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JPH04238888A - Production of oxide single crystal by floating zone method - Google Patents

Production of oxide single crystal by floating zone method

Info

Publication number
JPH04238888A
JPH04238888A JP41535590A JP41535590A JPH04238888A JP H04238888 A JPH04238888 A JP H04238888A JP 41535590 A JP41535590 A JP 41535590A JP 41535590 A JP41535590 A JP 41535590A JP H04238888 A JPH04238888 A JP H04238888A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
raw material
oxide single
sintered body
growth rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP41535590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinpei Yu
勇晋平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Original Assignee
Nisshin Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nisshin Steel Co Ltd filed Critical Nisshin Steel Co Ltd
Priority to JP41535590A priority Critical patent/JPH04238888A/en
Publication of JPH04238888A publication Critical patent/JPH04238888A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress entrapment of bubbles in a solid-liquid interface and produce a high-quality oxide single crystal by reducing rotation of a raw mate rial sintered compact. CONSTITUTION:An oxide single crystal is produced at >=15mm/hr growth rate by a condensing heating type floating zone method. In the process, a raw material sintered compact is arranged in the focus of one parabolic mirror where heat rays from a xenon lamp arranged in the focus of the other parabolic mirror converge and the aforementioned raw material sintered compact is lowered at the same speed as the growth rate of the oxide single crystal without rotating the upper and lower shafts supporting the above-mentioned sintered compact or the relative rotational speed of the upper shaft and/or lower shaft is reduced to <=5rpm. Since force in the circumferential direction is not applied to a melt near the solid-liquid interface (a), bubbles are diffused into the melt 1 and entrapment thereof in a crystal 2 is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、フローティングゾーン
法によって気泡等の欠陥がない単結晶を製造する方法に
関する。 【0002】 【従来の技術】ルビー,サファイア等の単結晶をフロー
ティングゾーン法で製造するとき、たとえばアルミナを
1550〜1650℃の空気雰囲気中で焼結することに
よって得られた焼結体を原料とし、この焼結体の局部加
熱位置を連続的に変えることにより、単結晶を成長させ
ていた。たとえば、放物面鏡の一方の焦点にキセノンラ
ンプ等の光源を配置し、石英管等の内部に配置された原
料を他方の焦点に配置する。そして、光源からの熱線を
他方の焦点に集中させ、原料を2000℃以上の高温に
加熱する。このとき、原料の加熱が均一に行われるよう
に、焼結体の上端及び下端をそれぞれ支持した上シャフ
ト及び下シャフトを回転させている。 【0003】しかし、通常の焼結により得られた原料は
、多数のポアを含んでいる。このポアは、得られた単結
晶中に気泡として残留する。このような気泡の残留があ
ると、得られた単結晶の性質が劣化する。しかも、得ら
れた単結晶を光透過体等として使用するとき、分光度,
光透過率,直進性等に重大な悪影響を与える。また、宝
石等の装飾品としての用途にあっては、商品価値を極端
に低下させる原因となる。 【0004】単結晶中に残留する気泡は、ポアが低減さ
れた原料を使用することによって少なくすることができ
る。たとえば、特開昭60−81085号公報では、1
700℃以上の高温で焼結された焼結体,10−3トー
ルの高真空で1600℃以上の温度雰囲気中で焼結され
た焼結体,ホットプレスにより焼結された焼結体,酸化
雰囲気又は還元雰囲気中で1600℃以上の温度で焼結
された焼結体等を単結晶製造用原料としている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】単結晶製造用原料とし
て、ポアが抑制された高密度の焼結体を使用すると、得
られた単結晶に含まれる気泡の割合が少なくなるが、完
全に気泡をなくすことは困難である。特に単結晶の育成
速度を大きくするほど、得られる単結晶に含まれる気泡
が増大する傾向にある。そこで、従来では気泡の残留を
抑え良質な単結晶の育成を図るために、育成速度を1m
m/時間程度にすることを余儀なくされていた。 【0006】このように育成速度が極端に小さいため、
フローティングゾーン法による単結晶の製造は、非常に
生産性の悪いものであった。また、生産性の悪さが生産
コストに影響し、得られた単結晶を高価なものとしてい
る。 【0007】本発明は、このような問題を解消するため
に案出されたものであり、得られる単結晶に気泡が残留
