JPH07277893A - アルミナ単結晶の製法 - Google Patents
アルミナ単結晶の製法Info
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- JPH07277893A JPH07277893A JP6732494A JP6732494A JPH07277893A JP H07277893 A JPH07277893 A JP H07277893A JP 6732494 A JP6732494 A JP 6732494A JP 6732494 A JP6732494 A JP 6732494A JP H07277893 A JPH07277893 A JP H07277893A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 組成的過冷却現象を抑え、光学的特性に優れ
た、チタンやクロムなどの添加元素を含む酸化アルミニ
ウム単結晶を製造する方法を提供しようとするものであ
る。 【構成】 遷移金属を添加して酸化アルミニウム単結晶
を溶融固化法で製造する方法において、融液に磁場を印
加するか、酸素分圧を１０-2気圧以下に雰囲気ガスを制
御することにより、融液の対流を促進しながら結晶を育
成することを特徴とする酸化アルミニウム単結晶の製造
方法である。
た、チタンやクロムなどの添加元素を含む酸化アルミニ
ウム単結晶を製造する方法を提供しようとするものであ
る。 【構成】 遷移金属を添加して酸化アルミニウム単結晶
を溶融固化法で製造する方法において、融液に磁場を印
加するか、酸素分圧を１０-2気圧以下に雰囲気ガスを制
御することにより、融液の対流を促進しながら結晶を育
成することを特徴とする酸化アルミニウム単結晶の製造
方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ材料や光学
用窓材料などの光学用途に適した酸化アルミニウム単結
晶の製造方法に関する。
用窓材料などの光学用途に適した酸化アルミニウム単結
晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている酸化物単結晶系の
固体レーザやシンチレータのほとんどは、母結晶に光学
活性元素を添加したものである。最も典型的な固体レー
ザ材料であるＮｄ：ＹＡＧは、母結晶であるＹ3 Ａｌ5
Ｏ12のイットリウム格子点の一部を光学活性元素である
ネオジウムで置換したものである。
固体レーザやシンチレータのほとんどは、母結晶に光学
活性元素を添加したものである。最も典型的な固体レー
ザ材料であるＮｄ：ＹＡＧは、母結晶であるＹ3 Ａｌ5
Ｏ12のイットリウム格子点の一部を光学活性元素である
ネオジウムで置換したものである。
【０００３】酸化アルミニウム単結晶は、その熱的特性
や化学的安定性などの点で光学材料用母結晶としての資
質を備えており、チタンを添加した酸化アルミニウム単
結晶は、広帯域波長可変固体レーザ材料として活発な開
発が行われている。そして、光学材料としての酸化物単
結晶の多くは、結晶の品質や口径などの観点から、溶融
固化法、特に、回転引き上げ法によって育成されてい
る。
や化学的安定性などの点で光学材料用母結晶としての資
質を備えており、チタンを添加した酸化アルミニウム単
結晶は、広帯域波長可変固体レーザ材料として活発な開
発が行われている。そして、光学材料としての酸化物単
結晶の多くは、結晶の品質や口径などの観点から、溶融
固化法、特に、回転引き上げ法によって育成されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の回転引
き上げ法で、添加元素を含む酸化アルミニウム単結晶を
育成するときには、育成条件により添加元素が偏析した
り、気泡が発生するなど、光学材料としての特性が著し
く低下することがあった。このような欠陥は、添加元素
の濃度が高い場合や、育成速度が大きい場合に特に発生
し易い。この現象は、成長界面付近で添加元素濃度が不
均一になり、結晶成長の駆動力である過冷却度が局所的
