発熱体及びこれを用いた結晶成長装置並びに気相成長装置
【課題】被加熱物を効率良く均等に加熱することができる新規な構造の発熱体及びこれを用いた結晶成長装置並びに気相成長装置を提供する。
【解決手段】発熱体１は、板状又は円筒状の抵抗体２にスリット３を切って発熱領域４を形成してなり、スリット３を、抵抗体２の表面に対し、斜め方向に穿っているものである。つまり、発熱体１は、板状又は筒状の抵抗体２と、抵抗体２の厚さ方向に貫通するように形成されたスリット３とを有し、スリット３が、厚さ方向に直交する抵抗体表面から、厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成されている。
【解決手段】発熱体１は、板状又は円筒状の抵抗体２にスリット３を切って発熱領域４を形成してなり、スリット３を、抵抗体２の表面に対し、斜め方向に穿っているものである。つまり、発熱体１は、板状又は筒状の抵抗体２と、抵抗体２の厚さ方向に貫通するように形成されたスリット３とを有し、スリット３が、厚さ方向に直交する抵抗体表面から、厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱物を効率良く、均一に加熱するための発熱体及びこれを用いた結晶成長装置並びに気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体単結晶の製造方法のひとつに引上げ法があり、ＳｉやＧａＡｓ、ＩｎＰ等の単結晶成長に広く用いられている。その一例として、ＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法でＧａＡｓ単結晶を製造する方法を述べる。
【０００３】
図１７に示すように、ＧａＡｓの原料融液１７０は、ルツボ１７１の内部に収容されており、その表面には液体封止剤１７２が浮かべられている。ルツボ１７１は、ルツボ収容容器（サセプタ）１７３に収容され、回転、昇降自在のサセプタ支持軸（ペデスタル）１７４により支持されている。原料融液１７０は、発熱領域１７５を備えたヒータ（発熱体）１７６により加熱されており、ヒータ１７６の外周及び下部には、断熱材１７７が配置されている。また、これら全体は、圧力容器１７８の内部に納められて、不活性ガスの加圧下に置かれることで、融液からのＶ族元素の解離を防いでいる。
【０００４】
結晶成長を行うには、回転、昇降自在の引上げ軸１７９の先端に固定された種結晶を、原料融液１７０に接触させ、ヒータ温度を徐々に下げながら、ゆっくりと引上げていく。こうすることで、種結晶の下にＧａＡｓの単結晶１８０が、液体封止剤１７２を通して引上げられていく。このとき、引上げ軸１７９及びサセプタ支持軸１７４は、いずれも回転させるのが一般的である。
【０００５】
ここで用いられるヒータ１７６は、通常、等方性黒鉛部材からの削り出しによって製造される抵抗加熱ヒータであり、一般的に図２に示すような外観、即ち、円筒状の抵抗体２に複数のスリット３を切って発熱領域４を形成した構造を呈している。このスリット３は、図５に示すように、円筒状の抵抗体２の表面に対し、垂直に穿たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１５２９２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７５０４号公報
【特許文献３】特開２００４−２１７５０３号公報
【特許文献４】特開２００４−２１７５０２号公報
【特許文献５】特開平８−１５１２９１号公報
【特許文献６】特開平５−１４８０７８号公報
【特許文献７】特開２００１−１９２２９２号公報
【特許文献８】特開平１１−２７３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
結晶成長炉に用いられるヒータは、被加熱物を効率良く均等に加熱できる性能を有することが望ましい。しかしながら、従来ヒータに用いられている発熱体は、発熱領域の間にあるスリットからは熱が放射されないため、加熱の状態にムラができやすかった。そればかりか、被加熱物であるルツボ収容容器の表面からスリットを通して温度の低い断熱材側へと輻射熱が逃げることとなり、加熱効率が良くなかった。
【０００８】
前述した問題は、熱輻射の観点から述べたものであるが、対流熱伝達の観点からも問題があった。即ち、発熱体のスリットは炉内のガスの通り道にもなるため、発熱体のスリットを通してガスの対流が生じ、被加熱物の温度が不安定になりやすく、かつ加熱効率も良くなかった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解決し、被加熱物を効率良く均等に加熱することができる新規な構造の発熱体及びこれを用いた結晶成長装置並びに気相成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために創案された本発明は、板状又は筒状の抵抗体と、前記抵抗体の厚さ方向に貫通するように形成されたスリットとを有する発熱体において、前記スリットは、前記厚さ方向に直交する抵抗体表面から、前記厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成される発熱体である。
【００１１】
前記抵抗体に形成される複数のスリットと、複数の前記スリット間に形成される発熱領域とを有し、前記スリット間における前記発熱領域の断面形状が、平行四辺形又は台形であると良い。
【００１２】
前記抵抗体の厚さをｔ、前記スリットの幅をｗ、前記スリットと前記抵抗体の表面がなす角度をθとしたとき、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立つように前記スリットを形成していると良い。
【００１３】
前記抵抗体の表面を正面から見たとき、前記スリットを透かして前記抵抗体の裏面側にあるものが見えない構造になっていると良い。
【００１４】
前記抵抗体がグラファイトで形成されると良い。
【００１５】
前記抵抗体の表面には、前記抵抗体とは異質の材料でコーティングが施されていると良い。
【００１６】
また、本発明は、前記発熱体を、結晶成長用の炉体に組み込んだ結晶成長装置である。
【００１７】
この結晶成長装置は、引上げ法又は縦型ボート法のいずれかに用いると良い。
【００１８】
また、本発明は、前記発熱体を、薄膜結晶成長用の炉体に組み込んだ気相成長装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、被加熱物を効率良く均等に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明における発熱体の好ましい断面形状を説明する図である。
【図２】円筒状発熱体の外観図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る円筒状発熱体の断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る円筒状発熱体の断面図である。
【図５】従来技術に係る円筒状発熱体の断面図である。
【図６】円板状発熱体の外観図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図１１】従来技術に係る円板状発熱体の断面図である。
