(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直ブリッジマン法による単結晶の製造に用いる結晶育成るつぼにおいて、結晶育成るつぼ内には使用状態で水平となる複数の隔壁が設けられて内部空間が円盤状である複数の結晶育成室が形成されており、各々の隔壁には貫通小孔が設けられており、且つ育成単結晶の取り出しができるように組立、分解が可能である複数の円盤状単結晶を製造するための結晶育成るつぼであって、
上部に連結、分離が可能な連結手段が設けられている下端用底付き円筒体と、
複数の中間用底付き円筒体であって、各々の中間用円筒体の上部及び下部には該下端用円筒体又は該中間用円筒体との連結、分離が可能な連結手段が設けられており且つ該底には貫通小孔が設けられている該複数の中間用底付き円筒体と、
最上部の該中間用円筒体に分離可能に連結できる蓋体との組立体からなり、
該下端用底付き円筒体内部の一部分に、上方に開口していて該中間用底付き円筒体の底又は該円盤に密接するシード保持空間が形成されており、該シード保持空間は該貫通小孔と連通している結晶育成るつぼ。
【請求項２】
垂直ブリッジマン法による単結晶の製造に用いる結晶育成るつぼにおいて、結晶育成るつぼ内には使用状態で水平となる複数の隔壁が設けられて内部空間が円盤状である複数の結晶育成室が形成されており、各々の隔壁には貫通小孔が設けられており、且つ育成単結晶の取り出しができるように組立、分解が可能である複数の円盤状単結晶を製造するための結晶育成るつぼであって、
貫通小孔が設けられている複数の円盤と、
上部内周に該円盤を保持するための環状切り込みが設けられており且つ該環状切り込みの上方部に連結、分離が可能な連結手段が設けられている下端用底付き円筒体と、
複数の中間用円筒体であって、各々の中間用円筒体の上部内周に該円盤を保持するための環状切り込みが設けられており且つ該環状切り込みの上方部に連結、分離が可能な連結手段が設けられており、また、各々の中間用円筒体の下部外周には該下端用円筒体又は該中間用円筒体との連結、分離が可能な連結手段が設けられており且つ各々の中間用円筒体の下端が該環状切り込みに保持された該円盤に圧接できる構造になっている該複数の中間用円筒体と、
最上部の該中間用円筒体に分離可能に連結できる蓋体との組立体からなり、
該下端用底付き円筒体内部の一部分に、上方に開口していて該中間用底付き円筒体の底又は該円盤に密接するシード保持空間が形成されており、該シード保持空間は該貫通小孔と連通している結晶育成るつぼ。
【請求項３】
連結手段がネジ止め又は嵌合連結である請求項１又は２記載の結晶育成るつぼ。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれかに記載の結晶育成るつぼの各々の結晶育成室に原料を充填し、垂直ブリッジマン法により結晶を育成し、その後結晶育成るつぼを分解して複数の円盤状単結晶を得ることを特徴とする単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の径、所望の厚さの円盤状単結晶の製造方法及びその製造方法に用いる結晶育成るつぼに関し、より詳しくは、複数個の所望の径、所望の厚さの円盤状単結晶を一バッチ操作で製造する方法及びその製造方法に用いる結晶育成るつぼに関する。
【０００２】
【従来の技術】
種々の用途に用いられるＧａＡｓ、ＣａＦ2 、ＮａＩ、ＣｓＩ、Ｓｉ等の単結晶は生産工場から所定の径、所定厚さの円盤状単結晶として出荷されている。このような円盤状単結晶は、従来、所定の径の円柱状単結晶を育成し、所望の厚さに切断して製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円柱状単結晶の径が大きくなると、それにつれて切断が困難になり、また大型の切断機が必要になってくる。更に、切断時にクラックが入ったり、割れたりする。
