JPH08225391A - 引き上げ法による酸化物単結晶の製造方法 - Google Patents

引き上げ法による酸化物単結晶の製造方法

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JPH08225391A
JPH08225391A JP5978995A JP5978995A JPH08225391A JP H08225391 A JPH08225391 A JP H08225391A JP 5978995 A JP5978995 A JP 5978995A JP 5978995 A JP5978995 A JP 5978995A JP H08225391 A JPH08225391 A JP H08225391A
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Japan
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crystal
diameter
necking
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current
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JP5978995A
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Shinzo Fujii
信三 藤井
Hiromitsu Umezawa
浩光 梅澤
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FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ネッキング時の結晶の再細化作業において、
ネッキング作業の失敗が生じないように、且つ効率よく
ネッキング部を形成できるようにし、それによって酸化
物単結晶製造の歩留りを向上させる。 【構成】 ネッキング時の再細化作業における細化割合
を、外乱等によって予定径より太った状態の現育成時点
以降、次の条件を満たすように設定する。 θ1 +θ2 ≧105°且つθ1 <90°,θ2 <90° θ1 =tan -1〔2L/(d2 −d1 )〕 θ2 =tan -1〔2ΔL/(d2 −d3 )〕 但し、d1 :ネッキング開始時から現時点までに成長し
た結晶部分での最細径、d2 :現育成時点での結晶径、
L:最細部分から現時点までの長さ、ΔL:現時点から
任意の時間後までに成長する長さ、d3 :ΔL成長した
時の径。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、引き上げ法により酸化
物単結晶を製造する方法に関し、更に詳しく述べると、
種結晶から単結晶を成長させるプロセスにおいて必要な
ネッキング技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】引き上げ法は、坩堝の中にある原料融液
に種結晶を接触させ、該種結晶又は坩堝、あるいは種結
晶と坩堝双方を回転させながら、種結晶を徐々に引き上
げて単結晶を育成していく方法である。しかし、この単
結晶育成方法では、種付け時に種結晶の周囲に多数の転
位等の欠陥が発生し易い。そこで、通常、これら転位や
粒界等の欠陥を除去するために、ネッキングと呼ばれる
方法を採用している。ネッキングとは、種結晶をその径
よりも細く成長させ、細い径のままである程度の長さに
引き上げる方法である。この操作によって、転位や粒界
をネッキング部で結晶表面に導くことができ、結晶の定
径部での欠陥密度を小さくすることができる。
【0003】従来、このネッキング作業は専ら熟練作業
者の勘に頼って行われていた。また近年、コンピュータ
による自動制御も行われるようになってきた。ネッキン
グ作業を実施するには、通常、図1に示すように、一定
の割合(結晶成長長さに対する直径の細くなる程度)で
種結晶径から径を徐々に細くする方法が行い易い。即
ち、種結晶10から径を徐々に細くするネッキング部1
2を形成し、次いで所望の径まで太くする肩作り部14
を形成し、その後、単結晶材料として利用するための直
胴部16を育成する。コンピュータによる自動制御で
は、所望の細化割合が得られるように、加熱パワーを調
整する温度可変プログラムが組み込まれている。
【0004】例えば、ガドリニウム・ガリウム・ガーネ
ット(Gd3 Ga5 12=GGG)を育成する場合を例
にとって説明する。直径50mm、高さ50mmのイリジウ
ム製坩堝に、酸化ガドリニウム(Gd2 3 )と酸化ガ
リウム(Ga2 3 )の所定量の混合物を合計400g
仕込み、高周波加熱炉で1700℃以上に加熱溶融し融
液を得る。種結晶10は、格子定数の等しい直径5mm
φ、長さ30mmのGd3Ga5 12の〈111〉単結晶
を用い、引き上げ方位は〈111〉とする。育成は種結
晶10を30rpm で回転させ、融液に十分浸した後、加
熱パワーを制御することで融液温度を変化させながらネ
ッキング部12及び肩作り部14、直胴部16を育成す
る。これによって、結晶径25mm、長さ60mm程度の単
結晶が得られる。この際、図1に示すように、ネッキン
