JPH09100199A - ルチル単結晶の製造方法 - Google Patents
ルチル単結晶の製造方法Info
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- JPH09100199A JPH09100199A JP25539395A JP25539395A JPH09100199A JP H09100199 A JPH09100199 A JP H09100199A JP 25539395 A JP25539395 A JP 25539395A JP 25539395 A JP25539395 A JP 25539395A JP H09100199 A JPH09100199 A JP H09100199A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 育成結晶全体が偏光子用材料として使用が可
能なほど良質で、かつ直径が約2 インチ以上となる大口
径のルチル単結晶を簡便かつ容易に製造できる方法を提
供すること。 【解決手段】 坩堝３内にルチル単結晶から成る種子結
晶４と、該種子結晶４を覆うように酸化チタンを主成分
とする原料Ｍを収容し、次に坩堝３を加熱して原料Ｍを
融解させ、しかる後に坩堝３を冷却せしめ、種子結晶４
上にルチル単結晶を成長させる。
能なほど良質で、かつ直径が約2 インチ以上となる大口
径のルチル単結晶を簡便かつ容易に製造できる方法を提
供すること。 【解決手段】 坩堝３内にルチル単結晶から成る種子結
晶４と、該種子結晶４を覆うように酸化チタンを主成分
とする原料Ｍを収容し、次に坩堝３を加熱して原料Ｍを
融解させ、しかる後に坩堝３を冷却せしめ、種子結晶４
上にルチル単結晶を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、坩堝内融液を底部
から冷却して単結晶を成長させる方法を用いて、高品質
かつ大口径のルチル単結晶を製造する方法に関する。
から冷却して単結晶を成長させる方法を用いて、高品質
かつ大口径のルチル単結晶を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ルチル単結晶は、これまで宝飾用材料と
して、また今日では光アイソレータなどの偏光子用及び
検光子用の材料として重要性が高まっている。本単結晶
の育成方法としては、従来から主としてベルヌーイ法が
使用されているが、最近ではＦＺ (Floating Zone)法や
ＥＦＧ (Edge-defined Film-fed Growth) 法等による製
造方法が提案されている (例えば、特公昭61-101495 号
公報、特開平5-43395 号公報等を参照) 。
して、また今日では光アイソレータなどの偏光子用及び
検光子用の材料として重要性が高まっている。本単結晶
の育成方法としては、従来から主としてベルヌーイ法が
使用されているが、最近ではＦＺ (Floating Zone)法や
ＥＦＧ (Edge-defined Film-fed Growth) 法等による製
造方法が提案されている (例えば、特公昭61-101495 号
公報、特開平5-43395 号公報等を参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ベ
ルヌーイ法やＦＺ法で育成される単結晶は、結晶成長界
面での温度勾配が200 〜300 ℃/cm と非常に大きいた
め、熱歪みによる結晶格子歪みが大きく、結晶粒界が入
りやすい。このため、育成結晶の光学的品質が良好とは
いえず、良品歩留りも非常に低い。
ルヌーイ法やＦＺ法で育成される単結晶は、結晶成長界
面での温度勾配が200 〜300 ℃/cm と非常に大きいた
め、熱歪みによる結晶格子歪みが大きく、結晶粒界が入
りやすい。このため、育成結晶の光学的品質が良好とは
いえず、良品歩留りも非常に低い。
【０００４】そこで、このような問題を解決するために
ＥＦＧ法が提案されているが、金型材料に高価なＩｒを
使用すること、また、通常のＥＦＧ法での育成速度 (例
えば、約50mm／時間) で育成することができず、従来か
ら主流のベルヌーイ法に比べて、それほど生産コストの
