JPH0920596A - 四ほう酸リチウム単結晶の製造装置 - Google Patents

四ほう酸リチウム単結晶の製造装置

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JPH0920596A
JPH0920596A JP16973995A JP16973995A JPH0920596A JP H0920596 A JPH0920596 A JP H0920596A JP 16973995 A JP16973995 A JP 16973995A JP 16973995 A JP16973995 A JP 16973995A JP H0920596 A JPH0920596 A JP H0920596A
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常和 山崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】表面弾性波デバイス用基板材料として有用であ
る四ほう酸リチウムの製造装置を提供する。 【解決手段】アルミナ、コーディエライト、ムライト、
石英ガラス、窒化ホウ素、黒鉛の中から選ばれた何れか
一つを主成分とする耐熱材料からなる外側容器4の凹部
4a内に白金製ルツボ5を入れ、垂直ブリッジマン法も
しくは垂直温度勾配凝固法により、融液から四ほう酸リ
チウム単結晶を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、四ほう酸リチウム
の製造装置、特に表面弾性波デバイス用基板材料として
有用である四ほう酸リチウムの製造装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、表面弾性波デバイス用基板材料と
して、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、水晶、
四ほう酸リチウムなどが実用化されている。これらの単
結晶の中で、四ほう酸リチウムは、電気機械結合係数が
比較的大きく、且つ室温で非常に小さい遅延時間の温度
係数を有していることから移動体通信機器のフィルター
として有用な材料とされている。
【0003】四ほう酸リチウム単結晶の育成方法として
は、チョコラルスキー法もしくは垂直ブリッジマン法に
より融液から成長させる方法が従来から知られている。
このうちチョコラルスキー法は、原料をルツボに入れ、
加熱融解させ、その融液に種結晶を接触させて、これを
回転させながら徐々に引き上げることにより結晶成長を
行うもので、垂直ブリッジマン法に比べて成長速度を早
くできるという利点はあるが、急激な温度勾配により結
晶内に熱歪みが生じたり、炉内のガス対流による温度の
ゆらぎが原因となって育成中にクラックが発生し易く、
結晶の歩留りが低いという欠点があった。
【0004】これに対し垂直ブリッジマン法は、温度勾
配をもった炉内で融液を入れたルツボを移動し、種結晶
を挿入したルツボ先端より四ほう酸リチウム融液を凝固
させるもので、温度勾配が比較的緩やかで、且つ温度の
ゆらぎが小さいため、チョコラルスキー法に比べ良質の
単結晶が得られるという特徴を持っている。また垂直ブ
リッジマン法に使われるルツボは、耐熱性、耐熱衝撃
性、耐食性、安定性等の観点から、白金製のものが一般
に用いられている(特開平6−247796号等)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、白金製ル
ツボを用いた従来のブリッジマン法による四ほう酸リチ
ウム単結晶の育成についてさらに詳細に検討すると、以
下のような問題点がないとは云えなかった。すなわち白
金製ルツボを使用した場合、温度のゆらぎの影響により
単結晶の成長速度が変化し、気泡介在物が混入して格子
欠陥が生じ易くなる。さらに、白金は四ほう酸リチウム
と濡れ性がよく、冷却時に白金製ルツボが収縮した際、
熱膨張差により結晶に歪みが発生するという問題があ
り、高品質の結晶を歩留り良く製造することが困難であ
った。また、垂直ブリッジマン法においては融液を高温
で長時間保持しなければならないことから、ルツボは最
低でも0.3〜0.35mmの肉厚が必要であり、ルツ
ボ再生時の精製コストが高いという欠点があった。
【0006】上記したような白金製ルツボの問題点を解
消するべく、特開平5−262596号では黒鉛製ルツ
ボを使用することが提案されている。この場合、温度の
ゆらぎが直接融液に影響しにくくなって気泡介在物の混
入がなくなるものの、ルツボからの不純物の混入及び濃
縮により部分的に四ほう酸リチウム単結晶が黒鉛に融着
し、冷却時の熱膨張差により四ほう酸リチウムに引張り
応力が働き、部分的にクラックが発生するという問題点
があった。
【0007】本発明は上述したような従来事情に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、高品質の四
ほう酸リチウム単結晶を、再現よく、高い歩留りで育成
