JP4844429B2 - Method for producing sapphire single crystal - Google Patents

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Description

本発明は、微量の酸化チタンを含有する酸化アルミニウムの融液から結晶成長によりサファイア単結晶を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a sapphire single crystal by crystal growth from a melt of aluminum oxide containing a small amount of titanium oxide.

サファイアは、六方晶の結晶構造を有する酸化アルミニウムの単結晶(融点:約2050℃)である。サファイア単結晶は、種々の用途に用いられており、例えば、青色LED用のGaN成膜基板などの基板材料として使用される。サファイア単結晶は異方性を有する材料であり、サファイア単結晶のインゴットからGaN成膜用のウエハを切り出す場合、ウエハの主面がサファイア単結晶のc軸<0001>に垂直な面(c面)となるように切り出すことが一般的である。   Sapphire is a single crystal of aluminum oxide (melting point: about 2050 ° C.) having a hexagonal crystal structure. The sapphire single crystal is used for various applications, for example, as a substrate material such as a GaN film formation substrate for blue LEDs. A sapphire single crystal is an anisotropic material. When a wafer for GaN film formation is cut out from an ingot of a sapphire single crystal, the main surface of the wafer is a plane (c plane) perpendicular to the c-axis <0001> of the sapphire single crystal. It is common to cut out so that.

また、サファイアは光学的に一軸性の透明材料であることから液晶プロジェクタ用フィルムなどの光学材料としても使用される。光学材料として使用する場合、着色がなく透明であることが要求される。また、サファイア単結晶の偏光特性から、上記の基板材料の場合と同様、c軸に垂直な面を主面とする基板(以下、「c面基板」という。)が主に使用される。   Further, since sapphire is an optically uniaxial transparent material, it is also used as an optical material for liquid crystal projector films. When used as an optical material, it is required to be transparent without being colored. Further, due to the polarization characteristics of the sapphire single crystal, a substrate whose main surface is a surface perpendicular to the c-axis (hereinafter referred to as “c-plane substrate”) is mainly used, as in the case of the substrate material.

サファイア単結晶のインゴットからc面基板を切り出す場合、材料をなるべく無駄にしないためには、c軸方向に結晶を育成して略円柱状のインゴットを得るとともに、このインゴットをc軸方向(インゴットの軸方向)に対して垂直に切断することが望ましい。しかしながら、c軸方向に結晶を育成した場合、泡欠陥が生じやすいことが知られている。インゴット内に泡欠陥があると、加工時に割れが生じやすく、また、基板材料や光学材料として使用した場合にそれらの特性が不十分となりやすい。泡欠陥の発生を低減する方法として、サファイア単結晶の育成方向をc軸から所定角度ずらした方向としたり、c軸に垂直なa軸又はm軸方向とすることが知られている(例えば、特許文献1参照)。   When cutting a c-plane substrate from a sapphire single crystal ingot, in order to avoid wasting material as much as possible, the crystal is grown in the c-axis direction to obtain a substantially cylindrical ingot, and this ingot is formed in the c-axis direction (ingot direction). It is desirable to cut perpendicularly to (axial direction). However, it is known that bubble defects tend to occur when crystals are grown in the c-axis direction. If there are bubble defects in the ingot, cracks are likely to occur during processing, and when used as a substrate material or an optical material, their characteristics are likely to be insufficient. As a method for reducing the occurrence of bubble defects, it is known that the growth direction of the sapphire single crystal is shifted by a predetermined angle from the c-axis, or the a-axis or m-axis direction perpendicular to the c-axis (for example, Patent Document 1).

ところで、サファイア単結晶の製法として、チョクラルスキ法、ベルヌイ法、EFG法、キロプロス法などが挙げられる。これらのなかでもチョクラルスキ法は、単結晶の大型化が可能であるとともに、温度勾配の調整が比較的容易なことから高品質のインゴットを作製可能とされる。チョクラルスキ法では、るつぼ内に入れた原料を溶融し、当該融液にサファイア単結晶からなる種結晶を接触させて、これを回転させながら引き上げて単結晶を成長させる。   By the way, as a manufacturing method of a sapphire single crystal, the Czochralski method, Bernoulli method, EFG method, kilopross method, etc. are mentioned. Among these, the Czochralski method can increase the size of a single crystal and relatively easily adjust the temperature gradient, so that a high-quality ingot can be produced. In the Czochralski method, a raw material put in a crucible is melted, a seed crystal made of a sapphire single crystal is brought into contact with the melt, and the single crystal is grown by rotating it.

チョクラルスキ法では、一般にサファイア単結晶の育成は不活性ガス(例えば、窒素、アルゴン)中又は真空中で行われる。しかしながら、サファイア単結晶の原料である酸化アルミニウムを加熱して溶融させると、原料の一部が分解して酸素が発生し、これが泡欠陥の原因となり得る。このようにして生じる余分な酸素を融液から除去するために不活性ガスに水素や一酸化炭素を添加して、泡欠陥の発生を低減する方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開2004−83316号公報 特許第2962795号公報
In the Czochralski method, the growth of a sapphire single crystal is generally performed in an inert gas (for example, nitrogen or argon) or in a vacuum. However, when aluminum oxide, which is a raw material of sapphire single crystal, is heated and melted, a part of the raw material is decomposed to generate oxygen, which may cause bubble defects. In order to remove excess oxygen generated in this way from the melt, a method is known in which hydrogen or carbon monoxide is added to an inert gas to reduce the occurrence of bubble defects (for example, see Patent Document 2). ).
JP 2004-83316 A Japanese Patent No. 2964295

しかしながら、上述の通り、サファイア単結晶をc軸方向に成長させた場合には泡欠陥が発生しやすく、特許文献2のように水素や一酸化炭素が添加された不活性ガスの雰囲気下にて結晶の育成を行ったとしても、泡欠陥の発生について改善の余地があった。   However, as described above, when the sapphire single crystal is grown in the c-axis direction, bubble defects are likely to occur, and in an inert gas atmosphere to which hydrogen or carbon monoxide is added as in Patent Document 2. Even if crystals were grown, there was room for improvement in the generation of bubble defects.

本発明は、上記実情に鑑み、サファイア単結晶をc軸方向に成長させた場合であっても泡欠陥の発生を十分に低減できるサファイア単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for producing a sapphire single crystal that can sufficiently reduce generation of bubble defects even when the sapphire single crystal is grown in the c-axis direction.

