(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｋ、Ｂｉ及びＢを含む溶液を生成し、
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。
【請求項２】
請求項１記載のガーネット単結晶の製造方法であって、
前記溶液は、所定の配合率でＰｂを含むこと
を特徴とするガーネット単結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のガーネット単結晶の製造方法であって、
前記配合率は１１ｍｏｌ％以下であること
を特徴とするガーネット単結晶の製造方法。
【請求項４】
Ｋ及びＢを含む材料をＡｕ製のルツボ内に充填し、
前記材料を融解して融液を生成し、
前記融液を用いて希土類鉄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。
【請求項５】
請求項４記載の単結晶の製造方法であって、
前記希土類鉄ガーネット単結晶は大気圧中で育成すること
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、ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに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、通信用光アイソレータ、光アッテネータ、光サーキュレータ、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。フラックス法による単結晶育成は、大気圧中で行われる。
【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、一般に酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）及び酸化ホウ素（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−ｘ−ｙＭ１ｘＰｂｙＦｅ５−ｚ−ｗＭ２ｚＭ３ｗＯ１２においてＰｂの量ｙ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ている。
【特許文献１】特開２００１−０４４０２６号公報
【特許文献２】特開２００１−０４４０２７号公報
【特許文献３】特開２００２−０２９８９２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の量を削減又は除去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及びそれを用いた光学素子並びに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、Ｋ、Ｂｉ及びＢを含む溶液を生成し、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】
上記本発明のガーネット単結晶の製造方法であって、前記溶液は、所定の配合率でＰｂを含むことを特徴とする。
【０００８】
上記本発明のガーネット単結晶の製造方法であって、前記配合率は１１ｍｏｌ％以下であることを特徴とする。
【０００９】
また上記目的は、Ｋ、Ｂｉ及びＢを含む溶液を用いて育成されることを特徴とするガーネット単結晶によって達成される。
【００１０】
さらに上記目的は、上記本発明のガーネット単結晶を用いて作製されることを特徴とする光学素子によって達成される。
【００１１】
また上記目的は、Ｋを含む材料をＡｕ製のルツボ内に充填し、前記材料を融解して融液を生成し、前記融液を用いて単結晶を育成することを特徴とする単結晶の製造方法によって達成される。
【００１２】
上記本発明の単結晶の製造方法であって、前記単結晶は大気圧中で育成することを特徴とする。
【００１３】
上記本発明の単結晶の製造方法であって、前記材料はさらにＢを含むことを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の単結晶の製造方法であって、前記単結晶は希土類鉄ガーネット単結晶であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、磁性ガーネット等の単結晶に含まれるＰｂ量を削減し、あるいは完全に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態によるガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに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。ＬＰＥ法による磁性ガーネット単結晶膜の育成に使用する溶媒には、通常ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、及びＢｉ２Ｏ３が用いられる。Ｂｉは、ファラデー回転子に使用される磁性ガーネット単結晶の主要な構成元素でもあり、溶媒と溶質の両方の役割を兼ねている。そして主な溶質には、各種希土類元素の酸化物、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、及び鉄（Ｆｅ）と置換できる非磁性元素（アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）等）の酸化物が用いられる。本願で用いられる希土類元素は、単独でＦｅと安定にガーネット単結晶を作ることができる元素である。
【００１７】
