JPH0812499A - Production of single crystal - Google Patents
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- JPH0812499A JPH0812499A JP14148694A JP14148694A JPH0812499A JP H0812499 A JPH0812499 A JP H0812499A JP 14148694 A JP14148694 A JP 14148694A JP 14148694 A JP14148694 A JP 14148694A JP H0812499 A JPH0812499 A JP H0812499A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B13/22—Heating of the molten zone by irradiation or electric discharge
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザ材料として
有用な単結晶の製造方法に関し、詳細にはバナジン酸イ
ットリウムを母結晶とする単結晶の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a single crystal useful as a solid-state laser material, and more particularly to a method for producing a single crystal having yttrium vanadate as a mother crystal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、バナジン酸イットリウム（以下、
ＹＶＯ4 と称する。）は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを凌駕す
る固体レーザ材料の母結晶として注目されている。そし
て、ＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶を製造する方法とし
ては、いわゆる引き上げ法やフローティングゾーン法が
挙げられる。2. Description of the Related Art Recently, yttrium vanadate (hereinafter referred to as
It is called YVO 4 . ) Is attracting attention as a mother crystal of a solid-state laser material that surpasses Nd: YAG laser. Then, as a method for producing a single crystal having YVO 4 as a mother crystal, a so-called pulling method and a floating zone method can be mentioned.
【０００３】ＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶を引き上げ
法により製造する場合には、上記ＹＶＯ4 の融点が１８
１０℃と高温であるため、引き上げ法に一般的に使用さ
れる白金ルツボを使用することができず、イリジュウム
ルツボを使用したりしている。（参考文献：桑野泰彦、
レーザ研究：平成２年８月号）When a single crystal having YVO 4 as a mother crystal is manufactured by the pulling method, the melting point of YVO 4 is 18
Since the temperature is as high as 10 ° C., the platinum crucible generally used in the pulling method cannot be used, and the iridium crucible is sometimes used. (Reference: Yasuhiko Kuwano,
Laser research: August 1990 issue)
【０００４】また、フローティングゾーン法により製造
する場合には、今まではイリジュウムヒータを原料棒と
種結晶の間に介して溶融帯を形成するようにしたりして
いた。（参考文献：Ｋ．Ｍｕｔｏｕ、ｅｔａｌ，Ｊ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８（１９６９）１３６０）Further, in the case of manufacturing by the floating zone method, until now, the iridium heater has been used so as to form a melting zone between the raw material rod and the seed crystal. (Reference: K. Mutou, et al.
J. Appl. Phys. 8 (1969) 1360)
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に引き上げ法によりＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶を製
造すると、イリジュウムルツボを使用することから、製
造コストが割高なものとなってしまう。すなわち、上記
イリジュウムルツボは、引き上げ法に通常使用される白
金ルツボよりもさらに高価なものである上、上記白金ル
ツボを用いた場合、これを改鋳加工で再生すれば製造コ
ストが見合うのに対し、イリジュウムルツボを用いた場
合は、改鋳加工による再生では製造コストは割高なもの
となる。さらには、イリジュウムを酸素雰囲気中で使用
すると、反応し易く、汚染される可能性も高く、製造さ
れるＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶が汚染される可能性
も高い。However, when a single crystal having YVO 4 as a mother crystal is manufactured by the pulling method as described above, the manufacturing cost becomes high because the iridium crucible is used. That is, the iridium crucible is more expensive than the platinum crucible normally used in the pulling method, when using the platinum crucible, if the manufacturing cost is reconstituted by recasting it, When the iridium crucible is used, the production cost becomes high when recast by recasting. Further, when iridium is used in an oxygen atmosphere, it easily reacts and is likely to be contaminated, and the produced single crystal having YVO 4 as a mother crystal is also likely to be contaminated.
【０００６】一方、上記のように溶融帯にヒータを介し
たフローティングゾーン法によりＹＶＯ4 を母結晶とす
る単結晶を製造すると、ヒータとしてイリジュウムヒー
タを使用することから、引き上げ法においてイリジュウ
ムルツボを使用した場合と同様の不都合が生じる。さら
には、イリジュウムヒータ等のヒータを介して溶融帯を
形成すると、原料棒と種結晶の間の溶融帯の量が多くな
り、原料棒と結晶を切り離す際に溶融帯が垂れ易く、製
造に高度な技術を要する。On the other hand, when a single crystal having YVO 4 as a mother crystal is manufactured by the floating zone method with a heater in the melting zone as described above, since an iridium heater is used as a heater, an iridium crucible is used in the pulling method. The same inconvenience as that of the case occurs. Furthermore, when the melting zone is formed through a heater such as an iridium heater, the amount of the melting zone between the raw material rod and the seed crystal increases, and the melting zone tends to sag when the raw material rod and the crystal are separated. Requires special technology.
