(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉末の焼成ペレットを高周波加熱単結晶育成炉のるつぼ内に装入し、これを前記るつぼの外周に沿って配置した高周波加熱コイルにて融解して融液とし、前記るつぼ内の融液表面に引上げ軸の先端部に取り付けたランガサイト種結晶を当接し、前記引上げ軸を所定の速度で回転させながら、所定の速度で引き上げて単結晶インゴットの育成を開始し、インゴット育成中の前記るつぼ内の融液および育成インゴットの重量を連続的または断続的にそれぞれ重量センサにて測定し、るつぼ内の融液と育成インゴットの重量の合計が常に育成開始前のるつぼ内融液の重量と一致するように、融液表面上方にるつぼ上端部内側に沿って懸吊配置したＧａ2Ｏ3焼結棒を融液表面に浸漬してＧａ2Ｏ3を補給しながらインゴット育成を行うことを特徴とする構成成分含有量の均一性にすぐれたランガサイト単結晶インゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、種結晶による引上げ育成初期に形成されたインゴット肩部を除いた残りのインゴット直胴部全体に亘って構成成分である酸化ランタン（以下、Ｌａ2Ｏ3で示す）、酸化ガリウム（以下、Ｇａ2Ｏ3で示す）、および酸化シリコン（以下、ＳｉＯ2で示す）の含有量のバラツキがきわめて小さい、構成成分含有量の均一性にすぐれたランガサイト単結晶インゴットの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、組成式：Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14で表わされ、また重量割合で、
Ｌａ2Ｏ3：４８．０４％、
Ｇａ2Ｏ3：４６．０６％、
ＳｉＯ2：５．９０％、
からなる組成を有するランガサイトの単結晶が、
（ａ）温度による弾性表面波伝搬連度の変化率が小さい、
（ｂ）電気機械結合係数が大きい、
などの特性をもつことから、例えば特開平１０−１２６２０９号公報に記載されるように、弾性表面波フィルタなどの圧電デバイス用基板材料などとして注目されている。
また、上記の基板材料などとしての適用に際しては、ランガサイト単結晶インゴットの種結晶による引上げ育成初期に形成されたインゴット肩部を除いた残りの直胴部をスライスして所定厚さのウエハーとした形で実用に供され、さらに前記ランガサイト単結晶インゴットが、ランガサイトの種結晶を引上げ軸の先端部に固定し、るつぼ内の所定組成を有するランガサイト融液の表面部に前記種結晶を当接した状態で、前記引上げ軸を回転させながら、引上げつつインゴット育成を行うことにより製造されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の単結晶引上げ育成技術の進歩はめざましく、かつ省エネ化および省力化、さらに低コスト化の要求も強く、これに伴い、ランガサイト単結晶インゴットは一段と大径化の傾向にあるが、上記の従来ランガサイト単結晶インゴットにおいては、インゴット全体に亘って構成成分であるＬａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、およびＳｉＯ2の含有量、特にＧａ2Ｏ3含有量にバラツキが生じ易く、特にこれを大径化した場合バラツキは一層顕著なものとなり、インゴット全体に亘って安定した組成の単結晶インゴットの育成はきわめて困難となるのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、インゴット全体に亘って構成成分含有量にバラツキのないランガサイト単結晶インゴットを開発すべく研究を行った結果、
（１）ランガサイト単結晶インゴットにおける構成成分含有量のバラツキは、単結晶インゴットの引上げ育成中に構成成分である特にＧａ2Ｏ3が蒸発し、この結果インゴット引上げ育成進行にしたがって、るつぼ内の融液のＧａ2Ｏ3含有量が漸次減少することに起因し、この場合Ｌａ2Ｏ3およびＳｉＯ2はインゴット育成中実質的に蒸発することはないが、るつぼ内の融液中のＧａ2Ｏ3の経持的蒸発減少によって実質的にインゴット育成開始時の含有割合に比して経持的に漸次大きな含有割合となるものであり、このバラツキはインゴットが大径化すればするほど大きなものとなり、例えば直径：１００ｍｍの大径インゴットの場合、インゴット全体に亘ってのＧａ2Ｏ3含有量のバラツキは目標含有量に対して±０．５重量％以上の広範囲にわたること。
【０００５】
（２）単結晶インゴットの引上げ育成中、るつぼ内の融液と育成インゴットの重量をそれぞれ連続的または断続的に測定し、この測定結果の合量をインゴット育成開始前のるつぼ内の融液の重量から差引いた残量をＧａ2Ｏ3の蒸発消失分と見なし、この蒸発消失分のＧａ2Ｏ3をるつぼの融液表面から融液に補給しながら単結晶インゴットの育成を行う、すなわち補給されつつあるるつぼ内の融液の重量と引上げ育成中のインゴットの重量の和が引上げ育成開始前のるつぼ内の融液の重量と常に同一となるように制御しながらインゴット育成を行うと、育成後の単結晶インゴットにおけるＧａ2Ｏ3含有量の局部的バラツキがなくなり、このことはＬａ2Ｏ3およびＳｉＯ2含有量にも変化がないことを示し、全体に亘って構成成分含有量の均一な単結晶インゴットとなり、この場合例えば直径：１００ｍｍ以上の大径インゴットであっても前記構成成分含有量のバラツキはインゴット直胴部の縦断面および横断面における測定で、いずれの測定個所でも目標含有量に対して重量割合による測定で±０．０５重量％の範囲内のきわめて小さなものとなること。
以上（１）および（２）に示される研究結果を得たのである。