ＰｂＯは、磁性ガーネット単結晶を育成するための優れた溶媒であり、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成するためには実用上必須とされている材料である。ＰｂＯは、Ｂｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３と組み合わせて溶媒に用いることにより、酸化物単結晶の育成温度としては比較的低い９００℃以下の温度でガーネット単結晶を析出させることができる。９００℃を超える育成温度では、Ｂｉ２Ｏ３が蒸発して単結晶基板に析出してしまうため、欠陥のない単結晶を育成するのが困難になる。９００℃以下の比較的低温での単結晶育成が可能な点はＰｂＯの長所である。
【００１８】
ファラデー回転子に使用可能なガーネット単結晶膜は、過飽和状態の溶液から数時間乃至数十時間かけて育成される。単結晶の育成中は、溶液中でエピタキシャル成長以外の結晶成長を防止することが必要である。ＰｂＯを溶媒として用いることによって、単結晶育成に必要な溶液の過飽和状態を長時間安定に保つことができる。溶液の過飽和状態を安定に保つことが可能な点はＰｂＯのもう一つの長所である。
【００１９】
これらの長所を有し、ガーネット単結晶の育成に必須とされているＰｂを削減する手法を検討した。その結果、カリウム（Ｋ）がＰｂと置き換え可能な元素であることが分かった。ＰｂＯの一部を水酸化カリウム（ＫＯＨ）で置き換えた溶媒を用いたところ、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶の育成が可能であった。また９００℃以下の温度で単結晶育成が可能な上、単結晶の育成中に溶液の過飽和状態が安定に保たれることが確認できた。
【００２０】
さらに本実施の形態では、ＫやＰｂ等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Ｋ、Ｐｂ、Ｂｉ、ホウ素（Ｂ）、Ｆｅ及び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Ｋのｍｏｌ数をａとし、同じく配合したＫ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｂ、Ｆｅ及び希土類元素の総ｍｏｌ数をｂとすると、Ｋの配合率は（１００×ａ／ｂ）ｍｏｌ％となる。
【００２１】
Ｐｂに代えて配合するＫの量を増やすと、育成したガーネット単結晶膜に含まれるＰｂの量が減少した。すなわち、Ｐｂの配合率を減少させてＫの配合率を増加させることによって、Ｐｂの含有率が低いガーネット単結晶膜が得られた。環境規制で要求されるＰｂの含有率は、例えば重量比で１０００ｐｐｍ（０．１ｗｔ％）以下である。本実施の形態では、Ｐｂの配合率を１１ｍｏｌ％以下にすることにより、ガーネット単結晶膜中のＰｂの含有率を重量比１０００ｐｐｍ以下に低下させることができ、環境規制に適合したガーネット単結晶膜が得られた。
【００２２】
さらに、ＰｂＯを含まず、ＫＯＨ、Ｂｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を含む溶媒からガーネット単結晶を育成することも可能であった。このようにＰｂの全てをＫで代替した育成条件でも、９００℃以下の温度でガーネット単結晶を育成でき、単結晶育成中に溶液の過飽和状態が保たれていることが確認できた。溶媒にＰｂを用いないため、Ｐｂを含まないＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜が得られた。また、育成したガーネット単結晶膜ではＫの含有は認められなかった。図１は、本実施の形態のガーネット単結晶膜に入り得る元素及びＫの価数及びイオン半径を示している。図１に示すように、Ｋのイオン半径は、希土類元素やＢｉのイオン半径と比べて著しく大きい。このため、Ｋはガーネット単結晶膜の結晶格子の中に入ることができなかったと考えられる。
【００２３】
Ｂｉ及びＢは、Ｋと共に溶媒に含まれる必須の元素である。Ｂｉは、溶媒とガーネット単結晶の主な構成元素である。Ｂは、溶液が過飽和状態を保つためにＫと共に必要な元素である。
以下、本実施の形態によるガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子並びに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。
【００２４】
（実施例１−１）
図２は、本実施例における単結晶育成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、ＫＯＨを充填した。溶質となるＦｅの配合率は１５．４ｍｏｌ％であった。また、溶媒となるＢ、Ｂｉ、Ｋの配合率は、それぞれ８．３ｍｏｌ％、５１．６ｍｏｌ％、２４．１ｍｏｌ％であった。これらの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内の材料を融解し攪拌して均一な融液（溶液）８を生成した。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板１０を固定冶具２に取り付けて炉内に投入した。融液８の温度を７７０℃まで下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、エピタキシャル成長による単結晶の育成を７時間行った。その結果、欠陥のない膜厚１４０μｍの単結晶膜１２を育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶膜１２を組成分析したところ、主な組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ５．００Ｏ１２であった。Ｐｂは検出されなかった。したがって単結晶膜１２は、環境基準で求められる０．１ｗｔ％（１０００ｐｐｍ）以下のＰｂ含有率を満足することが分かった。また、この組成分析ではＫも検出されなかった。赤外偏光顕微鏡を用いて単結晶膜１２の結晶内部を観察したところ、膜面に対して垂直な磁区構造を持つ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】
