JP2692732B2 - 単結晶製造方法 - Google Patents

単結晶製造方法

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JP2692732B2
JP2692732B2 JP5568595A JP5568595A JP2692732B2 JP 2692732 B2 JP2692732 B2 JP 2692732B2 JP 5568595 A JP5568595 A JP 5568595A JP 5568595 A JP5568595 A JP 5568595A JP 2692732 B2 JP2692732 B2 JP 2692732B2
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pipe
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crystal
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taper
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秀夫 木村
健則 沼澤
充典 佐藤
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科学技術庁金属材料技術研究所長
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、単結晶の製造方法に
関するものである。さらに詳しくは、この発明は、レー
ザー素子、波長変換素子等の非線形光学材料として有用
な酸化物単結晶等の新しい製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来より、単結晶の引き上げ
法による製造には様々な工夫がなされてきているが、酸
化物単結晶の製造方法としては、いずれも満足できるも
のとはなっていないのが実情である。このような状況に
おいて、細い直胴パイプ内部に種結晶を装着して融液に
浸し、相転移温度以下の低温部で種結晶と接触させ、引
き上げ法によって相転移を有する結晶の低温相単結晶を
製造する方法や、細い直胴パイプ内部で核生成させて多
結晶とし、結晶が成長する間に生成した多結晶を単結晶
化させ、引き上げ法によって単結晶を製造する方法がこ
の発明の発明者らによって提案されている。
【0003】これらのパイプを用いた方法は、これまで
にない良質の単結晶を与えるものとして注目されてい
る。しかしながら、一方で、これらの方法の場合には、
直胴のパイプを用いるために、結晶の肩形成時における
温度制御が難しく、パイプ外周部にパイプ内部とは異な
る方位を持つ結晶核が生成し、その結晶核の成長の抑制
が難しいために、最終的に多結晶が生成しやすい等の問
題があった。
【0004】そこでこの発明は、以上通りの事情を鑑み
てなされたものであり、直胴パイプを用いた引き上げ法
による単結晶の製造方法の特徴を生かしつつ、パイプ外
周部における結晶核の生成を抑制し、さらに偶発的に発
生した結晶核の成長を抑えることで、さらに高品質な単
結晶を製造することのできる、新しい方法を提供するこ
とを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、引き上げ法による単結晶の製造
において、その下端部が融液側に向かって徐々に開いた
テーパー形状を有するパイプの内部に種結晶を装着し、
相転移温度以下に過冷却した低温融液と種結晶とを接触
させ、相転移を有する結晶の低温相単結晶をパイプ内部
で作成し、引き続いて所定の大きさの単結晶を製造する
ことを特徴とする単結晶の製造方法を提供する。
【0006】また、この発明は、上記方法において、テ
ーパーを有するパイプ内部に種結晶をあらかじめ装着せ
ずに、最初に晶出した多結晶をパイプ内部で成長させて
単結晶化することにより、単結晶を作成する方法をも提
供し、さらにはテーパーの開口部の直径が所定の単結晶
の直径の半分以下であること等をそれらの一つの態様と
してもいる。
【0007】
【作用】この発明は、上記の通り、融液側に向かって徐
々に開いたテーパー形状のパイプを用いて、目的とする
所定の大きさの単結晶を製造するものであるが、下端部
のテーパー形状によって、融液面からパイプ開口部が離
れたときの、結晶の直径が大きくなるために、温度制御
性が向上し、パイプ外周部での核生成を抑制することが
できる。
【0008】パイプテーパー形状部では、完全にカバー
されたフルカバー状のパイプではなく、短冊状、または
ワイヤー状のパイプでもよい。この場合には、融液が表
面張力により保持されるために結晶直径は増大して結晶
化し、パイプ外周部での核生成を抑制し、さらに転位の
発生も抑制することができる。他方、フルカバー状のパ
イプでは、万が一パイプ外周部で生成した結晶の成長を
カバー部で抑制することができるという特徴がある。
【0009】また、フルカバー状のパイプの場合、結晶
とパイプとの接触面積が大きいため、接触界面で転位が
発生する恐れがあるが、これはテーパーを有するパイプ
の直径を目的とする結晶直径より小さくすることにより
肩の形成時に除外することができる。以下、実施例を示
してさらに詳しく酸化物単結晶の製造方法について説明
する。
【0010】
【実施例】実施例1 添付した図面の図1は、フルカバー状のテーパーを有す
るパイプを用いた単結晶の製造装置の概略図である。図
1に示したように、高周波加熱引き上げ装置において、
直径、高さともに50mmの白金製ルツボ中(1)で5
0gのBaB2 4 を大気中で融解し(融点:1095
℃)、直胴部の直径が2mm、肉厚0.1mm、長さ5
0mmの白金製パイプ(2)に開口部分の直径が20m
m、テーパー角30°のフルカバー状のテーパー(3)