に不均一となる組成的過冷却に伴うセル成長に起因して
いる。
き上げ法で、添加元素を含む酸化アルミニウム単結晶を
育成するときには、育成条件により添加元素が偏析した
り、気泡が発生するなど、光学材料としての特性が著し
く低下することがあった。このような欠陥は、添加元素
の濃度が高い場合や、育成速度が大きい場合に特に発生
し易い。この現象は、成長界面付近で添加元素濃度が不
均一になり、結晶成長の駆動力である過冷却度が局所的
に不均一となる組成的過冷却に伴うセル成長に起因して
いる。
【０００５】酸化アルミニウムにチタンやクロムなどを
添加して単結晶を育成する場合、チタン又はクロムの実
効偏析係数が０．１〜０．２と小さいため、組成的過冷
却現象による添加元素の偏析や微小の気泡が生じ易い。
添加元素の偏析や気泡は、光散乱源となるため、固体レ
ーザのような光学用途目的に対しては致命的な特性低下
をもたらす。
添加して単結晶を育成する場合、チタン又はクロムの実
効偏析係数が０．１〜０．２と小さいため、組成的過冷
却現象による添加元素の偏析や微小の気泡が生じ易い。
添加元素の偏析や気泡は、光散乱源となるため、固体レ
ーザのような光学用途目的に対しては致命的な特性低下
をもたらす。
【０００６】組成的過冷却現象の緩和対策には育成速度
を低下させる方法があり、ある程度の効果はあるが、育
成速度の低下は生産性及び引き上げ速度の精度や耐火物
の耐火性などの育成装置側の条件との兼ね合いから、実
用的には限界があり、組成的過冷却現象を積極的かつ根
本的に解決することにはならない。
を低下させる方法があり、ある程度の効果はあるが、育
成速度の低下は生産性及び引き上げ速度の精度や耐火物
の耐火性などの育成装置側の条件との兼ね合いから、実
用的には限界があり、組成的過冷却現象を積極的かつ根
本的に解決することにはならない。
【０００７】そこで、本発明では、上記の欠点を解消
し、組成的過冷却現象を抑え、光学的特性に優れた、チ
タンやクロムなどの遷移金属元素を含む酸化アルミニウ
ム単結晶を製造する方法を提供しようとするものであ
る。
し、組成的過冷却現象を抑え、光学的特性に優れた、チ
タンやクロムなどの遷移金属元素を含む酸化アルミニウ
ム単結晶を製造する方法を提供しようとするものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、遷移金属を添
加して酸化アルミニウム単結晶を溶融固化法、特に、回
転引き上げ法で製造する方法において、融液の対流を促
進させながら単結晶を育成することを特徴とする酸化ア
ルミニウム単結晶の製造方法である。
加して酸化アルミニウム単結晶を溶融固化法、特に、回
転引き上げ法で製造する方法において、融液の対流を促
進させながら単結晶を育成することを特徴とする酸化ア
ルミニウム単結晶の製造方法である。
【０００９】本発明において、融液対流を促進する方法
としては、融液に磁場、特に垂直磁場を印加する方法、
育成雰囲気の酸素分圧を１０-2気圧以下に制御する方
法、又は、それらを併用する方法などを採用することが
できる。
としては、融液に磁場、特に垂直磁場を印加する方法、
育成雰囲気の酸素分圧を１０-2気圧以下に制御する方
法、又は、それらを併用する方法などを採用することが
できる。
【００１０】
【作用】本発明者等は、これまでの基礎研究の中で、酸
化アルミニウムや酸化チタンなどの酸化物融液に垂直磁
場を印加したり、育成雰囲気の酸素分圧を低下させる
と、融液対流が著しく促進されることを見いだし、これ
らの融液対流促進法を、遷移金属元素を含む酸化物単結
晶を融液から育成する方法に適用することにより、組成
的過冷却現象を抑え、光学特性の優れた酸化物単結晶の
製造に成功した。
化アルミニウムや酸化チタンなどの酸化物融液に垂直磁
場を印加したり、育成雰囲気の酸素分圧を低下させる
と、融液対流が著しく促進されることを見いだし、これ
らの融液対流促進法を、遷移金属元素を含む酸化物単結
晶を融液から育成する方法に適用することにより、組成
的過冷却現象を抑え、光学特性の優れた酸化物単結晶の
製造に成功した。
