JP3106182B2 - Manufacturing method of bulk single crystal - Google Patents
Manufacturing method of bulk single crystalInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、酸化物バ
ルク単結晶の製造方法に関するものである。さらに詳し
くは、レーザー素子、波長変換素子などの光学分野にお
いて有用な、低温相Ba(B1-x Mx )2 O4 (ただ
し、M:Al、Gaで0≦x<0.15)などの酸化物
バルク単結晶を効率よく製造するための方法に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an oxide bulk single crystal. More specifically, low-temperature phase Ba (B 1 -xM x ) 2 O 4 (where M ≦ Al, Ga is 0 ≦ x <0.15), which is useful in the optical field such as a laser element and a wavelength conversion element. And a method for efficiently producing an oxide bulk single crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術とその課題】従来の工業的なバルク単結晶
製造方法としては、融液からの製造については引き上げ
法、あるいは浮遊帯溶融法などが知られており、これら
の方法によって、直径10−50mm程度のバルク単結
晶が製造されてきている。また、ミクロンオーダーの直
径をもつファイバー単結晶の製造方法としては、マイク
ロ引き上げ法や、マイクロ引き下げ法、レーザー加熱引
き上げ法などが採用されてきている。2. Description of the Related Art As a conventional industrial bulk single crystal manufacturing method, a pulling method or a floating zone melting method for manufacturing from a melt is known. Bulk single crystals of about -50 mm have been produced. Further, as a method for producing a fiber single crystal having a diameter on the order of microns, a micro pulling method, a micro pulling method, a laser heating pulling method, and the like have been adopted.
【0003】しかしながら、以上のいずれの従来の方法
においても、直径1−2mm程度の単結晶を効率よく製
造する方法は提供されていないのが実情である。直径1
−2mm程度の単結晶では、製造したままの単結晶を、
両端をカット・研磨するだけで光学デバイスに用いるこ
とができるという特徴があり、そのためにも、このよう
な単結晶の効率の良い製造方法の開発が望まれている
が、これまでの単結晶製造技術によっては対応できない
という問題がある。However, none of the conventional methods described above has provided a method for efficiently producing a single crystal having a diameter of about 1-2 mm. Diameter 1
In the case of a single crystal of about -2 mm,
It has the feature that it can be used for optical devices only by cutting and polishing both ends. Therefore, the development of an efficient manufacturing method of such a single crystal is desired. There is a problem that some technologies cannot cope.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】そこでこの発明は、以上
のとおりの課題を解決するものとして、直径1−2mm
程度のバルク単結晶を赤外線加熱浮遊帯溶融装置と原料
供給チューブを用いて製造する方法を提供するもので、
大きな温度勾配下での単結晶製造であるために低温相単
結晶を効率よく、しかも高品質単結晶として再現性良く
製造する。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a diameter of 1-2 mm.
To provide a method for producing a bulk single crystal of about using an infrared heating floating zone melting device and a raw material supply tube,
Since a single crystal is produced under a large temperature gradient, a low-temperature phase single crystal is produced efficiently and reproducibly as a high quality single crystal.
【0005】すなわち、この出願の発明は、以上の課題
を解決するものとして、原料融液を充填してその内部に
おいて固化させた原料充填金属チューブを赤外線加熱浮
遊帯溶融装置に装着し、赤外線加熱によりチューブ内の
原料を溶融させて引き下げて、チューブより離脱した融
液より単結晶を生成させることを特徴とするバルク単結
晶の製造方法(請求項1)を提供する。[0005] That is, the invention of this application is to solve the above-mentioned problems, by mounting a raw material-filled metal tube filled with a raw material melt and solidified inside thereof to an infrared heating floating zone melting apparatus, The present invention provides a bulk single crystal manufacturing method (claim 1), characterized in that a raw material in a tube is melted and pulled down to generate a single crystal from a melt separated from the tube.
