[发明专利]磁性石榴石材料、光器件、铋置换稀土类铁榴石单晶膜及制法、坩埚

说明书

本申请是申请号为CN03105491.9(申请日为2003年2月24日)、发明名称为“磁性石榴石材料、法拉第转子、光器件、铋置换稀土类铁榴石单晶膜及制法、坩埚”的中国申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于光通信系统的磁性石榴石(磁性柘榴石)材料、法拉第转子、光器件、铋置换稀土类的铁榴石(铁石榴石；irongarnet)单晶体膜及其制造方法以及其所使用的坩埚，尤其涉及在法拉第转子中获得低的插入损失(插入损耗)和良好的磁特性的技术。

背景技术

现在，相对于传输容量小的电通信，光通信的普及正在加速。其理由如以下说明的那样，光通信集约为以下事实：可高速大容量传输；中继器少而可完成，所以有利于长距离传输；又，不受电磁噪声的影响。

光在作为在TV·广播播送或无线通信中使用的电波、电磁波的这方面一致。但是，在光通信中使用的电磁波的频率为约200THz，相当于在卫星广播中使用的电波的频率(约10GHz)的约20000倍。频率高意味着波长短，从而能以高速传输更多的信号。在光通信中使用的电磁波的波长(中心波长)为1.31μm和1.55μm。

用于光通信的光导纤维如所熟知的那样，具有折射率不同的玻璃的二重构造。由于从中心的芯(core)通过的光在芯内部反复反射，所以即使光导纤维弯曲也能准确地传输信号。而且，光导纤维中使用透明度高的高纯度石英玻璃，所以在光通信中平均每1km只衰减0.2dB左右。因此，不通过放大器即可传输约100km，与电通信比，可减少中继器的数量。

在电通信中，EMI(电磁障碍)成为问题，但使用光导纤维的光通信不受由电磁感应引起的噪声的影响。因此，可进行极高质量的信息传输。

现在的光通信系统通过光发送器的LD(激光·二极管)将电信号变换成光信号。该光信号从光导纤维传输后通过光接收器的PD(光敏二极管)变换成电信号。这样，光通信系统不可缺少的要素是LD、PD、光导纤维及光连接器。比较低速且近距离的通信系统暂且不说，对于高速且长距离的通信系统，除以上要素以外，还需要光放大器、光分配器等光传输机器和其所使用的光隔离器、光分接器、光分频滤波器、光开关、光调制器及光衰减器等光器件。

在高速·长距离传输或多分支的光通信系统中，尤其重要的是光隔离器。对于现在的光通信系统，光隔离器在光发送器的LD组件及中继器中使用。光隔离器具有只沿一个方向传送光、阻止在中途反射并返回来的光的作用。光隔离器应用了作为磁光学效应的一种的法拉第效应。所谓法拉第效应，是在施加磁场的透明媒质中透过的光的偏光面(偏振面)旋转的现象。光的偏光面旋转的现象叫做旋光性。根据法拉第效应产生的磁旋光(法拉第旋转)与通常的旋光性(自然旋光性)不同，即使使光的行进方向逆反旋转方向也不变化。将利用了通过法拉第效应使光的偏光面旋转的现象的光学元件称为法拉第转子。

法拉第转子左右光隔离器的性能。因此，构成法拉笫转子的材料的特性为了得到高性能的光隔离器而变得重要。在选择构成法拉第转子的材料上，重要的一点是使用波长(光导纤维的场合，为1.31μm和1.55μm)的法拉第旋转角大、透明度高。作为具备这样的条件的材料，当初使用YIG(钇铁石榴石；Y₃Fe₅O₁₂)。可是，YIG在量产性和小型化方面有难点。其后，发现当用Bi(铋)置换石榴石型晶体的稀土类位点(site)时，法拉第旋转能飞跃性地提高，以后Bi置换稀土类铁榴石单晶膜(以下也简单地称为“石榴石单晶膜”)被用于法拉第转子。

Bi置换稀土类铁榴石单晶膜使用液相外延(LPE；Liquid PhaseEpitaxial)法(晶体取向附生法)制作。在LPE法中，将由氧化铋、氧化铁和稀土类氧化物构成的稀土类铁榴石成分的氧化物(原料组成物)和作为含氧化铅、氧化硼的助熔剂成分的助熔剂组成物投入到Pt制的坩埚内。其次，通过将坩埚加热至规定的温度，熔融原料组成物得到熔融物。接着，降低熔融物的温度呈过冷却状态，一边使LPE基板旋转，一边使之与熔融物接触，在LPE基板上石榴石单晶膜晶体取向接长(外延)地生长。

在采用LPE法育成石榴石单晶膜上，作为问题点，坩埚的腐蚀被指出。众所周知，Pt是耐蚀性优异的材料，但对含有构成助熔剂成分的氧化铅和氧化铋的熔融物的耐蚀性是不充分的。因此，即使是由Pt构成的坩埚，当熔融物的液面一定时，液面附近的腐蚀也变得显著。