專(zhuān)利名稱(chēng)：磁性石榴石單晶膜形成用基板、光學(xué)元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使得例如鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石(Bi-RIG)單晶等的磁性石榴石單晶膜液相外延生長(zhǎng)的磁性石榴石單晶膜形成用基板、使用該基板進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的單晶膜的制造方法、以及利用該制造方法制備的單晶膜及光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
作為光隔離器、光環(huán)行器、光磁傳感器等使用的法拉第轉(zhuǎn)子等光學(xué)元件的材料，通常使用在單晶基板上外延生長(zhǎng)了磁性石榴石單晶膜的材料。作為在基板上生長(zhǎng)的磁性石榴石單晶膜，為了得到希望的法拉第效應(yīng)，希望具有很大的法拉第旋轉(zhuǎn)系數(shù)。此外，為了通過(guò)外延生長(zhǎng)成膜出高品質(zhì)的單晶膜，在成膜溫度至室溫的溫度區(qū)域內(nèi)，要求基板單晶與生長(zhǎng)的單晶膜之間的晶格常數(shù)差非常小。
眾所周知，通過(guò)用鉍置換稀土類(lèi)成分的一部分，磁性石榴石單晶膜的法拉第旋轉(zhuǎn)系數(shù)顯著增加。鉍置換量的增加，同時(shí)會(huì)帶來(lái)磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)的增加，因此要求用于成膜的基板材料具有更大的晶格常數(shù)，例如通過(guò)添加Ca、Zr、Mg等增大晶格常數(shù)的釓鎵石榴石(GGG)用作單晶基板材料(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1、特公昭60-4583號(hào)公報(bào))。
但是，在該添加了Ca、Zr、Mg等的GGG單晶基板上試圖使得鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶生長(zhǎng)為厚膜狀(例如200μm以上的膜厚)時(shí)，在成膜中及成膜后的基板或單晶膜上易出現(xiàn)翹曲或裂紋等，導(dǎo)致成膜時(shí)和加工時(shí)的制造成品率降低。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種特定組成的石榴石單晶基板，其在室溫至850℃的溫度范圍內(nèi)，與結(jié)晶方位<111>正交的面內(nèi)的熱膨脹系數(shù)具備與鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶極為相近的值(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2、特開(kāi)平10-139596號(hào)公報(bào))。通過(guò)使用該單晶基板，能夠通過(guò)液相外延生長(zhǎng)形成不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷、翹曲、裂紋等的厚膜狀的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
但是，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該特定組成的石榴石單晶基板，對(duì)于液相外延生長(zhǎng)鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石(Bi-RIG)單晶膜時(shí)作為析出助溶介質(zhì)使用的氧化鉛助熔劑不穩(wěn)定，得到高品質(zhì)的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶的成品率差。發(fā)現(xiàn)其中尤以包含Nb或Ta的基板組成下這種傾向嚴(yán)重。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人開(kāi)發(fā)了一種基板，其在包含對(duì)于助熔劑不穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶的基底基板的底面上形成了包含對(duì)于助熔劑穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶薄膜的緩沖層，并在先進(jìn)行了申請(qǐng)(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3、PCT/JP02/06223)。
但是，僅在作為基底基板的培育面的底面上形成緩沖層時(shí)，基底基板的側(cè)面與助熔劑反應(yīng)，粉末狀剝離，使得磁性石榴石單晶膜的質(zhì)量惡化，由此出現(xiàn)了制造成品率降低的問(wèn)題。
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)液相外延生長(zhǎng)，可高品質(zhì)、成品率高且穩(wěn)定地形成不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷、翹曲、裂紋、剝離等的厚膜狀的磁性石榴石單晶膜的磁性石榴石單晶膜形成用基板、光學(xué)元件及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的磁性石榴石單晶膜形成用基板，為用于使得磁性石榴石單晶膜液相外延生長(zhǎng)的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于具備基底基板，其包含對(duì)于液相外延生長(zhǎng)所用的助熔劑不穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶；緩沖層，其在所述基底基板中結(jié)晶培育面上形成、且包含對(duì)于所述助熔劑穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶薄膜；以及保護(hù)層，其至少在與所述基底基板中所述結(jié)晶培育面交叉的所述基底基板的側(cè)面形成、且對(duì)于所述助熔劑穩(wěn)定。
