JP2005219952A - Single crystal and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SAWフィルタ等に良好な圧電デバイスに好適に用いられる単結晶及び該単
結晶の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a single crystal suitably used for a piezoelectric device favorable for a SAW filter or the like and a method for producing the single crystal.
近年、La3Ga5SiO14(ランガサイト)の単結晶は、温度による弾性波伝搬速度や周波数の変化率が小さく、圧電性の大きさを示す電気機械結合係数が大きいことから、弾性表面波フィルタ等の圧電デバイスの基板材料として研究が行われている。即ち、このランガサイト単結晶は、水晶と同等の温度特性を有すると共に電気機械結合係数が水晶の約3倍という特徴を有している。そのためランガサイト単結晶は、様々な用途に有効に利用されているが、その一つとして携帯電話に多用されているSAW(Surface Acoustic Wave Device)フィルタに用いて、広帯域化と小型化を図ったものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
このランガサイト単結晶の製造方法として、チョクラルスキー法が知られている。
In recent years, a single crystal of La 3 Ga 5 SiO 14 (Langasite) has a low rate of change in elastic wave propagation velocity and frequency due to temperature and a large electromechanical coupling coefficient indicating the magnitude of piezoelectricity. Research has been conducted on substrate materials for piezoelectric devices such as filters. That is, this langasite single crystal has the same temperature characteristics as quartz and has an electromechanical coupling coefficient about three times that of quartz. For this reason, Langasite single crystals have been used effectively for various applications, and one of them has been used for SAW (Surface Acoustic Wave Device) filters, which are widely used in mobile phones. Those are known (for example, see Patent Document 1).
The Czochralski method is known as a method for producing this langasite single crystal.
上記チョクラルスキー法による育成方法は、予め容器となる坩堝内に充填したランガサイト原料をランガサイト単結晶製造装置内へ配設した後、加熱して融解させ、その融液にシードといわれるランガサイト種結晶を接触させた後、回転させながらゆっくりと引き上げてランガサイト単結晶を育成させる方法である。 In the growing method by the Czochralski method, a langasite raw material previously filled in a crucible serving as a container is placed in a langasite single crystal manufacturing apparatus, and then heated and melted. This is a method of growing a Langasite single crystal by bringing the site seed crystal into contact and then slowly pulling it up while rotating.
上記チョクラルスキー法では、融液に接触させた細い種結晶を徐々に引き上げることにより径の大きい単結晶を徐々に育成させるため、所定の径に達するまでに、径が徐々に変化するいわゆる肩部が形成される。この肩部は、単結晶のインゴットをウエハに加工するときに無駄な部分となっていた。また、細い種結晶から肩部を形成させるため、その下部に形成された単結晶が一定の重量以上となると、細い部分で折れる可能性があり、直胴部分を長尺化させるのに限界が生じていた。 In the above-mentioned Czochralski method, since a single crystal having a large diameter is gradually grown by gradually pulling a thin seed crystal in contact with the melt, a so-called shoulder in which the diameter gradually changes before reaching a predetermined diameter. Part is formed. This shoulder has become a useless part when a single crystal ingot is processed into a wafer. Also, since the shoulder is formed from a thin seed crystal, if the single crystal formed in the lower part exceeds a certain weight, it may break at the thin part, and there is a limit to lengthening the straight body part. It was happening.
そこで、上記の問題を解決するために、他の単結晶育成方法として、垂直ブリッジマン法(垂直温度勾配凝固法)による育成方法が用いられている。
この垂直ブリッジマン法による育成方法は、円柱型の厚さの薄い白金坩堝の底に種結晶を入れ、その上に原料を入れる。そして、坩堝を炉内に配し、該炉内上部をランガサイトの融点以上の温度とし、炉の下部方向に向かって温度を下げて、単結晶を育成するのに必要な温度勾配に設定する。炉内の温度設定後、坩堝の位置を、種結晶の上部と原料下部とが融点近傍から融点以上となる位置にセットする。セット後、坩堝を該位置に所定の時間位置させ、種結晶上部及び原料を融解させることによりシーディング(種結晶表面の破砕晶を除去してランガサイト融液を種結晶の単結晶部分に付着させること)を行う。シーディング完了後、坩堝をゆっくりと降下させて、ランガサイト融点より低い温度領域に移動させることにより融液を冷却固化して、種結晶の方位に応じて単結晶を育成させることができる。
Therefore, in order to solve the above problem, as another single crystal growth method, a growth method by the vertical Bridgman method (vertical temperature gradient solidification method) is used.
