(57)【要約】【課題】本発明は、白金製るつぼを用いて高品質のタンタル酸リチウムの結晶を製造できる製造装置を提供する。【解決手段】本発明に係るタンタル酸リチウム結晶の製造装置１０は、基体１２と、基体１２上に配設された耐熱性を有する筒状の炉本体１４と、炉本体１４を閉塞する蓋体１８と、炉本体１４内に配設された発熱体２０と、基体１２を貫通して上下動自在に設けられたるつぼ受軸２４と、るつぼ受軸２４上に配設され、発熱体２０により加熱されるるつぼ３０とを具備する、垂直ブリッジマン炉もしくは垂直温度勾配凝固炉からなるタンタル酸リチウム結晶の製造装置１０であって、るつぼ３０が、白金製のるつぼ３０であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、該基体上に配設された耐熱性を有する筒状の炉本体と、該炉本体を閉塞する蓋体と、前記炉本体内に配設された発熱体と、前記基体を貫通して上下動自在に設けられたるつぼ受軸と、該るつぼ受軸上に配設され、前記発熱体により加熱されるるつぼとを具備する、垂直ブリッジマン炉もしくは垂直温度勾配凝固炉からなるタンタル酸リチウム結晶の製造装置であって、
前記るつぼが、白金製のるつぼであることを特徴とするタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項２】
前記るつぼが、純度９５％以上の白金製るつぼであることを特徴とする請求項１記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項３】
前記発熱体による前記るつぼの加熱が、前記るつぼが軟化して変形する温度未満の温度で加熱するように、前記発熱体による前記るつぼの加熱を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１または２記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項４】
前記炉本体の内壁が、所要高さを有するリング状の耐熱部材が複数積層された耐熱壁に形成されていると共に、前記リング状の耐熱部材が複数の分割片が接合されてリング状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項５】
前記発熱体が抵抗加熱発熱体であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項６】
前記抵抗加熱発熱体が、MoSi2を主材とする抵抗加熱発熱体であることを特徴とする請求項５記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項７】
前記発熱体が高周波誘導加熱による発熱体であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項８】
前記高周波誘導加熱による発熱体が、Ｐｔ−Ｒｈ系合金製であることを特徴とする請求項７記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項９】
前記炉本体において、前記耐熱壁の外側に、耐熱性材料からなる支持筒体が配設され、前記耐熱壁と前記支持筒体との間に断熱材が配設され、前記蓋体が、前記支持筒体により支持されていることを特徴とする請求項４〜８いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記蓋体が断熱材から形成され、該断熱材中に、補強部材が配設されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置。
【請求項１１】
タンタル酸リチウムからなる原料を収納したるつぼを炉本体内に配置し、前記炉本体内に配設した発熱体により前記るつぼを加熱して前記原料を融解し、次いで前記るつぼの温度を降下することによってタンタル酸リチウムの結晶を得る、垂直ブリッジマン法もしくは垂直温度勾配凝固法によるタンタル酸リチウム結晶の製造方法において、
前記るつぼに白金製のるつぼを用い、
前記発熱体により前記るつぼを加熱する際、前記るつぼが軟化して変形する温度未満の温度で加熱することを特徴とするタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【請求項１２】
前記るつぼに、純度９５％以上の白金製るつぼを用いることを特徴とする請求項１１記載のタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【請求項１３】
