JPH0727823B2 - 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 - Google Patents
磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料Info
- Publication number
- JPH0727823B2 JPH0727823B2 JP60279638A JP27963885A JPH0727823B2 JP H0727823 B2 JPH0727823 B2 JP H0727823B2 JP 60279638 A JP60279638 A JP 60279638A JP 27963885 A JP27963885 A JP 27963885A JP H0727823 B2 JPH0727823 B2 JP H0727823B2
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- Japan
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- lattice constant
- substrate
- garnet
- temperature
- single crystal
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気光学素子用磁性ガーネット材料に関す
る。
る。
光ファイバー通信は、従来の電気通信と比べ大容量のデ
ータを高速に、かつ低負失で伝送できる利点があり、現
在実用化が急速に進んでいる。しかしファイバー内を伝
搬するレーザー光の一部が光ファイバー接続点やコネク
タ、スイッチ等の光デバイスにおいて反射され光源の半
導体レーザーに戻ると、レーザー発振を不安定にさせ、
伝送品質を低下させてしまう。このため信頼性の高い通
信や計測を行なう上で、出射光を通過させるが反射光の
通過を阻止する光学素子として光アイソレータが知られ
ている。
ータを高速に、かつ低負失で伝送できる利点があり、現
在実用化が急速に進んでいる。しかしファイバー内を伝
搬するレーザー光の一部が光ファイバー接続点やコネク
タ、スイッチ等の光デバイスにおいて反射され光源の半
導体レーザーに戻ると、レーザー発振を不安定にさせ、
伝送品質を低下させてしまう。このため信頼性の高い通
信や計測を行なう上で、出射光を通過させるが反射光の
通過を阻止する光学素子として光アイソレータが知られ
ている。
光アイソレータは、一般に、偏光子、ファラデー回転子
および検光子からなり、順方向に進む光は偏光により偏
光成分が選択され、ファラデー回転子に入射するとファ
ラデー効果により偏光面が45度回転させられる。検光子
の偏光面は偏光子の偏光面に対して45度傾けて設定され
ているので順方向の光は低損失で通過する。一方、逆方
向からの入射光は、偏光子に対して45度傾いた偏光面の
光が検光子により選択され、ファラデー回転子によりさ
らに45度回転させられる結果、偏光子の偏光面に対して
90度ずれた偏光成分のみが偏光子に入射することになる
ので、通過が阻止されるというものである。
および検光子からなり、順方向に進む光は偏光により偏
光成分が選択され、ファラデー回転子に入射するとファ
ラデー効果により偏光面が45度回転させられる。検光子
の偏光面は偏光子の偏光面に対して45度傾けて設定され
ているので順方向の光は低損失で通過する。一方、逆方
向からの入射光は、偏光子に対して45度傾いた偏光面の
光が検光子により選択され、ファラデー回転子によりさ
らに45度回転させられる結果、偏光子の偏光面に対して
90度ずれた偏光成分のみが偏光子に入射することになる
ので、通過が阻止されるというものである。
従来、ファラデー回転子の材料として、フラックス法で
育成したイットリウム・鉄・ガーネットY3Fe5O12(YI
G)のバルク単結晶が用いられて来たが、YIGはファラデ
ー回転係数が小さいため、所要のファラデー効果を得る
ためには厚さを2〜3mmと大きくしなければならない。
しかし、YIGは高価であるので、このように厚くするこ
とは素子製造のコスト上問題がある。
育成したイットリウム・鉄・ガーネットY3Fe5O12(YI
G)のバルク単結晶が用いられて来たが、YIGはファラデ
ー回転係数が小さいため、所要のファラデー効果を得る
ためには厚さを2〜3mmと大きくしなければならない。
しかし、YIGは高価であるので、このように厚くするこ
とは素子製造のコスト上問題がある。
そこで、近年、ファラデー回転子の材料として、非磁性
ガーネット基板上に比較的薄い磁性ガーネット膜をエピ
タキシャル成長させたものが提案されている。このよう
な材料の場合には、磁性ガーネット膜には、膜厚が小さ
くても所要のファラデー効果が得られるようにファラデ
ー回転係数が大きいことと、基板となる非磁性ガーネッ
トと格子定数が一致することが求められる。磁性ガーネ
ットの希土類成分を一部ビスマス(Bi)で置換するとフ
ァラデー回転係数が著しく増加することが知られてお
り、これを利用した上記のような磁性材料として、ガド
リニウム・ガリウム・ガーネットGd3Ga5O12(GGG)基板
上に、例えば、(GdBi)3(FeAlGa)5O12で表わされる
磁性ガーネット膜を育成した材料が知られている。