本発明は、原料の融液から結晶成長によりサファイア単結晶を製造する方法であって、酸化アルミニウム及び酸化チタンを含有し、酸化アルミニウムのモル数Mに対する酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)が20×10−6以下である原料を溶融して融液を得る溶融工程と、るつぼ内に収容された融液からサファイア単結晶を回転させながら引き上げて当該サファイア単結晶のインゴットの肩部を形成する肩部形成工程と、当該サファイア単結晶を回転させながら引き上げて肩部の下方に延在するようにインゴットの直胴部を形成する直胴部形成工程と、を備え、直胴部形成工程において直胴部の下端面が水平面となるように当該サファイア単結晶の引上げ速度及び回転速度を調整することを特徴とする方法を提供する。 The present invention provides a method for producing a sapphire single crystal by crystal growth from a raw material melt, containing aluminum oxide and titanium oxide, the ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of aluminum oxide ( (M T / M A ) Melting a raw material with 20 × 10 −6 or less to obtain a melt, and pulling up the sapphire single crystal from the melt contained in the crucible while rotating the sapphire single crystal A shoulder forming step for forming the shoulder portion of the ingot, and a straight body forming step for forming the straight body portion of the ingot so that the sapphire single crystal is pulled up while rotating and extends below the shoulder portion. And a pulling speed and a rotating speed of the sapphire single crystal are adjusted so that a lower end surface of the straight body portion becomes a horizontal surface in the straight body portion forming step.

サファイア単結晶内の泡欠陥は、種々の原因によって生じると考えられるがサファイア単結晶の異方性もその原因と一つと考えられる。結晶の成長速度はその成長方位によって大きく異なるため、成長速度が遅い部分には泡欠陥が取り込まれやすいと考えられる。例えば、サファイア単結晶を一定の速度で引き上げて育成したとしても、育成中のサファイア単結晶の下端面は融液側に膨らんだ形状となる場合がある。単結晶の下端面が十分に水平になっていないと、結晶の成長方向にばらつきが生じる。そうすると、結晶の成長速度にもばらつきが生じ、上記の通り泡欠陥が生じやすくなる。   Bubble defects in the sapphire single crystal are considered to be caused by various causes, but the anisotropy of the sapphire single crystal is also considered to be one of the causes. Since the growth rate of crystals varies greatly depending on the growth orientation, it is considered that bubble defects are likely to be taken into a portion where the growth rate is slow. For example, even if the sapphire single crystal is pulled up and grown at a constant speed, the lower end surface of the sapphire single crystal being grown may have a shape that swells toward the melt side. If the lower end surface of the single crystal is not sufficiently horizontal, the crystal growth direction varies. Then, the crystal growth rate also varies, and bubble defects are likely to occur as described above.

本発明者らは、サファイア単結晶の異方性に起因して生じる泡欠陥を低減するため、結晶の成長速度の成長方位によるばらつきを抑制する方法について検討した。検討の結果、微量の酸化チタンを含有する原料を用いてサファイア単結晶の育成を行うことによって、サファイア単結晶中の泡欠陥を低減できることを見出した。この主因は以下のように推察される。すなわち、酸化チタンは3価、4価など電荷を変えることができるため、微量の酸化チタンが単結晶内の電荷の不均衡の緩衝となる。したがって、結晶の育成中において結晶の電荷バランスが保たれることで結晶成長速度の方位によるばらつきが抑制される。これにより、サファイア単結晶中の泡欠陥が低減されると考えられる。   In order to reduce bubble defects caused by the anisotropy of the sapphire single crystal, the present inventors have studied a method for suppressing variations in crystal growth rate due to the growth orientation. As a result of investigation, it was found that bubble defects in the sapphire single crystal can be reduced by growing the sapphire single crystal using a raw material containing a small amount of titanium oxide. The main cause is assumed as follows. That is, since titanium oxide can change charges such as trivalent and tetravalent, a small amount of titanium oxide serves as a buffer of charge imbalance in the single crystal. Therefore, variation in crystal growth rate due to orientation is suppressed by maintaining the charge balance of the crystal during crystal growth. Thereby, it is thought that the bubble defect in a sapphire single crystal is reduced.

また、結晶の成長速度のばらつきを一層抑制するため、本発明では直胴部形成工程において直胴部の下端面が水平面となるように当該サファイア単結晶の引上げ速度及び回転速度を調整する。引上げ速度及び回転速度を調整することによって、るつぼ内の融液の対流の状態を調整して直胴部と融液との界面の温度分布の均一化が図られる。   Further, in order to further suppress variation in crystal growth rate, in the present invention, the pulling speed and rotation speed of the sapphire single crystal are adjusted so that the lower end surface of the straight body portion is a horizontal plane in the straight body portion forming step. By adjusting the pulling speed and the rotational speed, the convection state of the melt in the crucible is adjusted, and the temperature distribution at the interface between the straight body portion and the melt is made uniform.

るつぼ内の融液は温度が高い部分と低い部分とでは密度が異なるため、融液の対流が発生する。るつぼ内では、通常、るつぼの内壁面に接する外側で融液が加熱されて膨張して上昇した後、融液の表面で冷却されて収縮してるつぼの中央部付近から再び下方に沈み込むといった自然対流が生じる。自然対流は融液に接している単結晶の直径が小さい段階(例えば、肩部形成工程の初期)でその回転速度が遅い場合に生じやすい。   Since the density of the melt in the crucible differs between the high temperature part and the low temperature part, convection of the melt occurs. In the crucible, the melt is usually heated and expanded on the outside in contact with the inner wall surface of the crucible, and then cooled and contracted on the surface of the melt to sink again downward from the vicinity of the center of the crucible. Natural convection occurs. Natural convection is likely to occur when the rotation speed is low at the stage where the diameter of the single crystal in contact with the melt is small (for example, at the beginning of the shoulder forming step).

これに対し、単結晶の直径が大きい段階(例えば、肩部形成工程の終期、直胴部形成工程)や単結晶の回転速度が速い場合には、融液が単結晶の回転に引きずられ、その遠心力によって表面付近の融液は外側に向けて流れようとする。単結晶の直径及びその回転速度が十分に大きい場合には、融液の対流はるつぼの内壁面側で沈み込み、るつぼの中央部付近で上昇するといった強制対流となる。   On the other hand, when the single crystal has a large diameter (for example, at the end of the shoulder forming process, the straight body forming process) or when the rotation speed of the single crystal is high, the melt is dragged by the rotation of the single crystal, Due to the centrifugal force, the melt near the surface tends to flow outward. When the diameter of the single crystal and the rotation speed thereof are sufficiently large, the convection of the melt is forced convection that sinks on the inner wall surface side of the crucible and rises near the center of the crucible.