【００１１】半導体融液に磁場を印加すると、融液対流
が抑制されることが報告されているが、酸化アルミニウ
ムや酸化チタン等の酸化物融液に最大２．０テスラの垂
直磁場を印加すると、半導体融液とは異なり、渦状の対
流が誘起されることを見いだした。磁場によって誘起さ
れる対流速度は、磁場の強度の増大とともに大きくなる
傾向がある。この渦状の対流速度は、磁場強度の他に、
磁場印加前の自然対流の速度、融液の電気伝導率及び粘
性係数などの融液の物性に依存するものと考えられる。
この渦状の対流は、結晶成長において、るつぼの回転に
より誘起される強制対流と同様の効果がある。
が抑制されることが報告されているが、酸化アルミニウ
ムや酸化チタン等の酸化物融液に最大２．０テスラの垂
直磁場を印加すると、半導体融液とは異なり、渦状の対
流が誘起されることを見いだした。磁場によって誘起さ
れる対流速度は、磁場の強度の増大とともに大きくなる
傾向がある。この渦状の対流速度は、磁場強度の他に、
磁場印加前の自然対流の速度、融液の電気伝導率及び粘
性係数などの融液の物性に依存するものと考えられる。
この渦状の対流は、結晶成長において、るつぼの回転に
より誘起される強制対流と同様の効果がある。
【００１２】そこで、育成する結晶を磁場誘起による渦
状の対流とは反対方向に回転することにより、磁場を印
加しない従来の育成方法に比べ、見掛け上、自然対流が
強い条件での結晶育成が可能になる。そして、成長界面
付近の強い対流による攪拌効果は、添加元素の分布をよ
り均一化することができ、組成的過冷却現象を抑制する
育成環境を整えることができる。
状の対流とは反対方向に回転することにより、磁場を印
加しない従来の育成方法に比べ、見掛け上、自然対流が
強い条件での結晶育成が可能になる。そして、成長界面
付近の強い対流による攪拌効果は、添加元素の分布をよ
り均一化することができ、組成的過冷却現象を抑制する
育成環境を整えることができる。
【００１３】また、酸化物の融液を形成するときに、雰
囲気の酸素分圧を１０-3気圧以下に低下させると、見掛
け上自然対流が著しく促進される。これは、表面張力の
不均一性に伴うマランゴニ対流によるものと考えられ
る。表面張力に不均一を生ずるのは、るつぼ内の温度勾
配に起因する自然対流で、るつぼの底から沸き上がって
きた融液が表面でるつぼ壁側からるつぼ中央に向けて流
れる間に、還元され、若干組成変化を生ずるためであ
る。この表面張力の組成依存性に基づくマランゴニ対流
は、表面張力の温度依存性に基づくマランゴニ対流に比
べて極めて強い。
囲気の酸素分圧を１０-3気圧以下に低下させると、見掛
け上自然対流が著しく促進される。これは、表面張力の
不均一性に伴うマランゴニ対流によるものと考えられ
る。表面張力に不均一を生ずるのは、るつぼ内の温度勾
配に起因する自然対流で、るつぼの底から沸き上がって
きた融液が表面でるつぼ壁側からるつぼ中央に向けて流
れる間に、還元され、若干組成変化を生ずるためであ
る。この表面張力の組成依存性に基づくマランゴニ対流
は、表面張力の温度依存性に基づくマランゴニ対流に比
べて極めて強い。
【００１４】雰囲気の酸素分圧を低下させる手段として
は、窒素やアルゴンなどの不活性ガスに、水素又は一酸
化炭素を混合したガスを雰囲気ガスとして用いるか、グ
ラファイトでるつぼ又はその周辺の耐火物を構成する方
法がある。雰囲気の酸素分圧を低下させ、かつ、融液対
流を促進させた状態で結晶成長を行うと、強い融液対流
による攪拌効果のため、添加元素の分布が均一化され、
組成的過冷却現象が生じにくい成長環境を整えることが
できる。
は、窒素やアルゴンなどの不活性ガスに、水素又は一酸
化炭素を混合したガスを雰囲気ガスとして用いるか、グ
ラファイトでるつぼ又はその周辺の耐火物を構成する方
法がある。雰囲気の酸素分圧を低下させ、かつ、融液対
流を促進させた状態で結晶成長を行うと、強い融液対流
による攪拌効果のため、添加元素の分布が均一化され、
組成的過冷却現象が生じにくい成長環境を整えることが
できる。
【００１５】本発明では、磁場印加及び／又は雰囲気の
酸素分圧制御による融液対流を促進させながら、遷移金
