JPS628145Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 最近ハロゲンランプ、キセノンランプなどの光
源の光を反射鏡で集中して加熱を行う装置、即ち
輻射線加熱装置が結晶成長、各種物質の溶融、高
温での物性の研究などに広く使用されるようにな
つた。このような目的においては被加熱物（試
料）を特殊なガスあるいは高圧などの雰囲気中で
高温に加熱することが要求されることが多い。

輻射線加熱装置は光による加熱であるために、
試料を石英等の耐熱性のガラスで構成された室あ
るいは容器（雰囲気室）の中に設置し、その雰囲
気室内に所望の雰囲気ガスを導入して、雰囲気室
の外側から光を集中して加熱が行われる。

このような雰囲気室はガラス製であるために壊
れ易く、オペレータの不注意あるいは雰囲気の圧
力によつて破壊することが起り得る。このような
破壊が起こると、雰囲気室内の雰囲気ガス、試料
からの蒸発物、ガラスの破片などが外部に放出さ
れオペレータに危険を与える可能性がある。

最近、特異な性質を持つ半導体、セラミツク、
金属などの新材料の発見あるいは開発に対する努
力が各方面でなされているが、そのような場合に
は、有毒な雰囲気ガスの使用、試料からの有毒な
蒸気の蒸発、高圧雰囲気など危険な条件が要求さ
れることが多くなつている。このような場合には
前述のようなガラス製の雰囲気室の破壊がオペレ
ータを極めて危険な状態に直面させることになる
ので、前述のような輻射線加熱装置の安全性に関
する改善が強く要求されるようになつてきた。

本考案は上述のような輻射線加熱装置における
ガラス製雰囲気室の破壊に伴うオペレータに対す
る危険を除去した安全性の高い装置を提供するこ
とを目的としたものである。

第１図は従来の輻射線加熱装置の一実施例で、
ハロゲンランプの光を回転楕円面鏡で集中して試
料を加熱溶融させ、フローテイングゾーン方式に
より結晶を成長させる装置を表わす。

第１図において、１は内面に反射面を持つ回転
楕円面鏡を、２は回転楕円面鏡１の取りはずし可
能な部分を各々表わす。この回転楕円面鏡１は２
つの焦点F₁とF₂を持つ、３はハロゲンランプ
（光源）で、焦点F₁上に設けられている。４は種
結晶、５は素材棒、６は溶融部を各々表わす。さ
らに、７は種結晶４を保持している保持棒、８は
素材棒５を保持している保持棒を各々表わす。ま
た９は石英管を、１０および１１は石英管９を保
持するための保持筒を、１２，１２′，１３，１
３′，１４，１４′は各々Ｏリングを表わす。さら
に１５は雰囲気ガス入口を、１６は雰囲気ガス出
口を、１７および１８は基板を各々表わす。

回転楕円面鏡１は加熱効率を高めるため回転楕
円面のほぼ全面から成る空洞状をしている。また
石英管９、ランプ３等のとりはずしのため回転楕
円面鏡１の１部（２の２部）が取りはずしできる
ようになつている。

第１図において、ハロゲンランプ３は回転楕円
面鏡１の一方の焦点F₁上に設けられているので
その光は回転楕円面鏡１で反射された後に石英管
９を通して他方の焦点F₂に集中される。その結
果、種結晶４と素材棒５の接合部が溶融して溶融
部６が形成される。この状態を保つて保持棒７お
よび８を同じ速度でゆつくりと移動させると、種
結晶４の上に新しい結晶が成長する。

石英管９は第１図に示すように保持筒１０およ
び１１で保持されており、回転楕円面鏡１に設け
られた開口部を通して回転楕円面鏡１に接触しな
いように設けられている。また、石英管９の内
面、保持筒１０，１１、基板１７，１８とで囲ま
れた空間はＯリング１２，１２′，１３，１３′，
１４，１４′でシールされており、密封された零
囲気室を形成している。零囲気ガス入口１５から
所望の雰囲気ガスを雰囲気室に導入することによ
つて、溶融部６の周囲を所望の雰囲気に保つこと
ができる。雰囲気ガスの流通が必要な場合には、
雰囲気ガス出口１６から所望の速度で雰囲気ガス
を排出することもできる。

石英管９は上述のように、雰囲気室を構成する
と同時に、試料から蒸発した蒸気が回転楕円面鏡
１の表面に付着して、その性能が低下するので防
止する役目も果している。

高温において蒸気圧の高い物質の結晶成長を行
う場合には、蒸発を抑えるために雰囲気の圧力を
高めることが必要となる。

また、ある種の物質の結晶成長を行う場合には
有毒なガスの雰囲気中で行わなければならない・
（例えばGaAsの結晶成長はAsガスを含む雰囲気
中で行われる。） また、ある種の物質の結晶成長を行うと、試料
から有毒な蒸気が蒸発する（例えばGaAsの場合
Asが蒸発する。）。

