特開 2023-132266 酸化物単結晶の育成装置と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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023132266

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】酸化物単結晶の育成装置と酸化物単結晶の育成方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 15/10 20060101AFI20230914BHJP

   C30B 29/28 20060101ALI20230914BHJP

   C30B 29/30 20060101ALI20230914BHJP

【ＦＩ】

C30B15/10

C30B29/28

C30B29/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022037490

(22)【出願日】2022-03-10

(71)【出願人】

【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】100095223

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 章三

(74)【代理人】

【識別番号】100085040

【弁理士】

【氏名又は名称】小泉 雅裕

(74)【代理人】

【識別番号】100137752

【弁理士】

【氏名又は名称】亀井 岳行

(72)【発明者】

【氏名】高塚 裕二

【テーマコード（参考）】

4G077

【Ｆターム（参考）】

4G077AA02

4G077BC21

4G077BC32

4G077BC37

4G077CF10

4G077EG01

4G077EG15

4G077EG18

4G077PD01

4G077PD03

4G077PD11

4G077PE02

4G077PE04

4G077PE12

4G077PE14

(57)【要約】

【課題】原料融液の貯留保持手段として原料融液と同材質の酸化物坩堝を用いた酸化物単結晶の育成装置と育成方法を提供する。
【解決手段】酸化物結晶材料で構成され原料融液10を貯留保持可能な酸化物坩堝１と、酸化物坩堝の側壁周囲に設けられる高周波誘導コイル２と、酸化物坩堝内に組み込まれ上記コイルにより誘導加熱されると共に酸化物坩堝上方の固定手段により上端部3bが保持されかつ下端部3aが酸化物坩堝の内側底面1aから上方へ離れて配置される円筒状金属ヒータ３と、酸化物坩堝内壁面と上記ヒータ外壁面とに挟まれたリング状隙間部50に結晶原料を供給する原料供給手段51を備え、かつ、上記コイル下端部2aが上記ヒータ下端部3aより下側に配置されることを特徴とする。酸化物坩堝と上記ヒータの変形が抑制されかつ結晶原料が連続補給されるため同品質、長寸の酸化物単結晶を繰り返し安定して育成できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

引上げ法により酸化物単結晶を育成する装置において、
上記結晶材料で構成されかつ原料融液を貯留保持可能な酸化物坩堝と、
上記酸化物坩堝の側壁周囲に設けられる高周波誘導コイルと、
上記酸化物坩堝内に組み込まれ、上記高周波誘導コイルにより誘導加熱されると共に、酸化物坩堝上方に設けられた固定手段により上端部が保持されかつ下端部が酸化物坩堝の内側底面から上方へ離れて配置される円筒状金属ヒータと、
上記酸化物坩堝の内壁面と上記円筒状金属ヒータの外壁面とに挟まれたリング状隙間部に結晶原料を供給する原料供給手段を備え、
かつ、上記高周波誘導コイルの下端部が上記円筒状金属ヒータの下端部より下側に位置していることを特徴とする酸化物単結晶の育成装置。

【請求項2】

上記円筒状金属ヒータが、上端部が開口し下端部が閉止された円筒形状を有し、かつ、上記リング状隙間部の原料融液を円筒状金属ヒータ内に導入する開口が円筒状金属ヒータ側壁に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物単結晶の育成装置。

【請求項3】

上記原料供給手段が、下端部に原料供給口を有する耐熱性保持容器と該保持容器に収容された結晶原料とで構成され、かつ、上記保持容器の原料供給口がリング状隙間部の原料融液面と接するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物単結晶の育成装置。

【請求項4】

上記保持容器が、白金、イリジウム、ロジウム、タングステンのいずれか、または、これらの合金で構成されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置。

【請求項5】

上記酸化物単結晶が、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、イットリウムアルミニウムガーネット単結晶のいずれかであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置。

【請求項6】

上記円筒状金属ヒータが、白金、イリジウム、ロジウムのいずれか、または、これらの合金で構成されることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置。

【請求項7】

上記酸化物坩堝の外側底面を覆うセラミック容器、または、酸化物坩堝の外側底面と側壁周囲を覆うセラミック坩堝を備えることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置。

【請求項8】

請求項１に記載の育成装置を用いて酸化物単結晶を育成する方法において、
円筒状金属ヒータが組み込まれた酸化物坩堝内に結晶原料を投入し、高周波誘導コイルにより円筒状金属ヒータを誘導加熱して円筒状金属ヒータ内の結晶原料および上記リング状隙間部に存在する結晶原料を熔融させると共に、円筒状金属ヒータ内の原料融液面に種結晶を接触し、かつ、リング状隙間部の原料融液を円筒状金属ヒータ内に連続的に補給しながら引き上げ法により長尺の酸化物単結晶を育成することを特徴とする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、引き上げ法によりタンタル酸リチウム等の酸化物単結晶を育成する育成装置と育成方法の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