するメカニズムに推論を立て、このメカニズムが成り立
たない条件を確立することによって、大きな育成速度で
単結晶を製造する場合にも気泡の残留がない良質の単結
晶を得ることを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】本発明の単結晶製造方法
は、その目的を達成するため、集光加熱式フローティン
グゾーン法によって15mm/時間以上の育成速度で酸
化物単結晶を製造する際、一方の放物面鏡の焦点に配置
したキセノンランプからの熱線が集中する他方の放物面
鏡の焦点に原料焼結体を配置し、前記原料焼結体を支持
する上シャフト及び下シャフトを回転させることなく、
酸化物単結晶の育成速度と同じ速度で前記原料焼結体を
下降させることを特徴とする。 【0009】また、3rpm以下の大幅に小さな相対回
転速度で原料焼結体を回転させるとき、回転停止した場
合と同様に、気泡が残留しない良質の酸化物単結晶が得
られる。なお、フローティングゾーン法におけるシャフ
ト回転は、上シャフト及び下シャフトをそれぞれ正方向
及び逆方向に回転させる方法が採用されている。そこで
、本発明においては、この回転を一方のシャフトに対す
る他方のシャフトの相対回転の速度で表す。たとえば、
上下のシャフトをそれぞれ15rpmで正逆回転させる
とき、相対回転速度は30rpmとなる。 【0010】 【作用】従来の集光加熱式フローティングゾーンによっ
て酸化物単結晶を製造するとき、回転速度30rpm程
度で加熱帯にある原料焼結体を回転させている。この回
転は、熱線によって加熱された原料焼結体における固相
と液相との界面を整え、育成条件を一定に維持すると共
に、原料焼結体に対する集光加熱を均一化することを狙
ったものである。また、液相に存在している気泡に遠心
力が与えられて、原料焼結体から半径方向外向きに逸散
する作用も呈せられると、一部で考えられている。 【0011】しかしながら、この育成条件下においては
、育成速度が15mm/時間を超えるとき、得られた酸
化物単結晶に気泡が残留することが避けられない。本発
明者等は、この気泡残留の原因を次のように推論した。 【0012】集光加熱された原料焼結体は、形成された
融液が凝固することにより単結晶が育成される。このと
き、固液界面近傍では、融液に溶け込んでいたガスは、
凝固しようとしている箇所から融液に向けて放散される
。しかし、育成速度を大きくするとき、ガスの放散量を
超えて、固液界面近傍の融液にガスが残留する。このガ
ス残留量が気泡の核ができる濃度を超えると、結晶中に
気泡として取り込まれる。 【0013】原料焼結体の融液から単結晶を育成させる
とき、固液界面は、原料焼結体の軸方向に対して傾斜し
ている。このような固液界面に回転を与えるとき、特に
育成速度が大きな場合に気泡の取込みが顕著になる。こ
の説明を簡単にするため、図1のモデルを想定する。加
熱された原料焼結体は融液1となり、この融液1から単
結晶2が育成される。融液1と単結晶2との間の固液界
面3が図示するような面をもっているとすると、融液1
及び単結晶2が回転軸4を中心としてe方向に回転して
いるので、a面が凝固しようとしている箇所になり、b
面が溶融しようとしている箇所になる。 【0014】このとき、結晶育成速度が大きな場合、気
泡は、a面で単結晶2に取り込まれる。気泡を取り込ん
だ結晶は、単結晶2をd方向に送っていない場合、b面
で再び融液となる。しかし、実際にはd方向の送りがあ
るため、気泡を取り込んだ結晶がc面よりも下に位置す
る。その結果、融液となることがなく、そのまま気泡を
取り込んだ結晶となる。なお、実際の固液界面は、図1
に示すような極端な形状ではないが、気泡の取り込みに
関する基本的な挙動は同様である。 【0015】この推論の下に、結晶中に気泡が取り込ま
れることを抑制する手段として、密度を上げることによ
り気泡となる原因が少ない原料焼結体を使用すること、
気泡を取り込んだ結晶がc面以下にならないように結晶
育成速度を小さくすること、回転軸4回りの回転を停止
或いは遅くすること等が考えられる。しかし、高密度の
原料焼結体にあっても若干のポアが含まれることが避け
られず、気泡の核となる原因を皆無にすることはできな
い。また、結晶育成速度を小さく設定することは、生産
性の低下をもたらし、現実的でない。そこで、本発明に
おいては、a面で融液中の気泡が結晶に取り込まれるこ
とを抑えるため、回転軸4回りの回転を停止或いは遅く
する手段を採用した。具体的には、上シャフト及び下シ
ャフトを回転させることなく単結晶の育成を行ったとこ
ろ、後述の実施例で説明するように気泡の残留がない良
質の酸化物単結晶を製造できることが明らかになった。 【0016】本発明で使用する原料焼結体としては、A
l2 O3 ,SiO2 ,CrO3 ,MgO,Ti
O2 ,ZrO2 等の各種酸化物、或いはこれら酸化
物の混合物や複合酸化物等の原料を焼結したものである
。たとえば、ホワイトサファイアの単結晶を製造する場
合には、原料粉末としてAl2 O3 を焼結したもの
が使用される。このとき、粒径が50〜100μmの範
囲で広い粒度分布をもった球状の粉末を原料として使用
することが、焼結体の密度を高くし、残留気泡のない酸
化物単結晶を得る上で好ましい。 【0017】原料粉末は、たとえばラバープレス等の粉
末成形機を使用し、0. 5〜5. 0トン/cm2 
程度の圧力で所定サイズの棒状に圧粉される。この圧力
が0. 5  ン/cm2 より小さいと、圧粉体の密
度が不足し、焼結時に型崩れする傾向が強くなると共に
、必要とする密度及び形状をもつ焼結体が得られない。 また、5. トン/cm2 を超える圧力は、粉末成形
機を大型化する原因となり、実用的でない。 【0018】圧粉された原料粉末は、1600℃以上の
温度で焼結される。この焼結温度が高温になるほど、得
られた焼結体の密度が向上する。焼結時間は、焼結温度
によって異なるが、焼結温度1600℃では10時間程
度,1700℃では5時間程度とする。なお、焼結雰囲
気として酸素富化雰囲気を使用すると、焼結反応が促進
する。そして、これらの焼結条件を制御することにより
焼結体の密度を可能な限り高くすることが、残留気泡の
ない酸化物単結晶を得る上で好ましい。 【0019】得られた原料焼結体は、集光加熱式フロー
ティングゾーン法に従った単結晶製造装置で加熱溶融さ
れ、酸化物単結晶となる。このとき、酸化物単結晶の育
成速度は、生産性を上げることから15mm/時間以上
に設定される。育成速度が15mm/時間以下であると
、所定長さの単結晶を製造するのに非常な長時間を要す
ることは勿論、原料焼結体の回転停止或いは低速回転に
よる効果が相殺される。また、育成速度の上限は、固液
界面に捕捉されることなく気泡が液相中を浮上するよう
に、30mm/時間に設定することが好ましい。 【0020】 【実施例】以下、ホワイトサファイアを集光加熱式フロ
ーティングゾーン法で製造した実施例を説明する。 【0021】−実施例1− 【0022】原料としては、粒径が50〜100μmの
範囲にある純度99.99%のアルミナ粉末を使用した
。この原料粉末を1トン/cm2 の圧力で直径8mm
,長さ70mmの棒状圧粉体に成形した。次いで、17
00℃,5時間の大気雰囲気中で焼結し、密度98%の
原料焼結体を得た。 【0023】この原料焼結体から、単結晶製造装置を使
用してホワイトサファイアの単結晶を製造した。単結晶
