JPS61106485A - 単結晶育成装置 - 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］ この発明は、赤外線による集中加熱手段によって原料棒
を溶解して種結晶棒に対して結晶を成長させる単結晶の
育成装置に関する。

［背明技術］ 単結晶の育成装置にあっては、原料棒と種結晶棒とを近
接する状態で対向設定し、その対向部分を加熱して上記
原料棒を溶解し、種結晶棒の先端部分に結晶を成長させ
るように構成している。このような育成装置にあっては
、その溶解のための熱源として種々のものが使用されて
いるものであるが、例えばハロゲンランプ、キセノンラ
ンプ等の赤外線光源が用いられる。このような熱源は、
例えば回転楕円面鏡を用いて、その光源からの光を一点
に集中させるように構成しているもので、具体的には回
転楕円面鏡の一方の焦点位置に上記光源を設定し、他方
の焦点位置に上記種結晶棒と原料棒の対向する位置に対
応する溶融部が設定されるようにしている。

すなわち、種結晶棒の先端と原料棒の先端とが接触する
ような状態となる部分に対して、上記光源からの光が集
中し、高温状態に加熱されて溶融させられるようになる
もので、この部分に溶融浮遊帯が形成されるようになる
。このような状態で上記種結晶棒と共に原料棒を引き下
げることによって、種結晶棒の先端部分に単結晶が育成
成長されるものである。

このように構成される育成装置にあっては、熱源となる
光源からの光が一点に集中される状態となるものである
ため、効果的に浮遊帯部分の温度を上昇させることので
きるものであるが、その原理上から浮遊帯からｆ！結晶
棒の先端方向の育成された結晶体に至る方向で温度勾配
が急激な状態となる。このため、育成された結晶の冷却
速度が大きな状態となるものであり、その急激な温度勾
配によって育成された結晶に対してクラック、歪み等の
欠陥が発生するおそれがある。

［゛発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
赤外線集中加熱手段を用いたような場合にあって、原料
棒と種結晶棒の対向する部分に発生する、原料棒の溶解
された浮遊帯において、すでに育成された結晶部分の急
激な冷却動作による温度低下状態が存在せず、その結晶
部分に緩やかな温度勾配が設定されて、育成された結晶
に対してクラック、歪み等の欠陥が発生しないようにし
て良質の単結晶が確実に育成されるようにする単結晶の
育成装置を提供しようとするものである。

【問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る単結晶の育成装置にあっては
、回転楕円面鏡の一方の焦点位置に対して赤外線光源を
設定すると共に、上記楕円面鏡の他方の焦点位置に対し
て浮遊帯が設定されるようにするものであり、特にこの
浮遊帯部分の外側部分に対して、上記光源からの光を分
散させる光学レンズ機構を設定し、この光学レンズ機構
によって上記光源からの光を育成された結晶体の方向に
分散供給して、この結晶体部分の温度勾配を緩やかな状
態に設定させるようにするものである。

［作用］ 上記のように構成される単結晶の育成装置によれば、原
料棒と種結晶棒とが対向設定される浮遊帯部分において
、光学レンズ機構によって集中する光源が分散設定され
るものであり、特にすでに育成された結晶体方向に温度
勾配が設定されるようになるものであるため、この結晶
体に対してクラック、歪み等の欠陥が発生するような状
態が効果的に阻止されるようになる。したがって、良質
の単結晶が安定して育成されるようになるものである。

［実施例１ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその断面構造を示したもので、この装置は回転
楕円面１１１１の内部に対して設定される。すなわち、
この楕円面鏡１１の第１の焦点位ＩＦＩに対してハロゲ
ンランプによる赤外線光源１２が設定されている。また
、この回転楕円面鏡の第２の焦点位置Ｆ２に対応して、
原料棒１３および種結晶棒１４が配置設定されるもので
、上記原料棒１３は上方の第１のシャフト１５に対して
取付は設定され、また種結晶棒１４は下方の第２のシャ
フト１６に対して取付は設定されている。この場合上記
第１および第２のシャフト１５および１６は同軸的位置
に配置設定されており、原料棒１３の下方先端と種結晶
棒１４の上方先端とが近接する状態で対向設定されるも
ので、その先端相互間に浮遊帯１７が形成され、この浮
遊帯１１部分が上記第２の焦点位ｆｉｆＦ２どなるよう
に設定されている。

この場合、上記第１および第２のシャフト１５および１
６を含む部分は、回転楕円！！１１の外部に導出される
状態で石英ガラスによる保護管１８が設定されているも
ので、この保護管１８を透過して光源１２からの赤外線
が浮遊帯１７に対して照射されるようにしている。

ここで、詳細は図示してないが上記第１および第２のシ
ャフト１５および１６は、独立に回転駆動されるように
なっているものであり、また結晶の育成に対応して第２
のシャフト１６、すなわち種結晶棒が下方に移動される
ようにされ、さらに第１のシャフト１５すなわち原料棒
１３も結晶を育成する原料を補給するように下方に移動
されるようになっている。

第２図および第３図は上記浮遊帯１７に対応する部分を
取出して詳細に示すもので、種結晶棒１４の外周部分に
対して円筒形状のプリズム型レンズ１９が設定されてい
る。このレンズ１９は例えば石英ガラスを光学研磨して
構成されるもので、その先端部分が第２の焦点位ｌＦＦ
２の高さに一致するように保持パイプ２０によって保持
設定されている。この保持パイプ２０は、アルミナ等の
耐熱性材料によって構成されている。

