(57)【要約】【課題】ピットの発生を抑制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】希土類−鉄ガーネット成分が溶解したルツボ内の酸化鉛系フラックス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であって、希土類−鉄ガーネット成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得た後、その原料融解温度から降温を開始したときより結晶育成を開始させるまでの時間を２．５時間以内としたことを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類−鉄ガーネット成分を酸化鉛系フラックスと共にルツボ内に投入し、投入したこれ等原料を融解させて希土類−鉄ガーネット成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得、次いで、ルツボ内の融液温度を原料融解温度から希土類−鉄ガーネットの飽和温度以下である結晶育成開始温度まで降温させた後、この融液にガーネット基板を接触させて基板上に希土類−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、
上記原料を融解させて希土類−鉄ガーネット成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得た後、その原料融解温度から降温を開始したときより結晶育成を開始させるまでの時間を２．５時間以内とした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】
特開平１０−１６７８９５号公報（請求項３、段落番号００１２〜００１３）
【非特許文献１】
日本応用磁気学会第３８回研究会資料（１９８５年）ｐ．５１〜５５
【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投入し、約９５０℃で融解させた後、ルツボ内の融液温度を希土類−鉄ガーネットの飽和温度以下である結晶育成開始温度（約８５０℃）にまで降温させ、次いで、この融液に、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、この高格子定数ＧＧＧ基板上にＲＩＧ膜を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、このように結晶育成されたＲＩＧ膜の表面には、ピットと呼ばれる三角錐状の結晶欠陥が発生する。このピットも小さいものは上記研磨加工で取り除くことが可能であるが、大きいものは研磨加工後もＲＩＧ膜に黒い点状のシミ（以下、ピット残りと呼ぶ）のように残る。
【０００８】
そして、ピット残りを有するＲＩＧ膜を、例えば光アイソレータに用いた場合には、挿入損失の増大やアイソレーションの低下をもたらし、また、光磁界センサに用いた場合には、センサ出力と測定磁界の直線性に悪影響を及ぼす。
【０００９】
そこで、特許文献１では、ピットの発生原因が融液中に溶け出す白金ルツボの白金であるとし、かつ、９５０℃では白金ルツボから融液中に白金は溶出しないとし、ＲＩＧ膜の育成終了後に速やかに融液の温度を上昇させ、融液を飽和温度以下に保持する時間を短縮することにより、融液中への白金の溶け出しを抑制して上記ピットの発生を防止した方法を提案している。
【００１０】
この方法によってピット密度は数個／ｃｍ２まで低減することが可能になったが、数個／ｃｍ２のピット密度では、直径３インチのガーネット基板に育成されるＲＩＧ膜には４０個以上のピットが発生することになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
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、例えば直径３インチのガーネット基板に育成されるＲＩＧ膜全体で、ピット数が数個にまでピットの発生を抑制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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
ところで、ピットの発生原因の一つに、非特許文献１にも記載されているようにＬＰＥ結晶育成に適用される白金ルツボから融液中に溶け出した白金があり、この白金の微粒子が結晶核となり、ピットが発生すると考えられていた。
【００１３】
しかし、白金の溶出とピットの発生について本発明者らが行った研究結果によると、溶出した白金の微粒子が核となり発生するピットも確かにあるが、融液を飽和温度以下に冷却した際に融液中に析出する微小なＲＩＧがピットの主たる原因であることが判明した。
【００１４】
すなわち、ＬＰＥ法によるＲＩＧ膜の育成では、ＲＩＧ成分を溶解した酸化鉛系フラックス融液を飽和温度以下の過冷却状態とし、このような融液にガーネット基板を接触させることにより、ガーネット基板上にＲＩＧ膜を析出、成長させるが、融液中にＲＩＧの核が析出し、これがガーネット基板ないしガーネット基板上に成長させたＲＩＧ膜上に付着すると面方位の異なるＲＩＧが出現したことになり、ピットのような結晶欠陥が発生することになる。
【００１５】
そこで、融液中にＲＩＧの核が発生する前にＲＩＧの結晶成長を開始させれば、融液中に発生したＲＩＧの核を原因とするピットの発生が抑制されるとの予測の下、鋭意研究を継続した結果、ＲＩＧ成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得た後、その原料融解温度から降温を開始したときより２．５時間以内にＲＩＧの結晶成長を開始させることにより、融液中に発生したＲＩＧの核を原因とするピットの発生が抑制され、ピットの非常に少ないＲＩＧ膜が得られることを発見するに至った。本発明はこの様な技術的発見に基づき完成されている。
【００１６】
すなわち、請求項１に係る発明は、
希土類−鉄ガーネット成分を酸化鉛系フラックスと共にルツボ内に投入し、投入したこれ等原料を融解させて希土類−鉄ガーネット成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得、次いで、ルツボ内の融液温度を原料融解温度から希土類−鉄ガーネットの飽和温度以下である結晶育成開始温度まで降温させた後、この融液にガーネット基板を接触させて基板上に希土類−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、上記原料を融解させて希土類−鉄ガーネット成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得た後、その原料融解温度から降温を開始したときより結晶育成を開始させるまでの時間を２．５時間以内としたことを特徴とするものである。
