JP2016199416A - Method for manufacturing sapphire single crystal - Google Patents

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敏男 東風谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a sapphire single crystal, capable of suppressing the occurrence of voids in the lower portion of a growing crystal and the incorporation of metal particles into the growth crystal.SOLUTION: A method for manufacturing a sapphire single crystal includes manufacturing a sapphire single crystal 22 using a raw material melt 21 obtained by melting a sapphire raw material charged in a crucible 11 including one or more kinds of metal selected from molybdenum and tungsten. The ignition loss of the sapphire raw material is 0.01 wt% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、サファイア単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a sapphire single crystal.

サファイア単結晶は発光ダイオード(LED)の基板材料や、光学結晶等として用いられ、特に近年の省エネルギーの要求から発光ダイオードの需要に伴って、サファイア単結晶基板の需要が伸びている。   The sapphire single crystal is used as a light emitting diode (LED) substrate material, an optical crystal, and the like, and the demand for a sapphire single crystal substrate is increasing with the demand for light emitting diodes due to the recent demand for energy saving.

発光ダイオードの基板材料や、半導体ウエハー結晶、光学結晶等に利用される大型のサファイア単結晶を製造する方法としては、チョクラルスキー法(Cz法)、キロプロス法またはEFG法(Edge−defined Film−fed Growth)などが知られている。   As a method of manufacturing a large-sized sapphire single crystal used for a substrate material of a light emitting diode, a semiconductor wafer crystal, an optical crystal, etc., a Czochralski method (Cz method), a kilopross method, or an EFG method (Edge-defined Film- fed Growth) and the like are known.

サファイア単結晶の製造に当たっては、大型で高品質なバルク単結晶が安価に得られるように、装置材料や、装置の構成について各種検討がなされてきた。   In the manufacture of sapphire single crystals, various studies have been made on device materials and device configurations so that large, high-quality bulk single crystals can be obtained at low cost.

具体的には例えば、サファイアの融点が高いために、坩堝等の炉内構成材料は耐熱性等の観点から選択され、用いられている。   Specifically, for example, since the melting point of sapphire is high, the in-furnace material such as a crucible is selected and used from the viewpoint of heat resistance and the like.

サファイア単結晶の製造に用いることができる坩堝の材料として、イリジウム、モリブデン、タングステン、もしくはそれらの合金が挙げられる。ただし、イリジウムは非常に高価であるから、設備面で経済的に不利であり、大型のサファイア単結晶作製には、モリブデン、タングステンもしくはそれらの合金製の坩堝が使用されるようになってきた。   Examples of a crucible material that can be used for manufacturing a sapphire single crystal include iridium, molybdenum, tungsten, and alloys thereof. However, since iridium is very expensive, it is economically disadvantageous in terms of equipment, and a crucible made of molybdenum, tungsten, or an alloy thereof has been used to produce a large sapphire single crystal.

ただし、坩堝材にモリブデンやタングステンもしくはそれらの合金を用いた場合、これらの材料は高温で酸化されやすい。そして、モリブデンやタングステンの酸化物は蒸気圧が高いため、酸化物蒸気により育成した結晶表面や原料融液が汚染され、坩堝材が結晶内に混入する現象がおこり、その結果、育成した結晶の着色や純度の低下といった問題があった。   However, when molybdenum, tungsten, or an alloy thereof is used for the crucible material, these materials are easily oxidized at a high temperature. Since the oxides of molybdenum and tungsten have high vapor pressure, the crystal surface grown by the oxide vapor and the raw material melt are contaminated, and the phenomenon that the crucible material is mixed into the crystal occurs. There were problems such as coloring and a decrease in purity.

そこで、本発明の発明者らは特許文献1で、坩堝として、イリジウムを含まない耐熱性坩堝を用いるとともに、サファイア原料粉末を加熱溶融する際に、雰囲気ガスを予め不活性ガスで置換し、引き続き、チャンバー内に実質的に酸素が存在しない状態を維持するのに十分な量の不活性ガスを流通するサファイア単結晶の育成方法を開示している。特許文献1においてイリジウムを含まない耐熱性坩堝として、モリブデン製又はタングステン製坩堝を好適に用いることができる旨も開示している。   Therefore, the inventors of the present invention used a heat-resistant crucible containing no iridium as a crucible in Patent Document 1, and when the sapphire raw material powder was heated and melted, the atmosphere gas was replaced with an inert gas in advance, and subsequently Discloses a method for growing a sapphire single crystal in which a sufficient amount of inert gas is maintained to maintain a state in which substantially no oxygen is present in the chamber. Patent Document 1 also discloses that a molybdenum or tungsten crucible can be suitably used as a heat-resistant crucible not containing iridium.

特許文献1に開示したサファイア単結晶の育成方法によれば、インクルージョンを含まない良好なサファイア単結晶を得ることができる。   According to the method for growing a sapphire single crystal disclosed in Patent Document 1, a good sapphire single crystal that does not contain inclusions can be obtained.

特開2008−007354号公報JP 2008-007354 A

しかしながら、本発明の発明者らが特許文献1に開示されたサファイア単結晶の製造方法でサファイア単結晶の育成を繰り返したところ、育成結晶下部でボイドが大量発生する場合や、金属粒子の育成結晶への取り込みを生じる場合があった。   However, when the inventors of the present invention repeated the growth of the sapphire single crystal by the method for producing a sapphire single crystal disclosed in Patent Document 1, when a large amount of voids occur in the lower part of the grown crystal, In some cases, uptake may occur.

そこで、本発明の一側面では、上記従来技術が有する問題に鑑み、育成結晶下部でのボイドの発生、及び金属粒子の育成結晶への取り込みを抑制できるサファイア単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in one aspect of the present invention, in view of the problems of the above-described conventional technology, a method for producing a sapphire single crystal capable of suppressing generation of voids in the lower portion of the grown crystal and incorporation of metal particles into the grown crystal is provided. Objective.

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、モリブデン、タングステンから選択された1種類以上の金属を含有する坩堝内に充填されたサファイア原料を溶融した原料融液を用いてサファイア単結晶を製造するサファイア単結晶の製造方法であって、
前記サファイア原料の強熱減量が0.01wt%以下であるサファイア単結晶の製造方法を提供することができる。
In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a sapphire single crystal using a raw material melt obtained by melting a sapphire raw material filled in a crucible containing one or more kinds of metals selected from molybdenum and tungsten. A method for producing a sapphire single crystal,
A method for producing a sapphire single crystal in which the ignition loss of the sapphire raw material is 0.01 wt% or less can be provided.

本発明の一態様によれば、育成結晶下部でのボイドの発生、及び金属粒子の育成結晶への取り込みを抑制できるサファイア単結晶の製造方法を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for producing a sapphire single crystal that can suppress generation of voids at the lower portion of the grown crystal and incorporation of metal particles into the grown crystal.

単結晶育成装置の構成例の説明図。Explanatory drawing of the structural example of a single crystal growth apparatus.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments are not departed from the scope of the present invention. Various modifications and substitutions can be made.

本実施形態のサファイア単結晶の製造方法の一構成例について以下に説明する。   One structural example of the manufacturing method of the sapphire single crystal of this embodiment is demonstrated below.

