JPH08319191A - Production of oxide single crystal and device therefor - Google Patents
Production of oxide single crystal and device thereforInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物単結晶の製造方
法およびその装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an oxide single crystal and an apparatus therefor.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、酸化物単結晶を育成する方法とし
て、いわゆるμ引下げ法によって単結晶ファイバーを形
成する方法が注目を集めている。「電総研ニュース」1
993年7月号(522号)の4〜8頁、特開平4−2
80891号公報、特開平6−345588号公報に
は、この方法によってニオブ酸・カリウム・リチウム
(K3 Li2-2xNb5+x O15+x、以下、KLNと記載す
る。)等の単結晶ファイバーを育成した経緯が、開示さ
れている。2. Description of the Related Art Recently, as a method for growing an oxide single crystal, a method of forming a single crystal fiber by a so-called μ pulling down method has been attracting attention. "Electronic Research Institute News" 1
July 993 (522), pages 4-8, JP-A-4-4-2
In Japanese Patent No. 80891 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-345588, by this method, niobate / potassium / lithium (K 3 Li 2-2x Nb 5 + x O 15 + x , hereinafter referred to as KLN) and the like are used. The history of growing the crystal fiber is disclosed.
【0003】「電総研ニュース」の前記記事によれば、
白金製のセルないしルツボに電力を供給し、抵抗加熱す
る。このセルの底部に、溶融液の引出し口を形成し、こ
の引出し口の中に、融液フィーダーと呼ばれる棒状体を
挿通し、これによって溶融液の引出し口への供給量と、
固相液相界面の状態とを共に制御する。溶融液引出し口
の口径、フィーダーの太さ、引出し口からのフィーダー
の突出長さ等を調整することによって、細径のKLN単
結晶ファイバーを連続的に形成している。このμ引下げ
法によれば、直径1mm以下の単結晶ファイバーを形成
でき、熱歪みの低減、溶融液内の対流の制御、単結晶フ
ァイバーの直径の制御を容易に行うことができ、特に青
色第二高調波発生用に適した小型の高品質単結晶を生産
できるという特徴を有している。According to the above-mentioned article of "Electronic Research Institute News",
Electricity is supplied to a platinum cell or crucible for resistance heating. At the bottom of this cell, a melt outlet is formed, and a rod-shaped body called a melt feeder is inserted into this outlet, and the amount of melt supplied to the outlet is thereby,
It also controls the state of the solid-liquid interface. By adjusting the diameter of the melt outlet, the thickness of the feeder, the length of protrusion of the feeder from the outlet, etc., a thin KLN single crystal fiber is continuously formed. According to this μ pulling down method, a single crystal fiber having a diameter of 1 mm or less can be formed, and thermal strain can be reduced, convection in the melt can be controlled, and the diameter of the single crystal fiber can be easily controlled. It has the feature of being able to produce a small, high-quality single crystal suitable for the generation of second harmonics.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記のμ
引下げ法によってKLN単結晶ファイバー等を量産する
ために、研究を重ねていた。量産技術として最も重要な
ことは、ルツボの規模を大きくして多量の溶融物を処理
すること、およびこのルツボから単結晶ファイバーを長
く連続的に引き下げるようにすることである。そこで、
本発明者は、ルツボに投入する粉末の量を5g程度にま
で増量し、これに合わせてルツボを大きくし、このルツ
ボに電力を供給して発熱させ、原料粉末をルツボ内で溶
融させて、マイクロ引下げ法を実施してみた。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventor has
We have been conducting research to mass produce KLN single crystal fibers and the like by the pull-down method. The most important mass production technique is to increase the size of the crucible to process a large amount of melt, and to pull the single crystal fiber from the crucible continuously for a long time. Therefore,
The present inventor increased the amount of powder to be added to the crucible up to about 5 g, increased the size of the crucible accordingly, supplied electric power to the crucible to generate heat, and melted the raw material powder in the crucible, I tried the micro pull-down method.
【0005】ところが、このようにルツボの規模を大き
くし、粉末の溶融量を増大させると、引出し口から溶融
物を引き下げて単結晶を形成することが、きわめて困難
であることが判明してきた。具体的には、ルツボを設置
している炉の温度を900℃以下に低く設定し、主とし
てルツボへの通電によってルツボ内の粉末を溶融させる
と、引出し口付近での結晶成長が良好には行われなかっ
た。即ち、ルツボに供給する電力を大きくすると、溶融
液が引出し口で溶融し、結晶化せず、この電力を小さく
すると、今度は引出し口付近で固体化してしまい、溶融
液を引き出せなくなった。However, it has been found that it is extremely difficult to pull down the melt from the outlet to form a single crystal when the size of the crucible is increased and the melting amount of the powder is increased. Specifically, when the temperature of the furnace in which the crucible is installed is set to 900 ° C. or lower and the powder in the crucible is melted mainly by energizing the crucible, the crystal growth in the vicinity of the draw-out port can be performed well. I didn't understand. That is, when the power supplied to the crucible was increased, the melt melted at the outlet and was not crystallized, and when this power was decreased, the melt became solid near the outlet and the melt could not be withdrawn.
【0006】前記した炉の温度を900℃よりも高くす
ると、今度はルツボの全体が、炉からの輻射熱のために
大きく加熱され、引出し口付近での温度勾配が非常に少
なくなるために、やはり連続的に結晶成長を行わせるこ
とはできなかった。When the temperature of the above-mentioned furnace is raised above 900 ° C., the whole crucible is heated to a large extent due to the radiant heat from the furnace, and the temperature gradient in the vicinity of the outlet becomes very small. It was not possible to grow crystals continuously.
【0007】本発明の課題は、μ引下げ法によって酸化
物単結晶を製造するのに際して、ルツボの大きさを大型
化し、あるいは原料の量を増大させても、良好な酸化物
単結晶を連続的に引き下げて形成できるようにすること
である。An object of the present invention is to continuously produce a good oxide single crystal even when the size of the crucible is increased or the amount of raw material is increased when the oxide single crystal is manufactured by the μ pulling down method. It is to be able to form by pulling down.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明に係る酸化物単結
晶の製造方法は、酸化物単結晶の原料をルツボ内で溶融
させ、この溶融物に対して種結晶を接触させ、溶融物を
下方へと向かって引下げながら酸化物単結晶を育成する
のに際して、ルツボと、ルツボから延びるノズル部とを
備えており、このノズル部の先端に下方向を向いた単結
晶育成部が設けられている製造装置を使用し、ルツボと
単結晶育成部とを互いに独立に温度制御することを特徴
とする。A method for producing an oxide single crystal according to the present invention comprises: melting a raw material of an oxide single crystal in a crucible; bringing a seed crystal into contact with the melt; When growing an oxide single crystal while pulling downward, the crucible and a nozzle portion extending from the crucible are provided, and a single crystal growth portion facing downward is provided at the tip of the nozzle portion. It is characterized in that the temperature of the crucible and the single crystal growing portion are controlled independently of each other by using a manufacturing apparatus that is used.
【0009】また、本発明に係る酸化物単結晶の製造装
置は、酸化物単結晶の原料をルツボ内で溶融させ、この
溶融物に対して種結晶を接触させ、溶融物を下方へと向
かって引下げながら酸化物単結晶を育成するのに際し
て、ルツボと、このルツボから延びるノズル部と、この
ノズル部の下端に設けられている単結晶育成部と、ルツ
ボと単結晶育成部とを互いに独立に温度制御する加熱機
構とを備えていることを特徴とする。Further, in the apparatus for producing an oxide single crystal according to the present invention, the raw material of the oxide single crystal is melted in the crucible, the seed crystal is brought into contact with the melt, and the melt is directed downward. When growing an oxide single crystal while pulling it down, the crucible, the nozzle portion extending from this crucible, the single crystal growing portion provided at the lower end of this nozzle portion, and the crucible and the single crystal growing portion are independent of each other. And a heating mechanism for temperature control.
【0010】本発明者は、酸化物単結晶のμ引下げ法に
よる量産技術を確立するべく、ルツボを大型化するため
の研究を続けていたが、この過程で、ルツボを大型化す
ると共に、このルツボから延びるノズル部を別に備え、
このノズル部の下端に単結晶育成部を設け、ルツボと単
結晶育成部とを互いに独立に温度制御することに想到し
た。The inventor of the present invention has been conducting research to increase the size of the crucible in order to establish a mass production technique of the oxide single crystal by the μ pulling down method. Separately equipped with a nozzle part extending from the crucible,
It has been conceived that a single crystal growing portion is provided at the lower end of the nozzle portion and the crucible and the single crystal growing portion are temperature-controlled independently of each other.
【0011】この結果、ルツボで溶融する粉末の量を5
g以上といった多量にし、これに合わせてルツボの容積
を大きくしても、酸化物単結晶を連続的に容易に引き下
げうることを見いだし、本発明に到達した。As a result, the amount of powder that melts in the crucible is reduced to 5
It has been found that the oxide single crystal can be easily and continuously pulled down even if the crucible volume is increased correspondingly to a large amount such as g or more, and the present invention has been accomplished.
【0012】こうした作用効果が得られた理由は、おそ
らく、ルツボ自体に溶融物の引出し口を設けるのではな
く、ルツボにノズル部を設け、ノスル部の先端に単結晶
育成部を設けることによって、ルツボにおける溶融物が
発生する熱量の影響を単結晶育成部が直接受けにくいよ
うにし、これと同時に単結晶育成部とルツボとを別々に
温度制御することによって、単結晶育成部付近における
温度勾配を大きくすることができたからと、考えられ
る。The reason why such an effect is obtained is probably that the crucible itself is not provided with an outlet for the melt, but the crucible is provided with a nozzle portion and the nosle portion is provided with a single crystal growth portion. By making it difficult for the single crystal growth part to be directly affected by the amount of heat generated by the melt in the crucible, and at the same time controlling the temperature of the single crystal growth part and the crucible separately, the temperature gradient in the vicinity of the single crystal growth part can be improved. It is thought that it was possible to make it larger.
【0013】従来のように、ルツボの底に引出し口を設
け、この引出し口から直接に溶融物を引き出すという形
態では、引出し口付近に対するルツボおよびその中の溶
融物の熱的影響によって、引出し口付近で良好な固相液
相界面を形成することができなかったものであろう。In the conventional form in which the bottom of the crucible is provided with a draw-out port and the melt is directly drawn out from the draw-out port, the draw-out port is caused by the thermal influence of the crucible and the melt therein in the vicinity of the draw-out port. Perhaps it was not possible to form a good solid-liquid interface in the vicinity.
【0014】しかも、本発明によれば、単に多量の粉末
を溶融させて、ノズル部の下端部から連続的に引き出す
ことができるというだけではない。本発明者は、従来の
単結晶製造装置を使用し、しかしそのルツボ内の粉末の
量は300〜500mg程度に抑えて、KLN単結晶フ
ァイバーを連続的に引き出した。そして、その組成を精
密に測定してみた。この結果、組成として1.0mol
%程度の変動が生じていたことを発見した。Moreover, according to the present invention, it is not only possible to melt a large amount of powder and continuously withdraw it from the lower end portion of the nozzle portion. The inventor used a conventional single crystal production apparatus, but kept the amount of powder in the crucible to about 300 to 500 mg, and continuously pulled out the KLN single crystal fiber. Then, the composition was measured accurately. As a result, the composition is 1.0 mol
It was discovered that there was a fluctuation of about%.
【0015】これに対して、本発明の製造方法によれ
ば、ルツボ内で溶融する原料粉末の量を30〜50g程
度にまで増大させた場合でも、KLN単結晶ファイバー
における組成の変動が、わずかに0.01mol%以下
という驚くべき精度にまで減少していたことを発見し
た。このように、本発明の製造方法および装置によれ
ば、単結晶の組成の均一性を向上させるという観点から
も、従来のμ引下げ法と比較しても、驚くべき高精度を
実現することができた。On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention, even if the amount of the raw material powder melted in the crucible is increased to about 30 to 50 g, the compositional variation in the KLN single crystal fiber is small. It was discovered that the accuracy was reduced to a surprising accuracy of 0.01 mol% or less. As described above, according to the manufacturing method and the apparatus of the present invention, surprisingly high accuracy can be realized even from the viewpoint of improving the homogeneity of the composition of the single crystal, as compared with the conventional μ lowering method. did it.
【0016】[0016]
【発明の実施形態】更に、本発明者は、上記した製造装
置を使用して、単結晶育成部における溶融物の状態と単
結晶の物性について研究した。この結果、単結晶育成部
の環境に対して、重力よりも表面張力の方が支配的であ
る場合には、きわめて組成の変動の少ない良好な酸化物
単結晶を、連続的に引き出しうることを見いだした。こ
れによって、良好な固相液相界面が形成されるからと思
われる。Further, the present inventor studied the state of the melt in the single crystal growing portion and the physical properties of the single crystal by using the above-mentioned manufacturing apparatus. As a result, when the surface tension is more dominant than the gravity in the environment of the single crystal growth part, it is possible to continuously extract a good oxide single crystal with extremely small fluctuation in composition. I found it. This is probably because a good solid-liquid phase interface is formed.
【0017】このように、単結晶育成部において表面張
力の方が重力よりも支配的な条件を生じさせるために
は、ノズル部内の溶融物に加わる重力を減少させる機構
を設けることが有効である。As described above, in order to generate the condition that the surface tension is more dominant than the gravity in the single crystal growth portion, it is effective to provide a mechanism for reducing the gravity applied to the melt in the nozzle portion. .
【0018】本発明者は,このような機構について検討
したが、特にノズル部の内径を0.5mm以下とするこ
とによって、ノズル部内において、溶融物に加わる重力
よりも表面張力の方が支配的な条件を生成でき、ノズル
部の先端開口において均一なメニスカスを形成できるこ
とを確認した。The present inventor has studied such a mechanism. Particularly, by setting the inner diameter of the nozzle portion to 0.5 mm or less, the surface tension is more dominant than the gravity applied to the melt in the nozzle portion. It was confirmed that various conditions can be generated and a uniform meniscus can be formed at the tip opening of the nozzle portion.
【0019】ただし、このノズル部の内径が0.01m
m未満であると、単結晶の育成速度が小さくなりすぎる
ので、量産の観点からノズル部の内径を0.01mm以
上とすることが好ましい。ノズル部の最適な内径は、
0.01〜0.5mmの範囲内で、溶融物の粘性、表面
張力、比重、単結晶の育成速度等によって若干変動す
る。However, the inner diameter of this nozzle is 0.01 m.
If it is less than m, the growth rate of the single crystal becomes too small. Therefore, from the viewpoint of mass production, the inner diameter of the nozzle portion is preferably 0.01 mm or more. The optimum inner diameter of the nozzle is
Within the range of 0.01 to 0.5 mm, it slightly varies depending on the viscosity of the melt, the surface tension, the specific gravity, the growth rate of the single crystal, and the like.
