(57)【要約】【課題】  結晶融液と結晶育成坩堝を構成する材料とのぬれ性が大きい結晶の良質な結晶育成を可能にする結晶育成坩堝及び単結晶育成方法を提供すること。【解決手段】  細孔部８とダイ部７と外底面部９と容器部６とからなるマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝およびその結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法において、ダイ部７の側面と前記外底面部９とのなす角度を１２０°以上で、１５０°以下にしたマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝およびその結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細孔部と、結晶の形状を制御するダイ部と外底面部と、結晶融液が充填される容器部とからなるマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝において、前記ダイ部の側面と前記外底面部とのなす角度を１２０°以上で、１５０°以下にしたことを特徴とするマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝。
【請求項２】
結晶成長方向に略平行な前記ダイ部の側面と前記外底面部の傾斜面とのなす角度の中心点近傍領域に、１ｍｍφ以上の面取り部を形設したことを特徴とする請求項１記載のマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝。
【請求項３】
前記外底面部の一部に、前記容器部に通じる細孔又はスリットを形設したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝。
【請求項４】
前記ダイ部の長さを０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にしたことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝。
【請求項５】
細孔部と、結晶の形状を制御するダイ部と外底面部と、結晶融液が充填される容器部とからなるマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝内にある結晶材料の融液を引き下げ、冷却固化させて単結晶を育成する単結晶育成方法において、前記ダイ部の側面と前記外底面部とのなす角度を１２０°以上で、１５０°以下にしたマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用したことを特徴とする単結晶育成方法。
【請求項６】
結晶成長方向に略平行な前記ダイ部の側面と前記外底面部の傾斜面とのなす角度の中心点近傍領域に、１ｍｍφ以上の面取り部を形設したマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用したことを特徴とする請求項５記載の単結晶育成方法。
【請求項７】
前記外底面部の一部に、前記容器部に通じる細孔又はスリットを形設したマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用したことを特徴とする請求項５又は請求項６記載の単結晶育成方法。
【請求項８】
前記ダイ部の長さを０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にしたマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用したことを特徴とする請求項５又は請求項６又は請求項７記載の単結晶育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶育成坩堝及び単結晶育成方法に関し、特に、ＳＡＷフィルタやセンサに用いられる圧電結晶、アイソレーターやレーザー素子に用いられる光学結晶等の機能性結晶の作製に好適な結晶育成坩堝及び単結晶育成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
融液からの結晶育成には、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、マイクロ引き下げ法等が一般的に用いられる。マイクロ引き下げ法は、チョクラルスキー法、ブリッジマン法に比較して、結晶成長速度が速く、組成変動が小さく、形状制御しやすく、結晶育成中の原料供給がしやすい等の特徴を有する。
【０００３】
マイクロ引下げ結晶育成に用いられる結晶育成坩堝の形状は、図６に示され、結晶育成中の坩堝と結晶化の状態を表す模式断面図が図７に示されている。図６、図７に示されるように、この結晶育成坩堝の外底面部９に細孔部８が設けられ、その細孔部８が外部に通じる構造になっている。結晶融液１は、この細孔部８を通じて外部にむかい流動するが、細孔部８の下端部では結晶融液１の表面張力により結晶融液１が落下しない構造になっている。この細孔部８の下端部の結晶融液１に種結晶４を接触させ、引き下げ軸５を引き下げ、冷却固化することで結晶３が得られる。
【０００４】
しかしながら、図６に示した結晶育成坩堝を用いて結晶を育成した場合は、結晶材料の違いにより、結晶融液が結晶育成坩堝の外底面部９に流出したり、付着することがある。このような現象は、結晶育成が進むにつれて結晶融液の流出量を増加させ、結晶と結晶融液の境界部まで影響を与え、結晶育成を阻害することになり、良質な結晶を得るのが困難になるという問題の起因になった。このような現象は、融液と結晶育成坩堝を構成する材料とのぬれ性が大きい場合に発生しやすい。
【０００５】