In the growing method by the vertical Bridgman method, a seed crystal is put in the bottom of a cylindrical platinum crucible having a thin thickness, and a raw material is put on it. Then, the crucible is placed in the furnace, the upper part of the furnace is set to a temperature equal to or higher than the melting point of the langasite, and the temperature is lowered toward the lower part of the furnace to set the temperature gradient necessary for growing the single crystal. . After setting the temperature in the furnace, the position of the crucible is set at a position where the upper part of the seed crystal and the lower part of the raw material are higher than the melting point from the vicinity of the melting point. After setting, place the crucible at this position for a predetermined time, and melt the seed crystal upper part and the raw material to remove seed crystal (crushed crystal on the seed crystal surface and attach the langasite melt to the single crystal part of the seed crystal. Do). After the seeding is completed, the crucible is slowly lowered and moved to a temperature region lower than the melting point of the langasite to cool and solidify the melt, and a single crystal can be grown according to the orientation of the seed crystal.
この垂直ブリッジマン法によれば、温度勾配等の単結晶育成に最適な条件さえ確立されれば、上述したようなチョクラルスキー法による問題点である肩部の形成がなく、また、温度勾配の変化も円滑であるため、チョクラルスキー法と比較して熱歪応力がなく、高品質な単結晶が得られ易い。また、炉又は坩堝の全長を長くすることで、長尺な単結晶が容易に育成可能であるという特徴を有している。
更に、ランガサイト単結晶を育成する場合については、化学量論比(La2O3(30mol%)、酸化ガリウムGa2O3(50mol%)、二酸化珪素SiO2(20mol%))の組成である場合が、結晶構造から考慮すると全ての位置に原子が配列されるので、チャージバランスがとれてランガサイト単結晶がエネルギー的に安定状態となっている。従って、酸素欠損等の欠陥密度が低く、高品質なランガサイト単結晶が得られるという特徴を有している。
Furthermore, in the case of growing a langasite single crystal, the composition of the stoichiometric ratio (La 2 O 3 (30 mol%), gallium oxide Ga 2 O 3 (50 mol%), silicon dioxide SiO 2 (20 mol%)) is used. In some cases, considering the crystal structure, atoms are arranged at all positions, so that the charge balance is achieved and the langasite single crystal is in an energetically stable state. Therefore, the defect density such as oxygen vacancies is low, and a high quality langasite single crystal is obtained.
しかしながら、上述した垂直ブリッジマン法により、出発原料組成を化学量論比としてランガサイト単結晶を育成させた場合、図7に示すように、化学量論比の組成(図中AB)は、一致溶融組成よりもずれた位置にあるため、育成初期から育成中期においては、良質のランガサイト単結晶が得られるが、育成中期から育成終期の段階になると、融液の液相がシリコンリッチ側にずれてしまい、育成終了部にてランタンシリゲイト(La2Si2O14)が析出してしまう。このランタンシリゲイトが育成終了部に析出すると、ランガサイトとの熱膨張が異なるので、両者の熱膨張の差によりクラックが入る可能性があり、育成したランガサイト単結晶の部分を侵食する恐れがあった。 However, when a Langasite single crystal is grown using the above-mentioned vertical Bridgman method with the starting material composition as the stoichiometric ratio, the composition of the stoichiometric ratio (AB in the figure) matches as shown in FIG. Since it is located at a position deviated from the melt composition, a good quality langasite single crystal can be obtained from the initial stage of growth to the middle stage of growth, but when the stage is from the middle stage of growth to the final stage of growth, the liquid phase of the melt moves to the silicon-rich side. The lanthanum silicide (La 2 Si 2 O 14 ) is precipitated at the growth end portion. When this lanthanum silligate precipitates at the end of growth, the thermal expansion differs from that of langasite, so there is a possibility of cracking due to the difference in thermal expansion between the two, and there is a risk of eroding the portion of the grown langasite single crystal. there were.