酸化物単結晶の育成方法として、酸化物単結晶となる原料が充填された坩堝を高温に加熱して原料を熔融し、坩堝内の原料融液面に上方から種結晶を接触させた後、回転させながら上昇させることで種結晶と同一方位の酸化物単結晶を育成する引き上げ法（チョクラルスキー法とも称する）が広く利用されている。

【0003】

引き上げ法による酸化物単結晶の育成装置においては、図１１に示すように、坩堝１００の側壁周囲に高周波誘導コイル１０１が配置されており、当該高周波誘導コイル１０１に高周波電流を流すことによって坩堝１００に渦電流が生じ、これにより坩堝１００が発熱して原料が熔融する。また、引き上げが進むにつれて酸化物単結晶の上部はシード棒（結晶引き上げ軸）１０２を伝わって冷却されるが、発熱体が坩堝１００のみである場合、育成中における単結晶内の温度分布が大きくなるため、金属製のリング状リフレクタ１０３が坩堝１００の開放端部に配置され、かつ、金属製のアフターヒータ１０４が坩堝１００の上端部に配置されている。尚、図１１中、符号１０５は種結晶、符号１０６は原料融液、符号１０７と符号１０８は断熱材、符号１０９はＣＰ坩堝（多孔質アルミナ坩堝）、符号１１０は断熱性坩堝台をそれぞれ示す。

【0004】

近年、酸化物単結晶、特にタンタル酸リチウムは表面弾性波デバイス材料として市場が拡大しており、生産量の確保のため単結晶の引き上げ長さや径が次第に大きくなっている。この大型化に伴い、結晶育成に使用する坩堝は大型化している。

【0005】

また、坩堝は、高周波電流を流すため導電性であることを要し、更に、結晶原料を熔融するため高温に耐えられる高融点かつ酸化性雰囲気で劣化しない材料を用いる必要があり、結晶育成に使用する坩堝は、イリジウム、白金、ロジウム等の貴金属やその合金で作られることが多い。

【0006】

しかし、貴金属坩堝を用いて単結晶の育成を行うと、坩堝が変形するという問題があった。これは、図１２（Ａ）に示す円筒形の貴金属坩堝１００が原料熔融時に図１２（Ｂ）に示すように膨張し、冷却すると原料融液１０６の固化した部分が伸びて図１２（Ｃ）に示すように変形するためで、貴金属坩堝と酸化物融液の膨張率が異なることに起因する。

【0007】

この貴金属坩堝の変形を防止するには、直胴部の長い結晶を育成して原料融液の固化回数を減らす方法が効果的である。しかし、直胴部の長い結晶を引き上げると、結晶育成に伴って坩堝内の融液面が低下するため原料融液が坩堝の底で固化してしまう問題があり、更に、坩堝が発熱するので坩堝壁からの輻射熱の影響により育成中の結晶に歪み、ねじれ等を生じさせる問題が存在する。

【0008】

そこで、特許文献１においては、貴金属製の外側坩堝と、該外側坩堝内に配置されかつ底部において融液が連絡するようにした貴金属製の内側坩堝とで二重坩堝を構成し、結晶育成に伴って消費される原料を外側坩堝と内側坩堝との隙間に供給して内側坩堝内における融液面の低下を防止する単結晶の育成方法が提案され、また、特許文献２においては、貴金属製の内側坩堝を貴金属製の外側坩堝内に嵌め込む二重坩堝が提案されている。

【0009】

しかし、外側坩堝の側壁周囲に設けられた高周波誘導コイルによる高周波加熱法を用いて上記二重坩堝を加熱しようとすると、高周波電磁場は貴金属製の外側坩堝で遮断されるため、外側坩堝は加熱されるが内側坩堝は加熱されず、該内側坩堝の融液温度が低くなる問題が存在した。特に、大口径の結晶を育成する場合、外側坩堝における底部中央の発熱が弱いため融液が固化し易く、底部の融液が固化すると融液面変動や温度変化が起こって多結晶化し易くなる問題が存在した。更に、底部において融液が連絡するようにした二重坩堝においては、底部の融液が固化した場合、外側坩堝と内側坩堝との隙間に存在する融液が結晶育成を行う内側坩堝に移動できなくなる問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０００－３４４５９５号公報