【図１２】板状発熱体の外観図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る板状発熱体の断面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る板状発熱体の断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係る板状発熱体の断面図である。
【図１６】従来技術に係る板状発熱体の断面図である。
【図１７】ＬＥＣ炉の断面構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本発明における発熱体の好ましい断面形状を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の発熱体１は、板状又は円筒状の抵抗体２にスリット３を切って発熱領域４を形成してなり、スリット３を、抵抗体２の表面に対し、斜め方向に穿っているものである。つまり、発熱体１は、板状又は筒状の抵抗体２と、抵抗体２の厚さ方向に貫通するように形成されたスリット３とを有し、スリット３が、厚さ方向に直交する抵抗体表面から、厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成されているものである。
【００２４】
発熱体１の種類としては、図２に示すような円筒状発熱体２０、図６に示すような円板状発熱体６０、図１２に示すような板状発熱体１２０等がある。
【００２５】
抵抗体２は、グラファイト、特に等方性黒鉛で作製することができるが、その他にもグラファイトのコンポジット材や焼結ＳｉＣ（炭化珪素）等の材料で作製することができる。また、その表面を抵抗体２とは異質の材料、即ち、ｐＢＮ（窒化硼素）やＰＧ（パイロリティックグラファイト）、ＳｉＣ、ガラス状カーボン等でコーティングすることできる。
【００２６】
抵抗体２には複数のスリット３が形成されており、複数のスリット３間に発熱領域４が形成されている。ここで、スリット３間における発熱領域４の断面形状（スリット３の長手方向に垂直な発熱領域４の断面形状）が、平行四辺形又は台形であることが好ましい（図１では平行四辺形）。
【００２７】
また、抵抗体２の厚さをｔ、スリット３の幅をｗ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度をθとしたとき、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立つようにスリット３を穿っていることが好ましい。これは、抵抗体２の表面を正面から見たとき、スリット３を透かして抵抗体２の裏面側にあるものが見えないような構造になっていることと、本質的に同義である。
【００２８】
即ち、抵抗体２がスリット３で前後に重なり合うような構造とすることで、平板状の発熱体であれば、発熱体を正面から見たときに、発熱体の向こう側にあるものがスリット３を通して見えない構造になっていることであり、円筒状の発熱体であれば、発熱体を正面から見たときに、発熱体の中に置かれた被加熱物、例えば前述のルツボ収容容器１７３の表面等が見えない構造になっているということである。これは、スリット３を通じて輻射熱のやり取りが行われ難い構造であり、また、ガス流に対しても抵抗の大きな構造と言える。
【００２９】
この発熱体１は、炉体に組み込んで使用することができる。炉体とは、引上げ法又は縦型ボート法のいずれかに係る結晶成長装置の半導体の結晶成長用の炉体、並びにＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法に係る気相成長装置の半導体の薄膜結晶成長用の炉体のことであり、これらの炉体に適用することで発明の効果が発揮されやすい。
【００３０】
このような構成の発熱体１によれば、スリット３を通じた輻射熱や加熱されたガスの往来を抑制することができるようになるため、被加熱物の加熱効率が向上し、エネルギーの消費を従来よりも低減することが可能である（省エネ効果）。従って、本発明に係る発熱体１を用いた結晶成長装置又は気相成長装置においては、より少ない消費エネルギーでの結晶成長が可能になる。また、加熱効率が向上することで、発熱体１や炉内の構成部材にかかる負荷が軽減され、当該部材や装置の寿命が向上する。これにより、装置のランニングコストを抑制することができ、前述の省エネ効果とあいまって、結晶の生産コストを大幅に低減することが可能になる。
【００３１】
また、本発明に係る発熱体１によれば、スリット３を通じた輻射熱の放散を抑制することができるようになるため、被加熱物を均等に加熱することができるようになる。従って、本発明に係る発熱体１を用いた引上げ法又は縦型ボート法の結晶成長装置においては、融液や成長結晶中の温度が局所的に変化する領域が無くなり、結晶成長の再現性が向上し、また転位等の欠陥低減にも効果がある。また、本発明に係る発熱体１を用いたＭＯＶＰＥ法の気相成長装置においては、結晶を成長させる基板面内の温度均一性が高まり、エピタキシャル成長層の膜厚や電気特性の面内均一性が改善される。
【００３２】
更に、本発明に係る発熱体１によれば、加熱されたガスがスリット３を通じて往来することを抑制できるようになるため、発熱体１や被加熱物の周囲の熱対流を小さく抑えることができ、結果として被加熱物の温度変動を抑制できるようになる。従って、本発明に係る発熱体１を用いた引上げ法又は縦型ボート法の結晶成長装置においては、融液や成長結晶の温度変動が少なくなり、結晶成長の再現性が向上し、また、転位等の欠陥低減にも効果がある。本発明に係る発熱体１を用いたＭＯＶＰＥ法の気相成長装置においては、結晶を成長させる基板表面を含む成長系内の温度変動が軽減され、成長が安定するとともに、エピタキシャル成長層の膜厚や電気特性の再現性、面内均一性が改善される。
【００３３】
また、本発明に係る発熱体１によれば、スリット３を通じて流れるガスの流量や流れ方向をデザインできるようになり、発熱体１を収容する炉内のガスの流れや、それに伴う温度分布の制御性に自由度が増す。
【００３４】
更に、本発明に係る発熱体１によれば、炉内の温度分布やガスの流れをシミュレーションしたとき、計算結果と実態との解離が少なくなり、炉内の温度分布やガスの流れが予測しやすくなる。一般に、計算機シミュレーションでは、軸対象モデルで計算が行われることが多く、このモデルでは発熱体の発熱領域は連続面として扱われる。このため、発熱体に設けられたスリットの影響が計算に反映されず、計算結果と実態との解離が少なからず生じるのである。本発明に係る発熱体１を用いると、スリット３を通じた輻射熱の放散や加熱されたガスの往来が抑制されるため、発熱領域４を連続面として扱うシミュレーションの結果と、実際の現象が良く合うようになり、加熱中の炉内の状態を推測しやすくなる。また、これにより、炉内構成部材の構造設計がやりやすくなる。
【００３５】
また、本発明に係る発熱体１は、従来の抵抗体材料及び加工技術を用いて簡便に作製が可能である。
【００３６】
前述の実施の形態においては、発熱体１のスリット３を、抵抗体２の表面に対し斜め方向に穿つことで、被加熱物を効率良く均等に加熱できる発熱体１を提供しているが、同様の効果を得るために、スリット３の部分を赤外線に対して透明ではなく、かつ電気的に絶縁性を有するセラミックスや樹脂等で埋めた構造とする変形例が考えられる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
