CN1272475C - 氧化物单晶的制造装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低成本、高纯度的单晶制造装置及其制造方法，将培育槽17的拉晶轴21与设在盖体19上的管状开口部24之间的间隙设定为1mm～3mm。该间隙与炉外的大气相通。通过调整向炉内供给的惰性气体流量，以确保炉内的氧浓度处于0.1%～1.2%范围。这样，既可防止氧化物单晶的缺氧，又可防止坩埚氧化变色，防止氧化杂质混入结晶中。

Description

氧化物单晶的制造装置及制造方法

本发明涉及一种从坩埚内的熔融原料中提取制造单晶的氧化物单晶制造装置及制造方法。

钽酸锂(LiTaO₃)单晶和铌酸锂(LiN_bO₃)单晶等的氧化物单晶通常是用作调制激光线用的光学元件、压电元件和表面弹性波滤波器等的材料。钽酸锂和铌酸锂等的氧化物单晶热稳定性好，熔点高，反应性又快。因此，通常采用铂金(Pt)、铂铑合金(Pt·Rh)、铱(Ir)等的贵金属坩埚，以替代单晶硅制造用的石英坩埚。

氧化物单晶系在使用这种贵金属坩埚，在氮(N₂)和氩(Ar)等惰性气体环气氛中用直拉法制造。众所周知，直拉法是一种将前端沾有籽晶的轴浸入坩埚内的熔融原料中、一边转动该轴一边慢慢提升从而使单晶生长成形的技术。

然而，坩埚用的铑和铱的熔点非常高，在高温中很容易氧化，铑的氧化物或铱的氧化物熔融在作为单晶原料的钽酸锂和铌酸锂的熔液中，有可能变为结晶中的杂质。

为防止贵金属坩埚的氧化，必须提高相对于由拉晶轴从坩埚提升生长的空间即拉晶炉的培育槽(培育容器)内部空间的气密性，以防止外部空气的混入。为提高培育槽的气密性，有一种方法是将包含坩埚的结晶培育部放置在不锈钢(SUS)制的容器内，在拉晶轴引向外部的贯通部上设置围绕拉晶轴的耐热皱纹管或不锈钢制的圆筒，以确保气密性。这就是通常的单晶硅制造时所用的方法。在单晶硅的场合，拉晶轴在提升过程中混入熔融原料的氧在结晶化后的冷却过程中形成过饱和，成为晶格缺陷的原因。这种现象很不好，所以，必须确保高气密性。

另一方面，在氧化物单晶的场合，熔融材料本身必须有某种程度的氧。反之，一旦放有坩埚的培育槽内部的气氛处于极端的低氧状态，则会在氧化物结晶中产生缺氧的问题，因此，必须使培育槽内部的氧化浓度保持在一定程度之上。为此，在氧化物结晶中容许某种程度的杂质混入的场合，气密性就显得不那么重要，因此，还有一种方法是采用在上部开口的石英制筒体作为培育槽。在此场合，拉晶轴的周围不设置任何东西，使其充分露在大气中。由于也不需要用耐热皱纹管来封闭拉晶轴的周围，故可充分降低整个拉晶炉(氧化物单晶制造装置)的成本。当前，采用在不锈钢(SUS)制的容器内流入含有约1％氧(O₂)的氮气(N₂)或氩气(Ar)的方法已成为主流。

然而，制造氧化物单晶虽然需要某种程度的氧，但问题是一旦培育槽内部进入多量的氧，会加快贵金属坩埚的氧化，在熔融材料中熔融出杂质(贵金属氧化物)来。

又，在使用不锈钢制容器时，不仅会大幅度提高成本，并且不能调整气密性，对制造对象物特别是氧化物单晶的制造来讲，还会产生气密性过高的情况。

为此，必须在防止氧化物结晶缺氧的同时，将培育槽内的氧浓度确保在可防止坩埚氧化的最佳范围之内。

鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种可确保制造良好的氧化物单晶所需的氧浓度，并可为尽量防止坩埚氧化而对氧浓度进行抑制的、简便而又廉价的氧化物单晶制造装置及其简便的制造方法。