グ部の径は種結晶の径5mmφから2mmφまで徐々に単調
に減少し、ネッキング長は20mmである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、常にこのよ
うにスムーズに単結晶の育成が行えるとは限らない。育
成炉内のガス対流や融液対流、あるいは高周波コイルに
流れている電流の変動等の外乱によって、必ずしも一定
の割合で径が細くならない場合があり、時には反対に予
定径よりも太ってしまう場合がある。その場合、コンピ
ュータによる自動制御では対応できず、熟練した作業者
がマニュアル操作で再び予定の径まで細める必要があ
る。これが再細化作業である。しかし、この再細化作業
における径の制御は極めて難しい。しばしばネッキング
部でリメルトが生じ、単結晶を育成できなくなるからで
ある。特に急激な細化を行おうとするとリメルトの発生
頻度は大きくなるし、逆に非常にゆっくりと細化を行え
ばリメルトは生じないものの、ネッキング作業時間が長
くなり、作業効率が悪い。いずれにしても、従来の勘に
頼る方法は、製造の歩留りが悪い欠点があった。
【0006】本発明の目的は、ネッキング時の結晶の再
細化作業において、ネッキング作業の失敗が生じないよ
うに、且つ効率よくネッキング部を形成できるように
し、それによって酸化物単結晶製造の歩留りを向上させ
ることのできる方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、引き上げ法に
より酸化物単結晶を育成するに際し、ネッキング時の再
細化作業における細化割合を、外乱等によって予定径よ
り太った状態の現育成時点以降、 θ1 +θ2 ≧105°且つθ1 <90°,θ2 <90° ここで、 θ1 =tan -1〔2L/(d2 −d1 )〕 θ2 =tan -1〔2ΔL/(d2 −d3 )〕 但し、 d1 :ネッキング開始時から現時点までに成長した結晶
部分で最細部分の径 d2 :現育成時点での結晶径(外乱等によって予定径よ
り太った状態) L :最細部分から現時点までの引き上げ方向の長さ ΔL:現時点から任意の時間後までに成長する長さ d3 :ΔL成長した時の径 なる条件を満たすように設定する引き上げ法による酸化
物単結晶の製造方法である。
【0008】上記の条件は、引き上げ速度は一定とし、
加熱パワーの調整により融液温度を制御することで行
う。再細化角度θ2 と、その時点以降その再細化角度θ
2 を保つための温度変化率との関係は、予めグラフある
いは数表の形で求めておくことができるので、その関係
を利用して融液温度が所定の値となるように、炉の加熱
装置の温度制御プログラムを設定すればよい。本発明で
のθ1 +θ2 ≧105°という条件は、後述する種々の
実験結果から求まったものである。θ1 は現育成時点で
の形状を反映し、θ2 は今後育成する結晶形状を示して
いる。つまり、現時点までのネッキング形状が将来形成
するネッキング形状と微妙な関連を有するということで
ある。そして、その範囲で出来るだけ短時間でネッキン
グ作業を終わらせるためには、θ2 を出来るだけ小さく
することが望ましい。即ち、θ2 を105°−θ1 に出
来るだけ近づけるように設定するのが好ましい。現実的
にはθ1 +θ2 ≦160°程度とするのがよい。なお、
本発明は、例えばガリウム・ガドリニウム・ガーネット
やニオブ酸リチウムなどの酸化物単結晶の引き上げに有
効である。
【0009】
【作用】上記の式で示す細化割合よりも速く細めようと
して融液温度を高めると、界面の接触面積が大きいため
に、熱伝導により、より多くの熱量が種結晶の方向に熱
流として流れる。酸化物結晶のように熱伝導率の低い結
晶の場合には、種結晶ホルダーまでその熱が十分に伝導
せず、種結晶内で熱が溜まり易い。その結果として、そ
れまでに成長したネッキング部のうち最も径の細い部分
がリメルトしてしまい、結晶育成に失敗してしまう。し
かし、上記の式の条件のもとで再細化するかぎり、結晶
のリメルトは起こらず、安定した結晶育成が可能とな
る。
【0010】
【実施例】ガリウム・ガドリニウム・ガーネットの単結
晶の育成を、通常の育成条件下で試みた。直径50mm、
高さ50mmのイリジウム製るつぼに、Gd2 3 ,Ga
23 の所定量の混合物を合計400g仕込み、高周波
加熱炉で1700℃以上に加熱溶融し、融液を得た。種
結晶は、格子定数の等しい直径5mmφ、長さ30mmのG
3 Ga5 12の〈111〉単結晶を用い、引き上げ方
位は〈111〉とした。育成は種結晶を30rpm で回転
させ、融液に十分浸した後、加熱パワーを制御すること
で融液温度を変化させながらネッキング部を育成した。
今回は育成中の結晶の様子を引き上げ炉の外部よりビデ
オモニターで常時監視できるようにした。これにより育
成中の結晶径を読み取ることができる。
【0011】〔実験例1〕ネッキング開始後、長さ10
mmで結晶径を3mmφまで細めることができたが、その
後、外乱等により結晶長が15mmとなった時点で直径が
6mmφとなってしまった。そこで、加熱パワーを制御す
ることによって、その後に結晶を6mm育成する間に直径
を再び3mmまで絞った。その後も順調に直径2mmφまで
径を絞れたので、肩作り部と直胴部の育成を行い、図2
