TW202227678A - 氧化鎵結晶的製造裝置 - Google Patents

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TW202227678A
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小林拓實
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日商不二越機械工業股份有限公司
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Abstract

[課題]提供一種氧化鎵結晶的製造裝置，係使用電阻加熱型發熱體的結晶製造裝置，其具備低成本且可抑制因熱所致之變形或破損之發熱體。 [解決手段]本發明之氧化鎵結晶的製造裝置10係具備：由耐熱材14a構成之爐本體14；配置於前述爐本體14內之坩堝22；及配設於前述坩堝22的周圍之發熱體34；前述發熱體34係連結有發熱部34a及直徑比該發熱部34a的直徑大的導電部34b而成之電阻加熱型發熱體，前述發熱部34a係由具有1850[℃]的耐熱性之材質構成，前述導電部34b係由具有1800[℃]的耐熱性之材質構成。

Description

氧化鎵結晶的製造裝置
本發明係關於氧化鎵結晶的製造裝置。
已知有製造作為功率元件(power device)用寬能隙半導體等受到注目之氧化鎵單晶(以下，有表記為「氧化鎵結晶」的情況)之裝置。在此種裝置中，係藉由VB法(垂直式布里奇曼法)、VGF法(垂直溫度梯度凝固法)、HB法(水平式布里奇曼法)、HGF法(水平溫度梯度凝固法)等的方法來製造氧化鎵結晶。
舉一例，在VB法或VGF法中，係利用垂直的溫度梯度。具體而言，在專利文獻1(特開2017-193466號公報)記載的氧化鎵結晶的製造裝置中，在設置作為VB爐的爐本體內配置收容有氧化鎵的原料(結晶原料)之坩堝，並且在坩堝的周圍設有複數個於鉛直方向延伸設置的發熱體。據此，在爐本體內的坩堝周邊，形成上側的溫度高且下側的溫度變低之垂直方向的溫度梯度。藉由發熱體加熱坩堝時，結晶原料會熔解。接著，藉由使坩堝下降，使原料熔融液從下側結晶化，可獲得氧化鎵結晶。
此外，作為發熱體，係使用高頻感應加熱型發熱體或電阻加熱型發熱體。其中，電阻加熱型發熱體係具備發熱部與導電部，當發熱部透過與外部電源連接的導電部而通電時，發熱部會發熱以將坩堝加熱。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-193466號公報
[發明欲解決之課題]
在此，氧化鎵的熔點，就β-Ga 2O 3而言大約為1795[℃]，非常地高，當藉由電阻加熱型發熱體將坩堝加熱到使結晶原料熔解為止時，發熱體的溫度會到達接近1850[℃]。於是，以往，將發熱體全體以具有1850[℃]左右的耐熱性的材質等構成。
然而，即便是這種構成，藉由重複使用裝置，發熱體會因加熱所致之隨時間劣化的關係，而發生變形或破損，所以必須更換發熱體。對此，由於該發熱體比較高價，所以之後在所製造的結晶已大型化的情況下，若考量包含發熱體之裝置全體的構成也會大型化等，強烈期望提供一種成本更低且難以產生因熱所致之變形或破損的發熱體。 [用以解決課題之手段]
本發明係有鑑於上述情事而完成者，目的在提供一種氧化鎵結晶的製造裝置，其係使用電阻加熱型發熱體的結晶製造裝置，其具備低成本且可抑制因熱所致之變形或破損之發熱體。
本發明係藉由作為一實施形態之以下記載的解決手段，來解決前述課題。