如上所述，本发明的目的在于，设定最佳的培育槽内部的氧浓度。在本发明的氧化物单晶制造中，所谓最佳的氧浓度是指0.1％以上、1.2％以下的范围，该范围既可使氧化物单晶不缺氧，又可使构成坩埚的贵金属不变色(氧化)。

为实现这一氧浓度，本发明的氧化物单晶制造装置包括：放置并熔融氧化物单晶原料的坩埚，从坩埚内熔融的原料中提取结晶的拉晶轴，放有坩埚并设有插通拉晶轴的开口部的培育槽，将惰性气体导入拉晶炉内部用的导入管以及调节惰性气体流量的流量控制器。其特征在于，

培育槽具有放置坩埚及其坩埚周围的耐火物的筒体和盖住筒体上端的盖体，用于插通拉晶轴用的开口部呈管状，在拉晶轴的周围形成与大气接触的宽1mm～3mm的间隙。

流量控制器根据管状开口部的尺寸，控制惰性气体的流量，以确保拉晶炉内部的氧浓度处于0.1％～1.2％范围内。

在使用这种氧化物单晶的制造装置时，由于可将拉晶炉培育槽内的氧浓度设定在氧化物单晶制造的最佳范围内，因此，容易制造高纯度单晶。

管状开口部沿拉晶轴方向的长度为30mm～70mm，它关系到拉晶轴周围形成的间隙宽度，按照培育槽内部最佳的氧浓度要求来选择其长度。通过将管状开口部长度设定在该范围内，可防止拉晶轴与开口部接触，并可防止大气过多地从开口流入培育槽内部。

管状开口部与盖体一体形成，盖体可相对筒体水平方向滑动。具体是在筒体的上端设有围绕筒体的凸边，凸边的上面是平滑的平坦面。在该凸边上面装有盖体，盖体依靠自重使培育槽形成大致密闭的状态。

或者，管状开口部与盖体分体设置，管状开口部相对盖体可水平方向滑动。在此场合，盖体上面和管状开口部的底面均是石英制的平滑的平坦面，很容易滑动。采用这种结构，即使拉晶轴与状管开口的内壁接触，因管状的开口本身可以横向滑动，故可吸收接触冲击，减少对制造中的单晶的影响。

本发明的氧化物单晶制造方法首先是在配置在拉晶炉的培育槽内部的坩埚中将氧化物单晶原料熔融。此时，为使培育槽内部的氧浓度达到0.1％以上、1.2％以下，将惰性气体导入培育槽内。然后，一边旋转拉晶轴一边提取熔融后的氧化物单晶原料，由此，在拉晶轴的前端培育氧化物单晶。

拉晶轴的周围应具有宽度1mm以上、3mm以下的通向大气的间隙，被志入培育槽内的惰性气体通过按照以上尺寸设定的拉晶轴插通用的开口部向大气中放出。

惰性气体也可采用含有混合浓度为0.1％以上、1.2％以下氧的氮气。使用这种混合气体，便可容易地将拉晶炉内部的氧浓度设定在0.1％以上、1.2％以下的范围内。

又，惰性气体的导入最好是根据拉晶轴周围间隙的宽度，控制在流量为2升/分钟～10升/分钟的范围内。

在该制造方法中，由于根据拉晶轴周围的间隙大小来控制惰性气体的流量，因此，可更加正确而又迅速地将培育槽内部的氧浓度设定在最佳范围内。

本发明的其它效果和特征通过参照图纸以及下列的详细说明来予以明确。

附图的简单说明

图1为本发明第1实施形态的氧化物单晶制造装置剖视图。

图2为图1所示的装置盖体与拉晶轴之间配置关系的放大剖视图。

图3为本发明第2实施形态的氧化物单晶制造装置剖视图。

图4为图3所示的装置盖体与拉晶轴之间配置关系的放大剖视图。

下面，参照图纸说明本发明良好的实施形态。

(第1实施形态)

