(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＰＥ法を用いて磁性ガーネット単結晶を育成する際に使用される貴金属製の単結晶育成用ルツボに関し、品質の良好な単結晶膜が得られる単結晶育成用ルツボを提供する。【解決手段】単結晶を育成するための原料融液４を収容する単結晶育成用ルツボ１であって、原料融液４に接触する厚さ０．１ｍｍ以上のＡｕ製の内壁部２と、内壁部２の外側を覆う厚さ０．３ｍｍ以上のＰｔ製の外壁部３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶を育成するための原料融液を収容する単結晶育成用ルツボであって、
前記原料融液に接触するＡｕ製の内壁部と、
前記内壁部の外側を覆うＰｔ製の外壁部と
を有することを特徴とする単結晶育成用ルツボ。
【請求項２】
請求項１記載の単結晶育成用ルツボであって、
前記内壁部の厚さａ（ｍｍ）はａ≧０．１であること
を特徴とする単結晶育成用ルツボ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の単結晶育成用ルツボであって、
前記外壁部の厚さｂ（ｍｍ）はｂ≧０．３であること
を特徴とする単結晶育成用ルツボ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の単結晶育成用ルツボであって、
前記内壁部及び前記外壁部の厚さの和ａ＋ｂ（ｍｍ）はａ＋ｂ≦５．０であること
を特徴とする単結晶育成用ルツボ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法を用いて磁性ガーネット単結晶を育成する際に、単結晶膜育成用の融液を収容する容器として使用される貴金属製の単結晶育成用ルツボに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用光アイソレータや光サーキュレータなどに使用されるファラデー回転子は、一般に磁性ガーネット単結晶膜から作製される。磁性ガーネット単結晶膜は、ＬＰＥ法を用いて育成される。ＬＰＥ法により磁性ガーネット単結晶膜を育成する際には、融液を収容する容器として一般に白金（Ｐｔ）製のルツボが用いられる。これは、Ｐｔの融点が単結晶膜の育成温度より高いこと、及び溶媒として使用されるＰｂＯの融液に対してＰｔの耐食性が比較的高いこと等による。ところが近年、ＰｂＯの融液に対する耐食性はＰｔより金（Ａｕ）の方が１０倍程度高いことが分かり、ルツボの材質にＡｕを用いることが検討されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ａｕ製のルツボを用いて磁性ガーネット単結晶膜の育成を行うと、多くの場合、融液と接触するルツボの内壁面上にガーネットの析出が確認される。ルツボの内壁面でガーネットの析出が起こると融液中の溶質の量が減少するため、磁性ガーネット単結晶膜が目標の厚さに達しなくなったり、単結晶膜に割れが発生したりする問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、品質の良好な単結晶膜が得られる単結晶育成用ルツボを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、単結晶を育成するための原料融液を収容する単結晶育成用ルツボであって、前記原料融液に接触するＡｕ製の内壁部と、前記内壁部の外側を覆うＰｔ製の外壁部とを有することを特徴とする単結晶育成用ルツボによって達成される。
【０００７】
上記本発明の単結晶育成用ルツボであって、前記内壁部の厚さａ（ｍｍ）はａ≧０．１であることを特徴とする。
【０００８】
上記本発明の単結晶育成用ルツボであって、前記外壁部の厚さｂ（ｍｍ）はｂ≧０．３であることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の単結晶育成用ルツボであって、前記内壁部及び前記外壁部の厚さの和ａ＋ｂ（ｍｍ）はａ＋ｂ≦５．０であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、品質の良好な単結晶膜が得られる単結晶育成用ルツボを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施の形態による単結晶育成用ルツボについて図１を用いて説明する。単結晶を育成する際にルツボの周囲で温度が低下した場合、貴金属製ルツボは融液の熱を逃がす放熱板として作用し、ルツボの内壁と接触している融液の温度が局所的に低下する。