【0020】更に、本発明者は、この点について追求し
た結果、次のような知見を得るに至った。即ち、従来の
μ引下げ法においては、ルツボの規模が小さいので、単
結晶ファイバーを連続的に引き下げることができたと考
えられるが、これは、ルツボ内の溶融物の量が少なく、
溶融物がルツボの壁面に対して、その表面張力によって
張りつくことから、引出し口へと加わる重力が相対的に
小さくなっていたために、ある程度は均質な固相液相界
面が形成されたものと推定できる。しかし、ルツボの寸
法を大きくすると、引出し口付近において表面張力が支
配的な条件が失われたものと推定される。Further, as a result of pursuing this point, the present inventor has obtained the following knowledge. That is, in the conventional μ pulling down method, it is considered that the single crystal fiber could be continuously pulled down because the scale of the crucible was small, but this was because the amount of melt in the crucible was small,
Since the melt adhered to the wall surface of the crucible due to its surface tension, the gravity applied to the outlet was relatively small.Therefore, a solid-liquid phase interface was formed to a certain extent. Can be estimated. However, it is presumed that when the size of the crucible was increased, the condition in which the surface tension was dominant near the outlet was lost.
【0021】更に、本発明においては、単結晶育成部付
近において、ノズル部をその長さ方向に見たときの温度
勾配を大きくすることが容易である。これによって、ノ
ズル部内を流下してきた溶融物を急速に冷却できる。Further, in the present invention, it is easy to increase the temperature gradient when the nozzle portion is viewed in the lengthwise direction near the single crystal growing portion. As a result, the melt flowing down in the nozzle portion can be rapidly cooled.
【0022】従って、本発明は、固溶体単結晶を製造す
る場合に、特に適している。固溶体単結晶においては、
平衡条件では組成比率が変動していく性質がある。従来
のμ引下げ法を使用した場合には、引出し口付近では平
衡条件なので、ちょっとした温度変化や固体化の速度の
変化によって、固溶体の組成が変動していたが、こうし
た原因によるものと考えられる。これに対して、本発明
の方法および装置によれば、単結晶育成部付近での急速
冷却が可能なので、溶融物の組成を保持することができ
る。Therefore, the present invention is particularly suitable for producing a solid solution single crystal. In a solid solution single crystal,
Under equilibrium conditions, the composition ratio has the property of fluctuating. When the conventional μ-down method is used, the composition of the solid solution fluctuates due to a slight temperature change or a change in the solidification rate because the equilibrium condition is present near the outlet, which is considered to be due to such a cause. On the other hand, according to the method and apparatus of the present invention, rapid cooling in the vicinity of the single crystal growth portion is possible, and therefore the composition of the melt can be maintained.
【0023】このような固溶体としては、例えば、KL
N、KLTN〔K3 Li 2-2x(Tay Nb1-y )5+x O
15+x〕、Ba1-X SrX Nb2 O6 を中心としたタング
ステンブロンズの構造やMn−Znフェライトを例示す
ることができる。As such a solid solution, for example, KL
N, KLTN [K3Li 2-2x(TayNb1-y)5 + xO
15 + x], Ba1-XSrXNb2O6Tongue
Examples of structure of stainless bronze and Mn-Zn ferrite
Can be
【0024】更に、上記した理由から、組成偏析する酸
化物単結晶を製造することができる。例えば、LiNb
O3 に対してネオジムを固溶させる場合、その偏析係数
が1でないことによって、溶融物の組成におけるネオジ
ムの量よりも少ない量のネオジムしか単結晶中に入らな
い。例えば、溶融物内では1.0モル程度のネオジムが
含有されていても、単結晶中には0.3モル程度しか入
らない。しかし、本発明によれば、前記したように溶融
物をノズル部内で急速に冷却することによって、偏析を
招くことなく、溶融物の組成と同様の組成を有する単結
晶を製造することができる。これは、他のレーザー単結
晶、例えば、Nd、Er、Ybによって置換されたYA
G、Nd、Er、Ybによって置換されたYVO4 に対
しても、適用することができる。Further, for the above-mentioned reason, it is possible to produce an oxide single crystal having composition segregation. For example, LiNb
When neodymium is dissolved in O 3 as a solid solution, since the segregation coefficient is not 1, only a smaller amount of neodymium than the amount of neodymium in the composition of the melt enters the single crystal. For example, even if about 1.0 mol of neodymium is contained in the melt, only about 0.3 mol is contained in the single crystal. However, according to the present invention, a single crystal having a composition similar to that of the melt can be produced without causing segregation by rapidly cooling the melt in the nozzle portion as described above. This is YA replaced by other laser single crystals, eg Nd, Er, Yb.
The same can be applied to YVO 4 substituted with G, Nd, Er, Yb.
【0025】本発明者は、更に検討を進めた結果、次の
知見を得た。即ち、種々の内径を有するノズル部を白金
によって形成し、実際にKLN等の単結晶の育成実験を
行った。この結果、ルツボ内の溶融物の量が多い場合に
は、ノズル部の先端面から溶融液の垂れが発生し、ファ
イバー等の育成が困難な場合があった。例えば、溶融物
の液面の高さ(ルツボの底面からの高さ)を30mm以
上、更には50mm以上に大きくした場合には、ノズル
部の内径を0.2〜0.5mmまで小さくしても、ノズ
ル部の先端面から液垂れが発生した。As a result of further studies, the present inventor has obtained the following findings. That is, nozzles having various inner diameters were formed of platinum, and a single crystal growth experiment such as KLN was actually performed. As a result, when the amount of the melt in the crucible is large, the melt drips from the tip surface of the nozzle portion, which may make it difficult to grow the fiber or the like. For example, when the height of the liquid surface of the melt (height from the bottom surface of the crucible) is increased to 30 mm or more, and further to 50 mm or more, the inner diameter of the nozzle portion is reduced to 0.2 to 0.5 mm. Also, liquid dripping occurred from the tip surface of the nozzle part.
【0026】このように特にルツボ内に収容する原料を
増加させても、安定して酸化物単結晶を量産できるよう
にするためには、ルツボの側面にノズル部を設け、ノズ
ル部の一部を、ルツボとノズル部との結合部分よりも上
方向へと延びるように成形することができる。これによ
って、酸化物単結晶の引下げを最も安定して実施できる
ように、ノズル部の先端面の高さと溶融物の液面の高さ
との差を設定する。As described above, in order to stably mass-produce the oxide single crystal even if the amount of raw material accommodated in the crucible is increased, a nozzle portion is provided on the side surface of the crucible, and a part of the nozzle portion is provided. Can be formed so as to extend in the upward direction beyond the connecting portion between the crucible and the nozzle portion. Thus, the difference between the height of the tip surface of the nozzle portion and the height of the liquid surface of the melt is set so that the oxide single crystal can be pulled down most stably.
【0027】ノズル部の先端面の高さと溶融物の液面の
高さとの差をどのように設定すれば最適な育成条件が得
られるかは、結晶の物性(粘性、融点等)、炉体構造
(温度分布等)、ルツボの構造(溶融部の形状、ノズル
部の形状)、育成温度、単結晶育成部の温度勾配等の多
数の因子によって決定される。しかし、例えばこの差を
大きくすると、育成速度が大きくなり、この差を小さく
すると、ノズル部の先端面の溶融物に加わる重力の影響
が一層少なくなり、液垂れが発生しにくくなる。このた
め、ノズル部の先端面の高さを0としたときの、ルツボ
内の溶融物の液面の高さを、−10mm以上、50mm
以下とすることが好ましい。ここで、溶融物の液面の高
さを50mm以下とすることによって、前記した育成状
態の制御が一層容易になる。一方、ノズル部の先端面の
高さがルツボ内の溶融物の液面の高さよりも高い場合に
も、この差が10mm以下であれば、ノズル部内の毛管
現象によって溶融液が連続的に供給される。なお、ノズ
ル部の先端面は、ルツボ内の溶融物の底面よりも低い位
置に設けることも可能である。How to set the difference between the height of the tip surface of the nozzle portion and the height of the liquid surface of the melt to obtain the optimum growth conditions depends on the physical properties of the crystal (viscosity, melting point, etc.), the furnace body, and the like. It is determined by a number of factors such as the structure (temperature distribution, etc.), the crucible structure (the shape of the melting part, the shape of the nozzle part), the growth temperature, the temperature gradient of the single crystal growth part, etc. However, for example, if this difference is increased, the growth rate is increased, and if this difference is decreased, the influence of gravity applied to the melt on the tip end surface of the nozzle portion is further reduced, and liquid dripping is less likely to occur. Therefore, when the height of the tip surface of the nozzle part is 0, the height of the liquid surface of the melt in the crucible is -10 mm or more and 50 mm.
The following is preferable. Here, by setting the height of the liquid surface of the melt to 50 mm or less, the control of the above-mentioned growing state becomes easier. On the other hand, even when the height of the tip surface of the nozzle portion is higher than the height of the liquid surface of the melt in the crucible, if the difference is 10 mm or less, the melt is continuously supplied by the capillary phenomenon in the nozzle portion. To be done. The tip surface of the nozzle portion may be provided at a position lower than the bottom surface of the melt in the crucible.
【0028】この態様においては、更に、ルツボが収容
されている溶融炉と、単結晶育成部が設けられている育
成炉とを断熱する断熱壁を備え、この断熱壁に設けられ
た貫通穴にノズル部を挿通することができる。これによ
って、ルツボ内の溶融物を十分に高温で溶融させること
ができると共に、単結晶育成部の温度とルツボ内の溶融
物との温度差を自由に制御し、ノズル部を流れてきた溶
融物が単結晶育成部で急速に冷却されるようにすること
ができる。In this embodiment, a heat insulating wall for heat insulating the melting furnace containing the crucible and the growing furnace having the single crystal growing portion is further provided, and the through hole provided in the heat insulating wall has a through hole. The nozzle part can be inserted. As a result, the melt in the crucible can be melted at a sufficiently high temperature, and the temperature difference between the temperature of the single crystal growth part and the melt in the crucible can be freely controlled, and the melt flowing through the nozzle part can be controlled. Can be cooled rapidly in the single crystal growth part.
【0029】本発明の製造装置においては、ルツボの加
熱方法は特に限定されない。しかし、単結晶製造装置の
周囲を囲むように、加熱炉を設けることが好ましい。ル
ツボの下方へと向かって延びるノズル部を設ける態様に
おいては、加熱炉を上側炉と下側炉とに分離し、ルツボ
を上側炉によって包囲し、この上側炉の方を相対的に高
温で発熱させて、ルツボ内の粉末の溶融を助けることが
好ましい。これに対してノズル部の周囲に下側炉を設置
し、この下側炉の方の温度を相対的に低くすることによ
って、ノズル部の下端部の単結晶育成部における温度勾
配を大きくすることが好ましい。In the manufacturing apparatus of the present invention, the crucible heating method is not particularly limited. However, it is preferable to provide a heating furnace so as to surround the single crystal manufacturing apparatus. In the aspect in which the nozzle portion extending downward of the crucible is provided, the heating furnace is separated into an upper furnace and a lower furnace, the crucible is surrounded by the upper furnace, and the upper furnace generates heat at a relatively high temperature. Therefore, it is preferable to assist the melting of the powder in the crucible. On the other hand, a lower furnace is installed around the nozzle, and the temperature of the lower furnace is relatively lowered to increase the temperature gradient in the single crystal growing portion at the lower end of the nozzle. Is preferred.
【0030】更に、ルツボ内での粉末の溶融の効率を向
上させるためには、ルツボの外側の加熱炉のみによって
ルツボを加熱するよりも、ルツボ自体を導電性材料によ
って形成し、このルツボに電力を供給することによっ
て、ルツボを発熱させることが好ましい。更に、ノズル
部内を流れる溶融物の溶融状態を保持するためには、ノ
ズル部を導電製材料によって形成し、このノズル部に電
力を供給することによって発熱させることが好ましい。
または、ノズル部、ルツボ部の各温度を高周波加熱によ
って制御することもできる。Further, in order to improve the efficiency of melting the powder in the crucible, rather than heating the crucible only by the heating furnace outside the crucible, the crucible itself is made of a conductive material, and the crucible is supplied with electric power. It is preferable to heat the crucible by supplying Further, in order to maintain the molten state of the molten material flowing in the nozzle portion, it is preferable that the nozzle portion be formed of a conductive material and that the nozzle portion be heated to generate heat.
Alternatively, the temperatures of the nozzle portion and the crucible portion can be controlled by high frequency heating.
【0031】そして、特に単結晶育成部における温度勾
配を大きくするためには、ルツボの通電機構とノズル部
の通電機構とを分離し、独立に制御できるようにするこ
とが好ましい。In order to increase the temperature gradient particularly in the single crystal growing portion, it is preferable to separate the energizing mechanism of the crucible and the energizing mechanism of the nozzle part so that they can be independently controlled.
【0032】こうした導電性材料としては、特に耐食性
の観点から、白金、白金−金合金、白金−ロジウム合
金、白金−イリジウム合金、イリジウム等の材料が好ま
しい。As such a conductive material, from the viewpoint of corrosion resistance, materials such as platinum, platinum-gold alloy, platinum-rhodium alloy, platinum-iridium alloy and iridium are preferable.
【0033】ただし、白金等の耐食性金属は、いずれも
抵抗率が比較的に低いので、これに電力を供給して有効
に発熱させるためには、ノズル部の厚さを小さくするこ
とによって、その抵抗値をある程度以上大きくする必要
がある。例えば、白金によってノズル部を形成した場合
には、100〜200μm程度の薄膜によって形成する
必要があった。しかし、このように薄い膜によってノズ
ル部を形成すると、構造的に弱くなり、ノズル部が変形
して、安定した単結晶の生産が困難になる場合があっ
た。However, since all corrosion-resistant metals such as platinum have a relatively low resistivity, in order to supply electric power to the metal and effectively generate heat, the thickness of the nozzle portion is reduced. It is necessary to increase the resistance value to some extent or more. For example, when the nozzle portion was formed of platinum, it was necessary to form a thin film having a thickness of about 100 to 200 μm. However, when the nozzle portion is formed of such a thin film, the nozzle portion is structurally weakened and the nozzle portion is deformed, which may make stable production of a single crystal difficult.
