(57)【要約】      （修正有）【課題】光学フィルタや固体レーザ等の光学素子に好適なフォルステライト単結晶を、結晶のクラックや割れ、曲がりがなく、また、結晶内部に気泡等の欠陥が混入していない高品質で、かつ、直径５０ｍｍ以上の大口径の結晶として、歩留よく得られる製造方法を提供する。【解決手段】チョクラルスキー法によるフォルステライト単結晶の製造方法において、ｂ軸に対して±５°以内の方位のフォルステライト単結晶を種結晶として用いて、単結晶引上げを行う。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法によるフォルステライト単結晶の製造方法において、ｂ軸に対して±５°以内の方位のフォルステライト単結晶を種結晶として用いることを特徴とするフォルステライト単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルタ等の光学素子に好適に用いられるフォルステライト単結晶をチョクラルスキー法により製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラを代表とするデジタル撮像機器等には、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device；電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor；相補型金属酸化膜半導体）等の二次元に光を感じる画素が周期的に配列された画像撮像素子が用いられている。
【０００３】
この画像撮像素子においては、撮像素子のサンプリング周波数の１／２以上の高周波成分が含まれると、偽信号として取り込まれ、モアレ等の問題が発生する場合がある。
このような問題の発生を防止するために、前記撮像機器においては、撮像素子と対物レンズとの間に、複屈折板や回折格子等からなる光学フィルタを設置している。すなわち、レンズからの光情報（像）を空間的に分離または重ね合わせる光学系を組み込むことによって、高周波成分を低減させている。
【０００４】
しかしながら、回折格子は、高精度で作製しなければならず、光学フィルタとして用いるには高価であるという課題を有していた。また、回折格子は、光学系の焦点の関係から、実装位置の自由度が小さく、実装上の困難性を有していた。
このため、一般的な光学フィルタとしては、複屈折板が多用されている。
【０００５】
この複屈折板の材質としては、結晶育成が比較的容易であることから、水晶（ＳｉＯ2）やルチル（ＴｉＯ2）等の光学的一軸性単結晶が一般に用いられているが、これらの結晶は、常光（通常光ともいう）と異常光に対する屈折率の値に差があり、ノイズや画像のにじみが発生しやすいという課題を有していた。
【０００６】
上記課題に対しては、特許文献１において光学的二軸性単結晶を用いた光学ローパスフィルタが提案されている。カンラン石族（olivine group）に属する化学式Ｍｇ2ＳｉＯ4の光学的二軸性単結晶は、光の吸収端が１６８ｎｍと紫外域にあり、波長３６０〜８００ｎｍの領域で、透明であり、かつ、透過率がほぼ一定であることから、光学ローパスフィルタとして有効である。
【０００７】
フォルステライト単結晶は、通常、フローティングゾーン法やチョクラルスキー法により製造されているが、フローティングゾーン法は、結晶の大型化が困難であり、所望のサイズの素子を採取するためには、チョクラルスキー法の方が適している。
【０００８】
チョクラルスキー法は、貴金属ルツボの周りを耐火物で囲み、ルツボまたは耐火物の上方に、ルツボ上部の温度勾配を適切に保つための熱反射機能を有する貴金属や耐火物を設置した炉内において、原料となるフォルステライト結晶塊を加熱溶融した融液に、種結晶を接触させた後、この種結晶を所定の回転数で回転させながら引上げていくことにより単結晶を育成する方法である。
【０００９】
フォルステライト単結晶引上げにおいては、例えば、特許文献２には、種結晶の方位（融液面に対して垂直な方位）をｃ軸（Ｐｍｎｂで定義される結晶軸）とした固体レーザ用のクロムイオンを含有するフォルステライト単結晶の製造方法が記載されている。
また、非特許文献１には、種結晶の方位をａ軸またはｃ軸として引上げることが記載されている。
同様に、非特許文献２にも、種結晶の方位をｃ軸として、直径５０ｍｍのフォルステライトの単結晶を育成したことが報告されている。
【特許文献１】特開２００４−２４６２６１号公報
【特許文献２】特開平２−１９２４９３号公報