低減が期待できない等の問題点がある。
ＥＦＧ法が提案されているが、金型材料に高価なＩｒを
使用すること、また、通常のＥＦＧ法での育成速度 (例
えば、約50mm／時間) で育成することができず、従来か
ら主流のベルヌーイ法に比べて、それほど生産コストの
低減が期待できない等の問題点がある。
【０００５】また、特にベルヌーイ法やＦＺ法では2 イ
ンチ以上の大型結晶を得ることが非常に困難であるとい
う育成上の制約がある。他方、単結晶の大型育成に通常
使用されるＣＺ法による育成も試みられているが、現状
では技術的にかなり困難な状況にある (例えば、Journa
l of Crystal Growth 112(1991),pp.835-837を参照)。
ンチ以上の大型結晶を得ることが非常に困難であるとい
う育成上の制約がある。他方、単結晶の大型育成に通常
使用されるＣＺ法による育成も試みられているが、現状
では技術的にかなり困難な状況にある (例えば、Journa
l of Crystal Growth 112(1991),pp.835-837を参照)。
【０００６】さらに、ルチル単結晶の育成にあたって
は、後記するようにチタンの価数変化による変色を防止
するため高酸素分圧下での育成が望ましいが、ルチル単
結晶の融点が1840℃であり非常に高温であるため、酸化
雰囲気下でこれに耐える坩堝材料が無い。
は、後記するようにチタンの価数変化による変色を防止
するため高酸素分圧下での育成が望ましいが、ルチル単
結晶の融点が1840℃であり非常に高温であるため、酸化
雰囲気下でこれに耐える坩堝材料が無い。
【０００７】酸化雰囲気で、かつ1800℃以上の高温条件
下において、唯一使用可能とされている金属としてＩｒ
が考えられるが、これを高酸素分圧下で長時間使用する
ことは不可能である。このため、育成雰囲気は低酸素分
圧下、もしくは還元雰囲気下で行わざるを得ないのが実
状である。
下において、唯一使用可能とされている金属としてＩｒ
が考えられるが、これを高酸素分圧下で長時間使用する
ことは不可能である。このため、育成雰囲気は低酸素分
圧下、もしくは還元雰囲気下で行わざるを得ないのが実
状である。
【０００８】しかしながら、このような雰囲気で育成を
行うと、育成結晶は酸素欠陥を有しやすく、ＴｉＯ2 →
ＴｉＯ2-x への価数変化により不透明黒色から青色透明
と着色する。そして、着色した育成結晶は光吸収が大と
なり内部輻射が阻害されるため、単結晶の育成が進行す
るにつれて、結晶からの熱の逃げが小さくなり、融液か
ら固液界面を通じての結晶側への熱の移動と結晶側から
の熱の放散との熱移動バランスが不均衡となる。この結
果、固液界面が不安定となり、ひいては結晶成長も不安
定になるものと予想される。
行うと、育成結晶は酸素欠陥を有しやすく、ＴｉＯ2 →
ＴｉＯ2-x への価数変化により不透明黒色から青色透明
と着色する。そして、着色した育成結晶は光吸収が大と
なり内部輻射が阻害されるため、単結晶の育成が進行す
るにつれて、結晶からの熱の逃げが小さくなり、融液か
ら固液界面を通じての結晶側への熱の移動と結晶側から
の熱の放散との熱移動バランスが不均衡となる。この結
果、固液界面が不安定となり、ひいては結晶成長も不安
定になるものと予想される。
【０００９】このように、特に還元雰囲気下でのルチル
単結晶の結晶成長は、通常の坩堝内融液からの引上げ法
又は引下げ法では非常に困難となるのである。
単結晶の結晶成長は、通常の坩堝内融液からの引上げ法
又は引下げ法では非常に困難となるのである。
【００１０】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、育成結晶全体が偏光子用材料として使用が可
能なほど良質で、かつ直径が約2 インチ以上となる大口
径のルチル単結晶を簡便かつ容易に製造できる方法を提
供することを目的とする。
のであり、育成結晶全体が偏光子用材料として使用が可
能なほど良質で、かつ直径が約2 インチ以上となる大口
径のルチル単結晶を簡便かつ容易に製造できる方法を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のルチル単結晶の製造方法は、坩堝内にルチ
ル単結晶から成る種子結晶と、該種子結晶を覆うように