【０００６】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、原料粉末の焼成ペレットを高周波加熱単結晶育成炉のるつぼ内に装入し、これを前記るつぼの外周に沿って配置した高周波加熱コイルにて融解して融液とし、  前記るつぼ内の融液表面に引上げ軸の先端部に取り付けたランガサイト種結晶を当接し、前記引上げ軸を所定の速度で回転させながら、所定の速度で引き上げて単結晶インゴットの育成を開始し、インゴット育成中の前記るつぼ内の融液および育成インゴットの重量を連続的または断続的にそれぞれ重量センサにて測定し、るつぼ内の融液と育成インゴットの重量の合計が常に育成開始前のるつぼ内融液の重量と一致するように、融液表面上方にるつぼ上端部内側に沿って懸吊配置したＧａ2Ｏ3焼結棒を融液表面に浸漬してＧａ2Ｏ3を補給しながらインゴット育成を行うことを特徴とする構成成分含有量の均一性にすぐれたランガサイト単結晶インゴットの製造方法に特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明のランガサイト単結晶インゴットを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも純度：９９．９９重量％以上のＬａ2Ｏ3粉末、Ｇａ2Ｏ3粉末、およびＳｉＯ2粉末を用意し、これら原料粉末を、重量割合で、
Ｌａ2Ｏ3：４８％、
Ｇａ2Ｏ3：４６％、
ＳｉＯ2：６％、
の目標組成に配合し、振動攪拌機で１時間混合し、０．０１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で外径：１００ｍｍ×厚さ：６０ｍｍの寸法をもったペレットにプレス成形し、このペレットを電気炉にて１２００℃の温度に１時間保持の条件で焼成し、ついでこの焼成ペレットを図１に概略縦断面図で示される高周波加熱単結晶育成炉の直径：１５ｃｍのイリジウム製るつぼ内に装入し、これを前記るつぼの外周に沿ってアルミナおよびジルコニア断熱材を介して配置した高周波加熱コイルにて融解して融液とし、この状態で引上げ軸の先端部に取り付けたランガサイト種結晶を前記るつぼ内の融液表面に当接し、前記引上げ軸を所定の速度で回転させながら、所定の速度で引き上げて単結晶インゴットの育成を開始し、一方インゴット育成中の前記るつぼ内の融液および育成インゴットの重量を連続的または断続的にそれぞれ重量センサにて測定し、この場合前記融液と育成インゴットの測定重量の合計は、育成中、前記融液表面からのＧａ2Ｏ3の蒸発によってインゴット育成開始直前のるつぼ内の融液の重量、すなわち上記目標組成を有する融液重量に対して不足する状態になるが、この不足分を逐次前記融液表面上方にるつぼ上端部内側に沿って３本等間隔に懸吊配置した直径：１ｃｍ×長さ：２０ｃｍのＧａ2Ｏ3焼結棒を融液表面に浸漬して補給し、このようにるつぼ内の融液と育成インゴットの重量の合計が常に育成開始前のるつぼ内融液の重量と一致するように前記Ｇａ2Ｏ3焼結棒によってＧａ2Ｏ3を補給しながらインゴット育成を行うことにより直胴部直径：１００ｍｍ×直胴部長さ：１２０ｍｍの寸法をもった大径の本発明ランガサイト単結晶インゴット（以下、本発明インゴットと云う）を製造した。
【０００８】
また、比較の目的で、インゴット育成中、上記Ｇａ2Ｏ3焼結棒による融液表面へのＧａ2Ｏ3の補給を行わない以外は同一の条件で同じく大径の従来ランガサイト単結晶インゴット（以下、従来インゴットと云う）を製造した。
【０００９】
この結果得られた本発明の製造方法により得た本発明インゴットおよび従来の製造方法により得た従来インゴットの肩部を切除した直胴部について、長さ方向中心線を含む任意縦断面、並びに長さ方向上部および下部の任意横断面の図２、３に示される個所のＬａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、およびＳｉＯ2の含有量を測定し、それぞれの測定結果と上記の目標含有量との比較において、前記構成成分含有量のインゴットにおける均一性を評価した。この測定結果を表１，２に示した。
【００１０】
【表１】
0003826393.tif 000002
【００１１】
【表２】
0003826393.tif 000003
【００１２】
【発明の効果】
表１、２に示される結果から、本発明の製造方法により得た本発明インゴットは、インゴット全体に亘って構成成分であるＬａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3、およびＳｉＯ2含有量のバラツキがきわめて小さく、その含有量はいずれの個所でも目標含有量に対してそれぞれ±０．０５％の範囲内にあり、均一性にすぐれたものであるのに対して、従来の製造方法により得た従来インゴットにおいては、前記構成成分含有量のインゴットにおける局部的変化がきわめて大きく、そのバラツキ範囲は±０．５％の範囲にも及ぶことが明らかである。
上述のように、この発明の製造方法により得たランガサイト単結晶インゴットは、構成成分含有量のインゴット全体に亘っての均一性にすぐれたものであるから、例えば弾性表面波フィルタなどの圧電デバイス用基板などへの適用に際しては、特性の安定化は勿論のこと、低コスト化にも寄与するなど工業上有用な特性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  高周波加熱単結晶育成炉の概略縦断面図である。
【図２】  インゴット直胴部の長さ方向中心線を含む縦断面（ａ）、並びに同長さ方向上部および下部の横断面（ｂ）における構成成分含有量の測定個所を示す図である。
【図１】
0003826393.tif 000004
【図２】
0003826393.tif 000005