本発明における直胴部形成工程は、るつぼ内において肩部形成工程後の肩部の下端部に向けて融液が当該るつぼ内の水平方向中心側の当該るつぼの下部から上方に流れ、当該るつぼの側壁面側で下方に流れる対流(強制対流)が生じるようにサファイア単結晶の回転速度を調整するとともに、当該肩部の下端部の融液に浸かっている部分が再溶融するようにサファイア単結晶の引上げ速度を調整する再溶融工程を備えること備えることが好ましい。   In the straight body part forming step in the present invention, the melt flows upward from the lower part of the crucible on the center side in the horizontal direction in the crucible toward the lower end of the shoulder part after the shoulder forming step in the crucible. The rotation speed of the sapphire single crystal is adjusted so that convection flowing downward (forced convection) occurs on the side wall surface of the sapphire, and the portion immersed in the melt at the lower end of the shoulder is remelted. It is preferable to provide a remelting step for adjusting the pulling rate of the crystal.

再溶融工程では、回転速度を制御することによってるつぼ内の融液に強制対流を発生させる。回転速度の制御に加え、引上げ速度を制御することによって肩部形成工程で単結晶の下端面が水平でなく融液側に膨らんでいる場合に、その部分を再溶融させて単結晶の下端面を十分に水平にすることができる。   In the remelting step, forced convection is generated in the melt in the crucible by controlling the rotation speed. In addition to controlling the rotation speed, if the lower end surface of the single crystal swells to the melt side instead of being horizontal in the shoulder formation process by controlling the pulling speed, the lower end surface of the single crystal is remelted. Can be level enough.

また、直胴部形成工程は、サファイア単結晶の回転速度を減速させながら、サファイア単結晶を引き上げてインゴットの下端部を形成する下端部形成工程を備えることが好ましい。単結晶の成長段階に合わせて、すなわち、るつぼ内の融液の残量に合わせて、単結晶の回転速度を徐々に遅くすることで、るつぼ内の融液の対流を十分に一定に保つことができ、単結晶の下端面が十分に水平となる。   Moreover, it is preferable that a straight body part formation process is equipped with the lower end part formation process which pulls up a sapphire single crystal and forms the lower end part of an ingot, decelerating the rotational speed of a sapphire single crystal. The convection of the melt in the crucible is kept sufficiently constant by gradually decreasing the rotation speed of the single crystal according to the growth stage of the single crystal, that is, according to the remaining amount of the melt in the crucible. The lower end surface of the single crystal becomes sufficiently horizontal.

また、本発明においては、サファイア単結晶の製造はサファイア単結晶を当該単結晶のc軸とのなす角が10°以内の方向に引き上げて行うことができる。上記範囲内の方向に引き上げてサファイア単結晶を育成することにより、c軸基板として使用可能なサファイア単結晶のインゴットを作製可能である。   In the present invention, the sapphire single crystal can be produced by pulling up the sapphire single crystal in a direction in which the angle formed with the c-axis of the single crystal is within 10 °. A sapphire single crystal ingot that can be used as a c-axis substrate can be manufactured by raising the sapphire single crystal by pulling it up in the above-mentioned range.

本発明によれば、サファイア単結晶をc軸方向に成長させた場合であっても泡欠陥の発生を十分に低減できるサファイア単結晶の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it is a case where a sapphire single crystal is made to grow in a c-axis direction, the manufacturing method of a sapphire single crystal which can fully reduce generation | occurrence | production of a bubble defect can be provided.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

まず、本方法で用いる引き上げ装置について図1を参照して説明する。同図に示す引き上げ装置10は、高周波誘導加熱炉14を有している。この加熱炉14は耐火性を有する側壁が筒状の有底容器であり、有底容器の形状自体は公知のチョクラルスキ法に基づく単結晶育成に使用されるものと同様である。この加熱炉14の底部の該側面には高周波誘導コイル15が巻回されている。そして、加熱炉14の内部の底面上には、るつぼ17(例えば、Ir製のるつぼ)が配置されている。   First, the pulling device used in this method will be described with reference to FIG. The pulling device 10 shown in the figure has a high-frequency induction heating furnace 14. This heating furnace 14 is a bottomed container with a fireproof side wall, and the shape of the bottomed container itself is the same as that used for single crystal growth based on the known Czochralski method. A high frequency induction coil 15 is wound around the side surface of the bottom of the heating furnace 14. A crucible 17 (for example, an Ir crucible) is arranged on the bottom surface inside the heating furnace 14.

るつぼ17は、高周波誘導加熱ヒータを兼ねている。そして、るつぼ17中に、サファイア単結晶の原料の酸化アルミニウムを投入し、高周波誘導コイル15に高周波誘導をかけると、るつぼ17が加熱され、酸化アルミニウムの融液18が得られる。   The crucible 17 also serves as a high frequency induction heater. Then, when aluminum oxide as a raw material of sapphire single crystal is put into the crucible 17 and high frequency induction is applied to the high frequency induction coil 15, the crucible 17 is heated and an aluminum oxide melt 18 is obtained.

また、加熱炉14の底部中央には、加熱炉14の内部から外部へ貫通する開口部(図示せず)が設けられている。そして、この開口部を通じて、加熱炉14の外部からるつぼ支持棒16が挿入されており、るつぼ支持棒16の先端はるつぼ17の底部に接続されている。このるつぼ支持棒16を回転させることにより、加熱炉14中において、るつぼ17を回転させることができる。開口部とるつぼ支持棒16との間には、パッキンなどによりシールされている。   Further, an opening (not shown) penetrating from the inside of the heating furnace 14 to the outside is provided at the center of the bottom of the heating furnace 14. A crucible support bar 16 is inserted from the outside of the heating furnace 14 through the opening, and the tip of the crucible support bar 16 is connected to the bottom of the crucible 17. By rotating the crucible support rod 16, the crucible 17 can be rotated in the heating furnace 14. A space between the opening and the crucible support rod 16 is sealed with packing or the like.