本実施形態のサファイア単結晶の製造方法は、モリブデン、タングステンから選択された1種類以上の金属を含有する坩堝内に充填されたサファイア原料を溶融した原料融液を用いてサファイア単結晶を製造するサファイア単結晶の製造方法に関する。そして、強熱減量が0.01wt%以下のサファイア原料を用いることができる。   The manufacturing method of the sapphire single crystal of this embodiment manufactures a sapphire single crystal using the raw material melt which melted the sapphire raw material with which the crucible containing one or more types of metals selected from molybdenum and tungsten was melted. The present invention relates to a method for producing a sapphire single crystal. And the sapphire raw material whose ignition loss is 0.01 wt% or less can be used.

以下、具体的な例を挙げながら説明する
1.単結晶育成装置
本実施形態のサファイア単結晶の製造方法において使用できる単結晶育成装置は特に限定されるものではなく、単結晶の製造方法に応じて各種単結晶育成装置を選択し、使用できる。ここでは、図1にチョクラルスキー法(Cz法)による単結晶育成装置の構成例を示す。なお、図1は単結晶育成装置の内部に配置された坩堝の中心軸を通る面における断面図を模式的に示したものである。
Hereinafter, explanation will be given with specific examples. Single-crystal growth apparatus The single-crystal growth apparatus which can be used in the manufacturing method of the sapphire single crystal of this embodiment is not specifically limited, Various single-crystal growth apparatuses can be selected and used according to the manufacturing method of a single crystal. Here, FIG. 1 shows a configuration example of a single crystal growing apparatus by the Czochralski method (Cz method). FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a surface passing through the central axis of a crucible disposed inside the single crystal growth apparatus.

図1に示した単結晶育成装置10は、単結晶用原料を入れる坩堝11をチャンバー12内の支持軸13の上に配置できる。そして、単結晶用原料を融解するために、例えば坩堝11の側面に側面ヒータ14を設けることができる。また、坩堝11の下方に円盤状のボトムヒータ15を支持軸13が貫通する形で配置できる。   In the single crystal growing apparatus 10 shown in FIG. 1, a crucible 11 into which a single crystal raw material is placed can be disposed on a support shaft 13 in a chamber 12. In order to melt the single crystal raw material, for example, a side heater 14 can be provided on the side surface of the crucible 11. Further, a disc-shaped bottom heater 15 can be arranged below the crucible 11 so that the support shaft 13 penetrates.

なお、坩堝を加熱する方法として、高周波加熱方式と抵抗加熱方式とがあるが、高周波加熱方式の場合、坩堝自体を発熱させるため、坩堝の直径方向の温度勾配が大きくなる。このため、作製される結晶の直径が坩堝直径の50%程度となり、大型の結晶を作製するためには装置サイズが大きくなる。また、結晶育成中の温度勾配が大きいため、温度差に起因した歪が育成結晶内に入る場合がある。   In addition, as a method for heating the crucible, there are a high-frequency heating method and a resistance heating method. In the high-frequency heating method, since the crucible itself generates heat, a temperature gradient in the diameter direction of the crucible increases. For this reason, the diameter of the crystal to be produced is about 50% of the diameter of the crucible, and the apparatus size is increased to produce a large crystal. In addition, since the temperature gradient during crystal growth is large, strain due to the temperature difference may enter the grown crystal.

これに対して、抵抗加熱方式の場合、坩堝周囲に配置したヒータが発熱することで、坩堝周囲の雰囲気が加熱されるため、高周波加熱方式と比較して坩堝内の温度勾配を小さくできる。そのため、抵抗加熱方式により結晶育成を行うと、温度差に起因した歪が結晶内に入る場合があるという高周波加熱方式の問題は解決され、大型のサファイア単結晶を安価に製造することが可能となる。   On the other hand, in the case of the resistance heating method, since the heater disposed around the crucible generates heat and the atmosphere around the crucible is heated, the temperature gradient in the crucible can be reduced as compared with the high frequency heating method. Therefore, when the crystal is grown by resistance heating method, the problem of high-frequency heating method that strain caused by temperature difference may enter the crystal is solved, and large sapphire single crystal can be manufactured at low cost. Become.

このため、本実施形態のサファイア単結晶の製造方法において用いる単結晶育成装置において坩堝を加熱する方法は、図1に示した単結晶育成装置10のようにヒータにより坩堝を直接加熱する抵抗加熱方式であることが好ましい。   For this reason, the method of heating the crucible in the single crystal growth apparatus used in the method for manufacturing a sapphire single crystal of this embodiment is a resistance heating method in which the crucible is directly heated by a heater as in the single crystal growth apparatus 10 shown in FIG. It is preferable that

側面ヒータ14の周囲、ボトムヒータ15の下方には、断熱材16をチャンバー12の内面に沿って設けることができる。チャンバー12の頂部と底部にはチャンバー12内の雰囲気を制御するためのガス供給管17や、ガス排出管18を設けることができる。また、坩堝11の上部には上下動可能な引上げ軸19を、断熱材16を貫通する形で設けることができる。引上げ軸19は先端部に種結晶20を固定できるように構成することができる。   A heat insulating material 16 can be provided along the inner surface of the chamber 12 around the side heater 14 and below the bottom heater 15. A gas supply pipe 17 and a gas discharge pipe 18 for controlling the atmosphere in the chamber 12 can be provided on the top and bottom of the chamber 12. In addition, a pulling shaft 19 that can move up and down can be provided in the upper part of the crucible 11 so as to penetrate the heat insulating material 16. The pulling shaft 19 can be configured so that the seed crystal 20 can be fixed to the tip.

坩堝11の材質は、モリブデン、タングステンから選択された1種類以上を含有する金属を用いることができる。特に坩堝11の材質は、モリブデン、タングステン、もしくはそれらの合金のいずれかであることが好ましい。   The material of the crucible 11 can be a metal containing one or more selected from molybdenum and tungsten. In particular, the material of the crucible 11 is preferably molybdenum, tungsten, or an alloy thereof.

チャンバー12内に設置したヒータおよび/または断熱材についてはカーボン製であることが好ましい。すなわち、図1に示した単結晶育成装置10の場合、側面ヒータ14、ボトムヒータ15、及び断熱材16のうちいずれか1つ以上はカーボン製であることが好ましい。側面ヒータ14、ボトムヒータ15、及び断熱材16の全てについてカーボン製とすることもできる。   The heater and / or the heat insulating material installed in the chamber 12 is preferably made of carbon. That is, in the case of the single crystal growth apparatus 10 shown in FIG. 1, it is preferable that any one or more of the side heater 14, the bottom heater 15, and the heat insulating material 16 is made of carbon. All of the side heater 14, the bottom heater 15, and the heat insulating material 16 can be made of carbon.

これは、単結晶育成装置において、ヒータとして例えばタングステン製の抵抗加熱ヒータが、断熱材としてタングステン等の高融点金属、もしくはそれらの合金により作製された反射板が用いられる場合もあるが、タングステン等は脆く高価である。このため、上述の様に、ヒータおよび/または断熱材についてはカーボン製であることが好ましい。   This is because, in a single crystal growth apparatus, for example, a resistance heater made of tungsten is used as a heater, and a reflective plate made of a refractory metal such as tungsten or an alloy thereof may be used as a heat insulating material. Is brittle and expensive. For this reason, as described above, the heater and / or the heat insulating material is preferably made of carbon.

