JPH0648883A - 結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厳格な温度制御を必要とすることなく、大型
の単結晶を容易にかつ迅速に製造することを可能とする
結晶製造装置を提供する。 【構成】 結晶を製造するための固体原料１２の周囲に
予備熱源としてのハロゲンランプ１３，１３を配置し、
固体原料１２を溶融させるためのレーザー装置１４及び
レーザー装置１４から照射されるレーザー光１４ａをそ
の断面がライン状となるように変換するための光学装置
１５を配置し、ハロゲンランプ１３，１３及びレーザー
装置１４を固体原料１２の長さ方向に沿って移動させ得
るように構成してなる単結晶製造装置１１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶製造装置に関し、特
に、結晶を製造するための固体原料を溶融するためにレ
ーザー装置を用いた結晶製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、単結晶の製造方法として、引き上
げ法あるいはフローティングゾーン法等が用いられてい
る。図３は、上記引き上げ法に用いられている単結晶製
造装置の一例を示す断面図である。単結晶製造装置１で
は、るつぼ２の周囲に高周波誘導加熱装置３が配置され
ており、該高周波誘導加熱装置３によりるつぼ２内が加
熱されるように構成されている。単結晶の製造に際して
は、るつぼ２内に固体原料を供給し、高周波誘導加熱装
置３により該固体原料を溶融し、溶融された原料４上に
配置された種結晶５を図示の矢印の方向に回転させつつ
引き上げていくことにより、単結晶６が得られる。

【０００３】図４は、従来の単結晶製造装置の他の例を
示す図であり、ここでは、単結晶を製造するための固体
原料７の一端７ａに接するように種結晶８が配置されて
いる。そして、固体原料７の一端７ａをレーザー装置９
より照射されるレーザー光９ａにより溶融し、他方、種
結晶８を図示の矢印の方向に回転させる。そして、レー
ザー光９ａを一端７ａから徐々に他端に向けて掃引させ
ていくことにより、種結晶８に連なる単結晶を製造して
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３に示した単結晶製
造装置１では、溶融された原料４を準安定状態に保つた
めに、非常に精密な温度コントロールが必要であるとい
う問題があった。他方、レーザー装置９を用いた図４の
単結晶製造装置では、上記のような精密な温度コントロ
ールは必要ではないが、レーザー光９ａは通常ポイント
フォーカスで用いられるため、固体原料７の一端７ａが
かなり大きな断面積を有する場合には、固体原料７の横
断面方向に均一に加熱することが非常に困難であった。
従って、比較的小さな単結晶しか得ることができず、よ
り大きな単結晶を製造することは困難であった。

【０００５】また、レーザー光を用いた単結晶製造装置
において、光学系を用い、レーザー光の断面をライン状
とした単結晶製造装置も提案されているが（例えば特開
平１−９３４９８５）、大面積の領域をレーザー光によ
り均一に加熱するにはレーザー光のエネルギー密度を非
常に大きくしなければならず、しかもエネルギー密度を
高めたとしても大きな面積の領域を均一に加熱すること
は非常に困難であった。

【０００６】本発明の目的は厳格な温度コントロールを
必要とせず、しかも大型の単結晶を容易に得ることを可
能とする結晶製造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、結晶を作製す
るための固体原料の周囲に配置されており、かつ前記固
体原料をその融点よりも低い温度に加熱するための予備
熱源と、前記固体原料の前記予備熱源で加熱された領域
にレーザー光を照射し得るように配置されたレーザー装
置とを備えることを特徴とする、結晶製造装置である。
また、本発明の結晶製造装置では、請求項２に記載のよ
うに、レーザー装置と前記固体原料との間にレーザー光
をライン状の断面を有するように該レーザー光を変換す
るための光学装置が配置されていてもよい。

