(57)【要約】【課題】入射エネルギー分布が急峻な温度勾配を描くことができて、水冷構造を設けることなく成長結晶への伝熱を防止することができる単結晶育成装置を提供する。【解決手段】熱源の放射熱を直接的および反射鏡で反射させて、反射鏡の一方の焦点に配置される試料に照射して単結晶を育成する単結晶育成装置である。試料は、上方側に鉛直状に配設される原料棒と下方側に鉛直状に配設される結晶棒との間の被加熱部に配置される。少なくとも、結晶棒の被加熱部近傍を、結晶への入射エネルギー分布において温度勾配を急峻とする遮光体にて囲繞する。遮光体を、前記加熱源の放射熱にて加熱される外側リングと、この外側リングとの間に所定リング隙間が形成された状態で外側リングに内嵌されて外側リングからの輻射熱を受ける内側リングとで構成する。【選択図】図１
2016204225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々一対の焦点を有しかつ一方の焦点が一致するように配置される一対の反射鏡と、反射鏡の他方の焦点に配置された加熱源とを備え、前記加熱源の放射熱を直接的および反射鏡で反射させて、反射鏡の一方の焦点に配置される試料に照射して単結晶を育成する単結晶育成装置において、
前記試料は、上方側に鉛直状に配設される原料棒と下方側に鉛直状に配設される結晶棒との間の被加熱部に配置され、少なくとも、結晶棒の被加熱部近傍を、結晶への入射エネルギー分布において温度勾配を急峻とする遮光体にて囲繞するとともに、この遮光体を、前記加熱源の放射熱にて加熱される外側リングと、この外側リングとの間に所定リング隙間が形成された状態で外側リングに内嵌されて外側リングからの輻射熱を受ける内側リングとで構成したことを特徴とする単結晶育成装置。
【請求項２】
軸方向長さが相違する複数種の遮光体を備え、この複数種の遮光体から、任意の遮光体を選択して用いることを特徴とする請求項１に記載の単結晶育成装置。
【請求項３】
前記反射鏡は回転楕円面鏡であり、遮光体は、少なくとも、回転楕円面鏡の下部開口部までを囲繞する軸方向長さを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の単結晶育成装置。
【請求項４】
遮光体は、支持用筒体上に着脱可能に立設されることを特徴とする請求項３に記載の単結晶育成装置。
【請求項５】
結晶棒の軸径が３１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の単結晶育成装置。
【請求項６】
遮光体は、前記内側リング体内にさらに少なくとも１つの他の内側リング体が内嵌されて、多重構造となっていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の単結晶育成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶育成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
単結晶を育成する場合、フローティングゾーン式の単結晶育成装置を用いることは従来から知られている。このような単結晶育成装置５０は、図１１及び図１２に示すように、対称形の２つの楕円面鏡５１、５２を有し、各々の一方の焦点Ｆ０、Ｆ０（図１２参照）が一致するように対向結合させて加熱炉を構成する。この回転楕円面鏡５１、５２の内面、すなわち反射面は、赤外線を高反射率で反射させるために金めっき処理が施されている。各回転楕円面鏡５１、５２の他方の焦点Ｆ１、Ｆ２付近には、加熱源、例えば、ハロゲンランプ等の赤外線ランプ５３、５４が固定配置してある。各回転楕円面鏡５１、５２の一致した焦点Ｆ０には被加熱部５５が位置し、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸５６の下端に固定した原料棒５７と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸５８の上端に固定された種結晶棒５９とを突き合わせてある。前記上結晶駆動軸５６および下結晶駆動軸５８は、図示するように、保持部材６０、６１によって気密に保持され、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期または相対速度を有して昇降自在に保持されている。