【０００７】そこで本発明は、従来の実情に鑑みて提案
されたものであり、製造コストを低減し、純度の高いＹ
ＶＯ4 を母結晶とする単結晶を得ることができ、しかも
高度な技術を必要としない単結晶の製造方法を提供する
ことを目的とする。Therefore, the present invention has been proposed in view of the actual situation of the related art, and it reduces the manufacturing cost and increases the purity of Y.
It is an object of the present invention to provide a method for producing a single crystal which can obtain a single crystal having VO 4 as a mother crystal and does not require a high technology.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明の単結晶の製造方法は、少なくとも酸化イッ
トリウムと酸化バナジウムからなる原料棒に赤外線を集
光照射して溶融帯を形成し、この溶融帯を前記原料棒内
において相対的に移動させることにより順次単結晶化
し、バナジン酸イットリウムを母結晶とする単結晶を得
ることを特徴とするものである。In order to achieve the above object, a method for producing a single crystal according to the present invention comprises a raw material bar made of at least yttrium oxide and vanadium oxide, which is irradiated with focused infrared rays to form a melting zone. A single crystal having yttrium vanadate as a mother crystal is obtained by sequentially moving the melting zone in the raw material rod to sequentially form a single crystal.
【０００９】なお、本発明の単結晶の製造方法において
は、赤外線ランプから照射される赤外線を回転楕円面鏡
により集光して原料棒に照射するようにしても良く、そ
の具体的な手段としては、赤外線集光加熱型育成炉が挙
げられる。In the method for producing a single crystal according to the present invention, infrared rays emitted from an infrared lamp may be condensed by a spheroidal mirror to irradiate the raw material rod, which is a concrete means thereof. An infrared condensing heating type growth furnace is mentioned.
【００１０】[0010]
【作用】本発明の単結晶の製造方法においては、少なく
とも酸化イットリウムと酸化バナジウムからなる原料棒
に赤外線を集光照射して溶融帯を形成し、この溶融帯を
前記原料棒内において相対的に移動させることにより順
次単結晶化し、バナジン酸イットリウムを母結晶とする
単結晶を得る。従って、従来のように、イリジュウムル
ツボやイリジュウムヒータ等のヒータを使用する必要が
ない。In the method for producing a single crystal according to the present invention, a raw material bar made of at least yttrium oxide and vanadium oxide is focused and irradiated with infrared rays to form a melting zone. By moving, it is made into a single crystal one by one to obtain a single crystal having yttrium vanadate as a mother crystal. Therefore, it is not necessary to use a heater such as an iridium crucible or an iridium heater as in the conventional case.
【００１１】また、イリジュウムルツボを使用しないこ
とから、該イリジュウムルツボの酸素雰囲気中における
反応による単結晶の汚染が生じることがない。さらに、
イリジュウムヒータ等のヒータを介さないことから原料
棒と種結晶の間の溶融帯の量が少なくてすみ、原料棒と
結晶を切り離す作業が容易となる。Further, since the iridium crucible is not used, the single crystal is not contaminated by the reaction of the iridium crucible in the oxygen atmosphere. further,
Since no heater such as an iridium heater is used, the amount of the melting zone between the raw material rod and the seed crystal can be small, and the work for separating the raw material rod and the crystal becomes easy.
【００１２】上記赤外線は、赤外線ランプから照射され
る赤外線を回転楕円面鏡により集光して原料棒に照射す
ることにより効率良く原料棒に照射される。The above infrared rays are efficiently irradiated to the raw material rod by condensing the infrared light emitted from the infrared lamp by the spheroidal mirror and irradiating the raw material rod.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１４】先ず、本実施例において使用した赤外線集
光加熱型育成炉を図１に示す。なお、上記赤外線集光加
熱型育成炉はニチデン機械社製のものである。上記赤外
線集光加熱型育成炉は、原料棒１の所定の位置に回転楕
円面鏡２により赤外線ランプ３，４の赤外線を集光照射
して溶融帯を形成し、上記原料棒１を所定の速さで図中
下方に送り出す上部シャフト５と上記原料棒１を所定の
速さで図中下方に引き下げる下部シャフト６により原料
棒１を移動させることにより溶融帯を原料棒１の図中上
方に相対的に移動させて、溶融帯下端部を順次単結晶化
して連続的に単結晶を製造するものである。First, FIG. 1 shows the infrared converging heating type growth furnace used in this embodiment. The infrared condensing heating type growth furnace is manufactured by Nichiden Kikai Co., Ltd. In the infrared condensing heating type growth furnace, the infrared rays of the infrared lamps 3 and 4 are focused and irradiated by the spheroidal mirror 2 at a predetermined position of the raw material rod 1 to form a melting zone, and the raw material rod 1 is moved to a predetermined position. By moving the raw material rod 1 by an upper shaft 5 which sends the raw material rod 1 downward in the drawing at a speed and a lower shaft 6 which pulls the raw material rod 1 downward in the drawing at a predetermined speed, the melting zone is moved upward in the drawing of the raw material rod 1. By relatively moving, the lower end of the melting zone is sequentially made into a single crystal to continuously produce a single crystal.