結晶育成坩堝の下端部の形状や表面粗さを制御することにより結晶融液の流出を抑制する構造の結晶育成坩堝が特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３５８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１では、結晶育成坩堝の底部を表面粗さ１０μｍ以下の平滑平面にすることで、結晶育成坩堝の底面への結晶融液の付着を抑制しているが、結晶融液と結晶育成坩堝を構成する材料とのぬれ性が大きい場合には、十分な効果が得られないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、結晶融液を引き下げ、冷却固化させて単結晶を育成する際に、結晶育成坩堝の下端部から結晶育成坩堝の外底面部への結晶融液の流出を抑制でき、結晶融液と結晶育成坩堝を構成する材料とのぬれ性が大きい結晶の良質な結晶育成を可能にする結晶育成坩堝及び単結晶育成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための第１の発明は、細孔部と、結晶の形状を制御するダイ部と外底面部と、結晶融液が充填された容器部とからなるマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝において、前記ダイ部の側面と前記外底面部とのなす角度を１２０°以上で、１５０°以下にしたことを特徴とするマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝である。
【００１０】
上記目的を達成するための第２の発明は、結晶成長方向に略平行な前記ダイ部の側面と前記外底面部の傾斜面とのなす角度の中心点近傍領域に、１ｍｍφ以上の面取り部を形設したマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝である。
【００１１】
上記目的を達成するための第３の発明は、前記外底面部の一部に、前記容器部に通じる細孔又はスリットを形設したマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝である。
【００１２】
上記目的を達成するための第４の発明は、前記ダイ部の長さを０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にしたマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝である。
【００１３】
上記目的を達成するための第５の発明は、細孔部と、結晶の形状を制御するダイ部と外底面部と、結晶融液が充填される容器部とからなるマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝内にある結晶材料の融液を引き下げ、冷却固化させて単結晶を育成する単結晶育成方法において、前記ダイ部の側面と前記外底面部とのなす角度を１２０°以上で、１５０°以下にしたマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法である。
【００１４】
上記目的を達成するための第６の発明は、結晶成長方向に略平行な前記ダイ部の側面と前記外底面部の傾斜面とのなす角度の中心点近傍領域に、１ｍｍφ以上の面取り部を形設したマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法である。
【００１５】
上記目的を達成するための第７の発明は、前記外底面部の一部に、前記容器部に通じる細孔又はスリットを形設したマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法である。
【００１６】
上記目的を達成するための第８の発明は、前記ダイ部の長さを０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にしたマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、細孔部と、結晶の形状を制御するダイ部と外底面部と、結晶融液が充填される容器部とからなるマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝内にある結晶材料の融液を引き下げ、冷却固化させて単結晶を育成するのに使用する結晶育成坩堝およびその結晶育成坩堝を使用した単結晶育成方法において、結晶融液が外底面部に流出しても一カ所に停滞しにくい構造の結晶育成坩堝の構造を実験検討し、ダイ部の長さを０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下にし、ダイ部の側面と前記外底面部とのなす角度を１２０°以上で、１５０°以下にすることで、結晶融液が外底面部に流出しても一カ所に停滞しにくい構造のマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝を実現できる。
【００１８】
また、結晶成長方向に略平行なダイ部の側面と外底面部の傾斜面とのなす角度の中心点近傍領域に、１ｍｍφ以上の面取り部を形設し、外底面部の一部に、容器部に通じる細孔又はスリットを形設した構造の結晶育成坩堝を用いることで、育成結晶の形状制御が容易になる。
【００１９】
その結果、結晶融液と結晶育成坩堝を構成する材料とのぬれ性が大きい結晶の良質な結晶育成を可能にするマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝及び単結晶育成方法の提供が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態に係るマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝及び単結晶育成方法を以下に実施例と図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°である本発明の結晶育成坩堝の側断面図と底面図である。図２は、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝にφ１ｍｍの面取り部を形設した本発明の結晶育成坩堝の側断面図である。図２（ａ）は、結晶育成坩堝の側断面図（正面）で、図２（ｂ）は、結晶育成坩堝の側断面図（側面）である。図３は、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝に細孔又はスリットを形設した本発明の結晶育成坩堝の側断面図である。図４は、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部側面とのなす角度が、１２０°である本発明の結晶育成坩堝の外底面部とダイ部を拡大した断面図である。図５は、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝にφ１ｍｍの面取り部を形設した本発明の結晶育成坩堝の外底面部とダイ部を拡大した断面図である。
