(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒に、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌのうちＦｅを含む少なくとも一種の元素を９．０ｍｏｌ％以上の配合率ｘ（ｍｏｌ％）で溶解して溶液を生成し、
前記溶液を用いて、４３６＋１８．２ｘ≦ｙ≦５５５＋１８．２ｘを満たす９００℃以下の育成温度ｙ（℃）で磁性ガーネット単結晶を育成すること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁性ガーネット単結晶の製造方法であって、
前記溶液はＡｕ製のルツボ内で生成すること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶の製造方法。
【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単結晶を育成する磁性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磁性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、Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒に、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌのうちＦｅを含む少なくとも一種の元素を９．０ｍｏｌ％以上２５．５ｍｏｌ％以下の配合率で溶解して溶液を生成し、前記溶液を用いて磁性ガーネット単結晶を育成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によって達成される。
【０００７】
また上記目的は、Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒に、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌのうちＦｅを含む少なくとも一種の元素を溶解して溶液を生成し、前記溶液を用いて６００℃以上９００℃以下の育成温度で磁性ガーネット単結晶を育成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によって達成される。
【０００８】
さらに上記目的は、Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒に、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌのうちＦｅを含む少なくとも一種の元素を配合率ｘ（ｍｏｌ％）で溶解して溶液を生成し、前記溶液を用いて、４３６＋１８．２ｘ≦ｙ≦５５５＋１８．２ｘを満たす育成温度ｙ（℃）で磁性ガーネット単結晶を育成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によって達成される。
【０００９】
上記本発明の磁性ガーネット単結晶の製造方法であって、前記配合率ｘは９．０ｍｏｌ％以上であり、前記育成温度ｙは９００℃以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明の磁性ガーネット単結晶の製造方法であって、前記溶液はＡｕ製のルツボ内で生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｐｂの含有量を削減した磁性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】
【００１２】
本発明の一実施の形態による磁性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、溶質の主成分であるＦｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３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。
【００１３】
本実施の形態では、Ｎａ、Ｂｉ及びＢを含む溶媒を用い、溶質の主成分である鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）の配合率ｘを変えた種々の育成条件でＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶（磁性ガーネット単結晶）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、Ｆｅ、Ｇａ、Ａｌ、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。また、「Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘ」とは、Ｆｅの配合率、Ｇａの配合率及びＡｌの配合率の和のことである。図１は、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘと、ガーネット単結晶を育成する際の溶液の温度（育成温度）ｙとの関係を示すグラフである。グラフの横軸は配合率ｘ（ｍｏｌ％）を表し、縦軸は育成温度ｙ（℃）を表している。
【００１４】
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際には、金（Ａｕ）製のルツボが必須と考えられる。Ａｕは比較的低い融点（１０６４℃）を持つ柔らかい金属であるため、溶液の温度が９５０℃を超えるとＡｕ製ルツボは形状を保てなくなる。したがって、ルツボに投入した材料を融解する融解温度は９５０℃以下にする必要がある。ガーネット単結晶は融解温度より更に温度の低い過飽和状態で育成されることになるので、育成温度ｙは９００℃以下にする必要がある（図１の直線ａ及びそれより下）。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘを変えて単結晶育成を行ったところ、育成温度ｙを９００℃以下にするにはＦｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘを２５．５ｍｏｌ％以下にする必要があることが分かった（図１の直線ｂ及びそれより左）。
【００１５】
一方、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘを低くするとガーネット単結晶の成長速度が低下する。成長速度が著しく低下すると、ファラデー回転子に加工し得る大きさのガーネット単結晶を得るためには極めて長時間の結晶育成が必要となってしまい、ガーネット単結晶を製造する上で障害となる。具体的には、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘが９．０ｍｏｌ％より低くなると、成長速度が低くなり過ぎてファラデー回転子に適したガーネット単結晶の育成が困難になる。したがって、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは９．０ｍｏｌ％以上であることが望ましい（図１の直線ｃ及びそれより右）。また、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘを９．０ｍｏｌ％以上にするには、育成温度ｙを６００℃以上にする必要があることが分かった（図１の直線ｄ及びそれより上）。
【００１６】
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット（ＢｉｚＲｅ３−ｚＦｅ５Ｏ１２；Ｒｅは希土類元素を表す）単結晶において十分に大きいファラデー回転角を得るためには、Ｂｉ量を示すｚが０．５以上であることが望ましい。一方、Ｂｉ量ｚが１．５より大きくなると過飽和状態が不安定になり、ガーネット単結晶に多数の割れや欠陥が発生してしまうため、Ｂｉ量ｚは１．５以下であることが望ましい。したがって、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶をファラデー回転子に用いるためには、Ｂｉ量ｚは０．５以上１．５以下であるのが望ましい。
【００１７】
Ｂｉは希土類元素と比較して温度が低くなるほど偏析係数が大きくなるため、育成温度ｙが低くなるほどガーネット単結晶中のＢｉ量ｚは多くなる傾向がある。したがって、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘが同じ材料を用いた場合、Ｂｉ量ｚの少ないガーネット単結晶を育成する際の育成温度ｙは高くなり、Ｂｉ量ｚの多いガーネット単結晶を育成する場合の育成温度ｙは低くなる傾向がある。