【0006】そしてまた、この出願の発明は、以下の態
様等をも具体的に提供する。楕円型ミラーヒーターを装
着する(請求項2)。一対のリング型ミラーヒーターを
チューブを囲む上下方向に配置する(請求項3)。リン
グ型ミラーヒーター相互間の距離を変化させて、チュー
ブ内の均熱長さを制御する(請求項4)。赤外線加熱浮
遊帯溶融装置内でのチューブの位置を変化させて、単結
晶製造時の上下軸方向の温度勾配を制御する(請求項
5)。チューブには下部に開いたテーパを設ける(請求
項6)。チューブには、側面に縦方向の1または2以上
のスリットを設ける(請求項7)。チューブは、光が当
たる下部側面を粗面とする(請求項8)。チューブは第
VIII 族貴金属、特にチューブは白金とする(請求項
9、10)。先端を鏡面状態とした第VIII 族貴金属線
を種結晶の代わりとして使用する、特に、貴金属線は白
金とする(請求項11、12)。単結晶の製造時に、チ
ューブを下向きに移動させて固液界面に圧縮力を加え、
界面を安定化させる(請求項13)。チューブ内に、毛
管現象により原料融液を充填して固化させる(請求項1
4)。[0006] The invention of this application also specifically provides the following aspects. An elliptical mirror heater is mounted (claim 2). A pair of ring-type mirror heaters are arranged in a vertical direction surrounding the tube (claim 3). The uniform heating length in the tube is controlled by changing the distance between the ring type mirror heaters (claim 4). The temperature gradient in the vertical axis direction during the production of the single crystal is controlled by changing the position of the tube in the infrared heating floating zone melting apparatus (claim 5). The tube is provided with an open taper at the bottom (claim 6). The tube is provided with one or more longitudinal slits on the side surface (claim 7). The tube has a roughened lower side surface to which light is applied (claim 8). The tube is made of a Group VIII noble metal, in particular, the tube is made of platinum. A Group VIII noble metal wire having a mirror-finished tip is used as a substitute for a seed crystal. In particular, the noble metal wire is made of platinum (claims 11 and 12). During the production of a single crystal, the tube is moved downward to apply a compressive force to the solid-liquid interface,
The interface is stabilized (claim 13). The raw material melt is filled into the tube by capillary action and solidified.
4).
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】この出願の発明は、以上のとおり
の特徴をもつものであるが、その基本は、 1)チューブに、原料融液を充填しその内部において固
化させる、 2)この原料充填チューブを赤外線加熱浮遊帯溶融装置
に装着する、 3)赤外線加熱によりチューブ内の原料を溶融させる、 4)融液より単結晶を育成する ことになる。この方法によって、大きな温度勾配での単
結晶製造を可能とし、直径1〜2mm程度の、従来の方
法によっては製造が困難であったバルク単結晶を、高品
質で、再現性良く、効率的に製造することを可能として
いる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention of this application has the above-mentioned features, but is based on 1) filling a tube with a raw material melt and solidifying it inside; Attach the filled tube to the infrared heating floating zone melting device, 3) melt the raw material in the tube by infrared heating, 4) grow a single crystal from the melt. This method enables a single crystal to be produced with a large temperature gradient, and enables a bulk single crystal having a diameter of about 1 to 2 mm, which has been difficult to produce by a conventional method, to be of high quality, with good reproducibility, and efficiently. It is possible to manufacture.
【0008】さらに具体的形態として例示すればたとえ
ば図1に示したように、ハロゲンランプ等を用いて、熱
源と楕円型ミラーヒーターを構成して単結晶を製造す
る。単楕円、多楕円、あるいは四楕円の楕円型ミラーラ
ンプを使用し、原料充填のPt(白金)チューブと、種
結晶の代わりとしてのPt(白金)線を用いる。また、
たとえば、図2に例示したように、一対のリングミラー
ヒーターを構成し、このリングヒーターにより、チュー
ブを囲む、かつこのヒーターを上下に配置する。As a more specific example, as shown in FIG. 1, for example, a single crystal is manufactured by using a halogen lamp or the like to constitute a heat source and an elliptical mirror heater. An elliptical mirror lamp of a single ellipse, a multi-ellipse, or a four-ellipse is used, and a Pt (platinum) tube filled with raw materials and a Pt (platinum) wire as a substitute for a seed crystal are used. Also,
For example, as illustrated in FIG. 2, a pair of ring mirror heaters is formed, and the ring heater surrounds a tube and arranges the heaters vertically.
【0009】たとえば以上のような具体的形態が例示さ
れることになる。以上のいずれの場合にも、原料は、チ
ューブを通じて加熱溶融され、これが引き下げられて単
結晶となる。前記のように楕円型ミラーヒーターをもつ
赤外線加熱浮遊帯溶融装置で、チューブ内に挿入した原
料を溶融させることにより、原料を均一に溶融させ、融
液の結晶化の際に原料供給量を一定に保つようにしてい
る。[0009] For example, the above-described specific forms are exemplified. In any of the above cases, the raw material is heated and melted through a tube, and is reduced to a single crystal. In the infrared heating floating zone melting device having an elliptical mirror heater as described above, the raw material inserted in the tube is melted to uniformly melt the raw material and to keep the raw material supply amount constant during the crystallization of the melt. I try to keep it.