【０００３】
前記原料棒５７および種結晶棒５９が配置された空間ｍ１を、赤外線ランプ５３、５４が配置された空間ｍ２と区画して、単結晶育成室６２を形成する透明な石英管６３を設けて、上記単結晶育成室６２に結晶育成に対して好適な不活性ガス等を充満させる。
【０００４】
前記単結晶育成装置５０によれば、回転楕円面鏡５１、５２の第１、第２の焦点Ｆ1、Ｆ2に配置された赤外線ランプ５３、５４から照射される赤外線を、上記回転楕円面鏡５１、５２で反射させ、共通の焦点Ｆ０に位置する被加熱部５５に集光させて赤外線加熱する。この赤外線加熱による輻射エネルギーにより、被加熱部５５の原料棒５７の下端および種結晶棒５９の上端を加熱溶融させながら、円滑に接触させることにより、図１３に示すように、原料棒５７と種結晶棒５９間の被加熱部５５に溶融帯６９を形成させる。
【０００５】
そして、下端に原料棒５７を固定した上結晶駆動軸５６と上端に種結晶棒５９を固定した下結晶駆動軸５８とを共に回転させ、かつ、同期または相対速度を有してゆっくり下方に向かって移動させることによって、原料棒５７と種結晶棒５９間の溶融帯６９が次第に原料棒５７側に移動していって、結晶が成長していき単結晶が育成される。なお、図１３における５７ａは原料棒５７側の固液界面を示し、５９ａは種結晶棒５９側の固液界面を示している。
【０００６】
すなわち、回転楕円鏡の第１焦点Ｆ１，Ｆ１において赤外線ランプ５３、５４からの光を、第２焦点Ｆ０において試料に集中して溶融帯を形成し、その溶融帯を表面張力で保持しながら下方へ移動ささせ、冷却することにより単結晶を成長させることになる。
【０００７】
溶融帯６９において、表面張力（一定）よりも静水圧（溶融帯高さに比例）が高くなると溶融帯６９を保持することができなくなる。すなわち、図７に示すように、種結晶棒５９の軸径（直径）が１０ｍｍ未満等の小径であれば、表面張力が静水圧よりも大きく、溶融帯６９を保持することができる。これに対して、図８に示すように、種結晶棒５９の軸径（直径）が１５ｍｍ程度の大径であれば、表面張力よりも静水圧が大きく、溶融帯６９を保持することができない。
【０００８】
ところで、結晶への入射エネルギー分布において、図９に示すような急峻な温度勾配であれば、溶融帯高さが短くすることができ、図１０に示すようなゆるやかな温度勾配であれば、溶融帯高さが長くなる。
【０００９】
そこで、従来には、原料棒と結晶棒との間に形成される被加熱部の結晶側固液界面近傍に被加熱部を囲繞する遮光物を配置したものが提案されている（引用文献１）。この文献のものでは、溶融帯の結晶側固液界面近傍に先端を配し結晶棒の固液界面近傍を取り囲むように、遮光物を配設させ、結晶側固液界面近傍に遮光物の影を与えることにより、影の部分では赤外線吸収停止は勿論、かえって熱放射を招来させて、温度勾配を遮光物が存在しない場合よりもきつくでき、さらに高温領域を狭くすることができる。従って、溶融帯長さが不所望に長くならず、溶融状態を整えるためのランプパワー微調整も容易になり、かつ溶融帯の融液は重力作用による自重によって垂れることなく安定することとなり、溶融帯を維持することが可能となり、結局大型の単結晶育成条件を整え、実際に単結晶大径が実現できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−２７４６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
すなわち、遮光物６５を図５（ｂ）に示すように配置すれば、結晶側固液界面及びその近傍への放射熱が反射されることになる。このため、図５（ａ）のように、結晶への入射エネルギー分布が、遮光物を設けた場合を実線で示し、遮光物６５を設けていない場合を仮想線で示すようになる。この図５（ａ）（ｂ）から分かるように、遮光物６５を設けた場合、入射エネルギー分布が急峻な温度勾配を描くことになる。これによって、形成される溶融帯の長さ寸法を短くでき、溶融帯において、表面張力が静水圧よりも大きく、溶融帯を保持することができ、比較的大径の結晶棒を形成することができる。