【特許文献2】特開２００２－１３７９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

貴金属製の二重坩堝を使用し、高周波加熱法を用いた結晶育成がなされるかぎり、高周波電磁場が外側坩堝により遮断されて内側坩堝が加熱されないため、貴金属製の外側坩堝に代わる新たな外側坩堝を用いた育成装置が必要となる。

【0012】

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、貴金属製の外側坩堝に代えて原料融液と同材質の酸化物坩堝を用いた酸化物単結晶の育成装置と育成方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

すなわち、本発明に係る第１の発明は、
引上げ法により酸化物単結晶を育成する装置において、
上記結晶材料で構成されかつ原料融液を貯留保持可能な酸化物坩堝と、
上記酸化物坩堝の側壁周囲に設けられる高周波誘導コイルと、
上記酸化物坩堝内に組み込まれ、上記高周波誘導コイルにより誘導加熱されると共に、酸化物坩堝上方に設けられた固定手段により上端部が保持されかつ下端部が酸化物坩堝の内側底面から上方へ離れて配置される円筒状金属ヒータと、
上記酸化物坩堝の内壁面と上記円筒状金属ヒータの外壁面とに挟まれたリング状隙間部に結晶原料を供給する原料供給手段を備え、
かつ、上記高周波誘導コイルの下端部が上記円筒状金属ヒータの下端部より下側に位置していることを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る第２の発明は、
第１の発明に記載の酸化物単結晶の育成装置において、
上記円筒状金属ヒータが、上端部が開口し下端部が閉止された円筒形状を有し、かつ、上記リング状隙間部の原料融液を円筒状金属ヒータ内に導入する開口が円筒状金属ヒータ側壁に設けられていることを特徴とし、
第３の発明は、
第１の発明または第２の発明に記載の酸化物単結晶の育成装置において、
上記原料供給手段が、下端部に原料供給口を有する耐熱性保持容器と該保持容器に収容された結晶原料とで構成され、かつ、上記保持容器の原料供給口がリング状隙間部の原料融液面と接するように配置されていることを特徴とし、
第４の発明は、
第１の発明～第３の発明のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置において、
上記保持容器が、白金、イリジウム、ロジウム、タングステンのいずれか、または、これらの合金で構成されることを特徴とし、
第５の発明は、
第１の発明～第４の発明のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置において、
上記酸化物単結晶が、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、イットリウムアルミニウムガーネット単結晶のいずれかであることを特徴とし、
第６の発明は、
第１の発明～第５の発明のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置において、
上記円筒状金属ヒータが、白金、イリジウム、ロジウムのいずれか、または、これらの合金で構成されることを特徴とし、
第７の発明は、
第１の発明～第６の発明のいずれかに記載の酸化物単結晶の育成装置において、
上記酸化物坩堝の外側底面を覆うセラミック容器、または、酸化物坩堝の外側底面と側壁周囲を覆うセラミック坩堝を備えることを特徴とする。

【0015】

次に、本発明に係る第８の発明は、
第１の発明に記載の育成装置を用いて酸化物単結晶を育成する方法において、
円筒状金属ヒータが組み込まれた酸化物坩堝内に結晶原料を投入し、高周波誘導コイルにより円筒状金属ヒータを誘導加熱して円筒状金属ヒータ内の結晶原料および上記リング状隙間部に存在する結晶原料を熔融させると共に、円筒状金属ヒータ内の原料融液面に種結晶を接触し、かつ、リング状隙間部の原料融液を円筒状金属ヒータ内に連続的に補給しながら引き上げ法により長尺の酸化物単結晶を育成することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る酸化物単結晶の育成装置によれば、
二重坩堝の外側坩堝が酸化物坩堝で構成され、かつ、二重坩堝の内側坩堝が円筒状金属ヒータで構成されているため、上記酸化物坩堝（外側坩堝）により高周波電磁場が遮断されないことから、円筒状金属ヒータ（内側坩堝）を高周波加熱法により誘導加熱することが可能となる。

【0017】

また、原料融液の貯留保持手段として原料融液と同材質の酸化物坩堝が適用されるため坩堝の変形を抑制でき、かつ、酸化物単結晶の育成時、円筒状金属ヒータの内側に存在する原料融液と円筒状金属ヒータの外側に存在する原料融液により円筒状金属ヒータが挟まれた状態になるため円筒状金属ヒータの熱変形も抑制できることから、結晶育成を繰り返し行っても坩堝の変形に起因した育成条件の変化を防止することが可能となる。