酸化チタンを主成分とする原料を収容し、次に前記坩堝
を加熱して前記原料を融解させ、しかる後に前記坩堝を
冷却せしめ、前記種子結晶上にルチル単結晶を成長させ
ることを特徴とする。この場合、酸化チタンを主成分と
する原料は粉末及び／又は焼結体から成るようにする
と、良質な結晶を得ることができる。
に、本発明のルチル単結晶の製造方法は、坩堝内にルチ
ル単結晶から成る種子結晶と、該種子結晶を覆うように
酸化チタンを主成分とする原料を収容し、次に前記坩堝
を加熱して前記原料を融解させ、しかる後に前記坩堝を
冷却せしめ、前記種子結晶上にルチル単結晶を成長させ
ることを特徴とする。この場合、酸化チタンを主成分と
する原料は粉末及び／又は焼結体から成るようにする
と、良質な結晶を得ることができる。
【００１２】また、底部にルチル単結晶から成る種子結
晶を配設させた坩堝内に、前記種子結晶を覆うように酸
化チタンを主成分とする原料を収容し、次に前記坩堝の
側部を加熱して前記原料を融解させるとともに前記坩堝
の底部を冷却せしめ、前記種子結晶上にルチル単結晶を
成長させることを特徴とする。この場合、酸化チタンを
主成分とする原料は単結晶、粉末、又は焼結体の少なく
とも１種から成るようにすると、良質な結晶を得ること
ができる。
晶を配設させた坩堝内に、前記種子結晶を覆うように酸
化チタンを主成分とする原料を収容し、次に前記坩堝の
側部を加熱して前記原料を融解させるとともに前記坩堝
の底部を冷却せしめ、前記種子結晶上にルチル単結晶を
成長させることを特徴とする。この場合、酸化チタンを
主成分とする原料は単結晶、粉末、又は焼結体の少なく
とも１種から成るようにすると、良質な結晶を得ること
ができる。
【００１３】また、坩堝は融点が1900℃以上の金属、例
えばＭｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン），Ｔａ
（タンタル），Ｒｅ（レニウム），Ｉｒ（イリジウム）
等を主成分とする金属材料（合金を含む）から成るよう
にすると、単結晶の育成を安定して行うことができる。
えばＭｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン），Ｔａ
（タンタル），Ｒｅ（レニウム），Ｉｒ（イリジウム）
等を主成分とする金属材料（合金を含む）から成るよう
にすると、単結晶の育成を安定して行うことができる。
【００１４】また、ルチル単結晶の種子結晶は(001) ，
(110) ，(100) もしくはＣ軸から47.8±5 度傾いた面に
平行な結晶面を有し、該結晶面上にルチル単結晶を成長
させるようにすると、きわめて良質な結晶成長が期待さ
れる。
(110) ，(100) もしくはＣ軸から47.8±5 度傾いた面に
平行な結晶面を有し、該結晶面上にルチル単結晶を成長
させるようにすると、きわめて良質な結晶成長が期待さ
れる。
【００１５】また、坩堝は温度勾配が50℃／cm以下のホ
ットゾーンに配設されていると、熱歪みによる影響が低
減されるので、非常に良質で大口径な結晶を得ることが
可能となる。
ットゾーンに配設されていると、熱歪みによる影響が低
減されるので、非常に良質で大口径な結晶を得ることが
可能となる。
【００１６】また、育成速度を2.0 mm／時間以下とすれ
ば、気泡や不純物を結晶外周部に排斥できるので、高純
度で大口径なルチル単結晶を得ることが可能なる。
ば、気泡や不純物を結晶外周部に排斥できるので、高純
度で大口径なルチル単結晶を得ることが可能なる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の形態について図面に基づ
き説明する。図１に示すように、一般にＨＥＭ（Heat E
xchange Method) 法で用いられる単結晶育成炉Ｆを用い
る。ただし、一般のＨＥＭ法とは異なり、真空中で単結
晶を育成するのではなく、炉内を真空引きした後に適当
な雰囲気ガスを導入し、適当な雰囲気中で単結晶の育成
が行えるようにしている。
き説明する。図１に示すように、一般にＨＥＭ（Heat E
xchange Method) 法で用いられる単結晶育成炉Ｆを用い
る。ただし、一般のＨＥＭ法とは異なり、真空中で単結
