(57)【要約】      （修正有）【課題】内炉体内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られ、高品質の酸化物人工結晶を生産できるサファイア結晶成長燒結炉を提供する。【解決手段】主として、外炉１と内炉２とが含有され、該外炉は内炉を収納する加熱空間１０があり、加熱空間の内縁に加熱装置１１が設けられ、上方に加熱装置を有する２次燃焼室１３が設けられ、該２次燃焼室に排気装置３０を有する冷却集塵装置３が連結される。内炉は炉床２０があり、該炉床の底端に断熱層と冷却循環装置２２が設けられ、炉床の上端に加熱装置が設けられ、炉床と断熱層の外縁に内炉体が設けられ、内炉体が使用する時、密封装置２５により密封され、該内炉体と密封装置に、更に、内炉体と炉床を分離できる急速継手が設けられる。該内炉に給気管２７が設置され、また、該給気管の頭端の外縁に同心である排気管２８が設置される。【選択図】図１
0003130268.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
主として、
内炉を収納する加熱空間があり、加熱空間の内縁に、加熱装置が設けられ、上方に、加熱装置を有する２次燃焼室が設けられ、該２次燃焼室に、排気装置を有する冷却集塵装置が連結される外炉と、
炉床があり、該炉床の底端に、断熱層と冷却循環装置が設けられ、炉床の上端に、加熱装置が設けられ、炉床と断熱層の外縁に、内炉体が設けられ、内炉体が、使用する時、密封装置と炉床により密封され、該内炉体と密封装置に、更に、内炉体と炉床とを分離や結合するための結合装置が設けられ、また、給気管と排気管が設置され、給気管により雰囲気気体が導入され、排気管により、使用された雰囲気気体が排気され、これにより、内炉体内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られ、高品質の酸化物人工結晶を生産できる内炉と、
が含有される、ことを特徴とするサファイア結晶成長燒結炉。
【請求項２】
該結合装置が、急速継手で、快速的に内炉体と炉床とを分離や結合できることを特徴とする請求項１に記載のサファイア結晶成長燒結炉。
【請求項３】
該内炉に設置された給気管において、頭端の外縁に、同心である排気管が設置され、該排気管の外径が給気管より大きく、長さが給気管より短く、中央に設けられた給気管により、雰囲気気体が導入され、排気管により、使用された雰囲気気体が排気され、これにより、内炉体内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られることを特徴とする請求項１や２に記載のサファイア結晶成長燒結炉。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、雰囲気炉技術に関し、特に、例えば、単結晶サファイア結晶等の各種類の酸化物人工結晶を成長させるための成長燒結炉に適用され、快速的に高品質の酸化物人工結晶を生産できるものに関する
【背景技術】
【０００２】
酸化物人工結晶は、現代科技製品において、重要視され、光電産業の発光ダイオード（ＬＥＤ）として単結晶サファイア結晶を利用することを例として、窒化ガリウム（ＧａＮ）の材料について、二十年以上に研究されていたが、格子定数がマッチする基板（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）がないため、結晶の成長が良くなく、また、ｐ型窒化ガリウムの作製が容易ではなく、その発展が遅くなり、上記の問題について、１９８３年において、日本の田貞史博士（Ｓ．Ｙｏｓｈｉｄａ）らにより、まず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により、サファイア（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）基板上に、高温成長で緩衝層が形成され、また、その上に窒化ガリウムを成長することにより、より良い結晶が得られ、また、その後、名古屋大学の赤崎勇教授（Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ）らにより、有機金属気相蒸着法（ＭＯＣＶＤやＯＭＶＰＥ）で、低温（約６００℃）において、１層の薄い窒化アルミニウムを、均一に成長して、その上に、高温（約１０００℃左右）において、窒化ガリウムを成長することにより、鏡面に類似する材料が得られることを発見した。１９９１年に、日亜会社（Ｎｉｃｈｉａ  Ｃｏ．）