本発明は、切断を必要とせずに、切断に伴うクラック、割れの発生がなく、所望の径、所望の厚さの円盤状単結晶を一バッチ操作で複数個製造する方法を提供することを課題としている。
また、本発明は、このような製造方法に用いる結晶育成るつぼを提供することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記の課題を達成するために鋭意検討した結果、複数の所望形状の結晶育成室を形成するように区画した結晶育成るつぼを用いて垂直ブリッジマン法を実施することにより上記の課題が達成されることを見いだし、本発明を完成した。
【０００５】
即ち、本発明の単結晶の製造方法は、後述する本発明の結晶育成るつぼの各々の結晶育成室に原料を充填し、垂直ブリッジマン法により結晶を育成し、その後結晶育成るつぼを分解して複数の円盤状単結晶を得ることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の複数の円盤状単結晶を製造するための結晶育成るつぼは、垂直ブリッジマン法による単結晶の製造に用いる結晶育成るつぼにおいて、結晶育成るつぼ内には使用状態で水平となる複数の隔壁が設けられて内部空間が円盤状である複数の結晶育成室が形成されており、各々の隔壁には貫通小孔が設けられており、且つ育成単結晶の取り出しができるように組立、分解が可能である結晶育成るつぼであって、
上部に連結、分離が可能な連結手段が設けられている下端用底付き円筒体と、
複数の中間用底付き円筒体であって、各々の中間用円筒体の上部及び下部には該下端用円筒体又は該中間用円筒体との連結、分離が可能な連結手段が設けられており且つ該底には貫通小孔が設けられている該複数の中間用底付き円筒体と、
最上部の該中間用円筒体に分離可能に連結できる蓋体との組立体からなり、
該下端用底付き円筒体内部の一部分に、上方に開口していて該中間用底付き円筒体の底又は該円盤に密接するシード保持空間が形成されており、該シード保持空間は該貫通小孔と連通していることを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明の複数の円盤状単結晶を製造するための他の結晶育成るつぼは、垂直ブリッジマン法による単結晶の製造に用いる結晶育成るつぼにおいて、結晶育成るつぼ内には使用状態で水平となる複数の隔壁が設けられて内部空間が円盤状である複数の結晶育成室が形成されており、各々の隔壁には貫通小孔が設けられており、且つ育成単結晶の取り出しができるように組立、分解が可能である結晶育成るつぼであって、
貫通小孔が設けられている複数の円盤と、
上部内周に該円盤を保持するための環状切り込みが設けられており且つ該環状切り込みの上方部に連結、分離が可能な連結手段が設けられている下端用底付き円筒体と、
複数の中間用円筒体であって、各々の中間用円筒体の上部内周に該円盤を保持するための環状切り込みが設けられており且つ該環状切り込みの上方部に連結、分離が可能な連結手段が設けられており、また、各々の中間用円筒体の下部外周には該下端用円筒体又は該中間用円筒体との連結、分離が可能な連結手段が設けられており且つ各々の中間用円筒体の下端が該環状切り込みに保持された該円盤に圧接できる構造になっている該複数の中間用円筒体と、
最上部の該中間用円筒体に分離可能に連結できる蓋体との組立体からなり、
該下端用底付き円筒体内部の一部分に、上方に開口していて該中間用底付き円筒体の底又は該円盤に密接するシード保持空間が形成されており、該シード保持空間は該貫通小孔と連通していることを特徴とする。
【０００９】
本発明の結晶育成るつぼにおいては、連結手段がネジ止め又は例えば受け孔と突起とによる嵌合連結であることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明を具体的に説明する。
