JP2809364B2 - 四ほう酸リチウム単結晶の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は四ほう酸リチウム単結晶
の製造方法、特にはＳＡＷデバイスの作製に有用とされ
る四ほう酸リチウム単結晶の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＳＡＷデバイス用の単結晶材料と
してはタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶、
四ほう酸リチウムなどが実用化されており、これらの単
結晶のなかでは四ほう酸リチウムが電気機械結合係数が
比較的大きく、かつデバイスの周辺温度の変動に伴なう
特性変化が非常に小さいことから、コードレス電話器、
自動車電話器に用いられるフィルターに有用な材料とさ
れている。

【０００３】そして、この四ほう酸リチウム単結晶は、
一般にチョコラルスキー法もしくはブリッジマン法によ
って融液から成長させ、この単結晶を円柱状に加工し、
さらに一定の結晶面方位を有するウエーハ状に切断し、
研磨した基板の形で各種デバイス用に提供されており、
例えばＳＡＷデバイスはこのようにして製作されたウエ
ーハ基板上に主としてＡｌからなる電極を形成したの
ち、四角形のチップを切り出すことによって作られてい
るが、このブリッジマン法による四ほう酸リチウム単結
晶の育成例としては小さな直径の種管がついた白金製の
ルツボを用いて、成長速度を 0.3mm／時以下と非常に遅
い速度で成長させるという方法が報告されている（J. C
rytal Growth, 99(1990), 811 参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このブリッジ
マン法で融液原料から四ほう酸リチウム単結晶を 0.5mm
／時以上の速い速度で成長させると、この単結晶に気泡
状の介在物が混入して結晶欠陥が生じ易くなるという問
題点がある。そのため、この気泡状介在物の発生を防止
するという目的において、この原料を灼熱減量が0.01重
量％以下のものとするということが提案されている（特
開昭58-55398号公報参照）が、この方法だけではセル成
長を抑制するには不充分であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不利
を解決した四ほう酸リチウム単結晶の製造方法に関する
ものであり、これはブリッジマン法で融液から四ほう酸
リチウム単結晶を成長させる方法において、種管の内径
をａとし、ルツボの胴体部の内径をｂとしたとき、ａ／
ｂの比が 0.5以上であることを特徴とするものである。

【０００６】すなわち、本発明者らはＳＡＷデバイス用
の四ほう酸リチウム単結晶の成長方法について種々検討
し、これについては四ほう酸リチウム単結晶を成長させ
るための種子結晶の直径を変化させて、この値と結晶中
にみられる気泡状の介在物の発生との関係について詳細
に調べたところ、種管の内径をａとし、ルツボの胴体部
の内径をｂとしたときのａ／ｂの比を 0.5以上となるよ
うにすれば気泡状介在物の発生を抑制することができる
ことを見出して本発明を完成させた。以下にこれをさら
に詳述する。

【０００７】

【作用】本発明は四ほう酸リチウム単結晶の製造方法に
関するものであり、これはブリッジマン法で融液から四
ほう酸リチウム単結晶を成長させる方法において、種管
の内径をａとし、ルツボの胴体部の内径をｂとしたとき
に、ａ／ｂの比が 0.5以上であるルツボを使用すること
を特徴とするものであるが、これによれば気泡状の介在
物の発生を防止することができるので、目的とするＳＡ
Ｗデバイス用の四ほう酸リチウム単結晶をブリッジマン
法で容易に得ることができるという有利性が与えられ
る。

【０００８】本発明による四ほう酸リチウム単結晶の製
造は前記したようにブリッジマン法で行なわれる。この
ブリッジマン法は公知のものであるが、これは例えば図
１に示した装置で行なわれる。図１はブリッジマン法に
よる単結晶生長方法の縦断面図を示したものであり、こ
の電気炉１の中には白金ルツボ２が設置されており、こ
の白金ルツボ２に仕込まれた四ほう酸リチウム多結晶体
は図示されていないヒーター部で加熱されて融体３とし
てルツボ内に保持されている。この白金ルツボにはその
下方に種管４が設置されており、この先端部に種結晶５
が挿入されている。