なお、側面ヒータ14および/またはボトムヒータ15をカーボン製とする場合、カーボン粒子あるいは炭素繊維の成形体を用いることができる。また、断熱材16をカーボン製とする場合、カーボンフェルト断熱材を用いることができる。
2.サファイア単結晶の製造方法
次にサファイア単結晶の製造方法について図1に示した単結晶育成装置10を用いた場合を例に説明する。
When the side heater 14 and / or the bottom heater 15 are made of carbon, a carbon particle or carbon fiber molded body can be used. Further, when the heat insulating material 16 is made of carbon, a carbon felt heat insulating material can be used.
2. Method for Producing Sapphire Single Crystal Next, a method for producing a sapphire single crystal will be described by taking the case of using the single crystal growth apparatus 10 shown in FIG. 1 as an example.

サファイア単結晶の製造に当たっては、まず、図1に示した単結晶育成装置10の坩堝11内に単結晶用原料であるサファイア原料を充填しておき、側面ヒータ14およびボトムヒータ15を作動させてサファイア原料を加熱して原料融液21を形成できる。その後、原料融液21表面に種結晶20を接触させるシーディングを実施し、次いで種結晶20を引き上げながら育成結晶22であるサファイア単結晶の育成を行うことができる。   In manufacturing a sapphire single crystal, first, a sapphire raw material as a single crystal raw material is filled in the crucible 11 of the single crystal growing apparatus 10 shown in FIG. 1, and the side heater 14 and the bottom heater 15 are operated to operate the sapphire. The raw material melt 21 can be formed by heating the raw material. Thereafter, seeding is performed in which the seed crystal 20 is brought into contact with the surface of the raw material melt 21, and then the sapphire single crystal as the growth crystal 22 can be grown while pulling up the seed crystal 20.

以下に、サファイア単結晶の製造方法の具体的な手順の一構成例について説明する。
(原料融液形成工程)
まず、サファイア原料である酸化アルミニウムを坩堝11内に充填し、チャンバー12内に配置する。
Below, the example of 1 structure of the specific procedure of the manufacturing method of a sapphire single crystal is demonstrated.
(Raw material melt forming process)
First, aluminum oxide, which is a sapphire raw material, is filled into the crucible 11 and placed in the chamber 12.

次に、この坩堝11内のサファイア原料を加熱融解させる。   Next, the sapphire raw material in the crucible 11 is heated and melted.

坩堝11内のサファイア原料を加熱溶融する際、チャンバー12内の雰囲気は特に限定されるものではない。ただし、坩堝11がモリブデンや、タングステンを含有する金属から構成されている場合や、ヒータや断熱材にカーボンが用いられている場合には、チャンバー12内の雰囲気中に酸素が存在すると上記金属やカーボンが酸化する恐れがある。   When the sapphire material in the crucible 11 is heated and melted, the atmosphere in the chamber 12 is not particularly limited. However, when the crucible 11 is made of a metal containing molybdenum or tungsten, or when carbon is used for a heater or a heat insulating material, the above metal or Carbon may oxidize.

そして、上記金属やカーボンが酸化すると育成結晶内に不純物が混入する原因となったり、良好なサファイア単結晶の育成が困難となる場合がある。このため、チャンバー12を密封した後、チャンバー12内にガス供給管17から不活性ガスを流して不活性ガス雰囲気にすることが好ましい。なお、チャンバー12内に不活性ガスを供給する前に図示しない真空ポンプによりチャンバー12内の真空引きを行ってから、不活性ガスを供給することもできる。   When the metal or carbon is oxidized, it may cause impurities to be mixed in the grown crystal, or it may be difficult to grow a good sapphire single crystal. For this reason, it is preferable that after the chamber 12 is sealed, an inert gas atmosphere is made to flow through the gas supply pipe 17 into the chamber 12. Note that the inert gas can be supplied after evacuating the chamber 12 with a vacuum pump (not shown) before supplying the inert gas into the chamber 12.

不活性ガスとしては特に限定されないが、アルゴン、またはヘリウムを好適に用いることができる。特に経済的な観点からアルゴンを用いることが好ましい。   Although it does not specifically limit as an inert gas, Argon or helium can be used suitably. It is particularly preferable to use argon from an economical viewpoint.

チャンバー12内の構成物の酸化を特に抑制する観点から、チャンバー12内は実質的に酸素が存在しない状態を維持することが好ましい。そして、チャンバー12内に十分な量の不活性ガスを流通させることで、チャンバー12内に実質的に酸素が存在しない状態を維持することができる。   From the viewpoint of particularly suppressing the oxidation of the components in the chamber 12, it is preferable to maintain a state in which oxygen is not substantially present in the chamber 12. Then, by passing a sufficient amount of inert gas through the chamber 12, it is possible to maintain a state in which oxygen is not substantially present in the chamber 12.

このため、不活性ガスは、毎分チャンバー12内の容積に対して0.2%以上の割合でチャンバー12内に供給することが好ましい。これは、不活性ガスの流量をチャンバー12内の容積に対して0.2%/分以上とすることで、チャンバー12内に酸素が混入することをより確実に防ぐことができるからである。   For this reason, it is preferable to supply the inert gas into the chamber 12 at a rate of 0.2% or more with respect to the volume in the chamber 12 per minute. This is because it is possible to more reliably prevent oxygen from being mixed into the chamber 12 by setting the flow rate of the inert gas to 0.2% / min or more with respect to the volume in the chamber 12.

不活性ガスの流量の上限は特に限定されるものではないが、チャンバー12内の容積に対して毎分1.3%以下の割合でチャンバー12内に供給することが好ましい。これは、不活性ガスの流量をチャンバー12内の容積に対して1.3%/分以下とすることで、チャンバー12内の熱バランスを安定させることができ、その結果、良好なサファイア単結晶の育成ができるためである。   The upper limit of the flow rate of the inert gas is not particularly limited, but is preferably supplied into the chamber 12 at a rate of 1.3% or less per minute with respect to the volume in the chamber 12. This is because the heat balance in the chamber 12 can be stabilized by setting the flow rate of the inert gas to 1.3% / min or less with respect to the volume in the chamber 12, and as a result, a good sapphire single crystal This is because it is possible to train.

チャンバー12内に不活性ガスの供給を開始してからは、過加圧にならないようにガス排出管18からガスを排出できる。   After the supply of the inert gas into the chamber 12 is started, the gas can be discharged from the gas discharge pipe 18 so as not to be overpressurized.

