JPS62245201A - Chemical phase synthesizing method for crystal stock having curvature - Google Patents

Chemical phase synthesizing method for crystal stock having curvature

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JPS62245201A
JPS62245201A JP8969886A JP8969886A JPS62245201A JP S62245201 A JPS62245201 A JP S62245201A JP 8969886 A JP8969886 A JP 8969886A JP 8969886 A JP8969886 A JP 8969886A JP S62245201 A JPS62245201 A JP S62245201A
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JP
Japan
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substrate
crystal
conical
curvature
crystals
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JP8969886A
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Japanese (ja)
Inventor
Motoharu Kikuchi
菊池 茂登治
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a crystal stock which has curvature by a direct CVD method and to decrease a grinding allowance by heating a substrate disposed with circular conical or pyramidal crystals having the same compsn. as the compsn. to be synthesized and introducing a gaseous raw material thereto to deposit the resulted product of decomposition and reaction thereon. CONSTITUTION:The metallic vapor transported by a reactive gas and carrier gas spreads to the substrate 9 surface, the steps between the substrate 9 surface and the circular conical or pyramidal crystals 21 or the surfaces, etc. of the circular conical or polycrystals 21 and deposits on all thereof in the case of disposing the circular conical crystal 21 on the surface of, for example, the substrate 9 and executing CVD synthesis. The growing surfaces of the growing crystals 21 become gradually gentle when the deposition progresses. The growing surface of the polycrystal 11 deposited on the substrate 9 has the convex spherical faces approximately the same as the convex spherical faces of the lenses to be formed if the height of the circular conical crystals 21, the diameter of the base thereof and/or the disposing position on the substrate 9 surface are adequately selected. The grinding allowance 27 is thereby extremely decreased in the case of grinding the lenses 13 having the convex spherical faces from the polycrystal stock 23.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、結晶素材の気相合成法に関する。更に詳しく
は、曲率を持った結晶素材を製造するに際して好適な、
曲率を持った表面形状を有する結晶を製造し得る化学気
相合成法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for vapor phase synthesis of crystalline materials. More specifically, suitable for producing a crystal material with curvature,
This invention relates to a chemical vapor phase synthesis method capable of producing crystals having a surface shape with curvature.

従来の技術 レーザ、光検知器等の光学機器には、光を反射するミラ
ーあるいは、光を透過するレンズ、光学窓等の光学部品
が不可欠である。
Conventional optical devices such as lasers and photodetectors require optical components such as mirrors that reflect light, lenses that transmit light, and optical windows.

透過型の光学部品の材料としては、可視部においては光
学ガラスが最も広く利用されている。しかしながら、光
学機器の発展に伴い、光学材料に要求される特性の範囲
がしだいに拡大され、多様化してきている。
Optical glass is the most widely used material for transmission-type optical components in the visible region. However, with the development of optical equipment, the range of properties required of optical materials has gradually expanded and become more diverse.

例えば、光学機器によっては、赤外部あるいは紫外部の
波長範囲にあたる光を透過させる光学材料が要求される
。また、より高屈折率低分散のレンズが要求される場合
、上記光学ガラスによってはその要求を満たすことがで
きない場合がある。
For example, some optical devices require optical materials that transmit light in the infrared or ultraviolet wavelength range. Further, when a lens with a higher refractive index and lower dispersion is required, the above-mentioned optical glass may not be able to meet the requirement.

以上説明したような、光学ガラスでは達成し得ない光学
的特性を満すものとして、結晶が利用されている。
Crystals are used as a material that satisfies the optical properties described above that cannot be achieved with optical glasses.

結晶は、 i)広い波長範囲の光に対する透過率が大きく、適当な
結晶を選択することにより0.11〜70μの広い波長
範囲に利用できる、 ii)透過率、屈折率と分散の関係が一義的である、 由)複屈折、旋光などガラスにない性質を示す、等の光
学的特徴を有している。これらの特徴は嗟々な結晶の種
類によって異り、それぞれ用途に合せて選択される。
Crystals: i) have high transmittance for light in a wide wavelength range and can be used for a wide wavelength range of 0.11 to 70 μ by selecting an appropriate crystal; ii) the relationship between transmittance, refractive index, and dispersion is unique. It has optical characteristics such as birefringence and optical rotation, which are not found in glass. These characteristics vary depending on the type of crystal, and are selected depending on the intended use.

また、光学材料の選択には、上記光学的性質のほかに、
結晶の融点、硬度、へき開性、弾性定数、密度、熱衝撃
に対する強さ、熱膨張係数、熱伝導率、水に対する溶解
度、利用しろる結晶の大きさなどが問題となる。結晶は
、光学ガラスと比較して、熱衝撃に対する耐性が優れて
おり、特にCO□レーザ等の大出力レーザ用光学部品と
して適切である。
In addition to the above optical properties, when selecting optical materials,
Issues include the crystal's melting point, hardness, cleavability, elastic constant, density, strength against thermal shock, coefficient of thermal expansion, thermal conductivity, solubility in water, and the size of the crystal that can be used. Crystals have better resistance to thermal shock than optical glasses, and are particularly suitable as optical components for high-output lasers such as CO□ lasers.

