JPH0920584A - 酸化物単結晶の製造方法 - Google Patents

酸化物単結晶の製造方法

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JPH0920584A
JPH0920584A JP16488095A JP16488095A JPH0920584A JP H0920584 A JPH0920584 A JP H0920584A JP 16488095 A JP16488095 A JP 16488095A JP 16488095 A JP16488095 A JP 16488095A JP H0920584 A JPH0920584 A JP H0920584A
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JP
Japan
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single crystal
crucible
oxide single
reflector
lid
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JP16488095A
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English (en)
Inventor
Takeshi Kamio
剛 神尾
Yoshinori Kuwabara
由則 桑原
Toshihiko Riyuuou
俊彦 流王
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ルツボ内の融液から酸化物単結晶をチョクラ
ルスキー法により成長させる酸化物単結晶の製造方法に
おいて、単結晶12のクラックの原因となる耐火物1の破
片が、蓋13の開口部16や、ルツボ3とリフレクター6と
の隙間から、融液中に混入することを防止する。 【構成】 ルツボ内の融液から酸化物単結晶をチョクラ
ルスキー法により成長させるに際し、ルツボ上方にアフ
ターヒータ7とその上に開口部がある円盤状の蓋を具備
してなる装置を用いた酸化物単結晶の製造方法におい
て、該蓋の開口部に衝立状の突起14を設けたものを用い
て酸化物単結晶を成長させることを特徴とし、またはル
ツボ上に熱反射板としてドーナツ円板状のリフレクター
を具備してなる装置を用いた酸化物単結晶の製造方法に
おいて、該リフレクターに衝立状の突起15を設けたもの
を用いて酸化物単結晶を成長させることを特徴とする酸
化物単結晶の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチョクラルスキー法を用
いる酸化物単結晶の製造方法に関するものであり、特に
表面弾性波素子や光導波路などの光学素子の基板として
有用とされるタンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸
リチウム単結晶の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム
等の酸化物単結晶は融点が高いことから、白金、白金−
ロジウム、イリジウムといった貴金属ルツボを用いてチ
ョクラルスキー法で製造することが一般的に行われてお
り、その際に、貴金属ルツボの回りを耐火物で囲み、ル
ツボまたは耐火物の上にルツボ上部の温度勾配を適切に
保つための熱反射の機能を持たせた貴金属構造物を設置
する構造とすることが一般的に行われている。
【0003】具体的な構造としては、図4に示されるよ
うに、耐火物1で囲んだルツボ3上方にアフターヒータ
7と称される円筒状の熱反射板及び蓋13を設置し、また
必要に応じてルツボ上にリフレクター6と称されるドー
ナツ円板状の熱反射板を設置して行い、これらの熱反射
板や蓋の材質は一般的にはルツボと同一の材質とされ
る。チョクラルスキー法で単結晶を捩じらずまっすぐに
長く引き上げるには、軸方向の温度勾配を大きく取る必
要があるが、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウムな
どの結晶は大きな温度勾配による熱歪によって冷却中に
クラックが発生しやすい。そのためアフターヒータ、
蓋、リフレクターによって、酸化物単結晶の成長時の温
度勾配を調整し、また、結晶成長後の熱歪を小さくして
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】タンタル酸リチウム単
結晶、ニオブ酸リチウム単結晶の成長はいずれも融液中
の不純物の影響を受けやすく、例えば特公平4−584
38号公報ではZrを200ppm以下、Alを80ppm 以下、Caを
20ppm 以下とすることで単結晶育成歩留まりが大幅に向
上することが開示されている。そして、ZrとAlは耐火物
を構成しているZrO2と Al2O3が原料融液中に混入するた
めとされ、 Ca は原料中の不純物によるものとされてい
る。
【0005】チョクラルスキー法によるタンタル酸リチ
ウム、ニオブ酸リチウムの単結晶は通常窒素−酸素、も
しくは窒素−炭酸ガスの雰囲気下で成長させることか
ら、ルツボ及び上記の熱反射板や蓋は時間が経つにつ
れ、少しずつ蒸発し、ルツボ及び熱反射板は使用を重ね
るにつれ変形が生じ、ルツボと熱反射板の隙間が次第に
大きくなっていき、この隙間から不純物の原因となる耐
火物が混入するという不都合が生じる。また、引き上げ
に必要とされる原料の全てがルツボ内にチャージできな
いときは、加熱昇温後に、ルツボ上方からアフターヒー