次に、引き上げ装置10を用いたより具体的な製造方法について説明する。図2は本方法によるサファイア単結晶の製造工程を表す工程図である。本方法は、酸化アルミニウムと酸化チタンとを含有する原料を溶融して融液を得る溶融工程と、融液から単結晶を引き上げて育成する単結晶育成工程と、得られた単結晶のインゴットを冷却する冷却工程とを備えている。そして、単結晶育成工程は、インゴットの肩部を形成する肩部形成工程と、肩部の下方に延在する直胴部を形成する直胴部形成工程とからなる。   Next, a more specific manufacturing method using the pulling device 10 will be described. FIG. 2 is a process diagram showing a process for producing a sapphire single crystal according to this method. The method includes a melting step of melting a raw material containing aluminum oxide and titanium oxide to obtain a melt, a single crystal growing step of raising a single crystal from the melt and growing, and an ingot of the obtained single crystal. And a cooling step for cooling. The single crystal growing step includes a shoulder forming step for forming a shoulder portion of the ingot and a straight body forming step for forming a straight body portion extending below the shoulder portion.

まず、るつぼ17中に、原料として所定量の酸化アルミニウム及び酸化チタンを投入する。酸化アルミニウムのモル数Mに対する酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)は5×10−6〜20×10−6であることが好ましく、5×10−6〜18×10−6であることがより好ましく、5×10−6〜10×10−6であることが更に好ましい。当該比率が5×10−6未満であると、酸化チタンを添加した効果が不十分となり泡欠陥が生じやすくなり、他方、20×10−6を越えると、単結晶が着色しやすくなる。 First, a predetermined amount of aluminum oxide and titanium oxide are put into the crucible 17 as raw materials. Preferably the ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of aluminum oxide (M T / M A) is 5 × 10 -6 ~20 × 10 -6 , 5 × 10 -6 ~18 × 10 −6 is more preferable, and 5 × 10 −6 to 10 × 10 −6 is even more preferable. If the ratio is less than 5 × 10 −6 , the effect of adding titanium oxide is insufficient, and bubble defects are likely to occur. On the other hand, if it exceeds 20 × 10 −6 , the single crystal is likely to be colored.

なお、チタンサファイア単結晶の育成では、原料に当該比率で1×10−2程度の酸化チタンを含有する原料が使用される。ただし、これだけの酸化チタンが添加された原料から得られる単結晶は赤色に着色することから光学材料の用途には適さないとされている。 In the growth of the titanium sapphire single crystal, a raw material containing about 1 × 10 −2 titanium oxide at the ratio is used as the raw material. However, since a single crystal obtained from a raw material to which such titanium oxide is added is colored red, it is not suitable for use as an optical material.

加熱炉14内の空気を不活性ガス(例えば、窒素、アルゴン)で十分に置換した後、高周波誘導コイル15に高周波誘導をかけることにより、原料の融液18を得る(溶融工程)。   After sufficiently replacing the air in the heating furnace 14 with an inert gas (for example, nitrogen or argon), the high-frequency induction coil 15 is subjected to high-frequency induction to obtain a raw material melt 18 (melting step).

次に、るつぼ17の上方から、種結晶2を下部先端に固定した引き上げ棒12を融液18の表面の中央部から融液18中に入れて種付けを行う(図1参照)。なお、サファイア単結晶のc軸の方向に結晶を育成させる場合は、種結晶2をそのc軸がるつぼ17の融液面に対して垂直となるように種付けすることが好ましい。種付け後、引き上げ棒12を回転させながら引き上げて、略円柱状の単結晶インゴット1を形成する(単結晶育成工程)。   Next, from above the crucible 17, the pulling rod 12 with the seed crystal 2 fixed to the lower end is put into the melt 18 from the center of the surface of the melt 18 to perform seeding (see FIG. 1). When the crystal is grown in the c-axis direction of the sapphire single crystal, it is preferable to seed the seed crystal 2 so that the c-axis is perpendicular to the melt surface of the crucible 17. After seeding, the pulling rod 12 is rotated while being rotated to form a substantially columnar single crystal ingot 1 (single crystal growing step).

単結晶育成工程は肩部形成工程と直胴部形成工程とからなる。肩部形成工程は、ヒータ13の加熱出力を調節し、単結晶インゴット1が所望の直径となるまで結晶を育成させる工程である。肩部形成工程を経ることによって単結晶インゴット1の肩部1aを形成する(図3参照)。なお、単結晶インゴット1の直径は50mm以上とすることが好ましい。直径を50mm以上にまで育成すると、直胴部形成工程において融液18の対流を制御しやすくなる。また、得られた単結晶インゴット1からサイズの大きい基板を切り出すことができる。   The single crystal growing process includes a shoulder part forming process and a straight body part forming process. The shoulder forming step is a step of growing the crystal until the single crystal ingot 1 has a desired diameter by adjusting the heating output of the heater 13. The shoulder 1a of the single crystal ingot 1 is formed through the shoulder forming step (see FIG. 3). The diameter of the single crystal ingot 1 is preferably 50 mm or more. When the diameter is increased to 50 mm or more, it becomes easy to control the convection of the melt 18 in the straight body part forming step. In addition, a large substrate can be cut out from the obtained single crystal ingot 1.

直胴部形成工程は、肩部1aの下方に延在する直胴部1bを形成する工程である。直胴部形成工程は、その初期段階に実施する再溶融工程と、その終期段階に実施する下端部形成工程とを有している。再溶融工程は上記の肩部形成工程後の肩部1aの下端部のうち、融液18に浸かっている部分を再溶融させる工程である。この再溶融工程を経ることによって肩部1aの下端面を十分に水平にすることができ、単結晶インゴット1の直胴部1bを育成するに際し、結晶の育成方向のばらつきを低減できる。   The straight body portion forming step is a step of forming a straight body portion 1b extending below the shoulder portion 1a. The straight body part forming process includes a remelting process performed in the initial stage and a lower end forming process performed in the final stage. The remelting step is a step of remelting a portion immersed in the melt 18 in the lower end portion of the shoulder portion 1a after the shoulder forming step. By passing through this remelting step, the lower end surface of the shoulder portion 1a can be made sufficiently horizontal, and variations in the crystal growth direction can be reduced when the straight body portion 1b of the single crystal ingot 1 is grown.