できる製造装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、温度のゆ
らぎがルツボ内の融液に直接影響しないようにすること
が気泡介在物の無い結晶を得るために不可欠の要因であ
り、さらに、高温時における白金製ルツボの変形を抑え
ることがクラックの無い結晶を得るために不可欠の要因
であり、この点を改良するべく鋭意研究を重ねた結果、
白金製ルツボの外側を所定の耐熱材料で覆うこと、白金
製ルツボの肉厚を従来より薄くすることが有用であるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本
願第1発明は、垂直ブリッジマン法もしくは垂直温度勾
配凝固法により、融液から四ほう酸リチウム単結晶を製
造するための装置であって、アルミナ、コーディエライ
ト、ムライト、石英ガラス、窒化ホウ素、黒鉛の中から
選ばれた何れか一つを主成分とする耐熱材料からなる外
側容器と、該外側容器内に入れる白金製ルツボとを備え
てなることを特徴とする四ほう酸リチウム単結晶の製造
装置である。また本願第2発明は、上記第1発明におい
て白金製ルツボの肉厚を0.05〜0.25mmとした
ことを特徴とする四ほう酸リチウム単結晶の製造装置で
ある。
【0009】以上の構成によれば、白金製ルツボの外側
を耐熱材料からなる外側容器で覆う二重ルツボ構造によ
り、温度のゆらぎによる単結晶の成長速度への影響が小
さくなり、気泡介在物の無い高品質の四ほう酸リチウム
単結晶を得ることができる。
【0010】さらに、外側容器で白金製ルツボを覆う二
重構造としたので、白金製ルツボの肉厚を従来より薄く
でき、二重ルツボ構造により高温時に白金製ルツボの変
形を抑えることができると共に従来より薄い白金製ルツ
ボを使用するので結晶に加わる熱歪みの応力を低減で
き、気泡介在物が無くクラックの発生も無い極めて高品
質の四ほう酸リチウム単結晶を得ることができる。ま
た、白金製ルツボを作製するための白金量が従来より少
くてすむので、白金製ルツボを再生する際の精製コスト
が安くなる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る製造装置の実
施の形態を、垂直ブリッジマン法により四ほう酸リチウ
ム単結晶を製造する場合を例にとって、図面を参照して
説明する。図中1はヒータ2が配設された電気炉で、こ
の電気炉1の中には支持台3で支持された外側容器4が
収容される。外側容器4は、アルミナ、コーディエライ
ト、ムライト、石英ガラス、窒化ホウ素、黒鉛の中から
選ばれた何れか一つを主成分とする耐熱材料からなり、
支持台3の上面に設置される。外側容器4の内部には、
後述する白金製ルツボ5が嵌合状且つ取出し自在に収容
される凹部4aが形成される。またその凹部4aの上部
開口4bは、外側容器4と同一の材料で形成された蓋体
4cで開閉される。
【0012】白金製ルツボ5は、この種製法において用
いられるものと同様に、大径状の胴体部5aと、この胴
体部5aの下方に設けられる小径状の種管5bとを備え
た形状もので、前記凹部4a内に収容されてその周囲を
外側容器4で覆われる。
【0013】支持台3の下端には上下機構6が設けら
れ、この上下機構6の作動により、支持台3と一体に外
側容器4及び白金製ルツボ5が上下動するように構成す
る。
【0014】
【実施例】次に、本発明の装置を用いた四ほう酸リチウ
ム単結晶の製造、及びこれにより得られた四ほう酸リチ
ウムの評価試験について説明する。まず大気中もしくは
不活性雰囲気において所定のモル比で調合された純度4
N(99.99wt%)の四ほう酸リチウム単結晶原料
aを、直径80mm,長さ300mmに作製した白金製
ルツボの胴体部5aに入れ、直径5mm,長さ100m
mの<110>方位に加工した四ほう酸リチウムの種結
晶bを種管5bに挿入し、さらにその白金製ルツボ5を
外側容器4内に入れ、種結晶bを溶かさないように92
0℃以上で融解した。次いで、育成点における温度勾配
を20℃とし、ルツボ降下速度を0.3mm/時とし
て、白金製ルツボ5を200mm移動させ、単結晶を成
長させたのち、室温まで冷却した。さらに白金製ルツボ
5を破いて四ほう酸リチウムを取り出し、このものにお
ける気泡介在物の混入、及びクラックの有無を調べた。
外側容器4の材質、白金製ルツボ5の厚さと気泡介在
物、クラック発生の関係を、比較例と共に表1に示す。
また、本発明の装置により3インチの四ほう酸リチウム
基板を製造した場合の歩留りの一例を、比較例と共に表
2に示す。比較例は、外側容器を備えず白金製ルツボの
みからなる従来の装置を用いて垂直ブリッジマン法で製
造した四ほう酸リチウムである。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】以上の結果から、アルミナ、コーディエラ
イト、ムライト、石英ガラス、窒化ホウ素、黒鉛の中か
ら選ばれた何れか一つを主成分とする耐熱材料からなる
外側容器と、該外側容器内に入れる白金製ルツボとを備
