(57)【要約】【課題】同じ坩堝を用いて連続して製造する場合でも、毎回の単結晶の品質の維持を図ることが可能な単結晶の製造方法を提供する。【解決手段】坩堝１０内に収容された原料３の融液４からチョクラルスキー法により単結晶２を製造する単結晶の製造方法において、原料３の融液４に種結晶５を接触させ、回転させながら引き上げることにより単結晶２を成長させる第１の成長工程と、前記単結晶２に連続すると共に前記単結晶２よりも径が小さい連結部２ａを成長させる連結部成長工程と、前記連結部２ａに連続すると共に前記連結部２ａよりも径が大きい補助単結晶２ｂを成長させる第２の成長工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝内に収容された原料の融液から融液引き上げ法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、
原料の融液に種結晶を接触させ、回転させながら引き上げることにより単結晶を成長させる第１の成長工程と、
前記単結晶に連続すると共に前記単結晶よりも径が小さい連結部を成長させる連結部成長工程と、
前記連結部に連続すると共に前記連結部よりも径が大きい補助単結晶を成長させる第２の成長工程と、を含む
ことを特徴とする単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の単結晶の製造方法において、前記連結部の径は７ｍｍ以下であることを特徴とする単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チョクラルスキー法により単結晶を製造する単結晶の製造方法として、原料温度を測定する温度センサを坩堝底面に設け、この温度センサにより測定された値から原料の融解状態を検出し、原料融液の温度制御を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３８５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記方法では、単結晶の製造後に残存する融液の冷却時に、当該融液の液面から順次凝固するため、凝固時の体積膨張を上方に逃がすことができず、坩堝の変形を招来してしまう。このため、同じ坩堝を用いて連続して製造する場合には、次回以降の単結晶の成長条件が不安定となり単結晶の品質が低下する、という問題がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、同じ坩堝を用いて連続して製造する場合でも、毎回の単結晶の品質の維持を図ることが可能な単結晶の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る単結晶の製造方法は、坩堝内に収容された原料の融液からチョクラルスキー法により単結晶を製造する単結晶の製造方法において、原料の融液に種結晶を接触させ、回転させながら引き上げることにより単結晶を成長させる第１の成長工程と、前記単結晶に連続すると共に前記単結晶よりも径が小さい連結部を成長させる連結部成長工程と、前記連結部に連続すると共に前記連結部よりも径が大きい補助単結晶を成長させる第２の成長工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
［２］上記発明において、前記連結部の径は７ｍｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、本来の製造目的である単結晶に連続するように連結部及び補助単結晶を成長させることにより補助単結晶の成長後における坩堝内の原料の融液を坩堝の変形の原因とならない程度にまで少なくできると共に、単結晶と相対的にクラックが発生しやすい補助単結晶とを径が小さい連結部で連結することにより、補助単結晶にクラックが発生した場合であっても単結晶への伸展を防ぐことができ、同じ坩堝を用いて連続して製造する場合でも、毎回の単結晶の品質が維持される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態における単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における単結晶の製造方法を示す工程図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、準備工程を示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）は、図３のステップＳ１０１を示す図であり、図４（ｂ）は、図３のステップＳ１０４を示す図である。
【図５】図５は、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、成長工程を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、図５のステップＳ２０１を示す図であり、図６（ｂ）は、図５のステップＳ２０２を示す図であり、図６（ｃ）は、図５のステップＳ２０３を示す図であり、図６（ｄ）は、図５のステップＳ２０４を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、図５のステップＳ２０５を示す図であり、図７（ｂ）は、図５のステップＳ２０６を示す図であり、図７（ｃ）は、図５のステップＳ２０７を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態における単結晶の製造方法に用いられる単結晶製造装置を示す概略構成図である。
