(57)【要約】【課題】  ＺｎＯ単結晶等を育成するのに好適な単結晶育成容器を提供する。【解決手段】  水熱合成法により単結晶を育成する単結晶育成容器であって、所要の温度と圧力に耐えられる第１の容器と、少なくとも蓋部と本体部とから成る、上記第１の容器内に収容可能な第２の容器とを有する単結晶育成容器において、上記第２の容器における上記蓋部と上記本体部は、その一方に形成された嵌合部が、他方の内壁部に密着して嵌合する構造とされていることを特徴とする単結晶育成容器、及び水熱合成法により単結晶を育成する単結晶育成容器であって、所要の温度と圧力に耐えられる第１の容器と、上記第１の容器内に収容可能な第２の容器とを有する単結晶育成容器において、上記第２の容器は、その内面に貴金属の箔が貼付されていることを特徴とする単結晶育成容器。  【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水熱合成法により単結晶を育成する単結晶育成容器であって、所要の温度と圧力に耐えられる第１の容器と、少なくとも蓋部と本体部から成る、上記第１の容器内に収容可能とされる第２の容器とを有する単結晶育成容器において、上記第２の容器における上記蓋部と上記本体部は、その一方に形成された嵌合部が、他方の内壁部に密着して嵌合する構造とされていることを特徴とする単結晶育成容器。
【請求項２】
上記本体部が複数の構成部品から成り、或る構成部品に形成された嵌合部が、他の構成部品の内壁部に密着して嵌合されることで、上記本体部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の単結晶育成容器。
【請求項３】
上記第２の容器は、その内部に上記所要の圧力が加えられた時に、上記第１の容器と接し、その内部の圧力が上記第１の容器によって支持されるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の単結晶育成容器。
【請求項４】
上記第２の容器の蓋部及び本体部が貴金属により形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の単結晶育成容器。
【請求項５】
酸化亜鉛の単結晶の育成に用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の単結晶育成容器。
【請求項６】
水熱合成法により単結晶を育成する単結晶育成容器であって、所要の温度と圧力に耐えられる第１の容器と、上記第１の容器内に収容可能な第２の容器とを有する単結晶育成容器において、上記第２の容器は、その内面に貴金属の箔が貼付されていることを特徴とする単結晶育成容器。
【請求項７】
上記第２の容器がステンレス鋼によって形成されていることを特徴とする請求項６に記載の単結晶育成容器。
【請求項８】
上記貴金属の箔の厚みが１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項６又は７に記載の単結晶育成容器。
【請求項９】
上記第２の容器には、その内部の圧力と外部の圧力を調整する圧力調整手段が設けられていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の単結晶育成容器。
【請求項１０】
酸化亜鉛の単結晶の育成に用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の単結晶育成容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水熱合成法により単結晶を育成するのに好適な単結晶育成容器に関し、特に酸化亜鉛の単結晶を育成する単結晶育成装置に用いるのに好適な単結晶育成容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から単結晶の育成を行う際には、高温高圧の系において、物質を反応させて結晶の育成を行うようにしている。このような単結晶育成方法の１つに、高温高圧の系に温度差を設け、温度差により生じる育成溶液の結晶溶解度の差を利用した、いわゆる水熱合成法が知られている。
【０００３】
図１２は、従来の単結晶育成装置において単結晶の育成を行う時の様子を模式的に示した図である。
図１２に示すように、従来の単結晶育成装置１００では、例えば鉄を主材とした高張力鋼からなり、高温高圧に耐えられる容器（オートクレーブ）１１０内で単結晶の育成が行われている。オートクレーブ１１０内は、バッフル板（対流制御板）１０４により、単結晶の育成に必要な育成溶液を生成する溶解領域と、単結晶を成長させる成長領域とに分けられている。
【０００４】
成長領域には、フレーム１０１に貴金属線１０２を取り付けた懸架ジグが設けられており、この懸架ジグの貴金属線１０２に種子結晶１０３が吊り下げられている。また溶解領域には、単結晶の原料１０５が配置されている。
【０００５】
このように種子結晶１０３と原料１０５をそれぞれの領域に配置した後、オートクレーブ１１０内に原料１０５を溶解させる溶解液（図示していない）を充填し、オートクレーブ１１０をヒーター１０６により加熱して、オートクレーブ１１０内が所定の高温高圧状態となるように温度制御を行うと、溶解領域では溶解液に原料１０５が溶解した育成溶液（飽和溶液）が発生する。
この時、オートクレーブ１１０の溶解領域（下部側）の温度を成長領域（上部側）の温度より高くなるように制御して、溶解領域と成長領域との間に温度差を与えることで、この温度差により生じる対流によって、溶解領域で発生した育成溶液が上昇して成長領域に流れ込むことになる。成長領域は溶解領域に比べて温度が低いため、成長領域に達した育成溶液は過飽和状態となる。
この結果、成長領域と溶解領域の温度差に相当する溶解度差分の原料１０５が種子結晶１０３に析出し、成長領域の種子結晶１０３が成長していくことになる。
【０００６】
例えば、図１２に示した単結晶育成装置１００により水晶の単結晶を育成する場合の育成条件は、溶解液として弱アルカリ性溶液を用いると共に、オートクレーブ１１０内の温度を約３５０℃、圧力を１０００気庄〜１５００気圧に設定することになる。
【０００７】