图1为本发明的氧化物单晶制造装置(拉晶炉)10，图2为图1所示的制造装置局部放大图。装置10包括：放置并熔融氧化物单晶的熔融原料27的贵金属制坩埚11、从坩埚11内的熔融原料27中提取单晶28的拉晶轴21、放有坩埚11并有插通拉晶轴21的管状开口24的培育槽(培育容器)17以及将惰性气体导入培育槽17内部用的导入管26。另外，最好配备调节惰性气体流量的流量控制器(MFC)29。

如图2所示，培育槽17的管状开口24的尺寸被设定为在拉晶轴21的周围具有与大气接触的所定宽度的间隙。在第1实施形态中，使用直径10mm的拉晶轴时，管状开口部24的内径设定为13mm，以使拉晶轴两侧产生1.5mm间隙。管状开口部24沿拉晶轴的轴向测量的长度为50mm。

贵金属制的坩埚11由铱(Ir)构成。在坩埚11的周围配置围住耐火物坩埚的隔热材料12。在坩埚11的上部，配置由贵金属构成的环状反射板13并在反射板13的上部，配置圆筒状或截锥状等的贵金属制的后加热器14。在隔热材料12的外侧，设置高频(RF)感应加热线圈15。

坩埚11被支承在带槽的隔热材料座30上面。在坩埚11与隔热材料12的间隙中充填着隔热的泡沫材料。

RF感应加热线圈15由RF电力将坩埚11加热，使放置在坩埚11内的氧化物单晶原料熔融。为使拉晶炉17内部空间的温度斜率不急剧变化，后加热器14使反射板13升温。

培育槽17由上部具有开口面的石英制筒体18和盖住筒体18上部开口面并具有管状开口部24的石英制盖体19构成。在筒体18的上端部形成凸边18a，在其平滑的上面，支承着盖体19的同样平滑的周边部下面，基本上形成气密状态。

在盖体19的管状开口部24插通着拉晶轴21。拉晶轴21具有与未图示的升降机构连接的操作部21a和与操作部21a下部一体连接的由氧化铝等构成的拉晶杆21b。在拉晶杆21b的前端安装着籽晶23。

拉晶轴21从外部插入培育槽17内。如图2所示，插入培育槽17的插通部分即管状开口部24具有在拉晶轴21周围形成所定宽度间隙的内径，拉晶轴21以非接触的状态贯通管状开口部24内。另外，第1实施形态的管状开口部24与盖体9一体形成。

氧化物单晶制造装置10的培育槽17的下部设有向培育槽内导入惰性气体用的导入管(或管路)26。在导入管26上设置流量控制器29。流量控制器29根据盖体19的管状开口部24与拉晶轴24之间的间隙大小，控制进入培育槽内的惰性气体流量，以使炉内的氧浓度维持在0.1％～1.2％范围内。惰性气体可采用氮(N₂)或氩(Ar)、氦(He)气等。第1实施形态使用了氮气。经过气体导入管26进入培育槽的气体经过在隔热材料座30上形成的槽，再通过充填在坩埚11与隔热材料12间隙中的泡沫材料，流向培育槽上部。

另外，在离培育槽17上面约1/3的位置处，通过未图示的分支管抽出炉内的气体，由培育槽外部的氧检测计监控氧浓度。在配备作为流量控制器的质量流动控制器(MFC)29时，通过将这一测定值反馈到MFC来控制惰性气体的流量，确保炉内的氧浓度处在所定范围内。

