JP2991583B2 - 単結晶の製造方法 - Google Patents

単結晶の製造方法

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JP2991583B2 JP5023566A JP2356693A JP2991583B2 JP 2991583 B2 JP2991583 B2 JP 2991583B2 JP 5023566 A JP5023566 A JP 5023566A JP 2356693 A JP2356693 A JP 2356693A JP 2991583 B2 JP2991583 B2 JP 2991583B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶の製造方法、特に
は表面弾性波素子および光変調器、第2次高調波発生素
子といった光部分に使われるニオブ酸リチウムまたはタ
ンタル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】種結晶を用いる結晶成長方法としてはチ
ョクラルスキー法、ブリッジマン法が知られているが、
この方法ではいずれの場合でも育成される単結晶は種結
晶と同じ方位で結晶が成長する。しかし、この単結晶が
ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムである場合に
は、育成された単結晶が育成終了後に冷却する過程でた
びたび割れるという問題点がある。これは結晶育成中あ
るいは結晶冷却中の温度勾配が大きすぎて熱歪が大きく
なりすぎること、融液中の不純物濃度が高くなりすぎて
セル成長を起こすことなどが原因とされているが、この
原因は未だに解明されておらず、したがって単結晶の製
造歩留りは低いレベルのままとされている。
【0003】ただし、これについてはこの種結晶に結晶
欠陥である粒界が含まれていると育成される結晶に粒界
が伝搬され、結晶の熱歪や静電反撥力により粒界部分で
クラックが入り易く、育成結晶の歩留りが低下すると報
告されており、これを解決するためにニオブ酸リチウム
やタンタル酸リチウムなどの単結晶を育成する際に、単
結晶育成に使用する種結晶を育成する結晶と異なる方位
の結晶から作成したものを使用するという方法が提案さ
れている(特開昭63-60194号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法には
ここに使用する種結晶に存在する粒界がどのような結晶
欠陥をもつものであるのかが明らかにされていないし、
これには1)目的とする方位と異なる種結晶用の結晶を
育成する必要があるために手間がかかる、2)種結晶用
の結晶から育成方向と斜め、極端な場合には直交する方
向から種結晶を切り出すために、充分な長さの種結晶が
得られないし、また種結晶の本数が少ない、3)種結晶
用の結晶中には粒界が存在するために、異なる方位から
種結晶を切り出すと、この公報の第1図〜第3図に示さ
れているように第4図と比較して粒界の密度の減ってい
るものが得られるとしてもこの種結晶中には粒界が含ま
れているので本質的な解決方法にはならない、という欠
点がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、欠点を解決した単結晶の製造方法に関するものであ
り、これは種結晶を用いる単結晶を製造方法において、
種結晶の一部の面を鏡面状に仕上げ、この鏡面を可視光
あるいは偏光で調べて該種結晶中にZ軸方向の筋状のパ
ターンがない種結晶を選別し、これを結晶成長に使用す
ることを特徴とするものである。
【0006】すなわち、本発明者らは種結晶を用いる単
結晶、特にはニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウ
ム単結晶を歩留り良く結晶育成する方法について種々検
討した結果、これについてはこの単結晶の育成に使用さ
れる種結晶の欠陥を簡易な方法で検出し、これによって
欠陥のない種結晶を使用して結晶成長を行えば歩留り良
く結晶育成が可能となることを見出し、この種結晶の欠
陥を検出するためには種結晶の一部の面を鏡面状に仕上