属を添加する酸化アルミニウム融液を徐々に固化するこ
とにより、光学的特性の優れた単結晶を高い成長速度で
育成することができるようになった。
酸素分圧制御による融液対流を促進させながら、遷移金
属を添加する酸化アルミニウム融液を徐々に固化するこ
とにより、光学的特性の優れた単結晶を高い成長速度で
育成することができるようになった。
【００１６】図１は、本発明の方法を実施するための磁
場印加型回転引き上げ装置の概念図である。るつぼ１内
には、遷移金属を添加した酸化アルミニウム融液２が収
容されており、るつぼ１の周囲にはワークコイル５が配
置され、これらを収容するチャンバー６の周囲には超伝
導マグネット７が配置され、融液２に強制対流を付与し
た状態で軸４を引き上げ、単結晶３を育成するものであ
る。
場印加型回転引き上げ装置の概念図である。るつぼ１内
には、遷移金属を添加した酸化アルミニウム融液２が収
容されており、るつぼ１の周囲にはワークコイル５が配
置され、これらを収容するチャンバー６の周囲には超伝
導マグネット７が配置され、融液２に強制対流を付与し
た状態で軸４を引き上げ、単結晶３を育成するものであ
る。
【００１７】
（実施例１）図１の磁場印加型回転引き上げ装置を用い
て、Ｔｉを含むＡｌ2 Ｏ3 単結晶を育成した。出発原料
としては、純度99.999％のＡｌ2 Ｏ3 粉末（住友化学
製）及び純度99.99 ％のＴｉＯ2 粉末（高純度化学製）
を用いた。予め灼熱減量を測定した両粉末を、ＴｉＯ2
が２．０重量％になるように秤量し、エタノールを加え
て３６時間ボールミルで混合した。その後、エタノール
を分離し、乾燥した粉末２４０ｇを４０００ｋｇ／ｃｍ
2 の圧力で冷間静水圧プレスで成型した後、大気中で１
５００℃で２４時間焼成して育成原料とした。
て、Ｔｉを含むＡｌ2 Ｏ3 単結晶を育成した。出発原料
としては、純度99.999％のＡｌ2 Ｏ3 粉末（住友化学
製）及び純度99.99 ％のＴｉＯ2 粉末（高純度化学製）
を用いた。予め灼熱減量を測定した両粉末を、ＴｉＯ2
が２．０重量％になるように秤量し、エタノールを加え
て３６時間ボールミルで混合した。その後、エタノール
を分離し、乾燥した粉末２４０ｇを４０００ｋｇ／ｃｍ
2 の圧力で冷間静水圧プレスで成型した後、大気中で１
５００℃で２４時間焼成して育成原料とした。
【００１８】単結晶の育成には、直径５０ｍｍ、高さ５
０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのイリジウムるつぼを用いた。
るつぼの底には、Ｉｒ−Ｉｒ／Ｒｈ熱電対を配置してる
つぼ温度をモニターした。るつぼの周囲には酸化ジルコ
ニウム製耐火物を配置して断熱保温した。るつぼの上方
には、融液の温度勾配制御及び育成結晶の保温の目的
で、イリジウム製アフターヒータを配置した。上記のホ
ットゾーンの周囲は、真空排気及び雰囲気制御の可能な
ステンレス製チャンバーで包囲した。
０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのイリジウムるつぼを用いた。
るつぼの底には、Ｉｒ−Ｉｒ／Ｒｈ熱電対を配置してる
つぼ温度をモニターした。るつぼの周囲には酸化ジルコ
ニウム製耐火物を配置して断熱保温した。るつぼの上方
には、融液の温度勾配制御及び育成結晶の保温の目的
で、イリジウム製アフターヒータを配置した。上記のホ
ットゾーンの周囲は、真空排気及び雰囲気制御の可能な
ステンレス製チャンバーで包囲した。
【００１９】上記の育成原料をるつぼに充填した後、真
空ポンプでチャンバー内を１．０×１０-3Ｔｏｒｒまで
真空排気した後、雰囲気ガスとして、窒素に０．５体積
％の水素を混合したガスを毎分２リットルの流速でチャ
ンバーに導入した。次いで、ワークコイルには周波数約
２０ｋＨｚの高周波電力を徐々に印加してるつぼを加熱
し、約１８時間かけて高周波電力を約６ｋｗまで上昇さ
せて、るつぼ内の原料を完全に溶融させた。この時、る
つぼ底の熱電対の測定温度は約１９８０℃であった。融
液表面には、融液対流に起因すると考えられるスポーク
