(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波加熱方式での単結晶育成に用いるための単結晶育成用るつぼであって、
基材が高融点金属製のるつぼ本体を有し、前記るつぼ本体の全面を白金で被覆し、るつぼ本体外側の白金層の厚みをスキン  デップス以上の厚みとしたことを特徴とする単結晶育成用るつぼ。
【請求項２】
前記高融点金属はイリジウム、タングステンのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の単結晶育成用るつぼ。
【請求項３】
高周波加熱方式での単結晶育成に用いるための単結晶育成用るつぼであって、
基材が酸化物製のるつぼ本体を有し、前記るつぼ本体の全面を白金で被覆し、るつぼ本体外側の白金層の厚みをスキン  デップス以上の厚みとしたことを特徴とする単結晶育成用るつぼ。
【請求項４】
前記酸化物は酸化アルミニウムあるいは酸化ジルコニウムであることを特徴とする請求項３記載の単結晶育成用るつぼ。
【請求項５】
１４００〜１７７０℃の温度範囲、かつ酸素雰囲気下で使用することを特徴とする請求項１から４記載のいずれかの単結晶育成用るつぼ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は単結晶育成用るつぼ、さらに詳細には酸化物単結晶育成に使用する原料溶融用のるつぼに関するものである。
【０００２】
【従来の枝術】
従来の酸化物単結晶育成に使用する原料溶融用るつぼとしては、貴金属である白金製るつぼもしくはイリジウム製るつぼが広く用いられている。るつぼ材は、育成対象材料の融液もしくは溶液の溶融温度および原料との反応性に応じて選択される。白金ならびにイリジウムは一般に酸化物との耐反応性を有しており、るつぼ材として広く用いられている。溶融温度の観点から言えば、１４００℃以下の溶融温度を有した原料から単結晶を育成する場合、加工性に富み価格の安い白金が選択されることが多い。また、白金の軟化や融解が始まり、るつぼの形状を維持できない１７７０℃以上の溶融温度を有した原料から単結晶を育成する場合、イリジウム製るつぼが選択される。上記温度範囲の中間にあたる１４００℃から１７７０℃の範囲では、主に四種素材で製作されたるつぼが広く使用されている。具体的には、（１）強度が下がりるつぼの変形が激しい白金、（２）るつぼ材の融点を上げた白金−ロジウム合金や白金−イリジウム合金、（３）白金に比して強度を高めた酸化ジルコニウム添加白金、（４）高温用イリジウムである。
【０００３】
しかしながら、上記中間温度で用いられているるつぼにはそれぞれ以下の短所がある。白金製るつぼの場合、繰り返し使用による原料の溶融固化の繰り返しでるつぼ形状が著しく変形し、るつぼの単結晶育成使用回数が１４００度以下の使用回数に比して著しく減少する。酸化ジルコニウム添加白金製るつぼの場合、るつぼ材の融点は変化しないため、１６００℃以上の使用には白金るつぼと同様に機械的強度が下がり、るつぼ形状の変形が激しい。白金−ロジウム合金製るつぼの場合、ロジウムが原料に溶けだし育成結晶に混入する。白金−イリジウム合金もしくはイリジウム製るつぼの場合、使用雰囲気が窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気に限定される。酸素雰囲気ではるつぼ材の酸化消耗が激しく、使用できない。
【０００４】
従って、るつぼの単結晶育成使用回数、育成単結晶への不純物混入抑止という観点を踏まえ、これまでるつぼ材は白金−イリジウム合金やイリジウムが広く用いられてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、育成単結晶は酸化物であるため、その構成元素として酸素を含んでいる。窒素などの不活性雰囲気で酸化物単結晶を育成した場合、しばしば育成単結晶内への酸素の取り込み量が十分でなく、酸素欠損という結晶欠陥による結晶品質劣化が問題となっていた。
【０００６】
