JPH01230492A - Apparatus for producing single crystal - Google Patents

Apparatus for producing single crystal

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Publication number
JPH01230492A
JPH01230492A JP5567688A JP5567688A JPH01230492A JP H01230492 A JPH01230492 A JP H01230492A JP 5567688 A JP5567688 A JP 5567688A JP 5567688 A JP5567688 A JP 5567688A JP H01230492 A JPH01230492 A JP H01230492A
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JP
Japan
Prior art keywords
crystal
seed crystal
baffle plate
growing
convection
Prior art date
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Pending
Application number
JP5567688A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kuroda
浩 黒田
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP5567688A priority Critical patent/JPH01230492A/en
Publication of JPH01230492A publication Critical patent/JPH01230492A/en
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Abstract

PURPOSE:To control the growing temperature, prevent contamination by convection and improve the quality of single crystals, by using 2 baffle plates in a hydrothermal crystallization apparatus for growing the crystal in a solvent at a prescribed temperature under a prescribed pressure. CONSTITUTION:A starting substance 4 for growing crystal is placed on the bottom of the pressure vessel 1 which is sealed with a cover 3, a seed crystal 6 is set in the upper part. Further the upper baffle plate 7 and the lower baffle plate 8 are arranged between the seed crystal 6 and the starting substance 4. Then, the starting substance 4 such as crushed natural crystal is dissolved in an appropriate solvent such as aqueous sodium hydroxide, heated at a prescribed temperature and pressurized at a prescribed pressure to send the starting material to the upper part of the vessel 1 by convection whereby a single crystal is allowed to grow on the seed crystal 6. The use of 2 baffle plates 7, 8 enables the temperatures in seed crystal zone and the starting substance zone to be controlled stably.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は人工水晶等の単結晶の育成方法として広く用い
られている。水熱合成法による単結晶の製造方法及び製
造装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is widely used as a method for growing single crystals such as artificial quartz. The present invention relates to a method and apparatus for producing a single crystal using a hydrothermal synthesis method.

現在、水晶をはじめとして、コランダム、ヘリル、ベル
リナイト、カルサイトなど様々な単結晶が水熱合成法に
より合成されている。これらの単結晶は、無色透明であ
ること、内部に気泡や割れのないこと、双晶のないこと
3.内部に歪のないこと及びある程度以上の大きさを持
つことなどが要求される。又、これらの単結晶が光学レ
ベルで使用される場合は、より高品質のものが要求され
る。
Currently, various single crystals such as quartz, corundum, heryl, berlinite, and calcite are synthesized by hydrothermal synthesis. These single crystals must be colorless and transparent, have no internal bubbles or cracks, and have no twin crystals.3. It is required to have no internal distortion and to have a certain size or more. Furthermore, when these single crystals are used at the optical level, higher quality is required.

水熱合成法は、他の単結晶の製造方法、例えば、フラッ
クス法、チョクラルスキー法等に比べ、より高品質の単
結晶を合成できる可能性がある。
The hydrothermal synthesis method has the possibility of synthesizing higher quality single crystals than other single crystal manufacturing methods such as the flux method and the Czochralski method.

しかし、温度制御あるいは対流制御が難しいといった問
題があり、より高品質の単結晶を得ることが難しかった
However, there are problems with temperature control or convection control, making it difficult to obtain higher quality single crystals.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、人工水晶等各種単結晶の水熱合成法による製
造装置及びその製造方法において、2枚のバッフル板を
備えてりる単結晶の製造装置に関するものであり、又、
上記製造装置を使用し、所定の温度、圧力を与え、適当
な溶媒中で種結晶上に結晶を育成する単結晶の製造方法
に関するものである。
The present invention relates to an apparatus for producing various single crystals such as artificial quartz by hydrothermal synthesis, and a method for producing the same, which is equipped with two baffle plates.
The present invention relates to a method for producing a single crystal, using the above production apparatus, applying a predetermined temperature and pressure, and growing a crystal on a seed crystal in an appropriate solvent.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、単結晶を合成しようという試みは様々な方法によ
り行われてきた。即ち、溶媒よりの晶出、ゲルよりの合
成、フラーノークスまたは融液よりの晶出、水熱合成法
などである。又、最近は高圧下でのFZ法などによって
も試みられている。しかし、いずれの方法においても、
不純物、インクルージヨンの混入あるいは転位などの欠
陥の存在又は結晶内部の歪の存在など結晶の特性を著し
く阻害する問題があった。
Conventionally, attempts to synthesize single crystals have been made using various methods. That is, crystallization from a solvent, synthesis from a gel, crystallization from a fullernox or melt, hydrothermal synthesis, etc. Recently, attempts have also been made to use the FZ method under high pressure. However, in either method,
There have been problems such as the presence of impurities, inclusions, defects such as dislocations, and the presence of strain inside the crystal, which significantly impede the characteristics of the crystal.