【0034】そこで、ノズル部を包囲するように抵抗発
熱材を設置し、抵抗発熱材に対して電力を供給すること
によってこの抵抗発熱材を発熱させることができる。こ
の場合には、ノズル部の方を上述のように耐食性金属に
よって形成し、これに通電して発熱させることもできる
が、電力を供給しなくともよい。このように、ノズル部
を包囲する抵抗発熱材の方に主要な加熱機能を付与すれ
ば、ノズル部に要求される発熱の負荷は小さくなり、ま
たノズル部は発熱させなくとも良くなるので、ノズル部
の方を厚くする(例えば300μm以上)ことによっ
て、ノズル部の機械的強度を向上させることができ、量
産に適した装置とすることができる。Therefore, a resistance heating material is installed so as to surround the nozzle portion, and power can be supplied to the resistance heating material to generate heat. In this case, the nozzle portion may be formed of the corrosion-resistant metal as described above, and current may be supplied to generate heat, but power may not be supplied. In this way, if the resistance heating material that surrounds the nozzle portion is given a major heating function, the heat load required for the nozzle portion is reduced, and it is not necessary to heat the nozzle portion. By making the part thicker (for example, 300 μm or more), the mechanical strength of the nozzle part can be improved, and the device suitable for mass production can be obtained.
【0035】更に、本発明の製造装置によれば、ルツボ
に対して原料を連続的に、または間欠的に供給すること
ができる。なぜなら、ルツボに対して原料を供給する
と、その原料の溶解熱によって、ルツボ内の熱的状態に
変動が発生し、単結晶の組成の変動等がこれによって発
生する。しかし、本発明によれば、ルツボ内でこうした
熱的変動が発生しても、単結晶育成部への熱的影響は少
なく、かつ単結晶育成部では平衡状態ではなく、速度論
的状態なので、熱的変動の影響をますます受けにくい。Further, according to the manufacturing apparatus of the present invention, the raw material can be continuously or intermittently supplied to the crucible. This is because when a raw material is supplied to the crucible, the heat of fusion of the raw material causes a change in the thermal state in the crucible, which causes a change in the composition of the single crystal and the like. However, according to the present invention, even if such thermal fluctuations occur in the crucible, the thermal effect on the single crystal growth portion is small, and the single crystal growth portion is not in an equilibrium state and is a kinetic state, More and less susceptible to thermal fluctuations.
【0036】本発明は、単結晶ファイバーの製造だけで
なく、単結晶からなる板状体ないしプレートの製造に対
しても、良好に適用することができる。具体的なプレー
トの形成方法は後述する。The present invention can be favorably applied not only to the production of a single crystal fiber, but also to the production of a plate or plate made of a single crystal. A specific plate forming method will be described later.
【0037】KLN単結晶は、最近、光材料として注目
を集めており、特に半導体レーザー用の青色光第二高調
波発生(SHG)素子用の単結晶として注目されてい
る。これは、390nmの紫外光領域まで発生すること
が可能であるので、こうした短波長の光を利用すること
で、光ディスクメモリー用、医学用、光化学用、各種光
計測用等の幅広い応用が可能である。また、KLN単結
晶は、電気光学効果も大きいのて、そのフォトリフラク
ティブ効果を利用した光記憶素子等にも適用できる。The KLN single crystal has recently attracted attention as an optical material, and particularly as a single crystal for a blue light second harmonic generation (SHG) element for a semiconductor laser. Since it is possible to generate up to the ultraviolet light region of 390 nm, by using such short wavelength light, it is possible to have a wide range of applications such as optical disk memory, medical, photochemical, and various optical measurement. is there. Further, since the KLN single crystal has a large electro-optical effect, it can be applied to an optical storage element utilizing the photorefractive effect.
【0038】以下、図面を参照しつつ、更に詳細に本発
明の実施例を説明する。図1は、単結晶育成用の製造装
置を示す概略断面図であり、図2(a)〜(c)は、そ
のノズル部の先端部分の状態を説明するための概念図で
ある。Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing apparatus for growing a single crystal, and FIGS. 2A to 2C are conceptual views for explaining the state of the tip portion of the nozzle portion.
【0039】炉体の内部には、ルツボ7が設置されてい
る。ルツボ7およびその上側空間5を包囲するように、
上側炉1が設置されており、上側炉1内にはヒーター2
が埋設されている。ルツボ7の下端部から下方向へと向
かってノズル部13が延びており、ノズル部13の下端
部に開口13aが形成されている。ノズル部13および
その周囲の空間6を包囲するように下側炉3が設置され
ており、下側炉3の中にヒーター4が埋設されている。
ルツボ7およびノズル部13は、いずれも耐食性の導電
性材料によって形成されている。むろんこの加熱炉の形
態自体は、種々変更することができ、例えば図1におい
ては加熱炉を2ゾーンに分割しているが、加熱炉を3ゾ
ーン以上に分割することもできる。A crucible 7 is installed inside the furnace body. To surround the crucible 7 and its upper space 5,
An upper furnace 1 is installed, and a heater 2 is installed in the upper furnace 1.
Is buried. The nozzle portion 13 extends downward from the lower end portion of the crucible 7, and an opening 13 a is formed in the lower end portion of the nozzle portion 13. The lower furnace 3 is installed so as to surround the nozzle portion 13 and the space 6 around the nozzle portion 13, and the heater 4 is embedded in the lower furnace 3.
Both the crucible 7 and the nozzle portion 13 are made of a corrosion-resistant conductive material. Of course, the form of the heating furnace itself can be variously changed. For example, the heating furnace is divided into two zones in FIG. 1, but the heating furnace can be divided into three or more zones.
【0040】ルツボ7の位置Aに対して、電源10の一
方の電極が電線9によって接続されており、ルツボ7の
下端Bに対して、電源10の他方の電極が接続されてい
る。ノズル部13の位置Cに対して、電源10の一方の
電極が電線9によって接続されており、ノズル部13の
下端Dに対して他方の電極が接続されている。これらの
各通電機構は、共に分離されており、独立してその電圧
を制御できるように構成されている。To the position A of the crucible 7, one electrode of the power source 10 is connected by the electric wire 9, and to the lower end B of the crucible 7, the other electrode of the power source 10 is connected. One electrode of the power supply 10 is connected to the position C of the nozzle portion 13 by the electric wire 9, and the other electrode is connected to the lower end D of the nozzle portion 13. Each of these energization mechanisms is separated together and is configured so that its voltage can be controlled independently.
【0041】更にノズル部13を包囲するように、間隔
を置いて、空間6内にアフターヒーター12が設けられ
ている。ルツボ7内で、取り入れ管11が上方向へと向
かって延びており、この取り入れ管11の上端に取り入
れ口22が設けられている。この取り入れ口22は、溶
融物8の底部から若干突き出している。Further, after heaters 12 are provided in the space 6 at intervals so as to surround the nozzle portion 13. An intake pipe 11 extends upward in the crucible 7, and an intake port 22 is provided at an upper end of the intake pipe 11. The intake 22 slightly projects from the bottom of the melt 8.
【0042】なお、炉体(発熱体と耐火物)によってノ
ズル部分の温度勾配が最適化されている場合には、アフ
ターヒーター12は必ずしも必要ではない。If the temperature gradient in the nozzle portion is optimized by the furnace body (heating element and refractory material), the after-heater 12 is not always necessary.
【0043】この溶融物の取り入れ口は、ルツボの底部
から突き出さないように、ルツボの底に形成することも
できる。この場合には、取り入れ管11は設けない。し
かし、長期間にわたってこのルツボを使用すると、溶融
物内の不純物が徐々にルツボの底部に溜まっていく場合
がある。本実施例におけるように、取り入れ管11の上
端に取り入れ口22を設けることによって、ルツボの底
部に不純物が溜まっても、取り入れ管11が底部から突
き出していることから、底部の不純物が取り入れ口に入
りにくい。The melt intake port may be formed at the bottom of the crucible so as not to protrude from the bottom of the crucible. In this case, the intake pipe 11 is not provided. However, if this crucible is used for a long period of time, impurities in the melt may gradually accumulate at the bottom of the crucible. As in the present embodiment, by providing the intake port 22 at the upper end of the intake pipe 11, even if impurities are collected at the bottom of the crucible, the intake pipe 11 projects from the bottom, so that the impurities at the bottom are introduced into the intake port. It is hard to enter.
【0044】上側炉1、下側炉3およびアフターヒータ
ー12を発熱させて空間5、6の温度分布を適切に定
め、溶融物の原料をルツボ7内に供給し、ルツボ7およ
びノズル部13に電力を供給して発熱させる。この状態
では、図2(a)に示すように、ノズル部13の下端部
にある単結晶育成部35では、開口13aから溶融物8
が僅かに突出し、その表面張力によって保持されて、比
較的に平坦な表面17が形成されている。The upper furnace 1, the lower furnace 3 and the after-heater 12 are caused to generate heat to appropriately determine the temperature distribution of the spaces 5 and 6, and the raw material for the melt is supplied into the crucible 7 to the crucible 7 and the nozzle portion 13. Electricity is supplied to generate heat. In this state, as shown in FIG. 2A, in the single crystal growing portion 35 at the lower end of the nozzle portion 13, the melt 8
Slightly protrudes and is held by the surface tension, so that a relatively flat surface 17 is formed.
【0045】ノズル部13内の溶融物8に対して加わる
重力は、ノズル部13内の壁面に対する溶融物の接触に
よって大きく減少している。特に、ノズル部13の内径
を0.5mm以下とすることによって、前記したように
均一な固相液相界面を形成することができた。The gravity applied to the melt 8 in the nozzle portion 13 is greatly reduced by the contact of the melt with the wall surface in the nozzle portion 13. In particular, by setting the inner diameter of the nozzle portion 13 to 0.5 mm or less, it was possible to form a uniform solid-liquid phase interface as described above.
【0046】この状態で、種結晶15を矢印Eで示すよ
うに上方向へと移動させ、種結晶15の端面15aを表
面17に対して接触させる。次いで、図2(b)で示す
ように、種結晶15を下方向へと引下げる。この際、種
結晶15の上端部と、ノズル部13から下方向へと引き
出されてくる溶融物8との間には、均一な固相液相界面
(メニスカス)19が形成される。In this state, seed crystal 15 is moved upward as indicated by arrow E, and end face 15a of seed crystal 15 is brought into contact with surface 17. Next, as shown in FIG. 2B, the seed crystal 15 is pulled down. At this time, a uniform solid-liquid-phase interface (meniscus) 19 is formed between the upper end of the seed crystal 15 and the melt 8 drawn out downward from the nozzle 13.
【0047】この結果、図1に示すように、種結晶15
の上側に単結晶ファイバー14が連続的に形成され、下
方向へと向かって引き出されてくる。本実施例では、こ
の種結晶15および単結晶ファイバー14を、ローラー
16によって送っている。As a result, as shown in FIG.
The single crystal fiber 14 is continuously formed on the upper side of and is drawn downward. In this embodiment, the seed crystal 15 and the single crystal fiber 14 are sent by a roller 16.
【0048】一方、従来のルツボを使用しつつ、これに
投入する粉末の量を増加させた場合には、図2(c)に
示すように、ノズル部13の開口13aから下方向へと
向かって、溶融物8による膨張部分20が形成される。
この状態で種結晶15の端面15aを溶融物8に対して
接触させると、良好な固相液相界面が形成されない。On the other hand, when using the conventional crucible and increasing the amount of powder to be charged into the crucible, the crucible goes downward from the opening 13a of the nozzle portion 13 as shown in FIG. 2 (c). Thus, the expanded portion 20 is formed by the melt 8.
If the end face 15a of the seed crystal 15 is brought into contact with the melt 8 in this state, a good solid-liquid phase interface is not formed.
【0049】図3に示す製造装置は、図1に示す製造装
置とほぼ同一のものであるので、図1のものと同じ機能
部材に同じ符号を付け、その説明は図1における説明を
援用することにする。ただし、図3の製造装置において
は、図1の装置において、ルツボ7自体に対しては電力
を供給する機構を有していないので、ルツボ7自体を発
熱させることはしない。しかし、この場合でも、上側炉
1の温度を調整することによって、また必要に応じてル
ツボ7の周囲に、図示しない高周波発熱機構を設置する
ことによって、ルツボ7内の原料を良好に溶融させるこ
とができる。Since the manufacturing apparatus shown in FIG. 3 is almost the same as the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the same functional members as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof is incorporated by reference. I will decide. However, in the manufacturing apparatus of FIG. 3, the apparatus of FIG. 1 does not have a mechanism for supplying electric power to the crucible 7 itself, so that the crucible 7 itself is not caused to generate heat. However, even in this case, the raw material in the crucible 7 can be satisfactorily melted by adjusting the temperature of the upper furnace 1 and, if necessary, by installing a high-frequency heating mechanism (not shown) around the crucible 7. You can
【0050】図4は、更に他の実施例に係る製造装置を
概略的に示す概略断面図である。図1〜図3の装置と同
じ部分には同じ符号を付け、その説明は省略する。ま
た、図1、図3に示した上側炉、下側炉といった周辺部
分は、図4においては図示を省略した。図4の装置にお
いては、ルツボ7の上端Fと略中央部Gとに対して、電
源10Aの電極が接続されており、ルツボ7の略中央部
Gと下端部Hとに対して、電源10Bの電極が接続され
ており、ルツボ7の下端部Hとノズル部の上端部Iとに
対して、交流電源10Cの電極が接続されている。ノズ
ル部13に対しては、交流電源10が接続されている。
これらの各通電機構は、共に分離されており、独立して
その電圧を制御できるように構成されている。FIG. 4 is a schematic sectional view schematically showing a manufacturing apparatus according to still another embodiment. The same parts as those of the apparatus shown in FIGS. The peripheral parts such as the upper furnace and the lower furnace shown in FIGS. 1 and 3 are not shown in FIG. In the apparatus of FIG. 4, the electrode of the power source 10A is connected to the upper end F and the substantially central portion G of the crucible 7, and the power source 10B is connected to the approximately central portion G and the lower end portion H of the crucible 7. The electrodes of the AC power supply 10C are connected to the lower end portion H of the crucible 7 and the upper end portion I of the nozzle portion. The AC power supply 10 is connected to the nozzle unit 13.
Each of these energization mechanisms is separated together and is configured so that its voltage can be controlled independently.
【0051】図5は、更に他の実施例に係る製造装置に
おけるルツボの形態を概略的に示す概略断面図である。
ルツボ7の下端部からノズル部24が延びており、ノズ
ル部24の下端部に開口24aが形成されており、この
開口24aから単結晶ファイバーまたはプレート14が
引き出されている。ルツボ7内で、取り入れ管11が上
方向へと向かって延びており、この取り入れ管11の上
端に取り入れ口22が設けられている。FIG. 5 is a schematic sectional view schematically showing the form of the crucible in the manufacturing apparatus according to still another embodiment.
The nozzle portion 24 extends from the lower end portion of the crucible 7, an opening 24a is formed in the lower end portion of the nozzle portion 24, and the single crystal fiber or the plate 14 is pulled out from the opening 24a. An intake pipe 11 extends upward in the crucible 7, and an intake port 22 is provided at an upper end of the intake pipe 11.