【0010】また、一対のリング型ミラーヒーターをも
つ赤外線加熱浮遊帯溶融装置を用いることにより、楕円
型ミラーヒーターをもつ赤外線加熱浮遊帯溶融装置より
もさらにチューブ内での均熱部分を長くし、トータルの
原料供給量を多くする。また、原料チューブ上部での融
液の固化による原料供給困難を抑制する。この際に、フ
ィード原料量の減少とともにリング型ミラーヒーター間
の距離を調節し、均熱長さを制御することにより、単結
晶の製造条件を安定制御することができる。Further, by using an infrared heating floating zone melting device having a pair of ring-type mirror heaters, a heat equalizing portion in the tube is further lengthened compared to an infrared heating floating zone melting device having an elliptical mirror heater, Increase the total raw material supply. Further, it is possible to suppress the difficulty in supplying the raw material due to the solidification of the melt at the top of the raw material tube. At this time, by adjusting the distance between the ring-type mirror heaters and controlling the soaking length as the amount of the feed material decreases, the production conditions of the single crystal can be stably controlled.
【0011】そして、この発明では、赤外線加熱浮遊帯
溶融装置を使用するため上下軸方向に大きな温度勾配を
設定することができ、しかもチューブと単結晶成長界
面、温度中心部との相対的位置を変えることにより、温
度勾配を任意に設定することができる。さらに、赤外線
加熱浮遊帯溶融装置であるために単結晶製造過程の観察
が容易である。According to the present invention, a large temperature gradient can be set in the vertical axis direction because the infrared heating floating zone melting apparatus is used, and the relative position between the tube, the single crystal growth interface, and the temperature center is determined. By changing, the temperature gradient can be set arbitrarily. Further, since the apparatus is an infrared heating floating zone melting apparatus, it is easy to observe a single crystal manufacturing process.
【0012】チューブは、この発明の必須の要件である
が、耐熱性の金属、たとえば第VIII 族貴金属、さらに
好ましくは前記のPtを用いることができる。このチュ
ーブについては、たとえばその内径について、上部から
下部に向って開いたテーパーをつけることにより、製造
する単結晶の直径を調整することができる。また、チュ
ーブ直径により集光状態が異なるため、同じ直径の単結
晶を製造する場合でも、温度勾配が異なる状態での製造
が可能である。Although the tube is an essential requirement of the present invention, a heat-resistant metal, for example, a Group VIII noble metal, more preferably the above-mentioned Pt can be used. With respect to this tube, for example, the diameter of the single crystal to be manufactured can be adjusted by giving a taper that opens from the upper part to the lower part with respect to the inner diameter. Further, since the light condensing state varies depending on the tube diameter, even when a single crystal having the same diameter is produced, it is possible to produce a single crystal having a different temperature gradient.
【0013】チューブ側面に、縦方向のスリットを入れ
ることにより、原料融液量の減少を容易に確認すること
もできる。さらには光が当たるチューブ下部外側を粗面
にすることにより、光の反射を抑え、チューブの温度の
みを高くすることができ、上下軸方向の温度勾配が大き
くなる。By providing a slit in the longitudinal direction on the side surface of the tube, a decrease in the amount of the raw material melt can be easily confirmed. Further, by making the outer surface of the lower part of the tube that is irradiated with light rough, the reflection of light can be suppressed, only the temperature of the tube can be increased, and the temperature gradient in the vertical axis direction increases.
【0014】このチューブとともに、たとえば先端を溶
融し、鏡面状態とした貴金属線、特に好ましくはPt線
を種結晶の代わりとして使用することにより、原料融液
とPt線との濡れ性が良くなるため、Pt線からの伝熱
による熱の放散が大きくなり、かつ先端部からの光の反
射量が多くなるため、上下軸方向の温度勾配が大きくな
る。Along with this tube, a noble metal wire whose tip is melted and made into a mirror surface state, particularly preferably a Pt wire is used as a substitute for a seed crystal, so that the wettability between the raw material melt and the Pt wire is improved. , And the amount of light reflected from the front end increases, so that the temperature gradient in the vertical axis direction increases.
