JP2003221299A

JP2003221299A - 光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶およびその製造方法、並びに該製造方法に用いられる製造装置

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Publication number: JP2003221299A
Application number: JP2002023887A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamada; 田一博山; Masao Uchida; 田雅夫内
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】曲がりやねじれなどの外形異常がなく、かつ、
屈折率分布の異常がなく、さらに均質な単結晶である光
学用途に用いられる大型のＬｉＮｂＯ₃単結晶およびそ
の製造方法、並びに該製造方法に用いられる製造装置を
提供する。【解決手段】本発明に係る光学用大型ニオブ酸リチウム
単結晶は、貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融液
から単結晶を育成するチョクラルスキー法により製造さ
れる円柱状のニオブ酸リチウム単結晶であって、該単結
晶側面の結晶稜線の幅Ｗと、該単結晶の直径Ｄとの比
（Ｗ／Ｄ）が、０．０３以上であることを特徴とする。
また、本発明に係る光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶
の製造方法は、本発明に係る該単結晶の製造装置を用
い、前記貴金属製ルツボに満たされたニオブ酸リチウム
結晶原料の融液の液面から上方向に１０ｍｍまでの温度
勾配を３５℃／ｃｍ以下とした雰囲気下において製造す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弾性表面波（Surface
Acoustic Wave；ＳＡＷ）デバイス、第二高調波発生（S
econd Harmonic Generation；ＳＨＧ）レーザー、また
は光ピックアップのプリズムをはじめとして、圧電基
板、または非線型光学材料などの光学用途に用いられる
高品質な光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶およびその
製造方法、並びに該製造方法に用いられる製造装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ニオブ酸リチウム単結晶（以下、「Ｌｉ
ＮｂＯ₃単結晶」とも言う。）の製造方法としては、チ
ョクラルスキー法（Cｚochralski's Method；以下、Ｃ
ｚ法とも言う。）と呼ばれる方法が一般に知られてい
る。Ｃｚ法は、原料融液に種結晶を一旦浸漬した後、こ
れを回転させながら引き上げ、原料融液中から種結晶後
端に種結晶と同じ結晶性の結晶を析出成長（育成）させ
て、単結晶を製造する方法である。

【０００３】ニオブ酸リチウムは、その融点が約１２６
０℃であり、Ｃｚ法の加熱方式としては、高周波誘導加
熱方式を用いることが一般的であった。この高周波誘導
加熱方式を用いたＬｉＮｂＯ₃単結晶の製造は、高周波
誘導加熱式育成炉にて行われ、従来から、その育成炉に
おいては、結晶融解液の液面から上方向への温度勾配
を、約１００〜２００℃/ｃｍ前後に調整して行われて
いた。

【０００４】また、ＬｉＮｂＯ₃単結晶は、各種電子デ
バイス、光デバイス用の酸化物単結晶材料として幅広く
用いられてきており、さらに、近年の各種デバイス等の
高性能化に伴って、３インチ〜４インチ程度の直径を持
つ大型のＬｉＮｂＯ₃単結晶が求められてきている。こ
のような大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶を、上記の温度勾配に
おいて製造すると、得られるＬｉＮｂＯ₃単結晶に割れ
が生じる傾向があった。

【０００５】そのため、得られる大型ＬｉＮｂＯ₃単結
晶に割れが生じない製造条件（温度勾配）の検討が進め
られ、上記の温度勾配を緩くする方向で検討された。し
かし、あまりに温度勾配を緩くすると、得られる大型の
ＬｉＮｂＯ₃単結晶が円柱状にならず、さらに、曲がり
やねじれなどの外形異常が発生する傾向があった。そこ
で、高周波誘導加熱式育成炉において、加熱コイルとル
ツボとの相対位置、アフターヒータ等の形状、アフター
ヒータと、ルツボまたは加熱コイルとの相対位置などが
さらに検討され、その結果、高周波誘導加熱方式におけ
るこの温度勾配は、約５０〜１００℃/ｃｍ程度が好ま
しいとされていた。

