特許 6878865 高周波誘導加熱炉のホットゾーン構造及びホットゾーン構造を用いた酸化物単結晶の育成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6878865

(24)【登録日】2021年5月7日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】高周波誘導加熱炉のホットゾーン構造及びホットゾーン構造を用いた酸化物単結晶の育成方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 15/00 20060101AFI20210524BHJP

   C30B 29/30 20060101ALI20210524BHJP

   F27B 14/08 20060101ALI20210524BHJP

   F27D 1/18 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   C30B15/00 Z

   C30B29/30 A

   C30B29/30 B

   F27B14/08

   F27D1/18 A

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-241564(P2016-241564)

(22)【出願日】2016年12月13日

(65)【公開番号】特開2018-95511(P2018-95511A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年8月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】梶ヶ谷 富男

【審査官】 宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】 韓国特許第１０−１９９６−０００５５２１（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】 特開２００１−３１６１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２２６２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２６６０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７７２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １５／００

Ｃ３０Ｂ ２９／３０

Ｆ２７Ｂ １４／０８

Ｆ２７Ｄ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高周波誘導加熱炉のホットゾーン構造であって、
坩堝の上にある酸化物単結晶の育成空間を囲む筒状耐火物と、
前記筒状耐火物に蓋をする蓋状耐火物と、を有し、
前記蓋状耐火物は、複数の環状耐火物で構成されており、
前記蓋状耐火物は、平板状の第１環状耐火物の上に平板状の第２環状耐火物を積み重ねて構成され、
前記第２環状耐火物の外径は、前記第１環状耐火物の外径よりも小さく、
前記第２環状耐火物の内径は、前記第１環状耐火物の内径よりも小さい、
ホットゾーン構造。

【請求項2】

高周波誘導加熱炉のホットゾーン構造であって、
坩堝の上にある酸化物単結晶の育成空間を囲む筒状耐火物と、
前記筒状耐火物に蓋をする蓋状耐火物と、を有し、
前記蓋状耐火物は、複数の環状耐火物で構成されており、
前記蓋状耐火物は、下段環状耐火物の上に上段環状耐火物を積み重ねて構成され、
前記下段環状耐火物の内径は、前記下段環状耐火物の外径の２分の１以上で且つ３分の２以下であり、
前記上段環状耐火物の外径は、前記下段環状耐火物の内径よりも所定値だけ大きい、
ホットゾーン構造。

【請求項3】

高周波誘導加熱炉のホットゾーン構造であって、
坩堝の上にある酸化物単結晶の育成空間を囲む筒状耐火物と、
前記筒状耐火物に蓋をする蓋状耐火物と、を有し、
前記蓋状耐火物は、複数の環状耐火物で構成されており、
前記蓋状耐火物は、下段環状耐火物の上に中段環状耐火物を積み重ね、且つ、前記中段環状耐火物の上に上段環状耐火物を積み重ねて構成され、
前記下段環状耐火物の内径は、前記下段環状耐火物の外径の２分の１以上で且つ３分の２以下であり、
前記中段環状耐火物の外径は、前記下段環状耐火物の内径よりも所定値だけ大きく、
前記中段環状耐火物の内径は、前記中段環状耐火物の外径の２分の１以上で且つ３分の２以下であり、
前記上段環状耐火物の外径は、前記中段環状耐火物の内径よりも所定値だけ大きい、
ホットゾーン構造。