えてなる本発明の製造装置を用いて垂直ブリッジマン法
により製造した四ほう酸リチウムは、気泡介在物の無い
高品質のものであり、再現よく高い歩留りで製造可能で
あることが確認できた。またその中でも、白金製ルツボ
の肉厚を0.05〜0.25mmとした場合は、部分的
クラックも無い極めて高品質なものであり、且つ極めて
高い歩留りが得られることが確認できた。
【0018】これに対し、外側容器を備えず白金製ルツ
ボのみからなる従来の装置を用いて垂直ブリッジマン法
で製造した比較例の四ほう酸リチウムは、気泡介在物及
びクラックが存在することが確認できた。
【0019】尚、本実施例では垂直ブリッジマン法によ
り四ほう酸リチウム単結晶を製造する場合の一例につい
て説明したが、白金製ルツボの寸法や種結晶の方位、融
解温度、育成点における温度勾配、ルツボ降下速度やル
ツボ移動量等の各種条件は上記のものに限定されず、且
つ外側容器4及び白金製ルツボ5は固定し、電気炉1を
上下機構で支持するように構成する等、周知の範囲内で
の変更は任意である。また本発明は垂直ブリッジマン法
に用いるものに限定されず、上下機構6を用いず、ヒー
タ2の温度を電気炉1の上下方向に対して適宜に制御す
る(上側のヒータを高温、下側のヒータを低温とする)
ことが可能なよう構成すれば、垂直温度勾配凝固法によ
り四ほう酸リチウム単結晶を製造する場合にも適用可能
であることは云うまでもない。
【0020】
【発明の効果】本発明の四ほう酸リチウム単結晶の製造
装置は以上説明したように、アルミナ、コーディエライ
ト、ムライト、石英ガラス、窒化ホウ素、黒鉛の中から
選ばれた何れか一つを主成分とする耐熱材料からなる外
側容器によって白金製ルツボを覆う新規な構成としたこ
とから、温度のゆらぎによる成長速度の変化を低くし、
気泡介在物の無い高品質な四ほう酸リチウム単結晶が得
られる。
【0021】さらに、前記した外側容器と白金製ルツボ
とを備えた二重ルツボ構造としたことから、白金製ルツ
ボの肉厚を従来より薄くでき、これにより結晶に加わる
歪みがより小さくなってクラックの発生を抑えることが
でき、気泡介在物の混入が無く、且つ部分的クラックの
発生もない極めて高品質な四ほう酸リチウム単結晶を、
再現よく高い歩留りで育成することが可能になり、前述
の効果をより実効あるものとすることができる。さらに
加えて、白金製ルツボを再生する際の精製コストを従来
に比して大幅に低減し得、従来よりも低コストで前記効
果が得られる等、多くの利点を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る四ほう酸リチウム単結晶の製造装
置の一実施例を示す縦断正面図。
【符号の説明】
1:電気炉 2:ヒータ 3:支持台 4:外側容器 5:白金製ルツボ 5a:胴体部 5b:種管 a:四ほう酸リチウム単結晶原料 b:種結晶

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 垂直ブリッジマン法もしくは垂直温度勾
    配凝固法により、融液から四ほう酸リチウム単結晶を製
    造する装置であって、アルミナ、コーディエライト、ム
    ライト、石英ガラス、窒化ホウ素、黒鉛の中から選ばれ
    た何れか一つを主成分とする耐熱材料からなる外側容器
    と、該外側容器内に入れる白金製ルツボとを備えてなる
    ことを特徴とする四ほう酸リチウム単結晶の製造装置。
  2. 【請求項2】 上記白金製ルツボの肉厚を0.05〜
    0.25mmとしたことを特徴とする請求項1記載の四
    ほう酸リチウム単結晶の製造装置。
JP16973995A 1995-07-05 1995-07-05 四ほう酸リチウム単結晶の製造装置 Expired - Lifetime JP2868204B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1074641A1 (en) * 1999-08-02 2001-02-07 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Crystal growth vessel and crystal growth method
WO2010047429A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-29 Myungjoo Kwon Double layered crucible for crystal growth
JP2011126719A (ja) * 2009-12-15 2011-06-30 Fuji Electric Co Ltd 単結晶成長装置
CN102906314A (zh) * 2010-05-21 2013-01-30 住友电气工业株式会社 用于晶体生长的热分解氮化硼容器和使用该容器的半导体晶体生长方法

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