【００１８】
Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘを９．０ｍｏｌ％から１９．０ｍｏｌ％までの範囲で変えて、Ｂｉ量ｚが０．５のＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成した。配合率ｘと育成温度ｙとの間には、図１の直線ｅのようなほぼ直線的な関係が認められた。配合率ｘ（ｍｏｌ％）及び育成温度ｙ（℃）の関係は、単位の次元を無視するとｙ＝５５５＋１８．２ｘと表される。これは、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘが増加すると材料の融解温度が直線的に上昇し、それに伴い育成温度ｙも上昇するためと考えられる。
【００１９】
また、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘを９．０ｍｏｌ％から２５．５ｍｏｌ％までの範囲で変えて、Ｂｉ量ｚが１．５のＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成した。配合率ｘと育成温度ｙとの間には、図１の直線ｅよりも低い育成温度ｙで直線ｅとほぼ同一の傾きを持つ直線ｆのような直線的な関係が認められた。配合率ｘ（ｍｏｌ％）及び育成温度ｙ（℃）の関係は、単位の次元を無視するとｙ＝４３６＋１８．２ｘと表される。したがって、２本の直線ｅ、ｆ及びそれらで挟まれた範囲の配合率ｘ及び育成温度ｙで単結晶を育成することにより、Ｂｉ量ｚが０．５以上１．５以下であり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が得られることが分かった。
【００２０】
以上の結果より、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶の好ましい育成条件が得られた。すなわち、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘが９．０ｍｏｌ％以上２５．５ｍｏｌ％以下である場合（図１の２本の直線ｃ、ｂ及びそれらの間）に、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育成できる。また、育成温度ｙが６００℃以上９００℃以下である場合（図１の２本の直線ｄ、ａ及びそれらの間）に、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育成できる。さらに、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘ（ｍｏｌ％）と育成温度ｙ（℃）とが４３６＋１８．２ｘ≦ｙ≦５５５＋１８．２ｘの関係を満たす場合（図１の２本の直線ｆ、ｅ及びそれらの間）に、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育成できる。図１の直線ａ、ｃ、ｅ、ｆ及びそれらで囲まれた範囲の配合率ｘ及び育成温度ｙのようにこれらの育成条件を全て満たすことによって、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より安定に育成できるようになる。
【００２１】
なお本実施の形態では、溶媒に溶解する溶質の主成分としてＦｅ、Ｇａ及びＡｌを用いているが、Ｇａ及びＡｌは必ずしも用いる必要はない。例えばＧａを用いない場合、配合率ｘはＦｅの配合率とＡｌの配合率との和を表す。またＧａ及びＡｌの双方を用いない場合、配合率ｘはＦｅの配合率を表す。
【００２２】
本実施の形態によれば、Ｐｂの含有量を削減した磁性ガーネット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、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磁性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。
【００２３】
（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Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１４．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．５ｍｏｌ％、５２．５ｍｏｌ％、２４．５ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。７５０℃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、育成温度７５０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。ｙ１＝４３６＋１８．２ｘ、ｙ２＝５５５＋１８．２ｘとすると、育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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２）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１４．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．４ｍｏｌ％、５２．４ｍｏｌ％、２４．４ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。８１０℃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、育成温度８１０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ≒ｙ２であった。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Ｂｉ０．５２Ｇｄ２．４８Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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、（ＢｉＧｄ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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３）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１４．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．５ｍｏｌ％、５２．６ｍｏｌ％、２４．５ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。６９０℃まで融液の温度を下げてから基板１０の片面を融液８に接触させ、育成温度６９０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１≒ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．５０Ｇｄ０．８７Ｙｂ０．６３Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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４）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．９ｍｏｌ％、５５．４ｍｏｌ％、２５．８ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。７２０℃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、育成温度７２０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ≒ｙ２であった。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Ｂｉ０．５２Ｇｄ２．４８Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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、（ＢｉＧｄ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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】