ガーネット基板上に比較的薄い磁性ガーネット膜をエピ
タキシャル成長させたものが提案されている。このよう
な材料の場合には、磁性ガーネット膜には、膜厚が小さ
くても所要のファラデー効果が得られるようにファラデ
ー回転係数が大きいことと、基板となる非磁性ガーネッ
トと格子定数が一致することが求められる。磁性ガーネ
ットの希土類成分を一部ビスマス(Bi)で置換するとフ
ァラデー回転係数が著しく増加することが知られてお
り、これを利用した上記のような磁性材料として、ガド
リニウム・ガリウム・ガーネットGd3Ga5O12(GGG)基板
上に、例えば、(GdBi)3(FeAlGa)5O12で表わされる
磁性ガーネット膜を育成した材料が知られている。
ところで、光アイソレータ等の素子が使用される環境、
状況において安定した動作特性を有するためには、ファ
ラデー回転子として用いられる磁性材料のファラデー回
転係数が、なるべく広い温度範囲において小さな温度係
数を有することが求められる。
状況において安定した動作特性を有するためには、ファ
ラデー回転子として用いられる磁性材料のファラデー回
転係数が、なるべく広い温度範囲において小さな温度係
数を有することが求められる。
しかし、前記の(GdBi)3(FeAlGa)5O12の組成を有す
る膜では、Biが格子定数を増す作用も有しているので、
基板であるGGGと格子定数を一致(マッチング)させる
ためにFeの一部をAl、Gaのようなより小さなイオン半径
を有する元素でかなり置換する必要があるのであるが、
これらAl、Gaは得られる材料のファラデー回転係数の温
度係数を大きくする作用を有するため、前記の材料は温
度特性が劣化するという問題点を有している。
る膜では、Biが格子定数を増す作用も有しているので、
基板であるGGGと格子定数を一致(マッチング)させる
ためにFeの一部をAl、Gaのようなより小さなイオン半径
を有する元素でかなり置換する必要があるのであるが、
これらAl、Gaは得られる材料のファラデー回転係数の温
度係数を大きくする作用を有するため、前記の材料は温
度特性が劣化するという問題点を有している。
そこで、本発明の目的は上記問題点を解決し、薄くかつ
大きなファラデー回転能を有するもので、しかも広い温
度範囲でファラデー回転係数の温度係数が小さい磁気光
学素子用磁性ガーネット材料を提供することにある。
大きなファラデー回転能を有するもので、しかも広い温
度範囲でファラデー回転係数の温度係数が小さい磁気光
学素子用磁性ガーネット材料を提供することにある。
本発明は、前記の問題点を解決するものとして、 式:(GdCa)3(GaMgZr)5O12 で表わされる組成を有するガーネット単結晶基板と、該
基板上にエピタキシャル成長させた一般式(I) R3−xBixFe5−yMyO12 …(I) 〔式中、RはYb,Tm,Er,HoおよびDyから選ばれた少なく
とも1種の希土類元素であり、Mは、AlおよびGaから選
ばれた少なくとも1種の元素であり、xは0<x<2の
数で、yは0≦y<0.5の数である〕 で表わされる組成を有する磁性単結晶膜とからなる磁気
光学素子用磁性ガーネット材料を提供するものである。
基板上にエピタキシャル成長させた一般式(I) R3−xBixFe5−yMyO12 …(I) 〔式中、RはYb,Tm,Er,HoおよびDyから選ばれた少なく
とも1種の希土類元素であり、Mは、AlおよびGaから選
ばれた少なくとも1種の元素であり、xは0<x<2の
数で、yは0≦y<0.5の数である〕 で表わされる組成を有する磁性単結晶膜とからなる磁気
光学素子用磁性ガーネット材料を提供するものである。
本発明に基板として用いられる式 (GdCa)3(GaMgZr)5O12の組成を有するガーネット単
結晶基板(以下、「高格子定数GGG基板」という)は、G
GGのGdおよびGaの一部をそれぞれCaおよびMg、Zrで置換
したもので、格子定数がGGGより大きい12.498Åである
ものとして知られている。該基板の厚さは400〜500μm
でよい。
結晶基板(以下、「高格子定数GGG基板」という)は、G
GGのGdおよびGaの一部をそれぞれCaおよびMg、Zrで置換
したもので、格子定数がGGGより大きい12.498Åである
ものとして知られている。該基板の厚さは400〜500μm
でよい。
また、本発明に磁性単結晶膜として用いられる一般式
(I)のガーネットにおいては、希土類元素Rは、Yb,T
m,Er,HoおよびDyから選ばれる。これらは、Gd等に比し
イオン半径が小さいものであるため、格子定数の増大を
抑制しつつBi置換量を増してファラデー回転係数を大き
くすることができる。
(I)のガーネットにおいては、希土類元素Rは、Yb,T
m,Er,HoおよびDyから選ばれる。これらは、Gd等に比し
イオン半径が小さいものであるため、格子定数の増大を
抑制しつつBi置換量を増してファラデー回転係数を大き
くすることができる。
すなわち、Biは前記のようにファラデー回転係数を大き
くするが、格子定数をも大きくするように作用する。し
かし、本発明では、Rとして前記のようなイオン半径の
小さな希土類元素を選択しているので、格子定数はGd等
の場合ほどには増大せず、その増大を抑制しつつRサイ
トのBi置換量(x)を増すことができ、ファラデー回転
係数をより大きくすることができる。しかも、基板は前