パターンが観察された。スポークパターンの動きは、毎
秒５ｍｍ程度であり、比較的緩やかであった。また、ス
ポークパターンの移動方向は、融液表面において、基本
的にるつぼ壁側からるつぼ中心に向かう方向であった。
空ポンプでチャンバー内を１．０×１０-3Ｔｏｒｒまで
真空排気した後、雰囲気ガスとして、窒素に０．５体積
％の水素を混合したガスを毎分２リットルの流速でチャ
ンバーに導入した。次いで、ワークコイルには周波数約
２０ｋＨｚの高周波電力を徐々に印加してるつぼを加熱
し、約１８時間かけて高周波電力を約６ｋｗまで上昇さ
せて、るつぼ内の原料を完全に溶融させた。この時、る
つぼ底の熱電対の測定温度は約１９８０℃であった。融
液表面には、融液対流に起因すると考えられるスポーク
パターンが観察された。スポークパターンの動きは、毎
秒５ｍｍ程度であり、比較的緩やかであった。また、ス
ポークパターンの移動方向は、融液表面において、基本
的にるつぼ壁側からるつぼ中心に向かう方向であった。
【００２０】この状態で超伝導マグネットで徐々に垂直
磁場を印加したところ、約０．３テスラの磁場で融液対
流が渦状に変化し始めた。渦状の対流の回転方向は、融
液を上方から見て時計回りであった。その後、磁場強度
の増大とともに渦状の対流速度が増大するとともに、対
流の中心対称性が向上する傾向が認められた。磁場強度
を１．５テスラで約６時間融液を保持したが、渦状の対
流は安定しており、経時的な変化は認められなかった。
磁場を印加したところ、約０．３テスラの磁場で融液対
流が渦状に変化し始めた。渦状の対流の回転方向は、融
液を上方から見て時計回りであった。その後、磁場強度
の増大とともに渦状の対流速度が増大するとともに、対
流の中心対称性が向上する傾向が認められた。磁場強度
を１．５テスラで約６時間融液を保持したが、渦状の対
流は安定しており、経時的な変化は認められなかった。
【００２１】引き続き結晶成長を行った。種結晶は、ａ
軸方向に切りだした５×５×４０ｍｍの純粋なＡｌ2 Ｏ
3 単結晶を用い、育成条件は、引き上げ速度を毎時１．
５ｍｍ、結晶回転速度を毎分２０回転、回転方向は磁場
による渦状の対流とは反対方向とした。結晶育成開始直
後は、融液温度を僅かに上昇させて結晶径を細める、い
わゆるネッキング操作を行い、結晶径を約３ｍｍまで細
め、そのまま約８ｍｍ成長させた。次いで、高周波電力
を徐々に低下させ、結晶の肩部を形成した。肩部の開き
角は約６０0 とした。肩部に続いて直胴部を形成した。
直胴部の直径はロードセルを用いた重量法により、直径
２０ｍｍを目標に制御した。２５時間直胴部を形成した
後、手動で約３０ｍｍ引き上げて結晶を融液から切り離
した。育成した結晶はアフターヒータ内に保持して２０
時間かけて室温まで冷却した。
軸方向に切りだした５×５×４０ｍｍの純粋なＡｌ2 Ｏ
3 単結晶を用い、育成条件は、引き上げ速度を毎時１．
５ｍｍ、結晶回転速度を毎分２０回転、回転方向は磁場
による渦状の対流とは反対方向とした。結晶育成開始直
後は、融液温度を僅かに上昇させて結晶径を細める、い
わゆるネッキング操作を行い、結晶径を約３ｍｍまで細
め、そのまま約８ｍｍ成長させた。次いで、高周波電力
を徐々に低下させ、結晶の肩部を形成した。肩部の開き
角は約６０0 とした。肩部に続いて直胴部を形成した。
直胴部の直径はロードセルを用いた重量法により、直径
２０ｍｍを目標に制御した。２５時間直胴部を形成した
後、手動で約３０ｍｍ引き上げて結晶を融液から切り離
した。育成した結晶はアフターヒータ内に保持して２０
時間かけて室温まで冷却した。
【００２２】得られた単結晶は、直径２０ｍｍ、直胴部
の長さ約４５ｍｍであった。結晶のテイル部は約２０ｍ
ｍにわたって融液側に突出しており、相対的に自然対流
優勢の状況での結晶成長であったことが分かる。また、
結晶は透明なピンク色を呈しており、クラックや気泡な
どの巨視的な欠陥は全く認められなかった。育成した結
晶から成長方向に垂直に厚さ３．０ｍｍのウエハを数枚
切り出し、両端を研磨して吸収スペクトルを測定したと
ころ、いずれもＴｉ3+に起因する吸収が同様に存在して