サファイア原料の加熱溶融時のチャンバー12内の圧力は、常圧、すなわち大気圧であることが好ましい。チャンバー12内の圧力が減圧の場合、坩堝11を構成するモリブデン等の金属が昇華しやすく原料融液が汚染される恐れがあるからである。また、チャンバー12内の圧力が加圧の場合、モリブデンの昇華を抑えることができるが、装置を耐圧設計にする必要があり、経済性の観点から好ましくない。   The pressure in the chamber 12 at the time of heating and melting the sapphire raw material is preferably normal pressure, that is, atmospheric pressure. This is because when the pressure in the chamber 12 is reduced, metals such as molybdenum constituting the crucible 11 are likely to sublime and the raw material melt may be contaminated. Further, when the pressure in the chamber 12 is increased, sublimation of molybdenum can be suppressed, but the apparatus needs to be designed to withstand pressure, which is not preferable from the viewpoint of economy.

チャンバー12内を例えば上述の様に不活性雰囲気とした後、側面ヒータ14およびボトムヒータ15を作動させて加熱し、サファイアの融点(2040℃)以上の温度として、サファイア原料を溶融して原料融液を得ることができる。   After making the inside of the chamber 12 an inert atmosphere as described above, for example, the side heater 14 and the bottom heater 15 are operated and heated to melt the sapphire raw material at a temperature equal to or higher than the melting point of sapphire (2040 ° C.). Can be obtained.

原料融液を形成後、後述するシーディング工程を実施することができるが、原料融液形成後、すぐにシーディングを実施して結晶の育成を開始すると、育成した結晶中に無数の微小な気泡が発生する場合がある。気泡の原因となるガスは、サファイア原料の分解によっても発生するが、原料に吸着または内包しているガス成分が原料の融解前に完全に除去されず原料融液内に残り、これが育成結晶に取り込まれて気泡となっているものが多い。そこで、サファイア原料を坩堝内で溶融後、十分な時間加熱を維持して気泡を排出させ、その後シーディング工程を実施することが望ましい。
(シーディング工程)
シーディング工程は、種結晶20を保持した引上げ軸19を回転させながら降下させ、原料融液21に種結晶20を接触させることで実施できる。シーディング工程で種結晶20を原料融液21に接触させた後、種結晶20を適温で原料融液21に十分馴染ませてから、引き上げを開始できる。
After forming the raw material melt, the seeding process described later can be carried out. However, after forming the raw material melt, seeding is performed immediately and crystal growth is started. Bubbles may be generated. The gas that causes bubbles is also generated by the decomposition of the sapphire raw material, but the gas components adsorbed or contained in the raw material are not completely removed before the raw material is melted and remain in the raw material melt, which becomes the growth crystal. Many are taken into bubbles. Therefore, after melting the sapphire raw material in the crucible, it is desirable to maintain heating for a sufficient period of time to discharge the bubbles and then perform a seeding process.
(Seeding process)
The seeding step can be performed by lowering the pulling shaft 19 holding the seed crystal 20 while rotating it and bringing the seed crystal 20 into contact with the raw material melt 21. After the seed crystal 20 is brought into contact with the raw material melt 21 in the seeding step, the seed crystal 20 can be sufficiently adjusted to the raw material melt 21 at an appropriate temperature, and then the pulling can be started.

なお、シーディング工程を実施する前に、上述の様に原料融液形成工程において、サファイア原料の融解から加熱を維持して原料融液内の気泡を排出させることが好ましい。このため、サファイア原料の融解から、例えば3時間以上経過後にシーディング工程を実施することが好ましく、特に5時間以上経過後にシーディング工程を実施することがより好ましい。
(単結晶育成工程)
単結晶育成工程では、引き上げ軸19の回転数や引き上げ速度を調整して、育成する単結晶のネック部および肩部を形成し、引き続き直胴部を形成することで実施できる。
In addition, before implementing a seeding process, it is preferable to discharge | emit the bubble in a raw material melt by maintaining heating from melting | fusing of a sapphire raw material in a raw material melt formation process as mentioned above. For this reason, it is preferable to carry out the seeding process after elapse of 3 hours or more, for example, from the melting of the sapphire raw material, and it is more preferable to perform the seeding process after elapse of 5 hours or more.
(Single crystal growth process)
The single crystal growing step can be carried out by adjusting the number of rotations and pulling speed of the pulling shaft 19 to form a neck portion and a shoulder portion of the single crystal to be grown, and subsequently forming a straight body portion.

なお、シーディング工程、単結晶育成工程においても原料融液形成工程と同様にチャンバー12内を不活性ガス雰囲気に保つことが好ましい。   In the seeding process and the single crystal growing process, it is preferable to keep the inside of the chamber 12 in an inert gas atmosphere as in the raw material melt forming process.

育成中の結晶の結晶形状の制御方法は特に限定されるものではない。例えば、育成中の結晶重量を引上げ軸19に接続された図示しない重量測定手段により測定し、育成中の結晶の直径や育成速度などを計算によって算出し、これに基づいて引き上げ軸19の回転速度や引き上げ速度を調整して行うことができる。また、結晶重量の変化を側面ヒータ14および/またはボトムヒータ15への投入電力にフィードバックして原料融液21の温度を制御して行うこともできる。   The method for controlling the crystal shape of the crystal being grown is not particularly limited. For example, the weight of the growing crystal is measured by a weight measuring means (not shown) connected to the pulling shaft 19, the diameter of the growing crystal, the growing speed, and the like are calculated, and the rotational speed of the pulling shaft 19 is calculated based on this. And the lifting speed can be adjusted. Further, the change in crystal weight can be fed back to the input power to the side heater 14 and / or the bottom heater 15 to control the temperature of the raw material melt 21.

このようにして坩堝11内でサファイア単結晶が育成され、予め設定された結晶長さに成長した時に、原料融液21から育成結晶22を切り離し、単結晶育成工程を終了できる。   Thus, when the sapphire single crystal is grown in the crucible 11 and grown to a preset crystal length, the grown crystal 22 is separated from the raw material melt 21, and the single crystal growing step can be completed.

原料融液21から育成結晶22を切り離す方法は特に限定されないが、例えば引上げ軸19を上方に引上げるか、坩堝11の位置を下方に移動させることにより実施できる。引上げ軸19を上方に引上げ、かつ坩堝11の位置を下方に移動させて実施してもよい。   The method for separating the grown crystal 22 from the raw material melt 21 is not particularly limited, but can be carried out, for example, by pulling up the pulling shaft 19 or moving the crucible 11 downward. You may carry out by pulling up the pulling shaft 19 and moving the position of the crucible 11 downward.

単結晶育成工程終了後は、図示しない制御装置のシーケンスパターンにより室温、または室温近傍まで降温する冷却工程を実施できる。   After the completion of the single crystal growth step, a cooling step of lowering the temperature to room temperature or near room temperature can be performed by a sequence pattern of a control device (not shown).

なお、ここではCz法を用いたサファイア単結晶の製造方法を例に説明したが、係る形態に限定されるものではなく、カイロポーラス法(KY法)、ブリッジマン法等の融液固化法等の坩堝内で原料融液を生成する、各種サファイア単結晶の製造方法を適用できる。
3.サファイア原料
次に、本実施形態のサファイア単結晶の製造方法で好適に用いることができるサファイア原料について説明する。本実施形態のサファイア単結晶の製造方法においては、強熱減量が0.01wt%以下のサファイア原料を用いることができる。
In addition, although the manufacturing method of the sapphire single crystal using Cz method was demonstrated here as an example, it is not limited to the said form, The melt solidification methods, such as a chilo porous method (KY method) and a Bridgman method, etc. The manufacturing method of various sapphire single crystals which produce | generate a raw material melt in the crucible of this can be applied.
3. Sapphire Raw Material Next, a sapphire raw material that can be suitably used in the method for producing a sapphire single crystal of the present embodiment will be described. In the method for producing a sapphire single crystal of the present embodiment, a sapphire raw material having an ignition loss of 0.01 wt% or less can be used.