前記発熱体により前記るつぼを加熱する際、前記るつぼの温度が種子付け温度付近に至ったら前記発熱体による加熱をゆるやかにして前記るつぼの温度が種子付け温度をオーバーシュートするのを防止することを特徴とする請求項１１または１２記載のタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【請求項１４】
前記発熱体により前記るつぼを加熱する際、前記種子付け温度付近に至る前の段階で、一旦前記発熱体による加熱を一定にして、前記炉本体内の温度を一定に保持し、前記炉本体内の温度を均一化する段階を含むことを特徴とする請求項１３記載のタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【請求項１５】
前記るつぼの温度が種子付け温度に至ったら、当該温度で所要時間保持して種子付けを行うことを特徴とする請求項１３または１４記載のタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【請求項１６】
前記種子付け終了後、前記炉本体内温度を徐々に降下してタンタル酸リチウムを固化して結晶化することを特徴とする請求項１３〜１５いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【請求項１７】
請求項１〜１０いずれか１項に記載のタンタル酸リチウム結晶の製造装置を用いることを特徴とする請求項１１〜１６いずれか１項記載のタンタル酸リチウム結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波素子等に利用されるタンタル酸リチウム結晶の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンタル酸リチウム（LiTaO3：ＬＴ）の単結晶は非線形光学材料としてレーザー媒質として利用されたりあるいは圧電セラミックスとして圧電素子、表面弾性波素子等に利用される。
ＬＴ単結晶の育成において最も一般的なのはチョクラルスキー（ＣＺ）法であり、イリジウム製のるつぼを用いて、不活性雰囲気中または還元性雰囲気中で作成している。また、同じくチョクラルスキー法で、白金ロジウム合金製のるつぼを用いて、酸素雰囲気中で作成している例もある（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３３９１号公報
【特許文献２】特開平４−７４７９０号公報
【特許文献３】特開２０００−２４７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、るつぼにイリジウム製のものを用いる場合、イリジウムが酸化することから酸素雰囲気中での育成ができず、炉内に不活性ガス等のガスの導入が必要となり、装置が大型化し、また製造工程が煩瑣となる。また、るつぼに白金ロジウム合金製のものを用いる場合、ロジウムが結晶中に溶け込み、結晶の品質を劣化させるという課題がある。
るつぼに白金製のものを用いることができれば、上記酸化の課題、ロジウムの溶け込みという課題は解消できる。
【０００５】
ところで、特許文献２には、るつぼに、白金、ロジウム、イリジウムなどの貴金属製のものを用いることができると記載されている。しかしながら、実施例において、ＬＴ単結晶の育成ではイリジウム製るつぼを用いる例、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）の単結晶の育成には白金るつぼを用いる例が示されているが、ＬＴ単結晶の育成に白金を用いた例は示されていない。
また、特許文献３には、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶は融点が高いことから、チョクラルスキー法によるるつぼとしては、白金、白金-ロジウム、あるいはイリジウムのような貴金属製るつぼが用いられるとの記載が見られるが、実施例では、イリジウム製るつぼを用いるものしか示されていない。
【０００６】
上記のように、特許文献２および３には、チョクラルスキー法において、単に白金製のるつぼを用いることができるとの記載があるだけで、タンタル酸リチウムの単結晶の製造において、実際に白金製るつぼを用いた例は開示されていない。