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、均一にバランスのとれた(一様な)単結晶及び該単結晶をブリッジマン法により容易に製造することができる単結晶の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is to make a uniformly balanced (uniform) single crystal and to easily manufacture the single crystal by the Bridgman method. It is to provide a method for producing a single crystal.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
請求項1に係る発明は、単結晶をブリッジマン法により育成させる単結晶の製造方法であって、種結晶を坩堝の下部に充填すると共に、該種結晶上に複数の異なる組成を有する単結晶原料を順次重ねて充填する充填工程と、前記坩堝を、該坩堝の垂直方向に温度勾配が形成された垂直の炉内に配し、前記単結晶原料を加熱融解させて融液にする融液工程と、前記融液を下方から上方に向けて漸次固化させて単結晶を育成する育成工程とを有し、前記充填工程において、育成の進行に伴って、元の融液の組成比に対して比率が減少していく元素の比率を高めた前記単結晶原料を下方から上方に段階的に変えて充填する単結晶の製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The invention according to claim 1 is a method for producing a single crystal by growing the single crystal by the Bridgman method, wherein the seed crystal is filled in the lower part of the crucible and has a plurality of different compositions on the seed crystal. A filling step in which raw materials are stacked one after another, and the crucible is placed in a vertical furnace in which a temperature gradient is formed in the vertical direction of the crucible, and the single crystal raw material is heated and melted to form a melt. And a growth step of growing the single crystal by gradually solidifying the melt from below to above in the filling step, with the progress of the growth, the composition ratio of the original melt A method for producing a single crystal is provided, in which the single crystal raw material with an increased ratio of the decreasing element is filled stepwise from above to below.
この発明に係る単結晶の製造方法においては、融液工程及び育成工程により、融液を下方から漸次固化させると、種結晶に単結晶が吸着して該単結晶が徐々に育成する。ここで、充填工程の際、種結晶側から順に、育成の進行に伴って元の融液の組成比に対して比率が減少していく元素の比率を高めた単結晶原料を段階的に変えて充填しているので、単結晶の育成の進行に伴って、従来進行に伴って減少していった元素が、次々と融液に補完される。特に、ブリッジマン法による単結晶の育成は、融液の上部の温度が高く、下部の温度が低いため、融液の対流が生じ難く、該融液の組成分布は単結晶原料の位置に依存し易いので、融液への補完が行われ易い。
従って、融液の組成のズレを生じさせることなく、単結晶を育成することができ、従来のように、育成終了時にランタンシリゲイト等の異物を析出させることはない。これにより、単結晶にクラック等が入ることはなく、均一にバランスのとれた(一様な)単結晶をブリッジマン法により容易に製造することができる。
In the method for producing a single crystal according to the present invention, when the melt is gradually solidified from below by the melt process and the growing process, the single crystal is adsorbed on the seed crystal and gradually grows. Here, in the filling process, the single crystal raw material with a higher ratio of elements whose ratio decreases with respect to the composition ratio of the original melt as the growth progresses is changed step by step from the seed crystal side. Therefore, as the growth of the single crystal progresses, the elements that have decreased with the progress of the single crystal are complemented one after another by the melt. In particular, the growth of a single crystal by the Bridgman method has a high temperature at the top of the melt and a low temperature at the bottom, so that convection of the melt hardly occurs, and the composition distribution of the melt depends on the position of the single crystal raw material. Therefore, it is easy to supplement the melt.
Therefore, a single crystal can be grown without causing a deviation in the composition of the melt, and foreign substances such as lanthanum silicate are not deposited at the end of the growth as in the prior art. Thereby, a crack etc. do not enter into a single crystal, and a uniformly balanced (uniform) single crystal can be easily manufactured by the Bridgman method.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の単結晶の製造方法において、前記育成工程の際、前記坩堝を前記垂直方向の軸周りに回転させる単結晶の製造方法を提供する。
The invention according to
この発明に係る単結晶の製造方法においては、単結晶を育成する際に、坩堝を回転させるので、各組成からなる融液を拡散させることができる。従って、より均一な組成むらのない単結晶を製造することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present invention, when the single crystal is grown, the crucible is rotated, so that the melt composed of each composition can be diffused. Therefore, a more uniform single crystal without compositional irregularities can be produced.
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の単結晶の製造方法において、前記単結晶が、Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶である単結晶の製造方法を提供する。
The invention according to
この発明に係る単結晶の製造方法においては、均一にバランスのとれた、ランガサイト単結晶(La3Ga5SiO14)、ランガテイト単結晶(La3Ga5.5Ta0.5O14)やランガナイト単結晶(La3Ga5.5Nb0.5O14)等の酸化物単結晶であるCa3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶をブリッジマン法により容易に製造することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present invention, uniformly balanced, langasite single crystal (La 3 Ga 5 SiO 14) , Rangateito single crystal (La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14) Ya A single crystal having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure which is an oxide single crystal such as a laganite single crystal (La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ) is easily produced by the Bridgman method. Can do.
請求項4に係る発明は、請求項3に記載の単結晶の製造方法において、前記Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶が、ランガサイト単結晶である単結晶の製造方法を提供する。
The invention according to
この発明に係る単結晶の製造方法においては、均一にバランスのとれた、ランガサイト単結晶(La3Ga5SiO14)をブリッジマン法により容易に製造することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present invention, a uniformly balanced langasite single crystal (La 3 Ga 5 SiO 14 ) can be easily produced by the Bridgman method.