上記の様々な方法の中では、水熱合成法が熱水鉱床中で
育成された天然の単結晶と最もその育成雰囲気が頻イ以
しており、最も天然単結晶に近い特性のものが合成でき
る可能性がある。又、天然に存在しない、人工単結晶に
おいても、最もよい特性のものが合成できる可能性があ
る。
Among the various methods mentioned above, the hydrothermal synthesis method uses natural single crystals grown in hydrothermal ore deposits and the growth atmosphere most often, and synthesizes those with characteristics closest to natural single crystals. There is a possibility that it can be done. Furthermore, it is possible to synthesize artificial single crystals with the best characteristics that do not exist in nature.

水熱合成法はオートクレーブ(圧力容器)中で水溶液を
用い、所定の温度、圧力により材料を合成する方法であ
り、人工水晶の量産に使用されている。一般に水溶液は
NaOHなどアルカリ水溶液あるいはNa2Go、、に
2Co、などの炭酸塩水溶液を使用している。
The hydrothermal synthesis method is a method of synthesizing materials at a predetermined temperature and pressure using an aqueous solution in an autoclave (pressure vessel), and is used for mass production of artificial quartz crystals. Generally, the aqueous solution used is an alkaline aqueous solution such as NaOH or a carbonate aqueous solution such as Na2Go, 2Co, or the like.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来の水熱合成装置による単結晶の育成においては、結
晶が育成できるものの以下のような問題点があった。
In growing single crystals using conventional hydrothermal synthesis equipment, although crystals can be grown, there are the following problems.

まず、第1にバッフル板を設けることによって種結晶育
成域と育成用原料溶解域との間に温度差をつけ、それぞ
れの域においては温度が一定になるようにしているが、
実際にはバッフル板に近い部分と、遠い部分との間で温
度差がついてしまう。
First, by providing a baffle plate, a temperature difference is created between the seed crystal growth area and the growth material melting area, and the temperature is kept constant in each area.
In reality, there will be a temperature difference between the part close to the baffle plate and the part far away.

このため、種結晶育成域において、上部(バッフル板か
ら遠い位置)に設置した種結晶と下部(バッフル板に近
い位置)に設置した種結晶では成長速度が違ってしまう
。又、同一の種結晶においても、上部と下部では成長速
度が違ってしまい厚さの不均一な結晶ができてしまう。
For this reason, in the seed crystal growth region, the growth speeds of the seed crystals installed in the upper part (position far from the baffle plate) and the seed crystals installed in the lower part (position close to the baffle plate) are different. Furthermore, even with the same seed crystal, the growth rate is different between the upper and lower parts, resulting in a crystal with non-uniform thickness.

又、−枚のバッフル板では対流の制御を完全に行うこと
が難しく、対流の影響による不純物、インクルージヨン
の混入があった。
Furthermore, it is difficult to completely control convection with two baffle plates, and impurities and inclusions may be mixed in due to the influence of convection.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

従来の水熱合成装置による、単結晶の育成についての成
長速度の違い、結晶中への不純物、インクルージヨンの
混入といった問題点については、オートクレープ内部の
温度の制御、対流の制御といったことに起因している。
Problems caused by conventional hydrothermal synthesis equipment, such as differences in the growth rate of single crystals, impurities, and inclusions in the crystal, are caused by controlling the temperature inside the autoclave and controlling convection. are doing.

