单晶的制造方法技术

一种单晶的制造方法，是利用恰克拉斯基法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）制造以组成Ｃａ↓［ｘ］Ｎｂ↓［ｙ］Ｇａ↓［ｚ］Ｏ↓［１２］（２．９＜ｘ＜３．１，１．６＜ｙ＜１．８，３．１＜ｚ＜３．３）表示的具有石榴石单晶的方法，通过以１．７２ｍｍ／小时以下的结晶生长速度使结晶生长而制造单晶，并且最好在含有０．４体积％以上并小于１０．０体积％的氧气的气氛内使结晶生长。利用本方法，可以制造高质量的以组成Ｃａ↓［ｘ］Ｎｂ↓［ｙ］Ｇａ↓［ｚ］Ｏ↓［１２］（２．０＜ｘ＜３．１，１．６＜ｙ＜１．８，３．１＜ｚ＜３．３）表示的石榴石单晶，其能够作为单晶基板用于通过液相外延生长形成没有结晶缺陷的铋置换稀土类铁石榴石单晶。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用恰克拉斯基法(Czochralski)制造以组成CaxNbyGazO12(2.9＜x＜3.1，1.6＜y＜1.8，3.1＜z＜3.3)表示的石榴石(garnet)单晶的方法，更具体来说，涉及在结晶中不发生内包物(inclusion)的大直径的。利用本专利技术制造的单晶可以作为用于使铋置换稀土类铁石榴石单晶液相外延生长的单晶基板而合适地使用。
技术介绍
使用光纤的通信系统与以往的电通信系统相比，由于可以将大容量的数据高速并且低损失地传送，因此，近年来，在中继线通信系统进而至用户系统中得到迅速的普及。虽然已知作为光纤通信系统中的光源的半导体激光，敏感地受到外部光的影响而变得不稳定，但是，伴随着光纤通信的低损失化，不仅近端而且来自远端的反射光也对半导体激光产生影响。所以，为了避免此反射光的影响，光隔离器被使用于光纤通信系统中。此光隔离器一般由起偏镜、法拉第转子及检偏镜构成，以低损失使正方向的光透过，同时，具有阻止来自逆方向的入射光的通过的功能。作为这种在光隔离器或光循环器、光磁场传感器等中使用的法拉第转子的材料，主要使用利用液相外延法在单晶基板上生长的铋置换稀土类铁石榴石单晶膜。为了利用外延生长使此铋置换稀土类铁石榴石单晶膜高质量地成膜，在从成膜温度到室温的温度区域内，有必要使铋置换稀土类铁石榴石单晶膜和基板单晶的晶格常数差极小，即，两者的晶格常数及两者的线膨胀系数非常地接近。作为满足此种条件的单晶基板，在日本特开平10-139596号公报中，提出由CaxNbyGazO12(2.9＜x＜3.1，1.6＜y＜1.8，3.1＜z＜3.3)单晶(以下简称为CNGG单晶)制成的基板。但是，相同公报中记述的CNGG单晶虽然没有裂纹，但是发现结晶中发生内包物。所以，当在由此CNGG单晶制作的基板上使铋置换稀土类铁石榴石单晶膜成膜时，虽然没有发现成膜的结晶中产生裂纹，但是发现有微小的缺陷。另外，在避开所述CNGG单晶的内包物发生部位而制作基板时，不能获得大直径的单晶基板，其结果是，不能得到大直径的铋置换稀土类铁石榴石单晶膜。这样，相同公报中记述的CNGG单晶基板不能被称作是高质量的用于使铋置换稀土类铁石榴石单晶膜成膜的基板。在WO 03/000963号中，公布有磁性石榴石单晶膜形成用基板。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种制造高质量的以组成CaxNbyGazO12(2.9＜x＜3.1，1.6＜y＜1.8，3.1＜z＜3.3)表示的石榴石单晶的方法，此单晶可以适用作单晶基板来通过液相外延生长法形成没有结晶缺陷的铋置换稀土类铁石榴石单晶。作为大块单晶制作法之一，虽然已知有恰克拉斯基法(CZ法、Czochralski)。恰克拉斯基法是将附着在提拉轴前端部的籽晶浸渍在原料熔液中，一边旋转一边缓慢提拉，从而制得单晶的方法，被称作单晶提拉法。本专利技术人对使用恰克拉斯基法生长的CNGG单晶的缺陷进行了观察，结果发现伴随着树枝状结晶(dendrite)的生长，生成与产生于结晶的中心(结晶提拉轴线上)附近的空隙相伴的缺陷(内包物inclusion)。此树枝状结晶的生长是在不能充分地释放由结晶凝固产生的凝固潜热的状况下产生的，推测通过控制结晶速度或温度梯度，可以抑制此类缺陷。本专利技术人进行进一步的研究，在使用了恰克拉斯基法的单晶基板的制造法中，通过控制结晶生长速度，进而通过控制生长气氛的氧气量，成功地抑制了以往难以克服的结晶中的内包物。