【請求項4】

前記酸化物単結晶は、タンタル酸リチウムの単結晶、及びニオブ酸リチウムの単結晶を含む、
請求項１乃至３の何れかに記載のホットゾーン構造。

【請求項5】

高周波誘導加熱炉における坩堝の上にある酸化物単結晶の育成空間を囲む筒状耐火物と、前記筒状耐火物に蓋をする蓋状耐火物とを有するホットゾーン構造を用いた酸化物単結晶の育成方法であって、
平板状の第１環状耐火物の上に平板状の第２環状耐火物を積み重ねて構成されている前記蓋状耐火物の中心穴を通じてシード棒に取り付けられた種結晶を前記坩堝内の原料融液に接触させる工程を有し、
前記第２環状耐火物の外径は、前記第１環状耐火物の外径よりも小さく、
前記第２環状耐火物の内径は、前記第１環状耐火物の内径よりも小さい、
酸化物単結晶の育成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化物単結晶の育成に用いる高周波誘導加熱炉（以下では「育成炉」と略称する。）のホットゾーン構造に関する。具体的には、チョクラルスキー法（以下では「Ｃｚ法」と略称する。）による酸化物単結晶の育成に用いる育成炉のホットゾーン構造に関する。特に、タンタル酸リチウム（LiTaO₃；以下では「ＬＴ」と略称する。）、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃；以下では「ＬＮ」と略称する。）等の単結晶の育成に際して、育成用原料が入っている坩堝の保温性能の改善に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＴ、ＬＮ等の単結晶は、主に移動体通信機器に用いられる電気信号ノイズ除去用の表面弾性波（Surface Acoustic Wave；以下では「ＳＡＷ」と略称する。）素子用材料として用いられている。

【0003】

ＬＴ、ＬＮ等の単結晶は、産業的にはＣｚ法によって育成される。例えば、ＬＴ単結晶は、イリジウム（以下では「Ｉｒ」と略称する。）、白金（以下では「Ｐｔ」と略称する。）等で形成された坩堝を用いて、窒素−酸素混合ガス雰囲気の育成炉中で育成される。Ｃｚ法は、円筒状の坩堝内ある原料融液に種結晶を接触させ、その後に種結晶を回転させながら上方に引き上げることで、種結晶と同一方位の単結晶を育成する方法である。種結晶の回転速度及び引き上げ速度は、育成する単結晶の種類、育成時の温度環境に応じて適切に選定される。育成された単結晶は、育成炉内で所定の冷却速度で冷却された後に育成炉から取り出される。取り出された単結晶は、アニール工程、ポーリング工程等を経た後に、スライス工程、研磨工程等を経て厚さ数百ミクロン程度の基板に加工される。基板は、ＳＡＷフィルター用材料として用いられる。

【0004】

ところで、近年のスマートフォン等の普及によって、移動体通信用ＳＡＷフィルターの市場は拡大を続けている。それに伴って、材料となるＬＴ、ＬＮ単結晶基板の需要も伸びている。そして、ＳＡＷフィルターの製造コストの低減のため、基板のサイズは、従来の直径３インチから、４インチ、６インチへと大面積化が進み、育成される単結晶も大型化している。

【0005】

大型結晶を育成するためには、原料が入っている坩堝を大型化する必要がある。坩堝は、高周波誘導加熱炉を用いたＣｚ法による単結晶の育成の場合、発熱体となる。そのため、坩堝の周囲にはジルコニア、アルミナ等で形成された耐火物が設置される（例えば、特許文献１及び２参照。）。坩堝の保温するため、すなわち、結晶育成に適した温度環境を作るためである。

【0006】

従って、坩堝を大型化するためには、当然のことながら、その周囲の耐火物も大型化する必要がある。直径３インチの結晶の育成においては、耐火物のサイズは、高々直径１５０〜２００ｍｍ程度であったが、近年の大型結晶の育成においては、耐火物のサイズは、直径４００〜５００ｍｍ程度であり、２倍以上となっている。

【0007】

耐火物が大型化すると、耐火物における比較的高温の部分と比較的低温の部分との間の温度差は大きくなる。そして、耐火物を構成する材料の膨張率の差も大きくなる。一方で、結晶育成温度は、ＬＴ育成の場合は１６５０℃以上、ＬＮ育成の場合は１２５０℃以上というように高温である。そのため、耐火物にクラックが発生し易くなった。特に、図１における育成炉の内部構造（ホットゾーン構造）の側断面図に示すように、坩堝１０の上にある酸化物単結晶の育成空間ＧＳに蓋をする内蓋２３Ｐ、外蓋２４Ｐ等の円環状耐火物は、シード棒３が通る中心穴２３Ｈ、２４Ｈ付近の内周部と外周部との温度差が大きくなり、放射状に走るクラックが発生する。放射状に走るクラックの原因は、円環状耐火物の内周部と外周部の温度差によると考えられる。

【0008】

これらの円環状耐火物は、結晶育成に必要な温度環境を作り込み或いは維持するのに重要な部材である。これらの円環状耐火物にクラックが発生すると、そのクラックから逃げる熱が大きくなり、温度環境を大きく変化させ、結晶育成の成功率を低下させていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００１−３１６１９５号公報