【０００６】一方、Ｃｚ法の加熱方式として抵抗加熱方
式を用いた抵抗加熱式育成炉においても、大型ＬｉＮｂ
Ｏ₃単結晶の製造が検討されている。そのようなものと
して、日本結晶成長学会誌（ｖｏｌ．１７Ｎｏ．１（19
90）３：磯上ほか）には、抵抗加熱式育成炉を用いた大
型ＬｉＮｂＯ₃単結晶の製造法が記載されている。この
学会誌には、結晶融解液の液面から上方５ｍｍまでの温
度勾配が２２℃以下/５ｍｍであると、得られるＬｉＮ
ｂＯ₃単結晶に曲がりや変形が発生し、一方、その温度
勾配が３２．５℃/５ｍｍであると、直径８０ｍｍ、長
さ７０ｍｍの良好な単結晶が得られたと記載されてい
る。このことから、好ましい温度勾配は約３０℃/５ｍ
ｍであり、２２℃以下/５ｍｍは好ましくないと結論付
けている。このような、結晶融解液の液面から上方５ｍ
ｍまでの温度勾配を、該学会誌に記載された温度勾配の
表から、上方１０ｍｍまでの温度勾配として確認する
と、上記の好ましい温度勾配は３８℃/１０ｍｍとな
り、一方、上記の好ましくない温度勾配は３４℃以下/
１０ｍｍとなる。さらに、結晶融解液の液面から上方１
０ｍｍまでの温度勾配が１９℃/１０ｍｍであると、Ｌ
ｉＮｂＯ₃単結晶に空洞が生ずると記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
で作成したＬｉＮｂＯ₃単結晶は、その多くに、屈折率
の異常が認められる。そこで、屈折率の異常が認められ
たＬｉＮｂＯ₃単結晶を、その頭部および底部で切断
し、さらに切断面を研磨して、その表面の光学的観察を
偏光板を用いて行ったところ、その面の屈折率分布に異
常が観察された。それは、図３の概略図に示されるよう
にＹ字状の形態を有しており、その延長線上のＬｉＮｂ
Ｏ₃単結晶の側面には、幅を持った稜線が位置してい
た。この屈折率分布の異常は、このＬｉＮｂＯ₃単結晶
の厚さを約１ｍｍとした場合には観察できず、約４０ｍ
ｍ程度の厚さでようやく観察できるほど屈折率変化は微
弱なものである。

【０００８】このＹ字型の屈折率分布異常の発生につ
き、Ｃｚ法（抵抗加熱方式）にて鋭意検討を重ねたとこ
ろ、その異常の発生と、側面の稜線の幅との間に関係が
あることを見出した。つまり、ＬｉＮｂＯ₃単結晶側面
の稜線の幅が広くなると、上記のようなＹ字型の屈折率
分布異常は認められなくなった。この側面の稜線幅は、
単結晶育成の温度勾配に影響されると考えられたため、
その温度勾配を変えてＬｉＮｂＯ₃単結晶を製造し、そ
の単結晶側面の稜線幅を調べた。図４にその結果を示
す。その稜線幅は、直径に比例して変化するため稜線の
幅（Ｗ）と直径（Ｄ）との比（Ｗ／Ｄ）で示している。
また、上記結晶稜線の幅は、長さ方向に対しても緩やか
に変化するため、下記式［Ｉ］に従い、光学用大型Ｌｉ
ＮｂＯ₃単結晶の稜線の幅Ｗを算出した。

【０００９】式：稜線の幅Ｗ＝［（３つの結晶稜線における各々の最大幅の合計値／３）＋（３つの結晶稜線における各々の最小幅の合計値／３）］／２・・・［Ｉ］図４から明らかなように、温度勾配が小さくなるに従
い、稜線の幅（Ｗ）が大きくなることが認められた。し
たがって、温度勾配が小さくなるに従い、得られるＬｉ
ＮｂＯ₃単結晶の屈折率分布異常の発生は抑制されると
考えられた。

【００１０】本発明は、このような温度勾配と稜線の幅
との関係、すなわち温度勾配とＬｉＮｂＯ₃単結晶の屈
折率分布異常の発生との関係に鑑みてなされたものであ
って、曲がりやねじれなどの外形異常がなく、かつ、屈
折率分布の異常がなく、さらに均質な単結晶である光学
用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶、およびその製造方法、並び
に該製造方法に用いられる製造装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光学用大型
ニオブ酸リチウム単結晶は、貴金属製ルツボに満たされ
た結晶原料の融液から単結晶を育成するチョクラルスキ
ー法により製造される円柱状のニオブ酸リチウム単結晶
であって、該単結晶側面の結晶稜線の幅Ｗと、該単結晶
の直径Ｄとの比（Ｗ／Ｄ）が、０．０３以上であること
を特徴としている。

【００１２】また本発明に係る光学用大型ニオブ酸リチ
ウム単結晶の製造方法は、貴金属製ルツボに満たされた
結晶原料の融液から単結晶を育成するチョクラルスキー
法によるニオブ酸リチウム単結晶の製造方法であって、
該貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融液の液面か
ら上方１０ｍｍまでの温度勾配が３５℃／ｃｍ以下であ
る雰囲気下において製造することを特徴としている。本
発明の光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶は、このよう
な製造方法によって製造される。

【００１３】上記チョクラルスキー法が、抵抗加熱方式
でニオブ酸リチウム単結晶を育成するチョクラルスキー
法であることが好ましい。また、上記チョクラルスキー
法が、少なくとも３段の抵抗加熱式ヒータを用いてニオ
ブ酸リチウム単結晶を育成するチョクラルスキー法であ
ることも好ましい。これにより、融液の温度を、種結晶
が接触するのに適した温度に効率よく調節することがで
き、さらにニオブ酸リチウム結晶原料の融液の液面から
上方１０ｍｍまでの温度勾配を、３５℃／ｃｍ以下に効
率よく調節することができる。