【００１２】
ところで、前記特許文献１に記載のものでは、遮光物６５自体の温度上昇を防止するため、遮光物６５として、水冷銅パイプを用いている。すなわち、図６（ａ）（ｂ）に示すように、遮光物６５は、二重管とされ、その外層６５ａと内層６５ｂとの間に冷却水が供給される冷却水循環部６６が形成される。このため、冷却水が熱を吸収し、内径側の結晶棒５９への熱の伝達を防止することができる。
【００１３】
しかしながら、このような水冷構造であれば、冷却水用の配管機構を必要とするとともに、漏水防止のためのシール機構を必要として、装置全体構造が複雑化し、高コスト化していた。また、種結晶棒５９の外径に対して最適な溶融帯６９の高さを得るために、遮光物６５の位置調整が必要とされる。しかしながら、前記のような配管機構を用いた水冷式では、その位置調整を行いにくく、高精度のシール機構を配置しなければ、水漏れのおそれがある。
【００１４】
そこで、入射エネルギー分布が急峻な温度勾配を描くことができて、水冷構造を設けることなく成長結晶への伝熱を防止することができる単結晶育成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の単結晶育成装置は、各々一対の焦点を有しかつ一方の焦点が一致するように配置される一対の反射鏡と、反射鏡の他方の焦点に配置された加熱源とを備え、前記加熱源の放射熱を直接的および反射鏡で反射させて、反射鏡の一方の焦点に配置される試料に照射して単結晶を育成する単結晶育成装置において、前記試料は、上方側に鉛直状に配設される原料棒と下方側に鉛直状に配設される結晶棒との間の被加熱部に配置され、少なくとも、結晶棒の被加熱部近傍を、結晶への入射エネルギー分布において温度勾配を急峻とする遮光体にて囲繞するとともに、この遮光体を、前記加熱源の放射熱にて加熱される外側リングと、この外側リングとの間に所定リング隙間が形成された状態で外側リングに内嵌されて外側リングからの輻射熱を受ける内側リングとで構成したものである。
【００１６】
本発明の単結晶育成装置によれば、結晶棒の被加熱部近傍を囲繞する遮光体にて、被加熱部への入射エネルギー分布を急峻な温度勾配とすることができる。これによって、形成される溶融帯の長さ寸法を短くでき、溶融帯において、表面張力が静水圧よりも大きく、溶融帯を保持することができ、比較的大径の結晶棒を形成することができる。しかも、遮光体は、外側リングと内側リングとの二重遮光構造であり、加熱源からの放射熱で、外側リングは加熱され、この外側リングから内径側へ再輻射され、この輻射を内側リングで受けることができる。このため、この内側リングの内径側に配設される成長結晶への伝熱を防止できる。
【００１７】
軸方向長さが相違する複数種の遮光体を備え、この複数種の遮光体から、任意の遮光体を選択して用いることができる。このため、遮光体の高さ位置の位置合わせ（位置調整）を行うことができ、使用する加熱源、反射鏡、原料棒の軸径、結晶棒の軸径、及び試料の融点等に応じて最適の溶融帯長さを得るように設定できる。
【００１８】
前記反射鏡は回転楕円面鏡であり、遮光体は、少なくとも、回転楕円面鏡の下部開口部までを囲繞する軸方向長さを有するものとできる。遮光体は、支持用筒体上に着脱可能に立設されるように構成できる。また、結晶棒の軸径を３１ｍｍ以下とすることができる。
【００１９】
遮光体は、前記内側リング体内にさらに少なくとも１つの他の内側リング体が内嵌されて、多重構造となっているものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、大径の結晶棒を安定して形成することができ、しかも、遮光体からの結晶棒への伝熱を防止でき、高品質な結晶育成が可能となる。また、水冷構造を用いる必要がなく、構造として簡略化を図ることができ、設計性に優れるとともに、コスト低減に寄与する。
【００２１】
任意の軸方向長さが寸法が相違する遮光体を選択して用いることができるので、遮光体の先端位置を任意に設定でき、単結晶育成状態のコントロールが可能となって、最適状態の単結晶育成を形成することができる。
【００２２】