育成した単結晶膜１２を膜厚１２０μｍの単結晶板に加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角１５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、光学素子としてのファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３枚重ねて波長１．３１μｍの光に対する光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２６】
（実施例１−２）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＫＯＨ、ＰｂＯを充填した。溶質となるＦｅの配合率は１５．９ｍｏｌ％であった。また、溶媒となるＢ、Ｂｉ、Ｋ、Ｐｂの配合率は、それぞれ８．３ｍｏｌ％、５０．３ｍｏｌ％、２１．７ｍｏｌ％、３．１ｍｏｌ％であった。これらの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内の材料を融解し攪拌して均一な融液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。融液の温度を７８０℃まで下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、エピタキシャル成長による単結晶の育成を７時間行った。その結果、欠陥のない膜厚１４０μｍの単結晶膜１２を育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶膜１２を組成分析したところ、主な組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．２９Ｆｅ５．００Ｏ１２であった。Ｐｂは０．０３ｗｔ％だけ検出された。したがって単結晶膜１２は、環境基準で求められる０．１ｗｔ％（１０００ｐｐｍ）以下のＰｂ含有率を満足することが分かった。また、この組成分析ではＫは検出されなかった。赤外偏光顕微鏡を用いて単結晶膜１２の結晶内部を観察したところ、膜面に対して垂直な磁区構造を持つ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】
育成した単結晶膜１２を膜厚１２０μｍの単結晶板に加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角１５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３枚重ねて波長１．３１μｍの光に対する光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００２８】
（実施例１−３）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＫＯＨ、ＰｂＯを充填した。溶質となるＦｅの配合率は１７．０ｍｏｌ％であった。また、溶媒となるＢ、Ｂｉ、Ｋ、Ｐｂの配合率は、それぞれ８．５ｍｏｌ％、４６．６ｍｏｌ％、１６．１ｍｏｌ％、１１．０ｍｏｌ％であった。これらの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内の材料を融解し攪拌して均一な融液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。融液の温度を７９０℃まで下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、エピタキシャル成長による単結晶の育成を７時間行った。その結果、欠陥のない膜厚１４０μｍの単結晶膜１２を育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶膜１２を組成分析したところ、主な組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．２９Ｆｅ５．００Ｏ１２であった。Ｐｂは０．１ｗｔ％だけ検出された。したがって単結晶膜１２は、環境基準で求められる０．１ｗｔ％（１０００ｐｐｍ）以下のＰｂ含有率を満足することが分かった。また、この組成分析ではＫは検出されなかった。赤外偏光顕微鏡を用いて単結晶膜１２の結晶内部を観察したところ、膜面に対して垂直な磁区構造を持つ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。
【００２９】
育成した単結晶膜１２を膜厚１２０μｍの単結晶板に加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角１５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３枚重ねて波長１．３１μｍの光に対する光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００３０】