【実施例１】
【００２２】
結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°になるように設計したマイクロ引き下げ用の単結晶育成に用いる結晶育成坩堝を各々作製した（図１、図４参照）。結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、１５０°を越える結晶育成坩堝は、必要な結晶融液の容量を確保できないので、ここでは作製しなかった。結晶育成坩堝内にランガサイトの原料粉を入れ、結晶融液が流出するまで温度を上げた。表１は、各々の育成坩堝における融液の挙動を示した表である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１の（×：融液停滞、固化し落下）で示されるように、結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７のなす角度が９０°の場合には、結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７の角に流出した結晶融液が溜り、結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７の角に溜る結晶融液の量は更に増加し、最後には結晶融液の塊が下に落ちた。結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が１００°の場合には、結晶融液が結晶育成坩堝の外側面を伝って上方に移動するので、結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７の角に溜る結晶融液の量は、角度９０°の場合に較べて、減少したが、温度を上げて、結晶融液の量を増やすと、外底面部９に溜る結晶融液の量が増加し、最後には結晶融液の塊が下に落ちた（図１参照）。
【００２５】
結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が１１０°の結晶育成坩堝を用いて実験を行ったところ、同様の現象を奏した（図１参照）。
【００２６】
結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が１２０°の結晶育成坩堝を用いて実験を行ったところ、同様に結晶育成坩堝の外底面部９に少量の結晶融液が溜ったが、結晶育成坩堝の外側面を伝って上方に移動する結晶融液の量が多いので、結晶育成坩堝の外底面部に溜った結晶融液が塊となって、下に落ちることはなかった［表１の（○：融液停滞、固化せず）および図１を参照］。
【００２７】
結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が１３０°、１４０°、１５０°の結晶育成坩堝を用いて実験を行ったところ、結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が１２０°の結晶育成坩堝を用いた場合と同様の結果になった［表１の（○：融液停滞、固化せず）および図１を参照］。
【００２８】
なお、ダイの長さ０．５ｍｍ以下では、融液流出制御の効果がなかった。また、ダイ１０ｍｍ以上では、融液が外底面部にあふれ出ることはなかった。
【実施例２】
【００２９】
次に、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°の結晶育成坩堝を用いて単結晶育成を行った。ここでは、結晶育成坩堝を構成する金属とぬれ性が大きいランガサイト単結晶を結晶材料として用いた。結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が９０°の結晶育成坩堝を用いた場合に、育成中の結晶径を増大させるために結晶融液の温度を上げると、結晶育成坩堝の外側に結晶融液があふれ出し、そのまま固化した（図１参照）。
【００３０】
結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が、１００°、１１０°の結晶育成坩堝を用いて、結晶育成坩堝を構成する金属とぬれ性が大きいランガサイト単結晶育成を行った場合も同様の結果を奏した（図１参照）。
【００３１】
結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝を用いた場合は、結晶育成坩堝の外に結晶融液が流出するが、そのまま外側を伝って上方に流れるので、塊となって固化することはなかった。この場合は、結晶融液の温度調整により、結晶径を容易に制御でき、良質な結晶を取得できた（図１参照）。
【００３２】
結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が、１３０°、１４０°、１５０°の結晶育成坩堝を用いて、結晶育成坩堝を構成する金属とぬれ性が大きいランガサイト単結晶の育成を行った場合も結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝を用いた場合と同様の結果を奏した。
【００３３】
以上に示した結果より、マイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝において、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が１２０°以上で、１５０°以下である本発明の結晶育成坩堝を用いることで、結晶融液の結晶育成坩堝の外底面部への停滞量を減少させることができ、良質な結晶を育成できることがわかった。
【実施例３】
【００３４】
実施例１で作製した結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が１２０°以上の結晶育成坩堝を用いても、少量ではあるが結晶育成坩堝の外底面部に結晶融液が溜った。結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、１２０°以上で、１５０°以下の結晶育成坩堝に、図２に示されるダイ部の側面と外底面部とのなす角度を示す領域に、φ０．５ｍｍ、φ１ｍｍ、φ１．５ｍｍの面取り部を形設した結晶育成坩堝を設計し、作製した（図２、図５の観察部分の拡大図参照）。ここでは、白金−５％合金材料で結晶育成坩堝を作製し、面取り部も同じ材料で溶接した。