これは、白金の融点（１７６８℃）とＬＴの融点（１６５０℃）の温度差が１１８℃しかなく、育成炉内の温度を上昇させる際、白金るつぼに悪影響を与えてしまうことから、白金でなく、イリジウムを用いたものと推測できる。
【０００７】
本発明は、白金製るつぼを用いて上記課題を解決できるタンタル酸リチウム結晶の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るタンタル酸リチウム結晶の製造装置は、基体と、該基体上に配設された耐熱性を有する筒状の炉本体と、該炉本体を閉塞する蓋体と、前記炉本体内に配設された発熱体と、前記基体を貫通して上下動自在に設けられたるつぼ受軸と、該るつぼ受軸上に配設され、前記発熱体により加熱されるるつぼとを具備する、垂直ブリッジマン炉もしくは垂直温度勾配凝固炉からなるタンタル酸リチウム結晶の製造装置であって、前記るつぼが、白金製のるつぼであることを特徴とする。
【０００９】
垂直ブリッジマン（ＶＢ）炉もしくは垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）炉を用いることによって、育成炉の温度勾配を小さくできるので、タンタル酸リチウムとの融点差が小さい白金製のるつぼであっても、変形等の悪影響を受けることなく用いることができる。
また、白金製のるつぼを用いることで、大気雰囲気下で使用でき、装置の大型化を防止でき、また、ロジウムが溶け出すという不具合もないので、高品質のタンタル酸リチウム単結晶の製造を行うことができる。
また、育成中の温度勾配を小さくできることからも高品質のタンタル酸リチウム単結晶の製造を行うことができる。
【００１０】
前記るつぼに、純度９５％以上の白金製るつぼを用いることができる。
前記発熱体による前記るつぼの加熱が、前記るつぼが軟化して変形する温度未満の温度で加熱するように、前記発熱体による前記るつぼの加熱を制御する制御部を設けると好適である。
前記炉本体の内壁を、所要高さを有するリング状の耐熱部材が複数積層された耐熱壁に形成すると共に、前記リング状の耐熱部材に、複数の分割片が接合されてリング状に形成されたものを用いることができる。このような耐熱壁を有する炉本体とすることで、小さな温度勾配の育成炉とする管理が容易となる。
【００１１】
前記発熱体に抵抗加熱発熱体を用いることができる。
前記抵抗加熱発熱体に、MoSi2を主材とする抵抗加熱発熱体を用いることができる。
あるいは前記発熱体に高周波誘導加熱による発熱体を用いることができる。
前記高周波誘導加熱による発熱体に、Ｐｔ−Ｒｈ系合金製のものを用いることができる。
前記炉本体において、前記耐熱壁の外側に、耐熱性材料からなる支持筒体を配設し、前記耐熱壁と前記支持筒体との間に断熱材を配設し、前記蓋体を、前記支持筒体により支持するようにすることができる。
前記蓋体を断熱材により形成し、該断熱材中に、補強部材を配設するようにすると好適である。
【００１２】
また本発明に係るタンタル酸リチウム結晶の製造方法は、タンタル酸リチウムからなる原料を収納したるつぼを炉本体内に配置し、前記炉本体内に配設した発熱体により前記るつぼを加熱して前記原料を融解し、次いで前記るつぼの温度を降下することによってタンタル酸リチウムの結晶を得る、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法もしくは垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法によるタンタル酸リチウム結晶の製造方法において、前記るつぼに白金製のるつぼを用い、前記発熱体により前記るつぼを加熱する際、前記るつぼが軟化して変形する温度未満の温度で加熱することを特徴とする。
【００１３】
垂直ブリッジマン（ＶＢ）法もしくは垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法を用いることによって、育成炉の温度勾配を小さくできるので、タンタル酸リチウムとの融点差が小さい白金製のるつぼであっても、変形等の悪影響を受けることなく用いることができる。
また、白金製のるつぼを用いることで、大気雰囲気下で使用でき、装置の大型化を防止でき、また、ロジウムが溶け出すという不具合もないので、高品質のタンタル酸リチウム単結晶の製造を行うことができる。
また、育成中の温度勾配を小さくできることからも高品質のタンタル酸リチウム単結晶の製造を行うことができる。
【００１４】
前記るつぼに、純度９５％以上の白金製るつぼを用いることができる。
垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法の場合において、前記発熱体により前記るつぼを加熱する際、前記るつぼの温度が種子付け温度付近に至ったら前記発熱体による加熱をゆるやかにして前記るつぼの温度が種子付け温度をオーバーシュートするのを防止するようにすると好適である。
垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法の場合において、前記発熱体により前記るつぼを加熱する際、前記種子付け温度付近に至る前の段階で、一旦前記発熱体による加熱を一定にして、前記炉本体内の温度を一定に保持し、前記炉本体内の温度を均一化するようにすると好適である。
【００１５】
また、垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法の場合において、前記るつぼの温度が種子付け温度に至ったら、当該温度で所要時間保持して種子付けを行うようにし、前記種子付け終了後、前記炉本体内温度を徐々に降下してタンタル酸リチウムを固化して結晶化するようにするとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るタンタル酸リチウム結晶の製造装置および製造方法によれば、温度勾配を小さくできる垂直ブリッジマン（ＶＢ）法もしくは垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法を採用することによって、炉内の温度勾配を小さくできるので、炉内温度分布の均一化が図れ、また炉内最高温度を低く抑えることができるので、タンタル酸リチウムとの融点差の小さい白金製のるつぼを、軟化、変形させることなく用いることができる。そして、白金製のるつぼを用いることができるので、大気雰囲気下で使用でき、装置の大型化を防止でき、また、るつぼ材料の結晶中への融解がほとんどなく、炉内温度制御を精密に行うことができることと相俟って、高品質のタンタル酸リチウム単結晶の育成ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】タンタル酸リチウム単結晶の製造装置の構成を示す断面図である。
【図２】リング状の耐熱部材を示す斜視図である。
【図３】炉本体の斜視図である。
【図４】発熱体の斜視図である。
【図５】蓋体の平面図である。
【図６】高周波誘導加熱によるタンタル酸リチウム単結晶の製造装置の概略図である。
【図７】高周波誘導加熱方式による製造装置におけるタンタル酸リチウム単結晶の育成のための炉内温度分布の測定範囲を示す説明図である。
【図８】図７で示した測定範囲で測定した炉内温度分布を示すグラフである。
【図９】ＶＧＦ法によるときの炉内温度制御をした際の炉内温度のプロファイルの一例を示すグラフである。
【図１０】図９に示す炉内温度制御をした際の温度制御フロー図である。
【図１１】図９に示す炉内温度制御をした際の、高周波コイル出力に対する炉内温度の追従性を示すグラフである。
【図１２】白金１００％のるつぼを用い、図７に示す高周波加熱炉により、図９に示す炉内温度プロファイルにて、ＶＧＦ法により結晶育成を行って得られたタンタル酸リチウム単結晶の写真である。
【図１３】白金１００％のるつぼを用い、図１に示す抵抗加熱炉により、図９に示す炉内温度プロファイルにて、ＶＧＦ法により結晶育成を行って得られたタンタル酸リチウム単結晶の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（製造装置の構成例）
本実施の形態に係るタンタル酸リチウム（LiTaO3：ＬＴ）単結晶の製造装置においては、タンタル酸リチウム単結晶の育成に使用するるつぼ材料として、Ｉｒとは異なるるつぼ材料、具体的には、白金系材料を用いる。白金１００％のものが好ましい（なお、白金１００％とは、製造の際に不可避的に混入してくる１％未満の不純物を含有するものも含む）が、純度９５ｗｔ％以上ものであってもよい。５ｗｔ％程度の、例えばロジウム（Ｒｈ)が入ったものであってもよい。５ｗｔ％程度のロジウムであれば、結晶中へのロジウムの溶け出しを低くでき、結晶の品質にそれほど悪影響を与えない。また、ロジウムが混入することによって、るつぼの融点が高くなるので、この点で、るつぼの変形を有効に抑えることができる。本実施の形態において、白金製のるつぼとは、純度９５ｗｔ％以上の白金製のものをいう。
【００１９】