【0015】単結晶の製造時には、チューブを下向きに
移動させ、界面に加えた圧縮力により、固液界面を安定
に保持することができ、単結晶製造を容易に行うことが
できる。なお、毛管現象を利用してチューブ内に原料融
液を充填する方法により、容易にフィード原料の製造が
できる。また、これにより、チューブ外部への結晶の付
着の無い原料チューブとすることができる。During the production of a single crystal, the tube is moved downward, the solid-liquid interface can be stably maintained by the compressive force applied to the interface, and the single crystal can be easily produced. The feed material can be easily produced by filling the tube with the material melt utilizing the capillary phenomenon. In addition, this makes it possible to obtain a raw material tube in which crystals do not adhere to the outside of the tube.
【0016】もちろん、この発明の方法においては、バ
ルク単結晶の種類・組成が限定されることはない。たと
えばこれまで1〜2mmというバルク単結晶の製造が難
しく、しかもレーザー素子や、波長変換素子などに有用
な、低温相Ba(B1-X MX)2 O4 (MはAlまたは
Gaで、0≦x<0.15)などのバルク単結晶の製造
に好適に採用される。Of course, in the method of the present invention, the type and composition of the bulk single crystal are not limited. For example heretofore difficult production of bulk single crystal of 1 to 2 mm, moreover, laser devices, etc. useful wavelength conversion element, a low temperature phase Ba (B 1-X M X ) 2 O 4 (M is Al or Ga, 0 ≦ x <0.15).
【0017】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
【0018】[0018]
【実施例】実施例1 マッフル型抵抗加熱電気炉において、10gのBa(B
0.95Al0.05)2 O4を大気中で、直径、高さともに3
0mmのPtるつぼを用いて融解(融点:1075℃)
した。このとき、直径4mm、長さ50mmのPtチュ
ーブを融液に浸し、チューブ内に融液を導入、結晶化さ
せた。Ptチューブ内の結晶長さは20mmで、結晶重
量は2gであった。これをフィード原料とし、双楕円型
ミラーヒーターをもつ赤外線加熱浮遊帯溶融装置により
単結晶の製造を実施した。 EXAMPLE 1 In a muffle type resistance heating electric furnace, 10 g of Ba (B
0.95 Al 0.05 ) 2 O 4 in air, both diameter and height are 3
Melting using a 0 mm Pt crucible (melting point: 1075 ° C)
did. At this time, a Pt tube having a diameter of 4 mm and a length of 50 mm was immersed in the melt, and the melt was introduced into the tube and crystallized. The crystal length in the Pt tube was 20 mm, and the crystal weight was 2 g. Using this as a feed material, a single crystal was manufactured using an infrared heating floating zone melting apparatus having a bi-elliptical mirror heater.
【0019】フィード原料の入ったPtチューブは、上
方からAl2 O3 管の先に固定して吊るした。下方か
ら、直径1mmのPt線を種結晶の代わりに差し込ん
だ。図1の態様となる。温度を上昇させて原料を融解
後、Pt線を融液に接触させた。融液となじみが良い位
置を目視で確認しながらPtチューブ、Pt線の位置を
上下させ、単結晶製造に最適な温度勾配が得られる位置
を探した。その位置でもってPtチューブを固定し、P
t線を下方に10mm/hの速度で引き下げ移動させ
た。移動につれ、単結晶がPt線の先に生成した。2時
間後、直胴部で直径2mm、長さ20mmの単結晶が製
造できた。The Pt tube containing the feed material was fixed and suspended above the Al 2 O 3 tube from above. From below, a 1 mm diameter Pt wire was inserted in place of the seed crystal. It becomes the mode of FIG. After melting the raw material by raising the temperature, a Pt wire was brought into contact with the melt. The position of the Pt tube and the Pt line was moved up and down while visually confirming a position that was well compatible with the melt, and a position where an optimal temperature gradient for producing a single crystal was obtained. Fix the Pt tube in that position,
The t-line was moved downward at a speed of 10 mm / h. As it moved, a single crystal formed before the Pt line. Two hours later, a single crystal having a diameter of 2 mm and a length of 20 mm was produced at the straight body.
【0020】製造した単結晶に、室温(25℃)で波長
785nmのTi:Al2 O3 レーザーを照射したとこ
ろ、図3に示すように波長392nmの高調波が発生す
る非線形光学効果が得られ、低温相の生成が確認でき
た。Ptチューブ、Pt線を回転させても、同様に単結
晶を製造することができた。When the manufactured single crystal was irradiated with a Ti: Al 2 O 3 laser having a wavelength of 785 nm at room temperature (25 ° C.), a nonlinear optical effect of generating a harmonic having a wavelength of 392 nm was obtained as shown in FIG. The formation of a low-temperature phase was confirmed. Even when the Pt tube and the Pt wire were rotated, a single crystal could be similarly produced.