（比較例１−１）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。溶質となるＦｅの配合率は２０．２ｍｏｌ％であった。また、溶媒となるＢ、Ｂｉ、Ｐｂの配合率は、それぞれ８．９ｍｏｌ％、３８．９ｍｏｌ％、３１．０ｍｏｌ％であった。これらの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内の材料を融解し攪拌して均一な融液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。融液の温度を７９０℃まで下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、エピタキシャル成長による単結晶の育成を７時間行った。その結果、欠陥のない膜厚１４０μｍの単結晶膜１２を育成できた。蛍光Ｘ線分析法により単結晶膜１２を組成分析したところ、主な組成はＢｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．２９Ｆｅ５．００Ｏ１２であった。Ｐｂは０．３５ｗｔ％だけ検出された。したがって単結晶膜１２は、環境基準で求められる０．１ｗｔ％（１０００ｐｐｍ）以下のＰｂ含有率を満足していないことが分かった。赤外偏光顕微鏡を用いて単結晶膜１２の結晶内部を観察したところ、膜面に対して垂直な磁区構造を持つ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。
【００３１】
育成した単結晶膜１２を膜厚１２０μｍの単結晶板に加工して、波長１．３１μｍの光に対して回転角１５ｄｅｇとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜してファラデー回転子を作製した。このファラデー回転子を３枚重ねて波長１．３１μｍの光に対する光学特性を評価したところ、ファラデー回転子として問題のない特性であった。
【００３２】
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。図３に示すように、Ｋ、Ｂｉ及びＢを溶媒として含む溶液を生成し、その溶液を用いてガーネット単結晶を育成することにより、環境基準で求められるＰｂ含有率（０．１ｗｔ％以下）を満足するガーネット単結晶を得られることが分かった。また、溶液がさらにＰｂを含む場合、Ｐｂの配合率を１１．０ｍｏｌ％以下にすることにより、環境基準で求められるＰｂ含有率を満足するガーネット単結晶を得られることが分かった。
【００３３】
以上のように、本実施の形態によれば、Ｐｂの含有量を削減又は完全に除去したガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子を実現できる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態による単結晶の製造方法について図４及び図５を用いて説明する。本実施の形態では、従来の溶媒に含まれるＰｂをＫで代替し、Ｋ、Ｂｉ及びＢを溶媒として含む溶液を用いてＢｉ置換希土類鉄ガーネット等の単結晶を育成する。これにより、従来単結晶に微量含まれていたＰｂをほぼ完全に除去できる。
【００３５】
ガーネット単結晶を育成する際には一般に白金（Ｐｔ）製のルツボが用いられる。Ｐｔは、ガーネット単結晶の育成温度より融点が高く、溶媒として用いられるＰｂＯの融液に対する耐食性も比較的高いという特徴を有している。
【００３６】
しかしながら、Ｐｔ製ルツボを用い、Ｋを溶媒として含む溶液からガーネット単結晶を繰り返し育成すると、ルツボの壁に微少な穴などが形成されてルツボ内の融液が外側に漏れてしまう場合がある。ルツボ内の融液が漏れるとガーネット単結晶の育成が中断してしまう上、単結晶育成炉のヒータ等が融液により破損してしまうという問題が発生し得る。
【００３７】
図４は、Ｋを含む溶媒からガーネット単結晶を繰り返し育成した際に用いられ、融液の漏れが生じたＰｔ製ルツボの壁面を拡大して示している。図４に示すように、Ｐｔ製ルツボの壁面を目視で観察したところ、単結晶育成を繰り返したことによりＰｔの結晶粒が成長していた。ルツボの壁面をさらに顕微鏡で観察したところ、図４中央部のＰｔの結晶粒界においてルツボ内壁面側から外側に貫通する穴が空いていることが分かった。単結晶を育成する際に溶媒として用いられるＢｉ２Ｏ３やＢ２Ｏ３等の各種酸化物は、ルツボの材質であるＰｔに拡散し、Ｐｔの結晶粒の成長と共にその粒界に集まる。Ｐｔの結晶粒界に集まった各種酸化物が、Ｋを含む溶媒により溶解されることによって、ルツボ壁に穴が空いたものと考えられる。
【００３８】
そこで、Ａｕ製のルツボを用いたガーネット単結晶の育成を試みた。すなわち、Ｋ、Ｂｉ及びＢを含む材料をＡｕ製ルツボ内に充填し、充填した材料を融解する。これにより、Ｋ、Ｂｉ及びＢを溶媒として含む融液が生成される。当該融液を用いて、例えばＬＰＥ法によりＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する。ここで、融液がＢを溶媒として含むことにより、過飽和状態を保ちながらガーネット単結晶を安定に育成できる。Ａｕ製ルツボを用いた場合、Ｋを含む溶媒からガーネット単結晶を繰り返し育成してもルツボ内の融液が漏れることはなかった。育成に用いたＡｕ製ルツボの壁面を目視と顕微鏡で観察した。図５は、Ｋを含む溶媒からガーネット単結晶を繰り返し育成した際に用いられたＡｕ製ルツボの壁面を拡大して示している。図５に示すように、Ｐｔ製ルツボと同様にＡｕの結晶粒が成長しているのを確認できたが、穴などは確認できなかった。
【００３９】