請求項5に係る発明は、請求項3に記載の単結晶の製造方法において、前記Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶が、ランガテイト単結晶である単結晶の製造方法を提供する。
The invention according to
この発明に係る単結晶の製造方法においては、均一にバランスのとれた、ランガテイト単結晶(La3Ga5.5Ta0.5O14)をブリッジマン法により容易に製造することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present invention, a uniformly balanced langate single crystal (La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 ) can be easily produced by the Bridgman method.
請求項6に係る発明は、請求項3に記載の単結晶の製造方法において、前記Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶が、ランガナイト単結晶である単結晶の製造方法を提供する。
The invention according to
この発明に係る単結晶の製造方法においては、均一にバランスのとれた、ランガナイト単結晶(La3Ga5.5Nb0.5O14)をブリッジマン法により容易に製造することができる。 In the method for producing a single crystal according to the present invention, a uniformly balanced langanite single crystal (La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ) can be easily produced by the Bridgman method.
請求項7に係る発明は、請求項1から7のいずれか1項に記載の単結晶の製造方法により製造された単結晶を提供する。
この発明に係る単結晶においては、育成初期から育成終期に亘って均一でバランスのとれた単結晶が得られる。従って、例えば、結晶内及び表面に音波等を高精度に伝搬でき、精密さを要求される携帯電話用基地局フィルタ等の用途に好適に使用することができる。
The invention according to
In the single crystal according to the present invention, a uniform and balanced single crystal is obtained from the initial growth stage to the final growth stage. Therefore, for example, a sound wave or the like can be propagated with high accuracy in the crystal and on the surface, and can be suitably used for applications such as mobile phone base station filters that require precision.
本発明に係る単結晶の製造方法によれば、ブリッジマン法により、均一にバランスのとれた単結晶を容易に製造することができる。特に、ブリッジマン法で製造できるので、製造の手間かけずに、製造コストの低減化も図ることができる。
また、本発明に係る単結晶によれば、育成初期から育成終期に亘って均一でバランスのとれた単結晶を提供できる。
According to the method for producing a single crystal according to the present invention, a uniformly balanced single crystal can be easily produced by the Bridgman method. In particular, since it can be manufactured by the Bridgman method, the manufacturing cost can be reduced without the need for manufacturing.
In addition, according to the single crystal according to the present invention, a uniform and balanced single crystal can be provided from the initial growth stage to the final growth stage.
以下、本発明の単結晶の製造方法の一実施形態について図1から図3を参照して説明する。なお、本実施形態においては、図1に示すランガサイト単結晶の製造装置1を使用して、Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶の1つであるランガサイト単結晶(La3Ga5.5Nb0.5O14)Aを製造する場合について説明する。
ランガサイト単結晶の製造装置1は、図1及び図2に示すように、垂直方向に温度勾配形成可能な垂直の炉2と、該炉2内に配設されると共にランガサイト種結晶(種結晶)3及びランガサイト原料(単結晶原料)4を充填可能な坩堝5とを備え、ランガサイト原料4を加熱して融液6にした後、該融液6を下方から上方に向けて漸次固化させて、ランガサイト単結晶Aを育成するものである。この製造方法については、後に詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment of a method for producing a single crystal of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the langasite single crystal (La), which is one of the single crystals having the Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure, using the langasite single crystal manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ) A will be described.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the apparatus 1 for producing a langasite single crystal includes a
