JPH11180795A - 単結晶の製造方法および製造装置 - Google Patents
単結晶の製造方法および製造装置Info
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- JPH11180795A JPH11180795A JP35550197A JP35550197A JPH11180795A JP H11180795 A JPH11180795 A JP H11180795A JP 35550197 A JP35550197 A JP 35550197A JP 35550197 A JP35550197 A JP 35550197A JP H11180795 A JPH11180795 A JP H11180795A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リン酸チタン酸カリウム（ＫＴＰ；ＫＴｉＯ
ＰＯ4 ）等の単結晶を融液成長法により成長する際に、
種結晶と融液表面が確実に接触したことを、光学的方法
によらずモニタしうる単結晶製造装置を提供し、またこ
れを用いた歩留りの高いかつ高品位の単結晶の製造方法
を提供する。 【解決手段】 種結晶１と融液５との間の電気抵抗をモ
ニタする電気抵抗検出装置９を設ける。種結晶１と融液
５とが接触すると、両者間の抵抗変化が検出されるの
で、この抵抗変化情報にもとづき、単結晶４の成長を開
始する。
ＰＯ4 ）等の単結晶を融液成長法により成長する際に、
種結晶と融液表面が確実に接触したことを、光学的方法
によらずモニタしうる単結晶製造装置を提供し、またこ
れを用いた歩留りの高いかつ高品位の単結晶の製造方法
を提供する。 【解決手段】 種結晶１と融液５との間の電気抵抗をモ
ニタする電気抵抗検出装置９を設ける。種結晶１と融液
５とが接触すると、両者間の抵抗変化が検出されるの
で、この抵抗変化情報にもとづき、単結晶４の成長を開
始する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶の製造方法お
よび製造装置に関し、さらに詳しくは、電子部品や光学
部品等を製造するための単結晶を、融液成長法により製
造する際に用いて好適な単結晶の製造方法および製造装
置に関する。
よび製造装置に関し、さらに詳しくは、電子部品や光学
部品等を製造するための単結晶を、融液成長法により製
造する際に用いて好適な単結晶の製造方法および製造装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の高性能化、小型化の進展にと
もない、電子機器を構成する電子部品には機能性を有す
る各種の単結晶材料が採用されるものが増えてきた。電
気光学的機能を有するリン酸チタン酸カリウム等や、強
誘電性を有するチタン酸バリウム、あるいはシリコンや
ガリウム砒素等の単結晶材料がこれに相当する。
もない、電子機器を構成する電子部品には機能性を有す
る各種の単結晶材料が採用されるものが増えてきた。電
気光学的機能を有するリン酸チタン酸カリウム等や、強
誘電性を有するチタン酸バリウム、あるいはシリコンや
ガリウム砒素等の単結晶材料がこれに相当する。
【０００３】例えば、コヒーレンシーの良好なレーザ光
を透過させることにより、基本波長の１／２の波長の短
波長レーザ光を得る非線型光学素子としては、ＭＴｉＯ
ＸＯ4 （ＭはＫ，Ｒｂ，Ｃｓ等のＩａ族金属を、Ｘは
Ｐ，Ａｓ等のＶａ族元素をそれぞれ表す）単結晶、その
中でもリン酸チタン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 ，以下
ＫＴＰと略記する）単結晶が用いられる。
を透過させることにより、基本波長の１／２の波長の短
波長レーザ光を得る非線型光学素子としては、ＭＴｉＯ
ＸＯ4 （ＭはＫ，Ｒｂ，Ｃｓ等のＩａ族金属を、Ｘは
Ｐ，Ａｓ等のＶａ族元素をそれぞれ表す）単結晶、その
中でもリン酸チタン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ4 ，以下
ＫＴＰと略記する）単結晶が用いられる。
【０００４】ＫＴＰ等の単結晶を製造する方法として一
般的な方法は、単結晶の原料組成物を融剤（フラック
ス）に過飽和状態に融解した融液から成長させる融液成
長法がある。とりわけ、融液に種結晶を接触させ、この
種結晶上に選択的にエピタキシャル成長させるＴＳＳＧ
(Top Seeded Solution Growth) 法が通常採用される。
実際にＫＴＰ単結晶を成長するには、ＫＴＰ原料組成物
を融剤に溶解して融液とし、種結晶を融液表面に接触さ
せ、かつ種結晶を垂直軸に沿って回転させながら融液を
徐冷し、過飽和状態として種結晶上にのみ単結晶を成長
させればよい。このＴＳＳＧ法によれば、単結晶の大口
径化が期待でき、また種結晶の結晶方位を選ぶことによ
り、成長する単結晶の成長方位を制御することが可能で
