JPH09278592A - チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法 - Google Patents
チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法Info
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- JPH09278592A JPH09278592A JP9693896A JP9693896A JPH09278592A JP H09278592 A JPH09278592 A JP H09278592A JP 9693896 A JP9693896 A JP 9693896A JP 9693896 A JP9693896 A JP 9693896A JP H09278592 A JPH09278592 A JP H09278592A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転引上法でチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶を製造するときに、成長を終了した後のるつぼの
ダメージを低減することを可能にした前記単結晶の製造
方法を提供しようとするものである。 【解決手段】 原料融液から成長結晶を引き上げる、チ
タンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法におい
て、所定長さの前記単結晶を引き上げた後、前記原料融
液の自然対流を相対的に抑制しながら結晶成長を継続
し、次いで、前記成長結晶を原料融液から分離して引き
上げることを特徴とするチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶の製造方法である。
単結晶を製造するときに、成長を終了した後のるつぼの
ダメージを低減することを可能にした前記単結晶の製造
方法を提供しようとするものである。 【解決手段】 原料融液から成長結晶を引き上げる、チ
タンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法におい
て、所定長さの前記単結晶を引き上げた後、前記原料融
液の自然対流を相対的に抑制しながら結晶成長を継続
し、次いで、前記成長結晶を原料融液から分離して引き
上げることを特徴とするチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶の製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長可変固体レーザー
材料などに用いるチタンを含む酸化アルミニウム単結晶
の製造方法に関する。
材料などに用いるチタンを含む酸化アルミニウム単結晶
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタンを含む酸化アルミニウム単結晶
は、６００〜１０００ｎｍの近赤外領域での波長可変固
体レーザー材料として注目されている。固体レーザー材
料としてのチタンを含む酸化アルミニウム単結晶の光学
特性は、その結晶特性に強く依存する。酸化物単結晶の
成長方法は、様々なものが知られているが、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）やチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶に代表される酸化物系の固体レーザー材料の大部
分は、その結晶特性や大きな結晶径のものが得られると
いう観点から、溶融固化法で育成されている。
は、６００〜１０００ｎｍの近赤外領域での波長可変固
体レーザー材料として注目されている。固体レーザー材
料としてのチタンを含む酸化アルミニウム単結晶の光学
特性は、その結晶特性に強く依存する。酸化物単結晶の
成長方法は、様々なものが知られているが、Ｎｄ：ＹＡ
Ｇ（Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）やチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶に代表される酸化物系の固体レーザー材料の大部
分は、その結晶特性や大きな結晶径のものが得られると
いう観点から、溶融固化法で育成されている。
【０００３】特に、回転引上法は、汎用性があり、技術
の完成度が高いところから、最も広く用いられている。
図２により回転引上法を以下説明する。るつぼ１は、Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｉｒなどで作られ、原料の加熱には、大別して
抵抗加熱法と高周波誘導加熱法があるが、酸化アルミニ
ウムの融点が約２０５０℃と高いため、一般的には高周
波誘導加熱法が用いられる。２はそのための高周波誘導
加熱用コイルである。結晶成長は、るつぼ１に所定の原
料を充填し、高周波誘導加熱用コイル２で加熱溶融した
後、所定の結晶方位に切り出した種結晶３を原料融液４
に浸し、所定の回転速度で回転しながら所定の速度で上
方に引き上げて単結晶を製造する。
の完成度が高いところから、最も広く用いられている。