しかしながら、単結晶材料においては、その大きさに制
限がある場合が多く、それに変わって多結晶によるもの
が採用される場合がある。多結晶を用いた光学材料は、
へき関せず、熱衝撃に強く、容易に大きなものが得られ
るほか、光学的特性においても単結晶に劣らない。
However, in many cases, there is a limit to the size of single crystal materials, and polycrystal materials may be used instead. Optical materials using polycrystals are
It is stable, resistant to thermal shock, can be easily obtained in large sizes, and has optical properties that are comparable to single crystals.

多結晶光学材料の製造法としては、結晶粉末を高温で加
圧成形する方法、化学的気相合成法(CVD合成法)等
が挙げられる。この内、CVD合成法は、原料歩留りお
よび結晶粒度の制御の点で優れた方法であり、例えばC
O□レーザ等の大出力レーザ用光学部品としては、CV
D合成法により得られたZn5e、 Zn S等が用い
られている。
Examples of methods for producing polycrystalline optical materials include a method of press-molding crystal powder at high temperature, a chemical vapor phase synthesis method (CVD synthesis method), and the like. Among these, the CVD synthesis method is an excellent method in terms of raw material yield and control of crystal grain size.
CV is an optical component for high output lasers such as O□ lasers.
Zn5e, ZnS, etc. obtained by the D synthesis method are used.

現在、CVD合成法を用いた多結晶光学部品の製造は、
CVD合成法により得られた平板状の多結晶素材より円
板状または円柱状の素材をくり抜き、外周および両面に
研削を施し、さらにラッピング、ポリッシングを行い所
定の形状および表面精度に仕上げられている。
Currently, the production of polycrystalline optical components using the CVD synthesis method is
A disc-shaped or cylindrical material is hollowed out from a flat polycrystalline material obtained by CVD synthesis, the outer periphery and both sides are ground, and the material is then lapped and polished to achieve the desired shape and surface accuracy. .

ここで、一般的なCVD合成法を用いた結晶光学部品の
製造方法を、多結晶素材を例にとり添付の第3図、第4
図(a)および第4図(5)を参照しつつ更に具体的に
説明する。
Here, we will explain how to manufacture crystalline optical components using a general CVD synthesis method using polycrystalline materials as an example, as shown in the attached Figures 3 and 4.
This will be explained in more detail with reference to FIG. 4(a) and FIG. 4(5).

添付第3図は、一般的な縦型CVD装置を説明するため
の概略断面図である。図示の如く、縦型CVD装置は、
直立した反応容器1と、反応容器1外部に設けられたヒ
ータ3と、反応容器1の外部と内部とを連通させ、H2
Se等の反応ガスを反応容器lの内部に導入する反応ガ
ス導入管5および不活性ガス等のキャリアガスと2n等
の溶融金属表面よりキャリアガスに運搬される溶融金属
の蒸気とを反応容器1の内部に導入するキャリアガス導
入管7とを備えている。
The attached FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a general vertical CVD apparatus. As shown in the figure, the vertical CVD equipment is
The upright reaction vessel 1, the heater 3 provided outside the reaction vessel 1, and the outside and inside of the reaction vessel 1 are communicated with each other, and H2
A reaction gas introduction pipe 5 for introducing a reaction gas such as Se into the reaction vessel 1, a carrier gas such as an inert gas, and the vapor of the molten metal carried by the carrier gas from the surface of the molten metal such as 2n into the reaction vessel 1. A carrier gas introduction pipe 7 is provided to introduce the carrier gas into the inside of the carrier gas.

気相合成を行うに際して、まず基板9を適当な支持体(
図示せず)により、反応容器1内部に配置した後、基板
9をヒータ3により多結晶を生長させ乞のに適した温度
に加熱する。しかる後に、導入管5.7より反応ガスお
よび溶融金属の蒸気を含むキャリアガスとを反応容器1
内部の矢印の方向に導入する。反応ガスおよびキャリア
ガスに運搬される溶融金属の蒸気は、適切な温度に加熱
された基板上で分解・反応し、その分解・反応生成物で
ある多結晶11が基板9の表面上に堆積される。例えば
、反応ガスとしてH2Seを、溶融金属蒸気としてZn
蒸気を用いた場合、基板9表面上には2nSeの多結晶
が堆積する。
When performing vapor phase synthesis, first the substrate 9 is placed on a suitable support (
(not shown), the substrate 9 is placed inside the reaction vessel 1, and then the substrate 9 is heated by the heater 3 to a temperature suitable for growing polycrystals. Thereafter, the reaction gas and the carrier gas containing molten metal vapor are introduced into the reaction vessel 1 through the introduction pipe 5.7.
Introduce it in the direction of the arrow inside. The molten metal vapor carried by the reaction gas and carrier gas decomposes and reacts on the substrate heated to an appropriate temperature, and the polycrystal 11 that is the decomposition and reaction product is deposited on the surface of the substrate 9. Ru. For example, H2Se as the reactant gas and Zn as the molten metal vapor.
When steam is used, 2nSe polycrystals are deposited on the surface of the substrate 9.

