JPH02443Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はフローテイングゾーン法による単結晶
の製造等に用いられるイメージ炉の熱光源ランプ
の明るさを測定するための構造に関するものであ
る。

（従来技術とその問題点） イメージ炉は、回転楕円面鏡から成る反射鏡の
一方の焦点に熱光源をおき、もう一方の焦点に試
料をおいて熱光源から出た光（輻射線）を試料側
の焦点に集光し、試料を加熱するものである。こ
の装置には反射鏡を１個の回転楕円面のみで構成
する単楕円型、反射鏡が２個の回転楕円面の組合
わせで構成される双楕円型、更に反射鏡を３個以
上の回転楕円面の組合わせで構成する、多楕円型
とがある。

次に従来のイメージ炉の構造及び欠点を双楕円
型のイメージ炉を一例として図に従つて説明す
る。

第１図は従来構造を有する単楕円型のイメージ
炉の加熱炉の部分を示す断面図である。

図において１０１は反射鏡であり、１０２は反
射鏡の取り外し可能な部位であり、これらの反射
鏡面１０３，１０４はF₁，F₂を焦点とする楕円
をｘ軸上に回転させた回転楕円面で構成される。
１０５は焦点F₁上に置かれた熱光源ランプであ
り、１０６は上側試料で、上側シヤフト１０７に
固定された上側試料ホルダ１０８から釣下げられ
ている。１０９は下側試料であり、下側シヤフト
１１０に下側試料ホルダ１１１を介して固定され
ている。また１１２は加熱溶融された溶融域（モ
ンテルゾーン）であり、１１３は透明石英ガラス
でできた炉心管である。１１４は反射鏡１０３に
設けた窓であり、１１５は光学フイルタ、１１６
は明るさ検出素子である。

次にフローテイングゾーン法による単結晶の成
長を行う場合についてこの炉の動作を説明する。
イメージ炉は、ハロゲンランプ１０５を点灯する
ことにより、これから発する熱輻射線が共有焦点
F₂上に集光され、F₂点を加熱することがでさる。
従つてフローテイングゾーン法の単結晶成長を行
なう場合には下側試料１０９として種結晶を上側
試料１０６として結晶素材でできた焼結体を使用
し、両者の間を熱光源ランプ１０５の点灯により
加熱溶融して、溶融域（モンテンゾーン）１１２
を形成させる。溶融域１１２は熱光源ランプから
の輻射熱量により、その大きさが決定され、この
輻射熱量を多くすると、溶融域は大きくなり、逐
には、融液が流れ落ちてしまい、また少くすると
溶融域は小さくなり、逐には無くなつてしまう。
このため、イメージ炉においては常に一定の加熱
エネルギを溶融域１１２に投入することが肝要で
あり、溶融域に投入する輻射線の強さを検出する
目的で熱光源ランプの明るさを検出することが行
なわれる。

ところで第１図の従来構造のイメージ炉では、
熱光源ランプ１０５からの光を光学フイルタ１１
５で減光し、明るさ検出素子１１６の検出感度範
囲の明るさにして明るさ検出素子１１６により検
出している。ここで明るさ検出素子１１６はその
受光部１１７の有効受光面積内に均一に分布した
光が入射する必要のあることから、反射鏡に設け
られた窓１１４の大きさは、明るさ検出素子の受
光部寸法（例えば直径φ12mm）以上の大きさが必
要である。このため明るさ検出素子に入射する光
の中には熱光源ランプからの光の他に赤熱発光し
ている試料溶融域からの直接光が混入することに
なり、熱光源ランプの光強度に関する正確な情報
が得られない。更に試料溶融域の発する光の強さ
は溶融域の形状、試料材質によつて変化するた
め、第１図の如き従来構造のイメージ炉では、明
るさ検出素子から得られる熱光源ランプの光強度
に関する情報は、ますますもつて不正確にならざ
るを得なかつた。

このように、従来のイメージ炉では熱光源ラン
プの明るさを正確に測定することができず、従つ
て、試料溶融域に投入される熱輻射線の大きさを
直接計測して、熱光源ランプの出力を制御し、溶
融域を安定に保持させることが困難であつた。

（考案の目的） 本考案の目的はこのような従来の欠点を除去せ
しめて、熱光源ランプの明るさを試料溶融域の影
響を受けることなく、検出することのできるイメ
ージ炉を提供することにある。

（考案の構成） 本考案によれば明るさ検出素子が回転楕円反射
鏡の側面に設けた小穴もしくは小窓を通して前記
熱光源ランプと対向するように配置され、反射鏡
の側面に設けた、前記小穴もしくは小窓と前記明
るさ検出素子の間に光学的な拡散板が設置されて
いる構造を特徴とするイメージ炉が得られる。

