(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明石英管から成る試料室内に試料棒を配置させるとともに、前記試料室内に雰囲気ガスを流入させ、この状態で前記試料棒に赤外線照射手段から照射された赤外線を集光させて加熱溶融することで前記試料棒の融液を得て、この融液を種子結晶上に固化させて単結晶を育成する赤外線集中加熱式の浮遊帯域溶融装置であって、
前記赤外線照射手段は、
内面を反射面として使用する楕円面反射鏡と、赤外線ランプと、を備え、
前記赤外線ランプには、
前記楕円面反射鏡の底部側の第１焦点位置から所定範囲内で移動可能とするランプ移動手段が設けられており、
前記楕円面反射鏡には、
前記赤外線ランプに対して所定範囲内で移動可能とする反射鏡移動手段が設けられていることを特徴とする浮遊帯域溶融装置。
【請求項２】
前記楕円面反射鏡の底部に操作用穴を形成するとともに、
前記赤外線ランプの長手方向の両端部を前記楕円面反射鏡の長軸方向に向けて、その一端部を前記操作用穴内に挿通し、
前記赤外線ランプが、前記ランプ移動手段により、前記楕円面反射鏡の長軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の浮遊帯域溶融装置。
【請求項３】
前記楕円面反射鏡の側面に、前記楕円面反射鏡の底部から開口に向かう方向と直交する方向であり前記楕円面反射鏡の底部側の第１焦点位置を通るように貫通穴を形成するとともに、
前記赤外線ランプの長手方向の両端部を前記楕円面反射鏡の短軸方向に向けて、その両端部を前記貫通穴内に挿通し、
前記赤外線ランプが、前記ランプ移動手段により、前記楕円面反射鏡の長軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の浮遊帯域溶融装置。
【請求項４】
前記赤外線照射手段が、複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の浮遊帯域溶融装置。
【請求項５】
複数の前記赤外線照射手段が、前記試料棒を中心としてなる同一円周上に等間隔置きに設置されていることを特徴とする請求項４に記載の浮遊帯域溶融装置。
【請求項６】
前記楕円面反射鏡が、底部側の前記第１焦点位置から他方側の第２焦点位置への直線が、水平方向に対して２５〜３５度下方へ傾斜するように配置され、前記楕円面反射鏡で反射された前記赤外線が斜め上方から前記試料棒へ照射されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の浮遊帯域溶融装置。
【請求項７】
前記赤外線ランプが、ハロゲンランプまたはキセノンランプであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の浮遊帯域溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば棒状の試料の一部に赤外線を照射して加熱溶解させ、これを種子結晶などの上に固化させることにより棒状の単結晶を育成する赤外線集中加熱式の浮遊帯域溶融装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
楕円面反射鏡の底部側の第１焦点位置にハロゲンランプ,キセノンランプなどの赤外線ランプが配設された赤外線照射手段を配置し、この赤外線照射手段の赤外線ランプから放射された赤外線を集光して楕円面反射鏡の開口側の第２焦点位置に集め、この位置に設置した固体試料（例えば棒状の試料）を局部的に加熱溶解し析出させ、単結晶を作成する方法を浮遊帯域溶融法と呼び、これまでにこの浮遊帯域溶融法を用いた多くの浮遊帯域溶融装置やその応用例が報告されている。
【０００３】
この浮遊帯域溶融法は、坩堝などの容器を使わずに試料を溶解し析出させることができ、坩堝材などからの汚染が無く、また棒状の試料（以下、試料棒ともいう）の溶解・析出が継続でき、均質組成に調合した棒状の試料から均質組成の単結晶を育成することのできる極めて優れた方法である。
【０００４】
一方、工業的に専ら使用されている単結晶の育成方法は引上法である。この引上法は白金，イリジウムなどの貴金属製の坩堝内に、原料を入れて溶解させ、これに種子結晶を浸して太らせながら引上げ、大型の単結晶を育成しようとするものである。
【０００５】
しかしながらこの引上法では、坩堝材が結晶中に不純物として混入してしまうこと、添加物質の濃度が一定にならないことなどの欠点があった。
このため、上記の浮遊帯域溶融法によって大型の単結晶を育成することができれば、この浮遊帯域溶融法は：
（１）坩堝を使用しないので、コストが安くなる、
（２）坩堝からの汚染が無いので、高純度の単結晶製品が作成できる、
（３）均質組成の原料を使うため、均質組成の単結晶が育成できる、