【００１４】さらに、上記チョクラルスキー法が、逆円
錐型リフレクターを用いてニオブ酸リチウム単結晶を育
成するチョクラルスキー法であることが望ましい。また
さらに、上記逆円錐型リフレクターが、抵抗加熱式ヒー
タの熱輻射を貴金属製ルツボ内に満たされた融液の周辺
部に反射させるリフレクターであることも望ましい。

【００１５】このように逆円錐型リフレクターを用いる
ことにより、融液の液面から上方１０ｍｍまでの温度分
布の円対称性が崩れにくくなり、曲がりやねじれなどの
外形異常がなく、かつ、屈折率分布の異常がなく、さら
に均質な単結晶である光学用途に利用される大型のニオ
ブ酸リチウム単結晶を容易に製造することができる。本
発明に係る光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶の製造装
置は、貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融液から
単結晶を育成するチョクラルスキー法に用いられるニオ
ブ酸リチウム単結晶の製造装置であって、少なくとも３
段の抵抗加熱式ヒータを備え、さらに、該ヒータからの
熱輻射を、貴金属製ルツボ内に満たされた融液の周辺部
に反射するように配置されている逆円錐型リフレクター
を備えていることを特徴としている。

【００１６】このような装置によれば、曲がりやねじれ
などの外形異常がなく、かつ、屈折率分布の異常がな
く、さらに均質な単結晶である光学用途に利用される大
型のニオブ酸リチウム単結晶を容易に製造することがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。まず、本発明に係る光学用大型ニオブ酸リチウ
ム単結晶を製造する方法、およびその製造装置について
以下に説明する。光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法および製
造装置本発明の光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶（ＬｉＮｂ
Ｏ₃単結晶）の製造方法は、貴金属製ルツボ内で加熱融
解した原料溶液に種結晶を接触させて、Ｚ軸引き上げに
よりＬｉＮｂＯ₃単結晶を育成するチョクラルスキー法
（Ｃｚ法）である。

【００１８】そのような光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶
の製造方法について、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃
単結晶の製造装置の一例を示した概略断面図を参照しな
がら説明する。図１は、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ
₃単結晶の製造装置の一例を示した概略縦断面図であ
る。

【００１９】図１に示したように、番号１は、全体で本
発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶の製造装置（以
下、単に「製造装置」とも言う。）を示している。製造
装置１は、基本的には、ＬｉＮｂＯ₃結晶原料の融液が
充填される貴金属製ルツボ１０と、種結晶２１が接続さ
れるアルミナパイプ２２と、貴金属製ルツボ１０内に導
入された原料を加熱融解し、さらに円筒状の育成炉容器
２５の内部を加熱する抵抗加熱式ヒータ３０と、抵抗加
熱式ヒータ３０の上段ヒータ３１からの熱輻射をルツボ
内の結晶融液１１の周辺部５０に効率よく反射する逆円
錐型リフレクター２３とを基本的に備えている。

【００２０】この抵抗加熱式ヒータ３０は、上段ヒータ
３１、中段ヒータ３２、および下段ヒータ３３からな
り、それらは、円筒状の育成炉容器２５の外周側に配置
されている。図１に示すように、３段の抵抗加熱式ヒー
タ３０を例にとって説明するが、本発明の製造装置の抵
抗加熱式ヒータは少なくとも３段、好ましくは３〜６
段、さらに好ましくは３〜４段であることが望ましい。

【００２１】抵抗加熱式ヒータが３段より多い場合に
は、上段ヒータ、中段ヒータ、および下段ヒータの段数
は１段に限られるものではなく、その段数は特に制限さ
れない。さらに、この場合には、本発明の目的を損なわ
ない範囲で、上段ヒータの上にヒータを配置しても良
い。従来の抵抗加熱式ヒータを用いたＬｉＮｂＯ₃単結
晶の製造装置は、１段の抵抗加熱式ヒータが用いられる
のみであったが、本発明のように少なくとも３段の抵抗
加熱式ヒータ用いることにより、ＬｉＮｂＯ₃結晶原料
の融液の温度を、種結晶が融液に接触（シードタッチ）
するのに適した温度に効率よく調節することができ、さ
らにＬｉＮｂＯ₃結晶原料の融液の液面から上方１０ｍ
ｍまでの温度勾配を、３５℃／ｃｍ以下に効率よく調節
することができる。これにより、曲がりやねじれなどの
外形異常がなく、かつ、屈折率分布の異常がなく、さら
に均質な単結晶である光学用途に利用される大型のＬｉ
ＮｂＯ₃単結晶を容易に製造することができる。