本発明を、図２に示した円筒状発熱体２０に適用した実施例を図３に示す。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００３８】
実施例１に係る発熱体２０ａは、高純度等方性黒鉛からなり、外径３６０ｍｍ、内径３２８ｍｍ、高さ３６０ｍｍの外形寸法を有している。この発熱体２０ａには、幅６ｍｍのスリット３が等間隔に２０本切られており、スリット３間の発熱領域４の幅は、５０ｍｍとしてある。この発熱体２０ａのスリット３は、発熱体２０ａの外表面に対し、６０°の角度で穿たれている。詳しくは、発熱体２０ａの外表面は曲面であるため、スリット３の中央部に当たる位置の発熱体２０ａの外表面への接面に対し、６０°の角度を持つようにスリット加工を施した。
【００３９】
スリット３を、発熱体２０ａの外表面に対し、斜めに穿ったことにより、発熱領域４の長手方向に垂直な断面の形状は、略平行四辺形となった。
【００４０】
この発熱体２０ａにおいては、抵抗体２の厚さｔ＝１６ｍｍ、スリット３の幅ｗ＝６ｍｍ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度θ＝６０°であることから、｜ｔａｎθ｜（≒１．７）＜ｔ／ｗ（≒２．７）の関係が成り立っている。
【００４１】
この発熱体２０ａの中に結晶成長用のルツボを配置して、発熱体２０ａの外側から観察したが、スリット３は表面に対して斜めに穿った抵抗体２の手前側と奥側の部分が重なっており、スリット３を介して発熱体２０ａの中に置いたルツボの表面を見ることはできなかった。
【００４２】
（変形例１）
実施例１の変形例として、図４に示すような発熱体２０ｂを作製した。図４も、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００４３】
この発熱体２０ｂの外形寸法は、実施例１と同じであるが、スリット３を切る角度を、発熱体２０ｂの外表面に対し、６０°、１２０°と交互に変えて加工した（スリット３ａ、３ｂ）。
【００４４】
スリット３をこのように加工したことにより、当該発熱体２０ｂの発熱領域４の長手方向に垂直な断面の形状は、略台形となった。また、この発熱体２０ｂにおいても、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係は成り立っており、発熱体２０ｂの外側からスリット３ａ、３ｂを介して発熱体２０ｂの内側に置いたものを見ることはできなかった。
【００４５】
この変形例１のように、スリット３を切る角度を変えることは、発熱体２０ｂの加熱時にスリット３を通過するガスの流れが、隣接するスリット３ａ（又は３ｂ）からのガスの流れと干渉するため、定常的な流れを弱める効果が期待できるようになる。このとき気を付けなければいけないことは、発熱体２０ｂの発熱領域４の長手方向に垂直な断面の面積が、発熱体２０ｂのどこを取っても一定になるようにスリット３ａ、３ｂを切ることである。こうしないと、発熱の不均一性を生む要因となってしまう。
【００４６】
（実施例２）
本発明を、図６に示した円板状発熱体６０に適用した実施例を図７に示す。
【００４７】
実施例２に係る発熱体６０ａは、高純度グラファイトのコンポジット材からなっており、その表面に厚さ〜０．５ｍｍのＳｉＣコーティングを施した構造となっている。円板部の外径寸法は２００ｍｍ、厚さは１５ｍｍである。スリット３は、従来技術の場合、図１１に示すように、発熱体６０ｅの表面に対し垂直に切られるが、本実施例では、幅５ｍｍで、発熱体６０ａの表面（図７における上面）に対し６０°の角度で加工した。ここで、図７、図１１とも、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示している。
【００４８】
この発熱体６０ａにおいても、抵抗体２の厚さｔ＝１５ｍｍ、スリット３の幅ｗ＝５ｍｍ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度θ＝６０°であることから、｜ｔａｎθ｜（≒１．７）＜ｔ／ｗ（＝３）の関係が成り立っており、発熱体６０ａの上面側から、スリット３を介して発熱体６０ａの下側に置いたものを見ることはできなかった。
【００４９】
（変形例２）
実施例２の変形例として、図８に示すような発熱体６０ｂを作製した。図８も、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。この発熱体６０ｂの外形寸法は実施例２と同じであるが、スリット３を切る角度を、発熱体６０ｂの外表面に対し１２０゜とした。
【００５０】
変形例２に係る発熱体６０ｂは、実施例２とほぼ同じ性能を有するが、その違いは、スリット３を介してのガスの流れ方である。発熱体６０ｂに通電加熱した際、暖められたガスは上昇流を生む。このため、発熱体６０ｂを水平に設置して加熱した場合、スリット３を介して流れるガスの流れは、実施例２の発熱体６０ａでは発熱体上方の中央部に集まるような流れとなり、変形例２の発熱体６０ｂでは発熱体上方の外周部へ広がるような流れとなる。どちらの流れが好ましいかは、個々の場合により異なるため一概に決められる性格のものではないが、本発明により、発熱体のスリット３を介して生じるガスの流れの方向が、初めてデザイン可能となった。
【００５１】
（変形例３）
実施例２の変形例として、図９に示すような発熱体６０ｃを作製した。図９も、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。この発熱体６０ｃの外形寸法も実施例２と同じであるが、スリット３を切る角度を、変形例１と同様に発熱体６０ｃの外表面に対し６０゜又は１２０゜となるよう組み合わせた（スリット３ａ、３ｂ）。このようにすることで、発熱体加熱時にスリット３ａ、３ｂを通過するガスの流れが、隣接するスリット３ａ（又は３ｂ）からのガスの流れと干渉するため、定常的な流れを弱める効果を期待できるようになる。
【００５２】
（変形例４）
実施例２の変形例として、図１０に示すような発熱体６０ｄを作製した。図１０も、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。この発熱体６０ｄの特徴は、円板部の外周も６０°の角度で切り落とした点にある。このようにすることで、発熱体６０ｄの発熱領域４のスリット３の長手方向に垂直な断面の形状が、発熱体６０ｄの中央部を除いて、どこも一定の平行四辺形となり、より均一な発熱が実現できるようになる。
【００５３】
（実施例３）
本発明を、図１２に示した角型の板状発熱体１２０に適用した実施例を図１３に示す。
【００５４】
実施例３に係る発熱体１２０ａは、高純度グラファイトから製作されている。角板部の外形寸法は１００ｍｍ×８１ｍｍで、厚さは７ｍｍである。スリット３は、従来技術の場合、図１６に示すように、発熱体１２０ｄの表面に対し垂直に切られるが、実施例３では、幅４ｍｍで、発熱体１２０ａの表面（図１３における上面）に対し４５°の角度で加工した。ここで、図１３、図１６とも、図１２におけるＣ−Ｃ線断面図を示している。
【００５５】
この発熱体１２０ａにおいても、抵抗体２の厚さｔ＝７ｍｍ、スリット３の幅ｗ＝４ｍｍ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度θ＝４５゜であることから、｜ｔａｎθ｜（＝１）＜ｔ／ｗ（≒１．７５）の関係が成り立っており、発熱体１２０ａの上面側から、スリット３を介して発熱体１２０ａの下側に置いたものを見ることはできなかった。