ところで、上記したような水熱合成法によって単結晶を育成する際には、育成する単結晶の種類にもよるが、通常、溶解液として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸カルシウム（Ｎａ2Ｃ０3）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、リン酸（Ｈ3Ｐ０4）などのアルカリ溶液または酸溶液を用いるため、この溶解液によって、オートクレーブ１１０の主材である鉄が腐食し、腐食した鉄成分が育成中の単結晶に不純物として混入するという不具合があった。
このため、上記したような単結晶育成装置１００によって水晶の育成を行う際には、オートクレーブ１１０の内面に、ごく薄い保護膜を形成しておくことで、オートクレーブ１１０の主材である鉄の腐食を防止するようにしていた。
【０００８】
しかしながら、このように構成した場合は、溶解液が弱酸溶液又は弱アルカリ溶液の時は有効であるものの、溶解液が強酸又は強アルカリ溶液の時はオートクレーブ１１０の腐食を十分に防止することが困難であった。
このため、溶解液として強酸溶液又は強アルカリ溶液を用いる酸化亜鉛（ＺｎＯ）や方解石（炭酸カルシウム：ＣａＣ０3）などの単結晶を育成する場合には、腐食した鉄成分が育成中の単結晶に混入するという不具合を解消することができなかった。
また、例えばオートクレーブ１１０の内面を貴金属によりコーティングして、オートクレーブ１１０の腐食を防止することも考えられるが、この場合はオートクレーブ１１０の主材である鉄と、貴金属との熱膨張係数が異なるなどの要因により、コーティングした貴金属が剥がれ易く、剥がれたところが腐食して育成中の単結晶に混入することがあり、問題の解決には至らないものであった。
【０００９】
そこで、このような問題を解決する技術が、特許文献１において提案された。
特許文献１に記載の単結晶育成容器は、図１３に示すように、貴金属により形成した内筒容器２００を、オートクレーブ１１０内に独立して設置し、この内筒容器の内部で単結晶の育成を行うようにしたものである。このようにすればオートクレーブ１１０の腐食はなくなり、従って、溶解液に強酸又は強アルカリ溶液を用いても、育成中の単結晶に不純物が混入するのを防止することができる。
この場合、内筒容器２００は、それぞれ有底の円筒状とされた蓋部２０１と本体部２０２から形成される。蓋部２０１と本体部２０２は、その円筒周壁が略同径とされている。そして図示するように蓋部２０１と本体部２０２は、オートクレーブ１１０の内部空間に略密着状態で挿入されることで、蓋部２０１の円筒周壁２０３の端部と本体部２０２の円筒周壁２０４の端部が密着し（図では蓋部２０１と本体部２０２の境界を示すために、密着しないように示している）、内筒容器２００の内部に密閉空間が形成されるようにしている。
【００１０】
ところがこのような単結晶育成容器には、次のような課題が残されている。
まず、内筒容器２００は、上記のようにオートクレーブ１１０内で蓋部２０１と本体部２０２が密着することによって内部に密閉空間を形成するものであるが、上記構造では密閉度が低下する場合があり、単結晶育成に好ましくない。
また、単結晶育成容器１００（オートクレーブ１１０）は、実際のサイズとしては高さが１０〜２０ｍ程度とされる。従って内筒容器２００としては、直径３０ｃｍ程度で、高さが１０〜２０ｍの円筒状のものとされる。このような内筒容器２００、特に本体部２０２は、長尺であるが故に、その製造の難易度が高く、また運搬／保管／取り扱いなどにおいて手間やコストがかかる。
更に、内筒容器を白金のような貴金属で形成する場合は、白金は極めて高価であるので、その作製に高い費用がかかる。例えば工業用途に利用可能なサイズ（例えば２０ｍｍ以上）の単結晶を量産（育成）するために内筒容器の形状を大型化すると、その作製費用が極めて高くなる。また、内筒容器の形状の大型化するにあたっては、その機械的強度を確保するために、内筒容器を肉厚にする必要があるため、使用する白金の量が増加し、この点からも作製費用が大幅に増加する。
【００１１】
そこで、オートクレーブ内に第２の容器として内筒容器を収容する単結晶育成容器において、その内筒容器の内面に貴金属のメッキを施すこと、或いは内筒容器を貴金属を用いたクラッド材で形成する技術が提案された（特許文献２）。
この場合、内筒容器内で単結晶の育成を行う際に、メッキ或いはクラッド材による貴金属の被膜層により、第２の容器（内筒容器）は強酸溶液又は強アルカリ溶液によっても腐食することがなく、不純物のない酸化亜鉛等の単結晶を育成できる。また内筒容器は例えば鉄やステンレス鋼で肉厚の大部分を作成でき、つまり全てを貴金属で形成するものではないため、全て貴金属で内筒容器を作成することに比べて、コストダウンを図ることもできる。
【００１２】
しかしながら、内筒容器内面に貴金属のメッキを施す場合や、内筒容器にクラッド材を用いる場合には、次のような課題が残されている。
まず貴金属メッキの場合、そのメッキ部分のみの厚みは数μｍ程度の薄いものとなる。これは実際の作業時においては傷が付きやすいものとなり、傷が付いた場合、内筒容器の素材部分である鉄やステンレス鋼部分がわずかに容器内側に表出する。すると内筒容器内の強アルカリ溶液等が鉄やステンレス鋼部分をおかすことになる。このため溶解液に強酸又は強アルカリ溶液を用いても育成中の単結晶に不純物が混入するのを防止するという本来の貴金属メッキの効果が得られなくなる。つまり貴金属メッキでは、その膜厚が実用上、十分でない場合があった。
【００１３】
また貴金属とステンレス等によるクラッド材を用いて内筒容器を形成する場合は、貴金属部分の厚みは０．１ｍｍ程度となる。これはステンレス鋼等を内面側に表出させないという点では、その膜厚は実用上十分な厚みである。しかしながら、このようなクラッド材では、必要とする白金等の高価な貴金属の量が、上記メッキの場合に比べたら遥かに多くなり、コスト的な負担が大きくなる。
【特許文献１】特開２００３−１６５７９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、密閉度が高く、また製造や取り扱い時に好適な内側容器を有する単結晶育成容器を提供することである。