【００１５】すなわち、上記赤外線集光加熱型育成炉
は、図中上下方向に雰囲気ガス流入口７と雰囲気ガス排
気口８を有し、雰囲気ガスの充填された石英管９内にお
いて、原料棒１が上部シャフト５，下部シャフト６によ
り図中下方に移動出来るようになされている。上記上部
シャフト５には駆動装置１１が接続され、原料棒１を回
転させながら図中下方に送り出すことが可能とされてお
り、下部シャフト６にも駆動装置１２が接続されて、原
料棒１を回転させながら図中下方に引き下げることが可
能なようになされている。That is, the infrared condensing heating type growth furnace has an atmospheric gas inlet 7 and an atmospheric gas exhaust port 8 in the vertical direction in the figure, and a raw material rod 1 is placed in a quartz tube 9 filled with the atmospheric gas. Can be moved downward in the figure by the upper shaft 5 and the lower shaft 6. A driving device 11 is connected to the upper shaft 5 so that the raw material rod 1 can be fed downward in the drawing while rotating, and a driving device 12 is also connected to the lower shaft 6 to feed the raw material rod 1 It can be pulled down in the figure while rotating.
【００１６】なお、上部シャフト５の先端部には図示し
ないフックが設けられて原料棒１を保持できるようにな
され、下部シャフト６の先端部は図示しないアルミナの
チューブで芯出しされて原料棒１を固定できるようにな
されているが、上部シャフト５の先端部も同様の構成と
しても構わない。A hook (not shown) is provided at the tip of the upper shaft 5 so that the raw material rod 1 can be held, and the tip of the lower shaft 6 is centered by an alumina tube (not shown) so that the raw material rod 1 can be held. However, the tip of the upper shaft 5 may have a similar structure.
【００１７】そして、上記石英管９を囲むようにして、
断面が２個の楕円の一方の焦点同士を重ねた形状の空洞
部１０を有する箱状の回転楕円面鏡２が配され、上記重
ねた焦点上に原料棒１が位置するようになされている。
また、上記回転楕円面鏡２の空洞部１０内には２個の楕
円の他方の焦点に位置するように一対の赤外線ランプ
３，４が配されている。さらに、上記空洞部１０の表面
は反射鏡とされている。Then, the quartz tube 9 is surrounded so that
A box-shaped spheroidal mirror 2 having a hollow portion 10 having a shape in which one focus of one of two ellipses in cross section is overlapped is arranged, and the raw material rod 1 is positioned on the overlapped focus. .
A pair of infrared lamps 3 and 4 are arranged in the cavity 10 of the spheroidal mirror 2 so as to be positioned at the other focal point of the two ellipses. Furthermore, the surface of the cavity 10 is a reflecting mirror.
【００１８】従って、図２に示すように、２個の楕円の
焦点に位置する一対の赤外線ランプ３，４から照射され
る赤外線は、例えば図中矢印Ｌ1 ，Ｌ2 で示すような方
向で照射され、空洞部１０表面の反射鏡により反射され
て、原料棒１の２つの楕円の重なり合う焦点に位置する
部分に必ず集光され、この部分が加熱されて溶融帯形成
部分１ａとなる。なお、本実施例においては、赤外線ラ
ンプ４，５として、ハロゲンランプを使用しているが、
キセノンランプの使用も可能である。Therefore, as shown in FIG. 2, the infrared rays emitted from the pair of infrared lamps 3 and 4 located at the focal points of the two ellipses are, for example, in the directions shown by arrows L 1 and L 2. The material is irradiated, reflected by a reflecting mirror on the surface of the hollow portion 10, and is always focused on a portion located at a focal point where the two ellipses of the raw material rod 1 overlap with each other, and this portion is heated to become a melting zone forming portion 1a. In this embodiment, halogen lamps are used as the infrared lamps 4 and 5,
It is also possible to use a xenon lamp.
【００１９】なお、上記赤外線集光加熱型育成炉におい
ては、図１中に示すように回転楕円面鏡２内部を観察で
きるように、該回転楕円面鏡２に図示しない観察用の窓
が設けられており、さらにこの観察用の窓に向けてレン
ズ１３，フィルター１４を介してカメラ１５が設けられ
ている。In the infrared condensing heating type growth furnace, an observation window (not shown) is provided in the spheroidal mirror 2 so that the inside of the spheroidal mirror 2 can be observed as shown in FIG. Further, a camera 15 is provided toward the observation window via the lens 13 and the filter 14.
【００２０】従って、上記赤外線集光加熱型育成炉によ
り原料棒同士から単結晶の製造を行う場合には、先ず、
雰囲気ガスの充填された石英管９内において、上部シャ
フト５に原料棒を保持させるとともに、下部シャフト６
に別の原料棒を保持させる。Therefore, in the case of producing a single crystal from raw material rods by the above infrared focusing heating type growth furnace, first,
In the quartz tube 9 filled with the atmospheric gas, the upper shaft 5 holds the raw material rod and the lower shaft 6
To hold another raw material bar.