図２により回転引上法を以下説明する。るつぼ１は、Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｉｒなどで作られ、原料の加熱には、大別して
抵抗加熱法と高周波誘導加熱法があるが、酸化アルミニ
ウムの融点が約２０５０℃と高いため、一般的には高周
波誘導加熱法が用いられる。２はそのための高周波誘導
加熱用コイルである。結晶成長は、るつぼ１に所定の原
料を充填し、高周波誘導加熱用コイル２で加熱溶融した
後、所定の結晶方位に切り出した種結晶３を原料融液４
に浸し、所定の回転速度で回転しながら所定の速度で上
方に引き上げて単結晶を製造する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】チタンを含む酸化アル
ミニウム単結晶は、チタンの価数が結晶の光学特性に重
要な影響を及ぼすことが知られている。酸化アルミニウ
ム中のチタンは、Ｔｉ3+又はＴｉ4+として存在するが、
レーザー発振に有効なチタンは１個のｄ電子を有するＴ
ｉ3+であり、ｄ電子を有しないＴｉ4+は光学的に活性で
ないばかりではなく、Ｔｉ3+の光学活性を低下させる原
因となる。即ち、Ｔｉ4+が混在する酸化アルミニウム単
結晶ではＴｉ3+に起因する蛍光の波長域にブロードな吸
収帯が存在するため、レーザー結晶としての特性が著し
く低下する。
ミニウム単結晶は、チタンの価数が結晶の光学特性に重
要な影響を及ぼすことが知られている。酸化アルミニウ
ム中のチタンは、Ｔｉ3+又はＴｉ4+として存在するが、
レーザー発振に有効なチタンは１個のｄ電子を有するＴ
ｉ3+であり、ｄ電子を有しないＴｉ4+は光学的に活性で
ないばかりではなく、Ｔｉ3+の光学活性を低下させる原
因となる。即ち、Ｔｉ4+が混在する酸化アルミニウム単
結晶ではＴｉ3+に起因する蛍光の波長域にブロードな吸
収帯が存在するため、レーザー結晶としての特性が著し
く低下する。
【０００５】回転引上法でチタンを含む酸化アルミニウ
ム単結晶を成長するときには、通常チタンの出発原料と
してＴｉＯ2 又はＴｉ2 Ｏ3 を用いる。一方、結晶内に
Ｔｉ 4+の取り込みを防ぐため、低酸素分圧雰囲気で結晶
成長が行われることが多い。低酸素分圧雰囲気での育成
では、融液表面における還元に伴う表面張力の変化に起
因する表面張力流が誘起される。この表面張力の組成依
存性に起因する表面張力流は、表面張力の温度依存性に
起因する表面張力流に比較して極めて高く、その結果、
融液の自然対流と同方向の流れが著しく促進される。こ
のため、低酸素分圧雰囲気でチタンを含む酸化アルミニ
ウム単結晶を育成すると、成長界面は融液側に大きく凸
となる。これは、酸化物融液が大きなプラントル係数を
有するため、その温度場が融液対流の影響を受けること
による。
ム単結晶を成長するときには、通常チタンの出発原料と
してＴｉＯ2 又はＴｉ2 Ｏ3 を用いる。一方、結晶内に
Ｔｉ 4+の取り込みを防ぐため、低酸素分圧雰囲気で結晶
成長が行われることが多い。低酸素分圧雰囲気での育成
では、融液表面における還元に伴う表面張力の変化に起
因する表面張力流が誘起される。この表面張力の組成依
存性に起因する表面張力流は、表面張力の温度依存性に
起因する表面張力流に比較して極めて高く、その結果、
融液の自然対流と同方向の流れが著しく促進される。こ
のため、低酸素分圧雰囲気でチタンを含む酸化アルミニ
ウム単結晶を育成すると、成長界面は融液側に大きく凸
となる。これは、酸化物融液が大きなプラントル係数を
有するため、その温度場が融液対流の影響を受けること
による。
【０００６】結晶成長が進行して融液高さが低下する
と、成長界面の先端とるつぼ底面とが接触し、それ以上
結晶成長を継続することが不可能となる。このため、成
長界面の先端とるつぼ底面とが接触する前に、結晶を融
液から切り離して冷却しなければならないが、るつぼに
多量の原料融液を残したまま冷却すると、るつぼ材料と
残留して固化した酸化アルミニウムとの熱膨張係数の差
により、るつぼが変形したり、るつぼに亀裂が生じたり
する。それ故、チタンを含む酸化アルミニウム単結晶を
従来の回転引上法で製造するときには、るつぼの寿命が
短いという問題があった。
と、成長界面の先端とるつぼ底面とが接触し、それ以上
結晶成長を継続することが不可能となる。このため、成
長界面の先端とるつぼ底面とが接触する前に、結晶を融
液から切り離して冷却しなければならないが、るつぼに
多量の原料融液を残したまま冷却すると、るつぼ材料と
残留して固化した酸化アルミニウムとの熱膨張係数の差
により、るつぼが変形したり、るつぼに亀裂が生じたり
する。それ故、チタンを含む酸化アルミニウム単結晶を
従来の回転引上法で製造するときには、るつぼの寿命が
短いという問題があった。
【０００７】そこで、本発明は、上記の問題点を解消
し、回転引上法でチタンを含む酸化アルミニウム単結晶
を製造するときに、成長を終了した後のるつぼのダメー
ジを低減することを可能にした前記単結晶の製造方法を
提供しようとするものである。
し、回転引上法でチタンを含む酸化アルミニウム単結晶
を製造するときに、成長を終了した後のるつぼのダメー
ジを低減することを可能にした前記単結晶の製造方法を
提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、回転引上
法でチタンを含む酸化アルミニウム単結晶を製造すると
きに、成長を終了した後のるつぼのダメージを低減する