【００５６】
（変形例５）
実施例３の変形例として、図１４に示すような発熱体１２０ｂを作製した。図１４も、図１２におけるＣ−Ｃ線断面図を示す。この発熱体１２０ｂの外形寸法は実施例３と同じであるが、スリット３を切る角度を、発熱体１２０ｂの外表面に対し７０°とした。
【００５７】
これまでの実施例では、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立っているような例ばかりを述べたが、必ずしもこの関係が成り立っている必要はない。この変形例では故意に｜ｔａｎθ｜＞ｔ／ｗとなるようにして、スリット３を介して発熱体１２０ｂの反対側に置いたものの一部が見えるような構造とした。
【００５８】
この場合も、図１６に示した従来技術に係る発熱体１２０ｄに比べれば、スリット３を通過する輻射熱量やスリット３を介して流れるガスの流量を絞ることができる。
【００５９】
このように、スリット３を切る角度を変えてスリット３の開口面積を制御してやれば、そこを通過する輻射熱量やガス流量をデザインすることが可能となる。
【００６０】
（変形例６）
実施例３の変形例として、図１５に示すような発熱体１２０ｃを作製した。図１５も、図１２におけるＣ−Ｃ線断面図を示す。この発熱体１２０ｃの外形寸法は実施例３と同じであるが、スリット３の加工を抵抗体２の表裏両面側から斜め方向に行って、スリット３の断面形状が「く」の字状（屈曲形状）となるように構成した。こうすることで、スリット３の加工を抵抗体２の表裏両面側から行わなければならないという加工の手間が増えるが、スリット３を通じてのガスの行き来をより少なくすることができ、加熱温度の安定性や加熱効率の向上に、より高い効果が期待できるようになる。スリット３の断面形状（屈曲形状）は、「く」の字形に限定されるものではなく、円弧状（アーチ状）としてもよい。
【００６１】
（実施例４）
実施例１で述べた発熱体２０ａを用いて、ＧａＡｓ結晶の単結晶成長を実施した例を述べる。ＧａＡｓ結晶の単結晶成長は、図１７に示すようなＬＥＣ炉を用いて行った。
【００６２】
直径２８０ｍｍ径のｐＢＮ製のルツボ１７１に、ＧａＡｓ多結晶原料を３０ｋｇと液体封止剤１７２であるＢ2Ｏ3を１．６ｋｇ充填し、圧力容器１７８内に設置した。原料を収容したルツボ１７１は、グラファイト製のルツボ収容容器１７３に収容した。ルツボ１７１を収容したルツボ収容容器１７３は、回転、昇降自在のサセプタ支持軸１７４上に載置した。
【００６３】
原料をチャージした成長炉内は、真空引きした後、不活性ガスを充填した。次に、ルツボ１７１内をＧａＡｓの融点である１２３８℃以上まで昇温し、原料多結晶を融解させた。次に、引上げ軸１７９を下げ、種結晶の先端を融液に接触させ温度を十分なじませた後、ヒータ１７６の設定温度を３℃／ｈの割合で下げながら、種結晶を５〜１６ｍｍ／ｈの速度でゆっくりと引上げて行った。結晶成長時の種結晶の回転数は、時計まわりに５ｒｐｍ、ルツボ１７１の回転数は、反時計まわりに１０ｒｐｍとした。ヒータ１７６の消費電力の目安として、結晶成長開始時（種結晶の引上げ開始時）におけるヒータ１７６の投入パワーをモニターしたところ、４０．７ｋＷであった。
【００６４】
結晶の肩部成長が終了し、直径が約１６０ｍｍになったところで外径の自動制御を開始した。これは、成長した結晶の重量を、引上げ軸１７９に設置したロードセルでリアルタイムに計測し、単位時間当たりの重量の増加分と引上げ軸１７９の移動量から結晶の外径をモニターし、外径が設定した値になるように、ヒータ１７６の温度制御にフィードバックを行うものである。
【００６５】
結晶成長中は、成長量の増加に伴い融液量が徐々に減少し、液面位置が低下していく。これを補正すべく、前述のロードセル出力から液面の低下量を計算し、常に液面がヒータ１７６に対して定位置に来るように、ルツボ１７１を自動で上昇させる制御を行った。
【００６６】
こうして成長させた結晶は、チャージした原料の９５％が引上げられた時点でヒータ１７６の温度を上昇させ、結晶の尾部形状を形成した後、結晶を融液から切り離した。
【００６７】
ヒータ１７６の温度は、ヒータ１７６の発熱体近傍に設置した熱電対によってモニターしている。この結晶成長中の熱電対の指示温度のばらつきは、ヒータ温度の設定値に対し±０．２℃の範囲に納まっていた。
【００６８】
成長した結晶は、全長に渡って単結晶となっており、その外径は、１６０ｍｍの目標値に対して、頭部〜尾部に亘って全域で±３％以内の変動に抑えられていて、外径の制御性が非常に良好であった。
【００６９】
（比較例１）
比較例１として、図５に示した従来型の発熱体１７６を用いて、実施例４とまったく同条件でＧａＡｓの結晶成長を行った。
【００７０】
比較例１においても、実施例４と同様に全長に渡って単結晶が得られたが、ヒータ１７６の消費電力の目安としてモニターしていた、結晶成長開始時（種結晶の引上げ開始時）におけるヒータ１７６の投入パワーは、４４．８ｋＷと、実施例４に比して約１０％多くかかっていた。
【００７１】
また、結晶成長中のヒータ温度モニター用熱電対の指示温度のばらつきは、ヒータ温度の設定値に対し±０．４℃と、実施例４に比して倍のばらつきとなっていた。このことが影響していると思われるが、得られた結晶の外径は、１６０ｍｍの目標値に対して、頭部〜尾部に亘って全域で±４％の変動を有しており、実施例４で得られた結晶に比べて、外径の変動が大きかった。
【００７２】
以上の実施例より、本発明によれば、被加熱物を効率良く均等に加熱することができることを確認した。
【符号の説明】
【００７３】
１ 発熱体
２ 抵抗体
３ スリット
４ 発熱領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱物を効率良く、均一に加熱するための発熱体及びこれを用いた結晶成長装置並びに気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体単結晶の製造方法のひとつに引上げ法があり、ＳｉやＧａＡｓ、ＩｎＰ等の単結晶成長に広く用いられている。その一例として、ＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法でＧａＡｓ単結晶を製造する方法を述べる。
【０００３】
図１７に示すように、ＧａＡｓの原料融液１７０は、ルツボ１７１の内部に収容されており、その表面には液体封止剤１７２が浮かべられている。ルツボ１７１は、ルツボ収容容器（サセプタ）１７３に収容され、回転、昇降自在のサセプタ支持軸（ペデスタル）１７４により支持されている。原料融液１７０は、発熱領域１７５を備えたヒータ（発熱体）１７６により加熱されており、ヒータ１７６の外周及び下部には、断熱材１７７が配置されている。また、これら全体は、圧力容器１７８の内部に納められて、不活性ガスの加圧下に置かれることで、融液からのＶ族元素の解離を防いでいる。
【０００４】
結晶成長を行うには、回転、昇降自在の引上げ軸１７９の先端に固定された種結晶を、原料融液１７０に接触させ、ヒータ温度を徐々に下げながら、ゆっくりと引上げていく。こうすることで、種結晶の下にＧａＡｓの単結晶１８０が、液体封止剤１７２を通して引上げられていく。このとき、引上げ軸１７９及びサセプタ支持軸１７４は、いずれも回転させるのが一般的である。