晶を育成するのではなく、炉内を真空引きした後に適当
な雰囲気ガスを導入し、適当な雰囲気中で単結晶の育成
が行えるようにしている。
【００１８】炉内の下部に設けた基台１上の中央部に、
蓋２で覆われた坩堝３が配設される。ここで、坩堝３内
の底部中央にはルチル単結晶の種子結晶４が配設され
る。また、この種子結晶４を覆うようにして、ルチル単
結晶，酸化チタンの粉末，又は酸化チタン焼結体から少
なくとも１種の酸化チタンを主成分とする原料Ｍが入れ
られる。坩堝３の材料は、融点が1900℃以上の高融点金
属もしくは合金であって、例えばＭｏ（モリブデン），
Ｗ（タングステン），Ｔａ（タンタル），Ｒｅ（レニウ
ム），Ｉｒ（イリジウム）等を主成分としたものとす
る。
蓋２で覆われた坩堝３が配設される。ここで、坩堝３内
の底部中央にはルチル単結晶の種子結晶４が配設され
る。また、この種子結晶４を覆うようにして、ルチル単
結晶，酸化チタンの粉末，又は酸化チタン焼結体から少
なくとも１種の酸化チタンを主成分とする原料Ｍが入れ
られる。坩堝３の材料は、融点が1900℃以上の高融点金
属もしくは合金であって、例えばＭｏ（モリブデン），
Ｗ（タングステン），Ｔａ（タンタル），Ｒｅ（レニウ
ム），Ｉｒ（イリジウム）等を主成分としたものとす
る。
【００１９】また、種子結晶は、(001) ，(110) ，もし
くは(100) の面に平行な結晶面、もしくはＣ軸から47.8
±5 度（47.8rot Ｚ±5 度) 傾いた面に平行な結晶面を
有し、この結晶面上にルチル単結晶を成長させるように
している。ここで、特にＣ軸から47.8±5 度傾いた面に
平行な結晶面とするのは、Ｃ軸から約47.8度傾いた方向
はルチル単結晶の複屈折が最大となる方向であり、この
方向に垂直な面（すなわち、Ｃ軸から47.8±5 度傾いた
面に平行な結晶面）でルチル単結晶を切断し、偏光子と
して用いると、偏光子の厚みが最小となり、光アイソレ
ータの構成を小型にすることが可能となる。
くは(100) の面に平行な結晶面、もしくはＣ軸から47.8
±5 度（47.8rot Ｚ±5 度) 傾いた面に平行な結晶面を
有し、この結晶面上にルチル単結晶を成長させるように
している。ここで、特にＣ軸から47.8±5 度傾いた面に
平行な結晶面とするのは、Ｃ軸から約47.8度傾いた方向
はルチル単結晶の複屈折が最大となる方向であり、この
方向に垂直な面（すなわち、Ｃ軸から47.8±5 度傾いた
面に平行な結晶面）でルチル単結晶を切断し、偏光子と
して用いると、偏光子の厚みが最小となり、光アイソレ
ータの構成を小型にすることが可能となる。
【００２０】また、坩堝３が配設された基台１には、基
台１を貫通するガス導入路５が設けられ、炉内を真空引
きした後に、例えば炉内を不活性雰囲気にする場合に
は、不活性ガスである、例えばＡｒ（アルゴン），Ｎ2
（窒素），Ｈｅ（ヘリウム）から選んだガスを導入し、
炉内を還元性雰囲気にする場合には、例えば上記不活性
ガス＋還元性ガス、すなわち、不活性ガス＋Ｈ2 （水
素）の混合ガスを導入し、炉内を酸化性雰囲気にする場
合には、例えば、上記不活性ガス＋Ｏ2 （酸素），ＣＯ
2 （二酸化炭素），ＣＯ2 −Ｈ2 等から選ばれた酸素元
素を含む混合ガスを導入するのである。
台１を貫通するガス導入路５が設けられ、炉内を真空引
きした後に、例えば炉内を不活性雰囲気にする場合に
は、不活性ガスである、例えばＡｒ（アルゴン），Ｎ2
（窒素），Ｈｅ（ヘリウム）から選んだガスを導入し、
炉内を還元性雰囲気にする場合には、例えば上記不活性
ガス＋還元性ガス、すなわち、不活性ガス＋Ｈ2 （水
素）の混合ガスを導入し、炉内を酸化性雰囲気にする場
合には、例えば、上記不活性ガス＋Ｏ2 （酸素），ＣＯ
2 （二酸化炭素），ＣＯ2 −Ｈ2 等から選ばれた酸素元
素を含む混合ガスを導入するのである。
【００２１】また、坩堝３を取り囲むようにして、例え
ばカーボンヒータ等の抵抗発熱体６が配設され、さらに
これを取り囲むようにして、坩堝３の上方が開口した周
知の耐火材７，８が配設される。さらに耐火材８の周囲
にワークコイル１３を配設し、さらに水冷カバー９で覆
っている。なお、水冷カバー９には観察用窓９ａや測温
用窓９ｂが設けられる。