あるという特徴を有する。種結晶としては、所望とする
単結晶と同一組成の単結晶を機械加工により例えば角柱
状に切り出して使用する。
般的な方法は、単結晶の原料組成物を融剤（フラック
ス）に過飽和状態に融解した融液から成長させる融液成
長法がある。とりわけ、融液に種結晶を接触させ、この
種結晶上に選択的にエピタキシャル成長させるＴＳＳＧ
(Top Seeded Solution Growth) 法が通常採用される。
実際にＫＴＰ単結晶を成長するには、ＫＴＰ原料組成物
を融剤に溶解して融液とし、種結晶を融液表面に接触さ
せ、かつ種結晶を垂直軸に沿って回転させながら融液を
徐冷し、過飽和状態として種結晶上にのみ単結晶を成長
させればよい。このＴＳＳＧ法によれば、単結晶の大口
径化が期待でき、また種結晶の結晶方位を選ぶことによ
り、成長する単結晶の成長方位を制御することが可能で
あるという特徴を有する。種結晶としては、所望とする
単結晶と同一組成の単結晶を機械加工により例えば角柱
状に切り出して使用する。
【０００５】ＳｉやＧａＡｓ等の半導体単結晶や金属単
結晶の場合には、融剤は特に使用せず、単結晶原料のみ
の融液から成長するチョクラルスキー法が採用される。
結晶の場合には、融剤は特に使用せず、単結晶原料のみ
の融液から成長するチョクラルスキー法が採用される。
【０００６】いずれの方法においても、成長の初期過程
における、種結晶と融液との接触を確実に検知すること
が重要である。種結晶先端の所望部分が、融液表面に没
したことを確認してから、次工程の成長工程へ移るため
である。
における、種結晶と融液との接触を確実に検知すること
が重要である。種結晶先端の所望部分が、融液表面に没
したことを確認してから、次工程の成長工程へ移るため
である。
【０００７】従来より、種結晶と融液との接触状態の確
認は、作業者の直接目視、ビデオカメラの画像による目
視、あるいはこの画像をコンピュータにより画像処理す
る等の光学的方法が採用されてきた。従来の単結晶成長
装置の一例の概略構成を、図３を参照して説明する。図
３において、白金等のルツボ６内には、単結晶成分、あ
るいは単結晶成分が融剤（フラックス）中に融解された
融液５が、加熱炉７により所定の温度に保持制御されて
いる。この融液５に、サファイアや白金等からなる回転
棒３およびその先端の種結晶保持具２に保持された種結
晶１を接触させることにより、この種結晶１上に単結晶
４が成長を開始する。なお加熱炉７は保温等のために蓋
８により覆われている。
認は、作業者の直接目視、ビデオカメラの画像による目
視、あるいはこの画像をコンピュータにより画像処理す
る等の光学的方法が採用されてきた。従来の単結晶成長
装置の一例の概略構成を、図３を参照して説明する。図
３において、白金等のルツボ６内には、単結晶成分、あ
るいは単結晶成分が融剤（フラックス）中に融解された
融液５が、加熱炉７により所定の温度に保持制御されて
いる。この融液５に、サファイアや白金等からなる回転
棒３およびその先端の種結晶保持具２に保持された種結
晶１を接触させることにより、この種結晶１上に単結晶
４が成長を開始する。なお加熱炉７は保温等のために蓋
８により覆われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように種結晶と融
液との接触部分は、加熱炉や蓋により、ほぼ完全に密閉
されており、しかも接触部分や融液は高温に保持されて
いる。したがって、種結晶と融液との接触状態を光学的
方法により正確にモニタすることは困難であった。この
ため、種結晶先端の所望部分を越える領域を融液中に浸
漬したり、あるいは種結晶先端の所望部分が満足に接触
されなかったり、極端な場合には接触に至らなかったり
することもあった。このような不完全な接触状態から単
結晶の成長を開始すると、品質的に問題を生じたり、あ
るいは全く成長されないばかりか、数日におよぶ成長所
要時間が無駄となる場合もあった。
液との接触部分は、加熱炉や蓋により、ほぼ完全に密閉
されており、しかも接触部分や融液は高温に保持されて
いる。したがって、種結晶と融液との接触状態を光学的
方法により正確にモニタすることは困難であった。この
ため、種結晶先端の所望部分を越える領域を融液中に浸
漬したり、あるいは種結晶先端の所望部分が満足に接触
されなかったり、極端な場合には接触に至らなかったり
することもあった。このような不完全な接触状態から単
結晶の成長を開始すると、品質的に問題を生じたり、あ
るいは全く成長されないばかりか、数日におよぶ成長所
要時間が無駄となる場合もあった。
【０００９】本発明はかかる状況に鑑みて提案するもの
である。すなわち本発明の課題は、融液成長法により単
結晶を製造するにあたり、種結晶と融液との接触状態を
確実に検知しうる単結晶の製造方法および製造装置を提
供し、高歩留りで高品位の単結晶を製造することであ
る。
である。すなわち本発明の課題は、融液成長法により単