述のようにGGGに比し大きい格子定数をもつものである
ので、得られる単結晶膜の格子定数を基板の格子定数と
許容範囲(±0.001Å)内で一致(マッチング)させる
ことが容易である。その結果、FeサイトをAlやGaで置換
する必要性は極めて小さく、yは0≦y<0.5でよく、
y=0とすることもできる。
くするが、格子定数をも大きくするように作用する。し
かし、本発明では、Rとして前記のようなイオン半径の
小さな希土類元素を選択しているので、格子定数はGd等
の場合ほどには増大せず、その増大を抑制しつつRサイ
トのBi置換量(x)を増すことができ、ファラデー回転
係数をより大きくすることができる。しかも、基板は前
述のようにGGGに比し大きい格子定数をもつものである
ので、得られる単結晶膜の格子定数を基板の格子定数と
許容範囲(±0.001Å)内で一致(マッチング)させる
ことが容易である。その結果、FeサイトをAlやGaで置換
する必要性は極めて小さく、yは0≦y<0.5でよく、
y=0とすることもできる。
希土類元素Rのイオン半径は、Yb,Tm,Er,Ho,Dyの順に大
きくなり、したがって格子定数の一致に必要なxの値は
この元素列の順に小さくなる。例えば、y=0の場合、
xの値は、Ybで1.888、Tmで1.759、Erで1.649、Hoで1.4
75、Dyで1.274である。
きくなり、したがって格子定数の一致に必要なxの値は
この元素列の順に小さくなる。例えば、y=0の場合、
xの値は、Ybで1.888、Tmで1.759、Erで1.649、Hoで1.4
75、Dyで1.274である。
本発明において、一般式(I)におけるX(Bi置換量)
は、0<X<2の数であることが必要である。
は、0<X<2の数であることが必要である。
即ち、Xとファラデー回転係数とは直線的関係にあり、
Xの増加と共にファラデー回転係数は増加する。ファラ
デー回転係数が大きいほど光アイソレータに使用する際
の膜厚を薄くすることができ、光アイソレータの小型化
を可能にする。また膜厚が薄いほど結晶成長に要する時
間も短くてすむ。このような見地から、Xは0より大き
いことが必要となる。
Xの増加と共にファラデー回転係数は増加する。ファラ
デー回転係数が大きいほど光アイソレータに使用する際
の膜厚を薄くすることができ、光アイソレータの小型化
を可能にする。また膜厚が薄いほど結晶成長に要する時
間も短くてすむ。このような見地から、Xは0より大き
いことが必要となる。
更に高格子定数基板上に結晶を育成する場合、該結晶の
格子定数は基板の格子定数の制約を受け、結晶と基板の
格子定数との差が0.005Å以上では良好な結晶は得られ
ない。即ち、該基板を利用して結晶を育成する場合は、
前記Rとして最もイオン半径の小さいYbを選択した場合
におけるXが最大となる。従って、後述する実施例3
(RとしてYbを選択)の結果から、格子定数の差の許容
幅を考慮して、Xを2よりも小さい範囲に設定した。
格子定数は基板の格子定数の制約を受け、結晶と基板の
格子定数との差が0.005Å以上では良好な結晶は得られ
ない。即ち、該基板を利用して結晶を育成する場合は、
前記Rとして最もイオン半径の小さいYbを選択した場合
におけるXが最大となる。従って、後述する実施例3
(RとしてYbを選択)の結果から、格子定数の差の許容
幅を考慮して、Xを2よりも小さい範囲に設定した。
本発明の磁性ガーネット材料は、高格子定数GGG基板上
に、液相エピタキシャル成長法によって前記一般式
(I)の磁性単結晶を育成することにより製造すること
ができる。
に、液相エピタキシャル成長法によって前記一般式
(I)の磁性単結晶を育成することにより製造すること
ができる。
すなわち、公知の方法にしたがって、原料成分およびフ
ラックス成分を適当な割合で仕込んで融解させ、融液の
温度を、例えば750〜950℃の範囲において、基板と単結
晶膜の格子定数が一致する温度(格子定数マッチング温
度)に選定し、該融液に研磨した基板の片面を接触させ
た状態で基板を回転させながら磁性単結晶膜を育成す
る。
ラックス成分を適当な割合で仕込んで融解させ、融液の
温度を、例えば750〜950℃の範囲において、基板と単結
晶膜の格子定数が一致する温度(格子定数マッチング温
度)に選定し、該融液に研磨した基板の片面を接触させ
た状態で基板を回転させながら磁性単結晶膜を育成す
る。
こうして得られた基板に磁性単結晶膜を成長させたもの
を、所要の厚さに研磨後、素子製造に用いる。
を、所要の厚さに研磨後、素子製造に用いる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例1 原料およびフラックス成分を次に示す融液仕込み組成
(モル比)で使用した。
(モル比)で使用した。
Fe2O3/Dy2O3=15.0 PbO/(Bi2O3+B2O3)=1.30 (Dy2O3+Fe2O3)/(Dy2O3+Fe2O3+PbO+B2O3+Bi
2O3) =0.145 高格子定数GGG基板(直径50mm、厚さ0.450mm)の片面
に、液相エピタキシャル成長法により、高格子定数マッ
チング温度820℃で組成がDy1.726Bi1.274Fe5O12で表わ
される厚さ約500μmの単結晶ガーネット膜を育成し
た。
2O3) =0.145 高格子定数GGG基板(直径50mm、厚さ0.450mm)の片面