サファイア原料として酸化アルミニウムを用いることができ、サファイア原料としては特にα−アルミナ(Al)を用いることが好ましい。 Aluminum oxide can be used as the sapphire raw material, and α-alumina (Al 2 O 3 ) is particularly preferably used as the sapphire raw material.

サファイア原料の形態は特に限定されるものではなく、例えばアルミナ粉末、アルミナ粉末を焼結した焼結体、アルミナ粒から選択された1種類以上を含むサファイア原料を用いることができる。アルミナ粒としては例えばグラニュール等が挙げられる。   The form of the sapphire raw material is not particularly limited. For example, an alumina powder, a sintered body obtained by sintering the alumina powder, or a sapphire raw material containing one or more selected from alumina particles can be used. Examples of the alumina particles include granules.

サファイア原料としては上述の様に酸化アルミニウムを用いることができ、材料純度は、例えば99.95wt%以上99.998wt%以下であることが好ましい。なお、サファイア原料は、目的とするサファイア単結晶の種類に合わせて、AlとOのほかに、Ti、Cr、Si、Ca、Mgなどを含んでいてもよい。このうちSi、Ca、Mgなどは、焼結助剤の成分として不可避的に含まれうるが、その含有量は極力少ないことが望ましい。   As described above, aluminum oxide can be used as the sapphire raw material, and the material purity is preferably 99.95 wt% or more and 99.998 wt% or less, for example. In addition, the sapphire raw material may contain Ti, Cr, Si, Ca, Mg, etc. in addition to Al and O according to the kind of the target sapphire single crystal. Among these, Si, Ca, Mg and the like can be inevitably contained as components of the sintering aid, but the content is desirably as small as possible.

アルミナ粒の、粒径や密度は、特に制限されないが、取り扱い上、例えば粒径は10mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましい。   The particle size and density of the alumina particles are not particularly limited, but for handling, for example, the particle size is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less.

また、アルミナ粉末を焼結した焼結体の形状、サイズ、密度は特に限定されないが、使用する坩堝サイズや、焼結体以外にアルミナ粉末等も充填する場合には同時に充填するアルミナ粉末やアルミナ粒等に応じて、充填密度が高くなるように選択することが好ましい。ただし、焼結体の厚みが厚いと、焼結時に内部の水分等の揮発成分が残留し、原料の純度低下を招く恐れがある。このため、アルミナ焼結体は厚さが10mm以下であることが好ましい。   The shape, size, and density of the sintered body obtained by sintering the alumina powder are not particularly limited, but when filling the crucible size to be used or alumina powder in addition to the sintered body, the alumina powder and alumina to be filled simultaneously. It is preferable to select so as to increase the packing density according to the grains and the like. However, if the thickness of the sintered body is thick, volatile components such as internal moisture remain during sintering, and the purity of the raw material may be reduced. For this reason, the alumina sintered body preferably has a thickness of 10 mm or less.

また、サファイア原料の密度は、α−アルミナの理論密度4g/cmに近いものが原料充填時に有利である。そのため、使用するサファイア原料の密度は2g/cm以上であることが好ましく、3g/cm以上であることがより好ましい。 Further, the density of the sapphire raw material is close to the theoretical density of α-alumina of 4 g / cm 3 , which is advantageous when filling the raw material. Therefore, the density of the sapphire raw material to be used is preferably 2 g / cm 3 or more, and more preferably 3 g / cm 3 or more.

本実施形態のサファイア単結晶の製造方法においては、強熱減量(イグロス)が0.01wt%以下のサファイア原料を使用することが好ましく、強熱減量が0.005wt%以下のサファイア原料を使用することがより好ましい。   In the method for producing a sapphire single crystal of the present embodiment, it is preferable to use a sapphire raw material with an ignition loss (igloss) of 0.01 wt% or less, and use a sapphire raw material with an ignition loss of 0.005 wt% or less. It is more preferable.

なお、強熱減量は、測定試料を大気雰囲気下、予め1000℃まで昇温した加熱炉に入れ、1時間加熱した際の、加熱の前後での重量変化により算出することができる。   The ignition loss can be calculated from the change in weight before and after heating when the measurement sample is placed in a heating furnace heated up to 1000 ° C. in an air atmosphere and heated for 1 hour.

これは、本発明の発明者らの検討によると、強熱減量が0.01wt%を超える場合、原料融液形成工程においてサファイア原料の加熱中や、サファイア原料の溶解中に、サファイア原料の水和水や、結晶水、吸着水などの水分により坩堝が浸食される場合がある。そして坩堝の浸食が生じることで、金属粒子の育成結晶への取り込み、すなわち金属粒子内包物が生じたり、育成結晶下部にボイドが大量発生するためである。   According to the study of the inventors of the present invention, when the loss on ignition exceeds 0.01 wt%, during the heating of the sapphire raw material or during the dissolution of the sapphire raw material, The crucible may be eroded by moisture such as Japanese water, crystal water, adsorbed water or the like. This is because the erosion of the crucible causes the metal particles to be taken into the grown crystal, that is, the inclusion of the metal particles is generated, or a large amount of voids are generated below the grown crystal.

これに対して、サファイア原料の強熱減量を0.01wt%以下とすることで、原料融液形成工程において坩堝が浸食されることを抑制し、金属粒子の育成結晶への取り込みを抑制し、かつ育成結晶下部に大量のボイドが生じることを抑制することが可能になる。   In contrast, by setting the ignition loss of the sapphire raw material to 0.01 wt% or less, the crucible is prevented from being eroded in the raw material melt forming step, and the incorporation of the metal particles into the grown crystal is suppressed, And it becomes possible to suppress that a lot of voids arise in the growth crystal lower part.

そして、サファイア原料の強熱減量を0.005wt%以下とすることで、金属粒子の育成結晶への取り込みと育成結晶下部のボイドの発生を特に抑制することができる。   And the ignition loss of a sapphire raw material shall be 0.005 wt% or less, and especially it can suppress taking in to a growth crystal of metal particles, and generation of a void under the growth crystal.

このため、金属粒子内包物や、育成結晶下部でのボイドの含有量を抑制したサファイア単結晶を製造するために、サファイア単結晶の製造を開始する前に強熱減量を測定し、強熱減量が0.01wt%以下の材料を選択することが好ましい。   Therefore, in order to produce a sapphire single crystal with suppressed inclusion of metal particles and voids in the lower part of the grown crystal, the ignition loss is measured before starting the production of the sapphire single crystal. It is preferable to select a material having 0.01 wt% or less.