图1所示的培育槽17除了管状开口部24以外的部分最好是具有充分的气密性。如果是只能从拉晶轴21周围的管状开口部24的间隙排出惰性气体，则间隙部分的排出气体的线速度会加快，外部空气不易侵入，即，可防止培育槽17内部的氧浓度超过所定值。设培育槽17的其它部分有小孔或接缝的间隙，则会从该处漏出惰性气体，使来自管状开口部24与拉晶轴21之间间隙的排出气体的势头变弱。结果容易使外部空气混入，存在着使炉内的氧浓度上升到所定值以上的可能性。

若要求管状开口部24与拉晶轴21之间的间隙以外的部分都完全密封，则会增加成本，因此，达到基本上气密的程度就可以。这是因为即使气密性稍差一点，通过增加向培育槽17内部供给的惰性气体流量，设定为培育槽17的内部压力高于外部空气压，也可将培育槽内部的氧浓度维持在所定范围内，因此实际上不存在问题。

管状开口部24的拉晶轴方向的长度必须具有一定的尺寸。若培育槽17内为室温程度，则惰性气体的对流很小，故即使缩短管状开口部24的长度，外部空气的混入也较少。然而，在提取动作时，培育槽17内形成1000℃以上的高温状态，会产生激烈的气体对流和紊流。当然，管状开口部24的附近也产生激烈的气流，若沿管状开口部24的拉晶轴方向测量的长度变短，则外部空气直接进入培育槽17内，会使炉内氧浓度上升。

为防止大气混入炉内，通过将管状开口部24的拉晶轴方向测量的长度加长，就可使混入的外部空气滞留在管状间隙内，依靠来自培育槽17内的排出气体的势头将其排出到外部。在第1实施形态中，图2所示的管状开口部24的长度设定为50mm。

在第1实施形态中，将管状开口部24与拉晶轴21之间的间隙设定为1.5mm，将管状开口部24的长度设定为50mm，此时，惰性气体向炉内的流量最好是2升/分钟以上。该流量值不是固定性的，而是先设定管状开口部24的尺寸，其后在实际的提取工序中调整流量，以使得取炉内部的氧浓度处于0.1％～1.2％范围。

又，如前所述，构成培育槽17的盖体19依靠自重可滑动地被支承在筒体18上端部形成的凸边18a的上面，形成大致的气密状态。盖体19和筒体18都是石英制成，都具有平滑的界面。盖体19相对筒体18可滑动，一旦拉晶轴21与管状开口部24的内壁接触，也可吸收该冲击。即，管状开口部24的内径设定为可使惰性气体从培育槽内部向外部排出并不与拉晶轴接触的形态。但考虑到为使结晶生长而在拉晶轴21提升时，因拉晶杆21b一边旋转一边提升，故提升杆21b与旋转同步，会与管状开口部24的内壁接触。在此场合，藉由使盖体19相对筒体18可滑动，由接触所引起的冲击被管状开口部吸收，以防止向拉晶杆21b及其前端的生长结晶施加巨大冲击。由此，可防止在生长晶体上产生断裂等现象。

在图1和图2所示的制造装置中，管状开口部24的尺寸(内径和管长)设定在所定的范围内，通过控制惰性气体向培育槽内的流量，可确保培育槽内部的氧浓度，不必使用高价的SUS制容器。其结果，可防止氧化物单晶的氧缺乏，又可防止贵金属坩埚的氧化。与使用SUS制容器的场合相比，本发明的氧化物单晶制造装置不仅可大幅度降低成本，并且可制造出混入坩埚成分很少的高纯度单晶。

又，考虑到长时间使用SUS制容器后，因高温氧化物受到氧化，也会造成在结晶中导入铁杂质的根源。对此，第1实施形态采用了由石英制筒体18和石英制盖体19构成的培育槽17，就不会产生铁杂质混入的问题，有利于高纯度单晶的制造。另外，筒体18和盖体19的材质不局限于石英，也可采用具有耐热性和耐热冲击性的其它材料。