【００２１】そして、上部シャフト５，下部シャフト６
に保持された原料棒を回転させ、上部シャフト５に保持
される原料棒の先端部に、一対の赤外線ランプ３，４の
赤外線を回転楕円面鏡２により反射させて集光して照射
し、上記先端部を加熱して溶融させる。The upper shaft 5 and the lower shaft 6
The raw material rod held by the upper shaft 5 is rotated, and the infrared rays of the pair of infrared lamps 3 and 4 are reflected by the spheroidal mirror 2 to be converged and applied to the tip end of the raw material rod held by the upper shaft 5. The tip is heated and melted.
【００２２】続いて、上部シャフト５に保持される原料
棒と下部シャフト６に保持される原料棒を溶融帯を介し
て接触させ、図１中に示すような原料棒１とする。Then, the raw material rod held by the upper shaft 5 and the raw material rod held by the lower shaft 6 are brought into contact with each other through the melting zone to obtain the raw material rod 1 as shown in FIG.
【００２３】次に、上部シャフト５及び下部シャフト６
により上記原料棒１を所定の速さで図中下方に引き下げ
て移動させることにより溶融帯を原料棒１の図中上方に
相対的に移動させ、溶融帯形成部分１ａの下端部を順次
単結晶化して連続的に単結晶を製造し、最終的には上部
シャフト５側の原料棒全体を単結晶化する。Next, the upper shaft 5 and the lower shaft 6
By moving the raw material rod 1 downward at a predetermined speed in the drawing to move the melting zone relatively to the upper side of the raw material rod 1 in the drawing, and the lower end of the melting zone forming portion 1a is sequentially formed into a single crystal. To produce a single crystal continuously, and finally the entire raw material rod on the upper shaft 5 side is made into a single crystal.
【００２４】そこで、上記赤外線集光加熱型育成炉を用
いて実際に単結晶の製造を行った。原料棒の作製 先ず、原料棒の作製を行った。最初に、純度４Ｎの酸化
イットリウム試薬（Ｙ 2 Ｏ3 ）の灼熱減量を空気中で１
０００℃×１０時間で加熱処理して求め、純度４Ｎの酸
化バナジウム試薬（Ｖ2 Ｏ5 ）の灼熱減量を空気中で５
００℃×１０時間で加熱処理して求めた。そして、上記
Ｙ2 Ｏ3 及びＶ2 Ｏ5 を１：１のモル比となるように秤
量した。なお、このとき、添加剤として、例えばＮｄ，
Ｅｒ，Ｃｒ等を添加しても良い。Therefore, the infrared condensing heating type growth furnace is used.
Then, a single crystal was actually manufactured.Production of raw material rod First, a raw material rod was manufactured. First, oxidation of 4N purity
Yttrium reagent (Y 2 O3 ) Burning loss 1 in the air
Obtained by heat treatment at 000 ° C x 10 hours, and acid with a purity of 4N
Vanadium hydride reagent (V2 OFive ) Burning loss of 5 in the air
It was obtained by heat treatment at 00 ° C. for 10 hours. And above
Y2 O3 And V2 OFive To a molar ratio of 1: 1
Weighed At this time, as the additive, for example, Nd,
Er, Cr or the like may be added.
【００２５】次に、これらを分散媒としてエタノールを
用いて湿式混合して乾燥させて原料粉を作製した。そし
て、上記原料粉を直径が６〜８ｍｍ程度の袋状の生ゴム
（ラバー）内に充填し、これに静水圧３ｋｇ／ｃｍ2 の
圧力をかけて成形して原料棒とした。次に、この原料棒
を空気中で１３００℃で３〜６時間程度焼成した。得ら
れた原料棒は、直径が約５〜８ｍｍ程度で長さは１００
ｍｍ程度であった。Next, these were wet mixed with ethanol as a dispersion medium and dried to prepare a raw material powder. Then, the raw material powder was filled in a bag-shaped raw rubber (rubber) having a diameter of about 6 to 8 mm, and a static pressure of 3 kg / cm 2 was applied to the raw rubber to form a raw material rod. Next, this raw material rod was fired in air at 1300 ° C. for about 3 to 6 hours. The obtained raw material rod has a diameter of about 5 to 8 mm and a length of 100.
It was about mm.
【００２６】原料棒同士からの単結晶の製造 先ず、上記原料棒の直径５．３ｍｍのものを長さ２０ｍ
ｍ程度で切断し、長さ２０ｍｍの原料棒を前述の赤外線
集光加熱型育成炉内の下部シャフト６にアルミナのチュ
ーブで芯出しして保持させ、残りの原料棒を上部シャフ
ト５に白金のフックにより保持させた。 Production of Single Crystal from Raw Rods First, the raw rod having a diameter of 5.3 mm is 20 m long.
