JPH06116082A - 単結晶の製造方法 - Google Patents

単結晶の製造方法

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JPH06116082A
JPH06116082A JP25971792A JP25971792A JPH06116082A JP H06116082 A JPH06116082 A JP H06116082A JP 25971792 A JP25971792 A JP 25971792A JP 25971792 A JP25971792 A JP 25971792A JP H06116082 A JPH06116082 A JP H06116082A
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靖 倉田
Kazuhisa Kurashige
和央 蔵重
Hiroyuki Ishibashi
浩之 石橋
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Abstract

(57)【要約】 【目的】シンチレータ等の光学結晶に用いる着色の少な
い良質な単結晶を歩留まりよく製造する方法を提供す
る。 【構成】ルツボに原料をとり、加熱開始前、先ず育成炉
内に予め不活性ガス(例えば、窒素ガス)を供給する。
そのガスを供給した状態のまま、内容物が溶融する温度
まで加熱する。融液に種結晶を接触させるとともに、結
晶の成長に有効なガス(例えば、酸素分圧:約1%の窒
素ガス雰囲気)を炉内に供給する。この状態で上昇速度
1〜5mm/h及び回転速度10〜50rpmで種結晶
を引き上げる。融液から結晶を切り離した後直ちに、炉
内雰囲気を結晶の特性向上に有効なガス(例えば、窒素
ガス)に切り替え、その温度に保持したのち、あるいは
保持することなく、室温まで一定速度で冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シンチレータ等の光学
結晶に用いられる単結晶の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原料を加熱して融液とし、その融液に種
結晶の下端を接触させ、種結晶を引き上げながら結晶を
成長させる育成工程、及び成長させた単結晶を融液から
切り離したのち、これを室温まで冷やす冷却工程を経る
単結晶製造法では、単結晶にしばしば割れが発生した
り、着色する等の問題があった。そこで、このような割
れを防ぐために、主にルツボの周りに保温構造を設けた
り、ルツボ上部に保温構造を設ける試みがなされてい
る。
【0003】一方、従来、単結晶製造時の雰囲気は、育
成工程、冷却工程いずれも共通に、例えば、酸化物の場
合には酸素ガス、GaAsやGaP等の化合物半導体の
場合にはそれぞれAsやP等、結晶を構成する元素のう
ち蒸気圧の最も高い元素を雰囲気とするのが一般的であ
った。ただし、雰囲気ガスとルツボ材料とのあいだで反
応が起こる場合や、雰囲気(酸素)ガスにより結晶中の
賦活原子の価数が変化し着色する等、特性が劣化する場
合は、単結晶製造時の雰囲気を化学的に不活性なガス又
は還元的雰囲気とする場合もあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、主にルツボの
周りに保温構造を設け温度勾配を大きくすると、結晶の
冷却工程で単結晶の割れを防ぐことは難しく、またルツ
ボ上部に保温構造を設け温度勾配を小さくすると、多結
晶が発生しやすく、多結晶に起因する割れが起こりやす
い。また、雰囲気(酸素)ガスによる賦活原子の価数の
変化による着色を避けるため、単結晶製造時の雰囲気を
化学的に不活性なガスとすると、得られる単結晶の表面
が荒れ、冷却工程で割れが発生しやすい。本発明は、割
れを未然に防ぎ、かつシンチレータ等の光学結晶に用い
る着色の少ない良質な単結晶を製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、単結晶の