下面，说明图1和图2所示的制造装置用的氧化物单晶制造方法。氧化物单晶是以制造钽酸锂(LiTaO₃)为例进行说明。

(a)首先，将原料加入坩埚11内，按照拉晶轴21与管状开口部24之间产生宽度约为1.5mm环状间隙的要求，设定盖体19的管状开口部24处的内径。例如，设定该间隙时，事先准备好具有不同内径的管状开口部的多种盖体19，根据所用材料和拉晶轴直径来选择能产生合适宽度的间隙的盖体，再根据不同场合，在设定的间隙宽度的20～60倍范围内选择管状开口部的长度。

(b)在设定管状开口部24与拉晶轴21之间的间隙之后，用RF感应加热线圈15对坩埚11逐一进行感应加热。通过加热熔融原料变成熔液27。此时，通过导入管26向培育槽17内供给氮气，将氮气流量控制在可确保培育槽内部的氧浓度处于0.1％～1.2％范围内。例如，流量控制可通过将从培育槽17内抽出的气体流过外部的氧检测计、再将检测计的输出反馈给质量流动控制器(MFC)29的方法为进行。惰性气体的供给和流量控制在其后继续进行。另外，也可不用氮气，而改用含有0.1％～1.0％混合氧的氮气。

(c)接着，调整向RF感应加热线圈15的RF电力，将熔液27的表面温度调节为适合结晶生长的温度。在钽酸锂的场合，将熔液27的表面温度加热到约1650℃或稍高于这一温度。此时，培育槽内部温度在培育槽17的上部空间约为1100℃～1300℃。在将拉晶轴21下降后，使装在前端籽晶23与熔液27的表面接触。在此状态下，一边调整向RF感应加热线圈15投入的RF电力，一边慢慢地转动拉晶轴21，使拉晶轴21提升。随着拉晶轴21的旋转上升，可在籽晶23的下部培育成氧化物的育成单晶28。经过这一单晶培育工序，继续向炉内供给混合氧的氮气，从拉晶轴21与管状开口部24之间的间隙中将供给的氮气排出，以确保培育槽内部的氧浓度处于0.1％～1.2％范围内。

(第2实施形态)

图3和图4表示本发明第2实施形态的氧化物单晶制造装置。与第1实施形态不同之处在于，在第2实施形态中，盖体19由支承在筒体18的凸边18a上的第1构件19a和与该第1构件分体结构的具有管状开口部24的第2构件19b所构成。管状开口部24与第2构件19b一体形成，盖体19的第2构件19b相对第1构件19a可滑动。

在氧化物单晶的提取工序中，即使拉晶轴21与管状开口部24接触，因盖体的第2构件19横向滑动，故可缓和接触的冲击。分体式的第2构件19b小型，重量轻，还易于滑动，冲击的吸收效果大。

又由于即使在拉晶轴21的周围设定所需的宽度间隙时，也可从准备好的多种分体式的第2构件19b中选出具有最佳内径的构件，因此，很容易选择和设定管状开口部。

其它的结构与第1实施形态相同，在相同的结构处标记同一符号。

下面说明具体的实施例。

(实施例1)

坩埚11采用直径180mm、高度150mm的铱制品。在该坩埚11内，放入Li₂CO₃、Ta₂O₅粉称量后烧成的烧结原料7-10kg，以使组成比Li/Ta＝0.943(靡尔比)，用RF感应加热线圈15对坩埚11进行RF感应加热，使烧结原料熔融，获得溶液27。其后，向坩埚11内添加原料，使总重量达到15kg，再用感应加热线圈15使其熔融，在坩埚11内作成总重量为15kg的溶液27。

只要是在培育槽加热期间，即应以4升/分钟的流量持续地从提取管路17的底部，藉由导入管26向培育槽17内供给氮气。另外，拉晶轴21的拉晶杆21b采用直径10mm的铝制品。在石英盖体19的中央部一体形成管状开口部24，管状开口部24的内径为13mm，长度为50mm。