製造装置は、図2に設備構成の概略を示したものを使用
した。すなわち、加熱炉10の放物面鏡11の一方の焦
点に熱源としてキセノンランプ12を配置し、他方の焦
点に石英管13に挿入された原料焼結体14を配置した
。原料焼結体14は、上端及び下端それぞれを上シャフ
ト15及び下シャフト16で支持した。これらシャフト
15,16は、単結晶の育成に伴って矢印A方向に下降
することができる。 【0024】育成中の単結晶に雰囲気から不純物が取り
込まれないように、下方に設けたガス導入管17からア
ルゴンガスを不活性ガス18として石英管13の内部に
送り込んだ。このときアルゴンガスの流量は、5Nl/
分に設定した。吹き込まれた不活性ガス18は、上方に
設けられている排気管19から系外に排出された。 【0025】キセノンランプ12から出射された熱線2
0は、放物面鏡11で反射されて原料焼結体14に集め
られる。これにより、原料焼結体14が加熱され、溶融
帯22が形成される。この加熱状態は、側方に設けた覗
き窓23から観察した。なお、加熱炉10の内部状況を
正確に把握できるように、覗き窓23側にある加熱炉1
0の側壁に拡大レンズ24を取り付けた。 【0026】原料焼結体14の加熱温度は、キセノンラ
ンプ12の出力を変えることによって調整することがで
きる。また、覗き窓23を介して光温度計等によって溶
融帯22の温度を測定したところ、溶融帯22の温度は
、約2100℃であった。 【0027】原料焼結体14を搬送方向Aに送るとき、
溶融帯22は、放物面鏡21で反射された熱線が原料焼
結体14の上方位置に焦点を結ぶため、溶融帯22が上
方に移動する。そして、溶融帯22の下部で温度降下が
生じ、溶融帯22から固相が析出し、酸化物単結晶25
が育成される。本実施例においては、酸化物単結晶25
の育成速度を30mm/時間に設定し、この育成速度と
同一の速度で上シャフト15及び下シャフト16を搬送
方向Aに移動させた。 【0028】このようにして、長さ70mmの原料焼結
体14から長さ60mmの酸化物単結晶を育成した。冷
却後、得られた酸化物単結晶を加熱炉10から取り出し
、その内部組織を観察した。その結果、400倍の倍率
で1cm2 の視野で気泡が全く観察されない良質の酸
化物単結晶であることが判った。 【0029】比較のため、従来と同様に上シャフト15
及び下シャフト16を30rpm(相対回転速度60r
pm)で回転させる外は、実施例1と同様の条件下で酸
化物単結晶を製造した。得られた酸化物単結晶の内部組
織を観察したところ、同じく1cm2 の視野で10〜
100μmの気泡が10〜20個観察された。 【0030】この対比から明らかなように、上シャフト
15及び下シャフト16を回転させることなく酸化物単
結晶を育成するとき、原料焼結体に含まれているポアが
気泡として酸化物単結晶に残留することがなくなる。そ
のため、従来の方法に比較し育成速度を極めて大きくし
たにも拘らず、高品質の酸化物単結晶が得られた。 【0031】−実施例2− 【0032】本実施例においては、図2の単結晶製造装
置を使用し、上シャフト15及び下シャフト16をそれ
ぞれ正方向及び逆方向に回転させ、相対回転速度が酸化
物単結晶に残留する気泡の程度に与える影響を調べた。 なお、他の条件は、実施例1と同様にした。その結果、
回転速度と気泡残留の有無との間に、次の関係があるこ
とが判った。   上下シャフトの正,逆方向の回転速度    相対
回転速度      気泡の有無          
    1  rpm               
     2rpm      観察されず     
       2.5rpm            
        5rpm          〃  
                    5  rp
m                  10rpm 
     若干の気泡    【0033】 【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、フローティングゾーン法によって酸化物単結晶を製
造するとき、上シャフト及び下シャフトを回転させるこ
となく、或いは回転させる場合でも5rpm以下の低速
で相対回転させながら、液相から酸化物単結晶の固相を
育成している。そのため、残留する気泡が実質的に皆無
となり、高品質の酸化物単結晶が15mm/時間以上の
高育成速度で得られる。このように、本発明によるとき
、高品質の酸化物単結晶が生産性よく製造されるため、
酸化物単結晶を安価で提供することが可能となる。
Description: FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION The present invention relates to a method for producing a single crystal free of defects such as bubbles by a floating zone method. [0002] When producing single crystals such as ruby and sapphire by the floating zone method, for example, a sintered body obtained by sintering alumina in an air atmosphere at 1550 to 1650°C is used as a raw material. By continuously changing the local heating position of this sintered body, a single crystal was grown. For example, a light source such as a xenon lamp is placed at one focal point of a parabolic mirror, and a raw material placed inside a quartz tube or the like is placed at the other focal point. Then, the heat rays from the light source are concentrated at the other focal point to heat the raw material to a high temperature of 2000° C. or higher. At this time, the upper and lower shafts supporting the upper and lower ends of the sintered body, respectively, are rotated so that the raw material is heated uniformly. [0003] However, raw materials obtained by conventional sintering contain a large number of pores. These pores remain as air bubbles in the obtained single crystal. If such bubbles remain, the properties of the obtained single crystal will deteriorate. Moreover, when the obtained single crystal is used as a light transmitting material, etc., the spectral intensity,