結晶を製造するにあたり、種結晶と融液との接触状態を
確実に検知しうる単結晶の製造方法および製造装置を提
供し、高歩留りで高品位の単結晶を製造することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の単結晶の製造方
法は、上述の課題を解決するために提案するものであ
る。すなわち、本発明の請求項１の単結晶の製造方法
は、単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触せしめ、融
液を徐冷するとともに種結晶を回転しつつ、この種結晶
上に単結晶を成長させる工程を有する単結晶の製造方法
であって、この種結晶と融液との接触状態を、この種結
晶と融液との間の電気抵抗変化により検知することを特
徴とする。
法は、上述の課題を解決するために提案するものであ
る。すなわち、本発明の請求項１の単結晶の製造方法
は、単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触せしめ、融
液を徐冷するとともに種結晶を回転しつつ、この種結晶
上に単結晶を成長させる工程を有する単結晶の製造方法
であって、この種結晶と融液との接触状態を、この種結
晶と融液との間の電気抵抗変化により検知することを特
徴とする。
【００１１】また本発明の請求項２の単結晶の製造方法
は、単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触せしめ、融
液を徐冷するとともに種結晶を回転しつつ、この種結晶
上に単結晶を成長させる工程を有する単結晶の製造方法
であって、前記単結晶の成長工程は、この種結晶と融液
表面との相対距離を狭めてゆく工程、この種結晶と融液
表面とを接触させるとともに、両者の接触状態を、この
種結晶と融液との間の電気抵抗変化により検知する工
程、この電気抵抗変化の検知結果に基づき、単結晶の成
長を開始する工程以上の工程を具備することを特徴とす
る。
は、単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触せしめ、融
液を徐冷するとともに種結晶を回転しつつ、この種結晶
上に単結晶を成長させる工程を有する単結晶の製造方法
であって、前記単結晶の成長工程は、この種結晶と融液
表面との相対距離を狭めてゆく工程、この種結晶と融液
表面とを接触させるとともに、両者の接触状態を、この
種結晶と融液との間の電気抵抗変化により検知する工
程、この電気抵抗変化の検知結果に基づき、単結晶の成
長を開始する工程以上の工程を具備することを特徴とす
る。
【００１２】いずれの単結晶の製造方法においても、こ
の融液は、さらに融剤を含んでいてもよい。すなわち、
チョクラルスキー法あるいはＴＳＳＧ法を含むあらゆる
融液成長法であってもよい。
の融液は、さらに融剤を含んでいてもよい。すなわち、
チョクラルスキー法あるいはＴＳＳＧ法を含むあらゆる
融液成長法であってもよい。
【００１３】つぎに本発明の単結晶の製造装置は、単結
晶原料を含む融液と種結晶とを接触せしめ、融液を徐冷
するとともに種結晶を回転しつつ、この種結晶上に単結
晶を成長させる手段を有する単結晶の製造装置であっ
て、この種結晶と融液との接触状態を、この種結晶と融
液との間の電気抵抗変化により検知する手段を具備する
ことを特徴とする。
晶原料を含む融液と種結晶とを接触せしめ、融液を徐冷
するとともに種結晶を回転しつつ、この種結晶上に単結
晶を成長させる手段を有する単結晶の製造装置であっ
て、この種結晶と融液との接触状態を、この種結晶と融
液との間の電気抵抗変化により検知する手段を具備する
ことを特徴とする。
【００１４】請求項１の単結晶の製造方法においては、
種結晶と融液との接触状態を、光学的方法によらず電気
抵抗変化によりモニタすることにより、単結晶の成長を
正常に開始することができ、また単結晶の成長が正常に
進んでいるか否かを確実に知ることができる。
種結晶と融液との接触状態を、光学的方法によらず電気
抵抗変化によりモニタすることにより、単結晶の成長を
正常に開始することができ、また単結晶の成長が正常に
進んでいるか否かを確実に知ることができる。
【００１５】請求項２の単結晶の製造方法によれば、特
に成長の初期段階における種結晶と融液との接触開始状
態を、光学的方法によらず電気抵抗変化によりモニタす
ることにより、単結晶の成長を正常に開始することがで
きる。
に成長の初期段階における種結晶と融液との接触開始状
態を、光学的方法によらず電気抵抗変化によりモニタす
ることにより、単結晶の成長を正常に開始することがで
きる。
【００１６】請求項４の単結晶の製造装置によれば、チ
ョクラルスキー法あるいはＴＳＳＧ法を含む融液成長法
による単結晶製造装置に、種結晶と融液との接触状態
を、光学的方法によらず電気抵抗変化によりモニタする
手段を付加することにより、単結晶の成長が正常に開始