【0018】

更に、高周波誘導コイルの下端部が円筒状金属ヒータの下端部より下側に位置して円筒状金属ヒータの下端部も誘導加熱されるため、円筒状金属ヒータの外壁面と酸化物坩堝の内壁面とに挟まれたリング状隙間部に存在する原料融液を円筒状金属ヒータ内に補給することが可能となり、かつ、上記リング状隙間部には原料供給手段により結晶原料が継続して供給されるため原料融液の連続補給が可能となる。

【0019】

従って、同品質かつ長寸の酸化物単結晶を繰り返し安定して育成できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る育成装置の構成説明図。

【図2】本発明の変形例に係る育成装置の構成説明図。

【図3】酸化物坩堝上方に設けられる固定手段の一例を示す説明図。

【図4】第一実施形態に係る育成装置とこの装置を用いた育成方法の説明図。

【図5】第一実施形態に係る育成装置の製造工程を示す説明図。

【図6】第一実施形態に係る育成装置の製造工程を示す説明図。

【図7】第一実施形態に係る育成装置の製造工程を示す説明図。

【図8】第二実施形態に係る育成装置の説明図。

【図9】第二実施形態に係る育成装置の製造工程を示す説明図。

【図10】第二実施形態に係る育成装置の製造工程を示す説明図。

【図11】原料融液の貯留保持手段として貴金属坩堝を利用する従来の育成装置を用いた育成方法の説明図。

【図12】図１２（Ａ）は貴金属坩堝の断面図、図１２（Ｂ）は投入された結晶原料の熔融時における貴金属坩堝の断面図、図１２（Ｃ）は原料融液が固化することで変形した貴金属坩堝の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

【0022】

１．従来の育成装置と育成方法
（１）従来の育成装置とこの装置を用いた育成方法
従来の育成装置として、上述したように、チャンバ２００（図１１参照）内に、ＣＰ坩堝（多孔質アルミナ坩堝）１０９と、坩堝１００と、断熱性坩堝台１１０と、リング状リフレクタ１０３と、アフターヒータ１０４と、断熱材１０７、１０８と、シード棒（結晶引き上げ軸）１０２と、高周波誘導コイル１０１を備える装置が知られている。そして、高温の結晶育成に使用される坩堝１００としては、タングステンやタンタルのような高融点金属坩堝、白金、ロジウムやイリジウム等の貴金属坩堝、アルミナやマグネシア、カーボンやＰＢＮ（Pyrolytic Boron Nitride）のような非金属性坩堝が知られている。

【0023】

ところで、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：以下、ＬＮと略称する）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃：以下、ＬＴと略称する）、イットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：以下、ＹＡＧと略称する）等の酸化物単結晶を育成する場合、酸素を含んだ育成雰囲気にするため、酸化され易いタングステン、タンタル、カーボンは使用できない。同様に、アルミナ、マグネシアは酸化物融液と反応するため使用することができず、また、ＰＢＮは高価でかつ大型坩堝の作成が難しいという問題がある。

【0024】

このため、酸化物単結晶を育成する場合、酸化されず、割れて原料融液が流出することのない、白金、ロジウム、イリジウム等の貴金属坩堝が使用されている。

【0025】

（２）従来の課題
しかし、貴金属坩堝は、図１２（Ａ）～（Ｃ）に示すように原料熔融時に熱膨張し、原料融液の残渣が固化するときに酸化物と貴金属で熱膨張率が異なるため変形する。この変形に起因して、高周波誘導加熱の場合、発熱状態が変わるため育成条件が変化し、坩堝の変形が進むと単結晶が得られなくなる課題が存在した。

【0026】

更に、貴金属坩堝の上記変形を防止するため、貴金属製の二重坩堝を使用し、高周波加熱法を用いて直胴部の長い結晶を育成しようとすると、高周波電磁場が貴金属製の外側坩堝により遮断されて内側坩堝が加熱されない課題も存在した。

【0027】

２．本発明の育成装置と育成方法
引き上げ法（チョクラルスキー法）を用いる本発明の育成装置は、大気中または酸素を含んだ不活性ガス雰囲気中で育成されるＬＮ、ＬＴ、ＹＡＧ等の酸化物単結晶の製造に用いる装置である。チョクラルスキー法は、ある結晶方位に従って切り出された種結晶と呼ばれる、通常、棒状に加工された単結晶先端を、同一組成の原料融液に浸潤し、回転させながら徐々に引上げることによって種結晶の方位と同一の単結晶を育成する方法である。

