JPH09255494A - ネオジムガリウムガーネット単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 単結晶中の転位数を少なくした、高品質のネ
オジムガリウムガーネットの単結晶の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 本発明によるネオジムガリウムガーネッ
ト単結晶の製造方法は、該単結晶の融液中に含有される
β型酸化ガリウムの含有量を 0.1重量％以下としてなる
ことを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はネオジムガリウムガ
ーネット単結晶の製造方法、特には光アイソレーター、
光磁気センサーなどに利用する基板材料となるネオジム
ガリウムガーネット単結晶の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ネオジムガリウムガーネット単結晶(Nd₃
Ga₅O₁₂) は光アイソレーター、光磁気センサーの基板材
料として使用されているが、該単結晶酸化ネオジムと酸
化ガリウムを化学量論組成に計り取り、混合、焼成して
イリジウムるつぼに入れたのち、融解温度 1,650℃以上
に加熱して融解し、引き上げ法で単結晶を育成している
（ジャーナル・オブ・クリスタルグロウス、12（197
2）、P.３）。なお、この結晶の高品質化については組
成を酸化ネオジム側にずらす方法（特開昭62-19602号公
報参照）、フローティング・ゾーン法（ＦＺ法）での結
晶育成法（日本結晶成長学会誌、14（1987）、P.29）な
どが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ネオジムガリウムガー
ネット単結晶（以下ＮＧＧと略記する）は、光アイソレ
ーターや光磁気センサーの基板材料として注目されてい
る。最近はこの結晶の高品質化が要求されており、単結
晶中の転位が少なく、組成変動の極めて小さいものが求
められている。しかし、ＮＧＧはガーネット構造をとる
酸化物単結晶であるが、ネオジムイオンはイオン半径が
大きいためにガーネット構造の正12面体中心にしか入り
にくく、結晶組成に対して融液組成が化学量論的に一致
するため、非常に固液領域が狭いという問題点がある。

【０００４】そのため、融液組成をネオジム側にずらす
方法で高品質化をはかることも提案されているが（特開
昭62-19602号公報参照）、ＮＧＧ融液中でミクロでの組
成均一が必ずしも均一に保たれているとは限らないとい
う難点がある。また、ＮＧＧは固溶領域が狭いので、Ｆ
Ｚ法でも結晶組成の均一化が可能であるが、直径25mm以
上のＮＧＧ単結晶を製造するのは困難であるという問題
点もある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決するため、ＮＧＧ単結晶の製造方法に
おいて、該単結晶の融液中に含有されるβ型酸化ガリウ
ムの含有量を 0.1重量％以下とすることを特徴とするも
のである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明によるＮＧＧ単結晶の製造
においては、ＮＧＧ単結晶の融点が 1,650℃であるのに
対し、酸化ガリウムの融点が 1,740℃であるから、原料
溶融時に酸化ガリウムが融解しないまま融液中に存在す
ることが考えられ、酸化ガリウムがそのままＮＧＧ単結
晶に取りこまれると、微少領域で組成変動を起し、また
そこから転位も生じてしまう。他方、酸化ガリウムは高
温ではβ型の晶形に変化して酸およびアルカリに不溶な
化合物となることが考慮された。ＮＧＧ単結晶の融液中
のβ型の酸化ガリウムを測定する方法として、融液を一
度室温まで冷却したのち、所定量の固形物を採取し、そ
のサンプルを60℃以上の濃塩酸に加温溶解した際の不溶
解残渣の重量を測定することで求めることができる。し
たがって、本発明により酸化ネオジムと酸化ガリウムと
を化学量論比で秤取して融解したＮＧＧ単結晶の融液に
ついて、上記方法でβ型酸化ガリウム量を測定した結
果、この融液中のβ型酸化ガリウムの含有量を 0.1重量
％以下とすれば、得られたＮＧＧ単結晶中の転位数を少
なくでき、結晶を高品質とすることができる。

【０００７】なお、β型酸化ガリウムは酸化ガリウムが
高温になったときに生成するのであるが、原料の酸化ガ
リウム中に含まれているβ型酸化ガリウムの含有量が10
重量％以上となると融液中におけるβ型酸化ガリウムの
含有量も増加するので、融液中におけるβ型酸化ガリウ
ムの含有量を 0.1重量％以下とするためには原料の酸化
ガリウム中のβ型酸化ガリウムの含有量を10重量％以下
とするとよいことが見出された。

【０００８】また、原料の酸化ガリウムの平均粒子径
は、１mm以上では融解するときに、凝集しているので容
易に酸化ネオジムとは反応せず、高温時にβ型酸化ガリ
ウムに転位する比率が高くなるので、平均粒子径を１mm
以下とするのがよいことが確認された。

【０００９】

【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１ ４Ｎ（純度99.99 ％、以下同じ）の酸化ネオジム1,745g
と４Ｎの酸化ガリウム1,255gを秤取し、これらを混合し
て 1,000℃で焼成したのち、直径 100mm、高さ100mmの
イリジウムるつぼに入れ、高周波加熱により 1,650℃以
上に加熱してこれを融解した。

【００１０】ついで、この融液を一旦常温まで冷却して
固化させて5.0gのサンプルを採取し、これを濃塩酸50ml
に入れ、 100℃で加熱溶解し、その際に生じた不溶性残
渣を重量測定したところ 2.4mg（0.048 重量％）であっ
た。つぎに、この冷却固形体を 1,650℃以上に再加熱し
て融液とし、これから直径50mmφ、長さ60mmのＮＧＧ単
結晶を引上げ速度３mm／時で引き上げ、この単結晶から
評価用ウエハを切り出し、熱リン酸でエッチングしてこ
のウエハの転位数をしらべたところ５個だけであった。

【００１１】実施例２ ４Ｎの酸化ガリウムを 1,000℃で焼成し、これから5.0g
のサンプルを採取し、50mlの濃塩酸に入れ 100℃で加熱
溶解したのち、このときに生じた不溶解残渣の重量を測
定したところ、 300mg（６重量％）であった。ついで、
４Ｎの酸化ネオジム1,745gと上記の４Ｎの酸化ガリウム
1,255gを秤取し、これらを混合して 1,000℃で焼成し、
この3,000gを直径 100mmφ、高さ 100mmのイリジウムる
つぼに入れ、高周波加熱により 1,650℃以上に加熱して
これを融解した。

【００１２】つぎに、この融液を冷却固化してサンプル
5.0gを採取し、これを50mlの濃塩酸に入れ、 100℃で加
熱溶解し、その不溶性残渣の重量を測定したところ、
2.7mg（0.054 重量％）であったので、この固形体を 1,
650℃以上に再加熱して融液とし、これから直径50mm
φ、長さ60mmのＮＧＧ単結晶を引き上げ速度３mm／時で
引き上げ、この単結晶から評価用ウエハを切り出し、熱
リン酸でエッチングしてウエハの転位数をしらべたとこ
ろ７個しか存在していなかった。

【００１３】実施例３ ４Ｎの酸化ガリウムを１mmメッシュに通したのち、１mm
メッシュ以下のものを分取し、これを 1,000℃で焼成し
てからサンプル5.0gを採取し、これを50mlの濃塩酸に入
れ、 100℃で加熱溶解したのちその不溶性残渣の重量を
測定したところ320mg（6.4 重量％）であった。つい
で、４Ｎの酸化ネオジム1,745gと上記分取した４Ｎの酸
化ガリウム1,255gを秤取し、これを 1,000℃で焼成し、
この3,000gを直径 100mmφ、高さ 100mmのイリジウムる
つぼに入れ、高周波加熱により 1,650℃以上に加熱し融
解した。

【００１４】つぎに、この融液を冷却固化してサンプル
5.0gを採取し、これを50mlの濃塩酸に入れ、 100℃で加
熱溶解し、不溶性残渣の重量を測定したところ、 2.1mg
（0.042 重量％）であったので、この固形体を 1,650℃
以上に再加熱し融液とし、これから直径50mmφ、長さ60
mmのＮＧＧ単結晶を引き上げ速度３mm／時で引き上げ、
この単結晶から評価用ウエハを切り出し、熱リン酸でエ
ッチングしてこのウエハの転位数をしらべたところ３個
しか認められなかった。

【００１５】比較例１ ４Ｎの酸化ネオジム1,745gと４Ｎの酸化ガリウム1,255g
を秤取し、これを混合し、 1,200℃で焼成したのち、直
径 100mmφ、高さ 100mmのイリジウムるつぼに入れ、高
周波加熱により 1,650℃以上に加熱して融解し、これを
一度冷却して固化させ、サンプル5.0gを採取し、50mlの
濃塩酸に入れ 100℃で加熱溶解し、不溶性残渣の重量を
測定したところ 6.0mg（0.12重量％）であった。

【００１６】ついで、この固形体を再度 1,650℃以上に
加熱して融液とし、これから直径50mmφ、長さ60mmのＮ
ＧＧ単結晶を引上げ速度３mm／時で引き上げ、この単結
晶から評価用ウエハを切り出し、熱リン酸でエッチング
して転位数をしらべたところ30個存在していた。

【００１７】比較例２ ４Ｎの酸化ガリウムを 1,200℃で焼成し、これから5.0g
のサンプルを採取し、これを50mlの濃塩酸に入れ、 100
℃で加熱溶解し、不溶性残渣の重量を測定したところ 6
00mg（12重量％）であった。ついで、４Ｎの酸化ネオジ
ム1,745gと上記の４Ｎ酸化ガリウム1,255gを秤取し、こ
れらを混合し、 1,200℃で焼成したのち、この3,000gを
直径 100mmφ、高さ100mmのイリジウムるつぼに入れ、
高周波加熱により 1,650℃以上に加熱して融解した。

【００１８】つぎに、これを一度冷却して固化させて、
サンプル5.0gを採取してこれを50mlの濃塩酸に入れ、 1
00℃で加熱溶解して不溶性残渣の重量を測定したところ
7.2mg（0.144 重量％）であったが、この固形体を再度
1,650℃以上に加熱して融液とし、これから直径50mm
φ、長さ60mmのＮＧＧ単結晶を引上げ速度３mm／時で引
き上げ、この単結晶から評価用ウエハを切り出し、熱リ
ン酸でエッチングしてこのウエハの転位数をしらべたと
ころ50個以上存在していた。

【００１９】比較例３ ４Ｎの酸化ガリウムを１mmメッシュを通して、１mmメッ
シュよりも大きいものを分取し、これを 1,200℃で焼成
し、これから5.0gのサンプルを採取し、これを50mlの濃
塩酸に入れ、 100℃で加熱溶解し、このときの不溶性残
渣の重量を測定したところ 1,200mg（24重量％）であっ
た。ついで、４Ｎの酸化ネオジム1,745gと上記の４Ｎの
酸化ガリウム1,255gを秤取し、これらを混合し、 1,250
℃で焼成してこの3,000gを直径 100mmφ、高さ 100mmの
イリジウムるつぼに入れ、高周波加熱により 1,650℃以
上に加熱して融解した。

【００２０】つぎに、これを一度冷却し固化させてこれ
からサンプル5.0gを採取し、これを50mlの濃塩酸に入
れ、 100℃で加熱溶解し、不溶性残渣の重量を測定した
ところ、 8.0mg（0.16重量％）であった。この固形体を
再度 1,650℃以上に加熱して融液とし、これから直径50
mmφ、長さ60mmのＮＧＧ単結晶を引き上げ速度３mm／時
で引き上げ、この単結晶から評価用ウエハを切り出し、
熱リン酸でエッチングしてこのウエハの転位数をしらべ
たところ50個以上存在していた。

【００２１】

【発明の効果】本発明これによれば、融液中におけるミ
クロの均一化がはかられ、転移数の少ない高品質のＮＧ
Ｇ単結晶を得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネオジムガリウムガーネット単結晶の製
   造方法において、該単結晶の融液中に含有されるβ型酸
   化ガリウムの含有量を 0.1重量％以下とすることを特徴
   とするネオジムガリウムガーネット単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】 該単結晶の原料である酸化ガリウムに含
   有されているβ型酸化ガリウムの含有量が10重量％以下
   である請求項１に記載したネオジムガリウムガーネット
   単結晶の製造方法。
3. 【請求項３】 該単結晶の原料である酸化ガリウムが平
   均粒子径１mm以下のものである請求項１に記載したネオ
   ジムガリウムガーネット単結晶の製造方法。