【非特許文献１】武居文彦，「フォルステライト−結晶化と地球科学的興味−」，日本結晶学会誌  １６（１９７４），ｐ．１３７−１４２
【非特許文献２】K.Ito et al., “Simple practical processing of a large single crystal from a large amount of a complete stoichiometric mixture in two-component system”, Journal of Crystal Growth 271(2004), ｐ．３９８−４０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記非特許文献１には、育成した単結晶内に、気泡が混入し、また、結晶に割れが生じる場合があることが記載されている。
【００１１】
実際に、種結晶としてａ軸またはｃ軸方位のフォルステライト単結晶を用いて、直径５０ｍｍのフォルステライト単結晶を引上げると、結晶が割れるという現象が度々見られる。この割れは、特に、結晶育成初期の肩拡げ部から発生することが多い。また、結晶内部に気泡等の欠陥の混入も認められた。
上記のような割れの発生は、単結晶製造の歩留を低下させ、また、結晶内に気泡が存在すると、光学フィルタとした際、通過する光を散乱させ、画質の低下を招く。
【００１２】
さらに、ａ軸またはｃ軸方位の種結晶を用いた場合、引上げられた単結晶インゴットが変形し、例えば、図２に示すように、外周面が波打ったような曲がりを生じることもある。
単結晶インゴットから素子を形成する際は、通常、単結晶インゴットの外周を研削し、円柱状にした後、スライス加工し、所望のサイズの素子を採取するが、図３に示す単結晶インゴットのように、結晶形状に歪みや曲がりを生じている場合は、円柱状にするために余分に研削する必要があり、加工ロスが多くなり、素子を採取する上での歩留も低下する。
【００１３】
また、サイズの大きな素子を単結晶インゴットから歩留よく採取するためには、直径５０ｍｍ以上の大口径の単結晶インゴットを引上げることが求められる。
しかしながら、大口径の単結晶インゴットを得るためには、原料融液も多量に必要であり、融液を充填するルツボのサイズも大きくなるため、高品質の結晶を引上げるための条件の制御が難しくなる。
すなわち、結晶の大口径化は、小口径の結晶引上げ時に比べて、結晶のクラックや割れ、曲がり、また、気泡等の欠陥の混入がより生じやすくなる。
【００１４】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、クラックや割れ、曲がりがなく、また、結晶内部に気泡等の欠陥がない高品質かつ大口径のフォルステライト単結晶を歩留よく製造する方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るフォルステライト単結晶の製造方法は、チョクラルスキー法によるフォルステライト単結晶の製造方法において、ｂ軸に対して±５°以内のフォルステライト単結晶を種結晶として用いることを特徴とする。
上記のような種結晶を用いることにより、結晶のクラックや割れ、曲がり等の変形を抑制することができ、また、結晶内部への気泡等の欠陥の混入も抑制することができ、高品質かつ大口径のフォルステライト単結晶を歩留よく引上げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述したとおり、本発明に係るフォルステライト単結晶の製造方法によれば、クラックや割れ、曲がり等の変形を生じることなく、また、気泡等の欠陥の混入のない高品質なフォルステライト単結晶を大口径で歩留よく得ることができる。
したがって、本発明は、フォルステライト単結晶を用いた高品質な光学フィルタや固体レーザ等の光学素子を歩留よく提供することに寄与し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明においては、チョクラルスキー法による単結晶引上げによって、フォルステライト単結晶を製造する。本発明は、この引上げの際に用いる種結晶に着目し、ｂ軸に対して±５°以内の方位のフォルステライト単結晶を種結晶として用いることを特徴とするものである。
上記のような種結晶を用いることにより、直径５０ｍｍの大口径の単結晶を引上げる場合においても、結晶のクラックや割れ、曲がり等の変形を抑制することができ、また、結晶内部への気泡等の欠陥の混入も抑制することができる。