（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、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．９ｍｏｌ％、５５．５ｍｏｌ％、２５．９ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。６６０℃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、育成温度６６０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００２８】
（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、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ９．０ｍｏｌ％、５５．６ｍｏｌ％、２５．９ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。６００℃まで融液８の温度を下げてから基板１０の片面を融液に接触させ、育成温度６００℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１≒ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．５０Ｇｄ０．８７Ｙｂ０．６３Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００２９】
（実施例７）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．０ｍｏｌ％、４９．３ｍｏｌ％、２３．０ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。９００℃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、育成温度９００℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ≒ｙ２であった。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Ｂｉ０．５２Ｇｄ２．４８Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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、（ＢｉＧｄ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００３０】
（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、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率は１９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．０ｍｏｌ％、４９．４ｍｏｌ％、２３．０ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。８４０℃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、育成温度８４０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．００Ｇｄ１．７０Ｙｂ０．３０Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００３１】
（実施例９）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．０ｍｏｌ％、４９．５ｍｏｌ％、２３．１ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。７８０℃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、育成温度７８０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１≒ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．５０Ｇｄ０．８７Ｙｂ０．６３Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００３２】
（実施例１０）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは２２．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ７．７ｍｏｌ％、４７．６ｍｏｌ％、２２．２ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。９００℃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、育成温度９００℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．５０Ｇｄ０．８７Ｙｂ０．６３Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００３３】
（実施例１１）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは２５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ７．３ｍｏｌ％、４５．５ｍｏｌ％、２１．２ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。９００℃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、育成温度９００℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１≒ｙ＜ｙ２であった。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Ｂｉ１．５０Ｇｄ０．８７Ｙｂ０．６３Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２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。
【００３４】
（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、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは２５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ７．３ｍｏｌ％、４５．５ｍｏｌ％、２１．２ｍｏｌ％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。９８０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料の融解及び攪拌を試みたが、炉温を上げすぎたためルツボ４が変形し単結晶の育成はできなかった。
【００３５】
（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、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは２５．５ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ７．３ｍｏｌ％、４５．５ｍｏｌ％、２１．２ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。８８０℃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、育成温度８８０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ＜ｙ１＜ｙ２であった。育成中、融液８中に多数の固形物が析出したため単結晶膜に多数の結晶欠陥が発生し、育成した単結晶をファラデー回転子に使用することは不可能であった。
【００３６】