對(duì)所述助熔劑，沒(méi)有特殊限制，例如可以使用含有氧化鉛和/或氧化鉍的助熔劑。此外，在本發(fā)明中，所謂“對(duì)于助熔劑不穩(wěn)定”，是指助熔劑中的助熔劑成分，在以對(duì)象物(基底基板或緩沖層)為核開(kāi)始結(jié)晶的所謂過(guò)飽和狀態(tài)下，構(gòu)成對(duì)象物的材質(zhì)的至少一部分向助熔劑溶出的現(xiàn)象、和/或由于助熔劑成分的至少一部分?jǐn)U散至對(duì)象物，而阻礙單晶膜的液相外延生長(zhǎng)的現(xiàn)象。此外，“對(duì)于助熔劑穩(wěn)定”，表示與“對(duì)于助熔劑不穩(wěn)定”相反的現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)而形成的作為對(duì)象的磁性石榴石單晶，選擇例如具有與鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶極為相近的熱膨脹系數(shù)的特定組成的石榴石單晶基板，該基板即使對(duì)于助熔劑不穩(wěn)定，也能穩(wěn)定地進(jìn)行液相外延生長(zhǎng)。這是因?yàn)樵诨谆宓慕Y(jié)晶培育面上形成了對(duì)于助熔劑穩(wěn)定的緩沖層。
特別是由于本發(fā)明中除緩沖層外，在與基底基板中結(jié)晶培育面交叉的基底基板的側(cè)面還形成了保護(hù)層，因此基底基板的側(cè)面不與助熔劑反應(yīng)，提高了磁性石榴石單晶膜的質(zhì)量，制造成品率也得到了提高。
因此，本發(fā)明中，能夠抑制結(jié)晶缺陷、翹曲、裂紋、剝離等的產(chǎn)生，以高品質(zhì)、高制造成品率液相外延生成用于法拉第轉(zhuǎn)子等光學(xué)元件的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。即，根據(jù)本發(fā)明，能夠通過(guò)液相外延生長(zhǎng)得到較厚膜(例如200μm以上)、大面積(例如直徑3英寸以上)的磁性石榴石單晶膜。
所述保護(hù)層，優(yōu)選由與所述緩沖層相同的膜構(gòu)成。通過(guò)由與緩沖層同樣的膜構(gòu)成所述保護(hù)層，能夠在緩沖層成膜的同時(shí)，形成保護(hù)層，其制造工序變得容易。
另外，在本發(fā)明中，由于沒(méi)有必要在保護(hù)層上有意地形成磁性石榴石單晶膜，因此保護(hù)層只要是對(duì)于助熔劑而言穩(wěn)定的膜即可，沒(méi)有必要一定是石榴石類(lèi)單晶薄膜。因此，作為保護(hù)層，也可以由氧化硅膜或氧化鋁膜等構(gòu)成。保護(hù)層除了采用緩沖層的成膜方法外，還可以通過(guò)化學(xué)溶液法、濺射法、MOCVD法、脈沖激光蒸鍍法等薄膜形成法成膜。
所述基底基板，優(yōu)選具有與所述磁性石榴石單晶膜的熱膨脹系數(shù)大致相等的熱膨脹系數(shù)。例如，在0℃～1000℃的溫度范圍內(nèi)，所述基底基板的熱膨脹系數(shù)，相對(duì)于所述磁性石榴石單晶膜的熱膨脹系數(shù)，在±2×10-6/℃以下的范圍。
通過(guò)使得基底基板的熱膨脹系數(shù)與磁性石榴石單晶膜的熱膨脹系數(shù)大致相等，能夠有效防止外延生長(zhǎng)后的膜從基板上剝離或龜裂、碎裂等(以下也稱(chēng)之為“龜裂等”)質(zhì)量降低。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)外延生長(zhǎng)形成磁性石榴石單晶膜時(shí)，溫度上升至將近1000℃，之后又恢復(fù)至室溫，如果熱膨脹系數(shù)不同的話，容易在外延生長(zhǎng)膜上產(chǎn)生龜裂等。
此外，緩沖層的熱膨脹系數(shù)，沒(méi)有必要一定與磁性石榴石單晶膜的熱膨脹系數(shù)大致相等。這是因?yàn)橄鄬?duì)于基底基板的厚度而言，緩沖層的膜厚非常薄，對(duì)于外延生長(zhǎng)膜而言熱膨脹差所致的影響很小。
所述基底基板，優(yōu)選具有與所述磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)大致相等的晶格常數(shù)。例如，所述基底基板的晶格常數(shù)，相對(duì)于所述磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)，在±0.02以下的范圍。
通過(guò)使得基底基板的晶格常數(shù)與磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)大致相等，在緩沖層上液相外延生長(zhǎng)磁性石榴石單晶膜變得容易。
所述基底基板，優(yōu)選含有Nb或Ta。通過(guò)使得所述基底基板含有Nb或Ta，容易使得基底基板的熱膨脹系數(shù)和/或晶格常數(shù)與所述磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)大致相等。但是，所述基底基板中含有Nb或Ta的話，對(duì)于助熔劑的穩(wěn)定性出現(xiàn)劣化的傾向。
所述緩沖層，優(yōu)選為基本不含Nb和Ta的石榴石類(lèi)單晶薄膜。這是因?yàn)榛旧喜缓琋b和Ta的石榴石類(lèi)單晶薄膜，對(duì)于助熔劑比較穩(wěn)定。
所述緩沖層，優(yōu)選為由通式R3M5O12(其中，R為稀土類(lèi)金屬的至少1種，M為選自Ga、Fe的1種)表示的，或?yàn)閄置換釓鎵石榴石(其中X為Ca、Mg、Zr中的至少1種)。
包含這樣的材質(zhì)的緩沖層，對(duì)于助熔劑比較穩(wěn)定，并且具有與磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)相近的晶格常數(shù)，因此優(yōu)選使用。
所述緩沖層的厚度優(yōu)選為1～10000nm，進(jìn)一步優(yōu)選為5～50nm，所述基底基板的厚度為0.1～5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2～2.0mm。緩沖層的厚度過(guò)薄的話，本發(fā)明的效果很小，而過(guò)厚的話，不僅成本高，而且由于熱膨脹系數(shù)的差異等，對(duì)于外延生長(zhǎng)膜，有出現(xiàn)龜裂等壞影響的傾向。此外，基底基板的厚度過(guò)薄的話，出現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度不夠、操作作業(yè)性變差的傾向，而過(guò)厚的話，出現(xiàn)龜裂等發(fā)生增加的傾向。
本發(fā)明的磁性石榴石單晶膜的制造方法，具備使用本發(fā)明的磁性石榴石單晶膜形成用基板，在所述緩沖層上，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，生長(zhǎng)磁性石榴石單晶膜的工序。
本發(fā)明的光學(xué)元件的制造方法，具備使用本發(fā)明的磁性石榴石單晶膜的制造方法，形成所述磁性石榴石單晶膜后，除去所述基底基板和緩沖層，形成包含所述磁性石榴石單晶膜的光學(xué)元件的工序。