【0021】また、直径2mmでテーパー直径4mmの
先端に開いたPtチューブを用いることによっても、直
径2mmの単結晶を製造することができた。実施例2 誘導加熱型の引き上げ装置において、70gのBa(B
0.9 Al0.1 )2 O4を大気中で、直径、高さともに4
0mmのPtるつぼを用いて融解(融点:1050℃)
した。このとき、直径4mm、長さ70mmのPtチュ
ーブを融液に浸し、Ptチューブ内に融液を導入、引き
上げ法によって10時間をかけて、直径10mm、長さ
40mmの単結晶を製造した。その後、単結晶をチュー
ブから切り放した。チューブ内の結晶長さは30mm
で、結晶重量は3gであった。Also, a single crystal having a diameter of 2 mm could be manufactured by using a Pt tube having a diameter of 2 mm and a tapered diameter of 4 mm and opened at the tip. Example 2 In an induction heating type lifting apparatus, 70 g of Ba (B
0.9 Al 0.1 ) 2 O 4 in air at both diameter and height of 4
Melting using a 0 mm Pt crucible (melting point: 1050 ° C.)
did. At this time, a Pt tube having a diameter of 4 mm and a length of 70 mm was immersed in the melt, the melt was introduced into the Pt tube, and a single crystal having a diameter of 10 mm and a length of 40 mm was produced by a pulling method over 10 hours. Thereafter, the single crystal was cut off from the tube. Crystal length in tube is 30mm
And the crystal weight was 3 g.
【0022】このPtチューブをフィード原料とし、2
式のリング型ミラーヒーターを持つ赤外線加熱浮遊帯溶
融装置により単結晶製造を実施した。フィード原料の入
ったPtチューブは、上方からAl2 O3 管の先に固定
して吊るした。下方から、直径1mmのPt線を種結晶
の代わりに差し込んだ。図2の態様となる。温度を上昇
させて原料の融解後、Pt線を融液に接触させた。この
とき、リング型ミラーヒーター間の距離を調節したとこ
ろ、10mmで全ての原料が融解した。融液とのなじみ
が良い位置を目視で確認しながらPtチューブ、Pt線
の位置を上下させ、単結晶製造に最適な温度勾配が得ら
れる位置を探した。その位置でもってPtチューブを固
定し、Pt線を下方に10mm/hの速度で引き下げ移
動させた。移動につれ、単結晶がPt線の先に生成し
た。リング型ミラーヒター間の距離は、2.5mm/h
で減少させた。4時間後、直胴部で直径2mm、長さ4
0mmの単結晶が製造できた。Using this Pt tube as a feed material,
Single crystal production was carried out by an infrared heating floating zone melting device having a ring-type mirror heater of the type. The Pt tube containing the feed material was fixed and suspended above the Al 2 O 3 tube from above. From below, a 1 mm diameter Pt wire was inserted in place of the seed crystal. FIG. 2 shows an embodiment. After melting the raw material by raising the temperature, a Pt wire was brought into contact with the melt. At this time, when the distance between the ring type mirror heaters was adjusted, all the raw materials were melted at 10 mm. The position of the Pt tube and the Pt line was moved up and down while visually confirming the position where the melt was well compatible, and a position where an optimal temperature gradient for producing a single crystal was obtained was searched. The Pt tube was fixed at that position, and the Pt wire was moved downward at a speed of 10 mm / h. As it moved, a single crystal formed before the Pt line. The distance between the ring-type mirror hitters is 2.5 mm / h
Reduced by. After 4 hours, the straight body part has a diameter of 2 mm and a length of 4
A single crystal of 0 mm was produced.
【0023】実施例1と比較して、2式のリング型ミラ
ーヒーターを持つ浮遊帯溶融装置の均熱部分が長いた
め、長尺単結晶の製造が可能であった。製造した単結晶
に、室温(25℃)で波長785nmのTi:Al2 O
3 レーザーを照射したところ、図4に示すように波長3
92nmの高調波が発生する非線形光学効果が得られ、
低温相の生成が確認できた。Compared to Example 1, the floating zone melting apparatus having two sets of ring-type mirror heaters had a longer soaking part, so that a long single crystal could be produced. A Ti: Al 2 O having a wavelength of 785 nm at room temperature (25 ° C.)
When irradiated with 3 lasers, as shown in FIG.
A nonlinear optical effect in which a harmonic of 92 nm occurs is obtained,
The formation of a low-temperature phase was confirmed.
