JP4316183B2 - 単結晶の育成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、品質の優れた単結晶の育成に用いられる単結晶育成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
弾性表面波素子等の素材として用いられる四ほう酸リチウム等の単結晶を育成する方法としては、チョクラルシキー法や垂直ブリッジマン法が知られており、その製法に沿った単結晶育成方法が用いられている。
【０００３】
図３に、垂直ブリッジマン法を用いた単結晶の育成方法の一例を示す。育成炉３１において、育成炉内炉心管３２は、後述するるつぼ３４が配置及び縦方向に移動できる空間が設けられている。又、炉心管３２内の雰囲気は窒素等の不活性ガスに置換されている。るつぼ３４の外側底部にはるつぼ３４を支持し、且つるつぼ３４を炉心管３２内を上下に移動させる支持台３５が接続されている。
【０００４】
育成炉３１には複数のヒータ３３が設置されており、ヒータ３３で育成炉内炉心管３２を加熱することで、育成結晶の融点温度位置（固液界面位置ともいう）を基準にして、炉心管上方が融点温度より高温に、下方は融点温度より低温になるような温度勾配に設定されている。例えば、四ほう酸リチウムの場合は融点温度が約９１７℃であることから、炉心管内の任意の位置の温度を９１７℃とし、その位置より炉内上部の温度が９１７℃以上、下部の温度を９１７℃以下になるように炉内の温度を調節する。
【０００５】
前記のように温度設定された炉心管３２内に、スペーサ３６及び種結晶３７とその上部に育成する単結晶材料３８を収容したるつぼ３４を、種結晶と単結晶材料との境界が融点温度位置になるよう挿入し、その後、最も良質な単結晶が育成できる速度でるつぼ３４を炉心管３２内を下方に移動させることで、単結晶材料が種結晶上に結晶化し、るつぼの大きさに合わせた大きさの単結晶を得ることができる。
【０００６】
この育成方法に使用されるるつぼ及び支持台には、その機能として、るつぼ及び支持台周囲の雰囲気温度を正確及び短時間にるつぼ内に収容した種結晶及び単結晶材料へ伝えることが求められる。すなわち、単結晶育成時にるつぼの一部が融点温度位置を下方に越えて融点温度より低い雰囲気温度域に移動した場合、そのるつほの一部分内に収容されて単結晶材料の温度を固化温度にするため、単結晶材料の熱を早急に排除しなければならない。熱の排除の遅れは、単結晶内に多数の気泡を発生させることとなる。そこで以前はるつぼ及び支持台の材質として熱伝導率が高い白金等が使用されていた。最近では更に熱伝導率が非常に高いグラファイトで一体形成されたるつぼ及び支持台が使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
単結晶の育成方法の課題として、育成時に単結晶内に生じる気泡が上げられる。前記従来方法で作成した単結晶には、少なからず溶融時に発生した気泡が単結晶内に一様に残存してしまい、また単結晶表面は気泡が弾けた後と思われるような凹凸で荒れた状態になっており、結晶育成の歩留まり低下及び結晶品質の低下の原因となっている。
【０００８】
この気泡による課題の内、単結晶表面が気泡が弾けた後と思われる凹凸で荒れた状態となる課題は、育成炉心管空洞内の雰囲気を窒素等の不活性ガスから、酸素又は空気などの酸素を含有する雰囲気にすることにより著しく低下させることができるが、酸素、又は空気等の酸素を含有する高温の雰囲気内では、グラファイト製のるつぼ及び支持台が酸化消耗してしまい、るつぼ及び支持台としての形状及び機能を失ってしまう。また、グラファイトと同等の熱伝導率を有し且つ非酸化物質として貴金属があるが、高価であり実用上問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記従来技術の課題を鑑みて成されたものであり、炉心管内空洞に、複数のヒータにより育成する単結晶の融点温度を基準とする温度勾配を設定した育成炉を使用し、この炉心管内にグラファイト製のるつぼを配置し、このグラファイト製るつぼ内には種結晶を収容し、種結晶の上部に育成する単結晶原料を充填して、グラファイト製るつぼをるつぼ外底部に接続したグラファイト製支持台により育成炉内を移動させることにより結晶を成長させる垂直ブリッジマン法を用いた単結晶の育成方法において、この炉心管内の雰囲気を酸素又は酸素含有雰囲気とし、且つこの炉心管内の雰囲気に露出する表面を白金で被覆したるつぼ及び支持台を使用し、更にこのるつぼ内に表面を白金で被覆したグラファイト製のスペーサを配置したことを特徴とする単結晶の育成方法である。
【００１１】
更に、育成する単結晶が四ほう酸リチウム単結晶であることを特徴とする前記記載の単結晶の育成方法である。
【００１２】