【００３５】
φ０．５ｍｍの面取り部１１を形設した結晶育成坩堝にランガサイトの原料粉を入れ、ランガサイト結晶融液が流出するまで温度を上げた。面取りがない場合と同様に結晶育成坩堝の外底面部９とダイ部７の角にランガサイト結晶融液が溜った（図２、図５の観察部分の拡大図参照）。
【００３６】
次に、φ１ｍｍの面取り部１１を形設した結晶育成坩堝で同様の実験を行ったところ、流出した結晶融液は面取り部１１の曲面を伝って結晶育成坩堝の上方に移動し、結晶育成坩堝の外底面部９に溜ることはなかった［表１の（◎：融液流動）を参照］。なお、φ１．５ｍｍの面取り部１１を形設した結晶育成坩堝でも同様の結果を奏した（図２、図５の観察部分の拡大図参照）。
【００３７】
以上に示したように、結晶育成坩堝のダイ部の側面と外底面部とのなす角度を示す領域に、φ１ｍｍ以上の面取り部を形設することで、ランガサイト結晶融液が結晶育成坩堝の外底面部に大量に溜ることはなかった。
【実施例４】
【００３８】
次に、実施例３で用いたφ１ｍｍ、φ１．５ｍｍの面取り部１１を形設した結晶育成坩堝を用いて、単結晶の育成を行った。ここでは、結晶育成坩堝を構成する金属とぬれ性が大きいランガサイト単結晶を結晶材料として用いた。φ１ｍｍの面取り部１１を形設した結晶育成坩堝では、ランガサイト結晶融液が流出しても結晶育成坩堝の外底面部９にランガサイト結晶融液が大量に溜ることなく、良質な結晶が得られた。また、φ１．５ｍｍの面取り部１１を形設した結晶育成坩堝を用いた場合も同様に良質な結晶が得られた（図２、図５の観察部分の拡大図参照） 。
【００３９】
以上に示したように、マイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝におけるダイ部の側面と外底面部とのなす角度を示す領域に、φ１ｍｍ以上の面取り部を形設した結晶育成坩堝を用いることで、結晶融液の結晶育成坩堝の外底面部への停滞を抑制でき、良質な結晶が育成できることが確認された。なお、結晶融液の温度調整により、結晶径を容易に制御できた。
【実施例５】
【００４０】
実施例１で用いた結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、１２０°以上で、１５０°以下にした結晶育成坩堝の外底面部の一部に、容器部６に通じる細孔又はスリット１０を形設した（図３参照）。結晶育成坩堝の内部にランガサイトの原料粉を入れ、溶融するまで温度を上げた。ランガサイト結晶融液は、結晶育成坩堝の外底面部９と外底面部に重なるダイ部７にある細孔部８から流出する。また、結晶育成坩堝の外底面部９の一部に新たに形設した、容器部６に通じる細孔又はスリット１０からもランガサイト結晶融液が流出したが、結晶育成坩堝の底面で対流が起り、一カ所に停滞することはなく、結晶融液が急激に固化することもなかった（図３参照）。
【実施例６】
【００４１】
実施例５で用いた結晶育成坩堝の外底面部９の一部に、容器部６に通じる細孔又はスリット１０を形設した結晶育成坩堝を用いて、結晶育成を行った。ここでは、結晶育成坩堝を構成する金属とぬれ性が大きいランガサイト単結晶を結晶材料として用いた。上記実施例５のように、ランガサイト結晶融液は、結晶育成坩堝の外底面部９と外底面部に重なるダイ部７にある細孔部８から流出し、結晶育成坩堝の外底面部９の一部に新たに形設した容器部６に通じる細孔又はスリット１０からもランガサイト結晶融液が流出したが、一カ所に停滞することはなく、容易に良好な結晶が得られた（図３参照）。
【００４２】
なお、ダイの側面の形状は、ダイ底面の水平方向に対して垂直に限定しない。
【００４３】
以上に示したように、結晶育成坩堝の外底面部とダイ部とのなす角度が、１２０°以上で、１５０°以下の結晶育成坩堝の外底面部の一部に、容器部に通じる細孔又はスリットを形設することにより、結晶融液の結晶育成坩堝の外底面部への停滞を抑制でき、良質な結晶が育成できることがわかった。
【００４４】
以上に示したように、本発明により、融液と結晶育成坩堝のぬれ性が大きい結晶の良質な結晶育成を可能にするマイクロ引き下げ用の結晶育成坩堝及び単結晶育成方法の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°である本発明の結晶育成坩堝の側断面図と底面図。図１（ａ）は、結晶育成坩堝の側断面図（正面図）。図１（ｂ）は、結晶育成坩堝の側断面図（側面図）。図１（ｃ）は、結晶育成坩堝の底面図。
【図２】結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝にφ１ｍｍの面取り部を形設した本発明の結晶育成坩堝の側断面図。図２（ａ）は、結晶育成坩堝の側断面図（正面図）。図２（ｂ）は、結晶育成坩堝の側断面図（側面図）。
【図３】結晶育成坩堝の外底面部とダイ部の側面とのなす角度が、１２０°の結晶育成坩堝に細孔又はスリットを形設した本発明の結晶育成坩堝の側断面図。
【図４】結晶育成坩堝の外底面部とダイ部側面とのなす角度が、１２０°である本発明の結晶育成坩堝の外底面部とダイ部を拡大した断面図。
【図５】角度が、１２０°の結晶育成坩堝にφ１ｍｍの面取り部を形設した本発明の結晶育成坩堝の外底面部とダイ部を拡大した断面図。
【図６】マイクロ引下げ結晶育成に用いられる結晶育成坩堝の模式断面図。
【図７】結晶育成時の結晶育成坩堝と結晶の状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１    結晶融液
２    結晶育成坩堝
３    結晶
４    種結晶
５    引き下げ軸
６    容器部
７    ダイ部
８    細孔部
９    外底面部
１０    細孔又はスリット
１１    面取り部
【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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