本発明の結晶育成るつぼは、垂直ブリッジマン法により単結晶を製造するのに用いる結晶育成るつぼであり、図１に示すように、結晶育成るつぼ１内には使用状態で水平となる複数の隔壁２が設けられて複数の結晶育成室３が形成されており、各々の結晶育成室の内部形状は製造しようとする円盤状単結晶の形状より少し（冷却時の収縮の分及び荒研削する分）大きくなっており、各々の隔壁には貫通小孔４が設けられており、且つ育成単結晶の取り出しができるように組立、分解が可能なものであって、
図４に示すように、下端用底付き円筒体２２の内部の一部分に、上方に開口していて中間用底付き円筒体の底２に密接するシード保持空間２３が形成されており、該シード保持空間２３は貫通小孔４と連通しているものである。
【００１１】
上記のような結晶育成るつぼの下端用底付き円筒体２２以外の部分について図１及び図２に基づいて説明する。図１は複数の円盤状単結晶を一バッチ操作で製造するのに用いる結晶育成るつぼの一例の組み立てた状態を示す概略断面図であり、図２は図１に示す結晶育成るつぼの分解した状態を示す概略断面図である。
図１及び図２に示す結晶育成るつぼは、
上部外周５に連結、分離が可能な連結手段が設けられており且つ底６が設けられている下端用底付き円筒体７と、
上部外周８及び下部内周９に、該下端用底付き円筒体又は中間用円筒体との連結、分離が可能な連結手段が設けられており、底２（上記の隔壁２と同じもの）が設けられており且つ該底には貫通小孔４が設けられている複数の中間用底付き円筒体１０であって、その内部形状が製造しようとする円盤状単結晶の形状より少し（冷却時の収縮の分及び荒研削する分）大きくなっている該複数の中間用底付き円筒体１０と、
最上部の該中間用円筒体１０に分離可能に連結できる蓋体１１
とからなる組立体である。
【００１３】
本発明の結晶育成るつぼにおいては、複数の中間用底付き円筒体１０を連結して用いるのであるが、最上部に用いる中間用底付き円筒体１０は単に原料溜として用いることもできるが、結晶育成室兼原料溜として用いるために他の中間用底付き円筒体１０よりも深いものを用いることが好ましい。
また、本発明の結晶育成るつぼにおいては、貫通小孔４の位置は必ずしも底の中心位置にある必要はないが、結晶育成時の冷却ムラを防止し、結晶育成後の結晶育成るつぼの分解時に複数の円盤状単結晶がその貫通小孔に相当する部分で容易に切断されようにするためには底の中心位置にあることが好ましい。
【００１４】
上記の形式の結晶育成るつぼを用いて単結晶を製造する際には、下端用底付き円筒体７（本発明においてはシード保持空間２３。以下、本段落において同様。）及び複数の中間用底付き円筒体１０にそれぞれ原料を充填し、それらを連結し、更に蓋体１１を連結して、原料を収容した複数の結晶育成室を有する結晶育成るつぼを得るか、又は下端用底付き円筒体７に原料を充填し、それに中間用底付き円筒体１０を連結してその中に原料を充填し、この操作を繰り返し、最後に蓋体１１を連結して、原料を収容した複数の結晶育成室を有する結晶育成るつぼを得る。なお、原料は粉体又は塊状であるので、原料を結晶育成室３に充填した状態では必然的に空隙が生じることになり、溶融後に結晶育成室を充満するのに必要な量の原料を結晶育成室に充填することはできない。
【００１５】
次いで、垂直ブリッジマン法により、真空炉中で、例えば１×１０-3Ｐａまで減圧し、結晶育成るつぼ内の全原料を融解させる。この際、上記の原料中の空隙のために各結晶育成室３中の溶融体の容積が不足してくるが、その不足分は一つ上の結晶育成室３から貫通小孔４を通過して流入してくる。このようにして下方の結晶育成室から順番に溶融体で充填され、最終的には最上部の結晶育成室中の溶融体が減少する。従って、最上部の結晶育成室の容積が他の結晶育成室と同じである場合には、最上部の結晶育成室では単結晶の厚さが極めて薄くなるか、或いは単結晶が生じないこともある。
【００１６】