などの利点を有することとなり、工業的にも圧倒的に有利な方法となる。
【０００６】
このような浮遊帯域溶融法を用いた浮遊帯域溶融装置には、現在、赤外線照射手段が試料棒の側方に一つ設けられた単楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置、赤外線照射手段が試料棒の両側方に配置された双楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置、赤外線照射手段が棒状試料を四方から取り囲むように配置された四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置（例えば特許文献１）、さらには赤外線照射手段が棒状試料を四方から取り囲むとともに、これを上下２段に配置し、棒状試料に対して斜めから赤外線を照射する、斜め照射式四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置（例えば特許文献２）などがある。
【０００７】
浮遊帯域溶融装置は、赤外線照射手段の数に応じて赤外線の照射量が増し、育成したい単結晶が大口径化するほど、複数の赤外線照射手段が用いられる。特に近年では大口径単結晶の育成が盛んに行われている。
【０００８】
大口径の単結晶を育成する場合には、図７（ａ）に示したように試料棒１１０を加熱溶融して融液を種子結晶１１２上に固化させ、次第に結晶を太らせていくが、単結晶が太っていくと試料棒１１０に照射される、赤外線照射手段１００からの赤外線１０２の集光域を大きくしないと、安定して融液を得ることができず、加熱位置の調整が必要となる。
【０００９】
このため、単結晶の育成とともに図７（ｂ）に示したように赤外線照射手段１００の位置を移動させる必要があり、例えば水平位置調整機構（図示せず）によって、赤外線照射手段１００の照射位置を調整している。なお、図７中、符号１００ａは楕円面反射鏡、符号１００ｂは赤外線ランプ、符号１１４は育成結晶（育成中の単結晶）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−２３５１７１号公報
【特許文献２】特許第５２７９７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、このような水平位置調整機構（図示せず）による赤外線照射手段１００の移動は、楕円面反射鏡１００ａと赤外線ランプ１００ｂとを一緒に移動する構造であるため、大口径の単結晶を育成する場合には、図７（ｂ）の点線で示した赤外線照射手段１００を、図７（ｂ）の実線で示した赤外線照射手段１００のように移動させる必要がある。
【００１２】
このように楕円面反射鏡１００ａと赤外線ランプ１００ｂとを一緒に移動する場合には、浮遊帯域溶融装置がかなり大型化することとなり、製造コストが増すとともに、設置場所が制限されるなどの問題が生じていた。
【００１３】
なお、図７（ａ），（ｂ）に示した浮遊帯域溶融装置は単楕円鏡型であるが、実際には四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置や斜め照射式四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置において、この水平位置調整機構（図示せず）が用いられて、大口径の単結晶の育成がなされる。したがって、このままでは、浮遊帯域溶融装置は結晶の大口径化に伴って大型化することとなり、対策が求められている。
【００１４】
本発明は、このような実情に鑑み、大口径の単結晶を育成する際に装置を必要以上に大型化する必要がなく、試料棒の溶解を安定して行うことができ、大口径の単結晶の育成を確実に行うことのできる浮遊帯域溶融装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前述した目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の浮遊帯域溶融装置は、
透明石英管から成る試料室内に試料棒を配置させるとともに、前記試料室内に雰囲気ガスを流入させ、この状態で前記試料棒に赤外線照射手段から照射された赤外線を集光させて加熱溶融することで前記試料棒の融液を得て、この融液を種子結晶上に固化させて単結晶を育成する赤外線集中加熱式の浮遊帯域溶融装置であって、
前記赤外線照射手段は、
内面を反射面として使用する楕円面反射鏡と、赤外線ランプと、を備え、
さらに前記赤外線ランプには、
前記楕円面反射鏡の底部側の第１焦点位置から所定範囲内で移動可能とするランプ移動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このように構成すれば、楕円面反射鏡を動かすことなく、赤外線ランプのみを移動させて集光域の大きさを変えることができる。