上記基板9としては、一般に第4図(a)に示されるよ
うな、正方形断面、あるいは第4図ら)に示されるよう
な六角形断面の多角筒に組み立てられたものが用いられ
る。これらの基板9上に堆積した多結晶素材11は、基
板9より取りはずされ、解体され平板とされる。
The substrate 9 is generally assembled into a polygonal tube having a square cross section as shown in FIG. 4(a), or a hexagonal cross section as shown in FIG. 4(a). The polycrystalline materials 11 deposited on these substrates 9 are removed from the substrates 9 and disassembled into flat plates.

かくして得られた平板状多結晶から、円板状あるいは円
柱状の光学部品素材を切り出し、所定の形状に研削し、
さらにラッピング、ポリッシング等により精密な表面に
仕上げることにより、多結晶の光学部品が得られる。
A disc-shaped or cylindrical optical component material is cut out from the plate-shaped polycrystal obtained in this way, and is ground into a predetermined shape.
Furthermore, a polycrystalline optical component can be obtained by finishing the surface with precision by lapping, polishing, etc.

しかしながら、上述した多結晶光学部品の製造法は、以
下に説明するような問題点を有していた。
However, the method for manufacturing polycrystalline optical components described above has the following problems.

発明が解決しようとする問題点 すでに述べたように、従来のCVD法により形成された
多結晶を素材として用いた場合、光学部品は平板型の基
板上に堆積した平板状多結晶より得られる。従って、一
方の表面が凸球面となった凸レンズを製造する場合、研
削代が大きくなるばかりでなく、長い作業時間を要する
等の欠点があった。
Problems to be Solved by the Invention As already mentioned, when polycrystals formed by the conventional CVD method are used as materials, optical components are obtained from flat polycrystals deposited on flat substrates. Therefore, when manufacturing a convex lens in which one surface is a convex spherical surface, there are drawbacks such as not only a large amount of grinding allowance but also a long working time is required.

即ち、CVD合成法において、添付第2図(a)に図示
される如き平板型基板9を用いた場合、第2図(b)に
示されるように、基板9上に堆積する多結晶llは、平
板状である。その結果、第2図(C)から明らかなよう
に、得られる平板状多結晶素材12より凸球面を有する
凸レンズ13を製造する場合、上記のようにまず円板、
円柱状の素材を切出し、これを加工する関係上、大きな
研削代15を必要とし、これは作業時間を長くすると共
に原料歩留りを大巾に低下する。
That is, in the CVD synthesis method, when a flat substrate 9 as shown in attached FIG. 2(a) is used, the polycrystalline ll deposited on the substrate 9 is as shown in FIG. 2(b). , is plate-like. As a result, as is clear from FIG. 2(C), when manufacturing a convex lens 13 having a convex spherical surface from the obtained flat polycrystalline material 12, first a disk,
Since a cylindrical material is cut out and processed, a large grinding allowance 15 is required, which lengthens the working time and greatly reduces the raw material yield.

以上、多結晶素材を例とし、従来技術およびその問題点
を説明してきた。しかしながら、上記問題点は、CVD
法による単結晶光学部品の製造においても同様に存在す
る。即ち、単結晶製凸レンズの製造は、やはり平板状の
単結晶素材より凸レンズを切出すことにより行われるも
のであり、大きな切削代による、作業時間の延長、原料
歩留りの低下はまぬがれ得ない。
The conventional techniques and their problems have been explained above using polycrystalline materials as an example. However, the above problems are caused by CVD
This also exists in the production of single-crystal optical components by the method. That is, manufacturing a single crystal convex lens is still carried out by cutting out a convex lens from a flat single crystal material, and the large cutting allowance inevitably increases the working time and reduces the raw material yield.

従って、本発明の目的は、上記従来の光学部品用結晶の
CVD法による合成法の問題点を解決し、原料歩留りの
良い光学部品用結晶をCVD法により合成することにあ
る。
Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the conventional method of synthesizing crystals for optical components using the CVD method, and to synthesize crystals for optical components with a high raw material yield using the CVD method.