反射鏡は回転楕円面鏡であり、遮光体は、少なくとも、回転楕円面鏡の下部開口部までを囲繞する軸方向長さを有するものとできる。このように設定することによって、被加熱部への入射エネルギー分布を急峻な温度勾配を安定して得ることができ、形成される溶融帯の長さ寸法を短くでき、溶融帯の形状維持が安定する。しかも、遮光体の軸方向長さを短いものに設定でき、その交換作業が容易であるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００２３】
遮光体が、支持用筒体上に着脱可能に立設されるものであれば、交換作業の一層の簡素化が可能となり、しかも、遮光体を配置するための構造の簡略化を図ることができる。
【００２４】
形成される溶融帯の長さ寸法を短くでき、結晶棒の軸径が３１ｍｍ以下の大径であっても、溶融帯において、表面張力を静水圧よりも大きくできる。また、遮光体を多重構造とすることによって、内側リングの内径側に配設される成長結晶への伝熱をより一層防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態を示す単結晶育成装置を示し、（ａ）は結晶への入射エネルギー分布図であり、（ｂ）は要部簡略断面図である。
【図２】遮光体を示し、（ａ）は外側リングが加熱されている状態の簡略図であり、（ｂ）は内側リングにて外側リングからの再輻射を受けている状態の簡略図である。
【図３】単結晶育成装置の要部断面図である。
【図４】遮光体の拡大断面図である。
【図５】冷却構造を備えた単結晶育成装置を示し、（ａ）は結晶への入射エネルギー分布図であり、（ｂ）は要部簡略断面図である。
【図６】図５の単結晶育成装置に用いた遮光体を示し、（ａ）は外層が加熱されている状態の簡略図であり、（ｂ）は内層にて外層からの再輻射を受けている状態の簡略図である。
【図７】結晶棒の軸径が１０ｍｍの場合の溶融帯を示す簡略図である。
【図８】結晶棒の軸径が１５ｍｍの場合の溶融帯を示す簡略図である。
【図９】結晶への入射エネルギーに急峻な温度勾配を有する場合の単結晶育成装置の簡略図である。
【図１０】結晶への入射エネルギーにゆるやかな温度勾配を有する場合の単結晶育成装置の簡略図である。
【図１１】従来の単結晶育成装置の断面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図である。
【図１３】従来の単結晶育成装置の要部簡略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００２７】
対称形の２つの楕円面鏡１、２を有し、各々の一方の焦点Ｆ０、Ｆ０が一致するように対向結合させて加熱炉を構成する。この回転楕円面鏡１、２の内面、すなわち反射面は、赤外線を高反射率で反射させるために金めっき処理が施されている。各回転楕円面鏡１、２の他方の焦点Ｆ１、Ｆ２付近には、加熱源、例えば、ハロゲンランプ等の赤外線ランプからなる加熱源３、４が固定配置してある。各回転楕円面鏡１、２の一致した焦点Ｆ０には被加熱部５が位置する。そして、上方から鉛直方向に延びる上結晶駆動軸（図示省略）の下端に固定した原料棒７と、下方から鉛直方向に延びる下結晶駆動軸８（図３参照）の上端に固定された種結晶棒９との突き合わせ部である試料が、この位置に配置される。前記上結晶駆動軸および下結晶駆動軸８は、図示しないサーボモータ等の駆動モータで回転自在、かつ、同期または相対速度を有して昇降自在に保持されている。
【００２８】
前記原料棒７および種結晶棒９が配置された空間ｍ１を、赤外線ランプ３、４が配置された空間ｍ２と区画して、単結晶育成室１２を形成する透明な石英管１３を設けて、上記単結晶育成室１２に結晶育成に対して好適な不活性ガス等を充満させる。
【００２９】
前記単結晶育成装置によれば、回転楕円面鏡１、２の第１、第２の焦点Ｆ1、Ｆ2に配置された赤外線ランプ３、４から照射される赤外線を、上記回転楕円面鏡１、２で反射させ、共通の焦点Ｆ０に位置する被加熱部５に集光させて赤外線加熱する。この赤外線加熱による輻射エネルギーにより、被加熱部５の原料棒７の下端および種結晶棒９の上端を加熱溶融させながら、円滑に接触させることにより、原料棒７と種結晶棒９間の被加熱部５に溶融帯１０を形成させる。
【００３０】