一方、第１図の装置においては、石英管９が回
転楕円面鏡１の外に露出している部分があり、オ
ペレータの不注意で石英管９を破壊することが起
り得る。また、石英管９は30気圧程度の圧力を掛
けて高温に加熱すると破裂することもある。

前述のように有毒な雰囲気を使用して結晶成長
を行つている場合、あるいは有毒な蒸気が蒸発す
る物質の結晶成長を行つている場合に石英管９が
破壊すると、その有毒なガスあるいは蒸気が外部
に放出されて、オペレータなどが重大な危険に曝
されることになる。

また、高圧で石英管９が破裂すれば、その破片
が飛散してオペレータなどに危害を与えることに
なる。

以上説明したように、第１図に示した如き従来
の輻射線加熱装置は通常の条件（安全な零囲気ガ
ス、蒸発の少い試料、低圧力）での結晶成長に対
しては安全上特に問題になることはないが、上述
のように高圧あるいは有毒な雰囲気での結晶成長
あるいは有毒な蒸気の蒸発の起る物質の結晶成長
に対しては危険性が高く、その改善が要求されて
いる。

本考案は上述のような従来の輻射線加熱装置に
付随する雰囲気室の破壊に伴う危険の除去された
安全性の高い輻射線加熱装置を提供することを目
的としたものである。

第２図は本考案の一実施例であり、第１図と同
様にハロゲンランプを光源とする輻射線加熱装置
を使用したフローテイングゾーン方式による結晶
成長装置に本考案を採用した場合が示されてい
る。

第２図において、２１は２つの焦点F₁および
F₂を有する回転楕円面鏡、２２は回転楕円面鏡
２１の取りばずし可能な部分、２３はハロゲンラ
ンプ、２４は種結晶、２５は素材棒、２６は溶融
部、２７は種結晶２４を保持するための保持棒、
２８は素材棒２５を保持するための保持棒、２９
は石英管、３０および３１は石英管保持筒、３
２，３２′，３３，３４，３４′はＯリング、３５
は雰囲気ガス入口、３６は雰囲気ガス出口、３７
は基板を各々表わす。

一方の焦点に設けられたハロゲンランプ２３の
光は反射鏡２１および２２で反射されて、石英管
２９を通して他方の焦点F₂に集中され、種結晶
２４と素材棒２５の接合部を溶融させ、溶融部２
６が形成される。この状態を保つて保持棒２７お
よび２８を同じ速度でゆつくり下方に移動させる
と、種結晶２４の上に新しい結晶が成長する。こ
の点については本実施例も、第１図の従来例と全
く同一の機能を果す。

第２図の本考案の実施例において、回転楕円面
鏡２１の内部はＯリング３３，３４，３４′によ
り密封されている。またハロゲンランプ２３のソ
ケツト部は図示されていないが、Ｏリングあるい
はハーメチツクシールなどを利用してシールされ
ており、回転楕円面鏡２１の内部の空洞は完全に
シールされ外気と遮断されている。

また、石英管２９は回転楕円面鏡２１の内部に
図示のように設置されている。回転楕円面鏡２１
の内部の空間に対して、石英管２９の内部はＯリ
ング３２，３２′でシールされており、石英管２
９の内部と回転楕円面鏡２１の内部の間の雰囲気
の流通が防止されている。従つて、溶融部２６か
ら蒸発した蒸気が回転楕円面鏡２１の内面に付着
して反射率が低下するようなことは起らない。

石英管２９の内部と保持筒３０および３１の内
部とで形成される空間はＯリング３２，３２′，
３４，３４′でシールされており、密閉された雰
囲気室を形成している。この雰囲気室内部に雰囲
気ガス入口３５から所望の雰囲気ガスを導入する
ことができる。また、雰囲気ガスの流通が必要な
場合には雰囲気ガス出口３６から所望の速度で雰
囲気ガスを排出することもできる。

第２図の実施例において石英管２９は密閉され
た回転楕円面鏡２１の内部に設置されており、本
装置の作動中にオペレータが誤つて石英管２９を
破損するようなことは起らない。

また、石英管２９が雰囲気ガスの圧力あるいは
高温のために破壊したとしても、その破片、有毒
な雰囲気ガス、溶融部からの有毒な蒸発物などが
密封された回転楕円面鏡２１の外に放出されるこ
とがない。

このように、本考案の実施例では石英管を使用
した雰囲気室が、密閉された回転楕円面鏡の内部
に設けられているために、従来の装置に関して存
在した石英管の破壊に伴う危険がほとんど完全に
除去できた安全性の高い輻射線加熱装置が実現さ
れている。

以上の説明においては、１個の回転楕円面鏡の
一方の焦点に光源を設け、他方の焦点に光を集中
して加熱する如き輻射線加熱装置を一実施例とし
て示したが、本考案の効果は、２個以上の回転楕
円面鏡を設け、各々の回転楕円面鏡の焦点上に設
けられた光源の光を集中して加熱する如き加熱装
置においても同様に発揮される。