本發明的氧化鎵結晶的製造裝置，其特徵為，具備： 由耐熱材構成之爐本體；配置於前述爐本體內之坩堝；及配設於前述坩堝的周圍之發熱體；前述發熱體係連接有發熱部及直徑比該發熱部的直徑大的導電部而成的電阻加熱型發熱體，前述發熱部係以具有1850[℃]的耐熱性之材質構成，前述導電部係以具有1800[℃]的耐熱性之材質構成。
藉此，關於發熱而達接近1850[℃]的發熱部，由具有1850[℃]的耐熱性之材質構成而可抑制因熱產生的變形或破損，另一方面，關於未達發熱部那樣程度的高溫之導電部，由較便宜之具有1800[℃]的耐熱性的材質構成而可使發熱體全體的材料成本降低。
又，前述發熱體較佳為，前述發熱部係隔介連接部連接於前述導電部，該連接部係形成直徑比該發熱部的直徑大且比前述導電部的直徑小且以具有1850[℃]的耐熱性之材質構成。藉此，藉由將發熱部及導電部隔介與發熱部同樣以具有1850[℃]的耐熱性之材質構成，同時直徑形成比發熱部的直徑大的連接部來連結，可保護位於爐本體內的最高溫區域而容易成為最高溫之發熱部的基端至與導電部連結的連結部位為止的部分免於受熱。其結果，可進一步抑制發熱體的變形或破損。
又，前述發熱體之前述發熱部的直徑(x)與前述連接部的直徑(y)與前述導電部的直徑(z)的比(x：y：z)，較佳為3≦x≦9、4≦y≦12、6≦z≦18(其中，x＜y＜z)，更佳為y≦3x且z≦2y且z≦4x(其中，x＜y＜z)。又，前述發熱體宜由二矽化鉬(MoSi 2)構成。
又，可將前述發熱體設成：前述導電部係貫通前述爐本體的上部且在前述爐本體內設置於鉛直方向，前述發熱部係於前述爐本體內在前述導電部的前端往鉛直方向延伸設置，形成在側視圖呈直線狀。或者，可構成為：前述導電部係貫通前述爐本體的側部且在前述爐本體內沿鉛直方向折曲而設置，前述發熱部係於前述爐本體內在前述導電部的前端往鉛直方向延伸設置，形成在側視圖呈L字狀。
且，較佳為前述發熱體係對前端形成U字狀的前述發熱部連接有2根前述導電部，前述發熱部的直徑為3[mm]～9[mm]，前述發熱部的彎曲寬度小於40[mm]。藉此，透過縮小發熱部的彎曲寬度，可防止與發熱體的安裝相關之構件彼此的干涉。又，可將發熱體在不疏遠坩堝的情況下增加。 [發明之效果]
根據本發明，可實現具備低成本且可抑制因熱所致之變形或破損的電阻加熱型發熱體之氧化鎵結晶的製造裝置。
[用以實施發明的形態]
以下，參照圖式，就本發明的實施形態詳細地說明。圖1係顯示本實施形態之氧化鎵結晶的製造裝置10的例子之概略圖(垂直剖面圖)。其中，圖1A係具備在側視圖呈直線狀的發熱體34之氧化鎵結晶的製造裝置10，圖1B係具備在側視圖呈L字狀的發熱體34之氧化鎵結晶的製造裝置10。此外，為了容易辨識，將通常設有更多個的發熱體34，在此於左右位置顯示兩根。
本實施形態之氧化鎵結晶的製造裝置10，係藉由發熱體34將坩堝22(爐本體14內)加熱以使氧化鎵結晶的原料熔解，將以既定速度冷卻所致之過冷卻作為驅動力而使之結晶成長的氧化鎵結晶(單晶)的製造裝置。以下，以氧化鎵結晶的製造裝置10的爐本體14為大氣環境下的VB爐之例子來作說明，但爐本體14亦可為例如VGF爐、HB爐或HGF爐。
圖1所示之氧化鎵結晶的製造裝置10係在基體12上具備有爐本體14。爐本體14係藉由利用耐熱材14a所構成且具有所需高度的環構件在鉛直方向積層複數層並構成筒狀而在內部形成有爐空間15(環構件的積層構造係未圖示)。在爐空間15的底面，形成有沿著爐本體14的中心軸凹下的凹部15a。