【0052】ルツボ7、取り入れ管11およびノズル部
24は、いずれも耐食性の導電性材料によって形成され
ている。ルツボ7の上端Aと下端Bとに対して、電源1
0の電極が接続されている。ノズル部24の周囲を囲む
ように、円管形状の発熱体25が設置されている。発熱
体25の上端Cに対して、電源10の一方の電極が電線
9によって接続されており、発熱体25の下端Dに対し
て他方の電極が接続されている。これらの各通電機構
は、共に分離されており、独立してその電圧を制御でき
るように構成されている。The crucible 7, the intake pipe 11 and the nozzle portion 24 are all made of a corrosion resistant conductive material. For the upper end A and the lower end B of the crucible 7, the power source 1
0 electrodes are connected. A circular tube-shaped heating element 25 is installed so as to surround the periphery of the nozzle portion 24. One electrode of the power supply 10 is connected to the upper end C of the heating element 25 by the electric wire 9, and the other electrode is connected to the lower end D of the heating element 25. Each of these energization mechanisms is separated together and is configured so that its voltage can be controlled independently.
【0053】また、ノズル部を加熱するために、その周
囲に、図示しない高周波発熱機構を設置し、これを精密
に制御することによって、単結晶育成を行うことも可能
であった。Further, in order to heat the nozzle portion, a high-frequency heating mechanism (not shown) was installed around the nozzle portion, and it was possible to grow the single crystal by precisely controlling this mechanism.
【0054】なお、ノズル部13に対して直流電源を接
続すると、イオン化した溶融物の電気分解によって気泡
が発生する場合がある。この場合には、ノズル部に対し
ては交流電源を接続する必要がある。しかし、本実施例
のように、ノズル部の周囲に円管形状の発熱体25を設
置した場合には、この発熱体25に対して直流電源を接
続することも可能になる。When a DC power source is connected to the nozzle portion 13, bubbles may be generated due to electrolysis of the ionized melt. In this case, it is necessary to connect an AC power source to the nozzle section. However, when the circular tube-shaped heating element 25 is installed around the nozzle portion as in the present embodiment, it is possible to connect a DC power source to the heating element 25.
【0055】図6は、更に他の実施例の製造装置で使用
するルツボ26を概略的に示す概略断面図である。この
ルツボ26の本体28の下端部から下方向へと向かって
ノズル部13が延びており、これと反対側に上方向へと
向かって、取り入れ管11Aが延びている。ルツボ26
の本体28内において、平面的に見て円形の隔壁27
が、本体28の外壁と取り入れ管11Aとの間に設置さ
れている。隔壁27は、図示しない部分で本体28の外
壁に対して固定することができるが、ルツボの外部の部
材に対して隔壁27を取りつけることもできる。FIG. 6 is a schematic sectional view schematically showing the crucible 26 used in the manufacturing apparatus of still another embodiment. The nozzle portion 13 extends downward from the lower end of the main body 28 of the crucible 26, and the intake pipe 11A extends upward on the opposite side. Crucible 26
In the main body 28 of the
Is installed between the outer wall of the main body 28 and the intake pipe 11A. The partition wall 27 can be fixed to the outer wall of the main body 28 at a portion not shown, but the partition wall 27 can be attached to a member outside the crucible.
【0056】隔壁27の下端部は本体28の底29に接
触しておらず、このため隔壁27と本体28との間に隙
間39が生じている。従って、隔壁27の外側の原料供
給口37から空間38へと原料を供給すると、この原料
は空間38内で溶融し、この溶融物が空間38から隙間
39を通過し、空間40を上昇し、取り入れ口22から
取り入れ管11A内へと入る。The lower end of the partition wall 27 is not in contact with the bottom 29 of the main body 28, so that a gap 39 is formed between the partition wall 27 and the main body 28. Therefore, when the raw material is supplied from the raw material supply port 37 outside the partition wall 27 to the space 38, the raw material is melted in the space 38, the melt passes through the gap 39 and rises in the space 40, From the intake port 22 enters the intake pipe 11A.
【0057】白金等の貴金属からなる材料を加工するこ
とによって、内径0.2mm以下のノズル部を形成する
ことは、一般には困難であり、または高コストである。
そこで、本発明者はこうした内径0.2mm以下の微細
径ノズルについても、次の方法で形成できることを見い
だした。It is generally difficult or expensive to form a nozzle portion having an inner diameter of 0.2 mm or less by processing a material made of a noble metal such as platinum.
Therefore, the present inventor has found that such a fine diameter nozzle having an inner diameter of 0.2 mm or less can be formed by the following method.
【0058】即ち、耐食性金属や耐食性セラミックスか
らなる耐食性部材、好ましくは平板に溝を形成し、この
平板を他の耐食性部材、好ましくは平板と貼り合わせた
り、接合することによってノズル部を形成した。このノ
ズル部内では、前記の溝が、細長い微細径の溶融物流通
孔となる。That is, a groove is formed in a corrosion-resistant member made of a corrosion-resistant metal or a corrosion-resistant ceramic, preferably a flat plate, and the flat plate is bonded or joined to another corrosion-resistant member, preferably a flat plate, to form a nozzle portion. In the nozzle portion, the groove serves as an elongated fine diameter melt flow hole.
【0059】この際、両方の平板に前記の溝を形成し、
両方の平板を貼り合わせるときにこれらの溝を一体化さ
せることで、溶融物流通孔を形成することができる。ま
たは、一方の平板に前記の溝を形成し、他方の平板は平
坦なままに放置し、両方の平板を貼り合わせるときに、
一方の平板上に形成された前記溝によって、溶融物流通
孔を形成することができる。At this time, the grooves are formed on both flat plates,
The melt flow holes can be formed by integrating these grooves when bonding both flat plates. Or, when the groove is formed on one of the flat plates and the other flat plate is left as it is, when bonding both flat plates,
A melt flow hole can be formed by the groove formed on one of the flat plates.
【0060】更に、ノズル部に複数列の溝を形成し、各
溝によって各溶融物流通孔を形成し、各溶融物流通孔か
ら同時に溶融物を流しだすことによって、後述するよう
に単結晶プレートを形成することができた。Further, a plurality of rows of grooves are formed in the nozzle portion, each melt flow hole is formed by each groove, and the melt is simultaneously flown out from each melt flow hole, so that the single crystal plate will be described later. Could be formed.
【0061】これらの場合において、各溝の幅は0.0
1mm〜0.5mmとすることが好ましく、各溝の間隔
は0.1〜10mmとすることが好ましい。また、溝の
断面形状は、四角形、V字形状、半円形等とすることが
できる。In these cases, the width of each groove is 0.0
It is preferably 1 mm to 0.5 mm, and the interval between the grooves is preferably 0.1 to 10 mm. Moreover, the cross-sectional shape of the groove can be a quadrangle, a V-shape, a semicircle, or the like.
【0062】具体的には、図7(a)に示すように、細
長い平板41を準備し、図7(b)に示すように、この
平板41の長手方向に延びるように、細長い溝42を形
成する。こうした溝42を各平板41に形成し、図7
(c)に示すように、各平板41を貼り合わせて、ノズ
ル部43を形成し、ノズル部43の中に溶融物流通孔4
4を形成する。図7(d)に示すように、ルツボ45の
底部45aに、ノズル部43が接合されており、ノズル
部43の溶融物流通孔44内を溶融物が流下する。こう
した方法であれば、単結晶ファイバーを形成するための
内径0.2mm以下のノズル部を、容易に製造すること
ができる。むろん、このノズル部の内径を0.2mm以
上とすることもできる。Specifically, as shown in FIG. 7A, an elongated flat plate 41 is prepared, and as shown in FIG. 7B, an elongated groove 42 is formed so as to extend in the longitudinal direction of the flat plate 41. Form. Such a groove 42 is formed on each flat plate 41, as shown in FIG.
As shown in (c), the flat plates 41 are attached to each other to form a nozzle part 43, and the melt flow hole 4 is formed in the nozzle part 43.
4 is formed. As shown in FIG. 7D, the nozzle part 43 is joined to the bottom part 45 a of the crucible 45, and the melt flows down in the melt flow hole 44 of the nozzle part 43. With such a method, a nozzle portion having an inner diameter of 0.2 mm or less for forming a single crystal fiber can be easily manufactured. Of course, the inner diameter of this nozzle portion can be 0.2 mm or more.
【0063】次に、単結晶プレートを製造するための具
体的なノズル部の形態について説明する。本発明者は、
μ引下げ法において、ノズル部の先端に、単結晶プレー
トの横断面に対応する平面形状の平坦面を形成し、この
ノズル部に複数列の溶融物流通孔を形成し、各溶融物流
通孔から同時に溶融物を引き下げ、各流通孔から引き下
げられた溶融物を平坦面に沿って一体化することによっ
て単結晶プレートを形成できることを確認した。Next, a specific form of the nozzle portion for manufacturing the single crystal plate will be described. The inventor
In the μ pull-down method, at the tip of the nozzle part, a flat surface having a planar shape corresponding to the cross section of the single crystal plate is formed, and a plurality of rows of melt flow holes are formed in this nozzle part. At the same time, it was confirmed that a single crystal plate could be formed by pulling down the melt and integrating the melt pulled down from each flow hole along a flat surface.
【0064】この態様においては、ノズル部の全体を平
板形状とすることができる。また、管状のノズル部の先
端に拡張部を設け、この拡張部の先端面を前記のような
平坦面とすることができる。または、ノズル部を複数の
管状部材によって構成し、各管状部材を互いに接合して
一体化し、各管状部材の先端面によって一体の平坦面を
形成することができる。In this aspect, the entire nozzle portion can be formed into a flat plate shape. In addition, an extension portion may be provided at the tip of the tubular nozzle portion, and the tip end surface of the extension portion may be the flat surface as described above. Alternatively, the nozzle portion may be composed of a plurality of tubular members, the tubular members may be joined together and integrated, and the tip end surface of each tubular member may form an integral flat surface.
【0065】例えば、図8(a)に示すように、平板4
6に複数列の細長い溝47を、互いに平行となるように
形成する。図8(b)に示すように、各平板46を貼り
合わせて、平板形状のノズル部48を形成し、ノズル部
48の中に複数列の溶融物流通孔49を形成する。50
は継ぎ目である。For example, as shown in FIG.
In FIG. 6, a plurality of rows of elongated grooves 47 are formed so as to be parallel to each other. As shown in FIG. 8B, the flat plates 46 are attached to each other to form a flat plate-shaped nozzle portion 48, and a plurality of rows of melt flow holes 49 are formed in the nozzle portion 48. Fifty
Is a seam.
【0066】図8(c)に示すように、長方形状のルツ
ボ52の底部に、ノズル部48が接合されている。この
ルツボ52内の溶融物は、ノズル部48の各溶融物流通
孔49内を流下し、各溶融物流通孔49から流れだす。
このとき、各溶融物流通孔から流れだした溶融物が、ノ
ズル部48の平坦面48a上で一体となって流れ、この
平坦面48aの直下で固相となるが、これによってプレ
ート状の単結晶53がノズル部48の下方へと向かって
引き出される。こうした方法であれば、単結晶プレート
を形成するための内径の小さなノズル部を、容易に製造
することができる。As shown in FIG. 8C, the nozzle portion 48 is joined to the bottom of the rectangular crucible 52. The melt in the crucible 52 flows down in the melt flow holes 49 of the nozzle portion 48 and flows out from the melt flow holes 49.
At this time, the melt flowing out from each melt flow hole integrally flows on the flat surface 48a of the nozzle portion 48 and becomes a solid phase immediately below the flat surface 48a. The crystal 53 is pulled out downward of the nozzle portion 48. With such a method, a nozzle portion having a small inner diameter for forming a single crystal plate can be easily manufactured.
【0067】また、図9に示す実施例においては、ノズ
ル部71を、複数の管状部材55によって形成した。各
管状部材55を一列に配列し、各管状部材55の外周面
が連続するように設置した。ただし、図9においては、
ルツボの部分は図示を省略したが、例えば図8(c)に
示すようなルツボを使用することができる。各管状部材
55の中には、溶融体の流通孔54が形成されており、
各流通孔54は各管状部材55の下端の底面55aに開
口している。Further, in the embodiment shown in FIG. 9, the nozzle portion 71 is formed by a plurality of tubular members 55. The tubular members 55 were arranged in a line, and the outer peripheral surfaces of the tubular members 55 were installed so as to be continuous. However, in FIG.
Although illustration of the crucible portion is omitted, for example, a crucible as shown in FIG. 8C can be used. In each tubular member 55, a melt flow hole 54 is formed,
Each circulation hole 54 is open to the bottom surface 55a at the lower end of each tubular member 55.
【0068】ルツボ内の溶融物は、各管状部材55の各
流通孔54内を流下し、各流通孔54から底面55aへ
と流れだす。このとき、各流通孔54から流れだした溶
融物は、管状部材の各底面からなる平坦面72上で一体
となって流れ、この平坦面72の直下で固相となる。こ
れによって、プレート状の単結晶53が、ノズル部71
の下方へと向かって引き出される。The melt in the crucible flows down through the flow holes 54 of the tubular members 55 and flows out from the flow holes 54 to the bottom surface 55a. At this time, the melt flowing out from each of the flow holes 54 integrally flows on the flat surface 72 formed of each bottom surface of the tubular member, and becomes a solid phase immediately below the flat surface 72. As a result, the plate-shaped single crystal 53 is moved to the nozzle portion 71.
Is pulled out toward below.
【0069】また、ノズル部の先端に拡径部を設けるこ
とができる。即ち、ノズル部を白金等の高融点金属によ
って形成した場合に、ノズル部に通電して発熱させるた
めには、ノズル部の厚さを0.2mm以下とすることが
好ましい。また、ノズル部の内部の流通孔の直径にも上
限がある。このためにノズル部の外径には制限がある。
一方、ノズル部から引き下げられるファイバーの直径
は、通常はノズル部の外径以下である。この結果、ノズ
ル部の外径が、所望のファイバーの外径よりも小さくな
る場合があり、この場合にはファイバーを引き下げるこ
とができなくなる。この問題を解決する手段として、ノ
ズル部を、外径が相対的に小さい本体と、本体の先端に
設けられた外径が相対的に大きい拡径部とによって構成
することができる。Further, a diameter-expanded portion can be provided at the tip of the nozzle portion. That is, when the nozzle portion is made of a refractory metal such as platinum, it is preferable that the thickness of the nozzle portion be 0.2 mm or less in order to energize the nozzle portion to generate heat. Also, there is an upper limit on the diameter of the flow hole inside the nozzle portion. Therefore, the outer diameter of the nozzle portion is limited.
On the other hand, the diameter of the fiber pulled down from the nozzle portion is usually less than or equal to the outer diameter of the nozzle portion. As a result, the outer diameter of the nozzle portion may become smaller than the desired outer diameter of the fiber, and in this case, the fiber cannot be pulled down. As a means for solving this problem, the nozzle portion can be composed of a main body having a relatively small outer diameter and an enlarged diameter portion provided at the tip of the main body having a relatively large outer diameter.