（比較例３）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．０ｍｏｌ％、４９．３ｍｏｌ％、２３．０ｍｏｌ％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。９８０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解して攪拌を試みたが、炉温を上げすぎたためルツボ４が変形し単結晶の育成はできなかった。
【００３７】
（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、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは１９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．０ｍｏｌ％、４９．５ｍｏｌ％、２３．１ｍｏｌ％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。９５０℃まで炉温を上げてルツボ４内の材料を融解温度９５０℃で融解して攪拌し、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。７５０℃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、育成温度７５０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ＜ｙ１＜ｙ２であった。育成中、融液８中に多数の固形物が析出したため単結晶膜に多数の結晶欠陥が発生し、育成した単結晶をファラデー回転子に使用することは不可能であった。
【００３８】
（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、Ｌａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ８．９ｍｏｌ％、５５．５ｍｏｌ％、２５．９ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。７５０℃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、育成温度７５０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ２＜ｙであった。その結果、欠陥のない膜厚８０μｍの単結晶膜が育成できた。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Ｂｉ０．４０Ｇｄ２．５４Ｌａ０．０６Ｆｅ４．８０Ｇａ０．１０Ａｌ０．１０Ｏ１２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、（ＢｉＧｄＬａ）２．９９８Ｎａ０．００２（ＦｅＧａＡｌ）５．０００Ｏ１２であることが分かった。しかしながら、育成した単結晶はＢｉ量が少なく、ファラデー回転係数が小さ過ぎるためファラデー回転子には使用できないことを確認した。
【００３９】
（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、Ｌａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは９．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率はそれぞれ８．９ｍｏｌ％、５５．５ｍｏｌ％、２５．９ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。５８０℃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、育成温度５８０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ＜ｙ１＜ｙ２であった。育成中、融液８中に多数の固形物が析出したため単結晶膜に多数の結晶欠陥が発生し、育成した単結晶をファラデー回転子に使用することは不可能であった。
【００４０】
（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、Ｌａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは８．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ９．０ｍｏｌ％、５６．１ｍｏｌ％、２６．２ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。７２０℃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、育成温度７２０℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ２＜ｙであった。しかし、成長速度が低いため膜厚５μｍの単結晶膜しか得られなかった。この成長速度では育成時間を延ばしてもファラデー回転子に必要な膜厚を得ることはできないため、本比較例の育成条件は、ファラデー回転子に用いるための磁性ガーネット単結晶の育成に不適であることが分かった。
【００４１】
（比較例８）
Ａｕ製のルツボ４に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＮａＯＨを充填した。Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘは８．０ｍｏｌ％であった。また、Ｂ、Ｂｉ、Ｎａの配合率は、それぞれ９．０ｍｏｌ％、５６．１ｍｏｌ％、２６．２ｍｏｌ％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内の材料を融解温度９００℃で融解して攪拌し、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。６００℃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、育成温度６００℃でエピタキシャル成長を４時間行った。育成温度ｙとｙ１、ｙ２との関係はｙ１＜ｙ＜ｙ２であった。しかし、成長速度が低いため膜厚１０μｍの単結晶膜しか得られなかった。この成長速度では育成時間を延ばしてもファラデー回転子に必要な膜厚を得ることはできないため、本比較例の育成条件は、ファラデー回転子に用いるための磁性ガーネット単結晶の育成に不適であることが分かった。
【００４２】
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〜Ｅ１１）は実施例１〜１１での配合率ｘ及び育成温度ｙをそれぞれ示し、図１の△印（Ｃ１〜Ｃ８）は比較例１〜８での配合率ｘ及び育成温度ｙをそれぞれ示している（ただし、比較例１及び３では単結晶を育成できなかったため育成温度に代えて融解温度を示している）。図１及び図３に示すように、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘが９．０ｍｏｌ％以上２５．５ｍｏｌ％以下である場合に、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育成できる。また、育成温度ｙが６００℃以上９００℃以下である場合に、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育成できる。さらに、Ｆｅ、Ｇａ及びＡｌの配合率ｘ（ｍｏｌ％）と育成温度ｙ（℃）とが４３６＋１８．２ｘ≦ｙ≦５５５＋１８．２ｘの関係を満たす場合に、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育成できる。これらの育成条件を全て満たすことによって、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より安定に育成できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態による磁性ガーネット単結晶の製造方法における配合率ｘと育成温度ｙ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１１及び比較例１乃至８の育成条件等をまとめて示す表である。
【符号の説明】
【００４４】
２  固定冶具
４  ルツボ
８  融液
１０  基板
１２  単結晶膜
【図１】
0004432874.tif 000002
【図２】
0004432874.tif 000003
【図３】
0004432874.tif 000004