ルツボから熱が放たれるほど融液の温度は低下するため、温度低下の程度はルツボの材質の熱伝導率によって左右される。Ｐｔの熱伝導率は２７℃で７１．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対して、Ａｕの熱伝導率は２７℃で３１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。Ａｕの熱伝導率はＰｔの熱伝導率より極めて大きい値となっている。そのため、Ａｕのみを材質に用いたルツボの場合、ルツボからの放熱による融液の局所的な温度低下の問題が顕著になる。これにより、融液の過飽和状態が維持されず、ルツボ内壁面で磁性ガーネットの析出が発生する。
【００１２】
そこで本実施の形態では、融液の局所的な温度変動を防止するため、内壁の材質をＡｕとし、外壁の材質をＰｔとした二重構造の単結晶育成用ルツボを作製した。図１は、本実施の形態による単結晶育成用ルツボの概略の断面構成を示している。図１に示すように、ルツボ１は、充填した原料を溶融して融液４を生成した際に融液４に接触するＡｕ製の内壁部２と、内壁部２の外側を覆い、融液４には接触しないＰｔ製の外壁部３とを有している。内壁部２はＰｂＯ等の融液４に対するルツボ１の耐食性を高める機能を有し、外壁部３は融液４の局所的な温度変動を防止する保温層としての機能を有している。このルツボ１を用いて磁性ガーネット単結晶膜の育成を行ったところ、Ａｕ製のルツボ内壁面で発生していたガーネット析出が抑制されることが分かった。
【００１３】
Ａｕ製の内壁部２の厚さａは薄い方が望ましいが、薄くなりすぎると融液４によりＡｕが侵食されＰｔ製の外壁部３が融液４に曝されてしまうことが起こり得る。そこで、融液４とＰｔとの接触を防ぐため、内壁部２の底面及び側面での厚さａは少なくとも０．１ｍｍ以上であるのが望ましい（ａ≧０．１（ｍｍ））。
【００１４】
ＰｔはＡｕと比べると熱伝導率の低い金属であるが、Ｐｔ製の外壁部３の厚さｂが薄くなりすぎるとルツボ１の保温層としての効果が保てなくなる。そこで、外壁部３の底面及び側面での厚さｂは少なくとも０．３ｍｍ以上であるのが望ましい（ｂ≧０．３（ｍｍ））。
【００１５】
ルツボ１には比重の大きい酸化物の融液４を入れるため、ルツボ壁の強度が低いとルツボ１の変形や破損などが生じて融液４が流出してしまうことが起こり得る。そのためルツボ壁には構造材として十分な強度が要求される。Ａｕは比較的軟らかい金属のため、厚さの薄いＡｕ板では構造材として強度が不十分である。しかし、Ａｕより硬い金属であるＰｔからなる外壁部３と組み合わせることにより、十分な強度のルツボ１が得られる。ルツボ壁の厚さ（Ａｕ製の内壁部２及びＰｔ製の外壁部３の厚さの和ａ＋ｂ）が０．４ｍｍ以上であれば、実用に耐え得る強度のルツボ１が得られる。ただし、ルツボ壁の厚さａ＋ｂが５．０ｍｍより厚くなるとルツボ１が重たくなりすぎるため、単結晶育成の準備や後処理の際にルツボ１の取扱いが困難になる。また、ＡｕやＰｔは高価な貴金属であるため、ルツボ１の重量が増すとルツボ１の価格が高価になり、最終的に育成された単結晶のコストが上昇する要因となる。したがって、ルツボ壁の厚さａ＋ｂは５．０ｍｍ以下であること（ａ＋ｂ≦５．０（ｍｍ））が望ましい。
【００１６】
本実施の形態によれば、融液と接触する面の材質がＡｕであるルツボを用いてＬＰＥ法により単結晶を育成する際、単結晶の割れの発生を少なくすることができる。
以下、本実施の形態による単結晶育成用ルツボについて、実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。
【００１７】
（実施例１）
内壁部２がＡｕ製、外壁部３がＰｔ製であり、底面及び側面において内壁部２の厚さａが０．５ｍｍ、外壁部３の厚さｂが１．０ｍｍで（ａ＋ｂ＝１．５（ｍｍ））、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つルツボ１を作製した。このルツボ１に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。材料はルツボ１の底面から高さ約７５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ１を電気炉に配置して、９５０℃まで炉温を上げてルツボ１内の材料を溶解し融液を攪拌し、均一な融液にした。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板を固定冶具に取り付けて炉内に投入し、８５０℃まで炉温を下げてから基板の片面を融液に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜が得られた。目視による観察ではこの単結晶膜に結晶欠陥は認められず、良好な品質の単結晶膜が得られた。育成終了後、ルツボ１内の使用済み材料を取り出してルツボ内壁面を観察したところ、内壁面にガーネットの析出した形跡は認められなかった。