本発明では酸化物単結晶育成にあたって、１７７０℃以下の温度範囲において酸素雰囲気下で、かつるつぼ形状の変形がなく、かつるつぼ材の育成結晶への混入が生じない単結晶育成用るつぼを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明による単結晶育成用るつぼは、高周波加熱方式での単結晶育成に用いるための単結晶育成用るつぼであって、基材が高融点金属製のるつぼ本体を有し、前記るつぼ本体の全面を白金で被覆し、るつぼ本体外側の白金層の厚みをスキン  デップス以上の厚みとしたことを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明による第二の単結晶育成用るつぼは、高周波加熱方式での単結晶育成に用いるための単結晶育成用るつぼであって、基材が酸化物製のるつぼ本体を有し、前記るつぼ本体の全面を白金で被覆し、るつぼ本体外側の白金層の厚みをスキン  デップス以上の厚みとしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では白金との反応で融点が白金より下がらず、かつ機械的強度の高い材質を基材とし、酸素雰囲気に耐えうる白金を基材表面全面に被覆した構造を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
使用温度範囲１７７０℃以下で白金との反応が少ない基材として、金属では白金との金属間化合物を生成しない材質が好ましい。すなわち、白金と全率固溶する高融点金属を基材とすることが望ましい。この観点から、金属基材材料として、イリジウム、タングステンを選択した。加えて、金属に特有な延性によるるつぼ破損の抑止効果を無視すれば、高充填アルミナに代表される酸化物るつぼを基材として選択することも可能である。使用温度範囲が１４００℃以下の場合、経済性の観点から白金るつぼを用いるのが一般的であるが、本構成のるつぼも使用できることは言うまでもない。このような酸化物として、酸化アルミニウムあるいは酸化ジルコニウムが選択される。
【００１１】
また、被覆の方法としては、あらかじめ作製したるつぼ本体に白金板を貼付ける方法やあらかじめ作製したるつぼ本体に乾式メッキや湿式メッキで白金層を形成する方法があり適宜選択する。
【００１２】
加えて、原料融液の加熱方法として高周波加熱方式を選択した場合、るつぼ表層に発生する渦電流によって加熱に寄与する領域を均一素材で形成することが望ましい。具体的には、るつぼの加熱領域はるつぼ表面から以下の計算式で算出できるスキン  デップス（Ｓｋｉｎ  Ｄｅｐｔｈ）Ｄ（単位ｃｍ）（Ｃ．Ｓ．Ｄｕｎｃａｎ，Ｒ．Ｈ．Ｈｏｐｋｉｎｓ  ａｎｄ  Ｒ．Ｍａｚｅｌｓｋｙ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，１１（１９７１）５０）によって導くことができる。
【００１３】
Ｄ＝３５７０（ρ／ｆμ）１／２
ここで、ρ、ｆ、μは、それぞれ抵抗率（単位Ωｃｍ）、印加高周波周波数（単位Ｈｚ）、実効透磁率である。本式から印加周波数１２５ｋＨｚの高周波発信機で１６００℃に加熱した白金のスキン  デップス（Ｓｋｉｎ  Ｄｅｐｔｈ）Ｄは、０．８ｍｍと算出できる。白金−基材−白金の断面構造を有する本発明の単結晶育成用るつぼにおいて、加熱に寄与するるつぼ本体外側の白金層厚は上式で算出されるスキン  デップスＤ以上の肉厚を有する。なぜなら、基材るつぼ外側の白金層厚がスキン  デップスＤ未満である場合、高周波がるつぼ本体とるつぼ本体の外側の白金層双方に印加されるが、抵抗率の差により渦電流の偏りが生じ、るつぼ破損の原因となり得るからである。
【００１４】
【実施例１】
以下、実施例１について説明する。図１は本発明に使用した単結晶育成用るつぼを説明した概略図である。１はるつぼ本体、２は白金層である。本実施例では、るつぼ本体の基材をイリジウムとした。
【００１５】