ばカーボンヒータ等の抵抗発熱体６が配設され、さらに
これを取り囲むようにして、坩堝３の上方が開口した周
知の耐火材７，８が配設される。さらに耐火材８の周囲
にワークコイル１３を配設し、さらに水冷カバー９で覆
っている。なお、水冷カバー９には観察用窓９ａや測温
用窓９ｂが設けられる。
【００２２】さらに、坩堝３の底部を冷やすべく、基台
１は熱交換器１０で囲まれた冷却路１１を有しており、
この冷却路１１には測温するための熱電対１２が配設さ
れ、さらに、冷却用の媒体としてＨｅガスやＨｅ＋Ｈ2
混合ガスなどを使用し、図１においては冷却ガスで冷却
が可能なようにガス導入パイプ１４を配設している。な
お、炉内を真空引きすべく炉Ｆに真空ポンプＰが連結さ
れる。
１は熱交換器１０で囲まれた冷却路１１を有しており、
この冷却路１１には測温するための熱電対１２が配設さ
れ、さらに、冷却用の媒体としてＨｅガスやＨｅ＋Ｈ2
混合ガスなどを使用し、図１においては冷却ガスで冷却
が可能なようにガス導入パイプ１４を配設している。な
お、炉内を真空引きすべく炉Ｆに真空ポンプＰが連結さ
れる。
【００２３】以上のように、単結晶育成炉Ｆを構成する
ことにより、原料が投入された坩堝３（の側部）を加熱
して原料を融解させ、しかる後に（または同時的に）、
坩堝３の底部の中心部からの熱の除去を熱交換器１０に
より行い、融液を徐々に冷却凝固させ、結晶化させるの
である。
ことにより、原料が投入された坩堝３（の側部）を加熱
して原料を融解させ、しかる後に（または同時的に）、
坩堝３の底部の中心部からの熱の除去を熱交換器１０に
より行い、融液を徐々に冷却凝固させ、結晶化させるの
である。
【００２４】ここで、坩堝３が温度勾配50℃／cm以下の
ホットゾーンに配設されていると、熱歪みによる影響が
低減されるので、非常に良質で大口径な結晶を得ること
が可能となる。
ホットゾーンに配設されていると、熱歪みによる影響が
低減されるので、非常に良質で大口径な結晶を得ること
が可能となる。
【００２５】さらに、単結晶の育成速度を2.0 mm／時間
以下とすれば、気泡や不純物を結晶外周部に排斥できる
ので、高純度で大口径なルチル単結晶を得ることが可能
なる。
以下とすれば、気泡や不純物を結晶外周部に排斥できる
ので、高純度で大口径なルチル単結晶を得ることが可能
なる。
【００２６】この方法は本質的に融液の一方向凝固法で
ある。固体の温度勾配は熱交換器１０によって制御し、
液体中の温度勾配は炉内温度によって制御し、坩堝３，
ヒータ６，もしくは種子結晶４等を移動させずに、液体
と固体の温度勾配をそれぞれ独立して制御可能としてい
る。
ある。固体の温度勾配は熱交換器１０によって制御し、
液体中の温度勾配は炉内温度によって制御し、坩堝３，
ヒータ６，もしくは種子結晶４等を移動させずに、液体
と固体の温度勾配をそれぞれ独立して制御可能としてい
る。
【００２７】また、固液界面が融液の表面下にあるた
め、熱および機械的変動がおさえられ、界面での一様な
温度勾配が得られる。これにより、一様な結晶成長を促
進し、高品質性と化学的安定性が期待できる。
め、熱および機械的変動がおさえられ、界面での一様な
温度勾配が得られる。これにより、一様な結晶成長を促
進し、高品質性と化学的安定性が期待できる。
【００２８】次に、具体的な実施例について説明する。 〔実施例１〕この方法に用いた育成炉は、多目的加熱炉
にタングステン／モリブデン熱交換器を装備したものを
用いた。坩堝にはモリブデン製、直径約2 インチ、高さ
約2.5 インチの坩堝を用い、坩堝の底部に種結晶として
直径約2.0cm ，高さ約約1 cmの(001) 方位のルチル単結
晶を用意した。原料としてはベルヌーイ法で作製したボ
ウルの破砕片を用いた。
にタングステン／モリブデン熱交換器を装備したものを
用いた。坩堝にはモリブデン製、直径約2 インチ、高さ
約2.5 インチの坩堝を用い、坩堝の底部に種結晶として
直径約2.0cm ，高さ約約1 cmの(001) 方位のルチル単結
晶を用意した。原料としてはベルヌーイ法で作製したボ
ウルの破砕片を用いた。
【００２９】結晶成長過程でのヘリウムガスの流量は、
育成開始時6 リットル／分、その後3 リットル／分まで
流量を減少させ、種子付けを行い、さらに30リットル／