優(yōu)選在除去所述基底基板和緩沖層的同時(shí)，除去形成于所述基底基板側(cè)面的磁性石榴石膜，僅殘留形成于所述基底基板的結(jié)晶培育面上的磁性石榴石單晶膜，形成包含所述磁性石榴石單晶膜的光學(xué)元件。
在本發(fā)明中，在基底基板的側(cè)面也將形成磁性石榴石膜。本發(fā)明中，形成于基底基板側(cè)面的磁性石榴石膜，與形成于基底基板的結(jié)晶培育面上的磁性石榴石單晶膜相比，其質(zhì)量差，因此優(yōu)選除去該部分后作為光學(xué)元件使用。
本發(fā)明的光學(xué)元件，通過(guò)本發(fā)明的光學(xué)元件的制造方法制備得到。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明以下，根據(jù)附圖所示的實(shí)施方案，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。


圖1為顯示本發(fā)明的實(shí)施方案之一的磁性石榴石單晶膜形成用基板、以及使用其生長(zhǎng)得到的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的斷面圖。
圖2為用于進(jìn)行結(jié)晶生長(zhǎng)的裝置的概略圖。
圖3A為使用本發(fā)明的實(shí)施方案之一的磁性石榴石單晶膜形成用基板結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)的表面光學(xué)顯微鏡照片。
圖3B為使用本發(fā)明的比較例的磁性石榴石單晶膜形成用基板結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)的表面光學(xué)顯微鏡照片。
圖4A為本發(fā)明的實(shí)施例之一的磁性石榴石單晶膜形成用基板的表面SEM像。
圖4B為圖4A所示的基板的斷面SEM像。
圖5為在本發(fā)明的實(shí)施例之一的磁性石榴石單晶膜形成用基板的表面上成膜了鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的狀態(tài)的斷面SEM像。
圖6A為在本發(fā)明的比較例1的磁性石榴石單晶膜形成用基板的表面上成膜了鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的狀態(tài)的表面SEM像。
圖6B為在本發(fā)明的比較例2的磁性石榴石單晶膜形成用基板的表面上成膜了鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的狀態(tài)的表面SEM像。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案如圖1所示，本實(shí)施方案中的磁性石榴石單晶膜形成用基板2，具有基底基板10、以及在該基底基板10的底面(結(jié)晶培育面)10a以及側(cè)面10b整個(gè)周?chē)嫔线B續(xù)形成的緩沖層11?；谆?0雖然具有與包含鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶的磁性石榴石單晶膜12在值上極為相近的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)，但對(duì)于氧化鉛助熔劑不穩(wěn)定。緩沖層11由對(duì)于氧化鉛助熔劑穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶薄膜構(gòu)成。在本實(shí)施方案中，緩沖層11，由在基底基板10的底面10a形成的底面緩沖層11a、以及在基底基板10的側(cè)面10b形成的側(cè)面緩沖層(保護(hù)層)11b構(gòu)成。
在該基板2的緩沖層11上，鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜12液相外延生長(zhǎng)?；谆?0通過(guò)緩沖層11，生長(zhǎng)磁性石榴石單晶膜12，因此與單晶膜12的晶格匹配性好，且線性熱膨脹系數(shù)具備與單晶膜12的線性熱膨脹系數(shù)相近的特性。
基底基板10，由例如通式M1xM2yM3zO12表示的非磁性石榴石系單晶構(gòu)成。在該通式中，M1為例如選自Ca、Sr、Cd以及Mn的金屬。M1以2+價(jià)數(shù)穩(wěn)定存在，可以取配位數(shù)8，這種狀態(tài)下的離子半徑，優(yōu)選在0.096～0.126nm的范圍內(nèi)。M2為例如選自Nb、Ta以及Sb的金屬。M2以5+價(jià)數(shù)穩(wěn)定存在，可以取配位數(shù)6，這種狀態(tài)下的離子半徑，優(yōu)選在0.060～0.064nm的范圍內(nèi)。M3為例如選自Ga、Al、Fe、Ge、Si以及V的金屬。M3在3+、4+或者5+價(jià)數(shù)下穩(wěn)定存在，可以取配位數(shù)4，這種狀態(tài)下的離子半徑，優(yōu)選在0.026～0.049nm的范圍內(nèi)。此外，這些離子半徑，是根據(jù)シヤノン法(R.D.Shannon)確定的有效離子半徑的值。這些M1、M2以及M3，可以分別為單一金屬，也可以是2種以上的金屬的組合。
進(jìn)一步，M1的金屬，為了對(duì)價(jià)數(shù)和晶格常數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以根據(jù)需要，在不足50原子％的范圍內(nèi)，其一部分可以用能與其組成中Ca或Sr置換的金屬M(fèi)4置換。作為M4，優(yōu)選為例如選自Cd、Mn、K、Na、Li、Pb、Ba、Mg、Fe、Co、稀土類(lèi)金屬及Bi的至少1種、優(yōu)選配位數(shù)能取8的。
此外，M2與M1一樣，在不足50原子％的范圍內(nèi)，其一部分可以用能與其組成中Nb、Ta或Sb置換的金屬M(fèi)5置換。作為M5，給出了例如選自Zn、Mg、Mn、Ni、Cu、Cr、Co、Ga、Fe、Al、V、Sc、In、Ti、Zr、Si及Sn中的至少1種，優(yōu)選配位數(shù)能取6的。
具備這樣組成的單晶基板，熱膨脹系數(shù)與生長(zhǎng)的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶的熱膨脹系數(shù)近似，并且與該單晶的晶格匹配性良好。所述通式中，尤其優(yōu)選x為2.98～3.02、y為1.67～1.72以及z為3.15～3.21。
