JP2021031341A - タンタル酸リチウム単結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
円筒状の構造を有する単結晶育成炉の内部に配置された金属製ルツボにタンタル酸リチウム原料粉末を充填し、該金属製ルツボを加熱して得られるタンタル酸リチウム原料融液に種結晶を接触させ、該種結晶を回転させながら引上げて肩部とこれに続く直胴部を育成するチョクラルスキー法によるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法において、
内径800mmφの大型単結晶育成炉を用い、内径が170mmφの金属製ルツボを用いると共に、結晶育成開始時におけるタンタル酸リチウム原料融液の高さが上記金属製ルツボの底部から125mm以上130mm以下の範囲となるようにタンタル酸リチウム原料粉末を金属製ルツボに充填して上記直胴部直径が4インチφのタンタル酸リチウム単結晶を育成することを特徴とするものである。
第1の発明に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法において、
上記金属製ルツボがイリジウムルツボであることを特徴とし、
第3の発明は、
第1の発明または第2の発明に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法において、
上記直胴部の長さが120mm以下であることを特徴とする。
内径800mmφの大型単結晶育成炉を用い、内径が170mmφの金属製ルツボを用いると共に、結晶育成開始時におけるタンタル酸リチウム原料融液の高さが金属製ルツボの底部から125mm以上130mm以下の範囲となるようにタンタル酸リチウム原料粉末を金属製ルツボに充填して結晶育成がなされるため、リネージの発生が抑制された直胴部直径4インチφのタンタル酸リチウム単結晶を育成することが可能となる。
はじめに、チョクラルスキー(Cz)法による単結晶育成炉の構成例および単結晶育成方法の概要について説明する。
結晶育成においては、融液の固化に際して、固液界面近傍と結晶内部との間の温度差が生じさせる熱歪みにより結晶中に転位が導入され易い。導入された転位は結晶成長が進むにつれて、新たな固液界面に向かって伝播する性質を持っている。そして、伝播する方向は固液界面に対して垂直方向であることが知られている。図5は固液界面形状が融液に対して凹形状の場合と凸形状の場合とで、転位の伝播の様子がどのように異なるのかを示している。固液界面形状が融液に対して凹形状の場合、転位は結晶内部に残留するように伝播することが分かる。一方、固液界面形状が融液に対して凸形状の場合、転位は結晶外周側に向けて伝播するため、結晶成長を進めていくにつれて結晶内部の転位の数を減少させ、高品質な結晶を得ることができる。
現在の主流である4インチφLT基板用のLT単結晶を育成する場合、上述したように内径が170mmφ、内高が170mmのイリジウムルツボを用い、かつ、内径600mmφの単結晶育成炉が用いられている。
内径が170mmφ、内高が170mmのイリジウムルツボを用い、かつ、内径800mmφの大型単結晶育成炉を用いて4インチφLT基板用のLT単結晶を育成する場合、内径600mmφの単結晶育成炉を用いる場合に較べてチャンバー11内の隙間空間が大きくなるため、肩部育成終了時におけるワークコイル15の投入出力を20.2kWに増大させる必要があり、得られたLT単結晶には、肩部育成終了後、直胴部を育成している途中において多結晶化する上述の現象が確認されている。この現象は、肩部育成終了時点における固液界面形状が、図3の「M字形固液界面形状」になったためと考えられる。
そこで、固液界面形状と転位の伝播方向の関係性から、本発明者は、結晶育成中の固液界面形状が「M字形固液界面形状」から凸形状となるような結晶育成条件の検討を重ね、結晶育成開始時のルツボに充填するLT原料融液量を減らし、LT原料融液の高さを低く(浅く)することで課題を解決している。
内径が170mmφで内高が136mmのイリジウムルツボに、予め混合、仮焼したLT原料粉末16.5kgを充填し、イリジウムルツボの周囲を耐火物で覆った上で、内径800mmφの高周波誘導加熱式大型単結晶育成炉を用いてルツボを加熱することで原料粉末を加熱溶融し、LT原料融液を得た。
内径が170mmφで内高が138mmのイリジウムルツボを用い、LT原料粉末16.7kgを充填してLT原料融液を得た以外は実施例1と同様の条件で結晶育成を行った。
内径が170mmφで内高が170mmのイリジウムルツボを用い、LT原料粉末20.6kgを充填してLT原料融液を得ると共に、肩部育成終了時におけるワークコイルの投入出力が20.2kWに設定された以外は実施例1と同様の条件で結晶育成を行った。
内径が170mmφで内高が129mmのイリジウムルツボを用い、LT原料粉末15.6kgを充填してLT原料融液を得た以外は実施例1と同様の条件で結晶育成を行った。
10 単結晶育成炉
11 チャンバー
12 ルツボ
13 ルツボ台
14、19 耐火物
15 ワークコイル
16 シード棒
17 シードホルダ
18 単結晶原料
Claims (3)
- 円筒状の構造を有する単結晶育成炉の内部に配置された金属製ルツボにタンタル酸リチウム原料粉末を充填し、該金属製ルツボを加熱して得られるタンタル酸リチウム原料融液に種結晶を接触させ、該種結晶を回転させながら引上げて肩部とこれに続く直胴部を育成するチョクラルスキー法によるタンタル酸リチウム単結晶の製造方法において、
内径800mmφの大型単結晶育成炉を用い、内径が170mmφの金属製ルツボを用いると共に、結晶育成開始時におけるタンタル酸リチウム原料融液の高さが上記金属製ルツボの底部から125mm以上130mm以下の範囲となるようにタンタル酸リチウム原料粉末を金属製ルツボに充填して上記直胴部直径が4インチφのタンタル酸リチウム単結晶を育成することを特徴とするタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。 - 上記金属製ルツボがイリジウムルツボであることを特徴とする請求項1に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
- 上記直胴部の長さが120mm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のタンタル酸リチウム単結晶の製造方法。
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