図１は、タンタル酸リチウム単結晶を育成する製造装置１０の構成例を示す。このタンタル酸リチウム単結晶の製造装置１０は、酸素雰囲気中（大気中）において、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法もしくは垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法によりタンタル酸リチウム単結晶を育成する装置となっている。
【００２０】
まず、タンタル酸リチウム単結晶製造装置１０の概略の構成例を示す。
図１において、基体（基台）１２上に、炉本体１４が配設されている。基体１２には、冷却水が通流される冷却機構１６が設けられている。
炉本体１４は、全体として筒状をなし、１８５０℃程度までの高温に耐えうる耐熱性を有する構造に形成されている。
炉本体１４の開口部を蓋体１８により閉塞可能となっている。
また炉本体１４の下部は、種々の耐熱材料が積層された底部２２となっている。
【００２１】
炉本体１４内には、発熱体２０が配設されている。本実施の形態における発熱体は、抵抗加熱発熱体であり、通電されることによって発熱する。
また、図示しないが、抵抗加熱発熱体２０への供給電力（出力）を制御する制御部が設けられている。制御部は手動操作によって通電量を変更するものであっても、所要の入力プログラムにしたがって時間ごとの通電量を自動制御するものであってもよい。
【００２２】
上記底部２２および基体１２には、上下方向に貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔を挿通して、るつぼ受軸２４が図示しない駆動機構により上下動自在および軸線を中心として回転自在に設けられている。るつぼ受軸２４もアルミナ等の高温に耐える耐熱材料によって形成されている。
るつぼ受軸２４の上端にはジルコニア等の耐熱材料からなるアダプタ２８が取り付けられ、このアダプタ２８内に上記白金製のるつぼ３０が載置されるようになっている。るつぼ３０は、発熱体２０によって加熱される。
また、アダプタ２８の底部には、熱電対２６が配設され、炉本体１４内の温度およびるつぼ３０底部の温度を計測可能となっている。
【００２３】
続いて、さらに各部の詳細について説明する。
炉本体１４は、図示の実施の形態では、内層側から順に、最内壁たる耐熱壁３２、断熱材層３３、支持筒体３４、断熱材層３５からなる４層構造となっている。なお、断熱材層３５の外側は、図示しないが外壁によって囲まれている。
耐熱壁３２は、図２、図３に示すように、６個の分割片３２ａが接合されて所要高さを有するリング状に形成された耐熱部材３２ｂが、上下方向に複数積層されて筒状に形成されている。リング状に形成された耐熱部材３２ｂは、図３に明確なように、上下隣接するリング状の耐熱部材３２ｂの各分割片３２ａが、周方向に互いにずれて積層されるように配置するとよい。
耐熱部材３２ｂは、特に限定されるものではないが、アルミナ製、もしくは２０００℃程度までの温度に対する耐熱性を有するジルコニア製とするのが好適である。
【００２４】
支持筒体３４は、耐熱壁３２の外側に、耐熱壁３２とは間隔をおいて配設されている。支持筒体３４は、やはり所要高さを有するリング状部材３４ａを複数積層して筒状に形成されている。隣接する上下のリング状部材３４ａは、図示しないが適宜な連結部材によって固定するようにするとよい。なお、支持筒体３４の上部には、内方に突出する部位を有する支持リング３４ｂが介装され、この支持リング３４ｂによって蓋体１８が支持されるようになっている。
支持筒体３４は、構造体として機能するものであり、耐熱性を有すると共に強度的にも優れるアルミナ製とするのが好適である。
【００２５】
耐熱壁３２と支持筒体３４との間には、断熱材層３３が介装されている。断熱材層３３は、アルミナファイバーが所要密度で固められたものであって、ポーラス状をなし、耐熱性を有すると共に、断熱性を有するものに形成されている。
また、支持筒体３４の外側に配設される断熱材層３５は、アルミナファイバーを充填して形成されている。
【００２６】
次に、蓋体１８は、断熱材層３３と同様に、アルミナファイバーを所要密度で固めたボード１８ａを所要枚数積層して形成されている。したがって軽量であり、強度を補填するために、耐熱性を有するサファイア管等からなる補強部材３７を積層ボード中に介装している。