【００２２】また、逆円錐型リフレクター２３は、図１
に示されるように、通常、固定部２４を介して装置本体
に固定され、上段ヒータ３１の内周側の略中央部に配置
されている。この逆円錐型リフレクター２３は、円形の
上面２３ａ、円形の下面２３ｂを有し、さらにその側面
には、傾斜した反射面２３ｃを有する略円錐形状であ
る。逆円錐型リフレクター２３は、その上面２３ａの面
積が、下面２３ｂの面積に比べて大きくなるように形成
されている。

【００２３】さらに、反射面２３ｃは、上段ヒータ３１
からの熱輻射を貴金属製ルツボ１０内に満たされた融液
１１の周辺部５０に効率よく反射するように傾斜面を形
成しており、上記上段ヒータ３１に対峙するように配置
されている。そのような逆円錐型リフレクター２３の位
置、直径（上面２３ａの直径、および下面２３ｂの直
径）、およびその厚み、さらに、反射面２３ｃの傾斜角
度は、反射面２３ｃが、上段ヒータ３１からの熱輻射を
貴金属製ルツボ１０内に満たされた融液１１の周辺部５
０に効率よく反射することができれば、特に限定されな
い。

【００２４】このような逆円錐型リフレクター２３によ
れば、融液１１の液面から上方１０ｍｍまでの温度分布
の円対称性が崩れにくくなる。それにより、曲がりやね
じれなどの外形異常がなく、かつ、屈折率分布の異常が
なく、さらに均質な単結晶である光学用途に利用される
大型のＬｉＮｂＯ₃単結晶を容易に製造することができ
る。

【００２５】また、このような逆円錐型リフレクター２
３は、プラチナ、イリジウム等の貴金属からなる。この
ように構成される製造装置１では、まず、白金、イリジ
ウム等の耐熱性貴金属からなる貴金属製ルツボ１０をル
ツボ設置部４０に置いて炉内に設置し、この貴金属製ル
ツボ１０にＬｉＮｂＯ₃の多結晶体を投入する。

【００２６】さらに、育成炉容器２５の内部を３段抵抗
加熱式ヒータ３０によって、ＬｉＮｂＯ₃の融点以上、
好ましくは１２７０〜１３００℃に昇温し、投入した原
料を融解する。融解後、図示しない攪拌装置によって攪
拌混合することも可能である。それにより、貴金属製ル
ツボ１０内に、均一に混合された融液１１が満たされ
る。

【００２７】その後、融液１１は、３段抵抗加熱式ヒー
タ３０によって、種結晶２１が接触するのに適した温度
条件に調節される。このとき融液１１の温度は、１２５
０〜１２７０℃であることが好ましい。また、融液１１
の液面から上方１０ｍｍまでの温度勾配は、３５℃／ｃ
ｍ以下、好ましくは３５〜４℃/ｃｍ、さらに好ましく
は２０〜６℃/ｃｍであることが望ましい。このような
温度勾配であることにより、屈折率分布の異常がなく、
さらに均質な単結晶である光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結
晶を製造することができる。

【００２８】次に、アルミナパイプ２２の先端にＬｉＮ
ｂＯ₃の種結晶２１を取り付け、このアルミナパイプ２
２の他端を育成炉のシード軸チャック（図示せず）に接
続する。アルミナパイプ２２は、上記抵抗加熱式ヒータ
３０の中心軸に沿って貴金属製ルツボ１０の上方に設け
られている。このアルミナパイプ２２は、図示しないシ
ード軸チャックに接続することにより、回転し、かつ昇
降することが可能となる。

【００２９】ＬｉＮｂＯ₃の種結晶２１が取り付けられ
たアルミナパイプ２２は、ゆっくり育成炉容器２５内部
に導入され、種結晶２１を融液１１表面に接触させる。
なお、育成炉容器２５内部は、大気雰囲気とされてい
る。種結晶２１を融液１１表面に接触させてから５分〜
６０分間程度、接触した状態が変化しないことを確認し
てから、アルミナパイプ２２を、２〜２０rpmの範囲で
回転させながら、速度１〜６ｍｍ/ｈの範囲で引き上げ
る。

【００３０】アルミナパイプ２２を３０分〜２時間引き
上げた後、上段ヒータ３１の温度を０〜２℃/ｈの早さ
で冷却し、ＬｉＮｂＯ₃単結晶１２を育成する。このよ
うにＬｉＮｂＯ₃単結晶を育成すると、該単結晶の直径
を増大させることができる。そのようなＬｉＮｂＯ₃単
結晶の直径制御は、コンピュータによる抵抗加熱式ヒー
タの温度調節により行う。そのコンピュータには、アル
ミナパイプの引き上げ距離に対する、該単結晶の直径が
設定値として入力されている。そして、このコンピュー
タは、該単結晶の直径の設定値と計算値とを比較し、抵
抗加熱式ヒータの温度を調節して、ＬｉＮｂＯ₃単結晶
の直径制御を行う。