【0070】図10は、本発明のこの態様に係る装置を
概略的に示す概略的断面図である。ルツボ7の下端部か
らノズル部58が延びている。ノズル部58は、ノズル
部の本体56と、本体56の下端部にある拡径部57と
を備えている。拡径部57内に単結晶育成部35が設け
られている。拡径部57の開口57aから単結晶ファイ
バー14が矢印Jのように引き出されている。ルツボ
7、取り入れ管11、ノズル部の本体56、拡径部57
は、いずれも耐食性の導電性材料によって形成されてい
る。ルツボ7の上端Aと下端Bとに対して、電源10の
電極が接続されている。また、ノズル部の本体56に
は、例えばCおよびDにおいて電源10からの電線9が
接続されている。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view schematically showing an apparatus according to this aspect of the present invention. A nozzle portion 58 extends from the lower end of the crucible 7. The nozzle portion 58 includes a main body 56 of the nozzle portion and a diameter-expanded portion 57 at the lower end portion of the main body 56. The single crystal growth portion 35 is provided in the expanded diameter portion 57. The single crystal fiber 14 is drawn out from the opening 57a of the expanded diameter portion 57 as shown by an arrow J. Crucible 7, intake pipe 11, nozzle body 56, expanded diameter portion 57
Are formed of a corrosion-resistant conductive material. The electrodes of the power source 10 are connected to the upper end A and the lower end B of the crucible 7. Further, the electric wire 9 from the power source 10 is connected to the main body 56 of the nozzle portion at C and D, for example.
【0071】次に、管状のノズル部の先端に拡張部を設
け、この拡張部の先端面を前記のような平坦面とし,こ
の平坦面に沿って単結晶プレートを引き下げる態様につ
いて例示する。図11は、この態様に係る装置を概略的
に示す概略的断面図である。ルツボ7の下端部からノズ
ル部が延びている。ノズル部の本体59の中には溶融物
の流通孔59aがあり、下端に開口59bが形成されて
いる。Next, an example will be described in which an extension portion is provided at the tip of the tubular nozzle portion, the tip surface of this extension portion is made the above-mentioned flat surface, and the single crystal plate is pulled down along this flat surface. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view schematically showing the device according to this aspect. A nozzle portion extends from the lower end portion of the crucible 7. There is a melt flow hole 59a in the main body 59 of the nozzle portion, and an opening 59b is formed at the lower end.
【0072】本体59の下に拡張部60が接合されてい
る。拡張部60の外殻60aは略平板形状をしており、
外殻60aの中に図面において水平方向に広がる流通孔
60cが形成されている。また、多数の垂直方向に延び
る流通孔60bが外殻60aの中に形成されており、各
流通孔60bは互いに水平に、かつ所定間隔をもって規
則的に形成されている。各流通孔60bの先端側にそれ
ぞれ開口60dが形成されている。拡張部60の下側に
は平坦面61が形成されている。The expansion portion 60 is joined to the bottom of the main body 59. The outer shell 60a of the expansion portion 60 has a substantially flat plate shape,
A flow hole 60c is formed in the outer shell 60a so as to spread horizontally in the drawing. Further, a large number of vertically extending through holes 60b are formed in the outer shell 60a, and the through holes 60b are formed horizontally and at regular intervals. An opening 60d is formed on the tip side of each circulation hole 60b. A flat surface 61 is formed below the expansion portion 60.
【0073】ルツボ7内の溶融物は、ノズル部の本体5
9の流通孔59a内を流下し、流通孔60cを水平方向
に流れ、各流通孔60bを通り、開口60dから流れだ
す。各開口60dから流れだした溶融物が、平坦面61
上で一体となって流れ、この平坦面61の直下で固相と
なり、これによってプレート状の単結晶53がノズル部
の下方へと向かって引き出される。The melt in the crucible 7 is the main body 5 of the nozzle part.
9 flows down in the flow hole 59a, flows horizontally through the flow hole 60c, passes through each flow hole 60b, and flows out from the opening 60d. The melt flowing out from each opening 60d is flat surface 61.
It flows integrally as above and becomes a solid phase immediately below this flat surface 61, whereby the plate-shaped single crystal 53 is pulled out toward the lower part of the nozzle portion.
【0074】図12は、本発明の更に他の態様に係る単
結晶育成用の製造装置を示す概略断面図であり、図13
は、図12の装置を概略的に示す平面図である。溶融炉
66の内部に略円筒形状のルツボ63が設置されてお
り、ルツボ63を例えば3方向から包囲するように加熱
装置65A、65Bおよび65Cが設置されている。ル
ツボ63の中には溶融物8が収容されている。ルツボ6
3の位置Aに対して、電源10の一方の電極が電線9に
よって接続されており、ルツボ63の下端Bに対して、
電源10の他方の電極が接続されている。ルツボ63の
底壁63bの形態は本実施例では平板形状としたが、こ
の形態は種々変更できる。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a manufacturing apparatus for growing a single crystal according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a plan view schematically showing the device of FIG. 12. A substantially cylindrical crucible 63 is installed inside the melting furnace 66, and heating devices 65A, 65B, and 65C are installed so as to surround the crucible 63 from, for example, three directions. The melt 8 is contained in the crucible 63. Crucible 6
One of the electrodes of the power source 10 is connected to the position A of 3 by the electric wire 9, and the lower end B of the crucible 63 is
The other electrode of the power supply 10 is connected. Although the bottom wall 63b of the crucible 63 has a flat plate shape in this embodiment, this shape can be variously changed.
【0075】ルツボ63が設置されている溶融炉66
は、断熱壁68によって育成炉に対して区切られてい
る。ルツボ63の側壁63aにノズル部64が設けられ
ている。ルツボおよびノズル部は、いずれも耐食性の導
電性材料によって形成されている。ノズル部64は、側
壁63aから水平方向に突出する水平部64a、この水
平部64aから垂直方向に延びる垂直部64b、断熱壁
68の貫通孔68a内に挿通されている挿通部64c、
および、挿通部64cの先端から下方向へと延びている
先端部64dを備えている。即ち、ノズル部64は、ノ
ズル部とルツボとの結合部分77から見て上方へと延び
る垂直部64bを備えている。ノズル部64の所定箇
所、例えばL、Mに電源10を接続し、ノズル部64を
発熱させうるようにしておく。Melting furnace 66 in which crucible 63 is installed
Is separated from the growing furnace by a heat insulating wall 68. A nozzle portion 64 is provided on the side wall 63 a of the crucible 63. Both the crucible and the nozzle portion are formed of a corrosion-resistant conductive material. The nozzle portion 64 includes a horizontal portion 64a protruding horizontally from the side wall 63a, a vertical portion 64b extending vertically from the horizontal portion 64a, an insertion portion 64c inserted into the through hole 68a of the heat insulating wall 68,
In addition, a tip portion 64d extending downward from the tip of the insertion portion 64c is provided. That is, the nozzle portion 64 includes the vertical portion 64b extending upward when viewed from the connecting portion 77 of the nozzle portion and the crucible. The power source 10 is connected to a predetermined portion of the nozzle portion 64, for example, L or M, so that the nozzle portion 64 can generate heat.
【0076】ここで、ノズル部64のルツボ63からの
突出位置は、溶融物の液面30とルツボの底面73との
間で、両者の中間以下の高さに設けることが好ましい。
なぜなら、特にルツボ内に継続的に、または間欠的に原
料を供給する場合には、溶融物8の液面の近くでは、組
成の微小な変動が起こりやすく、酸化物単結晶の組成に
影響する可能性があるが、前記のノズル部の突出位置
を、溶融物の液面30とルツボの底面73との中間以下
の高さに設けることによって、この原料の供給に伴う組
成への影響を防止できるからである。Here, the projecting position of the nozzle portion 64 from the crucible 63 is preferably provided between the liquid surface 30 of the melt and the bottom surface 73 of the crucible at a height not higher than the middle of both.
This is because, particularly when the raw material is continuously or intermittently supplied into the crucible, a minute variation in the composition is likely to occur near the liquid surface of the melt 8, which affects the composition of the oxide single crystal. There is a possibility that the above-mentioned protruding position of the nozzle portion is provided at a height not higher than the middle of the liquid surface 30 of the melt and the bottom surface 73 of the crucible, thereby preventing the influence on the composition due to the supply of the raw material. Because you can.
【0077】加熱装置65A、65Bおよび65Cを発
熱させ、かつルツボに通電して発熱させることによっ
て、ルツボ内の原料を溶融させる。ノズル部64に通電
してノズル部64内の温度分布を適切に定め、ノズル部
64内で溶融物が滞留しないようにする。これと共に、
断熱壁68の厚さおよび材質、ヒーター67の温度、ア
フターヒーター12の温度を適切に定めることによっ
て、特に単結晶育成部35の近辺の温度分布を最適化す
る。これによって、ノズル部64の開口76から単結晶
ファイバーまたはプレート14を引き下げる。本実施例
では、この種結晶15および単結晶ファイバー等14
を、ローラー16によって送る。The heating devices 65A, 65B and 65C are caused to generate heat, and the crucible is energized to generate heat, whereby the raw material in the crucible is melted. The temperature distribution in the nozzle portion 64 is appropriately determined by energizing the nozzle portion 64 so that the melt does not stay in the nozzle portion 64. With this,
By appropriately setting the thickness and material of the heat insulating wall 68, the temperature of the heater 67, and the temperature of the after-heater 12, the temperature distribution in the vicinity of the single crystal growth portion 35 is optimized in particular. This pulls down the single crystal fiber or plate 14 from the opening 76 in the nozzle portion 64. In this embodiment, the seed crystal 15 and the single crystal fiber 14 are used.
Is sent by the roller 16.
【0078】図12、図13に示すような単結晶製造装
置においても、前記したように、少なくともノズル部の
先端に平坦面を設け、この平坦面に沿って単結晶プレー
トを引き下げるようにすることができる。この場合に
も、前記したように、板状のノズル部を使用することも
可能である。ただし、本態様においては、ノズル部それ
自体を屈曲させることによって、ノズル部の引出し口が
ルツボの底面よりも高い位置に位置するようにしてい
る。この際、板状のノズル部を、例えば図12、図13
に示すように屈曲させることも、製造上実施可能であ
る。Also in the single crystal manufacturing apparatus as shown in FIGS. 12 and 13, as described above, a flat surface is provided at least at the tip of the nozzle portion, and the single crystal plate is pulled down along this flat surface. You can Also in this case, as described above, it is possible to use the plate-shaped nozzle portion. However, in this aspect, the nozzle portion itself is bent so that the outlet of the nozzle portion is positioned higher than the bottom surface of the crucible. At this time, the plate-shaped nozzle portion may be replaced by, for example, the one shown in
Bending as shown in FIG. 3 can also be implemented in manufacturing.
【0079】また、ノズル部の本体それ自体の形態は、
例えば図12に示すような管状とし、この管状のノズル
部本体の先端に拡張部を設け、この拡張部の先端面を前
記のような平坦面とし,この平坦面に沿って単結晶プレ
ートを引き下げることができる。この態様について、図
14を参照しつつ、例示する。The form of the nozzle body itself is
For example, a tubular body as shown in FIG. 12 is provided, and an extension portion is provided at the tip of the tubular main body of the tubular portion, and the tip surface of the extension portion is the flat surface as described above, and the single crystal plate is pulled down along the flat surface. be able to. This aspect will be illustrated with reference to FIG.
【0080】図14は、図12および図13に示す単結
晶製造装置において、他のノズル部を使用した場合のノ
ズル部の先端部の周辺を、育成炉側から見たときの部分
断面図である。本実施例の製造装置のルツボ63、溶融
炉等については、図12、図13に示すものと同じであ
る。ノズル部の本体69は、貫通孔68aの外側では垂
直方向下向きに形成されており、本体69に拡張部60
が接合されている。本体69の中には流通孔69aがあ
り、下端に開口69bが形成されている。FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the vicinity of the tip of the nozzle portion when another nozzle portion is used in the single crystal manufacturing apparatus shown in FIGS. 12 and 13 as seen from the growth furnace side. is there. The crucible 63 and the melting furnace of the manufacturing apparatus of this embodiment are the same as those shown in FIGS. The main body 69 of the nozzle portion is formed vertically downward on the outside of the through hole 68 a, and the main body 69 has an extension portion 60.
Are joined. There is a through hole 69a in the main body 69, and an opening 69b is formed at the lower end.
【0081】拡張部60の形態は、図11に示したもの
と同じである。ルツボ7内の溶融物は、ノズル部の本体
69の流通孔内を流下し、流通孔60cを水平方向に流
れ、各流通孔60bを通り、開口60dから流れだす。
各開口60dから流れだした溶融物が、平坦面61上で
一体となって流れ、この平坦面61の直下で固相とな
り、これによってプレート状の単結晶53がノズル部の
下方へと向かって引き出される。The form of the expansion section 60 is the same as that shown in FIG. The melted material in the crucible 7 flows down in the circulation holes of the main body 69 of the nozzle portion, flows horizontally in the circulation holes 60c, passes through the circulation holes 60b, and flows out from the openings 60d.
The melt flowing out from each opening 60d integrally flows on the flat surface 61 and becomes a solid phase immediately below the flat surface 61, whereby the plate-shaped single crystal 53 moves toward the lower side of the nozzle portion. Be withdrawn.
【0082】[0082]
【実施例】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 (実施例1)図1に示すような単結晶製造装置を使用
し、本発明に従ってKLN単結晶ファイバーを製造し
た。ただし、ノズル部としては、図10に示す形態のノ
ズル部58を使用した。上側炉1と下側炉3とによって
炉内全体の温度を制御した。ノズル部58に対する電力
供給とアフターヒーター12の発熱とによって、単結晶
育成部35近辺の温度勾配を制御できるように構成し
た。単結晶ファイバーの引下げ機構としては、垂直方向
に2〜100mm/時間の範囲内で、引下げ速度を均一
に制御しながら、単結晶ファイバーを引き下げる機構を
搭載した。[Examples] More specific experimental results will be described below. Example 1 A KLN single crystal fiber was manufactured according to the present invention using a single crystal manufacturing apparatus as shown in FIG. However, as the nozzle portion, the nozzle portion 58 having the form shown in FIG. 10 was used. The temperature inside the furnace was controlled by the upper furnace 1 and the lower furnace 3. The temperature gradient in the vicinity of the single crystal growth part 35 can be controlled by supplying power to the nozzle part 58 and generating heat from the after-heater 12. As a mechanism for pulling down the single crystal fiber, a mechanism for pulling down the single crystal fiber was mounted while controlling the pulling speed uniformly within the range of 2 to 100 mm / hour in the vertical direction.