されたか否か、および正常に進んでいるか否かを確実に
知ることができる。この電気抵抗変化によりモニタする
手段の検出結果にもとづき、種結晶と融液との相対距
離、種結晶の回転、あるいは融液の温度等をマイクロコ
ンピュータ等の制御手段により、システム的に制御する
単結晶の製造装置を構築してもよい。
ョクラルスキー法あるいはＴＳＳＧ法を含む融液成長法
による単結晶製造装置に、種結晶と融液との接触状態
を、光学的方法によらず電気抵抗変化によりモニタする
手段を付加することにより、単結晶の成長が正常に開始
されたか否か、および正常に進んでいるか否かを確実に
知ることができる。この電気抵抗変化によりモニタする
手段の検出結果にもとづき、種結晶と融液との相対距
離、種結晶の回転、あるいは融液の温度等をマイクロコ
ンピュータ等の制御手段により、システム的に制御する
単結晶の製造装置を構築してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
につき、図面を参照しながら説明する。
につき、図面を参照しながら説明する。
【００１８】まず、本発明の単結晶の製造方法に使用し
た単結晶成長装置の概略構成を、図１を参照して説明す
る。図１はＴＳＳＧ法により単結晶を成長させる単結晶
成長装置の一例を示す概略断面図であり、従来の単結晶
製造装置の説明に供した図３の装置と同様の構成要素に
は同じ参照符号を付している。すなわち図１において、
白金等のルツボ６内には、単結晶成分、あるいは融剤中
に単結晶成分が溶解された融液５が、加熱炉７により所
定の温度、例えば１０００℃に保持制御されている。こ
の加熱炉７は保温や除塵等の目的のために貫通孔を有す
る蓋８により覆われている。一方サファイアや白金等か
らなる回転棒３およびその先端の種結晶保持具２には種
結晶１が保持されており、種結晶１と融液５との相対距
離を徐々に狭めてゆくことにより両者を接触させ、単結
晶４の成長を開始する。単結晶４の成長開始後は、種結
晶１と融液５との相対距離を逆に徐々に広げてゆくとと
もに融液を徐冷することにより、単結晶４の成長が継続
され、所望の大きさの単結晶４が得られる。なお種結晶
１と融液５との相対距離を変化させるためには、回転棒
３を垂直方向に移動してもよいしルツボ６を垂直方向に
移動してもよい。図１の装置では、回転棒３の回転駆動
装置、温度制御装置、あるいは装置全体のシステム制御
装置等の細部は図示を省略する。
た単結晶成長装置の概略構成を、図１を参照して説明す
る。図１はＴＳＳＧ法により単結晶を成長させる単結晶
成長装置の一例を示す概略断面図であり、従来の単結晶
製造装置の説明に供した図３の装置と同様の構成要素に
は同じ参照符号を付している。すなわち図１において、
白金等のルツボ６内には、単結晶成分、あるいは融剤中
に単結晶成分が溶解された融液５が、加熱炉７により所
定の温度、例えば１０００℃に保持制御されている。こ
の加熱炉７は保温や除塵等の目的のために貫通孔を有す
る蓋８により覆われている。一方サファイアや白金等か
らなる回転棒３およびその先端の種結晶保持具２には種
結晶１が保持されており、種結晶１と融液５との相対距
離を徐々に狭めてゆくことにより両者を接触させ、単結
晶４の成長を開始する。単結晶４の成長開始後は、種結
晶１と融液５との相対距離を逆に徐々に広げてゆくとと
もに融液を徐冷することにより、単結晶４の成長が継続
され、所望の大きさの単結晶４が得られる。なお種結晶
１と融液５との相対距離を変化させるためには、回転棒
３を垂直方向に移動してもよいしルツボ６を垂直方向に
移動してもよい。図１の装置では、回転棒３の回転駆動
装置、温度制御装置、あるいは装置全体のシステム制御
装置等の細部は図示を省略する。
【００１９】これらのうち、回転棒３の回転速度、すな
わち種結晶１の回転速度は、成長する単結晶４の品質や
融液５の撹拌効果等の観点から、３０〜３００ｒｐｍ程
度が選ばれる。また回転方向は一方向回転でもよいが、
所定時間毎に回転方向を逆転することが均質な単結晶４
を得るために好ましい。
わち種結晶１の回転速度は、成長する単結晶４の品質や
融液５の撹拌効果等の観点から、３０〜３００ｒｐｍ程
度が選ばれる。また回転方向は一方向回転でもよいが、
所定時間毎に回転方向を逆転することが均質な単結晶４
を得るために好ましい。
【００２０】融液５の温度は、単結晶４の成長工程中、
成長を連続的に継続させるために徐冷する。この徐冷速
度は、単結晶４の成長に要する時間を可及的に低減する
ためや、種結晶１表面以外での結晶核生成を防止するた
め、０．０１℃／ｈｒ〜５℃／ｈｒ程度の範囲が選ばれ
る。
成長を連続的に継続させるために徐冷する。この徐冷速
度は、単結晶４の成長に要する時間を可及的に低減する
ためや、種結晶１表面以外での結晶核生成を防止するた
め、０．０１℃／ｈｒ〜５℃／ｈｒ程度の範囲が選ばれ
る。
【００２１】種結晶１としては、例えばその断面が２×
２ｍｍ、長さが１０〜１５ｍｍ程度の正角柱状のもの等
