(57)【要約】【課題】Ｔｉをドープしたオゾンレス石英管を有し、発光管の黒化の生じにくい閃光放電ランプを提供すること。【解決手段】チタン（Ｔｉ）をドープした石英ガラスからなる発光管を有し、該発光管の内表面から外表面側に向けてチタン（Ｔｉ）濃度が高くなるチタン（Ｔｉ）濃度勾配をもつことを特徴とする閃光放電ランプとする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン（Ｔｉ）をドープした石英ガラスからなる発光管を有し、該発光管の内表面から外表面側に向けて、チタン（Ｔｉ）濃度が高くなるチタン（Ｔｉ）濃度勾配をもつことを特徴とする閃光放電ランプ。
【請求項２】
前記発光管は肉厚１ｍｍ以上であって、発光管内表面のチタン（Ｔｉ）濃度が８０ｗｔ．ｐｐｍ以下、該発光管内表面から１ｍｍの深さでのチタン（Ｔｉ）濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の閃光放電ランプ。
【請求項３】
前記チタン（Ｔｉ）濃度は、前記発光管内表面からの深さ（ｍｍ）をＤ、チタン（Ｔｉ）濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）をＣとすると、Ｃ／Ｄ≦１００００の範囲を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の閃光放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は石英ガラス製の発光管を有する閃光放電ランプに関する。
【０００２】
【従来技術】
トランジスタの製造工程では種々の熱処理が行われるが、浅い拡散層であるｐｎ接合の形成プロセスが重要な熱処理工程となっている。ｐｎ接合を形成する場合は、イオン注入によってシリコン基板中に不純物を導入し、続いて熱処理によって注入された不純物の活性化を行う。活性化技術の流れとして、近年においてはハロゲンランプによる急速加熱の装置が使用されてきた。
【０００３】
しかし、半導体の高集積化の進展により、ｐｎ接合深さは２０ｎｍのオーダーとなり、もはやハロゲンランプによる急速加熱では薄い拡散層を制御することが困難になってきた。そこで、特開２００２−１９８３２２号公報には、半導体の熱処理方法に関し、高光エネルギーを有し、瞬時加熱が可能な閃光放電ランプを使用する技術が開示されている。
【０００４】
図４に閃光放電ランプの概略図を示す。閃光放電ランプ１は管状の石英ガラス管からなる発光管５内にキセノンガス等を封入してなり、一対の電極４，４´が対向配置されている。なお、ここではトリガ線は省略されている。
【０００５】
不純物の活性化に必要な紫外線は４００ｎｍ以下の波長の光である。２２０ｎｍ  以下の真空紫外領域の光も不純物の活性化には有効であるが、活性化装置の構造上の問題（オゾンを発生を抑えたい、等）から閃光放電ランプの発光管材料としては２２０ｎｍ  以下の紫外領域の光をランプ外へ放出しないオゾンレス石英ガラスが使用されている。
【０００６】
オゾンレス石英ガラスは、石英ガラスにＴｉを任意量（数１０〜数１００ｗｔ．ｐｐｍ）ドープして、紫外線領域（以下、ＵＶ域）の吸収端を約２２０ｎｍに設定して、それ以下の光の透過を抑えたものである。これら紫外線を大幅にカットするために、Ｔｉ化合物をドープした石英ガラスを発光管に用いることを提案しているものとして、特開平８−９６７５１号公報、等多数ある。
【０００７】
これらＴｉ化合物をドープした石英ガラスを発光管に使用したランプは点灯中に電極材料の飛散による発光管の黒化が発生する、という問題がある。
発光管が黒化することでランプ寿命は短くなる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−９６７５１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９８３２２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、Ｔｉをドープしたオゾンレス石英管を発光管としても、発光管の黒化の生じにくい閃光放電ランプを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、チタン（Ｔｉ）をドープした石英ガラスからなる発光管を有し、該発光管の内表面から外表面側に向けてチタン（Ｔｉ）濃度が高くなるチタン（Ｔｉ）濃度勾配をもつことを特徴とする閃光放電ランプとする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記発光管は肉厚１ｍｍ以上であって、発光管内表面のチタン（Ｔｉ）濃度が８０ｗｔ．ｐｐｍ以下、発光管内表面から１ｍｍの深さでのチタン（Ｔｉ）濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の閃光放電ランプとするものである。
【００１２】