【0083】炭酸カリウム、炭酸リチウムおよび酸化ニ
オブを、30:20:50の組成比率で調合して原料粉
末を製造した。この原料粉末約50gを、白金製のルツ
ボ7内に供給し、このルツボ7を所定位置に設置した。
上側炉1内の空間5の温度を1100〜1200℃の範
囲に調整し、ルツボ7内の原料を融解させた。下側炉3
内の空間6の温度は、500〜1000℃に均一に制御
した。ルツボ7、ノズル部58およびアフターヒーター
12に対して所定の電力を供給し、単結晶成長を実施し
た。この際、単結晶育成部の温度を1050℃〜115
0℃とすることができ、単結晶育成部における温度勾配
を10〜150℃/mmに制御することができた。Potassium carbonate, lithium carbonate and niobium oxide were mixed in a composition ratio of 30:20:50 to produce a raw material powder. About 50 g of the raw material powder was supplied into the crucible 7 made of platinum, and the crucible 7 was set at a predetermined position.
The temperature of the space 5 in the upper furnace 1 was adjusted to a range of 1100 to 1200 ° C. to melt the raw material in the crucible 7. Lower furnace 3
The temperature of the inner space 6 was uniformly controlled at 500 to 1000 ° C. Predetermined electric power was supplied to the crucible 7, the nozzle portion 58, and the after-heater 12 to grow a single crystal. At this time, the temperature of the single crystal growing portion is set to 1050 ° C to 115 ° C.
The temperature could be set to 0 ° C., and the temperature gradient in the single crystal growing portion could be controlled to 10 to 150 ° C./mm.
【0084】ノズル部58の外側および内側の横断面の
形状は円形とした。このうち、本体56の外径は0.4
mmとし、内径は0.2mmとし、長さは20mmとし
た。拡径部57の外径は1.0mmとし、内径は0.2
mmとし、長さは2mmとした。ルツボ7の平面形状は
円形とし、その直径は30mmとし、その高さは30m
mとした。この状態で、20mm/時間の速度でa軸方
向に単結晶ファイバーを引き下げたところ、良好なKL
N単結晶ファイバーを引き下げうることが判明した。ま
た、これと同様にして、c軸方向にも単結晶ファイバー
を引き下げることができた。The outer and inner cross-sectional shapes of the nozzle portion 58 were circular. Of these, the outer diameter of the main body 56 is 0.4
mm, the inner diameter was 0.2 mm, and the length was 20 mm. The outer diameter of the expanded diameter portion 57 is 1.0 mm, and the inner diameter is 0.2
mm and the length was 2 mm. The planar shape of the crucible 7 is circular, its diameter is 30 mm, and its height is 30 m.
m. In this state, when the single crystal fiber was pulled down in the a-axis direction at a speed of 20 mm / hour, a good KL was obtained.
It has been found that the N single crystal fiber can be pulled down. Further, similarly to this, the single crystal fiber could be pulled down also in the c-axis direction.
【0085】更に、こうして育成した、縦1mm、横1
mm、長さ100mmの単結晶ファイバーについて、こ
の単結晶ファイバーを長さ方向(育成した方向)に見た
ときの組成分布について検査した。具体的には、SHG
位相整合波長を単結晶ファイバーの長さ方向の各部分に
対して照射し、その出力光の波長を測定した。KLN単
結晶の組成が僅かでも変動すれば、その組成変動によっ
て、SHG位相整合波長に変化が生じてくる。Further, the thus-grown, 1 mm in length and 1 in width
With respect to a single crystal fiber having a length of 100 mm and a length of 100 mm, the composition distribution was examined when the single crystal fiber was viewed in the length direction (growing direction). Specifically, SHG
The phase matching wavelength was irradiated to each part in the length direction of the single crystal fiber, and the wavelength of the output light was measured. If the composition of the KLN single crystal fluctuates even a slight amount, the composition fluctuation causes a change in the SHG phase matching wavelength.
【0086】この測定を実施したところ、1nm以下の
精度、即ち、組成に換算すると0.01mol%以下
の、KLN単結晶としてかつてない高い精度で、組成を
制御することができた。また、その波長変換効率も、ほ
ぼ±2%以下の測定誤差の範囲内で、理論値とほぼ同一
の測定値が得られた。When this measurement was carried out, the composition could be controlled with an accuracy of 1 nm or less, that is, with an accuracy of 0.01 mol% or less in terms of composition, which is as high as ever as a KLN single crystal. Further, the wavelength conversion efficiency was also the same as the theoretical value within a measurement error range of approximately ± 2% or less.
【0087】(実施例2)実施例1と同様にして、KL
N単結晶ファイバーを育成した。ただし、ルツボ7へと
間欠的に原料を投入する原料供給機構を炉内に設けた。
また、炉の下に単結晶ファイバーを間欠的に所定長さで
切断する機構を設けることによって、連続的に単結晶フ
ァイバーを育成した。単結晶ファイバーの育成が進行し
てくるのにつれて、育成した単結晶の量およびルツボ7
から揮発した成分の量に相当する量の原料粉末を、ルツ
ボ7内へと供給した。こうして、長さほぼ10mの単結
晶ファイバーを連続的に形成し、その組成変動を、実施
例1と同様の方法で測定した。この結果、ほぼ10mの
長さの全長にわたって、その組成変動を0.01mol
%以下に抑制することに成功した。(Embodiment 2) In the same manner as in Embodiment 1, KL
N single crystal fiber was grown. However, a raw material supply mechanism for intermittently feeding the raw material to the crucible 7 was provided in the furnace.
Further, a single crystal fiber was continuously grown by providing a mechanism for intermittently cutting the single crystal fiber to a predetermined length under the furnace. As the growth of the single crystal fiber progresses, the amount of the grown single crystal and the crucible 7
The raw material powder was supplied into the crucible 7 in an amount corresponding to the amount of the components volatilized from the crucible 7. Thus, a single crystal fiber having a length of about 10 m was continuously formed, and the composition variation was measured by the same method as in Example 1. As a result, the composition variation is 0.01 mol over the entire length of about 10 m.
Succeeded in controlling below%.
【0088】(実施例3)図8示すようなノズル部48
およびルツボ52を使用し、厚さ1mm、幅30mmの
KLN単結晶プレートを引き下げることに成功した。た
だし、平板46としては寸法30mm×30mm×0.
6mmの白金板を使用した。この白金板に、ダイシング
加工によって溝47を形成した。ただし、溝47の間隔
は5mmとし、溝47の幅は0.1mmとした。2枚の
白金板を接合することによって、厚さ1.2mmの平板
形状のノズル部を形成した。図8(a)〜(c)を参照
しつつ説明したようにして、溶融物を各溶融物流通孔か
ら流した。単結晶プレートの内部でのSHG位相整合波
長と変換効率とを測定したところ、前記した単結晶ファ
イバーの場合と同様の値が得られた。(Embodiment 3) Nozzle portion 48 as shown in FIG.
Using the crucible 52, the KLN single crystal plate having a thickness of 1 mm and a width of 30 mm was successfully pulled down. However, the size of the flat plate 46 is 30 mm × 30 mm × 0.
A 6 mm platinum plate was used. Grooves 47 were formed on this platinum plate by dicing. However, the interval between the grooves 47 was 5 mm, and the width of the grooves 47 was 0.1 mm. By joining two platinum plates, a 1.2 mm-thick flat plate-shaped nozzle portion was formed. As described with reference to FIGS. 8A to 8C, the melt was flown from each melt flow hole. When the SHG phase matching wavelength and the conversion efficiency inside the single crystal plate were measured, the same values as in the case of the single crystal fiber described above were obtained.
【0089】(実施例4)LiNbO3 内にネオジムを
固溶させた単結晶を育成する方法に対して、本発明を適
用した。ただし、この系においては、例えばCZ法を使
用した場合には、ネオジムの固溶量は0.3mol%程
度である。(Example 4) The present invention was applied to a method for growing a single crystal in which neodymium was solid-solved in LiNbO 3 . However, in this system, for example, when the CZ method is used, the solid solution amount of neodymium is about 0.3 mol%.
【0090】酸化ネオジム、炭酸リチウム、酸化ニオブ
をmol比率で1:49:50の組成比率に調合し、原
料粉末を製造した。実施例1と同様の単結晶ファイバー
製造装置を使用した。上記の原料粉末約50gをルツボ
7内に収容した。上側炉1内の空間5の温度を1250
〜1350℃の範囲に調整し、ルツボ7内の原料を融解
させた。下側炉3内の空間6の温度は、500〜120
0℃に均一に制御した。ルツボ7、ノズル部13および
アフターヒーター12に対して所定の電力を供給し、単
結晶成長を実施した。Neodymium oxide, lithium carbonate and niobium oxide were mixed in a molar ratio of 1:49:50 to prepare a raw material powder. The same single crystal fiber manufacturing apparatus as in Example 1 was used. About 50 g of the above raw material powder was placed in the crucible 7. The temperature of the space 5 in the upper furnace 1 was set to 1250
The raw material in the crucible 7 was melted by adjusting the temperature in the range of ˜1350 ° C. The temperature of the space 6 in the lower furnace 3 is 500 to 120.
The temperature was uniformly controlled at 0 ° C. Predetermined electric power was supplied to the crucible 7, the nozzle portion 13 and the after-heater 12 to grow a single crystal.
【0091】この際、単結晶育成部の温度を1200℃
〜1300℃とし、単結晶育成部における温度勾配を1
0〜150℃/mmに制御した。この状態で、20mm
/時間の速度で単結晶ファイバーを引き下げたところ、
良好なNd─LiNbO3 単結晶ファイバーを引き下げ
うることが判明した。At this time, the temperature of the single crystal growing portion was set to 1200 ° C.
Up to 1300 ° C. and the temperature gradient in the single crystal growth part is 1
It was controlled at 0 to 150 ° C / mm. 20mm in this state
When pulling down the single crystal fiber at a speed of / hour,
It has been found that a good Nd-LiNbO 3 single crystal fiber can be pulled down.
【0092】更に、こうして育成した、縦1mm、横1
mm、長さ100mmの単結晶ファイバーについて、こ
の単結晶ファイバーを長さ方向(育成した方向)に見た
ときの組成分布について、EPMAによって元素分析し
た。この結果、原料粉末における組成ではネオジムの比
率を1.0mol%にしたが、単結晶ファイバーでは、
1.0mol%に対して±2%の検出限界以下の精度
で、組成が制御されていたことが判明した。また、この
単結晶を用いて、Ndのレーザー発振実験を行ったとこ
ろ、CZ法によって製造した試料に比べて、3倍以上の
出力を得ることができ、その波長特性もシャープであっ
た。Further, thus grown, 1 mm in length and 1 in width
With respect to a single crystal fiber having a length of 100 mm and a length of 100 mm, the element distribution was analyzed by EPMA for the composition distribution when the single crystal fiber was viewed in the length direction (growing direction). As a result, the ratio of neodymium was set to 1.0 mol% in the composition of the raw material powder, but in the single crystal fiber,
It was found that the composition was controlled with an accuracy equal to or lower than the detection limit of ± 2% with respect to 1.0 mol%. Further, when an Nd laser oscillation experiment was performed using this single crystal, an output that was three times or more that of a sample manufactured by the CZ method could be obtained, and its wavelength characteristic was also sharp.
【0093】(実施例5)図12および図13に示すよ
うな単結晶製造装置を使用し、前述した方法に従ってK
LN単結晶ファイバーを製造した。炭酸カリウム、炭酸
リチウムおよび酸化ニオブを、30:20:50の組成
比率で調合して原料粉末を製造した。この原料粉末約5
0gを、白金製のルツボ63内に供給し、このルツボを
所定位置に設置した。加熱装置65A、65B、65C
によって溶融炉66内の温度を制御し、加熱装置67に
よって育成炉70側の温度を制御した。ノズル部64に
対する電力供給とアフターヒーター12の発熱とによっ
て、単結晶育成部35近辺の温度勾配を制御できるよう
に構成した。単結晶ファイバーの引下げ機構としては、
垂直方向に2〜100mm/時間の範囲内で、引下げ速
度を均一に制御しながら、単結晶ファイバーを引き下げ
る機構を搭載した。(Embodiment 5) A single crystal production apparatus as shown in FIGS. 12 and 13 was used, and K was used in accordance with the method described above.
LN single crystal fiber was manufactured. Potassium carbonate, lithium carbonate and niobium oxide were mixed in a composition ratio of 30:20:50 to produce a raw material powder. About 5 of this raw material powder
0 g was supplied into a platinum crucible 63, and this crucible was set at a predetermined position. Heating device 65A, 65B, 65C
The temperature in the melting furnace 66 was controlled by, and the temperature on the growth furnace 70 side was controlled by the heating device 67. The temperature gradient in the vicinity of the single crystal growth portion 35 can be controlled by supplying power to the nozzle portion 64 and heat generation from the after heater 12. As the pulling mechanism of the single crystal fiber,
A mechanism for pulling down the single crystal fiber was mounted while uniformly controlling the pulling rate within the range of 2 to 100 mm / hour in the vertical direction.
【0094】溶融炉の内部は1100℃〜1200℃に
制御し、ルツボ内の原料を融解させた。育成炉70の温
度は、500〜1000℃に均一に制御した。ルツボ6
3、ノズル部64およびアフターヒーター12に対して
所定の電力を供給し、各部分における温度勾配を最適化
し、単結晶の育成を実施した。この際、単結晶育成部3
5の温度を1050℃〜1150℃とし、単結晶育成部
における温度勾配を10〜150℃/mmに制御するこ
とができた。The inside of the melting furnace was controlled at 1100 ° C. to 1200 ° C. to melt the raw material in the crucible. The temperature of the growth furnace 70 was uniformly controlled at 500 to 1000 ° C. Crucible 6
3, a predetermined electric power was supplied to the nozzle portion 64 and the after-heater 12, the temperature gradient in each portion was optimized, and a single crystal was grown. At this time, the single crystal growth unit 3
The temperature of No. 5 was set to 1050 ° C to 1150 ° C, and the temperature gradient in the single crystal growing portion could be controlled to 10 to 150 ° C / mm.
【0095】ノズル部64の横断面の外形および内形は
いずれも円形とし、外径は1mmとし、内径は0.8m
mとし、長さは約50mmとした。ルツボ63の溶融物
の液面30と底面73との中間付近からノズル部64を
水平方向へと引き出した。ルツボ63の平面形状は円形
とし、その直径は30mmとし、その高さは30mmと
した。この状態で、20mm/時間の速度でa軸方向に
単結晶ファイバーを引き下げたところ、良好なKLN単
結晶ファイバーを引き下げうることが判明した。また、
これと同様にして、c軸方向にも単結晶ファイバーを引
き下げることができた。Both the outer shape and the inner shape of the cross section of the nozzle portion 64 are circular, the outer diameter is 1 mm, and the inner diameter is 0.8 m.
m and the length was about 50 mm. The nozzle portion 64 was pulled out horizontally from the vicinity of the middle of the liquid surface 30 and the bottom surface 73 of the melt of the crucible 63. The crucible 63 had a circular plan shape, a diameter of 30 mm, and a height of 30 mm. In this state, when the single crystal fiber was pulled down in the a-axis direction at a speed of 20 mm / hour, it was found that a good KLN single crystal fiber could be pulled down. Also,
In the same manner, the single crystal fiber could be pulled down in the c-axis direction.