在作成总重量15kg的熔液27后，调整来自RF感应加热线圈15的RF输出，使熔液27的表面温度稳定在合适温度(约1650℃)。在此状态下，拉晶轴21下降，使籽晶23与熔液27的表面接触，一边调整来自RF感应加热线圈15的RF输出，一边转动拉晶轴21使其提升。在籽晶23的下部使直胴体直径107mm、重量6.5kg的LiTaO₃的育成单晶28生长。

第2次以后的结晶生长的方法是将与前一次的育成单晶28相同重量的原料放入坩埚11内，作为总重量15kg的熔液，用拉晶轴进行同样的提升即可。

(实施例2)

以下，使用直径10mm的拉晶轴，将管状开口部24的长度固定为50mm，并在混合氧的氮气流量稳定为4升/分钟的状态下，在11mm～18mm范围(即，开口部24与拉晶轴21之间的间隙处于0.5mm～3mm范围)内变动管状开口部24的内径。抽出培育槽17内的气体，用炉外的氧检测计测定氧浓度。其结果详见表1。又由于氧浓度在提取的各工序中有微小变化，因此，用该氧浓度处于一肩台状部分时的测定值作一比较。

                                表1

开口24的内径[mm]	培育槽氧浓度[％]	结晶形状	其它
				11	0.08	直胴体后半部结晶扭曲	Ir构件无变色，提取部21b与管体24的内面接触，结晶断裂
12	0.26	尾部结晶稍许扭曲	Ir构件无变色，铝制提取部21b与管体24的内面稍有接触
				13	0.53	平直	Ir构件无变色
14	1.18	平直	Ir构件无变色
				16	2.87	平直	Ir构件无变色

18

5.42

平直

Ir构件变黑(氧化)

从表1的结果中可以看出，在管体24的长度为50mm时，即使惰性气体流量稳定，在铝制提取部21b的周围只要确保1mm～1.5mm以内的间隙，就可使培育槽17内达到充分的低氧浓度。另一方面，一旦拉晶轴21与管状开口部24之间的间隙小于0.5mm，则培育槽17内的氧浓度低于0.1％，育成单晶28的直胴体后半部上的结晶明显扭曲，难于全部提取。并且，因间隙太狭，难以避免拉晶杆21b与管状开口部24的内壁接触。因这种接触会使拉晶杆21b每次都受到机械性冲击，冲击也传递至生长结晶。这种机械性冲击会促使结晶发生断裂主要原因之一的错位现象，因此必须避免。在使用内径11mm的管状开口部24时，生长晶体在冷却中会产生断裂。

在氧化铝制的拉晶杆21b的制作方面，通常是使其带有稍微的弯曲。在提取时，一旦管状开口部24内径太小，则因旋转而难以避免接触。

在表1所示的管体24的内径为12mm场合，即在与拉晶轴21之间的间隙为1mm场合，氧化铝制拉晶杆21b与旋转同步，会与管体24的内壁稍许接触，但因管状开口部可滑动，故可吸收机械性冲击，看不到断裂现象。

一旦管状开口部24的内径过大，则进入培育槽17内的大气量增加，使炉内氧浓度增高。在此场合，构成坩埚11的贵金属因氧化而发黑，氧化物熔入熔液中变为杂质。因此，可以看出，必须将炉内的氧浓度确保在构成坩埚11的贵金属不发黑的范围内。

从表1的实验结果来看，如设管状开口部24的内径为R，拉晶杆21b的外径为Rj，则可设定为下列尺寸的关系。

Rj+2mm≤R≤Rj+4mm    (1)

在管状开口部24的内径为14mm，即与拉晶杆21b之间的间隙宽度为2mm时，可以说是看不到坩埚11的变色，培育槽17内部的氧浓度上升到1.18％为止。这就是因培育槽内的微小温度变化很容易上引起坩埚氧化的一种状态，需要降低氧浓度。

(实施例3)