単結晶は細い直径から次第に太らせて大径に成長させていくものであるため、赤外線の集光域の直径と単結晶の直径とは、常に同程度であることが好ましい。本発明の浮遊帯域溶融装置では、赤外線ランプのみを移動させることにより、単結晶の育成に応じて集光域の大きさを徐々に大きくするなど調整することができる。
したがって、浮遊帯域溶融装置を大型化せずに、大口径の試料棒の溶解を安定して行うことができ、大口径の単結晶の育成を確実に行うことができる。
【００１７】
さらに、赤外線ランプを楕円面反射鏡の底部側に移動させた場合には、赤外線ランプから照射された赤外線をより広範囲で楕円面反射鏡に反射させることとなるため、楕円面反射鏡の内面を反射面として効率的に利用することができ、集光効率を高めることができる。
【００１８】
また、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記楕円面反射鏡には、
前記赤外線ランプに対して所定範囲内で移動可能とする反射鏡移動手段が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
このように赤外線ランプとともに楕円面反射鏡も移動できるように構成すれば、両者の相対的な位置関係により、集光域の大きさを自在に変えることができ、大口径の単結晶から小口径の結晶までの様々なサイズの単結晶を安定して確実に育成することができる。
【００２０】
さらに、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記楕円面反射鏡の底部に操作用穴を形成するとともに、
前記赤外線ランプの長手方向の両端部を前記楕円面反射鏡の長軸方向に向けて、その一端部を前記操作用穴内に挿通し、
前記赤外線ランプが、前記ランプ移動手段により、前記楕円面反射鏡の長軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成であれば、赤外線ランプを楕円面反射鏡の底部側に移動させた場合には、赤外線ランプから照射された赤外線をより広範囲で楕円面反射鏡に反射させることとなるため、楕円面反射鏡の内面を反射面として効率的に利用することができ、集光効率を高めることができる。
【００２２】
さらに、赤外線ランプの長手方向を、前記楕円面反射鏡の長軸方向に沿って配置したことにより、楕円面反射鏡から反射する赤外線の中に電極が影となる影響を少なくすることができ、結果として、光の利用効率を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記楕円面反射鏡の側面に、前記楕円面反射鏡の底部から開口に向かう方向と直交する方向であり前記楕円面反射鏡の底部側の第１焦点位置を通るように貫通穴を形成するとともに、
前記赤外線ランプの長手方向の両端部を前記楕円面反射鏡の短軸方向に向けて、その両端部を前記貫通穴内に挿通し、
前記赤外線ランプが、前記ランプ移動手段により、前記楕円面反射鏡の長軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。
このような構成であっても、大口径の単結晶を安定して確実に育成することができる。
【００２４】
また、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記赤外線照射手段が、複数設けられていることを特徴とする。
このように赤外線照射手段が複数設けられていれば、単楕円型の浮遊帯域溶融装置の場合よりも、大口径試料棒の溶解を安定して確実に行うことができ、大口径単結晶の育成を確実に行うことができる。
【００２５】
なお、赤外線照射手段が複数設けられている場合、双楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置よりも四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置の方が、より大口径の単結晶を安定して確実に育成することができる。さらに、単なる四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置よりも斜め照射式四楕円鏡型の浮遊帯域溶融装置の方が、より大口径の単結晶を安定して確実に育成することができる。
【００２６】
また、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
複数の前記赤外線照射手段が、前記試料棒を中心としてなる同一円周上に等間隔置きに設置されていることを特徴とする。
このような構成であれば、試料棒の全周を略均等に加熱溶融することができる。
【００２７】