分まで流量を減少させ育成を終了した。
育成開始時6 リットル／分、その後3 リットル／分まで
流量を減少させ、種子付けを行い、さらに30リットル／
分まで流量を減少させ育成を終了した。
【００３０】この間、炉内温度は育成開始から育成終了
まで1845〜1850℃に設定し、成長速度は約0.5mm/時間,
温度勾配は約5 ℃/ cm, 育成雰囲気はＡｒ＋10％Ｈ2 の
還元雰囲気とした。得られたボウルは不透明黒色であっ
た。
まで1845〜1850℃に設定し、成長速度は約0.5mm/時間,
温度勾配は約5 ℃/ cm, 育成雰囲気はＡｒ＋10％Ｈ2 の
還元雰囲気とした。得られたボウルは不透明黒色であっ
た。
【００３１】このボウルを大気中900 〜950 ℃でアニー
ル処理し脱色を行った後、結晶品質の評価を偏光顕微鏡
及びＸ線トポグラフ法により行ったところ、結晶全体が
歪み、気泡, サブグレイン組織などが非常に少ない良質
な単結晶を育成できたことがわかった。
ル処理し脱色を行った後、結晶品質の評価を偏光顕微鏡
及びＸ線トポグラフ法により行ったところ、結晶全体が
歪み、気泡, サブグレイン組織などが非常に少ない良質
な単結晶を育成できたことがわかった。
【００３２】〔実施例2 〕次に、坩堝をタングステン製
とし、育成雰囲気をＮ2 の不活性雰囲気, 温度勾配3 ℃
/ cm, 成長速度0.3mm/時間 とし、他の条件を実施例1
とほぼ同様な条件として育成を行った。
とし、育成雰囲気をＮ2 の不活性雰囲気, 温度勾配3 ℃
/ cm, 成長速度0.3mm/時間 とし、他の条件を実施例1
とほぼ同様な条件として育成を行った。
【００３３】得られたボウルは不透明黒色であった。こ
のボウルを大気中約1000℃でアニール処理し、脱色を行
った後、結晶評価を行ったところ、実施例1 と同様に欠
陥の非常に少ない良質な単結晶であった。
のボウルを大気中約1000℃でアニール処理し、脱色を行
った後、結晶評価を行ったところ、実施例1 と同様に欠
陥の非常に少ない良質な単結晶であった。
【００３４】〔実施例3 〕Ｃ軸より約47.8°傾いた直径
2.5 cm, 高さ約1 cmの種子結晶を、タンタル製の直径約
3 インチ, 高さ約3 インチの坩堝の底部に配置し、育成
雰囲気を真空度10-2〜10-3Torr下、温度勾配約15℃/cm,
成長速度1.5mm/時間とし、ヘリウムガスの流量を育成開
始時9 リットル／分、その後4 リットル／分まで流量を
減少させ、核発生を行い、さらに40リットル／分まで流
量を増加させ、結晶成長を行った後、再び4 リットル／
分まで流量を増加させ、結晶成長を行った後、再び4 リ
ットル／分まで流量を減少させ、育成を終了した。
2.5 cm, 高さ約1 cmの種子結晶を、タンタル製の直径約
3 インチ, 高さ約3 インチの坩堝の底部に配置し、育成
雰囲気を真空度10-2〜10-3Torr下、温度勾配約15℃/cm,
成長速度1.5mm/時間とし、ヘリウムガスの流量を育成開
始時9 リットル／分、その後4 リットル／分まで流量を
減少させ、核発生を行い、さらに40リットル／分まで流
量を増加させ、結晶成長を行った後、再び4 リットル／
分まで流量を増加させ、結晶成長を行った後、再び4 リ
ットル／分まで流量を減少させ、育成を終了した。
【００３５】得られたボウルは不透明青黒色であった。
このボウルを酸素雰囲気中約1100℃でアニール処理し、
脱色を行った後、同様な結晶評価を行い、欠陥の観察を
行ったところ、結晶全体が歪み、気泡, サブグレン組織
などがほとんど検出されない良質な単結晶であることが
わかった。
このボウルを酸素雰囲気中約1100℃でアニール処理し、
脱色を行った後、同様な結晶評価を行い、欠陥の観察を
行ったところ、結晶全体が歪み、気泡, サブグレン組織
などがほとんど検出されない良質な単結晶であることが
わかった。
【００３６】〔実施例4 〕坩堝をイリジウム製、育成雰
囲気をＨe ＋0.5 ％Ｏ2 の酸化雰囲気, 温度勾配約10℃
/cm,成長速度0.8mm/時間とし、他の条件を実施例3 とほ
ぼ同様な条件として育成を行った。
囲気をＨe ＋0.5 ％Ｏ2 の酸化雰囲気, 温度勾配約10℃
/cm,成長速度0.8mm/時間とし、他の条件を実施例3 とほ
