次に、無反射コートを施して波長１．５５μｍの光学特性を測定した。ファラデー回転角は４５．０°、挿入損失は０．０８ｄＢであり良好な特性であった。
【００４７】
〔実施例６〕
【表６】
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【００４８】
表６に記載した原料と酸化カルシウム０．２０８ｇ（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１２）を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。その後、７４０℃まで降温し、白金ホルダに保持した格子定数１．２４９６ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、基板を４０ｒｐｍで回転させながら５２時間育成した。得られた結晶は膜厚４９５μｍであった。この結晶のＩＣＰ分析法による組成分析結果は次の通りである。
・試料６（ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 ＝０．０１２）：
Ｂｉ1.123Ｎａ0.001Ｃａ0.041Ｔｂ0.502Ｇｄ0.708Ｙｂ0.602Ｆｅ4.892Ｐｔ0.131Ｏ12
この結晶を３ｍｍ角に切断し、研磨により基板を削除して、３７０μｍの厚みで両面鏡面仕上げした。次に、無反射コートを施して波長１．５５μｍで光学特性を測定した。ファラデー回転角は４５．０°、挿入損失は０．０４ｄＢであり良好な特性であった。
【００４９】
〔比較例〕
【表７】
2008143738.tif 000009
【００５０】
表７に記載した原料を白金坩堝に入れて９５０℃で２４時間放置した後、同じ９５０℃で３時間攪拌した。このメルトはＮａ2 ＣＯ3 を多量に（６．０３ｗｔ％）含んでいる。その後、６９０℃まで降温し、白金ホルダに保持した格子定数１．２４９６ｎｍ、組成（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12の１インチ育成用基板の片面をメルト表面に接液して、基板を４０ｒｐｍで回転させながら７０時間育成した。得られた結晶は膜厚１８５μｍであり、２００μｍ以上の厚い結晶を育成することができなかった。このことは、Ｎａが入っていればどんなメルト組成でも２００μｍ以上のガーネット結晶が得られる訳ではなく、各成分が特定の比率で存在するときに厚いガーネット単結晶が得られることを意味している。
【００５１】
同じ元素の組み合わせである実施例１〜４を用いて、様々な角度から検討した結果について、まとめて以下に説明する。
【００５２】
図１は、前述したように、Ｎａ2 ＣＯ3 濃度と育成温度と白金含有量の関係を示している。４種類の結晶は、試料１−１，２−１，３−１，４−１で作製したものであり、図中の数値はＮａ2 ＣＯ3 の重量濃度を表している。図１より、原料中のＮａ2 ＣＯ3 濃度を増加すると育成温度が下がり、白金含有量が増える傾向があることが分かる。電荷バランスを調整するためには原料中のＮａ2 ＣＯ3 量を増減すればよいと考えられるが、１価のＮａを増やそうとすると４価のＰｔも増えてしまい、結果として電荷バランスの調整は困難となることが分かる。
【００５３】
これら４種類の結晶について、ＣａＯ添加量と吸収の関係についてプロットしたのが図２である。原料に適量のＣａＯを加えると、吸収が低減する現象が生じる。このことは、ＣａＯ無添加状態では、１価のＮａと４価のＰｔの電荷バランスは４価のＰｔが支配的であるが、２価のＣａが混入すると、それによって電荷バランスが補償されることを示している。このようにＢｉ2 Ｏ3 −Ｎａ2 ＣＯ3 フラックスから育成され、１価のＮａが存在する磁性ガーネット単結晶では、その挿入損失低減にＣａＯの適量添加が有効であることが分かる。
【００５４】
また図３は、実施例２におけるＣａＯ添加量ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０と０．０１４の結晶（試料２−１と試料２−２）を、水素２．６ｖｏｌ％と窒素の混合ガス中で３時間の間、任意の温度に加熱したときの４５°損失の推移を示している。ＣａＯ添加量ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０．０１４から作製された結晶（試料２−２）は、加熱温度３００℃において４５°損失が０．０５ｄＢまで低減された。これに対してＣａＯ添加量ＣａＯ／Ｆｅ2 Ｏ3 が０の結晶（試料２−１）は、加熱温度を変えて還元処理しても４５°損失は０．１ｄＢ以下まで低減されることはなかった。これは、１価のＮａ存在下ではＣａＯ過剰添加膜を還元することにより吸収が低減されることを示している。
【００５５】
図４は、カルシウム過剰添加膜を還元した時の４５°損失の推移を示している。加熱温度以外の還元条件は、上記と同様である。図４から、適切な加熱温度を選択することにより、還元前の損失の大小に関わらず、還元により４５°損失が０．１ｄＢ以下まで低減できることが分かる。
【００５６】
図５は、Ｒ４を変えた場合の成長温度Ｔｇと過飽和度ΔＴの関係を示している。図中の３点は成長温度は大きく異なるが、過飽和度はほぼ一定になっている。炭酸ナトリム濃度が１．０ｗｔ以上４．０ｗｔ％未満では、Ｒ４は１２％以上１７％未満が適切な範囲である。この範囲より大きいと育成された結晶表面の凹凸が大きく、またこの範囲より小さいと成長速度が小さいという問題が生じる。
【００５７】
結晶の組成と還元前後の４５°損失をまとめたのが表８である。
【表８】
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【００５８】
表８において、分類の欄のｐ、ｑ、ｒは、それぞれ
ｐ：ＬＰＥ法による育成のみで４５°損失が小さい組成
ｑ：ＬＰＥ法による育成後、還元処理により４５°損失が小さくなる組成
ｒ：ＬＰＥ法による育成後は無論、還元処理を施しても４５°損失が小さくならない組成
を示している。
また、分類ｐとｑの下限値及び上限値も表８中にまとめてある。分類ｐ及びｑの結晶は、本発明で規定する各量の範囲内に収まっている。
【００５９】
なお、本発明はナトリウムとカルシウムと白金のバランスにより吸収が決まるものであるので、それらの量が重要であり、それ以外のガーネットを構成する元素種は３価が安定であり置換可能であれば、特に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】育成温度と結晶中白金量の関係を示すグラフ。
【図２】ＣａＯ／Ｆｅ２  Ｏ３  モル比と４５°損失の関係を示すグラフ。
【図３】還元処理における加熱温度と４５°損失の関係の一例を示すグラフ。
【図４】還元処理における加熱温度と４５°損失の関係の他の例を示すグラフ。
【図５】Ｎａ２  ＣＯ３  濃度とＲ４の関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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