さらに、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記楕円面反射鏡が、底部側の前記第１焦点位置から他方側の第２焦点位置への直線が、水平方向に対して２５〜３５度下方へ傾斜するように配置され、前記楕円面反射鏡で反射された前記赤外線が斜め上方から前記試料棒へ照射されることを特徴とする。
このようにすることで、結晶側の固液界面の形状が凸条になることが抑制される。そのため、大口径の単結晶を育成することができる。
【００２８】
また、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記楕円面反射鏡が、底部側の前記第１焦点位置から他方側の第２焦点位置への直線が、水平方向に対して０〜１０度上方へ傾斜するように配置され、前記楕円面反射鏡で反射された前記赤外線が斜め下方から前記試料棒へ照射されることを特徴とする。
【００２９】
このように試料へ照射される赤外線が、斜め上方から試料に照射される赤外線と、さらに斜め下方から試料に照射される赤外線と、の両方向からであれば、２５〜３５度下方への赤外線の照射により育成結晶の固液界面制御を行い、０〜１０上方への赤外線の照射により試料を効率よくかつ安定性良く溶解出来ることにより、大口径の試料であっても加熱溶解を確実に行うことができ、かつ形成された大量の融液と育成結晶の固液界面の形状制御を行うことにより大口径の単結晶の安定育成ができる。
【００３０】
さらに、本発明の浮遊帯域溶融装置は、
前記赤外線ランプが、ハロゲンランプまたはキセノンランプであることを特徴とする。
このような赤外線ランプであれば、試料棒の溶解を安定して確実に行うことができる。なおキセノンランプは、ハロゲンランプよりも赤外線の集光域が小さいため、楕円面反射鏡の底部側に位置する第１焦点位置から赤外線ランプを移動した際に得られる集光域の変化具合が、ハロゲンランプよりも大きい。
したがってキセノンランプの方が、より効果的に集光域の大きさを変えることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、大口径の単結晶の育成具合に応じて赤外線ランプをランプ移動手段で移動させているので、集光域の大きさを変えることができ、これにより、試料棒の溶解を安定して行うことができるとともに、大口径の単結晶の育成を確実に行うことができ、さらには必要以上に装置を大型化する必要がない。
【００３２】
また、赤外線ランプを、その長手方向を楕円面反射鏡の長軸方向に沿って配置すれば、赤外線ランプの電極が影となる影響を少なくすることができるので、大口径の単結晶の育成を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る浮遊帯溶融装置において、集光域の大きさを変えた際の楕円面反射鏡と赤外線ランプとの位置関係を示した要部拡大図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置の概略図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置において、集光域の大きさを変えた際の楕円面反射鏡と赤外線ランプとの位置関係を示した要部拡大図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置の使用状態を説明する概略図である。
【図６】図６は、本発明の浮遊帯域溶融装置において、赤外線ランプの配置の仕方を変えた際に楕円面反射鏡からの反射光にどのような変化があるかを示した説明図であり、図６（ａ）は赤外線ランプを楕円面反射鏡に対して短軸方向に沿って配置した場合の説明図、図６（ｂ）は赤外線ランプを楕円面反射鏡に対して長軸方向に沿って配置した場合の説明図である。
【図７】図７は、従来の浮遊帯域溶融装置における赤外線照射手段の移動状態を説明する説明図であり、図７（ａ）は赤外線照射手段を移動する前の状態を示した説明図、図７（ｂ）は赤外線照射手段を移動した状態を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態（実施形態）を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明に係る浮遊帯域溶融装置は、試料棒の一部に赤外線を照射して加熱溶解させ、これを種子結晶などの上に固化させることにより棒状の単結晶を育成するものである。
【００３５】
また、本明細書中で「種子結晶」とは、浮遊帯域溶融装置を使用して大口径の単結晶を育成するに当たり、単結晶の最初の形態を指すものであり、「育成結晶」とは、育成中の単結晶を指すものである。
図１は本発明の第１の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置を示した概略図である。
【００３６】