【特許文献2】特開２００３−０６３８９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

そこで、酸化物単結晶の育成時に用いる耐火物の寿命を向上させ、酸化物単結晶の育成に適した温度環境を長期間維持できるホットゾーン構造を提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の実施例に係るホットゾーン構造は、高周波誘導加熱炉のホットゾーン構造であって、坩堝の上にある酸化物単結晶の育成空間を囲む筒状耐火物と、前記筒状耐火物に蓋をする蓋状耐火物と、を有し、前記蓋状耐火物は、複数の環状耐火物で構成されており、前記蓋状耐火物は、平板状の第１環状耐火物の上に平板状の第２環状耐火物を積み重ねて構成され、前記第２環状耐火物の外径は、前記第１環状耐火物の外径よりも小さく、前記第２環状耐火物の内径は、前記第１環状耐火物の内径よりも小さい。

【発明の効果】

【0012】

上述の手段により、酸化物単結晶の育成時に用いる耐火物の寿命を向上させ、酸化物単結晶の育成に適した温度環境を長期間維持できるホットゾーン構造が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来のホットゾーン構造の側断面図である。

【図2】本発明の実施例に係るホットゾーン構造の構成例を示す側断面図である。

【図3】図２のホットゾーン構造における外蓋の概略図である。

【図4】図２のホットゾーン構造における内蓋の概略図である。

【図5】本発明の実施例に係るホットゾーン構造の別の構成例を示す側断面図である。

【図6】図５のホットゾーン構造における外蓋の概略図である。

【図7】図５のホットゾーン構造における内蓋の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図２を参照し、本発明の実施例に係るホットゾーン構造１００を具体的に説明する。図２は、ホットゾーン構造１００の構成例を示す図である。ホットゾーン構造１００は、主に、下部ホットゾーン構造１及び上部ホットゾーン構造２を含む。下部ホットゾーン構造１は、坩堝１０、耐火物１１、及び外側容器１２を含む。上部ホットゾーン構造２は、支持板２０、内側保温筒２１、外側保温筒２２、内蓋２３、及び外蓋２４を含む。シード棒３は、外蓋２４の中心穴２４Ｈ及び内蓋２３の中心穴２３Ｈを通じ、内側保温筒２１で囲まれた育成空間ＧＳに至る。シード棒３の先端には種結晶３Ａが取り付けられている。種結晶３Ａは、坩堝１０内の原料融液と接触する。

【0015】

坩堝１０は、酸化物単結晶の原料を溶かすための壺である。原料は、例えば、ＬＴ、ＬＮ等である。

【0016】

耐火物１１は、坩堝１０を取り囲んで保持する部材であり、例えば、Ｉｒ又はＰｔで形成されている有底筒状部材である。図２の例では、耐火物１１は有底円筒状部材である。

【0017】

外側容器１２は、耐火物１１を取り囲んで保持する部材であり、例えば、アルミナ、ジルコニア等で形成されている有底筒状部材である。図２の例では、外側容器１２は有底円筒状部材である。

【0018】

支持板２０は、下部ホットゾーン構造１の上に置かれて保温筒を支持する耐火物であり、例えば、アルミナ、ジルコニア等で形成されている円環状耐火物である。

【0019】

内側保温筒２１は、育成空間ＧＳを取り囲む筒状耐火物である。外側保温筒２２は、内側保温筒２１を取り囲む筒状耐火物である。内側保温筒２１及び外側保温筒２２は、例えば、アルミナ、ジルコニア等で形成されている。図２の例では、内側保温筒２１及び外側保温筒２２は何れも支持板２０の上に配置される円筒状耐火物である。

【0020】

内蓋２３は、内側保温筒２１の上に配置されて内側保温筒２１に蓋をする蓋状耐火物である。内蓋２３は、例えば、アルミナ、ジルコニア等で形成されている。内蓋２３は、下段環状耐火物２３Ｌと上段環状耐火物２３Ｕに分割された構造を有する点で、分割されていない一体型（１段）の構造を有する図１の内蓋２３Ｐと異なる。図２の例では、下段環状耐火物２３Ｌ及び上段環状耐火物２３Ｕは何れも円環状耐火物である。