おり、場所による吸収スペクトルの差異は認められなか
った。したがって、結晶内のＴｉの分布が極めて均一で
あることが分かる。
の長さ約４５ｍｍであった。結晶のテイル部は約２０ｍ
ｍにわたって融液側に突出しており、相対的に自然対流
優勢の状況での結晶成長であったことが分かる。また、
結晶は透明なピンク色を呈しており、クラックや気泡な
どの巨視的な欠陥は全く認められなかった。育成した結
晶から成長方向に垂直に厚さ３．０ｍｍのウエハを数枚
切り出し、両端を研磨して吸収スペクトルを測定したと
ころ、いずれもＴｉ3+に起因する吸収が同様に存在して
おり、場所による吸収スペクトルの差異は認められなか
った。したがって、結晶内のＴｉの分布が極めて均一で
あることが分かる。
【００２３】比較のために、磁場を印加せずに従来の回
転引き上げ法で、その他の条件は上記と同様にして結晶
を育成した。得られた結晶の色は、磁場を印加した上記
の結晶とほぼ同じであった。結晶のテイル部の融液側へ
の突出は約７ｍｍであり、磁場を印加した上記の結晶に
比べ、相対的に自然対流が弱い状況での成長であること
が分かった。また、結晶内には、中心軸にそって光学顕
微鏡で確認できる程度の微小な気泡が多数存在してい
た。
転引き上げ法で、その他の条件は上記と同様にして結晶
を育成した。得られた結晶の色は、磁場を印加した上記
の結晶とほぼ同じであった。結晶のテイル部の融液側へ
の突出は約７ｍｍであり、磁場を印加した上記の結晶に
比べ、相対的に自然対流が弱い状況での成長であること
が分かった。また、結晶内には、中心軸にそって光学顕
微鏡で確認できる程度の微小な気泡が多数存在してい
た。
【００２４】（実施例２）雰囲気の酸素分圧を制御する
回転引き上げ法で、Ｔｉを含むＡｌ2 Ｏ3 単結晶を育成
した。結晶育成装置は、実施例１で用いたものと基本的
に同じ装置を用い、超伝導マグネットは作動させず、育
成雰囲気の酸素分圧を制御するために、イリジウム製ア
フターヒータを載せる耐火物をグラファイト製とした。
育成原料は、実施例１と同じものを用いた。また、雰囲
気ガスとしては、アルゴンに５体積％の水素を混合した
ガスを毎分２．５リットルの流速でチャンバーに導入し
た。
回転引き上げ法で、Ｔｉを含むＡｌ2 Ｏ3 単結晶を育成
した。結晶育成装置は、実施例１で用いたものと基本的
に同じ装置を用い、超伝導マグネットは作動させず、育
成雰囲気の酸素分圧を制御するために、イリジウム製ア
フターヒータを載せる耐火物をグラファイト製とした。
育成原料は、実施例１と同じものを用いた。また、雰囲
気ガスとしては、アルゴンに５体積％の水素を混合した
ガスを毎分２．５リットルの流速でチャンバーに導入し
た。
【００２５】加熱操作も実施例１と同様にして１８時間
かけて高周波電力を約６ｋｗまで上昇させて、るつぼ内
の原料を完全に溶融させた。融液表面に観察されるスポ
ークパターンは、実施例１に比べてコントラストが極め
て強く、その移動速度は毎秒１５ｍｍと速かった。スポ
ークパターンの移動方向は、融液表面においてるつぼ壁
側からるつぼ中心に向かう方向であった。
かけて高周波電力を約６ｋｗまで上昇させて、るつぼ内
の原料を完全に溶融させた。融液表面に観察されるスポ
ークパターンは、実施例１に比べてコントラストが極め
て強く、その移動速度は毎秒１５ｍｍと速かった。スポ
ークパターンの移動方向は、融液表面においてるつぼ壁
側からるつぼ中心に向かう方向であった。
【００２６】融液形成後、約５時間そのまま保持した
後、結晶成長を行った。種結晶、結晶育成の手順及び要
領は実施例１と同様して結晶を育成した。得られた単結
晶は、直径２０ｍｍ、直胴部の長さ約４５ｍｍであっ
た。結晶のテイル部は約１５ｍｍにわたって融液側に突
出しており、相対的に自然対流優勢の状況での結晶成長
であったことが分かる。また、結晶は透明なピンク色を
呈しており、クラックや気泡などの巨視的な欠陥は全く
認められなかった。
後、結晶成長を行った。種結晶、結晶育成の手順及び要
領は実施例１と同様して結晶を育成した。得られた単結
晶は、直径２０ｍｍ、直胴部の長さ約４５ｍｍであっ