なお、サファイア原料として、既述のようにアルミナの焼結体や、粒状体であるグラニュールを用いることができるが、アルミナの焼結体やグラニュールは水分の含有量が多い。これは、グラニュールは、その製造段階で加水分解や水中火花放電を使用するため、水分を内包し易く、また、焼結体は、表面積が大きく空気中の水分を吸着し易いためである。このため、グラニュールや、焼結体を用いる場合には特に、原料融液形成工程に供する前に強熱減量の測定を実施し、強熱減量が0.01wt%以下の材料を選択して用いることが好ましい。   As described above, an alumina sintered body or granular granule can be used as the sapphire raw material, but the alumina sintered body or granule has a high water content. This is because the granule uses hydrolysis and underwater spark discharge in its production stage, so that it easily contains moisture, and the sintered body has a large surface area and easily adsorbs moisture in the air. For this reason, especially when using granules or sintered bodies, the ignition loss is measured before being used in the raw material melt forming step, and a material with an ignition loss of 0.01 wt% or less is selected. It is preferable to use it.

また、強熱減量を0.01wt%以下とするため、予め真空雰囲気下で加熱を行ったサファイア原料を本実施形態のサファイア単結晶の製造方法で用いるサファイア原料とすることもできる。具体的には、サファイア原料は例えば予め真空雰囲気下、500℃以上で1時間以上加熱しておくことが好ましく、予め真空雰囲気下、1000℃以上で1時間以上加熱しておくことがより好ましい。これは、予め、真空雰囲気下、500℃以上の温度で1時間以上加熱しておくことで、サファイア原料に付着および/または吸着している物質を焼き飛ばし、所定の強熱減量とすることができるためである。   Moreover, in order to make ignition loss 0.01 wt% or less, the sapphire raw material previously heated in the vacuum atmosphere can also be used as the sapphire raw material used with the manufacturing method of the sapphire single crystal of this embodiment. Specifically, for example, the sapphire raw material is preferably heated in advance in a vacuum atmosphere at 500 ° C. or more for 1 hour or more, and more preferably preliminarily heated in a vacuum atmosphere at 1000 ° C. or more for 1 hour or more. This can be done by heating in advance in a vacuum atmosphere at a temperature of 500 ° C. or more for 1 hour or longer to burn off the material adhering to and / or adsorbing to the sapphire raw material and to obtain a predetermined ignition loss. This is because it can.

以上に説明した本実施形態のサファイア単結晶の製造方法により得られるサファイア単結晶は、アルミニウム及び酸素の2元素を含む単結晶である。そして、例えばこの単結晶からウエハーをスライスし、ポリッシュ研磨することで、エピタキシャル成長用結晶ウエハーとすることができる。   The sapphire single crystal obtained by the sapphire single crystal manufacturing method of the present embodiment described above is a single crystal containing two elements of aluminum and oxygen. For example, a crystal wafer for epitaxial growth can be obtained by slicing and polishing a wafer from this single crystal.

本実施形態のサファイア単結晶の製造方法により得られたサファイア単結晶は結晶下部でのボイドの発生や、金属粒子内包物の取り込みを抑制できている。このため、該サファイア単結晶から作製したウエハーを用いることで、優れた特性を有する電子部品材料、光学用部品材料を提供できる。   The sapphire single crystal obtained by the method for producing a sapphire single crystal of the present embodiment can suppress the generation of voids in the lower portion of the crystal and the incorporation of metal particle inclusions. For this reason, the electronic component material and optical component material which have the outstanding characteristic can be provided by using the wafer produced from this sapphire single crystal.

以下に具体的な実施例、比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
図1に示した単結晶育成装置10を用いて、サファイア単結晶の製造を行った。
(原料融液形成工程)
図1に示した単結晶育成装置10において、断熱材16としてカーボンフェルト断熱材を、側面ヒータ14及びボトムヒータ15としてカーボン製ヒータを用いた。また、坩堝11としては直径160mm、高さ160mm、厚さ2mmモリブデン製の坩堝を用いた。なお、ここでいう厚さとは、坩堝11の肉厚をいう。
Specific examples and comparative examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
[Example 1]
A sapphire single crystal was manufactured using the single crystal growth apparatus 10 shown in FIG.
(Raw material melt forming process)
In the single crystal growth apparatus 10 shown in FIG. 1, a carbon felt heat insulating material is used as the heat insulating material 16, and a carbon heater is used as the side heater 14 and the bottom heater 15. As the crucible 11, a crucible made of molybdenum having a diameter of 160 mm, a height of 160 mm, and a thickness of 2 mm was used. The thickness here refers to the thickness of the crucible 11.

そして、坩堝11内にサファイア原料を充填しておき、チャンバー12の開口部を閉じた後、チャンバー12内をアルゴン雰囲気とした。具体的には、アルゴンガスをチャンバー12内の容積に対して毎分0.6%の流量で流し、チャンバー12内の気体を置換した。なお、アルゴンガスは育成したサファイア単結晶を取出すまで上記流量で供給を継続した。   And after filling the crucible 11 with the sapphire raw material and closing the opening part of the chamber 12, the inside of the chamber 12 was made into argon atmosphere. Specifically, argon gas was flowed at a flow rate of 0.6% per minute with respect to the volume in the chamber 12 to replace the gas in the chamber 12. The argon gas was continuously supplied at the above flow rate until the grown sapphire single crystal was taken out.

その後、常圧において、20時間以上かけて坩堝11を側面ヒータ14、及びボトムヒータ15により直接加熱し、サファイア原料を融解させ、原料融液21を形成した。なお、サファイア原料が融解後、後述するシーディング工程を実施するまで5時間温度を保持し、原料融液中の気体を除去した。
(シーディング工程)
次いで、引上げ軸19を回転させながら降下させ、原料融液形成工程で形成した原料融液21に、種結晶20を接触させるシーディング工程を実施した。
(単結晶育成工程)
シーディング工程の後、結晶の引上げに適当な温度になるよう原料融液21の温度を調整し、引上げを開始した。引上げ速度は毎時1.4mm、結晶回転数は2rpmとした。その後、自動直径制御装置を用いて所望の直径になるよう結晶径を制御し、所望の長さまで結晶を引き上げた後、原料融液21から育成結晶22を切離し、およそ15時間かけて冷却した。
Thereafter, the crucible 11 was directly heated by the side heater 14 and the bottom heater 15 at normal pressure for 20 hours or more to melt the sapphire raw material and form the raw material melt 21. After the sapphire raw material was melted, the temperature was maintained for 5 hours until the seeding step described later was performed, and the gas in the raw material melt was removed.
(Seeding process)
Next, a seeding process was performed in which the seed crystal 20 was brought into contact with the raw material melt 21 formed in the raw material melt forming process by lowering the pulling shaft 19 while rotating.
(Single crystal growth process)
After the seeding step, the temperature of the raw material melt 21 was adjusted so that the temperature was appropriate for the pulling of the crystal, and the pulling was started. The pulling speed was 1.4 mm / hour and the crystal rotation speed was 2 rpm. Thereafter, the crystal diameter was controlled to a desired diameter using an automatic diameter control device, the crystal was pulled up to a desired length, and then the grown crystal 22 was separated from the raw material melt 21 and cooled for about 15 hours.