ＰｂＯ、Ｂｉ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を溶媒としてガーネット単結晶を育成した場合でも、Ｐｂ等がＰｔの結晶粒界に集まる現象は生じていた。しかし、それを原因としてＰｔ製ルツボ内の融液が漏れてしまうことはなかった。これに対し、Ｋを含む溶媒を用いたときに上記のようにＰｔ製ルツボ内の融液に漏れが生じたのは、Ｋを含む溶媒がＰｂを含む従来の溶媒に比べて材料を溶かす力が強いので、各種酸化物の集まったＰｔの結晶粒界を侵食したためと考えられる。
【００４０】
一方、Ａｕは非常に酸化され難い金属であるため、各種酸化物がＡｕにほとんど拡散せず、結晶粒界に集まることもない。そのため、Ｋを含む溶媒を用いて単結晶の育成を繰り返してＡｕの粒成長が進行した場合でも、結晶粒界が侵食されることはない。したがって、単結晶の育成を繰り返してもＡｕ製ルツボ内の融液が漏れてしまうことはない。
【００４１】
以上の効果は、Ａｕ製ルツボを用い、Ｋを含む溶媒を用いて単結晶を育成する全ての方法に有効である。したがって、Ｋを含む溶媒を用いて例えばガーネット以外の単結晶をＬＰＥ法以外のフラックス法により育成する場合であっても、Ａｕ製ルツボを用いればルツボ内の融液が漏れてしまうのを防止できる。
以下、本実施の形態による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。
【００４２】
（実施例２−１）
内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つＡｕ製のルツボ４を作製した。このルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＫＯＨを充填した。これらの材料は、ルツボ４の底面から高さ約７５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置し、９５０℃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。８３０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、エピタキシャル成長による単結晶の育成を４時間行った。これにより、膜厚１００μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜１２を基板１０上に育成した。単結晶育成は大気圧中で行った。単結晶を室温まで冷却して取り出し、研磨工程等を経て磁性ガーネット単結晶膜１２を作製した。その後、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３をルツボ４内に追加して、同様の手順で単結晶の育成を５０回繰り返した。その間にルツボ４に穴が空いて融液が漏れてしまうことはなかった。
【００４３】
（比較例２−１）
内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つＰｔ製のルツボ４を作製した。このルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＫＯＨを充填した。これらの材料は、ルツボ４の底面から高さ約７５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ４を電気炉に配置し、９５０℃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。８３０℃まで炉温を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、エピタキシャル成長による単結晶の育成を４時間行った。これにより、膜厚１００μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜１２を基板１０上に育成した。単結晶育成は大気圧中で行った。単結晶を室温まで冷却して取り出し、研磨工程等を経て磁性ガーネット単結晶膜１２を作製した。その後、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３をルツボ４内に追加して、同様の手順で単結晶の育成を繰り返した。３０回目でルツボ４に穴が空き、ルツボ４内の融液８が漏れてしまった。
【００４４】
以上のように本実施の形態によれば、Ｐｂの含有量を削減又は完全に除去した単結晶の製造方法を実現できる。また本実施の形態によれば、フラックス法を用いてＫを含む溶媒から単結晶を繰り返し育成する際、ルツボ内の融液が漏れるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態のガーネット単結晶膜に入り得る元素及びＫの価数及びイオン半径を示す図である。
【図２】単結晶育成工程の一部を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の実施例１−１乃至１−３及び比較例１−１の育成条件等をまとめて示す表である。
【図４】Ｐｔ製ルツボの壁面を拡大して示す図である。
【図５】Ａｕ製ルツボの壁面を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
２  固定冶具
４  ルツボ
８  融液
１０  基板
１２  単結晶膜
【図１】
0004432896.tif 000002
【図２】
0004432896.tif 000003
【図３】
0004432896.tif 000004
【図４】
0004432896.tif 000005
【図５】
0004432896.tif 000006