ために、鋭意研究を重ねた結果、チタンを含む酸化アル
ミニウム単結晶を所定の長さまで成長させた後に、自然
対流を相対的に弱め、固化率を高めて残留する原料融液
を低減させることにより、冷却中のるつぼへのダメージ
を軽減し、るつぼの寿命が大幅に伸びることを見出し
た。即ち、本発明の構成は、以下のとおりである。
法でチタンを含む酸化アルミニウム単結晶を製造すると
きに、成長を終了した後のるつぼのダメージを低減する
ために、鋭意研究を重ねた結果、チタンを含む酸化アル
ミニウム単結晶を所定の長さまで成長させた後に、自然
対流を相対的に弱め、固化率を高めて残留する原料融液
を低減させることにより、冷却中のるつぼへのダメージ
を軽減し、るつぼの寿命が大幅に伸びることを見出し
た。即ち、本発明の構成は、以下のとおりである。
【０００９】(1) 原料融液から成長結晶を引き上げる、
チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法におい
て、所定長さの前記単結晶を引き上げた後、前記原料融
液の自然対流を相対的に抑制しながら結晶成長を継続
し、次いで、前記成長結晶を原料融液から分離して引き
上げることを特徴とするチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶の製造方法。
チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法におい
て、所定長さの前記単結晶を引き上げた後、前記原料融
液の自然対流を相対的に抑制しながら結晶成長を継続
し、次いで、前記成長結晶を原料融液から分離して引き
上げることを特徴とするチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶の製造方法。
【００１０】(2) 前記チタンの含有量を０．０１〜０．
５重量％、好ましくは０．０２５〜０．３重量％の範囲
に調整することを特徴とする上記(1) 記載のチタンを含
む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
５重量％、好ましくは０．０２５〜０．３重量％の範囲
に調整することを特徴とする上記(1) 記載のチタンを含
む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
【００１１】(3) 前記結晶成長において、酸素分圧を１
０-2〜１０-7気圧の範囲に調整することを特徴とする上
記(1) 又は(2) 記載のチタンを含む酸化アルミニウム単
結晶の製造方法。
０-2〜１０-7気圧の範囲に調整することを特徴とする上
記(1) 又は(2) 記載のチタンを含む酸化アルミニウム単
結晶の製造方法。
【００１２】(4) 前記結晶成長において、るつぼ内の原
料融液の残存量が４０％以下、好ましくは２０〜３０％
の範囲になり、固化率が６０％以上、好ましくは７０〜
８０％の範囲になったときに、前記成長結晶を原料融液
から分離することを特徴とする上記(1) 〜(3) のいずれ
か１つに記載のチタンを含む酸化アルミニウム単結晶の
製造方法。
料融液の残存量が４０％以下、好ましくは２０〜３０％
の範囲になり、固化率が６０％以上、好ましくは７０〜
８０％の範囲になったときに、前記成長結晶を原料融液
から分離することを特徴とする上記(1) 〜(3) のいずれ
か１つに記載のチタンを含む酸化アルミニウム単結晶の
製造方法。
【００１３】(5) 前記の自然対流の抑制方法として、成
長結晶の回転数を上昇させることを特徴とする上記(1)
〜(4) のいずれか１つに記載チタンを含む酸化アルミニ
ウム単結晶の製造方法。
長結晶の回転数を上昇させることを特徴とする上記(1)
〜(4) のいずれか１つに記載チタンを含む酸化アルミニ
ウム単結晶の製造方法。
【００１４】(6) 前記結晶成長において、所定長さの前
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の回転数を２０回転
／分、好ましくは３０〜１２０回転数／分の範囲に上昇
させることを特徴とする上記(5) 記載チタンを含む酸化
アルミニウム単結晶の製造方法。
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の回転数を２０回転
／分、好ましくは３０〜１２０回転数／分の範囲に上昇
させることを特徴とする上記(5) 記載チタンを含む酸化
アルミニウム単結晶の製造方法。
【００１５】(7) 前記の自然対流の抑制方法として、成
長結晶の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることを特
徴とする上記(1) 〜(4) のいずれか１つに記載チタンを
含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
長結晶の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることを特
徴とする上記(1) 〜(4) のいずれか１つに記載チタンを
含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
【００１６】(8) 前記結晶成長において、所定長さの前