【０００９】四ほう酸リチウム単結晶の成長は、このル
ツボを所定温度に保持したのち、この融液３を種結晶５
に接触させ、これをより低温に保持されている炉１の下
方に例えば 0.5mm／時の降下速度で約 100mm降下させる
と、融液がルツボ２の中で四ほう酸リチウム単結晶に育
成されるので、降温後この白金ルツボを破って四ほう酸
リチウム単結晶を取り出せばよい。

【００１０】本発明ではこの種管４の内径をａとし、白
金ルツボの胴体部の内径をｂとしたときに、このａ／ｂ
の比が 0.5以上とすることが必要とされる。すなわち、
このａ／ｂが 0.5以下では種結晶の径がルツボの内径に
比べて小さすぎるので、四ほう酸リチウム単結晶の育成
時にここに気泡状の介在物が発生してこれが単結晶に混
入し、単結晶に結晶欠陥が生じるという不利が生じる。

【００１１】しかし、本発明にしたがってこのａ／ｂが
0.5以上となるように種管４の内径ａを大きくして種結
晶５を直径の大きくしたものとすると、この四ほう酸リ
チウム結晶が比較的熱伝導性のよいものであるため、育
成された結晶がヒートシンクとして作用するので、単結
晶成長界面から結晶化に伴なう潜熱を効率的に奪うこと
が可能となり、ここに気泡状の介在物の発生することが
なくなるので単結晶を結晶欠陥なく得ることができる
し、この成長速度を大きくすることができるという有利
性が与えられる。

【００１２】なお、この種管の内径ａは白金ルツボの胴
体部の内径をｂとしたとき、ａ／ｂの比が 0.5以上とな
るようにすればよいが、ルツボの加工性が良くなるこ
と、コーン部を作成する必要がなくなり、生産性がよく
なるということからこのａ／ｂは 1.0となるようにする
ことが好ましい。

【００１３】

【実施例】つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例１〜５、比較例１〜２ 純度４Ｎの炭酸リチウムとほう酸とを所定のモル比とな
るように秤量し、混合したのち 500℃で仮焼し、種管の
内径を表１に示した30mm〜80mmに変えたブリッジマン用
の直径が50mmまたは80mmで長さが 100mmの白金ルツボに
500ｇ入れ、この種管に長さ50mmの方位 <110>の四ほう
酸リチウム単結晶を挿入し、種を溶かさないように 920
℃で原料を溶解した。

【００１４】ついで、単結晶育成炉の育成方向の温度勾
配を10℃／cmに設定し、降下速度 0.5mmまたは 0.7mm／
時で 100mm移動させ、降温後白金ルツボを破って四ほう
酸リチウム単結晶を取り出し、育成終端の気泡状介在物
の有無をしらべたところ、表１に示したとおりの結果が
得られた。すなわち、種管の内径ａとルツボの胴体部の
内径ｂとの比が 0.5以上のときには気泡状介在物の存在
は認められなかったが、このａ／ｂが 0.5以下のときに
は気泡状介在物の発生のあることが確認された。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【発明の効果】本発明は四ほう酸リチウム単結晶の製造
方法に関するものであり、これは前記したようにブリッ
ジマン法で融液から四ほう酸リチウム単結晶を成長させ
る方法において、種管の内径をａとし、ルツボの胴体部
の内径をｂとしたときに、ａ／ｂの比が 0.5以上である
ルツボを使用することを特徴とするものであるが、これ
によれば気泡状介在物の混入が防止された四ほう酸リチ
ウム単結晶を得ることができるので、ＳＡＷデバイスの
作成に有用とされる四ほう酸単結晶を容易に得ることが
できるという工業的な有利性が与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ブリッジマン法による四ほう酸リチウム単結晶
製造装置の縦断面図要図を示したものである。

【符号の説明】

１……電気炉、 ２……白金ルツボ、 ３……融液、 ４……種管、 ５……種結晶。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブリッジマン法で融液から四ほう酸リチウ
   ム単結晶を成長させる方法において、種管の内径をａと
   し、ルツボの胴体部の内径をｂとしたときに、ａ／ｂの
   比が0.5以上であるルツボを使用することを特徴とする
   四ほう酸リチウム単結晶の製造方法。
2. 【請求項２】ａ／ｂの比が 1.0である請求項１に記載し
   た四ほう酸リチウム単結晶の製造方法。