JPH0388790A - 赤外線加熱単結晶製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は赤外線加熱単結晶製造装置に関し、詳しくは、
酸化物磁性材料や酸化物誘電材料などの高融点酸化物な
どの物質を、赤外線加熱式のフローテｄングゾーン法に
よって単結晶育成する赤外線加熱単結晶製造装置に関す
る。

〔従来の技術〕

例えば、高融点酸化物の単結晶製造には、加熱源として
ハロゲンランプ等の赤外線ランプを利用した赤外線加熱
によるブローティングゾーン方式の単結晶製造装置が使
用されている。

上記赤外線ランプによる赤外線加熱単結晶製造装置は、
回転楕円面鏡の一方の焦点に熱源としてハロゲンランプ
等の赤外線ランプを配置し、他方の焦点に原料棒や結晶
棒の被加熱物を配置して、上記赤外線ランプから照射さ
れた赤外線を回転楕円面鏡で反射させて被加熱物に集光
させ集中加熱する装置で、この装置には、前記回転楕円
面鏡が１つの単槽円型のもの、或いは夫々半体に略等し
い２つの回転楕円面鏡を、各々一方の焦点が一致するよ
うに対向結合配置させた双楕円型のものが一般的である
。

以下、双楕円型の赤外線加熱単結晶製造装置の具体例を
、第５図及び第６図を参照しながら説明する。同図にお
いて、（１）（２）は対称形の２つの回転楕円面鏡で、
各々の一方の焦点ＦＯ％ＦＯが一致するように対向結合
させている。（３）（４）は上記各回転楕円面ａ（１）
（２）の他方の各第１、第２の焦点Ｆ、、Ｆ２に固定配
置した２つの光熱源、例えばハロゲンランプ等の赤外線
ランプである。（５）は各回転楕円面ｍ（１）（２）の
一致した焦点Ｆｏに配置された被加熱部で、上方から鉛
直下方に延びる原料棒（６）と、下方から鉛直上方に延
びる結晶棒（７）とを突き合わせた部分、即ち、単結晶
成長が行われる溶融帯域（フローティングゾーン）を形
成している。（８）は上記原料棒（６）と結晶棒（７）
とを包囲する透明な石英管で、この石英管（８）内には
、結晶成長に対して好適な雰囲気ガスを流している。

上記装置を用いた赤外線加熱による単結晶育成では、各
回転楕円面ａ（１）（２）の各第１、第２の焦点Ｆ、、
Ｆ２に配置された赤外線ランプ（３）（４）から照射さ
れる赤外線を回転楕円面ａｉ（１）（２）にて反射させ
、焦点Ｆ。

に配置された被加熱部（５）に集光させ集中加熱する。

この赤外線加熱による輻射エネルギーによって上記被加
熱部（５）を溶融させ、原料棒（６）及び結晶棒（７）
を回転させ充分な撹拌や均熱輻射を行わせながら、鉛直
方向に下降させることにより単結晶育成が行われる。

〔発明が解決しようとする１題〕 ところで、前記赤外線ランプ（１）（２）を利用した赤
外線加熱による単結晶育成では、−般に融点２０００℃
前後の酸化物の場合は口径１０５ｍ程度の単結晶育成が
限度で、近年益々要望されている大口径単結晶育成が困
難であった。

そこで、上記問題点を解決するため、本出願人は先に出
願した特開昭６３−２７４６８５号公報及び特１＄［６
３−２９１８８９号公報に開示された発明を提案してい
る。これは、第７図に示すように被加熱部（５）の結晶
側固液界面近傍に被加熱部（５）を囲繞するように遮光
物（９）を固定配置したものである。このよう−に遮光
物（９）を固定配置することにより、被加熱部（５）の
結晶側固液界面近傍が赤外線ランプ（１）（２）の照射
に対し遮光物（９）の影となり、その影の部分は赤外線
吸収が起こらず、熱放射を招（、その結果、第８図に示
すように結晶育成軸方向の温度分布において、結晶側固
液界面近傍での温度勾配を急峻にできるので、結晶育成
軸方向の温度分布が改善されて、被加熱部（５）が垂れ
て不用意に長くならず安定維持が可能となり、大口径単
結晶育成を実現している。

しかしながら、上述した結晶育成軸方向の温度分布にお
いて、被加熱部（５）の結晶側固液界面下方の結晶棒（
７）での温度勾配が大きいので、前述したように結晶棒
（７〉が大口径化してくると、結晶棒（７）は熱歪みが
発生し、得られた単結晶は、例えばクラックという現象
等で品質の低下を招くという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案されたもので
、その目的とするところは、結晶育成軸方向の温度分布
を被加熱部から結晶棒に亘って改善し、大口径の結晶棒
を良好な単結晶育威状履で製作し得る赤外線加熱単結晶
製造装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明における上記目的を達成するための技術的手段は
、回転楕円面鏡の一方の焦点に配置された赤外線ランプ
により、上記回転楕円面鏡の他方の焦点に配置された原
料棒及び結晶棒間の被加熱部を加熱溶融させて単結晶成
長させる赤外線加熱単結晶製造装置において、上記被加
熱部の結晶側固液界面近傍に被加熱部を囲繞するように
、遮光リングを上下動自在に配置すると共に、上記遮光
リングの下方で結晶棒を囲繞するように、筒状の熱シー
ルド体を上下動自在に配置し、上記遮光リング及び熱シ
ールド体を夫々独立して上下動させる駆動機構を設けた
ことである。

