JP3089418B1 - フッ化リチウムカルシウムアルミニウム単結晶およびその製造方法 - Google Patents
フッ化リチウムカルシウムアルミニウム単結晶およびその製造方法Info
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Abstract
ウム単結晶単結晶を製造する。 【解決手段】 (a)原料のLiF, CaF2, AlF3, CeF3及び N
aF の混合比がモル比でLiF:(CaF2+ CeF3十NaF):AlF3 =
1〜1.02:1:1〜1.03、かつCaF2 :CeF3 :
NaF=0.85〜0.994 : 0.05〜0.001 : 0.1〜0.005とな
り、かつNaFの濃度が常にCeF3の濃度のモル比で2倍とな
るように混合粉末フッ化物原料を準備し、(b)高真空中
で、例えば500℃以上で1000℃の範囲内の温度ま
で加熱、融解後、作製炉内にフロン系ガスを導入し、表
面を含む融液あるいは溶液内の不純物と、十分な時間反
応させて不純物を除去し、融液成長法によってフッ化リ
チウムカルシウムアルミニウム単結晶を製造することを
特徴とするセリウムを添加したフッ化リチウムカルシウ
ムアルミニウム単結晶の製造方法。
Description
ルシウムアルミニウムにセリウムを添加した新規な単結
晶の製造方法に関する。
わたる高い透過性、小さな結晶場、屈折率の温度係数が
負であることなどの特性から、レーザー用結晶として大
きな期待を集めている。しかしながら,フッ化物単結晶
は作製雰囲気、作製温度、原料の純度や組成の制御等、
作製を困難にする要因が多数存在する。これらの単結晶
のうち、フッ化リチウムカルシウムアルミニウム単結晶
は紫外線領域でのレーザー発振において用いられる優れ
た素材の一つであるが、その作製条件は明確ではなかっ
た。
ウム単結晶を作製する際には、粉末原料の純度が99.
999wt%(9が5つ並ぶので“5N”と呼ぶ。以下
“3N”も同様)以上、或いは紛末原料中の水分量が1pp
m以下でなければならないとされていた。このため、原
料をゾーン精製、または乾燥フッ化水素(以下にHFと
する)気流中で水分を除去する等により高純度化して単
結晶を作製する方法、或いは乾燥HF中で単結晶を作製
する方法が提案されている。
の方法は高純度のフッ化物粉末原料を使用することを必
要としたり、煩雑な処理工程を必要とする。そこで、従
来技術の方法よりも簡単で、かつ例えば、純度3N(9
9.9重量%)級程度のフッ化物粉末原料を使っても、
高品質な単結晶を製造することを可能とする方法が要望
されている。本発明は、このような新規なフッ化リチウ
ムカルシウムアルミニウム(LiCAF)単結晶の製造方法
およびこのような製造方法を用いて得られる新規なフッ
化リチウムカルシウムアルミニウム(LiCAF)単結晶を
提供することを目的とする。
可変紫外域レーザーに有用であるCe:LiCAF単結晶の作製
方法を検討した結果、(a) フッ化リチウムカルシウムア
ルミニウム原料の混合比をLiF、AlF側にずらし、 (b)Ce
F3を添加し、更に(c)これに電荷補償のためにNaFを共
に添加することが有効であることを見出し た。
たは乾燥HF気流中での水分除去等の高純度化を行わなく
とも、或いはHF雰囲気中で結晶作製を行わなくても、原料
の混合比を変化させることで良質なCe:LiCAF単結晶が
製造できることを見出したもので ある。以下、本発明の
内容を詳細に述べる。
リチウムカルシウムアルミニウム単結晶の製造方法は、
(a)原料のLiF, CaF2, AlF3, CeF3及び NaF の混合比が
モル比でLiF:(CaF2+ CeF3十NaF):AlF3 =1〜1.02(但
し、1除く):1:1〜1.03(但し、1除く)、かつCa
F2 : CeF3 : NaF=0.85〜0.994 : 0.05〜0.001 : 0.1〜
0.005となり、かつNaFの濃度が常にCeF3の濃度のモル比
で2倍となるように混合粉末フッ化物原料を準備し、(b)
10-6torr以上の高真空を保ちながら、粉末フッ化
物原料を室温から500〜1000℃の範囲の温度まで
加熱し、炉内において原料中に含まれる水分・酸素を除
去し、(c)原料を融解後、作製炉内にフロン系ガスを導
入し、融液あるいは溶液表面に発生する不純物および融
液あるいは溶液内に存在する不純物と、作製炉内のフロ
ン系ガスとを、不純物を除去するのに十分な時間反応さ
せることによって不純物を除去し、(d)得られた融液あ
るいは溶液から融液成長法によってフッ化リチウムカル
シウムアルミニウム単結晶を製造することを特徴とす
る。
ムカルシウムアルミニウム単結晶フッ化物として計算し
モル比で(a) LiF, CaF2, AlF3, CeF3及び NaF のモル比
でLiF:(CaF2+ CeF3十NaF):AlF3 = 1〜1.02(但し、