を設け、引上軸にパイプ(2)上部を取付け、20rp
mで回転させながら融液(4)に上方から浸し、テーパ
ー(3)まで完全に埋没させる。
【0011】図1に示したように、白金製パイプ(2)
内部には、直径1.5mm、長さ9mmの種結晶(5)
が装着してある。白金は、BaB2 4 と反応せず、良
く濡れるために、パイプ材料として適している。融液
(4)は白金製パイプ(2)内部を毛管現象により約1
0mm上昇し、相転移温度(925℃)以下の過冷却状
態において白金製パイプ(2)内部の種結晶部(5)と
接触し単結晶化が始まる。
【0012】パイプを20rpmで回転させながら上方
へ2mm/hで引き上げるにつれて、単結晶(6)と融
液(4)との界面は白金製パイプ(2)内部からテーパ
ー(3)開口部へと移動する。引き続いてこの単結晶
(6)を種結晶として用いて結晶成長を継続させる。こ
の時パイプ外周部においてパイプ内部の結晶と方位の異
なる結晶が生成するが、フルカバー状のテーパー(3)
部分において、結晶の成長が抑制される。白金製パイプ
(2)内部において、単結晶(6)はパイプ形状にした
がい成長し、最終的に結晶化した単結晶はテーパー
(3)の開口部から離れて、通常の引き上げ法と同じよ
うに単結晶化が進行し、直径20mm、長さ50mmの
単結晶が製造できた。
【0013】なお、図2は、テーパー部が分割された短
冊状のテーパー(7)、ワイヤー状のテーパー(8)を
有するパイプを示したものである。短冊状の場合は、そ
の幅約1mmの短冊が、端部間隔約2mm程度になるよ
うにした。また、ワイヤー状の場合には、ワイヤー径
0.5mm、端部間隔2mmとなるようにした。
【0014】このような短冊状のテーパー(7)、ワイ
ヤー状のテーパー(8)を有するパイプを用いることに
よっても、単結晶育成時の肩形成を容易にでき、パイプ
外周部での結晶核生成を抑制することができた。実施例2 上記の実施例1と同様な方法で、白金製パイプ(2)内
部に種結晶(5)を装着せずに単結晶を製造したとこ
ろ、パイプ内部での成長中に多結晶は単結晶化する。こ
の時パイプ外周部においてパイプ内部の結晶と方位の異
なる結晶が生成するが、パイプのテーパー部においてこ
の結晶は成長が抑制される。単結晶はパイプ形状に従っ
た形状でもって成長する。最終的に、通常の引き上げ法
と同じように単結晶化が進行し、直径20mm、長さ5
0mmの単結晶が製造できた。実施例3 上記の実施例1と同様な方法で、開口部分の直径が10
mmであるフルカバー状のテーパー(3)に装着して単
結晶を製造した。
【0015】白金パイプ内部には直径1.5mm、長さ
3mmの種結晶を装着してある。融液は白金パイプ中を
毛管現象により約10mm上昇し、相転移温度(925
℃)以下の過冷却状態においてパイプ内部の種結晶部よ
り単結晶化が始まる。パイプを上方へ20rpmで回転
させながら2mm/hで引き上げるにつれて結晶と融液
との界面はパイプ内部を下方へと移動する。引き続いて
この単結晶を種結晶として用いて結晶成長を継続させ
る。この時パイプ外周部においてパイプ内部の結晶と方
位の異なる結晶が生成するが、パイプのフルカバーテー
パー部においてこの結晶は成長が抑制される。単結晶は
パイプ形状にしたがった形状でもって成長する。最終的
に結晶化した単結晶はパイプ端から離れて、肩の形成を
継続させることができ、通常の引き上げ法と同じように
単結晶化が進行して直径20mm、長さ50mmの単結
晶が製造できた。テーパー最終部の直径が目的とする単
結晶の半分であるため、パイプ内面から発生した転位を
最終的に除去することができ、高品質の単結晶を製造す
ることができた。
【0016】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明したと
おり、引き上げ法による単結晶の製造方法において、目
的としない結晶核の生成を抑えることができることか
ら、単結晶製造の再現性、また単結晶の品質が向上す
る。また、従来の製造装置をそのまま流用することがで
きるため、設備費等がかからない。
【図面の簡単な説明】
【図1】フルカバー状のテーパーを有するパイプを用い
た単結晶の製造装置の概略図である。
【図2】(a)(b)は、各々、短冊状、並びにワイヤ
ー状のテーパーを有するパイプを示した図である。
【符号の説明】
1 白金製ルツボ 2 白金製パイプ 3 フルカバー状のテーパー 4 融液 5 種結晶 6 単結晶 7 短冊状のテーパー 8 ワイヤー状のテーパー

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 引き上げ法による単結晶の製造におい
    て、その下端部が融液側に向かって徐々に開いたテーパ
    ー形状を有するパイプの内部に種結晶を装着し、相転移
    温度以下に過冷却した低温融液と種結晶とを接触させ、
    相転移を有する結晶の低温相単結晶をパイプ内部で作成
    し、引き続いて所定の大きさの単結晶を製造することを
    特徴とする単結晶製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の方法において、テーパーを有
    するパイプ内部に種結晶をあらかじめ装着せずに、最初
    に晶出した多結晶をパイプ内部で成長させて単結晶化す
    ることにより、単結晶を作成することを特徴とする単結
    晶製造方法。
  3. 【請求項3】 テーパーの開口部の直径が所定の単結晶
    の直径の半分以下である請求項1または2の単結晶製造
    方法。
  4. 【請求項4】 テーパー部が、短冊状、またはワイヤー
    状パイプである請求項1ないし3のいずれかの単結晶製
    造方法。
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