【００３１】具体的には、育成炉に設置された図示しな
い重量センサーにより育成中のＬｉＮｂＯ₃単結晶１２
の重量を計測し、さらに、アルミナパイプ２２の引き上
げ距離を計測する。これらの計測値における該単結晶１
２の直径の設定値を、図示しないコンピュータにより算
出する。その一方で、育成結晶の重量変化と引き上げ距
離の変化とから、コンピュータにより育成中の単結晶の
直径を計算する。

【００３２】さらに、このコンピュータは、この算出さ
れた設定値と、計算値とを比較し、３段抵抗加熱式ヒー
タ３０の温度を調節して、ＬｉＮｂＯ₃単結晶１２の直
径制御を行う。このようなＬｉＮｂＯ₃単結晶の直径制
御のこの一連の動作は、予め動作手順としてコンピュー
タのソフトによって制御している。このようにして直径
制御しながら、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶
を製造することができる。

【００３３】このようにしてＬｉＮｂＯ₃単結晶の育成
が終了した後、ＬｉＮｂＯ₃単結晶１２を融液１１から
引き上げ、単結晶頭部がリフレクター２３の下端になる
よう位置させる。育成炉容器２５の内部はリフレクター
２３を境にして上部空間と下部空間とに分かれており、
上段ヒータ３１、中段ヒータ３２の温度設定により単結
晶を容易に均熱状態で室温まで冷却することが可能にな
る。

【００３４】このようなＬｉＮｂＯ₃単結晶の製造方法
および製造装置を用いることにより、曲がりやねじれな
どの外形異常がなく、かつ、屈折率分布の異常がなく、
さらに均質な単結晶である光学用途に利用される大型の
ＬｉＮｂＯ₃単結晶を容易に製造することができる。光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶本発明に係る光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶（Ｌｉ
ＮｂＯ₃単結晶）は、上記の装置を用いた製造方法によ
って育成される円柱状の外形を持つＬｉＮｂＯ ₃単結晶
である。そのような、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃
単結晶の概略側面図を図２に示す。図２に示されるよう
に、本発明のＬｉＮｂＯ₃単結晶は、その側面に幅を持
った稜線が確認される。図２においては、稜線を一箇所
のみ図示しているが、Ｚ軸引き上げのＬｉＮｂＯ₃単結
晶の側面には計三箇所の稜線が確認される。

【００３５】本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶
は、その側面の結晶稜線の幅Ｗと、該結晶の直径Ｄとの
比（Ｗ／Ｄ）が、０．０３以上、好ましくは０．０３〜
０．３５、さらに好ましくは０．０９〜０．２５である
ことが望ましい。上記結晶稜線の幅Ｗは、長さ方向に対
しても緩やかに変化するため、上記した計算式と同様な
下記式［Ｉ］に従い、光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶の
稜線の幅Ｗを算出した。

【００３６】式；稜線の幅Ｗ＝［（３つの結晶稜線における各々の最大幅の合計値／３）＋（３つの結晶稜線における各々の最小幅の合計値／３）］／２・・・［Ｉ］このような本発明のＬｉＮｂＯ₃単結晶は、屈折率分布
の異常がないため、さまざまな光学用途に用いることが
できる。さらに、単結晶を用いたウエハーで例えば導波
路デバイスなどを形成した場合、屈折率異常の部分がな
いため、その収率が向上する。

【００３７】また、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単
結晶は、直径、長さ、重量とも製造条件によって変化す
るため特に限定されるものではないが、直径は１２７〜
１３７ｍｍ、直胴部の長さは５０〜８０ｍｍ、重量は３
〜７kgであることが好ましい。上記範囲であることによ
り、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶は、長いデ
バイス例えば導波路変調器などに使用することができ
る。

【００３８】さらに、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃
単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠陥はなく、
曲がり、ネジレなどの外形異常も認められない。またさ
らに、本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶を、従来
公知の方法に従い、ポーリング処理（単分極化処理）
し、図２に示される頭部と底部とを切断し、鏡面研磨
し、さらに内部の光学観察を行うと、従来技術で得られ
たＬｉＮｂＯ₃単結晶に認められるＹ字型の屈折率分布
異常や歪などの異常は認められない。そのため、このよ
うな光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶を使ったウエハーに
て、例えば導波路デバイスなどを形成した場合、その収
率を向上させることが期待できる。また、長いデバイス
例えば導波路変調器などに使用した場合は損失が少な
い。