【００１８】
（実施例２）
内壁部２がＡｕ製、外壁部３がＰｔ製であり、底面及び側面において内壁部２の厚さａが０．１ｍｍ、外壁部３の厚さｂが０．５ｍｍで（ａ＋ｂ＝０．６（ｍｍ））、内径１００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円筒形の形状を持つルツボ１を作製した。このルツボ１に、合計で５．１ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。材料はルツボ１の底面から高さ約９５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ１を電気炉に配置して、９５０℃まで炉温を上げてルツボ１内の材料を溶解し融液を攪拌し、均一な融液にした。直径３インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板を固定冶具に取り付けて炉内に投入し、８５０℃まで炉温を下げてから基板の片面を融液に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜が得られた。目視による観察ではこの単結晶膜に結晶欠陥は認められず、良好な品質の単結晶膜が得られた。育成終了後、ルツボ１内の使用済み材料を取り出してルツボ内壁面を観察したところ、内壁面にガーネットの析出した形跡は認められなかった。
【００１９】
（実施例３）
内壁部２がＡｕ製、外壁部３がＰｔ製であり、底面及び側面において内壁部２の厚さａが１．０ｍｍ、外壁部３の厚さｂが４．０ｍｍで（ａ＋ｂ＝５．０（ｍｍ））、内径２００ｍｍ、高さ１５０ｍｍの円筒形の形状を持つルツボ１を作製した。このルツボ１に、合計で２０．０ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。材料はルツボ１の底面から高さ約９５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ１を電気炉に配置して、９５０℃まで炉温を上げてルツボ１内の材料を溶解し融液を攪拌し、均一な融液にした。直径４インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板を固定冶具に取り付けて炉内に投入し、８５０℃まで炉温を下げてから基板の片面を融液に接触させてエピタキシャル成長を５０時間行った。膜厚５００μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜が得られた。目視による観察ではこの単結晶膜に結晶欠陥は認められず、良好な品質の単結晶膜が得られた。育成終了後、ルツボ１内の使用済み材料を取り出してルツボ内壁面を観察したところ、内壁面にガーネットの析出した形跡は認められなかった。
【００２０】
（実施例４）
内壁部２がＡｕ製、外壁部３がＰｔ製であり、底面及び側面において内壁部２の厚さａが０．０５ｍｍ、外壁部３の厚さｂが０．５ｍｍで（ａ＋ｂ＝０．５５（ｍｍ））、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つルツボ１を作製した。このルツボ１に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。材料はルツボ１の底面から高さ約７５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ１を電気炉に配置して、９５０℃まで炉温を上げてルツボ１内の材料を溶解し融液を攪拌し、均一な融液にした。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板を固定冶具に取り付けて炉内に投入し、８５０℃まで炉温を下げてから基板の片面を融液に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚５００μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜が得られた。目視による観察ではこの単結晶膜に結晶欠陥は認められず、良好な品質の単結晶膜が得られた。育成終了後、ルツボ１内の使用済み材料を取り出してルツボ内壁面を観察したところ、内壁面にガーネットの析出した形跡は認められなかった。同様な育成を数回繰り返してルツボ内壁面を観察したところ、Ａｕからなる内壁部２の一部が剥げて、Ｐｔからなる外壁部３が露出していた。外壁部３の保温層としての効果は確認できたが、内壁部２の厚さが不足しているためルツボ１の寿命はＡｕ製ルツボより短くなることが分かった。