【０００８】

【作用】本発明の結晶製造装置では予備熱源により固体
原料の一部が該固体原料の融点よりも低い温度に加熱さ
れる。従って、固体原料の一部が予め予備熱源により上
記のように加熱されているため、レーザー光のエネルギ
ー密度をさほど高めずとも、該レーザー装置から照射さ
れるレーザー光により固体原料の予備熱源により加熱さ
れた部分を迅速にかつ確実に溶融させることができる。
よって、固体原料の横断面がかなり大きな面積を有して
いる場合であっても、上記レーザー光により確実に固体
原料を溶融させていくことができるため、大型の単結晶
を容易にかつ確実に得ることができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、上記レ
ーザー光が光学装置により、断面がライン状の形状を有
するように変換されるため、固体原料を大きな面積に渡
り均一に溶融させることが容易である。しかも、予備熱
源により固体原料が予め加熱されているため、固体原料
の横断面が比較的大きい場合であっても、より一層迅速
にかつ容易に大型の単結晶を製造することができる。

【００１０】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ本発明の実施
例を説明することにより、本発明を明らかにする。図１
は、本発明の一実施例にかかる結晶製造装置を示す略図
的側面図である。結晶製造装置１１では、結晶を作製す
るための固体原料１２の周囲に予備熱源としてのハロゲ
ンランプ１３，１３が配置されている。ハロゲンランプ
１３，１３は、固体原料１２の一端１２ａ近傍の領域を
該固体原料１２の融点よりも低い温度、好ましくは融点
より５０℃程度低い温度に加熱するように配置されてい
る。従って、該ハロゲンランプ１３，１３により、固体
原料の１２の一端１２ａ近傍の領域が上記のように融点
より低い温度に加熱される。

【００１１】また、固体原料１２の一端１２ａにレーザ
ー光１４ａを照射するようにレーザー装置１４が該固体
原料１２の位置に応じて適当な距離を隔てて配置されて
いる。なお、レーザー装置１４の位置は、レーザー光１
４ａを初期状態において固体原料１２の一端１２ａにレ
ーザー光を照射し得るように適宜決定される。 また、
本実施例では、レーザー装置１４と固体原料１２との間
に光学装置１５が配置されている。光学装置１５は、レ
ーザー光１４ａの断面をライン状に変換するために設け
られている。従って、本実施例では、固体原料１２の一
端１２ａに断面がライン状のレーザー光１４ａが照射さ
れ、それによって固体原料１２が一端１２ａにおいてラ
イン状に加熱されて溶融される。

【００１２】他方、一端１２ａには種結晶１６が当接さ
れており、上記ハロゲンランプ１３，１３で予備加熱さ
れる領域及びレーザー装置１４からのレーザー光１４ａ
が照射される領域を、固体原料１２の一端１２ａから徐
々に他端側に移動させることにより、溶融された固体原
料１２が冷却され、種結晶１６につながるように単結晶
が成長されていく。

【００１３】本実施例では、上記のように、固体原料１
２において溶融される領域が徐々に図示の矢印Ｘ方向に
移動されていくことにより、種結晶１６につながる大型
の単結晶が製造される。しかも、レーザー光１４ａによ
り溶融される領域がハロゲンランプ１３，１３により予
め加熱されているため、レーザー光の照射により固体原
料を極めて短い時間で溶融させることができる。さら
に、レーザー光１４ａは光学装置１５により断面がライ
ン状に変換されているため、固体原料１２は比較的大き
な面積に渡り均一に加熱・溶融される。よって、大型の
単結晶を効率良く製造することができる。

【００１４】なお、ハロゲンランプ１３で加熱される領
域及びレーザー光１４ａが照射される領域を移動させる
には、ハロゲンランプ１３並びにレーザー装置１４及び
光学装置１５を図示の矢印方向に移動させることによ
り、あるいはハロゲンランプ１３やレーザー光１４ａの
向きを変化させること等の適宜の方法により行い得る。
図２は、本発明の他の実施例にかかる結晶製造装置を示
す略図的側面である。この結晶製造装置２１では、予備
熱源として高周波誘導加熱装置２３が固体原料１２の周
囲に配置されている。すなわち、図２に示す実施例は、
予備熱源として図１に示したハロゲンランプ１３，１３
を、高周波誘導加熱装置２３に変更したことに特徴を有
し、他の構成は図１に示した実施例と全く同様に構成さ
れている。