【0028】

本発明者は、従来の課題を解決するため、貴金属製の外側坩堝に代えて原料融液と同材質の酸化物坩堝を用いた酸化物単結晶の育成装置と育成方法を見出した。

【0029】

すなわち、本発明に係る育成装置は、図１に示すように、
酸化物結晶材料で構成されかつ原料融液１０を貯留保持可能な酸化物坩堝（外側坩堝に相当する）１と、
酸化物坩堝１の側壁周囲に設けられる高周波誘導コイル２と、
酸化物坩堝１内に組み込まれ、上記高周波誘導コイル２により誘導加熱されると共に、酸化物坩堝１上方に設けられた固定手段（図示せず）により上端部３ｂが保持されかつ下端部３ａが酸化物坩堝１の内側底面１ａから上方へ離れて配置される円筒状金属ヒータ（内側坩堝に相当する）３と、
酸化物坩堝１の内壁面と円筒状金属ヒータ３の外壁面とに挟まれたリング状隙間部５０に結晶原料（結晶材料１０ａ）を供給する原料供給手段５１を備え、
かつ、高周波誘導コイル２の下端部２ａが円筒状金属ヒータ３の下端部３ａより下側に位置していることを特徴とするものである。

【0030】

尚、図１に示す育成装置の原料供給手段５１は、下端部に原料供給口５１ｂを有する耐熱性保持容器５１ａとこの保持容器５１ａ内に収容された結晶原料（結晶材料１０ａ）とで構成されており、保持容器５１ａ内の結晶原料（結晶材料１０ａ）をシリンダー（図示せず）等で押してリング状隙間部５０の原料融液１０面に落下供給するものである。

【0031】

次に、本発明の変形例に係る育成装置は、図２に示すように、原料供給手段５１の取り付け形態が相違する点を除き図１に示した本発明の育成装置と略同一である。

【0032】

すなわち、変形例に係る育成装置の原料供給手段５１は、図２に示すように、下端部に原料供給口５１ｂを有する耐熱性保持容器５１ａとこの保持容器５１ａ内に収容された結晶原料（結晶材料１０ａ）とで構成され、保持容器５１ａの原料供給口５１ｂがリング状隙間部５０の原料融液１０面と接するように配置されて、結晶原料（結晶材料１０ａ）を原料融液１０面で融解させながら供給するものである。

【0033】

そして、原料融液１０面に結晶原料（結晶材料１０ａ）を接触させる図２の方式は、図１の結晶原料（結晶材料１０ａ）が原料融液１０面に落下供給される方式に較べて原料供給時における衝撃が無いため、原料融液１０面が変動することなく同一の温度環境で結晶育成を行える利点を有している。

【0034】

尚、結晶原料（結晶材料１０ａ）としては結晶材料粉体、結晶材料粒体あるいは結晶材料塊体が例示される。

【0035】

（１）第一実施形態に係る育成装置とこの装置を用いた育成方法
（1-1）第一実施形態に係る育成装置
第一実施形態に係る育成装置は、図４に示すように、底面側が支持台１１で固定されかつ上記高周波誘導コイル２を除く本発明に係る育成装置（酸化物坩堝１と円筒状金属ヒータ３を備える）が収容されると共に上方側にシード棒（結晶引き上げ軸）２０用の開口１２を有する断熱性外筒１３と、この断熱性外筒１３内の略中央部に付設されかつ円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂを保持するヒータ固定用棒材１４（図３の固定手段参照）と、ヒータ固定用棒材１４で保持された円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂに載置されたリング状リフレクタ１５と、このリング状リフレクタ１５上に載置されたアフターヒータ１６と、上記ヒータ固定用棒材１４と断熱性外筒１３とで形成される隙間部に嵌入配置された原料供給手段５１と、上記シード棒（結晶引き上げ軸）２０の下端側に取り付けられた棒状の種結晶２１とで主要部が構成されている。

【0036】

尚、第一実施形態に係る育成装置において、上記酸化物坩堝１は二重坩堝の外側坩堝に相当し、円筒状金属ヒータ３は二重坩堝の内側坩堝に相当する。また、図４中、符号４０は酸化物坩堝１の外側底面１ｂと側壁周囲を覆うセラミック容器（ＣＰ坩堝）を示す。

【0037】

（1-2）第一実施形態に係る育成方法
円筒状金属ヒータ３が組み込まれた酸化物坩堝１内に結晶原料を投入し、高周波誘導コイル２により円筒状金属ヒータ３を誘導加熱して円筒状金属ヒータ３内の結晶原料および円筒状金属ヒータ３外壁面と酸化物坩堝１内壁面とに挟まれたリング状隙間部５０に存在する結晶原料を熔融させる。