It has a serious adverse effect on light transmittance, straightness, etc. Furthermore, when used as ornaments such as jewelry, it causes an extreme decrease in commercial value. [0004] Air bubbles remaining in the single crystal can be reduced by using raw materials with reduced pores. For example, in Japanese Patent Application Laid-open No. 60-81085, 1
A sintered body sintered at a high temperature of 700℃ or higher, a sintered body sintered in a high vacuum of 10-3 Torr in a temperature atmosphere of 1600℃ or higher, a sintered body sintered by hot pressing, oxidation A sintered body or the like sintered at a temperature of 1600° C. or higher in an atmosphere or a reducing atmosphere is used as a raw material for producing a single crystal. Problems to be Solved by the Invention When a high-density sintered body with suppressed pores is used as a raw material for producing a single crystal, the proportion of air bubbles contained in the obtained single crystal decreases; It is difficult to completely eliminate bubbles. In particular, as the single crystal growth rate increases, the number of bubbles contained in the resulting single crystal tends to increase. Therefore, in order to suppress the residual air bubbles and grow high-quality single crystals, the growth speed was conventionally reduced to 1 m.
m/hour. [0006] Because the growth rate is extremely slow,
Production of single crystals by the floating zone method had very poor productivity. In addition, poor productivity affects production costs, making the obtained single crystal expensive. The present invention was devised in order to solve these problems, and it is possible to solve this problem by inferring the mechanism by which bubbles remain in the obtained single crystal and by establishing the conditions under which this mechanism does not hold. The purpose of this invention is to obtain a high-quality single crystal without residual bubbles even when the single crystal is produced at a high growth rate. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the object, the method for producing a single crystal of the present invention produces an oxide single crystal at a growth rate of 15 mm/hour or more using a condensed heating floating zone method. When doing so, the raw material sintered body is placed at the focal point of the other parabolic mirror where the heat rays from the xenon lamp placed at the focal point of one parabolic mirror are concentrated, and the upper shaft and the upper shaft supporting the raw material sintered body are placed. without rotating the lower shaft.
The method is characterized in that the raw material sintered body is lowered at the same speed as the growth speed of the oxide single crystal. [0009] Furthermore, when the raw material sintered body is rotated at a significantly low relative rotational speed of 3 rpm or less, a high-quality oxide single crystal without residual bubbles can be obtained, as in the case where the rotation is stopped. Note that the shaft rotation in the floating zone method employs a method in which the upper shaft and the lower shaft are rotated in the forward direction and the reverse direction, respectively. Therefore, in the present invention, this rotation is expressed by the relative rotation speed of one shaft with respect to the other shaft. for example,