【0096】更に、こうして育成した、縦1mm、横1
mm、長さ100mmの単結晶ファイバーについて、こ
の単結晶ファイバーを長さ方向(育成した方向)に見た
ときの組成分布について、実施例1と同様にして試験し
た。この結果、1nm以下の精度、即ち、組成に換算す
ると0.01mol%以下の、KLN単結晶としてかつ
てない高い精度で、組成を制御することができた。ま
た、その波長変換効率も、ほぼ±2%以下の測定誤差の
範囲内で、理論値とほぼ同一の測定値が得られた。Further, thus grown, 1 mm in length and 1 in width
With respect to a single crystal fiber having a size of 100 mm and a length of 100 mm, the composition distribution when the single crystal fiber was viewed in the length direction (growing direction) was tested in the same manner as in Example 1. As a result, the composition could be controlled with an accuracy of 1 nm or less, that is, with a high accuracy of 0.01 mol% or less when converted to the composition, which is unprecedented as a KLN single crystal. Further, the wavelength conversion efficiency was also the same as the theoretical value within a measurement error range of approximately ± 2% or less.
【0097】(実施例6)実施例5と同様にして、KL
N単結晶ファイバーを育成した。ただし、ルツボ63へ
と間欠的に原料を投入する原料供給機構を炉内に設け
た。また、アフターヒーターの下に、単結晶ファイバー
を間欠的に所定長さで切断する機構を設けることによっ
て、連続的に単結晶ファイバーを育成した。(Sixth Embodiment) KL is carried out in the same manner as in the fifth embodiment.
N single crystal fiber was grown. However, a raw material supply mechanism for intermittently feeding the raw material to the crucible 63 was provided in the furnace. Moreover, a single crystal fiber was continuously grown by providing a mechanism under the afterheater to intermittently cut the single crystal fiber into a predetermined length.
【0098】単結晶ファイバーの育成が進行してくるの
につれて、ルツボ内の溶融物の量が減少してくる。ここ
で、溶融物の液面がノズル部の先端に対して0.5mm
±0.1mm程度高い位置に位置するように、原料粉末
をルツボ内へと供給した。こうして、長さほぼ10mの
単結晶ファイバーを連続的に形成し、その組成変動を、
実施例1と同様の方法で測定した。この結果、ほぼ10
mの長さの全長にわたって、その組成変動を0.01m
ol%以下に抑制することに成功した。As the growth of the single crystal fiber progresses, the amount of melt in the crucible decreases. Here, the liquid level of the melt is 0.5 mm with respect to the tip of the nozzle part.
The raw material powder was supplied into the crucible so that it was located at a position higher by about ± 0.1 mm. In this way, a single crystal fiber with a length of about 10 m is continuously formed, and the composition variation is
The measurement was performed in the same manner as in Example 1. As a result, about 10
The composition variation is 0.01 m over the entire length of m.
Succeeded in suppressing to less than ol%.
【0099】(実施例7)単結晶の育成を実施例5と同
様にして実施し、図14に示すようなノズル部を使用
し、厚さ1mm、幅30mmのKLN単結晶プレートを
引き下げることに成功した。先端部60を、高さ3m
m、幅30mm、厚さ1mmの白金板によって形成し
た。各流通孔60bの間隔を3mmとし、各流通孔60
bの各幅は0.5mmとした。Example 7 A single crystal was grown in the same manner as in Example 5, and a nozzle portion as shown in FIG. 14 was used to pull down a KLN single crystal plate having a thickness of 1 mm and a width of 30 mm. Successful. The tip 60 is 3m high
It was formed by a platinum plate having m, a width of 30 mm and a thickness of 1 mm. The distance between the flow holes 60b is 3 mm, and the flow holes 60 are
Each width of b was 0.5 mm.
【0100】単結晶プレートの育成が進行してくるのに
つれて、ルツボ内の溶融物の量が減少してくる。ここ
で、溶融物の液面がノズル部の先端に対して2.0±
0.1mm程度高い位置に位置するように、原料粉末を
ルツボ内へと供給した。単結晶プレートの内部でのSH
G位相整合波長と変換効率とを測定したところ、前記し
た単結晶ファイバーの場合と同様の値が得られた。As the growth of the single crystal plate progresses, the amount of melt in the crucible decreases. Here, the liquid level of the melt is 2.0 ± with respect to the tip of the nozzle.
The raw material powder was fed into the crucible so that the raw material powder was located at a position higher by about 0.1 mm. SH inside the single crystal plate
When the G phase matching wavelength and the conversion efficiency were measured, the same values as in the case of the single crystal fiber described above were obtained.
【0101】(実施例8)LiNbO3 内にネオジムを
固溶させた単結晶を育成する方法に対して、本発明を適
用した。実施例5と同様の方法でこの単結晶を育成し
た。ただし、酸化ネオジム、炭酸リチウム、酸化ニオブ
をmol比率で1:49:50の組成比率に調合し、原
料粉末を製造した。原料粉末約50gを白金ルツボ63
内に収容した。溶融炉の内部は1250℃〜1350℃
に制御し、ルツボ内の原料を融解させた。育成炉70の
温度は、500〜1200℃に均一に制御した。ルツボ
63、ノズル部64およびアフターヒーター12に対し
て所定の電力を供給し、各部分における温度勾配を最適
化し、単結晶の育成を実施した。この際、単結晶育成部
35の温度を1200℃〜1300℃とし、単結晶育成
部における温度勾配を10〜50℃/mmに制御した。(Example 8) The present invention was applied to a method for growing a single crystal in which neodymium was dissolved in LiNbO 3 as a solid solution. This single crystal was grown in the same manner as in Example 5. However, neodymium oxide, lithium carbonate, and niobium oxide were mixed in a molar ratio of 1:49:50 to prepare a raw material powder. Approximately 50 g of raw material powder is added to a platinum crucible 63
Housed inside. The inside of the melting furnace is 1250 ° C-1350 ° C.
The raw material in the crucible was melted under the control. The temperature of the growth furnace 70 was uniformly controlled at 500 to 1200 ° C. Predetermined electric power was supplied to the crucible 63, the nozzle portion 64, and the after-heater 12 to optimize the temperature gradient in each portion and grow a single crystal. At this time, the temperature of the single crystal growing portion 35 was set to 1200 ° C to 1300 ° C, and the temperature gradient in the single crystal growing portion was controlled to 10 to 50 ° C / mm.
【0102】この状態で、20mm/時間の速度で単結
晶ファイバーを引き下げたところ、良好な単結晶ファイ
バーを引き下げうることが判明した。In this state, when the single crystal fiber was pulled down at a speed of 20 mm / hour, it was found that a good single crystal fiber could be pulled down.
【0103】更に、こうして育成した、縦1mm、横1
mm、長さ100mmの単結晶ファイバーについて、こ
の単結晶ファイバーを長さ方向(育成した方向)に見た
ときの組成分布について、EPMAによって元素分析し
た。この結果、原料粉末における組成ではネオジムの比
率を1.0mol%にしたが、単結晶ファイバーでは、
1.0mol%に対して±2%の検出限界以下の精度
で、組成が制御されていたことが判明した。また、この
単結晶を用いて、Ndのレーザー発振実験を行ったとこ
ろ、CZ法によって製造した試料に比べて、3倍以上の
出力を得ることができ、その波長特性もシャープであっ
た。[0103] Furthermore, the thus-grown, vertical 1 mm, horizontal 1
With respect to a single crystal fiber having a length of 100 mm and a length of 100 mm, the element distribution was analyzed by EPMA for the composition distribution when the single crystal fiber was viewed in the length direction (growing direction). As a result, the ratio of neodymium was set to 1.0 mol% in the composition of the raw material powder, but in the single crystal fiber,
It was found that the composition was controlled with an accuracy equal to or lower than the detection limit of ± 2% with respect to 1.0 mol%. Further, when an Nd laser oscillation experiment was performed using this single crystal, an output that was three times or more that of a sample manufactured by the CZ method could be obtained, and its wavelength characteristic was also sharp.
【0104】(比較実験1)従来の構造の製造装置を使
用し、実験1と同様のKLN単結晶ファイバーを作成し
た。原料粉末の量は500mgとした。ルツボは白金に
よって作成した。上側炉と下側炉とによって炉内全体の
温度を制御した。上側炉内の空間の温度を1100〜1
200℃の範囲に調整し、ルツボ内の原料を融解させ
た。下側炉3内の空間6の温度は、500〜1000℃
に均一に制御した。ルツボに対して電力を供給し、これ
によって引出し口からの単結晶の育成、引出しを制御し
ようと試みた。この状態で、20mm/時間の速度で単
結晶ファイバーを引き下げたところ、KLN単結晶ファ
イバーを引き下げることができた。(Comparative Experiment 1) A KLN single crystal fiber similar to that of Experiment 1 was prepared by using a manufacturing apparatus having a conventional structure. The amount of raw material powder was 500 mg. The crucible was made of platinum. The temperature inside the furnace was controlled by the upper furnace and the lower furnace. Set the temperature of the space in the upper furnace to 1100-1
The raw material in the crucible was melted by adjusting the temperature within the range of 200 ° C. The temperature of the space 6 in the lower furnace 3 is 500 to 1000 ° C.
Controlled uniformly. An electric power was supplied to the crucible, and an attempt was made to control the growth and the pulling out of the single crystal from the pulling opening by this. In this state, when the single crystal fiber was pulled down at a speed of 20 mm / hour, the KLN single crystal fiber could be pulled down.
【0105】こうして製造した、縦1mm、横1mm、
長さ100mmの単結晶ファイバーについて、この単結
晶ファイバーを長さ方向(育成した方向)に見たときの
組成分布について、実験1と同様にして検査した。この
結果、出力光の波長に、50nmの変動があった。これ
は、組成に換算すると1.0mol%を越えており、S
HG素子用としては、実用上問題があるレベルであっ
た。[0105] Thus manufactured, 1 mm long, 1 mm wide,
With respect to a single crystal fiber having a length of 100 mm, the composition distribution when the single crystal fiber was viewed in the length direction (growing direction) was examined in the same manner as in Experiment 1. As a result, the wavelength of the output light changed by 50 nm. This exceeds 1.0 mol% in terms of composition, and S
For HG devices, there was a problem in practical use.
【0106】(比較実験2)比較実験1において、ルツ
ボから引き出された成分およびルツボから蒸発した成分
の量に相当する量の原料粉末を、ルツボへと定期的に供
給し、連続的に単結晶ファイバーを育成することを試み
た。しかし、一度原料を供給すると、ルツボ内での熱平
衡状態が大きく崩れたため、単結晶ファイバーの育成の
継続は不可能になった。(Comparative Experiment 2) In Comparative Experiment 1, raw material powders in an amount corresponding to the amounts of the component extracted from the crucible and the component evaporated from the crucible were periodically supplied to the crucible to continuously produce a single crystal. Tried to grow fibers. However, once the raw material was supplied, the thermal equilibrium state in the crucible was greatly disrupted, making it impossible to continue growing the single crystal fiber.
【0107】(比較実験3)比較実験1において、ルツ
ボの寸法を大きくし、ルツボに最初に投入する原料粉末
の量を5gにまで増加させた。上側炉と下側炉とによっ
て炉内全体の温度を制御し、ルツボに対して電力を供給
し、これによって引出し口からの単結晶の育成、引出し
を制御しようと試みた。(Comparative Experiment 3) In Comparative Experiment 1, the size of the crucible was increased and the amount of raw material powder initially charged into the crucible was increased to 5 g. An attempt was made to control the temperature in the entire furnace by the upper furnace and the lower furnace and supply electric power to the crucible, thereby controlling the growth and extraction of the single crystal from the extraction port.
【0108】しかし、上側炉内の温度を500〜900
℃と低く調整すると、ルツボに対する電力供給量を多く
して、ルツボ内の原料粉末の融解を促進する必要がある
が、この出力を大きくすると溶融物が結晶化しなくなっ
た。一方ルツボへの供給電力を小さくしていくと、引出
し口から出る前に溶融物が固体化してしまった。このよ
うに、単結晶を引き出す条件を見いだすことはできなか
った。However, the temperature in the upper furnace is set to 500 to 900.
If the temperature is adjusted to a low value of ℃, it is necessary to increase the power supply to the crucible to accelerate the melting of the raw material powder in the crucible. However, when the output was increased, the melt did not crystallize. On the other hand, when the power supplied to the crucible was reduced, the melt solidified before it came out of the outlet. Thus, it was not possible to find the conditions for pulling out the single crystal.
【0109】一方、上側炉の温度を900℃以上とする
と、炉体からの熱輻射によって、結晶成長点である引出
し口付近で、結晶化に必要な温度勾配を維持することは
できなくなり、やはり単結晶ファイバーを引き下げるこ
とはできなかった。On the other hand, when the temperature of the upper furnace is 900 ° C. or higher, the heat radiation from the furnace body makes it impossible to maintain the temperature gradient necessary for crystallization in the vicinity of the drawing port, which is the crystal growth point. The single crystal fiber could not be pulled down.
【0110】[0110]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、μ
引下げ法によって酸化物単結晶を育成するのに際して、
多量の原料を処理して連続的に多量の酸化物単結晶を引
き下げて形成することができ、しかもこの酸化物単結晶
の組成の変動等を防止して、高品質の酸化物単結晶を製
造することができる。従って、本発明は、こうした酸化
物単結晶のファイバーやプレートを量産する上で、きわ
めて重要な技術である。As described above, according to the present invention, μ
When growing an oxide single crystal by the pull-down method,
It is possible to process a large amount of raw materials and continuously pull down a large amount of oxide single crystals to form, and to prevent fluctuations in the composition of these oxide single crystals, etc. to produce high quality oxide single crystals. can do. Therefore, the present invention is a very important technique in mass-producing such oxide single crystal fibers and plates.
【図1】本発明の実施例に係る、単結晶育成用の製造装
置を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing apparatus for growing a single crystal according to an embodiment of the present invention.
【図2】(a)〜(c)は、単結晶育成用の製造装置の
ノズル部13の先端部分の状態を説明するための概念図
である。2 (a) to 2 (c) are conceptual diagrams for explaining a state of a tip portion of a nozzle portion 13 of a manufacturing apparatus for growing a single crystal.
【図3】本発明の他の実施例に係る、単結晶育成用の製
造装置を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing a manufacturing apparatus for growing a single crystal according to another embodiment of the present invention.