ぼ同様な条件として育成を行った。
【００３７】得られたボウルは青色を帯びた透明な結晶
体であった。これを結晶評価したところ、実施例3 と同
様にほとんど欠陥が観察されない良質のルチルであっ
た。
体であった。これを結晶評価したところ、実施例3 と同
様にほとんど欠陥が観察されない良質のルチルであっ
た。
【００３８】〔実施例5 〕坩堝をイリジウム製、育成雰
囲気をＣＯ2 ／Ｈ2 ＝１の混合ガス、温度勾配20℃／c
m、成長速度約1.0 mm／時間 とし、種子結晶は直径約
2.0 cm, 高さ0.8 cm、(110) 方位を用い、原料として結
晶破砕片の代わりに、チタン酸化物粉末と充填した。ヘ
リウムガスの流量制御は、実施例3 と同様な操作で育成
を行った。
囲気をＣＯ2 ／Ｈ2 ＝１の混合ガス、温度勾配20℃／c
m、成長速度約1.0 mm／時間 とし、種子結晶は直径約
2.0 cm, 高さ0.8 cm、(110) 方位を用い、原料として結
晶破砕片の代わりに、チタン酸化物粉末と充填した。ヘ
リウムガスの流量制御は、実施例3 と同様な操作で育成
を行った。
【００３９】得られたボウルは黄緑色の透明な結晶であ
り、その結晶品質は実施例4 同様良好であった。
り、その結晶品質は実施例4 同様良好であった。
【００４０】〔実施例6 〕坩堝をレニウム製、育成雰囲
気をＮ2 ＋1.0 ％ＣＯ2 の混合ガス、温度勾配を約40℃
／cm、成長速度約2.0 mm／時間 とし、種子結晶は直径
約1.8 cm, 高さ0.5 cm、(100) 方位を用い、原料として
酸化チタンの焼結体を充填し、実施例3 とほぼ同様な条
件下で育成を行った。
気をＮ2 ＋1.0 ％ＣＯ2 の混合ガス、温度勾配を約40℃
／cm、成長速度約2.0 mm／時間 とし、種子結晶は直径
約1.8 cm, 高さ0.5 cm、(100) 方位を用い、原料として
酸化チタンの焼結体を充填し、実施例3 とほぼ同様な条
件下で育成を行った。
【００４１】得られたボウルは濃青色であった。これを
大気中950 〜1000℃で脱色アニールした後、結晶品質の
評価を行ったところ、偏光子用として充分使用可能な品
質であった。
大気中950 〜1000℃で脱色アニールした後、結晶品質の
評価を行ったところ、偏光子用として充分使用可能な品
質であった。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
結晶成長が坩堝の底部中央から坩堝の外周部及び上方に
向かって同心円状に順次進行するので、育成雰囲気が不
活性、還元、もしくは酸化雰囲気であっても、通常の融
液からの引上げ又は引下げによる結晶育成方法を用いた
場合に惹起される融液還元による界面の不安定化と、育
成結晶の着色による熱移動のアンバランスに起因する結
晶成長の困難が回避されるため、常に安定した結晶成長
が可能となる。
結晶成長が坩堝の底部中央から坩堝の外周部及び上方に
向かって同心円状に順次進行するので、育成雰囲気が不
活性、還元、もしくは酸化雰囲気であっても、通常の融
液からの引上げ又は引下げによる結晶育成方法を用いた
場合に惹起される融液還元による界面の不安定化と、育
成結晶の着色による熱移動のアンバランスに起因する結
晶成長の困難が回避されるため、常に安定した結晶成長
が可能となる。
【００４３】また、固液界面が融液の表面下にあるた
め、界面近傍の熱変動が少なく、かつ低温度勾配下での
一様な熱分布が得られることで熱歪み、気泡、そしてサ
ブグレイン等が少ない高品質で約2 インチ以上の大型ル
チル単結晶が得られる。
め、界面近傍の熱変動が少なく、かつ低温度勾配下での
一様な熱分布が得られることで熱歪み、気泡、そしてサ
ブグレイン等が少ない高品質で約2 インチ以上の大型ル
チル単結晶が得られる。
【００４４】これにより、現在、高価なルチル偏光子の
低価格化と、ひいては理想的な光アイソレータの低価格
化が実現できる。
低価格化と、ひいては理想的な光アイソレータの低価格
化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単結晶育成炉の概略断面図である。
１ ・・・ 基台 ３ ・・・ 坩堝 ４ ・・・ 種子結晶 ５ ・・・ ガス導入路 １０ ・・・ 熱交換器 １１ ・・・ 冷却路 Ｍ ・・・ 原料 Ｆ ・・・ 単結晶育成炉