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記従来技術の問題点を解決すべく、種々
検討した結果、CVD合成法にて直接凸球面を有する結
晶素材を形成することが、上記本発明の目的を達成する
上で、非常に有利であるとの知見を得、本発明を完成し
た。
Means for Solving the Problems As a result of various studies in order to solve the problems of the above-mentioned prior art, the inventor of the present invention found that the present invention can directly form a crystalline material having a convex spherical surface by a CVD synthesis method. The present invention was completed based on the finding that it is very advantageous in achieving the objective.

即ち、本発明の化学気相合成法は、基板表面に合成しよ
うとする結晶と同一の組成を有する円錐形あるいは多角
錐形の結晶を配置した後、該基板を所定の温度に加熱し
、該基板上に原料ガスを導入して分解・反応生成物を堆
積させ結晶を合成することを特徴とする。
That is, in the chemical vapor phase synthesis method of the present invention, a conical or polygonal pyramidal crystal having the same composition as the crystal to be synthesized is placed on the surface of a substrate, and then the substrate is heated to a predetermined temperature. It is characterized by introducing a raw material gas onto a substrate and depositing decomposition and reaction products to synthesize crystals.

本発明において、基板上に配置する円錐状あるいは多角
錐状の結晶は、単結晶および多結晶のいずれであっても
よい。また、その先端をそれほど細くする必要はなく、
従って通常のダイヤモンド工具等による研削加工で容易
に作製することができる。
In the present invention, the conical or polygonal pyramidal crystal disposed on the substrate may be either single crystal or polycrystal. Also, there is no need to make the tip so thin.
Therefore, it can be easily manufactured by grinding using a normal diamond tool or the like.

また、製造する凸レンズの曲率および直径に応じて、上
記円錐形または多角錐形の結晶の高さ、底面の形状およ
びその配置間隔を適宜選択することが好ましい。
Further, it is preferable to appropriately select the height of the conical or polygonal pyramidal crystal, the shape of the bottom surface, and the arrangement interval thereof, depending on the curvature and diameter of the convex lens to be manufactured.

例えば、大きな曲率の多結晶製凸レンズを製造する場合
、その凸レンズの曲率とほぼ同一の大きな曲率の凸球面
を有する多結晶素材を得ることが好ましく、このような
多結晶素材は、高さのある円錐状あるいは多角錐状の多
結晶または単結晶を用いることにより得ることができる
。また、より大きな直径の凸レンズを製造する場合、凸
レンズの直径に合せて大きな直径の凸・球面を有する多
結晶素材を得ることが好ましく、円錐状あるいは多角錐
状多結晶の基板上での配置間隔を広げることにより得ら
れる。
For example, when manufacturing a polycrystalline convex lens with a large curvature, it is preferable to obtain a polycrystalline material having a convex spherical surface with a large curvature that is almost the same as the curvature of the convex lens. It can be obtained by using conical or polygonal pyramidal polycrystals or single crystals. In addition, when manufacturing a convex lens with a larger diameter, it is preferable to obtain a polycrystalline material having a convex or spherical surface with a large diameter to match the diameter of the convex lens, and the arrangement interval on the substrate of conical or polygonal pyramidal polycrystals. It is obtained by expanding .

また、直径の大きな凸球面を有する多結晶素材を得る場
合、堆積する多結晶の堆積量を少なくして所定の球面を
得るためには、多結晶素材の成長過程で、その成長表面
に段差ができにくくすることが好ましい。従って、より
底面積の大きな円錐状あるいは多角錐状の結晶を用いる
ことが好ましい。
In addition, when obtaining a polycrystalline material having a convex spherical surface with a large diameter, in order to reduce the amount of deposited polycrystals and obtain a desired spherical surface, it is necessary to create a step on the growth surface during the growth process of the polycrystalline material. It is preferable to make it difficult to do so. Therefore, it is preferable to use a conical or polygonal pyramidal crystal with a larger base area.

本発明において、上記の如く、基板上に配置される円錐
状あるいは多角錐状の結晶の高さ、底面の形状、寸法あ
るいは配置間隔等と、基板上に堆積される結晶素材の形
状、例えば結晶素材の凸球面の曲率、底面の半径等との
間には密接な関係がある。従って、予め種々の結晶合成
条件の下で、上記結晶素材の表面形状、即ち11曲率、
半径等と、基板上に配置される円錐状あるいは多角錐状
結晶の高さ、底面の最大半径あるいは両者の比との関係
を求め、その結果から検量線を作成しておくことが好ま
しい。
In the present invention, as described above, the height, bottom shape, dimensions, or spacing of the conical or polygonal pyramidal crystal placed on the substrate, and the shape of the crystal material deposited on the substrate, such as the crystal There is a close relationship between the curvature of the convex spherical surface of the material, the radius of the base, etc. Therefore, under various crystal synthesis conditions in advance, the surface shape of the crystal material, that is, 11 curvature,
It is preferable to determine the relationship between the radius, etc., the height of the conical or polygonal pyramidal crystal disposed on the substrate, the maximum radius of the base, or the ratio of both, and create a calibration curve from the results.