本発明の他の目的は、内側容器内で単結晶育成を行う単結晶育成容器において、溶解液による内側容器の主材の腐食を防止して、育成中の単結晶への不純物混入を防止すると共に、内側容器のコストを軽減した単結晶育成容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願第１発明は、水熱合成法により単結晶を育成する単結晶育成容器であって、所要の温度と圧力に耐えられる第１の容器と、少なくとも蓋部と本体部から成ると共に、上記第１の容器内に収容可能な第２の容器とを有する単結晶育成容器において、上記第２の容器における上記蓋部と上記本体部は、その一方に形成された嵌合部が、他方の内壁部に密着して嵌合する構造とされていることを特徴とする単結晶育成容器である。
本願第２発明は、水熱合成法により単結晶を育成する単結晶育成容器であって、所要の温度と圧力に耐えられる第１の容器と、上記第１の容器内に収容可能な第２の容器とを有する単結晶育成容器において、上記第２の容器は、その内面に貴金属の箔が貼付されていることを特徴とする単結晶育成容器である。
【発明の効果】
【００１６】
本願第１発明によれば、第２の容器における蓋部と本体部が、一方の嵌合部と他方の内壁部により密着して嵌合する嵌合構造とされていることで、第２の容器の内部空間の密閉度を高めることができ、これによって単結晶育成容器としての性能を安定させることができる。
本願第２発明によれば、内部で単結晶育成を行う第２の容器は、その内面に貴金属の箔が貼付されているため、強酸溶液又は強アルカリ溶液によっても腐食することがなく、従って不純物のない単結晶を育成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本願第１発明において、第２の容器の本体部を複数の構成部品から構成し、或る構成部品に形成された嵌合部が、他の構成部品の内壁部に密着して嵌合されていくことで、上記本体部が形成されるようにすることができる。
第２の容器の本体部は長尺なものが必要とされるが、これを複数の構成部品を繋げて形成されるようにすることで、各構成部品として比較的短尺の構成部品を製造すればよいものとなる。従って、製造の簡易化、取り扱いの容易化、及びこれらによるコストの削減も可能となる。
【００１８】
第１発明の上記第２の容器は、その内部に上記所要の圧力が加えられた時に、上記第１の容器と接し、その内部の圧力が上記第１の容器によって支持されるように形成することができる。これにより、第２の容器の内部圧力を第１の容器によって支持することが可能になり、上記嵌合構造部分は内部圧力によってより密着されることになるため、密閉度の向上に好適である。さらにこの場合、第１の容器内の圧力と、第２の容器内の圧力差を調整するための圧力調整機構を設けることなく、第１の容器内に第２の容器を配置することができるため、単結晶育成容器の構造を簡略化することが可能になる。
【００１９】
第１発明の上記第２の容器の蓋部及び本体部は、貴金属により形成することができる。第２の容器を貴金属により形成すれば、第２の容器は強酸溶液又は強アルカリ溶液によっても腐食しないので、本発明の容器を酸化亜鉛の単結晶を育成する単結晶育成装置に適用すれば、不純物のない単結晶を育成することが可能になる。またこの場合、強酸溶液又は強アルカリ溶液によって第１の容器が腐食することもないので、第１の容器の劣化を防止することができるという利点もある。
【００２０】
第１発明の単結晶育成容器は、特に酸化亜鉛の単結晶の育成に用いるのに適する。
【００２１】
本願第２の発明において、上記第２の容器の主材は、例えばステンレス鋼によって形成されるのが好ましい。そして上記貴金属の箔は、厚みが１０〜５０μｍ、特に２０〜３０μｍであるのが好ましい。貴金属の箔により第２の容器の内面を覆うことで、溶解液による第２の容器の主材（ステンレス鋼等）の腐食を防止し、育成中の単結晶への不純物混入を防止できる。貴金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、白金（Pt）、ロジウム（Ｒｈ）、インジウム（Ｉｒ）などの白金族元素を用いることができるが、白金及びインジウムが特に好ましい。
貴金属の箔の厚みが１０〜５０μｍであると、作業時に容易に傷が付かない実用上十分な厚みとなり、これにより装置の実用的性能を向上させることができる。さらに、貴金属を用いたクラッド材に比べては、貴金属の必要量は低減し、第２の容器の低コスト化を実現できる。特に工業用途に利用可能な大型サイズの単結晶を育成する単結晶育成容器を形成する際の作製費用を大幅に低減できる。
【００２２】
第２発明の上記第２の容器には、その内部の圧力と外部の圧力を調整する圧力調整手段を設けることができる。圧力調整手段を設けた場合は、第２の容器が内外圧力差によって変形することなく、第２の容器内で安定した単結晶の育成を行うことが可能になる。
【００２３】
第２発明の単結晶育成容器において、第１発明におけるように、第２の容器における蓋部と本体部を、一方の嵌合部と他方の内壁部により密着して嵌合する嵌合構造としてもよい。また、第２の容器の本体部を複数の構成部品から構成し、或る構成部品に形成された嵌合部が、他の構成部品の内壁部に密着して嵌合されていくことで、上記本体部が形成されるようにしてもよい。
【００２４】
第２発明の単結晶育成容器は、特に酸化亜鉛の単結晶の育成に用いるのに適する。
【実施例】
【００２５】
＜第１発明の第１の実施の形態＞
先ず、図１〜図４を用いて、本願第１発明の第１の実施の形態としての単結晶育成容器の構造を説明する。なお、本実施の形態では、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単結晶を育成するのに好適な単結晶育成容器の構造を例に挙げて説明する。
【００２６】
図１は第１の実施の形態としての単結晶育成容器の分解斜視図、図２はその断面図を示している。さらに図３（ａ）及び（ｂ）は、単結晶育成容器の内部に配される内筒容器１０の斜視図及びＡ−Ａ断面図を示している。
図１に示すように、本実施の形態としての単結晶育成容器１は、少なくとも、水熱合成法により酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単結晶を育成する際に与えられる所定の温度と圧力に耐えられる第１の容器（オートクレーブ）２と、オートクレーブ２の内部に収容可能な第２の容器（内筒容器）１０とを有する。