【0024】また、側面に幅1mmのスリットが入った
チューブを用いても単結晶を製造することができ、原料
融液残量がわかるため、単結晶製造終了の判断を容易に
行うことができた。実施例3 マッフル型抵抗加熱電気炉において、10gのBa(B
0.95Al0.05)2 O4を大気中で、直径、高さともに3
0mmのPtるつぼを用いて融解(融点:1075℃)
した。このとき、Ptチューブ下端部長さ30mmを#
600の端水研磨紙で研磨することにより表面を粗くし
た直径4mm、長さ50mmのPtチューブを融液に浸
し、チューブ内に融液を導入、結晶化させた。Ptチュ
ーブ内の結晶長さは20mmで、結晶重量は2gであっ
た。これをフィード原料とし、双楕円型ミラーヒーター
をもつ赤外線加熱浮遊帯溶融装置により単結晶の製造を
実施した。Further, a single crystal can be produced even by using a tube having a slit with a width of 1 mm on the side surface, and the end of the production of the single crystal can be easily determined because the remaining amount of the raw material melt can be known. Was. Example 3 In a muffle type resistance heating electric furnace, 10 g of Ba (B
0.95 Al 0.05 ) 2 O 4 in air, both diameter and height are 3
Melting using a 0 mm Pt crucible (melting point: 1075 ° C)
did. At this time, the Pt tube lower end length of 30 mm is
A Pt tube having a diameter of 4 mm and a length of 50 mm whose surface was roughened by polishing with 600 end water abrasive paper was immersed in the melt, and the melt was introduced into the tube and crystallized. The crystal length in the Pt tube was 20 mm, and the crystal weight was 2 g. Using this as a feed material, a single crystal was manufactured using an infrared heating floating zone melting apparatus having a bi-elliptical mirror heater.
【0025】実施例1と同様、図1に示すように、フィ
ード原料の入ったPtチューブは、上方からAl2 O3
管の先に固定して吊るした。下方から、上方先端部が直
径1.5mmの球状をした、外径1mmのPt線を種結
晶の代わりに差し込んだ。温度を上昇させて原料を融解
後、Pt線を融液に接触させた。融液とのなじみが良い
位置を目視で確認しながらPtチューブ、Pt線の位置
を上下させ、単結晶製造に最適な温度勾配が得られる位
置を探した。その位置でもってPtチューブを固定し、
Pt線を下方に15mm/hの速度で引き下げ移動させ
た。移動につれ、単結晶がPt線の先に生成した。2時
間後、直胴部で直径2mm、長さ30mmの単結晶が製
造できた。As in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the Pt tube containing the feed material is made of Al 2 O 3
It was fixed and hung at the end of the tube. A Pt wire having an outer diameter of 1 mm and having a spherical shape with a diameter of 1.5 mm at the upper end was inserted from below, instead of the seed crystal. After melting the raw material by raising the temperature, a Pt wire was brought into contact with the melt. The position of the Pt tube and the Pt line was moved up and down while visually confirming the position where the melt was well compatible, and a position where an optimal temperature gradient for producing a single crystal was obtained was searched. Fix the Pt tube in that position,
The Pt line was moved downward at a speed of 15 mm / h. As it moved, a single crystal formed before the Pt line. Two hours later, a single crystal having a diameter of 2 mm and a length of 30 mm was produced at the straight body.
【0026】Ptチューブ下端部の粗面化および先端部
が球状のPt線の採用により、実施例1と比較してPt
線の移動速度が速くても、単結晶を製造することがで
き、かつ、単結晶製造が実施例1と比較して容易であっ
た。製造した単結晶に、室温(25℃)で波長785n
mのTi:Al2 O3 レーザーを照射したところ、図3
に示すのと類似の波長392nmの高調波が発生する非
線形光学効果が得られ、低温相の生成が確認できた。Compared with the first embodiment, the Pt tube has a rougher surface at the lower end and a Pt wire having a spherical end at the tip.
Even when the moving speed of the wire was high, a single crystal could be produced, and the production of the single crystal was easier than in Example 1. At the room temperature (25 ° C.), a wavelength of 785 n
m Ti: Al 2 O 3 laser irradiation, Figure 3
The nonlinear optical effect of generating a harmonic having a wavelength of 392 nm similar to that shown in (1) was obtained, and the generation of a low-temperature phase was confirmed.
