(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラックス成分に酸化ビスマス、酸化ホウ素、酸化カルシウムを含み、かつ鉛成分をフラックスとして用いないことを特徴とした液相エピタキシャル法によって非磁性ガーネット単結晶基板上に育成され、かつ、
一般式：Ｒ３−ｘ−ｙ−ｗＢｉｘＣａｙＭｗＦｅ５−ｚ−ｖＡｚＰｔｖＯ１２    （１）
（式中、ＲはＹ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、ＹｂおよびＬｕからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素である。ＭはＮａまたはＫから選ばれる一種または二種以上の元素であって、ＲまたはＦｅの一部が置換される。Ａは、ＧａまたはＡｌ、およびその両方の元素である。また、０．７＜ｘ＜１．４、０．０１＜ｙ＜０．１、ｚ＜１．０、ｗ＜０．０５、０．０１＜ｖ＜０．１である。）
で示されるビスマスとカルシウムを置換したことを特徴とする希土類鉄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、光アイソレータや光サーキュレータなどのファラデー回転子に用いられる希土類鉄ガーネット単結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ通信や光計測の発展はめざましいものがある。この光ファイバ通信や光計測では多くの場合、信号源として半導体レーザが使用されている。しかし、半導体レーザは、光ファイバ端面などから反射し、再び半導体レーザ自身に戻ってくるところの所謂反射戻り光があると、発振が不安定になるという重大な欠点がある。そのため半導体レーザの出射側に光アイソレータを設けて、反射戻り光を遮断し、半導体レーザの発振を安定化させることが行われている。
【０００３】
光アイソレータは偏光子、検光子、ファラデー回転子およびファラデー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石からなる。光アイソレータの中心的な機能を担うファラデー回転子には、主に液相エピタキシャル（以下、ＬＰＥと略す）法で育成される厚さが数十μｍから５００μｍ程度のビスマスを置換した希土類鉄ガーネット単結晶（以下、ＲＩＧと適宜略す）、たとえば（ＨｏＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２、（ＹｂＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２などが提案されている。
【０００４】
一般的なＬＰＥ法によるＲＩＧの育成法は、フラックス成分であるＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３にガーネット単結晶成分である希土類や鉄を溶かした融液を、ガーネット単結晶が析出する過飽和温度状態にして、種結晶基板上を浸漬して結晶育成が行われる。この際に、フラックス成分であり、かつファラデー効果の増大をもたらすビスマスが多量に取り込まれ、ビスマスの置換されたＲＩＧが育成されるのである。しかしながら、同じくフラックス成分である鉛も、不純物として０.２重量％〜０.８重量％が取り込まれる。
【０００５】
近年、環境に対する規制が厳しくなってきている。鉛は中枢神経系機能障害やガンを引き起こす物質であることから、例えば、ＲｏＨＳ指令「電気電子機器に含まれる特定有害物質の使用制限に関する欧州議会および理事会指令」での指定物質であり、その最大許容量は０.１重量％と定められている。このＲｏＨＳ指令を満足するための最も有効な手段は、鉛を含まないフラックス成分を使った融液による結晶育成であることは明白である。例えば、鉛を含まないフラックス成分としてＢｉ２Ｏ３（特許文献１）を用いる例が報告されているが、光通信用途のファラデー回転子に必要な厚さ０.５ｍｍ程度の良質なＲＩＧを、Ｂｉ２Ｏ３だけのフラックスを用いて安定に育成する技術は確立されていない。また、困難だとされている。
【０００６】
ＲＩＧを結晶育成するＬＰＥ法には、様々なフラックス成分に関する研究が成されている。例えば非特許文献１では、各種フラックスの性質である表面張力や融点に関する報告されている。この非特許文献１によると、Ｂｉ２Ｏ３にＰｂＯ、またはＮａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物を添加すると、表面張力が下がりＲＩＧの育成条件が安定することが、またＢ２Ｏ３の添加により、表面張力は上がるものの融点が下がり低温域下でも多量にビスマスを置換量できることが示唆されている。また、非特許文献２では、ＳｉＯ２やＧｅＯ２などを添加することで粘度が下がり、これら元素の添加がやはり育成条件に対して重要な役割を持つとの報告がある。ここで、非特許文献１や下記の特許文献２では、フラックス成分にＮａ２ＯやＫ２Ｏを添加するとされているが、実際にはＮａ２ＣＯ３やＫ２ＣＯ３を添加している。添加するものが炭酸化合物や水酸化物であっても高温の融液中では、分解されＮａ２ＯやＫ２Ｏとして存在していると考えるのが一般的であるので、本文では文献の内容のままアルカリ金属酸化物と記載した。
【０００７】
これら研究成果を経て、特許文献２では鉛を使わないＬＰＥ法のフラックス成分として、Ｂｉ２Ｏ３にＮａ２ＯやＫ２Ｏといったアルカリ金属酸化物とＳｉＯ２やＧｅＯ２などを添加したフラックスを用いるＬＰＥ法が報告されている。しかしながら、最終的に今日では、安定したフラックスとして、ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３を用いるＬＰＥ法が、一般的となっている。
【０００８】
ＰｂＯ−Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３フラックスにおいてＰｂＯは表面張力を下げ、ＲＩＧの結晶育成の安定化に寄与する。同様な効果を持つＮａ２Ｏなどアルカリ金属酸化物と比較して安定な結晶育成条件が見つけ易いことから、今日広く利用されている。しかしながら、上述したように鉛のＲＩＧへの混入は、環境上好ましくない。
【０００９】
鉛成分を含んだフラックスからの鉛のＲＩＧへの混入を、同じ２価であるＣａを添加して抑制する技術を、本発明者らは提案している（特許文献３）。しかし、この方法では鉛を全く含まないＲＩＧは原理的に製造できない。