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の固液界面近傍の温
度勾配を小さくすることを特徴とする上記(7) 記載チタ
ンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の固液界面近傍の温
度勾配を小さくすることを特徴とする上記(7) 記載チタ
ンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
【００１７】(9) 上記(1) 〜(8) のいずれか１つの方法
で、チタンを含む酸化アルミニウムからなるレーザー用
単結晶の製造方法。
で、チタンを含む酸化アルミニウムからなるレーザー用
単結晶の製造方法。
【００１８】
【発明の実施の形態】ところで、レーザー結晶として用
いるための酸化アルミニウム単結晶中のチタン含有量は
０．０１〜０．５重量％、好ましくは０．０２５〜０．
３重量％の範囲に調整することが必要である。チタンは
レーザーの発光媒体として添加されるものであり、チタ
ン濃度が０．０１重量％未満では活性元素として十分な
効果を発揮することができず、また、０．５％を超えて
チタンを含有させることは結晶の育成そのものを困難に
し、かつ、結晶中のチタンの偏析や結晶中の残留吸収の
増加などを来し、結晶の質の低下を招くことになる。
いるための酸化アルミニウム単結晶中のチタン含有量は
０．０１〜０．５重量％、好ましくは０．０２５〜０．
３重量％の範囲に調整することが必要である。チタンは
レーザーの発光媒体として添加されるものであり、チタ
ン濃度が０．０１重量％未満では活性元素として十分な
効果を発揮することができず、また、０．５％を超えて
チタンを含有させることは結晶の育成そのものを困難に
し、かつ、結晶中のチタンの偏析や結晶中の残留吸収の
増加などを来し、結晶の質の低下を招くことになる。
【００１９】一方、レーザー結晶として優れた特性を有
するチタンを含む酸化アルミニウム単結晶を得るために
は、雰囲気ガス中の酸素分圧を極めて低く抑える必要が
ある。具体的には、酸素分圧を１０-2〜１０-7気圧の範
囲に調整し、結晶中のチタンを３価イオンであるＴｉ3+
にする必要がある。１０-2気圧を超えると、Ｔｉ3+が存
在しにくくなり、また、１０-7気圧未満では、単結晶の
酸化物が分解するおそれがあり、優れた性質の固体レー
ザー材料を効率的に製造することができなくなる。
するチタンを含む酸化アルミニウム単結晶を得るために
は、雰囲気ガス中の酸素分圧を極めて低く抑える必要が
ある。具体的には、酸素分圧を１０-2〜１０-7気圧の範
囲に調整し、結晶中のチタンを３価イオンであるＴｉ3+
にする必要がある。１０-2気圧を超えると、Ｔｉ3+が存
在しにくくなり、また、１０-7気圧未満では、単結晶の
酸化物が分解するおそれがあり、優れた性質の固体レー
ザー材料を効率的に製造することができなくなる。
【００２０】このように、レーザー結晶に適したチタン
を含む酸化アルミニウム単結晶を得るためには、低酸素
分圧雰囲気での育成が不可欠であるが、前記の理由から
融液の対流が促進され、成長界面は融液側に凸となる。
他方、冷却中のるつぼへのダメージを軽減するために
は、前記成長結晶を原料融液から分離するときの成長界
面の凸度を小さくして固化率を高め、残留する原料融液
を少なくすることが必要である。
を含む酸化アルミニウム単結晶を得るためには、低酸素
分圧雰囲気での育成が不可欠であるが、前記の理由から
融液の対流が促進され、成長界面は融液側に凸となる。
他方、冷却中のるつぼへのダメージを軽減するために
は、前記成長結晶を原料融液から分離するときの成長界
面の凸度を小さくして固化率を高め、残留する原料融液
を少なくすることが必要である。
【００２１】これら２つの要求は基本的には相容れない
ものである。このため、所定の条件で結晶を成長した
後、引き続いて界面の凸度が小さくなる条件で結晶成長
を継続し、固化率を高めることが有効である。ただし、
界面の凸度が小さくなる条件は、それまでに成長した高
品質の結晶特性を低下させるものであってはならない。
そこで、本発明では、自然対流を相対的に弱める手段と
して、成長結晶の回転数を２０回転／分、好ましくは３
０〜１２０回転数／分の範囲に上昇させるか、成長結晶
の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることにした。
ものである。このため、所定の条件で結晶を成長した
後、引き続いて界面の凸度が小さくなる条件で結晶成長
を継続し、固化率を高めることが有効である。ただし、
界面の凸度が小さくなる条件は、それまでに成長した高
品質の結晶特性を低下させるものであってはならない。
そこで、本発明では、自然対流を相対的に弱める手段と
して、成長結晶の回転数を２０回転／分、好ましくは３
０〜１２０回転数／分の範囲に上昇させるか、成長結晶
の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることにした。
【００２２】本発明に係るチタンを含む酸化アルミニウ
ム単結晶の製造方法の手順を図１で説明する。図１の
(1) は、るつぼに原料を投入して高周波出力を６時間保
持して原料を溶融した状態を示し、(2) は種結晶を前記
融液に浸して単結晶を引き上げ、９６時間かけて直胴部
を形成したときの状態を示し、(3) は自然対流を相対的