そして、下端に原料棒７を固定した上結晶駆動軸と上端に種結晶棒９を固定した下結晶駆動軸８（図３参照）とを共に回転させ、かつ、同期または相対速度を有してゆっくり下方に向かって移動させることによって、原料棒７と種結晶棒９間の溶融帯１０が次第に原料棒７側に移動していって、結晶が成長していき単結晶が育成される。なお、７ａは原料棒７側の固液界面を示し、９ａは種結晶棒９側の固液界面を示している。
【００３１】
すなわち、回転楕円鏡の第１焦点Ｆ１，Ｆ１において赤外線ランプ３、４からの光を、第２焦点Ｆ０において試料に集中して溶融帯１０を形成し、その溶融帯１０を表面張力で保持しながら下方へ移動させ、冷却することにより単結晶を成長させることになる。
【００３２】
ところで、この装置では、図３と図４に示すように、遮光体２０が配置される。この遮光体２０は、外側リング２０ａと、内側リング２０ｂとからなり、石英管１３内に内嵌されて、下結晶駆動軸８に外嵌される支持用筒体２１上に立設される。すなわち、石英管１３は下側支持部材２２から立設される。下側支持部材２２は、筒状本体部２２ａと、この本体部２２ａの上方開口端から立設される支持体２２ｂとを備えたものである。
【００３３】
下側支持部材２２の支持体２２ｂは、リング状の基板部２３と、この基板部２３から立設される短円筒部２４とからなり、基板部２３が本体部２２ａの上方開口端に載置された状態で、本体部２２ａの外周面上端部に形成された雄ねじ部に、内径面の雌ねじ部が螺合するナット部材２５にて、本体部２２ａと支持体２２ｂとが一体化される。これによって、支持体２２ｂの基板部２３から石英管１３が立設された状態となる。
【００３４】
支持用筒体２１は、上端縁部に鍔部２５が形成されるとともに、下端側に外鍔部２６が形成された円筒体からなる。そして、鍔部２５には上方開口状の大径の凹部２５ａが形成され、この凹部２５ａに、遮光体２０を支持するベース部材２７が嵌合されている。ベース部材２７は、平板リング体２７ａと、この平板リング体２７ａから立設される短寸の立ち上がり周壁２７ｂとからなる。
【００３５】
そして、外側リング２０ａは、その下部が凹部２５ａの周壁に接触するように、凹部２５ａに内嵌されて、ベース部材２７の平板リング体２７ａの外周縁部から立設される。また、内側リング２０ｂは、その下部がベース部材２７の立ち上がり周壁２７ｂの内周面に接触するように、立ち上がり周壁２７ｂに内嵌されて、ベース部材２７の平板リング体２７ａの内周縁部から立設される。このため、支持用筒体２１上に遮光体２０が単に載置された状態となる。この場合、ベース部材２７を介して支持用筒体２１上に立設された状態となっている。
【００３６】
図３及び図４に示す状態から、遮光体２０は、その外側リング２０ａ及び内側リング２０ｂを上昇させれば、取り外すことができる。また、この取り外し状態から、外側リング２０ａ及び内側リング２０ｂをベース部材２７上に立設すれば、遮光体２０を装着することができる。
【００３７】
図３に示すように、支持用筒体２１は、その外鍔部２６が、下側支持部材２２の支持体２２ｂの基板部２３に係合するとともに、その下端部が基板部２３の軸心孔に内嵌された状態で、立設される。なお、支持用筒体２１の周壁には多数の貫通孔２８が設けられている。この貫通孔２８は、熱伝導を小さくするためのものであり、軽量化も図ることができる。
【００３８】
このように、遮光体２０は、装着したり、取り外したりすることを簡単に行うことができ、軸方向長さの相違する複数種を揃えておけば、この複数種の遮光体２０から、任意の軸方向長さの遮光体２０を選択して用いることができる。
【００３９】
図３に示すように、下側支持部材２２の筒状本体部２２ａにはガス供給管３０が接続されている。すなわち、筒状本体部２２ａにガス供給口３１が設けられ、このガス供給口３１に、ガス供給管３０の連結用金具３０ａが連結されている。このため、ガス供給管３０から、単結晶育成室１２にガスが供給される。なお、ガスは、単結晶育成に適する不活性ガス等の雰囲気ガス(プロセスガス)である。すなわち、空気、酸素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、水素ガスの群から選ばれる１又は２以上のガスを用いることができる。単結晶が空気中の酸素と反応するのを防止したい場合には、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用い、単結晶を何らかの気体（例えば、酸素）と反応させて育成したい場合には、その気体、あるいはそのような気体が一定量配合された混合ガスを用いることになる。
