JPS645355Y2

JPS645355Y2 -

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Publication number: JPS645355Y2
Application number: JP7796681U
Authority: JP
Priority date: 1981-05-28
Filing date: 1981-05-28
Publication date: 1989-02-09
Also published as: JPS57188876U

Description

【考案の詳細な説明】最近ハロゲンランプ、キセノンランプ等の光源
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
温での物性の研究等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等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
気室に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室の
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、ガラスの破片等が外部に放出さ
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、無機化合物、
セラミツク、金属等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、高圧雰囲気等危険な条件が
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示す。

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
能な部分を各々示す。この回転楕円面鏡１は２つ
の焦点F₁とF₂とを持つ。３はハロゲンランプ３
（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は溶融部を各々示す。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示す。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リングを示す。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は基板を各々示す。また
１９は石英管９の内部の雰囲気室を示している。

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下方に移動させる
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１５，１５′とで囲まれ
た空間はＯリング１２，１２′，１３，１３′，１
４，１４′でシールされており、密封された雰囲
気室１９を形成している。雰囲気ガス入口１５か
ら所望の雰囲気ガスをこの雰囲気室１９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を防
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、ある種の物質を結晶成長を行うと、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
こり得る。また、石英管９は内部に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等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（安全な雰囲気ガ
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となることはないが、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こる物質の結晶成
長に対しては危険性が高く、その改善が要求され
ている。

また、雰囲気室１９は通常石英のような耐熱性
のガラス管９で構成されており、雰囲気ガスの漏
洩を防止するためにＯリング１２，１２′によつ
てその両端部がシールされている。通常一回の結
晶成長を行うと石英管９の内壁に試料からの蒸発
物が付着するので、石英管９を交換しなければな
らない。しかし、上述のように石英管９の両端は
Ｏリング１２，１２′によつてシールされており、
これらのＯリング１２，１２′は内部の雰囲気ガ
スが漏洩しないように完全に締め付ける必要があ
る。

石英管のような破損しやすい管の交換を行う毎
にその両端を完全にシールするという作業は容易
ではなく危険を伴う。

従つて、このような石英管９の交換を容易にす
ることは安全性の面からも、操作性の点からも極
めて重要である。

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、雰囲気室の破損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図の従
来例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
焦点F₂を有する回転楕円面鏡、２２は回転楕円
面鏡２１の取りはずし可能な部分、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、
３２，３２′は簡易なシール、３３，３４，３
４′はＯリング、３５，３５′，３５″は雰囲気ガ
ス入口、３６，３６′，３６″は雰囲気ガス出口、
３７は絞り、３８は基板を各々示す。また、３９
は石英管２９の内部の雰囲気室を示す。

一方の焦点F₁に設けられたハロゲンランプ２
３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２６が形成される。この状態を保つて保持棒２
７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
り密閉されている。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
いはハーメツクシール等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の内部は簡易
なシール３２，３２′でシールされており、雰囲
気室３９と回転楕円面鏡２１の内部の空洞との雰
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の表面に付
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
部で形成される空間は簡易なシール３２，３２′
およびＯリング３４，３４′でシールされており、
密閉された雰囲気室３９を形成している。この雰
囲気室３９の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。

雰囲気ガス入口３５は図のように３５′および
３５″の２本の流路に分岐しており、３５′に入つ
た雰囲気ガスは雰囲気室内に入り、３５″に入つ
た雰囲気ガスは回転楕円面鏡２１の内部の空洞に
入る。また、雰囲気室に入つた雰囲気ガスは雰囲
気ガス出口３６′を通して排出される。また、回
転楕円面鏡２１の内部に入つた雰囲気ガスは雰囲
気ガス出口３６″を通して排出される。雰囲気ガ
ス出口３６′および３６″は合流して３６となり、
所定の排出口に接続される。

上述のように、雰囲気ガスは雰囲気室３９の内
部とその外部を取りまく回転楕円面鏡２１の内部
に同時に導入されるので、石英管２９の両端のシ
ール３２および３２′はそれほど厳重である必要
はない。例えば、第３図に示すように比較的柔軟
なゴム製シール３２の先端が石英管２９の表面に
接触していて、雰囲気ガスの自由な流通を妨げる
ようなもので良い。

なお、試料の溶融部２６からの蒸発物がシール
３２あるいは３２′の部分を通して反射鏡２１の
内部に漏れ出すのを極端に嫌う場合には第２図に
示すように、雰囲気ガス出口の流路３６″に絞り
３７を設けると良い。このようにすることによ
り、雰囲気室３９の内の圧力よりも回転楕円面鏡
２１の内部の圧力が若干高くなるので、溶融部２
６からの蒸発物がシール３２あるいは３２′の部
分から回転楕円面鏡２１の内部に漏れ出すことを
防止することができる。

しかし、通常の場合には絞り３７を設けなくて
も支障のない場合が多い。

上述のように本考案においてはシール３２，３
２′は簡易なもので良いので、石英管２９の交換
を極めて簡単に行うことができる。第２図の本考
案の実施例における石英管２９の交換手順を第４
図を使用して説明する。第４図には第２図におけ
る状態から回転楕円面鏡２１の取りはずし可能部
分２２を取りはずした状態が示されている。ま
た、各要素の番号は第２図と同一である。