又，沿著爐本體14的中心軸設有坩堝承軸16，其係貫通基體12及爐本體14的底部，同時經由凹部15a於上下方向延伸設置到爐空間15的中央高度附近為止。坩堝承軸16係以藉由未圖示的驅動機構上下移動自如且軸旋轉自如的方式構成(參照圖1的箭頭)。又，於坩堝承軸16內，配設有熱電偶18，構成為可測量坩堝22的溫度。坩堝承軸16亦由耐熱材所構成。
又，在坩堝承軸16上(坩堝承軸16的上端)，設有支持坩堝22的接合器(adapter)20，於接合器20上配置坩堝22。生長β-Ga 2O 3結晶的坩堝22，較佳可使用銠(Rh)含量為10[wt%]～30[wt%]之白金(Pt)-銠(Rh)合金等的白金系合金。接合器20亦由耐熱材所構成。
此外，從凹部15a的底面至中央高度附近為止，坩堝承軸16的周圍係被由耐熱材14a構成的環構件所包圍，爐本體14的下部是絕熱的。爐本體14中之坩堝22的取放，只要將此環構件卸下以使凹部15a的底部敞開，或將爐本體14的積層構造的環構件在所需高度位置卸下以使爐空間15敞開即可(未圖示)。
又，在爐本體14的底部設置吸氣管24以使爐本體14內外連通。又，在爐本體14的上部設置排氣管26以使爐本體14內外連通。藉此，爐本體14內係構成為大氣環境，但亦可積極地從吸氣管24導入既定的氣體以設成氧化環境。
又，在爐本體14內，設有包含坩堝22及坩堝承軸16的爐心管28。爐心管28係從凹部15a的底面延伸設置到爐空間15的最上面為止，並且在上部設有頂板28a，以覆蓋坩堝22及坩堝承軸16的側方及上方(其中，前述的排氣管26係貫通頂板28a)。藉由爐心管28，可將坩堝22與發熱體34隔離。因此，即便在發熱體34的一部分因高溫而熔解的情況，也可防止雜質混入坩堝22內(亦即，生成的氧化鎵結晶)。
又，在爐本體14內，設有包圍爐心管28的管狀爐內管30。爐內管30係從爐空間15的底面延伸設置到最上面為止並覆蓋從爐心管28的中央高度附近至上部的側方。又，在爐空間15的底面設有環狀支持構件32以支持爐內管30。藉由爐內管30，將後述之發熱體34與構成爐空間15的外壁之耐熱材14a之間阻斷，可防止因耐熱材14a的熱所致之燒結、變形或龜裂。又，可將發熱體34的熱朝爐心管28側反射以將爐空間15內加熱，不會將熱浪費掉。爐心管28及爐內管30也是由耐熱材所構成。
又，在爐本體14內的爐心管28與爐內管30之間，設有發熱體34。發熱體34係具有發熱部34a與導電部34b的電阻加熱型發熱體，構成為透過導電部34b使發熱部34a通電，藉此使發熱部34a發出高熱。發熱體34(發熱部34a及導電部34b)係設置於爐本體14內，並且導電部34b的一部分係貫通爐本體14(耐熱材14a)且在爐本體14外與外部電源連接(外部電源係未圖示)。
更詳言之，就圖1A所示的發熱體34而言，導電部34b係貫通爐本體14的上部且在爐本體14內設置於鉛直方向，發熱部34a係於爐本體14內在導電部34b的前端往鉛直方向延伸設置，而形成在側視圖呈直線狀。另一方面，就圖1B所示的發熱體34而言，導電部34b係貫通爐本體14的側部且在爐本體14內沿鉛直方向折曲而設置，發熱部34a係於爐本體14內在導電部34b的前端往鉛直方向延伸設置，而形成在側視圖呈L字狀。此外，圖1中雖顯示兩根發熱體34，但通常係如圖3所示，以將位於爐本體14內的中心軸上之坩堝22的周圍包圍成圓形的方式配設有複數根(在此，有10根前端呈U字狀的發熱體34)(惟，發熱體34的數量並無特別限定)。藉由以此方式配設發熱體34，可於坩堝22的周圍將發熱部34a沿鉛直方向延伸設置，所以可在爐本體14內的坩堝周邊，形成上側的溫度高且下側的溫度變低之垂直方向的溫度梯度。
此外，在應用圖1B之在側視圖呈L字狀的發熱體34時，舉一例，在構成前述的爐本體14之環構件的積層構造中，於上方的環構件的下面及下方的環構件的上面分別設置半圓溝，藉由使該半圓溝彼此對接，可形成供導電部34b插通的貫通孔13。因為爐內管30亦同樣設成環構件的積層構造，所以爐內管30也同様可形成貫通孔31。依此，可將導電部34b以貫通爐本體14的貫通孔13及爐內管30的貫通孔31之方式，亦即以夾入爐本體14及爐內管30的上下環構件之方式，安裝於爐本體14及爐內管30。
接著，針對本實施形態具特徵的構成之發熱體34進一步詳細地說明。發熱體34係為連結有發熱部34a及直徑比發熱部34a的直徑還大的導電部34b之構成。發熱部34a及導電部34b係由相同或大致相同的材料構成，依據因直徑的大小不同所產生之電阻的差異，而成為以被通電而發出高熱之發熱部34a、和朝發熱部34a供給電流之導電部34b來區別作用之構成。作為構成發熱體34(發熱部34a及導電部34b)的材料，可較佳地使用二矽化鉬(MoSi 2)等。
在此，本實施形態的發熱體34，其特徵為：發熱部34a係由具有1850[℃]的耐熱性之材質構成，導電部34b係由具有1800[℃]的耐熱性之材質構成。在爐本體14內，若將發熱部34a通電到β-Ga 2O 3的燒結體等的氧化鎵結晶的原料或種晶的一部分熔解為止時，發熱部34a本身會達接近1850[℃](β-Ga 2O 3的熔點約為1795[℃])。因此，藉由將發熱部34a以具有1850[℃]的耐熱性之材質構成，可抑制因熱所致之發熱部34a的變形或破損。另一方面，關於未達發熱部34a那樣程度的高溫之導電部34b方面，藉由以較便宜之具有1800[℃]的耐熱性的材質構成，可降低發熱體34全體的材料成本。
又，本實施形態的發熱體34，其特徵為：發熱部34a係隔介連接部34c連接於導電部34b，該連接部34c係形成直徑大於發熱部34a的直徑且小於導電部34b的直徑且以具有1850[℃]的耐熱性之材質構成。在屬於VB爐的爐本體14中，將發熱部34a沿鉛直方向延伸設置於坩堝22的周圍，而在爐本體14內的坩堝周邊形成有上側的溫度高且下側的溫度變低之垂直方向的溫度梯度。因此，在發熱體34中從發熱部34a的基端至與導電部34b連結的連結部位係位在爐本體14內的最高溫區域而容易變成最高溫。因此，藉由將發熱部34a及導電部34b與發熱部34a同樣由具有1850[℃]的耐熱性的材質構成，同時藉由直徑形成比發熱部34a的直徑還大的連接部34c來連結，藉此可保護發熱部34a的基端至與導電部34b的連結部位為止的部分免於受熱。其結果，可進一步抑制發熱體34的變形或破損。
又，導電部34b、連接部34c、發熱部34a的直徑係以此順序逐漸變小，所以從外部電源經由導電部34b，再經由連接部34c對發熱部34a通電，可使發熱部34a發出高熱。在此，發熱部34a之直徑(x)和連接部34c的直徑(y)和導電部34b的直徑(z)之比(x：y：z)，較佳為以成為3≦x≦9、4≦y≦12、6≦z≦18(其中，x＜y＜z)的方式來形成各直徑，更佳為上述的比(x：y：z)設為3≦x≦9、6≦y≦12、9≦z≦18(其中，x＜y＜z)，或者設為y≦3x，且z≦2y，且z≦4x(其中，x＜y＜z)。具體而言，設為例如「x＝3、y＝6、z＝9」、「x＝3、y＝6、z＝12」、「x＝3、y＝9、z＝12」、「x＝4、y＝6、z＝9」、「x＝4、y＝9、z＝12」、「x＝6、y＝9、z＝12」、「x＝6、y＝9、z＝18」、「x＝6、y＝12、z＝18」、「x＝9、y＝12、z＝18」等即可。然而，根據本實施形態，雖可以比以往更低成本來製造發熱體34，但一般來說，發熱體34係高價的構成，製造如上述的所有組合的發熱體34來試驗是否適當明顯需要過高的經濟支出，所以並不是實際，在後述的實施例中，尤其是使用設為x＝6、y＝9、z＝12的發熱體34(實施例2)。
在此所謂的「直徑」意指「剖面的直徑φ(Phi)」。此外，材質相異的導電部34b、連接部34c及發熱部34a係可藉由熔接等而接合。
又，如圖2所示，發熱體34係對前端形成U字狀的發熱部34a連接兩根導電部34b而形成，在發熱部34a具有既定的彎曲寬度(為各發熱部34a的中心間的距離，以符號A所示的長度)。在此，本實施形態的發熱體34，其特徵為：發熱部34a的彎曲寬度A係形成較小。
圖3係顯示圖1A的III-III線剖面，作為說明關於上述的彎曲寬度A之說明圖。其中，圖3僅將說明所需之比爐內管30靠內周側顯示出。如前述，於爐本體14內的中心軸上配置有坩堝22(坩堝承軸16)，將坩堝22的周圍以圍成圓形的方式配設有複數個發熱體34。在此，如圖3A所示，當發熱部34a的彎曲寬度A大時，會導致與發熱體34的安裝相關之構件36(例如，將發熱體34固定於爐本體14(耐熱材14a)的構件)彼此相互干涉。因此，為了避免干涉，必須使發熱體34從坩堝22所位在的中心軸更往外周側偏移，或減少發熱體34的數量，變得容易產生加熱時間的延長，所生成之結晶的品質降低等的問題。對此，本實施形態中，如圖3B所示，藉由縮小發熱部34a的彎曲寬度A，可防止與發熱體34的安裝相關之構件36彼此的干涉。又，可在不疏遠坩堝22的情況下增加發熱體34。
此外，具體而言，例如在將發熱部34a的直徑形成3[mm]～9[mm]左右的情況，較佳為將發熱部34a的彎曲寬度A形成小於40[mm]，更佳為形成30[mm]左右。 [實施例]
使用爐本體14設為VB爐之本實施形態的氧化鎵結晶的製造裝置10，試著生長β-Ga 2O 3結晶。將發熱體34作成在前視圖呈U字狀的電阻加熱型發熱體，且如圖1A所示形成在側視圖呈直線狀，且以在爐本體14內將坩堝22的周圍包圍成圓形之方式等間隔地配設有8根。惟，作為各實施例的發熱體34，係使用設為以下的構成者。
作為實施例1的發熱體34，係使用以二矽化鉬(MoSi 2)作為材料的2階段構成(發熱部34a及導電部34b)的電阻加熱型發熱體(JX金屬製)，且將發熱部34a設為材質：1900等級，φ：6[mm]，將導電部34b設為材質：1800等級，φ：12[mm]而構成者。 作為實施例2的發熱體34，係使用以二矽化鉬(MoSi 2)作為材料的3階段構成(發熱部34a及連接部34c及導電部34b)的電阻加熱型發熱體(JX金屬製)，且將發熱部34a設為材質：1900等級，φ：6[mm]，將連接部34c設為材質：1900等級，φ：9[mm]，將導電部34b設為材質：1800等級，φ：12[mm]而構成者。 此外，所謂「1900等級」係表示具有1850[℃]的耐熱性之規格，所謂「1800等級」係表示具有1800[℃]的耐熱性之規格。
在Pt：80[wt%]、Rh：20[wt%]之組成的Pt-Rh合金製的坩堝22(φ：100[mm])中填充種晶及β-Ga 2O 3的燒結體(結晶原料)且以β-Ga 2O 3的熔點(約1795[℃])附近的溫度梯度成為2～10[℃/cm]之方式在設定有溫度分布之1800[℃]以上的大氣環境下的爐本體14內使之熔解。接著，併用坩堝22的下降移動與爐本體14內的溫度下降以進行單向凝固。其後，將冷卻的坩堝22剝離以取出成長結晶。以此方式將4[in]尺寸的β-Ga 2O 3結晶的製造實施一定次數後，確認已冷卻的發熱體34的狀態。
圖4係顯示實施例1之β-Ga 2O 3結晶生長後的發熱體34，圖5係顯示實施例2之β-Ga 2O 3結晶生長後的發熱體34。分別為圖4A及圖5A係設置於爐本體14內的狀態，圖4B及圖5B係從爐本體14內卸下的狀態。以實線箭頭指出破損部位，以虛線箭頭指出變形部位。又，本文中，將「具有16個部位(在此，1根U字狀的發熱部34a算有2個部位)的發熱部34a中有幾個部位的發熱部34a產生破損呢?」表示為破損的發生頻率，又，將「具有8根發熱體34中有幾根發熱體34產生變形呢?」表示為變形的發生頻率。
又，圖6係顯示關於參考例的發熱體34方面，係以二矽化鉬(MoSi 2)作為材料之習知的電阻加熱型發熱體(SANDVIK公司製)，將整體(發熱部34a及導電部34b)以具有1850[℃]的耐熱性的材質構成的發熱體34(發熱部34a：φ4[mm]；導電部34b：φ9[mm])在爐本體14內配設10根以製造經β-Ga 2O 3結晶後的發熱體34。
使用實施例1的發熱體34時，在結晶生長後的發熱體34中，如圖4A所示，有1根發熱體34變形(變形頻率：1/8)，3個部位的發熱部34a破損(破損頻率：3/16)。將此發熱體34從爐本體14內卸下後，各發熱體34(發熱部34a)會稍脆脆弱，如圖4B所示，從爐本體14內卸下時，最終有8個部位的發熱部34a破損(破損頻率：8/16)。惟，也可不更換(卸下)發熱體34而在圖4A所示的狀態下，進一步製造β-Ga 2O 3結晶。又，確認到：在導電部34b中可看到表層的一部分已熔解之粉體的附著。如此，實施例1之發熱體34的變形及破損的程度，與習知的發熱體34(如圖6的實線箭頭所示，在發熱體34設置於爐本體14內的狀態下有6個部位破損)相較之下為相同程度。因此，使用實施例1的發熱體34的情況，雖然導電部34b稍微劣化，但是可將因熱所致之發熱體34的變形或破損抑制為與習知相同程度，顯示出可更加低成本化。
此外，在參考例的爐本體14中沒有設置爐內管30，構成爐空間15的外壁之耐熱材14a變得容易變形。因此，在參考例的發熱體34中，導電部34b沒有被充分地支持而使發熱部34a產生位置偏移，結果，主要在發熱部34a的前端產生了破損。
又，使用實施例2的發熱體34時，在結晶生長後的發熱體34中，如圖5A所示，有1根發熱體34變形(變形頻率：1/8)，1個部位的發熱部34a破損(破損頻率：1/16)。將此發熱體34從爐本體14內卸下後，各發熱體34維持著牢固的強度，如圖5B所示，從爐本體14內卸下時，最終有2個部位的發熱部34a破損(破損頻率：2/16)。如此，實施例2的發熱體34中，顯示出與參考例之習知的發熱體34或實施例1的發熱體34相較之下可進一步大幅抑制發熱體34的變形或破損。圖5所示的發熱體34係製造了複數次β-Ga 2O 3結晶之後的構成，但亦可在沒有更換(卸下)發熱體34而在圖5A所示的狀態下，進一步製造β-Ga 2O 3結晶。又，如圖5B所示，實施例2的發熱體34中，顯示出在導電部34b幾乎不會產生粉體的附著，藉由利用連接部34c保護發熱部34a的基端至與導電部34b連結的連結部位，也可防止導電部34b的劣化。
此外，本發明並不限定於以上說明的實施形態，可在不脫離本發明的範圍內進行各種變形。尤其，在此，係舉VB爐為例來作說明，但同樣利用垂直方向的溫度梯度之VGF爐當然也可適用。又，對於利用水平方向的溫度梯度的HB爐及HGF爐也是，由於容易產生電阻加熱型發熱體的變形或破損的部位是共通的，所以可適用本發明。
10:製造裝置 12:基體 13:貫通孔 14:爐本體 14a耐熱材 15:爐空間 15a:凹部 16:坩堝承軸 18:熱電偶 20:接合器 24:吸氣管 26:排氣管 28:爐心管 28a:頂板 30:爐內管 31:貫通孔 32:支持構件 34:發熱體 34a:發熱部 34b:導電部 34c:連接部 36:與發熱體的安裝相關之構件
圖1係顯示本發明的實施形態之氧化鎵結晶的製造裝置的例子之概略圖(垂直剖面圖)。 圖2係顯示圖1所示之氧化鎵結晶的製造裝置的發熱體的例子之概略圖(正面圖)。 圖3係就圖1所示之氧化鎵結晶的製造裝置中的發熱體的發熱部的彎曲寬度進行說明之說明圖(圖1A的III-III線剖面圖)。 圖4係顯示製造了β-Ga 2O 3結晶後之實施例1的發熱體的照片。 圖5係顯示製造了β-Ga 2O 3結晶後之實施例2的發熱體的照片。 圖6係顯示製造了β-Ga 2O 3結晶後之參考例的發熱體的照片。
34:發熱體
34a:發熱部
34b:導電部
34c:連接部

Claims (8)

  1. 一種氧化鎵結晶的製造裝置，其特徵為， 具備： 由耐熱材構成之爐本體； 配置於前述爐本體內之坩堝；及 配設於前述坩堝的周圍之發熱體， 前述發熱體係連接有發熱部及直徑比該發熱部的直徑大的導電部而成的電阻加熱型發熱體，前述發熱部係以具有1850℃的耐熱性之材質構成，前述導電部係以具有1800℃的耐熱性之材質構成。
  2. 如請求項1之氧化鎵結晶的製造裝置，其中 前述發熱體為，前述發熱部係隔介連接部連接於前述導電部，該連接部係形成直徑比該發熱部的直徑大且比前述導電部的直徑小且以具有1850℃的耐熱性之材質構成。
  3. 如請求項2之氧化鎵結晶的製造裝置，其中前述發熱體之前述發熱部的直徑(x)與前述連接部的直徑(y)與前述導電部的直徑(z)的比(x：y：z)為3≦x≦9、4≦y≦12、6≦z≦18(其中，x＜y＜z)。
  4. 如請求項3之氧化鎵結晶的製造裝置，其中前述發熱體之前述發熱部的直徑(x)與前述連接部的直徑(y)與前述導電部的直徑(z)的比(x：y：z)為y≦3x且z≦2y且z≦4x(其中，x＜y＜z)。
  5. 如請求項1至4中任一項之氧化鎵結晶的製造裝置，其中前述發熱體係由MoSi 2構成。
  6. 如請求項1至5中任一項之氧化鎵結晶的製造裝置，其中前述發熱體為，前述導電部係插通前述爐本體的上部且在前述爐本體內設置於鉛直方向，前述發熱部係於前述爐本體內在前述導電部的前端往鉛直方向延伸設置，形成在側視圖呈直線狀。
  7. 如請求項1至5中任一項之氧化鎵結晶的製造裝置，其中前述發熱體為，前述導電部係插通前述爐本體的側部且在前述爐本體內沿鉛直方向折曲而設置，前述發熱部係於前述爐本體內在前述導電部的前端往鉛直方向延伸設置，形成在側視圖呈L字狀。
  8. 如請求項1至7中任一項之氧化鎵結晶的製造裝置，其中前述發熱體係對前端形成U字狀的前述發熱部連接有2根前述導電部， 前述發熱部的直徑為3mm～9mm， 前述發熱部的彎曲寬度小於40mm。
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US4038201A (en) * 1972-03-24 1977-07-26 Optovac, Inc. Polycrystalline bodies and means for producing them
US8241424B2 (en) * 2005-09-30 2012-08-14 Sumco Techxiv Kabushiki Kaisha Single crystal semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method
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