【００１５】高周波誘導加熱装置２３は、固体原料１２
を予備加熱するために設けられているものであるが、ハ
ロゲンランプ１３，１３と同様に、固体原料１２の軸方
向に沿って徐々にその位置を変化させ得るように構成さ
れている。即ち、単結晶の成長にともなって、予備加熱
する領域を変更する必要があるため、高周波誘導加熱装
置２３は、図示の矢印Ｘ方向に徐々に移動し得るように
構成されている。このように、予備熱源として用いる装
置としては、図１に示したハロゲンランプ１３，１３の
ようなランプ類に限らず、高周波誘導加熱装置２３のよ
うな他の形式の熱源を用いてもよい。

【００１６】なお、本発明の単結晶製造装置において雰
囲気は、空気により構成してもよく、あるいは目的とす
る単結晶の種類によっては窒素ガス雰囲気または窒素を
混入した空気によって雰囲気を用いてもよい。また、本
発明の単結晶製造装置は、種々の単結晶の製造に適用す
ることができるが、例えば、Ｙ₃ Ｇ₅ Ｏ₁₂（ＹＩＧ）、
Ｇｄ₃ Ｇａ₅ （ＧＧＧ）、ＬｉＴａＯ ₃ 、ＬｉＮｂ
Ｏ₃ 、ＬａＢＯなどの単結晶の製造に好適に用いること
ができる。

【００１７】さらに、上記実施例では、固体試料を照射
するレーザー装置が一個からなる例を示したが、例え
ば、固体試料が板状の場合には、板の主面の左右からレ
ーザー光を照射するようにしてもよい。また、固体試料
が四角柱、六角柱等の多角柱の場合には２方向、３方向
…ｎ方向からレーザー光を照射するようにすればよい。
これらの構成によれば広い範囲で固体試料をレーザー光
により均一に加熱することができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、予備熱源により固体原
料が予めその融点より低い温度に加熱されているため、
レーザー光の照射により固体原料を従来法に比べてより
速く溶融させることができる。したがって、単結晶の製
造をより効率良く行うことができる。また、予備熱源に
より固体原料が予め加熱されているため、大型の単結晶
を得ようとしてより広い面積にわたりレーザー光を照射
する場合においても、広い面積にわたり固体原料をレー
ザー光により均一に加熱することができる。従って、従
来法では得られ難かった大型の単結晶を得ることができ
る。

【００１９】また、請求項２に記載の発明のように、光
学装置を用いてレーザー光をその断面がライン状になる
ように変換すれば、固体燃料をより広い面積にわたりレ
ーザー光により加熱・溶融させることができる。従っ
て、より一層大型の単結晶を効率良く生産することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の単結晶製造装置を示す略図
的側面図。

【図２】本発明の他の実施例の単結晶製造装置を示す略
図的側面図。

【図３】従来の単結晶製造装置の一例を示す断面図。

【図４】従来の単結晶製造装置の他の例を示す略図的側
面図。

【符号の説明】

１１…単結晶製造装置 １２…固体原料 １２ａ…一端 １３，１３…予備熱源としてのハロゲンランプ １４…レーザー装置 １４ａ…レーザー光 １５…光学装置

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【手続補正書】

【提出日】平成５年７月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】さらに、上記実施例では、固体試料を照射
するレーザー装置が一個からなる例を示したが、例え
ば、固体試料が板状の場合には、板の主面の左右からレ
ーザー光を照射するようにしてもよい。また、固体試料
が四角柱、六角柱等の多角柱の場合には２方向、３方向
…ｎ方向からレーザー光を照射するようにすればよい。
これらの構成によれば広い範囲で固体試料をレーザー光
により均一に加熱することができる。また、種結晶１６
は固体試料１２の形状に応じたものを用いればよく、例
えば、固体試料１２が板状の場合には、幅広の短冊状の
ものを用いればよい。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶を製造するための固体原料の周囲に
   配置されており、かつ前記固体原料をその融点よりも低
   い温度に加熱するための予備熱源と、 前記固体原料の前記予備熱源で加熱された部分にレーザ
   ー光を照射させ得るように配置されたレーザー装置とを
   備えることを特徴とする、結晶製造装置。
2. 【請求項２】 前記レーザー装置と固体原料との間に配
   置されており、かつ前記レーザー装置より照射されるレ
   ーザー光をライン状の断面を有するレーザー光に変換す
   るための光学装置をさらに備えることを特徴する、請求
   項１に記載の結晶製造装置。