上記問題を解決するために、2枚のバッフル板を備えた
水熱合成装置を提供する。
In order to solve the above problem, a hydrothermal synthesis apparatus equipped with two baffle plates is provided.

〔作用〕[Effect]

水熱合成法において、適当な温度と圧力のもとで出発原
料を適当な溶媒の水溶液に溶解させ、徐冷する、又は温
度差を利用して養分を輸送することにより、結晶を晶出
あるいは適当な基板上に育成する。通常、オートクレー
ブ内の下部に設置された原料は(上部に原料を設置する
こともある)水溶液に溶解し、対流によりオートクレー
ブ上部へ輸送される。その時、上部と下部の間には温度
差がついている為、上部に設置されている種結晶あるい
は、適当な基板上に輸送された原料が析出育成する。こ
の温度差をっけ全ためにオートクレーブ内のほぼ中央部
にバッフル板を設置する。バッフル板には、対流を制御
するための穴がおいている。この穴の大きさを変えるこ
とによっても単結晶の成長速度などが変化する。今回、
より理想的な温度制御、対流制御が可能なバッフル板を
設置した。
In the hydrothermal synthesis method, starting materials are dissolved in an aqueous solution of an appropriate solvent at an appropriate temperature and pressure, and crystals are formed by slowly cooling or transporting nutrients using a temperature difference. Grow on a suitable substrate. Usually, raw materials placed in the lower part of the autoclave (sometimes raw materials are placed in the upper part) are dissolved in an aqueous solution and transported to the upper part of the autoclave by convection. At that time, since there is a temperature difference between the upper and lower parts, the seed crystal placed in the upper part or the raw material transported onto a suitable substrate precipitates and grows. In order to eliminate this temperature difference, a baffle plate is installed approximately in the center of the autoclave. The baffle plate has holes to control convection. Changing the size of this hole also changes the growth rate of the single crystal. this time,
A baffle plate was installed to enable more ideal temperature and convection control.

以下、実施例に従い詳しく説明する。Hereinafter, a detailed explanation will be given according to examples.

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本実施例の構成を模式的に表す断面図を示す。 FIG. 1 shows a cross-sectional view schematically showing the configuration of this embodiment.

圧力容器本体1はシールリング2を介してカバー3によ
り圧力シールがされている。以上の構成のオートクレー
ブにおいて圧力容器本体1の底部に育成用原料4を設置
する。次に種結晶支持枠5を介して種結晶6が育成用原
料4の上に配置されている。種結晶としては、育成する
単結晶の欠陥の原因とならないように特に内部のインク
ルージヨン、転位などの少ない種結晶が必要である。こ
のように育成用原料4及び種結晶6を配置し、その間同
じく種結晶支持枠5を介して、上部バッフル板7及び下
部バッフル板8が設置されて゛いる。第2図にこのバッ
フル板の斜視図を示す。
The pressure vessel main body 1 is pressure-sealed by a cover 3 via a seal ring 2. In the autoclave having the above configuration, the raw material for growth 4 is placed at the bottom of the pressure vessel main body 1. Next, a seed crystal 6 is placed on the growth raw material 4 via a seed crystal support frame 5 . The seed crystal needs to have particularly few internal inclusions and dislocations so as not to cause defects in the single crystal to be grown. The growing raw material 4 and the seed crystal 6 are arranged in this way, and the upper baffle plate 7 and the lower baffle plate 8 are also installed between them via the seed crystal support frame 5. FIG. 2 shows a perspective view of this baffle plate.