本発明にふいて、上記基板表面への上記円錐状あるいは
多角錐状結晶の支持・固定法は、堆積される結晶の汚染
の問題がなく、確実に支持固定できるものであればよく
、特に限定しない。例えば、基板表面に対応する断面形
状、あるいは外接円形断面の凹部を設け、該凹部に、該
円錐状あるいは多角錐状の結晶を嵌合することにより行
うことがその好ましい例として挙げられる。また、該結
晶と該基板との嵌合をより確実とするために、該結晶を
、その底部に上記凹部と同一形状を有し、かつ僅かに小
さな寸法の嵌合部を有するものとすることもできる。
According to the present invention, the method for supporting and fixing the conical or polygonal pyramidal crystal on the surface of the substrate may be any method as long as it does not cause the problem of contamination of the deposited crystals and can be reliably supported and fixed, and there are no particular limitations. do not. For example, a preferred example is to provide a recess with a cross-sectional shape corresponding to the substrate surface or a circumscribed circular cross-section, and to fit the conical or polygonal pyramidal crystal into the recess. Further, in order to more securely fit the crystal and the substrate, the crystal should have a fitting part at its bottom that has the same shape as the recessed part and has slightly smaller dimensions. You can also do it.

更に、製造される結晶への汚染物質の混入を防止するた
めに、上記基板上に配置する円錐状あるいは多角錐状の
結晶はプラズマエツチング等のドライエツチングあるい
は化学エツチングにより表面の異物を除去しておくこと
が好ましい。例えば、Zn5eSZn Sでは、HCI
の50%溶液に数分間浸漬することにより化学エツチン
グを行うことができる。
Furthermore, in order to prevent contaminants from being mixed into the manufactured crystal, foreign matter on the surface of the conical or polygonal pyramidal crystal placed on the substrate is removed by dry etching such as plasma etching or chemical etching. It is preferable to leave it there. For example, in Zn5eSZnS, HCI
Chemical etching can be performed by immersion in a 50% solution of for several minutes.

この処理により、円錐状あるいは多角錐状の多結晶と、
後に気相合成された結晶との間に介在物が取り込まれ、
製造される結晶が汚染されることはない。
This process produces conical or polygonal pyramidal polycrystals,
Inclusions are incorporated between the crystals that were later synthesized in the vapor phase,
The produced crystals are not contaminated.

かくして得られた基板を用いる本発明のCVD合成法は
、様々なCVD合成法、例えばハライドCVD法、光C
VD法、MOCVD法(meta lorgan 1c
CVD法)あるいはPCVD法(Plasma CVD
法)であり得る。
The CVD synthesis method of the present invention using the thus obtained substrate can be performed using various CVD synthesis methods, such as halide CVD method, photochemical
VD method, MOCVD method (meta organ 1c
CVD method) or PCVD method (Plasma CVD method)
law).

また、本発明の化学気相合成法は、種々の多結晶および
単結晶素材に凸球面を与えることができ、例えば、前出
の大出力レーザの凸レンズ材料として好適なZn5eS
2nS等、赤外用光学材料として適切な、NaC1,K
Br、 Ge5Si等および紫外用光学材料として適の
な5102、Ca F 2、A I 203等の凸球面
を有する結晶素材を有利に得ることができる。
Furthermore, the chemical vapor phase synthesis method of the present invention can provide a convex spherical surface to various polycrystalline and single crystalline materials.
2nS, etc., NaCl, K suitable as an infrared optical material
Crystal materials having convex spherical surfaces such as Br, Ge5Si, etc. and 5102, Ca F 2, A I 203, etc., which are suitable as ultraviolet optical materials, can be advantageously obtained.

作用 従来のCVD法の問題点を解決し、凸レンズ等の曲率を
持った多結晶部材を製造する上で、好適な多結晶素材を
得るためは、CVD法を上記の如く改良することが有利
である。
Effect It is advantageous to improve the CVD method as described above in order to solve the problems of the conventional CVD method and obtain a polycrystalline material suitable for manufacturing polycrystalline members with curvature such as convex lenses. be.

即ち、従来のCVD法により得られたZn5e SZn
 S等の結晶素材は平板状であり、これから切出した円
板または円柱状素材を研削等によって所定の曲率に加工
して凸レンズを製造するので、大きな研削代を必要とし
た。
That is, Zn5e SZn obtained by the conventional CVD method
A crystal material such as S has a flat plate shape, and a convex lens is manufactured by processing a disc or columnar material cut out from it into a predetermined curvature by grinding or the like, which requires a large amount of grinding allowance.