1除く):1:1〜1.03(但し、1除く)、かつCaF2 :
CeF3 : NaF=0.85〜0.994 : 0.05〜0.001 : 0.1〜0.005
となり、かつNaFの濃度が常にCeF3の濃度のモル比で2倍
となるを特徴とする。
(99.9重量%)級の混合フッ化物粉末原料を使った
場合でも、従来技術の方法に比してより簡便に、高品質
な単結晶を製造することが可能となる。
造方法は、不純物を除去して得た融液又は溶液からAr
などの不活性ガス雰囲気下で融液成長法によってフッ化
物バルク単結晶を作製することが好ましい。このように
することによって、融液成長法によりフッ化物バルク単
結晶を成長・作製する際に不純物の混入をより効果的に
防止することが可能となる。
単結晶の製造方法をより詳細に説明する。 (a) 混合粉末フッ化物原料の準備 原料のLiF, CaF2, AlF3, CeF3及び NaF の混合比がモル
比でLiF:(CaF2+ CeF3+NaF):AlF3 =1〜1.02(但し、
1除く):1:1〜1.03(但し、1除く)、かつCaF2 :
CeF3 : NaF=0.85〜0.994 : 0.05〜0.001 : 0.1〜0.005
となり、かつNaFの濃度が常にCeF3の濃度のモル比で2倍
となるように混合粉末フッ化物原料を準備する。これ
は、原料の混合比をLiF、AlF3側にずらし、 CeF3を添加
し、更に電荷補償のためにNaFを添加することを意味す
る。上記条件を外れる場合透明でクラックやインクルー
ジョン等のない単結晶はできない。
び酸素の除去 10-6torr以上の高真空を保ちながら、粉末フッ化
物原料を室温から500〜1000℃の範囲の所定の温
度まで加熱し、炉内において原料中に含まれる水分・酸
素を除去する。
晶の組成に応じて適宜選択して用いる。粒度等も特に制
限が無く当業者であれば適宜設定できる範囲内である。
また、10-6torr以上の高真空とするのは水分およ
び酸素の除去を容易とするためである10-6torr未
満だと十分に水分を除去できない。
で例えば1000℃の範囲内の所定の温度まで加熱し、
原料中に含まれる水分・酸素を除去する。500℃未満
であると十分な効果が望めず、また上限温度は水分・酸
素の除去という観点から設定し、例えば100℃とす
る。
又は溶液表面に発生する不純物および融液又は溶液内に
存在する不純物と、作製炉内のフロン系ガスとを、不純物
を除去するのに十分な時間反応させることによって不純
物を除去する。フロン系ガスであれば本工程で用いるこ
とができるが、例えばCF4を用いることができる。また
フロン系ガスと他のガス、例えばC2H6との混合ガスを用
いることもできる。「不純物を除去するのに十分な時
間」とは、例えば30分以内等とすることができる。な
お、成長結晶の組成と液体の組成が等しい場合を「融
液」といい、そしでない場合を「溶液」という。
結晶の製造 得られた融液あるいは溶液から融液成長法によってフッ
化物バルク単結晶を製造する。
(XRD)で、またOH-基の存在の有無はFR−IR
により調べた。
製造方法の好ましい実施態様を具体的に述べる。原料に
は、例えばCaF2,AlF3、LiF, BaF2, YF3, CeF3, NaFな
ど,純度99.95%の市販のフツ化物粉末原料を上記所定の
割合で使用する。これを坩堝内にスプーンなどで押し込
め、そのまま単結晶作製炉内に置く。ここで10-6tor
r程度まで真空に引き、室温から700℃程度(500〜1000
℃)まで真空状態で加熱する。
結晶作製炉に導入する。その後昇温し、粉末原料を融解
し、そのまま30分、液体状態で保つ。この時、粉末原料中、
或いは炉内に存在する水分などの影響により液体表面に
現れる不純物(酸化物,酸フツ化物,カーボンなど)が、フ
ロン系ガスと反応することにより、全て消滅する。これに
より不純物のない、融液(液体)が得られる。この融液(溶
液)から単結晶を作製すると高品質フツ化物バルク単結
晶が得られる。
引き上げ法では以下のように行う。融液の温度は各化合
物の融点近辺に保ち、種結晶を1〜50rpmで回転させなが
ら0.1〜10mm/hの速度で引き上げることによって、結晶中
に気泡やスキヤツタリングセンターなどのない、透明な
高品質単結晶が得られる。他の単結晶の製造方法として
は、ブリッジマン法等が考えられる。
販粉末原料をモル比でLiF:(CaF2+CeF 3十NaF) :AlF3=1.0
2:1:1.03、かつCaF2:CeF3: NaF=0.985 : 0.005 : 0.01
となるように秤量し、それらを混合せずに坩堝内に充填
した。原料の全重量は140gであった。そのまま単結晶作製
炉内に坩堝を置き、10-6torr程度まで真空に引き、
そのまま約700℃程度まで真空状態で加熱した。
その後、 昇温し、粉末原料を融解し、そのまま30分、液体
状態で保った。この時、液体表面に現れた不純物が、 CF4