【0021】

外蓋２４は、外側保温筒２２の上に配置されて外側保温筒２２に蓋をする蓋状耐火物である。外蓋２４は、例えば、アルミナ、ジルコニア等で形成されている。外蓋２４は、下段環状耐火物２４Ｌと上段環状耐火物２４Ｕに分割された構造を有する点で、分割されていない一体型（１段）の構造を有する図１の外蓋２４Ｐと異なる。図２の例では、下段環状耐火物２４Ｌ及び上段環状耐火物２４Ｕは何れも円環状耐火物である。

【0022】

蓋状耐火物としての内蓋２３、外蓋２４の温度分布は、耐火物１１を含む他の発熱体の影響を受ける。そのため、蓋状耐火物の分割位置は、望ましくは、その径方向の温度差が最も緩和されるように決定される。径方向の温度差は、例えば、実測又はシミュレーションによって蓋状耐火物の径方向の温度分布を取得することで導き出される。

【0023】

ここで、図３及び図４を参照し、蓋状耐火物を構成する環状耐火物の詳細について説明する。図３は外蓋２４の概略図である。図３（Ａ）はホットゾーン構造１００の上面図を示す。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の仮想鉛直面ＩＩＩＢにおける断面図を示す。図４は内蓋２３の概略図である。図４（Ａ）は、外蓋２４が取り外された状態にあるホットゾーン構造１００の上面図を示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の仮想鉛直面ＩＶＢにおける断面図を示す。

【0024】

図３に示すように外蓋２４が２分割される場合、下段環状耐火物２４Ｌの内径Ｄ１は、下段環状耐火物２４Ｌの外径Ｄ２の１／２以上２／３以下となるように設定されている。そして、上段環状耐火物２４Ｕの外径Ｄ４は下段環状耐火物２４Ｌの内径Ｄ１よりも所定値ΔＤだけ大きくなるように設定されている。所定値ΔＤは、例えば、２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲内の値である。上段環状耐火物２４Ｕの内径Ｄ３は、中心穴２４Ｈの直径であり、シード棒３が適切に通過できるサイズに設定されている。

【0025】

また、図４に示すように内蓋２３が２分割される場合、下段環状耐火物２３Ｌの内径Ｄ１１は、下段環状耐火物２３Ｌの外径Ｄ１２の１／２以上２／３以下となるように設定されている。そして、上段環状耐火物２３Ｕの外径Ｄ１４は下段環状耐火物２３Ｌの内径Ｄ１１よりも所定値ΔＤだけ大きくなるように設定されている。所定値ΔＤは、例えば、２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲内の値である。上段環状耐火物２３Ｕの内径Ｄ１３は、中心穴２３Ｈの直径であり、シード棒３が適切に通過できるサイズに設定されている。

【0026】

蓋状耐火物におけるクラックの発生は、蓋状耐火物の分割数が多いほど、すなわち、蓋状耐火物を構成する環状耐火物の数が多いほど、抑制されると考えられる。

【0027】

ここで、図５〜図７を参照し、ホットゾーン構造１００の別の構成例について説明する。図５は、ホットゾーン構造１００の別の構成例を示す図である。図５のホットゾーン構造１００は、内蓋２３及び外蓋２４がそれぞれ３分割されている点で、図２のホットゾーン構造１００と相違するがその他の点で共通する。図６は外蓋２４の概略図であり、図３に対応する。図６（Ａ）はホットゾーン構造１００の上面図を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の仮想鉛直面ＶＩＢにおける断面図を示す。図７は内蓋２３の概略図であり、図４に対応する。図７（Ａ）は、外蓋２４が取り外された状態にあるホットゾーン構造１００の上面図を示す。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の仮想鉛直面ＶＩＩＢにおける断面図を示す。

【0028】

図６に示すように外蓋２４が３分割される場合、下段環状耐火物２４Ｌの内径Ｄ２１は、下段環状耐火物２４Ｌの外径Ｄ２２の１／２以上２／３以下となるように設定されている。中段環状耐火物２４Ｍの外径Ｄ２４は、下段環状耐火物２４Ｌの内径Ｄ２１よりも所定値ΔＤ１だけ大きくなるように設定されている。所定値ΔＤ１は、例えば、２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲内の値である。中段環状耐火物２４Ｍの内径Ｄ２３は中段環状耐火物２４Ｍの外径Ｄ２４の１／２以上２／３以下となるように設定されている。そして、上段環状耐火物２４Ｕの外径Ｄ２６は中段環状耐火物２４Ｍの内径Ｄ２３よりも所定値ΔＤ２だけ大きくなるように設定されている。所定値ΔＤ２は、例えば、２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲内の値である。上段環状耐火物２４Ｕの内径Ｄ２５は、中心穴２４Ｈの直径であり、シード棒３が適切に通過できるサイズに設定されている。