【０００５】
ここで用いられるヒータ１７６は、通常、等方性黒鉛部材からの削り出しによって製造される抵抗加熱ヒータであり、一般的に図２に示すような外観、即ち、円筒状の抵抗体２に複数のスリット３を切って発熱領域４を形成した構造を呈している。このスリット３は、図５に示すように、円筒状の抵抗体２の表面に対し、垂直に穿たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３１５２９２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７５０４号公報
【特許文献３】特開２００４−２１７５０３号公報
【特許文献４】特開２００４−２１７５０２号公報
【特許文献５】特開平８−１５１２９１号公報
【特許文献６】特開平５−１４８０７８号公報
【特許文献７】特開２００１−１９２２９２号公報
【特許文献８】特開平１１−２７３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
結晶成長炉に用いられるヒータは、被加熱物を効率良く均等に加熱できる性能を有することが望ましい。しかしながら、従来ヒータに用いられている発熱体は、発熱領域の間にあるスリットからは熱が放射されないため、加熱の状態にムラができやすかった。そればかりか、被加熱物であるルツボ収容容器の表面からスリットを通して温度の低い断熱材側へと輻射熱が逃げることとなり、加熱効率が良くなかった。
【０００８】
前述した問題は、熱輻射の観点から述べたものであるが、対流熱伝達の観点からも問題があった。即ち、発熱体のスリットは炉内のガスの通り道にもなるため、発熱体のスリットを通してガスの対流が生じ、被加熱物の温度が不安定になりやすく、かつ加熱効率も良くなかった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前述の従来技術の問題点を解決し、被加熱物を効率良く均等に加熱することができる新規な構造の発熱体及びこれを用いた結晶成長装置並びに気相成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために創案された本発明は、板状又は筒状の抵抗体と、前記抵抗体の厚さ方向に貫通するように形成されたスリットとを有する発熱体において、前記スリットは、前記厚さ方向に直交する抵抗体表面から、前記厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成される発熱体である。
【００１１】
前記抵抗体に形成される複数のスリットと、複数の前記スリット間に形成される発熱領域とを有し、前記スリット間における前記発熱領域の断面形状が、平行四辺形又は台形であると良い。
【００１２】
前記抵抗体の厚さをｔ、前記スリットの幅をｗ、前記スリットと前記抵抗体の表面がなす角度をθとしたとき、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立つように前記スリットを形成していると良い。
【００１３】
前記抵抗体の表面を正面から見たとき、前記スリットを透かして前記抵抗体の裏面側にあるものが見えない構造になっていると良い。
【００１４】
前記抵抗体がグラファイトで形成されると良い。
【００１５】
前記抵抗体の表面には、前記抵抗体とは異質の材料でコーティングが施されていると良い。
【００１６】
また、本発明は、前記発熱体を、結晶成長用の炉体に組み込んだ結晶成長装置である。
【００１７】
この結晶成長装置は、引上げ法又は縦型ボート法のいずれかに用いると良い。
【００１８】
また、本発明は、前記発熱体を、薄膜結晶成長用の炉体に組み込んだ気相成長装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、被加熱物を効率良く均等に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明における発熱体の好ましい断面形状を説明する図である。
【図２】円筒状発熱体の外観図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る円筒状発熱体の断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る円筒状発熱体の断面図である。
【図５】従来技術に係る円筒状発熱体の断面図である。
【図６】円板状発熱体の外観図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る円板状発熱体の断面図である。
【図１１】従来技術に係る円板状発熱体の断面図である。
【図１２】板状発熱体の外観図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る板状発熱体の断面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る板状発熱体の断面図である。
【図１５】本発明の一実施の形態に係る板状発熱体の断面図である。
【図１６】従来技術に係る板状発熱体の断面図である。
【図１７】ＬＥＣ炉の断面構成模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本発明における発熱体の好ましい断面形状を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の発熱体１は、板状又は円筒状の抵抗体２にスリット３を切って発熱領域４を形成してなり、スリット３を、抵抗体２の表面に対し、斜め方向に穿っているものである。つまり、発熱体１は、板状又は筒状の抵抗体２と、抵抗体２の厚さ方向に貫通するように形成されたスリット３とを有し、スリット３が、厚さ方向に直交する抵抗体表面から、厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成されているものである。
【００２４】
発熱体１の種類としては、図２に示すような円筒状発熱体２０、図６に示すような円板状発熱体６０、図１２に示すような板状発熱体１２０等がある。
【００２５】
抵抗体２は、グラファイト、特に等方性黒鉛で作製することができるが、その他にもグラファイトのコンポジット材や焼結ＳｉＣ（炭化珪素）等の材料で作製することができる。また、その表面を抵抗体２とは異質の材料、即ち、ｐＢＮ（窒化硼素）やＰＧ（パイロリティックグラファイト）、ＳｉＣ、ガラス状カーボン等でコーティングすることできる。
【００２６】
抵抗体２には複数のスリット３が形成されており、複数のスリット３間に発熱領域４が形成されている。ここで、スリット３間における発熱領域４の断面形状（スリット３の長手方向に垂直な発熱領域４の断面形状）が、平行四辺形又は台形であることが好ましい（図１では平行四辺形）。
【００２７】
また、抵抗体２の厚さをｔ、スリット３の幅をｗ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度をθとしたとき、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立つようにスリット３を穿っていることが好ましい。これは、抵抗体２の表面を正面から見たとき、スリット３を透かして抵抗体２の裏面側にあるものが見えないような構造になっていることと、本質的に同義である。