げ、この鏡面から内部の欠陥を可視光または偏光で調べ
ればよく、これは種結晶のZ軸方向における筋状パター
ンの存在の有無で明白に区別できることを確認し、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】本発明は単結晶の製造方法に関するもので、こ
れは種結晶を用いる単結晶の製造方法において、種結晶
の一部の面を鏡面状に仕上げ、この鏡面を可視光あるい
は偏光で調べて該種結晶中にZ軸方向の筋状のパターン
がない種結晶を選別し、これを結晶成長に使用すること
を特徴とするものであるが、これによれば種結晶が欠陥
のないものとされるので種結晶から伝搬される結晶欠陥
の無い結晶を歩留りよく得ることができるという有利性
が与えられる。
【0008】本発明による単結晶の製造は、種結晶を用
いる結晶成長、例えばチョクラルスキー法、ブリッジマ
ン法に関するものであるが、これは特にはニオブ酸リチ
ウム、タンタル酸リチウム単結晶の製造方法に関するも
のである。本発明による単結晶の製造方法は種結晶を用
いるものであるが、これは種結晶として欠陥のないも
、具体的には種結晶中にZ軸方向の筋状のパターンが
ないものを選択使用するというものであり、この種結晶
の欠陥を検出する方法は、種結晶の一部を鏡面状に仕上
げ、この鏡面から内部の欠陥を可視光または偏光で調べ
るというものである。
【0009】したがって、例えば種結晶としてチョクラ
ルスキー法で作られた、直径3インチ、長さ 100mmのX
軸方向に引き上げられたタンタル酸リチウム単結晶の両
端面を鏡面に研磨したのち、10×10mm2 ×100mm の大き
さの種結晶用のブロックを切り出し、この10×10mm2
面からこの種結晶内部を蛍光灯下または偏光下で観察し
たところ、図1に示したようにZ軸方向に筋状のパター
ンが認められるものと、このようなパターンが全く認め
られないか、または非常に薄く、あるいはその方向がZ
軸方向からずれているものに区別された。
【0010】そこで、このZ軸方向に走る筋状のパター
ンを含む種結晶を用いて結晶引上げを行なったところ、
育成結晶にクラックが起り、このクラックの起きた結晶
から厚さ5mmの試料を切り出し、偏光下で観察すると種
結晶から筋状のパターンが育成結晶に伝搬していること
が確認されたが、一方筋状のパターンが認められない種
結晶を用いて結晶引上げを行なったところ、この場合に
は非常に歩留り良く結晶育成が可能になることが確認さ
れ、この筋状のパターンをもつ種結晶を用いないことが
結晶のクラックをなくすのに大きな効果をもつことが見
出された。
【0011】また、これについては同様の方法でチョク
ラルスキー法で製造された、直径3インチ、長さ 100mm
のZ方向に向ってY軸から36°Y±10°の傾きである方
向に引き上げられたタンタル酸リチウム単結晶から、8
×8mm2 ×100mm の大きさに種結晶用のブロックを切り
出し、この8×8mm2 の面を鏡面に研磨し、この種結晶
内部を蛍光灯下または偏光下でこの鏡面から観察したと
ころ、図1に示したようにZ軸方向に筋状のパターンが
認められる種結晶とこのようなパターンが全く認められ
ないか、これが非常に薄く、またその方向がZ軸方向か
らずれているものに区別された。
【0012】そこで、このZ軸方向に走る筋状パターン
を含む種結晶を用いて結晶引上を行なったところ、育成
結晶の肩部にクラックが起り、このクラックの起きた結
晶から厚さ5mmの試料を切り出し、偏光下で観察すると
種結晶から筋状のパターンが育成結晶に伝搬しているこ
とが確認されたが、一方筋状のパターンが認められなか
った種結晶を用いて結晶引上げを行なったところ、この
場合には結晶にクラックが発生せず、非常に歩留り良く
結晶成長のできることが確認された。したがって、この
方法は種結の方位がX軸±10°またはZ軸方向に向かっ
てY軸より36°Y±10°の傾きであるタンタル酸リチウ
ム単結晶の場合に特に顕著な効果を発揮することが見出
された。
【0013】また、本発明による種結晶を用いる単結晶
の製造方法において、ここに使用する種結晶の欠陥を検
出する方法としては、例えばタンタル酸リチウムの両端