上部バッフル板7及び下部バッフル板8は、それぞれ独
立に回転することができる。つまり、上下バッフル板の
穴の位置を任意の位置に設定することができる。又、上
下バッフル板間の距離も、任意の距離に設定することが
できる。この上下バッフル板の開口部9,10の形状及
びその数は、上下全く同じものであっても、又異なった
ものであってもかまわない。バッフル板の開口率はそれ
ぞれ5〜25%程度である。
The upper baffle plate 7 and the lower baffle plate 8 can be rotated independently. In other words, the positions of the holes in the upper and lower baffle plates can be set to arbitrary positions. Further, the distance between the upper and lower baffle plates can also be set to any desired distance. The shapes and numbers of the openings 9 and 10 in the upper and lower baffle plates may be exactly the same on the upper and lower sides, or may be different. The aperture ratio of each baffle plate is about 5 to 25%.

本実施例として、人工水晶の育成を行った。育成用原料
としては、天然水晶原石(ラス力)を適当な大きさに砕
いたものを使用した。又、種結晶6としては、天然ある
いは人工の光学グレードの水晶のZ板を用いた。溶媒と
してはNaOH水溶液を用いた。
In this example, artificial quartz crystal was grown. As the raw material for growth, we used natural crystal raw stone (lass power) crushed into appropriate sizes. Further, as the seed crystal 6, a Z plate of natural or artificial optical grade quartz was used. An aqueous NaOH solution was used as the solvent.

第1実施例 種結晶6の温度・・・340℃ 育成用原料4の温度・・・370°C 溶媒・・・0.5モルNaOH水溶液 圧力・・・1000kg/cJ 育成期間・・・10日間 バッフル板の構成・・・上下バッフル板は同形状、開口
率は10%、開口部は上下一致、上下間距離は15mと
した。
1st Example Temperature of seed crystal 6: 340°C Temperature of growing raw material 4: 370°C Solvent: 0.5 mol NaOH aqueous solution Pressure: 1000 kg/cJ Growth period: 10 days Structure of the baffle plates: The upper and lower baffle plates had the same shape, the aperture ratio was 10%, the openings were the same on the top and bottom, and the distance between the top and bottom was 15 m.

この結果、種結晶6の上に水晶が育成された。As a result, crystal was grown on the seed crystal 6.

成長した層の厚み・・・5.2mm 成長速度・・・520μm/日 成長した層の性質・・・α−水晶(X線回折法により同
定)。従来の人工水晶と比較して、インクルージヨン、
マイクロクラック等の含有物及び欠陥の非常に少ない完
全性の高い結晶が得られた。
Thickness of grown layer: 5.2 mm Growth rate: 520 μm/day Properties of grown layer: α-quartz (identified by X-ray diffraction method). Compared to traditional artificial quartz, inclusions,
Highly perfect crystals with very few inclusions and defects such as microcracks were obtained.

又、成長した種子結晶の上部及び下部における成長層の
厚みに差は見られなかった。
Moreover, no difference was observed in the thickness of the growth layer at the top and bottom of the grown seed crystal.

第2実施例 種結晶6の温度・・・330℃ 育成用原料4の温度・・・360°C 溶媒・・・0.5モルNaOH水溶液 圧力’ ・・1000kg/ ct 育成期間・・・10日間 バッフル板の構成・・・上下バッフル板は同形状である
が、開口部は上下一致していない。第3図は、このバッ
フル板を上部から見た図である。
Second Example Temperature of seed crystal 6: 330°C Temperature of growing raw material 4: 360°C Solvent: 0.5 mol NaOH aqueous solution pressure: 1000 kg/ct Growth period: 10 days Baffle plate configuration: The upper and lower baffle plates have the same shape, but the openings do not match on the top and bottom. FIG. 3 is a view of this baffle plate viewed from above.

上部バッフル板の開口部と下部バッフル板の開口部は、
第3図の様に回転方向に15度ずらして設置した。開口
率は10%、上下間距離は15mnとした。
The opening in the upper baffle plate and the opening in the lower baffle plate are
As shown in Figure 3, it was installed with a 15 degree offset in the rotational direction. The aperture ratio was 10%, and the distance between the top and bottom was 15 mm.

この結果、以下の様に種結晶6の上に水晶が育成された
As a result, crystal was grown on the seed crystal 6 as shown below.