第３図は上述のような複数の回転楕円面鏡を組
合せた輻射線加熱装置の一実施例で、２個の回転
楕円面鏡を対向させた加熱装置をフローテイング
ゾーン方式の結晶成長に適用した場合を示す。

第３図において、４１および４２は回転楕円面
鏡、４３および４４はハロゲンランプ、４５は種
結晶、４６は素材棒、４７は溶融部、４８および
４９は各々種結晶４５と素材棒４６のための保持
棒、５０は石英管、５１および５２は石英管５０
の保持筒、５３，５３′，５４，５５，５５′はＯ
リング５６は雰囲気ガス入口、５７は雰囲気ガス
出口、５８は基板を各々表わす。

２つの焦点F₁とF₂およびF₁′とF₂′を持つ２つの
回転楕円面鏡４１と４２が、F₂とF₂′が一致する
ように対向して設けられており、F₁およびF₁′上
に設けられた２個のハロゲンランプ４３および４
４の光をF₂，F₂′に集中して試料を加熱溶融して
フローテイングゾーン方式で結晶を成長させるこ
とができる。

回転楕円面鏡４１と４２の内部はＯリング５
３，５３′，５４，５５，５５′によりシールされ
ており、密封されている。なお、ハロゲンランプ
４３，４４のソケツト部は図示されていないが、
Ｏリングあるいはハーメチツクシールなどにより
シールされている。

石英管５０はこのようにして密封された回転楕
円面鏡４１，４２の中に設けられている。さらに
Ｏリング５３，５３′により石英管５０の中の雰
囲気ガスが回転楕円面鏡４１，４２の内部に入ら
ないようにシールされている。

従つて、溶融部４７から蒸発した蒸気が回転楕
円面鏡４１，４２の反射面に付着して反射効率を
低下させることを防止することができる。

また、石英管５０が外部に露出していないので
オペレータが本装置の作動中に誤つて石英管５０
を破壊するような事故は起り得ない。

さらに、石英管５０が雰囲気の圧力あるいは高
温などによつて破裂した場合にも、石英管の破
片、有毒な雰囲気ガス、有毒な蒸発物などが外部
に洩れることがなく、オペレータなどに対する危
険を完全に除去することができる。

以上の説明では光源としてハロゲンランプを使
用した場合を示したが、キセノンランプ、水銀ラ
ンプなどの任意のランプを光源として使用した場
合にも本考案の効果が全く同等に得られることは
明白である。

更に第２図及び第３図の実施例においては雰囲
気室が石英管で構成されているが、石英管以外で
も例えばパイレツクスガラス等の透明な耐熱性ガ
ラスであれば良く、雰囲気室が任意の透明耐熱性
ガラスで構成されていても本考案の効果全く同等
に得られることは明白である。

また、実施例においては保持棒７および８ある
いは２７および２８あるいは４８および４９をゆ
つくりと下方に手移動させる場合について説明し
たが、回転楕円面鏡１あるいは２１あるいは５１
および５２を移動させて結晶成長を行うことも可
能であり、このような場合にも本考案の効果は全
く差異なく発揮される。

さらに、以上の説明では輻射線加熱装置をフロ
ーテイングゾーン方式の結晶成長に適用した場合
について説明したが、それ以外の方法の結晶成長
（例えばエピタキシヤル成長など）、試料の溶解、
試料の加熱などに適用した場合でも本考案の効果
が全く同様に得られることは明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の輻射線加熱装置を示す断面図で
１は回転楕円面鏡、３はハロゲンランプ、４は種
結晶、５は素材棒、６は溶融部、６は石英管、１
２，１２′，１３，１３′，１４，１４′はＯリン
グ、１５は雰囲気ガス入口、１６は雰囲気ガス出
口を各々表わす。 第２図は本考案の一実施例を示す断面図で、２
１は回転楕円面鏡、２３はハロゲンランプ、２４
は種結晶、２５は素材棒、２６は溶融部、２９は
石英管、３２，３２′，３３，３４，３４′はＯリ
ング、３５は雰囲気ガス入口、３６は雰囲気ガス
出口を各々表わす。 第３図は本考案のもう一つの実施例を示す断面
図で、４１，４２は回転楕円面鏡、４３，４４は
ハロゲンランプ、４５は種結晶、４６は素材棒、
５０は石英管、５３，５３′，５４，５５，５
５′はＯリング、５６は雰囲気ガス入口、５７は
雰囲気ガス出口を各々表わす。

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鏡の一方の焦点
   に光源を設け、他方の焦点にその光を集中して、
   耐熱性ガラスで構成された雰囲気室内部に設けら
   れた被加熱物を加熱する如き輻射線加熱装置にお
   いて、上記回転楕円面鏡が、その内側を密封する
   ような密閉構造をもつとともにその密封された内
   側に耐熱性ガラスで構造された上記雰囲気室が上
   記耐熱性ガラス自身を含めて上記回転楕円面鏡に
   より密封設置されてなることを特徴とする輻射線
   加熱装置。