蓋体１８としては、密度の高い、ジルコニア製やアルミナ製とすることも考えられるが、本実施の形態に係るタンタル酸リチウム単結晶の製造装置１０は、内部が高温に加熱されるため、密度の高い、ジルコニア製やアルミナ製の蓋体にすると、自らの重量に耐えられなくなり、変形したりする不具合が生じる。この課題を、アルミナファイバーを固めた軽量の蓋体１８にすると共に、強度不足を補強部材３７で補填することによって解決できた。
【００２７】
図４は発熱体２０の具体的な構成を示す図面である。
本実施の形態に係る発熱体２０は、二珪化モリブデン（MoSi2）からなる抵抗加熱発熱体をＵ字状に形成した発熱体（商品名：カンタルスーパー）２０を用いた。この発熱体２０を４本、図４に示すように、枠状の支持具３８に固定し、炉本体１４に装着した。具体的には、図５に示すように、蓋体１８に発熱体２０挿通用の長孔４０を形成し、発熱体２０部分を長孔４０に挿通して、発熱体２０が炉本体１４内の、るつぼ３０を四方から囲む位置となるように配置した。長孔４０を挿通する部分における発熱体２０は高温のため、発熱体２０が直接長孔４０内壁に触れないように、当該部分に隙間ができるようにした。
なお、支持具３８は、炉本体１４の適所（図示せず）に固定するようにした。
また、支持具３８と蓋体１８との間の空間に、断熱材層３５に用いたと同様の、アルミナファイバーからなる断熱材を充填して断熱材層４１を設けた。
【００２８】
二珪化モリブデンからなるカンタルスーパー（商品名）は、１８５０℃程度までの高温加熱が可能である。もちろん加熱温度は、発熱体２０への供給電力を調整することで調整できる。また、カンタルスーパー（商品名）以外にも、ケラマックス（商品名）発熱体も高温加熱が可能である。
本実施の形態に係るタンタル酸リチウム単結晶の製造装置１０は上記のように構成され、大気中で、垂直ブリッジマン（ＶＢ）法もしくは垂直温度勾配凝固（ＶＧＦ）法により、タンタル酸リチウム単結晶の育成を行えた。るつぼ３０に、白金材料のるつぼ３０を用いることにより、大気中にもかかわらず、Ｉｒ単独の場合と相違し、るつぼ３０の酸化を防止でき、一方で、酸素の豊富な大気中で結晶育成することから、酸素欠陥等のない高品質のタンタル酸リチウム単結晶の結晶育成が行えた。
【００２９】
上記実施の形態では、発熱体として抵抗加熱発熱体を用い、抵抗加熱により加熱を行うようにしたが、加熱部として、高周波誘導加熱による加熱方式を採用してもよい。
図６は、高周波誘導加熱方式によるタンタル酸リチウム単結晶の製造装置１０の概略図である。
図６に示す炉本体１４は、図１に示すものと図面上は少し異なっているが、実際は、図１〜図５に示すものと全く同一である。
本実施の形態で異なるのは、炉本体１４の外周に高周波コイル４４を配設することと、前記実施の形態における抵抗加熱発熱体２０に換えて、高周波誘導加熱により加熱される発熱体４６を配設した点である。発熱体４６として、Ｐｔ系合金材料、特には、Ｐｔ−Ｒｈ系合金材料を用いた発熱体を用いるとよい。ＶＢ法やＶＧＦ法によるタンタル酸リチウム単結晶の育成に用いるるつぼ材料として、上記のように、白金製のるつぼを用いると好適であるが、発熱体４６の材料としては、るつぼ３０よりもさらに高温に耐えうる、Ｒｈ含有量が３０ｗｔ％程度のＲｈの多いＰｔ−Ｒｈ系合金材料を用いるとよい。本実施の形態に係るタンタル酸リチウム単結晶の製造装置１０でも、大気中で、ＶＢ法によりもしくはＶＧＦ法により、るつぼ３０の酸化を防止でき、また酸素欠陥等のない高品質のタンタル酸リチウム単結晶の育成が行えた。
【００３０】
図７に、高周波誘導加熱方式による製造装置１０における、タンタル酸リチウム単結晶の育成のための炉内温度分布の測定範囲を示す。図８（Ａ）にその測定結果のグラフを示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の部分拡大図である。
測定範囲は、ある基準位置からの、高さ３１３〜４８９ｍｍの範囲とした。発熱体４６の位置は、高さ４０２〜５０２ｍｍに亘っている。
上記耐熱、断熱構造の製造装置１０とすることで、図８に示すように、タンタル酸リチウムの融解温度である１６５０℃を挟む均熱ゾーンを形成することができる。このような均熱ゾーンは、高さ約４４０〜４８０ｍｍのところにあることがわかる。均熱ゾーンには、１６５０℃付近における温度勾配があって、この温度勾配を結晶育成に利用する。なお、温度計測は、るつぼ受軸２４を上下させて、すなわち熱電対２６を上下させてその移動位置における温度を計測するようにする。
【００３１】