即便在管状开口部24的内径为16mm的场合，也可增大导入培育槽17内的惰性气体流量，将培育槽17内部的氧浓度降低到合适的范围。为此，将管状开口部24的内径固定为16mm，将长度固定为50mm，变动导入的惰性气体的流量，测定和观察培育槽17内的氧浓度变化及其结晶形状和坩埚的状态，结果详见表2。

                            表2

惰性气体流量[升/分钟]	培育槽内氧浓度[％]	结晶形状	其它
				4	2.87	平直	Ir构件变黑(氧化)
6	1.52	平直	Ir构件变黑
				8	0.83	平直	Ir构件无变色
10	0.41	缓慢的结晶弯曲	Ir构件无变色

从其结果中可以看出，即使管状开口部24与拉晶轴21之间的间隙为3mm，也可通过适当控制流量，以确保最佳的氧浓度。

但在管状开口部24的内径为18mm场合，情况就不同。当然，越是增加氮气流量，就越能降低培育槽17内的氧浓度，可达到最佳的炉内氧浓度。然而，为达到最佳的炉内氧浓度所需的氮气流量在20升/分钟以上。从实验中出现了当氮气流量超过20升/分钟后结晶弯曲状培育的新问题。一般认为这是因为炉内的热稳定性差的缘故。

为此，为了培育良好的结晶，必须将氮气流量抑制在较小的程度，可以看出管状开口的直径以16mm为上限。

(实施例4)

在实施例4中，将管状开口部24的内径固定为13mm，将惰性气体的流量固定为4升/分钟，一边将管状开口部24的长度在0mm～100mm范围内变动，一边测试炉内氧浓度的最佳化。结果详见表3。另外，由于氧深度在各个阶段有微小变化，因此用氧浓度在形成台肩状部分时的测定值作出比较。

                             表3

开口24的长度[mm]

培育槽内氧浓度

结晶形状

其它

0	9.18	平直	Ir构件变黑(氧化)
				20	3.43	平直	Ir构件变黑(氧化)
30	1.38	平直	Ir构件稍变黑
				40	0.97	平直	Ir构件无变色
50	0.53	平直	Ir构件无变色
				60	0.45	平直	Ir构件无变色
70	0.38	平直	Ir构件无变色
				100	0.17	尾部的结晶扭曲	Ir构件无变色拉晶杆21b与开口24的内面稍有接触

从表3的结果中可以看出，在管体24的内径为13mm，即与拉晶轴之间的间隙为1.5mm场合，若管体24的长度超过30mm，就会在培育槽17内出现低氧浓度的效果，若超过50mm，则形成充分的低氧浓度。管状开口部24的长度越长，培育槽17内的氧浓度就越低。然而，一旦管状开口部24过长，因氧化铝制的拉晶杆21b容易与管体24的内壁接触，故对单晶提取不利。在实施例4中，管体24的长度为100mm时，可以确认拉晶杆21b与旋转同步，会与管体24的内壁轻微接触，但提取的结晶上设有出现断裂。

从其结果来看，将管状开口部24的长度设为的场合，可设定为下述尺寸关系。

30mm≤L≤70mm    (2)

(实施例5)

在实施例5中，将管状开口部24的内径固定为13mm，将长度固定为50mm，一边使惰性气体的流量在1升/分钟～10升/分钟范围内变动，一边测试炉内氧浓度的最佳化，结果详见表4。

                            表4

氮气流量[升/分钟]	培育槽内氧浓度[％]	结晶形状	其它
				1	4.72	平直	Ir构件变黑(氧化)

2	1.23	平直	Ir构件无变色
				3	0.75	平直	Ir构件无变色
4	0.53	平直	Ir构件无变色
				5	0.26	平直	Ir构件无变色
6	0.14	尾部的结晶弯曲	Ir构件无变色
				8	0.08	直胴体后半部不能控制直径	Ir构件无变色
10	0.06	直胴体后半部不能控制直径	Ir构件无变色

