專利名稱：磁性石榴石材料、法拉第轉(zhuǎn)子、光器件、鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜及制法、坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光通信系統(tǒng)的磁性石榴石(磁性柘榴石)材料、法拉第轉(zhuǎn)子、光器件、鉍置換稀土類的鐵榴石(鐵石榴石；irongarnet)單晶體膜及其制造方法以及其所使用的坩堝，尤其涉及在法拉第轉(zhuǎn)子中獲得低的插入損失(插入損耗)和良好的磁特性的技術(shù)。
光在作為在TV廣播播送或無線通信中使用的電波、電磁波的這方面一致。但是，在光通信中使用的電磁波的頻率為約200THz，相當(dāng)于在衛(wèi)星廣播中使用的電波的頻率(約10GHz)的約20000倍。頻率高意味著波長短，從而能以高速傳輸更多的信號(hào)。在光通信中使用的電磁波的波長(中心波長)為1.31μm和1.55μm。
用于光通信的光導(dǎo)纖維如所熟知的那樣，具有折射率不同的玻璃的二重構(gòu)造。由于從中心的芯(core)通過的光在芯內(nèi)部反復(fù)反射，所以即使光導(dǎo)纖維彎曲也能準(zhǔn)確地傳輸信號(hào)。而且，光導(dǎo)纖維中使用透明度高的高純度石英玻璃，所以在光通信中平均每1km只衰減0.2dB左右。因此，不通過放大器即可傳輸約100km，與電通信比，可減少中繼器的數(shù)量。
在電通信中，EMI(電磁障礙)成為問題，但使用光導(dǎo)纖維的光通信不受由電磁感應(yīng)引起的噪聲的影響。因此，可進(jìn)行極高質(zhì)量的信息傳輸。
現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)通過光發(fā)送器的LD(激光·二極管)將電信號(hào)變換成光信號(hào)。該光信號(hào)從光導(dǎo)纖維傳輸后通過光接收器的PD(光敏二極管)變換成電信號(hào)。這樣，光通信系統(tǒng)不可缺少的要素是LD、PD、光導(dǎo)纖維及光連接器。比較低速且近距離的通信系統(tǒng)暫且不說，對(duì)于高速且長距離的通信系統(tǒng)，除以上要素以外，還需要光放大器、光分配器等光傳輸機(jī)器和其所使用的光隔離器、光分接器、光分頻濾波器、光開關(guān)、光調(diào)制器及光衰減器等光器件。
在高速.長距離傳輸或多分支的光通信系統(tǒng)中，尤其重要的是光隔離器。對(duì)于現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)，光隔離器在光發(fā)送器的LD組件及中繼器中使用。光隔離器具有只沿一個(gè)方向傳送光、阻止在中途反射并返回來的光的作用。光隔離器應(yīng)用了作為磁光學(xué)效應(yīng)的一種的法拉第效應(yīng)。所謂法拉第效應(yīng)，是在施加磁場的透明媒質(zhì)中透過的光的偏光面(偏振面)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。光的偏光面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做旋光性。根據(jù)法拉第效應(yīng)產(chǎn)生的磁旋光(法拉第旋轉(zhuǎn))與通常的旋光性(自然旋光性)不同，即使使光的行進(jìn)方向逆反旋轉(zhuǎn)方向也不變化。將利用了通過法拉第效應(yīng)使光的偏光面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象的光學(xué)元件稱為法拉第轉(zhuǎn)子。
法拉第轉(zhuǎn)子左右光隔離器的性能。因此，構(gòu)成法拉第轉(zhuǎn)子的材料的特性為了得到高性能的光隔離器而變得重要。在選擇構(gòu)成法拉第轉(zhuǎn)子的材料上，重要的一點(diǎn)是使用波長(光導(dǎo)纖維的場合，為1.31μm和1.55μm)的法拉第旋轉(zhuǎn)角大、透明度高。作為具備這樣的條件的材料，當(dāng)初使用YIG(釔鐵石榴石；Y3Fe5O12)?？墒?，YIG在量產(chǎn)性和小型化方面有難點(diǎn)。其后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用Bi(鉍)置換石榴石型晶體的稀土類位點(diǎn)(site)時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)能飛躍性地提高，以后Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜(以下也簡單地稱為“石榴石單晶膜”)被用于法拉第轉(zhuǎn)子。
Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜使用液相外延(LPE；Liquid PhaseEpitaxial)法(晶體取向附生法)制作。在LPE法中，將由氧化鉍、氧化鐵和稀土類氧化物構(gòu)成的稀土類鐵榴石成分的氧化物(原料組成物)和作為含氧化鉛、氧化硼的助熔劑成分的助熔劑組成物投入到Pt制的坩堝內(nèi)。其次，通過將坩堝加熱至規(guī)定的溫度，熔融原料組成物得到熔融物。接著，降低熔融物的溫度呈過冷卻狀態(tài)，一邊使LPE基板旋轉(zhuǎn)，一邊使之與熔融物接觸，在LPE基板上石榴石單晶膜晶體取向接長(外延)地生長。
在采用LPE法育成石榴石單晶膜上，作為問題點(diǎn)，坩堝的腐蝕被指出。眾所周知，Pt是耐蝕性優(yōu)異的材料，但對(duì)含有構(gòu)成助熔劑成分的氧化鉛和氧化鉍的熔融物的耐蝕性是不充分的。因此，即使是由Pt構(gòu)成的坩堝，當(dāng)熔融物的液面一定時(shí)，液面附近的腐蝕也變得顯著。
為了防止由熔融物所致的坩堝的腐蝕，特開平9-175898號(hào)公報(bào)(以下稱為“文獻(xiàn)1”)記載了使坩堝內(nèi)熔融物液面移動(dòng)，據(jù)此使坩堝的腐蝕區(qū)域移動(dòng)，從而調(diào)整坩堝的溶解量的方法。又，特開平11-322496號(hào)公報(bào)(以下稱為“文獻(xiàn)2”)記載了在Pt制的坩堝的內(nèi)側(cè)設(shè)置與Pt制坩堝可分離的Pt制腐蝕防止體的方法。文獻(xiàn)1和文獻(xiàn)2所記載的方法在能降低Pt制坩堝的更換或改鑄的頻度的這一點(diǎn)上進(jìn)行評(píng)介。
作為光吸收特性劣化的對(duì)策，作了以下研究進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚蛘哌m當(dāng)量地添加成為2價(jià)陽離子的元素(例如Ca)或成為4價(jià)陽離子的元素(例如Ge)，據(jù)此取得石榴石單晶膜內(nèi)的電荷平衡。可是，即使進(jìn)行熱處理，或者添加成為2價(jià)或4價(jià)陽離子的元素，有時(shí)也不能充分恢復(fù)光吸收特性。
本發(fā)明的目的在于，提供插入損失低、獲得良好的磁特性的磁性石榴石材料、法拉第轉(zhuǎn)子、光器件、鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜、其制造方法以及其所使用的坩堝。
在Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成中，構(gòu)成坩堝的Pt在助熔劑中緩慢地溶解。而且，Pt和石榴石單晶體中的Fe置換，從而混入到石榴石單晶體中。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在助熔劑中溶解并混入到石榴石單晶體中的Pt的量沿石榴石單晶膜的膜生長方向增加，同時(shí)起因于石榴石單晶膜育成中的育成溫度條件的變化，混入到石榴石單晶體中的Pt的量慢慢地增加。
這樣，在石榴石單晶膜的育成過程中Pt量慢慢地增加。換言之，在石榴石單晶膜的膜厚方向Pt量發(fā)生變化。為此，即使在石榴石單晶膜的一部分中取得電荷平衡，在其他部分也不能取得電荷平衡。即，作為石榴石單晶膜全體，電荷平衡依然為破壞的狀態(tài)。向這樣的石榴石單晶膜入射光時(shí)，發(fā)生光吸收，所以使用該石榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子其光的插入損失變大。
因此，作為難以進(jìn)入到Bi置換稀土類鐵榴石單晶體中，同時(shí)即使混入也不破壞石榴石單晶膜的電荷平衡的元素，本發(fā)明人著眼于成為3價(jià)陽離子的金屬元素。因此，本發(fā)明提供一種磁性石榴石材料，其特征在于，由鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成，前述單晶膜的化學(xué)組成為Bi(3-x)AxFe(5-y-z)MyTz012(其中，A＝從含Y的稀土類元素及Ca的組中選出的1種或2種以上、M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn及Zr的組中選出的1種或2種以上、T＝從Au、Rh和Ir的組中選出的1種或2種以上、0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0，0＜z≤0.1)。
本發(fā)明的磁性石榴石材料具有以下特征在前述單晶膜厚度方向的前述T元素的濃度分布大致均勻。這是和使用Pt制坩堝得到的石榴石單晶膜中Pt的濃度分布與膜厚方向的距離存在比例關(guān)系鮮明對(duì)比的特征。
磁性石榴石材料存在在去掉外部磁場時(shí)法拉第效應(yīng)消失的軟磁性和即使去掉外部磁場也能維持法拉第效應(yīng)的硬磁性這兩種類型。含有使用軟磁性石榴石制作的法拉第轉(zhuǎn)子的光隔離器，需要用于賦予法拉第轉(zhuǎn)子以外部磁場的永久磁鐵。與此相對(duì)，含有使用硬磁性石榴石材料制作的法拉第轉(zhuǎn)子的光隔離器可以省略永久磁鐵。永久磁鐵的省略帶來光隔離器、或利用法拉第效應(yīng)的各種機(jī)器和部件的小型化及低成本化。為此，進(jìn)行著硬磁性型的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的開發(fā)。本發(fā)明可適用于軟磁性和硬磁性兩種類型的磁性石榴石材料。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)Pt的濃度存在分布時(shí)，對(duì)硬磁性造成壞影響。詳細(xì)情況后面敘述。使用從育成初期到后期Pt的濃度增加的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子在補(bǔ)償溫度附近有2個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)角。在本說明書中，將出現(xiàn)互相分離的多個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)角的現(xiàn)象稱為分離(split)。產(chǎn)生分離的硬磁性法拉第轉(zhuǎn)子頑磁力降低。硬磁性的石榴石單晶膜在法拉第轉(zhuǎn)子的使用溫度范圍(通常-40～85℃)內(nèi)存在補(bǔ)償溫度，所以，希望阻止在補(bǔ)償溫度附近的分離的發(fā)生。再者，如本領(lǐng)域人所知，所謂補(bǔ)償溫度是稀土類離子和Fe離子的全部磁矩變得相等，表觀上磁化為0(零)的溫度。但如后面的實(shí)施例所示，在實(shí)際制造的硬磁性石榴石材料之中雖然在室溫附近自然磁化顯示最低值，但有不為0的。在本說明書中，為方便起見，有時(shí)也將自然磁化顯示最低值的溫度稱為補(bǔ)償溫度。
對(duì)于以上所述，根據(jù)上述本發(fā)明的硬磁性石榴石材料可在補(bǔ)償溫度附近阻止分離的發(fā)生。
在前述的T元素之中，本發(fā)明最推薦使用Au。所以，根據(jù)本發(fā)明提供一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，由含Au的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成，使入射的光的偏光面旋轉(zhuǎn)，同時(shí)插入損失為0.03dB以下。前述單晶膜中所含的Au量按摩爾比計(jì)優(yōu)選為0.01以下(不包括0)。
構(gòu)成本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子的單晶膜可容許Pt存在。即，這是因?yàn)槿绻茨柋扔?jì)將前述單晶膜中所含的Pt量規(guī)定在0.01以下則不會(huì)給予插入損失以壞影響。
本發(fā)明也提供使用以上的法拉第轉(zhuǎn)子的光器件。該光器件的特征為，具備順向的光入射的第1光學(xué)元件、與前述第1光學(xué)元件隔規(guī)定間隔相向配置、前述順向的光射出的第2光學(xué)元件、配置在前述第1光學(xué)元件和前述第2光學(xué)元件之間、使透過前述第1光學(xué)元件的光的偏光面旋轉(zhuǎn)、向前述第2光學(xué)元件射出的法拉第轉(zhuǎn)子，前述法拉第轉(zhuǎn)子由含Au的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成，使入射的光的偏光面旋轉(zhuǎn)，同時(shí)插入損失為0.03dB以下。
又，本發(fā)明提供制得含Au的本發(fā)明的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的方法。該方法可分類為第1方法和第2方法。第1方法的要旨，由Au構(gòu)成在采用LPE法得到石榴石單晶膜時(shí)使用的坩堝。第2方法的要旨，使用于得到石榴石單晶膜的原料含有Au。
第1方法的特征為，是采用液相外延法制造鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的方法，具有以下步驟將前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的原料組成物和助熔劑組成物投入到至少在熔融物接觸的部位配Au的坩堝的步驟；加熱、熔融前述原料組成物得到前述熔融物的步驟；將前述熔融物降溫到前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成溫度的步驟；一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板，一邊育成鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的步驟。
第2方法的特征為，是采用液相外延法制造鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的方法，具有以下步驟將前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的原料組成物、Au及助熔劑組成物投入到坩堝的步驟；加熱、熔融前述原料組成物和Au，得到熔融物的步驟；將前述熔融物降溫到前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成溫度的步驟；一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板，一邊育成前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的步驟。
本發(fā)明提供用于上述第1方法的坩蝸。該坩堝在采用液相外延法制造鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜時(shí)使用，特征為，至少與熔融物接觸的區(qū)域由Au或Au合金構(gòu)成。
附圖的簡單說明

圖1是表示Pt量與插入損失的關(guān)系的曲線圖。
圖2是用于說明LPE法的圖。
圖3是表示在LPE法的過程中攪拌熔融物的情況的圖。
圖4是表示使用了本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的光通信系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
圖5是表示使用了本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的LD組件的構(gòu)成的圖。
圖6是表示使用了本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的光隔離器的構(gòu)成的圖。
圖7是表示在單晶膜厚度方向的Au和Pt的濃度度分布的圖。
圖8是表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的實(shí)施例1-2的法拉第轉(zhuǎn)子的外部磁場和法拉第旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系的圖。
圖9是表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的比較例1-2的法拉第轉(zhuǎn)子的外部磁場和法拉第旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系的圖。
圖10是用于說明法拉第旋轉(zhuǎn)角產(chǎn)生分離的原因的圖。
圖11是表示法拉第轉(zhuǎn)子的光的透過方向和磁場的方向的圖。
圖12是表示使用以往的硬磁性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制造的法拉第轉(zhuǎn)子的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯的曲線圖。
圖13是表示使用硬磁性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制造的法拉第轉(zhuǎn)子的自然磁化(自發(fā)磁化)M和溫度的關(guān)系的曲線。
圖14是示意地表示在補(bǔ)償溫度Tc附近的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的自旋(spin)排列的圖。
圖15是示意地表示在比補(bǔ)償溫度Tc高的溫度T2下的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的自旋排列的圖。
圖16是示意地表示在比補(bǔ)償溫度Tc低的溫度T1下的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的自旋排列的圖。
圖17A～圖17E是示意地表示存在鐵離子和稀土類元素離子的磁矩之和互相不同的兩個(gè)區(qū)域的法拉第轉(zhuǎn)子的構(gòu)成及每個(gè)區(qū)域的磁特性的圖。
圖18是表示本發(fā)明第3實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯的曲線圖。
圖19是表示法拉第轉(zhuǎn)子的概略構(gòu)成和光的透過方向的圖。
圖20A和圖20B是表示法拉第轉(zhuǎn)子的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的厚度方向的2價(jià)和4價(jià)的陽離子量的分布的曲線圖。
圖21A和圖21B是表示本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的厚度方向的2價(jià)和4價(jià)的陽離子量的分布的曲線圖。