ガスと反応することにより、全て消滅した。液体に種結晶
を接触させ、c軸方向に引き上げ速度1mm/h,回転数15rpm
で引き上げ単結晶を作製した。作製した単結晶は、直径約
20mm、長さ約80mmで、気泡、クラック、スキヤツタリングセ
ンターなどの無い、透明な高品質Ce:LiCAF単結晶であっ
た。結晶内にはレーザー特性の劣化をもたらすOH-の存
在は一切観察されなかった。
販粉末原料をモル比でLiF:(CaF2+CeF 3十NaF) :AlF3=1:
1:1、かつCaF2:CeF3: NaF=0.985 : 0.005 : 0.01となる
ように秤量し、坩堝内に充填した。その後上記実施例と
同様にして結晶を作製したところ、多量の不純物が結晶
表面に付着した多結晶体が得られ、レーザー用試料に加
工できるような単結晶は得られなかった。
Claims (2)
- 【請求項1】 (a)原料のLiF, CaF2, AlF3, CeF3及び N
aF の混合比がモル比でLiF:(CaF2+ CeF3十NaF):AlF3
=1〜1.02(但し、1除く):1:1〜1.03(但し、1
除く)、かつCaF2 : CeF3 : NaF=0.85〜0.994 : 0.05〜
0.001 : 0.1〜0.005となり、かつNaFの濃度が常にCeF3
の濃度のモル比で2倍となるように混合粉末フッ化物原
料を準備し、 (b)10-6torr以上の高真空を保ちながら、粉末フッ
化物原料を室温から500℃以上で所定の温度の範囲内
の温度まで加熱し、炉内において原料中に含まれる水分
・酸素を除去し、 (c)原料を融解後、作製炉内にフロン系ガスを導入し、
融液あるいは溶液表面に発生する不純物および融液ある
いは溶液内に存在する不純物と、作製炉内のフロン系ガ
スとを、不純物を除去するのに十分な時間反応させるこ
とによって不純物を除去し、 (d)得られた融液あるいは溶液から融液成長法によって
フッ化リチウムカルシウムアルミニウム単結晶を製造す
ることを特徴とするセリウムを添加したフッ化リチウム
カルシウムアルミニウム単結晶の製造方法。 - 【請求項2】 フッ化物として計算しモル比で(a) LiF,
CaF2, AlF3, CeF3及びNaF のモル比でLiF:(CaF2+ CeF3
十NaF):AlF3 =1〜1.02(但し、1除く):1:1〜1.
03(但し、1除く)、かつCaF2 : CeF3 : NaF=0.85〜0.
994 : 0.05〜0.001 : 0.1〜0.005となり、かつNaFの濃
度が常にCeF3の濃度のモル比で2倍となるを特徴とする
セリウムを添加したフッ化リチウムカルシウムアルミニ
ウム単結晶。
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---|---|---|---|
JP11166708A JP3089418B1 (ja) | 1999-06-14 | 1999-06-14 | フッ化リチウムカルシウムアルミニウム単結晶およびその製造方法 |
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-
1999
- 1999-06-14 JP JP11166708A patent/JP3089418B1/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
K.Shimamura et al.,"Growth and characterization of Ce−doped LiCaAIF▲下6▼ single crystals",Journal of Crystal Growth,Vol.197,No.4,1.Mar.1999,pp.896−900 |
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V.K.Castillo et al.,"Progress in the crystal growth of Ce:colquiriites",Journal of Crystal Growth,Vol.174,Nos.1−4,Apr.1997,pp.337−341 |
Z.Liu et al.,"High−Pulse−Energy,All−Solid−State,Ultraviolet Laser Oscillator Using Large Czochralski−Growth Ce:LiCAF Crystal",Japanese Journal of Applied Physics,Vol.37,part 2,No.11A,1.Nov.1998,pp.L 1318−1319 |
島村 清史 他,"高性能LD励起固体レーザー応用新単結晶材料の開発",レーザー研シンポジウム’99共同研究成果報告書,1999年3月,pp.107−108 |
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