【００１２】
図１に示す単結晶製造装置１は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）に代表される融液引き上げ法により結晶成長させることで、単結晶２を製造する装置である。以下の説明では、まず、単結晶２について詳細に説明し、次いで、単結晶製造装置１について、詳細に説明する。尚、後述する連結部２ａ及び補助単結晶２ｂの成分や用途も単結晶２と同様であるが、原料の融液４の結晶化率が高くなるに従い品質が劣化することが知られている。
【００１３】
本実施形態における単結晶２としては、特に限定されないが、例えば、酸化物単結晶、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物単結晶、ガーネット型単結晶、又はランガサイト型単結晶等を例示することができる。酸化物単結晶としては、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等を例示することができる。ＩＩＩ−Ｖ族窒化物単結晶としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等を例示することができる。ガーネット型単結晶としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ，Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ，Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ，Ｇｄ３Ｓｃ２Ｇａ３Ｏ１２）、テルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ，Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＡＧ，Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２）、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＳＡＧ，Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２）、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＴＳＬＡＧ，Ｔｂ３Ｓｃ２−ｘＬｕｘＡｌ３Ｏ１２）等を例示することができる。ランガサイト型単結晶としては、例えば、ランガサイト（ＬＧＳ、Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ランガテイト（ＬＴＧ、Ｌａ３Ｔａ０．５Ｇａ５．５Ｏ１４）等を例示することができる。
【００１４】
上記ニオブ酸リチウム単結晶や上記タンタル酸リチウム単結晶は、レーザー素子の非線形光学材料として用いられる。また、このニオブ酸リチウム単結晶やタンタル酸リチウム単結晶は、圧電素子や表面弾性波素子などの圧電体として用いることもできる。上記チタン酸バリウム単結晶は、その高い光屈折性効果（フォトリフラクティブ効果）を利用して、位相共役鏡、レーザー共振器、光学画像解析機器などの光学応用機器に用いられる。
【００１５】
上記窒化アルミニウム単結晶などのＩＩＩ−Ｖ族窒化物は、広いバンドギャップが必要とされる深紫外線発光ダイオードや半導体レーザー等の短波長発光素子の基板材料として用いられる。また、このＩＩＩ−Ｖ族窒化物は、高耐圧性、低オン抵抗性、耐高温性が要求される電子デバイスの基板材料として用いられる。
【００１６】
上記ＹＡＧ単結晶は、ネオジウム（Ｎｄ）などの元素を添加することで固体レーザー媒質として用いられる。上記ＧＧＧ単結晶や上記ＧＳＧＧ単結晶は、通信用アイソレータに使用される磁性ガーネット薄膜を形成するための基板材料として用いられる。上記ＴＧＧ単結晶、上記ＴＡＧ単結晶、上記ＴＳＡＧ単結晶及び上記ＴＳＬＡＧ単結晶は、レーザー加工機用光アイソレータに使用されるファラデー回転子材料として用いられる。
【００１７】
上記ランガサイト型単結晶は、圧電性単結晶であり、高融点性、高温での電気絶縁性、及び、キュリー点（相転移温度）をもたない特性等が要求されるセンサやアクチュエータ等の圧電素子材料として用いられる。
【００１８】
このような単結晶２の原料としては、例えば、上述の単結晶２を構成する組成と同一の組成を有する材料の粉末や、焼結体等の固体を例示することができる。なお、本実施形態では、原料が加熱され溶融し、液相状態となった原料を融液４と称する。
【００１９】
次に、以上に説明した単結晶２を製造する単結晶製造装置１について説明する。
【００２０】
単結晶製造装置１は、図１に示すように、坩堝１０と、引き上げ軸１５と、駆動装置２０と、断熱材２５と、誘導加熱装置３０と、結晶成長炉４０と、ガス供給装置４５と、減圧装置５０と、ＣＣＤカメラ５５と、温度計６０と、制御ユニット６５と、を備えている。