符號(hào)說明1 光通信系統(tǒng)2 光發(fā)送器3 光接收器4 光傳輸線路5 光放大器10 坩堝11 加熱繞組12 熔融物13 LPE基板14 石榴石單晶膜15 攪拌體(攪拌鏟)16 晶片夾具21、32 電子電路22 LD組件31 PD組件222LD223透鏡224光隔離器224a、224c 偏振片224b 法拉第轉(zhuǎn)子226假想面發(fā)明的實(shí)施形態(tài)[第1實(shí)施形態(tài)]關(guān)于本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料、法拉第轉(zhuǎn)子、鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法及用于該方法的坩堝，使用圖1～圖10予以說明。本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料具有Bi(3-x)AxFe(5-y-z)MyTzO12(其中，A＝從含有Y的稀土類元素和Ca的組中選出的1種或2種以上、M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn和Zr的組中選出的1種或2種以上、T＝從Au、Rh、Ir的組中選出的1種或2種以上、0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0，0＜z≤0.1)的化學(xué)組成。再者，以上組成只示出有意在材料中含有的元素。例如，未示出在采用LPE法育成單晶膜時(shí)由助熔劑混入的Pb，但本實(shí)施形態(tài)并不否定這些元素的不可避免的含有。
在本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料中，最特征性的必需元素是T元素。但是，T元素高價(jià)，同時(shí)即使過剩地含有也不能期待與其量相應(yīng)的效果，所以將T元素的量z的上限定為0.1。z的優(yōu)選的上限為0.05，更優(yōu)選的上限為0.01。T元素是成為3價(jià)陽離子的金屬元素，價(jià)數(shù)和構(gòu)成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的陽離子一致。所以，象在4價(jià)陽離子下變得穩(wěn)定的元素Pt那樣，不會(huì)使石榴石單晶膜的電荷平衡崩潰。作為成為3價(jià)陽離子的金屬元素，存在Au、Rh及Ir，使用任一個(gè)從其陽離子的價(jià)數(shù)都能期待上述效果，但Au是最優(yōu)選的。詳細(xì)情況后述，但其原因是作為在LPE法中使用的坩堝的材質(zhì)適合。
在本實(shí)施形態(tài)的Bi置換稀土類鐵榴石材料中，A元素是從含Y的稀土類元素(Y、Gd、Tb、Yb、Sm、Eu、Dy、Lu、Tm、Er、Ho、La、Ce、Pr、Nd)和Ca的組中選出的1種或2種以上。A元素的量x滿足0.2≤x≤2.5。當(dāng)x不到0.2時(shí)，離子半徑大的Bi的量相對(duì)地變多，不能取得與用于采用LPE法育成石榴石單晶膜的LPE基板的晶格常數(shù)的一致性。另外，當(dāng)x超過2.5時(shí)，相反地Bi量相對(duì)地變少，法拉第旋轉(zhuǎn)能變小。作為結(jié)果，必須增厚石榴石單晶膜的厚度，采用LPE法育成石榴石單晶膜變難，造成制造合格率降低。x的優(yōu)選范圍為1.0≤x≤2.3，更優(yōu)選的范圍為1.3≤x≤2.0。
作為稀土類元素，希望選擇Gd、Tb及Yb3種元素。Gd的磁矩在稀土類元素中最大，所以對(duì)降低飽和磁化(4πMs)有效。又，GdBi系的石榴石其磁化轉(zhuǎn)換溫度為-10℃左右，與TbBi系的石榴石的磁化轉(zhuǎn)換溫度(-50℃)比更近于室溫，所以在得到硬磁性的石榴石單晶膜的場合是有利的。又，Gd沒有在1.2μm以上的波長下的光吸收，所以對(duì)降低插入損失有效。
Tb是對(duì)確保溫度特性，波長特性有效的元素。Gd是磁各向異性大、對(duì)高頑磁力化有效的元素，但對(duì)頑磁力的貢獻(xiàn)Tb的一方大。
Yb為了使石榴石單晶膜的晶格常數(shù)與LPE基板的晶格常數(shù)一致而含有。在此，本實(shí)施形態(tài)的石榴石單晶膜以采用LPE法形成為前提。為了增大法拉第旋轉(zhuǎn)能，希望為多量含有Bi的晶體。LPE基板具有規(guī)定的晶格常數(shù)。Bi由于離子半徑大，所以單單增多Bi的量時(shí)，所要得到的石榴石單晶膜的晶格常數(shù)和LPE基板的晶格常數(shù)不能取得一致。因此，通過增多Bi量，同時(shí)，使含有離子半徑小的Yb，來取得要得到的石榴石單晶膜的晶格常數(shù)和LPE基板的晶格常數(shù)的一致。并且，Yb在光通信所使用的光的波長區(qū)沒有光吸收，所以也不增加插入損失。
又，Sm、Eu和Dy與Gd、Tb一樣，磁各向異性大。另外，Lu、Tm、Er、Ho、和Y在比Dy離子半徑還小的這點(diǎn)上與Yb相同。
在本實(shí)施形態(tài)的Bi置換稀土類鐵榴石材料中，M是置換Fe的一部分的元素，可從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn及Zr的組中選出1種或2種以上。其中，從容易育成石榴石單晶膜的觀點(diǎn)看，Ga是最優(yōu)選的元素。M對(duì)Fe的置換量y滿足0≤y≤2.0。但是，為了得到硬磁性、即方型的磁滯，優(yōu)選y為0.1以上。另一方面，y超過2.0時(shí)，在育成石榴石單晶膜中，在熔融部分生成不需要的晶核，石榴石單晶膜的健全的育成變得困難。為了得到硬磁性的石榴石單晶膜，優(yōu)選的y的范圍為0.3≤y≤1.7，更優(yōu)選的y的范圍為0.4≤y≤1.5。
圖1表示Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜所含的Pt量與使用該石榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的關(guān)系。模軸表示Pt(f.u.)，縱軸表示插入損失(dB)。如圖1所示，如果使Pt量為0.01左右，則可將法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失抑制在0.03dB左右。又，如果使Pt量為0，則可將法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失抑制在0.01dB左右。這提示對(duì)于本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料，使Pt量為0是最優(yōu)選的，但如果是微量則可包含Pt?？墒牵捎赑t在石榴石單晶膜的育成過程中容易混入，所以使用Pt制坩堝時(shí)，定為不到0.01的Pt量是困難的。
本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料，可采用LPE法制造。圖2示出采用LPE法育成石榴石單晶膜的情況。如圖2所示，在坩堝10中投入稀土類鐵榴石成分的氧化物(原料組成物)和助熔劑組成物。稀土類鐵榴石成分的氧化物包括氧化鐵、稀土類氧化物及氧化鉍。助熔劑組成物包括氧化鉛和氧化硼。但這是例示，在要得到的石榴石單晶膜的化學(xué)組成中也可以進(jìn)一步含有其他氧化物、助熔劑成分。構(gòu)成助熔劑成分的元素在育成過程中有時(shí)也納入到石榴石單晶膜中。例如，將氧化鉛作為助熔劑成分之一而使用的場合，所育成的石榴石單晶膜含有微量的Pb。
本實(shí)施形態(tài)有以下特征使用至少在熔融物12接觸的部分配Au的坩堝10。在此，所謂“配Au”，除了用Au構(gòu)成坩堝10整體的情況以外，包括用Au只構(gòu)成坩堝10的一部分、例如坩堝10的內(nèi)壁的情況。又，不僅純粹的Au，是也包含使用Au合金的情況的概念，作為與Au合金化的元素，可舉出Ir、Rh、Pt。
投入到坩堝10的原料組成物和助熔劑組成物，通過對(duì)加熱繞組11通電而被加熱、熔融，成為熔融物12。在形成熔融物12的過程中，熔融物12被攪拌。圖3示出該情況。例如，在加熱到950℃左右的狀態(tài)下，熔融物12使用攪拌體15被攪拌。這是為了提高熔融物12的熔融狀態(tài)的均勻性。攪拌體15也與坩堝10一樣，希望用Au構(gòu)成。當(dāng)使用用Pt構(gòu)成的攪拌體15時(shí)，在攪拌中Pt從攪拌體15溶出，含到熔融物12中。所以，為了得到使用至少在熔融物12接觸的部位配Au的坩堝10的效果，用Au構(gòu)成攪拌體15是優(yōu)選的。再者，所謂“用Au構(gòu)成”，不僅包括用Au構(gòu)成攪拌體15本身的情況，也包含用其他材質(zhì)構(gòu)成攪拌體15本身，在其表面形成Au膜的情況、以及用Au構(gòu)成與熔融物12接觸的部位，其他部分用Au以外的材質(zhì)構(gòu)成的情況。
用攪拌體15攪拌熔融物12結(jié)束后，將熔融物12的溫度降到例如800℃左右，呈過冷卻狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如圖2所示，一邊使LPE基板13旋轉(zhuǎn)，一邊使之與熔融物12接觸，在LPE基板13上(圖中、下面一側(cè))石榴石單晶膜14外延生長(取向生長)。再者，在所育成的石榴石單晶膜14中，助熔劑成分和構(gòu)成坩堝10的Au作為雜質(zhì)而被混入。
為使本實(shí)施形態(tài)的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜含有Au，除了用Au(或Au合金)構(gòu)成坩堝10以外，也可以使原料中含有Au。該場合下，既可以使用至少在熔融物12接觸的部位配Au的坩蝸10，也可以使用由其他材料，例如Pt、Rh和Ir之中1種或2種以上(合金)構(gòu)成的坩堝10。
在石榴石單晶膜14的育成過程中，如圖2所示，夾持LPE基板13的晶片夾具16有與熔融物12接觸的可能性。所以，該晶片夾具16也用Au構(gòu)成為好。晶片夾具16如圖2所示，用其尖端的爪狀部夾持LPE基板13。所以，至少用Au構(gòu)成尖端的爪狀部為好?！坝肁u構(gòu)成”的意思與上述相同。
采用LPE法得到的石榴石單晶膜，比最終要得到的法拉第轉(zhuǎn)子的厚度厚一些。供研磨加工后，用為法拉第轉(zhuǎn)子。法拉第轉(zhuǎn)子使用相對(duì)于所使用的光波長，法拉第旋轉(zhuǎn)角為45度(deg.)的石榴石單晶膜。換言之，采用LPE法得到的石榴石單晶膜研磨加工到法拉第旋轉(zhuǎn)角變成45deg.的厚度。法拉第轉(zhuǎn)子大約有500μm左右的厚度。研磨加工后，為了降低插入損失，在法拉第轉(zhuǎn)子的表面施以無反射涂層為好。象以上那樣得到的法拉第轉(zhuǎn)子用于光隔離器等光器件。并且，該光器件可用于光通信系統(tǒng)。使用圖4～圖6關(guān)于本實(shí)施形態(tài)適用的光通信系統(tǒng)1予以說明。圖4表示光通信系統(tǒng)1的構(gòu)成。如圖4所示，光通信系統(tǒng)1是用于在信號(hào)發(fā)送側(cè)和信號(hào)接收側(cè)之間利用光信號(hào)傳輸信息的系統(tǒng)。在信號(hào)發(fā)送側(cè)配設(shè)光發(fā)送器2，在信號(hào)接收側(cè)配設(shè)光接收器3。光發(fā)送器2和光接收器3用由光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光傳輸線路4連接。在光傳輸線路4上介在光放大器5。光放大器5只設(shè)置與光傳輸線路4的長度相應(yīng)的數(shù)目。
光發(fā)送器2備有電子電路21、激光二極管(LD)組件22。電子電路21將成為傳輸對(duì)象的數(shù)據(jù)作為電信號(hào)接收，施行規(guī)定的處理后，輸出到LD組件22。LD組件22將接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)后，傳輸給光傳輸線路4。
光接收器3具備光敏二極管(PD)組件31和電子電路32。PD組件31將通過光傳輸線路4從光發(fā)送器2側(cè)接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，輸出給電子電路32。電子電路32將輸入的電信號(hào)輸出給信號(hào)接收側(cè)。
在光傳輸線路4上配設(shè)的光放大器5為了防止在光傳輸線路4傳輸?shù)墓庑盘?hào)衰減而放大光信號(hào)。
圖5表示LD組件22的構(gòu)成。如圖5所示，LD組件22具備配置在箱內(nèi)的LD222、使從LD222輸出、具有1.31μm(或1.55μm)的波長的光(信號(hào))為平行光而供給的透鏡223、使從透鏡223透過的光(信號(hào))只在一個(gè)方向透過的光隔離器224、將從光隔離器224射出的光聚光向光傳輸線路4供給的透鏡223。
圖6表示光隔離器224的構(gòu)成。如圖6所示，光隔離器224具有在2個(gè)偏振片224a、224c之間配置了法拉第轉(zhuǎn)子224b的構(gòu)成。本例的法拉第轉(zhuǎn)子224b例如有硬磁性的石榴石單晶膜。硬磁性的石榴石單晶膜當(dāng)通過外部磁場磁化時(shí)則保持其磁化變?yōu)橛谰么盆F。因此，法拉第轉(zhuǎn)子224b不需要施加磁場的外部磁鐵。法拉第轉(zhuǎn)子224b也可以有不是硬磁性而是軟磁性的石榴石單晶膜。在該情況下，例如環(huán)狀的永久磁鐵作為外部磁鐵而配設(shè)，并使之包圍法拉第轉(zhuǎn)子224b的周圍。2個(gè)偏振片224a、224c隔規(guī)定的間隔相向配置。向偏振片224a入射順向(圖的箭頭方向)的光時(shí)，順向的光從偏振片224c向光傳輸線路4射出。偏振片224a、224c可以使用公知的材料。例如，コ一ニング公司制的ポ一ラ·コア(商品名)為好，但并不限定于此。
法拉第轉(zhuǎn)子224b使從偏振片224a透過的順向的光的偏光面例如只旋轉(zhuǎn)45deg.，向偏振片224c射出。偏振片224c的偏振軸(偏光軸)相對(duì)于偏振片224a的偏振軸只旋轉(zhuǎn)45deg.而配置。因此，偏振片224c使順向的光透過。另一方面，從偏振片224c側(cè)入射從偏振片224c透過的逆方向的光的偏光面通過法拉第轉(zhuǎn)子224b進(jìn)一步只旋轉(zhuǎn)45deg.，與偏振片224a的偏振軸正交。據(jù)此，光隔離器224使來自偏振片224a側(cè)的順向的光透過，阻止來自偏振片224c側(cè)的逆方向的光透過。
在本實(shí)施形態(tài)中，用前述的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成法拉第轉(zhuǎn)子224b。并且，法拉第轉(zhuǎn)子224b作為光隔離器224等光器件的一部分而發(fā)揮功能。再者，以上，作為光器件的例子，關(guān)于光隔離器224進(jìn)行了說明，但本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子224b不用說，也可適用于光衰減器、光循環(huán)器及光磁傳感器等其他光器件。
以下，關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的具體實(shí)施例予以說明。(實(shí)施例1-1)將氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化鐵(Fe2O3，4N)、氧化釓(Gd2O3，5N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鐿(Yb2O3，4N)、氧化鎵(Ga2O3，4N)作為原料，使用圖2所示的裝置，采用LPE法育成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。使用的LPE基板13由(111)石榴石單晶體((GdCa)3(GaMgZr)5O12)構(gòu)成。LPE基板13的晶格常數(shù)為l.2497±0.0002nm。再者，除前述原料以外，將氧化鉛(Pbo，4N)和氧化硼(B2O3，5N)作為助熔劑組成物投入到坩堝10中。坩堝10其全體由Au構(gòu)成。投入原料組成物及助熔劑組成物后，加熱到950℃熔融原料組成物，得到熔融物12。其后，采用用Au被覆表面的攪拌體15將熔融物12只攪拌規(guī)定時(shí)間。攪拌結(jié)束后，將熔融物12降溫到850℃后，開始育成石榴石單晶膜14。在育成石榴石單晶膜14的過程中，LPE基板13用表面被覆了Au的晶片夾具16夾持。
對(duì)所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例1-1)進(jìn)行組成分析，結(jié)果證實(shí)為Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Fe4.1Ga0.9Au0.0037O12。再者，該組成是石榴石單晶膜育成后期的組成，并且未將Pb作為分析的對(duì)象。另外，該石榴石單晶膜在組成上顯示出硬磁性。將該石榴石單晶膜切斷研磨為規(guī)定尺寸后，通過施行無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。測定該法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果為0.01dB。所謂插入損失是指射出光相對(duì)于入射光的衰減部分。
另外，除使坩堝10為Pt制的以外，使用與上述一樣地得到的石榴石單晶膜(比較例1-1)制得法拉第轉(zhuǎn)子。石榴石單晶膜的組成證實(shí)為Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Fe4.1Ga0.9Pt0.02O12。測定該法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果為0.05dB。
象以上那樣，使用了含Au的石榴石單晶膜的法拉第轉(zhuǎn)子與使用了含Pt的石榴石單晶膜的法拉第轉(zhuǎn)子比，顯示出優(yōu)異的插入損失。如前述那樣，Bi置換稀土類鐵榴石單晶顯示出3價(jià)。Au的電荷為3價(jià)，Pt的電荷為4價(jià)。所以，Pt進(jìn)入到石榴石單晶時(shí)，使電荷平衡崩潰，與此相反，Au是與石榴石單晶相同的成為3價(jià)陽離子的元素，因此即使進(jìn)入到石榴石單晶也不使電荷平衡崩潰。而且，Au難以進(jìn)入石榴石單晶中，具有即使微量進(jìn)入也幾乎不形成濃度分布的特征。所以可以說給予插入損失以不良影響的程度極小。再者，作為有3價(jià)的電荷，并且可用于LPE法的坩堝10的元素，有Rh及Ir。所以，本實(shí)施例關(guān)于Au予以表示了，但代替Au，或通過與Au合金化，坩堝10也能使用Rh和/或Ir。
測定了2種石榴石單晶膜的膜厚方向的Au(實(shí)施例1-1)、Pt(比較例1-1)的濃度分布。其結(jié)果示于圖7。橫軸表示石榴石單晶膜的膜厚(μm)，縱軸表示Au、Pt量(f.u.)。再者，在圖7中，膜厚0μm側(cè)表示石榴石單晶膜育成初期，膜厚400μm側(cè)表示石榴石單晶膜育成后期。如圖7所示，從石榴石單晶膜育成初期至育成后期，Pt的濃度比Au還高。Au在膜厚方向的濃度分布大體上均勻，與比相反，Pt從石榴石單晶膜育成初期到育成后期其濃度分布直線地增大。
