(57)【要約】【課題】結晶育成中のクラック、結晶育成後の室温におけるクラックといった結晶不良を簡単に低減できる液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法を提供すること。【解決手段】酸化鉛系フラックスに希土類−鉄ガーネット成分を溶かしたルツボ２内の融液３にガーネット基板４を接触させ、この基板上に希土類−鉄ガーネット膜を結晶育成させる液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法であって、上記ルツボの横断面中心部における融液の深さ方向の温度分布が融液面下５ｍｍまでの領域を除いて（±１．５）℃以内に制御されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉛系フラックスに希土類−鉄ガーネット成分を溶かしたルツボ内の融液にガーネット基板を接触させ、この基板上に希土類−鉄ガーネット膜を結晶育成させる液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法において、上記ルツボの横断面中心部における融液の深さ方向の温度分布が、融液面下５ｍｍまでの領域を除いて（±１．５）℃以内に制御されていることを特徴とする液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気光学デバイスに用いる希土類−鉄ガーネット膜に係り、特に、光通信に用いられる光アイソレータ用の希土類−鉄ガーネット膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−５７９９０号公報（２頁左下欄１１行〜同右下欄３行）
【特許文献２】
特開平１−７２９９６号公報（特許請求の範囲第１項）
【特許文献３】
特開平７−２０６５９４号公報（段落番号００１３、００１５、００１９）
【０００４】
希土類−鉄ガーネット膜（以下、ＲＩＧ膜と記す）のファラデー効果を利用した磁気光学デバイスが精力的に開発されている。その中でも特に光通信における光源への戻り光を遮断する光アイソレータ、あるいは、発電所から消費者までの電力輸送経路である変電所、送電線、配電線に流れる電流により生じる磁界の大きさを測定して異常を発見する光磁界センサなどは既に実用化段階に入り、磁気光学デバイスに用いられるＲＩＧ膜もより安価なものが求められてきている。
【０００５】
このＲＩＧ膜は、通常、液相エピタキシャル法（以下、ＬＰＥ法と示す）によって結晶育成されている。すなわち、ＬＰＥ法によるＲＩＧ膜の結晶育成は、例えば、フラックス成分である酸化鉛、酸化ビスマス、酸化ホウ素と、希土類−鉄ガーネット成分である希土類酸化物、酸化鉄、場合によって非磁性元素の酸化物などを白金ルツボ内に充填し、約９５０℃で融解させた後、ルツボ内の融液に、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒで置換しその格子定数を大きくしたガドリニウム・ガリウム・ガーネット基板（以下、高格子定数ＧＧＧ基板と記す）を接触させ、この基板上にＲＩＧ膜を約８５０℃でエピタキシャル成長させて行われる。
【０００６】
そして、育成されたＲＩＧ膜は、この後、各磁気光学デバイスに合わせて所望の膜厚に研磨加工されて適用される。尚、酸化ビスマスはフラックス成分として説明したが、ビスマスは上記ＲＩＧ膜を構成する元素でもあり、希土類−鉄ガーネット成分でもある。
【０００７】
ところで、上述した従来のＬＰＥ法では、ガーネット基板とＲＩＧ膜の熱膨張係数差に起因する結晶育成中のクラック、あるいは、室温におけるガーネット基板とＲＩＧ膜の格子定数差に起因するクラックが頻繁に発生し、結晶の歩留まりを悪化させる問題があった。
【０００８】
このため、前者の熱膨張係数差に起因するクラックの低減については、例えば特許文献１においてエピタキシャル成長を途中で中断して熱膨張係数が小さいガーネット基板の部分のみを研磨により削り落とし、後に残ったエピタキシャル膜を基板としてさらにエピタキシャル成長する方法が提案され、また、特許文献２において、ＲＩＧ膜とガーネット基板の間に、熱膨張係数がＲＩＧ膜とガーネット基板の中間にあるような別の組成のＲＩＧ膜を中間層として成長させる方法等が提案されている。
【０００９】
また、後者の格子定数差に起因するクラックの低減については、特許文献３において、ガーネット基板とＲＩＧ膜の室温における格子定数差の範囲を±０．００１Åに限定して育成する方法が提案され、かつ、ガーネット基板とＲＩＧ膜の格子定数差を±０．００１Å以内にするための手順も幾つか提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載された方法は、研磨や育成を繰り返す等その手順が多く、多くの時間をＲＩＧ膜育成に必要とする問題点があった。