【００１７】
【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。
【００１８】
ＬＰＥ法によるＲＩＧ膜の結晶育成では、上述したように融液を過冷却状態とするが、過冷却状態で融液を放置すれば、飽和溶解度より過剰なＲＩＧが自然に析出し始める。
【００１９】
そこで、原料融解温度からの降温を開始してから、結晶育成を開始するまでの降温時間を変化させて、結晶育成後のＲＩＧ膜におけるピットの発生数の関係を詳細に調べた。この結果を図１に示すが、図１より降温時間と結晶育成後のピット数が関連していることが確認される。
【００２０】
すなわち、降温時間が２時間まではほとんどピット数の増加は見られないが、２時間より降温時間が長くなると徐々にピット数の増加が見られ、２．５時間を超えると急激にピットが増加していることが確認される。
【００２１】
従って、降温時間を２．５時間以内にすれば、ピットの非常に少ないＲＩＧ膜が得られる。望ましくは２時間以内が好ましい。
【００２２】
また、融液量によって左右されるが、降温時間をあまり短くすると所望の育成開始温度に制御することが難しくなるため、１時間以上が望ましい。
【００２３】
尚、原料融解温度は、結晶育成開始温度より約１００℃ほど高温の９００〜９６０℃が望ましい。高すぎると白金ルツボからの白金の溶出が促進されるため白金起因のピットが発生し、低すぎると原料の融解が不十分となり好ましくない。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００２５】
［実施例１］
白金ルツボ中にＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３をフラックスとし、希土類−鉄ガーネット（ＲＩＧ）成分としてＧｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３を溶かし込んだ融液を調製した。
【００２６】
この融液を電気炉内で９５０℃（原料融解温度）に加熱し、十分に原料を融解した後、結晶育成開始温度である８１０℃まで２時間１５分で降温させ、次いで、融液表面に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）を接触させ、かつ、この基板を１００ｒｐｍで回転させて、基板の片面に厚さ５５０μｍでかつ組成が（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００２７】
そして、結晶育成させたＲＩＧ膜の表面を光学顕微鏡で観察し、直径３インチのガーネット基板に育成されたＲＩＧ膜全体のピット個数を調べたところ、表１に示すようにピット個数を１０個以下にすることができた。
【００２８】
［実施例２］
ＲＩＧ成分としてＴｂ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３を用い、かつ、結晶育成開始温度を８３０℃としたこと以外は実施例１と同様にして、高格子定数ＧＧＧ基板の片面に厚さ５００μｍでかつ組成が（ＹｂＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。また、原料融解温度から結晶育成開始温度までの降温時間は２時間１５分とした。
【００２９】
そして、結晶育成させたＲＩＧ膜の表面を光学顕微鏡で観察し、直径３インチのガーネット基板に育成されたＲＩＧ膜全体のピット個数を調べたところ、表１に示すようにピット個数を１０個以下にすることができた。
【００３０】
［実施例３］
ＲＩＧ成分としてＧｄ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３を用い、かつ、結晶育成開始温度を８６０℃とし、更に、原料融解温度から結晶育成開始温度までの降温時間を２時間３０分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でかつ組成が（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３１】
そして、結晶育成させたＲＩＧ膜の表面を光学顕微鏡で観察し、直径３インチのガーネット基板に育成されたＲＩＧ膜全体のピット個数を調べたところ、表１に示すようにピット個数を１０個以下にすることができた。
【００３２】
［比較例１］
融解温度から育成開始温度までの降温時間を３時間とした以外は実施例１と同様にして、厚さ５５０μｍでかつ組成が（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌＧａ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３３】
そして、結晶育成させたＲＩＧ膜の表面を光学顕微鏡で観察し、直径３インチのガーネット基板に育成されたＲＩＧ膜全体のピット個数を調べたところ、表１に示すようにピット個数が１０個以上になっていることが確認される。
【００３４】
［比較例２］
融解温度から育成開始温度までの降温時間を３時間とした以外は実施例２と同様にして、厚さ５００μｍでかつ組成が（ＹｂＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３５】
そして、結晶育成させたＲＩＧ膜の表面を光学顕微鏡で観察し、直径３インチのガーネット基板に育成されたＲＩＧ膜全体のピット個数を調べたところ、表１に示すようにピット個数が１０個以上になっていることが確認される。
【００３６】
［比較例３］
融解温度から育成開始温度までの降温時間を３時間とした以外は実施例３と同様にして、厚さ５５０μｍでかつ組成が（ＧｄＢｉ）３（ＦｅＡｌ）５Ｏ１２のＲＩＧ膜を５枚育成した。
【００３７】
そして、結晶育成させたＲＩＧ膜の表面を光学顕微鏡で観察し、直径３インチのガーネット基板に育成されたＲＩＧ膜全体のピット個数を調べたところ、表１に示すようにピット個数が１０個以上になっていることが確認される。
【００３８】
【表１】
2004323299.tif 000002
【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、原料を融解させて希土類−鉄ガーネット成分が溶解した酸化鉛系フラックス融液を得た後、その原料融解温度から降温を開始したときより結晶育成を開始させるまでの時間を２．５時間以内としているため、ピットと呼ばれる三角錐状の結晶欠陥による特性不良が極めて少ない、光アイソレータや光磁界センサ等に適用される希土類−鉄ガーネット膜を容易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】降温時間とピット個数との関係を示すグラフ図。
【図１】
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