第４図において、石英管２９を取り付ける場合
には、図のように石英管２９を傾斜させてシール
３２の部分に差し込んで、保持筒３０の内部の空
間に石英管２９の上端部を若干入り込ませた後
に、石英管２９を垂直にして、その下端をシール
３２′の部分に差し込むことによつて石英管２９
の取付が完了する。その後に回転楕円面鏡２１の
取はずし可能部分２２を取り付けることにより、
第２図の状態にセツトすることができる。また、
石英管２９の取りはずしは、上述の手順の逆を行
えば良い。

前述のように、シール３２および３２′は柔難
であるから上述の石英管２９の取付、取はずしの
際にはあまり抵抗とならず、石英管２９の取付、
取りはずしを極めて容易に行うことができる。

また、第２図の本考案の実施例においては、石
英管２９が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２６からの有毒な蒸発物
等が密封された回転楕円面鏡２１の外部に放出さ
れることがない。

このように、本考案においては耐熱性ガラスを
使用した雰囲気室３９が、密閉された回転楕円面
鏡２１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耐熱ガラスの破損に伴う危険
が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。

また、前述のように本考案の装置では石英管２
９の交換が極めて容易であり、この面からも安全
性が高く、かつ、操作性が高くなるという効果も
ある。

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
して加熱を行う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する如き加熱装置においても
同様に発揮される。

第５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５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′は簡易なシール、５４，
５５，５５′はＯリング、５６，５６′，５６″は
雰囲気ガス入口、５７，５７′，５７″は雰囲気ガ
ス出口、５８は絞り、５９は基板を各々示す。ま
た、６０は石英管５０の内部の雰囲気室を示す。

２個の焦点F₁とF₂およびF₁′とF₂′を持つ２個の
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
４，５５，５５′によりシールされ密閉されてい
る。（回転楕円面鏡４２は回転楕円面鏡４１から
とりはずしができる。）なお、ハロゲンランプ４
３，４４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等によりシー
ルされている。

石英管５０はこのようにして密閉された回転楕
円面鏡４１，４２の中に設けられている。さら
に、簡易なシール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４
１，４２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。

第２図の実施例と同様に、雰囲気ガスは雰囲気
ガス入口３５から３５′，３５″に分岐して雰囲気
室６０の内部と回転楕円面鏡４１および４２で形
成される空洞の両方に導入される。従つて、石英
管５０の両端のシール５３，５３′は第３図に示
されたような簡易なもので良い。また、絞り５８
を設けることにより、第２図の実施例と同様に回
転楕円面鏡４１，４２の内部の圧力が雰囲気室６
０の内部の圧力よりも高くなるので、溶融部４７
からの蒸発物が雰囲気室６０から回転楕円面鏡４
１，４２の内部に漏洩することを完全に防止する
ことができる。しかし、この絞り５８は省略して
も通常は支障がない場合が多い。

第５図の実施例においても第２図の実施例と同
様に、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運転中に誤つて石英管５０
を破壊するような事故は起り得ない。また、石英
管５０が雰囲気の圧力あるいは高温等によつて破
裂した場合にも、石英管の破片、有毒な雰囲気ガ
ス、有毒な蒸発物等が外部に洩れることがない。
さらに、石英管５０の交換を第４図に示した手順
で、第２図の実施例の場合と同様に極めて容易に
行うことができる。

このように、第５図の実施例においても安全
性、操作性の優れた輻射線加熱装置が実現されて
いる。

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
ンプ等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。

また、第１図、第２図、第３図の実施例におい
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をゆつくり下方に移動さ
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て同様に発揮される。

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
（例えばエピタキシアル成長等）、試料の溶解、試
料の加熱等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。

また、石英管２９あるいは５０の両端のシール
３２，３２′あるいは５３，５３′の一実施例を第
３図に示したが、このシールの形状は種々のもの
が考えられる。しかし、本考案の効果はこのシー
ルの形状には依存しない。

また第２図および第５図において回転楕円面鏡
の一部２２あるいは４２が取はずし可能であると
述べたが、これらの部分が蝶番等で回転楕円面鏡
の残りの部分に開閉可能なように取付けられてい
ても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の輻射線加熱装置の一実施例で、
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、９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、１９は雰囲気室を各々示す。第２図は本考案
の一実施例で、２１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′は簡易な
シール、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、３９は
雰囲気室を各々示す。第３図は第２図における石
英管２９の両端をシールする簡易なシール３２の
一実施例の拡大図である。第４図は第２図の実施例において石英管２９を
交換する手順を説明するための図で、番号は第２
図と共通である。第５図は本考案のもう一つの実
施例で、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′は簡易なシール、
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、６０は雰囲気室
を各々示す。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

１個または複数個の回転楕円面鏡の一方に焦点
に光源を設け、他方の焦点にその光を集中して、
着脱可能な耐熱性のガラス管の内部に設けられた
被加熱物を加熱する如き輻射線加熱装置におい
て、上記回転楕円面鏡で囲まれた空洞内に着脱可
能な上記ガラス管を設置し前記空洞及びガラス管
に雰囲気ガスを導入する構造と空洞及びガラス管
から雰囲気ガスを排出する構造を有することを特
徴とする輻射線加熱装置。