ＶＢ法によるタンタル酸リチウム単結晶の結晶育成には、上記計測した高周波コイル４４の出力（以下高周波コイル４４の出力として説明するが、抵抗加熱の場合は、抵抗加熱発熱体２０の加熱部の出力である）と炉本体内温度（以下炉内温度という）データに基づいて、高周波コイル４４を所要出力で出力させて、あらかじめ図８に示すような炉内温度分布となるように、炉内を昇温させておく。そしてタンタル酸リチウムの種子結晶とタンタル酸リチウムの原材料を収容したるつぼ３０をアダプタ２８に乗せ、るつぼ受軸２４を上昇させて、るつぼ３０を均熱ゾーンまで上昇させ、タンタル酸リチウムを融解させ、次いでるつぼ軸受２４を降下させて、るつぼ３０を炉外で冷却することによって融解したタンタル酸リチウムを固化、結晶化させてタンタル酸リチウム単結晶を得ることができる。
【００３２】
その後、炉内温度を適宜温度まで降下させて、炉内に再度るつぼを上昇させて、必要に応じて結晶のアニール処理をすることができる。
るつぼ３０からタンタル酸リチウム単結晶を取り出すには、白金製のるつぼ３０をナイフ等によって切り裂いて、結晶を取り出すようにする。切り裂いたるつぼ３０は融解して再利用することができる。なお、るつぼ３０は、切り裂くことが容易なように、厚さ０．５ｍｍ以下（好適には０．１〜０．２ｍｍ）の白金製とするとよい。
【００３３】
ＶＧＦ法によるタンタル酸リチウム単結晶の結晶育成の場合にも、あらかじめ図８に示すような炉内温度分布となるように、発熱体４６を加熱する際の高周波コイル４４の出力を把握しておくようにする。
ＶＧＦ法によるタンタル酸リチウム単結晶の結晶育成には、タンタル酸リチウムの種子結晶とタンタル酸リチウムの原材料を収容したるつぼ３０をアダプタ２８に乗せ、るつぼ受軸２４を上昇させて、るつぼ３０を、あらかじめ炉内の均熱ゾーンとなるべき高さ位置まで上昇させておく。次いで、高周波コイル４４を所要出力で作動させ、炉内温度を図８に示すような温度分布となるように上昇させ、タンタル酸リチウムを融解させ、次いで炉内温度を降下させてタンタル酸リチウムを固化、結晶化させてタンタル酸リチウム単結晶を得ることができる。ＶＧＦ法によるときは、るつぼ３０を所要高さ位置に固定配置して、炉内温度を上昇、下降させるものであるので、温度下降時にアニール処理を同時に行える利点がある。また、結晶育成の際に、炉内温度を上昇、降下させるのであるから、温度制御を細かく精度よく行えるので、より高品質のタンタル酸リチウム単結晶を得ることができる。
【００３４】
図９に、ＶＧＦ法によるときの炉内温度制御する際の炉内温度のプロファイルの一例を示す。また図１０にその際の温度制御フローを示す。図１１は、高周波コイル４４の出力に対する炉内温度の追従性を示すグラフである。
工程Ｓ１において、るつぼ３０にタンタル酸リチウムの種子結晶とタンタル酸リチウムの原材料を収納し、るつぼ３０を炉内の所定位置（上記均熱ゾーンとなるべき位置）まで上昇させておく。炉内温度は室温である。
工程Ｓ２において、高周波コイル４４の出力を比較的急激に上昇させ、炉内温度が約１２９５℃となるまで、炉内温度を急上昇させる。この間の時間は約６００分。これによりタクトタイムを短縮できる。出力を急上昇させるので炉内温度の追従性は低い（図１１）。
【００３５】
工程Ｓ３では、高周波コイル４４の出力を一定にして、炉内の温度を一定に保持し、炉内の温度を均一化する。この間の時間は約６５０分となる。
次いで工程Ｓ４で、再度高周波コイル４４の出力を再び急上昇させて炉内温度を種子付け温度の手前である約１５００℃まで上昇させる。この間の時間は約２３０分となる。工程Ｓ３で炉内温度を均一化してあるので、高周波コイル４４の出力に対する炉内温度上昇の追従性は高い（図１１）。
次いで工程Ｓ５で、高周波コイル４４の出力上昇を低く抑えて、炉内温度、すなわちるつぼ３０の温度が種子付け温度となるまでゆっくり温度上昇させる。この間の時間は約１５０分となる。このように、炉内温度をゆっくり上昇させることで、るつぼ３０の温度が、種子付け温度（約１５８６℃）をオーバーシュートするのを防止することができる。
【００３６】
そして工程Ｓ６で、高周波コイル４４の出力を一定にし、るつぼ３０の温度を約１５８６℃と一定にして、原材料のタンタル酸リチウムを溶解し、種子付けを行う。この間の時間は約１８０分となる。なお、るつぼ３０の温度は、るつぼ３０の底部の温度を熱電対２６で計測しているので、るつぼ３０内の温度は、これよりも高い、約１６５０℃に上昇していると考えられる。