The raw material rod having a length of 20 mm is cut to about m and is centered and held by the alumina tube on the lower shaft 6 in the infrared converging heating type growth furnace described above, and the remaining raw material rod is made of platinum on the upper shaft 5. It was held by a hook.
【００２７】そして、雰囲気ガスとして純窒素ガスを使
用し、予め雰囲気ガス流入口７からガスの流量を毎分
２．５リットルとして流入させておいた。Pure nitrogen gas was used as the atmosphere gas, and the gas was introduced from the atmosphere gas inlet 7 at a flow rate of 2.5 liters per minute.
【００２８】続いて、上部シャフト５に保持された原料
棒を駆動装置１１により２０ｒｐｍで回転させ、下部シ
ャフト６に保持された原料棒を駆動装置１２により反対
方向に１０ｒｐｍで回転させながら、一対の赤外線ラン
プ３，４により赤外線を上部シャフト５に保持された原
料棒の先端に照射した。Subsequently, the raw material rod held on the upper shaft 5 is rotated at 20 rpm by the driving device 11, and the raw material rod held on the lower shaft 6 is rotated at 10 rpm in the opposite direction by the driving device 12, Infrared rays were radiated to the tip of the raw material rod held by the upper shaft 5 by the infrared lamps 3 and 4.
【００２９】なお、赤外線ランプ３，４としては、１０
０Ｖ−１．５ｋＷのハロゲンランプを用い、該赤外線ラ
ンプ３，４の出力は電圧制御により行い、１つのプログ
ラム系にて一対の赤外線ランプ３，４の制御を行うもの
とした。The infrared lamps 3 and 4 are 10
A halogen lamp of 0V-1.5 kW was used, the outputs of the infrared lamps 3 and 4 were controlled by voltage, and a pair of infrared lamps 3 and 4 was controlled by one program system.
【００３０】赤外線の照射は、はじめ赤外線ランプ３，
４の電圧を２時間程度かけて自動的に上げ、続いて原料
棒の先端を観察しながら電圧を５５Ｖ程度まで上げて行
った。そして、電圧が５４．５Ｖとなった時点で上記原
料棒の先端が溶融し始めたので、溶融帯を介して原料棒
同士を接触させて原料棒１とした。Irradiation of infrared rays begins with an infrared lamp 3,
The voltage of No. 4 was automatically raised for about 2 hours, and then the voltage was raised to about 55 V while observing the tip of the raw material rod. Then, when the voltage reached 54.5 V, the tips of the raw material rods began to melt, and thus the raw material rods were brought into contact with each other through the melting zone to obtain raw material rod 1.
【００３１】次に、上部シャフト５，下部シャフト６を
共に５．０ｍｍ／ｈの速さで下方に移動させて原料棒１
を移動させ、溶融帯形成部分１ａを原料棒１の図中上方
に相対的に移動させ、溶融帯形成部分１ａの下端部を順
次単結晶化して連続的にＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶
を製造し、最終的には上部シャフト５側の原料棒全体を
単結晶化した。その後、原料棒と単結晶間を切断して下
部シャフト６に保持される原料棒上に形成された単結晶
を得た。製造された単結晶は、直径が２〜３ｍｍ程度
で、長さが３０ｍｍ程度のものであった。Next, the upper shaft 5 and the lower shaft 6 are both moved downward at a speed of 5.0 mm / h to move the raw material rod 1
By moving the molten zone forming portion 1a relative to the upper part of the raw material rod 1 in the figure, and the lower end portion of the melting zone forming portion 1a is sequentially made into a single crystal to continuously form a YVO 4 mother crystal. Was manufactured, and finally the entire raw material rod on the upper shaft 5 side was single-crystallized. Then, the raw material rod and the single crystal were cut to obtain a single crystal formed on the raw material rod held by the lower shaft 6. The produced single crystal had a diameter of about 2 to 3 mm and a length of about 30 mm.
【００３２】種結晶を用いた単結晶の製造 続いて、上述の単結晶の製造により得られた単結晶を種
結晶として用いて単結晶の製造を行った例について述べ
る。先ず、上述の単結晶の製造により得られた０．２〜
０．３ｍｍｇ程度のｃ軸方位の判っている種結晶の破片
を直径約７ｍｍのＹＶＯ4 の原料棒に埋め込み、これを
下部シャフト６に保持させた。そして、上部シャフト５
にも直径約７ｍｍのＹＶＯ4 の原料棒を保持させた。 Production of Single Crystal Using Seed Crystal Next, an example of producing a single crystal using the single crystal obtained by the above-described production of a single crystal as a seed crystal will be described. First, 0.2-
A fragment of a seed crystal having a known c-axis orientation of about 0.3 mmg was embedded in a YVO 4 raw material rod having a diameter of about 7 mm, and this was held by the lower shaft 6. And the upper shaft 5
Also, a YVO 4 raw material rod having a diameter of about 7 mm was held.