るつぼ及び支持台を非酸化物質で被覆し使用することにより、高温の酸素又は酸素含有雰囲気とした育成炉中で使用するるつぼ及び支持台を構成する主材料に、高熱伝導率が非常に高く且つ比較的安価なグラファイトを利用できる作用を奏する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明における単結晶育成のうち、四ほう酸リチウム単結晶の育成に使用する育成炉装置の概略の一例を示した図である。図２は図１に示したるつぼ及び支持台部分を拡大して示す概略図である。尚、図１及び図２において、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また各寸法も一部誇張して図示している。
【００１４】
即ち、育成炉１１を構成する炉心管１２は、筒状に形成され縦方向に配置されている。その炉心管１２の外側にはヒータ１３が配置され、ヒータ１３により、炉心管１２内の任意の位置における温度を段階的に設定できる。また、炉心管１２内の雰囲気として十分に乾燥させた空気が置換されている。
【００１５】
次に、炉心管１２内に配置し、四ほう酸リチウム単結晶を育成するるつぼ１４は、グラファイト製のるつぼ主体１４ａの外側面で、且つ炉心管１２内の雰囲気に露出する部分をすべてシート状の白金１５で被覆され形成されている。また、るつぼ１４を炉心管１２内で支持する支持台１６は、グラファイト製の支持台主体１６ａの外側表面をシート状の白金１５で被覆され形成されており、且つ支持台１６は炉心管１２内を上下に移動する機構を有している。
【００１６】
次に、るつぼ１４内には、まず、るつぼ内における育成開始位置を設定するために、表面を白金１５で被覆したグラファイト製のスペーサ１７を、るつぼ１４内底面上に配置する。スペーサ１７の上部には、板状の四ほう酸リチウム種結晶１８が配置され、その四ほう酸リチウム種結晶１８の上部には高純度の四ほう酸リチウム原料１９が収納されている。これらの物質をるつぼ１４内に収容した後、蓋２０で封止する。尚、図１及び図２に示した四ほう酸リチウム原料１９は溶解した状態で示している。
【００１７】
次に、四ほう酸リチウム原料１９等を収容し封止されたるつぼ１４を支持台１６上に搭載する。次に、ヒータ１３により、炉心管１２内の任意の位置の温度を、四ほう酸リチウムの融点温度９１７℃とするような温度勾配に設定した炉心管１２内に、支持台１６の移動機構を使用して、るつぼ１４を最適な速度で挿入上昇させ、るつぼ１４内の四ほう酸リチウム原料１９を溶解させる。
【００１８】
次に、炉心管１２内に設定した融点温度９１７℃の位置に、るつぼ１４内の四ほう酸リチウム種結晶１８が到達したら、支持台１６の上昇を止め、るつぼ１４を一定時間その位置で固定する。その後支持台１６を四ほう酸リチウム単結晶の育成に最適な速度で下降させ、るつぼ１４を融点温度９１７℃より低い温度の雰囲気中に移動させることで、四ほう酸リチウム種結晶１８上に四ほう酸リチウム単結晶を育成させる。その後室温まで冷却し四ほう酸リチウム単結晶を取り出す。
【００１９】
酸素、又は空気等の酸素含有雰囲気中で、且つ非酸化物質の白金で被覆したるつぼ及び支持台を使用した前記方法で育成した四ほう酸リチウム単結晶の表面は、気泡が弾けたと思われるような凹凸が無く、非常に滑らかな状態となる。又、単結晶表面近傍の結晶内気泡もなく、優れた品質の四ほう酸リチウム単結晶を確実に得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の単結晶の育成方法において、酸素又は空気などの酸素を含有する雰囲気内で熱伝導率の高いグラファイトで形成されたるつぼ及び支持台を使用することができ、よって、優れた品質の単結晶を安価に提供できる効果を成す。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明における単結晶育成に使用する育成炉装置の概略を示した断面図である。
【図２】図２は、図１に示したるつぼ及び支持台を拡大して示した図である。
【図３】図３は、従来における単結晶育成に使用する育成炉装置の概略を示した断面図である。
【符号の説明】
１１，育成炉
１２，炉心管
１３，ヒータ
１４，るつぼ
１５，白金
１６，支持台
１８，四ほう酸リチウム種結晶
１９，四ほう酸リチウム原料

Claims (2)

1. 炉心管内空洞に、複数のヒータにより育成する単結晶の融点温度を基準とする温度勾配を設定した育成炉を使用し、該炉心管内にグラファイト製のるつぼを配置し、該るつぼ内には種結晶を収容し、該種結晶の上部に育成する単結晶原料を充填して、該るつぼを該るつぼ外底部に接続したグラファイト製の支持台により該育成炉内を移動させることにより結晶を成長させる垂直ブリッジマン法を用いた単結晶の育成方法において、該炉心管内の雰囲気を酸素又は酸素含有雰囲気とし、且つ該炉心管内の雰囲気に露出する表面を白金で被覆した該るつぼ及び該支持台を使用し、更に該るつぼ内に表面を白金で被覆したグラファイト製のスペーサを配置したことを特徴とする単結晶の育成方法。
2. 育成する単結晶が四ほう酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶の育成方法。

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