本実施形態の浮遊帯域溶融装置１０は、透明石英管から成る試料室１２内に試料棒２０を配置するとともに、この試料室１２内に雰囲気ガス１４を流入させ、この状態で赤外線照射手段４０から照射された赤外線４８を試料棒２０に集光させて試料棒２０を加熱溶融することで融液を得て、この融液を種子結晶３０上に固化させて大口径の単結晶を育成するように構成されている。なお図１において、符号３２は育成結晶である。
【００３７】
赤外線照射手段４０は、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とからなり、楕円面反射鏡４２の底部４２ａには、赤外線ランプ４４の長手方向の一端部を挿通することが可能な穴４５が設けられている。
【００３８】
赤外線ランプ４４は、赤外線照射手段４０の楕円面反射鏡４２における底部４２ａ側に位置する第１焦点位置５０を含む位置に配置され、楕円面反射鏡４２から外方に突出した一端部がランプ移動手段６０のランプ固定部６６に固定されることにより、楕円面反射鏡４２の長軸方向（第１焦点位置５０から第２焦点位置５２に対して接近または離反する方向）に対して移動可能に構成されている。
【００３９】
このような構成の赤外線照射手段４０では、赤外線ランプ４４から発せられた赤外線４８が楕円面反射鏡４２の内側面で反射し、その反射光が第２焦点位置５２で集光されて試料棒２０を加熱するようになっている。
【００４０】
なお赤外線ランプ４４としては、ハロゲンランプ、キセノンランプなどが使用可能であるが、キセノンランプは、ハロゲンランプよりも集光域が小さいため、第１焦点位置５０から赤外線ランプ４４を移動した際に得られる集光域の変化具合が、ハロゲンランプよりも大きい。したがってキセノンランプの方が、より効果的に集光域の大きさを変えることができるので、本発明に係る浮遊帯域溶融装置１０の効果をより高める上ではキセノンランプが好適である。
【００４１】
赤外線照射手段４０に適用される楕円面反射鏡４２の材質、形状、製造方法などについては、例えば特開２００７−９９６０２号公報に記載されている従来公知のものが採用可能である。
【００４２】
また、本実施形態の赤外線照射手段４０では、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とが試料棒２０に対して斜め上方に傾斜した状態に配置され、これにより赤外線ランプ４４から照射される赤外線４８が、試料棒２０の溶融位置に対して斜め上方から照射されるように構成されている。
【００４３】
すなわち、本実施形態の楕円面反射鏡４２は、第１焦点位置５０から第２焦点位置５２へ向かう直線が、水平方向に対する傾斜角θが２５〜３５度下方へ傾斜するように配置されており、これにより赤外線４８が試料棒２０に対して斜め上方から照射されるようになっている。
【００４４】
このように、試料棒２０に対して斜め上方に配置した複数の赤外線照射手段４０から試料棒２０を略均等に加熱すれば、試料棒２０に対する円周方向の温度分布を略均一にすることができるので、安定した溶融状態を確保することができる。
【００４５】
また、赤外線照射手段４０を構成する赤外線ランプ４４と楕円面反射鏡４２とが、第２焦点位置５２に対して接近または離反する方向に移動可能に構成されている。
このように、本実施形態の浮遊帯域溶融装置１０では、（１）赤外線ランプ４４の長手方向が、楕円面反射鏡４２の長軸方向（図１における矢印Ａ−Ａ'方向）に沿って配置されていること、（２）赤外線照射手段４０が試料棒２０に対して斜め上方に配置されていること、（３）赤外線ランプ４４と楕円面反射鏡４２とが、それぞれ楕円面反射鏡４２の長軸方向に沿って移動可能になっていること、が特に特徴的な構造となっている。
【００４６】
ランプ移動手段６０は単結晶の育成ととともに、第２焦点位置５２側に形成される赤外線４８の集光域の大きさを変えるためのものである。
本実施形態においては、レール（図示せず）上を移動可能とするスライダー機構を採用し、図１では矢印Ａ‐Ａ'で示した方向に赤外線ランプ４４を移動させる構造となっている。
【００４７】
また、このようなランプ移動手段６０には、マイクロメータのように、回転とともに軸部６４を徐々に伸縮させることのできる微調整手段６２が設けられており、この微調整手段６２により、赤外線ランプ４４（正確には赤外線ランプ４４の発光点）の位置を微調整することが可能になっている。
【００４８】
赤外線ランプ４４の楕円面反射鏡４２の長軸方向への移動量は、育成する単結晶の太さに応じて適宜設定すれば良いが、例えば直径１０ｍｍ程度の結晶から直径２０ｍｍ程度の結晶を得る際には、第１焦点位置５０を基準として赤外線ランプ４４を、図１において矢印Ａ'方向に２〜６ｍｍ程度移動出来れば良い。
【００４９】