【0029】

また、図７に示すように内蓋２３が３分割される場合、下段環状耐火物２３Ｌの内径Ｄ３１は、下段環状耐火物２３Ｌの外径Ｄ３２の１／２以上２／３以下となるように設定されている。中段環状耐火物２３Ｍの外径Ｄ３４は、下段環状耐火物２３Ｌの内径Ｄ３１よりも所定値ΔＤ１だけ大きくなるように設定されている。所定値ΔＤ１は、例えば、２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲内の値である。中段環状耐火物２３Ｍの内径Ｄ３３は中段環状耐火物２３Ｍの外径Ｄ３４の１／２以上２／３以下となるように設定されている。そして、上段環状耐火物２３Ｕの外径Ｄ３６は中段環状耐火物２３Ｍの内径Ｄ３３よりも所定値ΔＤ２だけ大きくなるように設定されている。所定値ΔＤ２は、例えば、２０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下の範囲内の値である。上段環状耐火物２３Ｕの内径Ｄ３５は、中心穴２３Ｈの直径であり、シード棒３が適切に通過できるサイズに設定されている。

【0030】

上述のように、２分割或いは３分割された蓋状耐火物は、加熱時における各環状耐火物の内周部と外周部の温度差を小さくできる。そのため、内周部と外周部の膨張量の差が小さくなり、膨張量の差に起因する接線方向の応力が緩和される。その結果、クラックの発生を抑制できる。

【0031】

このように、高周波誘導加熱炉の使用者は、育成対象の酸化物単結晶を大口径化するために蓋状耐火物を大口径化する必要が生じた場合であっても、蓋状耐火物を複数の環状耐火物に分割することで、その割れの発生を抑制できる。そして、酸化物単結晶の育成に適した温度環境を長期間維持することが可能となる。従って、酸化物単結晶の育成の成功率の悪化を抑制でき、酸化物単結晶の生産性の向上及び製造コストの低減を実現できる。

【0032】

［実施例］
次に、本発明の実施例を比較例と共に具体的に説明する。

【0033】

［実施例１］
図２〜図４に示すように内蓋２３及び外蓋２４のそれぞれを２分割した構成と、外径が１０インチ（２５４ｍｍ）のＩｒ製の坩堝１０とを用い、直径６インチのＬＴ単結晶の育成を繰り返し行った。

【0034】

このときに用いた外蓋２４の下段環状耐火物２４Ｌのサイズは、内径Ｄ１が２００ｍｍ、外径Ｄ２が４００ｍｍであり、上段環状耐火物２４Ｕのサイズは、内径Ｄ３が４０ｍｍ、外径Ｄ４が２４０ｍｍであった。また、内蓋２３の下段環状耐火物２３Ｌのサイズは、内径Ｄ１１が１５０ｍｍ、外径Ｄ１２が３００ｍｍであり、上段環状耐火物２３Ｕのサイズは、内径Ｄ１３が４０ｍｍ、外径Ｄ１４が１８０ｍｍであった。

【0035】

育成回数５７回までは内蓋２３にクラックが発生することはなかった。５８回目の育成終了後に、中心部から外側に向うクラックが内蓋２３で発生していることが確認された。また、育成回数１１２回までは外蓋２４にクラックが発生することはなかった。１１３回目の育成終了後に、中心部から外側に向うクラックが外蓋２４で発生していることが確認された。

【0036】

内蓋２３にクラックが発生するまでの５７回の育成において５５本のＬＴ単結晶を得ることができ、育成成功率は９６．５％であった。内蓋２３にクラックが発生した５８回目の育成で得られたＬＴ単結晶には、引き上げ方向に対して垂直にクラックが発生していた。引き上げ方向に対して垂直なクラックは、典型的には、結晶上部と結晶下部の温度差が大きい場合に発生する。そのため、このＬＴ単結晶のクラックは、内蓋２３にクラックが発生したために、その内蓋２３のクラックからの熱の逃げが大きくなり、育成空間ＧＳにおける鉛直方向の温度差が大きくなったことが原因であると考えられる。