に弱めてさらに２４時間結晶成長を継続し、固化率が６
０％以上に達した時点で(4) のように成長結晶を切り離
して徐冷する。
ム単結晶の製造方法の手順を図１で説明する。図１の
(1) は、るつぼに原料を投入して高周波出力を６時間保
持して原料を溶融した状態を示し、(2) は種結晶を前記
融液に浸して単結晶を引き上げ、９６時間かけて直胴部
を形成したときの状態を示し、(3) は自然対流を相対的
に弱めてさらに２４時間結晶成長を継続し、固化率が６
０％以上に達した時点で(4) のように成長結晶を切り離
して徐冷する。
【００２３】
〔実施例１〕回転引上法でＴｉ含有酸化アルミウム単結
晶を成長させた。出発原料として、Ａｌ2 Ｏ3 粉末２４
３．６ｇ及びＴｉＯ2 粉末２．４ｇを混合し、成型し、
焼成した後、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのイリジウム
るつぼに充填した。るつぼの上方には、温度勾配を制御
するためにメガホン型のイリジウム製アフターヒータを
配置し、上記のるつぼ周囲には、酸化ジルコニウム製の
耐火物で覆って断熱し保温した。これらのホットゾーン
は真空排気可能なステンレス製チャンバーで囲まれてい
る。
晶を成長させた。出発原料として、Ａｌ2 Ｏ3 粉末２４
３．６ｇ及びＴｉＯ2 粉末２．４ｇを混合し、成型し、
焼成した後、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのイリジウム
るつぼに充填した。るつぼの上方には、温度勾配を制御
するためにメガホン型のイリジウム製アフターヒータを
配置し、上記のるつぼ周囲には、酸化ジルコニウム製の
耐火物で覆って断熱し保温した。これらのホットゾーン
は真空排気可能なステンレス製チャンバーで囲まれてい
る。
【００２４】結晶成長は、チャンバー内を１×１０-3Ｔ
ｏｒｒまで真空排気した後、雰囲気ガスとして窒素に
０．５体積％の水素を混合したガスを流した。次いで、
るつぼ周囲の高周波誘導コイルに高周波電力を徐々に印
加してるつぼを加熱した。約６ｋＷの高周波電力で上記
原料は完全に溶融した。融液の均一化を図るため、前記
高周波出力を６時間保持した。その間、融液表面には、
融液対流を反映していると考えられる、いわゆるスポー
クパターンが明瞭に観察された。
ｏｒｒまで真空排気した後、雰囲気ガスとして窒素に
０．５体積％の水素を混合したガスを流した。次いで、
るつぼ周囲の高周波誘導コイルに高周波電力を徐々に印
加してるつぼを加熱した。約６ｋＷの高周波電力で上記
原料は完全に溶融した。融液の均一化を図るため、前記
高周波出力を６時間保持した。その間、融液表面には、
融液対流を反映していると考えられる、いわゆるスポー
クパターンが明瞭に観察された。
【００２５】種結晶には、ａ軸方向に切り出した酸化ア
ルミニウム単結晶を用い、シードホルダを介して引上軸
に固定した。この種結晶を毎分５回転の速度で回転させ
ながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させ
て約３０分間そのまま保持して十分になじませた後、引
上速度を毎時０．６ｍｍの速度で上昇させ、結晶成長を
開始した。開始直後は、融液温度を高めにして成長結晶
の直径を細める、いわゆるネッキング操作を行った後、
徐々に融液温度を下げて成長結晶の肩部を形成し、次い
で直胴部を形成した。直胴部の直径は、ロードセルを用
いた重量法で直径が２０ｍｍになるように制御した。こ
の状態で９６時間かけて直胴部を形成した後、引上速度
を毎時１．０ｍｍまで上昇させ、かつ、結晶回転数を徐
々に上げて毎分６０回転まで高めるとともに、高周波誘
導コイルを毎時０．２ｍｍの速度で上昇させ、成長方向
の温度勾配を緩めながら、さらに、４８時間結晶成長を
行い、その後、結晶を切り離して徐冷した。
ルミニウム単結晶を用い、シードホルダを介して引上軸
に固定した。この種結晶を毎分５回転の速度で回転させ
ながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させ
て約３０分間そのまま保持して十分になじませた後、引
上速度を毎時０．６ｍｍの速度で上昇させ、結晶成長を
開始した。開始直後は、融液温度を高めにして成長結晶
の直径を細める、いわゆるネッキング操作を行った後、
徐々に融液温度を下げて成長結晶の肩部を形成し、次い
で直胴部を形成した。直胴部の直径は、ロードセルを用
いた重量法で直径が２０ｍｍになるように制御した。こ
の状態で９６時間かけて直胴部を形成した後、引上速度
を毎時１．０ｍｍまで上昇させ、かつ、結晶回転数を徐
々に上げて毎分６０回転まで高めるとともに、高周波誘
導コイルを毎時０．２ｍｍの速度で上昇させ、成長方向
の温度勾配を緩めながら、さらに、４８時間結晶成長を
行い、その後、結晶を切り離して徐冷した。
【００２６】得られた結晶は、充填した原料の約７５％
であり、チタンサファイア特有のピンク色を呈し、気泡
や割れなどの巨視的な欠陥は認められなかった。結晶の
終端部の凸部の高さ（直胴部の下端から先端までの高
さ）は約３ｍｍであった。そして、冷却後のイリジウム
るつぼは、変形や割れが全く認められなかった。
であり、チタンサファイア特有のピンク色を呈し、気泡
や割れなどの巨視的な欠陥は認められなかった。結晶の
終端部の凸部の高さ（直胴部の下端から先端までの高