で、所望の結晶面あるいは結晶軸方向に切り出したもの
が採用され、その長軸を回転棒３の軸方向と一致するよ
うに、また回転に際して偏芯や歳差運動等が発生しない
ように種結晶保持具２に取りつける。
２ｍｍ、長さが１０〜１５ｍｍ程度の正角柱状のもの等
で、所望の結晶面あるいは結晶軸方向に切り出したもの
が採用され、その長軸を回転棒３の軸方向と一致するよ
うに、また回転に際して偏芯や歳差運動等が発生しない
ように種結晶保持具２に取りつける。
【００２２】図１に示した単結晶製造装置の特徴部分
は、電気抵抗検出装置９である。この電気抵抗検出装置
９の検出端子Ｔ1 およびＴ2 は、リード線１０，１１に
より種結晶保持具２およびルツボ６に接続されている。
種結晶保持具２がサファイア等の絶縁体の場合には、リ
ード線１０を種結晶１に電気的に接続する。リード線１
０は、回転接触端子等を用いることにより種結晶１の回
転中も継続して電気的接続を得ることができる。また種
結晶１と融液５との確実な初期接触状態を検知する目的
のみであれば、種結晶１の回転開始後はリード線１０を
取り外してもよい。またルツボ６がセラミクス等の絶縁
体の場合には、融液５中に白金電極（不図示）等を挿入
してこの電極とリード線１１を接続すればよい。
は、電気抵抗検出装置９である。この電気抵抗検出装置
９の検出端子Ｔ1 およびＴ2 は、リード線１０，１１に
より種結晶保持具２およびルツボ６に接続されている。
種結晶保持具２がサファイア等の絶縁体の場合には、リ
ード線１０を種結晶１に電気的に接続する。リード線１
０は、回転接触端子等を用いることにより種結晶１の回
転中も継続して電気的接続を得ることができる。また種
結晶１と融液５との確実な初期接触状態を検知する目的
のみであれば、種結晶１の回転開始後はリード線１０を
取り外してもよい。またルツボ６がセラミクス等の絶縁
体の場合には、融液５中に白金電極（不図示）等を挿入
してこの電極とリード線１１を接続すればよい。
【００２３】電気抵抗検出装置９の回路構成の一例を図
２に示す。例示の回路では、検出端子Ｔ1 ，Ｔ2 間の電
気抵抗が例えば数ｋΩ以下と充分に小さい場合には、ト
ランジスタＴＲのベース・エミッタ電流が流れて、ブザ
ーや発光ダイオードＬＥＤが動作する。したがって、種
結晶１の先端と融液５の表面との接触を、光学的手段に
よらず確実に検知することができる。図２の回路構成は
一例であり、電気抵抗変化の検知は電流計やデジタルマ
ルチメータによる等、任意の手段を採ることができる。
またこの電気抵抗変化の検知情報に基づき、回転棒３と
融液５の相対距離を狭めることを停止したり、あるいは
逆にこの相対距離を徐々に広げたり、回転棒３の回転を
開始したり、融液５の徐冷を開始したり等々の制御をマ
イクロコンピュータ等によりおこなってもよい。
２に示す。例示の回路では、検出端子Ｔ1 ，Ｔ2 間の電
気抵抗が例えば数ｋΩ以下と充分に小さい場合には、ト
ランジスタＴＲのベース・エミッタ電流が流れて、ブザ
ーや発光ダイオードＬＥＤが動作する。したがって、種
結晶１の先端と融液５の表面との接触を、光学的手段に
よらず確実に検知することができる。図２の回路構成は
一例であり、電気抵抗変化の検知は電流計やデジタルマ
ルチメータによる等、任意の手段を採ることができる。
またこの電気抵抗変化の検知情報に基づき、回転棒３と
融液５の相対距離を狭めることを停止したり、あるいは
逆にこの相対距離を徐々に広げたり、回転棒３の回転を
開始したり、融液５の徐冷を開始したり等々の制御をマ
イクロコンピュータ等によりおこなってもよい。
【００２４】
【実施例】以下、本発明をさらに詳しく具体的な実施例
により説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例
により何ら限定を受けるものではない。
により説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例
により何ら限定を受けるものではない。
【００２５】本実施例は、ＴＳＳＧ法により、誘電体光
学結晶であるＫＴＰ単結晶をｃ軸成長する場合に本発明
を適用したものである。種結晶としては、母材となるＫ
ＴＰ単結晶をそのｃ軸方向が長手方向となるように切り
出した正角柱状のものを用いた。種結晶は、断面が３×
３ｍｍ、長さが１５ｍｍの形状とし、切り出し加工後、
表面を＃４０００のアルミナ研磨材により鏡面研磨し、
さらに必要に応じて表面の加工歪層をエッチング等によ
り除去したものである。この種結晶を、白金製の種結晶
保持具により回転棒の先端に固定する。この種結晶保持
具あるいは回転棒は、白金製のリード線により電気抵抗
検出装置の一方の端子に接続されている。
学結晶であるＫＴＰ単結晶をｃ軸成長する場合に本発明
を適用したものである。種結晶としては、母材となるＫ
ＴＰ単結晶をそのｃ軸方向が長手方向となるように切り
出した正角柱状のものを用いた。種結晶は、断面が３×