【００３９】本発明の光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶
は、従来公知の方法により、ポーリング（単分極化）処
理、切断（スライシング）、粗研磨（ラッピング）、さ
らに鏡面研磨（ポリッシング）等を行ってから用いられ
る。その用途としては、弾性表面波（Surface Acoustic
Wave；ＳＡＷ）デバイス、第二高調波発生（Second Ha
rmonic Generation；ＳＨＧ）レーザー、または光ピッ
クアップのプリズムをはじめとして、圧電基板、または
非線型光学材料、光スイッチ、導波路変調器などの光学
用途が挙げられる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、曲がりやねじれなどの
外形異常がなく、かつ、屈折率分布の異常がなく、さら
に均質な単結晶である光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶を
提供することができる。本発明による単結晶を使ったウ
エハーにて例えば導波路デバイスなどを形成した場合、
屈折率異常の部分がないため、その収率が向上すること
が期待できる。また、長いデバイス例えば導波路変調器
などに使用した場合は損失が少ないなどの効果が期待で
き、その効果は甚大である。

【００４１】また、本発明によれば、上記光学用大型Ｌ
ｉＮｂＯ₃単結晶が再現性良く得られる製造方法を提供
することができる。さらに、従来は単結晶を加工してか
らでないと屈折率異常の有無が判断できなかったが、本
発明によれば、製造条件を制御することにより簡便に上
記光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶を得ることができる製
造方法を提供することができる。

【００４２】またさらに、本発明によれば、上記光学用
大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶の製造方法に用いる製造装置を
提供することができる。

【００４３】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。尚、以下の実施例では、図１に記載のＬ
ｉＮｂＯ₃単結晶製造装置を用いて、ＬｉＮｂＯ₃単結晶
を製造した。

【００４４】

【実施例１】口径２００ｍｍ、高さ１００ｍｍの白金製
のルツボを炉内のルツボ設置部に設置し、このルツボに
ＬｉＮｂＯ₃の多結晶体を１０ｋｇ投入する。抵抗加熱
式ヒータで炉内を１３００℃に昇温し、チャージした原
料を融解し、融液とする。その後、抵抗加熱式ヒータで
融液の温度を１２６０℃に設定する。また、この時、融
液の液面から上方向に１０ｍｍまでの温度勾配を１０℃
／ｃｍに設定する。そしてアルミナパイプの先端に取り
付けたＬｉＮｂＯ₃の種結晶をその融液に接触させる。
３０分程度、接触した状態が変化しないことを確認して
から、アルミナパイプを１０rpmで回転させながら、速
度５ｍｍ/ｈで１時間ほど引き上げ、その後、上部ヒー
タの温度を１℃/ｈの早さで冷却して、単結晶の直径を
増大させる。さらに、コンピューターによって単結晶の
直径制御を行い、２０時間後、直径１３０ｍｍ、直胴部
の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成した。育成
された単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠陥は
なく、曲がり、ネジレなどの外形異常も認められなかっ
た。側面の３つの稜線の幅は頭部直下では平均３０ｍｍ
であったが、その下は平均最小値１５ｍｍまで細くな
り、そこから底部まで増加しており、底部直上では平均
最大値５０ｍｍであった。この単結晶側面の結晶稜線の
幅Ｗ［（平均最大値５０ｍｍ＋平均最小値１５ｍｍ）／
２＝３２．５ｍｍ］と、該結晶の直径Ｄ（１３０ｍｍ）
との比（Ｗ／Ｄ）は、０．２５であった。この単結晶に
電圧を印加してポーリング処理し、その後、頭部と底部
とを内周刃にて切断し、さらにメカノ・ケミカル研磨法
で鏡面研磨し、得られたＬｉＮｂＯ ₃単結晶内部の光学
観察を偏光板を用いて行った。その結果、従来技術で製
造された単結晶に見られたＹ字型の屈折率分布異常や歪
などの異常は認められなかった。結果を表１に示す。

【００４５】

【実施例２】表１に記載の温度条件に変更した以外は、
実施例１に記載の製造条件に従い、直径１３０ｍｍ、直
胴部の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成した。
育成された単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠
陥はなく、曲がり、ネジレなどの外形異常も認められな
かった。側面の３つの稜線の幅は頭部直下では平均１０
ｍｍであったが、その下は平均最小値３.２ｍｍまで細
くなり、そこから底部まで増加しており、底部直上では
平均最大値２２．４ｍｍであった。この単結晶側面の結
晶稜線の幅Ｗ［（平均最大値２２．４ｍｍ＋平均最小値
３．２ｍｍ）／２＝１２．８ｍｍ］と、該単結晶の直径
Ｄ（１３０ｍｍ）との比（Ｗ／Ｄ）は、０．０９８であ
った。この単結晶を、実施例１と同様に、ポーリング処
理し、その後、頭部と底部を切断し、鏡面研磨し、内部
の光学観察を行った。従来技術での単結晶に見られたＹ
字型の屈折率分布異常や歪などの異常は認められなかっ
た。結果を表１に示す。