しかしながら、上記したように、最上部に用いる中間用底付き円筒体１０として他の中間用底付き円筒体１０よりもかなり深くして、多量の原料を充填することにより、最上部の結晶育成室で得られる単結晶の厚さを他の結晶育成室で得られる単結晶の厚さと同じにすることもできる。
次いで、例えば１ｍｍ／Ｈｒの速度で結晶育成るつぼを引下げ、結晶を育成する。この育成においては下端用底付き円筒体７の底６（本発明においては、例えば、シード保持空間２３の底）の最下端の尖った部分が結晶起点となり、先ず下端用底付き円筒体７内の結晶育成室で単結晶が育成され、次いで貫通小孔を通過してその上の結晶育成室で単結晶が育成され、順次上の結晶育成室に延びて行く。
【００１７】
結晶の育成が終了した後、結晶育成るつぼを分解する。その分解の際に、貫通小孔を介して連結していた複数の円盤状単結晶はその貫通小孔に相当する部分で容易に切断され、個々の円盤状単結晶となる。この円盤状単結晶の上下面を荒研削して所定の厚みの円盤状単結晶とする。
【００１８】
本発明の結晶育成るつぼの下端用底付き円筒体２２以外の部分について、他の具体例を図３に基づいて説明する。図３は複数の円盤状単結晶を一バッチ操作で製造するのに用いる結晶育成るつぼの一例の分解した状態を示す概略断面図である。
図３に示す結晶育成るつぼは、上部内周に円盤１２を保持するための環状切り込み１３が設けられており、該環状切り込み１３の上方部１４に連結、分離が可能な連結手段が設けられており且つ底１５が設けられている下端用底付き円筒体１６を有している。該環状切り込み１３には、貫通小孔４が設けられている円盤１２が保持される。その上方には、上部内周に該円盤１２を保持するための環状切り込み１７が設けられており且つ該環状切り込み１７の上方部１８に連結、分離が可能な連結手段が設けられており、また、下部外周１９には連結、分離が可能な連結手段が設けられている中間用円筒体２０が連結される。この下部外周１９にある連結手段は該下端用円筒体１６又は該中間用円筒体２０との連結に用いられ、また、該中間用円筒体２０の下端は該環状切り込み１３又は１７に保持された該円盤１２に圧接して該円盤１２を固定できる構造になっている。このように円盤１２の保持と中間用円筒体２０の連結とが繰り返され、そして最上部の中間用円筒体２０には蓋体２１が分離可能に連結される。
【００１９】
上記の形式の結晶育成るつぼを用いて単結晶を製造する際には、下端用底付き円筒体１５（本発明においてはシード保持空間２３）に、その環状切り込み１３の下端の高さまで原料を充填し、次いでその環状切り込み１３に円盤１２をはめ込み、その上に中間用円筒体２０を連結して円盤１２を固定し、その後その中間用円筒体２０の環状切り込み１７の下端の高さまで原料を充填し、順次上記の操作を繰り返し、最後に蓋体２１を連結して、原料を収容した複数の結晶育成室を有する結晶育成るつぼを得る。なお、原料を結晶育成室に充填した状態、単結晶の育成、円盤状単結晶の調製については図１及び図２に関連して説明したことと同様である。
【００２０】
本発明の結晶育成るつぼの具体例を図４に基づいて説明する。図４は図２に示した結晶育成るつぼとは下端用底付き円筒体の部分でのみ異なる、複数の円盤状単結晶を一バッチ操作で製造するのに用いる本発明の結晶育成るつぼの一例の分解した状態を示す概略断面図である。
図４に示すように、下端用底付き円筒体２２の内部の一部分に、上方に開口していて中間用底付き円筒体の底２に密接するシード保持空間２３が形成されており、該シード保持空間２３は貫通小孔４と連通している。該シード保持空間２３の底の形状については、単結晶の育成を確実にするために、公知の手段を採用すること、例えば、結晶起点が底の最下端の一点になるように底の最下端を尖らせ（最下端に円柱孔を設け、そこに種結晶を置く場合もある）、且つ結晶育成るつぼの内面を滑らかに仕上げることが好ましい。
【００２１】