外形６０ｍｍ、高さ６０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのイリジウム製るつぼ本体に、るつぼ本体内側肉厚０．５ｍｍ、るつぼ本体外側肉厚１．０ｍｍの白金で全面を被覆したるつぼを作製した。作製したるつぼを一旦１４００℃に昇温し、イリジウム製るつぼ本体１と表面白金層２を固着させた。
【００１６】
作製したるつぼを融点１５５０℃のＳｒ0.61Ｂａ0.39Ｎｂ2Ｏ6単結晶育成に使用した。加熱には、印加周波数１２５ｋＨｚの高周波発信機を用いた。酸素１気圧の酸素雰囲気で単結晶育成を行ったところ、るつぼ表面に酸化は生じておらず、またるつぼ変形も生じなかった。同実験を外形６０ｍｍ、高さ６０ｍｍ、肉厚３ｍｍの白金製るつぼで行ったところ、るつぼの酸化は生じなかったが、初回からるつぼが変形し５回の単結晶育成にしか使用できなかった。また、高周波電流集中による破損を招くこともあった。これに対し、白金で覆ったイリジウムるつぼは５０回の単結晶育成に使用しても酸化、変形の兆侯が見られなかった。
【００１９】
【実施例２】
以下、実施例２について説明する。図１は本発明に使用した単結晶育成用るつぼを説明した概略図である。１はるつぼ本体、２は白金層である。本実施例では、基材をタングステンとした。
【００２０】
外形６０ｍｍ、高さ６０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍのタングステン製るつぼ本体に、るつぼ本体内側肉厚０．５ｍｍ、るつぼ本体外側肉厚１．０ｍｍの白金で全面を被覆したるつぼを作製した。作製したるつぼを一旦１４００℃に昇温し、タングステン製るつぼ本体１と表面白金層２を固着させた。作製したるつぼを融点１５５０℃のＳｒ0.61Ｂａ0.39Ｎｂ2Ｏ6単結晶育成に使用した。加熱には、印加周波数１２５ｋＨｚの高周波発信機を用いた。酸素１気圧の酸素雰囲気で単結晶育成を行ったところ、るつぼ表面に酸化は生じておらず、またるつぼ変形も生じなかった。
【００２１】
【実施例３】
以下、実施例３について説明する。図２は本発明に使用した単結晶育成用るつぼを説明した概略図である。１はるつぼ本体、２は白金層である。本実施例では、基材を酸化アルミニウムとした。
【００２２】
外形６０ｍｍ、高さ６０ｍｍ、肉厚１．５ｍｍの高充填酸化アルミニウム製るつぼ本体に、るつぼ本体内側肉厚０．５ｍｍ、るつぼ本体外側肉厚１．０ｍｍの白金で全面を被覆したるつぼを作製した。作製したるつぼを一旦１４００℃に昇温し、基酸化アルミニウム製るつぼ本体１と表面白金層２を固着させた。作製したるつぼを高周波加熱式引上げ装置でのＳｒ0.61Ｂａ0.39Ｎｂ2Ｏ6単結晶育成に使用した。加熱には、印加周波数１２５ｋＨｚの高周波発信機を用いた。原料の融液冷却時の体穫膨張による破損をさせないため、原料充填量はるつぼ容量の２０％とした。酸素１気圧の酸索雰囲気で単結晶育成を行ったところ、るつぼ表面に酸化は生じておらず、またるつぼ変形も生じなかった。白金製るつぼを用いた場合、しばしば高周波電流の局所的電流集中によりるつぼに穴が発生することがあった。しかし、本実施例のるつぼの場合、高周波印加電流の流れる酸化アルミニウム製るつぼ本体外壁側の白金層に軟化を示す白金層厚の変化が認められたものの、酸化アルミニウム製るつぼ本体と白金の濡れ性により穴は形成しなかった。また、酸化アルミニウムるつぼ本体内壁側の白金に変化は認められず、るつぼの機能を保持できた。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は酸素雰囲気下での酸化物単結晶育成を１７７０℃以下の温度範囲において可能にし、かつるつぼ形状の変形がなく、るつぼ材の育成結晶への混入が生じない単結晶育成用るつぼを提供する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１および実施例２に使用した単結晶育成用るつぼの概略断面図。
【図２】本発明の実施例３および実施例４に使用した単結晶育成用るつぼの概略断面図。
【符号の説明】
１      るつぼ本体
２      白金層
【図１】
0003639147.tif 000002
【図２】
0003639147.tif 000003