【００２１】
坩堝１０は、円筒状の筒部１０１と、底面１０２と、を有している。この筒部１０１は、その上端に開口１０３を有している。また、底面１０２は、当該筒部１０１の下端を塞ぐ円板形状を有している。この坩堝１０の内部には原料が収容可能となっている。この坩堝１０は、単結晶２の結晶成長時での耐熱性と、導電性と、を有する材料から構成されている。具体的には、坩堝１０を構成する材料として、黒鉛、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、炭化珪素、窒化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タングステン、窒化タンタル、イリジウム、白金、白金を含む合金、レニウム、及び石英からなる群から選択される少なくとも一種類の材料を例示することができる。
【００２２】
引き上げ軸１５の下端（図中Ｚ方向下側）には、種結晶５が装着可能なチャックが設けられている。また、引き上げ軸１５の上端（図中Ｚ方向上側）は、駆動装置２０に接続されている。引き上げ軸１５は、Ｚ方向において少なくとも坩堝１０に収容された融液４に種結晶５が接触する長さを有している。
【００２３】
駆動装置２０は、坩堝１０の上方に設けられている。この駆動装置２０は、巻上機構と、回転機構と、を備えている。この駆動装置２０の巻上機構により、引き上げ軸１５がＺ方向に沿って所定の巻き上げ速度で上昇可能となっている。また、駆動装置２０の回転機構により、引き上げ軸１５が当該引き上げ軸１５の中心軸周りに所定の回転速度で回転可能となっている。引き上げ軸１５の巻き上げ速度は、目的とする単結晶２の成長条件に応じて適宜の値で決定される。また、引き上げ軸１５の回転速度も、目的とする単結晶２の成長条件に応じて適宜の値で決定される。この駆動装置２０には、重量センサ２０１が設けられている。重量センサ２０１は、引き上げ軸１５を介して引き上げられる単結晶２の重量測定値を検出している。また、重量センサ２０１は、制御ユニット６５に検出した重量測定値を出力している。
【００２４】
なお、本実施形態では、引き上げ軸１５を所定の回転速度で回転可能としているが、引き上げ工程において、種結晶５と融液４が所定の回転速度で相対的に回転すれば、特に上述に限定されない。例えば、特に図示しないが、坩堝１０が載置される結晶成長炉４０の基台４０２（後述）に回転機構を設けて坩堝１０のみを回転させてもよいし、坩堝１０と、引き上げ軸１５と、の両方を回転させてもよい。
【００２５】
断熱材２５は、筒形状を有しており、誘導加熱装置３０により坩堝１０を効率的に加熱するために、坩堝１０を包囲するように設けられている。断熱材２５は、Ｚ方向において少なくとも坩堝１０の筒部１０１を包囲し、坩堝１０から引き上げられる単結晶２の下端部も包囲する高さであることが好ましい。
【００２６】
誘導加熱装置３０は、誘導加熱回路３０１と、誘導コイル３０２と、を備えている。誘導加熱回路３０１は、誘導コイル３０２に高周波電流を供給するための回路であり、結晶成長炉４０の外部に設置されている。誘導コイル３０２は、断熱材２５を介して坩堝１０の周囲に配置されている。誘導コイル３０２の形状は螺旋状であり、材質は例えば銅である。そして、この誘導コイル３０２は、誘導加熱回路３０１から高周波電流が供給されることで、坩堝１０に誘導電流を生じさせ、坩堝１０を原料の融点以上に加熱することができる。坩堝１０に原料を投入し、誘導加熱装置３０により加熱することで、原料が溶融し融液４となる。
【００２７】
また、加熱手段として誘導加熱装置３０の代わりに抵抗加熱ヒーターを用いてもよい。その場合には抵抗加熱ヒーターの形状は中空の円柱状であり、材質は例えばカーボンである。
【００２８】
結晶成長炉４０は、容器本体４０１と、基台４０２と、ガス導入口４０３と、ガス排出口４０４と、２つの窓部４０５ａ，４０５ｂと、を備えている。容器本体４０１は、内部に坩堝１０と、引き上げ軸１５と、駆動装置２０と、断熱材２５と、誘導コイル３０２と、基台４０２と、を収容している。この容器本体４０１は、外部から密閉された構造となっている。基台４０２は、上部に坩堝１０を載置可能となっている。また、基台４０２には、重量センサ４０２ａが設けられている。この重量センサ４０２ａは、基台４０２上に載置された坩堝１０の重量測定値と、当該坩堝１０に収容される原料、融液４、及び凝固体６の重量測定値と、の総和を検出している。また、重量センサ４０２ａは、制御ユニット６５に検出した重量測定値を出力している。
【００２９】
結晶成長炉４０の容器本体４０１の上部にはガス導入口４０３が設けられていると共に、当該容器本体４０１の下部にはガス排出口４０４が設けられている。ガス導入口４０３には、雰囲気ガスを供給可能なガス供給装置４５が接続されている。一方、ガス排出口４０４には、圧力調整弁（不図示）を介して真空ポンプ等の減圧装置５０が接続されている。このガス供給装置４５や減圧装置５０を駆動させることで、結晶成長炉４０内の雰囲気を所定の圧力に調整することが可能となっている。なお、単結晶製造装置１においては、減圧装置５０は必ずしも必須ではなく、必要に応じて省略してもよい。
【００３０】