【００２８】
即ち、抵抗体２がスリット３で前後に重なり合うような構造とすることで、平板状の発熱体であれば、発熱体を正面から見たときに、発熱体の向こう側にあるものがスリット３を通して見えない構造になっていることであり、円筒状の発熱体であれば、発熱体を正面から見たときに、発熱体の中に置かれた被加熱物、例えば前述のルツボ収容容器１７３の表面等が見えない構造になっているということである。これは、スリット３を通じて輻射熱のやり取りが行われ難い構造であり、また、ガス流に対しても抵抗の大きな構造と言える。
【００２９】
この発熱体１は、炉体に組み込んで使用することができる。炉体とは、引上げ法又は縦型ボート法のいずれかに係る結晶成長装置の半導体の結晶成長用の炉体、並びにＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法に係る気相成長装置の半導体の薄膜結晶成長用の炉体のことであり、これらの炉体に適用することで発明の効果が発揮されやすい。
【００３０】
このような構成の発熱体１によれば、スリット３を通じた輻射熱や加熱されたガスの往来を抑制することができるようになるため、被加熱物の加熱効率が向上し、エネルギーの消費を従来よりも低減することが可能である（省エネ効果）。従って、本発明に係る発熱体１を用いた結晶成長装置又は気相成長装置においては、より少ない消費エネルギーでの結晶成長が可能になる。また、加熱効率が向上することで、発熱体１や炉内の構成部材にかかる負荷が軽減され、当該部材や装置の寿命が向上する。これにより、装置のランニングコストを抑制することができ、前述の省エネ効果とあいまって、結晶の生産コストを大幅に低減することが可能になる。
【００３１】
また、本発明に係る発熱体１によれば、スリット３を通じた輻射熱の放散を抑制することができるようになるため、被加熱物を均等に加熱することができるようになる。従って、本発明に係る発熱体１を用いた引上げ法又は縦型ボート法の結晶成長装置においては、融液や成長結晶中の温度が局所的に変化する領域が無くなり、結晶成長の再現性が向上し、また転位等の欠陥低減にも効果がある。また、本発明に係る発熱体１を用いたＭＯＶＰＥ法の気相成長装置においては、結晶を成長させる基板面内の温度均一性が高まり、エピタキシャル成長層の膜厚や電気特性の面内均一性が改善される。
【００３２】
更に、本発明に係る発熱体１によれば、加熱されたガスがスリット３を通じて往来することを抑制できるようになるため、発熱体１や被加熱物の周囲の熱対流を小さく抑えることができ、結果として被加熱物の温度変動を抑制できるようになる。従って、本発明に係る発熱体１を用いた引上げ法又は縦型ボート法の結晶成長装置においては、融液や成長結晶の温度変動が少なくなり、結晶成長の再現性が向上し、また、転位等の欠陥低減にも効果がある。本発明に係る発熱体１を用いたＭＯＶＰＥ法の気相成長装置においては、結晶を成長させる基板表面を含む成長系内の温度変動が軽減され、成長が安定するとともに、エピタキシャル成長層の膜厚や電気特性の再現性、面内均一性が改善される。
【００３３】
また、本発明に係る発熱体１によれば、スリット３を通じて流れるガスの流量や流れ方向をデザインできるようになり、発熱体１を収容する炉内のガスの流れや、それに伴う温度分布の制御性に自由度が増す。
【００３４】
更に、本発明に係る発熱体１によれば、炉内の温度分布やガスの流れをシミュレーションしたとき、計算結果と実態との解離が少なくなり、炉内の温度分布やガスの流れが予測しやすくなる。一般に、計算機シミュレーションでは、軸対象モデルで計算が行われることが多く、このモデルでは発熱体の発熱領域は連続面として扱われる。このため、発熱体に設けられたスリットの影響が計算に反映されず、計算結果と実態との解離が少なからず生じるのである。本発明に係る発熱体１を用いると、スリット３を通じた輻射熱の放散や加熱されたガスの往来が抑制されるため、発熱領域４を連続面として扱うシミュレーションの結果と、実際の現象が良く合うようになり、加熱中の炉内の状態を推測しやすくなる。また、これにより、炉内構成部材の構造設計がやりやすくなる。
【００３５】
また、本発明に係る発熱体１は、従来の抵抗体材料及び加工技術を用いて簡便に作製が可能である。
【００３６】
前述の実施の形態においては、発熱体１のスリット３を、抵抗体２の表面に対し斜め方向に穿つことで、被加熱物を効率良く均等に加熱できる発熱体１を提供しているが、同様の効果を得るために、スリット３の部分を赤外線に対して透明ではなく、かつ電気的に絶縁性を有するセラミックスや樹脂等で埋めた構造とする変形例が考えられる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
本発明を、図２に示した円筒状発熱体２０に適用した実施例を図３に示す。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００３８】
実施例１に係る発熱体２０ａは、高純度等方性黒鉛からなり、外径３６０ｍｍ、内径３２８ｍｍ、高さ３６０ｍｍの外形寸法を有している。この発熱体２０ａには、幅６ｍｍのスリット３が等間隔に２０本切られており、スリット３間の発熱領域４の幅は、５０ｍｍとしてある。この発熱体２０ａのスリット３は、発熱体２０ａの外表面に対し、６０°の角度で穿たれている。詳しくは、発熱体２０ａの外表面は曲面であるため、スリット３の中央部に当たる位置の発熱体２０ａの外表面への接面に対し、６０°の角度を持つようにスリット加工を施した。
【００３９】
スリット３を、発熱体２０ａの外表面に対し、斜めに穿ったことにより、発熱領域４の長手方向に垂直な断面の形状は、略平行四辺形となった。
【００４０】
この発熱体２０ａにおいては、抵抗体２の厚さｔ＝１６ｍｍ、スリット３の幅ｗ＝６ｍｍ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度θ＝６０°であることから、｜ｔａｎθ｜（≒１．７）＜ｔ／ｗ（≒２．７）の関係が成り立っている。
【００４１】
この発熱体２０ａの中に結晶成長用のルツボを配置して、発熱体２０ａの外側から観察したが、スリット３は表面に対して斜めに穿った抵抗体２の手前側と奥側の部分が重なっており、スリット３を介して発熱体２０ａの中に置いたルツボの表面を見ることはできなかった。
【００４２】
（変形例１）
実施例１の変形例として、図４に示すような発熱体２０ｂを作製した。図４も、図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００４３】
この発熱体２０ｂの外形寸法は、実施例１と同じであるが、スリット３を切る角度を、発熱体２０ｂの外表面に対し、６０°、１２０°と交互に変えて加工した（スリット３ａ、３ｂ）。
【００４４】
スリット３をこのように加工したことにより、当該発熱体２０ｂの発熱領域４の長手方向に垂直な断面の形状は、略台形となった。また、この発熱体２０ｂにおいても、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係は成り立っており、発熱体２０ｂの外側からスリット３ａ、３ｂを介して発熱体２０ｂの内側に置いたものを見ることはできなかった。
【００４５】