なお、本発明では、最低限、赤外線ランプ４４のみ、楕円面反射鏡４２の長軸方向に移動可能に構成されていれば良いが、楕円面反射鏡４２についても、赤外線ランプ４４の場合と同様に、反射鏡移動手段７０により、同方向に移動可能に設定することができる。反射鏡移動手段７０は、単結晶の育成ととともに赤外線４８の集光域の大きさを変えるために、単結晶との離反距離を可変させることができる機構を備えたものである。本実施形態においては、レール（図示せず）上を移動可能とするスライダー機構を採用し、図１では矢印Ｂ−Ｂ'で示した方向に楕円面反射鏡４２を移動させることができる。
【００５０】
このように、赤外線ランプ４４とともに楕円面反射鏡４２も移動できるように構成すれば、両者の相対的な位置関係により、第２焦点位置５２側の集光域の大きさを自在に変えることができ、大口径の単結晶から小口径の単結晶までの様々なサイズの単結晶を育成することができる。
【００５１】
本実施形態の浮遊帯域溶融装置１０において、種子結晶３０を育成する際には、図１に示したように、楕円面反射鏡４２の第１焦点位置５０に赤外線ランプ４４の発光点を配置し、第２焦点位置５２に種子結晶３０および試料棒２０を設置する。
【００５２】
そして、試料棒２０を加熱溶融して種子結晶３０上に融液を固化させて次第に結晶を太らせる際には、図２に示したように集光域Ｓの大きさを結晶の直径と略同じとなるように、楕円面反射鏡４２を固定した状態で赤外線ランプ４４のみをランプ移動手段６０で矢印Ａ'の方向に徐々に移動させれば、第２焦点位置５２側に形成される集光域Ｓ'の範囲を拡大することができる。このように集光域Ｓ'を設定すれば、大径口の単結晶を、成長の度合いに応じて安定して育成することができる。なお、この際、反射鏡移動手段７０も用いて調整するようにしても良い。
【００５３】
このように本実施形態では、ランプ移動手段６０で赤外線ランプ４４を、楕円面反射鏡４２の長軸方向に所定範囲移動できるようにしたため、大口径の単結晶を育成する際にも装置を必要以上に大型化する必要がなく、試料棒２０の溶解を安定して確実に行うことができ、大口径の単結晶を成長の度合いに応じて安定して育成することができる。
【００５４】
以上、本発明の第１の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とからなる赤外線照射手段４０を試料棒２０の側方に１つのみ配置する例を示しているが、このような赤外線照射手段４０は、特許文献１のように試料棒２０の周囲に複数配置し、複数の赤外線照射手段４０から試料棒２０を加熱することが好ましい。
【００５５】
このように赤外線照射手段４０を複数配置すれば、試料棒２０に対する円周方向の温度分布を略均一にすることができるので、安定した溶融状態を確保することができる。
また、図１に示した第１の実施形態では、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を、楕円面反射鏡４２の長軸方向に沿って配置する例を示したが、本発明は、これに限定されず、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の短軸方向に沿って配置することもできる。
【００５６】
さらに、本実施形態の赤外線照射手段４０では、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とが試料棒２０に対して斜め上方に傾斜した状態に配置され、これにより赤外線ランプ４４から照射される赤外線４８が、試料棒２０の溶融位置に対して斜め上方から照射されるように構成されているが、これに加えて図示しないが、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とが試料棒２０に対して斜め下方に傾斜した状態に配置された赤外線照射手段４０を用いても良いものである。
【００５７】
すなわち、楕円面反射鏡４２は、第１焦点位置５０から第２焦点位置５２へ向かう直線が、水平方向に対する傾斜角θが２５〜３５度下方へ傾斜するように配置されるとともに、これとは別に第１焦点位置５０から第２焦点位置５２へ向かう直線が、水平方向に対する傾斜角θが０〜１０度上方へ傾斜するように配置されるようにしても良い。このような上下２段の配置については、例えば本出願人による特許第５２７９７２７号公報に開示された技術が流用可能である。
もちろん、下段に設置された赤外線照射手段４０は、上述したような上段に設置された赤外線照射手段４０と同様の構造、作用を有するものである。
【００５８】
図３に示した浮遊帯域溶融装置８０は、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の短軸方向に沿って配置した本発明の第２の実施形態を示したもので、図１と同一要素は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
楕円面反射鏡４２の周側面には、楕円面反射鏡４２の底部４２ａから開口４２ｂに向かう方向と直交する方向（楕円面反射鏡４２の短軸方向）であり前記楕円面反射鏡４２の底部４２ａ側の第１焦点位置５０を含むように、貫通穴４６が設けられている。