【図4】本発明の更に他の実施例の製造装置において、
ルツボおよびその電力供給機構の構成を概略的に示す概
略断面図である。FIG. 4 shows a manufacturing apparatus according to still another embodiment of the present invention,
It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a crucible and its electric power supply mechanism roughly.
【図5】本発明の更に他の実施例の製造装置において、
ルツボおよびその電力供給機構の構成を概略的に示す概
略断面図である。FIG. 5 shows a manufacturing apparatus according to still another embodiment of the present invention,
It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a crucible and its electric power supply mechanism roughly.
【図6】本発明の更に他の実施例の製造装置において、
ルツボの構成を概略的に示す概略断面図である。FIG. 6 shows a manufacturing apparatus according to still another embodiment of the present invention,
It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a crucible schematically.
【図7】(a)は、耐食性材料からなる平板41を示す
平面図であり、(b)は、この平板41に溝42を形成
した状態を示す平面図であり、(c)は、一対の平板4
1を接合することによって形成したノズル部43を示す
断面図であり、(d)は、このノズル部43を取り付け
たルツボ45を示す断面図である。7A is a plan view showing a flat plate 41 made of a corrosion resistant material, FIG. 7B is a plan view showing a state in which a groove 42 is formed in the flat plate 41, and FIG. Flat plate 4
It is sectional drawing which shows the nozzle part 43 formed by joining 1 and (d) is sectional drawing which shows the crucible 45 to which this nozzle part 43 was attached.
【図8】(a)は、耐食性材料からなる平板46に複数
列の溝47を形成した状態を示す平面図であり、(b)
は、一対の平板46を接合することによって形成したノ
ズル部48を示す断面図であり、(c)は、このノズル
部48を取り付けたルツボ45を示す断面図である。FIG. 8A is a plan view showing a state in which a plurality of rows of grooves 47 are formed in a flat plate 46 made of a corrosion-resistant material, and FIG.
Is a sectional view showing a nozzle portion 48 formed by joining a pair of flat plates 46, and (c) is a sectional view showing a crucible 45 to which the nozzle portion 48 is attached.
【図9】複数の管状部材55からなるノズル部71を示
す破断斜視図である。FIG. 9 is a cutaway perspective view showing a nozzle portion 71 including a plurality of tubular members 55.
【図10】ノズル部本体56の先端に、相対的に直径が
大きい拡径部57を設けたノズル部58およびルツボの
周辺を概略的に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the periphery of a crucible and a nozzle portion 58 in which an enlarged diameter portion 57 having a relatively large diameter is provided at the tip of a nozzle portion main body 56.
【図11】ノズル部の先端に、多数の流通孔を有する拡
張部を設けた態様に係る装置を概略的に示す概略的断面
図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view schematically showing an apparatus according to an aspect in which an extension having a large number of through holes is provided at the tip of the nozzle portion.
【図12】本発明の更に他の態様に係る単結晶育成用の
製造装置を示す概略断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a manufacturing apparatus for growing a single crystal according to still another aspect of the present invention.
【図13】図12の装置を概略的に示す平面図である。13 is a plan view schematically showing the device of FIG.
【図14】図12および図13に示す単結晶製造装置に
おいて、他のノズル部を使用した場合のノズル部の先端
部の周辺を、貫通孔68aに対して平行な方向から見た
ときの部分断面図である。FIG. 14 is a portion of the single crystal manufacturing apparatus shown in FIGS. 12 and 13 when the periphery of the tip of the nozzle portion when another nozzle portion is used is viewed from a direction parallel to the through hole 68a. FIG.
1 上側炉、 2,4 炉内のヒーター、 3 下側
炉、 5上側炉1内の空間、 6 下側炉3内の空間、
7,26,45,52,63ルツボ、 8 溶融物、
10 交流電源(通電機構)、 11 取り入れ管、
12 アフターヒーター、 13,24,43,48,
58,64 ノズル部、 14 単結晶ファイバーない
しプレート、 15 種結晶、 16 ローラー、 1
9 固相と液相との界面、 22 溶融物の取り入れ
口、 30 溶融物の表面、 35 単結晶育成部、
53 単結晶プレート、 56 ノズル部58の本体、
57 ノズル部58の拡径部、 59 ノズル部の本
体、 60拡張部、 65A,65B,65C,67
加熱装置、 48a,61,72平坦面、 66 溶融
炉、 68 断熱壁、 68a 断熱壁68の貫通孔、
70 育成炉、 73 ルツボの底面、 75 ノズル
部の先端面1 upper furnace, 2, heater in furnace 4, 3 lower furnace, 5 space in upper furnace 1, 6 space in lower furnace 3,
7,26,45,52,63 crucible, 8 melt,
10 AC power supply (energization mechanism), 11 intake pipe,
12 after heater, 13, 24, 43, 48,
58,64 nozzle part, 14 single crystal fiber or plate, 15 seed crystal, 16 roller, 1
9 Interface between solid phase and liquid phase, 22 Melt intake, 30 Melt surface, 35 Single crystal growth part,
53 single crystal plate, 56 main body of nozzle part 58,
57 expanded diameter part of nozzle part 58, 59 main part of nozzle part, 60 expanded part, 65A, 65B, 65C, 67
Heating device, 48a, 61, 72 flat surface, 66 melting furnace, 68 heat insulating wall, 68a through hole of heat insulating wall 68,
70 growth furnace, 73 bottom of crucible, 75 tip of nozzle
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C30B 29/60 7202−4G C30B 29/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication C30B 29/60 7202-4G C30B 29/60
Claims (19)
せ、この溶融物に対して種結晶を接触させ、前記溶融物
を下方へと向かって引下げながら前記酸化物単結晶を育
成する、酸化物単結晶の製造方法であって、 前記ルツボと、このルツボから延びるノズル部とを備え
ており、このノズル部の先端に下方向を向いた単結晶育
成部が設けられている製造装置を使用し、前記ルツボと
前記単結晶育成部とを互いに独立に温度制御することを
特徴とする、酸化物単結晶の製造方法。1. A raw material for an oxide single crystal is melted in a crucible, a seed crystal is brought into contact with the melt, and the oxide single crystal is grown while pulling the melt downward. A method for manufacturing an oxide single crystal, comprising the crucible and a nozzle portion extending from the crucible, and a manufacturing apparatus provided with a single crystal growth portion facing downward at the tip of the nozzle portion. A method for producing an oxide single crystal, which is characterized in that the temperature of the crucible and the single crystal growing portion are controlled independently of each other.
境に対して、重力よりも表面張力の方が支配的であるこ
とを特徴とする、請求項1記載の酸化物単結晶の製造方
法。2. The method for producing an oxide single crystal according to claim 1, wherein the surface tension is more dominant than the gravity with respect to the environment of the melt in the single crystal growing portion. .
向かって延びており、前記ノズル部の下端部に前記単結
晶育成部が設けられていることを特徴とする、請求項1
または2記載の酸化物単結晶の製造方法。3. The nozzle portion extends downward from the crucible, and the single crystal growth portion is provided at a lower end portion of the nozzle portion.
Or the method for producing an oxide single crystal according to 2.
れており、かつ前記ノズル部の一部が前記ルツボと前記
ノズル部との結合部分よりも上方向へと延びていること
を特徴とする、請求項1または2記載の酸化物単結晶の
製造方法。4. The nozzle portion is provided on a side surface of the crucible, and a part of the nozzle portion extends upward from a connecting portion between the crucible and the nozzle portion. The method for producing an oxide single crystal according to claim 1 or 2.
きの前記ルツボ内の前記溶融物の液面の高さを、−10
mm以上、50mm以下とすることを特徴とする、請求
項4記載の酸化物単結晶の製造方法。5. The height of the liquid surface of the melt in the crucible when the height of the tip surface of the nozzle portion is 0, is −10.
The method for producing an oxide single crystal according to claim 4, wherein the thickness is not less than 50 mm and not more than 50 mm.
下げながら、前記ルツボに対して定期的または連続的に
前記原料を供給することによって、連続的に前記酸化物
単結晶を育成することを特徴とする、請求項1〜5のい
ずれか一つの請求項に記載の酸化物単結晶の製造方法。6. The oxide single crystal is continuously grown by supplying the raw material to the crucible regularly or continuously while continuously pulling down the melt from the nozzle portion. The method for producing an oxide single crystal according to any one of claims 1 to 5, characterized by:
の横断面に対応する平面形状の平坦面を形成し、このノ
ズル部に複数列の溶融物流通孔を形成し、各溶融物流通
孔から同時に前記溶融物を引き下げ、各流通孔から引き
下げられた溶融物を前記平坦面に沿って一体化すること
によって前記単結晶プレートを形成することを特徴とす
る、請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の酸化
物単結晶の製造方法。7. A flat surface having a planar shape corresponding to the cross section of the single crystal plate is formed at the tip of the nozzle part, and a plurality of rows of melt flow holes are formed in this nozzle part. 7. The single crystal plate is formed by simultaneously pulling down the melt from the above, and integrating the melt pulled down from each flow hole along the flat surface. A method for producing an oxide single crystal according to one of the claims.
とを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つの請求項
に記載の酸化物単結晶の製造方法。8. The method for producing an oxide single crystal according to any one of claims 1 to 7, wherein the oxide single crystal is a solid solution single crystal.
結晶であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか
一つの請求項に記載の酸化物単結晶の製造方法。9. The method for producing an oxide single crystal according to any one of claims 1 to 7, wherein the oxide single crystal is an oxide single crystal having segregation.
せ、この溶融物に対して種結晶を接触させ、前記溶融物
を下方へと向かって引下げながら前記酸化物単結晶を育
成する、酸化物単結晶の製造装置であって、前記ルツボ
と、このルツボから延びるノズル部と、このノズル部の
下端に設けられている単結晶育成部と、前記ルツボと前
記単結晶育成部とを互いに独立に温度制御する加熱機構
とを備えていることを特徴とする、酸化物単結晶の製造
装置。10. A raw material for an oxide single crystal is melted in a crucible, a seed crystal is brought into contact with the melt, and the oxide single crystal is grown while pulling the melt downward. An oxide single crystal manufacturing apparatus, the crucible, a nozzle portion extending from the crucible, a single crystal growth portion provided at the lower end of the nozzle portion, the crucible and the single crystal growth portion to each other. An apparatus for producing an oxide single crystal, comprising a heating mechanism for independently controlling the temperature.
られており、前記ノズル部の一部が前記ルツボと前記ノ
ズル部との結合部分よりも上方向へと延びていることを
特徴とする、請求項10記載の酸化物単結晶製造装置。11. The nozzle portion is provided on a side surface of the crucible, and a part of the nozzle portion extends upward from a connecting portion between the crucible and the nozzle portion. The oxide single crystal manufacturing apparatus according to claim 10.
前記単結晶育成部が設けられている育成炉とを断熱する
断熱壁を備えており、この断熱壁に設けられた貫通穴に
前記ノズル部が挿通されていることを特徴とする、請求
項11記載の酸化物単結晶の製造装置。12. A melting furnace containing the crucible,
12. A heat insulating wall for thermally insulating the single crystal growing portion from a growing furnace is provided, and the nozzle portion is inserted into a through hole provided in the heat insulating wall. An apparatus for producing an oxide single crystal as described.
あることを特徴とする、請求項10〜12のいずれか一
つの請求項に記載の酸化物単結晶の製造装置。13. The apparatus for producing an oxide single crystal according to claim 10, wherein an inner diameter of the nozzle portion is 0.5 mm or less.
材料によって形成されており、前記ルツボに対して電力
を供給することによってこのルツボを発熱させる通電機
構と、前記ノズル部に対して電力を供給することによっ
てこのノズル部を発熱させる通電機構とを備えており、
前記ルツボの通電機構と前記ノズル部の通電機構とが分
離されていることを特徴とする、請求項10〜12のい
ずれか一つの請求項に記載の酸化物単結晶の製造装置。14. The crucible and the nozzle portion are formed of a conductive material, and an electric power supply mechanism for heating the crucible by supplying electric power to the crucible and electric power to the nozzle portion. And a current-carrying mechanism that heats this nozzle section by
13. The apparatus for producing an oxide single crystal according to claim 10, wherein an energization mechanism of the crucible and an energization mechanism of the nozzle unit are separated.
源を備えていることを特徴とする、請求項14記載の酸
化物単結晶の製造装置。15. The apparatus for producing an oxide single crystal according to claim 14, further comprising an AC power source as an energizing mechanism for the nozzle portion.
させるための高周波加熱機構を備えていることを特徴と
する、請求項14記載の酸化物単結晶の製造装置。16. The apparatus for producing an oxide single crystal according to claim 14, further comprising a high frequency heating mechanism for heating the nozzle portion by high frequency induction.
れており、前記ノズル部を包囲するように抵抗発熱材が
設置されており、前記ルツボに対して電力を供給するこ
とによって発熱させる通電機構と、前記抵抗発熱材に対
して電力を供給することによってこの抵抗発熱材を発熱
させる通電機構とを備えており、前記ルツボの通電機構
と前記抵抗発熱材の通電機構とが分離されていることを
特徴とする、請求項10〜13のいずれか一つの請求項
に記載の酸化物単結晶の製造装置。17. A crucible is formed of a conductive material, a resistance heating material is installed so as to surround the nozzle portion, and a power supply mechanism for generating heat by supplying electric power to the crucible is provided. And an energization mechanism that heats the resistance heating material by supplying electric power to the resistance heating material, and the energization mechanism of the crucible and the energization mechanism of the resistance heating material are separated. The apparatus for producing an oxide single crystal according to any one of claims 10 to 13, which is characterized.
合体からなり、少なくとも一方の前記耐食性部材の表面
に溝が形成されており、この溝によって前記溶融物の流
通孔が形成されていることを特徴とする、請求項10〜
13のいずれか一つの請求項に記載の酸化物単結晶の製
造装置。18. The nozzle portion is formed of a joined body of a pair of corrosion resistant members, and a groove is formed on the surface of at least one of the corrosion resistant members, and the groove forms a flow hole for the melt. It is characterized by the above-mentioned.
The apparatus for producing an oxide single crystal according to claim 13.
トの横断面に対応する平面形状の平坦面が形成されてお
り、このノズル部に複数列の溶融物流通孔が形成されて
おり、各溶融物流通孔の各開口が前記平坦面に面してい
ることを特徴とする、請求項10〜13のいずれか一つ
の請求項に記載の酸化物単結晶の製造装置。19. A flat surface having a planar shape corresponding to a cross section of the single crystal plate is formed at the tip of the nozzle portion, and a plurality of rows of melt flow holes are formed in the nozzle portion. The apparatus for producing an oxide single crystal according to any one of claims 10 to 13, characterized in that each opening of the melt flow hole faces the flat surface.
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