この結晶成長炉４０の容器本体４０１上部には、ＣＣＤカメラ５５が坩堝１０の内部を撮像するための石英製の窓部４０５ａが設けられている。また、外部の温度計６０が坩堝１０の温度を計測するための石英製の窓部４０５ｂも設けられている。
【００３１】
本実施形態におけるＣＣＤカメラ５５は、結晶成長炉４０の外側に設けられており、窓部４０５ａと対向するように配置されている。このＣＣＤカメラ５５は、坩堝１０の内部を撮像することが可能となっている。ＣＣＤカメラ５５は、撮像した画像データを制御ユニット６５に出力している。なお、ＣＣＤカメラ５５の設置箇所は、坩堝１０の内部を撮像可能であれば、特に上述に限定されない。
【００３２】
温度計６０は、結晶成長炉４０の外側に設けられており、窓部４０５ｂと対向するように配置されている。温度計６０の具体例としては、例えば放射温度計等を例示することができ、坩堝１０から放射される赤外線や可視光線の強度を測定することで、坩堝１０の温度を検出する。
【００３３】
制御ユニット６５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータである。この制御ユニット６５は、重量センサ２０１から出力される重量測定値を検出する。また、制御ユニット６５は、重量センサ４０２ａから出力される重量測定値を検出する。また、制御ユニット６５は、ＣＣＤカメラ５５から出力される画像データを検出する。また、制御ユニット６５は、温度計６０から出力される坩堝１０の温度の測定値を検出する。そして、重量センサ２０１及び重量センサ４０２ａから出力された重量測定値、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データ、温度計６０から出力された坩堝１０の温度の測定値等の検出結果に基づいて、駆動装置２０と、誘導加熱装置３０と、を制御する。
【００３４】
具体的には、この制御ユニット６５は、駆動装置２０においては、巻上機構を制御することで種結晶５の引き上げ速度を制御し、回転機構を制御することで種結晶５の回転速度を制御する。また、制御ユニット６５は、誘導加熱装置３０においては、誘導コイル３０２に供給される高周波電流の電流値を制御する。
【００３５】
次に、本実施形態における単結晶の製造方法について説明する。
【００３６】
図２は、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す工程図である。
【００３７】
本実施形態における単結晶の製造方法は、図２に示すように、準備工程（ステップＳ１０）と、成長工程（ステップＳ２０）と、を備えている。以下に、まず、単結晶の製造方法のうち準備工程（ステップＳ１０）について詳細に説明し、次いで、成長工程（ステップＳ２０）について詳細に説明する。
【００３８】
図３は本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、準備工程を示すフローチャートであり、図４（ａ）は図３のステップＳ１０１を示す図であり、図４（ｂ）は図３のステップＳ１０４を示す図である。
【００３９】
準備工程（ステップＳ１０）は、坩堝１０に原料３の融液４を収容する場合に実行される。まず、ステップＳ１０１では、図４（ａ）に示すように、粉末等の原料３を坩堝１０内に投入する。次いで、ステップＳ１０２では、結晶成長炉４０内の雰囲気制御を開始する。まず、図１に示すように、坩堝１０を断熱材２５で包囲し、当該坩堝１０を結晶成長炉４０内に収容し、基台４０２上に載置した後に、減圧装置５０を駆動させてガス排出口４０４を介して結晶成長炉４０内を真空引きする。そして、ガス供給装置４５を駆動させてガス導入口４０３を介して結晶成長炉４０内に窒素ガスを導入して結晶成長炉４０内を所定の圧力まで昇圧する。次いで、ステップＳ１０３では、誘導加熱回路３０１により誘導コイル３０２に高周波電流を通電して坩堝１０を発熱させる。なお、坩堝１０の温度は、上述の温度計６０によって測定されている。
【００４０】
次いで、ステップＳ１０４では、図４（ｂ）に示すように、制御ユニット６５により、原料３が溶融し融液４となったか否かを判定する。坩堝１０が発熱することで、原料３が加熱され、徐々に溶融し融液４となる。すなわち、坩堝１０が加熱されることに伴い、原料３のみが坩堝１０内に収容される状態から原料３と融液４が混在して坩堝１０内に収容される状態に移行し、さらに坩堝１０が加熱されることで、融液４のみが坩堝１０内に収容される状態に移行する。
【００４１】
ここで、ＣＣＤカメラ５５は、坩堝１０内の状態を撮像し、撮像した画像データを制御ユニット６５に出力する。制御ユニット６５は、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データに基づいて、坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であるか否かを判定する。判定方法としては、例えば、融液４のみが坩堝１０内に収容された状態の画像データＸ１を制御ユニット６５に予め記録し、この画像データＸ１と、ＣＣＤカメラ５５から出力された画像データと、を比較することで、坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であるか否かを判定する。