タの上に設けた蓋の開口部を通して先の長いロートを挿
入し、このロートを用いて原料を追加チャージすること
が行われる。この時、ルツボ上方の蓋の外側にも耐火物
が設置されている場合は、ロートがこの耐火物に当た
り、耐火物の破片が原料に混入するという不都合が生じ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、ルツボ内の融
液から酸化物単結晶をチョクラルスキー法により成長さ
せるに際し、ルツボ上方にアフターヒータとその上に、
シードホルダーを挿入するため、または原料を追加チャ
ージするための開口部がある円盤状の蓋を具備してなる
装置を用いた酸化物単結晶の製造方法において、該蓋の
開口部に衝立状の突起を設けたものを用いて、酸化物単
結晶を成長させることを特徴とする酸化物単結晶の製造
方法であり、また、ルツボ上に熱反射板としてドーナツ
円板状のリフレクターを具備してなる装置を用いた酸化
物単結晶の製造方法において、該リフレクターに衝立状
の突起を設けたものを用いて、酸化物単結晶を成長させ
ることを特徴とする酸化物単結晶の製造方法を要旨とす
るものである。
【0007】以下に、本発明の詳細を図1にそって述べ
る。ルツボ3上方には酸化物単結晶の成長時の温度勾配
を適切にすることと結晶成長後の熱歪みを小さくする目
的でアフターヒータ7と称される円筒状の熱反射板が設
けられ、その上に蓋13が設けられている。この蓋を通し
てシードホルダー10と原料を追加チャージするためのロ
ートを挿入するため、蓋には開口部16が設けられる。原
料を追加チャージするためのロートをこの開口部から挿
入すると、蓋の上部に設置されている耐火物1とロート
とが挿入時に擦れ合い、耐火物の破片が原料融液9中に
混入することが起きる。そこで、上記破片の混入を防ぐ
ため、図1に示すように蓋の開口部の周囲に耐火物の外
面に先端が達するような衝立状の突起14を設けることに
よって、ロートやシードホルダーが直接耐火物と接触し
ない様にすることで耐火物の混入はほとんど完全に防止
できる。この衝立状の部分の材質は特にこだわらない
が、例えば蓋や熱反射板と同一の貴金属とすればよい。
【0008】また、ルツボ上にはリフレクター6と称さ
れるドーナツ円板状(または中空円板状)の熱反射板を
設置することがあるが、この時、ルツボとリフレクター
との隙間は結晶を連続して育成するに従い大きくなって
いき、耐火物を設置したり、あるいは原料をルツボ中に
チャージしたりするときにこの隙間から耐火物の破片が
原料に混入するという不都合が生じる。この隙間からの
混入を防ぐには、ルツボとリフレクターとを溶接等によ
り一体化するという方法も考えられるが、この方法をと
った場合、原料をルツボにチャージするときの間口が狭
くなることから作業性が著しく低下する。また、ルツボ
とリフレクターの隙間をなくすようにリフレクターをル
ツボに押しつけるようにしてリフレクターを変形させて
も良いが、リフレクターが比較的もろいとされるイリジ
ウム製の場合はリフレクターが破損するという問題が生
じる。
【0009】そこで、ルツボ上にドーナツ円板状に具備
しているリフレクターに、例えばリフレクターを構成す
る材料で、衝立状の突起15を設けることにより、ルツ
ボあるいはリフレクターが変形してもこの衝立状の突起
に耐火物の破片が阻まれるために耐火物の破片の混入は
なくなる。この衝立状の突起15の構造は、図3(a)
に示すようにルツボ3の内側に沿って、あるいは外側に
沿って設ける。更にはリフレクター6の上にアフターヒ
ータ7を設置する場合には、衝立状の突起15は図3
(b)のようにアフターヒータ7の内側あるいは外側に
設置すればよい。
【0010】また、ルツボと異なりアフターヒータにつ
いては、リフレクターと溶接等により一体化したものを
用いても、単結晶製造の作業性は低下せずに不純物の混
入を防ぐことが出来る。なお、この衝立状の突起は図1
に示すように蓋とリフレクターの両方に設置することが
望ましいが、図2に示すようにリフレクターのみに設置
することも効果があるし、また、蓋のみに設置しても効
果がある。
【0011】
【作用】以上により、ルツボ上方に設置されるアフター
ヒータ上の蓋の開口部の周囲に衝立状の突起を設けるこ
とによって、ロートやシードホルダーは直接耐火物と接
触せず、耐火物の破片が生じないため、原料中に耐火物
の破片が混入することを防止できる。また、ルツボ上に
設置されるドーナツ円板状のリフレクターに衝立状の突
起を設けることによって、ルツボあるいはリフレクター
が変形して隙間が生じてもこの衝立状の突起に耐火物の
破片が阻まれるため、原料中に耐火物の破片が混入する
ことを防止できる。
【0012】
【実施例】以下本発明の実施例、比較例について述べ
る。 実施例1 直径180mm φ、高さ180mm のイリジウム製ルツボに外径
185mm φ、内径130mmφ、厚さ2mm のドーナツ円板状の
イリジウム製リフレクターを配置し、更にこの上に直径
180mm φ、高さ180mm の円筒状のイリジウム製アフター
ヒータを配置し、その上にシードホルダーと追加チャー
ジのロートのために、円板状の中心部と中心から外れた
位置との両方に二か所の開口部を持った、イリジウム製
の蓋を設置した。そしてリフレクターのルツボ側とアフ
ターヒータ側の両方に、図1に示すようなイリジウム製
の高さ5mmの衝立状の突起をルツボ及びアフターヒータ
の内周に沿って設け、またアフターヒータ上の蓋の開口
部の外周部にも図1に示すように先端が耐火物の外面に
達する衝立状の突起を設けた。
【0013】このルツボ内に組成比がLi/Ta=0.94
3(モル比)となる様に Li2CO3とTa2O5粉を秤量して焼