【００４６】

【実施例３】表１に記載の温度条件に変更した以外は、
実施例１に記載の製造条件に従い、直径１３０ｍｍ、直
胴部の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成した。
育成された単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠
陥はなく、曲がり、ネジレなどの外形異常も認められな
かった。側面の３つの稜線の幅は頭部直下では平均２０
ｍｍであったが、その下は平均最小値１０ｍｍまで細く
なり、そこから底部まで増加しており、底部直上では平
均最大値３３ｍｍであった。この単結晶側面の結晶稜線
の幅Ｗ［（平均最大値３３ｍｍ＋平均最小値１０ｍｍ）
／２＝２１．５ｍｍ］と、該単結晶の直径Ｄ（１３０ｍ
ｍ）との比（Ｗ／Ｄ）は、０．１６５であった。この単
結晶を、実施例１と同様に、ポーリング処理し、その
後、頭部と底部を切断し、鏡面研磨し、内部の光学観察
を行った。従来技術での単結晶に見られたＹ字型の屈折
率分布異常や歪などの異常は認められなかった。結果を
表１に示す。

【００４７】

【実施例４】表１に記載の温度条件に変更した以外は、
実施例１に記載の製造条件に従い、直径１３０ｍｍ、直
胴部の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成した。
育成された単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠
陥はなく、曲がり、ネジレなどの外形異常も認められな
かった。側面の３つの稜線の幅は頭部直下では平均２０
ｍｍであったが、その下は平均最小値４２．６ｍｍまで
細くなり、そこから底部まで増加しており、底部直上で
は平均最大値４７．８ｍｍであった。この単結晶側面の
結晶稜線の幅Ｗ［（平均最大値４７．８ｍｍ＋平均最小
値４２．６ｍｍ）／２＝４５．２ｍｍ］と、該単結晶の
直径Ｄ（１３０ｍｍ）との比（Ｗ／Ｄ）は、０．３４８
であった。この単結晶を、実施例１と同様に、ポーリン
グ処理し、その後、頭部と底部を切断し、鏡面研磨し、
内部の光学観察を行った。従来技術での単結晶に見られ
たＹ字型の屈折率分布異常や歪などの異常は認められな
かった。結果を表１に示す。

【００４８】

【比較例１】高周波誘導加熱育成炉において、口径２０
０ｍｍ、高さ１００ｍｍの白金製ルツボを炉内ルツボ設
置部に設置し、このルツボにＬｉＮｂＯ₃の多結晶体を
１０ｋｇ投入する。ヒータで炉内を１３００℃に昇温
し、チャージした原料を融解し、融液とする。その後、
３段ヒータで融液を１２６０℃に設定する。また、この
時の温度勾配は融液表面上０〜１０ｍｍで温度勾配は５
０℃/ｃｍに設定した。アルミナパイプの先端に取り付
けたＬｉＮｂＯ₃の種結晶を融液に接触させ、３０分程
度、接触した状態が変化しないことを確認してから、速
度２ｍｍ/ｈで２４時間かけて単結晶を引け上げ、その
後、室温まで、２４時間かけて冷却した。直径１３０ｍ
ｍ、直胴部の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成
した。

【００４９】また、育成された単結晶はクラック、散乱
体などのマクロな欠陥なく、曲がり、ネジレなどの外形
異常が確認されなかった。側面の稜線の幅の平均最小値
は２ｍｍで、底部に直近で稜線の幅の平均最大値３ｍｍ
であった。この単結晶側面の結晶稜線の幅Ｗ［（平均最
大値３ｍｍ＋平均最小値２ｍｍ）／２＝２．５ｍｍ］
と、該単結晶の直径Ｄ（１３０ｍｍ）との比（Ｗ／Ｄ）
は、０．０１９であった。この単結晶を、実施例１と同
様に、ポーリング処理し、頭部と底部を切断し、鏡面研
磨し、内部の光学観察を行った。すると、Ｙ字型の屈折
率分布異常や歪などが観察された。Ｙ字型の屈折率分布
異常をクロスニコルで撮影した状態観察図を図５に示
す。また、結果を表１に示す。

【００５０】

【比較例２】表１に記載の温度条件に変更した以外は、
比較例１に記載の製造条件に従い、直径１３０ｍｍ、直
胴部の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成した。
育成された単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠
陥はなく、曲がり、ネジレなどの外形異常が確認されな
かった。側面の稜線の幅の平均最小値は１．３ｍｍで底
部に直上で稜線の幅の平均最大値２．６ｍｍであった。
この単結晶側面の結晶稜線の幅Ｗ［（平均最大値２．６
ｍｍ＋平均最小値１．３ｍｍ）／２＝１．９５ｍｍ］
と、該単結晶の直径Ｄ（１３０ｍｍ）との比（Ｗ／Ｄ）
は、０．０１５であった。この単結晶をポーリング処理
し、その後、頭部と底部を切断し、鏡面研磨し、内部の
光学観察を行った。すると、Ｙ字型の屈折率分布異常や
歪などが観察された。結果を表１に示す。