再溶融工程では、るつぼ17内において肩部形成工程後の肩部1aの下端部に向けて融液18がるつぼ17の水平方向中心側の下部から上方に流れ、るつぼ17の側壁面側で下方に流れる強制対流が生じるように引き上げ棒12の回転速度を調整する。これに加え、肩部形成工程後の肩部1aの下端部の融液18に浸かっている部分が再溶融するように引き上げ棒12の引上げ速度を一定の期間減じる。融液18の対流を強制対流としても、すぐに肩部1aの下端部の融液18に浸っている部分が再溶融するわけではないので、引き上げ棒12の引上げ速度を減じることで短い引き上げ距離の間に下端部の再溶融を行う。   In the remelting process, the melt 18 flows upward from the lower part of the crucible 17 in the horizontal direction toward the lower end of the shoulder 1 a after the shoulder forming process in the crucible 17, and downward on the side wall surface side of the crucible 17. The rotational speed of the lifting rod 12 is adjusted so that forced convection flowing through In addition, the pulling speed of the pulling rod 12 is reduced for a certain period so that the portion immersed in the melt 18 at the lower end of the shoulder 1a after the shoulder forming step is remelted. Even if the convection of the melt 18 is forced convection, the portion immersed in the melt 18 at the lower end of the shoulder 1a is not immediately remelted. Therefore, the pulling speed of the pulling rod 12 can be reduced to reduce the pulling distance. During the interval, the lower end is remelted.

なお、肩部形成工程後の肩部1aの下端面は、融液側に膨らんだ形状となりやすく、その膨らんだ部分は融液中に浸った状態となっている。サファイア単結晶の下端面がこのような形状となるのは、サファイア単結晶はその透明性の高さから輻射を透過しやすく、融液の温度と比較して、結晶化した部分の温度の方が低くなるためと考えられる。   It should be noted that the lower end surface of the shoulder portion 1a after the shoulder forming step tends to swell toward the melt side, and the swelled portion is immersed in the melt. The lower surface of the sapphire single crystal has such a shape because the sapphire single crystal is easy to transmit radiation because of its high transparency, and the temperature of the crystallized part is higher than the temperature of the melt. Is considered to be low.

再溶融工程で肩部1aの下端面を水平にした後は、回転速度を維持して融液18の流れを強制対流に維持したまま、引上げ速度を速めて直胴部1bを育成することができる。図3は単結晶インゴット1の直胴部1bを形成している状態を示しており、同図中の矢印Bは融液18の強制対流の流れを表すものである。これに対し、図1は肩部形成工程の初期の段階の状態を示しており、同図中の矢印Aは融液18の自然対流の流れを表すものである。   After leveling the lower end surface of the shoulder portion 1a in the remelting step, the straight barrel portion 1b can be grown by increasing the pulling speed while maintaining the rotational speed and maintaining the flow of the melt 18 in forced convection. it can. FIG. 3 shows a state in which the straight body portion 1b of the single crystal ingot 1 is formed, and an arrow B in the figure represents a forced convection flow of the melt 18. On the other hand, FIG. 1 shows a state of an initial stage of the shoulder forming process, and an arrow A in the figure represents a natural convection flow of the melt 18.

直胴部1bの育成が進み、るつぼ17内の融液18の量が少なくなってくると、その対流の状態を一定に維持することが困難となる。融液18の対流が不安定になると単結晶インゴット1の下端面に凹凸が生じやすくなり、それに伴い単結晶内の泡欠陥が顕著となったり、内部の応力が大きくなったりして加工時の割れの原因となる。   As the straight body portion 1b grows and the amount of the melt 18 in the crucible 17 decreases, it becomes difficult to keep the convection state constant. If the convection of the melt 18 becomes unstable, irregularities are likely to occur on the lower end surface of the single crystal ingot 1, and as a result, bubble defects in the single crystal become prominent or internal stress increases, resulting in the processing. Cause cracking.

下端部形成工程は、直胴部育成工程の終期段階に引き上げ棒12の回転速度を減速させながら、引き上げ棒12を引き上げて単結晶インゴット1の下端部を形成する工程である。このようにるつぼ17内の融液18の減少に伴って回転速度を徐々に減速させながら育成することで、るつぼ17内の対流を安定的なものとすることができ、単結晶インゴット1の下端面を十分に水平にすることができる。   The lower end portion forming step is a step of forming the lower end portion of the single crystal ingot 1 by pulling up the pulling rod 12 while reducing the rotational speed of the pulling rod 12 at the final stage of the straight body portion growing step. In this way, the convection in the crucible 17 can be stabilized by growing while gradually reducing the rotational speed as the melt 18 in the crucible 17 decreases. The end face can be made sufficiently horizontal.

次に、冷却工程では、単結晶育成工程により得られた単結晶インゴット1を融液18から切り離した後、所定の速度で冷却する。   Next, in the cooling step, the single crystal ingot 1 obtained by the single crystal growth step is separated from the melt 18 and then cooled at a predetermined rate.

このような単結晶インゴット1の製造方法によれば、原料に微量の酸化チタンを添加せしめることで結晶中の電荷の不均衡に起因して生じる泡欠陥を低減することができる。これに加え、直胴部形成工程において引き上げ棒12の引上げ速度及び回転速度を制御することで育成中の単結晶インゴット1の下端面が水平となるように維持して結晶を成長させることができる。これによりサファイア単結晶の異方性に起因して生じる泡欠陥を低減することができる。   According to such a manufacturing method of the single crystal ingot 1, it is possible to reduce bubble defects caused by the charge imbalance in the crystal by adding a small amount of titanium oxide to the raw material. In addition, by controlling the pulling speed and rotating speed of the pulling rod 12 in the straight body forming step, it is possible to grow the crystal while maintaining the lower end surface of the growing single crystal ingot 1 to be horizontal. . Thereby, bubble defects caused by the anisotropy of the sapphire single crystal can be reduced.