【００３３】そして、雰囲気ガスとして窒素ガスと酸素
ガスの混合ガスを使用し、予め雰囲気ガス流入口７から
窒素ガスの流量を毎分２．５リットル、酸素ガスの流量
を毎分０．０２リットルとして流入させておいた。Then, a mixed gas of nitrogen gas and oxygen gas is used as the atmosphere gas, the flow rate of the nitrogen gas from the atmosphere gas inlet 7 is 2.5 liters per minute, and the flow rate of the oxygen gas is 0.02 liters per minute in advance. I had it flowed in as.
【００３４】次に、上部シャフト５に保持された原料棒
を駆動装置１１により７ｒｐｍで回転させ、下部シャフ
ト６に保持された原料棒を駆動装置１２により反対方向
に６ｒｐｍで回転させながら、一対の赤外線ランプ３，
４により赤外線を上部シャフト５に保持された原料棒の
先端に照射した。Next, while the raw material rod held by the upper shaft 5 is rotated at 7 rpm by the driving device 11 and the raw material rod held by the lower shaft 6 is rotated at 6 rpm in the opposite direction by the driving device 12, Infrared lamp 3,
Infrared rays were irradiated onto the tip of the raw material rod held by the upper shaft 5 by means of No. 4.
【００３５】なお、赤外線ランプ３，４としては、１０
０Ｖ−１．５ｋＷのハロゲンランプを用い、該赤外線ラ
ンプ３，４の出力は電圧制御により行い、１つのプログ
ラム系にて一対の赤外線ランプ３，４の制御を行うもの
とした。As the infrared lamps 3 and 4, 10
A halogen lamp of 0V-1.5 kW was used, the outputs of the infrared lamps 3 and 4 were controlled by voltage, and a pair of infrared lamps 3 and 4 was controlled by one program system.
【００３６】赤外線の照射は、はじめ赤外線ランプ３，
４の電圧を２時間程度かけて５５Ｖとなるまで自動的に
上げ、続いて原料棒の先端を観察しながら電圧を上げて
行った。そして、電圧が６５Ｖとなった時点で上記原料
棒の先端が溶融し始めたので、溶融帯を介して原料棒同
士を接触させて原料棒１とした。Irradiation of infrared rays begins with an infrared lamp 3,
The voltage of No. 4 was automatically increased to 55 V over about 2 hours, and then the voltage was increased while observing the tip of the raw material rod. Then, when the voltage reached 65 V, the tips of the raw material rods began to melt, and thus the raw material rods were brought into contact with each other through the melting zone to obtain raw material rod 1.
【００３７】次に、下部シャフト６を５．０ｍｍ／ｈの
速さで下方に移動させ、上部シャフト５を３．０ｍｍ／
ｈの速さで下方に移動させて原料棒１を移動させて、溶
融帯形成部分１ａを原料棒１の図中上方に相対的に移動
させた。そして、上部シャフト５の速さを徐々に６ｍｍ
／ｈまで上げて、原料棒１の溶融帯形成部分１ａの下端
部を順次単結晶化して連続的にＹＶＯ4 を母結晶とする
単結晶を製造し、最終的には上部シャフト５側の原料棒
全体を単結晶化した。その後、原料棒と単結晶間を切断
して下部シャフト６に保持される原料棒上に形成された
単結晶を得た。製造された単結晶は、直径が６ｍｍ程度
で、長さが３０ｍｍ程度のものであった。Next, the lower shaft 6 is moved downward at a speed of 5.0 mm / h, and the upper shaft 5 is moved to 3.0 mm / h.
The raw material rod 1 was moved downward at a speed of h to relatively move the molten zone forming portion 1a to the upper side of the raw material rod 1 in the figure. Then, gradually increase the speed of the upper shaft 5 by 6 mm.
/ H, and the lower end of the molten zone forming portion 1a of the raw material rod 1 is sequentially single-crystallized to continuously produce a single crystal having YVO 4 as a mother crystal, and finally the raw material on the upper shaft 5 side. The entire rod was single crystallized. Then, the raw material rod and the single crystal were cut to obtain a single crystal formed on the raw material rod held by the lower shaft 6. The produced single crystal had a diameter of about 6 mm and a length of about 30 mm.
【００３８】なお、製造される単結晶の長さは、赤外線
集光加熱型育成炉のシャフトの駆動範囲の仕様と原料棒
の長さで決まるため、該単結晶の長さを長くすることは
可能である。Since the length of the single crystal to be manufactured is determined by the specifications of the driving range of the shaft of the infrared converging heating type growth furnace and the length of the raw material rod, it is not possible to increase the length of the single crystal. It is possible.