【００４２】
なお、原料３が溶融し融液４となったか否かを判定する方法としては、特に上述に限定されない。例えば、上述の温度計６０により坩堝１０の温度を測定し、当該坩堝１０の温度の測定値が所定値以上となった場合に、制御ユニット６５により坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であると判定してもよい。或いは、制御ユニット６５にタイマーを設けて、誘導加熱装置３０により坩堝１０の加熱が開始された時から所定時間経過したことで、坩堝１０内に融液４のみが収容された状態であると判定してもよい。
【００４３】
制御ユニット６５により、坩堝１０内に融液４のみが収容されている状態と判定された場合は、成長工程（ステップＳ２０）に移行する。坩堝１０内に融液４のみが収容されている状態と判定されない場合は、ステップＳ１０４を繰り返す。
【００４４】
次に、成長工程（ステップＳ２０）について詳細に説明する。
【００４５】
図５は本発明の本実施形態における単結晶の製造方法を示す図であり、成長工程を示すフローチャートであり、図６（ａ）は図５のステップＳ２０１を示す図であり、図６（ｂ）は図５のステップＳ２０２を示す図であり、図６（ｃ）は図５のステップＳ２０３を示す図であり、図６（ｄ）は図５のステップＳ２０４を示す図である。
【００４６】
成長工程（ステップＳ２０）は、坩堝１０に融液４が収容されている状態に対して実行される。まず、ステップＳ２０１では、図６（ａ）に示すように、予め引き上げ軸１５のチャックに装着された種結晶５を融液４に接触させる。この際に、駆動装置２０を作動して融液４の液面まで種結晶５を下降させる。
【００４７】
次いで、ステップＳ２０２では、図６（ｂ）に示すように、種結晶５の下端が融液４に接触した状態で、駆動装置２０により引き上げ軸１５を所定速度で回転させながら所定速度で引き上げを開始し、単結晶２を形成する。引き上げ当初は、成長させる単結晶２の外形が徐々に拡径するように種結晶５の引き上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御し、種結晶５の直下に肩部を形成する。成長させる単結晶２の外形が目的とする外形に達したら、種結晶５の引き上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御して直胴部を形成する。所定の引き上げ長さに達したら、成長させる単結晶２の外形が徐々に縮径するように種結晶５の引き上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御し、直胴部の下部に尾部を形成する。
【００４８】
次いで、ステップＳ２０３では、図６（ｃ）に示すように、種結晶５の引き上げ速度又は誘導コイル３０２への出力を制御し、単結晶２に連続する連結部２ａを形成する。連結部の径は１ｍｍ以上７ｍｍ以下が望ましく、さらに３ｍｍ以下が望ましい。
【００４９】
次いで、ステップＳ２０４では、図６（ｄ）に示すように、連結部２ａに連続する補助単結晶２ｂを形成する。単結晶２の場合と同様に肩部、直胴部及び尾部を形成する。但し、補助単結晶２ｂの直胴部の引き上げ長さは、補助単結晶２ｂの成長後における坩堝１０内の原料３の融液４を坩堝１０の変形の原因とならない程度にまで少なくできることを基準にして決定される。
【００５０】
次いで、ステップＳ２０５では、図７（ａ）に示すように、制御ユニット６５により、融液４の液面が補助単結晶２ｂから分離したか否かを判定する。本実施形態では、重量センサ２０１により検出された重量測定値を制御ユニット６５に出力し、制御ユニット６５が当該重量測定値に基づいて、融液４の液面が補助単結晶２ｂから分離したか否かを判定する。補助単結晶２ｂが融液４の液面から分離することで、補助単結晶２ｂの成長は完了する。なお、融液４の液面が補助単結晶２ｂから分離したか否かを判定する方法としては、特に上述に限定されない。
【００５１】
制御ユニット６５により、融液４の液面が補助単結晶２ｂから分離した状態と判定された場合は、ステップＳ２０６に進み、融液４の液面が補助単結晶２ｂから分離した状態と判定されない場合は、ステップＳ２０５を繰り返す。なお、融液４の液面が補助単結晶２ｂから分離した状態と判定された場合は、所定時間経過した後に、制御ユニット６５が駆動装置２０に種結晶５の引き上げを停止する指令と、種結晶５の回転を停止する指令と、を出力する。そして、駆動装置２０は、上述の巻上機構と回転機構を停止させ、種結晶５の引き上げと、種結晶５の回転と、を停止する。
【００５２】
次いで、ステップＳ２０６では、図７（ｂ）に示すように、坩堝１０の降温を開始する。本実施形態では、このステップＳ２０６では、まず、制御ユニット６５が誘導加熱回路３０１に坩堝１０の降温を開始する指令を出力する。そして、誘導加熱回路３０１が誘導コイル３０２に通電する電流の電流値を小さくし、これにより、坩堝１０の降温が開始する。
【００５３】