本発明の方法においては、表面上に、円錐状あるいは多
角錐状の結晶を配置した基板を用いることにより、直接
、曲率をもった表面形状を有する結晶素材を得ることが
できる。従って、この曲率をもつ部分を利用して、凸レ
ンズを製造することにより、研削代を著しく減少させる
ことが可能である。
In the method of the present invention, by using a substrate on which conical or polygonal pyramidal crystals are arranged, a crystal material having a surface shape with curvature can be directly obtained. Therefore, by manufacturing a convex lens using a portion having this curvature, it is possible to significantly reduce the grinding allowance.

このように予め所定の曲率に近い球面をもつ光学部品用
素材を作製するには回り込み性、付養回り性の点で優れ
たCVD法を利用することが重要であり、この点は本発
明の方法において必須の要件である。
In order to produce a material for optical components having a spherical surface close to a predetermined curvature in advance, it is important to use the CVD method, which is excellent in terms of wrap-around ability and feed-through ability, and this point is addressed by the present invention. This is an essential requirement in the method.

即ち、例えば、多結晶素材を例にとれば、添付第1図(
a)に示す如く基板9の表面上に、円錐状の結晶21を
配置し、CVD合成を行った場合、反応ガスおよびキャ
リアガスにより運搬された金属蒸気は、基板9表面、基
板9表面と円錐状あるいは多角錐状結晶21との段差、
円錐状あるいは多結晶21表面等にまわりこみ、そのす
べてに堆積する。
That is, for example, if we take a polycrystalline material as an example, the attached Figure 1 (
When a conical crystal 21 is arranged on the surface of the substrate 9 and CVD synthesis is performed as shown in a), the metal vapor carried by the reaction gas and the carrier gas flows between the surface of the substrate 9, the surface of the substrate 9, and the conical crystal. or a step with the polygonal pyramidal crystal 21,
It wraps around the surface of the conical or polycrystalline 21 and is deposited on all of them.

この堆積が進むと、成長する結晶21の成長表面は、し
だいになだらかとなる。
As this deposition progresses, the growth surface of the growing crystal 21 gradually becomes gentler.

かくして、円錐状結晶21の高さ、その底面の径および
/または基板9表面上への配置位置を適当に選択すれば
、添付第1図ら〕に示されるように、基板9上に堆積し
た多結晶11の成長表面は、製造するレンズとほぼ同一
の凸球面を有するものとなる。
Thus, by appropriately selecting the height of the conical crystal 21, the diameter of its bottom surface, and/or its placement position on the surface of the substrate 9, the polygons deposited on the substrate 9 can be reduced as shown in FIG. The growth surface of the crystal 11 has a convex spherical surface that is almost the same as the lens to be manufactured.

その結果、添付第1図(C)に示すように得られた多結
晶素材23より凸球面を有するレンズ13を研削等によ
り得る場合、研削代27は非常に少なくなる。
As a result, when a lens 13 having a convex spherical surface is obtained by grinding or the like from the polycrystalline material 23 obtained as shown in FIG. 1(C), the grinding allowance 27 becomes extremely small.

このことは作業時間の大巾な短縮と、光学部品製造歩留
りの大巾な改善を可能とし、製品コスト低下を図ること
が可能となる。
This makes it possible to significantly shorten the working time and greatly improve the manufacturing yield of optical components, thereby making it possible to reduce product costs.

以上、主に多結晶素材を例として説明してきたが、上記
結晶成長過程、その効果等は、単結晶素材に対しても同
様である。
Although the explanation has been given above mainly using a polycrystalline material as an example, the above crystal growth process, its effects, etc. are the same for a single-crystalline material.

実施例 以下、実施例により、本発明によるCVD合成法を更に
具体的に説明する。しかしながら、本実施例は本発明の
範囲を何等制限しない。
Examples Hereinafter, the CVD synthesis method according to the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. However, this example does not limit the scope of the invention in any way.

添付第2図(a)に示す如く、基板9上に穴を設け、高
さ3mm、底面の直径2mmの円錐状に、ダイヤモンド
工具により成形した2nSe多結晶27をその穴に嵌合
した。穴は、それぞれが50mm離れるように配置され
た。
As shown in the attached FIG. 2(a), a hole was made on the substrate 9, and a 2nSe polycrystal 27 formed by a diamond tool into a conical shape with a height of 3 mm and a bottom diameter of 2 mm was fitted into the hole. The holes were placed 50 mm apart from each other.

また、嵌合に際して、円錐状Zn5e多結晶27は、あ
らかじめ、50%HCI水溶液に5分間浸漬し化学エツ
チングを行った。
Furthermore, before fitting, the conical Zn5e polycrystal 27 was chemically etched by immersing it in a 50% HCI aqueous solution for 5 minutes.

かくして得られた基板9上に、添付第3図に示したCV
D装置によりZn5eGCV D合成した。即ち、本発
明による基板9を、適切な形状に組み立て反応管1の内
部に配置し、内部の圧力を5Q’l’orrに調節し、
キャリアガス導入管5を通してZn蒸気を含むキャリア
ガスArを、また反応ガス導入管7を通して反応ガス1
(2Seをそれぞれ流量0.5N1/分及び2. ON
I/分で導入した。この際、基板9の温度は700℃と
し、このような条件下で、基板9上にZn5e多結晶を
成長速度50μm7時で、200時間CVD法に従って
合成した。
On the thus obtained substrate 9, the CV shown in the attached FIG.
Zn5eGCV D was synthesized using D equipment. That is, the substrate 9 according to the present invention is assembled into an appropriate shape and placed inside the reaction tube 1, and the internal pressure is adjusted to 5Q'l'orr.
A carrier gas Ar containing Zn vapor is introduced through the carrier gas introduction pipe 5, and a reaction gas 1 is introduced through the reaction gas introduction pipe 7.
(2Se with a flow rate of 0.5N1/min and 2.ON
It was introduced at I/min. At this time, the temperature of the substrate 9 was set to 700° C., and under these conditions, Zn5e polycrystals were synthesized on the substrate 9 according to the CVD method at a growth rate of 50 μm for 200 hours.

かくして基板9上に形成されたZn5e多結晶21は、
添付第1図(b)に示すような堆積分布であり、それぞ
れの中心が50mmづつ離れた、はぼ半径2Qmm、曲
率5Qmmの凸球面部を有するものであった。
The Zn5e polycrystal 21 thus formed on the substrate 9 is
The deposition distribution was as shown in the attached FIG. 1(b), and each had convex spherical portions with a radius of 2 Q mm and a curvature of 5 Q mm, with their centers spaced apart by 50 mm.

この多結晶2より半径19.95mm 、曲率60闘の
凸球面を有する直径38.1mmの凸レンズを製造した
ところ、研削代が非常に少なかった。また、得られた凸
球面レンズは、光学的に従来法によるものと何等変らな
かった。
When a convex lens with a diameter of 38.1 mm and having a convex spherical surface with a radius of 19.95 mm and a curvature of 60 mm was manufactured from this polycrystal 2, the grinding allowance was extremely small. Furthermore, the obtained convex spherical lens was optically no different from that obtained by the conventional method.

発明の効果 以上、説明したように、CVD合成法による多結晶を用
いて凸球面を有するレンズを製造する場合、本発明の方
法に従って直接CVD法で曲率を有する結晶素材を得る
ことが有利である。
Effects of the Invention As explained above, when manufacturing a lens having a convex spherical surface using a polycrystal synthesized by CVD synthesis, it is advantageous to obtain a crystalline material having curvature by direct CVD according to the method of the present invention. .

従来法によれば、CVD合成法により得られる結晶素材
は、平板状であり、この結晶より凸球面を有するレンズ
を製造すると、大きな研削代を必要とする。
According to the conventional method, the crystal material obtained by the CVD synthesis method has a flat plate shape, and manufacturing a lens having a convex spherical surface from this crystal requires a large grinding allowance.

しかしながら、本発明によれば、基板上に合成させよう
とする結晶と同様の円錐形あるいは多角錐形結晶を配置
することにより、堆積分布を制御し、凸球面部を有する
多結晶および単結晶を得ることが可能となった。従って
、この凸球面部を利用して、はぼ同一の曲率半径の凸レ
ンズを製造することにより、著しく研削代を減少させる
ことが可能となる。
However, according to the present invention, by arranging conical or polygonal pyramidal crystals similar to the crystals to be synthesized on the substrate, the deposition distribution can be controlled and polycrystals and single crystals having convex spherical parts can be synthesized. It became possible to obtain. Therefore, by using this convex spherical surface portion to manufacture convex lenses having approximately the same radius of curvature, it becomes possible to significantly reduce the grinding allowance.

また、上記円錐状結晶等の高さ、その底面の径、基板上
での配置等を変えることにより、利用できる凸球面の半
径、曲率等を変化させることができるため、本発明のC
VD合成法により多様な凸レンズを少ない研削代で製造
することができ、極めて経済的である。
Furthermore, by changing the height of the conical crystal, the diameter of its base, the arrangement on the substrate, etc., the radius, curvature, etc. of the convex spherical surface that can be used can be changed.
By using the VD synthesis method, various convex lenses can be manufactured with a small amount of grinding allowance, and it is extremely economical.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

添付第1図(a)は、本発明によるCVD合成法に用い
る基板の断面図であり、 添付第1図(b)は、本発明の基板に堆積した多結晶の
形状を示す断面図であり、 添付第1図(C)は、本発明のCVD合成法により得ら
れた多結晶により凸レンズを製造した場合の、多結晶、
凸レンズおよび研削代の関係を示す図であり、 添付第2図(a)は、従来のCVD合成法に用いる基板
の断面図であり、 添付第2図(b)は、第2図(a)の基板上にCVD合
成法により堆積した多結晶素材の断面図であり、添付第
2図(C)は、従来のCVD合成法により得られた多結
晶から凸レンズを製造した場合の、多結晶、凸レンズお
よび研削代の関係を示す図であり、 添付第3図は、一般的な縦型CVD装置を示す概略断面
図であり、 添付第4図(a)および(b)は、一般的な縦型CVD
装置に用いられる基板の断面形状とその基板に堆積され
た多結晶の断面形状を示す図である。 (主な参照番号) ■・・反応室、 3・・ヒータ、 5・・反応ガス導入管、 7・・キャリアガス導入管、 9・・基板、 11・・多結晶、 12・・平板状多結晶素材、 13・・凸レンズ、 15・・研削代、 21・・円錐状または多角錐形結晶、 23・・多結晶素材
Attached FIG. 1(a) is a cross-sectional view of a substrate used in the CVD synthesis method according to the present invention, and attached FIG. 1(b) is a cross-sectional view showing the shape of polycrystals deposited on the substrate of the present invention. , Attached FIG. 1(C) shows the polycrystal,
FIG. 2(a) is a cross-sectional view of a substrate used in the conventional CVD synthesis method, and FIG. 2(b) is a diagram showing the relationship between a convex lens and a grinding allowance. FIG. 2(C) is a cross-sectional view of a polycrystalline material deposited on a substrate by CVD synthesis method, and attached FIG. This is a diagram showing the relationship between a convex lens and a grinding allowance. Attached Figure 3 is a schematic sectional view showing a general vertical CVD device, and attached Figures 4 (a) and (b) are a general vertical type CVD
FIG. 3 is a diagram showing the cross-sectional shape of a substrate used in the device and the cross-sectional shape of polycrystal deposited on the substrate. (Main reference numbers) ■... Reaction chamber, 3... Heater, 5... Reaction gas introduction tube, 7... Carrier gas introduction tube, 9... Substrate, 11... Polycrystal, 12... Flat polycrystalline Crystal material, 13. Convex lens, 15. Grinding allowance, 21. Conical or polygonal pyramidal crystal, 23. Polycrystalline material.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)合成しようとする結晶と同一の組成を有する円錐
形あるいは多角錐形の結晶を基板表面に配置した後、該
基板を所定の温度に加熱し、該基板上に原料ガスを導入
して分解・反応生成物を堆積させることを特徴とする曲
率をもった表面形状を有する結晶素材の化学気相合成法
(1) After placing a conical or polygonal pyramidal crystal having the same composition as the crystal to be synthesized on the surface of a substrate, heating the substrate to a predetermined temperature and introducing a source gas onto the substrate. A chemical vapor phase synthesis method for crystalline materials with a curvature on the surface, which is characterized by the deposition of decomposition and reaction products.
(2)予め、種々の結晶合成条件の下で、上記円錐状あ
るいは多角錐状の結晶の高さ、底面形状あるいは基板表
面上への配置と、化学気相合成により得られる結晶層の
曲率、直径あるいは厚さとの関係を求め、得られる検量
線に従って所定形状の結晶素材を合成することを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の化学気相合成法。
(2) In advance, under various crystal synthesis conditions, the height, bottom shape, or arrangement on the substrate surface of the conical or polygonal pyramidal crystal, and the curvature of the crystal layer obtained by chemical vapor phase synthesis, 2. The chemical vapor phase synthesis method according to claim 1, wherein a relationship between diameter or thickness is determined and a crystal material having a predetermined shape is synthesized according to the obtained calibration curve.
(3)上記基板が、該基板表面に凹部を有しており、上
記円錐状あるいは多角錐状の結晶が、該凹部に嵌合・固
定されることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
第2項に記載の化学気相合成法。
(3) Claim 1, wherein the substrate has a recess on the surface of the substrate, and the conical or polygonal pyramidal crystal is fitted and fixed in the recess. Or the chemical vapor phase synthesis method described in Section 2.
(4)上記円錐状あるいは多角錐状の結晶が、その下部
に、上記凹部と同一の形状を有し、かつ僅かに小さな寸
法の嵌合部を有することを特徴とする特許請求の範囲第
3項に記載の化学気相合成法。
(4) Claim 3, characterized in that the conical or polygonal pyramidal crystal has a fitting part at its lower part that has the same shape as the recessed part and has slightly smaller dimensions. Chemical vapor phase synthesis method described in Section.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011033616A1 (en) * 2009-09-16 2011-03-24 京セラオプテック株式会社 Optical element and infrared ray sensor for living body

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