(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂ、Ｎａ及びＢｉを含み、Ｂの配合率ｘ（ｍｏｌ％）とＮａの配合率ｙ（ｍｏｌ％）とＢｉの配合率ｚ（ｍｏｌ％）とが０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４を満たし、前記配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下である溶液を生成し、
前記溶液を用いてガーネット単結晶を育成すること
を特徴とする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、フラックス法を用いて磁性ガーネットなどの単結晶を育成するガーネット単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファラデー回転子は、透過する光の偏光面を回転させる機能を有する光学素子であり、光アイソレータ、光アッテネータ、光磁界センサ等の光デバイスに使用される。ファラデー回転子は、一般に板状のビスマス（Ｂｉ）置換希土類鉄ガーネット単結晶を用いて作製される。Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶は、フラックス法の一種である液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により育成される。
【０００３】
フラックス法等の溶液法によりＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する際には、過飽和状態を保ちながらガーネット単結晶を安定に成長させるために、一般にＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３が溶媒として用いられる。このため磁性ガーネット単結晶の育成時には結晶中に少量の鉛（Ｐｂ）が混入する。従来、通信用光デバイスに使用されるファラデー回転子には、化学式Ｂｉ３−α−βＭ１αＰｂβＦｅ５−γ−δＭ２γＭ３δＯ１２においてＰｂの量βが０．０３〜０．０６程度である磁性ガーネット単結晶が用いられる。
【特許文献１】特開２００１−０４４０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−０４４０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが近年の環境保護運動の高まりと共に、全ての工業製品で環境負荷物質であるＰｂの含有量を削減する努力がなされている。従って、ＬＰＥ法により育成する磁性ガーネット単結晶においても、少量ではあるが混入するＰｂが環境汚染の要因になり得るとして問題になってきた。そこでファラデー回転子を構成する材料である磁性ガーネット単結晶に含有するＰｂの量を削減する必要が生じている。
【０００５】
本発明の目的は、Ｐｂの含有量を削減したガーネット単結晶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】
【０００６】
上記目的は、Ｂ、Ｎａ及びＢｉを含み、Ｎａの配合率ｙ（ｍｏｌ％）とＢｉの配合率ｚ（ｍｏｌ％）とが０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．４１を満たす溶液を生成し、前記溶液を用いてガーネット単結晶を育成することを特徴とするガーネット単結晶の製造方法によって達成される。
【０００７】
また上記目的は、Ｂ、Ｎａ及びＢｉを含み、Ｂの配合率ｘ（ｍｏｌ％）とＮａの配合率ｙ（ｍｏｌ％）とＢｉの配合率ｚ（ｍｏｌ％）とが０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４を満たす溶液を生成し、前記溶液を用いてガーネット単結晶を育成することを特徴とするガーネット単結晶の製造方法によって達成される。
【０００８】
上記本発明のガーネット単結晶の製造方法であって、前記配合率ｘは２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする。
【０００９】
さらに上記目的は、Ｂ、Ｎａ及びＢｉを含み、Ｂの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下である溶液を生成し、前記溶液を用いてガーネット単結晶を育成することを特徴とするガーネット単結晶の製造方法によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｐｂの含有量を削減したガーネット単結晶を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施の形態によるガーネット単結晶の製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。本実施の形態では、ガーネット単結晶に微量含まれていたＰｂを完全に除去するために、従来の溶媒に含まれるＰｂをナトリウム（Ｎａ）で代替し、Ｎａ、Ｂｉ及びホウ素（Ｂ）を含む溶媒からＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する。ところが、Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒からガーネット単結晶を育成する技術は開発されて間もないため、ガーネット単結晶を安定に育成できる育成条件の詳細は明らかになっていない。特に、溶媒の成分であるＮａ、Ｂｉ及びＢに関する育成条件は分かっていない。そのため、育成条件によってはガーネット単結晶が得られないという問題や、欠陥や割れが多数あるガーネット単結晶しか得られないという問題が生じ得る。
【００１２】
本実施の形態では、Ｎａの配合率やＢの配合率を変えた種々の育成条件でガーネット単結晶の育成を試みた。ここで、本願明細書中で用いられる「配合率」とは、ルツボに充填されるＮａ、Ｂｉ、Ｂ、鉄（Ｆｅ）、希土類元素など溶液中でカチオン（陽イオン）となる元素の総ｍｏｌ数に占める各元素のｍｏｌ数の割合（ｍｏｌ％）のことである。例えば、配合したＢのｍｏｌ数をａとして、同じく配合したＮａ、Ｂｉ、Ｂ、Ｆｅ及び希土類元素の総ｍｏｌ数をｂとすると、Ｂの配合率ｘは（１００×ａ／ｂ）ｍｏｌ％となる。本実施の形態では、Ｂの配合率ｘ（ｍｏｌ％）と、Ｎａ及びＢｉの配合率をそれぞれｙ（ｍｏｌ％）及びｚ（ｍｏｌ％）としたときのＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））とを育成条件のパラメータとして用いた。
【００１３】
図１は、Ｂの配合率ｘとＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））との関係を示すグラフである。グラフの横軸はＢの配合率ｘ（ｍｏｌ％）を表し、縦軸はＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））を表している。まず、Ｂの配合率ｘを変えてガーネット単結晶の育成を試みた。Ｂの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％より小さいと過飽和状態を保つことができず、溶液の温度が飽和温度より低くなるとガーネットが溶液中に析出してしまい単結晶を育成できなかった。一方、Ｂの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上の条件では過飽和状態を保つことができ、ガーネット単結晶を育成できた。ただし、Ｂの配合率ｘが１２．０ｍｏｌ％より大きくなると溶液の粘性が増してしまうため、ガーネット単結晶に割れや欠陥が多数発生してしまった。したがって、Ｂの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下である場合（図１の直線ａ、ｂ及びその間）に、割れや欠陥のないガーネット単結晶を安定に育成できることが分かった。
【００１４】
次に、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））を変えてガーネット単結晶が育成できる条件を検討した。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が比較的小さいときにはガーネットが溶液中に析出したが、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が大きくなるとナトリウムフェライト（ＮａＦｅＯ２）が溶液中に析出した。ガーネットが析出する条件とナトリウムフェライトが析出する条件との境界は、Ｂの配合率ｘによって変化する。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））とＢの配合率ｘ（ｍｏｌ％）がｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４を満たすとき（図１の直線ｃ及びそれより下）にガーネットが析出し、それ以外のときはナトリウムフェライトが析出することが分かった。