When the upper and lower shafts are rotated forward and backward at 15 rpm, the relative rotational speed is 30 rpm. [Operation] When producing an oxide single crystal using a conventional condensing heating type floating zone, the raw material sintered body in the heating zone is rotated at a rotation speed of about 30 rpm. This rotation was aimed at adjusting the interface between the solid phase and liquid phase in the raw material sintered body heated by the hot wire, maintaining constant growth conditions, and uniformizing the focused heating on the raw material sintered body. It is something. It is also believed by some that centrifugal force is applied to the bubbles present in the liquid phase, causing them to escape radially outward from the raw material sintered body. However, under these growth conditions, when the growth rate exceeds 15 mm/hour, it is inevitable that air bubbles remain in the obtained oxide single crystal. The inventors of the present invention deduced the cause of this bubble retention as follows. [0012] In the raw material sintered body subjected to condensed heating, a single crystal is grown by solidifying the formed melt. At this time, near the solid-liquid interface, the gas dissolved in the melt is
It radiates toward the melt from the point where it is about to solidify. However, when the growth rate is increased, the amount of gas remaining in the melt near the solid-liquid interface exceeds the amount of gas dissipated. When the residual amount of this gas exceeds the concentration at which bubble nuclei are formed, it is incorporated into the crystal as bubbles. When a single crystal is grown from the melt of the raw material sintered body, the solid-liquid interface is inclined with respect to the axial direction of the raw material sintered body. When rotation is applied to such a solid-liquid interface, the entrapment of air bubbles becomes noticeable, especially when the growth rate is high. To simplify this explanation, assume the model of FIG. The heated raw material sintered body becomes a melt 1, and a single crystal 2 is grown from this melt 1. Assuming that the solid-liquid interface 3 between the melt 1 and the single crystal 2 has a surface as shown in the figure, the melt 1
And since the single crystal 2 is rotating in the e direction around the rotation axis 4, the a plane is the part where solidification is going to occur, and the b
This is where the surface is about to melt. At this time, if the crystal growth rate is high, the bubbles are taken into the single crystal 2 on the a-plane. If the single crystal 2 is not sent in the d direction, the crystal that has taken in the bubbles becomes a melt again in the b plane. However, in reality, since there is feeding in the d direction, the crystal containing the bubbles is located below the c-plane. As a result, it does not become a melt, but instead becomes a crystal that incorporates air bubbles. The actual solid-liquid interface is shown in Figure 1.