図1に示すように、上記炉2は、例えば、筒型に形成され、高温加熱を可能とするスーパーカンタル製で、内部にランガサイト原料4を加熱するヒータ7を有している。該ヒータ7は、上中下段に分かれた、例えば、長さが200mmの3ゾーンヒータで構成されており、上段がランガサイト原料4の融点よりも高温(例えば、1550℃)に設定され、下段がランガサイト原料4の融点よりも低温(例えば、1450℃)の温度幅になるように設定されている。また、ヒータ7は、図示しない温度制御部に接続されており、各段の温度がそれぞれ独立した温度になるように温度制御されている。これにより炉2は、垂直方向に温度勾配を形成可能とされている。
また、ヒータ7の内部には、炉2の内部を上下方向に移動可能であると共に軸線を中心に回転可能な軸部材8が図示しない駆動機構によって支持されており、軸部材8の上端には坩堝受9が連結されている。
As shown in FIG. 1, the
In addition, a shaft member 8 that can move in the vertical direction inside the
この坩堝受9の上には、上記坩堝5が載置可能とされている。この坩堝5は、白金等の材料で上部に開口部を有する円柱型の有底筒状に形成されている。具体的には、坩堝5は、例えば、高さ(L)200mm、直径(φ)51〜52mm、厚さ0.05mm〜0.3mmのサイズに形成されている。
また、坩堝受9上で且つ坩堝5の外周には、坩堝5の保護のためアルミナ等で形成されたチューブ10が配設されている。このチューブ10には、一カ所に孔10aが開けられており、この孔10aから坩堝5内に充填されたランガサイト種結晶3とランガサイト原料4との界面にあたる坩堝5の側壁位置11に対して、熱電対12が点接触するように配設されている。この熱電対12は、図示しない温度表示部に接続されており、測定温度をモニタすることができる。
The
A
次に、このように構成されたランガサイト単結晶の製造装置1によって、ランガサイト単結晶Aを製造する方法について説明する。
まず、ランガサイト種結晶3を坩堝5の下部に充填すると共に、該ランガサイト種結晶3上に複数の異なる組成を有するランガサイト原料4を順次重ねる充填工程を行う。この際、育成の進行に伴って、元の融液6の組成比に対して比率が減少していく元素の比率を高めたランガサイト原料4を下方から上方に段階的に変えて充填を行う。
例えば、本実施形態においては、ランガサイト原料4が、酸化ランタン(La2O3)と、比率の異なる酸化ガリウム(Ga2O3)及び二酸化珪素(SiO2)とを有しており、ランガサイト種結晶3から離れるに従って、二酸化珪素より酸化ガリウムの比率が大きくなるようにランガサイト原料4を充填する。
Next, a method of manufacturing the langasite single crystal A using the thus configured langasite single crystal manufacturing apparatus 1 will be described.
First, a filling step is performed in which the
For example, in this embodiment, the langasite
つまり、図3の種結晶からの位置0〜20mmに示されるように、上記酸化ランタン(30.0mol%)、酸化ガリウム(50.0mol%)及び二酸化珪素(20.0mol%)の粉末を天秤する。これらを充分混合して混合粉末とし、坩堝5の内径以下となるようにプレスにより成形加工した後、ゴム袋等に入れて真空引きを行うことによってゴムと密着させる。次いで、静水圧ラバープレス等によりゴムを除去した後、例えば1100℃〜1300℃で5時間仮焼してペレット状のランガサイト原料4を得る。
That is, as shown in the
同様に、酸化ランタン、酸化ガリウム及び二酸化珪素の粉末を、図3に示される残りのmol%でそれぞれ天秤し、酸化ガリウム及び二酸化珪素の比率が異なるランガサイト原料4をさらに3つ用意する。なお、本実施形態では、ランガサイト原料4を4つ使用するが、4つに限られるものではない。また、酸化ランタン、酸化ガリウム及び二酸化珪素は、図3に示す比率に限られるものではない。
Similarly, the powders of lanthanum oxide, gallium oxide and silicon dioxide are respectively weighed in the remaining mol% shown in FIG. 3, and three more langasite
次に、図2に示すように、ランガサイト種結晶3(例えば、高さ30mm)を坩堝50の下部に充填した後、該ランガサイト種結晶3上に、上述したペレット状のランガサイト原料4を重ねて充填する。この際、図3に示すように、酸化ガリウム及び二酸化珪素の比率に応じて、ランガサイト種結晶3から所定の距離を有するように各ランガサイト原料4を下方から上方に段階的に変えて充填する。なお、本実施形態においては、各ランガサイト原料4の高さは、約20mmである。
ランガサイト原料4の充填後、坩堝5の上部にゴミ等の混入を防止するため、白金箔等で形成された蓋13を被せる。
Next, as shown in FIG. 2, after the langasite seed crystal 3 (for example, 30 mm in height) is filled in the lower part of the crucible 50, the above-described pelletized langasite
After filling with the langasite
上記充填工程が終了した後、融液工程を行う。即ち、坩堝5を、図1に示すように、炉2の内部に配設された坩堝受9の上に載置して固定する。坩堝5の固定後、チューブ10及び熱電対12を設置する。そして、軸部材8を駆動機構により駆動して、坩堝受9が炉2の最下部に位置するようにセットした後、アルゴンや窒素ガス等の不活性ガスに酸素を混合した混合ガスを層流で流れるように炉2内に流す。
次いで、ヒータ7の温度を、下段から上段に向けて順次温度が高くなるように温度勾配を設定して昇温を行う。この際、例えば、1480℃〜1550℃の温度範囲になるように、各ヒータ7の温度を設定する。