【００３９】上述の単結晶の製造においては、ｃ軸成長
をさせるためにｃ軸方位を育成軸（上部，下部のシャフ
ト５，６の駆動軸）に合わせたが、他のａ軸方位、或い
は〈１、１〉方位等を育成軸に合わせれば同様にその軸
での成長が可能である。また、上述の単結晶の製造方法
においては、種結晶の破片を原料棒に埋め込んで製造を
行ったが、種結晶としてもっと大きな結晶が得られれば
（例えば４ｍｍ角で長さ２０ｍｍ程度のもの）、これを
原料棒の代わりに下部シャフト６に保持させても良い。In the above-described production of the single crystal, the c-axis orientation is aligned with the growth axis (driving axis of the upper and lower shafts 5 and 6) in order to grow the c-axis, but other a-axis orientations or If the <1, 1> orientation and the like are aligned with the growth axis, it is possible to grow on that axis as well. Further, in the above-mentioned method for producing a single crystal, the production was carried out by embedding a fragment of the seed crystal in the raw material rod, but if a larger crystal is obtained as the seed crystal (for example, a 4 mm square and a length of about 20 mm) However, this may be held by the lower shaft 6 instead of the raw material rod.
【００４０】本実施例の単結晶の製造方法においては、
少なくともＹ2 Ｏ3 とＶ2 Ｏ5 からなる原料棒に赤外線
を集光照射して溶融帯を形成し、この溶融帯を前記原料
棒内において相対的に移動させることにより順次単結晶
化し、ＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶を得ることとな
る。従って、従来のように、イリジュウムルツボやイリ
ジュウムヒータ等のヒータを使用する必要がなく、製造
コストが低減される。In the method for producing a single crystal of this example,
A raw material bar made of at least Y 2 O 3 and V 2 O 5 is focused and irradiated with infrared rays to form a melting zone, and the melting zone is relatively moved in the raw material bar to sequentially form single crystals, thereby obtaining YVO A single crystal having 4 as a mother crystal will be obtained. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to use a heater such as an iridium crucible or an iridium heater, and the manufacturing cost is reduced.
【００４１】また、イリジュウムルツボを使用しないこ
とから、該イリジュウムルツボの酸素雰囲気中における
反応により生じる単結晶の汚染が生じることがなく、純
度の高いＹＶＯ4 を母結晶とする単結晶を得ることがで
きる。さらに、イリジュウムヒータ等のヒータを介さな
いことから原料棒と種結晶の間の溶融帯の量が少なくて
すみ、原料棒と結晶を切り離す作業が容易となり、単結
晶の製造時に高度な技術を必要としない。Further, since the iridium crucible is not used, contamination of the single crystal caused by the reaction of the iridium crucible in an oxygen atmosphere does not occur, and a high-purity YVO 4 single crystal can be obtained. it can. Furthermore, since no heater such as an iridium heater is used, the amount of the melting zone between the raw material rod and the seed crystal is small, and the work of separating the raw material rod and the crystal becomes easy, and high technology is required when manufacturing the single crystal. Not.
【００４２】なお、上記の赤外線集光加熱型育成炉のよ
うに、赤外線ランプから照射される赤外線を回転楕円面
鏡により集光して原料棒に照射すれば、赤外線が効率良
く原料棒に照射される。If the infrared rays emitted from the infrared lamp are condensed by the spheroidal mirror and applied to the raw material rod as in the above infrared focusing heating type growth furnace, the raw material rod is efficiently irradiated with the infrared rays. To be done.
【００４３】上述の単結晶の製造においては、製造され
た単結晶にクラックの発生等の不都合は生じていなかっ
たが、単結晶の大型化を試みた場合、温度勾配が急峻と
なることからクラックが生じる虞がある。この場合に
は、赤外線集光加熱型育成炉にサブヒータ，アフターヒ
ータ等を設けて温度勾配を操作しても良い。In the production of the above-mentioned single crystal, no inconvenience such as generation of cracks occurred in the produced single crystal. However, when an attempt was made to increase the size of the single crystal, the temperature gradient became steep, so that cracking occurred. May occur. In this case, a sub-heater, an after-heater or the like may be provided in the infrared condensing heating type growth furnace to control the temperature gradient.