ここで、発光管内表面のチタン（Ｔｉ）濃度とは発光管内表面から約５０μｍ深さまでの平均濃度である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記チタン（Ｔｉ）濃度は、前記発光管の内表面からの深さ（ｍｍ）をＤ、チタン（Ｔｉ）濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）をＣとすると、Ｃ／Ｄ≦１００００の範囲を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の閃光放電ランプとするものである。
【００１４】
発光管の黒化の原因としては、発光管からの不純ガスの放出、主にはＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２の放出が考えられる。放出されたＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２は電極成分のタングステンの酸化等の変質を起こせしめ、それらは蒸気圧が低いため、電極から飛散して発光管内部に付着するために黒化が起こる、という現象である。
【００１５】
黒化原因の一つである、発光管からのＨ２Ｏの放出は、Ｔｉ化合物のドープの有無にかかわらない。石英管を大気中で発光管に加工する際、発光管表面にＨ２Ｏが混入することに因る。このＨ２Ｏがランプ点灯中に高温（５００℃以上）になった発光管から放電空間内に放出されるものと推測される。
【００１６】
どれだけＨ２Ｏが放電空間内に放出されるかは、発光管の温度に依存する。発光管の温度はＴｉがドープされたものの方が、ドープされていないものより、高くなる。これはＴｉ自身が紫外線を吸収する働きがあり、その吸収された紫外線のエネルギー分、温度が更に上昇するためである。
【００１７】
従い、Ｔｉがドープされた発光管をもつランプは、Ｔｉドープされていない発光管をもつランプより温度が高いことにより、発光管から放電空間へのＨ２Ｏの放出量が多くなり、電極酸化が起こり易く、そのため、電極成分が飛散し易いと考えられる。
【００１８】
ランプの寿命を規定する一つとして、放射照度の低下がある。前述のように、黒化が原因し、ランプ点灯中に発光管内壁に電極材料である金属（タングステン）が付着することにより、発光管内部からの光がランプ外に放射されなくなるためである。これにより、ランプの照度が低下して、初期の機能が果たせなくなる。従い、ランプ寿命を長くするには、発光管の黒化を抑制する必要があり、その達成には電極材料の飛散を抑制することが重要となる。
【００１９】
本発明者らが、上記問題について、調査したところ、発光管の最内表面のＴｉ濃度が発光管の内部のＴｉ濃度と比較して高いとき、発光管からのＨ２Ｏの放出量が多く、低い時、Ｈ２Ｏの放出量が少ないことが判明した。すなわち、Ｈ２Ｏの放出量が少なくなると、発光管の黒化を抑制することが推定された。
【００２０】
本発明者は、オゾンレス石英ガラスにおけるＴｉの濃度分布に着目した。従来、閃光放電ランプに使用されていたオゾンレス石英ガラスにドープされているＴｉの濃度勾配を調べてみると、内表面から外表面にかけて略均一であり、それらを用いた閃光放電ランプの放電空間の内表面Ｔｉ量は、１２０ｗｔ．ｐｐｍ弱に及ぶことがわかった。
【００２１】
従来のオゾンレス石英ガラスは、Ｔｉが含まれていない石英ガラスを発光管に用いた場合と比較して、ランプ点灯時に発光管内表面の温度は数１０℃高くなることが推測された。そうすると、発光管からのＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２の放電空間への放出が、Ｔｉがない石英ガラスを発光管に用いた場合と比較して、多くなり、結果、電極酸化などにより発光管黒化が発生し、その結果、所望の光の強度が得られなくなることが推測された。
【００２２】
そこで、内表面のＴｉ量の異なるランプを作製して、ランプ点灯時の黒化度合を確認すると、内表面のＴｉ量が多いもののほうが、内表面Ｔｉ量が少ないものより、黒化度合が大きく、黒化本数も多いという事実が判明した。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るランプに供されるＴｉ濃度に勾配がある石英ガラス管およびＴｉ濃度勾配のない従来の石英ガラス管の厚さ方向における濃度勾配プロファイルを図１に示す。
【００２４】
図中▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼は本発明の閃光放電ランプに供されるＴｉ濃度に勾配がある石英ガラス管の例、▲５▼はＴｉ濃度勾配のない従来のオゾンレス石英ガラス管の例である。Ｔｉの定量値は蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）での測定値であり、分析深さは約５０μｍで測定誤差は±５ｗｔ．ｐｐｍである。深さ方向の濃度測定は徐々にエッチングしながら測定を行った。
【００２５】
このようなＴｉ濃度勾配があり、且つ最内表面のＴｉ濃度が低い（０〜８０ｗｔ．ｐｐｍ）石英ガラス管を発光管に用いたランプ（以下、濃度勾配ランプ）と、Ｔｉ濃度が均一で、最内表面のＴｉ濃度が上記より高い（１２０ｗｔ．ｐｐｍ）石英ガラス管を用いたランプ（以下、濃度均一ランプ）の点灯中における発光管の黒化発生率を比較した。黒化の確認実験は次のように行った。
【００２６】
＜実験条件＞
（１）閃光放電ランプ
発光管Ｔｉ濃度：
（ａ）濃度勾配のあるもの・・・図１の▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼を各５本づつ計２０本。