【００４０】
また、この下側支持部材２２の筒状本体部２２ａには、この筒状本体部２２ａを冷却するための冷却水供給構造３５が設けられている。すなわち、筒状本体部２２ａには冷却水循環路３６が形成されるとともに、冷却水供給口３６ａ及び冷却水排出口３６ｂが設けられている。
【００４１】
ところで、前記遮光体２０の外側リング２０ａ及び内側リング２０ｂは、例えば、アルミナやニッケル等の金属で構成される。すなわち、この遮光体２０は後述する機能を発揮するために、輻射率が小さくかつこの遮光体２０が配設される部位の雰囲気温度に耐えうる金属材料にて構成できる。
【００４２】
また、この遮光体２０の高さ位置としては、図１に示すように、遮光体２０にて、結晶棒９の被加熱部５近傍を囲繞できる位置としている。すなわち、遮光体２０の上端位置が焦点Ｆ０から下方に所定寸だけ下降した位置である。この所定寸として、使用する加熱源３，４、反射鏡１，２、原料棒７の軸径、結晶棒８の軸径、及び試料の融点等に応じて種々設定できる。この場合、図１（ａ）に示すように、結晶への入射エネルギー分布（Ｙ軸が焦点位置を中心とした軸方向長さを示し、Ｘ軸が温度を示している。）になる高さとしている。また、遮光体２０の軸方向長さとして、少なくとも、回転楕円面鏡１，２の下部開口部までを囲繞できればよい。
【００４３】
遮光体２０を配置することによって、加熱源３，４からの放射熱をこの遮光体２０にて遮光でき、被加熱部５に入射させない。このため、遮光体有と、遮光体無とでは、入射エネルギ―分布の波形が異なる。すなわち、遮光体無では、Ｘ軸を中心に対称となるのに対して、遮光体有では、Ｘ軸を中心に対称形にならず、結晶棒側が急峻な温度勾配となる。
【００４４】
このように、結晶棒側が急峻な温度勾配となれば、溶融帯１０高さを小さくすることができる。このため、このような遮光体２０を有さないものにおいて、溶融帯１０において表面張力よりも静水圧が大きくなって溶融帯１０を保持できない大径の結晶棒であっても、表面張力を静水圧よりも大きくでき、溶融帯１０を保持できることになる。従って、大口径の単結晶を製作することができる。特に、図１（ａ）からわかるように、焦点Ｆ０よりも下方が急峻な温度勾配となっているので、焦点Ｆ０よりも上方側では、ゆっくりと溶融し、焦点Ｆ０よりも下方側では素早く固化することになる。このため、形成される結晶は安定したものとなる。
【００４５】
遮光体２０は外側リング２０ａと内側リング２０ｂの二重構造であり、この遮光体２０では、図２に示すような熱の推移となる。すなわち、図２（ａ）に示すように、まず加熱源３，４からの放射熱にて外側リング２０ａが加熱される。このため、図２（ｂ）に示すように、この外側リング２０ａから内径側へ再輻射される。しかしながら、この輻射を内側リング２０ｂで受けることができ、この内側リング２０ｂの内径側に配設される成長結晶への伝熱を防止できる。
【００４６】
本発明では、大径の結晶棒９を安定して形成することができ、しかも、遮光体２０からの結晶棒９への伝熱を防止でき、高品質な結晶育成が可能となる。また、水冷構造を用いる必要がなく、構造として簡略化を図ることができ、設計性に優れるとともに、コスト低減に寄与する。
【００４７】
しかも、軸方向長さの相違する複数種を揃えておけば、この複数種の遮光体から、任意に遮光体２０を選択して用いることができる。このため、遮光体２０を取り替えれば、遮光体２０の高さ位置を変更でき、簡単に、使用する加熱源３，４、反射鏡１，２、原料棒７の軸径、結晶棒８の軸径、及び試料の融点等に応じて種々設定できる。従って、単結晶状態をコントロールして最適状態とすることが可能となる。
【００４８】
反射鏡は回転楕円面鏡１，２であり、遮光体２０は、少なくとも、回転楕円面鏡１，２の下部開口部までを囲繞する軸方向長さを有するものとできる。このように設定することによって、被加熱部５への入射エネルギー分布を急峻な温度勾配を安定して得ることができ、形成される溶融帯１０の長さ寸法を短くでき、溶融帯１０の形状維持が安定する。しかも、遮光体２０の軸方向長さを短いものに設定でき、その交換作業が容易であるとともに、低コスト化を図ることができる。