に、液相エピタキシャル成長法により、高格子定数マッ
チング温度820℃で組成がDy1.726Bi1.274Fe5O12で表わ
される厚さ約500μmの単結晶ガーネット膜を育成し
た。
得られた磁性材料のファラデー回転係数(室温)は1500
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.06度/℃
であった。
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.06度/℃
であった。
実施例2 実施例1と同様の方法で、高格子定数GGG基板上に、格
子定数マッチング温度770℃であり、組成が、Yb1.112Bi
1.888Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
子定数マッチング温度770℃であり、組成が、Yb1.112Bi
1.888Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
得られた磁性材料のファラデー回転係数(室温)は2900
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.04度/℃
であった。
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.04度/℃
であった。
実施例3 実施例1と同様の方法で、高格子定数GGG基板上に、格
子定数マッチング温度780℃であり、組成が、Tm1.241Bi
1.759Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
子定数マッチング温度780℃であり、組成が、Tm1.241Bi
1.759Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
得られた磁性材料のファラデー回転係数(室温)は2700
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.045度/℃
であった。
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.045度/℃
であった。
実施例4 実施例1と同様の方法で、高格子定数GGG基板上に、格
子定数マッチング温度795℃であり、組成が、Er1.451Bi
1.549Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
子定数マッチング温度795℃であり、組成が、Er1.451Bi
1.549Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
得られた磁性材料のファラデー回転係数(室温)は2300
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.05度/℃
であった。
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.05度/℃
であった。
実施例5 実施例1と同様の方法で、高格子定数GGG基板上に、格
子定数マッチング温度805℃であり、組成が、Ho1.525Bi
1.475Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
子定数マッチング温度805℃であり、組成が、Ho1.525Bi
1.475Fe5O12で表される厚さが約300μmの単結晶ガーネ
ット膜を育成した。
得られた磁性材料のファラデー回転係数(室温)は2100
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.055度/℃
であった。
度/cmと大きく、その温度係数(室温)は−0.055度/℃
であった。
比較例 原料およびフラックス成分を次に示す融液仕込み組成
(モル比)で使用した。
(モル比)で使用した。
(Fe2O3+Al2O3+Ga2O3)/Gd2O3=13.3 PbO/(Bi2O3+B2O3)=1.05 (Gd2O3+Fe2O3)/(Gd2O3+Fe2O3+PbO+B2O3 +Bi2O3)=0.132 実施例1と同様に、高格子定数GGG基板上に、格子定数
マッチング温度822℃で、組成がGd2.01Bi0.99Fe4.09(A
l,Ga)0.91O12で表わされる厚さ約500μmの単結晶ガー
ネット膜を育成した。
マッチング温度822℃で、組成がGd2.01Bi0.99Fe4.09(A
l,Ga)0.91O12で表わされる厚さ約500μmの単結晶ガー
ネット膜を育成した。
得られた磁性材料のファラデー回転係数(室温)は、15
00度/cmであったが、その温度係数(室温)は−0.11度
/℃であった。
00度/cmであったが、その温度係数(室温)は−0.11度
/℃であった。
本発明の磁気光学素子用磁性ガーネット材料は、ファラ
デー回転係数が大きいため薄くても所期のファラデー効
果を得ることができる。しかも、ファラデー回転係数の
温度係数が小さいので、広い温度範囲において安定した
動作特性を有する光アイソレータ等の磁気光学素子を製
造することができる。
デー回転係数が大きいため薄くても所期のファラデー効
果を得ることができる。しかも、ファラデー回転係数の
