一种红外线集中加热式的浮区熔化装置，样品的熔化部处的周向温度梯度较小，其垂直方向的温度梯度陡峭，且能得到足够高的最高到达温度，能形成稳定的熔化状态。在将旋转椭圆面反射镜（２）相对地配置在正交轴上的四椭圆镜型的浮区熔化装置中，将旋转椭圆面反射镜（２）的离心率设为０．４～０．６５，并将旋转椭圆面反射镜（２）的深度与开口部直径之比设为０．３８～０．７５。作为旋转椭圆面反射镜（２），使用玻璃镜。另外，通过将旋转椭圆面反射镜（２）配置成从一个焦点到另一个焦点的直线朝下方倾斜，使被反射面反射的红外线从斜上方朝样品照射，能生长大口径的单晶。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过在旋转椭圆面反射镜的一个焦点上设置红外灯、使从旋转 椭圆面反射镜的反射面反射的红外线在另一个焦点上聚焦来将样品加热并熔 化、以生长单晶等时使用的红外线集中加热式的浮区熔化装置。
技术介绍
红外线集中加热式的浮区熔化装置具有(i)可在不使用坩埚情况下进行 样品的熔化、(ii)可任意选择气氛气体、(iii)可利用浮区法来进行各种组成 的单晶生长、(iv)可根据浮区慢冷却法来进行相平衡研究、(V)能以较少的电 力容易地得到高温等优点，为了进行单晶的生长和相平衡的研究等而被广泛使 用。为了将浮区熔化装置用于单晶的生长，就要满足能在样品的熔化部得到 高温；以样品的棒轴为中心的周向上的温度均匀；垂直方向(样品的棒轴向)的 温度分布陡峭、局部加热容易、能将熔化液容易地保持在样品棒上等条件。以 往，为了满足这样的条件，开发了各种形式的红外线集中加热式的浮区熔化装 置。图6(a)是说明使用单椭圆镜炉的以往的红外线集中加热式的浮区熔化装 置的图，表示在单椭圆镜炉ll内加热圆棒状的样品棒4a的状态。该浮区熔化 装置使用一个椭圆镜2，在其两个部位的焦点位置中的一个焦点位置上设置有 卣素灯、氙灯等红外灯3。此处，椭圆镜2是金属镜。从一个焦点位置发出的 来自红外灯3的红外线在椭圆镜2上反射并被聚焦在另一个焦点位置上。在该 红外线聚焦的焦点位置上，样品棒4a被加热，形成熔化体。通过使样品棒4a 和红外灯3沿轴向慢慢相对移动，使生长结晶4b以棒状生长。在该使用单椭圆镜炉11的方式下，红外灯3的光的利用效率最高。然而，在该方式下，样品棒4a的与红外灯3相反的一侧的区域的温度很难上升，红 外灯3侧的区域5的温度相对变高，如图6(b)所示(符号7表示等温线，符号 8表示从样品棒4a的中心轴离开的等距线)，样品棒4a的熔化部在水平面上的 以棒轴为中心的周向上产生温度分布。为了改善该温度分布的偏倚，开发了图7(a)所示的使用双椭圆镜炉21的 装置。在该浮区熔化装置中，将椭圆的一部分被切断的一对椭圆镜2以一个焦 点位置相同的形态沿横向配置在直线上，利用配置在这些椭圆镜2的另一个焦 点位置上的一对红外灯3从两侧对样品棒4a进行加热。在该使用双椭圆镜炉21的方式下，由于能从横向的两侧加热样品棒4a， 因此与单椭圆镜炉相比，可改善周向温度分布。然而，在样品棒4a的周向上 会像图7(b)那样产生温度分布，与设置有一对灯3的方向相比，其垂直方向的 温度变低。虽然周向上实际会产生多少温差还取决于所使用的红外灯3的灯丝的大 小、形状等，但在通常的使用方法中，单椭圆炉、双椭圆炉都会产生IO(TC左 右、或者超过IO(TC的温差。作为减小该温差的措施，通过使用与聚焦区域的 大小相比灯丝尺寸较大的灯能一定程度地减小温差，但在欲采用这样的聚焦方 式、利用浮区熔化法进行单晶生长时，垂直方向的温度梯度会变得平缓，形成 的熔化体会滴落。因此，特别是为了通过浮区熔化法来进行单晶生长时，就不 仅要使周向的温度梯度变得均匀，同时还要使垂直方向的温度梯度保持陡峭。图8表示单椭圆炉和双椭圆炉中熔化部的周向温度分布的一例。如这个例 子也有表示，最高温度部与最低温度部的温差可达最高温度值的10%。产生这 种温度分布的条件对于使高质量的单晶生长而言当然是不理想的。为了进一步改善该温度分布的偏倚，开发了四椭圆镜型的装置，在双椭圆 镜炉的基础上进一步追加两个椭圆镜，将彼此共有一个焦点位置的四个椭圆镜 配置在正交轴上，以能从四面加热样品棒(专利文献l)。专利文献1:日本专利特开平9 — 235171号公报专利技术的公开专利技术所要解决的技术问题通过该使用四个椭圆镜而从四面加热样品棒的方式，周向的温度分布 可大幅度改善。