上記のように、工程Ｓ５で炉内温度をゆっくり上昇させて、るつぼ３０の温度が、種子付け温度（約１５８６℃：るつぼ内の実際の種子付け温度は１６５０℃）をオーバーシュートするのを防止するようにしているので、タンタル酸リチウムの単結晶化を精度よく、かつ効率よく行わせることができる。また、るつぼ３０を過加熱することがないので、白金製のるつぼ３０が軟化して変形するなどの不具合が発生しない。また、工程Ｓ５およびＳ６での、高周波コイル４４の出力に対する炉内温度上昇の追従性は当然ながら高い（図１１）。
このように、温度制御を細かく精度よく行うことができる製造装置を作製し、炉内温度上昇の追従性が高い制御を実行することによって、白金るつぼを軟化、変形させることなく用いることができた。
また、白金るつぼの温度を白金融点（１７６８℃）よりも５０℃程度低くなるようにすればよいことがわかった。
つまり、本願発明に係る製造装置では、るつぼを軟化、変形させないために、るつぼの融点から５０℃のマージンを取ればよい。
【００３７】
次いで、工程Ｓ７で、高周波コイル４４の出力を若干低下させ、炉内温度、したがって、るつぼ３０の温度を約１４２５℃までゆっくり低下させ、融解したタンタル酸リチウムを固化、結晶化させる。この間の時間は約３０１０分となる。この工程Ｓ７における、高周波コイル４４の出力に対する炉内温度上昇の追従性は高い（図１１）。この工程Ｓ７において、実質的にアニール処理もなされる。
そして、工程Ｓ８で、高周波コイル４４の出力を比較的急激に低下させ、炉内温度を室温にまで低下させ、結晶育成を終了する。工程Ｓ８の時間は、約２６６０分となる。工程Ｓ８における、高周波コイル４４の出力に対する炉内温度上昇の追従性は低い（図１１）。
【００３８】
上記のように、図９、図１０に示す炉内温度制御の実施の形態において、工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ８では、高周波コイル４４の出力変化に対して炉内温度が遅れて追従しているが、精密な温度制御を必要とする工程Ｓ４〜Ｓ７、特に工程Ｓ５〜Ｓ７では、高周波コイル４４の出力変化に対する炉内温度の追従性は高い。このことは、精密な温度制御を必要とする工程Ｓ５〜Ｓ７において、必要とする正確な温度制御が可能なことを意味し、高品質のタンタル酸リチウム単結晶を育成でき、また、るつぼ３０を変形させることなく結晶の育成ができる。
図１２は、白金１００％のるつぼを用い、図７に示す高周波加熱炉により、図９に示す炉内温度プロファイルにて、ＶＧＦ法により結晶育成を行って得られたタンタル酸リチウム単結晶の写真である。
図１３は、白金１００％のるつぼを用い、図１に示す抵抗加熱炉により、図９に示す炉内温度プロファイルにて、ＶＧＦ法により結晶育成を行って得られたタンタル酸リチウム単結晶の写真である。なお、図９、図１０に示す炉内温度のプロファイルおよび制御フローは一例であって、これに限定されるものではない。
【００３９】
上記のように、本実施の形態では、温度勾配を小さくできるＶＢ法もしくはＶＧＦ法を採用することによって、炉内温度分布の均一化が図れ、炉内最高温度を低く抑えることができるので、タンタル酸リチウムとの融点差の小さい白金製のるつぼを、軟化、変形させることなく用いることができる。そして、白金製のるつぼを用いることができるので、るつぼ材料の結晶中への融解がほとんどなく、炉内温度制御を精密に行うことができることと相俟って、高品質のタンタル酸リチウム単結晶の育成ができるという効果を奏する。
また、酸素雰囲気（大気中）でタンタル酸リチウム単結晶の結晶育成ができるので、イリジウム製るつぼを用いる場合のように、不活性ガス等の導入が必要でなく、装置の小型化が図れると共に、アニール処理も容易に行えるという利点がある。
【符号の説明】
【００４０】
１０  タンタル酸リチウム製造装置、１２  基体、１４  炉本体、１６  冷却装置、１８  蓋体、１８ａ  ボード、２０  発熱体、２２  底部、２４  るつぼ受軸、２６  熱電対、２８  アダプタ、３０  るつぼ、３２  耐熱壁、３２ａ  分割片、３２ｂ  耐熱部材、３３  断熱材層、３４  支持筒体、３４ａ  リング状部材、３４ｂ  支持リング、３５  断熱材層、３７  補強部材、３８  支持具、４０  長孔、４１  断熱材層、４４  高周波コイル、４６  発熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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