次いで、ステップＳ２０７では、図７（ｃ）に示すように、誘導加熱回路３０１から誘導コイル３０２への通電を停止することで、坩堝１０の発熱が中止される。ここで、坩堝１０の温度は、上述の温度計６０によって測定されている。本実施形態では、この温度計６０から出力される坩堝１０の温度の測定値が所定値以下となった場合に、制御ユニット６５により坩堝１０の降温が完了したことを判定する。そして、制御ユニット６５が誘導加熱回路３０１に対して誘導コイル３０２への通電を停止する指令を出力し、誘導加熱回路３０１から誘導コイル３０２への通電が停止する。なお、坩堝１０の降温が完了したことの判定方法は、特に上述に限定されず、例えば、制御ユニット６５にタイマーを設けて、誘導加熱装置３０により坩堝１０の降温が開始された時から所定時間経過したことで、坩堝１０の降温が完了したと判定してもよい。
【００５４】
次いで、ステップ２０８では、結晶成長炉４０内の雰囲気制御を終了する。本実施形態では、図１に示すように、減圧装置５０を駆動させてガス排出口４０４を介して結晶成長炉４０を減圧すると共に、結晶成長炉４０に設けられた吸気口（不図示）から外気を結晶成長炉４０内に吸入する。次いで、ステップＳ２０９では、結晶成長炉４０を開放し、一体化された単結晶２、連結部２ａ及び補助単結晶２ｂを取り出す。次いで、ステップＳ２１０では、単結晶２と連結部２ａを切り離すことにより単結晶２のみを得る。以上により、単結晶２の製造方法のうち成長工程Ｓ２０が完了する。
【００５５】
次に、本発明の本実施形態における単結晶の製造方法の作用について説明する。
【００５６】
本実施形態では、本来の製造目的である単結晶２に連続するように連結部２ａ及び補助単結晶２ｂを成長させることにより補助単結晶２ｂの成長後における坩堝１０内の原料３の融液４を坩堝１０の変形の原因とならない程度にまで少なくできると共に、単結晶２と相対的にクラックが発生しやすい補助単結晶２ｂとを径が小さい連結部２ａで連結することにより、補助単結晶２ｂにクラックが発生した場合であっても単結晶２への伸展を防ぐことができ、同じ坩堝１０を用いて連続して製造する場合でも、毎回の単結晶２の品質が維持される。
【００５７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例１】
【００５８】
以下に、本発明をさらに具現化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。なお、以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における単結晶へのクラック発生の抑制効果及び坩堝の変形の抑制効果を確認するためのものである。
＜実施例＞
以下、本実施形態の単結晶の製造方法に係る実施例を説明する。
【００５９】
実施例では、準備工程として、まず、Ｙ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）及びＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を所定の比率で混合し、冷間等方圧加圧法（Ｃｏｌｄ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ、ＣＩＰ法）を用いてＹ３Ａｌ５Ｏ１２で構成される原料塊を得た。次いで、内径４８［ｍｍ］、板厚１．５［ｍｍ］、高さ５０［ｍｍ］のイリジウム製の坩堝に原料を収容した。次いで、結晶成長炉内を真空引きした後に窒素ガスを充填し、７６０［ｔｏｒｒ］程度まで昇圧させた。次いで、窒素雰囲気において誘導加熱装置により誘導コイルに電流を通電し、坩堝を発熱させ原料を２０００［℃］程度で加熱することで、当該原料を溶融し融液を得た。その後、成長工程に移行した。
【００６０】
成長工程として、まず、長さ８０［ｍｍ］、３［ｍｍ］角の種結晶を引き上げ軸に予め取り付けておき、準備した融液に浸漬させた。次いで、駆動装置により回転速度１５［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度３「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、種結晶の直下にＹＡＧ単結晶の肩部を形成した。次いで、駆動装置により回転速度１０［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度１「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、外径２５［ｍｍ］、引き上げ長さ５０［ｍｍ］のＹＡＧ単結晶の直胴部を形成した。次いで、駆動装置により回転速度１５［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度３「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、ＹＡＧ単結晶の直胴部の下部にＹＡＧ単結晶の尾部を形成した。次いで、駆動装置により回転速度１０［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度５「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、ＹＡＧ単結晶の尾部の下部に外径３［ｍｍ］、引き上げ長さ１０［ｍｍ］の連結部を形成した。