（ｂ）濃度勾配がなく，濃度均一なもの・・図１の▲５▼を２０本。
電極          ：タングステンを主成分とする材料
封入ガス      ：キセノン（Ｘｅ）  ６０ｋＰａ
発光管管軸方向の発光長：１６０ｍｍ
【００２７】
（２）点灯条件
パルス幅：３００μｓ
入力エネルギー：１０００Ｊ
フラッシュ条件：２０秒に１回フラッシュする繰り返し点灯
フラッシュ条件：１００００回
【００２８】
上記ランプを上記点灯条件でフラッシュ点灯した後に黒化が生じている閃光放電ランプの数を目視にて確認した。その結果を図２に示すが、▲１▼〜▲４▼のＴｉ濃度勾配のガラスを発光管にした閃光放電ランプは黒化が発生しないことが確認された。これら▲１▼〜▲４▼の発光管は肉厚１ｍｍ以上であって、発光管内表面のＴｉ濃度が８０ｗｔ．ｐｐｍ以下、発光管内表面から１ｍｍの深さでのＴｉ濃度が１００ｗｔ．ｐｐｍ以上である。
【００２９】
本発明の閃光放電ランプに供される発光管に製作方法の一例を挙げれば、次のようになる。
図３に示したように、Ｔｉ濃度勾配が実質的に無い（濃度均一の）石英管（＝図３（ａ））を酸水素バーナー等で加熱する。図３（ｂ）には、図３（ａ）の石英ガラス管の破線の丸で囲まれた部分の拡大模式図を示す。石英ガラス２Ａの中に分布するＴｉ化合物３が示されている。図３（ｃ）は、内表面を作業温度に上げて管の肉厚を厚くまたは薄くする加工（図中では「力を加える」と表示）によって、内表面を再形成することができることを示している。
【００３０】
具体的には、２０００℃加熱でＴｉ化合物は石英ガラス中を拡散し、同時に石英ガラス表面に新しい層であるＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層が形成される。図３（ｄ）には、加熱後の様子を示すがＴｉ化合物の表面付近の拡散はＳｉＯ２とＴｉ化合物（例：ＴｉＯ２）の拡散係数が異なることから小さく、内表面側にはＴｉ濃度が低い層ができる。このようにして、Ｔｉの濃度勾配がある発光管を作製できる。
【００３１】
Ｔｉの濃度勾配がある発光管を作製する別の方法としては次の方法がある。Ｔｉを意図的に入れていない石英ガラス管をオゾンレス石英管の内側に挿入して、酸水素バーナーで石英ガラスの軟化点以上の温度に加熱して、挿入した石英ガラスをオゾンレス石英管と溶融させる。オゾンレス石英管のＴｉは新しく形成されたＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層に拡散され、その結果、内表面付近のＴｉ量は、元のオゾンレス石英ガラス内部のＴｉ量より低い、オゾンレス石英管が形成される。
【００３２】
なお、Ｔｉ濃度勾配のある石英ガラス製発光管の製法は、上記で説明した製法に限定されるものではない。
【００３３】
また、本発明の発光管へのドープ材としては、Ｔｉ化合物であり、例えばＴｉＯ２である。また、Ｔｉ濃度はなめらかな濃度勾配で内表面から外表面側に向けて、徐々に上昇することが望ましい。なめらかな濃度勾配とは、オゾンレス石英管の内表面からの深さをＤ（ｍｍ）、Ｔｉの濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）をＣとすると、Ｃ／Ｄ≦１００００の範囲に入る濃度勾配をもつものである。例えば、０．１ｍｍの深さでのＴｉ濃度が１０００ｗｔ．ｐｐｍ以下である。
【００３４】
Ｔｉ濃度をＣ／Ｄ＞１００００以上の勾配で急激に変化させた場合、線膨張係数が特異個所で大きく変化するため、ランプ点灯により急激な濃度の変化の部位に引っ張り応力が発生する。応力発生部は一体物のガラスのなかである為、応力が発生していない他の部分との間で、歪が発生する。歪の発生により、ガラスの機械的強度が低くなり、そのようなＴｉ濃度勾配を有するランプの寿命は、発光管の黒化によらず、発光管の歪に起因した破裂が決めるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｔｉをドープしたオゾンレス石英ガラスからなる発光管を有し、発光管の内表面から外表面側に向けてＴｉ濃度が高くなるＴｉ濃度勾配をもつことを特徴とする閃光放電ランプは、Ｔｉ濃度が均一にドープされた従来のオゾンレス石英ガラスを用いた閃光放電ランプより、発光管の黒化の発生を抑制することが可能となり、ランプ寿命を従来の閃光放電ランプより長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の閃光放電ランプに係るオゾンレス石英ガラス管および従来のオゾンレス石英ガラス管の深さ方向におけるＴｉ濃度測定結果を示す。
【図２】石英ガラスのＴｉ濃度勾配の有無と閃光放電ランプの黒化発生率との関係を示す。
【図３】Ｔｉ濃度勾配を有する石英管の製作方法の一例を示す。
【図４】閃光放電ランプの概略図を示す。
【符号の説明】
１  閃光放電ランプ
２  石英ガラス管
２Ａ  石英ガラス
３  Ｔｉ化合物
４、４´  電極
５  発光管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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