のAに示すように単結晶を得ることができた。
【0012】図2のAにおいて、θ1 及びθ2 を計算す
ると、次のようなる。 θ1 =tan -1〔2L/(d2 −d1 )〕=tan -1(10/3)=73° θ2 =tan -1〔2ΔL/(d2 −d3 )〕=tan -1(12/3)=76° よって、θ1 +θ2 =149°
【0013】〔実施例2〕ネッキング開始後、長さ10
mmで結晶径を3mmφまで細めることができたが、その
後、外乱等により結晶長が15mmとなった時点で直径が
10mmφとなってしまった。そこで加熱パワーを制御す
ることによって、その後に結晶を2mmを育成する間に直
径を3mmまで絞ったところ、ネッキング10mmの位置、
即ち結晶径の最も細い部分(符号aで示す)で結晶がリ
メルトし、単結晶の育成を続行することが不可能となっ
た(図2のB参照)。
【0014】図2のBにおいて、θ1 及びθ2 を計算す
ると、次のようなる。 θ1 =tan -1〔2L/(d2 −d1 )〕=tan -1(10/7)=55° θ2 =tan -1〔2ΔL/(d2 −d3 )〕=tan -1(4/7)=29° よって、θ1 +θ2 =84°
【0015】種々の再細化条件下での単結晶育成の成否
について試験した結果の代表例を、表1に示す。図3に
示すように、d1 ,d2 ,d3 は、それぞれ各部での径
を表し、L及びΔLはそれらの間の長さを表している。
各寸法の単位はmm、各角度の単位は°である。
【0016】
【表1】
【0017】これらの結果から、常にθ1 +θ2 ≧10
5°という条件を満たすように制御することで、再細化
作業を確実に実施することが可能となる。
【0018】図4は再細化角度θ2 を維持するために必
要な現時点からの温度変化率の関係を示している。例え
ばθ2 を60°に保ちながら径を細めたい場合には、現
時点より1時間当たり1.7℃上昇するように融液温度
を制御(プログラム)すればよい。このように温度と再
細化角度には一定の関係があり、このグラフから再細化
角度に対する温度変化率を読み取って、加熱パワーを制
御することで、所望の角度を維持しつつ、再細化作業が
行える。
【0019】
【発明の効果】本発明の育成方法を適用することによ
り、ネッキング部の再細化作業を結晶のリメルト無しに
安定して行うことができるようになる。その結果、ネッ
キング部作製の段階で結晶育成を中止するような事態が
生じることがなくなり、酸化物単結晶を歩留り良く育成
できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】通常の単結晶の育成状態を示す説明図。
【図2】種結晶の再細化の成功例と失敗例を示す説明
図。
【図3】各実験での形状パラメータの説明図。
【図4】再細化角度θ2 と現時点からの温度変化率の関
係を示すグラフ。
【符号の説明】
10 種結晶 12 ネッキング部 14 肩作り部 16 直胴部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 坩堝の中にある原料融液に種結晶を接触
    させ、該種結晶又は坩堝、あるいは種結晶と坩堝双方を
    回転させながら種結晶を徐々に引き上げて酸化物単結晶
    を育成するに際し、ネッキング時の再細化作業における
    細化割合を、外乱等によって予定径より太った状態の現
    育成時点以降、次の条件を満たすように設定することを
    特徴とする引き上げ法による酸化物単結晶の製造方法。 θ1 +θ2 ≧105°且つθ1 <90°,θ2 <90° ここで、 θ1 =tan -1〔2L/(d2 −d1 )〕 θ2 =tan -1〔2ΔL/(d2 −d3 )〕 但し、 d1 :ネッキング開始時から現時点までに成長した結晶
    部分で最細部分の径 d2 :現育成時点での結晶径(外乱等によって予定径よ
    り太った状態) L :最細部分から現時点までの引き上げ方向の長さ ΔL:現時点から任意の時間後までに成長する長さ d3 :ΔL成長した時の結晶径
  2. 【請求項2】 種結晶の引き上げ速度は一定とし、加熱
    パワーを調整して融液温度を制御することにより再細化
    を行う請求項1記載の方法。
JP5978995A 1995-02-23 1995-02-23 引き上げ法による酸化物単結晶の製造方法 Pending JPH08225391A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998009007A1 (fr) * 1996-08-30 1998-03-05 Sumitomo Metal Industries., Ltd. Procede et appareil de tirage de monocristal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998009007A1 (fr) * 1996-08-30 1998-03-05 Sumitomo Metal Industries., Ltd. Procede et appareil de tirage de monocristal

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