この変形例１のように、スリット３を切る角度を変えることは、発熱体２０ｂの加熱時にスリット３を通過するガスの流れが、隣接するスリット３ａ（又は３ｂ）からのガスの流れと干渉するため、定常的な流れを弱める効果が期待できるようになる。このとき気を付けなければいけないことは、発熱体２０ｂの発熱領域４の長手方向に垂直な断面の面積が、発熱体２０ｂのどこを取っても一定になるようにスリット３ａ、３ｂを切ることである。こうしないと、発熱の不均一性を生む要因となってしまう。
【００４６】
（実施例２）
本発明を、図６に示した円板状発熱体６０に適用した実施例を図７に示す。
【００４７】
実施例２に係る発熱体６０ａは、高純度グラファイトのコンポジット材からなっており、その表面に厚さ〜０．５ｍｍのＳｉＣコーティングを施した構造となっている。円板部の外径寸法は２００ｍｍ、厚さは１５ｍｍである。スリット３は、従来技術の場合、図１１に示すように、発熱体６０ｅの表面に対し垂直に切られるが、本実施例では、幅５ｍｍで、発熱体６０ａの表面（図７における上面）に対し６０°の角度で加工した。ここで、図７、図１１とも、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示している。
【００４８】
この発熱体６０ａにおいても、抵抗体２の厚さｔ＝１５ｍｍ、スリット３の幅ｗ＝５ｍｍ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度θ＝６０°であることから、｜ｔａｎθ｜（≒１．７）＜ｔ／ｗ（＝３）の関係が成り立っており、発熱体６０ａの上面側から、スリット３を介して発熱体６０ａの下側に置いたものを見ることはできなかった。
【００４９】
（変形例２）
実施例２の変形例として、図８に示すような発熱体６０ｂを作製した。図８も、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。この発熱体６０ｂの外形寸法は実施例２と同じであるが、スリット３を切る角度を、発熱体６０ｂの外表面に対し１２０゜とした。
【００５０】
変形例２に係る発熱体６０ｂは、実施例２とほぼ同じ性能を有するが、その違いは、スリット３を介してのガスの流れ方である。発熱体６０ｂに通電加熱した際、暖められたガスは上昇流を生む。このため、発熱体６０ｂを水平に設置して加熱した場合、スリット３を介して流れるガスの流れは、実施例２の発熱体６０ａでは発熱体上方の中央部に集まるような流れとなり、変形例２の発熱体６０ｂでは発熱体上方の外周部へ広がるような流れとなる。どちらの流れが好ましいかは、個々の場合により異なるため一概に決められる性格のものではないが、本発明により、発熱体のスリット３を介して生じるガスの流れの方向が、初めてデザイン可能となった。
【００５１】
（変形例３）
実施例２の変形例として、図９に示すような発熱体６０ｃを作製した。図９も、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。この発熱体６０ｃの外形寸法も実施例２と同じであるが、スリット３を切る角度を、変形例１と同様に発熱体６０ｃの外表面に対し６０゜又は１２０゜となるよう組み合わせた（スリット３ａ、３ｂ）。このようにすることで、発熱体加熱時にスリット３ａ、３ｂを通過するガスの流れが、隣接するスリット３ａ（又は３ｂ）からのガスの流れと干渉するため、定常的な流れを弱める効果を期待できるようになる。
【００５２】
（変形例４）
実施例２の変形例として、図１０に示すような発熱体６０ｄを作製した。図１０も、図６におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。この発熱体６０ｄの特徴は、円板部の外周も６０°の角度で切り落とした点にある。このようにすることで、発熱体６０ｄの発熱領域４のスリット３の長手方向に垂直な断面の形状が、発熱体６０ｄの中央部を除いて、どこも一定の平行四辺形となり、より均一な発熱が実現できるようになる。
【００５３】
（実施例３）
本発明を、図１２に示した角型の板状発熱体１２０に適用した実施例を図１３に示す。
【００５４】
実施例３に係る発熱体１２０ａは、高純度グラファイトから製作されている。角板部の外形寸法は１００ｍｍ×８１ｍｍで、厚さは７ｍｍである。スリット３は、従来技術の場合、図１６に示すように、発熱体１２０ｄの表面に対し垂直に切られるが、実施例３では、幅４ｍｍで、発熱体１２０ａの表面（図１３における上面）に対し４５°の角度で加工した。ここで、図１３、図１６とも、図１２におけるＣ−Ｃ線断面図を示している。
【００５５】
この発熱体１２０ａにおいても、抵抗体２の厚さｔ＝７ｍｍ、スリット３の幅ｗ＝４ｍｍ、スリット３と抵抗体２の表面がなす角度θ＝４５゜であることから、｜ｔａｎθ｜（＝１）＜ｔ／ｗ（≒１．７５）の関係が成り立っており、発熱体１２０ａの上面側から、スリット３を介して発熱体１２０ａの下側に置いたものを見ることはできなかった。
【００５６】
（変形例５）
実施例３の変形例として、図１４に示すような発熱体１２０ｂを作製した。図１４も、図１２におけるＣ−Ｃ線断面図を示す。この発熱体１２０ｂの外形寸法は実施例３と同じであるが、スリット３を切る角度を、発熱体１２０ｂの外表面に対し７０°とした。
【００５７】
これまでの実施例では、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立っているような例ばかりを述べたが、必ずしもこの関係が成り立っている必要はない。この変形例では故意に｜ｔａｎθ｜＞ｔ／ｗとなるようにして、スリット３を介して発熱体１２０ｂの反対側に置いたものの一部が見えるような構造とした。
【００５８】
この場合も、図１６に示した従来技術に係る発熱体１２０ｄに比べれば、スリット３を通過する輻射熱量やスリット３を介して流れるガスの流量を絞ることができる。
【００５９】
このように、スリット３を切る角度を変えてスリット３の開口面積を制御してやれば、そこを通過する輻射熱量やガス流量をデザインすることが可能となる。
【００６０】
（変形例６）
実施例３の変形例として、図１５に示すような発熱体１２０ｃを作製した。図１５も、図１２におけるＣ−Ｃ線断面図を示す。この発熱体１２０ｃの外形寸法は実施例３と同じであるが、スリット３の加工を抵抗体２の表裏両面側から斜め方向に行って、スリット３の断面形状が「く」の字状（屈曲形状）となるように構成した。こうすることで、スリット３の加工を抵抗体２の表裏両面側から行わなければならないという加工の手間が増えるが、スリット３を通じてのガスの行き来をより少なくすることができ、加熱温度の安定性や加熱効率の向上に、より高い効果が期待できるようになる。スリット３の断面形状（屈曲形状）は、「く」の字形に限定されるものではなく、円弧状（アーチ状）としてもよい。
【００６１】
（実施例４）
実施例１で述べた発熱体２０ａを用いて、ＧａＡｓ結晶の単結晶成長を実施した例を述べる。ＧａＡｓ結晶の単結晶成長は、図１７に示すようなＬＥＣ炉を用いて行った。
【００６２】
直径２８０ｍｍ径のｐＢＮ製のルツボ１７１に、ＧａＡｓ多結晶原料を３０ｋｇと液体封止剤１７２であるＢ2Ｏ3を１．６ｋｇ充填し、圧力容器１７８内に設置した。原料を収容したルツボ１７１は、グラファイト製のルツボ収容容器１７３に収容した。ルツボ１７１を収容したルツボ収容容器１７３は、回転、昇降自在のサセプタ支持軸１７４上に載置した。
【００６３】