【００２７】
オートクレーブ２は、例えば鉄を主材とした高張力鋼などにより形成された容器本体３と蓋体４とからなる。容器本体３と蓋体４は、パツキン６を挟んで容器本体３に蓋体４を被せて、固着部５，５により固着することで、その内部を気密状態に保つことができるようになっている。
また、容器本体３の外周には、その内部を加熱するためのヒーター７が取り付けられている。
【００２８】
オートクレーブ２内には、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、或いは白金（Pt）などの白金族元素からなる貴金属によって形成された内筒容器１０が収容されている。
内筒容器１０は、図３に示すように、例えばその内部が空洞になっている円筒状の容器であり、蓋部３０と本体部４０として、上下２つの部位に分離することが可能とされる。
内筒容器１０の外径は、図２（ａ）、（ｂ）からも分かるように、オートクレーブ２の内径より僅かに小さいサイズとされる。具体的には内筒容器１０は、内筒容器１０をオートクレーブ２に収容する際に支障がない範囲で、できるだけオートクレーブ２の内部空間の径に近い外径を有する円筒形状とされる。例えば、内筒容器１０をオートクレーブ２に収容した時は、内筒容器１０がオートクレーブ２の内面に接するぐらいの形状にすることが好ましい。例えば内筒容器１０の外径は、オートクレーブ２の内径より０．１〜０．２ｍｍだけ小さいサイズとするのが好ましい。
【００２９】
このように本実施の形態の単結晶育成容器１は、オートクレーブ２の内面に保護膜を形成したり、或いはオートクレーブ２の内面を貴金属によりコーティングするのではなく、オートクレーブ２内に、オートクレーブ２の内径より僅かに小さい外径で、しかも強酸溶液や強アルカリ溶液によっても腐食しない貴金属からなる内筒容器１０を設けるようにしたものである。
そして、このように構成した場合は、オートクレーブ２内に内筒容器１０を収容したうえで、オートクレーブ２を加熱して、内筒容器１０の内部をＺｎＯ単結晶の育成条件にあった所要の高温高庄状態に設定すると、内筒容器１０はその内圧によって膨張し、オートクレーブ２の内壁面に密着することになる。これにより、ＺｎＯ単結晶育成時において内筒容器１０が受ける内部圧力をオートクレーブ２により支持することが可能になる。
【００３０】
なお、内筒容器１０の肉厚は、内筒容器１０とオートクレーブ２間の隙間、及び内側容器１０が受ける内圧、内筒容器１０の材質の弾性係数などを考慮して、少なくとも、内筒容器１０に所要の圧力を加えた時に、内筒容器１０が膨張してオートクレーブ２の内壁面に密着するような厚さに設定すれば良い。但し、内筒容器１０の材料である白金（Ｐｔ）は高価であるため、その厚みを可能な限り薄くすることが好ましい。ＺｎＯ単結晶育成容器として使用する場合は、内筒容器１０の厚さは０．３〜０．５ｍｍであるのが好ましい。
【００３１】
本実施の形態では、内筒容器１０を形成する蓋部３０と本体部４０は、互いに嵌合する構造とされている。
図３からわかるように蓋部３０は有底の円筒形状とされるが、本体部４０に対向することになる開口側には、円筒周壁が内部側に、その周壁の厚み分だけ段差が付けられて成る嵌合部３１が形成されている。そしてこの嵌合部３１が、同じく有底の円筒形状とされる本体部４０の開口側に嵌め込まれることで、本体部４０の周壁内面４１に対して嵌合部３１が密着して嵌合される状態となる。
嵌合された状態は図２のようになる。なお図２では説明の都合上、蓋部３０と本体部４０の各円筒周壁の端部の当接部分に間隙を設けているが、実際には各円筒周壁の端部も密着される状態にまで嵌め込まれる。
そしてこのように嵌合部３１が周壁内面４１に嵌合されることで、内筒容器１０は密閉度の高い内部空間を得ることができる。即ち、嵌合部３１が、蓋部３０と本体部４０の各円筒周壁の端部の当接部分を覆うこと、さらには嵌合部３１が周壁内面４１と密着することで、密閉度は向上される。
さらには、上述したように内筒容器１０はＺｎＯ単結晶の育成条件にあった所要の高温高圧状態に設定すると、その内圧によって膨張し、オートクレーブ２の内壁面に密着することになるが、この際、嵌合部３１と周壁内面４１の密着性も高められ、より密閉性は良好となる。
従って本実施の形態によれば、内筒容器１０の密閉度を良好に保つことができ、単結晶育成容器として安定した機能を得ることができる。
【００３２】
上記説明では、内筒容器１０の内部をＺｎＯ単結晶の育成条件に設定した時に、内筒容器１０が内圧によってオートクレーブ２の内壁面に密着すると述べたが、例えば事前に内筒容器１０をオートクレーブ２に収容したうえで、内筒容器１０内を高温高圧状態に保つことで、内筒容器１０を塑性変形させて、内筒容器１０とオートクレーブ２とを密着させておくようにしても良い。そのような場合でも、嵌合部３１と周壁内面４１の密着性も高められることは同様であり、密閉性を良好にすることができる。
【００３３】
図４は、図１〜図３で説明した単結晶育成容器を用いた単結晶育成装置２０により、単結晶の育成を行った場合の様子を模式的に示した図である。ここでは酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単結晶を育成する場合を例に挙げる。
図４に示す単結晶育成装置２０では、オートクレーブ２に収容された内筒容器１０の内部でＺｎＯ単結晶の育成が行われる。内筒容器１０の内部は、バッフル板１４により、単結晶の育成に必要な育成溶液２１を生成する溶解領域と、単結晶を成長させる成長領域とに分けられている。内筒容器１０の成長領域には、フレーム１１に貴金属線（白金線）１２を取り付けた懸架ジグが設けられており、この懸架ジグの白金線１２に種子結晶１３が吊り下げられている。また内筒容器１０の溶解領域には、酸化亜鉛の原料１６が配置されている。
このような内筒容器１０の内部には、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸カルシウム（Ｎａ2Ｃ０3）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの強アルカリ溶液が所定の充填率で注入されている。