Although the shape is not as extreme as shown in Figure 2, the basic behavior regarding bubble uptake is similar. Based on this reasoning, as a means of suppressing the inclusion of air bubbles in the crystal, it is possible to use a raw material sintered body that is less likely to cause air bubbles by increasing its density.
Possible methods include reducing the crystal growth rate and stopping or slowing down the rotation around the rotation axis 4 so that the crystal containing bubbles does not become below the c-plane. However, even in a high-density raw material sintered body, it is inevitable that some pores will be included, and it is impossible to completely eliminate the cause of bubble formation. Furthermore, setting the crystal growth rate to be low results in a decrease in productivity, which is not realistic. Therefore, in the present invention, in order to suppress the bubbles in the melt from being incorporated into the crystal on the a-plane, means for stopping or slowing down the rotation around the rotating shaft 4 is adopted. Specifically, when we grew a single crystal without rotating the upper and lower shafts, we found that it was possible to produce a high-quality oxide single crystal with no residual bubbles, as explained in the examples below. became. The raw material sintered body used in the present invention is A
l2O3, SiO2, CrO3, MgO, Ti
It is made by sintering raw materials such as various oxides such as O2 and ZrO2, mixtures of these oxides, and composite oxides. For example, when manufacturing a white sapphire single crystal, sintered Al2O3 is used as the raw material powder. At this time, using spherical powder with a wide particle size distribution in the range of 50 to 100 μm as a raw material increases the density of the sintered body and obtains an oxide single crystal without residual bubbles. preferable. [0017] The raw material powder is prepared using a powder compacting machine such as a rubber press. 5-5. 0 tons/cm2
The powder is pressed into a bar shape of a predetermined size using a moderate amount of pressure. This pressure is 0. If the density is less than 5 mm/cm2, the density of the green compact will be insufficient, the compact will have a strong tendency to lose its shape during sintering, and a sintered compact with the required density and shape will not be obtained. Also, 5. A pressure exceeding ton/cm2 causes the powder molding machine to be large-sized and is not practical. [0018] The compacted raw material powder is sintered at a temperature of 1600°C or higher. The higher the sintering temperature, the higher the density of the obtained sintered body. The sintering time varies depending on the sintering temperature, but it is about 10 hours when the sintering temperature is 1600°C, and about 5 hours when the sintering temperature is 1700°C. Note that when an oxygen-enriched atmosphere is used as the sintering atmosphere, the sintering reaction is accelerated. In order to obtain an oxide single crystal free of residual bubbles, it is preferable to make the density of the sintered body as high as possible by controlling these sintering conditions. The obtained raw material sintered body is heated and melted in a single crystal manufacturing apparatus according to a condensed heating type floating zone method to form an oxide single crystal. At this time, the growth rate of the oxide single crystal is set to 15 mm/hour or more in order to increase productivity. When the growth rate is 15 mm/hour or less, it goes without saying that it takes a very long time to produce a single crystal of a predetermined length, and the effects of stopping or slow rotation of the raw material sintered body are offset. Further, the upper limit of the growth rate is preferably set to 30 mm/hour so that the bubbles float in the liquid phase without being trapped at the solid-liquid interface. [Example] Hereinafter, an example in which white sapphire was manufactured by a condensed heating floating zone method will be described. -Example 1- [0022] As the raw material, alumina powder with a purity of 99.99% and a particle size in the range of 50 to 100 μm was used. This raw material powder is heated to a diameter of 8 mm at a pressure of 1 ton/cm2.