本专利技术是利用恰克拉斯基法制造以组成CaxNbyGazO12(2.9＜x＜3.1，1.6＜y＜1.8，3.1＜z＜3.3)表示的具有石榴石构造的单晶的方法，其特征是，在1.72mm/小时以下的结晶生长速度g下使结晶生长。本专利技术是在含有0.4体积％以上并小于10.0体积％的氧气气氛下使结晶生长的所述。在本专利技术中，当结晶拉伸速度为v(mm/小时)，原料溶液密度为ρm(g/cm3)，结晶密度为ρc(g/cm3)，原料熔液的坩埚内径为R(mm)，结晶的直径为r(mm)时，结晶生长速度g(mm/小时)可以表示为生长速度g＝·v。根据本专利技术，可以制造高质量的以组成CaxNbyGazO12(2.9＜x＜3.1，1.6＜y＜1.8，3.1＜z＜3.3)表示的石榴石单晶。特别是，可以制造在结晶中不会产生内包物的大直径的单晶。利用本专利技术制造的单晶可以适用作单晶基板用于液相外延生长没有结晶缺陷的铋置换稀土类铁石榴石单晶。附图说明图1是表示本专利技术使用的单晶制造装置的一个例子的概略的垂直剖面图。图2是用于说明本专利技术的结晶生长速度g和结晶提拉速度v的关系的图。图3是实施例1中得到的单晶的照片。图4是实施例12中得到的单晶的照片。图5是比较例3中得到的单晶的照片。具体实施例方式首先，参照图1，对本专利技术的利用恰克拉斯基法制造单晶的概略进行说明。图1表示本专利技术中使用的单晶制造装置的一例概略的垂直剖面图。参照图1，在结晶制造室11内，设有由铝等的陶瓷制成的耐火物外罩8，在外罩8内的中央，隔着由粉末或空心球状的氧化锆等构成的隔热材料6，设置有由铂、铱等金属制成的坩埚2。在外罩8内，坩埚2的上方，为了确保可以对必需长度的单晶4进行保温的高度·空间10，用耐火物构造体9进行覆盖。在耐火物外罩8的顶壁8a及耐火物构造体9的顶壁9a的中央分别形成开口8b、9b。下端安装了籽晶5的提拉轴7从未图示的动力源向垂直下方延伸，贯穿这些开口8b、9b。在耐火物外罩8的外侧卷绕有高频感应线圈1，通过使高频电流流经线圈1对坩埚2进行感应加热，从而可以将坩埚2内的目的结晶组成的原料熔液3维持在特定温度。另外，还设定可以将结晶制造室11内全部的气氛调整至特定的氮气体积％及氧气体积％。使用图1的制造装置，在坩埚2内按照能够形成目的结晶组成的方式装入各原料，在结晶制造室11内设置调整至特定氮气体积％及氧气体积％的混合气气氛，使高频电流流经线圈1，对各原料进行感应加热而使之熔融，调制成原料熔液3，并将熔液3维持在特定温度。之后，在此原料熔液3中，将安装在提拉轴7下端的籽晶5相对于液面垂直浸渍，一边缓慢旋转提拉轴7，一边以提拉速度v进行提拉，使结晶生长。下面，参照图2对恰克拉斯基法中结晶生长速度g和结晶提拉速度v的关系进行说明。图2是用于说明结晶生长速度g和结晶提拉速度v的关系的图，表示利用提拉使结晶4逐渐生长的过程。在图2中，在结晶提拉操作的某一时间t0的原料熔液3的液面水平线为L0，即，结晶4(或被提拉而应当被结晶化的物质)的最下面水平线为L0，其后经过一定时间t后，熔液3的液面水平线从L0降至L1，结晶4的最下面从时间t0的水平线L0升至L2。在此情况下，结晶的提拉速度v为v＝(L2-L0)/t结晶的生长速度g为g＝(L2-L1)/t这里，当装入了原料熔液3的坩埚2的内径为R(mm)，结晶4的直径为r(mm)，原料熔液3的密度为ρm(g/cm3)，结晶4的密度为ρc(g/cm3)时，结晶生长速度g(mm/小时)与结晶提拉速度v(mm/小时)的关系可以表示为生长速度g＝·v。这样，结晶生长速度g比结晶提拉速度v更大，并且还依赖于坩埚2的内径R、结晶4的直径r、原料熔液3的密度ρm及结晶4的密度ρc。在本专利技术中，在利用恰克拉斯基法制造组成为CaxNby本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶的制造方法，是利用恰克拉斯基法制造以组成Ｃａ↓［ｘ］Ｎｂ↓［ｙ］Ｇａ↓［ｚ］Ｏ↓［１２］、其中２．９＜ｘ＜３．１，１．６＜ｙ＜１．８，３．１＜ｚ＜３．３、表示的石榴石单晶的方法，其特征是，以１．７２ｍｍ／小时以下的结晶生长速度使结晶生长。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤淳，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]