【００３４】
オートクレーブ２の外周には、ヒーター７が取り付けられており、このヒーター７により、オートクレーブ２を加熟して、内筒容器１０内を所定の高温高圧状態に保つようにしている。
なお、図示していないが、実際には、オートクレーブ２に圧力計と熱電対を取り付けて、オートクレーブ２内の温度及び圧力が、所定温度及び圧力となるように、温度制御装置によりヒーター７の温度を制御して、内筒容器１０内を所定の高温高圧状態に保つようにしている。
【００３５】
バッフル板１４には複数の孔（図では円孔）が形成されており、この孔の数、つまり開口面積により、溶解領域から成長領域への対流量を制御するようにしている。
【００３６】
従って、このような単結晶育成装置２０では、オートクレーブ２をヒーター７により加熱して、内筒容器１０内が所定の高温高圧状態となるように温度制御を行うと、溶解領域では溶解液に原料１６が溶解した育成溶液（飽和溶液）が発生する。この時、内筒容器１０の溶解領域（下部側）の温度を成長領域（上部側）の温度より高くなるように制御して、溶解領域と成長領域との間に温度差を与えることで、この温度差により生じる対流によって、溶解領域で発生した育成溶液が上昇して成長領域に流れることになる。
この場合、成長領域は溶解領域に比べて温度が低いため、成長領域に造した育成溶液は過飽和状態になる。従って、成長領域では、成長領域と溶解領域の温度差に相当する溶解度差分の原料が種子結晶１３に析出し、種子結晶１３が成長していくことになる。
【００３７】
例えば上記した単結晶育成装置２０によって品質の良いＺｎＯ単結晶を育成する場合の育成条件としては、例えば内筒容器１０内の成長領域の温度を３３０〜３６０℃、その圧力を600〜800 kg/cm2、成長領域と溶解領域との温度差を１０〜３０℃の温度範囲内となるように設定すれば良い。
【００３８】
そして、このような本実施の形態の単結晶育成容器１を用いて単結晶育成装置２０を構成した場合は、内筒容器１０の外形がオートクレーブ２の内面に接した状態で収容されているので、内筒容器１０の内圧が高くなるにしたがって内筒容器１０がオートクレーブ２の内壁面に密着し、内筒容器１０が受ける内圧はオートクレーブ２の内壁面によって支持されることになる。
従って、本実施の形態のような単結晶育成容器１によれば、オートクレーブ２内の圧力と、内筒容器１０内の圧力との圧力差を調整するための圧力調整装置を設けることなく、オートクレーブ２内に内筒容器１０を配置することができるため、単結晶育成容器の構造を簡略化することができる。さらに上述のとおり、内筒容器１０は良好な密閉性を保てるものとなる。
【００３９】
また、このように構成した場合は、ＺｎＯ単結晶の育成は、円筒容器１０内で行われるので、つまり、白金（Ｐｔ）などの貴金属容器内で行われるので、育成するＺｎＯの単結晶に不純物が混入することもない。
また、逆に溶解液（強アルカリ溶液）によってオートクレーブ２の内壁（鉄）が腐食することもないので、オートクレーブ２の劣化も防止することができるという利点もある。
【００４０】
＜第１発明の第２の実施の形態＞
第２の実施の形態を図５及び図６で説明する。
図５は単結晶育成容器１の断面図を示し、図６（ａ）及び（ｂ）は単結晶育成容器の内部に配される内筒容器１０の斜視図及びＢ−Ｂ断面図を示している。
なお、単結晶育成容器１は上記第１の実施の形態と同様にオートクレーブ２内に内筒容器１０が収容されて構成され、またオートクレーブ２の構造は図１及び図２と同様である。
また、オートクレーブ２と内筒容器１０のサイズ関係や形状、さらには図４で説明した単結晶育成動作も第１の実施の形態と同様である。
第２の実施の形態の場合、内筒容器１０の構造が第１の実施の形態と異なるため、内筒容器１０の構造についてのみ述べる。
【００４１】
第２の実施の形態では、内筒容器１０の本体部４０が、複数（３つの例で示す）の構成部品としての本体部品４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが互いに嵌合することで接合されている。
図６で説明すると、内筒容器１０の蓋部３０の構造は図３と同様である。本体部４０の一部を構成する本体部品４０Ａは、無底の円筒形状とされ、本体部品４０Ｂに対向することになる開口側には、円筒周壁が内部側に、その周壁の厚み分だけ段差が付けられて成る嵌合部４２Ａが形成されている。そしてこの嵌合部４２Ａが、同じく無底の円筒形状とされる本体部品４０Ｂの上部開口に嵌め込まれることで、本体部品４０Ｂの周壁内面４１Ｂに対して嵌合部４２Ａが密着して嵌合される。
また本体部品４０Ｂは、本体部品４０Ｃに対向することになる開口側には、円筒周壁が内部側に、その周壁の厚み分だけ段差が付けられて成る嵌合部４２Ｂが形成されている。そしてこの嵌合部４２Ｂが、有底の円筒形状とされる本体部品４０Ｃの開口側に嵌め込まれることで、本体部品４０Ｃの周壁内面４１Ｃに対して嵌合部４２Ｂが密着して嵌合される。
このようにして本体部品４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが互いに嵌合して接合されることで、例えば１０〜２０ｍ程度の高さとなる本体部４０が形成される。
【００４２】
このような本体部４０に対しては、蓋部３０が嵌合される。即ち、蓋部３０における嵌合部３１が、本体部４０の開口側端となる本体部品４０Ａに嵌め込まれることで、本体部品４０Ａの周壁内面４１Ａに対して嵌合部３１が密着して嵌合される状態となる。
【００４３】
以上のように本体部品４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが互いに嵌合され、かつ蓋部３０が嵌合された状態は図５のようになる。なお図５では説明の都合上、蓋部３０と本体部４０の各円筒周壁の端部の当接部分、さらに各本体部品４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの間の円筒周壁の端部の当接部分に間隙を設けているが、実際には各円筒周壁の端部も密着される状態にまで嵌め込まれる。