【００５１】

【比較例３】表１に記載の温度条件に変更した以外は、
比較例１に記載の製造条件に従い、直径１３０ｍｍ、直
胴部の長さ８０ｍｍ、重量６ｋｇの単結晶を育成した。
育成された単結晶はクラック、散乱体などのマクロな欠
陥はなく、曲がり、ネジレなどの外形異常は確認されな
かった。側面の稜線の幅の平均最小値は１．７ｍｍで底
部に直上で稜線の幅の平均最大値４．９ｍｍであった。
この単結晶側面の結晶稜線の幅Ｗ［（平均最大値４．９
ｍｍ＋平均最小値１．７ｍｍ）／２＝３．３ｍｍ］と、
該単結晶の直径Ｄ（１３０ｍｍ）との比（Ｗ／Ｄ）は、
０．０２５であった。この単結晶をポーリング処理し、
その後、頭部と底部を切断し、鏡面研磨し、内部の光学
観察を行った。すると、Ｙ字型の屈折率分布異常や歪な
どが観察された。結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る光学用大型ＬｉＮｂＯ₃
単結晶の製造装置の概略縦断面図である。

【図２】図２は、本発明に係る光学用大型ＬｉＮｂＯ₃
単結晶の概略側面図である。

【図３】図３は、従来技術で得られたＬｉＮｂＯ₃単結
晶の概略横断面図である。

【図４】図４は、ＬｉＮｂＯ₃単結晶の従来製造技術に
おける、温度勾配と、得られる単結晶側面の稜線の幅と
の関係を示す図である。

【図５】図５は、比較例１で得られたＬｉＮｂＯ₃単結
晶の横断面の状態観察図（クロスニコルで撮影）であ
る。

【符号の説明】

１・・・光学用大型ＬｉＮｂＯ₃単結晶の製造装置１０・・・貴金属製ルツボ１１・・・融液１２・・・ＬｉＮｂＯ₃単結晶２１・・・種結晶２２・・・アルミナパイプ２３・・・逆円錐型リフレクター２３ａ・・・逆円錐型リフレクター上面２３ｂ・・・逆円錐型リフレクター下面２３ｃ・・・反射面２４・・・固定部２５・・・育成炉容器３０・・・３段抵抗加熱式ヒータ３１・・・上段ヒータ３２・・・中段ヒータ３３・・・下段ヒータ４０・・・ルツボ設置部５０・・・周辺部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融
液から単結晶を育成するチョクラルスキー法により製造
される円柱状のニオブ酸リチウム単結晶であって、該単
結晶側面の結晶稜線の幅Ｗと、該単結晶の直径Ｄとの比
（Ｗ／Ｄ）が、０．０３以上であることを特徴とする光
学用大型ニオブ酸リチウム単結晶。
【請求項２】上記光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶
が、貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融液の液面
から上方１０ｍｍまでの温度勾配を３５℃／ｃｍ以下と
する雰囲気下で行われるチョクラルスキー法により製造
されたことを特徴とする請求項１に記載の光学用大型ニ
オブ酸リチウム単結晶。
【請求項３】貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融
液から単結晶を育成するチョクラルスキー法によるニオ
ブ酸リチウム単結晶の製造方法であって、該貴金属製ル
ツボに満たされた結晶原料の融液の液面から上方１０ｍ
ｍまでの温度勾配が３５℃／ｃｍ以下である雰囲気下に
おいて製造することを特徴とする光学用大型ニオブ酸リ
チウム単結晶の製造方法。
【請求項４】上記チョクラルスキー法による光学用大型
ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法が、抵抗加熱方式で
ニオブ酸リチウム単結晶を育成する方法であることを特
徴とする請求項３に記載の光学用大型ニオブ酸リチウム
単結晶の製造方法。
【請求項５】上記チョクラルスキー法による光学用大型
ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法が、少なくとも３段
の抵抗加熱式ヒータを用いてニオブ酸リチウム単結晶を
育成する方法であることを特徴とする請求項３または４
に記載の光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶の製造方
法。
【請求項６】上記チョクラルスキー法による光学用大型
ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法が、逆円錐型リフレ
クターを用いてニオブ酸リチウム単結晶を育成する方法
であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載
の光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶の製造方法。
【請求項７】上記逆円錐型リフレクターが、抵抗加熱式
ヒータの熱輻射を貴金属製ルツボ内に満たされた融液の
周辺部に反射させるリフレクターであることを特徴とす
る請求項６に記載の光学用大型ニオブ酸リチウム単結晶
の製造方法。
【請求項８】貴金属製ルツボに満たされた結晶原料の融
液から単結晶を育成するチョクラルスキー法に用いられ
るニオブ酸リチウム単結晶の製造装置であって、該製造
装置が、少なくとも３段の抵抗加熱式ヒータを備え、さ
らに、該ヒータからの熱輻射を、貴金属製ルツボ内に満
たされた融液の周辺部に反射するように配置されている
逆円錐型リフレクターを備えていることを特徴とする光
学用大型ニオブ酸リチウム単結晶の製造装置。