３ｍｍ、長さが１５ｍｍの形状とし、切り出し加工後、
表面を＃４０００のアルミナ研磨材により鏡面研磨し、
さらに必要に応じて表面の加工歪層をエッチング等によ
り除去したものである。この種結晶を、白金製の種結晶
保持具により回転棒の先端に固定する。この種結晶保持
具あるいは回転棒は、白金製のリード線により電気抵抗
検出装置の一方の端子に接続されている。
【００２６】融液としては、原料組成物として下記の重
量の各粉末を秤量して混合し、白金製のルツボ内に収納
し、加熱炉により１０５０℃で融解、反応したものを用
いた。 ＫＨ2 ＰＯ4 １９５０．０ ｇｒ Ｋ2 ＨＰＯ4 ２７７．３ ｇｒ ＴｉＯ2 ４４５．１ ｇｒ この原料組成物は、ＫＴＰの化学量論組成ＫＴｉＯＰＯ
4 に対し、Ｋ2 Ｏ成分が１４．３％、Ｐ2 Ｏ5 成分が１
０．７％それぞれ過剰となる、いわゆるセルフフラック
ス組成である。したがって、別途フラックスを添加する
必要はない。なおこのルツボは直径１２０ｍｍ、高さ１
２０ｍｍ、容積１３６０ｍｌのものを用いた。
量の各粉末を秤量して混合し、白金製のルツボ内に収納
し、加熱炉により１０５０℃で融解、反応したものを用
いた。 ＫＨ2 ＰＯ4 １９５０．０ ｇｒ Ｋ2 ＨＰＯ4 ２７７．３ ｇｒ ＴｉＯ2 ４４５．１ ｇｒ この原料組成物は、ＫＴＰの化学量論組成ＫＴｉＯＰＯ
4 に対し、Ｋ2 Ｏ成分が１４．３％、Ｐ2 Ｏ5 成分が１
０．７％それぞれ過剰となる、いわゆるセルフフラック
ス組成である。したがって、別途フラックスを添加する
必要はない。なおこのルツボは直径１２０ｍｍ、高さ１
２０ｍｍ、容積１３６０ｍｌのものを用いた。
【００２７】ルツボ、あるいはルツボ内に設けた白金製
の電極は、これも白金製のリード線により電気抵抗検出
装置の他方の端子に接続されている。
の電極は、これも白金製のリード線により電気抵抗検出
装置の他方の端子に接続されている。
【００２８】上述した装置構成により、この融液組成に
おける結晶析出平衡温度、すなわち種結晶への析出も種
結晶の溶解も起こらない温度である９８８℃より数℃高
い温度、例えば９９３℃に融液の温度を設定した。
おける結晶析出平衡温度、すなわち種結晶への析出も種
結晶の溶解も起こらない温度である９８８℃より数℃高
い温度、例えば９９３℃に融液の温度を設定した。
【００２９】この状態で、種結晶を徐々に下降させてゆ
き、電気抵抗検出装置が抵抗変化を検出した時点で種結
晶の降下を停止した。デシタルマルチメータによる電気
抵抗値の測定では、最初種結晶が融液に接触していない
状態では端子間の抵抗値は数百ｋΩあったものが、種結
晶と融液が接触した時点で数十Ωに急減した。
き、電気抵抗検出装置が抵抗変化を検出した時点で種結
晶の降下を停止した。デシタルマルチメータによる電気
抵抗値の測定では、最初種結晶が融液に接触していない
状態では端子間の抵抗値は数百ｋΩあったものが、種結
晶と融液が接触した時点で数十Ωに急減した。
【００３０】この段階で種結晶保持具あるいは回転棒に
接続されたリード線を外し、回転棒の回転および単結晶
の成長を開始する。回転接続端子等によりリード線を接
続している場合には、リード線を外すことなくそのまま
回転および単結晶の成長を開始すればよい。この方法に
よれば、単結晶の成長工程中、安定に単結晶の成長が継
続しているか否かをモニタすることができる。単結晶の
成長は、回転棒を１００ｒｐｍの回転速度で回転させ、
かつ垂直方向に引き上げながら、２００時間で２０℃
（０．１℃／ｈｒ）程度の冷却速度で融液を徐冷するこ
とにより継続された。
接続されたリード線を外し、回転棒の回転および単結晶
の成長を開始する。回転接続端子等によりリード線を接
続している場合には、リード線を外すことなくそのまま
回転および単結晶の成長を開始すればよい。この方法に
よれば、単結晶の成長工程中、安定に単結晶の成長が継
続しているか否かをモニタすることができる。単結晶の
成長は、回転棒を１００ｒｐｍの回転速度で回転させ、
かつ垂直方向に引き上げながら、２００時間で２０℃
（０．１℃／ｈｒ）程度の冷却速度で融液を徐冷するこ
とにより継続された。
【００３１】この結果、約６５ｇｒのＫＴＰ単結晶が種
結晶の先端に成長した。本実施例においては、種結晶の
先端部のみが融液に接触したことを確認した状態から単
結晶の成長を開始したので、単一の結晶方位、この場合
はｃ軸方向のみに成長した高品位の単結晶を得ることが
できた。
結晶の先端に成長した。本実施例においては、種結晶の
先端部のみが融液に接触したことを確認した状態から単
結晶の成長を開始したので、単一の結晶方位、この場合
はｃ軸方向のみに成長した高品位の単結晶を得ることが
できた。
【００３２】本実施例においては、セルフフラックス組
成の原料組成物から融液を調製し、ＫＴＰ単結晶を成長
させたが、別途フラックスを添加して融液を調製しても
よい。この場合には、ＫＴＰ原料組成物として、次の組