虽然也可以通过管状开口部24的形状(粗细和长度)来决定，但从表4的结果中可以看出，只要惰性气体的流量约为2升/分钟，就可获得充分的低氧浓度。

另外，在各实施例中使用了铱制的坩埚11，但也可用铂铑(Pt·Rh)合金制等的坩埚。另外，被提取的结晶是钽酸锂，但对如铌酸锂(LiNbO₃)等的铌酸盐、如(R₃Ga₅SiO₁₄)型化合物等的硅酸盐、如(Lu_xYi_1-x)AI₅O₁₂等的铝酸盐、LiB₄O₇等的硼酸盐、甚至于再有，对于如钙钛矿型化合物等广义上的氧化物单晶也适用。并且，不单是氧化物单晶，对所有需要在培育槽内气氛中保持0.1％～1％左右的氧浓度范围内的单晶提取均具有同等的效果，可适合使用。

向培育槽17内供给的惰性气体使用了氮气，但也可用氩等惰性气体，也可以是在此其中混0.1％～1％氧范围的混合气体。

上述的实施形态是以RF感应加热方式的原料熔融示例，但也可用卤灯等的红外线(IR)灯加热来熔融原料。

采用本发明，不仅可防止氧化物单晶的缺氧，并且可减少从坩埚等贵金属构件混入的氧化物杂质，可容易而又低成本地制造高纯度单晶。

Claims (9)

1.一种氧化物单晶制造装置，其特征在于，所述装置包括：

放置并熔融氧化物单晶原料的坩埚，

从熔融在所述坩埚内的所述原料中提取结晶的拉晶轴，

放有所述坩埚并具有插通所述拉晶轴的开口部的培育槽，

向所述拉晶炉内部导入惰性气体用的导入管，以及

调节所述惰性气体流量的流量控制器，

所述培育槽具有放置所述坩埚及其周围的耐火物用的筒体和盖住所述筒体上端的盖体；插通所述拉晶轴的开口部呈管状，以使所述盖体在所述拉晶轴的周围形成宽度1mm以上、3mm以下的与大气接触的间隙。

2.如权利要求1所述的氧化物单晶制造装置，其特征在于，所述流量控制器根据所述开口的尺寸控制所述惰性气体流量，以确保拉晶炉内部的氧浓度处于0.1％以上、1.2％以下范围内。

3.如权利要求1所述的氧化物单晶制造装置，其特征在于，所述管状开口部11的所述拉晶轴方向的长度为30mm～70mm。

4.如权利要求1所述的氧化物单晶制造装置，其特征在于，所述管状开口部与所述盖体一体形成，所述盖体相对所述筒体可水平方向滑动。

5.如权利要求1所述的氧化物单晶制造装置，其特征在于，所述管状开口部与所述盖体为分体式，所述管状开口部相对所述盖板可水平方向滑动。

6.一种氧化物单晶制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

将配置在培育槽内部的坩埚中的氧化物单晶原料熔融的工序；

为使所述培育槽内部的氧浓度控制在0.1％以上、1.2％以下，而向所述培育槽内边调整惰性气体的流量，边导入惰性气体或导入含0.1-1.2％氧的惰性气体的工序，以及

一边旋转拉晶轴，一边提升，使在拉晶轴的端部生成氧化物单晶的工序。

7.如权利要求6所述的氧化物单晶制造方法，其特征在于，使所述拉晶轴的周围产生可通向大气的宽度1mm以上、3mm以下的间隙，所述惰性气体通过设定为上述尺寸的拉晶轴插通用的开口部向大气中放出。

8.如权利要求6或7所述的氧化物单晶制造方法，其特征在于，所述惰性气体的导入工序是将含有混合浓度为0.1％以上、1.2％以下氧的氮气导入。

9.如权利要求7所述的氧化物单晶制造方法，其特征在于，所述惰性气体的导入工序是在流量为2升/分钟～10升/分钟的范围内、根据所述间隙的宽度进行导入。

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