【0038】

次いで、円筒状金属ヒータ３内の原料融液１０面に種結晶２１を接触させた後、シード棒（結晶引き上げ軸）２０を回転させながら上昇させて酸化物単結晶３０を育成する。

【0039】

（1-3）第一実施形態に係る育成方法の効果
第一実施形態に係る育成方法によれば、二重坩堝の外側坩堝が酸化物坩堝１で構成され、かつ、二重坩堝の内側坩堝が円筒状金属ヒータで構成されているため、酸化物坩堝（外側坩堝）１により高周波電磁場が遮断されないことから、円筒状金属ヒータ（内側坩堝）３を高周波加熱法により誘導加熱することが可能となる。

【0040】

また、原料融液の貯留保持手段として原料融液と同材質の酸化物坩堝１が適用されるため坩堝の変形を抑制でき、かつ、酸化物単結晶の育成時、円筒状金属ヒータ３の内側に存在する原料融液１０と円筒状金属ヒータ３の外側に存在する原料融液１０により円筒状金属ヒータ３が挟まれた状態になるため円筒状金属ヒータ３の熱変形も抑制できることから、酸化物単結晶の育成を繰り返し行っても坩堝の変形に起因した育成条件の変化を防止することが可能となる。

【0041】

更に、高周波誘導コイル２の下端部２ａが円筒状金属ヒータ３の下端部３ａより下側に位置していることから円筒状金属ヒータ３の下端部３ａも誘導加熱されるため、上記リング状隙間部５０に存在する原料融液１０を円筒状金属ヒータ（内側坩堝）３内に補給することが可能となり、かつ、上記リング状隙間部５０には原料供給手段５１により結晶原料が継続して供給されるため原料融液１０の連続補給が可能となる。

【0042】

このため、第一実施形態に係る育成方法は、同品質でかつ直胴部の長い酸化物単結晶を繰り返し安定して育成できる効果を有する。

【0043】

（1-4）第一実施形態に係る育成装置の製造法
第一実施形態に係る育成装置は、例えば、以下のようにして製造することができる。

【0044】

まず、図５に示すように断熱性外筒１３内に組み込まれたセラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０内に、その上方側空間部４１を残して結晶材料１０ａを投入する。尚、結晶材料１０ａとしては結晶材料粉あるいは結晶材料塊が例示される。

【0045】

次いで、セラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の上方側空間部４１に円筒状金属ヒータ３を組み込み、かつ、断熱性外筒１３内の略中央部に付設されたヒータ固定用棒材１４（図３の固定手段参照）により円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂを固定する。

【0046】

そして、図６に示すように円筒状金属ヒータ３が組み込まれたセラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の上方側空間部４１に結晶材料１０ａを投入し、円筒状金属ヒータ３の内部とセラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の上方側空間部４１に結晶材料１０ａを充填する。

【0047】

次いで、図７に示すようにヒータ固定用棒材１４で保持された円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂにリング状リフレクタ１５を載置し、かつ、リング状リフレクタ１５上にアフターヒータ１６を載置する。

【0048】

そして、セラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の側壁周囲に設けられた高周波誘導コイル２により円筒状金属ヒータ３を誘導加熱し、円筒状金属ヒータ３内の結晶材料１０ａおよび円筒状金属ヒータ３側壁近傍と下端部３ａ近傍の結晶材料１０ａを熔融させて原料融液１０とし、かつ、円筒状金属ヒータ３側壁から離れた部位と下端部３ａから離れた部位の結晶材料１０ａ間に原料融液１０を流入させて連続した酸化物層１ｃを形成し、該酸化物層１ｃを内表面に有しかつ原料融液１０を貯留保持可能な酸化物坩堝１を形成した後、図４に示した原料供給手段５１を組み込んで第一実施形態に係る育成装置を製造することができる。

【0049】

尚、本発明に係る育成装置と本発明の変形例に係る育成装置においては、図１および図２に示すように酸化物坩堝１の外側底面１ｂを覆うセラミック容器４が使用され、上記セラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０を用いた製造法により育成装置を製造することができない。このような場合、結晶材料粉あるいは結晶材料塊を用いて図１および図２に示すような酸化物坩堝の形状に加圧成形し、該成形体の底面側に上記セラミック容器４を組み込んだ構造体を上記断熱性外筒１３内に収容した後、上記製造法を応用して上記育成装置を製造することは可能である。このとき、加圧成形される坩堝の壁厚を大きく設定しておき、円筒状金属ヒータ３を誘導加熱した際に壁全体が熔融されないようにすることを要する。