た。結晶のテイル部は約１５ｍｍにわたって融液側に突
出しており、相対的に自然対流優勢の状況での結晶成長
であったことが分かる。また、結晶は透明なピンク色を
呈しており、クラックや気泡などの巨視的な欠陥は全く
認められなかった。
【００２７】比較のために、雰囲気ガスとして水素を含
まない純粋なアルゴンを用い、かつグラファイト製の耐
火物を使用しないホットゾーンで、その他の条件は上記
と同様にして結晶を育成した。融液表面のスポークパタ
ーンは、雰囲気に水素を混合した場合に比べてコントラ
ストが弱く、極めて不鮮明であった。また、スポークパ
ターンの動きは非常に緩慢であり、ほとんど停滞してい
る状況であった。得られた結晶は、青みがかった白色を
呈していた。気泡やＴｉの偏析と考えられる欠陥が無数
に発生しており、結晶は不透明であった。
まない純粋なアルゴンを用い、かつグラファイト製の耐
火物を使用しないホットゾーンで、その他の条件は上記
と同様にして結晶を育成した。融液表面のスポークパタ
ーンは、雰囲気に水素を混合した場合に比べてコントラ
ストが弱く、極めて不鮮明であった。また、スポークパ
ターンの動きは非常に緩慢であり、ほとんど停滞してい
る状況であった。得られた結晶は、青みがかった白色を
呈していた。気泡やＴｉの偏析と考えられる欠陥が無数
に発生しており、結晶は不透明であった。
【００２８】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用し、磁場に
より誘起される渦状の対流及び／又は低酸素分圧雰囲気
で誘起されるマランゴニ対流の攪拌効果を利用すること
により、組成的過冷却現象を抑制し、成長界面付近の添
加元素の分布を均一化し、高濃度の添加元素を含む光学
的均質性の優れた酸化アルミニウム単結晶を、従来より
大きな成長速度で育成することのできるようになった。
特に、回転引き上げ法の特徴を損なうことなく、大口径
で高品質の単結晶を育成することが可能になった。
より誘起される渦状の対流及び／又は低酸素分圧雰囲気
で誘起されるマランゴニ対流の攪拌効果を利用すること
により、組成的過冷却現象を抑制し、成長界面付近の添
加元素の分布を均一化し、高濃度の添加元素を含む光学
的均質性の優れた酸化アルミニウム単結晶を、従来より
大きな成長速度で育成することのできるようになった。
特に、回転引き上げ法の特徴を損なうことなく、大口径
で高品質の単結晶を育成することが可能になった。
【図１】本発明を実施するための磁場印加型回転引き上
げ装置の概念図である。
げ装置の概念図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 遷移金属を添加して酸化アルミニウム単
結晶を溶融固化法で製造する方法において、融液の対流
を促進させながら単結晶を育成することを特徴とする酸
化アルミニウム単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 遷移金属を添加して酸化アルミニウム単
結晶を回転引き上げ法で製造する方法において、融液の
対流を促進させながら単結晶を育成することを特徴とす
る酸化アルミニウム単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 結晶育成に際し、融液に磁場を印加して
融液の対流を促進することを特徴とする請求項１又は２
記載の酸化アルミニウム単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 雰囲気の酸素分圧を１０-2気圧以下に制
御して融液の対流を促進することを特徴とする請求項１
