[发明专利]铋置换稀土铁石榴石单晶以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在光隔离器、光循环器等的法拉第转子中使用的铋置换稀土铁石榴石单晶以及其制造方法。

背景技术

近年来，存在光纤通信、光测量的发展显著的情况。大多数情况下，该光纤通信、光测量中使用半导体激光作为信号源。然而，半导体激光存在从光纤端面等反射、再次返回到半导体激光自身的反射返回光时，振荡容易变得不稳定。因此，在半导体激光的出射侧设置光隔离器，阻挡反射返回光，使半导体激光的振荡稳定化。

光隔离器主要由偏振片、检偏振器、法拉第转子以及用于使法拉第转子磁饱和的永磁体构成。在承担光隔离器的中心功能的法拉第转子中，通常使用通过液相外延(以下简称为LPE)法培育而成的铋置换稀土铁石榴石(以下简称为RIG)单晶。

在使用LPE法的RIG单晶的培育中，通常使用以PbO-B₂O₃-Bi₂O₃作为助熔剂成分、将该助熔剂与作为RIG成分的稀土氧化物、氧化铁(Fe₂O₃)等混合并在Pt坩埚中熔融而成的熔体。

可以将该熔体升温至饱和温度以上并搅拌，并冷却到RIG单晶析出的过饱和温度，以浸渍于熔体中的单晶基板作为基点培育RIG单晶。

氧化铅(PbO)的熔点低、粘度也低，因此通常用作助熔剂成分。然而，使用包含PbO的助熔剂培育RIG单晶时，Pb作为杂质被引入到RIG培育晶体中。

Pb为能够引起中枢神经系统功能障碍、癌的物质，对环境有影响，因此为例如RoHS指令“关于电气电子设备中含有的特定有害物质的使用限制的欧州议会以及理事会指令”中的指定物质，其最大容许量设为0.1质量%。

对此，为了将RIG中的Pb混入量抑制在少量的水平，提出了使用Pb的成分比少的助熔剂或在其它方法中通过将氧化钙(CaO)添加到熔体中从而抑制培育RIG单晶中铅(Pb)的混入的方法(专利文献1)。专利文献1中，公开了为了降低Pb含量，熔体组成中CaO的添加量在规定范围内越多越好。

此外，在利用LPE法的RIG单晶的培育中，通常使用铂(Pt)坩埚。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-153696号公报

发明内容

发明要解决的问题

Pt的熔点高并且能够通过微量添加Zr等提高强度，因此如上所述，通常作为在LPE法中用于培育RIG单晶的坩埚的材料使用。

以往，若为Pb的成分比多的助熔剂，则熔入到助熔剂中的Pt即便被引入到RIG中也没有特别重大的问题。然而，根据本发明人等的研究，可知为了减少培育RIG中Pb的混入量而使用Pb量少的助熔剂时，容易在RIG培育晶体中产生称为凹坑(pit)的晶体缺陷。进而，对于其原因进行深入调查，结果发现Pt坩埚的成分Pt能够熔出到熔体中而混入到RIG培育晶体中，使用Pb量少的助熔剂的情况下，该混入的Pt成为RIG培育晶体中产生凹坑的原因。

即便在RIG晶体培育后进行研磨，凹坑也不能被完全去除。尤其，以Pt为起点的凹坑容易在RIG晶体培育的初期阶段产生、形状大，因此产生了凹坑的部分不适于用作光学部件。

已知若使用Au坩埚代替Pt坩埚则能够消除由Pt产生的影响，但使用Pb量少的助熔剂的情况下使用Au坩埚时，容易产生以Au为起点的凹坑，与Pt相比影响更大。此外，Au坩埚存在与Pt坩埚相比，强度弱、容易变形、不能将熔体升温至Au的熔点即1064℃以上，实际中必须将熔体的饱和温度设为与熔点相比低很多的限制等。因此，通常使用Pt坩埚。

另一方面，也可知为了减少RIG培育晶体中Pb的混入量而增多RIG培育晶体的Ca含量时，在RIG培育晶体中4价的Fe量增加，光吸收增大、插入损耗(insertion loss)变大。

如此，在用LPE法培育的RIG单晶中，难以稳定地降低Pb量以及Pt量两者的含量，难以得到环境影响小且结晶性优异的RIG单晶。

用于解决问题的方案

本发明人等鉴于上述问题而进行了深入研究，发现了Pt以及Pb的含量均少、环境影响小且结晶性优异的RIG单晶。