, and molded into a rod-shaped green compact with a length of 70 mm. Then 17
Sintering was carried out in the air at 00° C. for 5 hours to obtain a raw material sintered body with a density of 98%. A white sapphire single crystal was manufactured from this raw material sintered body using a single crystal manufacturing apparatus. The single crystal manufacturing apparatus used was one whose equipment configuration is schematically shown in FIG. That is, a xenon lamp 12 was placed as a heat source at one focal point of the parabolic mirror 11 of the heating furnace 10, and a raw material sintered body 14 inserted into a quartz tube 13 was placed at the other focal point. The raw material sintered body 14 was supported at its upper end and lower end by an upper shaft 15 and a lower shaft 16, respectively. These shafts 15 and 16 can descend in the direction of arrow A as the single crystal grows. Argon gas was fed into the quartz tube 13 as an inert gas 18 from a gas introduction tube 17 provided below to prevent impurities from being introduced into the growing single crystal from the atmosphere. At this time, the flow rate of argon gas was 5Nl/
It was set to minutes. The blown inert gas 18 was discharged to the outside of the system from an exhaust pipe 19 provided above. Heat rays 2 emitted from the xenon lamp 12
0 is reflected by the parabolic mirror 11 and collected on the raw material sintered body 14. As a result, the raw material sintered body 14 is heated and a molten zone 22 is formed. This heating state was observed through a viewing window 23 provided on the side. In addition, in order to accurately grasp the internal situation of the heating furnace 10, the heating furnace 1 located on the viewing window 23 side is
A magnifying lens 24 was attached to the side wall of 0. The heating temperature of the raw material sintered body 14 can be adjusted by changing the output of the xenon lamp 12. Further, when the temperature of the melting zone 22 was measured using a light thermometer or the like through the viewing window 23, the temperature of the melting zone 22 was about 2100°C. When feeding the raw material sintered body 14 in the conveying direction A,
The melting zone 22 moves upward because the heat rays reflected by the parabolic mirror 21 focus on a position above the raw material sintered body 14 . Then, a temperature drop occurs at the lower part of the melting zone 22, a solid phase precipitates from the melting zone 22, and the oxide single crystal 25
is cultivated. In this example, oxide single crystal 25
The growth rate was set at 30 mm/hour, and the upper shaft 15 and lower shaft 16 were moved in the transport direction A at the same speed as this growth rate. In this manner, an oxide single crystal with a length of 60 mm was grown from the raw material sintered body 14 with a length of 70 mm. After cooling, the obtained oxide single crystal was taken out from the heating furnace 10 and its internal structure was observed. As a result, it was found to be a high quality oxide single crystal with no bubbles observed in a visual field of 1 cm2 at 400x magnification. For comparison, the upper shaft 15 is
and lower shaft 16 at 30 rpm (relative rotational speed 60 r
An oxide single crystal was produced under the same conditions as in Example 1, except that the crystal was rotated at pm). When the internal structure of the obtained oxide single crystal was observed, it was found that 10~
10 to 20 bubbles of 100 μm were observed. As is clear from this comparison, when the oxide single crystal is grown without rotating the upper shaft 15 and the lower shaft 16, the pores contained in the raw material sintered body form air bubbles in the oxide single crystal. There will be no residue left. Therefore, even though the growth rate was extremely high compared to conventional methods, high quality oxide single crystals were obtained. -Example 2- [0032] In this example, the single crystal manufacturing apparatus shown in FIG. The effect on the degree of bubbles remaining in the oxide single crystal was investigated. Note that other conditions were the same as in Example 1. the result,
It was found that the following relationship exists between the rotation speed and the presence or absence of bubbles. Rotational speed of the upper and lower shafts in forward and reverse directions Relative rotational speed Presence of air bubbles
1 rpm
2rpm Not observed
2.5rpm
5rpm 〃
5 rp
m 10rpm
[Effects of the Invention] As explained above, in the present invention, when producing an oxide single crystal by the floating zone method, the upper shaft and the lower shaft are not rotated or are rotated. Even in this case, the solid phase of the oxide single crystal is grown from the liquid phase while relative rotation is performed at a low speed of 5 rpm or less. Therefore, there are virtually no remaining bubbles, and high-quality oxide single crystals can be obtained at a high growth rate of 15 mm/hour or more. As described above, according to the present invention, high-quality oxide single crystals can be manufactured with good productivity;
It becomes possible to provide oxide single crystals at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】  図1は、育成した酸化物単結晶に気泡が取
り込まれるメカニズムを説明するための図。
FIG. 1 is a diagram for explaining the mechanism by which air bubbles are incorporated into a grown oxide single crystal.