【００６０】
そして、本実施形態の浮遊帯域溶融装置８０では、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を貫通穴４６内に挿通し、その下端部がランプ移動手段６０のランプ固定部６６に固定されることにより、楕円面反射鏡４２の長軸方向に対して移動可能にされている。
【００６１】
赤外線ランプ４４の移動量は、例えば直径１０ｍｍ程度の結晶から直径２０ｍｍ程度の結晶を得る際には、赤外線ランプ４４が、貫通穴４６の中心から１〜３ｍｍ程度移動出来れば良いため、赤外線ランプ４４の図３の姿勢での最大直径Ｔ２と、貫通穴４６の直径Ｔ１との差が、２〜６ｍｍ程度であることが好ましい。
【００６２】
なお、赤外線ランプ４４には、キセノンランプのように棒状であり、中央部のみが膨らんだような形態のものがある。この場合には、図４（ａ），（ｂ）に示したように、貫通穴４６の直径Ｔ１が、赤外線ランプ４４の上記した最大直径Ｔ２よりもわずかに大きいだけであっても、貫通穴４６内に、赤外線ランプ４４を挿入することさえできれば、この貫通穴４６内で、赤外線ランプ４４は左右方向に余裕を持って移動可能であり、上記した赤外線ランプ４４の最大直径Ｔ２と、貫通穴４６の直径Ｔ１との差は、赤外線ランプ４４の形状に合わせて適宜設定すれば良いものである。図４（ａ）は貫通穴４６内に赤外線ランプ４４を挿通させた状態を示した説明図、図４（ｂ）は貫通穴４６内に赤外線ランプ４４を挿通させた後、左右方向に移動させた状態を示した説明図である。
【００６３】
要は、貫通穴４６内で、赤外線ランプ４４を所定の範囲内で移動できるように、貫通穴４６の寸法を決めれば良いものである。貫通穴４６が大きすぎると、赤外線４８の集光効率が下がるおそれがあるため、赤外線４８の集光効率を出来るだけ下げないよう、貫通穴４６の大きさを規定することが好ましい。
【００６４】
なお、本実施形態であっても、最低限、赤外線ランプ４４のみ、楕円面反射鏡４２の長軸方向に向かって移動可能に構成されていれば良いが、図３に示したように、楕円面反射鏡４２についても反射鏡移動手段７０により移動可能にすることもできる。
【００６５】
このように赤外線ランプ４４とともに楕円面反射鏡４２も楕円面反射鏡４２の長軸方向に向かって移動できるように構成すれば、両者の相対的な位置関係により、集光域の大きさを自在に変えることができ、様々なサイズの単結晶を成長の度合いに応じて安定して確実に育成することができる。
【００６６】
実際に本発明の第２の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置８０において、種子結晶３０を育成する際には、図５に示したように、まず、楕円面反射鏡４２の第１焦点位置５０を含む範囲に赤外線ランプ４４を配置し、第２焦点位置５２に種子結晶３０および試料棒２０を設置する。
【００６７】
そして、図３において、試料棒２０を加熱溶融して種子結晶３０上に融液を固化させて次第に単結晶を太らせる際には、集光域の大きさを単結晶の直径と略同じとなるように、徐々に赤外線ランプ４４を、ランプ移動手段６０で矢印Ａ'の方向に移動させる。
【００６８】
図３において、赤外線ランプ４４をランプ移動手段６０で矢印Ａ'の方向に徐々に移動させれば、第２焦点位置５２側に形成される集光域の範囲を拡大することができる。これにより、大口径の単結晶を成長の度合いに応じて安定して育成することができる。なお、この際、反射鏡移動手段７０を用いて調整するようにしても良い。
【００６９】
このように、本発明の第２の実施形態に係る浮遊帯域溶融装置８０では、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を、楕円面反射鏡４２の短軸方向に向けて配置するとともに、ランプ移動手段６０により、楕円面反射鏡４２の貫通穴４６を介して楕円面反射鏡４２の長軸方向に沿って所定範囲移動できるようにしたため、大口径の単結晶を育成する際にも装置を必要以上に大型化する必要がなく、試料棒２０の溶解を安定して確実に行うことができ、大口径の単結晶を成長の度合いに応じて安定して確実に育成することができる。
【００７０】
なお、図３に示した本発明の第２の実施形態では、赤外線照射手段４０が試料棒２０に対して水平方向から照射するように構成されているが、本発明はこれに限定されず、図１に示した第１の実施形態の場合と同様に、試料棒２０に対して斜め上方から赤外線４８を照射するように配置しても良い。
【００７１】
この場合には、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とが試料棒２０に対して斜め上方に傾斜した状態に配置され、これにより赤外線ランプ４４から照射される赤外線４８が、試料棒２０の溶融位置に対して斜め上方から照射されるように構成されることが望ましい。