After the filling process is completed, a melt process is performed. That is, as shown in FIG. 1, the
Next, the temperature of the
上記昇温が終了して、炉2の内部温度が安定した後、軸部材8を駆動して坩堝5を緩やかな速度で上昇させる。この際、上述したように、炉2の上部に行くにつれてヒータ7の温度が高く設定されているので、ペレット状のランガサイト原料4が加熱融解されて融液6となる。なお、この際、坩堝5の上部の温度が高く下部の温度が低いため、融液6の対流現象は生じない。
また、融液工程の際に、同時に軸部材8と共に坩堝5を、例えば10〜20rpmの速度で回転させると共に、熱電対12によって坩堝5の側壁位置11の温度をモニタしながら坩堝5の高さを調節して、ランガサイト種結晶3とランガサイト原料4の界面の温度が、例えば、1496℃から1516℃付近の温度安定状態になる位置に坩堝5を位置させる。
After the temperature increase is completed and the internal temperature of the
Further, during the melt process, the
次いで、この位置で坩堝5を数時間保持させた後、融液6を下方から上方に向けて漸次固化させてランガサイト単結晶Aを育成する育成工程を行う。
即ち、坩堝5を例えば、1mm/hrの速度にて降下させて、坩堝5をヒータ7の温度が低い炉2の低部に移動させる。すると、安定状態に加熱されていた融液6の温度が、ランガサイト種結晶3側から坩堝5の上方に向けて温度が低下すると共に、熱流の流れが良い坩堝5の側壁付近から坩堝5の中心に向かって融液6の温度が低下し始める。これにより、坩堝5の側壁付近から坩堝5の中心に向けて、融液6が冷却固化してランガサイト種結晶3にランガサイト単結晶Aが吸着する。これが坩堝5の降下と共に順次繰り返されて、ランガサイト単結晶Aが坩堝5の上部に向けて育成される。
Next, after holding the
That is, the
ここで、充填工程の際に、ランガサイト種結晶3から離れるにつれて、二酸化珪素より酸化ガリウムの比率が大きくなるようにランガサイト原料4を段階的に変えて充填しているので、ランガサイト単結晶Aの育成に伴って、融液6に次々と酸化ガリウムが補完される。これにより、融液6がシリコンリッチ側にずれないので、育成終了時にランタンシリゲイトが析出し難い。従って、ランタンシリゲイトとランガサイトとの熱膨張の差に起因するクラック等の発生を防止することができ、均一にバランスのとれたランガサイト単結晶Aを製造することができる。特に、ブリッジマン法で製造できるので、チョクラルスキー法のように手間をかけずに製造できると共に、製造コストの低減化も図ることができる。
Here, in the filling process, the langasite
また、ブリッジマン法によるランガサイト単結晶の製造は、上部の温度が高く、下部の温度が低いため融液6の対流は基本的に生じない、即ち、物質の移動は拡散によるものだけなので、各ランガサイト原料4から形成された融液6の混ざり合いが弱く、融液6の組成分布はランガサイト原料4の位置に依存し易い。従って、融液6への補完が行われ易い。
更に、坩堝5を回転させることで、各組成からなるランガサイト原料4の融液6をほどよく拡散させることができ、組成むらのないランガサイト単結晶Aを得ることができる。
Further, in the production of the Langasite single crystal by the Bridgman method, the convection of the
Furthermore, by rotating the
また、上記育成工程において、坩堝5を上記速度で降下させて、例えば、11日間ランガサイト単結晶Aを育成した場合、育成終了後、坩堝5を剥がすと、直胴80mmのランガサイト単結晶Aのインゴットを得ることができる。
Moreover, in the said growth process, when the
上述したように、本発明に係る単結晶の製造方法によれば、ブリッジマン法により、容易に、均一にバランスのとれたランガサイト単結晶A、即ち、高品質な単結晶で坩堝5の全容積を使用する長尺なランガサイト単結晶Aを製造することができる。そのため、本発明に係る単結晶の製造方法により製造されたランガサイト単結晶Aは、例えば、結晶内及び表面に音波等を高精度に伝搬でき、精密さを要求されるW−CDMA等の携帯電話用基地局フィルタ等の用途に好適に使用することができる。
As described above, according to the method for producing a single crystal according to the present invention, all the
なお、本発明の技術範囲は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、酸化ガリウム及び二酸化珪素の比率を変えることで、ランガサイト原料の組成をずらしたが、酸化ガリウム及び二酸化珪素の比に限られるものではない。
また、上記実施形態においては、Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶の1つとして、ランガサイト単結晶を製造する場合について説明したが、該ランガサイト単結晶に限らず、例えば、ランガテイト単結晶(La3Ga5.5Ta0.5O14)やランガナイト単結晶(La3Ga5.5Nb0.5O14)でも構わない。
上記ランガテイト単結晶を製造する場合には、例えば、図4に示すように、各ランガテイト原料が、酸化ランタン(La2O3)と、異なる比率の酸化ガリウム(Ga2O3)及び酸化タンタル(Ta2O5)とを有しており、ランガテイト種結晶から離れるに従って、酸化タンタルより酸化ガリウムの比率が大きくなるようにランガテイト原料を坩堝内に充填すれば良い。こうすることで、均一でバランスのとれたランガテイト単結晶をブリッジマン法により容易に製造することができる。
なお、酸化ランタン、酸化ガリウム及び酸化タンタルは、図4に示す比率に限られるものではない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the composition of the langasite raw material is shifted by changing the ratio of gallium oxide and silicon dioxide. However, the ratio is not limited to the ratio of gallium oxide and silicon dioxide.