【0050】

（２）第二実施形態に係る育成装置
第二実施形態に係る育成装置は、図８に示すように、円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂが開口し下端部３ａが閉止された円筒形状を有し、かつ、円筒状金属ヒータ３外壁面と酸化物坩堝１内壁面とに挟まれたリング状隙間部５０の原料融液１０を円筒状金属ヒータ３内に導入する開口３ｄが円筒状金属ヒータ３側壁に設けられている点を除き第一実施形態に係る育成装置（図４参照）と略同一である。尚、図８において、図４に示したシード棒（結晶引き上げ軸）２０と原料供給手段５１は図示していない。

【0051】

下端部３ａが閉止された図８の円筒状金属ヒータ３においては、下端部３ａも開口した図４の円筒状金属ヒータ３に較べて自立し易いため、育成装置の製造段階において、結晶材料１０ａ上に円筒状金属ヒータ３を載置する（図９参照）作業を簡便化させることができる利点を有する。

【0052】

（３）酸化物坩堝を構成する結晶材料
上記酸化物層１ｃを内表面に有しかつ結晶材料で構成される酸化物坩堝１について、坩堝全体が一つの結晶で構成される必要はない。焼結体や多結晶体で坩堝全体が構成されることが好ましいが一部粉末の状態であってもよい。尚、酸化物坩堝の一部が粉末状態である場合、粉末を保持する上述のセラミック容器を設けることが望ましい。尚、酸化物坩堝１の酸化物層１ｃから離れている結晶材料の未熔融部分は、図１１に示した従来の育成装置における断熱材１０８や断熱性坩堝台１１０と同様に機能する。

【0053】

また、酸化物坩堝１の外側底面１ｂを覆う上記セラミック容器、または、酸化物坩堝１の外側底面１ｂと側壁周囲を覆うセラミック坩堝を構成する材料としては、アルミナやジルコニア、マグネシア、カルシア等の焼結体耐火物が好ましい。

【0054】

（４）金属ヒータ
上記金属ヒータの形状は高周波誘導加熱が可能であれば任意であるが、チョクラルスキー法で良質な結晶を育成する場合、原料融液がシード（種結晶）に対し回転対称性を持つことが望ましい。このため、金属ヒータも回転対称の形状を持つことが好ましく円筒状であることを要する。

【0055】

また、金属ヒータは、酸素を含む雰囲気で酸化されず、割れない高周波加熱が可能な材料で構成することが好ましく、具体的には、白金、イリジウム、ロジウムの単体またはこれらの合金で構成することが望ましい。

【0056】

また、金属ヒータの上端部を固定する固定手段としては、図４に示す断熱性外筒１３内の略中央部に付設されたヒータ固定用棒材１４（図３の固定手段参照）が例示され、金属ヒータ３の上端部３ｂを棒材１４に通すことで固定され、ヒータ固定用棒材１４の本数は２本から６本程度が好ましい。

【0057】

また、金属ヒータ上端部に載置されるリング状リフレクタ、および、リング状リフレクタ上に載置されたアフターヒータの材料は、金属ヒータと同様の材料を用いることが好ましい。

【実施例0058】

以下、本発明の実施例について比較例（従来例）を挙げて具体的に説明する。

【0059】

［実施例１］
１．実施例１に係る育成装置の製造
図９に示す断熱性外筒１３内に組み込んだ内径２７０ｍｍ、内部高さ３４０ｍｍのセラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０内に、上方側空間部４１を残して、タンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａを投入した。

【0060】

次いで、セラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の上方側空間部４１に、内径１７０ｍｍ、高さ１７０ｍｍ、厚さ２ｍｍで、上端部３ｂが開口し下端部３ａが閉止されたイリジウム製円筒状金属ヒータ３を組み込み、かつ、断熱性外筒１３内の略中央部に付設したヒータ固定用棒材１４により円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂを固定した。尚、円筒状金属ヒータ３は、その上端部３ｂから下方１００ｍｍの位置に直径２０ｍｍの開口３ｄが設けられ、円筒状金属ヒータ３外壁面と酸化物坩堝１内壁面とに挟まれたリング状隙間部５０の原料融液１０が円筒状金属ヒータ３内に導入される構造になっている。

【0061】

そして、図１０に示すように円筒状金属ヒータ３が組み込まれたセラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の上方側空間部４１にタンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａを投入し、円筒状金属ヒータ３の内部とセラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の上方側空間部４１にタンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａを充填した。

【0062】

次いで、図８に示すようにヒータ固定用棒材１４で保持された円筒状金属ヒータ３の上端部３ｂにリング状リフレクタ１５を載置し、かつ、リング状リフレクタ１５上にアフターヒータ１６を載置した。