【００７２】
さらには、これに加えて、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とが試料棒２０に対して斜め下方に傾斜した状態に配置された赤外線照射手段４０を用いても良いものである。
すなわち、楕円面反射鏡４２は、第１焦点位置５０から第２焦点位置５２へ向かう直線が、水平方向に対する傾斜角θが２５〜３５度下方へ傾斜するように配置されるとともに、これとは別に第１焦点位置５０から第２焦点位置５２へ向かう直線が、水平方向に対する傾斜角θが０〜１０度上方へ傾斜するように配置されるようにしても良いものである。
【００７３】
また、第２の実施形態においても第１の実施形態で説明した場合と同様に、赤外線照射手段４０を、特許文献１のように試料棒２０の周囲に複数配置することが好ましい。このように、試料棒２０に対して斜め上方に配置した複数の赤外線照射手段４０から試料棒２０を略均等に加熱すれば、試料棒２０に対する円周方向の温度分布を略均一にすることができるので、安定した溶融状態を確保することができる。
【００７４】
以上、説明したように、本発明では、赤外線ランプ４４を設置するときの姿勢として、図１に示したように、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の長軸方向に向けて配置する場合と、図３に示したように、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の短軸方向に向けて配置する場合とがあるが、赤外線ランプ４４として例えばキセノンランプを用いる場合には、図１に示した第１の実施形態のように、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の長軸方向に向けて配置する方が好ましい態様である。
【００７５】
以下、その理由について説明する。
図６（ａ）に示したように、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の長軸方向に向けて配置した場合には、赤外線ランプ４４の発光点Ｐから発せられる照射光に対して、赤外線ランプ４４の陰極４４ａと陽極４４ｂとが影となって反射鏡に映ることがない。
【００７６】
一方、図６（ｂ）に示したように、赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を、楕円面反射鏡４２の短軸方向に向けて配置した場合には、赤外線ランプ４４の陰極４４ａと陽極４４ｂとが構造上、発光点Ｐから発せられる照射光に対して影となって、楕円面反射鏡４２の内面反射効率の高い部分が集光のために使えなくなってしまう。
【００７７】
したがって、図６（ａ）に示したように赤外線ランプ４４の長手方向の両端部を楕円面反射鏡４２の長軸方向に向けて配置した方が、光の利用効率が高くなる。
このような理由から、図１に示した第１の実施形態の浮遊帯域溶融装置１０の方が図３に示した第２の実施形態の浮遊帯域溶融装置８０より好ましい態様といえる。
【００７８】
なお、本発明の各実施形態では、例えば図３において、赤外線ランプ４４を矢印Ａ−Ａ'方向（楕円面反射鏡４２の長軸方向）に移動させる場合についてのみ説明し、Ａ−Ａ'方向と直交する方向についての移動については特に言及していない。
【００７９】
しかしながら、例えば図５において、楕円面反射鏡４２と赤外線ランプ４４とからなる赤外線照射手段４０を、矢印Ｃ−Ｃ'で示した方向に同時に移動させれば、側方の試料棒２０に対する照射位置を上下に移動させることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０・・・浮遊帯域溶融装置
１２・・・試料室
１４・・・雰囲気ガス
２０・・・試料棒
３０・・・種子結晶
３２・・・育成結晶
４０・・・赤外線照射手段
４２・・・楕円面反射鏡
４２ａ・・底部
４２ｂ・・開口
４４・・・赤外線ランプ
４４ａ・・陰極
４４ｂ・・陽極
４５・・・穴
４６・・・貫通穴
４８・・・赤外線
５０・・・第１焦点位置
５２・・・第２焦点位置
６０・・・ランプ移動手段
６２・・・微調整手段
６４・・・軸部
６６・・・ランプ固定部
７０・・・反射鏡移動手段
８０・・・浮遊帯域溶融装置
１００・・・赤外線照射手段
１００ａ・・楕円面反射鏡
１００ｂ・・赤外線ランプ
１０２・・・赤外線
１１０・・・試料棒
１１２・・・種子結晶
１１４・・・育成結晶
Ｐ・・・発光点
Ｓ・・・集光域
Ｓ’・・集光域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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