Further, in the above embodiment, as one of a single crystal having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure, it has been described to produce the langasite single crystal is not limited to the langasite single crystal, for example, Langatate single crystal (La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 ) or langanite single crystal (La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ) may be used.
In the case of producing the langate single crystal, for example, as shown in FIG. 4, each rangate raw material includes lanthanum oxide (La 2 O 3 ) and gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and tantalum oxide (ratio of different ratios). ta 2 O 5) has a, the distance from Rangateito seed crystals, the Rangateito material such that the ratio of the gallium oxide from the tantalum oxide increases may be filled into the crucible. By doing so, a uniform and well-balanced langate single crystal can be easily produced by the Bridgman method.
Note that lanthanum oxide, gallium oxide, and tantalum oxide are not limited to the ratios shown in FIG.
また、ランガナイト単結晶を製造する場合には、例えば、図5に示すように、各ランガナイト原料が、酸化ランタン(La2O3)と、異なる比率の酸化ガリウム(Ga2O3)及び酸化ニオブ(Nb2O5)とを有しており、ランガナイト種結晶から離れるに従って、酸化ニオブより酸化ガリウムの比率が大きくなるようにランガナイト原料を坩堝内に充填すれば良い。こうすることで、均一でバランスのとれたランガナイト単結晶をブリッジマン法により容易に製造することができる。
なお、酸化ランタン、酸化ガリウム及び酸化ニオブは、図5に示す比率に限られるものではない。
In the case of producing a langanite single crystal, for example, as shown in FIG. 5, each langanite raw material is composed of lanthanum oxide (La 2 O 3 ) and gallium oxide (Ga 2 O 3 ) in a different ratio. has a niobium oxide (
Note that lanthanum oxide, gallium oxide, and niobium oxide are not limited to the ratio shown in FIG.
更には、ランガサイト単結晶、ランガテイト単結晶やランガナイト単結晶等のCa3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶に限られず、単結晶であれば構わない。
また、上記実施形態においては、坩堝を回転させてランガサイト単結晶を製造したが、坩堝を回転させずに製造しても構わない。
Furthermore, it is not limited to a single crystal having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure such as a langasite single crystal, a langate single crystal, or a langanite single crystal, and may be a single crystal.
Moreover, in the said embodiment, although the crucible was rotated and the langasite single crystal was manufactured, you may manufacture without rotating a crucible.
〔比較例〕
次に、本発明の単結晶の製造方法と比較するために、従来の製造方法によりランガサイト単結晶を製造した場合について説明する。
この比較例では図6に示すように、充填工程の際に、例えば、ランガサイト種結晶からの距離に関係なく、全て同一の組成のランガサイト原料、即ち、化学量論比で酸化ランタン、酸化ガリウム及び二酸化珪素で形成したランガサイト原料を充填した。その後、上記実施形態で説明したランガサイト単結晶の製造装置により、融液工程及び育成工程を行った。
この方法によりランガサイト単結晶を育成させた場合、育成終了部にてランタンシリゲイトが析出し、該ランタンシリゲイトとランガサイトとの間の熱膨張の差によりクラックが発生することが確認された。
[Comparative example]
Next, in order to compare with the method for producing a single crystal of the present invention, a case where a langasite single crystal is produced by a conventional production method will be described.
In this comparative example, as shown in FIG. 6, during the filling process, for example, all the langasite raw materials having the same composition regardless of the distance from the langasite seed crystal, that is, lanthanum oxide, oxidation at a stoichiometric ratio. A langasite raw material formed of gallium and silicon dioxide was filled. Thereafter, the melt process and the growing process were performed by the apparatus for producing a langasite single crystal described in the above embodiment.