具備這樣組成的基底基板10的熱膨脹系數(shù)，在室溫～850℃下，為1.02×10-5/℃～1.07×10-5/℃左右，與鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的同一溫度范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)1.09×10-5/℃～1.16×10-5/℃非常接近。
此外，對(duì)于該基底基板10的厚度，沒(méi)有特殊限制，但成膜為膜厚200μm以上的厚膜的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜時(shí)，由抑制成膜時(shí)基板及單晶膜的裂紋或翹曲等的產(chǎn)生、得到質(zhì)量良好的單晶膜這一點(diǎn)出發(fā)，厚度為1.5mm以下為好。基底基板的厚度超過(guò)1.5mm的話，伴隨厚度的增加，在基板與單晶膜的界面附近能夠看到龜裂產(chǎn)生增加的傾向。此外，單晶基板10的厚度過(guò)薄的話，機(jī)械強(qiáng)度變小，操作性變差，因此優(yōu)選厚度為0.1mm以上。
在單晶基板10上形成的緩沖層11，由石榴石類(lèi)單晶薄膜構(gòu)成。作為該石榴石類(lèi)單晶薄膜，舉出了由通式R3M5O12(其中，R為稀土類(lèi)金屬的至少1種，M為選自Ga、Fe的1種)表示的，或X置換釓鎵石榴石(其中X為Ca、Mg、Zr中的至少1種)等。
這些當(dāng)中，優(yōu)選使用選自釹鎵石榴石、釤鎵石榴石、釓鎵石榴石、以及X置換釓嫁石榴石(其中，X為Ca、Mg、Zr中的至少1種)的1種。但如果是對(duì)于氧化鉛助熔劑穩(wěn)定的石榴石類(lèi)材料的話，則不限于此。
對(duì)于本發(fā)明的磁性石榴石單晶膜形成用基板中基底基板10的制造方法，無(wú)特殊限制，可以采用以往制造GGG單晶基板等制造時(shí)慣用的方法。
例如，首先調(diào)制出均質(zhì)的熔融混合物，其分別以規(guī)定的比例含有從上述通式中的M1所示的金屬、M2所示的金屬、以及M3所示的金屬中分別選擇1種或2種以上的金屬；以及從根據(jù)情況使用的M4所示的金屬以及M5所示的金屬中分別選擇1種或2種以上的金屬。接著，在該熔融混合物中，通過(guò)將例如長(zhǎng)軸方向?yàn)?amp;lt;111>的GGG種晶等垂直于液面浸漬，一邊慢慢旋轉(zhuǎn)一邊上提，形成多晶體。
該多晶體中存在很多龜裂，因此從中選擇沒(méi)有龜裂的單晶部分，確認(rèn)結(jié)晶方位后，作為種晶，在上述熔融混合物中，再次使得結(jié)晶方位<111>相對(duì)于液面垂直而浸漬，一邊慢慢旋轉(zhuǎn)一邊上提，形成沒(méi)有龜裂的單晶。接著，在與生長(zhǎng)方向垂直的方向上將該單晶切斷為規(guī)定的厚度，將兩面鏡面拋光后，用例如熱磷酸等進(jìn)行蝕刻處理，得到基底基板10。
通過(guò)濺射法、CVD法、脈沖激光蒸鍍法、溶液法或其他薄膜成膜技術(shù)，在這樣得到的基底基板10上，形成包含具備上述組成的石榴石類(lèi)單晶薄膜的緩沖層11。
在本實(shí)施方案中，緩沖層11不僅形成在基底基板10的底面10a上，而且在基底基板10的側(cè)面10b上，也作為保護(hù)層形成。因此，在本實(shí)施方案中，不僅是基底基板10的底面10a，側(cè)面10b也進(jìn)行拋光，對(duì)側(cè)面10b也在形成緩沖層11的條件下進(jìn)行成膜。例如采用濺射法時(shí)，通過(guò)將成膜壓力設(shè)為0.1～10Pa、優(yōu)選設(shè)為1～3Pa，不僅在基底基板10的底面10a，而且在側(cè)面10b上也形成緩沖層(保護(hù)層)11b。
或者如果采用MOCVD法的話，在通常的成膜條件下，不僅在基底基板10的底面10a上，而且在側(cè)面10b上也形成緩沖層11。此外，采用溶膠凝膠法等的化學(xué)溶液法時(shí)，將基底基板10的整個(gè)表面浸漬于用于形成緩沖層11的溶液中即可?；蛘咭部梢允褂霉P或噴霧器等，涂覆用于形成緩沖層11的溶液。
在本發(fā)明中，形成在基底基板10的底面10a上的底面緩沖層11a的材質(zhì)和形成在基底基板10的側(cè)面10b的側(cè)面緩沖層11b的材質(zhì)，可以不同，也可以相同。其中，優(yōu)選這些緩沖層11a和11b同時(shí)形成。這樣能夠削減緩沖層11的形成工序。
另外，側(cè)面緩沖層(側(cè)面保護(hù)層)11b，與底面緩沖層11a相比，其膜質(zhì)差一些也可以。這是因?yàn)閷⑿纬稍趥?cè)面緩沖層11b的表面的石榴石膜12b是可以通過(guò)后續(xù)工序除去的部分。此外，底面緩沖層11a的厚度，與側(cè)面緩沖層11b的厚度，可以相同，也可以不同。其中，這些緩沖層11a和11b的厚度，優(yōu)選在1～10000nm的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選在5～50nm的范圍內(nèi)。這些緩沖層11a和11b的厚度如果過(guò)薄的話，本發(fā)明的效果很小。過(guò)厚的話，不僅成本高，而且由于熱膨脹系數(shù)的差異等，對(duì)于外延生長(zhǎng)膜，出現(xiàn)龜裂等壞影響。
使用這樣構(gòu)成的磁性石榴石單晶膜形成用基板2，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，形成包含鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的磁性石榴石單晶膜12。在本實(shí)施方案中，不僅在磁性石榴石單晶膜形成用基板2的底面，而且在側(cè)面也形成了磁性石榴石單晶膜12。其中，在基板2的側(cè)面形成的側(cè)面石榴石膜12b通常比在底面形成的底面單晶膜12a的膜質(zhì)差，以后除去。
構(gòu)成該磁性石榴石單晶膜12的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的組成，由例如通式BimR3-mFe5-nMnO12(式中的R為稀土類(lèi)金屬的至少1種，M為選自Ga、Al、In、Sc、Si、Ti、Ge及Mg中的至少1種金屬，m和n在0＜m＜3.0、0≤n≤1.5的范圍)表示。
該通式中，R表示的稀土類(lèi)金屬，可舉出例如Y、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等，可以含有其中1種，也可以含有2種以上。
該該單晶中，R表示的稀土類(lèi)金屬的一部分用鉍置換，用鉍進(jìn)行置換的該比例用m表示，該m的值，在0＜m＜3.0的范圍內(nèi)，但特別是在0.5～1.5的范圍內(nèi)時(shí)，由于單晶的熱膨脹系數(shù)與單晶基板的線熱膨脹系數(shù)極其相近，因此有利。此外，M為可與Fe置換的非磁性金屬元素，為Ga、Al、In、Sc、Si、Ti、Ge、Mg，可以含有其中1種，也可以含有2種以上。該非磁性金屬元素與Fe置換的比例n在0～1.5的范圍選擇。