そしてこのように嵌合部３１と周壁内面４１Ａ、嵌合部４２Ａと周壁内面４１Ｂ、嵌合部４２Ｂと周壁内面４１Ｃが、それぞれ嵌合されて内筒容器１０が形成されることで、密閉性の良好な内筒容器１０が得られることは、上記第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
図６では各本体部品４０Ａ、４０Ｂの下端部に嵌合部４２Ａ、４２Ｂが設けられているが、嵌合部は各本体部品の上端部に設けてもよい。或は両端部に嵌合部を設けた本体部品と、嵌合部を持たない本体部品とを交互に配置してもよい。
【００４５】
この第２の実施の形態の場合、１０〜２０ｍ程度となる長尺の本体部４０を複数の本体部品４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ．．．．に分けて製造し、また取り扱うことができる。このため製造の簡易化、取り扱いの容易化、及びこれらによるコストの削減が可能となる。
なお、この例では本体部４０を３つの本体部品（４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）に分けるものとしたが、もちろん２つの部品に分けたり、或いは４つ以上の部品に分けることも当然可能である。それらの複数の本体部品が嵌合構造により接合されて長尺の本体部４０が形成されればよい。
【００４６】
＜第１発明の第３の実施の形態＞
第１発明の第３の実施の形態としての内筒容器１０の構造を図７に示す。
上記第１の実施の形態（図３参照）では、内筒容器１０の蓋部３０側に嵌合部３１を設けたが、図７の内筒容器１０は、本体部４０側に嵌合部４３を形成した例である。この場合、本体部４０側に嵌合部４３が、蓋部３０の周壁内面３３に対して密着して嵌合される。
このように、本体部４０側に嵌合部４３を形成する構造としても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
又、図示しないが、図７の構造における本体部４０を上記第２の実施の形態のように複数の本体部品の嵌合によって形成してもよい。そのようにすれば第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
＜第１発明の適用例＞
以上、実施の形態を説明してきたが、本願第１発明の適用例は各種考えられる。
上記実施の形態では、単結晶育成容器１を用いた単結晶育成装置２０によって、ＺｎＯ単結晶を育成する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、ＺｎＯ単結晶以外の各種単結晶を水熱合成法により育成する単結晶育成装置にも適用することが可能である。
また、本発明の単結晶育成容器１は、溶解液として強酸又は強アルカリ溶液を用いて単結晶を育成する場合に好適なものとされるが、例えばリン酸（H3P04）などの弱酸又は弱アルカリ溶液を用いて単結晶を育成する場合に適用できることは言うまでもない。
さらに上記実施の形態では、内筒容器１０を貴金属により形成するものとして説明したが、強酸又は強アルカリ溶液によって腐食しなければ、貴金属以外の材料によって形成することも可能である。
【００４８】
＜第２発明の実施の形態＞
次に、図８及び図９を用いて、本願第２発明の実施の形態としての単結晶育成容器の構造を説明する。なお、本実施の形態では、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単結晶を育成するのに好適な単結晶育成容器の構造を例に挙げて説明する。
図８には、本実施の形態としての単結晶育成容器の分解斜視図が示されている。
図８に示すように、本実施の形態の単結晶育成容器１は、少なくとも、水熱合成法により酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単結晶を育成する際に与えられる温度と圧力に耐えられる第１の容器（オートクレーブ）２と、このオートクレーブ２の内部に収容可能な第２の容器（内筒容器）１０とからなる。
【００４９】
オートクレーブ２は、例えば鉄を主材とした高張力鋼などにより形成された容器本体３と蓋体４とからなり、パツキン６を挟んで容器本体３に蓋体４を被せて、固着部５により固着することで、その内部を気密状態に保つことができるようになっている。また、容器本体３の外周には、その内部を加熱するためのヒーター７が取り付けられている。
【００５０】
内筒容器１０は、その内部が空洞になっている例えば円柱状の容器であり、支柱２４によって支持された底台２３の上に載置されている。
また、内筒容器１０には、その内部と外部と圧力差の均衡を図るための圧力調整部２２が設けられていると共に、その外周囲に複数の開口孔（図では円孔）が形成されたリング状の外部バッフル板１５が取り付けられている。
なお、圧力調整部２２と外部バッフル板１５については後述する。
【００５１】
図９は、図８に示した内筒容器１０の構造を説明するための断面図である。
図９に示すように、内筒容器１０もまた本体部４０と蓋部３０からなり、その内部を気密状態に保つことができるようになっている。
そして、本実施の形態では、拡大して示すように、内筒容器１０を、主材３４としてステンレス鋼を用いて形成することで、その強度を確保したうえで、主材３４（ステンレス鋼）によって形成されている内筒容器１０の内面全体を白金などの貴金属で形成した箔３５によって覆うようにしている。箔３５の厚みは１０μｍ〜５０μｍとする。
【００５２】
なお、箔３５は、白金（Ｐｔ）以外にも、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）などの白金族元素からなる貴金属を用いることが可能である。また、内筒容器１０の主材３４は、必ずしもステンレス鋼に限定されるものではなく、鉄材その他であってもよく、特に各種単結晶の育成する際の所要の高温高圧条件の下で、その表面に形成した白金等の箔３５が剥がれることのない金属材料であれば他の金属によって形成することも可能である。しかし、主材３４をステンレス綱とすれば、例えば鉄を主材３４とした高張力鋼に対して白金による箔３５を貼付する場合に比べて、貼付性が良好となる。
【００５３】