When a langasite single crystal was grown by this method, it was confirmed that lanthanum silligate was deposited at the end of growth and cracks were generated due to the difference in thermal expansion between the lanthanum silligate and langasite. .
A ランガサイト単結晶(Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶)
2 炉
3 ランガサイト種結晶(種結晶)
4 ランガサイト原料(単結晶原料)
5 坩堝
6 融液
A Langasite single crystal (single crystal having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure)
2
4 Rangasite raw material (single crystal raw material)
5 crucible
6 Melt
Claims (7)
種結晶を坩堝の下部に充填すると共に、該種結晶上に複数の異なる組成を有する単結晶原料を順次重ねて充填する充填工程と、
前記坩堝を、該坩堝の垂直方向に温度勾配が形成された垂直の炉内に配し、前記単結晶原料を加熱融解させて融液にする融液工程と、
前記融液を下方から上方に向けて漸次固化させて単結晶を育成する育成工程とを有し、
前記充填工程において、育成の進行に伴って、元の融液の組成比に対して比率が減少していく元素の比率を高めた前記単結晶原料を下方から上方に段階的に変えて充填することを特徴とする単結晶の製造方法。 A method for producing a single crystal by growing the single crystal by the Bridgeman method,
Filling a seed crystal at the bottom of the crucible and filling the seed crystal with a plurality of single crystal raw materials having different compositions sequentially;
Placing the crucible in a vertical furnace in which a temperature gradient is formed in the vertical direction of the crucible, and melting the single crystal raw material into a melt by heating and melting;
A growth step of growing the single crystal by gradually solidifying the melt from below to above,
In the filling step, as the growth progresses, the single crystal raw material having a higher ratio of elements whose ratio decreases with respect to the composition ratio of the original melt is gradually changed from below to fill. A method for producing a single crystal characterized by the above.
前記育成工程の際、前記坩堝を前記垂直方向の軸周りに回転させることを特徴とする単結晶の製造方法。 In the manufacturing method of the single crystal of Claim 1,
The method for producing a single crystal, wherein the crucible is rotated around the vertical axis during the growing step.
前記単結晶が、Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶であることを特徴とする単結晶の製造方法。 In the manufacturing method of the single crystal of Claim 1 or 2,
The method for producing a single crystal, wherein the single crystal is a single crystal having a Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure.
前記Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶が、ランガサイト単結晶(La3Ga5SiO14)であることを特徴とする単結晶の製造方法。 In the manufacturing method of the single crystal of Claim 3,
The method for producing a single crystal, wherein the single crystal having the Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure is a langasite single crystal (La 3 Ga 5 SiO 14 ).
前記Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶が、ランガテイト単結晶(La3Ga5.5Ta0.5O14)であることを特徴とする単結晶の製造方法。 In the manufacturing method of the single crystal of Claim 3,
The method for producing a single crystal, wherein the single crystal having the Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure is a langate single crystal (La 3 Ga 5.5 Ta 0.5 O 14 ).
前記Ca3Ga2Ge4O14型構造を有する単結晶が、ランガナイト単結晶(La3Ga5.5Nb0.5O14)であることを特徴とする単結晶の製造方法。 In the manufacturing method of the single crystal of Claim 3,
A method for producing a single crystal, wherein the single crystal having the Ca 3 Ga 2 Ge 4 O 14 type structure is a laganite single crystal (La 3 Ga 5.5 Nb 0.5 O 14 ).
A single crystal produced by the method for producing a single crystal according to claim 1.
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JP2007238417A (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Mitsubishi Materials Corp | Method for producing ltga single crystal |
JP2010143782A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Shinshu Univ | Melt composition control unidirectional solidification crystal growth apparatus and crystal growth method |
-
2004
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007131470A (en) * | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Mitsubishi Materials Corp | Manufacture method of langatate single crystal |
JP4539535B2 (en) * | 2005-11-09 | 2010-09-08 | 三菱マテリアル株式会社 | Method for producing langate single crystal |
JP2007238417A (en) * | 2006-03-13 | 2007-09-20 | Mitsubishi Materials Corp | Method for producing ltga single crystal |
JP4539588B2 (en) * | 2006-03-13 | 2010-09-08 | 三菱マテリアル株式会社 | Method for producing LTGA single crystal |
JP2010143782A (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-01 | Shinshu Univ | Melt composition control unidirectional solidification crystal growth apparatus and crystal growth method |
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