上記の形式の結晶育成るつぼを用いて単結晶を製造する際には、該シード保持空間２３に原料を充填し、その他は図２に関連して説明した通りに原料の充填、単結晶の育成、円盤状単結晶の調製を実施した。この結晶育成るつぼを用いた場合には、該シード保持空間２３中で育成された単結晶は単結晶の表面状態、内部状態等の検査用に用いることができる。
【００２２】
この下端用底付き円筒体２２は図３に示した結晶育成るつぼにも同様に取り付けることできる。
本発明の結晶育成るつぼにおいては、連結手段として公知の任意の連結手段を用いることができるが、結晶育成時の冷却が均一に進行するように、例えば、螺嵌、嵌合によって連結することが好ましい。
【００２３】
【実施例】
ホタル石の原石を５ｍｍ以下に粉砕し、フッ化水素酸に浸漬し、攪拌してＦｅ等の不純物を除去した。このものを単結晶育成用原料として用いた。
黒鉛を用いて図４に示す形状の結晶育成るつぼを製作した。シード保持空間２３の内径を３０ｍｍとし、高さを４０ｍｍとし、中間用底付き円筒体１０の外径を２５０ｍｍとし、中間用底付き円筒体１０によって形成される結晶育成室の内径を２４０ｍｍとし、高さを６０ｍｍとし、この中間用底付き円筒体１０を４段重ね、その上に原料溜を乗せ、全部で３５ｋｇの原料を充填した。この原料を充填した結晶育成るつぼを真空炉中配置し、１×１０-3Ｐａまで減圧した。所定の真空度に達した後、ヒーターに通電して加熱し、結晶育成るつぼ内の全原料を融解させた。所要の時間融解状態に維持した後、１ｍｍ／Ｈｒの速度で結晶育成るつぼを降下させて結晶を育成させた。結晶の育成が終了した後、結晶育成るつぼの降下を停止し、６０時間で室温まで降下させた。
【００２４】
室温まで降下した後、結晶育成るつぼを分解した。その分解の際に、貫通小孔を介して連結していた４個の円盤状単結晶はその貫通小孔に相当する部分で容易に切断され、個々の円盤状単結晶となった。この円盤状単結晶の上下面を荒研削して直径２３０ｍｍ、厚さ５０ｍｍの円盤状フッ化カルシウム結晶を得た。この結晶は単結晶であり、その特性は所定の径の円柱状単結晶を育成して所望の厚さに切断して製造した単結晶との特性と全く同じであった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の結晶育成るつぼを用い、本発明の単結晶の製造方法を採用することにより、切断を必要とせずに、従って大型の切断機を必要とせずに、複数個の所望の径、所望の厚さの円盤状単結晶を一バッチ操作で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  結晶育成るつぼの一例の組み立てた状態を示す概略断面図である。
【図２】  図１に示す結晶育成るつぼの分解した状態を示す概略断面図である。
【図３】  結晶育成るつぼの他の例の分解した状態を示す概略断面図である。
【図４】  本発明の結晶育成るつぼの一例の分解した状態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１    結晶育成るつぼ
２    隔壁又は底
３    結晶育成室
４    貫通小孔
５    下端用底付き円筒体の上部外周
６    下端用底付き円筒体の底
７    下端用底付き円筒体
８    中間用円筒体の上部外周
９    中間用円筒体の下部内周
１０  中間用円筒体
１１  蓋体
１２  貫通小孔が設けられている円盤
１３  下端用底付き円筒体の環状切り込み
１４  下端用底付き円筒体の環状切り込みの上方部
１５  下端用底付き円筒体の底
１６  下端用底付き円筒体
１７  中間用円筒体の環状切り込み
１８  中間用円筒体の環状切り込みの上方部
１９  中間用円筒体の下部外周
２０  中間用円筒体
２１  蓋体
【図１】
0003689717.tif 000002
【図２】
0003689717.tif 000003
【図３】
0003689717.tif 000004
【図４】
0003689717.tif 000005