すなわち、上記のように構成される単結晶の育成ＨＷに
おいて、赤外線光源１２から発生された赤外線は、回転
楕円面１ｉ１１で反射されて、第２の焦点位置Ｆ２に集
められる。この集光される焦点位ＩＦ２には、原料棒１
３と種結晶棒１４の間の浮遊帯１７が形成されるように
なるもので、上記したように種結晶棒１４と共に原料棒
１３を下げる方向に移動することによって、種結晶棒１
４の先端部分に単結晶が育成される。

このような結晶育成工程において、上記レンズ１９が焦
点Ｆ２より下側に設定されている場合には。

光源１２からの赤外線は全部が焦点Ｆ２に集光されるこ
となく、その一部は種結晶棒１４側に屈折され、この種
結、５棒１４に対して集光される状態となる。

すなわち、光源１２から発生された赤外線は、焦点Ｆ１
からその下側に広がりをもった領域に集められるように
なり、種結晶棒１４側に育成された結晶に対して、広が
りをもつ状態で照射され、育成された単結晶体の温度が
緩やかな勾配をもって設定されるようになる。

すなわち、上記プリズム型レンズ１９が存在しない状態
では、育成された単結晶体部分の温度勾配が、第４図に
破線で示すような状態にあるのに対して、上記レンズ１
９を設定することによって、この単結晶体部分の温度勾
配は、第４図に実線で示す状態となるもので、この結晶
体部分の濃度勾配が緩やかになるものである。

このように育成された結晶部分における温度勾配が緩和
されるようになると、この結晶に加わる熱歪みが充分に
小さなものとされるものであり、この結晶体部分におけ
るクラックの発生が効果的に抑制されるものである。

また、この温度勾配の緩和は、浮遊帯１７の溶融部液相
と結晶の固相との固液界面の形状を変化させ、結晶成長
機構に対しても影響を与えるようになり、結晶品位の向
上に効果を発揮するようになる。

上記実施例では、光学系レンズ開講として断面形状が三
角形状のプリズム型の状態で示したが、このレンズ機構
は任意の形状に選定できるものである。例えば、第５図
に示すように凸レンズ型のレンズ機構２１によって構成
しても、第４図で示したような温度勾配が効果的に設定
できるものである。

また、これまでの説明では、種結晶棒１４の外周部分を
同心円型に取囲む状態でレンズ機構を設定するように説
明したが、第６図の（Ａ）および（８）に示すように長
方形の４ｇのプリズム２２ａ〜２２ｄを正方形状に並べ
て、浮遊帯１７を取囲むように設定するようにしてもよ
い。

これまで説明した実施例にあってたは、光学レンズ機構
を全て保！！管１８の内部に配置設定する状態で示した
が、この保護管１８の外部であっても、光１［１１２か
らの赤外線を焦点Ｆ２に至る経路から外すように制御で
きる位置ならば、その設定位置は任意に選択できるもの
である。

また、この光学レンズは石英ガラスで構成するように説
明したが、結晶の成長温度で溶解することがなく、赤外
線の透過率の高い材料であれば。

任意に選択できるものであり、設定場所によっては並ガ
ラス、水晶、サファイア等が使用できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る単結晶育成装置によれば、
種結晶棒の先端部分の浮遊帯部分において、育成された
結晶の方向、すなわち上記種結晶棒の方向に向けて赤外
線が分散する状態で照射されるようになる。したがって
、育成された結晶体部分にあっては、浮遊帯部分から種
結晶棒方向に向けて緩やかな温度勾配が設定されるよう
になるものであり、急激な温度勾配による内部歪みの発
生が効果的に抑制され、育成された結晶体に対してクラ
ック等の欠陥の発生することが防止されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る単結晶の育成装置の
構成を説明する断面構成図、第２図は上記装置の結晶を
育成する主要部分を取出して示す断面図、第３図は上記
第２図の■−■に沿う断面図、第４図は上記装置の育成
された結晶部分の温度勾配を説明する図、第５図はこの
発明の他の実施例を説明するレンズ機構部を示す図、第
６図の（Ａ）はさらに他の実施例を説明する結晶育成部
の断面図、同じく（Ｂ）は（Ａ＞図のレンズ機構部を上
から見た説明図である。 １１・・・回転楕円面鏡、１２・・・赤外線光源（ハロ
ゲンランプ）、１３・・・原料棒、１４・・・種結晶棒
、１７・・・浮遊帯、１８−・・保護管、１９．２１．
２２ａ　〜２２ｄ　・・・レンズ。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第　ＩＴＡ Φ ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転楕円面状の鏡の一方の焦点位置に設定した赤外線の
   発光源と、上記鏡の他方の焦点位置に溶融部が設定され
   るように対向設定された種結晶棒および原料棒と、上記
   他方の焦点位置の溶融部の外側部に設定され上記赤外線
   発光源からの赤外線光を少なくとも種結晶棒の方向に分
   散されるようにする光学系レンズ機構とを具備し、成長
   される結晶側の温度分布温度勾配が調節設定されるよう
   にしたことを特徴とする単結晶の育成装置。