次いで、駆動装置により回転速度１５［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度３「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、連結部の直下に補助ＹＡＧ単結晶の肩部を形成した。次いで、駆動装置により回転速度１０［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度１「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、外径２５［ｍｍ］、引き上げ長さ６０［ｍｍ］の補助ＹＡＧ単結晶の直胴部を形成した。次いで、駆動装置により回転速度１５［ｒｐｍ］で回転しながら、引き上げ速度３「ｍｍ／ｈｏｕｒ」で引き上げ、補助ＹＡＧ単結晶の直胴部の下部に補助ＹＡＧ単結晶の尾部を形成した。次いで、駆動装置により引き上げ速度を増速し、補助ＹＡＧ単結晶を融液の液面から分離した後、誘導加熱装置により誘導コイルに通電する電流を小さくし、２０〜２００［℃／ｈｏｕｒ］で坩堝を降温した。この時、坩堝内に残存する融液の体積を当初の体積の１０％未満にした。次いで、成長したＹＡＧ単結晶、連結部及び補助ＹＡＧ単結晶を結晶成長炉から取り出した。その後、ＹＡＧ単結晶と連結部を切り離すことによりＹＡＧ単結晶のみを得た。
【００６１】
以上に説明した構成の本実施例のＹＡＧ単結晶（以下「試験サンプル」と称する）に対して、クラックの有無の評価を行った。また、本実施例に用いた坩堝の形状の変化の評価を行った。
【００６２】
本実施例では、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し１０回製造した。そして、１０回目に製造した試験サンプル１に対してクラックの有無の評価を行った。また、本実施例では、未使用の坩堝の外径を測定した後に、同一の坩堝を用いて試験サンプル１を１０回製造した後の坩堝の外径を測定した。クラックの有無の評価は、１０回目に製造した試験サンプル１を得た後、目視によりクラックの有無を確認した。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ１を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ１は、下記（１）により求める。
Ａ１＝{（Ｄ１―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（１）
但し、上記の（１）においてＤ０は未使用の坩堝の外径であり、Ｄ１は同一の坩堝を用いて試験サンプル１を１０回製造した後の坩堝の外径である。
【００６３】
実施例ではさらに、同様の工程を行い、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し２０回製造した。２０回目に製造した試験サンプル２に対して、同様にクラックの有無の評価を行い、ルツボの形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ２を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ２は、下記（２）により求める。
Ａ２＝{（Ｄ２―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（２）
ただし、上記の（２）において、Ｄ２は試験サンプル２を２０回製造した後の坩堝の外径である。
【００６４】
＜比較例１＞
比較例１では、準備工程として、原料を溶融し融液とした後、成長工程として、直胴部が所定の引き上げ長さになるようにＹＡＧ単結晶のみを形成し、融液の液面から分離した。
当然ながら坩堝内に融液は残存する。この時、坩堝内に残存する融液の体積を当初の体積の３０％にした。上述以外は、実施例と同様の工程を行い、試験サンプルを製造した。
【００６５】
この比較例１では、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し１０回製造した。そして、１０回目に製造した試験サンプル３に対して、実施例と同様に、クラックの有無の評価を行った。また、本比較例に用いた坩堝についても、実施例と同様に、坩堝の形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ３を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ３は、下記（３）により求める。
Ａ３＝{（Ｄ３―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（３）
但し、上記の（３）においてＤ３は試験サンプル３を１０回製造した後の坩堝の外径である。
【００６６】
比較例１ではさらに、同様の工程を行い、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し２０回製造した。２０回目に製造した試験サンプル４に対して、同様にクラックの有無の評価を行い、ルツボの形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ４を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ４は、下記（４）により求める。