構成の詳細な説明 本考案は、上述の構成をとることにより従来技
術の問題点を解決した。

すなわち熱光源ランプからの光を明るさ検出素
子に導くための穴の径を小さくすることで、試料
溶融域からの輻射光の明るさ検出素子への入射を
防止した。一方穴の径を小さくしたために生じる
明るさ検出素子への入射光分布の局在化は光学的
な拡散板により拡散させた光を明るさ検出素子に
入射せしむることにより解決し、一様な強度分布
の光の明るさ検出素子の受光面への入射を確保し
た。

従つて試料溶融域からの影響のない熱光源ラン
プの明るさの情報を明るさ検出素子の出力から得
ることができる。

（実施例） 以下本考案の実施例について、図面を参照して
詳細に説明する。

第２図は本考案の一実施例である単楕円型のイ
メージ炉の加熱炉の部分を示す断面図である。図
において、２０１，２０２は反射鏡であり、これ
らの反射鏡面２０３，２０４はF₁′，F₂′を焦点と
する楕円をx′軸上に回転させた回転楕円面で構成
される。２０５は焦点F₁′上におかれた熱光源ラ
ンプであり、２０６は上側試料で、上側シヤフト
２０７に固定された上側試料ホルダ２０８から釣
下げられている。２０９は上側試料であり、下側
シヤフト２１０に下側試料ホルダ２１１を介して
固定されている。また２１２は加熱溶融された溶
融域（モルテンゾーン）であり、２１３は透明石
英ガラスでできた炉心管である。２１４は反射鏡
２０１に設けた小穴であり、２１５は拡散板、２
１６は明るさ検出素子である。

ここで、小穴２１４の穴直径は例えばφ1mmと
小さいため試料の溶融域２１２からの輻射光は、
拡散板２１５には到達せず、拡散板２１５に到達
するのは、小穴２１４の中心軸にほぼ平行な熱光
源ランプからの光線のみである。拡散板２１５は
例えばスリガラスで構成され、入射した光を散乱
させ、明るさ検出素子２１６の受光面２１７に均
一な強度で光を照射する。

なお、イメージ炉における熱光源ランプは例え
ば1.5KWと大出力のものが使用されるため、光
出力も大きく、小穴２１４の直径をφ1mm以下に
して更に拡散板で散乱させても明るさ検出素子の
入力感度の十分高い範囲で明るさ検出素子にラン
プの光を入射させることができる。

従つて本実施例によれば溶融域２１２からの輻
射光の影響を受けずに熱光源ランプの明るさの情
報を明るさ検出素子から得ることができる。

ここで第２図の実施例で述べた熱光源ランプと
しては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀
ランプなどが考えられるがどのようなランプでも
本考案が適用でき本実施例の効果が得られること
は明白である。

また、明るさ検出素子についても一例としてフ
オトダイオードがあげられるが、これに限らずラ
ンプの光の強度に対応した出力が得られる光電変
換素子であれば本考案が適用でき本実施例の効果
が得られないことは明白である。

更にここでは、単楕円型のイメージ炉について
説明したが、双楕円型のイメージ炉についても本
考案が適用でき、同様の効果を生じることは明ら
かである。

また第２図の小穴２１３が透明体を挿入した小
窓であつても本考案が適用でき、同様の効果を生
じることは明らかである。

（考案の効果） 以上実施例で述べたように本考案によれば試料
の溶融域からの輻射光の影響を受けることなく熱
光源ランプの明るさを正確に測定することができ
る。従つて試料の溶融域に投入される熱輻射線の
大きさを直接計測して、熱光源ランプの出力を制
御し、溶融域を安定に保持させることも可能とな
る。

また、ランプの出力低下による寿命限界を、溶
融域の影響を受けずに把握することが可能にな
り、ランプ出力の低下特性からランプ寿命を予測
して、熱光源ランプの断線前にランプを交換し、
結晶成長の作業中にランプ寿命到来によつて製作
中の結晶が不良となるリスクを回避することもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造を有する単楕円型のイメージ
炉の加熱炉の部分を示す断面図で、第２図は本考
案の一実施例である単楕円型のイメージ炉の加熱
炉の部分を示す断面図である。 図において、２０１，２０２は反射鏡、２０５
は熱光源ランプ、２０６は上側試料、２０９は下
側試料、２１２は溶融域、２１３は炉心管、２１
４は小穴、２１５は拡散板、２１６は明るさ検出
素子である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １個または複数個の回転楕円面からなる反射鏡
   の一方の焦点に熱光源ランプを配し、他の一方の
   焦点に配した試料に光を集中して加熱するイメー
   ジ炉であつて、明るさ検出素子が回転楕円反射鏡
   の側面に設けた小穴もしくは小窓を通して前記熱
   光源ランプと対向するように配置され、反射鏡の
   側面に設けた前記小穴もしくは小窓と前記明るさ
   検出素子の間に拡散板が設置されている構造を特
   徴とするイメージ炉。