(57)【要約】【課題】本発明は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により単結晶を育成する際に使用する単結晶育成用ルツボに関し、ガーネット単結晶を育成する際に変形しない金製の単結晶育成用ルツボを提供することを目的としている。【解決手段】金又は金を含有する材質で形成され、ルツボ壁の厚さをｙ（ｍｍ）、ルツボの内径をｘ（ｍｍ）とすると、０．０１ｘ≦ｙ≦５．０、５０＜ｘ≦２００であることを特徴とする単結晶育成用ルツボである。【選択図】図１
2005247588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金又は金を含有する材質で形成され、
ルツボ壁の厚さをｙ（ｍｍ）、ルツボの内径をｘ（ｍｍ）とすると、
０．０１ｘ≦ｙ≦５．０、
５０＜ｘ≦２００
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）法により単結晶を育成する際に使用する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から作製される。そして、磁性ガーネット単結晶は、ＬＰＥ法により育成される。ＬＰＥ法で磁性ガーネット単結晶を育成する際に単結晶育成用の溶液を入れる容器としては、一般に白金（Ｐｔ）製のルツボが用いられる。Ｐｔは融点が高いことと溶媒として使用されるＰｂＯの融液に対して耐食性が比較的高いことからルツボの材質として使用されてきた。ところが近年、ＰｂＯの融液に対する耐食性がＰｔより金（Ａｕ）の方が高いことが分かり、ルツボの材質にＡｕを用いることが検討されている。ところがＡｕは融点が金属としては比較的低い１０６３℃であり、また柔らかい金属でもある。そのため、Ａｕ製ルツボに材料を入れて、磁性ガーネット単結晶の育成温度である７００〜１０００℃まで温度を上げると、ルツボが材料の重みに耐えかねて著しく変形してしまうことがある。ルツボの形状が著しく変形してしまうと、ルツボ内の融液が外部に流失して電気炉が損傷することも起きる。特にルツボ内に充填される材料の量が多くなると、ルツボ形状の変形及びルツボの損傷が起こり易くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、ガーネット単結晶の育成時に変形しない金製の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】
【０００４】
上記目的は、金又は金を含有する材質で形成され、ルツボ壁の厚さをｙ（ｍｍ）、ルツボの内径をｘ（ｍｍ）とすると、０．０１ｘ≦ｙ≦５．０、５０＜ｘ≦２００であ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。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、液相エピタキシャル法により単結晶を育成する際に使用する金製のルツボの変形を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。ファラデー回転子の形成に用いられる磁性ガーネット単結晶は一般に、種結晶となる単結晶基板を材料融液の表面に接触させ、当該単結晶基板の片面に単結晶膜をエピタキシャル成長させて育成する。さらに、単結晶基板及びその上に育成中の単結晶を回転させて融液に強制対流を起こさせながら結晶育成を行う。この結晶育成には円筒形のルツボが用いられる。融液全体に対流が起こるように、円筒形のルツボ内にルツボの内径とほぼ同じ程度の高さまで材料を充填して単結晶膜育成を行う。ルツボに充填する材料の量が決まると、育成に必要なルツボの内径もおおよそ決定される。そこで融液の量、ルツボ底面の内径及びルツボの壁厚をそれぞれ変えて単結晶の育成を行い、ルツボ形状の変化やルツボ破損の有無を観察した。
【０００７】
内径とルツボの壁厚が異なる複数の種類のＡｕ製ルツボを作製した。それらのルツボに単結晶育成に使用する材料を充填し電気炉に配置し温度を上げて、材料を融解、攪拌して均一な融液にした。その後、ルツボの温度を育成温度まで下げ、種結晶の基板に磁性ガーネット単結晶膜を育成した。育成終了後、室温まで冷却してルツボを電気炉から取り出し、ルツボの形状変化、破損の有無を確認した。
【０００８】
単結晶育成後のルツボを観察したところ、材料が充填されている部分でルツボの変形が大きくなっていた。内径が同じで壁厚の異なるルツボを用いて実験を行ったところ、ルツボの壁厚が薄いほど変形の程度が大きくなり、ルツボの側面に亀裂の入っているものも確認できた。また、壁厚を同じにして、内径の異なるルツボで実験を行ったところ、ルツボの内径が大きくなるほど、即ち充填した材料の重量が大きいほど変形の程度が大きくなる傾向が確認できた。従って、ルツボの内径と壁の厚みは互いに関連する最適な条件があり、ルツボの内径が大きくなるほど、壁を厚くする必要があることが分かった。ここで述べているルツボの壁厚とは単結晶育成用の材料と接しているルツボの底面及び側面でのルツボ壁の厚みを意味する。
【０００９】
磁性ガーネット単結晶膜の生産は内径２〜４インチの基板で行われる。２インチの基板で育成の可能な最小のルツボとして内径は５０ｍｍより大きくする必要がある。また、単結晶が回転することにより発生する対流が融液全体に広がるためには、最大のルツボとして内径は２００ｍｍ以下とする必要がある。図１は実験結果によるルツボ壁の厚さとルツボの内径との関係を示している。横軸はルツボの内径ｘ（ｍｍ）を表し、縦軸はルツボ壁の厚さｙ（ｍｍ）を表している。図１に示すように、ルツボの内径ｘが２００ｍｍ以下の範囲にある場合、ルツボの壁厚ｙがルツボの内径ｘに対してｙ≧０．０１ｘの関係を満たすことで、単結晶育成でルツボの変形や破損を防止できることが実験により分かった。但し、ルツボの壁がさらに厚くなるとルツボの変形や破損の防止には有効であるが、ルツボ壁が５．０ｍｍより厚くなるとルツボの重量が重くなるため、ルツボに材料を充填する際や電気炉にルツボを配置する際のルツボの取り扱いが困難になり問題が生じる。さらにルツボの材質である金は高価な貴金属であり、ルツボの重量が増すとルツボの価格も高くなり製造コスト増加の原因となる。従って、ルツボ壁は５ｍｍより薄いことが望ましい。
【００１０】
育成前後のルツボの変形を防止するには壁の厚さが０．８ｍｍ以上は必要であることが分かった。また、繰り返して単結晶の育成を行った際のルツボの変形を防止するにはルツボ内の材料と接する部分の壁の厚さを１．０ｍｍ以上にすることが望ましいことが分かった。
【００１１】
