JP5949622B2 - サファイア単結晶育成用坩堝 - Google Patents
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Description
(材質)
本発明のサファイア単結晶育成用坩堝の材質には、タングステン、または、タングステンとモリブデンとの合金が用いられる。タングステン(融点:3380℃)およびモリブデン(融点:2620℃)はいずれも、その融点が、サファイアの融点(2050℃)よりも高く、高温耐久性を有している。
本発明のサファイア単結晶育成用坩堝(1)は、図1に示すように、従来の坩堝と同様に、底面(3)と内周面(4)と開口(2)とを備える。図1に誇張して示すように、加工の容易性や固化後のサファイア単結晶を容易に取り出す観点から、坩堝(1)の内周面は、底面(3)側から開口側(2)に向けて拡径する、0.8°〜3.0°のテーパ角αを有するように形成される。テーパ角αが0.8°未満では、育成後のサファイア単結晶を容易に取り出すことができず、サファイア単結晶に割れなどの欠陥が生じ、その収率が低下する。テーパ角αが大きいほど、育成後のサファイア単結晶の取出しは容易となるが、3.0°を超えると、製品として使用できる部分の比率が小さくなり、歩留まりが悪化する。この観点から、テーパ角αを、1.0°〜3.0°の範囲に設定することが好ましく、1.0°〜2.0°の範囲に設定することがより好ましい。
坩堝本体は、特に限定されることなく、従来技術により製造することができる。具体的には、金属粉末を混合焼結する粉末治金法や、溶解鋳造で得た鋳塊を加工する溶解鋳造法などにより製造することができる。
本発明のサファイア単結晶育成用坩堝(1)は、内周面(4)のうち、少なくともサファイア原料融液の上端部(上面がある部分およびその近傍)との接触部(6)に、表面粗さが、算術平均粗さRaで0.5μm以下である鏡面部(7)が形成されている。このような鏡面部(7)の存在により、坩堝(1)の内周面(4)と、サファイア原料融液(5)との接触面積を小さくすることができ、固化後のサファイア単結晶と坩堝(1)の内周面(4)の固着を効果的に防止することが可能となる。
本発明のサファイア単結晶育成用坩堝は、2000℃を超える高温環境下での、ブリッジマン法またはVGF法によるサファイア単結晶の育成に好適に用いることができる。この際の育成条件などは、基本的には従来技術と同様に、育成するサファイア単結晶の大きさや、使用する装置の性能などにより適宜設定することができる。
バフ研磨は、バフ研磨機(日立工機株式会社製、ハンドグラインダ)により行った。このとき、研磨剤としてダイヤモンドスラリー(株式会社フジミインコーポレーテッド製、GC♯タイプ)を使用し、この粒度を徐々に小さくしていくことにより、坩堝内周面の表面粗さが、算術平均粗さRaで所望の値(Ra=1.0、0.5、0.2)となるまで研磨を行った。
電解研磨は、電解研磨装置(メイホー株式会社製)により行った。このとき、電解研磨液としてアルカリ性のものを使用し、坩堝内周面の表面粗さが、算術平均粗さRaで所望の値(Ra=1.0、0.5、0.2)となるように適宜調整した。
[サファイア単結晶育成用坩堝の作製]
図1に示すような形状を有する、タングステン用のサファイア単結晶育成用坩堝(1)を用意した。この坩堝(1)は、開口(2)の内径が85mm、底面(3)の内径が80mm、厚さが5mm、高さが150mmであった。また、底面(3)から開口(2)に向かって広がるように1.0°のテーパ角が設けられており、未処理状態における内周面の表面粗さは、算術平均粗さRaで1.8μmであった。なお、この坩堝(1)は、粉末治金法により製造されたものであった。
このようにして得られたサファイア単結晶育成用坩堝(1)に、直径77mm、厚さ40 mm、質量0.75kg、厚さ方向の結晶方位がc軸である種子結晶と、2kgのアルミナを入れて、カーボンヒータを用いた抵抗加熱式の融解炉を用いて、約2100℃まで加熱することにより融解した。その後、炉内で除冷することにより、サファイア単結晶を得た。
坩堝本体の材料、鏡面加工の方法およびテーパ角を表1に示す条件としたこと以外は、実施例1と同様にして、サファイア単結晶育成用坩堝を、それぞれ製造した。
本発明の技術的範囲に属する実施例1〜15は、育成後のサファイア単結晶を容易に取り出すことができ、かつ、取り出したサファイア単結晶には、割れなどの欠陥が生じていなかった。
2 開口
3 底面
4 内周面
5 サファイア原料融液
6 接触部
7 鏡面部
α テーパ角
Claims (6)
- タングステン、または、タングステンとモリブデンとの合金からなり、底面と内周面と開口とを備え、前記内周面は、前記底面側から前記開口側に向けて拡径する、0.8°〜3.0°のテーパ角を有し、かつ、前記内周面のうち、少なくともサファイア原料融液の上端部と接触する部分に、表面粗さが、算術平均粗さRaで0.5μm以下である鏡面部が設けられている、サファイア単結晶育成用坩堝。
- 前記タングステンとモリブデンとの合金からなり、該タングステンとモリブデンとの合金における、タングステンの含有率が30質量%以上である、請求項1に記載のサファイア単結晶育成用坩堝。
- 前記テーパ角が1.0°〜3.0°である、請求項1〜2のいずれかに記載のサファイア単結晶育成用坩堝。
- 前記表面粗さが、算術平均粗さRaで0.2μm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載のサファイア単結晶育成用坩堝。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のサファイア単結晶育成用坩堝の製造方法であって、前記鏡面部を、バフ研磨および/または電解研磨によって鏡面加工をすることにより形成する、サファイア単結晶育成用坩堝の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のサファイア単結晶育成用坩堝を使用して、垂直温度勾配凝固法または垂直式温度傾斜凝固法により、サファイア原料を融解し、サファイア単結晶を固化させる、サファイア単結晶の製造方法。
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