【００１１】
また、特許文献３に記載された方法も、過冷却温度ΔＴを明確にするための実験が必要となり、また、ＲＩＧ膜育成を繰り返していく中で、融液の組成変動のためにΔＴが変化する等の問題が発生し、頻繁にΔＴを測定する必要があり、結局多くの時間をＲＩＧ膜育成に必要とする問題点があった。
【００１２】
本発明はこの様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、結晶育成中のクラック、また、結晶育成後の室温におけるクラックといった結晶不良を簡単に低減できる液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者等はルツボ内における融液の温度分布とクラックとの関係に着目し、鋭意研究したところ、融液の深さ方向の温度分布とクラックとの間に密接な関係があることを発見し本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、請求項１に係る発明は、
酸化鉛系フラックスに希土類−鉄ガーネット成分を溶かしたルツボ内の融液にガーネット基板を接触させ、この基板上に希土類−鉄ガーネット膜を結晶育成させる液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法を前提とし、
上記ルツボの横断面中心部における融液の深さ方向の温度分布が、融液面下５ｍｍまでの領域を除いて（±１．５）℃以内に制御されていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
まず、希土類−鉄ガーネット膜（ＲＩＧ膜）は、一般に縦型ＬＰＥ炉と呼ばれる電気炉で結晶育成される。
【００１７】
この縦型ＬＰＥ炉は、図１に示すように、３ゾーンヒータで構成されるヒータ部１、白金ルツボ２、白金ルツボ２内にある融液３、ガーネット基板４、および、ガーネット基板保持治具５から成る。尚、６は耐火物である。
【００１８】
本発明者等は、上述したように白金ルツボ２内における融液３の深さ方向の温度分布に着目して、育成中のクラック、および、育成後の室温におけるクラックとの関係を明確化させるために実験を試みた。
【００１９】
上記ヒータ部１には、各々独立に温度を制御できる３ゾーンヒータを用意し、各ヒータの温度を制御することで、融液の深さ方向の温度分布が、（±１）℃、（±１．５）℃、（±２）℃、（±２．５）℃、（±３）℃の５つの状態を実現させた。また、温度分布はＲ熱電対を用い、ＲＩＧ膜の育成温度において、ガーネット基板の中心が位置するルツボの横断面中心部における融液の底から、融液表面まで等間隔に１０点測定して求めた。但し、融液表面の温度は液面の揺らぎ等の問題で正確に測定することは難しいため、融液の底から液面下５ｍｍまでの温度分布を融液の温度分布とした。
【００２０】
上記５種類の温度分布を有する融液で、育成温度を所望の温度Ｔに対して（±１）℃以内に制御して、厚さ５００μｍのＲＩＧ膜を各１０枚育成した。
【００２１】
尚、融液の温度分布以外に、育成温度自体を所望の温度Ｔに対してほぼ１℃の精度で制御したのは、育成温度によってＲＩＧ膜の組成が微妙に変化し、組成変化に伴い、ＲＩＧ膜の格子定数が変化するためであり、ガーネット基板とＲＩＧ膜の室温における格子定数差が±０．００１Åとなるよう育成温度を（±１）℃の精度で制御しないと、室温においてＲＩＧ膜にクラックが発生してしまう場合があるからである。
【００２２】
そして、育成した各１０枚のＲＩＧ膜における製品化できた面積と、結晶育成に使用したガーネット基板の面積比率を収率として、各温度分布の異なる融液との関係を図２に示す。図２から確認されるように、温度分布が（±１）℃、（±１．５）℃の融液では収率が９０％を超えているが、温度分布が大きくなるに従いクラックの発生により収率が悪化し、（±２）℃では５０％程度の収率しかない。従って、融液の深さ方向の温度分布を（±１．５）℃以内にすることが有効であることが分かった。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００２４】
［実施例１］
白金ルツボ中に、ＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３をフラックスとし、ＲＩＧ成分としてＧｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３を溶かし込んだ融液を調製した。
【００２５】