成のものを採用した。 ＫＨ2 ＰＯ4 ５０．０ ｍｏｌ％ Ｋ2 ＨＰＯ4 ２４．２ ｍｏｌ％ ＴｉＯ2 ２５．８ ｍｏｌ％ また、融剤（フラックス）としてはＫ6 Ｐ2 Ｏ8 を用い
た。原料組成物と融剤とを、６８．０ｍｏｌ％対３２．
０ｍｏｌ％となるように混合し、白金製のルツボ内で１
１５０℃で１２時間加熱して溶解し、融液とした。この
後の工程は、セルフフラックス組成の原料組成物の場合
と同様でよい。
成の原料組成物から融液を調製し、ＫＴＰ単結晶を成長
させたが、別途フラックスを添加して融液を調製しても
よい。この場合には、ＫＴＰ原料組成物として、次の組
成のものを採用した。 ＫＨ2 ＰＯ4 ５０．０ ｍｏｌ％ Ｋ2 ＨＰＯ4 ２４．２ ｍｏｌ％ ＴｉＯ2 ２５．８ ｍｏｌ％ また、融剤（フラックス）としてはＫ6 Ｐ2 Ｏ8 を用い
た。原料組成物と融剤とを、６８．０ｍｏｌ％対３２．
０ｍｏｌ％となるように混合し、白金製のルツボ内で１
１５０℃で１２時間加熱して溶解し、融液とした。この
後の工程は、セルフフラックス組成の原料組成物の場合
と同様でよい。
【００３３】以上、本発明を実施例により詳細に説明し
たが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではな
い。
たが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではな
い。
【００３４】例えば、種結晶およびここに成長する単結
晶の例としてＫＴＰを例示したが、一般式ＭＴｉＯＸＯ
4 （ＭはＫ，Ｒｂ，Ｃｓ等のＩａ族金属を、ＸはＰ，Ａ
ｓ等のＶａ族元素をそれぞれ表す）で表される非線型光
学材料結晶や、チタン酸バリウム等の強誘電体材料結
晶、フェライトやガーネット等の磁性材料結晶、その他
各種の単結晶を成長するに際して本発明を適用すること
が可能である。また融液成長法以外にも、チョクラルス
キー法によりシリコン等の半導体単結晶や金属単結晶等
を成長する場合にも本発明を適用することが可能であ
る。
晶の例としてＫＴＰを例示したが、一般式ＭＴｉＯＸＯ
4 （ＭはＫ，Ｒｂ，Ｃｓ等のＩａ族金属を、ＸはＰ，Ａ
ｓ等のＶａ族元素をそれぞれ表す）で表される非線型光
学材料結晶や、チタン酸バリウム等の強誘電体材料結
晶、フェライトやガーネット等の磁性材料結晶、その他
各種の単結晶を成長するに際して本発明を適用すること
が可能である。また融液成長法以外にも、チョクラルス
キー法によりシリコン等の半導体単結晶や金属単結晶等
を成長する場合にも本発明を適用することが可能であ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の請求項１の単結晶の製造方法によれば、種結晶の先端
部と融液の表面との接触状態を、光学的方法によらず電
気抵抗変化により確実に検知できるので、単結晶の成長
を正常に開始することができ、また単結晶の成長が正常
に進んでいるか否かを確実に知ることができる。
の請求項１の単結晶の製造方法によれば、種結晶の先端
部と融液の表面との接触状態を、光学的方法によらず電
気抵抗変化により確実に検知できるので、単結晶の成長
を正常に開始することができ、また単結晶の成長が正常
に進んでいるか否かを確実に知ることができる。
【００３６】また本発明の請求項２の単結晶の製造方法
によれば、特に成長の初期段階における種結晶と融液と
の接触開始状態を、光学的方法によらず電気抵抗変化に
よりモニタすることにより、単結晶の成長を正常に開始
することができる。
によれば、特に成長の初期段階における種結晶と融液と
の接触開始状態を、光学的方法によらず電気抵抗変化に
よりモニタすることにより、単結晶の成長を正常に開始
することができる。
【００３７】請求項４の単結晶の製造装置によれば、チ
ョクラルスキー法あるいはＴＳＳＧ法を含む融液成長法
による単結晶製造装置に、種結晶と融液との接触状態
を、光学的方法によらず電気抵抗変化によりモニタする
手段を付加することにより、単結晶の成長が正常に開始
されたか否か、および正常に進んでいるか否かを確実に
知ることができ、信頼性の高い単結晶製造装置を提供す
ることができる。
ョクラルスキー法あるいはＴＳＳＧ法を含む融液成長法
による単結晶製造装置に、種結晶と融液との接触状態
を、光学的方法によらず電気抵抗変化によりモニタする
手段を付加することにより、単結晶の成長が正常に開始
されたか否か、および正常に進んでいるか否かを確実に
知ることができ、信頼性の高い単結晶製造装置を提供す
ることができる。
【図１】本発明の単結晶の製造装置の概略構成を示す断
面図である。
面図である。
【図２】電気抵抗検出装置の一例を示す回路図である。
【図３】従来の単結晶の製造装置の概略構成を示す断面
図である。
図である。
１…種結晶、２…種結晶保持具、３…回転棒、４…単結
晶、５…融液、６…ルツボ、７…加熱炉、８…蓋、９…
電気抵抗検出装置、１０，１１…リード線