箔３５については、例えば内筒容器１０の内面全体に箔を配置し、内筒容器１０の内部に内圧をかけることで貼付することができる。また単結晶育成の際には内筒容器１０内に内圧がかかっているため、箔３５がはがれることもほとんどない。
そして、内筒容器１０の内面全体に箔３５が貼付されることによっては、内筒容器１０は強酸溶液又は強アルカリ溶液によっても腐食することがなくなり、このため不純物のない酸化亜鉛の単結晶を育成することが可能になる。特には、箔であることや、その厚みが１０〜５０μｍであることなどにより、白金部分の厚みは、作業時に容易に傷が付かない実用上十分な厚みとなる。従って傷によってステンレス綱３４の部分が内面側に表出して溶液におかされることが無くなり、上記のように不純物のない酸化亜鉛の単結晶育成の効果を、より確実なものとすることができる。
さらに前述したように、内筒容器１０として貴金属を用いたクラッド材を用いれば不純物のない酸化亜鉛の単結晶育成効果は高いが、内筒容器１０のコスト的な負担が大きくなる。これに対して本実施の形態のように１０〜５０μｍ程度の厚みの箔を用いる場合、内筒容器１０の作成に必要とされる白金等の貴金属の量を削減でき、従ってコスト負担を軽減できることにもなる。
【００５４】
図１０は、図８に示した単結晶育成容器を用いて構成した単結晶育成装置２０においてＺｎＯ単結晶の育成を行った場合の様子を模式的に示した図である。
図１０に示す単結晶育成装置２０では、オートクレーブ２に収容された内筒容器１０の内部でＺｎＯ単結晶の育成が行われる。この図面上では特に示していないが、内筒容器１０の内面全体は箔３５が貼付されている。内筒容器１０の内部は、内部バッフル板１４により、単結晶の育成に必要な育成溶液２１を生成する溶解領域と単結晶を成長させる成長領域とに分けられている。内筒容器１０の成長領域（上部側）には、フレーム１１に貴金属線（白金線）１２を取り付けた懸架ジグが設けられており、この懸架ジグの貴金属線１２に種子結晶１３が吊り下げられている。
また内筒容器１０の溶解領域（下部側）には、酸化亜鉛の原料１６が配置されている。
また、このような内筒容器１０の内部には、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸カルシウム（Na2C03）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの強アルカリ溶液が所定の充填率で注入されていると共に、オートクレーブ２と内筒容器１０との間には伝熱のために、例えば純水などの伝熱溶液４２が所定の充填率で注入されている。
【００５５】
オートクレーブ２の外周には、ヒーター７が取り付けられており、このヒーター７により、オートクレーブ２を加熱して、内筒容器１０内を所定の高温高圧状態に保つようにしている。
なお、図示していないが、実際にはオートクレーブ２に圧力計や熱電対を取り付けるなどして、オートクレーブ２内の温度及び圧力が、所定温度及び圧力となるように、温度制御装置によりヒーター７の温度を制御して、内筒容器１０内を所定の高温高圧状態に保つようにしている。
内部バッフル板１４には複数の孔（図では円孔）が形成されており、この孔の数、つまり開口面積により、溶解領域から成長領域への対流量を制御するようにしている。
従って、このような単結晶育成装置２０では、オートクレーブ２をヒーター７により加熱して、内筒容器１０内が所定の高温高圧状態となるように温度制御を行うと、溶解領域では溶解液に原料１６が溶解した育成溶液（飽和溶液）２１が発生する。
【００５６】
この時、内筒容器１０の下部（溶解領域）側の温度を上部（成長領域）の温度より高くなるように制御して、溶解領域と成長領域との間に温度差を与えることで、この温度差により生じる対流によって、溶解領域で発生した育成溶液２１が上昇して成長領域に流れることになる。
成長領域は溶解領域に比べて温度が低いため、成長領域に達した育成溶液２１は過飽和状態になる。よって、成長領域では、溶解領域との温度差に相当する溶解度差分の原料１６が種子結晶１３に析出し、種子結晶１３が成長していくことになる。
【００５７】
例えば上記した単結晶育成装置２０によってＺｎＯ単結晶を育成する場合は、内筒容器１０内の成長領域の温度を３３０〜３６０℃、その圧力を600〜800 kg/cm2、成長領域と溶解領域との温度差を１０〜３０℃の温度範囲内となるように制御すると、品質の良いＺｎＯ単結晶を育成することができる。
【００５８】
また本実施の形態の単結晶育成装置２０では、図８に示したように、内筒容器１０の外側に外部バッフル板１５が設けられている。仮に外部バッフル板１５が無いものとすると、オートクレーブ２と内筒容器１０間の熱対流が内筒容器１０の外側全領域にわたって発生し、内部バッフル板１４により内筒容器１０内の熱対流を制御して、成長領域と溶解領域間に温度差を得るようにしても、内筒容器１０の外側の熱対流により、内筒容器１０内の領域間で所定の温度差が得られなくなり、結果的に結晶育成が効果的に行われないという不都合が生じる。
そこで、本実施の形態では、内筒容器１０に外部バッフル板１５を設け、この外部バッフル板１５により内筒容器１０の外側の対流も制限することで、内筒容器１０内の領域間において、種子結晶１３の成長に必要な温度差が確実に得られるようにしている。このとき、外部バッフル板１５は、内部バッフル板１４と同じ高さ位置に設けると、内筒容器１０内の領域間の温度差が確実に得ることができる。
また、１枚の外部バッフル板１５により確実な温度差が得られない場合には、複数の外部バッフル板１５を取り付けるようにしてもよい。
【００５９】
さらに本実施の形態の単結晶育成装置２０では、内筒容器１０の一部を、圧力調整部２２として機能させるために、内筒容器１０の一部をじゃばら状に構成して、内筒容器１０の内外圧差に応じて、内筒容器１０を上下方向に伸縮可能に構成している。このようにすれば、庄力調整部２２の上下方向の伸縮によって、内筒容器１０の内部圧力と外部圧力の均衡を図ることができるので、内筒容器１０の内外圧力差によって内筒容器１０が変形するのを防止することができる。
【００６０】
図１１は、圧力調整部２２による圧力調整の様子を複式的に示した図である。