成した焼成原料3500gと前バッチの残存融液よりなる結
晶原料塊8500gの合計12000 gを入れ、さらに追加チャ
ージで焼成原料の3000gを入れ、溶融後チョクラルスキ
ー法でX軸方位で4インチ径の重さ 10500gのタンタル
酸リチウム単結晶を一本引き上げた後に、二本目以降は
前回残った原料に引き上げた結晶と同量の原料を足すと
いう連続引き上げを行った。結果は連続して30回まで
の引き上げではクラックが無く、またセル成長の割合は
3.5%であり、マイクロクラックといわれる筋状の欠
陥も2.0%と少ないため、非常に高歩留まりとなっ
た。31回目で初めてクラックが生じ、この結晶の下部
から分析試料を採取した後、ICP 法で不純物分析を行っ
た結果、表1に示す結果が得られた。
【0014】実施例2 図2に示すように、リフレクターには高さ5mmの衝立状
の突起を設けたが、アフターヒータ上の蓋の開口部の外
周部に衝立を設けないで、他は実施例1と同条件に設定
して同様に引き上げを行った。結果は連続して28回ま
での引き上げではクラックが無く、またセル成長の割合
は4.2%であり、マイクロクラックといわれる筋状の
欠陥も1.8%と少ないため、非常に高歩留まりとなっ
た。29回目で初めてクラックが生じ、この結晶の下部
から分析試料を採取した後、ICP法で不純物分析を行っ
た結果、表1に示す結果が得られた。
【0015】比較例 図4に示すように、リフレクターと、アフターヒータ上
の蓋の開口部の外周部とのいずれにも衝立状の突起を設
けない以外は、実施例1と同条件に設定して同様に引き
上げを行った。結果は連続して17回までの引き上げで
はクラックが無く、またセル成長の割合は9.5%であ
り、マイクロクラックといわれる筋状の欠陥も12.0
%となり、歩留まりは大きく低下した。18回目でクラ
ックが生じ、この結晶の下部から分析試料を採取した
後、ICP 法で不純物分析を行った結果、表1に示す結果
が得られた。
【0016】
【表1】
【0017】表1に示すように、単結晶のクラックの原
因である不純物Zr、Al、Caの内、耐火物の破片に含まれ
ているとされるZr及びAlは本実施例において大幅に減少
しており、単結晶成長歩留まりの目標値とされるZr濃度
≦200ppm、Al濃度≦80ppm を容易に達成している。ま
た、Ca濃度も目標値の20ppm には至らないが減少が見ら
れる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、単結晶製造装置を構成
する耐火物の破片に依る不純物の混入が大幅に減少する
ことにより、成長後の単結晶のクラックの発生及びセル
成長を減少させることができるため、成長歩留まりの高
い酸化物単結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用される酸化物単結晶製造装置の縦
断面図を示したもの。
【図2】本発明で使用される別の酸化物単結晶製造装置
の縦断面図を示したもの。
【図3】本発明で使用されるリフレクターの衝立部の例
を示したもの。 (a)衝立がルツボの内側の例。 (b)衝立がルツボの内側、アフターヒータの内側、外
側の例。
【図4】比較例で使用される従来公知の酸化物単結晶製
造装置の縦断面図を示したもの。
【符号の説明】
1…耐火物製ルツボ台 2…アルミナ台 3…ルツボ 4…断熱材 5…耐火性アルミナ 6…リフレクター 7…アフターヒータ 8…加熱コイル 9…融液 10…シードホルダ
ー 11…種子結晶 12…育成結晶 13…アフターヒータ上の蓋 14…アフターヒー
タ上の蓋の衝立部 15…リフレクターの衝立部 16…開口部
───────────────────────────────────────────────────── 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 H03H 3/08 G02B 6/12 N

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ルツボ内の融液から酸化物単結晶をチョ
    クラルスキー法により成長させるに際し、ルツボ上方に
    アフターヒータとその上に開口部がある円盤状の蓋を具
    備してなる装置を用いた酸化物単結晶の製造方法におい
    て、該蓋の開口部に衝立状の突起を設けたものを用い
    て、酸化物単結晶を成長させることを特徴とする酸化物
    単結晶の製造方法。
  2. 【請求項2】 ルツボ内の融液から酸化物単結晶をチョ
    クラルスキー法により成長させるに際し、ルツボ上に熱
    反射板としてドーナツ円板状のリフレクターを具備して
    なる装置を用いた酸化物単結晶の製造方法において、該
    リフレクターに衝立状の突起を設けたものを用いて、酸
    化物単結晶を成長させることを特徴とする酸化物単結晶
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 酸化物単結晶がタンタル酸リチウム単結
    晶もしくはニオブ酸リチウム単結晶である請求項1また
    は2記載の酸化物単結晶の製造方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007326730A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Tokuyama Corp フッ化金属用の単結晶引き上げ装置
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