通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法形成鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜時(shí)，例如，首先，調(diào)制出均質(zhì)的熔融混合物，其分別以規(guī)定的比例含有(1)氧化鉍、(2)至少1種稀土類(lèi)金屬氧化物、(3)氧化鐵、以及(4)根據(jù)情況使用的選自Ga、Al、In、Sc、Si、Ti、Ge以及Mg的至少1種金屬的氧化物。作為析出用助熔劑，通常使用氧化鉛作為主要構(gòu)成成分，但也可以使用氧化鉍等其他的析出用介質(zhì)。此外，也可以根據(jù)需要含有氧化硼等作為結(jié)晶生長(zhǎng)促進(jìn)劑。
接著，通過(guò)在該熔融混合物(如圖2所示的坩堝20內(nèi)的助熔劑助熔劑22)中浸漬本發(fā)明的基板2，在基板2的緩沖層11的表面，由熔融混合物外延生長(zhǎng)單晶，成膜為磁性石榴石單晶膜12。此時(shí)的熔融混合物的溫度，根據(jù)原料混合物的組成等而不同，通常在600～1000℃的范圍內(nèi)選擇。此外，基板2可以靜置在熔融混合物中外延生長(zhǎng)，也可以通過(guò)圖2所示的旋轉(zhuǎn)軸24邊適當(dāng)旋轉(zhuǎn)邊外延生長(zhǎng)。旋轉(zhuǎn)基板2時(shí)，其轉(zhuǎn)速為10～200rpm左右時(shí)比較有利。此外，成膜速度通常為0.08～0.8μm/分左右。浸漬時(shí)間根據(jù)成膜速度及希望的膜厚等而不同，不能一概而論，但通常為10～100小時(shí)左右。
外延生長(zhǎng)完成后，從熔融混合物中將基板2取出，將附著的熔融混合物充分甩掉后，冷卻至室溫。接著，在稀硝酸等無(wú)機(jī)酸水溶液中浸漬，除去附著在形成的單晶膜表面的熔融混合物的固化物后，進(jìn)行水洗、干燥。這樣，形成在基板2上的由鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶構(gòu)成的磁性石榴石單晶膜12的厚度，通常在100～1000μm的范圍。此外，其熱膨脹系數(shù)在室溫～850℃下為1.0×10-5/℃～1.2×10-5/℃左右。
這樣，基板2上形成的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和組成，可以分別利用X射線衍射及熒光X射線進(jìn)行的組成分析等進(jìn)行鑒定。此外，該單晶膜12的性能，可通過(guò)對(duì)基板2(基底基板10+緩沖層11)進(jìn)行拋光加工等從單晶膜12上除去，之后對(duì)單晶膜12的兩面進(jìn)行拋光加工處理后，在其兩面設(shè)置無(wú)反射膜，求出法拉第旋轉(zhuǎn)系數(shù)、透射損失以及溫度特性等來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
本實(shí)施方案中，使用單晶膜12作為光學(xué)元件時(shí)，優(yōu)選通過(guò)拋光加工等除去形成在基板2側(cè)面的石榴石膜12b，僅用形成于基板2的底面的單晶膜12a形成光學(xué)元件。
此外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方案，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行種種改變。例如，在圖1所示的實(shí)施方案中，僅在基底基板10的底面10a以及側(cè)面10b上形成了緩沖層11，在本發(fā)明中，也可以包含基底基板10的上表面10c，在基底基板10的整個(gè)面上形成緩沖層11。
此外，在本發(fā)明中，形成在基底基板10的側(cè)面10b的保護(hù)層(側(cè)面緩沖層11b)沒(méi)有必要一定與底面緩沖層11a相同，只要是對(duì)于助熔劑穩(wěn)定的膜即可，沒(méi)有必要是石榴石類(lèi)單晶薄膜。因此，作為保護(hù)層(側(cè)面緩沖層11b)，也可以由氧化硅膜或氧化鋁膜等構(gòu)成。這些保護(hù)層，除了采用緩沖層11a的成膜方法外，還可以通過(guò)化學(xué)溶液法、濺射法、MOCVD法、脈沖激光蒸鍍法等薄膜形成法成膜。
實(shí)施例以下，根據(jù)詳細(xì)的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1稱(chēng)取CaCO3、Nb2O5和Ga2O3，使得熔融液的組成為Ca3Nb1.7Ga3.2O12，在大氣中、1350℃下進(jìn)行燒結(jié)，確認(rèn)石榴石單相后，裝入銥坩堝中，在98體積％氮?dú)夂?體積％氧氣的混合氣體氣氛中，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱到約1450℃，使其熔融。之后，使得長(zhǎng)軸方向?yàn)?amp;lt;111>的5mm方柱狀的上述組成的種晶垂直于液面浸漬在該熔融液中，在20rpm的轉(zhuǎn)數(shù)下，以3mm/小時(shí)的速度將其提起，然后得到整體上完全不存在龜裂的透明的單晶。
接著，從該結(jié)晶的上部和下部分別切取各約1g的試樣，利用熒光X射線分析儀，對(duì)各成分金屬元素進(jìn)行定量分析，結(jié)果確認(rèn)在結(jié)晶上部和結(jié)晶下部，均具有Ca3Nb1.7Ga3.2O12(CNGG)的組成。
將得到的單晶沿著與生長(zhǎng)方向垂直的方向切斷成規(guī)定的厚度，將兩面鏡面拋光后，使用熱磷酸進(jìn)行蝕刻處理，制成CNGG單晶基板(基底基板10)。該單晶基板在室溫～850℃下的熱膨脹系數(shù)(α)為1.07×10-5/℃。該CNGG單晶基板的厚度為0.6mm。
在該CNGG單晶基板的底面和側(cè)面，利用濺射法，形成Nd3Ga5O12(NGG)薄膜(緩沖層11)。具體而言，使用NGG燒結(jié)體作為靶，在下述成膜條件下進(jìn)行濺射成膜，之后進(jìn)行退火處理。
(濺射成膜條件)基板溫度600℃、輸入功率300W、氣氛Ar+O2(10體積％)、1.5Pa、成膜時(shí)間30分鐘、底面緩沖層11a的膜厚250nm、側(cè)面緩沖層(側(cè)面保護(hù)層)11b的膜厚20nm。
(退火處理)氣氛O2、1atm、溫度800℃、時(shí)間30分鐘。
NGG膜表面的SEM像如圖4A所示。此外，其斷面SEM像如圖4B所示?？梢源_認(rèn)能得到平滑的NGG膜。另外，利用熒光X射線對(duì)NGG膜進(jìn)行組成分析，可以確認(rèn)能得到幾乎為化學(xué)計(jì)量組成的Nd3Ga5O12(NGG)薄膜。