例えば内筒容器１０の内部圧力が外部圧力より高い場合は、図１１(a)に示されているように、内筒容器１０の内圧によって圧力調整部２２のじゃばら状の部分が伸びることで、内筒容器１０内の圧力は低く、オートクレーブ２内の圧力が高くなり、内筒容器１０の内部圧力と外部圧力との均衡を図ることができる。
これに対して、内筒容器１０の外部圧力がその内部圧力より高い場合は、図１１（ｂ）に示されているように、内筒容器１０にかかる外圧によって圧力調整部２２のじゃばら状の部分が縮むことで、内筒容器１０内の圧力は高く、オートクレーブ２内の圧力が低くなり、内筒容器１０の内部圧力と外部圧力との均衡を図ることができる。
【００６１】
従って、このような本実施の形態の単結晶育成容器１を用いて単結晶育成装置２０を構成すれば、内筒容器１０内に充填した溶解液（強アルカリ溶液）の充填率と、オートクレーブ２内に充填した伝熱溶液４２の充填率との違いや、伝熱溶液４２の動的変化によって発生する内筒容器１０の内外圧力差を吸収することが可能になる。これにより、内筒容器１０は内外圧力差によって変形することがなく、安定した単結晶の育成を行うことができるようになる。
【００６２】
また、本実施の形態の単結晶育成装置２０では、白金などの貴金属による箔３５を貼付した内筒容器１０内で単結晶の育成を行うようにしているため、育成する酸化亜鉛（ＺｎＯ）の単結晶に不純物が混入するといったこともない。
さらに、この場合は、溶解液である強アルカリ溶液を内筒容器１０内に密閉封入することができるので、この溶解液によってオートクレーブ２の内壁（鉄）がほとんど腐食することなく、オートクレーブ２が劣化するのも防止することができる。
【００６３】
＜第２発明の応用例＞
以上、実施の形態を説明してきたが、本願第２発明の応用例は各種考えられる。
上記実施の形態では、内筒容器１０の一部をじゃばら状に構成した圧力調整部２２を内筒本体部４０に設け、内筒容器１０の内外圧差に応じて、内筒容器１０を上下方向に伸縮させることで、内筒容器１０の内外圧力差の均衡を図るようにしているが、これはあくまでも一例であり、圧力調整部２２の構成は各種考えられるものである。例えば内筒容器１０を径方向に伸縮させるような圧力調整部２２を内筒本体部４０に設けるようにしてもよい。また例えば内筒容器１０の蓋部３０に、圧力調整部２２として、ベローズや庄力調整室などを設けることも可能である。
図８及び図９の構造における内筒容器１０の蓋部３０及び本体部４０を、図３又は図７に示すように、嵌合部によって嵌合するような構造にしてもよい。また、図８及び図９の構造における内筒容器１０の本体部４０を図６に示すように複数の本体部品の嵌合によって形成してもよい。そのようにすれば第１発明の第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態では、単結晶育成容器１を用いた単結晶育成装置２０によって、ＺｎＯ単結晶を育成する場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、例えばリン酸（Ｈ3Ｐ０4）などの弱酸又は弱アルカリ溶液を用いてＺｎＯ単結晶以外の各種単結晶、例えば水晶の単結晶を水熱合成法により育成する単結晶育成装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本願第１発明の実施の形態としての単結晶育成容器の分解斜視図である。
【図２】本願第１発明の第１の実施の形態の単結晶育成容器の断面図である。
【図３】本願第１発明の第１の実施の形態の内筒容器の斜視図及び断面図である。
【図４】本願第１発明の実施の形態の単結晶育成装置による単結晶育成の説明図である。
【図５】本願第１発明の第２の実施の形態の単結晶育成容器の断面図である。
【図６】本願第１発明の第２の実施の形態の内筒容器の斜視図及び断面図である。
【図７】本願第１発明の第３の実施の形態の内筒容器の斜視図及び断面図である。
【図８】本願第２発明の実施の形態の単結晶育成容器の分解斜視図である。
【図９】本願第２発明の実施の形態の単結晶育成容器の内側容器の断面図である。
【図１０】本願第２発明の実施の形態の単結晶育成容器により構成した単結晶育成装置での単結晶育成の説明図である。
【図１１】本願第２発明の実施の形態の圧力調整機構の動作の説明図である。
【図１２】従来の単結晶育成装置による単結晶育成の説明図である。
【図１３】従来の単結晶育成容器の構造の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１００  単結晶育成容器、
２，１１０  オートクレーブ、
３  容器本体、
４  蓋体、
５  固着部、
６  パツキン、
７，１０６  ヒーター、
１０，２００  内筒容器、
１１，１０１  フレーム、
１２，１０２  貴金属線、
１３，１０３  種子結晶、
１４  内部バッフル板、
１５  外部バッフル板、
１６，１０５  原料、
２０  単結晶育成装置、
２１  育成溶液、
２２  圧力調整部、
２３  底台、
２４  支柱、
３０  蓋部、
３１，４２Ａ，４２Ｂ，４３  嵌合部、
３４  主材
３５  箔
４０，２０２  本体部、
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ  本体部品、
３３，４1，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ  周壁内面
４２  伝熱溶液
【図１】
2005206416.tif 000003
【図２】
2005206416.tif 000004
【図３】
2005206416.tif 000005
【図４】
2005206416.tif 000006
【図５】
2005206416.tif 000007
【図６】
2005206416.tif 000008
【図７】
2005206416.tif 000009
【図８】
2005206416.tif 000010
【図９】
2005206416.tif 000011
【図１０】
2005206416.tif 000012
【図１１】
2005206416.tif 000013
【図１２】
2005206416.tif 000014
【図１３】
2005206416.tif 000015