晶、５…融液、６…ルツボ、７…加熱炉、８…蓋、９…
電気抵抗検出装置、１０，１１…リード線
Claims (4)
- 【請求項１】 単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触
せしめ、前記融液を徐冷するとともに前記種結晶を回転
しつつ、前記種結晶上に単結晶を成長させる工程を有す
る単結晶の製造方法であって、 前記種結晶と前記融液との接触状態を、 前記種結晶と前記融液との間の電気抵抗変化により検知
することを特徴とする単結晶の製造方法。 - 【請求項２】 単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触
せしめ、前記融液を徐冷するとともに前記種結晶を回転
しつつ、前記種結晶上に単結晶を成長させる工程を有す
る単結晶の製造方法であって、 前記単結晶の成長工程は、 前記種結晶と前記融液表面との相対距離を狭めてゆく工
程、 前記種結晶と前記融液表面とを接触させるとともに、前
記接触状態を、前記種結晶と前記融液との間の電気抵抗
変化により検知する工程、 前記電気抵抗変化の検知結果に基づき、前記単結晶の成
長を開始する工程以上の工程を具備することを特徴とす
る単結晶の製造方法。 - 【請求項３】 前記融液は、さらに融剤を含むことを特
徴とする請求項１または２記載の単結晶の製造方法。 - 【請求項４】 単結晶原料を含む融液と種結晶とを接触
せしめ、前記融液を徐冷するとともに前記種結晶を回転
しつつ、前記種結晶上に単結晶を成長させる手段を有す
る単結晶の製造装置であって、 前記種結晶と前記融液との接触状態を、 前記種結晶と前記融液との間の電気抵抗変化により検知
する手段を具備することを特徴とする単結晶の製造装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35550197A JPH11180795A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 単結晶の製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35550197A JPH11180795A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 単結晶の製造方法および製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11180795A true JPH11180795A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18444324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35550197A Pending JPH11180795A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 単結晶の製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11180795A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009280411A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Tokuyama Corp | フッ化金属単結晶体製造用の種結晶体 |
| JP2014508704A (ja) * | 2011-02-17 | 2014-04-10 | クライツール スポル．エス アール．オー． | 最高５００ｍｍの直径を有するガーネット型構造のドープ単結晶の調製方法 |
| KR101464564B1 (ko) * | 2013-01-23 | 2014-11-24 | 주식회사 엘지실트론 | 사파이어 잉곳의 제조방법 |
-
1997
- 1997-12-24 JP JP35550197A patent/JPH11180795A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009280411A (ja) * | 2008-05-19 | 2009-12-03 | Tokuyama Corp | フッ化金属単結晶体製造用の種結晶体 |
| JP2014508704A (ja) * | 2011-02-17 | 2014-04-10 | クライツール スポル．エス アール．オー． | 最高５００ｍｍの直径を有するガーネット型構造のドープ単結晶の調製方法 |
| KR101464564B1 (ko) * | 2013-01-23 | 2014-11-24 | 주식회사 엘지실트론 | 사파이어 잉곳의 제조방법 |
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