本実施例においては、サファイア原料として表1に示した原料1のうち加熱前原料を使用した。原料1の加熱前原料の強熱減量は、表1に示したように0.001wt%となる。   In the present Example, the raw material before a heating was used among the raw materials 1 shown in Table 1 as a sapphire raw material. The ignition loss of the raw material 1 before heating is 0.001 wt% as shown in Table 1.

なお、強熱減量は、サファイア原料を大気雰囲気下、予め1000℃まで昇温した加熱炉に入れ、1時間加熱したときの、サファイア原料の加熱前後の重量の減少率を意味する。   The loss on ignition means the rate of weight reduction before and after heating the sapphire raw material when the sapphire raw material is placed in a heating furnace preheated to 1000 ° C. in an air atmosphere and heated for 1 hour.

サファイア原料の強熱減量は、具体的には以下の手順により測定した。   Specifically, the ignition loss of the sapphire raw material was measured by the following procedure.

まず、測定するサファイア原料を白金皿に秤取った。サファイア原料は白金皿に秤取る際、加熱前質量(W1)として白金皿を含むサファイア原料の質量を測定しておいた。また、サファイア原料を秤取る前に白金皿の質量(W3)も予め測定を行っておいた。質量を測定する際には0.1mgまで測定を行った。以下、質量を測定する場合には同様に0.1mgまで測定を行っている。   First, the sapphire raw material to be measured was weighed in a platinum dish. When the sapphire raw material was weighed in a platinum dish, the mass of the sapphire raw material including the platinum dish was measured as the mass before heating (W1). Moreover, the mass (W3) of the platinum dish was also measured in advance before weighing the sapphire raw material. When measuring mass, it measured to 0.1 mg. Hereinafter, when measuring mass, it is measuring to 0.1 mg similarly.

そして、予め試験炉内を1000℃まで昇温しておいた。   The temperature in the test furnace was raised to 1000 ° C. in advance.

次いで、上記白金皿に秤取ったサファイア原料を試験炉内に挿入し、1時間加熱した。   Next, the sapphire raw material weighed in the platinum dish was inserted into a test furnace and heated for 1 hour.

なお、サファイア原料を試験炉に入れる際に試験炉内の温度が下がるため、サファイア原料を挿入後、試験炉内の温度が1000℃になってから1時間加熱を行った。   In addition, since the temperature in a test furnace fell when putting a sapphire raw material into a test furnace, after inserting the sapphire raw material, it heated for 1 hour after the temperature in a test furnace became 1000 degreeC.

1時間加熱を行った後、試験炉の炉内温度を600℃まで下げ、炉内から白金皿ごとサファイア原料を取り出し、シリカゲルで乾燥させたデシケータ内で除熱した。室温まで温度が下がったところで、デシケータから白金皿ごとサファイア原料を取り出し、加熱後質量(W2)として白金皿を含むサファイア原料の質量を測定した。   After heating for 1 hour, the in-furnace temperature of the test furnace was lowered to 600 ° C., and the sapphire raw material was taken out from the furnace together with the platinum plate, and the heat was removed in a desiccator dried with silica gel. When the temperature dropped to room temperature, the sapphire raw material was taken out together with the platinum dish from the desiccator, and the mass of the sapphire raw material including the platinum dish was measured as the mass (W2) after heating.

以上の手順により測定した結果から、以下の式により強熱減量を算出した。   From the results measured by the above procedure, the ignition loss was calculated by the following formula.

B=(W1−W2)/(W1−W3)×100
なお、上記式中、Bが強熱減量(%)、W1が加熱前質量(g)、W2が加熱後質量(g)、W3が白金皿の質量(g)をそれぞれ表す。
B = (W1-W2) / (W1-W3) × 100
In the above formula, B represents ignition loss (%), W1 represents mass before heating (g), W2 represents mass after heating (g), and W3 represents mass (g) of the platinum dish.

以下の実施例、比較例においても強熱減量は同様の条件で測定を行った。
[実施例2]
サファイア原料として、表1に示した原料2のうち、加熱前原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[実施例3]
サファイア原料として、表1に示した原料3のうち加熱後原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
In the following examples and comparative examples, the ignition loss was measured under the same conditions.
[Example 2]
A sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material 2 shown in Table 1 was used as a sapphire raw material, except that the raw material before heating was used.
[Example 3]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material after heating was used among the raw materials 3 shown in Table 1.

なお、原料3の加熱後原料とは、表1に示した原料3の加熱前原料について、表1に示した加熱条件(1000℃、2時間、真空雰囲気)で加熱処理した後の原料を意味する。表1に示したように、原料3の加熱後原料については、強熱減量が0.005wt%となる。   In addition, the raw material after the heating of the raw material 3 means the raw material after heat-processing the raw material 3 of the raw material 3 shown in Table 1 on the heating conditions (1000 degreeC, 2 hours, vacuum atmosphere) shown in Table 1. To do. As shown in Table 1, the ignition loss of the raw material 3 after heating is 0.005 wt%.

以下の実施例で、加熱後原料という場合には、各原料について表1に加熱前原料として示した強熱減量を有するサファイア原料について、表1に示した加熱条件で加熱処理したサファイア原料を指す。そして、各原料の加熱後の強熱減量は、表1中に加熱後原料として示している。
[実施例4]
サファイア原料として、表1に示した原料4のうち加熱後原料を使用した以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[実施例5]
サファイア原料として、表1に示した原料5のうち加熱後原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[実施例6]
サファイア原料として、表1に示した原料6のうち加熱後原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[実施例7]
サファイア原料として、表1に示した原料3のうち加熱前原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[実施例8]
サファイア原料として、表1に示した原料4のうち加熱前原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[比較例1]
サファイア原料として、表1に示した原料5のうち加熱前原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
[比較例2]
サファイア原料として、表1に示した原料6のうち加熱前原料を使用した点以外は、実施例1と同様にしてサファイア単結晶の製造を行った。
In the following examples, when it is referred to as a raw material after heating, it refers to a sapphire raw material that is heat-treated under the heating conditions shown in Table 1 for the sapphire raw material having the ignition loss shown as the raw material before heating in Table 1 for each raw material. . And the ignition loss after heating of each raw material is shown in Table 1 as a raw material after a heating.
[Example 4]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material after heating was used among the raw materials 4 shown in Table 1.
[Example 5]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material after heating was used among the raw materials 5 shown in Table 1.
[Example 6]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material after heating was used among the raw materials 6 shown in Table 1.
[Example 7]
A sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material 3 shown in Table 1 was used as the sapphire raw material before heating.
[Example 8]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material before heating was used among the raw materials 4 shown in Table 1.
[Comparative Example 1]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that the raw material 5 before heating was used among the raw materials 5 shown in Table 1.
[Comparative Example 2]
As a sapphire raw material, a sapphire single crystal was produced in the same manner as in Example 1 except that a raw material before heating was used among the raw materials 6 shown in Table 1.