【0027】実施例4 マッフル型抵抗加熱電気炉において、10gのBa(B
0.95Al0.05)2 O4を大気中で、直径、高さともに3
0mmのPtるつぼを用いて融解(融点:1075℃)
した。このとき、直径4mm、長さ50mmのPtチュ
ーブを融液に浸し、Ptチューブ内に融液を導入、結晶
化させた。Ptチューブ内の結晶長さは20mmで、結
晶重量は2gであった。これをフィード原料とし、双楕
円型ミラーヒーターをもつ赤外線加熱浮遊帯溶融装置に
より単結晶の製造を実施した。 Example 4 In a muffle type resistance heating electric furnace, 10 g of Ba (B
0.95 Al 0.05 ) 2 O 4 in air, both diameter and height are 3
Melting using a 0 mm Pt crucible (melting point: 1075 ° C)
did. At this time, a Pt tube having a diameter of 4 mm and a length of 50 mm was immersed in the melt, and the melt was introduced into the Pt tube for crystallization. The crystal length in the Pt tube was 20 mm, and the crystal weight was 2 g. Using this as a feed material, a single crystal was manufactured using an infrared heating floating zone melting apparatus having a bi-elliptical mirror heater.
【0028】フィード原料の入ったPtチューブは、実
施例1と同様、図1に示すように、上方からAl2 O3
管の先に固定して吊るした。下方から、直径1mmのP
t線を種結晶の代わりに差し込んだ。温度を上昇させて
原料を融解後、Pt線を融液に接触させた。融液とのな
じみが良い位置を目視で確認しながらPtチューブ、P
t線の位置を上下させ、単結晶製造に最適な温度勾配が
得られる位置を探した。その位置でもってPtチューブ
を固定し、Pt線を下方に10mm/hの速度で引き下
げ移動させた。また、15分後からPtチューブを3m
m/hの速度で下方に移動させた。移動につれ、単結晶
がPt線の先に生成した。2時間後、直胴部で直径2m
m、長さ15mmの単結晶が製造できた。As shown in FIG. 1, the Pt tube containing the feed material was Al 2 O 3
It was fixed and hung at the end of the tube. From below, P with a diameter of 1 mm
A t-line was inserted instead of the seed crystal. After melting the raw material by raising the temperature, a Pt wire was brought into contact with the melt. Pt tube, P
The position of the t-line was moved up and down to find a position where a temperature gradient optimal for single crystal production was obtained. The Pt tube was fixed at that position, and the Pt wire was moved downward at a speed of 10 mm / h. After 15 minutes, the Pt tube was
It was moved downward at a speed of m / h. As it moved, a single crystal formed before the Pt line. 2 hours later, 2m in diameter at the straight body
m, a single crystal having a length of 15 mm was produced.
【0029】実施例1と比較して、外径変動が少ない単
結晶が製造できた。製造した単結晶に、室温(25℃)
で波長785nmのTi:Al2 O3 レーザーを照射し
たところ、図3に示すのと類似の波長392nmの高調
波が発生する非線形光学効果が得られ、低温相の生成が
確認できた。As compared with Example 1, a single crystal having less variation in outer diameter was produced. Room temperature (25 ° C)
When a Ti: Al 2 O 3 laser having a wavelength of 785 nm was irradiated with the above, a nonlinear optical effect of generating a harmonic having a wavelength of 392 nm similar to that shown in FIG. 3 was obtained, and generation of a low-temperature phase was confirmed.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
り以下の効果が得られる。 1)縦型のチューブを使用し、全量を溶融するため、十
分な攪拌効果が得られ、融液の均質性に優れる。しかも
金属製チューブがヒートリザーバーとなるため均熱性が
良く、チューブ直径・テーパー直径で製造できる単結晶
の直径を制御できる。As described in detail above, the present invention has the following effects. 1) Since a vertical tube is used and the whole amount is melted, a sufficient stirring effect is obtained and the homogeneity of the melt is excellent. In addition, since the metal tube serves as a heat reservoir, the heat uniformity is good, and the diameter of the single crystal that can be manufactured with the tube diameter and the taper diameter can be controlled.
【0031】2)直径1−2mm程度の単結晶の製造法
のため、製造速度が速い。また、チューブをシードとし
て用いる引き上げ法において使用した、使用済み原料が
入ったチューブを、今回の発明ではそのまま使用して単
結晶の製造ができるため、原料調整コストを低減でき
る。2) The production speed is high because of the method for producing a single crystal having a diameter of about 1-2 mm. In addition, in the present invention, the tube containing the used raw material used in the pulling method using the tube as a seed can be used as it is to produce a single crystal, so that the raw material adjustment cost can be reduced.