温度係数が小さいので、広い温度範囲において安定した
動作特性を有する光アイソレータ等の磁気光学素子を製
造することができる。
フロントページの続き (72)発明者 日野 研一 東京都青梅市末広町1丁目6番1号 住友 金属鉱山株式会社電子材料研究所内 (72)発明者 大住 修司 東京都青梅市末広町1丁目6番1号 住友 金属鉱山株式会社電子材料研究所内 (72)発明者 町田 克己 東京都青梅市末広町1丁目6番1号 住友 金属鉱山株式会社電子材料研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−200295(JP,A) 特開 昭59−87805(JP,A) 1985年(昭和60年)春季第32回応用物理 学関係連合講演会講演予稿集第72ページ30 p−N−4 J.Appl.Phys.55(4)15 February 1984 P.1052−1061
Claims (1)
- 【請求項1】式:(GdCa)3(GaMgZr)5O12 で表される組成を有するガーネット単結晶基板と、該基
板上にエピタキシャル成長させた一般式: R3−xBixFe5−yMyO12 〔式中、RはYb,Tm,Er,HoおよびDyから選ばれた少なく
とも1種の元素であり、Mは、AlおよびGaから選ばれた
少なくとも1種の元素であり、Xは0<X<2の数で、
yは0≦y<0.5の数である〕 で表される組成を有する磁性単結晶膜とからなる磁気光
学素子用ガーネット材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279638A JPH0727823B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60279638A JPH0727823B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62138397A JPS62138397A (ja) | 1987-06-22 |
| JPH0727823B2 true JPH0727823B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=17613766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60279638A Expired - Fee Related JPH0727823B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 磁気光学素子用磁性ガ−ネツト材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0727823B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0748425B2 (ja) * | 1988-09-30 | 1995-05-24 | 信越化学工業株式会社 | マイクロ波素子 |
| JPH085755B2 (ja) * | 1989-08-21 | 1996-01-24 | 信越化学工業株式会社 | 酸化物ガーネット単結晶およびファラデー回転素子 |
| JPH085756B2 (ja) * | 1989-09-18 | 1996-01-24 | 信越化学工業株式会社 | 酸化物ガーネット単結晶およびその製造方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5632276A (en) * | 1979-08-21 | 1981-04-01 | Nippon Sekiyu Hanbai Kk | Storage tank for heavy oil |
| JPS57200295A (en) * | 1981-06-03 | 1982-12-08 | Nec Corp | Bi-substituted garnet liquid-phase epitaxial film |
| JPS5987805A (ja) * | 1982-11-10 | 1984-05-21 | Nec Corp | 磁気バブル素子用ガ−ネツト膜 |
| JPS623022A (ja) * | 1985-06-27 | 1987-01-09 | Nec Corp | 磁気光学ガ−ネツト |
| JPS627634A (ja) * | 1985-07-04 | 1987-01-14 | Nec Corp | 磁気光学ガ−ネツト |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP60279638A patent/JPH0727823B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1985年(昭和60年)春季第32回応用物理学関係連合講演会講演予稿集第72ページ30p−N−4 |
| J.Appl.Phys.55(4)15February1984P.1052−1061 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62138397A (ja) | 1987-06-22 |
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