原料をチャージした成長炉内は、真空引きした後、不活性ガスを充填した。次に、ルツボ１７１内をＧａＡｓの融点である１２３８℃以上まで昇温し、原料多結晶を融解させた。次に、引上げ軸１７９を下げ、種結晶の先端を融液に接触させ温度を十分なじませた後、ヒータ１７６の設定温度を３℃／ｈの割合で下げながら、種結晶を５〜１６ｍｍ／ｈの速度でゆっくりと引上げて行った。結晶成長時の種結晶の回転数は、時計まわりに５ｒｐｍ、ルツボ１７１の回転数は、反時計まわりに１０ｒｐｍとした。ヒータ１７６の消費電力の目安として、結晶成長開始時（種結晶の引上げ開始時）におけるヒータ１７６の投入パワーをモニターしたところ、４０．７ｋＷであった。
【００６４】
結晶の肩部成長が終了し、直径が約１６０ｍｍになったところで外径の自動制御を開始した。これは、成長した結晶の重量を、引上げ軸１７９に設置したロードセルでリアルタイムに計測し、単位時間当たりの重量の増加分と引上げ軸１７９の移動量から結晶の外径をモニターし、外径が設定した値になるように、ヒータ１７６の温度制御にフィードバックを行うものである。
【００６５】
結晶成長中は、成長量の増加に伴い融液量が徐々に減少し、液面位置が低下していく。これを補正すべく、前述のロードセル出力から液面の低下量を計算し、常に液面がヒータ１７６に対して定位置に来るように、ルツボ１７１を自動で上昇させる制御を行った。
【００６６】
こうして成長させた結晶は、チャージした原料の９５％が引上げられた時点でヒータ１７６の温度を上昇させ、結晶の尾部形状を形成した後、結晶を融液から切り離した。
【００６７】
ヒータ１７６の温度は、ヒータ１７６の発熱体近傍に設置した熱電対によってモニターしている。この結晶成長中の熱電対の指示温度のばらつきは、ヒータ温度の設定値に対し±０．２℃の範囲に納まっていた。
【００６８】
成長した結晶は、全長に渡って単結晶となっており、その外径は、１６０ｍｍの目標値に対して、頭部〜尾部に亘って全域で±３％以内の変動に抑えられていて、外径の制御性が非常に良好であった。
【００６９】
（比較例１）
比較例１として、図５に示した従来型の発熱体１７６を用いて、実施例４とまったく同条件でＧａＡｓの結晶成長を行った。
【００７０】
比較例１においても、実施例４と同様に全長に渡って単結晶が得られたが、ヒータ１７６の消費電力の目安としてモニターしていた、結晶成長開始時（種結晶の引上げ開始時）におけるヒータ１７６の投入パワーは、４４．８ｋＷと、実施例４に比して約１０％多くかかっていた。
【００７１】
また、結晶成長中のヒータ温度モニター用熱電対の指示温度のばらつきは、ヒータ温度の設定値に対し±０．４℃と、実施例４に比して倍のばらつきとなっていた。このことが影響していると思われるが、得られた結晶の外径は、１６０ｍｍの目標値に対して、頭部〜尾部に亘って全域で±４％の変動を有しており、実施例４で得られた結晶に比べて、外径の変動が大きかった。
【００７２】
以上の実施例より、本発明によれば、被加熱物を効率良く均等に加熱することができることを確認した。
【符号の説明】
【００７３】
１ 発熱体
２ 抵抗体
３ スリット
４ 発熱領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状又は筒状の抵抗体と、前記抵抗体の厚さ方向に貫通するように形成されたスリットとを有する発熱体において、
前記スリットは、前記厚さ方向に直交する抵抗体表面から、前記厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成されることを特徴とする発熱体。
【請求項２】
前記抵抗体に形成される複数のスリットと、複数の前記スリット間に形成される発熱領域とを有し、前記スリット間における前記発熱領域の断面形状が、平行四辺形又は台形である請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
前記抵抗体の厚さをｔ、前記スリットの幅をｗ、前記スリットと前記抵抗体の表面がなす角度をθとしたとき、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立つように前記スリットを形成している請求項１又は２に記載の発熱体。
【請求項４】
前記抵抗体の表面を正面から見たとき、前記スリットを透かして前記抵抗体の裏面側にあるものが見えない構造になっている請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体。
【請求項５】
前記抵抗体がグラファイトで形成される請求項１〜４のいずれかに記載の発熱体。
【請求項６】
前記抵抗体の表面には、前記抵抗体とは異質の材料でコーティングが施されている請求項１〜５のいずれかに記載の発熱体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の発熱体を、結晶成長用の炉体に組み込んだことを特徴とする結晶成長装置。
【請求項８】
引上げ法又は縦型ボート法のいずれかに用いる請求項７に記載の結晶成長装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の発熱体を、薄膜結晶成長用の炉体に組み込んだことを特徴とする気相成長装置。
【請求項１】
板状又は筒状の抵抗体と、前記抵抗体の厚さ方向に貫通するように形成されたスリットとを有する発熱体において、
前記スリットは、前記厚さ方向に直交する抵抗体表面から、前記厚さ方向に対し傾斜又は屈曲して形成されることを特徴とする発熱体。
【請求項２】
前記抵抗体に形成される複数のスリットと、複数の前記スリット間に形成される発熱領域とを有し、前記スリット間における前記発熱領域の断面形状が、平行四辺形又は台形である請求項１に記載の発熱体。
【請求項３】
前記抵抗体の厚さをｔ、前記スリットの幅をｗ、前記スリットと前記抵抗体の表面がなす角度をθとしたとき、｜ｔａｎθ｜＜ｔ／ｗの関係が成り立つように前記スリットを形成している請求項１又は２に記載の発熱体。
【請求項４】
前記抵抗体の表面を正面から見たとき、前記スリットを透かして前記抵抗体の裏面側にあるものが見えない構造になっている請求項１〜３のいずれかに記載の発熱体。
【請求項５】
前記抵抗体がグラファイトで形成される請求項１〜４のいずれかに記載の発熱体。
【請求項６】
前記抵抗体の表面には、前記抵抗体とは異質の材料でコーティングが施されている請求項１〜５のいずれかに記載の発熱体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の発熱体を、結晶成長用の炉体に組み込んだことを特徴とする結晶成長装置。
【請求項８】
引上げ法又は縦型ボート法のいずれかに用いる請求項７に記載の結晶成長装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の発熱体を、薄膜結晶成長用の炉体に組み込んだことを特徴とする気相成長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−５１７７５（Ｐ２０１２−５１７７５Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７４７５（Ｐ２０１０−１９７４７５）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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