面、好ましくは筋状のパターンが顕著にあらわれるテイ
ル側から厚さ 0.5mmのウエーハを切り出し、これを鏡面
状に研磨し、X線トポグラフをとってもZ軸方向に走る
筋状のパターンを確認することができるので、筋状パタ
ーンをこの方法で確認してもよく、これでZ軸方向に走
る筋状のパターンのあるものは避け、この筋状パターン
のない種結晶を使用して結晶成長を行えば、クラックが
発生せず、したがって歩留りよく結晶成長を行なうこと
ができる。
【0014】なお、この単結晶の成長を行なうための種
結晶の選別は、前記したように種結晶用の結晶の一面を
研磨したのち検査を行なうのであるが、これは必要な大
きさの種結晶を切り出したのちに研磨加工を施して検
査、選別を行なってもよい。また、本発明により種結晶
を選別して引上げた結晶の両端面を鏡面に研磨し、結晶
内部を観察した結果、筋状のパターンが大幅に減少して
おり、光学用の結晶として有用であることも確認でき
た。
【0015】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例1、比較例1 予めZ軸方向に向かってX軸より36°の傾きの結晶工学
的方位を有するタンタル酸リチウムの種結晶をイリジウ
ムルツボの中に形成されているタンタル酸リチウム融液
に浸し、36°Y軸方向の結晶学的方位に徐々に引き上げ
て直径3インチ、長さ 100mmの種結晶用のタンタル酸リ
チウム単結長を成長させた。
【0016】ついで、この種結晶用のタンタル酸リチウ
ム単結晶のコーン部とテイル部を切断し、コーン側とテ
イル側の両方を鏡面状に研磨し、これから一辺が10mmの
角柱を切り出し、この鏡面側から蛍光灯下で内部を観察
してZ軸方向に走る筋状のパターンの有無をしらべて、
Z軸方向に走る筋状パターンが見られる種結晶とこれが
見られなかった種結晶とに分類し、これらを用いて36°
Y軸方向のタンタル酸リチウム単結晶を引き上げ、その
肩部にみられるクラックの有無と種結晶採取位置との関
係をしらべたところ、図2に示したとおりの結果が得ら
れ、このクラックの有無と筋状パターン(脈理)との関
係を整理したところ、表1に示したとおりの結果が得ら
れた。なお、図2におけるMは筋状のパターンがみえる
単結晶を、数値の分母は引上げ回数、分子はクラックの
回数を示したものである。
【0017】
【表1】
【0018】実施例2、比較例2 予めX軸方向の方位を有する種結晶をイリジウムルツボ
の中に形成されたタンタル酸リチウム融液に浸し、X軸
方向の結晶学的方位に徐々に引き上げて直径3インチ、
長さ 100mmの種結晶用のタンタル酸リチウム単結晶を成
長させたのち、このコーン部を鏡面状に研磨し、これか
ら一辺が10mmの角柱を切り出した。
【0019】ついで、この角柱状の種結晶の鏡面側から
蛍光灯下で内部を観察して、Z軸方向に走る筋状パター
ンの有無をしらべると共に、偏光下でも内部を観察し、
さらには結晶のテイル部から 0.5mm厚さのウエーハを採
取し、鏡面状に研磨加工したのち、X線トポグラフをと
ったところ、この結果はいずれも蛍光灯下での観察結果
とよく一致した。
【0020】つぎにこの結果にもとづいてZ方向に走る
筋状のパターンが見られる種結晶とこれが見られなかっ
た種結晶とに分類し、これらを用いてX軸方向のタンタ
ル酸リチウムを引き上げ、そのクラックの有無と種結晶
採取位置との関係をしらべたところ、図3に示したとお
りの結果が得られ、このクラックの有無と筋状パターン
の有無との関係を整理したところ、表2に示したとおり
の結果が得られた。なお、図3におけるMは筋状パター
ンがみえる種結晶を、数字の分母は引上げ回数、分子は
クラックの回数を示したものである。
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】本発明は単結晶の製造方法、特にはニオ
ブ酸リチウム、タンタル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種結晶を用い
る単結晶の製造方法において、種結晶の一部の面を鏡面
状に仕上げ、この鏡面を可視光あるいは偏光で調べて
種結晶中にZ軸方向の筋状のパターンがない種結晶を選