【図1】双楕円型ミラーヒーターをもつ赤外線(ハロゲ
ンランプ)加熱浮遊帯溶融装置を用いての単結晶製造方
法を示した概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a method for producing a single crystal using an infrared (halogen lamp) heating floating zone melting apparatus having a bi-elliptical mirror heater.
【図2】一対のリング型ミラーヒーターをもつ赤外線
(ハロゲンランプ)加熱浮遊帯溶融装置を用いての単結
晶製造方法を示した概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a method for producing a single crystal using an infrared (halogen lamp) heating floating zone melting apparatus having a pair of ring-type mirror heaters.
【図3】製造したBa(B0.95Al0.05)2 O4 単結晶
に、室温(25℃)で波長785nmのTi:Al2 O
3 レーザーを照射したときに発生した高調波の強度を示
した図である。[FIG. 3] A Ti: Al 2 O having a wavelength of 785 nm at room temperature (25 ° C.) is applied to a manufactured Ba (B 0.95 Al 0.05 ) 2 O 4 single crystal.
FIG. 3 is a diagram showing the intensity of harmonics generated when irradiating three lasers.
【図4】製造したBa(B0.9 Al0.1 )2 O4 単結晶
に、室温(25℃)で波長785nmのTi:Al2 O
3 レーザーを照射したときに発生した高調波の強度を示
した図である。FIG. 4 shows a Ti: Al 2 O having a wavelength of 785 nm at room temperature (25 ° C.) on a manufactured Ba (B 0.9 Al 0.1 ) 2 O 4 single crystal.
FIG. 3 is a diagram showing the intensity of harmonics generated when irradiating three lasers.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C30B 1/00 - 35/00 CA(STN) JICSTファイル(JOIS)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C30B 1/00-35/00 CA (STN) JICST file (JOIS)
Claims (14)
化させた原料充填金属チューブを赤外線加熱浮遊帯溶融
装置に装着し、赤外線加熱によりチューブ内の原料を溶
融させて引き下げて、チューブより離脱した融液より単
結晶を生成させることを特徴とするバルク単結晶の製造
方法。1. A raw material-filled metal tube filled with a raw material melt and solidified therein is mounted on an infrared heating floating zone melting apparatus, the raw material in the tube is melted by infrared heating, pulled down, and separated from the tube. A method for producing a bulk single crystal, comprising forming a single crystal from a melt obtained.
1の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein an elliptical mirror heater is mounted.
ブを囲む上下方向に配置する請求項1の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein a pair of ring-type mirror heaters are arranged in a vertical direction surrounding the tube.
変化させて、チューブ内の均熱長さを制御する請求項3
の製造方法。4. A uniform heating length in a tube is controlled by changing a distance between ring-type mirror heaters.
Manufacturing method.
ブの位置を変化させて、単結晶製造時の上下軸方向の温
度勾配を制御する請求項1の製造方法。5. The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature gradient in the vertical axis direction during single crystal production is controlled by changing the position of the tube in the infrared heating floating zone melting apparatus.
る請求項1ないし5のいずれかの製造方法。6. The method according to claim 1, wherein the tube is provided with an open taper at a lower portion.
2以上のスリットを設ける請求項1ないし6のいずれか
の製造方法。7. The method according to claim 1, wherein the tube is provided with one or more longitudinal slits on a side surface.
とする請求項1ないし7のいずれかの製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the lower side surface of the tube to which light is applied is roughened.
項1ないし8のいずれかの製造方法。9. The method according to claim 1, wherein the tube is made of a Group VIII noble metal.
方法。10. The method according to claim 9, wherein the tube is made of platinum.
属線を種結晶の代わりとして使用する請求項1ないし1
0のいずれかの製造方法。11. A group VIII noble metal wire having a mirror-finished tip is used as a substitute for a seed crystal.
0.
造方法。12. The method according to claim 11, wherein the noble metal wire is platinum.
に移動させて固液界面に圧縮力を加え、界面を安定化さ
せる請求項1ないし12のいずれかの製造方法。13. The production method according to claim 1, wherein, during the production of a single crystal, the tube is moved downward to apply a compressive force to the solid-liquid interface to stabilize the interface.
液を充填して固化させる請求項1ないし13のいずれか
の製造方法。14. The method according to claim 1, wherein the raw material melt is filled in the tube by capillary action and solidified.
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JP09257087A JP3106182B2 (en) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | Manufacturing method of bulk single crystal |
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JPH1192271A JPH1192271A (en) | 1999-04-06 |
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