但是，在单晶的生长中，除了周向温度分布均匀以外，如 上所述，还要满足其垂直方向的温度梯度陡峭、最高到达温度足够高，虽 然以往的四椭圆镜型的装置能提高最高到达温度，但垂直方向的温度梯度 会变得平缓，因此熔化液容易滴落，存在很难稳定地保持熔化带的缺点， 未能得到满足上述所有条件的方式。另外，以往使用的是在作为椭圆镜进行机械加工后通过在表面上镀金 而制作成的金属镜，但在该方式下不仅金属镜的制作成本高，而且与玻璃 镜相比很难提高表面的加工面精度，存在无法得到陡峭的垂直方向的温度 梯度的问题。本专利技术的目的在于，提供一种样品的熔化部处的周向温差较小、其垂 直方向的温度梯度陡峭、且能得到足够高的最高到达温度、能形成稳定的 熔化状态的红外线集中加热式的浮区熔化装置，同时，提供一种具有用于 实现口径远比使用以往的浮区熔化装置时大的单晶的生长的、来自斜上方 的倾斜照射机构的高性能单晶合成装置。解决技术问题所采用的技术方案本专利技术的浮区熔化装置是一种红外线集中加热式的浮区熔化装置，在以内 表面作为反射面的形态相对配置在正交轴上的四个旋转椭圆面反射镜的一个 焦点上设置红外灯，通过使从上述反射面反射的红外线聚焦在另一个焦点上来 加热样品，上述浮区熔化装置的特征是，上述旋转椭圆面反射镜的离心率是0. 40 0. 65，且反射镜的深度与开口部直径之比是0. 38 0. 75。 此处，上述离心率用下式来定义 (a2—b2)'/2/a(其中，a表示椭圆长轴的长度，b表示短轴的长度)。 这样，通过将椭圆镜的离心率、反射镜的深度与开口部直径之比设定在规 定范围内，能使用玻璃镜作为椭圆镜的原材料。这是由于消除了这样的限制在通常的玻璃镜的制造方法中，首先预先制作椭圆镜的模具，在其上覆盖被软化的玻璃板并使其固化，之后将其从模具拆下，但欲制造较深的反射镜时，无 法将玻璃板从模具上拆下，因此不得不使用金属镜。通过使用与金属镜相比反 射效率良好的玻璃镜，光的集中性能提高，即便使用较浅的椭圆镜也能得到较 高的最高到达温度。由此，能克服在以往的方法中因使用四个椭圆镜而造成垂 直方向的温度梯度变得平缓的缺点。本专利技术的浮区熔化装置的另一个优点在于通过使用四个以上的较浅的椭 圆镜，即使从上述旋转椭圆面反射镜的一个焦点到另一个焦点的直线以朝下方 倾斜的形态配置，被上述反射面反射的红外线从斜上方朝样品照射，也能维持 均匀且较高的最高到达温度。(以下，将该装置称作"倾斜型浮区熔化装置")。 能从斜上方均匀地照射红外线对单晶生长而言意义很大。详细内容在下面进行 说明，其中之一是能很大程度地改变以往的浮区熔化法在单晶生长方面的最 大缺点、即无法增大生长单晶直径的特性，能实现大口径单晶生长。在上述倾斜型浮区熔化装置的理想的一形态中，六个或八个上述旋转椭圆面反射镜等间隔地配置。在生长直径超过100mm那样的大口径单晶时，与使用四个椭圆镜的方式相比，有时使用六个或八个椭圆镜容易将生长条件控制成最 佳。在上述倾斜型浮区熔化装置的理想的其它形态中，包括位置调节机构，该 位置调节机构使上述旋转椭圆面反射镜以上述样品的配置位置为中心沿径向 水平移动。这样，通过设置能任意调整旋转椭圆面反射镜的个数、倾斜角度、 位置的机构，能容易地将焦点位置配置在与材料的光吸收特性、单晶的口径大 小相应的最佳位置上，能以与单晶的口径相应的最佳的光学配置来进行稳定的 生长。在上述倾斜型浮区熔化装置的理想的其它形态中，在结晶生长部下侧设置 有加热部。这样一来，用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种浮区熔化装置，是一种在以内表面作为反射面的形态相对配置在正交轴上的四个旋转椭圆面反射镜的一个焦点上设置有红外灯、通过使从所述反射面反射的红外线聚焦在另一个焦点上来加热样品的红外线集中加热式的浮区熔化装置，其特征在于， 所述旋转椭圆 面反射镜的离心率是０．４０～０．６５，且反射镜的深度与开口部直径之比是０．３８～０．７５。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：进藤勇，
申请(专利权)人：株式会社水晶系统，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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