し、これを結晶成長に使用することを特徴とするもの
であるが、これによれば上記した簡易な方法でZ軸方法
に筋状のパターンを有する種結晶を識別できるので、こ
れを使用しないようにすれば目的とする単結晶を歩留り
良く得ることができるという有利性が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】種結晶としてのタンタル酸リチウム単結晶のブ
ロックを鏡面に研磨し、蛍光灯下で観察したときに認め
られるZ軸方向の筋状パターン図を示したものである。
【図2】実施例1および比較例1における種結晶ブロッ
クを用いて得たタンタル酸リチウム単結晶のクラックの
有無と種結晶採取位置との関係図を示したものである。
【図3】実施例2および比較例2における種結晶ブロッ
クを用いて得たタンタル酸リチウム単結晶のクラックの
有無と種結晶採取位置との関係図を示したものである。
フロントページの続き (72)発明者 流王 俊彦 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越 化学工業株式会社 精密機能材料研究所 内 (56)参考文献 特開 昭61−141699(JP,A) 特開 昭63−270385(JP,A) 特開 昭63−295500(JP,A) 特開 昭58−167496(JP,A) 特開 平5−132396(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 1/00 - 35/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 種結晶を用いる単結晶の製造方法におい
    て、種結晶の一部の面を鏡面状に仕上げ、この鏡面を
    視光あるいは偏光で調べて該種結晶中にZ軸方向の筋状
    のパターンがない種結晶を選別し、これを結晶成長に使
    用することを特徴とする単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】単結晶がニオブ酸リチウムまたはタンタル
    酸リチウムである請求項1に記載した単結晶の製造方
    法。
  3. 【請求項3】単結晶がX軸±10°の方位を有するタンタ
    ル酸リチウムである請求項1に記載した単結晶の製造方
    法。
  4. 【請求項4】単結晶がZ方向に向ってY軸より36°Y±
    10°の傾きの方位を有するタンタル酸リチウムである請
    求項1に記載した単結晶の製造方法。
  5. 【請求項5】種結晶の方位がX軸±10°であり、該種結
    晶中にZ軸方向に筋状のパターンがないものを用いてX
    軸方法にタンタル酸リチウムを結晶成長させる請求項
    記載した単結晶の製造方法。
  6. 【請求項6】種単結晶の方位がZ軸方向に向ってY軸よ
    り36°Y±10°の傾きであり、該種結晶中にZ軸方向に
    筋状のパターンがないものを用いてZ軸方向に向ってY
    軸より36°Y±10°の傾きをもつ方向にタンタル酸リチ
    ウムを結晶成長させる請求項1に記載した単結晶の製造
    方法。
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JP2013184835A (ja) * 2012-03-06 2013-09-19 Shin-Etsu Chemical Co Ltd タンタル酸リチウム単結晶ウェーハ及びその製造に用いるルツボ
JP7110758B2 (ja) * 2018-06-25 2022-08-02 住友金属鉱山株式会社 種結晶の製造方法、種結晶の選別方法および金属酸化物単結晶の製造方法
JP7125711B2 (ja) * 2018-09-27 2022-08-25 住友金属鉱山株式会社 鉄ガリウム合金の単結晶育成用種結晶の製造方法および鉄ガリウム合金の単結晶育成方法
JP7336961B2 (ja) * 2019-10-31 2023-09-01 信越化学工業株式会社 単結晶インゴットの製造方法及び単結晶ウエハの製造方法

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