【００１５】
Ｂの配合率ｘが増加すると、ガーネットの析出が可能なＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））の値が大きくなる。Ｂの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下の範囲では、配合率ｘが１２．０ｍｏｌ％のときに、ガーネットの析出が可能なＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が最大の約０．４１（＝０．０１４３×１２．０＋０．２４）となる。したがって、Ｎａ、Ｂｉ、Ｂを含む溶液からガーネット単結晶を育成するためには、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））を０．４１以下にすること（図１の直線ｄ及びそれより下）が少なくとも必要である。
【００１６】
Ｎａの配合率ｙが少ない溶媒であっても更にカリウム（Ｋ）を溶媒として加えることでガーネットが析出した。これにより、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きければ（図１の直線ｅより上）ガーネット単結晶を育成できることが分かった。
【００１７】
したがって、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きく０．４１以下である場合（０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．４１）、特にＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きく０．０１４３ｘ＋０．２４以下である場合（０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４）にガーネット単結晶を育成できることが分かった。また、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きく０．０１４３ｘ＋０．２４以下であって、かつＢの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下である場合（０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４，２．０（ｍｏｌ％）≦ｘ≦１２．０（ｍｏｌ％））に、ガーネット単結晶をより安定に育成できることが分かった。
【００１８】
以上のように本実施の形態によれば、Ｐｂの含有量を削減したガーネット単結晶を育成できる。また本実施の形態によれば、Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒を用いてファラデー回転子に適したＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を安定に育成することが可能になる。
以下、本実施の形態によるガーネット単結晶の製造方法について、実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）
図２は、単結晶を育成する工程の一部を示している。まず金（Ａｕ）製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ７．０ｍｏｌ％、２５．４ｍｏｌ％、５１．６ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．３３（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液（溶液）８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚８０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ；高周波誘導結合プラズマ）分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２０】
（実施例２）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ７．０ｍｏｌ％、１５．４ｍｏｌ％、６１．６ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．２０（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７９０℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚８０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２１】
（実施例３）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚ、Ｋの配合率は、それぞれ７．０ｍｏｌ％、２．８ｍｏｌ％、５３．９ｍｏｌ％、２０．３ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．０５（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚８０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２２】
（実施例４）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ２．０ｍｏｌ％、２１．４ｍｏｌ％、６０．８ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．２６（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚５０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２３】
（実施例５）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚ、Ｋの配合率は、それぞれ２．０ｍｏｌ％、３．０ｍｏｌ％、５７．５ｍｏｌ％、２１．６ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．０５（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚５０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２４】
（実施例６）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ１２．０ｍｏｌ％、２８．８ｍｏｌ％、４３．１ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．４０（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。８００℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚８０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２５】
（実施例７）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ１２．０ｍｏｌ％、１４．４ｍｏｌ％、５７．５ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．２０（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。８２０℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚８０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２６】
（実施例８）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚ、Ｋの配合率は、それぞれ１２．０ｍｏｌ％、２．６ｍｏｌ％、５０．３ｍｏｌ％、１８．９ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．０５（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。８００℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、欠陥のない膜厚５０μｍの単結晶膜１２が育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶を組成分析したところ、組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であり、Ｎａは検出できたが組成を確定することはできなかった。次にＩＣＰ分析法で詳しく組成を評価したところ、磁性ガーネット単結晶の化学式は、（ＢｉＧｄＹｂ）２．９９８Ｎａ０．００２Ｆｅ５．０００Ｏ１２であることが分かり、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶であることを確認した。
【００２７】
（比較例１）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ１３．０ｍｏｌ％、２８．４ｍｏｌ％、４２．５ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．４０（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。８００℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、膜厚３０μｍの単結晶膜１２が育成できたが、単結晶膜に多数の結晶欠陥が発生し、ファラデー回転子に使用することは不可能であった。
【００２８】
（比較例２）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚ、Ｋの配合率は、それぞれ１３．０ｍｏｌ％、２．５ｍｏｌ％、４９．４ｍｏｌ％、１８．９ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．０５（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。８００℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させてエピタキシャル成長を４時間行った。その結果、膜厚３０μｍの単結晶膜１２が育成できたが、単結晶膜に多数の結晶欠陥が発生し、ファラデー回転子に使用することは不可能であった。
【００２９】
（比較例３）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ１２．０ｍｏｌ％、３２．４ｍｏｌ％、３９．５ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．４５（＞０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。８００℃まで融液８の温度を下げたところ、融液８中に固形物が析出したため単結晶膜の育成を中断した。炉を室温まで冷却した後、ルツボ４中の材料表面に析出していた固形物をＸ線回折装置で分析した。固形物はＮａＦｅＯ２であることが分かった。
【００３０】
（比較例４）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ７．０ｍｏｌ％、３０．８ｍｏｌ％、４６．２ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．４０（＞０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げてところ、融液８中に固形物が析出したため単結晶膜の育成を中断した。炉を室温まで冷却した後、ルツボ４中の材料表面に析出していた固形物をＸ線回折装置で分析した。固形物はＮａＦｅＯ２であることが分かった。
【００３１】
（比較例５）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ２．０ｍｏｌ％、２４．７ｍｏｌ％、５７．５ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．３０（＞０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げたところ、融液８中に固形物が析出したため単結晶膜の育成を中断した。炉を室温まで冷却した後、ルツボ４中の材料表面に析出していた固形物をＸ線回折装置で分析した。固形物はＮａＦｅＯ２であることが分かった。
【００３２】
（比較例６）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚは、それぞれ１．０ｍｏｌ％、２１．６ｍｏｌ％、６１．６ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．２６（＞０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げたところ、融液８中に固形物が析出したため単結晶膜の育成を中断した。炉を室温まで冷却した後、ルツボ４中の材料表面に析出していた固形物をＸ線回折装置で分析した。固形物はガーネットであることが分かった。
【００３３】
（比較例７）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨ、ＫＯＨを充填した。Ｆｅの配合率は１５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂの配合率ｘ、Ｎａの配合率ｙ、Ｂｉの配合率ｚ、Ｋの配合率は、それぞれ１．０ｍｏｌ％、３．０ｍｏｌ％、５８．５ｍｏｌ％、２１．６ｍｏｌ％であった。Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））は０．０５（≦０．０１４３ｘ＋０．２４）であった。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置した。９００℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌し、均一な融液８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。７７０℃まで融液８の温度を下げたところ、融液８中に固形物が析出したため単結晶膜の育成を中断した。炉を室温まで冷却した後、ルツボ４中の材料表面に析出していた固形物をＸ線回折装置で分析した。固形物はガーネットであることが分かった。
【００３４】
図３は、上記の実施例及び比較例の育成条件等をまとめて示している。また、図１の●印（Ｅ１〜Ｅ８）は実施例１〜８でのＢの配合率ｘ及びＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））をそれぞれ示し、図１の△印（Ｃ１〜Ｃ７）は比較例１〜７でのＢの配合率ｘ及びＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））をそれぞれ示している。図１及び図３に示すように、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きく０．４１以下の場合（０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．４１）に、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成できる。また、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きく０．０１４３ｘ＋０．２４以下である場合（０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４）に、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成できる。さらに、Ｂの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下である場合（２．０（ｍｏｌ％）≦ｘ≦１２．０（ｍｏｌ％））に、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成できる。また、Ｎａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））が０より大きく０．０１４３ｘ＋０．２４以下であって、かつＢの配合率ｘが２．０ｍｏｌ％以上１２．０ｍｏｌ％以下である場合（０＜ｙ／（ｙ＋ｚ）≦０．０１４３ｘ＋０．２４，２．０（ｍｏｌ％）≦ｘ≦１２．０（ｍｏｌ％））に、ファラデー回転子に使用可能なＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶をより安定に育成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態によるガーネット単結晶の製造方法におけるＢの配合率ｘとＮａ配合比（ｙ／（ｙ＋ｚ））との関係を示すグラフである。
【図２】単結晶を育成する工程の一部を示す図である。
【図３】実施例１乃至８及び比較例１乃至７の育成条件等をまとめて示す表である。
【符号の説明】
【００３６】
２  固定冶具
４  ルツボ
８  融液
１０  基板
１２  単結晶膜
【図１】
0004432875.tif 000002
【図２】
0004432875.tif 000003
【図３】
0004432875.tif 000004