【００４４】上記の赤外線集光加熱型育成炉において
は、赤外線ランプとしてハロゲンランプを使用している
が、赤外線ランプとしては上述のようにキセノンランプ
も使用可能である。なお、上記ハロゲンランプとしては
波長１μｍを中心として０．４μｍから４μｍにわたる
領域に連続スペクトルを有するものが挙げられ、一方キ
セノンランプとしては波長１μｍを中心として連続スペ
クトルとスペクトル線を合わせもつものが挙げられる。
ただし、上記キセノンランプは高価で寿命が短いため、
製造コストの観点からはハロゲンランプを使用すること
が好ましい。Although a halogen lamp is used as an infrared lamp in the above infrared converging heating type growth furnace, a xenon lamp can also be used as an infrared lamp as described above. Examples of the halogen lamp include a lamp having a continuous spectrum in a range of 0.4 μm to 4 μm centered on a wavelength of 1 μm, while examples of a xenon lamp include a lamp having a continuous spectrum and a spectral line centered on a wavelength of 1 μm. To be
However, since the above xenon lamp is expensive and has a short life,
From the viewpoint of manufacturing cost, it is preferable to use a halogen lamp.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の単結晶の製造方法においては、少なくとも酸化イッ
トリウムと酸化バナジウムからなる原料棒に赤外線を集
光照射して溶融帯を形成し、この溶融帯を前記原料棒内
において相対的に移動させることにより順次単結晶化
し、バナジン酸イットリウムを母結晶とする単結晶を得
る。従って、従来のように、イリジュウムルツボやイリ
ジュウムヒータ等のヒータを使用する必要がなく、製造
コストが低減される。As is apparent from the above description, in the method for producing a single crystal of the present invention, a raw material bar made of at least yttrium oxide and vanadium oxide is focused and irradiated with infrared rays to form a melting zone, The melting zone is relatively moved in the raw material rod to sequentially form a single crystal, and a single crystal containing yttrium vanadate as a mother crystal is obtained. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to use a heater such as an iridium crucible or an iridium heater, and the manufacturing cost is reduced.
【００４６】また、イリジュウムルツボを使用しないこ
とから、該イリジュウムルツボの酸素雰囲気中における
反応により生じる単結晶の汚染が生じることがなく、純
度の高いバナジン酸イットリウムを母結晶とする単結晶
を得ることができる。さらに、イリジュウムヒータ等の
ヒータを介さないことから原料棒と種結晶の間の溶融帯
の量が少なくてすみ、原料棒と結晶を切り離す作業が容
易となり、単結晶の製造時に高度な技術を必要としな
い。Further, since the iridium crucible is not used, contamination of the single crystal produced by the reaction of the iridium crucible in an oxygen atmosphere does not occur, and a high-purity single crystal containing yttrium vanadate as a mother crystal is obtained. You can Furthermore, since no heater such as an iridium heater is used, the amount of the melting zone between the raw material rod and the seed crystal is small, and the work of separating the raw material rod and the crystal becomes easy, and high technology is required when manufacturing the single crystal. Not.
【００４７】上記赤外線は、赤外線ランプから照射され
る赤外線を回転楕円面鏡により集光して原料棒に照射す
ることにより効率良く原料棒に照射される。The above-mentioned infrared rays are efficiently irradiated onto the raw material rod by condensing the infrared light emitted from the infrared lamp by the spheroidal mirror and irradiating the raw material rod.
【図１】赤外線集光加熱型育成炉の一構成例を模式的に
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one configuration example of an infrared converging heating type growth furnace.
【図２】赤外線集光加熱型育成炉の回転楕円面鏡周辺を
拡大して模式的に示す断面図である。FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the periphery of a spheroidal mirror of an infrared converging heating type growth furnace.
１ 原料棒 ２ 回転楕円面鏡 ３，４ 赤外線ランプ ５ 上部シャフト ６ 下部シャフト 1 Raw material rod 2 Spherical mirror 3, 4 Infrared lamp 5 Upper shaft 6 Lower shaft
Claims (3)
ジウムからなる原料棒に赤外線を集光照射して溶融帯を
形成し、この溶融帯を前記原料棒内において相対的に移
動させることにより順次単結晶化し、バナジン酸イット
リウムを母結晶とする単結晶を得ることを特徴とする単
結晶の製造方法。1. A raw material bar made of at least yttrium oxide and vanadium oxide is focused and irradiated with infrared rays to form a melting zone, and the melting zone is relatively moved in the raw material bar to sequentially form single crystals. A method for producing a single crystal, which comprises obtaining a single crystal having yttrium vanadate as a mother crystal.
転楕円面鏡により集光して原料棒に照射することを特徴
とする請求項１記載の単結晶の製造方法。2. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein infrared rays emitted from an infrared lamp are condensed by a spheroidal mirror and applied to a raw material rod.
特徴とする請求項１記載の単結晶の製造方法。3. The method for producing a single crystal according to claim 1, wherein an infrared converging heating type growth furnace is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14148694A JPH0812499A (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Production of single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14148694A JPH0812499A (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Production of single crystal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0812499A true JPH0812499A (en) | 1996-01-16 |
Family
ID=15293034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14148694A Pending JPH0812499A (en) | 1994-06-23 | 1994-06-23 | Production of single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812499A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007061012A1 (en) * | 2005-11-24 | 2007-05-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Metal, process for producing metal, metal producing apparatus and use thereof |
-
1994
- 1994-06-23 JP JP14148694A patent/JPH0812499A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007061012A1 (en) * | 2005-11-24 | 2007-05-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Metal, process for producing metal, metal producing apparatus and use thereof |
| JP5392695B2 (en) * | 2005-11-24 | 2014-01-22 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Aluminum metal manufacturing method and manufacturing apparatus |
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