ＰｂＯと同等の効果を持つＮａ２ＯをＰｂＯの代わりに用いたフラックスからＬＰＥ育成するＲＩＧが提案されてはいる（特許文献２、および特許文献４）。しかし、この方法で育成したＲＩＧでは、光学部品としての挿入損失が高くなることが報告されている（特許文献５）。挿入損失は、特許文献６や特許文献７などで、窒素や水素の雰囲気下で熱処理によって低下することが知られているが、参考文献６では結晶育成に金（Ａｕ）るつぼが使われ、理由は確かでは無いが白金（Ｐｔ）るつぼ使って結晶育成され、Ｎａといったアルカリ金属を含んだＲＩＧでは、熱処理の効果が見られず、熱処理によって上昇するケースがあることを、本発明者らは確認している。
【００１０】
Ｃａを含んだ融液から育成されＣａを少量置換したＲＩＧでは、窒素や水素、またはその混合ガス雰囲気下で加熱することで、挿入損失を低下する技術が提案されている（特許文献７）。また、本研究者らは、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３フラックスにＣａが少量でも添加されると、結晶育成条件が変化して、結晶性は向上するものの、量産性に重要な結晶育成速度が低下してしまうことを見出している。一方、鉛を使わず大きな結晶育成速度を有するフラックス組成比、すなわちＢｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３やＮａ２Ｏなどアルカリ金属酸化物、及びＲＩＧ成分の割合、を見出すことは難しい。このフラックスに更にＣａを加え、実用可能なＲＩＧを結晶育成した例は、本発明者らが知る限りは無く、上述した効果のあるＣａを少量添加して挿入損失が低く、かつ鉛をフラックス成分に用いず白金るつぼを使って、安定に結晶育成可能で量産性に富んだ希土類鉄ガーネット単結晶は、実用化されていないのである。
【００１１】
【特許文献１】特開昭５０−１３４０００
【特許文献２】特公昭５７−４５７１９
【特許文献３】特開２００７−１５３６９６
【特許文献４】特開２００６−１６９０９３
【特許文献５】特開２００７−２１７２７８
【特許文献６】特開２００７−２２６１９２
【特許文献７】特願２００７−１７６２６３
【非特許文献１】「Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ  Ｓｏｃ．,  １２３」、Ｊ．Ｍ．Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ．  １９７６年  ｐ．１２４８
【非特許文献２】「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ６８Ａ−２」、Ｅｒｎｅｓｔ  Ｍ．  Ｌｅｖｉｎ  ｅｔ．ａｌ．  １９６４年  ｐ．１９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
フラックス成分に鉛を含まないＬＰＥ法にて、安定的に結晶育成が可能で量産性に富み、かつ挿入損失が低く、ファラデー効果の大きいビスマスを置換した希土類鉄ガーネット単結晶を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、一般に用いられる白金るつぼを使って結晶育成を行っても、カルシウムを含んだＲＩＧであれば、熱処理効果があり挿入損失の小さなＲＩＧが得られるとの知見を得て、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、鉛成分をフラックスとして用いない液相エピタキシャル法によって、非磁性ガーネット単結晶基板上に育成され、
一般式  ：  Ｒ３−ｘ−ｙ-ｗＢｉｘＣａｙＭｗＦｅ５−ｚ−ｖＡｚＰｔｖＯ１２  （１）
（式中、ＲはＹ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、ＹｂおよびＬｕからなる群から選ばれる一種または二種以上の元素である。ＭはＮａまたはＫから選ばれる一種または二種以上の元素である。Ａは、ＧａまたはＡｌ、およびその両方の元素である。また、０．７＜ｘ＜１．４、０．０１＜ｙ＜０．１、ｚ＜１．０、ｗ＜０．０５、０．０１＜ｖ＜０．１である。）
で示されるビスマスとカルシウムを置換したことを特徴とする希土類鉄ガーネット単結晶。
【発明の効果】
【００１４】
環境への規制、例えばＲｏＨＳ指令を満足し、光学特性の優れたファラデー回転子の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明の一般式（１）のＲＩＧにおいて、ビスマス置換量ｘが０．7を下回るとファラデー効果が低下し、必要な膜厚が厚くなるので好ましくない（ファラデー効果はビスマス置換量にほぼ比例する）。逆に、ｘが１．４を超えると非磁性ガーネット単結晶基板との格子定数のマッチングがとれなくなり、良質な単結晶が得られなくなる。
ガリウムとアルミニウムにて鉄を置換する手法は、ＲＩＧの飽和磁界を下げるために通常に用いるが、置換量ｚが１．０を超えると、ファラデー回転効果の温度変化が大きくなり、好ましくない。
また、Ｒは、光学特性と磁気特性を考慮し、かつ、育成基板との格子定数の適合性などを考慮して選択するものであるが、具体的には、Ｙ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｈｏ、Ｙｂ、Ｌｕの組み合わせが挙げられる。
【００１６】
カルシウム置換量ｙが０．０１を下回ると熱処理による光挿入損失の低減効果が薄れるので好ましくない。カルシウムを置換すると、ＲＩＧ中にはごく少量の４価の鉄が含まれることになるが、この４価の鉄は熱処理による還元効果で３価に戻すことができ、光挿入損失の原因となる４価の鉄を減らすことができる。しかし、カルシウムが置換されていない、あるいはカルシウム置換量ｙが０．０１を下回ると、ＲＩＧ中にはごく少量の２価と４価の鉄が存在し、熱処理は２価の鉄に効果を及ぼさないため、２価の鉄に起因した光挿入損失が低減できない。とはいえ、カルシウム置換量ｙが多すぎると、ＲＩＧ中の４価の鉄が増え過ぎるため、熱処理での損失低減も困難となり、やはり好ましくない。本発明者らは、熱処理可能なカルシウム置換量ｙの上限を０．１と見積もっている。
【００１７】
ナトリウム、カリウムなどアルカリ金属はフラックス成分から混入する。その置換量ｗは、本発明者が確認した限り最大でも０．０５程度である。また本発明者らは、アルカリ金属を含まないフラックスであっても、含んだものより比較的生産性は劣るもののＲＩＧの結晶育成は可能であることを確認しているので、置換量ｗの範囲には０を含めた。
白金はＬＰＥ法で用いる白金を主成分としたるつぼから溶け出し、ＲＩＧ中に混入する成分である。本発明者らが確認する限りその置換量ｖは、０．０１＜ｖ＜０．１である。
【００１８】
本発明のＲＩＧの製造に用いる育成基板（基板）としては、公知のものが使用できる。一般には、既に、ＳＧＧＧ基板と称して市販されている格子定数が１．２４９０ｎｍから１．２５１５ｎｍの非磁性ガーネット〔（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２〕基板や〔Ｎｄ３Ｇａ５Ｏ１２〕から適宜選択する。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例によって、具体的に説明する。
実施例１
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３３０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５３ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]８０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]２gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５７０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ２．１Ｂｉ０．９Ｃａ０．０５Ｎａ０．００８Ｆｅ４．９５Ｐｔ０．０５Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて８９０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４３ｄＢ、光挿入損失は０．０７ｄＢであった。
【００２０】
実施例２
実施例１で得たＲＩＧを波長１３１０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで窒素ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１３１０ｎｍ波長にて１３４０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４７ｄＢ、光挿入損失は０．０３ｄＢであった。
【００２１】
実施例３
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５０００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]４５０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]１６０ｇ、炭酸ナトリウム[Ｎａ２ＣＯ３]２９０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]７５ｇ、酸化イッテリビウム[Ｙｂ２Ｏ３]６ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]２gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５５０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ１．７Ｙｂ０．１Ｂｉ１．１Ｃａ０．０３Ｎａ０．０１７Ｆｅ４．９８Ｐｔ０．０２Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて９６０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４３ｄＢ、光挿入損失は０．０６ｄＢであった。
【００２２】
実施例４
実施例３で得たＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて８９０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４４ｄＢ、光挿入損失は０．０８ｄＢであった。
【００２３】
実施例５
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３３０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５３ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９０ｇ、酸化ガドリウム[Ｇｄ２Ｏ３]４０ｇ、酸化イットリウム[Ｙ２Ｏ３]４０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]２gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚４５０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＧｄ０．９Ｙ０．９Ｂｉ１．１Ｃａ０．０５Ｎａ０．００８Ｆｅ４．９５Ｐｔ０．０５Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて１１１０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４８ｄＢ、光挿入損失は０．０３ｄＢであった。
【００２４】
実施例６
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３００ｇ、酸化アルミニウム[Ａｌ２Ｏ３]２５ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５３ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９０ｇ、酸化ガドリウム[Ｇｄ２Ｏ３]５５ｇ、酸化テリビウム[Ｔｂ３Ｏ７]２０ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]２gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５３０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＧｄ１．３Ｔｂ０．５Ｂｉ１．２Ｃａ０．０４Ｎａ０．０１Ｆｅ４．５５Ａｌ０．４Ｐｔ０．０４Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて９００ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４４ｄＢ、光挿入損失は０．０５ｄＢであった。
【００２５】
実施例７