【図2】  図2は、本発明実施例で使用した単結晶製
造装置を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining a single crystal manufacturing apparatus used in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  融液(液相) 2  単結晶(固相) 3  固液界面 4  回転軸 a  気泡が結晶に取り込まれる面 b  気泡を取り込んだ結晶が融液に溶け出そうとして
いる面 c  断面全体が固相になっている面 10  加熱炉 11,21  放物面鏡 12  キセノンランプ 13  石英管 14  原料焼結体 15  上シャフト 16  下シャフト 17  ガス導入管 18  不活性ガス 19  排気管 20  熱線 22  溶融帯 23  覗き窓 24  拡大レンズ 25  酸化物単結晶
1 Melt (liquid phase) 2 Single crystal (solid phase) 3 Solid-liquid interface 4 Axis of rotation a Surface where air bubbles are taken into the crystal b Surface where the crystal containing air bubbles is about to dissolve into the melt c The entire cross section is solid Phased surfaces 10 Heating furnaces 11, 21 Parabolic mirror 12 Xenon lamp 13 Quartz tube 14 Raw material sintered body 15 Upper shaft 16 Lower shaft 17 Gas introduction pipe 18 Inert gas 19 Exhaust pipe 20 Hot wire 22 Melting zone 23 Viewing window 24 Magnifying lens 25 Oxide single crystal

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  集光加熱式フローティングゾーン法に
よって15mm/時間以上の育成速度で酸化物単結晶を
製造する際、一方の放物面鏡の焦点に配置したキセノン
ランプからの熱線が集中する他方の放物面鏡の焦点に原
料焼結体を配置し、前記原料焼結体を支持する上シャフ
ト及び下シャフトを回転させることなく、酸化物単結晶
の育成速度と同じ速度で前記原料焼結体を下降させるこ
とを特徴とする酸化物単結晶の製造方法。
Claim 1: When producing an oxide single crystal at a growth rate of 15 mm/hour or more by the condensed heating floating zone method, the heat rays from the xenon lamp placed at the focal point of one parabolic mirror are concentrated on the other. The raw material sintered body is placed at the focal point of the parabolic mirror of the raw material sintered body, and the raw material sintered body is sintered at the same speed as the growth rate of the oxide single crystal without rotating the upper and lower shafts that support the raw material sintered body. A method for producing an oxide single crystal, characterized by descending the body.
【請求項2】  集光加熱式フローティングゾーン法に
よって15mm/時間以上の育成速度で酸化物単結晶を
製造する際、一方の放物面鏡の焦点に配置したキセノン
ランプからの熱線が集中する他方の放物面鏡の焦点に原
料焼結体を配置し、酸化物単結晶の育成速度と同じ速度
で前記原料焼結体を下降させると共に、5rpm以下の
相対回転速度で前記原料焼結体を軸芯周りに回転させる
ことを特徴とする酸化物単結晶の製造方法。
[Claim 2] When producing an oxide single crystal at a growth rate of 15 mm/hour or more by the condensed heating floating zone method, the heat rays from the xenon lamp placed at the focal point of one parabolic mirror are concentrated on the other. The raw material sintered body is placed at the focal point of the parabolic mirror, and the raw material sintered body is lowered at the same speed as the growth rate of the oxide single crystal, and the raw material sintered body is lowered at a relative rotation speed of 5 rpm or less. A method for producing an oxide single crystal, characterized by rotating it around an axis.
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