また、育成中の単結晶インゴット1の下端面が水平となるように結晶成長させることにより、製造した単結晶インゴット1内部の応力を緩和することができる。例えば、単結晶インゴット1の下端面が下方(融液側)に膨らんだ形状となっていると、単結晶インゴット1の回転中心側の方が外周側と比較して低温で育成される。一方、単結晶インゴット1の下端面が上方にへこんだ形状となっていると、単結晶インゴット1の回転中心側の方が外周側と比較して高温で育成される。このように結晶育成中に単結晶インゴット1の回転中心側と外周側とで温度差があると内部応力の増大につながるところ、本方法によれば、このような応力の発生が緩和されるためこれを原因とする加工時の割れの発生を低減できる。   Moreover, the stress inside the manufactured single crystal ingot 1 can be relieved by growing the crystal so that the lower end surface of the growing single crystal ingot 1 is horizontal. For example, when the lower end surface of the single crystal ingot 1 is swelled downward (melt side), the rotation center side of the single crystal ingot 1 is grown at a lower temperature than the outer peripheral side. On the other hand, when the lower end surface of the single crystal ingot 1 is recessed upward, the rotation center side of the single crystal ingot 1 is grown at a higher temperature than the outer peripheral side. As described above, when there is a temperature difference between the rotation center side and the outer peripheral side of the single crystal ingot 1 during crystal growth, it leads to an increase in internal stress. According to this method, the generation of such stress is alleviated. The occurrence of cracks during processing due to this can be reduced.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
直径100mm、深さ100mmのイリジウム製るつぼに、原料として純度99.99質量%以上の酸化アルミニウム2600gと純度99.99質量%以上の酸化チタン20mgとの混合物を充填した。当該原料の酸化アルミニウムのモル数Mに対する酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)は5×10−6である。このるつぼを高周波誘導加熱炉内に載置した。るつぼの外周にジルコニア製の円筒を配置して、るつぼ周辺を保温した。高周波誘導によりるつぼを加熱し、るつぼ内の原料を溶融させた。
Example 1
An iridium crucible having a diameter of 100 mm and a depth of 100 mm was filled with a mixture of 2600 g of aluminum oxide having a purity of 99.99% by mass or more and 20 mg of titanium oxide having a purity of 99.99% by mass or more as a raw material. The ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of the aluminum oxide of the material (M T / M A) is 5 × 10 -6. This crucible was placed in a high frequency induction heating furnace. A zirconia cylinder was placed on the outer periphery of the crucible to keep the area around the crucible warm. The crucible was heated by high-frequency induction to melt the raw material in the crucible.

サファイア単結晶のインゴットをチョクラルスキ法に基づき製造するにあたり、加熱炉内の雰囲気を窒素とし、圧力は大気圧とした。サファイアの種結晶を引き上げ棒の先端に固定し、この種結晶を原料の融液中に入れて種付けを行った。このとき、種結晶は、そのc軸が融液面に対して垂直となるように種付けをした。   In producing a sapphire single crystal ingot based on the Czochralski method, the atmosphere in the heating furnace was nitrogen and the pressure was atmospheric pressure. A seed crystal of sapphire was fixed to the tip of a pulling rod, and this seed crystal was put into a raw material melt and seeded. At this time, the seed crystal was seeded so that its c-axis was perpendicular to the melt surface.

種結晶を種付けした後、まず、単結晶インゴットの肩部を形成した(肩部形成工程)。すなわち、引き上げ棒を回転速度1回転/分で回転させるとともに、引上げ速度1.5mm/時間で引き上げた。融液の温度を調整することにより、単結晶インゴットの直径を60mmまで広げて肩部を形成した。このとき、単結晶インゴットの下端面は融液側に膨らんだ形状となっていた。   After seeding the seed crystal, first, a shoulder portion of the single crystal ingot was formed (shoulder portion forming step). That is, the pulling rod was rotated at a rotation speed of 1 rotation / minute and pulled up at a pulling speed of 1.5 mm / hour. By adjusting the temperature of the melt, the diameter of the single crystal ingot was expanded to 60 mm to form a shoulder. At this time, the lower end surface of the single crystal ingot was swelled to the melt side.

次いで、単結晶インゴットの直胴部を形成した(直胴部形成工程)。すなわち、引き上げ棒の回転速度を50回転/分、引上げ速度を0.1mm/時間にそれぞれ設定し、この条件にて2時間引き上げを続けた。これにより、単結晶インゴットの下端部の融液に浸っている部分(融液側に膨らんでいる部分)を再溶融させた(再溶融工程)。   Next, a straight body part of the single crystal ingot was formed (straight body part forming step). That is, the rotation speed of the lifting rod was set to 50 rotations / minute and the lifting speed was set to 0.1 mm / hour, and the lifting was continued for 2 hours under these conditions. As a result, the portion immersed in the melt at the lower end portion of the single crystal ingot (the portion swelled on the melt side) was remelted (remelting step).

その後、回転速度50回転/分及び引上げ速度0.7mm/時間の条件で単結晶インゴットを引き上げ、直胴部の長さが80mmとなるまでc軸方向に単結晶を育成した。そして、直胴部の長さが80mmとなったときに回転速度を114時間かけて50回転/分から35回転/分まで直線的に減じた(下端部形成工程)。   Thereafter, the single crystal ingot was pulled up under the conditions of a rotation speed of 50 rotations / minute and a pulling speed of 0.7 mm / hour, and a single crystal was grown in the c-axis direction until the length of the straight body portion reached 80 mm. Then, when the length of the straight body portion was 80 mm, the rotation speed was linearly reduced from 50 rotations / minute to 35 rotations / minute over 114 hours (lower end forming step).

回転速度が35回転/分になった時点で、単結晶インゴットを切り離し、約20時間かけて冷却を行った。   When the rotation speed reached 35 rotations / minute, the single crystal ingot was separated and cooled for about 20 hours.

目視による観察では、得られた単結晶インゴットの直胴部の大部分において泡欠陥は認められなかった。単結晶インゴット内部を透過するように波長532nmのレーザー光を照射しても、微小な泡欠陥に起因する散乱光は観測されなかった。また、この単結晶インゴットを研削したところ、研削工程において割れは発生しなかった。   By visual observation, no bubble defect was observed in most of the straight body portion of the obtained single crystal ingot. Even when a laser beam having a wavelength of 532 nm was irradiated so as to pass through the inside of the single crystal ingot, scattered light caused by minute bubble defects was not observed. Further, when this single crystal ingot was ground, no cracks occurred in the grinding process.