【００１８】
図３−１，２に、従来のように、ａ軸またはｃ軸方位のフォルステライト単結晶を種結晶として用いて引上げた単結晶インゴットの外観形状および断面形状を示す。
図３−１，２に示したように、ａ軸またはｃ軸方位の種結晶を用いた場合は、結晶断面が扁平形状となる傾向にある。すなわち、結晶側面に、ａ軸とｃ軸に平行なｂ面（ｂ軸に垂直なフラット面）が形成されやすい。
【００１９】
上記単結晶引上げ途上においては、結晶と原料融液との固液界面近傍にある融液中の結晶にも、ｂ面が形成されやすくなり、このような扁平形状の結晶が、融液表面または融液内で回転した場合、融液の対流は不安定になる。そのため、融液の温度分布が不安定になり、結晶の曲がりが発生し、また、結晶内に歪が蓄積されたり、方位の異なる結晶が急成長したりすることにより、結晶にクラックや割れが生じる。
また、育成された結晶が、対流が不安定な融液中に再溶融し、その際に発生した気泡が、引上げられる結晶内部に取り込まれる。
【００２０】
一方、ｂ軸方位のフォルステライト単結晶を種結晶として用いて引上げた単結晶インゴットの外観形状および断面形状を図１−１，２に示す。
図１−１，２に示したように、種結晶をｂ軸方位とした本発明に係る製造方法によれば、結晶断面は円形状となる。
したがって、引上げられた結晶の断面および固液界面近傍における結晶の形状が中心軸対称となるため、上述したような融液の不安定な対流が抑制され、結晶のクラックや割れ、曲がりも生じず、また、結晶内部への気泡等の欠陥の混入も抑制される。
【００２１】
上記のように、本発明において用いられる種結晶の方位は、ｂ軸方位であり、ｂ軸に対して±５°以内が許容範囲である。
種結晶の軸方位が、ｂ軸に対して５°よりも大きく傾くと、固液界面近傍における結晶形状の非対称性が、原料融液の対流の安定性に対して無視できない程度となる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１，２、比較例１〜３］
純度９９．９９％の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）をフォルステライトの化学量論組成となるように、秤量、混合し、静水圧プレスにて押圧成型した。
前記フォルステライト原料の成型体を、電気炉にて、大気中、１３００℃で６時間焼成した。
焼成により得られたフォルステライトの結晶原料を、直径１００ｍｍ、高さ１００ｍｍのイリジウム製ルツボに入れて融解し、原料融液とした。
そして、チョクラルスキー法により、表１に示すような各軸方位の種結晶を用いて、回転速度１０〜３０ｒｐｍ、引上げ速度１．０〜３．０ｍｍ／ｈｒで、直径５０ｍｍのフォルステライト単結晶を引上げた。
これらの引上げた各結晶について、クラックや割れ、曲がり、気泡の混入の有無を確認し、また、欠陥のない単結晶インゴットの引上げ本数および歩留の評価を行った。
これらの評価結果を表１にまとめて示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１の評価結果から分かるように、種結晶の方位がｂ軸±５°以内の場合（実施例１，２）には、引上げた結晶は、クラックや割れ、曲がりがなく、また、結晶内部への気泡の混入が抑制されていることが認められた。
一方、種結晶の方位がｂ軸から１０°傾いている場合（比較例１）は、引上げた結晶のクラックや割れ、曲がりは抑制されていたものの、結晶内部への気泡の混入が多く見られた。
また、種結晶の方位がａ軸またはｂ軸である場合（比較例２，３）には、引上げた結晶は、クラックや割れ、曲がりが多く見られ、また、結晶内部への気泡の混入も非常に多く見られた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１−１】ｂ軸方位の種結晶を用いて引上げた単結晶インゴットの外観形状の概略図である。
【図１−２】ｂ軸方位の種結晶を用いて引上げた単結晶インゴットの断面形状の概略図である。
【図２】曲がりを生じた単結晶インゴットの一例を示した概略図である。
【図３−１】ａ軸またはｃ軸方位の種結晶を用いて引上げた単結晶インゴットの外観形状の概略図である。
【図３−２】ａ軸またはｃ軸方位の種結晶を用いて引上げた単結晶インゴットの断面形状の概略図である。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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