Claims (6)
- 【請求項１】 坩堝内にルチル単結晶から成る種子結晶
と、該種子結晶を覆うように酸化チタンを主成分とする
原料を収容し、次に前記坩堝を加熱して前記原料を融解
させ、しかる後に前記坩堝を冷却せしめ、前記種子結晶
上にルチル単結晶を成長させることを特徴とするルチル
単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 底部にルチル単結晶から成る種子結晶を
配設させた坩堝内に、前記種子結晶を覆うように酸化チ
タンを主成分とする原料を収容し、次に前記坩堝の側部
を加熱して前記原料を融解させるとともに前記坩堝の底
部を冷却せしめ、前記種子結晶上にルチル単結晶を成長
させることを特徴とするルチル単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１乃至２に記載のルチル単結晶の
製造方法であって、前記坩堝は融点が1900℃以上の金属
から成ることを特徴とするルチル単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至２に記載のルチル単結晶の
製造方法であって、前記ルチル単結晶の種子結晶は(00
1) ，(110) ，(100) もしくはＣ軸から47.8±5 度傾い
た面に平行な結晶面を有し、該結晶面上にルチル単結晶
を成長させるようにしたことを特徴とするルチル単結晶
の製造方法。 - 【請求項５】 請求項１に記載のルチル単結晶の製造方
法であって、前記酸化チタンを主成分とする原料は粉末
及び／又は焼結体から成ることを特徴とするルチル単結
晶の製造方法。 - 【請求項６】 請求項２に記載のルチル単結晶の製造方
法であって、前記酸化チタンを主成分とする原料は単結
晶、粉末、又は焼結体の少なくとも１種から成ることを
特徴とするルチル単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25539395A JPH09100199A (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | ルチル単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25539395A JPH09100199A (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | ルチル単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09100199A true JPH09100199A (ja) | 1997-04-15 |
Family
ID=17278147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25539395A Pending JPH09100199A (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | ルチル単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09100199A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014521577A (ja) * | 2011-05-02 | 2014-08-28 | ジーティーエイティー コーポレーション | 大きな粒子径を有する多結晶材料を製造するための装置及び方法 |
-
1995
- 1995-10-02 JP JP25539395A patent/JPH09100199A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014521577A (ja) * | 2011-05-02 | 2014-08-28 | ジーティーエイティー コーポレーション | 大きな粒子径を有する多結晶材料を製造するための装置及び方法 |
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