さ）は約３ｍｍであった。そして、冷却後のイリジウム
るつぼは、変形や割れが全く認められなかった。
【００２７】〔比較例１〕比較のために、自然対流の寄
与を弱めずに、その他の条件は実施例１と同様にして結
晶成長を行った。直胴部を９６時間で形成した後もその
まま成長を続行し、約１００時間成長を行った時点で、
成長中の結晶の先端がるつぼの底面と接触し、ロードセ
ル出力に乱れが生じたため、結晶を切り離して徐冷し
た。
与を弱めずに、その他の条件は実施例１と同様にして結
晶成長を行った。直胴部を９６時間で形成した後もその
まま成長を続行し、約１００時間成長を行った時点で、
成長中の結晶の先端がるつぼの底面と接触し、ロードセ
ル出力に乱れが生じたため、結晶を切り離して徐冷し
た。
【００２８】得られた結晶は、チタンサファイア特有の
ピンク色を呈し、気泡や割れなどの巨視的な欠陥は認め
られなかったが、直胴部の長さは約４０ｍｍ短く、固化
率は約４０％であった。結晶の終端部の凸部の高さは約
２０ｍｍであった。そして、冷却後のイリジウムるつぼ
は、底面及び側面に目視観察で十分に確認できる膨らみ
が認められた。
ピンク色を呈し、気泡や割れなどの巨視的な欠陥は認め
られなかったが、直胴部の長さは約４０ｍｍ短く、固化
率は約４０％であった。結晶の終端部の凸部の高さは約
２０ｍｍであった。そして、冷却後のイリジウムるつぼ
は、底面及び側面に目視観察で十分に確認できる膨らみ
が認められた。
【００２９】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、次のような効果を得ることができる。 結晶成長の後半に自然対流の寄与を弱め、固液界面の
凸度を小さくする過程を設けることにより、固化率を大
きくすることができ、その結果、残留原料が少なくなる
ため、るつぼの変形を小さくなり、るつぼの寿命を長く
できるようになった。 固液界面の凸度を小さくすることにより、それまでに
成長した結晶の特性を低下が防止させることなく、高品
質のチタン含有酸化アルミニウム単結晶を得ることがで
きるようになった。
より、次のような効果を得ることができる。 結晶成長の後半に自然対流の寄与を弱め、固液界面の
凸度を小さくする過程を設けることにより、固化率を大
きくすることができ、その結果、残留原料が少なくなる
ため、るつぼの変形を小さくなり、るつぼの寿命を長く
できるようになった。 固液界面の凸度を小さくすることにより、それまでに
成長した結晶の特性を低下が防止させることなく、高品
質のチタン含有酸化アルミニウム単結晶を得ることがで
きるようになった。
【図１】本発明の方法を説明するための図である。
【図２】従来の回転引上装置の概念図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年５月１６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】(5) 前記の自然対流の抑制方法として、成
長結晶の回転数を上昇させることを特徴とする上記(1)
〜(4) のいずれか１つに記載のチタンを含む酸化アルミ
ニウム単結晶の製造方法。
長結晶の回転数を上昇させることを特徴とする上記(1)
〜(4) のいずれか１つに記載のチタンを含む酸化アルミ
ニウム単結晶の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】(6) 前記結晶成長において、所定長さの前
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の回転数を２０回転
／分以上、好ましくは３０〜１２０回転数／分の範囲に
上昇させることを特徴とする上記(5) 記載のチタンを含
む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の回転数を２０回転
／分以上、好ましくは３０〜１２０回転数／分の範囲に
上昇させることを特徴とする上記(5) 記載のチタンを含
む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】(7) 前記の自然対流の抑制方法として、成
長結晶の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることを特
徴とする上記(1) 〜(4) のいずれか１つに記載のチタン
を含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
長結晶の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることを特
徴とする上記(1) 〜(4) のいずれか１つに記載のチタン
を含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】(8) 前記結晶成長において、所定長さの前
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の固液界面近傍の温
度勾配を小さくすることを特徴とする上記(7) 記載のチ
タンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
記単結晶を引き上げた後、成長結晶の固液界面近傍の温
度勾配を小さくすることを特徴とする上記(7) 記載のチ
タンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】(9) 上記(1) 〜(8) のいずれか１つの方法
で、チタンを含む酸化アルミニウムからなるレーザー用
単結晶を製造する方法。
で、チタンを含む酸化アルミニウムからなるレーザー用
単結晶を製造する方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】
【実施例】 〔実施例１〕回転引上法でＴｉ含有酸化アルミウム単結
晶を成長させた。出発原料として、Ａｌ2 Ｏ3 粉末２４
３．６ｇ及びＴｉＯ2 粉末２．４ｇを混合し、成型し、
焼成した後、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのイリジウム
るつぼに充填した。るつぼの上方には、温度勾配を制御
するためにメガホン型のイリジウム製アフターヒータを
配置し、上記のるつぼ周囲は、酸化ジルコニウム製の耐
火物で覆って断熱し保温した。これらのホットゾーンは
真空排気可能なステンレス製チャンバーで囲まれてい
る。
晶を成長させた。出発原料として、Ａｌ2 Ｏ3 粉末２４
３．６ｇ及びＴｉＯ2 粉末２．４ｇを混合し、成型し、
焼成した後、直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍのイリジウム
るつぼに充填した。るつぼの上方には、温度勾配を制御
するためにメガホン型のイリジウム製アフターヒータを
配置し、上記のるつぼ周囲は、酸化ジルコニウム製の耐
火物で覆って断熱し保温した。これらのホットゾーンは
真空排気可能なステンレス製チャンバーで囲まれてい
る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】結晶成長は以下の手順で行った。はじめ
に、チャンバー内を１×１０-3Ｔｏｒｒまで真空排気し
た後、雰囲気ガスとして窒素に０．５体積％の水素を混
合したガスを流した。次いで、るつぼ周囲の高周波誘導
コイルに高周波電力を徐々に印加してるつぼを加熱し
た。約６ｋＷの高周波電力で上記原料は完全に溶融し
た。融液の均一化を図るため、前記高周波出力を６時間
保持した。その間、融液表面には、融液対流を反映して
いると考えられる、いわゆるスポークパターンが明瞭に
観察された。
に、チャンバー内を１×１０-3Ｔｏｒｒまで真空排気し
た後、雰囲気ガスとして窒素に０．５体積％の水素を混
合したガスを流した。次いで、るつぼ周囲の高周波誘導
コイルに高周波電力を徐々に印加してるつぼを加熱し
た。約６ｋＷの高周波電力で上記原料は完全に溶融し
た。融液の均一化を図るため、前記高周波出力を６時間
保持した。その間、融液表面には、融液対流を反映して
いると考えられる、いわゆるスポークパターンが明瞭に
観察された。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】種結晶には、ａ軸方向に切り出した酸化ア
ルミニウム単結晶を用い、シードホルダを介して引上軸
に固定した。この種結晶を毎分５回転の速度で回転させ
ながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させ
て約３０分間そのまま保持して十分になじませた後、引
上速度毎時０．６ｍｍで上昇させ、結晶成長を開始し
た。開始直後は、融液温度を高めにして成長結晶の直径
を細める、いわゆるネッキング操作を行った後、徐々に
融液温度を下げて成長結晶の肩部を形成し、次いで直胴
部を形成した。直胴部の直径は、ロードセルを用いた重
量法で直径が２０ｍｍになるように制御した。この状態
で９６時間かけて直胴部を形成した後、引上速度を毎時
１．０ｍｍまで上昇させ、かつ、結晶回転数を徐々に上
げて毎分６０回転まで高めるとともに、高周波誘導コイ
ルを毎時０．２ｍｍの速度で上昇させ、成長方向の温度
勾配を緩めながら、さらに、４８時間結晶成長を行い、
その後、結晶を切り離して徐冷した。
ルミニウム単結晶を用い、シードホルダを介して引上軸
に固定した。この種結晶を毎分５回転の速度で回転させ
ながら徐々に降下させ、種結晶の先端を融液に接触させ
て約３０分間そのまま保持して十分になじませた後、引
上速度毎時０．６ｍｍで上昇させ、結晶成長を開始し
た。開始直後は、融液温度を高めにして成長結晶の直径
を細める、いわゆるネッキング操作を行った後、徐々に
融液温度を下げて成長結晶の肩部を形成し、次いで直胴
部を形成した。直胴部の直径は、ロードセルを用いた重
量法で直径が２０ｍｍになるように制御した。この状態
で９６時間かけて直胴部を形成した後、引上速度を毎時
１．０ｍｍまで上昇させ、かつ、結晶回転数を徐々に上
げて毎分６０回転まで高めるとともに、高周波誘導コイ
ルを毎時０．２ｍｍの速度で上昇させ、成長方向の温度
勾配を緩めながら、さらに、４８時間結晶成長を行い、
その後、結晶を切り離して徐冷した。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、次のような効果を得ることができる。 結晶成長の後半に自然対流の寄与を弱め、固液界面の
凸度を小さくする過程を設けることにより、固化率を大
きくすることができ、その結果、残留原料が少なくなる
ため、るつぼの変形が小さくなり、るつぼの寿命を長く
できるようになった。 固液界面の凸度を小さくすることにより、それまでに