這可推測為基于以下所示的幾個(gè)要因。首先，Au、Pt及Fe的離子半徑有關(guān)系。各個(gè)離子半徑為Au是0.99(＝0.099nm)，Pt是0.77，F(xiàn)e是0.69。Pt與Fe的離子半徑接近，所以容易置換Fe位點(diǎn)，可認(rèn)為是容易進(jìn)入到石榴石單晶中的。另外，關(guān)于坩堝10，相對(duì)于含有助熔劑的熔融物12的Au、Pt的溶出量有關(guān)系。即，Au與Pt比，對(duì)熔融物12的耐蝕性優(yōu)異，所以Au與Pt相比，在熔融液中溶出量少。而且，伴隨時(shí)間的經(jīng)過，Pt溶出的量逐漸增加。這些情況關(guān)聯(lián)，如圖7所示，Au和Pt在膜厚方向的濃度分布產(chǎn)生差異。再者，Rh的離子半徑為0.81，Ir的離子半徑為0.82。它們的離子半徑比Pt還大，所以可判定與Pt比，難進(jìn)入石榴石單晶中。(實(shí)施例1-2)將氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化鐵(Fe2O3，4N)、氧化釓(Gd2O3，5N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鐿(Yb2O3，4N)，氧化鎵(Ga2O3，4N)、氧化鍺(GeO2，4N)作為原料，在與實(shí)施例1-1相同的條件下育成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。
關(guān)于所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例1-2)進(jìn)行了組成分析。組成分析是對(duì)石榴石單晶膜的厚度方向、即石榴石單晶膜的育成初期和育成后期進(jìn)行。其結(jié)果證實(shí)，育成初期為Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Pb0.03Fe4.3Ga0.7Ge0.03Au0.0034O12，育成后期為Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Pb0.03Fe4.3Ga0.7Ge0.03Au0.0037O12。另外，關(guān)于該石榴石單晶膜，使用YSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測定磁特性。其結(jié)果，在補(bǔ)償溫度下飽和磁化(4πMs)為0G(1G＝0.1mT)，頑磁力為4kOe(1Oe＝1/(4π)×103A/m)。
將該石榴石單晶膜切斷研磨為規(guī)定尺寸后，通過施行無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。關(guān)于得到的法拉第轉(zhuǎn)子，使用法拉第旋轉(zhuǎn)角測定裝置測定法拉第旋轉(zhuǎn)能。圖8是表示本實(shí)施例的法拉第轉(zhuǎn)子的外部磁場和法拉第旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系的曲線圖。橫軸表示磁場，縱軸表示法拉第旋轉(zhuǎn)角(deg.)。如圖8所示，本實(shí)施例的法拉第轉(zhuǎn)子可獲得良好的方型特性。
又，除使坩堝10為Pt制以外，使用與上述一樣地制得的石榴石單晶膜(比較例1-2)得到法拉第轉(zhuǎn)子。關(guān)于所得的法拉第轉(zhuǎn)子進(jìn)行了組成分析。組成分析與實(shí)施例(1-2)一樣，對(duì)石榴石單晶膜的育成初期和育成后期進(jìn)行。其結(jié)果證實(shí)，育成初期為Bi1.08Gd0.29Tb1.38Yb0.21Pb0.033Fe4.3Ga0.67Ge0.022Pt0.008O12，育成后期為Bi1.09Gd0.30Tb1.37Yb0.20Pb0.035Fe4.3Ga0.7Ge0.016Pt0.024O12?？芍獜挠沙跗诘接珊笃?，Pt量的增加率高。而且，該增加率比石榴石單晶膜的其他構(gòu)成元素大。關(guān)于該石榴石單晶膜與實(shí)施例1-2同樣測定磁特性。其結(jié)果在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化(4πMs)為25G。得到該飽和磁化的溫度從嚴(yán)格的意義講不是補(bǔ)償溫度，但如前述那樣，在本說明書中稱為補(bǔ)償溫度。使用該石榴石單晶膜與實(shí)施例1-2同樣地制作法拉第轉(zhuǎn)子后，測定了法拉第旋轉(zhuǎn)能。圖9是表示本比較例的法拉第轉(zhuǎn)子的外部磁場和法拉第旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系的曲線圖。橫軸表示磁場，縱軸表示法拉第旋轉(zhuǎn)角(deg.)。如圖9所示，可證實(shí)本比較例的法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了分離(split)。
產(chǎn)生以上的分離的原因不清楚。但是，本發(fā)明人理解為在構(gòu)成法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定元素、尤其是Pt的濃度梯度，出現(xiàn)了補(bǔ)償溫度不同的2個(gè)相，是分離的發(fā)生原因。以下一邊參照?qǐng)D10一邊關(guān)于這一點(diǎn)敘述。在圖10中，中央的曲線表示自然磁化和測定溫度的關(guān)系(自然磁化的溫度曲線)。橫軸表示溫度，縱軸表示自然磁化。前述的2個(gè)相記為a相及b相。另外，a相的補(bǔ)償溫度記為Tca，b相的補(bǔ)償溫度記為Tcb(Tca＞Tcb)。
中央曲線中的點(diǎn)劃線表示a相的自然磁化的溫度曲線，虛線表示b相的自然磁化的溫度曲線。中央的曲線中的實(shí)線表示實(shí)測的自然磁化的溫度曲線。該實(shí)線定義成為a相自然磁化的溫度曲線和b相自然磁化的溫度曲線的比例加法。各個(gè)曲線所帶的箭頭表示通過a相和b相的光的旋轉(zhuǎn)方向(以下稱為“法拉第旋轉(zhuǎn)方向”)。拔白箭頭表示a相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向，涂黑箭頭表示b相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向。如圖10所示，a相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向在Tca以下的溫度范圍為圖中向下表示的方向(以下，第1方向)。又，b相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向在Tcb以下的溫度范圍也為第1方向。
圖10的(I)示出在Tcb以下的規(guī)定溫度的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯回線。如圖10(I)所示，存在a相的磁滯回線和b相的磁滯回線?？墒?，在該規(guī)定溫度下實(shí)測的磁滯回線顯示方型。作為其理由，可推測為a相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向和b相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向一致，以及由于在前述規(guī)定溫度下的自然磁化的差異小，所以頑磁力的差異也小。
其次，當(dāng)為Tcb以上的溫度時(shí)，b相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向變成與Tcb以下的溫度范圍不同的圖中向上的方向(第2方向)。b相的磁場的方向以Tcb為界線變?yōu)槟嫦颉Ａ硪环矫?，即使超過Tcb，在Tca以下的溫度范圍，a相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向維持第1方向。所以，在Tcb以上Tca以下的溫度范圍，a相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向和b相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向相互相反。另外，Tcb以上Tca以下的規(guī)定溫度的a相的自然磁化和b相的自然磁化的差異，可以說比Tcb以下的溫度范圍的大。所以，Tcb以上Tca以下的規(guī)定溫度的a相和b相的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯回線如圖10(II)所示，存在2個(gè)?？墒牵趯?shí)測時(shí)，則顯示圖10(III)所示的磁滯回線。該磁滯回線可認(rèn)識(shí)成圖10(II)的a相的磁滯回線和b相的磁滯回線之和。
在Tca以上的溫度范圍，a相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向和b相的法拉第旋轉(zhuǎn)方向一致。可是，a相的自然磁化和b相的自然磁化的差異小。所以，如圖10(IV)所示，a相的磁滯回線和b相的磁滯回線存在，與Tcb以下的溫度范圍一樣顯示方型。
以上是本發(fā)明人對(duì)分離發(fā)生原因的理解。并且，分離在作為置換鐵位點(diǎn)和元素的Pt的濃度梯度顯著的場合無例外地產(chǎn)生。所以，通過降低Pt的濃度梯度，可抑制分離的發(fā)生。(實(shí)施例1-3)與實(shí)施例1-2同樣，育成了Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。關(guān)于所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例1-3)進(jìn)行了組成分析，結(jié)果育成初期和育成后期都有以下的化學(xué)組成。該化學(xué)組成的材料顯示軟磁性。
Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Pb0.03Fe4.97Ge0.03Au0.003O12將該石榴石單晶膜切斷研磨成規(guī)定尺寸后，通過施以無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。測定該法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果，為0.01dB。
除使坩堝10為Pt制以外，使用與上述一樣制得的石榴石單晶膜(比較例1-3)得到法拉第轉(zhuǎn)子。該石榴石單晶膜的組成，育成初期為Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Pb0.03Fe4.97Ge0.023Pt0.007O12，育成后期Bi1.0Gd0.7Tb1.1Yb0.2Pb0.03Fe4.97Ge0.017Pt0.022O12。測定該法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果為0.04dB。
象以上那樣，實(shí)施例1-3的法拉第轉(zhuǎn)子由于可理想地進(jìn)行電荷補(bǔ)償，所以能降低插入損失。與此相反，比較例1-3的法拉第轉(zhuǎn)子由于電荷平衡崩潰，所以插入損失變大。
如以上說明的那樣，采用本實(shí)施形態(tài)，可得到插入損失優(yōu)異的磁性Bi置換稀土類鐵榴石材料。另外，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，可得到即使在補(bǔ)償溫度下也不產(chǎn)生分離的硬磁性Bi置換稀土類鐵榴石材料。其次，關(guān)于本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料、法拉第轉(zhuǎn)子、光器件、鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜及其制造方法予以說明。
近年，進(jìn)行了硬磁性型的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的開發(fā)。硬磁性型的石榴石單晶膜如圖8所示，可知法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯顯示良好的方型。
本發(fā)明人關(guān)于該硬磁性型的石榴石單晶膜進(jìn)行研討。其結(jié)果證實(shí)如圖9所示，在法拉第轉(zhuǎn)子的使用溫度范圍(一般為-40～85℃)的特定的溫度區(qū)，有時(shí)產(chǎn)生分離。并且發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生分離的石榴石單晶膜頑磁力變小，作為硬磁性型的石榴石單晶膜不理想。
因此，本實(shí)施形態(tài)的課題是提供在法拉第轉(zhuǎn)子的使用溫度范圍內(nèi)，法拉第旋轉(zhuǎn)角可維持方型的磁滯的磁性石榴石材料。另外，本實(shí)施形態(tài)提供使用了該磁性石榴石材料的法拉第轉(zhuǎn)子及光器件。進(jìn)一步地，本實(shí)施形態(tài)提供制造該磁性石榴石材料的方法。
本發(fā)明人關(guān)于體現(xiàn)圖9所示的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜進(jìn)行了種種調(diào)查。其結(jié)果，本發(fā)明人查明，在該石榴石單晶膜的表面和背面的Pt濃度與其他元素比，大大地發(fā)生變動(dòng)。Pt本來不是構(gòu)成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的元素，但是可置換石榴石單晶膜的鐵位點(diǎn)的元素。并且本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，從石榴石單晶膜的育成初期到育成后期，形成Pt的濃度增加的梯度。當(dāng)然，構(gòu)成石榴石單晶膜的其他元素也存在一些濃度分布(一般為百分之幾～20％)，但Pt的濃度分布與其他構(gòu)成元素比，是顯著的(300～1000％左右)。此外，該石榴石單晶膜的飽和磁化在補(bǔ)償溫度下理想地應(yīng)變成0，但超過了20G。
Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜用LPE法制作。該LPE法是將由氧化鉍、氧化鐵和稀土類氧化物構(gòu)成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶的原料組成物和助熔劑組成物投入到Pt制坩蝸內(nèi)，通過加熱到規(guī)定的溫度，熔融原料組成物得到熔融物。一般，助熔劑組成物含有氧化鉛、氧化硼。接著，降低熔融物的溫度，呈過冷卻狀態(tài)，一邊使LPE基板旋轉(zhuǎn)，一邊使其與熔融物接觸，從而在LPE基板上使石榴石單晶膜外延生長。在該過程中，從坩堝溶出的Pt進(jìn)入到石榴石單晶中的鐵位點(diǎn)。于是，制成降低了Pt量的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜，求出法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯。其結(jié)果證實(shí)，在使用溫度范圍內(nèi)，未產(chǎn)生圖9所示的分離。并且，這種Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化為20G以下，優(yōu)選10G以下，更優(yōu)選2G以下。
按照上述，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，提供一種磁性石榴石材料，它采用由鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜構(gòu)成，前述單晶膜中的置換鐵位點(diǎn)的元素的濃度變動(dòng)為200％以下。并且，在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化為20G以下。對(duì)于該磁性石榴石材料，應(yīng)該抑制濃度變動(dòng)的置換鐵位點(diǎn)的元素的典型是Pt。Pt的濃度變動(dòng)優(yōu)選為200％以下。
構(gòu)成本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料的單晶膜可使用以下的化學(xué)組成。
Bi3-xAxFe(5-y)MyO12(式中，A＝從含Y的稀土類元素、Ca及Pb的組中選出的1種或2種以上，M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn、Zr、Au、Ir、Rh及Pt的組中選出的1種或2種以上，0.2≤x≤2.5，O≤y≤2.0)在以上的化學(xué)組成中，作為前述M至少選擇Ga，并且表示Ga量的y在0.8≤y≤2.0的范圍，據(jù)此在LPE法中即使使用Pt制的坩蝸，也抑制Pt在前述單晶膜中對(duì)鐵位點(diǎn)的置換，可阻止Pt的濃度梯度的形成。
通過適用本實(shí)施形態(tài)，可提供一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征為具備由具有以下的一般式所示的組成的鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜和在前述單晶膜表面被覆的無反射膜，前述單晶膜所含的Pt量按摩爾比計(jì)為0.01以下，并且前述單晶膜的表面和背面的Pt的濃度變動(dòng)為200％以下。
Bi3-xAxFe(5-y)MyO12
(其中，A＝從含Y的稀土類元素、Ca和Pb的組中選出的1種或2種以上，M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn、Zr、Au、Ir、Rh和Pt的組中選出的1種或2種以上，0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0)又，通過適用本實(shí)施形態(tài)，可提供一種光器件，該光器件具備順向的光入射的第1光學(xué)元件、與前述第1光學(xué)元件隔規(guī)定間隔而相向配置的前述順向的光射出的第2光學(xué)元件、配置在前述第1光學(xué)元件和前述第2光學(xué)元件之間，使透過前述第1光學(xué)元件的光的偏光面旋轉(zhuǎn)并向前述第2光學(xué)元件射出的法拉第轉(zhuǎn)子，前述法拉第轉(zhuǎn)子由所含的Pt量按摩爾比計(jì)為0.01以下、表面和背面的Pt濃度變動(dòng)為200％以下的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成。
本實(shí)施形態(tài)提出了抑制置換由采用LPE法育成的Bi置換稀土類鐵石榴構(gòu)成的單晶膜中的鐵位點(diǎn)的元素、典型的Pt的濃度變動(dòng)的幾種手法。該手法，可適用于在LPE法中使用Pt制的坩堝時(shí)。
其手法之1是在不活性氣體氣氛下進(jìn)行LPE法的石榴石單晶膜的育成。即，本實(shí)施形態(tài)提供一種鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法，它是采用液相外延法制造由鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜的方法，其特征在于，具備將前述鉍置換稀土類鐵榴石的原料組成物和助熔劑組成物投入到坩堝中的步驟、加熱、熔融前述原料組成物得到熔融物的步驟、將前述熔融物降溫到前述單晶膜的育成溫度的步驟、一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板，一邊育成前述單晶膜的步驟，在不活性氣體氣氛下進(jìn)行得到前述熔融物的步驟以后的處理，Pt在象大氣中那樣含有氧的氣氛下變成與氧的化合物并易溶解，因此主旨是通過處在比大氣還具還原性的氣氛下來抑制來自坩堝的Pt的溶解。
又，作為抑制來自坩堝的Pt的溶解，提出使用不含PbO的助熔劑組成物。本實(shí)施形態(tài)將不含PbO的助熔劑組成物稱為無鉛助熔劑組成物。所以，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，可提供一種鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法，其特征在于，該方法是采用液相外延法制造由鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜的方法，具備將構(gòu)成稀土類鐵榴石成分的氧化物和助熔劑組成物投入到坩堝的步驟、加熱、熔融氧化物得到前述熔融物的步驟、將前述熔融物降溫到鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成溫度的步驟、一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板，一邊育成前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的步驟，作為前述助熔劑組成物使用無鉛助熔劑組成物。
采用以上制造方法可以制得由用液相外延法育成的鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜，通過作為用于前述液相外延法的助熔劑組成物使用無鉛助熔劑，可以得到限制了PbO從前述助熔劑組成物混入的單晶膜。
以下更具體地說明本實(shí)施形態(tài)。
本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料，由由Bi置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜構(gòu)成，單晶膜中的置換鐵位點(diǎn)的元素的濃度變動(dòng)為200％以下。這是因?yàn)椋?dāng)象Pt那樣置換鐵位點(diǎn)的元素有顯著的濃度變動(dòng)時(shí)，在硬磁性型的材料中產(chǎn)生分離，頑磁力降低。該濃度變動(dòng)越低越好，優(yōu)選150％以下，更優(yōu)選100％以下，最優(yōu)選50％以下。在此，所謂濃度變動(dòng)是指單晶膜厚度方向的濃度變動(dòng)。假設(shè)單晶膜育成初期的濃度為100，育成后期的濃度為150，則濃度變動(dòng)由(150-100)/100得50％。
在本實(shí)施形態(tài)中，作為降低Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜中的置換鐵位點(diǎn)的元素的濃度變動(dòng)的效果，除了防止分離發(fā)生之外，還可舉出降低插入損失。即在石榴石單晶膜的育成過程中，當(dāng)Pt量慢慢增加，在膜厚方向Pt量發(fā)生變動(dòng)時(shí)，在石榴石單晶的一部分中電荷平衡崩潰。這樣，當(dāng)向電荷平衡崩潰的石榴石單晶膜入射光時(shí)，發(fā)生光吸收。因此，使用該石榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失變大。可是，通過降低置換鐵位點(diǎn)的元素的濃度變動(dòng)，取得電荷平衡，可降低插入損失。
象使用圖1已經(jīng)說明的那樣，希望Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜所含的Pt量是微量的。可是，由于Pt在石榴石單晶膜的育成過程中容易進(jìn)入，所以當(dāng)使用Pt制的坩堝時(shí)，迄今為止正在研究的LPE法難以使Pt量為0.01以下。根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的提案，即使使用Pt制的坩堝也能使Pt量在0.01以下。該插入損失降低的效果即使任一波長的光都有效。
再者，防止分離的發(fā)生是硬磁性型的磁性石榴石材料固有的效果，但插入損失的降低效果也表現(xiàn)在軟磁性型的磁性石榴石材料上。所以，本實(shí)施形態(tài)可適用于硬磁性和軟磁性兩種類型。
本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料，在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化為10G以下。Bi置換稀土類鐵榴石單晶體的場合，頑磁力Hc＝4K/3M(K磁各向異性常數(shù)，M磁化)，所以飽和磁化越小，頑磁力Hc越大。因此，飽和磁化越小，對(duì)硬磁性型的磁性石榴石材料來說是所希望的。當(dāng)然，飽和磁化為0G是理想的，但本實(shí)施形態(tài)可容許在20G以下，更優(yōu)選在10G以下的范圍。
本實(shí)施形態(tài)的磁性石榴石材料適用的具體的化學(xué)組成如下。但以下化學(xué)組成并未考慮在制造過程中混入的元素全部。
Bi(3-x)AxFe(5-y)MyO12(其中，A＝從含Y的稀土類元素、Ca和Pb的組中選出的1種或2種以上，M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn、Zr、Au、Ir、Rh和Pt的組中選出的1種或2種以上，0.2≤x≤2.5，0≤y2.0)。
在此，M元素是可置換鐵位點(diǎn)的元素。本實(shí)施形態(tài)的要件是，在含有可置換鐵位點(diǎn)的元素的場合，其所有元素的濃度變動(dòng)為200％以下。例如，考慮含有Ga、Ge及Pt的場合。即使Ga和Ge的濃度變動(dòng)為50％以下，如果Pt的濃度變動(dòng)超過200％，則也在本實(shí)施形態(tài)的范圍外。
在由由本實(shí)施形態(tài)的鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜構(gòu)成的磁性石榴石材料中，A元素是從含Y的稀土類元素(Y、Gd、Tb、Yb、Sm、Eu、Dy、Lu、Tm、Er、Ho、La、Ce、Pr、Nd)、Ca和Pb的組中選出的1種或2種以上。A元素的量x為0.2≤x≤2.5。當(dāng)x不到0.2時(shí)，離子半徑大的Bi量相對(duì)地變多，不能取得與用于采用LPE法育成單晶膜的LPE基板的晶格常數(shù)的一致性。又，當(dāng)x超過2.5時(shí)，Bi量反而相對(duì)地變少，法拉第旋轉(zhuǎn)能變小。作為結(jié)果，必須增厚石榴石單晶膜的厚度，采用LPE法育成石榴石單晶膜變得困難，帶來制造合格率的降低。x優(yōu)選的范圍為1.0≤x≤2.3，更優(yōu)選的范圍為1.3≤x≤2.0。再者，Pb不是積極添加的元素，是在實(shí)施LPE法時(shí)，使用含PbO的助熔劑組成物時(shí)，由該助熔劑組成物混入的。如在第1實(shí)施形態(tài)中所述，作為稀土類元素，選擇Gd、Tb及Yb這三種元素為好。
在本實(shí)施形態(tài)的Bi置換稀土類鐵榴石材料中，M是置換Fe的一部分的元素，從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn、Zr、Au、Ir、Rh及Pt的組中選擇1種或2種以上。其中，從育成石榴石單晶膜的容易程度的觀點(diǎn)看，Ga是最優(yōu)選的元素。另外，Ga有阻止Pt通過對(duì)鐵位點(diǎn)的置換而混入到石榴石單晶中的效果。降低Pt量的場合，為了進(jìn)行與從助熔劑組成物混入的Pb之間的電荷補(bǔ)償，使含有Ge是有效的。
M對(duì)Fe的置換量y滿足0≤y≤2.0。但為了得到硬磁性、即方型的磁滯，使y為0.1以上為好。另一方面，當(dāng)y超過2.0時(shí)，在石榴石單晶膜的育成中，熔融部分中生成不需要的晶核，石榴石單晶膜的鍵全的育成變得困難。為了得到硬磁性的石榴石單晶膜，優(yōu)選的y的范圍為0.3≤y≤1.7，更優(yōu)選的y的范圍為0.4≤y≤1.5。再者，以上的M元素并不限于有意識(shí)地添加的元素，也可以是在制造過程中不可避免地混入的元素。從LPE法所用的坩堝混入的Pt是典型例子。
本實(shí)施形態(tài)的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜，可采用LPE法制造。以下一邊參照已經(jīng)示出的圖2和圖3，一邊說明鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法。首先，向坩堝10投入原料組成物和助熔劑組成物。原料組成物包括氧化鐵、稀土類氧化物及氧化鉍。助熔劑組成物包括氧化鉛和氧化硼。但這是例示，對(duì)于要得到的石榴石單晶膜的化學(xué)組成，也可以進(jìn)一步含有其他的氧化物、助熔劑組成物。含有氧化鉛的助熔劑組成物，溶解坩堝10的能力高，所以作為坩堝10的材質(zhì)使用Pt的場合，使用不含氧化鉛的無鉛助熔劑組成物為好。作為不含氧化鉛的助熔劑組成物的具體例，有Bi2O3單質(zhì)、Bi2O3和B2O3的混合物、Bi2O3、B2O3和Na2O的混合物等。
坩堝10的最一般的材質(zhì)是Pt，但本實(shí)施形態(tài)可容許將Au用于坩堝10。這是因?yàn)?，Au由助熔劑所致的溶解量少，同時(shí)即使含在磁性石榴石材料中，也不象Pt那樣給予不良影響。在此，作為將Au用于坩堝10的形態(tài)除用Au構(gòu)成坩堝10全體的情況以外，也包括用Au構(gòu)成坩堝10的一部分、例如只坩堝10的內(nèi)壁的情況。另外，不只純粹的Au，是也包含使用Au合金的情況的概念。作為與Au合金化的元素，可舉出Ir、Rh及Pt。
投入到坩堝10中的原料組成物和助熔劑組成物，通過向加熱繞組11通電而被加熱，熔融，成為熔融物12。熔融物12在例如加熱至950℃左右的狀態(tài)下使用攪拌體15攪拌。這是為了提高熔融物12的熔融狀態(tài)的均勻性。攪拌體15也與坩堝10一樣，用Au構(gòu)成為好。當(dāng)使用用Pt構(gòu)成的攪拌體15時(shí)，在攪拌中從攪拌體15溶出Pt，從而含到熔融物12中。所以，為了享有使用至少在熔融物12接觸的部位配Au的坩堝10的效果，用Au構(gòu)成攪拌體15為好。再者，所謂“用Au構(gòu)成”，如已經(jīng)敘述的那樣，不只用Au構(gòu)成攪拌體15自身的場合，也包含用別的材質(zhì)構(gòu)成攪拌體15，在其表面形成Au膜的情況、以及用Au構(gòu)成與熔融物12接觸的部位，其他部分用Au以外的材質(zhì)構(gòu)成的情況。
用攪拌體15攪拌熔融物12結(jié)束后，將熔融物12的溫度例如降到800℃左右，呈過冷卻狀態(tài)。在該狀態(tài)下，一邊使LPE基板13旋轉(zhuǎn)，一邊使與熔融物12接觸，則在LPE基板13上石榴石單晶膜14外延生長。
在石榴石單晶膜14的育成過程中，保持LPE基板13的晶片夾具16有與熔融物12接觸的可能性。所以，也用Au構(gòu)成該晶片夾具16為好。晶片夾具16用其端頭的爪狀部保持LPE基板13，所以至少用Au構(gòu)成該端頭爪狀部為好。
采用LPE法得到單晶膜的場合，一般情況是使氣氛為大氣?？墒?，使用Pt制的坩堝10的場合，當(dāng)氧的比例超過20體積％時(shí)，Pt和氧生成化合物，Pt易溶解。于是，在使用Pt制的坩堝10時(shí)，在比大氣還具有還原性的氣氛、例如Ar等不活性氣體氣氛中采用LPE法得到石榴石單晶膜對(duì)阻止Pt向石榴石單晶膜中混入是有效的。再者，在氧少的氣氛下得到的石榴石單晶膜，容易含有氧缺陷，但通過施行熱處理(例如在800℃下保持30小時(shí))，也可消除氧缺陷。本實(shí)施形態(tài)的比大氣還具有還原性的氣氛包括不活性氣體氣氛、或含有20體積％以下的氧的不活性氣體氣氛。這是因?yàn)椋绻麨?0體積％以下的氧量，則能將Pt的溶解量抑制成微量。
采用LPE法得到的石榴石單晶膜，比最終要得到的法拉第轉(zhuǎn)子的厚度厚一些。這是為了供研磨加工后作為法拉第轉(zhuǎn)子。法拉第轉(zhuǎn)子使用對(duì)所使用的光波長而言，法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.的石榴石單晶膜。換言之，采用LPE法得到的石榴石單晶膜被研磨加工到法拉第旋轉(zhuǎn)角變?yōu)?5deg.的厚度。法拉第轉(zhuǎn)子有大約500μm左右的厚度。研磨加工后，為了降低插入損失，法拉第轉(zhuǎn)子的表面施行無反射被覆為好。
以下說明本實(shí)施形態(tài)的具體的實(shí)施例。
(實(shí)施例2-1)以氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化鐵(Fe2O3，4N)、氧化釓(Gd2O3，5N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鐿(Yb2O3，4N)、氧化鎵(Ga2O3，4N)和氧化鍺(GeO2，4N)為原料，使用圖2所示的裝置，采用LPE法在大氣中育成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。使用的LPE基板13由(111)石榴石單晶體((GdCa)3(GaMgZr)5O12)構(gòu)成。LPE基板13的晶格常數(shù)為1.2497±0.0002nm。再者，除前述原料以外，將氧化鉛(PbO，4N)和氧化硼(B2O3，5N)作為助熔劑組成物投入到坩堝10中，坩堝10其全體由Pt構(gòu)成。投入原料組成物和助熔劑組成物后，加熱到950℃熔融原料組成物后，用Pt制的攪拌體15將熔融物12只攪拌規(guī)定的時(shí)間。攪拌結(jié)束后，將熔融物12降溫到850℃后，開始石榴石單晶膜14的育成。在石榴石單晶膜14的育成過程中，LPE基板13用Pt制的晶片夾具16保持。
對(duì)所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例2-1)進(jìn)行組成分析的結(jié)果，證實(shí)石榴石單晶膜的育成初期為Bi1.1Gd0.18Tb1.38Yb0.3Pb0.03Fe3.99Ga1.01Ge0.03O12，育成后期為Bi1.1Gd0.18Tb1.38Yb0.3Pb0.035Fe4.0Ga1.0Ge0.035O12。再者，在實(shí)施例2-1中，置換鐵位點(diǎn)的元素是Ga和Ge。其濃度變動(dòng)分別為1％和17％。將該石榴石單晶膜切斷研磨成規(guī)定尺寸后，一邊使測定溫度變化，一邊測定磁特性的結(jié)果，補(bǔ)償溫度下的飽和磁化(4πMs)為3G，頑磁力Hc為3.5kOe。得到該飽和磁化的溫度在嚴(yán)格的意義上講不是補(bǔ)償溫度，但如前述那樣，在本說明書中稱為補(bǔ)償溫度。另外，關(guān)于該石榴石單晶膜，使用法拉第旋轉(zhuǎn)角測定裝置測定法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯的結(jié)果，顯示出圖8所示的良好的方型。
其次，通過對(duì)實(shí)施例2-1的單晶膜施行無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。使用該法拉第轉(zhuǎn)子用波長1.31μm的光測定插入損失的結(jié)果為0.01dB。
除基本上降低Ga量以外，采用與上述一樣的方法得到石榴石單晶膜(比較例2-1)。證實(shí)該石榴石單晶膜的化學(xué)組成，育成初期為Bi1.1Gd0.18Tb1.39Yb0.3Pb0.03Fe4.46Ga0.5Ge0.03Pt0.01O12，育成后期為Bi1.1Gd0.18Tb1.38Yb0.3Pb0.04Fe4.4Ga0.53Ge0.02Pt0.04O12。這樣，Pt從育成初期到育成后期形成濃度增加的梯度。再者，在比較例2-1中，置換鐵位點(diǎn)的元素為Ga、Ge和Pt，其濃度變動(dòng)分別為6％、33％和300％。這樣，比較例2-1的作為置換鐵位點(diǎn)的元素之一的Pt的濃度變動(dòng)為300％，超過了200％。
關(guān)于比較例2-1的石榴石單晶膜，與實(shí)施例2-1同樣測定磁特性，結(jié)果在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化(4πMs)為30G。另外，關(guān)于該石榴石單晶膜，使用法拉第旋轉(zhuǎn)角測定裝置測定在補(bǔ)償溫度下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯，結(jié)果發(fā)生圖9所示的分離。另外，與實(shí)施例2-1一樣，用波長1.31μm的光測定插入損失的結(jié)果為0.06dB。
如以上那樣，使用了實(shí)質(zhì)上不含Pt的石榴石單晶膜的法拉第轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生使用了含Pt的石榴石單晶膜的法拉第轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的分離。當(dāng)Pt進(jìn)入到石榴石單晶體中，并且形成濃度梯度時(shí)，使石榴石單晶膜的電荷平衡崩潰?？膳卸?，由于電荷平衡崩潰，從而產(chǎn)生分離，并且插入損失增加。
實(shí)施例2-1和比較例2-1基本上在同一條件下得到。如前述那樣，實(shí)施例2-1的石榴石單晶膜中不含可定量程度的Pt。這基于實(shí)施例2-1和比較例2-1的Ga量的差異。即，Ga和Pt與Fe離子半徑接近，但當(dāng)Ga對(duì)鐵位點(diǎn)多量置換時(shí)，Pt變得不能與Fe置換。為此，可推定即使Pt從坩堝10溶解，進(jìn)入到石榴石單晶膜中的Pt也是微量的。
(實(shí)施例2-2)除了使Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成氣氛為含有5體積％的氧的Ar氣體氣氛、使目的組成不同以外，在與實(shí)施例2-1同樣的條件下育成石榴石單晶膜。
關(guān)于所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例2-2)與實(shí)施例2-1同樣地進(jìn)行了組成分析。其結(jié)果證實(shí)，該石榴石單晶膜的化學(xué)組成，育成初期為Bi1.1Gd0.18Tb1.39Yb0.3Pb0.03Fe4.7Ga0.27Ge0.03Pt0.005O12，育成后期為Bi1.1Gd0.18Tb1.39Yb0.3Pb0.03Fe4.7Ga0.27Ge0.025Pt0.01O12。這樣，通過在不活性氣體氣氛中進(jìn)行石榴石單晶膜的育成，即使使用Pt制的坩堝10的場合，也能降低石榴石單晶膜所含的Pt量。
在實(shí)施例2-2中，置換鐵位點(diǎn)的元素為Ga、Ge和Pt，其濃度變動(dòng)分別為0％、17％和100％。除該石榴石單晶膜切斷研磨成規(guī)定尺寸后，與實(shí)施例2-1同樣地測定磁特性，結(jié)果在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化(4πMs)為4G，頑磁力Hc為2.5kOe。另外，關(guān)于該石榴石單晶膜與實(shí)施例2-1同樣地測定法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯，結(jié)果顯示出良好的方型。其次，通過對(duì)該石榴石單晶膜施行無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。使用該法拉第轉(zhuǎn)子采用波長1.31μm的光測定插入損失的結(jié)果為0.01dB。
(實(shí)施例2-3)除了使助熔劑組成物為Bi2O3和B2O3的混合物、作為原料不使用氧化鍺、以及使目的組成不同以外，在與實(shí)施例2-1同樣的條件下育成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。
關(guān)于所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例2-3)，與實(shí)施例2-1同樣地進(jìn)行組成分析。其結(jié)果證實(shí)，該石榴石單晶膜的化學(xué)組成，育成初期為Bi1.1Gd0.22Tb1.38Yb0.3Fe4.25Ga0.75Pt0.002O12，育成后期為Bi1.1Gd0.22Tb1.38Yb0.3Fe4.25Ga0.75Pt0.00025O12。這樣，通過在不活性氣體氣氛中進(jìn)行石榴石單晶膜的育成，即使使用Pt制的坩堝10的場合，也能降低石榴石單晶膜所含的Pt量。另外，實(shí)施例2-3由于使用不含Pb0的無鉛助熔劑組成物，所以Pb的混入被限制。
在實(shí)施例2-3中，置換鐵位點(diǎn)的元素是Ga和Pt，其濃度變動(dòng)分別為0％及25％。將該石榴石單晶膜切斷研磨成規(guī)定尺寸后，與實(shí)施例2-1同樣地測定磁特性的結(jié)果，在補(bǔ)償溫度下的飽和磁化(4πMs)為2G，頑磁力Hc為4kOe。關(guān)于該石榴石單晶膜，與實(shí)施例2-1一樣地測定法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯的結(jié)果，顯示出良好的方型。其次，通過對(duì)該石榴石單晶膜施行無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。使用該法拉第轉(zhuǎn)子采用波長1.31μm的光測定插入損失的結(jié)果為0.01dB。
(實(shí)施例2-4)采用與實(shí)施例2-1同樣的方法，得到Pt含量不同的多個(gè)石榴石單晶膜。求出這些石榴石單晶膜的育成初期及育成后期的Pt的濃度變動(dòng)。另外，求出了這些石榴石單晶膜在補(bǔ)償溫度下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯、飽和磁化(4πMs)和頑磁力Hc。
表1
*磁滯、飽和磁化、頑磁力在補(bǔ)償溫度下測定如表1所示，當(dāng)Pt的濃度變動(dòng)超過200％時(shí)，可知發(fā)生分離。而且，飽和磁化超過20G。再者，發(fā)生分離的材料不能準(zhǔn)確地測定頑磁力。與此相對(duì)，當(dāng)Pt的濃度變動(dòng)為200％以下時(shí)，不產(chǎn)生分離，法拉第旋轉(zhuǎn)角顯示出方型的磁滯。(實(shí)施例2-5)除了使坩堝10、攪拌體15和晶片夾具16為Au制以外，與實(shí)施例2-1同樣育成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。關(guān)于所得的石榴石單晶膜(實(shí)施例2-5)進(jìn)行組成分析的結(jié)果，育成初期和育成后期都有以下的化學(xué)組成。該化學(xué)組成的材料顯示出軟磁性。
Bi1.1Gd1.2Yb0.67Pb0.03Fe4.97Ge0.03O12將該石榴石單晶膜切斷研磨成規(guī)定尺寸后，通過施行無反射被覆，得到1mm×1mm×0.5mm尺寸的法拉第轉(zhuǎn)子。使用該法拉第轉(zhuǎn)子用波長1.31μm的光測定插入損失的結(jié)果，為0.01dB。再者，在實(shí)施例2-5中，置換鐵位點(diǎn)的元素為Ge，其濃度變動(dòng)為0％。
除了使坩堝10、攪拌體15及晶片夾具16為Pt制以外，使用與上述一樣地得到的石榴石單晶膜(比較例2-5)得到法拉第轉(zhuǎn)子。該石榴石單晶膜的化學(xué)組成，育成初期為Bi1.1Gd1.2Yb0.67Pb0.03Fe4.97Ge0.023Pt0.007O12，育成后期為B1.1Gd1.2Yb0.67Pb0.03Fe4.97Ge0.017Pt0.022O12。用波長1.31μm的光測定該法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果為0.04dB。
象以上那樣，實(shí)施例2-5的法拉第轉(zhuǎn)子由于可理想地進(jìn)行電荷補(bǔ)償，所以可降低插入損失。與此相對(duì)，比較例2-5的法拉第轉(zhuǎn)子由于電荷平衡崩潰，所以插入損失變大。再者，在比較例2-5中，置換鐵位點(diǎn)的元素為Ge和Pt，其濃度變動(dòng)分別為26％和214％。
如以上說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，可得到即使在補(bǔ)償溫度下也不發(fā)生分離的硬磁性的Bi置換稀土類鐵榴石材料。又，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，可得到插入損失優(yōu)異的Bi置換稀土類鐵榴石材料。[第3實(shí)施形態(tài)]以下關(guān)于本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子及光器件，使用圖10～圖18予以說明。用LPE法育成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜，作為用于光隔離器和光回轉(zhuǎn)器(循環(huán))等的法拉第轉(zhuǎn)子較多地用于光通信系統(tǒng)。光隔離器有只在一個(gè)方向傳送光，阻止在途中反射回來的光的作用。法拉第轉(zhuǎn)子有利用法拉第效應(yīng)使光的偏光面旋轉(zhuǎn)的機(jī)能，在用于光隔離器的情況下，使偏光面旋轉(zhuǎn)45deg.。光隔離器大多情況是將法拉第轉(zhuǎn)子、具有只使一個(gè)方向的偏光面的光透過的機(jī)能并夾著法拉第轉(zhuǎn)子而配置的2片偏振元件或偏振分離元件、和使法拉第轉(zhuǎn)子磁性地飽和的外部磁鐵組和而構(gòu)成的。圖11示出法拉第轉(zhuǎn)子的光的透射方向和磁場的方向。如圖11所示，對(duì)法拉第轉(zhuǎn)子224b例如采用外部磁鐵施加與光的前進(jìn)方向平行的箭頭A方向的磁場。
近年，正在研究通過控制軟磁性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的組成，來實(shí)現(xiàn)硬磁性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜(例如，參照特開平9-185027號(hào)公報(bào))。使法拉第轉(zhuǎn)子為硬磁性，即將法拉第轉(zhuǎn)子制成永久磁鐵不需要對(duì)法拉第轉(zhuǎn)子外加磁場的外部磁鐵，因此對(duì)光隔離器的小型化和低成本化極為有效。為使Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜為硬磁性，作為稀土類元素選擇Tb、Gd、Eu、Ho等之類的總磁矩大的元素，同時(shí)用Ga和Al等非磁性元素置換Fe。這樣，在光隔離器的工作溫度附近可使自然磁化M為小的值，其結(jié)果，可使Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜具有磁的方型磁帶，使矯頑力(頑磁力)Hc增大。
多量含有Tb、Gd、Eu、Ho等元素的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜，在自然磁化M的溫度特性中，有自然磁化M大體為0的溫度、即補(bǔ)償溫度。對(duì)于補(bǔ)償溫度，稀土類離子和Fe離子的總磁矩變得相等，表觀上的磁化大體上變?yōu)?。一般地，自然磁化M越小，永久磁鐵的矯頑力Hc越能取得大的值。所以，將補(bǔ)償溫度設(shè)定在作為通信用光器件的工作溫度所要求的-40～85℃的范圍，在通信用光器件的實(shí)用溫度范圍內(nèi)使自然磁化M為更小的值為好。
可是，當(dāng)用上述方法使Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜為硬磁性時(shí)，可知在自然磁化M變?yōu)闃O小的值的溫度條件下，產(chǎn)生出現(xiàn)多個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)角的特異的現(xiàn)象(分離)。圖12示出使用上述硬磁性的石榴石單晶膜制造的法拉第轉(zhuǎn)子的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯。橫軸表示磁場，縱軸表示法拉第旋轉(zhuǎn)角(deg.)。如圖12所示，該法拉第轉(zhuǎn)子有45deg.和20deg.兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)角。產(chǎn)生了分離的法拉第轉(zhuǎn)子，法拉第旋轉(zhuǎn)角的再現(xiàn)性降低，由于外部磁場和溫度的變化，使得法拉第旋轉(zhuǎn)角較大地變動(dòng)。因此，不能穩(wěn)定地得到所需的法拉第旋轉(zhuǎn)角。尤其是被證實(shí)，當(dāng)溫度變化時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)角的再現(xiàn)性降低。當(dāng)使用這樣的法拉第轉(zhuǎn)子制作光隔離器等光器件時(shí)，由于法拉第旋轉(zhuǎn)角變動(dòng)，所以產(chǎn)生光不透射等不良情況。
因此，通過使產(chǎn)生分離的溫度范圍脫離作為光器件的工作溫度的-40～85℃的范圍，進(jìn)行解決上述問題的嘗試。可是，這種情況下，為了在自然磁化M值比較大的條件下得到硬磁性的特性，矯頑力Hc變?yōu)闃O小的值。因此，通過來自外部的磁場、溫度變動(dòng)和沖擊等，法拉第轉(zhuǎn)子的磁特性容易地變化，法拉第旋轉(zhuǎn)角變動(dòng)，產(chǎn)生這些問題。其結(jié)果，有硬磁性特性的法拉第轉(zhuǎn)子，尚未在一般的光器件中普及。
本實(shí)施形態(tài)的目的在于，提供磁特性良好的法拉第轉(zhuǎn)子和具備該轉(zhuǎn)子的光器件。
上述目的通過一種法拉第轉(zhuǎn)子而可達(dá)到。該法拉第轉(zhuǎn)子的特征在于，是具備有硬磁性特性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜、和形成于前述單晶膜、光入射和射出的兩個(gè)表面的法拉第轉(zhuǎn)子，前述單晶膜用化學(xué)式Bi3-xRxFe5-yMyO12(在此，R是從選自含Y的稀土類元素中的至少1種元素和Pb、Ca中選出的至少一種元素，x滿足1.5＜x＜2.5。M是從Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Pt和Mg中選出的至少1種元素，y滿足0＜y＜1.5。)表示，前述2個(gè)表面之中，一方的前述y值記為y1，另一方的前述y值記為y2時(shí)，滿足y2≤y1≤2y2的關(guān)系。
對(duì)于上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子，其特征為前述y1和前述y2滿足y1y2的關(guān)系，對(duì)于上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子，其特征為前述y進(jìn)一步滿足0＜y＜0.1。
對(duì)于上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子，其特征為前述M是從Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti及Mg中選出的至少1種元素，不包括Pt。
對(duì)于上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子，其特征為補(bǔ)償溫度為-40℃以上、85℃以下。
又，上述目的通過一種光器件可達(dá)到，該光器件的特征為是由多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的光器件，前述光學(xué)元件包括上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子。
關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子和具備它的光器件予以說明。首先，說明本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的原理。
在法拉第轉(zhuǎn)子的全部區(qū)域磁特性均勻的場合，即使在補(bǔ)償溫度附近自然磁化M變?yōu)闃O小的值，本來也不會(huì)產(chǎn)生分離。所以產(chǎn)生分離這一情況可推定為磁特性不同的多個(gè)層重疊，構(gòu)成法拉第轉(zhuǎn)子。于是，采用各種各樣的手法分析了該法拉第轉(zhuǎn)子的磁特性和組成，結(jié)果可知，在鐵及可與鐵置換的元素的組成分布和分離發(fā)生之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。即證實(shí)，當(dāng)法拉第轉(zhuǎn)子的鐵及與鐵置換的元素的組成分布在外延膜(取向附生膜)生長方向(光的入射射出方向)不均勻時(shí)，產(chǎn)生分離。
圖13示出了使用硬磁性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制造的法拉第轉(zhuǎn)子的自然磁化M和溫度的關(guān)系。橫軸表示溫度，縱軸表示自然磁化M。如圖13所示，自然磁化M在補(bǔ)償溫度Tc下大體上變?yōu)?。補(bǔ)償溫度Tc設(shè)定在作為光器件的工作溫度所要求的-40℃以上85℃以下的范圍。
圖14～圖16示意地示出Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的旋轉(zhuǎn)排列(自旋陣列)。圖14表示在補(bǔ)償溫度Tc附近的旋轉(zhuǎn)排列，圖15表示在比補(bǔ)償溫度Tc高的溫度T2下的旋轉(zhuǎn)排列。圖16表示在比補(bǔ)償溫度Tc低的溫度T1下的旋轉(zhuǎn)排列。各圖中的箭頭a表示鐵離子的磁矩的方位和強(qiáng)度，各圖中的箭頭b表示稀土類元素離子的磁矩的方位和強(qiáng)度。如圖14所示，在補(bǔ)償溫度Tc附近的溫度下，稀土類元素離子和鐵離子的磁矩的強(qiáng)度相互大體上變得相等。如圖15所示，在比補(bǔ)償溫度Tc高的溫度T2下，稀土類元素離子的磁矩的強(qiáng)度比鐵離子的磁矩的強(qiáng)度高。如圖16所示，在比補(bǔ)償溫度Tc低的溫度T1下，鐵離子的磁矩的強(qiáng)度比稀土類元素離子的磁矩的強(qiáng)度高。
較多地含具有大的磁矩的稀土類元素的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜，當(dāng)置換鐵的非磁性元素的量變多時(shí)，補(bǔ)償溫度變高。通過將非磁性元素的置換量調(diào)整為適當(dāng)?shù)牧?，可使補(bǔ)償溫度在室溫附近，在以室溫為中心的光器件的工作溫度下，可得到大的矯頑力Hc。
可是，當(dāng)非磁性元素的置換量根據(jù)區(qū)域而不均勻時(shí)，即使是同一溫度條件，補(bǔ)償溫度Tc根據(jù)區(qū)域不同而不同，所以相對(duì)于補(bǔ)償溫度Tc的相對(duì)的稀土類元素離子和鐵離子的磁矩的強(qiáng)度根據(jù)區(qū)域而不同。即使在某個(gè)區(qū)域，稀土類元素離子和鐵離子的磁矩的強(qiáng)度相互大體上相等，比起該區(qū)域鐵的組成比大的區(qū)域，補(bǔ)償溫度Tc也變低，所以鐵離子的磁矩的強(qiáng)度比稀土類元素離子的磁矩的強(qiáng)度高。相反，鐵的組成比小的區(qū)域，稀土類元素離子的磁矩的強(qiáng)度比鐵離子的磁矩的強(qiáng)度高。所以，在1個(gè)法拉第轉(zhuǎn)子內(nèi)，存在鐵離子和稀土類元素離子的磁矩之和相互不同的多個(gè)區(qū)域。這些多個(gè)區(qū)域，磁特性相互不同。
圖17A～圖17E示意地示出了存在鐵離子和稀土類元素離子的磁矩之和相互不同的兩個(gè)區(qū)域的法拉第轉(zhuǎn)子的構(gòu)成及每個(gè)區(qū)域的磁特性。如圖17A所示，法拉第轉(zhuǎn)子224b具有鐵離子和稀土類元素離子的磁矩之和相互不同的2個(gè)區(qū)域。2個(gè)區(qū)域以與入射射出面大體平行的假想面226為界限。圖17B表示法拉第轉(zhuǎn)子224b的入射面?zhèn)鹊淖匀淮呕疢和溫度的關(guān)系(b相)，圖17C表示法拉第轉(zhuǎn)子224b的射出面?zhèn)鹊淖匀淮呕疢和溫度的關(guān)系(a相)。圖17B和圖17C的橫軸表示溫度，縱軸表示自然磁化M。虛線c表示法拉第轉(zhuǎn)子224b的溫度。又，圖17D表示法拉第轉(zhuǎn)子224b的b相的磁滯，圖17E表示法拉第轉(zhuǎn)子224b的a相的磁滯。圖17D和圖17E的橫軸表示磁場，縱軸表示法拉第旋轉(zhuǎn)角。圖17D和圖17E中的向左右方向延伸的虛線表示法拉第旋轉(zhuǎn)角0deg.，向上下方向延伸的虛線表示磁場0。
如圖17B及圖17C所示，a相和b相補(bǔ)償溫度Tc不同。A相補(bǔ)償溫度Tc比法拉第轉(zhuǎn)子224b的溫度高，b相補(bǔ)償溫度Tc比法拉第轉(zhuǎn)子224b的溫度低。因此，如圖17D和圖17E所示，a相和b相磁滯不相同。所以，法拉第轉(zhuǎn)子224b的磁滯變?yōu)閍相的磁滯和b相的磁滯之和，在補(bǔ)償溫度Tc附近的溫度的法拉第旋轉(zhuǎn)角如圖12所示產(chǎn)生分離。
Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜中鐵的組成分布變動(dòng)的原因是，在外延膜的育成中和鐵置換的元素的組成變動(dòng)。于是，分析與鐵置換的元素和其組成變動(dòng)量的結(jié)果，可知越抑制組成變動(dòng)，越不發(fā)生分離，矯頑力Hc變?yōu)榇蟮闹怠?br> 為了Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的外延生長穩(wěn)定、離子的價(jià)數(shù)為與鐵相同的3價(jià)等，Ga和Al作為置換用的非磁性元素使用的情況較多。因此，多量地置換的Ga和Al之類的非磁性元素的組成分布均勻成為必要?？墒?，關(guān)于Ga和Al，在育成用坩堝中和氧化鐵一起配合它們的氧化物的比例下，育成條件確定。因此，Ga和Al的組成在法拉第轉(zhuǎn)子的各區(qū)域變得不均勻的可能性低。所以，在一般的外延生長條件下，Ga和Al的組成變動(dòng)不給予分離的發(fā)生以大的影響。
作為其以外的非磁性元素，有在育成中從坩堝和夾具溶出到熔融液中，和鐵置換的非磁性的微量置換元素。微量置換元素不是育成用的起始材料，所以進(jìn)入到Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜中的組成量，即使最大也就到0.1左右?？墒?，知道，這些微量置換元素的組成分布給予分離的發(fā)生以大的影響。即，證實(shí)當(dāng)與鐵置換的非磁性的微量置換元素的組成分布不均勻時(shí)，則產(chǎn)生分離。所以可知，為了改善法拉第轉(zhuǎn)子的矯頑力Hc的特性，微量置換元素的組成分布的均勻化是必要的。微量置換元素的組成分布在膜生長方向(厚度方向)大致均勻的狀態(tài)最好，即在法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出的2個(gè)Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜表面之間，與鐵置換的各非磁性元素為相同的量的狀態(tài)最好?？墒牵词菇M成分布未必一定法拉第轉(zhuǎn)子的特性有時(shí)也產(chǎn)生實(shí)用上的問題。法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出的2個(gè)Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜表面之中，在一個(gè)表面的各非磁性元素是在另一表面的各非磁性元素量以上、且2倍以下的場合，可抑制分離的發(fā)生，矯頑力Hc為實(shí)用上沒有問題的值。
在育成中，從坩堝和夾具向熔融液溶出，和鐵置換的非磁性的微量置換元素中，代表性的是Pt。通常，裝入了石榴石單晶膜的外延生長的原材料的容器是以Pt(熔點(diǎn)1772℃)為主成分制作的，其中，Pt滿足以下條件與PbO、Bi2O3、B2O3的溶劑的反應(yīng)性低，以及其熔點(diǎn)高，比育成溫度有余裕。由于雖然Pt與熔融液的反應(yīng)性低，但仍稍微反應(yīng)，所以在外延生長中，緩慢地向熔融液溶解。因此，特別是關(guān)于Pt，必須使得法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出的2個(gè)Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜表面之中，一個(gè)表面的Pt量為另一表面的Pt量以上、且2倍以下。
另外，從坩堝和用于基板固定的夾具等，Pt以外的雜質(zhì)向熔融液溶出，這些元素混入到外延膜，有時(shí)也形成不均勻的組成分布。即使這樣的場合，也必須使得法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出的2個(gè)Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜表面之中，一個(gè)表面的非磁性元素量為另一表面的各非磁性元素量以上、且2倍以下。
而且，為了進(jìn)一步改善法拉第轉(zhuǎn)子的Hc特性，研究了用Au構(gòu)成坩堝、用于育成的熔融液的攪拌用具(攪拌體)、基板固定用具，育成外延膜。Au是非常難成為離子的元素，只溶于PbO、Bi2O3、B2O3的溶劑一點(diǎn)點(diǎn)，其一點(diǎn)點(diǎn)溶解的Au幾乎不在外延膜析出。因此，為了從外延膜除去從坩堝和夾具析出的Pt和其他雜質(zhì)，使用Au的這些手法為最有效的方法。這樣，通過除去Pt和其他雜質(zhì)，可得到不產(chǎn)生分離，有大的矯頑力Hc的理想的硬磁性法拉第轉(zhuǎn)子。
但是，Au的熔點(diǎn)與1064℃這一育成溫度接近，因此用Au制的坩堝和夾具在育成條件下極軟，難以操作。為此，使用通過將Pt和Au合金化來補(bǔ)強(qiáng)的材料，為了得到坩堝和夾具的強(qiáng)度是有效的。當(dāng)使用這樣的材料時(shí)，有時(shí)微量的Pt混入到外延膜?？墒牵词惯@種情況，如果法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出的2個(gè)Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜表面之中，一個(gè)表面的Pt量為另一表面的Pt量以上、且2倍以下，則不會(huì)引起實(shí)用上的特性的問題。
另外，對(duì)于配合到原材料中、與鐵多量置換的Ga和Al等非磁性元素，沒有組成變動(dòng)是理想的。在法拉第轉(zhuǎn)子的兩表面，一個(gè)表面的各非磁性元素量為另一表面的各自的非磁性元素量以上、且2倍以下，同樣是硬磁性的法拉第轉(zhuǎn)子所必需的條件。
這樣，本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子，具有用化學(xué)式Bi3-xRxFe5-yMyO12(在此，R是從選自含Y的稀土類元素之中的至少1種元素和Pb及Ca中的至少1種元素，x滿足1.5＜x＜2.5。M是從Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Pt及Mg中選出的至少1種元素，y滿足0＜y＜1.5。)表示的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。另外，本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子，形成于Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜、光的入射射出的2個(gè)表面之中將一個(gè)表面的y值記為y1，將另一表面的y值記為y2時(shí)，滿足y2≤y1≤2y2的關(guān)系。進(jìn)一步地，y1和y2滿足y1y2的關(guān)系更優(yōu)選。
圖18示出本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的法拉第旋轉(zhuǎn)角的磁滯(硬磁特性)。橫軸表示磁場，縱軸表示法拉第旋轉(zhuǎn)角(deg.)。如圖18所示，本實(shí)施形態(tài)在得到不發(fā)生分離、比較大的矯頑力Hc的同時(shí)，得到良好的方型磁滯。本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子象已經(jīng)使用圖4～圖6說明的那樣，可用于光器件及光通信系統(tǒng)。
根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，在由具有硬磁性特性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子中，通過將與鐵置換的各非磁性元素的光入射射出方向的組在分布抑制在一定的范圍，可抑制分離的發(fā)生。
以下使用具體實(shí)施例說明本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子。
(實(shí)施例3-1)
將Tb4O7、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Au制的坩蝸，將該坩蝸配置在電爐內(nèi)，升溫熔融后進(jìn)行攪拌。用Au制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法由該熔融液在基板上育成有(BiTbYbPb)3(FeGaGe)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的x射射出的2面上形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.，1.5mm見方、厚450μm的法拉第轉(zhuǎn)子。用VSM評(píng)價(jià)的結(jié)果，該法拉第轉(zhuǎn)子的補(bǔ)償溫度為15℃。一邊改變溫度，一邊用VSM評(píng)價(jià)自然磁化M，將在比居里溫度低的溫度下自然磁化M最接近于0的溫度判斷為補(bǔ)償溫度。評(píng)價(jià)了在溫度25℃下法拉第旋轉(zhuǎn)角和外部磁場的關(guān)系，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)角只為45deg.，未產(chǎn)生分離、矯頑力Hc為500kA/m。其次，在該法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出面分析了石榴石組成。組成分析是在(BiTbYbPb)3(FeGaGe)5O12單晶體的光的入射射出的2面，采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法關(guān)于Ga和Ge進(jìn)行的。通過相對(duì)地比較該分析值，進(jìn)行了這些元素的在入射射出兩面的組成比的評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的入射射出兩面的組成比，若使一個(gè)表面的Ga和Ge的量分別為100，則另一面的相對(duì)的量Ga、Ge都為110。(實(shí)施例3-2)將Tb4O7、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Au制的坩堝，配置到電爐內(nèi)，升溫熔融后進(jìn)行攪拌。用Pt制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法由該熔融液在基板上育成具有(BiTbYbPb)3(FeGaGePt)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光入射射出的2面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.，1.5mm見方、厚度450μm的法拉第轉(zhuǎn)子。用VSM評(píng)價(jià)的結(jié)果，該法拉第轉(zhuǎn)子的補(bǔ)償溫度為15℃。一邊變化溫度一邊用VSM評(píng)價(jià)自然磁化M，將在比居里溫度低的溫度下自然磁化M最接近于0的溫度判斷為補(bǔ)償溫度。在溫度25℃評(píng)價(jià)法拉第旋轉(zhuǎn)角和外部磁場的關(guān)系，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.，稍微發(fā)生分離，矯頑力He為200kA/m。其次，在該法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出面分析了石榴石組成。組成分析是在(BiTbYbPb)3(FeGaGePt)5O12單晶體的光的入射射出的2面，對(duì)采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法檢測的Ga、Ge及Pt進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，進(jìn)行了這些元素在入射出兩面的組成比的評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的入射射出兩面的組成比，若一個(gè)表面的Ga、Ge及Pt量分別為100，則另一表面的相對(duì)的量Ga為100，Ge為110，Pt為150。(實(shí)施例3-3)將Tb4O7、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Au與Pt的合金制的坩堝，配置到電爐內(nèi)，升溫熔融后進(jìn)行攪拌。用Pt制的夾具固定CaMgZr轉(zhuǎn)換釓鎵石榴石單晶板，采用LPE法由該熔融液在基板上育成具有(BiTbYbPb)3(FeGaGePt)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的入射射出的2面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.1.5mm方、厚度450μm的法拉第轉(zhuǎn)子。用VSM評(píng)價(jià)的結(jié)果，該法拉第轉(zhuǎn)子的補(bǔ)償溫度為15℃。一邊變化溫度一邊用VSM評(píng)價(jià)自然磁化M，將在比居里溫度低的溫度下自然磁化M最接近于0的溫度判斷為補(bǔ)償溫度。在溫度25℃下評(píng)價(jià)法拉第旋轉(zhuǎn)角和外部磁場的關(guān)系，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.，發(fā)生分離，矯頑力He為120kA/m。若矯頑力Hc為120kA/m，則沒有實(shí)用上的問題。其次，在該法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出面分析石榴石組成。組成分析是對(duì)在(BiTbYbPb)3(FeGaGePt)5O12單晶體的光的入射射出的2面采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法檢測的Ga、Ge及Pt進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，進(jìn)行這些元素的在入射射出兩面的組成比的評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的入射射出兩面的組成比，若使Ga、Ge及Pt在一個(gè)表面的量分別為100，則在另一個(gè)表面的相對(duì)的量Ga為100，Ge為100，Pt為200。(比較例3-1)將Tb4O7、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Pt制的坩堝，配置到電爐內(nèi)，升溫熔融后進(jìn)行攪拌。用Pt制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法由該熔融液在基板上育成具有(BiTbYbPb)3(FeGaGePt)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的入射射出的2面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.、1.5mm方、厚度450μm的法拉第轉(zhuǎn)子。用VSM評(píng)價(jià)的結(jié)果，該法拉第轉(zhuǎn)子的補(bǔ)償溫度為15℃。一邊變化溫度，一邊用VSM評(píng)價(jià)自然磁化M，將在比居里溫度低的溫度下的自然磁化M最近于0的溫度判斷為補(bǔ)償溫度。在溫度25℃下評(píng)價(jià)法拉第旋轉(zhuǎn)角和外部磁場的關(guān)系，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.，發(fā)生分離，矯頑力Hc為10kA/m。該法拉第轉(zhuǎn)子不適于實(shí)用。其次，在該法拉第轉(zhuǎn)子的光的入射射出面分析石榴石組成。組成分析是在(BiTbYbPb)3(FeGaGePt)5O12單晶體的光的入射射出的2面，對(duì)采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法檢測的Ga、Ge及Pt進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，進(jìn)行這些元素的在入射射出兩面的組成比的評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的入射射出兩面的組成比，若使Ga、Ge及Pt在一個(gè)表面的量分別為100，則在另一個(gè)表面的相對(duì)的量Ga為110，Ge為90，Pt為250。
本實(shí)施形態(tài)，在由有硬磁特特性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子中，通過將與鐵置換的各非磁性元素的光入射射出方向的組成分布抑制在一定的范圍，可抑制分離的發(fā)生，或者可得到比較大的矯頑力Hc。因此，不會(huì)產(chǎn)生以往成為問題的由少許的外部磁場、熱及振動(dòng)等所引起的法拉第旋轉(zhuǎn)角的變動(dòng)。
按照以上所述，根據(jù)本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)磁特性良好的法拉第轉(zhuǎn)子及具備該轉(zhuǎn)子的光器件。[第4實(shí)施形態(tài)]以下，使用圖19～圖21B說明本發(fā)明第4實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子及具備該轉(zhuǎn)子的光器件。近年，通信市場變大的同時(shí)，也強(qiáng)烈要求光通信系統(tǒng)的低成本化。光通信系統(tǒng)大多使用光隔離器等通信用光器件。為了光通信系統(tǒng)的低成本化，削減用于光通信系統(tǒng)的光器件數(shù)是有效的。因此，要求的是可能限度地減少光器件的插入損失，延長通過光器件的光的到達(dá)距離，以削減光器件的使用數(shù)量。對(duì)于用于光器件的法拉第轉(zhuǎn)子也要求降低插入損失。
作為法拉第轉(zhuǎn)子產(chǎn)生插入損失的要因，可認(rèn)為有以下三點(diǎn)。第1要因是構(gòu)成法拉第轉(zhuǎn)子的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的元素所固有的光吸收。第2要因是由于構(gòu)成石榴石單晶膜的離子全體的電荷平衡崩潰所產(chǎn)生的光吸收。第3要因是在石榴石單晶膜的光入射射出面形成的無反射膜的特性不良。通過使這3個(gè)要因最優(yōu)化，可減少法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失。
作為Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的主要的構(gòu)成元素的Bi和Fe，在用于光通信的波長1.3～1.6μm下沒有光吸收。因此，作為構(gòu)成石榴石單晶膜的稀土類元素，通過選擇在波長1.3～1.6μm下沒有光吸收的Gd、Ho及Yb等，能夠消除元素的光吸收所引起的損失。又，通過使成膜于法拉第轉(zhuǎn)子的光入射射出面的無反射膜與形成材料的折射率一致，并制成適當(dāng)?shù)臉?gòu)造和膜厚，可基本消除在特定的波長下在石榴石單晶膜表面的光的反射。
構(gòu)成Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的陽離子基本上為3價(jià)。當(dāng)這些陽離子為2價(jià)或4價(jià)時(shí)，Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的電荷平衡崩潰，這成為引起光吸收的原因(例如，參看特公平6-46604號(hào)公報(bào))。為了取得電荷平衡，通過在適當(dāng)?shù)臍夥蘸蜏囟认聼崽幚硎袷瘑尉?，從而使少許地含在石榴石單晶膜的Pb離子為Pb2+和Pb4+，用這些2價(jià)和4價(jià)陽離子可取得電荷平衡。又，在大氣氣氛中育成的石榴石單晶膜，由于Pb離子為Pb2+，所以通過添加作為4價(jià)陽離子的Si4+、Ti4+、Ge4+、Pt4+，可取得電荷平衡。
可是，如上那樣，盡管設(shè)定插入損失為最小的條件，也會(huì)產(chǎn)生不能得到插入損失充分小的法拉第轉(zhuǎn)子的問題。實(shí)際上，即使插入損失最小的法拉第轉(zhuǎn)子，對(duì)波長1.55μm的光也產(chǎn)生0.05dB左右的插入損失。因此，例如，使用了2個(gè)法拉第轉(zhuǎn)子的偏振無依賴型光隔離器，由于法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失、光損失變大到0.1dB左右。
本實(shí)施形態(tài)的目的在于，提供更降低插入損失的法拉第轉(zhuǎn)子及具備該轉(zhuǎn)子的光器件。
上述目的通過一種法拉第轉(zhuǎn)子可以實(shí)現(xiàn)，該轉(zhuǎn)子的特征在于，是具備Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜、和形成于前述單晶膜、光入射射出的2個(gè)表面的法拉第轉(zhuǎn)子，前述單晶膜用化學(xué)式Bi3-x-yRxAyFe5-z-wMzBwO12(在此，R為選自含Y的稀土類元素之中的至少1種元素，A為從Pb、Ca及Cd之中選出的至少1種元素，x及y滿足1.5＜x+y＜2.5的關(guān)系。M是從Ga、Al、Sc及In中選出的至少1種元素，B是從Si、Ti、Ge、Pt、Mg中選出的至少1種元素，z及w滿足0≤z+w＜1.5的關(guān)系。)表示，在前述2個(gè)表面之中，使一方的前述y值為y1，使另一方的前述y值為y2時(shí)，滿足y2≤y1≤2y2的關(guān)系，前述2個(gè)表面之中，使一方的前述w值為w1，使另一方的前述w值為w2時(shí)，滿足w2≤w1≤2w2的關(guān)系。
在上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子中，其特征在于前述y1及前述y2滿足y1y2的關(guān)系，前述w1及前述w2滿足w1w2的關(guān)系。
在本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子中，其特征在于前述y進(jìn)一步滿足0＜y＜0.1，前述w進(jìn)一步滿足0≤w＜0.1。
在上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子中，其特征在于前述B是從Si、Ti、Ge、Mg中選出的至少一種元素，不包含Pt。
又，上述目的通過一種光器件可以實(shí)現(xiàn)，該光器件的特征在于是由多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的光器件，前述光學(xué)元件包括上述本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子。
關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子及具備該轉(zhuǎn)子的光器件予以說明。首先，關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的原理予以說明。
通過適當(dāng)選擇Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的構(gòu)成元素，并使無反射膜的材料和結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，可使元素的光吸收所致的光損失和在法拉第轉(zhuǎn)子表面的光反射所致光損失大體為0。除使這些光損失大體為0以外，還研討了法拉第轉(zhuǎn)子發(fā)生插入損失的原因。其結(jié)果可知，用LPE法育成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜未必能取得電荷平衡是原因。
基本上為3價(jià)陽離子的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜中，在2價(jià)陽離子和4價(jià)陽離子變?yōu)榈攘康那闆r下，能取得電荷平衡。石榴石單晶膜的代表性的2價(jià)和4價(jià)陽離子分別為Pb2+和Pb4+。Pb從溶劑中所使用的PbO析出到石榴石單晶膜。Pt從Pt制的坩堝溶出到熔融液，并進(jìn)一步析出到石榴石單晶膜。
可是，Pt在外延膜的生長方向有不均勻的組成分布的情況變得清楚了。Pt在外延生長中緩慢地溶出到熔融液中，其一部分析出到石榴石單晶膜中。所以，在外延生長中熔融液的Pt濃度緩慢地上升，與此同時(shí)，石榴石單晶膜中的Pt量緩慢地增加。即成為4價(jià)陽離子的元素在膜生長方向增加并分布。
另一方面，在熔融液中所占的PbO量，用投入到坩堝中的起始材料的配合比確定，因此，在外延生長中作為2價(jià)陽離子的Pb2+進(jìn)行到石榴石單晶膜中的量變得一定。即成為2價(jià)陽離子的元素在膜生長方向基本上均勻地分布。在石榴石單晶膜中在2價(jià)或4價(jià)的陽離子下變得穩(wěn)定的Pb以外的元素配合到起始材料的場合，也同樣地在外延生長中這些元素進(jìn)入到石榴石單晶膜中的量變得一定。
圖19表示法拉第轉(zhuǎn)子的概略構(gòu)成和光的透射方向。如圖19所示，法拉第轉(zhuǎn)子224b有板狀的Bi置換稀土類石榴石單晶膜、和形成于該石榴石單晶膜、光入射射出的2個(gè)表面A、B。在表面A、B形成未圖示出的無反射膜。石榴石單晶膜的膜生長方向例如為從表面A向表面B的方向。
圖20A是表示圖19所示的法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的膜厚方向的2價(jià)陽離子量的分布的圖。圖20B是表示圖19所示的法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的膜厚方向的4價(jià)陽離子量的分布的圖。圖20A和圖20B的橫軸表示膜厚方向的位置。橫軸的左端表示表面A的位置，右端表示表面B的位置。圖20A的縱軸表示2價(jià)的陽離子量，圖20B的縱軸用與圖20A的縱軸相同的刻度表示4價(jià)陽離子量。如圖20A及圖20B所示，2價(jià)的陽離子量在膜厚方向的所有位置大體一定，而4價(jià)的陽離子從表面A到表面B大體直線性地單調(diào)增加。
由于坩堝和基板固定用夾具等的一部分溶到熔融液中，使得構(gòu)成它們的元素在熔融液中的量在外延生長中緩慢地增加。并且，如果溶解的元素是進(jìn)入到Bi置換稀土類鐵榴石單晶中的元素，則與外延膜的生長一起，石榴石單晶膜中的該元素量緩慢地增加。其結(jié)果，溶到熔融液的元素在石榴石單晶膜中變成2價(jià)或4價(jià)的陽離子的場合，這些陽離子產(chǎn)生膜生長方向的組成分布，可成為使石榴石單晶膜的電荷平衡崩潰的原因。
通過控制從起始材料進(jìn)入到Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的2價(jià)和4價(jià)的陽離子量、和在育成中緩慢溶到熔融液中并進(jìn)入到石榴石單晶膜的2價(jià)和4價(jià)的陽離子的量，可在法拉第轉(zhuǎn)子的膜厚方向的特定位置取得電荷平衡?？墒窃谕庋由L中溶解到熔融液并成為2價(jià)和4價(jià)的陽離子的元素，在膜生長方向有組成變動(dòng)，所以即使在一部分取得電荷平衡，在其他部分電荷平衡也崩潰。并且，在電荷平衡崩潰的部分發(fā)生損失。例如，在圖20A和圖20B中，在石榴石單晶膜的表面A、B間的大體中央的位置C，2價(jià)的陽離子量和4價(jià)的陽離子量都是d，變得互相相等?？墒牵?價(jià)的陽離子量在膜生長方向增加，所以在位置C至表面A側(cè)比2價(jià)的陽離子d少，在位置C至表面B側(cè)比2價(jià)的陽離子量d多。所以，在位置C以外，2價(jià)的陽離子量和4價(jià)的陽離子量不相等，電荷平衡崩潰，所以法拉第轉(zhuǎn)子發(fā)生插入損失。
于是，通過在Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜中使變成2價(jià)和4價(jià)的陽離子的元素在膜生長方向均勻地分布，同時(shí)進(jìn)一步地在2價(jià)和4價(jià)的陽離子間取得電荷平衡，起因于電荷平衡可降低法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失。成為2價(jià)和4價(jià)的陽離子的元素的組成分布均勻?qū)档蛽p失最有效，但即使不均勻，通過將組成變動(dòng)抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)，和過去比較也能顯著地降低法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失。
在育成中從坩堝和夾具溶解到熔融液的代表性元素是Pt。Pt難溶于作為溶劑的BbO、Bi2O3、B2O3的熔融液，而且是高熔點(diǎn)材料(熔點(diǎn)1772℃)，所以一般用于LPE法的坩堝和基板固定用夾具的結(jié)構(gòu)材料。Pt難溶于溶劑，但少許地溶解，因此在外延生長中在熔融液中少許地溶解。溶解的Pt在4價(jià)陽離子下穩(wěn)定，但與膜生長一起，一邊使之產(chǎn)生組成變動(dòng)一邊進(jìn)入到石榴石單晶體中。所以，具有均勻的組成分布的Pb2+和具有不均勻的組成分布的Pt4+都在石榴石單晶膜中含有，因此不能使法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失基本為0。
于是，為了降低法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失，研究了用Au構(gòu)成坩堝、育成中使用的熔融液的攪拌用夾具、和基板固定用夾具，育成外延膜。Au是非常難被氧化的元素，因此當(dāng)用于坩堝和夾具的材料時(shí)，幾乎不溶于熔融液，也幾乎不析出到石榴石單晶膜。另外，由于Au在3價(jià)的陽離子下為穩(wěn)定的元素，所以即使進(jìn)入到石榴石單晶體中也不會(huì)破壞電荷平衡。所以，如果將Au用于坩堝和夾具的結(jié)構(gòu)材料，育成用成為2價(jià)的陽離子的Pb和成為4價(jià)陽離子的Si、Ge、Ti等元素取得電荷平衡的外延膜，制作法拉第轉(zhuǎn)子，則能夠使插入損失大體為0。
但是，Au的熔點(diǎn)(1064℃)接近于800～900℃的育成溫度，因此作為坩堝和夾具的結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度不足。該強(qiáng)度不足通過使用Pt和Au的合金制的坩堝和夾具而能夠消除。當(dāng)使用Pt和Au的合金制的坩堝和夾具進(jìn)行育成時(shí)，比起使用Pt制的坩堝和夾具，少量的Pt溶于熔融液中。
使用Pt和Au的合金制的坩堝和夾具，育成稍微產(chǎn)生了Pt4+的組成變動(dòng)的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜，經(jīng)過該石榴石單晶膜的加工及無反射膜的成膜，制作了法拉第轉(zhuǎn)子。在該法拉第轉(zhuǎn)子的光入射射出的2個(gè)石榴石單晶膜表面進(jìn)行Pt的組成的評(píng)價(jià)和比較，調(diào)查了與插入損失的關(guān)系。其結(jié)果證實(shí)，如果滿足一個(gè)表面的Pt量與另一表面的Pt量同等、或者為其2倍以下這一組成分布條件，則法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失與過去比較有明確降低的傾向。另外，使用Au制的坩堝和夾具，育成完全除去Pt的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜，制作了法拉第轉(zhuǎn)子。該法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失大體變?yōu)?。
Pt在4價(jià)的陽離子下為穩(wěn)定的元素。關(guān)于與Pt同樣在4價(jià)的陽離子下穩(wěn)定的Si、Ge、Ti等其他元素，通過使?jié)M足一個(gè)表面的組成與另一個(gè)表面的組成同等、或者為其2倍以下這一組成分布條件，也能使法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失降低。又，Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的主要的陽離子為3價(jià)，與4價(jià)的陽離子的電荷差為1。所以，關(guān)于在同樣地與3價(jià)陽離子電荷之差為1的2價(jià)陽離子下穩(wěn)定的元素，通過使?jié)M足上述的組成分布條件，也能使法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失降低。在外延生長中進(jìn)入到石榴石單晶膜，并在2價(jià)陽離子下變得穩(wěn)定的元素，為Pb、Ca、Cd、Mg等。使用含有這些Pt以外的在2價(jià)或4價(jià)的陽離子下穩(wěn)定的元素的坩堝和夾具，育成石榴石單晶膜時(shí)，這些元素溶于熔融液，即使進(jìn)一步地進(jìn)入到石榴石單晶體中，通過將組成變動(dòng)取在規(guī)定的范圍內(nèi)，也能降低法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失。
在大氣中育成時(shí)，Pb成為Pb2+，進(jìn)入到石榴石單晶體中，但通過一邊進(jìn)行氣氛控制一邊熱處理，使成為Pb4+，可取得電荷平衡，降低法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失。這種情況下，Pb分為2價(jià)的陽離子和4價(jià)的陽離子，而且變成特定的比率，分別具有組成分布，所以如果滿足一個(gè)表面的Pb量與另一表面的Pb量同等、或者為其2倍以下這一組成分布條件，則不論有無熱處理，都能降低插入損失。
這樣，本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子，具有用化學(xué)式Bi3-x-yRxAyFe5-z-wMzBwO12(在此，R為選自含Y的稀土類元素之中的至少1種元素，A為從Pb、Ca及Cd之中選出的至少1種元素，x及y滿足1.5＜x+y＜2.5的關(guān)系。M是從Ga、Al、Sc及In中選出的至少1種元素，B是從Si、Ti、Ge、Pt及Mg中選出的至少1種元素，z及w滿足0≤z+w＜1.5關(guān)系。)表示的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。另外，本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子，形成于Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜、光入射射出的2個(gè)表面之中，使一個(gè)表面的y值y1，使另一表面的y值為y2時(shí)，滿足y2≤y1≤2y2的關(guān)系，使一個(gè)表面的w值為w1，使另一表面的w值為w2時(shí)，滿足w2≤w1≤2w2的關(guān)系。進(jìn)一步地，更優(yōu)選y1和y2滿足y1y2的關(guān)系，w1和w2滿足w1w2的關(guān)系。
圖21A表示本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的膜厚方向的2價(jià)陽離子量的分布，是與圖20A對(duì)應(yīng)的曲線圖。圖21B表示本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的膜厚方向的4價(jià)陽離子量的分布，是與圖20B對(duì)應(yīng)的曲線圖。如圖21A和圖21B所示，2價(jià)陽離子和4價(jià)陽離子均在膜厚方向的所有位置大體一定。因此，通過將從起始材料進(jìn)入到石榴石單晶膜的2價(jià)及4價(jià)的陽離子的量控制在互相相等的d，在法拉第轉(zhuǎn)子的膜厚方向的所有位置都能取得電荷平衡。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，在使用Bi置換的稀土類鐵榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子中，通過將在石榴石單晶膜中在2價(jià)或4價(jià)的陽離子下穩(wěn)定的元素的光入射射出方向的組成變動(dòng)抑制在規(guī)定的范圍內(nèi)，可顯著地降低插入損失。本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子，如已經(jīng)使用圖4～圖6說明的那樣，可用于光器件及光通信系統(tǒng)。
以下，關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的法拉第轉(zhuǎn)子，使用具體實(shí)施例予以說明。
(實(shí)施例4-1)將Gd2O3、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Au制的坩堝，熔化并進(jìn)行攪拌。用Au制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法在基板上育成具有(BiGdYbPb)3(FeGaGe)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的入射射出的2面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg、1.5mm方，厚度360μm的法拉第轉(zhuǎn)子。分析了該法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石組成。組成分析是在石榴石單晶膜的兩表面，采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法，關(guān)于Pb和Ge進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，評(píng)價(jià)這些元素在兩表面的組成比。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的兩表面的組成比，若使在一個(gè)表面的Pb和Ge的量分別100，則在另一個(gè)表面的相對(duì)的量Pb、Ge都為110。另外，使用波長1.55μm的光測定法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果，插入損失為0dB。