又は２又は３記載の酸化アルミニウム単結晶の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6732494A JPH07277893A (ja) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | アルミナ単結晶の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6732494A JPH07277893A (ja) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | アルミナ単結晶の製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277893A true JPH07277893A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=13341736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6732494A Withdrawn JPH07277893A (ja) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | アルミナ単結晶の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07277893A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007091540A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | サファイア単結晶の育成方法 |
| JP2007197230A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法及びこの方法を用いて得られる酸化アルミニウム単結晶 |
| JP2008169069A (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
| JP2008260640A (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
| US7585365B2 (en) | 2004-02-18 | 2009-09-08 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Corundum crystal formed body |
| US7674334B2 (en) | 2004-02-18 | 2010-03-09 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Artificial corundum crystal |
-
1994
- 1994-04-05 JP JP6732494A patent/JPH07277893A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7585365B2 (en) | 2004-02-18 | 2009-09-08 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Corundum crystal formed body |
| US7674334B2 (en) | 2004-02-18 | 2010-03-09 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Artificial corundum crystal |
| JP2007091540A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | サファイア単結晶の育成方法 |
| JP2007197230A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法及びこの方法を用いて得られる酸化アルミニウム単結晶 |
| JP2008169069A (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
| JP2008260640A (ja) * | 2007-04-10 | 2008-10-30 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |