JPS632887A - 四硼酸リチウム単結晶の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は回転引上法による酸化物単結晶の製造方法なら
びにその製造装置に関し、特に弾性表面波基板に好適な
四硼酸リチウム（以後ＬＢＯと記載する）単結晶の大口
径化、製造歩留り向上ならびに製造効率を改良するもの
である。

（従来の技術） 酸化物単結晶として知られているタンタル酸リチウム及
びニオブ酸リチウムより融液の粘性が２〜３倍でありか
つ成長結晶からの熱放散が非常に悪いＬＢＯ単結晶を通
常の高周波誘導（以後ＨＦと記載する）加熱方式による
回転引上法で製造すると、気泡混入、セル成長及び成長
後の乱れ、透孔が発生し易く良質な大型の単結晶を得る
ことが難であった。

この単結晶の製造に当って使用するＨＦ加熱炉を第６図
により説明すると、アルミナ等の断熱材で構成する中空
の箱体２０を準備し、その蓋部２１中央ならびにこれに
隣接する前記箱体の一部を貫通する孔部２２を設け、こ
こを廻転さながら移動可能なシートホルダ２３を配置し
、その端末には後述する融液に接触する種結晶２４を固
定する。

この箱体２０の中空部２５にはバルブアルミナ２６を！
！２Ｉｉ！シ、その中央部に形成した凹所に載置する貴
金属るつぼ（Ｐｔが一般的）２７に四硼酸リチウム粉末
を充填する。この粉末は箱体２０の外周を捲回するＨＦ
加熱部２８の稼動によって融液とされ、これに接触する
種結晶２４を、これと−体となったシートホルダ２３に
よって回転しながら引上げて単結晶を製造するが、この
高温に維持した融液から低温度領域に引上げられた結晶
は次第に冷却されて熱歪を生じ時にはクラックが発生す
る。

と言うのは、前述のようにこの融液の粘性が極端に大き
く、かつ成長結晶からの熱放散性が著しく悪いので、単
結晶引上げ成長面での過冷却度が大きくなり成長界面が
不安定になる結果と考えられる。

その対策としては、るつぼより引上方向の保温構造を改
良して炉内温度勾配条件を最適化したり、１　ｍ　／　
ｈ以下に引上速度を制限することが知られている。

この炉内温度勾配条件を最適化する手段としては第６図
に示すようにアフタヒータ（以後加熱体と記載する）２
９を設けるのが通常であり、その取付けに当っては有底
筒状の白金るつぼ２７の周端からシートホルダ２３にか
けて箱体２０に加熱部２９を係止する。

このような温度勾配を緩める方法を採っても第７図に示
すように炉の中心線上、すなわち縦方向の温度分布は融
液面近傍で急変し、融液面とその上部５Ｉの位置におけ
る温度差（以下ΔＴと記載する）は８０℃程度になって
いる。

この温度勾配は白金るつぼ２７、加熱体２９ならびにＨ
Ｆ加熱部２８の相対位置、形状更には炉内の耐大物によ
ってもたらされる保温状態を製造する結晶に適合するよ
うに調整する。

（発明が解決しようとする問題点） 加熱炉の温度勾配を緩くすると結晶のクラック発生が少
なくなることが予想されるが、第５図のような加熱炉構
造では温度勾配を緩くし過ぎると気泡の混入、多結晶化
及び曲り等が発生する。第７図に示すＡ曲線のように逆
転した温度分布があると良質な結晶は得られず、径の制
御も難しく時には結晶が融液面から切離れてしまう、Ｈ
Ｆ加熱では白金るつぼ２７や加熱体２９の縁に高周波が
乗り易いためにその近傍がほかより高温となり第７図に
示す逆転現象が起り易い。

ＬＢＯ単結晶は比較的融点が低く（〜９２０℃）温度勾
配が作り難いことや、融液の粘性が高く熱伝導性が悪い
等の特性から、結晶化の熱エネルギを放散し難く、加熱
体２９を使用する従来の方法では加熱炉全体が低温度勾
配になってＬＢ○単結晶の引上げには適さない。

本発明は上記難点を克服した新規な四硼酸リチウム単結
晶の製造方法及びその製造装置を提供し、特にその製造
歩留り向上、製造効率の改善、更には大口径を達成する
ものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明者はＨＦ加熱方式を利用する加熱炉の温度勾配を
緩くするに当って、融液面と、ここから５Ｔｍシードホ
ルダ側の位置の温度差ΔＴを８０℃以下に、又るつぼ端
から引上方向の炉内温度勾配を５０℃／ａｉ以上に設定
すると、前述の逆転現象が発生することが防げるとの知
見を得た。

しかも、この設定条件を満足するには有底筒状の資金族
るつぼ端から底部方向に向けて複数のスリットを設ける
と共に、このるつぼ周縁から炉を構成する箱体にかけて
断熱材から構成され箱体中空部を横切る熱遮蔽板を配置
することが必要であることを確認した。

本発明はこのような事実を基に完成したもので。

四硼酸リチウム単結晶の大型化、歩留り向上ならびに製
造効率の向上を図ったものである。

（作用） ΔＴが８０℃を越えると廻転引上法で得られる四硼酸リ
チウム単結晶にクラックが発生する割合が急激に増大し
、白金るつぼ端から引上方向におけ。

る炉の温度勾配が５０℃／ａＩ＋以下になると単結晶長
が３０ｍ以上で単結晶径が不安定となる外に、多結晶が
発生し著しく歩留りが低下することが第４図に示すよう
に判明した。

引上法で得られる結晶は主に成長界面から結晶化した直
後に大きな熱歪を生じ、これが結晶にクラックをもたら
す原因になると想定される。

しかし、前述の条件下にあっては成長界面近傍の温度勾
配が逆転しない程度に緩くなっているので熱歪が減少し
、しかもるつぼ端から引上方向にかけての温度勾配が５
０℃／ａ１以上に保持されるために成長結晶から適切な
熱放散が得られ、結果として高品質なＬＢＯ単結晶が歩
留り良く製造可能となった。

しかも、このような設定条件を満足するには有底筒状の
るつぼ端から底部に向けて複数のスリットを形成し、更
にこのるつぼ端付近からシートホルダにかける中空箱体
の中空部を横切る熱遮蔽板を設置する必要があることが
明らかになった。

従って本発明では前記設定条件とこの炉構造を限定する
ものである。

（実施例） 先ず第２図により本発明に係る加熱炉を説明するが、従
来の技術欄で示したものと重複するところもあるが新番
号を付して述べる。

アルミナ等の断熱材で構成する中空の箱体１を準備し、
その蓋部２の中央部及びこれに隣接する前記箱体の一部
を貫通する孔部３を形成し、ここを廻転しながら移動可
能に配置するシートホルダ４端に種結晶５を固定して後
述する融液に接触引上げる。この箱体１の中空部６には
バルブアルミナ７を設け、その中央部に形成する凹所に
載置する有底筒状の白金るつぼ８には四硼酸リチウム粉
末を充填する。この箱体１の外周を捲回するＨＦ加熱部
の稼動によりこの粉末の融液が形成され。

これにシートホルダ４に固定する種結晶５を接触させて
から廻転しながら引上げて単結晶１２を製造する。

ところでこの加熱炉ではるつぼに複数のスリットＩＯな
らびに熱遮蔽板１１を設置する点が大きな特徴である。

第３図に示すように有底筒状の白金るつぼ８端にはその
底部方向に向けて複数のスリット１０が形成されており
、このるつぼ８端付近の箱体１には前述のように熱遮蔽
板１１を設置する。これはここから箱体１に向けて箱体
１の中空部６を横切って設けその材質はアルミナで構成
し、その断面図を第６図に示した。