(實(shí)施例4-2)將Gd2o3、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Au制的坩堝，熔化并進(jìn)行攪拌。用Pt制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法在基板上育成具有(BiGdYbPb)3(FeGaGePt)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的入射射出的2個(gè)表面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.、1.5mm方，厚度360μm的法拉第轉(zhuǎn)子。分析了該法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石組成。組成分析是在石榴石單晶膜的兩表面，采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法，關(guān)于Pb、Ge和Pt進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，評(píng)價(jià)這些元素在兩表面的組成比。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的兩表面的組成比，若使在一個(gè)表面的Pb、Ge及Pt的量分別為100，則在另一個(gè)表面的相對(duì)的量Pb為90，Ge為100，Pt為150。另外，使用波長1.55μm的光測定法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果，插入損失為0.01dB。
(實(shí)施例4-3)將Gd2o3、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Au與Pt的合金制的坩堝，熔化并進(jìn)行攪拌。用Pt制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法在基板上育成具有(BiGdYbPb)3(FeGaGePt)5O12組成的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的入射射出的2個(gè)表面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.、1.5mm方、厚度360μm的法拉第轉(zhuǎn)子。
分析了該法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石組成。組成分析是在石榴石單晶膜的兩表面，采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法，關(guān)于Pb、Ge和Pt進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，評(píng)價(jià)這些元素在兩表面的組成比。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的兩表面的組成比，若使在一個(gè)表面的Pb、Ge及Pt的量分別為100，則在另一個(gè)表面的相對(duì)的量Pb為90，Ge為100，Pt為200。另外，使用波長1.55μm的光測定法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果，插入損失為0.03dB。
(比較例4-1)將Gd2O3、Yb2O3、Bi2O3、Fe2O3、Ga2O3、GeO2、PbO、B2O3放入Pt制的坩堝，熔化并進(jìn)行攪拌。用Pt制的夾具固定CaMgZr置換釓鎵石榴石單晶基板，采用LPE法在基板上育成具有(BiGdYbPb)3(FeGaGePt)5O12組成的石榴石單晶膜。研磨、切斷該石榴石單晶膜，在光的入射射出的2個(gè)表面形成無反射膜，制作在波長1.55μm的光下法拉第旋轉(zhuǎn)角為45deg.，1.5mm方，厚度360μm的法拉第轉(zhuǎn)子。分析了該法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石組成。組成分析是在石榴石單晶膜的兩表面，采用激光擦除/ICP質(zhì)量分析法，關(guān)于Pb、Ge和Pt進(jìn)行。通過相對(duì)地比較該分析值，評(píng)價(jià)這些元素在兩表面的組成比。其結(jié)果，在法拉第轉(zhuǎn)子的石榴石單晶膜的兩表面的組成比，若使在一個(gè)表面的Pb、Ge及Pt的量分別為100，則在另一個(gè)表面的相對(duì)的量Pb為90，Ge為90，Pt為250。另外，使用波長1.55μm的光測定法拉第轉(zhuǎn)子的插入損失的結(jié)果，插入損失為0.05dB。
如以上那樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，在使用Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子中，通過將在石榴石單晶膜中在2價(jià)及4價(jià)的陽離子下穩(wěn)定的元素的光入射射出方向的組成變動(dòng)抑制在一定的范圍內(nèi)，能夠顯著地降低插入損失。
又，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，在使用Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜制作的法拉第轉(zhuǎn)子中，通過使在石榴石單晶膜中在2價(jià)及4價(jià)的陽離子下穩(wěn)定的元素的光入射射出方向的組成分布均勻，能夠使插入損失大體為0。
如以上說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，可實(shí)現(xiàn)更降低插入損失的法拉第轉(zhuǎn)子以及具備該轉(zhuǎn)子的光器件。
發(fā)明效果按照上述，采用本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)插入損失低，能得到良好的磁特性的磁性石榴石材料、法拉第轉(zhuǎn)子、光器件、鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜及其制造方法以及該法所用的坩堝。
權(quán)利要求
1.一種磁性石榴石材料，其特征在于，由鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成，前述單晶膜的化學(xué)組成為Bi(3-x)AxFe(5-y-z)MyTz012，其中，A＝從含Y的稀土類元素及Ca的組中選出的1種或2種以上、M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn及Zr的組中選出的1種或2種以上、T＝從Au、Rh和Ir的組中選出的1種或2種以上、0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0，0＜z≤0.1)。
2.權(quán)利要求1所述的磁性石榴石材料，其特征在于，前述單晶膜厚度方向的前述T元素的濃度分布大致均勻。
3.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，由含Au的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成，使所入射的光的偏光面旋轉(zhuǎn)，同時(shí)插入損失為0.03dB以下。
4.權(quán)利要求3所述的法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，使前述單晶膜中所含的Au量按摩爾比計(jì)為0.01以下，但不包括0。
5.權(quán)利要求4所述的法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，按摩爾比計(jì)將前述單晶膜中所含的Pt量限定在0.01以下。
6.一種光器件，其特征為，具備順向的光入射的第1光學(xué)元件、與前述第1光學(xué)元件隔規(guī)定間隔而對(duì)置、前述順向的光射出的第2光學(xué)元件、配置在前述第1光學(xué)元件和前述第2光學(xué)元件之間、使透過前述第1光學(xué)元件的光的偏光面旋轉(zhuǎn)并向前述第2光學(xué)元件射出的法拉第轉(zhuǎn)子，前述法拉第轉(zhuǎn)子由含Au的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成，使所入射的光的偏光面旋轉(zhuǎn)，同時(shí)插入損失為0.03dB以下。
7.一種Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法，其特征在于，是采用液相外延法制造鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的方法，具有以下步驟將前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的原料組成物和助熔劑組成物投入到至少在熔融物接觸的部位配Au的坩堝中的步驟；加熱、熔融前述原料組成物得到熔融物的步驟；將前述熔融物降溫到前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成溫度的步驟；一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板，一邊育成前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的步驟。
8.一種Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法，其特征在于，是采用液相外延法制造鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的方法，具有以下步驟將前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的原料組成物、Au及助熔劑組成物投入到坩堝中的步驟；加熱、熔融前述原料組成物和Au，得到熔融物的步驟；將前述熔融物降溫到前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成溫度的步驟；一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板，一邊育成前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的步驟。
9.一種坩蝸，其特征為，是在采用液相外延法制造鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜時(shí)使用的坩堝，前述坩堝的至少與熔融物接觸的區(qū)域由Au或Au合金構(gòu)成。
10.一種磁性石榴石材料，其特征在于，用由Bi置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜構(gòu)成，前述單晶膜中的置換鐵位點(diǎn)的元素的濃度變動(dòng)為200％以下，且在補(bǔ)償溫度的飽和磁化為20G以下。
11.權(quán)利要求10所述的磁性石榴石材料，其特征在于，前述置換鐵位點(diǎn)的元素是Pt，Pt的濃度變動(dòng)為200％以下。
12.權(quán)利要求10所述的磁性石榴石材料，其特征在于，前述單晶膜具有以下的化學(xué)組成Bi3-xAxFe(5-y)MyO12，式中，A＝從含Y的稀土類元素、Ca及Pb的組中選出的1種或2種以上，M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn、Zr、Au、Ir、Rh及Pt的組中選出的1種或2種以上，0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0。
13.權(quán)利要求12所述的磁性石榴石材料，其特征在于，作為前述M至少選擇Ga，并且表示Ga量的y在0.8≤y≤2.0的范圍。
14.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，具備由具有以下的一般式所示的組成的鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜、和在前述單晶膜表面被覆的無反射膜，前述單晶膜所含的Pt量按摩爾比計(jì)為0.01以下，并且前述單晶膜的表面和背面的Pt的濃度變動(dòng)為200％以下，Bi3-xAxFe(5-y)MyO12其中，A＝從含Y的稀土類元素、Ca和Pb的組中選出的1種或2種以上，M＝從Ga、Al、Ge、Sc、In、Si、Ti、Mg、Mn、Zr、Au、Ir、Rh和Pt的組中選出的1種或2種以上，0.2≤x≤2.5，0≤y≤2.0。
15.一種光器件，其特征在于，該光器件具備順向的光入射的第1光學(xué)元件、與前述第1光學(xué)元件隔規(guī)定間隔而對(duì)置的前述順向的光射出的第2光學(xué)元件、配置在前述第1光學(xué)元件和前述第2光學(xué)元件之間，使透過前述第1光學(xué)元件的光的偏光面旋轉(zhuǎn)并向前述第2光學(xué)元件射出的法拉第轉(zhuǎn)子，前述法拉第轉(zhuǎn)子由所含的Pt量按摩爾比計(jì)為0.01以下、在表面和背面的Pt的濃度變動(dòng)為200％以下的鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜構(gòu)成。
16.一種鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法，其特征在于，它是采用液相外延法制造由鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜的方法，具備將前述鉍置換稀土類鐵榴石的原料組成物和助熔劑組成物投入到坩堝中的步驟、和加熱、熔融前述原料組成物得到熔融物的步驟、將前述熔融物降溫到前述單晶膜的育成溫度的步驟、以及一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板一邊育成前述單晶膜的步驟，在比大氣更有還原性的氣氛下進(jìn)行得到前述熔融物的步驟以后的處理。
17.一種鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的制造方法，其特征在于，該方法是采用液相外延法制造由鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜的方法，具備將前述鉍置換稀土類鐵榴石的原料組成物和助熔劑組成物投入到坩堝中的步驟、和加熱、熔融前述原料組成物得到熔融物的步驟、將前述熔融物降溫到鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的育成溫度的步驟、以及一邊使降溫的前述熔融物接觸單晶膜育成基板一邊育成前述鉍置換稀土類鐵榴石單晶膜的步驟，作為前述助熔劑組成物使用無鉛助熔劑組成物。
18.一種單晶膜，其特征是，它是由采用液相外延法育成的鉍置換稀土類鐵榴石構(gòu)成的單晶膜，作為在前述液相外延法中使用的助熔劑組成物，通過使用無鉛助熔劑，限制了雜質(zhì)從前述助熔劑組成物混入。
19.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，是具備有硬磁性特性的Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜、和形成于前述單晶膜、光入射和射出的2個(gè)表面的法拉第轉(zhuǎn)子，前述單晶膜用化學(xué)式Bi3-xRxFe5-yMyO12表示，其中，R是從選自含Y的稀土類元素中的至少1種元素和Pb、Ca中選出的至少一種元素，x滿足1.5＜x＜2.5，M是從Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Pt和Mg中選出的至少1種元素，y滿足0＜y＜1.5，并且，前述2個(gè)表面之中，在一方的前述y值記為y1，在另一方的前述y值記為y2時(shí)，滿足y2≤y1≤2y2的關(guān)系。
20.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求19所述的法拉第轉(zhuǎn)子中，前述y1和前述y2滿足y1y2的關(guān)系。
21.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求19或20所述的法拉第轉(zhuǎn)子中，前述y還進(jìn)一步滿足0＜y＜0.1。
22.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求19～21的任一項(xiàng)所述的法拉弟轉(zhuǎn)子中，前述M是從Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti及Mg之中選出的至少1種元素，不包含Pt。
23.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求19～22的任一項(xiàng)所述的法拉第轉(zhuǎn)子中，補(bǔ)償溫度為-40℃以上、85℃以下。
24.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，是具備Bi置換稀土類鐵榴石單晶膜、和形成于前述單晶膜、光入射和射出的2個(gè)表面的法拉第轉(zhuǎn)子，前述單晶膜用化學(xué)式Bi3-x-yRxAyFe5-z-wMzBwO12表示，其中，R為從含Y的稀土類元素之中選出的至少1種元素，A為從Pb、Ca及Cd之中選出的至少1種元素，x及y滿足1.5＜x+y＜2.5的關(guān)系，M是從Ga、Al、Sc及In中選出的至少1種元素，B是從Si、Ti、Ge、Pt及Mg之中選出的至少1種元素，z及w滿足0≤z+w＜1.5的關(guān)系；前述2個(gè)表面之中，使在一方的前述y值為y1，使在另一方的前述y值為y2時(shí)，滿足y2≤y1≤2y2的關(guān)系，前述2個(gè)表面之中，使在一方的前述w值為w1，使在另一方的前述w值為w2時(shí)，滿足w2≤w1≤2w2的關(guān)系。
25.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求24所述的法拉第轉(zhuǎn)子中，前述y1及前述y2滿足y1y2的關(guān)系，前述w1及前述w2滿足w1w2的關(guān)系。
26.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求24或25所述的法拉第轉(zhuǎn)子中，前述y還進(jìn)一步滿足0＜y＜0.1，前述w還進(jìn)一步滿足0≤w＜0.1。
27.一種法拉第轉(zhuǎn)子，其特征在于，在權(quán)利要求24～26的任一項(xiàng)所述的法拉第轉(zhuǎn)子中，前述B是從Si、TI、Ge和Mg之中選出的至少一種元素，不包含Pt。
28.一種光器件，其特征在于是由多個(gè)光學(xué)元件構(gòu)成的光器件，前述光學(xué)元件包括權(quán)利要求19～27的任一項(xiàng)所述的法拉第轉(zhuǎn)子。
全文摘要
提出即使采用LPE法也可得到光吸收特性的劣化度低的磁性石榴石材料的手法。用Au構(gòu)成用于LPE法的坩堝(10)。使用Au制的坩堝(10)制成的單晶體中所進(jìn)入的Au量比使用Pt制的坩堝10制成的單晶體中所進(jìn)入的Pt量少。Au與Pt比，其使插入損失劣化的程度小。
文檔編號(hào)G02F1/00GK1439749SQ0310549
公開日2003年9月3日 申請(qǐng)日期2003年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者大井戶敦, 菅原保, 山澤和人, 筧真一朗, 嶋川和也, 細(xì)矢克宣 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社