【００４９】
遮光体２０が、支持用筒体２１上に着脱可能に立設されるものであれば、交換作業の一層の簡素化が可能となり、しかも、遮光体２０を配置するための構造の簡略化を図ることができる。
【００５０】
このように、形成される溶融帯１０の長さ寸法を短くでき、結晶棒９の軸径が３１ｍｍ以下の大径であっても、溶融帯１０において、表面張力を静水圧よりも大きくできる。
【００５１】
また、前記実施形態では、遮光用リング体２０は、外側リング２０ａと内側リング２０ｂとの２重構造であったが、他の実施形態として、内側リング２０ｂの内径側に単層又は複数層の内側リング２０ｂを配置したものであってもよい。すなわち、３重構造、さらには、４重構造以上のものであってもよい。このように複数構造（多重構造）とすることによって、結晶棒側への伝熱防止性能が向上する。
【００５２】
本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、支持用筒体２１に、短寸の遮光体２０を載置するものであったが、支持用筒体２１を省略して、軸方向長さが大である遮光体２０を用いるものであってもよい。また、遮光体２０の外径寸法、つまり、外側リング２０ａの外径寸法Ｄ１（図２参照）や、遮光体２０の内径寸法、つまり、内側リング２０ｂの内径寸法Ｄ２（図２参照）としては、使用する加熱源３，４、反射鏡１，２、原料棒７の軸径、結晶棒８の軸径、及び試料の融点等に応じて種々設定できる。
【００５３】
外側リング２０ａの外径寸法Ｄ１としては、石英管１３の内径寸法Ｄ３（図１参照）よりも僅かに小さい寸法として、石英管１３と遮光体２０との間に隙間Ｃ１（図１参照）が設けられ、この隙間Ｃ１としては、２ｍｍ〜４ｍｍ程度とする。遮光体２０の内径寸法、つまり、内側リング２０ｂの内径寸法Ｄ２としては、形成される結晶棒の外径寸法よりも大きく設定されて、内側リング２０ｂと結晶棒９との間に隙間Ｃ２（図１参照）が設けられ、この隙間Ｃ２としては、２ｍｍ〜７ｍｍ程度とする。また、外側リング２０ａと内側リング２０ｂとの間の隙間（リング隙間）Ｃ３（図２参照）としては、３ｍｍ〜５ｍｍ程度とする。なお、外側リング２０ａの内径寸法Ｄ４としては、４０ｍｍ〜４３ｍｍ程度とし、内側リング２０ｂの外径寸法Ｄ５としては、３３ｍｍ〜３６ｍｍ程度とする。
【００５４】
また、図２（ａ）に示すように、外側リング２０ａの肉厚ｔ１と内側リング２０ｂの肉厚ｔ２としては、同一であっても、相違するものであってもよい。相違させる場合、外側リング２０ａの肉厚を内側リング２０ｂの肉厚よりも大としたり、内側リング２０ｂの肉厚ｔ２を外側リング２０ａの肉厚ｔ１よりも大としたりでき、外側リング２０ａ及び内側リング２０ｂの肉厚ｔ１、ｔ２としては、使用する材質等に応じて種々変更できる。遮光体２０の軸方向長さとしては、少なくとも、回転楕円面鏡１，２の下部開口部までを囲繞できる範囲で任意に設定できる。このため、支持用筒体２１を用いる場合、支持用筒体２１の軸方向長さが遮光体２０の軸方向長さよりも長くても、短くてもよい。なお、外側リング２０ａの軸方向長さと内側リング２０ｂの軸方向長さとしては、相違していてもよいが、同一に設定するのが好ましい。
【００５５】
前記実施形態では、遮光体２０を変更することによって、高さ調整を行っていたが、遮光体２０を取り替えることなく、シリンダ機構やボルト・ナット機構等の公知公用の上下動機構で、遮光体２０を上下動させるものであってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１、２ 回転楕円面鏡（反射鏡）
３     赤外線ランプ（加熱源）
４     溶融帯
５     被加熱部
７     原料棒
９     種結晶棒
２０   遮光体
２０ａ 外側リング
２０ｂ 内側リング
２１   支持用筒体
Ｆ０、Ｆ１    焦点
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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