ルツボ内の材料と接しないルツボの壁は材料の過重が加わらないため、材料と接するルツボの壁ほど厚くする必要はない。しかし、材料が充填されたルツボは重量が重くなるため、材料と接しないルツボの壁が薄くなりすぎるとルツボの取り扱い時にルツボが変形する。取り扱い時にルツボの変形を防止するため、材料と接しないルツボの壁でも壁の厚さを０．６ｍｍ以上にすることが必要である。
【００１２】
また、単結晶育成では金の融点に近い温度まで加熱するため、育成を繰り返すと金の粒界成長が進み、ルツボの壁は柔らかくなり特に変形し易くなる。育成を繰り返して金の粒成長が進んだルツボの変形を防止するためには、材料と接しないルツボの壁でも壁の厚さを０．８ｍｍ以上にすることが望ましい。
【００１３】
ルツボの壁の厚さは厚い方がルツボの変形を防止する上で望ましい。しかし、金は比重の重い金属（１９．３ｇ／ｃｍ3）のため、壁の厚さが厚くなりすぎるとルツボの重量が重くなり、ルツボへの材料充填、電気炉内部への配置及び育成後のルツボ洗浄時にルツボの取り扱いが困難になる。また、金は高価な貴金属であり、壁が厚くなりルツボ重量が増えると、ルツボの材料代が高額になり製造コストを増大させる原因となる。従って、ルツボの壁の厚さは５．０ｍｍ以下とすることが必要となる。
【００１４】
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１乃至６及び比較例１乃至３を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
底面及び側面の壁厚が０．８ｍｍで、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面は若干膨らんだが、繰り返して使用する上で問題はなく、ルツボに破損は認められなかった。
【００１５】
（実施例２）
底面及び側面の壁厚が１．５ｍｍで、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面は膨らむことなく、ルツボに破損は認められなかった。
【００１６】
（実施例３）
底面及び側面の壁厚が１．５ｍｍで、内径１４０ｍｍ、高さ２２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。このルツボに、合計で１５．０ｋｇ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１４０ｍｍ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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面は若干膨らんだが、繰り返して使用する上で問題はなく、ルツボに破損は認められなかった。
【００１７】
（実施例４）
底面及び側面の壁厚が２．５ｍｍで、内径１４０ｍｍ、高さ２２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。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１４０ｍｍ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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面は膨らむことなく、ルツボに破損は認められなかった。
【００１８】
（実施例５）
底面及び側面の壁厚が２．０ｍｍで、内径２００ｍｍ、高さ３２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。このルツボに、合計で４４．０ｋｇ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２００ｍｍ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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面は若干膨らんだが、繰り返して使用する上で問題はなく、ルツボに破損は認められなかった。
【００１９】
（実施例６）
底面及び側面の壁厚が３．０ｍｍで、内径２００ｍｍ、高さ３２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。このルツボに、合計で４４．０ｋｇ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２００ｍｍ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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面は膨らむことなく、ルツボに破損は認められなかった。
【００２０】
（比較例１）
底面及び側面の壁厚が０．５ｍｍで、内径７５ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面が膨らみ、側面の一部で亀裂が発生していた。
【００２１】
（比較例２）
底面及び側面の壁厚が１．０ｍｍで、内径１４０ｍｍ、高さ２２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。このルツボに、合計で１５．０ｋｇ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１４０ｍｍ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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面が膨らみ、側面の一部で亀裂が発生していた。
【００２２】
（比較例３）
底面及び側面の壁厚が１．８ｍｍで、内径２００ｍｍ、高さ３２０ｍｍの円筒形の形状を持つ金製ルツボを作製した。このルツボに、合計で４４．０ｋｇ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２００ｍｍ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。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。育成終了後、炉温を室温まで徐々に下げて、炉内からルツボを取り出して形状及び破損の状況を確認した。材料の充填された部分でルツボの側面が膨らみ、側面の一部で亀裂が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ルツボ壁の厚さとルツボの内径との関係を示す図である。
【図１】
2005247588.tif 000003