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５０００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３６０ｇ、酸化ガリウム[Ｇａ２Ｏ３]６０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]１６０ｇ、炭酸ナトリウム[Ｎａ２ＣＯ３]２９０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]５５ｇ、酸化ホルミウム[Ｈｏ２Ｏ３]２５ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]３gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５９０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ１．１Ｈｏ０．６Ｂｉ１．２Ｃａ０．０６Ｎａ０．０１９Ｆｅ４．２Ｇａ０．７Ｐｔ０．０６Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて８５０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４３ｄＢ、光挿入損失は０．０７ｄＢであった。
【００２６】
実施例８
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５６００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]２９０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]１００ｇ、酸化イッテリビウム[Ｙｂ２Ｏ３]８ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]３gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５６０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ１．６Ｙｂ０．２Ｂｉ１．１Ｃａ０．０７Ｆｅ４．９５Ｐｔ０．０５Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて９６０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４５ｄＢ、光挿入損失は０．０８ｄＢであった。
【００２７】
実施例９
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]３９００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]２００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]３０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]７０ｇ、炭酸カリウム[Ｋ２ＣＯ３]７ｇ、酸化カルシウム[ＣａＯ]２gを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚４５０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ２．０Ｂｉ０．９Ｃａ０．０５Ｋ０．００１Ｆｅ４．９５Ｐｔ０．０５Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで水素と窒素の混合ガスにて熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて８９０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４７ｄＢ、光挿入損失は０．０９ｄＢであった。
【００２８】
比較例１
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]５５００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]３３０ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]５０ｇ、水酸化ナトリウム[ＮａＯＨ]９０ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]８０ｇを仕込み、実施例１の酸化カルシウム[ＣａＯ]を仕込まず融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚５００μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ２．1Ｂｉ０．９Ｎａ０．００８Ｆｅ４．９５Ｐｔ０．０５Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１５５０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１５５０ｎｍ波長にて８８０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４２ｄＢであったが、光挿入損失は１．０ｄＢであって熱処理条件を振っても、ファラデー回転子に要求される光挿入損失０．１ｄＢ以下には下がらなかった。
【００２９】
比較例２
白金製ルツボに酸化ビスマス[Ｂｉ２Ｏ３]３９００ｇ、酸化第２鉄[Ｆｅ２Ｏ３]２００ｇ、酸化ほう素[Ｂ２Ｏ３]３０ｇ、炭酸カリウム[Ｋ２ＣＯ３]７ｇ、酸化テルビウム[Ｔｂ４Ｏ７]７０ｇを仕込み融液とした。
この融液を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、１０００℃に加熱溶融し、十分に攪拌することで均一に混合してＲＩＧ育成融液とした。ここに得られた融液の温度を飽和温度以下の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、厚さが７６０μmで、格子定数が１．２４９７±０．０００２nmの３インチ（１１１）ガーネット単結晶[(ＧｄＣａ)３(ＣａＭｇＺｒ)５Ｏ１２]基板の片面を接触させ、基板を回転させながらエピタキシャル成長を行った結果、膜厚３７０μmの良質なＲＩＧを得た。この結晶をＩＣＰ分析により組成分析した結果、組成はＴｂ２．1Ｂｉ０．９Ｋ０．００１Ｆｅ４．９５Ｐｔ０．０５Ｏ１２であった。またこのＲＩＧを波長１３１０ｎｍでファラデー回転角が４５度になるように基板及びＲＩＧを研磨した。次いで熱処理を行い、さらに両面に誘電多層膜の反射防止膜を形成して、光学特性を評価した。ファラデー回転角は１３１０ｎｍ波長にて１３５０ｄｅｇ／ｃｍ、消光比４６ｄＢであったが、光挿入損失は２．１ｄＢであり熱処理条件を振っても、ファラデー回転子に要求される光挿入損失０．１ｄＢ以下には下がらなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
有害物質である鉛を含まず、安定に結晶育成可能で量産性に富み、かつ挿入損失が低くファラデー効果の大きい希土類鉄ガーネット単結晶を得ることができ、その産業上の意義は極めて高い。