【００２１】
（実施例５）
内壁部２がＡｕ製、外壁部３がＰｔ製であり、底面及び側面において内壁部２の厚さａが２．０ｍｍ、外壁部３の厚さｂが０．２ｍｍで（ａ＋ｂ＝２．２（ｍｍ））、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つルツボ１を作製した。このルツボ１に、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。材料はルツボ１の底面から高さ約７５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボ１を電気炉に配置して、９５０℃まで炉温を上げてルツボ１内の材料を溶解し融液を攪拌し、均一な融液にした。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板を固定冶具に取り付けて炉内に投入し、８５０℃まで炉温を下げてから基板の片面を融液に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚４８０μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜が得られた。目視による観察でこの単結晶膜に結晶欠陥が数個あることが確認されたものの、概ね良好な品質の単結晶膜が得られた。育成終了後、ルツボ１内の使用済み材料を取り出してルツボ内壁面を観察したところ、内壁面の一部にガーネットの析出した形跡が認められた。Ｐｔからなる外壁部３の厚さが不足していたため内壁面で若干の結晶析出が起きて、ガーネット単結晶膜の膜厚ばらつきが大きくなったと考えられる。
【００２２】
（比較例）
底面及び側面の壁がＡｕ製であり、底面及び側面においてＡｕ壁の厚さが２．０ｍｍ、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つルツボを作製した。このルツボに、合計で２．３ｋｇの重量になるＧｄ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯを充填した。材料はルツボの底面から高さ約７５ｍｍの位置まで充填された。材料が充填されたルツボを電気炉に配置して、９５０℃まで炉温を上げてルツボ内の材料を溶解し融液を攪拌し、均一な融液にした。直径２インチのＣａＭｇＺｒ置換ＧＧＧ基板を固定冶具に取り付けて炉内に投入し、８５０℃まで炉温を下げてから基板の片面を融液に接触させてエピタキシャル成長を４０時間行った。膜厚４４０μｍで組成が（ＢｉＧｄＹｂ）３Ｆｅ５Ｏ１２の磁性ガーネット単結晶膜が得られた。目視による観察で、この単結晶膜に結晶欠陥が十数個あり、ウエハ外周部に同心円状の割れがあることが確認された。育成終了後、ルツボ内の使用済み材料を取り出して内壁面を観察したところ、Ａｕ内壁面にガーネットの析出した形跡が認められた。Ａｕからなるルツボ壁より熱が逃げたため、内壁面でガーネットの結晶析出が起きて結晶欠陥や割れが発生したと考えられる。
【００２３】
以上の実施例及び比較例をまとめると表１のようになる。実施例１乃至５のように、融液に接触するＡｕ製の内壁部２と、内壁部２の外側を覆うＰｔ製の外壁部３とを有するルツボ１を用いることによって、欠陥が少なく品質の良好な単結晶膜が得られることが分かった。ただし、内壁部２の厚さａが０．１ｍｍ未満であるとルツボ１の寿命が短くなるため、内壁部２の厚さａは０．１ｍｍ以上であるのが望ましい。また、外壁部３の厚さｂが０．３ｍｍ未満であると、外壁部３の保温層としての機能が低下して内壁面で若干の結晶析出が起きてしまうため、外壁部３の厚さｂは０．３ｍｍ以上であるのが望ましい。
【００２４】
【表１】
2006342013.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態による単結晶育成用ルツボの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ルツボ
２  内壁部
３  外壁部
４  融液
【図１】
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