(実施例2)
原料の酸化チタンの含有量、並びに、引き上げ棒の回転速度及び引上げ速度の条件を変更したことの他は、実施例1と同様にして単結晶インゴットを作製した。すなわち、本実施例においては、原料として純度99.99質量%以上の酸化アルミニウム2600gと純度99.99質量%以上の酸化チタン40mgとの混合物を使用した。当該原料の酸化アルミニウムのモル数Mに対する酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)は10×10−6である。また、本実施例の直胴部形成工程では引き上げ棒の回転速度を70回転/分、引上げ速度を0.1mm/時間にそれぞれ設定し、この条件にて2時間引き上げを続けた。これにより、単結晶インゴットの下端部の融液に浸っている部分(融液側に膨らんでいる部分)を再融解させた。
(Example 2)
A single crystal ingot was produced in the same manner as in Example 1 except that the content of the raw material titanium oxide and the conditions of the rotational speed and pulling speed of the pulling rod were changed. That is, in this example, a mixture of 2600 g of aluminum oxide having a purity of 99.99% by mass or more and 40 mg of titanium oxide having a purity of 99.99% by mass or more was used as a raw material. The ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of the aluminum oxide of the material (M T / M A) is 10 × 10 -6. Further, in the straight body part forming step of this example, the rotation speed of the lifting rod was set to 70 rotations / minute and the lifting speed was set to 0.1 mm / hour, and the lifting was continued for 2 hours under these conditions. As a result, the portion immersed in the melt at the lower end of the single crystal ingot (the portion swelled on the melt side) was remelted.

その後、回転速度70回転/分及び引上げ速度1.5mm/時間の条件で単結晶インゴットを引き上げ、直胴部の長さが80mmとなるまでc軸方向に単結晶を育成した。そして、直胴部の長さが80mmとなったときに回転速度を53時間かけて70回転/分から30回転/分まで直線的に減じた。   Thereafter, the single crystal ingot was pulled up under the conditions of a rotation speed of 70 rotations / minute and a pulling speed of 1.5 mm / hour, and a single crystal was grown in the c-axis direction until the length of the straight body portion reached 80 mm. Then, when the length of the straight body portion became 80 mm, the rotation speed was linearly decreased from 70 rotations / minute to 30 rotations / minute over 53 hours.

回転速度が35回転/分になった時点で、単結晶インゴットを切り離し、約20時間かけて冷却を行った。   When the rotation speed reached 35 rotations / minute, the single crystal ingot was separated and cooled for about 20 hours.

目視による観察では、得られた単結晶インゴットの直胴部の大部分において泡欠陥は認められなかった。単結晶インゴット内部を透過するように波長532nmのレーザー光を照射しても、微小な泡欠陥に起因する散乱光は観測されなかった。また、この単結晶インゴットを研削したところ、研削工程において割れは発生しなかった。   By visual observation, no bubble defect was observed in most of the straight body portion of the obtained single crystal ingot. Even when a laser beam having a wavelength of 532 nm was irradiated so as to pass through the inside of the single crystal ingot, scattered light caused by minute bubble defects was not observed. Further, when this single crystal ingot was ground, no cracks occurred in the grinding process.

(実施例3)
原料として純度99.99質量%以上の酸化アルミニウム2600gと純度99.99質量%以上の酸化チタン80mgとの混合物を使用したことの他は、実施例2と同様にしてサファイアの単結晶インゴットを作製した。当該原料の酸化アルミニウムのモル数Mに対する酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)は20×10−6である。
(Example 3)
A sapphire single crystal ingot was prepared in the same manner as in Example 2 except that a mixture of 2600 g of aluminum oxide having a purity of 99.99% by mass or more and 80 mg of titanium oxide having a purity of 99.99% by mass or more was used as a raw material. did. The ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of the aluminum oxide of the material (M T / M A) is 20 × 10 -6.

目視による観察では、得られた単結晶インゴットの直胴部の大部分において泡欠陥は認められなかった。ただし、単結晶インゴット内部を透過するように波長532nmのレーザー光を照射したところ、微小な泡欠陥に起因する散乱光が単結晶インゴットの直胴部の上半分に観測された。なお、この単結晶インゴットを研削したところ、研削工程において割れは発生しなかった。   By visual observation, no bubble defect was observed in most of the straight body portion of the obtained single crystal ingot. However, when laser light having a wavelength of 532 nm was irradiated so as to pass through the inside of the single crystal ingot, scattered light due to minute bubble defects was observed in the upper half of the straight body portion of the single crystal ingot. When this single crystal ingot was ground, no cracks occurred in the grinding process.

(実施例4)
含有量の測定限界未満の酸化チタンを含有する酸化アルミニウムの融液を使用したことの他は、実施例2と同様にしてサファイアの単結晶インゴットを作製した。
Example 4
A single crystal ingot of sapphire was produced in the same manner as in Example 2 except that a melt of aluminum oxide containing titanium oxide having a content less than the measurement limit was used.

目視による観察では、得られた単結晶インゴットの直胴部の大部分において泡欠陥は認められなかった。ただし、単結晶インゴット内部を透過するように波長532nmのレーザー光を照射したところ、微小な泡欠陥に起因する散乱光が単結晶インゴットの直胴部の上半分に観測された。なお、この単結晶インゴットを研削したところ、研削工程において割れは発生しなかった。   By visual observation, no bubble defect was observed in most of the straight body portion of the obtained single crystal ingot. However, when laser light having a wavelength of 532 nm was irradiated so as to pass through the inside of the single crystal ingot, scattered light due to minute bubble defects was observed in the upper half of the straight body portion of the single crystal ingot. When this single crystal ingot was ground, no cracks occurred in the grinding process.

(比較例1)
直胴部形成工程において、引き上げ棒の回転速度及び引上げ速度の条件を変更したことの他は、実施例1と同様にしてサファイアの単結晶インゴットを作製した。すなわち、本比較例の直胴部形成工程では、回転速度40回転/分及び引上げ速度を0.7mm/時間の条件で直胴部の長さが80mmとなるまでc軸方向に単結晶を育成した。そして、直胴部の長さが80mmとなったときに単結晶インゴットを切り離し、約20時間かけて冷却を行った。
(Comparative Example 1)
A sapphire single crystal ingot was produced in the same manner as in Example 1 except that in the straight body portion forming step, the conditions of the rotational speed and pulling speed of the pulling rod were changed. That is, in the straight body part forming step of this comparative example, a single crystal is grown in the c-axis direction until the length of the straight body part becomes 80 mm under conditions of a rotation speed of 40 rotations / minute and a pulling speed of 0.7 mm / hour. did. And when the length of the straight body part became 80 mm, the single crystal ingot was cut off and cooled for about 20 hours.

得られた単結晶インゴットを目視により観察したところ、一部泡欠陥が生じていない領域があるものの単結晶インゴットの中心軸上に泡欠陥が点々と発生していた。また、この単結晶インゴットを研削したところ、インゴットの肩部において割れが発生した。   When the obtained single crystal ingot was visually observed, there were some bubble defects on the central axis of the single crystal ingot although there were regions where some bubble defects did not occur. Further, when this single crystal ingot was ground, cracks occurred in the shoulder portion of the ingot.