【0063】

そして、セラミック坩堝（ＣＰ坩堝）４０の側壁周囲に設けられた高周波誘導コイル２により円筒状金属ヒータ３を誘導加熱し、円筒状金属ヒータ３内のタンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａおよび円筒状金属ヒータ３側壁近傍と下端部３ａ近傍のタンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａを熔融させて原料融液１０とし、かつ、円筒状金属ヒータ３側壁から離れた部位と下端部３ａから離れた部位のタンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａ間に原料融液１０を流入させて連続した酸化物層１ｃを形成し、該酸化物層１ｃを内表面に有しかつ原料融液１０を貯留保持可能な酸化物坩堝１を形成した後、原料供給手段（図２に示すように原料供給口５１ｂを有するイリジウム製保持容器５１ａとこの保持容器５１ａ内に収容された結晶原料とで構成され、保持容器５１ａの原料供給口５１ｂが原料融液面と接するように配置）を組み込んで実施例１に係る育成装置を製造した。

【0064】

尚、タンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａを熔融させて酸化物層１ｃを形成する際、上記円筒状金属ヒータ３外側の融液量を増やすため、高周波誘導コイル２の投入パワーを以下の育成時より１０％多く設定している。これによりタンタル酸リチウム粉末（結晶材料）１０ａ間に原料融液が流入して連続した酸化物層１ｃが形成される。

【0065】

２．タンタル酸リチウム単結晶の育成
次いで、上記断熱性外筒１３の開口１２（図８参照）から、先端に種結晶（図示せず）が取り付けられた図示外のシード棒（結晶引き上げ軸）を下して引き上げ法（チョクラルスキー法）により結晶育成を行い、径４インチで直胴部の長が約２００ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶を育成することができた。

【0066】

次に、上記タンタル酸リチウム単結晶を育成した後、円筒状金属ヒータ３が組み込まれた酸化物坩堝１内にタンタル酸リチウム粉末（結晶原料）を投入し、高周波誘導コイル２により円筒状金属ヒータ３を誘導加熱し、円筒状金属ヒータ３内のタンタル酸リチウム粉末（結晶原料）および円筒状金属ヒータ３の側壁面と酸化物坩堝１の内壁面間に存在するタンタル酸リチウム粉末（結晶原料）を熔融させた。

【0067】

次いで、種結晶が取り付けられたシード棒（結晶引き上げ軸）を開口１２から下して引き上げ法（チョクラルスキー法）により結晶育成を行い、上記同様、径４インチで直胴部の長が約２００ｍｍのタンタル酸リチウム単結晶を育成した。

【0068】

［比較例（従来例）］
図１１に示す従来例の育成装置を用い、かつ、イリジウム製で径１７０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの坩堝１００を用いて引き上げ法（チョクラルスキー法）により径４インチのタンタル酸リチウム単結晶を育成した。

【0069】

しかし、直胴部の長が約１８０ｍｍになった時点で坩堝１００内の融液面が低下してしまい、育成したタンタル酸リチウム単結晶の下端が坩堝１００底で固まった結晶部分に接触する底付きが起こって多結晶となってしまった。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本発明によれば、同品質でかつ直胴部の長い酸化物単結晶を繰り返し安定して育成できるため、表面弾性波デバイス材料として用いられるタンタル酸リチウム単結晶等酸化物単結晶の育成装置として利用される産業上の利用可能性を有している。

【符号の説明】

【0071】

１ 酸化物坩堝
１ａ 内側底面
１ｂ 外側底面
２ 高周波誘導コイル
２ａ 下端部
３ 円筒状金属ヒータ
３ａ 下端部
３ｂ 上端部
３ｄ 開口
４ セラミック容器
１０ 原料融液
１０ａ 結晶材料（結晶原料）粉
１１ 支持台
１２ 開口
１３ 断熱性外筒
１４ ヒータ固定用棒材
１５ リング状リフレクタ
１６ アフターヒータ
２０ シード棒（結晶引き上げ軸）
２１ 種結晶
３０ 酸化物単結晶
４０ セラミック坩堝
４１ 上方側空間部
５０ リング状隙間部
５１ 原料供給手段
５１ａ 耐熱性保持容器
５１ｂ 原料供給口
１００ 坩堝
１０１ 高周波誘導コイル
１０２ シード棒（結晶引き上げ軸）
１０３ リング状リフレクタ
１０４ アフターヒータ
１０５ 種結晶
１０６ 原料融液
１０７ 断熱材
１０８ 断熱材
１０９ ＣＰ坩堝（多孔質アルミナ坩堝）
１１０ 断熱性坩堝台

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】