使用這樣得到的帶有側(cè)面及底面NGG膜的CNGG基板(基板2)，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，形成鉍置換稀土鐵榴石單晶膜。具體而言，在鉑制坩堝內(nèi)放入Ho2O35.747g、Gd2O36.724g、B2O343.21g、Fe2O3126.84g、PbO989.6g、Bi2O3826.4g，在約1000℃下熔融，攪拌使其均質(zhì)化后，以120℃/hr的速度降溫，保持832℃的過(guò)飽和狀態(tài)。接著，在該熔融液中浸漬按照上述方法得到的在側(cè)面也形成緩沖層的基板2，以100rpm的轉(zhuǎn)數(shù)邊旋轉(zhuǎn)基板，邊使得單晶膜液相外延生長(zhǎng)40小時(shí)，在基板2的底面形成膜厚約450μm的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜12a。并且，能夠確認(rèn)在基板2的側(cè)面也生長(zhǎng)了石榴石膜12b。
利用熒光X射線法對(duì)形成在該基板2的底面的單晶膜12a的組成進(jìn)行分析，結(jié)果能夠確認(rèn)其為Bi1.1Gd1.1Ho0.8Fe5.0O12(Bi-RIG)。該單晶膜12a的斷面SEM圖象如圖5所示。此外，利用光學(xué)顯微鏡照片對(duì)該單晶膜12a的表面進(jìn)行拍攝的結(jié)果如圖3A所示。
由這些結(jié)果可以確認(rèn)，能夠在不產(chǎn)生龜裂或剝離等的情況下，外延生長(zhǎng)表面平滑、致密且高質(zhì)量的、幾乎為化學(xué)計(jì)量組成的Bi-RIG單晶膜。此外，由圖3A所示的照片可知，利用面積比對(duì)表面缺陷(蝕坑/圖3所示的黑點(diǎn))密度進(jìn)行調(diào)查，可以確認(rèn)為0.04％，缺陷比較少。
此外，對(duì)該單晶膜的晶格常數(shù)和作為基底基板的CNGG基板的晶格常數(shù)之間的差異進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果可確認(rèn)其為0.009，在±0.02以內(nèi)。此外，對(duì)該單晶膜的晶格常數(shù)和作為緩沖層的NGG薄膜的晶格常數(shù)之間的差異進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果可以確認(rèn)其為0.007。晶格常數(shù)的測(cè)定，是通過(guò)X射線衍射法進(jìn)行的。
另外，通過(guò)拋光加工，從該單晶膜12a上除去基板2(基底基板10和緩沖層11)及側(cè)面的石榴石膜12b，對(duì)單晶膜12a的兩面進(jìn)行拋光加工，在其兩面設(shè)置由SiO2或Ta2O5構(gòu)成的無(wú)反射膜，對(duì)波長(zhǎng)1.55μm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角、法拉第旋轉(zhuǎn)角45deg下的透射損失以及溫度特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)系數(shù)為0.125deg/μm、透射損失為0.05dB，溫度特性為-0.065deg/℃。均達(dá)到了滿足作為光隔離器的光學(xué)特性要求的水平。
此外，法拉第旋轉(zhuǎn)角是通過(guò)使得波長(zhǎng)為1.55μm的偏振激光入射到單晶膜上，對(duì)射出的光的偏振面的角度進(jìn)行測(cè)定而求出的。透射損失是通過(guò)透射過(guò)單晶膜的波長(zhǎng)1.55μm的激光強(qiáng)度與不存在單晶膜的狀態(tài)下的光強(qiáng)度的差而求出的。溫度特性是通過(guò)使得試樣的溫度在-40℃～85℃的范圍內(nèi)變化而測(cè)定旋轉(zhuǎn)角，根據(jù)該測(cè)定值計(jì)算得出的。
進(jìn)一步，該單晶膜在室溫～850℃下的熱膨脹系數(shù)(α)為1.10×10-5/℃?；谆迮c單晶膜之間的熱膨脹系數(shù)的差為0.03×10-5/℃。此外，能夠確認(rèn)得到的單晶膜上未產(chǎn)生龜裂。
比較例1通過(guò)濺射法，使得作為緩沖層11的NGG薄膜在基底基板10上成膜時(shí)，除了NGG薄膜不在基底基板10的側(cè)面形成，而僅在其底面形成，在通常的濺射法條件下進(jìn)行外，其余與實(shí)施例1同樣地制作帶有NGG薄膜的CNGG單晶基板。使用該帶有NGG薄膜的CNGG單晶基板，與實(shí)施例1同樣，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，形成鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
在光學(xué)顯微鏡下對(duì)該單晶膜的表面進(jìn)行拍攝的結(jié)果如圖3B所示。由圖3B所示的結(jié)果可知，利用面積比對(duì)表面缺陷(蝕坑/圖3所示的黑點(diǎn))密度進(jìn)行調(diào)查，可以確認(rèn)為0.92％。能夠確認(rèn)其與圖3A所示的結(jié)果相比，缺陷很多。
比較例2利用與實(shí)施例1同樣的手法制作CNGG單晶基板，在其上完全不形成由對(duì)于氧化鉛穩(wěn)定的單晶薄膜構(gòu)成的緩沖層，通過(guò)與實(shí)施例1相同的波相外延生長(zhǎng)法，形成鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
圖6B是實(shí)驗(yàn)后的基板的表面SEM圖象，能夠確認(rèn)其表面被嚴(yán)重蝕刻。此外，由熒光X射線分析可知，鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜未形成。此外，圖6A是用于與比較例2進(jìn)行比較的比較例1中的單晶膜的表面SEM圖象。
實(shí)施例2
采用與所述實(shí)施例1相同的手法制作CNGG單晶基板。
利用脈沖激光蒸鍍法，在該CNGG單晶基板(基底基板10)的底面及側(cè)面形成Gd2.65Ca0.35Ga4.05Mg0.3Zr0.65O12(GCGMZG)薄膜(緩沖層11)。具體而言，對(duì)GCGMZG單晶靶以2.0J/cm2的激光照射密度照射KrF激基激光，在氧分壓1Pa、照射時(shí)間5分鐘的條件下，在基板溫度保持在800℃的CNGG基板的底面和側(cè)面上形成基板底面處的膜厚為約10nm的GCGMZG薄膜。對(duì)該GCGMZG薄膜進(jìn)行熒光X射線分析，能確認(rèn)其為與靶具備同樣組成的GCGMZG。該GCGMZG薄膜的基板側(cè)面處的膜厚為5nm。