〔作用〕

本発明に係る赤外線加熱単結晶製造装置では、被加熱部
の結晶側面液界面近傍に被加熱部を囲繞するように遮光
リングを配置すると共に、その遮光リングの下方で結晶
棒を囲繞するように筒状の熱シールド体を配置したこと
により、結晶育成軸方向での温度分布において、結晶側
固液界面近傍での温度勾配を急峻にすると共に、その下
方の結晶棒での温度勾配を小さくし、大口径単結晶を良
好な結晶育成状態で製作する、また、上記遮光リング及
び熱シールド体を駆動機構により上下動させることによ
り、上記遮光リング及び熱シールド体を被加熱部及び結
晶棒に対して上下方向で位置調整可能とし、単結晶育成
状態をコントロールして最適状態に設定し得る。

〔実施例〕

本発明に係る赤外線加熱単結晶製造装置の一実施例を第
１図乃至第４図を参照しながら説明する。

第１図乃至第３図において、（１１）　　（１２）は対
称形の２つの回転楕円面鏡で、各々の一方の焦点Ｆｏ、
Ｆｏが一致するように対向結合させて加熱炉を構成する
。尚、上記回転楕円面鏡（１１）　　（１２）の内面、
即ち、反射面は、赤外線を高反射率で反射させるために
金メツキ処理が施されている。　　（１３）　　（１４
）は各回転楕円面鏡（１１）　　（１２）の他方の第１
．第２の焦点Ｆ１、Ｆ８近傍に固定配置した、例えばハ
ロゲンランプ等の赤外線ランプである。　　（１５）は
各回転楕円面鏡（１１）　　（１２）の一致した焦点Ｆ
ｏに位置する被加熱部で、上方から鉛直下方に延びる上
主軸（１６）の下端に固定した原料棒（１７）と、下方
から鉛直上方に延びる下主軸（１８）の上端に固定した
結晶棒（１９）とを突き合わせた部分、即ち、単結晶成
長が行われる溶融帯域（フローティングゾーン）を形成
している。　　（２０）は原料棒（１７）と結晶棒（１
９）とが配置された空間（ｍ、）と赤外線ランプ（１３
）　　（１４）が配置された空間（ｍ２）とを区画して
試料室（２１）を形成する透明な石英管で、この石英管
（２０）による区画で、上記試料室（２１）を結晶に対
して好適な雰囲気ガスを充満させ、一方、赤外線ランプ
（１３）　　（１４）を安全に点灯させるためにその赤
外線ランプ（１３）　　（１４）を空冷する。

（２２）は上記被加熱部（１５）の結晶側面液界面近傍
に被加熱部（１５）を囲繞するように上下動自在に配置
した水冷銅バイブ等の遮光リングで、後述する結晶育成
軸方向の温度分布に応じて所定のパイプ径及び内径を有
し、所定の位置に位置づけされる。　　（２３）は上記
遮光リング（２２）の下方で結晶棒（１９）を囲繞する
ように上下動自在に配置した筒状の熱シールド体で、こ
れは、例えばセラ≧ツク製などの単なる筒体か、或いは
その筒体の外周にニクロム線又は白金線を巻回し抵抗加
熱させるものである。尚、上記熱シールド体（２３）は
、遮光リング（２２）と同様、結晶育成軸方向の温度分
布に応じて所定の内径及び高さを有し、所定の位置に位
置づけされる。　　（２４）　　（２５）は試料室（２
１）の下部に設けられた駆動機構で、遮光リング（２２
）を上下動させるモータ及びボールネジ等からなる駆動
機構（２４）と、熱シールド体（２３）を上下動させる
ラック・ビニオン等からなる駆動機１ｉｔ（２５）であ
る。

上記構成からなる赤外線加熱単結晶製造装置における単
結晶育成では、回転楕円面１　（１１）（１２）の第１
、第２の焦点Ｆ、、Ｆ、に配置された赤外線ランプ（１
３）　　（１４）から照射される赤外線を上記回転楕円
面鏡（１１）　　（ｉ２）にて反射させ、焦点Ｆｏに位
置する被加熱部（１５）に集光させて赤外線加熱する。

この赤外線加熱による輻射エネルギーにより、原料棒（
１７）の下端及び結晶棒（１９）の上端を加熱しながら
円滑に接触させることによって、原料棒（１７）と結晶
棒（１９）間の被加熱部（１５）で溶融帯域（フローテ
ィングゾーン）を形成させる。