表1に実施例1〜4及び比較例1における育成条件並びに評価結果をまとめて示す。表1中の泡欠陥及び育成時間についての評価は下記の基準に基づき行った。   Table 1 summarizes the growth conditions and evaluation results in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1. Evaluation about the bubble defect in Table 1 and the growth time was performed based on the following criteria.

(泡欠陥についての評価基準)
A:直胴部に泡欠陥がほとんど発生していない、
B:直胴部の一部分の領域に泡欠陥が目視によって認められる、
C:目視では泡欠陥は認められないもののレーザー光を照射すると散乱光が観測される、
D:直胴部の大部分の領域に泡欠陥が目視によって認められる。
(Evaluation criteria for bubble defects)
A: There are almost no bubble defects in the straight body,
B: A bubble defect is visually recognized in a partial region of the straight body part.
C: Although no bubble defects are visually observed, scattered light is observed when irradiated with laser light.
D: A bubble defect is visually recognized in the most area | region of a straight trunk | drum.

(育成時間についての評価基準)
A:比較例1においてインゴットを作製するのに要した時間よりも短い、
B:比較例1においてインゴットを作製するのに要した時間と同程度、
C:比較例1においてインゴットを作製するのに要した時間よりもやや長い、
D:比較例1においてインゴットを作製するのに要した時間よりも長い。
(Evaluation criteria for training time)
A: Shorter than the time required for producing the ingot in Comparative Example 1,
B: The same level of time required to produce the ingot in Comparative Example 1,
C: Slightly longer than the time required to produce the ingot in Comparative Example 1,
D: It is longer than the time required to produce the ingot in Comparative Example 1.

Figure 0004844429
Figure 0004844429

サファイア単結晶を製造するための引き上げ装置の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows an example of the pulling apparatus for manufacturing a sapphire single crystal. 本発明に係るサファイア単結晶の製造方法の好適な製造工程を表す工程図である。It is process drawing showing the suitable manufacturing process of the manufacturing method of the sapphire single crystal which concerns on this invention. 図1の引き上げ装置を使って単結晶の直胴部を形成している状態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the state which forms the straight body part of a single crystal using the pulling apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…単結晶インゴット、1a…肩部、1b…直胴部、2…種結晶、10…引き上げ装置、12…引き上げ棒、14…高周波誘導加熱炉、15…高周波誘導コイル、17…るつぼ、18…融液。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Single crystal ingot, 1a ... Shoulder part, 1b ... Straight body part, 2 ... Seed crystal, 10 ... Pulling device, 12 ... Lifting rod, 14 ... High frequency induction heating furnace, 15 ... High frequency induction coil, 17 ... Crucible, 18 ... melt.

Claims (5)

原料の融液から結晶成長によりサファイア単結晶を製造する方法であって、
酸化アルミニウム及び酸化チタンを含有し、前記酸化アルミニウムのモル数Mに対する前記酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)が20×10−6以下である原料を溶融して融液を得る溶融工程と、
るつぼ内に収容された前記融液からサファイア単結晶を回転させながら引き上げて当該サファイア単結晶のインゴットの肩部を形成する肩部形成工程と、
当該サファイア単結晶を回転させながら引き上げて前記肩部の下方に延在するように前記インゴットの直胴部を形成する直胴部形成工程と、
を備え、
前記直胴部形成工程において前記直胴部の下端面が水平面となるように当該サファイア単結晶の引上げ速度及び回転速度を調整することを特徴とする方法。
A method for producing a sapphire single crystal by crystal growth from a raw material melt,
Containing aluminum oxide and titanium oxide, melting and melting the ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of aluminum oxide (M T / M A) is 20 × 10 -6 or less material A melting step to obtain a liquid;
A shoulder forming step of forming a shoulder of the ingot of the sapphire single crystal by pulling up the sapphire single crystal while rotating it from the melt contained in the crucible,
A straight body part forming step of forming the straight body part of the ingot so that the sapphire single crystal is pulled up while rotating and extends below the shoulder part, and
With
In the straight body part forming step, the pulling speed and rotation speed of the sapphire single crystal are adjusted so that the lower end surface of the straight body part becomes a horizontal plane.
前記直胴部形成工程は、前記るつぼ内において前記肩部形成工程後の前記肩部の下端部に向けて前記融液が当該るつぼ内の水平方向中心側の当該るつぼの下部から上方に流れ、当該るつぼの側壁面側で下方に流れる対流が生じるように前記サファイア単結晶の回転速度を調整するとともに、当該肩部の下端部の前記融液に浸かっている部分が再溶融するように前記サファイア単結晶の引上げ速度を調整する再溶融工程を備えることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   In the crucible, in the crucible, the melt flows upward from the lower part of the crucible on the horizontal center side in the crucible toward the lower end of the shoulder after the shoulder formation process, The rotational speed of the sapphire single crystal is adjusted so that convection flowing downward on the side wall surface side of the crucible is generated, and the sapphire is remelted so that the portion immersed in the melt at the lower end portion of the shoulder portion is remelted. The method according to claim 1, further comprising a remelting step of adjusting a pulling rate of the single crystal. 前記直胴部形成工程は、前記サファイア単結晶の回転速度を減速させながら、前記サファイア単結晶を引き上げて前記インゴットの下端部を形成する下端部形成工程を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。   The straight body portion forming step includes a lower end portion forming step of pulling up the sapphire single crystal to form a lower end portion of the ingot while decelerating a rotation speed of the sapphire single crystal. Or the method of 2. 前記酸化アルミニウムのモル数Mに対する前記酸化チタンのモル数Mの比率(M/M)が、5×10−6〜20×10−6であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 The ratio of the number of moles M T of the titanium oxide to moles M A of aluminum oxide (M T / M A), characterized in that a 5 × 10 -6 ~20 × 10 -6 , according to claim 1 The method as described in any one of -3. 前記サファイア単結晶の製造は、前記サファイア単結晶を当該単結晶のc軸とのなす角が10°以内の方向に引き上げて行うものであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。   The production of the sapphire single crystal is performed by pulling up the sapphire single crystal in a direction within 10 ° with respect to the c-axis of the single crystal. The method according to one item.
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