成長した結晶の特性を低下させることなく、高品質のチ
タン含有酸化アルミニウム単結晶を得ることができるよ
うになった。
より、次のような効果を得ることができる。 結晶成長の後半に自然対流の寄与を弱め、固液界面の
凸度を小さくする過程を設けることにより、固化率を大
きくすることができ、その結果、残留原料が少なくなる
ため、るつぼの変形が小さくなり、るつぼの寿命を長く
できるようになった。 固液界面の凸度を小さくすることにより、それまでに
成長した結晶の特性を低下させることなく、高品質のチ
タン含有酸化アルミニウム単結晶を得ることができるよ
うになった。
Claims (3)
- 【請求項１】 原料融液から成長結晶を引き上げる、チ
タンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法におい
て、所定長さの前記単結晶を引き上げた後、前記原料融
液の自然対流を相対的に抑制しながら結晶成長を継続
し、次いで、前記成長結晶を原料融液から分離して引き
上げることを特徴とするチタンを含む酸化アルミニウム
単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 前記の自然対流の抑制方法として、成長
結晶の回転数を上昇させることを特徴とする請求項１記
載チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記の自然対流の抑制方法として、成長
結晶の固液界面近傍の温度勾配を小さくすることを特徴
とする請求項１記載チタンを含む酸化アルミニウム単結
晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9693896A JPH09278592A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9693896A JPH09278592A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09278592A true JPH09278592A (ja) | 1997-10-28 |
Family
ID=14178279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9693896A Withdrawn JPH09278592A (ja) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | チタンを含む酸化アルミニウム単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09278592A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006151745A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Kyocera Corp | 単結晶の製造方法及びそれらを用いた酸化物単結晶 |
| JP2007197230A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法及びこの方法を用いて得られる酸化アルミニウム単結晶 |
| JP2008207993A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | Hitachi Chem Co Ltd | サファイア単結晶の製造方法 |
| WO2010073945A1 (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-01 | 昭和電工株式会社 | サファイア単結晶の製造方法 |
| CN103361727A (zh) * | 2012-03-30 | 2013-10-23 | 胜高股份有限公司 | 蓝宝石单晶及其制备方法 |
-
1996
- 1996-04-18 JP JP9693896A patent/JPH09278592A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006151745A (ja) * | 2004-11-29 | 2006-06-15 | Kyocera Corp | 単結晶の製造方法及びそれらを用いた酸化物単結晶 |
| JP2007197230A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 酸化アルミニウム単結晶の製造方法及びこの方法を用いて得られる酸化アルミニウム単結晶 |
| JP2008207993A (ja) * | 2007-02-26 | 2008-09-11 | Hitachi Chem Co Ltd | サファイア単結晶の製造方法 |
| WO2010073945A1 (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-01 | 昭和電工株式会社 | サファイア単結晶の製造方法 |
| CN103361727A (zh) * | 2012-03-30 | 2013-10-23 | 胜高股份有限公司 | 蓝宝石单晶及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030701 |