成長した層の厚み・・・4.7fl 成長速度・・・470μm/日 成長した層の性質・・・α−水晶(X線回折法により同
定)。従来の人工水晶と比較して、インクルージジン、
マイクロクラック等の含有物及び欠陥の非常に少ない完
全性の高い結晶が得られた。
Thickness of the grown layer: 4.7 fl Growth rate: 470 μm/day Properties of the grown layer: α-quartz (identified by X-ray diffraction). Compared to traditional artificial quartz, Inclugidine,
Highly perfect crystals with very few inclusions and defects such as microcracks were obtained.

又、成長した種子結晶の上部及び下部における成長層の
厚みには実施例a同様差は見られなかった。
Further, as in Example a, no difference was observed in the thickness of the growth layer at the top and bottom of the grown seed crystal.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述したように本発明によれば、従来の水熱合成装
置を使用した単結晶の育成法と比較して種子結晶部分及
び育成原料部分のそれぞれの温度をより安定に制御する
ことができ、又、対流による不純物、インクルージヨン
の混入を防ぐことができる。このため、本発明による水
熱合成装置により、より高品質の単結晶育成が可能とな
りその効果は極めて大きい。
As detailed above, according to the present invention, it is possible to more stably control the respective temperatures of the seed crystal part and the growing raw material part compared to the conventional single crystal growth method using a hydrothermal synthesis apparatus. Furthermore, contamination of impurities and inclusions due to convection can be prevented. Therefore, the hydrothermal synthesis apparatus according to the present invention enables higher quality single crystal growth, and its effects are extremely large.

付記 バッフル板は、それぞれ独立に回転できる単結晶の製造
装置。
Note: The baffle plates are a single-crystal manufacturing device that can rotate independently.

バッフル板は、その間隔が任意の距離に固定することが
できる単結晶の製造装置。
Baffle plates are a single crystal manufacturing device that can be fixed at any distance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による単結晶製造装置の構造を表す断面
図である。 第2図はバッフル板の斜視図である。 第3図は第2実施例におけるバッフル板の平面図である
。 1・・・圧力容器本体 2・・・シールリング 3・・・カバー 4・・・育成用原料 5・・・種結晶支持枠 6・・・種結晶 7・・・上部バッフル板 8・・・下部バッフル板 9・・・上部バッフル板開口部 10・・・下部バッフル板開口部 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a single crystal manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the baffle plate. FIG. 3 is a plan view of the baffle plate in the second embodiment. 1... Pressure vessel body 2... Seal ring 3... Cover 4... Raw material for growth 5... Seed crystal support frame 6... Seed crystal 7... Upper baffle plate 8... Lower baffle plate 9... Upper baffle plate opening 10... Lower baffle plate opening and above Applicant: Seiko Electronics Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 所定の温度、圧力を与え、適当な溶媒中で結晶を育成す
る水熱合成装置において、2枚のバッフル板を備えたこ
とを特徴とする単結晶の製造装置。
1. A single-crystal manufacturing apparatus, which is a hydrothermal synthesis apparatus for growing crystals in a suitable solvent by applying a predetermined temperature and pressure, and is equipped with two baffle plates.
JP5567688A 1988-03-09 1988-03-09 Apparatus for producing single crystal Pending JPH01230492A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5567688A JPH01230492A (en) 1988-03-09 1988-03-09 Apparatus for producing single crystal

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JP5567688A JPH01230492A (en) 1988-03-09 1988-03-09 Apparatus for producing single crystal

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JPH01230492A true JPH01230492A (en) 1989-09-13

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ID=13005488

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JP (1) JPH01230492A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513122A (en) * 2002-12-27 2006-04-20 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Gallium nitride crystal, device based on homoepitaxial gallium nitride, and manufacturing method thereof
US10975492B2 (en) 2002-12-27 2021-04-13 Slt Technologies, Inc. Method of forming a GaN single crystal comprising disposing a nucleation center in a first region, a GaN source material in a second region, and establishing a temperature distribution

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006513122A (en) * 2002-12-27 2006-04-20 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Gallium nitride crystal, device based on homoepitaxial gallium nitride, and manufacturing method thereof
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