の研究員である中村修二（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ）により、非結晶窒化ガリウムを利用して、低温において、緩衝層（Ｂｕｆｆｅｒ  Ｌａｙｅｒ）を成長し、そして、高温において、窒化ガリウムを成長することにより、鏡面のような平坦の膜が得られることを発見した。また、ｐ−ＧａＮの問題について、１９８９年に、赤崎勇教授らにより、まず、マグネシウム（Ｍｇ）を窒化ガリウムにドーピングして成長させ、成長した後、電子束を照射することにより、ｐ型窒化ガリウムが得られ、そして、その後、日亜会社の中村修二により、電子束を照射することにより、窒化ガリウムの温度を高くするだけの効果が得られ、これにより、Ｍａ−Ｈの水素が分離され、マグネシウム受容体が活性化されて低抵抗の窒化ガリウムを生成し、この時、７００℃程度のアニーリングによっても、水素を除去して、マグネシウムが活性化されてｐ型が形成されることを発見した。上記の二つの発見により、日亜会社は、１９９３年に、寿命が数万時間で、光度が１カンデラ（Ｃｄ）であるＧａＮブルーライト発光ダイオード（ＬＥＤ）を開発することに成功したと発表した。その後、全世界において、該材料の製造や性質とび応用についての研究が盛んになる。
【０００３】
サファイア基板（酸化アルミニウム単結晶）は、格子が、非常に窒化ガリウムに似合っているため、好ましい基板材料であり、そのため、サファイア基板の成長技術は、更に重要視される。サファイア基板を生産する時、主な重大技術は、２０５０℃の高温で、酸化アルミニウム粉末を融解して結晶を成長する。従来のサファイア結晶成長に使用される高温燒結炉は、異なる雰囲気気体（惰性気体）を導入して雰囲気炉内で燒結し、また、燒結は、重要な工程で、燒結工程は、サファイアの結晶品質に大きい影響を与える。従来の雰囲気炉は、安定的に炉内の温度を制御できないため、容易に、製品の品質が悪くなる。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案の主な目的は、主として、内炉を収納する加熱空間があり、加熱空間の内縁に、加熱装置が設けられ、上方に、加熱装置を有する２次燃焼室が設けられ、該２次燃焼室に、排気装置を有する冷却集塵装置が連結される外炉と、炉床があり、該炉床の底端に、断熱層と冷却循環装置が設けられ、炉床の上端に、加熱装置が設けられ、炉床と断熱層の外縁に、内炉体が設けられ、内炉体が、使用する時、密封装置と炉床により密封され、該内炉体と密封装置に、更に、内炉体と炉床とを分離や結合するための結合装置が設けられ、また、給気管と排気管が設置され、給気管により雰囲気気体が導入され、排気管により、使用された雰囲気気体が排気され、これにより、内炉体内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られ、高品質の酸化物人工結晶を生産できる内炉と、が含有されるサファイア結晶成長燒結炉を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の考案は、主として、内炉を収納する加熱空間があり、加熱空間の内縁に、加熱装置が設けられ、上方に、加熱装置を有する２次燃焼室が設けられ、該２次燃焼室に、排気装置を有する冷却集塵装置が連結される外炉と、炉床があり、該炉床の底端に、断熱層と冷却循環装置が設けられ、炉床の上端に、加熱装置が設けられ、炉床と断熱層の外縁に、内炉体が設けられ、内炉体が、使用する時、密封装置と炉床により密封され、該内炉体と密封装置に、更に、内炉体と炉床とを分離や結合するための結合装置が設けられ、また、給気管と排気管が設置され、給気管により雰囲気気体が導入され、排気管により、使用された雰囲気気体が排気され、これにより、内炉体内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られ、高品質の酸化物人工結晶を生産できる内炉と、が含有されることを特徴とするサファイア結晶成長燒結炉である。
【０００６】
請求項２の考案は、該結合装置が、急速継手で、快速的に内炉体と炉床とを分離や結合できることを特徴とする請求項１に記載のサファイア結晶成長燒結炉である。
【０００７】
請求項３の考案は、該内炉に設置された給気管において、頭端の外縁に、同心である排気管が設置され、該排気管の外径が給気管より大きく、長さが給気管より短く、中央に設けられた給気管により、雰囲気気体が導入され、排気管により、使用された雰囲気気体が排気され、これにより、内炉体内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られることを特徴とする請求項１や２に記載のサファイア結晶成長燒結炉である。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
本考案は、図１から分かるように、主として、外炉１と内炉２とが含有され、
