Control of interface shape during the growth of transparent crystals by infrared convergent heating floating zone method and of the defects of the grown crystals

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光学式加熱浮遊帯溶融法による透明酸化物結晶の高品質化に関わる研究を行ってきた．透明酸化物結晶育成時に見られる凹型の育成結晶と溶融帯との界面形状が育成結晶の結晶欠陥の要因となっていると推定し，その形状制御を集中加熱に用いる回転楕円面鏡の下方傾斜に行うことを目的に集中加熱炉の改造を実施した．2種類の透明酸化物Ca12Al14O33(以下C12A7)とLu3Al5O12(以下LuAG)を検討対象として界面形状と回転楕円面鏡の下方傾斜角との相関を調べた．その結果，C12A7では，凹型の界面形状を凸型に制御することで結晶育成の安定化に成功した．ただ，通常の原料棒配置で下方傾斜を行うと返って溶融帯中に大きな気泡が形成されやすくなり，溶融帯の保持が困難になった．原料棒の配置を工夫することで溶融帯中に生じる気泡を低減し，溶融帯を安定化させることができた．そのような原料棒の配置により，下方傾斜効果を再現性良く調べることが可能になり，通常の集中加熱条件では凹型となる溶融帯と育成結晶との界面形状が下方傾斜角度の変化に伴って系統的に凹型から凸型に変化することを明らかにした．一方，LuAGでは，凹型界面形状の系統的な変化が得られず，より注意深く検討する必要があることが解った．光の集中による加熱では，育成結晶の透明性や表面の平滑性により，集光する光の加熱される結晶や原料棒，溶融帯の表面における反射や透過状況が変化することに起因していると思われる．