製造における雰囲気、温度条件等を種々検討した結果、
育成工程の雰囲気(第1の雰囲気)と冷却工程の雰囲気
(第2の雰囲気)は必ずしも同じである必要はなく、それ
ぞれに適した雰囲気があること、あるいは、冷却工程の
初期に一定時間、保温すると更に効果的に上記目的が達
せられることを見出し、本発明を完成した。
【0006】すなわち、本発明は下記の(1)〜(3)
に関する。 (1)原料を加熱して融液とし、その融液に種結晶の下
端を接触させ、炉内の第1の雰囲気を結晶の成長に有効
な雰囲気とし、種結晶を引き上げながら結晶を成長さ
せ、次いで成長させた単結晶を融液から切り離すととも
に、炉内の第2の雰囲気を結晶の特性向上に有効な雰囲
気としたのち冷却する、単結晶の製造方法。
【0007】(2)原料を加熱して融液とし、その融液
に種結晶の下端を接触させ、炉内の第1の雰囲気を結晶
の成長に有効な雰囲気とし、種結晶を引き上げながら結
晶を成長させ、次いで、成長させた単結晶を融液から切
り離すとともに、炉内の第2の雰囲気を結晶の特性向上
に有効な雰囲気とし、その温度に保持したのち、冷却す
る、単結晶の製造方法。
【0008】(3)単結晶がセリウムで賦活した珪酸ガ
ドリニウム単結晶であり、第1の雰囲気が酸素を0.1
〜10%含有する雰囲気であり、第2の雰囲気が酸素を
含まない不活性ガス雰囲気である、上記(1)又は
(2)の製造方法。
【0009】本発明では、単結晶の製造時の雰囲気、す
なわち育成工程の雰囲気(第1の雰囲気)と冷却工程の
雰囲気(第2の雰囲気)を同一にするのではなく、それ
ぞれの工程に適した雰囲気とするものである。あるい
は、それに加え、冷却工程の初期に一定時間の保温過程
を設けるものである。
【0010】それぞれの工程、すなわち育成工程及び
(保温過程も含む)冷却工程に適した雰囲気は、製造す
る単結晶の種類によって異なる。例えば、Gd2-xCex
SiO5(ただし、xは0.1以下の正の数値)等、セ
リウム等で賦活した珪酸ガドリニウム単結晶の場合は、
育成工程における雰囲気(第1の雰囲気)は結晶の成長
に有効な雰囲気が好ましい。そのような雰囲気として
は、酸素を0.1〜10%、好ましくは1〜3%含有す
る(酸素以外は、不活性ガスである。)雰囲気がある。
酸素の含有量が0.1%未満であると、結晶の割れの発
生が起こりやすく、酸素の含有量が10%を越えると、
得られる結晶は黄色に着色し、その後の熱処理によって
も特性の回復が望めない。冷却工程における雰囲気(第
2の雰囲気)は、結晶の特性向上に有効な雰囲気が良
い。そのような雰囲気としては、酸素を含まない不活性
ガスの雰囲気がある。ここで不活性ガスとは化学的に不
活性なガスのことをいい、例えば窒素、ヘリウム、アル
ゴン等である。これらの中で窒素は価格の点で最も好ま
しい。
【0011】請求項2において、「その温度に保持し」
とは、成長させた単結晶を融液から切り離す際の温度、
又はその付近の温度に保持されるように加熱することを
いい、その保持時間は0.5〜10時間、好ましくは2
〜4時間である。保持時間が0.5時間未満であると、
結晶の特性の改善が不十分となり、10時間を越える
と、熱エッチングによる割れの発生の起点をつくること
になり、好ましくない。
【0012】成長させた単結晶を融液から切り離し、そ
の温度に保持することなく、又はその温度に保持したの
ち冷却するときの冷却速度はおおむね、20〜100℃
/hとする。20℃/h未満であると、結晶を取り出す
までに余計な時間がかかり、100℃/hを越えると、
急冷による熱応力により割れが発生しやすくなる。
【0013】本発明で製造することのできる単結晶とし
ては、Gd2-xCexSiO5、Y3-xNdxAl512等の
賦活剤添加酸化物単結晶、Bi4Ge312、Bi12Si
20、CdWO4、Gd2SiO5、Y3Al512、Li
NbO3、LiTaO3、Gd3Ga512等の酸化物単結
晶、Si、Ge、GaAs等の半導体単結晶等で、チョ
クラルスキー法で育成する単結晶の場合に適用できる。