【0037】

その後、内蓋２３を交換して育成を継続したところ、１１３回目の育成終了後に外蓋２４にクラックが発生した。１１３回目の育成で得られたＬＴ単結晶には、内蓋２３にクラックが発生したときと同様に、引き上げ方向に対して垂直なクラックが発生していた。内蓋２３を交換した直後の５９回目の育成から外蓋２４にクラックが発生する前の１１２回目の育成までの５４回の育成においては、５１本のＬＴ単結晶を得ることができ、育成成功率は９４．４％であった。

【0038】

［実施例２］
実施例２で用いた外蓋２４の下段環状耐火物２４Ｌのサイズは、内径Ｄ１が２６５ｍｍ、外径Ｄ２が４００ｍｍであり、上段環状耐火物２４Ｕのサイズは、内径Ｄ３が４０ｍｍ、外径Ｄ４が２８５ｍｍであった。また、内蓋２３の下段環状耐火物２３Ｌのサイズは、内径Ｄ１１が２００ｍｍ、外径Ｄ１２が３００ｍｍであり、上段環状耐火物２３Ｕのサイズは、内径Ｄ１３が４０ｍｍであり、外径Ｄ１４が２３０ｍｍであった。他の条件は実施例１と同じにした。

【0039】

育成回数５１回までは内蓋２３にクラックが発生することはなかった。５２回目の育成終了後に、中心部から外側に向うクラックが内蓋２３で発生していることが確認された。また、育成回数９８回までは外蓋２４にクラックが発生することはなかった。９９回目の育成終了後に、中心部から外側に向うクラックが外蓋２４で発生していることが確認された。

【0040】

内蓋２３にクラックが発生するまでの５１回の育成において４８本のＬＴ単結晶を得ることができ、育成成功率は９４．１％であった。内蓋２３にクラックが発生した５２回目の育成で得られたＬＴ単結晶には、引き上げ方向に対して垂直にクラックが発生していた。引き上げ方向に対して垂直なクラックは、典型的には、結晶上部と結晶下部の温度差が大きい場合に発生する。そのため、このＬＴ単結晶のクラックは、内蓋２３にクラックが発生したために、その内蓋２３のクラックからの熱の逃げが大きくなり、育成空間ＧＳにおける鉛直方向の温度差が大きくなったことが原因であると考えられる。

【0041】

その後、内蓋２３を交換して育成を継続したところ、９９回目の育成終了後に外蓋２４にクラックが発生した。９９回目の育成で得られたＬＴ単結晶には、内蓋２３にクラックが発生したときと同様に、引き上げ方向に対して垂直なクラックが発生していた。内蓋２３を交換した直後の５３回目の育成から外蓋２４にクラックが発生する前の９８回目の育成までの４６回の育成においては、４３本のＬＴ単結晶を得ることができ、育成成功率は９３．５％であった。

【0042】

［実施例３］
実施例３では、３分割された内蓋２３及び外蓋２４を用いた。実施例３で用いた外蓋２４の下段環状耐火物２４Ｌのサイズは、内径Ｄ２１が２６５ｍｍ、外径Ｄ２２が４００ｍｍであり、中段環状耐火物２４Ｍのサイズは、内径Ｄ２３が１９０ｍｍ、外径Ｄ２４が２８５ｍｍであり、上段環状耐火物２４Ｕのサイズは、内径Ｄ２５が４０ｍｍ、外径Ｄ２６が２１０ｍｍであった。また、内蓋２３の下段環状耐火物２３Ｌのサイズは、内径Ｄ３１が２００ｍｍ、外径Ｄ３２が４００ｍｍであり、中段環状耐火物２３Ｍのサイズは、内径Ｄ３３が１４０ｍｍ、外径Ｄ３４が２２０ｍｍであり、上段環状耐火物２３Ｕのサイズは、内径Ｄ３５が４０ｍｍ、外径Ｄ３６が１６０ｍｍであった。他の条件は実施例１と同じにした。