このような構造をもった単結晶製造装置を使用すると、
四硼酸リチウム融液面とその上部５ｍｍの位置間の温度
差ΔＴは第４図に示すように約６０℃であり、又白金る
つぼ８の端より上では約り０℃／ロ以上である。第１図
では縦軸に位置を示し横軸には温度℃を採り、融液より
上方に位置する熱遮蔽板までは１１ｍ＋又るつぼ分高さ
は６４ｎ＋である。この曲線は第７図に示した従来の構
造に較べて融液面近傍で緩くなっているが、るつぼ端上
部ではきつくすることが可能となっている。

この単結晶製造装置ならびに前述の設定条件を使用した
上で、ＨＦ加熱部の位置ならびにアルミナ等の断熱耐火
物の保温状態を勘案して約２０本の５０１１ｍＩφＸ５
０ａ＋＋Ｌのり、Ｂ、Ｏ単結晶を引上げ、その結果を第
４図にプロットした。この図では縦軸にへＴ横軸に温度
勾配ｄｔ”ｃ／ａｍを採り、多結晶発生及びクラックが
全く無かった結晶は０印、クラックの入った結晶を×印
りラックは無いが多結晶化部分があったり多結晶化して
再融解後作り直した結晶はΔ印とした。この図から明ら
かなようにΔＴ≧８０℃、　ｄｔ≦５０℃／ａ！＋の領
域では殆ど良品が得られず、この図からも本発明におけ
る設定条件の妥当性が判明する。

尚熱遮蔽板１１としては第２図ｔこ示したものに代えて
第５図に示す環状遮蔽板を使用しても９０％程度の歩留
りで５０＋ｍφＸ５０ｎｎ＋ＬのＬＢＯ単結晶が得られ
た。

〔発明の効果〕

本発明ではＬＢＯ単結晶を廻転引上法で製造するに当り
、成長界面近傍の温度勾配を十分に緩めてもるつぼ上部
での温度勾配が逆転することなく、結晶化の熱エネルギ
放散に必要な温度勾配が得られ、クラック、気泡混入な
らびに曲り等が発生しない５０ｍφＸ５０ｍｎ＋φＬの
ＬＢＯ単結晶を約９０％の歩留りで製造できるので、量
産上の効果は著しいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造装置の温度分布を示す図、第
２図はその製造装置の断面図、第３図はこの製造装置に
適用するるつぼの斜視図、第４図はこの製造装置によっ
て製造した結晶品質と温度分布の相関図、第５図は本発
明装置に使用する熱遮蔽板の断面図、第６図は従来の製
造装置断面図、第７図は第６図に示す装置の温度分布を
示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）貴金族製るつぼに充填した四■酸リチウムを高周
   波誘導加熱によって融液とし、これに接触する種結晶を
   廻転しながら引上げて単結晶を製造するに当り、この融
   液面から引上方向５ｍｍ迄の温度差を８０℃以下に維持
   しかつ前記るつぼ端から引上方向の温度勾配を５０℃／
   ｃｍ以上に保持することを特徴とする四■酸リチウム単
   結晶の製造方法置。
2. （２）断熱材で構成する箱体と、この箱体外周に配置す
   る高周波誘導加熱部と、前記箱体の蓋部中央に位置しそ
   の中空部に連通する孔部と、前記箱体の中空部に載置す
   る貴金属製の有底筒状るつぼと、前記孔部を廻転しなが
   ら移動可能に設置するシートホルダと、このシートホル
   ダ端末に設置し前記るつぼ内融液に接触可能な種結晶と
   、前記るつぼ開口周壁に設ける複数のスリットと、前記
   るつぼ周端付近の箱体に係止しここから前記るつぼ端に
   かけて前記中空部を横切る熱遮蔽体とを具備することを
   特徴とする四■酸リチウム単結晶の製造装置。