この時、被加熱部（１５）の結晶側固液界面近傍では、
遮光リング（２２）により赤外線ランプ（１３）　　（
１４）の照射に対して上記遮光リング（２２）の影が与
えられる。これによりその影の部分は赤外線吸収が起こ
らず、熱放射を招来して、第４図に示すように結晶育成
軸方向の温度分布において、遮光リング（２２）が存在
しない場合よりも、結晶側固液界面近傍での温度勾配を
急峻にでき、被加熱部（１５）での高温領域を狭くする
ことができる。その結果、被加熱部（１５）が不用意に
長くならず、重力作用による自重で垂れず安定維持が可
能となって大口径単結晶育成を実現する。

この大口径単結晶育成と共に、結晶側固液界面下方の結
晶棒（１９）では、熱シールド体（２３）により赤外線
ランプ（１３）　　（１４）の照射が遮光されて赤外線
吸収が起こらない、一方、上記結晶棒（１９）から放射
される輻射熱は熱シールド体（２３）で阻止されて保温
状態を維持する。このように上記熱シールド体（２３）
を保温筒として機能させるか、或いは必要に応じて筒体
に巻回したニクロム線又は白金線に通電することにより
熱シールド体（２３）自体を発熱させてヒータとして機
能させるようにしてもよい、この熱シールド体（２３）
の保温或いはヒータ作用により、第４図に示す結晶育成
軸方向の温度分布において、熱シールド体（２３）が存
在しない場合（図中破線部分）よりも、結晶側固液界面
下方の結晶棒（１９）での温度勾配を小さくすることが
でき、上記結晶棒（１９）が大口径化しても、結晶棒（
１９）の内部温度と表面温度との差が小さくなって熱歪
みも発生し難（・なり、良好な単結晶育成状態が得られ
る。尚、熱シールド体（２３）を保温筒εして機能させ
る場合、必要に応じて赤外線ランプ（１３）　　（１４
）のランプパワーを増大させるようにしてもよい。

更に、上記遮光リング（２２）及び熱シールド体（２３
）を各駆動機構（２４）　　（２５）により夫々独立し
て上下動させることにより、遮光リング（２２）及び熱
シールド体（２３）を被加熱部り１５）及び結晶棒（１
９）に対して上下方向で位置調整可能となる。これによ
り、上記被加熱部（１５）及び結晶棒（１９）での単結
晶育成状態をコントロールして最適状態に設定し得る。

尚、上記実施例では２つの回転楕円面鏡（１１）（１２
）を組付けた双楕円型の加熱炉について説明したが、単
槽円型の加熱炉や３つ以上の回転楕円面鏡を組付けた加
熱炉についても適用可能である。

また、上記実施例では石英管（２０）により試料室（２
１）を構成していたが、石英管により試料室を構成した
ものに本発明の遮光リング及び熱シールド体を設けても
よい。

〔発明の効果〕

本発明に係る赤外線加熱単結晶製造装置によれば、遮光
リング及び熱シールド体を上下動自在に配置したことに
より、結晶棒の大０径化が実現容易になると共に、良好
な単結晶育成状態が得られて結晶棒の品質向上が図れる
。更に、上記遮光リング及び熱シールド体を駆動機構に
より上下方向に位置調整でき、最適状態で単結晶育成を
行うことができて実用的価値大なる赤外線加熱単結晶製
造装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る赤外線加熱単結晶製造装置の一実
施例を示す断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断
面図、第３図は第１図装置の被加熱部を示す要部拡大正
面図、第４図は本発明による結晶育成軸方向の温度分布
を示す特性図である。 第５図は従来の赤外線加熱単結晶製造装置を示す断面図
、第６図は第５図のＢ−ＢｖＡに沿う断面図である。 第７図は本発明の前提となる赤外線加熱単結晶製造装置
の被加熱部を示す要部拡大正面図、第８図は第７図装置
における結晶育成軸方向の温度分布を示す特性図である
。 （１１）　　（１２）一回転楕円面鏡、（１３）　　（
１４）・−・・・赤外線ランプ、（１５）−被加熱部、
　　（１７）−・原料棒、（１９）・−・結晶棒、　　
　（２２）・−遮光リング、（２３）・−・−熱シール
ド体、 （２４）　　（２５Ｌ−ｍ−・駆動機構、（Ｆｏ　）Ｃ
ＦＩ　）（Ｆ２　）−焦点。 １１ｊ２　回転楕円ｉ屯 １３１４　　汀ｈりｉ−４ランフ０ 第４ 図 第５ 図 ｅｇ拳 Ｏ で’ｊＡぞ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転楕円面鏡の一方の焦点に配置された赤外線ラ
   ンプにより、上記回転楕円面鏡の他方の焦点に配置され
   た原料棒及び結晶棒間の被加熱部を加熱溶融させて単結
   晶成長させる赤外線加熱単結晶製造装置において、 上記被加熱部の結晶側固液界面近傍に被加熱部を囲繞す
   るように遮光リングを上下動自在に配置すると共に、上
   記遮光リングの下方で結晶棒を囲繞するように筒状の熱
   シールド体を上下動自在に配置し、上記遮光リング及び
   熱シールド体を夫々独立して上下動させる駆動機構を設
   けたことを特徴とする赤外線加熱単結晶製造装置。