【0043】

育成回数１０４回までは内蓋２３にクラックが発生することはなかった。１０５回目の育成終了後に、中心部から外側に向うクラックが内蓋２３で発生していることが確認された。また、育成回数２０５回までは外蓋２４にクラックが発生することはなかった。２０６回目の育成終了後に、中心部から外側に向うクラックが外蓋２４で発生していることが確認された。

【0044】

内蓋２３にクラックが発生するまでの１０４回の育成において１０２本のＬＴ単結晶を得ることができ、育成成功率は９８．１％であった。内蓋２３にクラックが発生した１０５回目の育成で得られたＬＴ単結晶には、引き上げ方向に対して垂直にクラックが発生していた。引き上げ方向に対して垂直なクラックは、典型的には、結晶上部と結晶下部の温度差が大きい場合に発生する。そのため、このＬＴ単結晶のクラックは、内蓋２３にクラックが発生したために、その内蓋２３のクラックからの熱の逃げが大きくなり、育成空間ＧＳにおける鉛直方向の温度差が大きくなったことが原因であると考えられる。

【0045】

その後、内蓋２３を交換して育成を継続したところ、２０６回目の育成終了後に外蓋２４にクラックが生じた。２０６回目の育成で得られたＬＴ単結晶には、内蓋２３にクラックが生じたときと同様に、引き上げ方向に対して垂直なクラックが発生していた。内蓋２３を交換した直後の１０６回目の育成から外蓋２４にクラックが発生する前の２０５回目の育成までの１００回の育成においては、９７本のＬＴ単結晶を得ることができ、育成成功率は９７．０％であった。

【0046】

［比較例］
比較例では、図１に示すように、一体型である外径３００ｍｍ、内径４０ｍｍの内蓋２３Ｐと、外径４００ｍｍ、内径４０ｍｍの外蓋２４Ｐとを用いた。それ以外は、実施例１と同じ構成として直径６インチのＬＴ単結晶の育成を繰り返し行った。育成回数８回目に内蓋２３Ｐに中心部から外側に向うクラックが発生していることが確認された。その後、内蓋２３Ｐを交換して育成を継続したところ、育成回数２０回目に外蓋２４Ｐに中心部から外側に向うクラックが発生していることが確認された。その後、内蓋２３Ｐ、外蓋２４Ｐにクラックを発見する度に交換しながら育成を１００回まで継続したところ、内蓋２３Ｐには平均育成回数８回でクラックが発生し、外蓋２４Ｐには平均育成回数１８回でクラックが発生した。この間の育成成功率は、７９％であった。

【0047】

上述のように、ホットゾーン構造１００は、従来は１つの環状耐火物で構成されていた蓋状耐火物を、複数の環状耐火物を積み重ねて構成されるようにしている。この構成により、各環状耐火物の半径方向の幅を低減させることで半径方向の温度差を緩和させている。そのため、結晶育成時の環状耐火物の割れを抑制することができ、環状耐火物の寿命を延長できる。その結果、育成空間における単結晶育成に適した温度環境を長期間にわたって維持することが可能となる。従って、ＬＴ単結晶、ＬＮ単結晶を含む酸化物単結晶の育成の際の単結晶化率及び育成成功率の悪化を抑制できる。また、酸化物単結晶の生産性の向上及び製造コストの低減を実現できる。

【0048】

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に限定されることはない。例えば、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0049】

例えば、上述の実施例では、蓋状耐火物は、２つ又は３つの環状耐火物を積み重ねて構成されているが、４つ以上の環状耐火物を積み重ねて構成されてもよい。

【符号の説明】

【0050】

１・・・下部ホットゾーン構造 ２・・・上部ホットゾーン構造 ３・・・シード棒 ３Ａ・・・種結晶 １０・・・坩堝 １１・・・耐火物 １２・・・外側容器 ２０・・・支持板 ２１・・・内側保温筒 ２２・・・外側保温筒 ２３・・・内蓋 ２３Ｈ・・・中心穴 ２３Ｌ・・・下段環状耐火物 ２３Ｍ・・・中段環状耐火物 ２３Ｕ・・・上段環状耐火物 ２４・・・外蓋 ２４Ｈ・・・中心穴 ２４Ｌ・・・下段環状耐火物 ２４Ｍ・・・中段環状耐火物 ２４Ｕ・・・上段環状耐火物 １００・・・ホットゾーン構造 ＧＳ・・・育成空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】