次に、この融液を９５０℃に加熱し、攪拌した後、育成温度８１０℃に降温し、保持した。そして、ヒータ温度を調節した後、融液の深さ方向の温度分布を測定し、（±１．５）℃であることを確認した。
【００２６】
その後、再び融液を電気炉内で９５０℃に加熱し、所望の育成温度８１０℃に対し（±１）℃以内に制御しながら、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒで置換した直径３インチのガドリニウム・ガリウム・ガーネット基板（高格子定数ＧＧＧ基板）を上記融液表面に接触させると共に、上記基板を１００ｒｐｍで回転させて基板の片面に厚さ５５０μｍでかつ組成（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００２７】
育成後、ＲＩＧ膜を光アイソレータとして使用する厚さに研磨して、光アイソレータ用ＲＩＧ膜として使用可能の面積を測定し、結晶育成に使用したガーネット基板の面積との比率を収率とした。
【００２８】
そして、９０％以上の収率で使用可能であることが確認された。
【００２９】
［実施例２］
ＲＩＧ成分としてＴｂ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３を用い、かつ、結晶育成温度を８３０℃とした以外は実施例１と同様にして、高格子定数ＧＧＧ基板の片面に厚さ５００μｍでかつ組成（ＹｂＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３０】
育成後、実施例１と同様にして収率を求めたところ、９０％以上の収率で使用可能であることが確認された。
【００３１】
［実施例３］
ＲＩＧ成分としてＧｄ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３を用い、かつ、結晶育成温度を８６０℃とした以外は実施例１と同様にして、高格子定数ＧＧＧ基板の片面に厚さ５５０μｍでかつ組成（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３２】
育成後、実施例１と同様にして収率を求めたところ、９０％以上の収率で使用可能であることが確認された。
【００３３】
［比較例１］
融液の深さ方向の温度分布を（±３）℃とした以外は実施例１と同様にして、厚さ５５０μｍでかつ組成（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３４】
育成後、実施例１と同様にして収率を求めたところ、各実施例より劣る５０％以下の収率で使用可能であることが確認された。
【００３５】
［比較例２］
融液の深さ方向の温度分布を（±３）℃とした以外は実施例１と同様にして、厚さ５００μｍでかつ組成（ＹｂＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３６】
育成後、実施例１と同様にして収率を求めたところ、各実施例より劣る５０％以下の収率で使用可能であることが確認された。
【００３７】
［比較例３］
融液の深さ方向の温度分布を（±３）℃とした以外は実施例１と同様にして、厚さ５５０μｍでかつ組成（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３８】
育成後、実施例１と同様にして収率を求めたところ、各実施例より劣る５０％以下の収率で使用可能であることが確認された。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明に係る液相エピタキシャル法による希土類−鉄ガーネット膜の製造方法によれば、ルツボの横断面中心部における融液の深さ方向の温度分布が融液面下５ｍｍまでの領域を除いて（±１．５）℃以内に制御されているため、クラックと呼ばれる結晶欠陥が少なく、光アイソレータや光磁界センサ等に適用される希土類−鉄ガーネット膜を簡単に製造することができる効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＩＧ膜を育成する育成炉の概略断面図。
【図２】ルツボ内融液の温度分布とＲＩＧ膜の収率との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
１  ヒータ部
２  白金ルツボ
３  融液
４  ガーネット基板
５  ガーネット基板保持具
６  耐火物
【図１】
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【図２】
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