Figure 2016199416
以上の各実施例および比較例で育成したサファイア単結晶について、金属粒子内包物、ボイドの有無に関しての評価と、サファイア単結晶育成後の坩堝について浸食の有無について評価を行った。
(金属粒子内包物)
金属粒子内包物は育成したサファイア単結晶をスライスしてウエハー状とした際に、ウエハー表面の突起物として観察される。
Figure 2016199416
The sapphire single crystals grown in the above examples and comparative examples were evaluated for inclusion of metal particle inclusions and voids, and for the presence or absence of erosion of the crucible after sapphire single crystal growth.
(Metal particle inclusions)
The metal particle inclusions are observed as protrusions on the wafer surface when the grown sapphire single crystal is sliced into a wafer.

そこで、金属粒子内包物の有無の評価に当たってはまず、各実施例、比較例で作製したサファイア単結晶をスライスしてウエハー状に加工し、次いでウエハー主表面を鏡面研磨した。そして、鏡面に仕上げたウエハー主表面にレーザ光を走査し、反射光から表面の凹凸を観察し、突起物を形成する異物の占める面積が測定面積の0.5%以下の場合を○、0.5%より多く2%未満の場合を△、2%以上の場合を×と評価した。
(結晶下部ボイド)
結晶下部のボイドの評価に当たってはまず、育成したサファイア単結晶について、スライスしてウエハー状に加工し、次いでウエハー主表面を鏡面研磨加工した。そして、鏡面研磨したウエハー主表面について目視及び拡大鏡検査により評価した。その結果ボイドの発生率が3%以下の場合を○、3%より多く5%未満の場合を△、5%以上の場合を×と評価した。
(坩堝浸食)
坩堝の浸食に関しては、サファイア単結晶を製造した後、坩堝11を取り出し、その内表面を目視で観察することにより評価を行った。目視の結果、坩堝表面に浸食が無かったものを〇、坩堝の内壁の一部に浸食が有ったものを△、坩堝の内壁の原料融液と接触していた部分の全面に浸食が有ったものを×と評価した。
Therefore, in evaluating the presence / absence of the inclusion of metal particles, first, the sapphire single crystals prepared in each Example and Comparative Example were sliced and processed into a wafer shape, and then the main surface of the wafer was mirror-polished. Then, a laser beam is scanned over the mirror-finished wafer main surface, the surface irregularities are observed from the reflected light, and the case where the area occupied by the foreign matter forming the protrusion is 0.5% or less of the measurement area is 0, 0 A case of more than 5% and less than 2% was evaluated as Δ, and a case of 2% or more was evaluated as ×.
(Crystal lower void)
In evaluating the void under the crystal, first, the grown sapphire single crystal was sliced and processed into a wafer, and then the main surface of the wafer was mirror polished. The main surface of the mirror-polished wafer was evaluated by visual inspection and magnifier inspection. As a result, the case where the void generation rate was 3% or less was evaluated as ◯, the case where it was more than 3% and less than 5%, and the case where it was 5% or more were evaluated as ×.
(Crucible erosion)
Regarding the erosion of the crucible, after the sapphire single crystal was manufactured, the crucible 11 was taken out and evaluated by visually observing its inner surface. As a result of visual inspection, ◯ indicates that there was no erosion on the crucible surface, △ indicates that erosion occurred on part of the inner wall of the crucible, and erosion occurred on the entire surface of the crucible inner wall that was in contact with the raw material melt. Was evaluated as x.

上記実施例、比較例で得られたサファイア単結晶についての評価結果を表2に示す。   Table 2 shows the evaluation results for the sapphire single crystals obtained in the above Examples and Comparative Examples.

Figure 2016199416
表2の結果から明らかなように、実施例1〜実施例6は、強熱減量が0.005wt%以下のサファイア原料を使用したため、坩堝の浸食は発生せず、育成結晶の金属粒子内包物や、育成結晶下部のボイドの発生も十分に抑制されており、良好な結果であった。
Figure 2016199416
As is apparent from the results in Table 2, since Examples 1 to 6 used a sapphire raw material with a loss on ignition of 0.005 wt% or less, no erosion of the crucible occurred, and the inclusion of metal particles in the grown crystal In addition, the generation of voids in the lower part of the grown crystal was sufficiently suppressed, and good results were obtained.

実施例7および実施例8に関しては、用いたサファイア原料の強熱減量が0.009wt%と実施例1〜実施例6で用いたサファイア原料と比較すると多少高めであった。このため、結晶下部のボイド、金属粒子内包物ともに実施例1〜実施例6の場合よりも多少多めであったが、実用可能なレベルであった。   Regarding Example 7 and Example 8, the ignition loss of the used sapphire raw material was 0.009 wt%, which was slightly higher than that of the sapphire raw material used in Examples 1 to 6. For this reason, although the void of the crystal | crystallization lower part and the inclusion of a metal particle were a little more than the case of Example 1- Example 6, it was a practical level.

比較例1に関しては、用いたサファイア原料の強熱減量が0.012wt%と0.01wt%を超えていたため、坩堝の浸食量が多く、育成結晶下部のボイドが大量に発生した。なお、育成結晶の金属粒子内包物については評価が△であり実用可能なレベルであった。   Regarding Comparative Example 1, since the ignition loss of the used sapphire raw material exceeded 0.012 wt% and 0.01 wt%, the amount of erosion of the crucible was large, and a large amount of voids were generated at the bottom of the grown crystal. The evaluation of the inclusion of the grown crystal metal particles was Δ, which was a practical level.

比較例2に関しては、用いたサファイア原料の強熱減量が0.019wt%と非常に高い値であったため、坩堝の浸食が激しく、育成結晶の金属粒子内包物、育成結晶下部のボイドがともに大量に発生することが確認された。   Regarding Comparative Example 2, since the ignition loss of the used sapphire raw material was a very high value of 0.019 wt%, the erosion of the crucible was intense, and both the inclusion of the grown crystal in the metal particles and the large amount of voids at the bottom of the grown crystal were large. It was confirmed that this occurred.

11 坩堝
21 原料融液
11 Crucible 21 Raw material melt

Claims (3)

モリブデン、タングステンから選択された1種類以上の金属を含有する坩堝内に充填されたサファイア原料を溶融した原料融液を用いてサファイア単結晶を製造するサファイア単結晶の製造方法であって、
前記サファイア原料の強熱減量が0.01wt%以下であるサファイア単結晶の製造方法。
A method for producing a sapphire single crystal using a raw material melt obtained by melting a sapphire raw material filled in a crucible containing one or more kinds of metals selected from molybdenum and tungsten,
The manufacturing method of the sapphire single crystal whose ignition loss of the said sapphire raw material is 0.01 wt% or less.
前記サファイア原料は、予め真空雰囲気下、500℃以上で1時間以上加熱している請求項1に記載のサファイア単結晶の製造方法。   The method for producing a sapphire single crystal according to claim 1, wherein the sapphire raw material is previously heated in a vacuum atmosphere at 500 ° C or higher for 1 hour or longer. 前記サファイア原料がアルミナ粉末、アルミナ粉末の焼結体、及びアルミナ粒から選択された1種類以上を含む請求項1または2に記載のサファイア単結晶の製造方法。   The method for producing a sapphire single crystal according to claim 1 or 2, wherein the sapphire raw material includes one or more selected from alumina powder, a sintered body of alumina powder, and alumina particles.
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