使用這樣得到的帶有GCGMZG薄膜的CNGG單晶基板，通過(guò)與實(shí)施例1同樣的液相外延生長(zhǎng)法形成鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。得到的單晶膜上看不到龜裂。
實(shí)施例3采用與所述實(shí)施例1相同的手法制作帶有NGG薄膜的CNGG單晶基板。使用該帶有NGG薄膜的CNGG單晶基板，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，形成鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
具體而言，在鉑制坩堝內(nèi)放入Tb4O712.431g、Yb2O31.464g、B2O343.21g、Fe2O3121.56g、PbO989.6g、Bi2O3826.4g，在約1000℃下熔融，攪拌使其均質(zhì)化后，以120℃/hr的速度降溫，保持840℃的過(guò)飽和狀態(tài)。接著，在該溶液中浸漬在基板厚0.6mm的CNGG基板的底面和側(cè)面形成了250nm的NGG薄膜的單晶基板材料，以100rpm的轉(zhuǎn)數(shù)邊旋轉(zhuǎn)基板，邊使得單晶膜液相外延生長(zhǎng)43小時(shí)，在基板的底面形成膜厚560μm的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。并且，在基板的側(cè)面也形成了鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
得到的單晶膜和單晶基板二者均未發(fā)現(xiàn)龜裂。利用熒光X射線法對(duì)該單晶膜的組成進(jìn)行分析，能夠確認(rèn)其為Bi1.0Tb1.9Yb0.1Fe5.0O12。
此外，對(duì)該單晶膜的晶格常數(shù)和作為基底基板的CNGG基板的晶格常數(shù)之間的差異進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果可確認(rèn)其為0.005，在±0.02以內(nèi)。此外，對(duì)該單晶膜的晶格常數(shù)和作為緩沖層的NGG薄膜的晶格常數(shù)之間的差異進(jìn)行測(cè)定，為0.004。
此外，對(duì)該單晶膜，與實(shí)施例1一樣對(duì)波長(zhǎng)1.55μm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角、法拉第旋轉(zhuǎn)角45度下的透射損失以及溫度特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)系數(shù)為0.090deg/μm，透射損失為0.15dB，溫度特性為-0.045deg/℃。并且該單晶膜的熱膨脹系數(shù)為1.09×10-5/℃?；谆迮c單晶膜之間的熱膨脹系數(shù)的差為0.02×10-5/℃。此外，得到的單晶膜上未發(fā)現(xiàn)龜裂。
實(shí)施例4采用與所述實(shí)施例1相同的手法制作帶有NGG薄膜的CNGG單晶基板。使用該帶有NGG薄膜的CNGG單晶基板，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，形成鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
具體而言，在鉑制坩堝內(nèi)放入Gd2O37.653g、Yb2O36.778g、B2O343.21g、Fe2O3113.2g、Ga2O319.02g、Al2O33.35g，PbO 869.7g、Bi2O3946.3g，在約1000℃下熔融，攪拌使其均質(zhì)化后，以120℃/hr的速度降溫，保持829℃的過(guò)飽和狀態(tài)。接著，在該溶液中浸漬在基板厚0.6mm的CNGG基板的底面和側(cè)面形成了250nm的NGG薄膜的單晶基板材料，以100rpm的轉(zhuǎn)數(shù)邊旋轉(zhuǎn)基板，邊使得單晶膜液相外延生長(zhǎng)43小時(shí)，在基板的底面形成膜厚520μm的鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。并且，在基板的側(cè)面也形成了鉍置換稀土類(lèi)鐵榴石單晶膜。
得到的單晶膜和單晶基板雙方均未發(fā)現(xiàn)龜裂。利用熒光X射線法對(duì)該單晶膜的組成進(jìn)行分析，為Bi1.3Gd1.2Yb0.5Fe4.2Ga0.6Al0.2O12。
此外，對(duì)該單晶膜的晶格常數(shù)和作為基底基板的CNGG基板的晶格常數(shù)之間的差異進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果可確認(rèn)其為0.014，在±0.02以內(nèi)。此外，對(duì)該單晶膜的晶格常數(shù)和作為緩沖層的NGG薄膜的晶格常數(shù)之間的差異進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果為0.013。
此外，對(duì)該單晶膜，與實(shí)施例1一樣對(duì)波長(zhǎng)1.55μm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角、法拉第旋轉(zhuǎn)角45度下的透射損失以及溫度特性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果法拉第旋轉(zhuǎn)系數(shù)為0.113deg/μm，透射損失為0.05dB，溫度特性為-0.095deg/℃。并且該單晶膜的熱膨脹系數(shù)為1.05×10-5/℃?；谆迮c單晶膜之間的熱膨脹系數(shù)的差為0.02×10-5/℃。此外，確認(rèn)得到的單晶膜上未發(fā)現(xiàn)龜裂。
評(píng)價(jià)根據(jù)實(shí)施例1～4，單晶膜均勻生長(zhǎng)、且結(jié)晶表面光滑，能看到光澤，而與此相反，根據(jù)比較例2，由于在生長(zhǎng)膜和基板之間的界面處發(fā)生了反應(yīng)，因此能夠觀察到單晶膜沒(méi)有均勻生長(zhǎng)，產(chǎn)生了部分剝離。
此外，實(shí)施例1～4與比較例1相比，如圖3所示，可確認(rèn)能降低單晶膜的表面上的缺陷密度。
以上所述實(shí)施方案及實(shí)施例均為舉例式說(shuō)明本發(fā)明，而非限定性說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明也可以通過(guò)各種變形和變更實(shí)施方案而得以實(shí)施。