結晶が着色しやすく、比較的割れやすい賦活剤添加酸化
物単結晶に特に好適である。
【0014】
【作用】単結晶の割れは、育成工程における熱エッチン
グにより生じた荒れ(微小クラック)が、冷却工程でク
ラックの起点となって起こると推定している。そこで、
セリウムで賦活した珪酸ガドリニウム単結晶のような賦
活剤添加酸化物の場合は、育成工程の雰囲気を酸素を含
む雰囲気とすることによって熱エッチングによる荒れ
(微小クラック)の発生が極力抑えられ、次の工程での
割れの発生が防止され、次いで冷却工程では酸素を含ま
ない雰囲気(化学的に不活性な雰囲気)とすることによ
って、育成工程で若干生じた着色が消去されると考えら
れる。
【0015】
【実施例】本発明を実施例により、更に具体的に説明す
る。
【0016】実施例1 直径50mmのIr製ルツボに、純度99.99%の酸
化ガドリニウムを0.9975モル、純度99.999
9%の酸化珪素を1モル及び純度99.99%の酸化セ
リウムを0.005モルの比にそれぞれ秤量し、混合
し、焼結した原料をとった。ルツボの加熱開始前、育成
炉内に予め3リットル/分の速さで窒素ガスを供給し
た。窒素ガスを供給した状態のまま、内容物が溶融する
温度まで加熱源の高周波電力を上げた。融液に種結晶を
接触させるとともに、炉内に更に0.03リットル/分
の速さで酸素ガスを供給した(酸素分圧:約1%の雰囲
気)。この状態で上昇速度1〜5mm/h及び回転速度
10〜50rpmで種結晶の引き上げを開始し、肩部で
結晶径を直径25mmまで広げて、平行部を約10cm引
き上げた。融液から結晶を切り離した後直ちに酸素ガス
の供給を止め、窒素ガスの流量は5リットル/分とし、
窒素ガス雰囲気中、50℃/hの冷却速度で室温まで冷
却した。その後、結晶を取り出し結晶の特性を評価し
た。
【0017】実施例2 用いたルツボ及び原料は実施例1と同じものである。ル
ツボの加熱開始前、育成炉内に予め3リットル/分の速
さで窒素ガスを供給した。窒素ガスを供給した状態のま
ま、内容物が溶融する温度まで加熱源の高周波電力を上
げた。融液に種結晶を接触させるとともに、炉内に更に
0.03リットル/分の速さで酸素ガスを供給した(酸
素分圧:約1%の雰囲気)。この状態で上昇速度1〜5
mm/h及び回転速度10〜50rpmで種結晶の引き
上げを開始し、肩部で結晶径を直径25mmまで広げて、
平行部を約10cm引き上げた。融液から結晶を切り離
した後直ちに酸素ガスの供給を止め、窒素ガスの流量は
5リットル/分とし、その温度(1900℃)に3時間
保った後、窒素ガス雰囲気中、50℃/hの冷却速度で
室温まで冷却した。その後、結晶を取り出し結晶の特性
を評価した。
【0018】比較例1 用いたルツボ及び原料は実施例1と同じものである。ル
ツボの加熱開始前、育成炉内に窒素ガスを3リットル/
分の速さで流した。窒素ガスを供給した状態のまま、内
容物が溶融する温度まで加熱源の高周波電力を上げ、次
いでその融液に種結晶を接触させ、この状態で上昇速度
1〜5mm/h及び回転速度10〜50rpmで種結晶
の引き上げを開始し、肩部で結晶径を直径25mmまで広
げて、平行部を約10cm引き上げた。窒素ガスを供給し
た状態のまま、切り離しを行い、50℃/hの冷却速度
で冷却した。その後、結晶を取り出し結晶の特性を評価
した。
【0019】比較例2 用いたルツボ及び原料は実施例1と同じものである。ル
ツボの加熱開始前、育成炉内に予め3リットル/分の速
さで窒素ガスを供給した。窒素ガスを供給した状態のま
ま、内容物が溶融する温度まで加熱源の高周波電力を上
げた。融液に種結晶を接触させるとともに、炉内に更に
0.03リットル/分の速さで酸素ガスを供給した(酸
素含有量:1%の雰囲気)。この状態で上昇速度1〜5
mm/h及び回転速度10〜50rpmで引き上げを開
始し、肩部で結晶径を直径25mmまで広げて、平行部を
約10cm引き上げた。その後、酸素含有量1%の窒素ガ
スを供給しながら切り離しを行い、50℃/hの冷却速
度で冷却した。その後、結晶を取り出し結晶の特性を評
価した。