該外炉１は、内炉２を収納する加熱空間１０があり、加熱空間１０の内縁に、加熱装置１１が設けられ、上方に、加熱装置１２を有する２次燃焼室１３が設けられ、該２次燃焼室１３に、排気装置３０を有する冷却集塵装置３が連結され、２次燃焼室１３で完全燃焼された後の気体を冷却して不純物を濾過することにより、排出標準に満たしてから排気し（冷却集塵装置が従来技術である）、
該内炉２は、図２のように、炉床２０があり、該炉床２０の底端に、断熱層２１と冷却循環装置２２が設けられ、炉床２０の上端に、加熱装置２３が設けられ、炉床２０と断熱層２１の外縁に、内炉体２４が設けられ、内炉体２４が、使用する時、密封装置２５により密封され（内炉体２４と炉床２０が、分離可能で、密封装置２５によって密封され、密封装置により、内部の雰囲気気体が外部へ漏れることを防止し、一般として、シリコーンゴムからなる）、該内炉体２４と密封装置２５に、更に、結合装置２６（例えば、ボルト結合や本実施例の急速継手で結合する）が設けられ、これにより、快速的に内炉体２４と炉床２０を分離でき、該内炉２０に、給気管２７が設置され、該給気管２７の頭端の外縁に、同心である排気管２８が設置され、該排気管２８の外径が給気管２７より大きく、長さが給気管２７より短く、中央に設けられた給気管の給気口２７０により、雰囲気気体が導入され、排気管の排気口２８０により、使用された雰囲気気体が排気され、これにより、内炉体２４内の雰囲気気体の循環が良くなり、均熱の効果が得られ、高品質の酸化物人工結晶を生産できる。
【０００９】
本考案について、サファイア結晶成長工程を実施例として説明すると（単結晶サファイアが酸化物人工結晶の１種類である）、また、外形が予めに設定された酸化アルミニウムのブランクを本考案に係わる炉床２０に置き入れてバーンインし、バーンイン温度が、１６００℃以上に設定され、半熟状態である酸化アルミニウムブロック（ｃａｋｅ）にバーンインすることにより、微小な有機質や不純物及び気泡等を除去して、圧密の比重にし、有機質や不純物等は、一般として、質量が比較的に小さくて、より用意に浮選されるため、高温下で除去され、また、排気装置３０により、不純物を含む空気を２次燃焼室１３に導入し、高温で不純物を完全燃焼し、そして、冷却集塵装置３により、２次燃焼室１３によって完全燃焼された気体を冷却して不純物を濾過することにより、排出標準に満たしてから排気する。次に、バーンインされた酸化アルミニウムブロックを坩堝４に置き入れ、サファイア結晶成長に正確の配向を取るため（例えば、ｃ面０００１配向）、該坩堝の底面に、種結晶（従来技術図に未表示）が設けられ、また、該坩堝４を炉床２０上に放置し、内炉体２４と炉床２０を結合してから（結合装置２６は、本実施例では急速継手である）、内炉体２４を真空排気して惰性気体を導入し、また、温度を高くして、半熟状態である酸化アルミニウムブロックを溶湯状態に加熱して、結晶成長させ、また、固化と冷却そして收縮することにより単結晶サファイアになり、また、本考案において、前記炉床２０の底端に、温度を下げるための断熱層２１と冷却循環装置２２が設けられ、種結晶と密封装置２５とが焼損されることを防止する。
【００１０】
本考案は、前記の坩堝が、モリブデンやジルコニウム、プラチナ或いはイリジウム等の材質からなり、設定温度が約２０４０℃−２３００℃で、必要とする時間が、体積により決められるが、従来技術により約半分の時間が節約でき、そのため、相対的に半部のエネルギーを節約でき、また、コストを低減でき、結晶の質量やサイズに、制限無く、そして、品質が、光学素子や半導体及び通信等の素子に対する高性能要求等を満たす効果が得られる。また、本考案は、同一炉内でバーンインと結晶成長を行うため、実用的な考案である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本考案の実施例の断面図
【図２】本考案の実施例の内炉部分の断面図
【符号の説明】
【００１２】
１          外炉
１０        加熱空間
１１        加熱装置
１２        加熱装置
１３        ２次燃焼室
２          内炉
２０        炉床
２１        断熱層
２２        冷却循環装置
２３        加熱装置
２４        内炉体
２５        密封装置
２６        結合装置
２７        給気管
２７０      給気口
２８        排気管
２８０      排気口
３          冷却集塵装置
３０        排気装置
４          坩堝
【図１】
0003130268.tif 000003
【図２】
0003130268.tif 000004