發(fā)明的效果如上所述，通過(guò)本發(fā)明，能夠提供一種通過(guò)液相外延生長(zhǎng)，可高品質(zhì)、成品率良好且穩(wěn)定地形成不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷、翹曲、裂紋、剝離等的厚膜狀的磁性石榴石單晶膜的磁性石榴石單晶膜形成用基板、光學(xué)元件及其制造方法。
權(quán)利要求
1.磁性石榴石單晶膜形成用基板，其為用于使得磁性石榴石單晶膜液相外延生長(zhǎng)的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于具備基底基板，其包含對(duì)于液相外延生長(zhǎng)所用的助熔劑不穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶；緩沖層，其在所述基底基板中結(jié)晶培育面上形成、且包含對(duì)于所述助熔劑穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶薄膜；以及保護(hù)層，其至少在與所述基底基板中所述結(jié)晶培育面交叉的所述基底基板的側(cè)面形成、且對(duì)于所述助熔劑穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于含有氧化鉛和/或氧化鉍作為所述助熔劑的主成分。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于所述基底基板具有與所述磁性石榴石單晶膜的熱膨脹系數(shù)大致相等的熱膨脹系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于在0℃～1000℃的溫度范圍內(nèi)，所述基底基板的熱膨脹系數(shù)，相對(duì)于所述磁性石榴石單晶膜的熱膨脹系數(shù)，在±2×10-6/℃以下的范圍。
5.如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于所述基底基板具有與所述磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)大致相等的晶格常數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于所述基底基板的晶格常數(shù)，相對(duì)于所述磁性石榴石單晶膜的晶格常數(shù)，在±0.02以下的范圍。
7.如權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于所述基底基板含有Nb或Ta。
8.如權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于所述緩沖層為基本上不包含Nb和Ta的石榴石類(lèi)單晶薄膜。
9.如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其特征在于所述緩沖層為由通式R3M5O12表示的，其中，R為稀土類(lèi)金屬的至少1種，M為選自Ga、Fe的1種，或?yàn)閄置換釓鎵石榴石，其中X為Ca、Mg、Zr中的至少1種。
10.如權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其中所述緩沖層的厚度為1～10000nm，所述基底基板的厚度為0.1～5mm。
11.如權(quán)利要求1～10任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其中所述保護(hù)層由與所述緩沖層相同的膜構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1～10任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其中所述保護(hù)層由與所述緩沖層不同的膜構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1～10任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，其中所述保護(hù)層由氧化硅膜或氧化鋁膜構(gòu)成。
14.磁性石榴石單晶膜的制造方法，該方法具備使用如權(quán)利要求1～13任一項(xiàng)所述的磁性石榴石單晶膜形成用基板，通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法，在所述緩沖層上生長(zhǎng)磁性石榴石單晶膜的工序。
15.光學(xué)元件的制造方法，該方法具備使用如權(quán)利要求14所述的磁性石榴石單晶膜的制造方法形成所述磁性石榴石單晶膜后，除去所述基底基板和緩沖層，形成包含所述磁性石榴石單晶膜的光學(xué)元件的工序。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)元件的制造方法，該制造方法具備在除去所述基底基板和緩沖層的同時(shí)，除去形成于所述基底基板側(cè)面的磁性石榴石膜，僅殘留形成于所述基底基板的結(jié)晶培育面上的磁性石榴石單晶膜，形成包含所述磁性石榴石單晶膜的光學(xué)元件的工序。
17.光學(xué)元件，其通過(guò)如權(quán)利要求15或16所述的光學(xué)元件的制造方法得到。
全文摘要
用于液相外延生長(zhǎng)不產(chǎn)生結(jié)晶缺陷、翹曲、裂紋、剝離等的厚膜狀的磁性石榴石單晶膜的磁性石榴石單晶膜形成用基板(2)。該基板(2)具備基底基板(10)，其包含對(duì)于液相外延生長(zhǎng)所用的助熔劑不穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶；緩沖層(11a)，其在基底基板(10)中結(jié)晶培育面(10a)上形成、且包含對(duì)于助熔劑穩(wěn)定的石榴石類(lèi)單晶薄膜；以及保護(hù)層(11b)，其至少在與基底基板(10)中結(jié)晶培育面交叉的所述基底基板的側(cè)面(10b)形成、且對(duì)于助熔劑穩(wěn)定。使用該基板，能夠制備高質(zhì)量的磁性石榴石單晶膜。該磁性石榴石單晶膜能夠作為光隔離器、光環(huán)形器、光磁傳感器等所用的法拉第元件等光學(xué)元件使用。
文檔編號(hào)G02F1/09GK1768166SQ20048000868
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月29日
發(fā)明者內(nèi)田清志, 坂下幸雄, 大井戶敦 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社