【0020】実施例1〜2で得た結晶並びに比較例1〜
2で得た結晶について、10×10×10mm3の結晶
サンプルを採り、これについての430nmの透過率及
び蛍光出力と、結晶製造時の割れの発生の頻度を測定し
た(表1)。
【表1】 表1 単結晶の特性 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 項目 実施例1 実施例2 比較例1 比較例2 ───────────────────────────────── 430nmの透過率(%) 78 80 78 76 蛍光出力 350 380 350 270 割れ 少ない 少ない 多い 少ない ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【0021】育成工程で雰囲気を酸素1%含有窒素ガス
とし、冷却工程で雰囲気を100%窒素ガスとして製造
した結晶(実施例1)は、430nmの透過率及び蛍光出力
が、育成工程及び冷却工程いずれの雰囲気も100%窒
素ガスとして製造した結晶(比較例1)と同程度であ
り、結晶の割れは、育成工程及び冷却工程いずれの雰囲
気も1%酸素含有窒素ガスとして製造した結晶(比較例
2)と同程度に少なかった。また、実施例2で得られた
結晶は、実施例1と同様に割れは少なく、光学特性は、
それ以上に優れていた。
【0022】
【発明の効果】本発明により、光学結晶等に用いる着色
の少ない良質な単結晶を歩留りよく製造できる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料を加熱して融液とし、その融液に種結
    晶の下端を接触させ、炉内の第1の雰囲気を結晶の成長
    に有効な雰囲気とし、種結晶を引き上げながら結晶を成
    長させ、次いで、成長させた単結晶を融液から切り離す
    とともに、炉内の第2の雰囲気を結晶の特性向上に有効
    な雰囲気としたのち冷却する、単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】原料を加熱して融液とし、その融液に種結
    晶の下端を接触させ、炉内の第1の雰囲気を結晶の成長
    に有効な雰囲気とし、種結晶を引き上げながら結晶を成
    長させ、次いで、成長させた単結晶を融液から切り離す
    とともに、炉内の第2の雰囲気を結晶の特性向上に有効
    な雰囲気とし、その温度に保持したのち、冷却する、単
    結晶の製造方法。
  3. 【請求項3】単結晶がセリウムで賦活した珪酸ガドリニ
    ウム単結晶であり、第1の雰囲気が酸素を0.1〜10
    %含有する雰囲気であり、第2の雰囲気が酸素を含まな
    い不活性ガス雰囲気である、請求項1又は請求項2の製
    造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4868373A (en) * 1985-12-11 1989-09-19 U.S. Philips Corporation Memory card comprising an optical memory disc and microelectronic memory component, and apparatus for transferring information to and from such card
JP2007008983A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Hitachi Chem Co Ltd 無機シンチレータ
JP2019089671A (ja) * 2017-11-14 2019-06-13 住友金属鉱山株式会社 ニオブ酸リチウム単結晶の育成方法
JP2019167268A (ja) * 2018-03-23 2019-10-03 住友金属鉱山株式会社 ニオブ酸リチウム単結晶の育成方法

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