Ａ４＝{（Ｄ４―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（４）
ただし、上記の（４）において、Ｄ４は試験サンプル４を２０回製造した後の坩堝の外径である。
＜比較例２＞
比較例２では、準備工程として、原料を溶融し融液とした後、成長工程として、ＹＡＧ単結晶のみを形成し、融液の液面から分離した。ＹＡＧ単結晶の直胴部の引き上げ長さは、原料の融液の体積を当初の体積の１０％未満にすることを基準にして決定した。すなわち、坩堝内に残存する融液は坩堝の変形の原因とならない程度である。上述以外は、比較例１と同様の工程を行い、試験サンプルを製造した。
【００６７】
この比較例２では、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し１０回製造した。そして、１０回目に製造した試験サンプル５に対して、実施例と同様に、クラックの有無の評価を行った。また、本比較例に用いた坩堝についても、実施例と同様に、坩堝の形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ５を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ５は、下記（５）により求める。
Ａ５＝{（Ｄ５―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（５）
但し、上記の（５）においてＤ５は試験サンプル５を１０回製造した後の坩堝の外径である。
【００６８】
比較例２ではさらに、同様の工程を行い、上述の試験サンプルを同一の坩堝を用いて、繰り返し２０回製造した。２０回目に製造した試験サンプル６に対して、同様にクラックの有無の評価を行い、ルツボの形状の変化の評価を行った。坩堝の形状の変化の評価は、坩堝の外径の増加率Ａ６を算出して評価した。なお、坩堝の外径の増加率Ａ６は、下記（６）により求める。
Ａ６＝{（Ｄ６―Ｄ０）／Ｄ０}×１００・・・（６）
ただし、上記の（６）において、Ｄ６は試験サンプル６を２０回製造した後の坩堝の外径である。
【００６９】
実施例、比較例１、及び比較例２の試験結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
2016175791.tif 000003
【００７１】
表１に示す結果によると、実施例では、試験サンプル１及び試験サンプル２についてはクラックは発生しなかった。これに対して、比較例１では、試験サンプル３についてはクラックは発生しなかったが、試験サンプル４についてはクラックが発生した。さらに、比較例２では、試験サンプル５及び試験サンプル６についてはクラックが発生した。また、実施例での試験サンプル１を１０回製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ１は、比較例１での試験サンプル３を１０回製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ３及び比較例２での試験サンプル５を１０回製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ５に比べて有意に小さいことが分かった。また、実施例での試験サンプル２を２０回製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ２も、比較例１での試験サンプル４を２０回製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ４及び比較例２での試験サンプル６を２０回製造した後の坩堝の外径の増加率Ａ６に比べて有意に小さいことが分かった。
【００７２】
以上のように、実施例では、単結晶へのクラック発生の抑制及び坩堝の変形の抑制が図られていることが確認された。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・単結晶製造装置
２・・・単結晶
２ａ・・・連結部
２ｂ・・・補助単結晶
３・・・原料
４・・・融液
５・・・種結晶
６・・・凝固体
１０・・・坩堝
１０１・・・筒部
１０２・・・底面
１０３・・・開口
１５・・・軸
２０・・・駆動装置
２０１・・・重量センサ
２５・・・断熱材
３０・・・誘導加熱装置
３０１・・・誘導加熱回路
３０２・・・誘導コイル
４０・・・結晶成長炉
４０１・・・容器本体
４０２・・・基台
４０２ａ・・・重量センサ
４０３・・・ガス導入口
４０４・・・ガス排出口
４０５ａ，４０５ｂ・・・窓部
４５・・・ガス供給装置
５０・・・減圧装置
５５・・・カメラ
６０・・・温度計
６５・・・制御ユニット
【図１】
2016175791.tif 000004
【図２】
2016175791.tif 000005
【図３】
2016175791.tif 000006
【図４】
2016175791.tif 000007
【図５】
2016175791.tif 000008
【図６】
2016175791.tif 000009
【図７】
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