JP2008218315A - Power supply system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply system for generating power by easily supplying hydrogen gas to a fuel cell. <P>SOLUTION: The power supply system 400 comprises a gas generator 300, a fuel cell 410, gas supply pipes 420, 430, and a power supply device 440. The gas generator 300 generates oxygen gas and hydrogen gas by immersing a positive electrode made of a nitride crystal in the III group and a negative electrode made of Pt into hydrochloric acid solution and impressing direct-current voltage between the positive electrode and the negative electrode. Further, the gas generator 300 supplies the generated oxygen gas and the hydrogen gas to the fuel cell 410 via the gas supply pipes 420, 430, and the fuel cell 410 generates direct-current power by using the oxygen gas and hydrogen gas supplied from the gas generator 300. The power supply device 440 supplies the direct-current power generated by the fuel cell 410 to an electric load. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、家庭内等に電力を供給する電力供給システムに関するものである。   The present invention relates to a power supply system for supplying power to a home or the like.

現在、紫外、紫〜青〜緑色光源として用いられているＩｎＧａＡｌＮ（ＩＩＩ族窒化物半導体）系デバイスは、その殆どがサファイアおよびシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を基板とし、その基板上にＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）およびＭＢＥ法（分子線結晶成長法）等を用いて作製されている。   At present, most of InGaAlN (group III nitride semiconductor) devices used as ultraviolet, violet to blue to green light sources have sapphire and silicon carbide (SiC) as substrates, and MOCVD (organometallic) is formed on the substrate. Chemical vapor deposition) and MBE (molecular beam crystal growth) are used.

このように、サファイアおよびシリコンカーバイドを基板として用いた場合、熱膨張係数および格子定数が基板とＩＩＩ族窒化物半導体とでそれぞれ大きく異なっているため、ＩＩＩ族窒化物半導体内に多くの結晶欠陥が含まれることとなる。この結晶欠陥は、デバイス特性を低下させ、たとえば、発光デバイスにおいては、寿命が短い、動作電力が大きい、等の欠点に直接関係する。   Thus, when sapphire and silicon carbide are used as the substrate, the thermal expansion coefficient and the lattice constant are greatly different between the substrate and the group III nitride semiconductor, so that many crystal defects are present in the group III nitride semiconductor. Will be included. This crystal defect degrades device characteristics, and is directly related to defects such as short lifetime and high operating power in a light emitting device, for example.

また、サファイア基板は、絶縁体であるため、従来の発光デバイスのように基板側から電極を取り出すことが不可能であった。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体側から電極を取り出すことが必要となる。その結果、デバイスの面積が大きくなり、高コスト化を招くという不都合があった。そして、デバイスの面積が大きくなると、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物半導体という異種材料の組み合わせに伴う基板の反りという新たな問題が発生する。   Further, since the sapphire substrate is an insulator, it has been impossible to take out the electrode from the substrate side like a conventional light emitting device. Thereby, it is necessary to take out the electrode from the group III nitride semiconductor side. As a result, there is a disadvantage that the area of the device is increased and the cost is increased. And when the area of a device becomes large, the new problem of the curvature of a board | substrate accompanying the combination of a dissimilar material called a sapphire substrate and a group III nitride semiconductor will generate | occur | produce.

さらに、サファイア基板上に作製されたＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離が困難であり、レーザダイオード（ＬＤ）において必要とされる共振器端面を得ることは、容易ではない。このため、現在は、ドライエッチング、またはサファイア基板を厚さ１００μｍ以下まで研磨した後に劈開に近い形に分離し、共振器端面の形成を行なっている。したがって、従来のＬＤのように、共振器端面の形成とチップ分離とを単一工程で行なうことが困難であり、工程の複雑化によるコスト高を招いていた。   Further, the group III nitride semiconductor device fabricated on the sapphire substrate is difficult to separate by chip cleavage, and it is not easy to obtain a resonator end face required in a laser diode (LD). Therefore, at present, the end face of the resonator is formed by dry etching or separating the sapphire substrate into a shape close to cleavage after polishing to a thickness of 100 μm or less. Therefore, unlike the conventional LD, it is difficult to perform the formation of the resonator end face and the chip separation in a single process, resulting in high costs due to the complicated process.

これらの問題を解決するため、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を選択的に横方向に成長させるなどの工夫をし、結晶欠陥を低減させることが提案された。これにより、結晶欠陥を低減させることが可能となったが、サファイア基板の絶縁性および上述した劈開の困難性に関する問題は、依然として残っている。   In order to solve these problems, it has been proposed to reduce crystal defects by devising such as selectively growing a group III nitride semiconductor in a lateral direction on a sapphire substrate. This makes it possible to reduce crystal defects, but problems relating to the insulating properties of the sapphire substrate and the above-described difficulty of cleavage still remain.

こうした問題を解決するためには、基板上に結晶成長する材料と同一である窒化ガリウム（ＧａＮ）基板が最適である。そのため、気相成長および融液成長等により、バルクＧａＮを結晶成長させる方法が、各種、提案されている。しかし、未だ高品質かつ実用的な大きさを有するＧａＮ基板は、実現されていない。   In order to solve these problems, a gallium nitride (GaN) substrate that is the same as the material for crystal growth on the substrate is optimal. Therefore, various methods for crystal growth of bulk GaN by vapor phase growth and melt growth have been proposed. However, a GaN substrate having a high quality and a practical size has not been realized yet.

ＧａＮ基板を実現する１つの方法として、ナトリウム（Ｎａ）をフラックスとして用いたＧａＮ結晶成長方法が提案されている（特許文献１）。この方法は、アジ化ナトリウム（ＮａＮ３）と金属Ｇａとを原料として、ステンレス製の反応容器（容器内寸法：内径＝７．５ｍｍ、長さ＝１００ｍｍ）にＮａＮ３および金属Ｇａを窒素雰囲気中で封入し、その反応容器を６００〜８００℃の温度で２４〜１００時間保持することにより、ＧａＮ結晶が成長するものである。 As one method for realizing a GaN substrate, a GaN crystal growth method using sodium (Na) as a flux has been proposed (Patent Document 1). In this method, sodium azide (NaN 3 ) and metallic Ga are used as raw materials, and NaN 3 and metallic Ga are placed in a nitrogen atmosphere in a stainless steel reaction vessel (inner dimensions: inner diameter = 7.5 mm, length = 100 mm). The GaN crystal grows by encapsulating the reaction vessel and holding the reaction vessel at a temperature of 600 to 800 ° C. for 24 to 100 hours.

この方法は、６００〜８００℃と比較的低温での結晶成長が可能であり、容器内圧力も高々１００ｋｇ／ｃｍ２程度と比較的低く、実用的な成長条件であることが特徴である。 This method is characterized in that crystal growth is possible at a relatively low temperature of 600 to 800 ° C., and the pressure in the container is relatively low at about 100 kg / cm 2 at most, which is a practical growth condition.

そして、最近では、アルカリ金属とＩＩＩ族金属との混合融液と、窒素を含むＶ族原料とを反応させることにより、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶が実現されている（特許文献２）。   Recently, a high-quality group III nitride crystal has been realized by reacting a mixed melt of an alkali metal and a group III metal with a group V raw material containing nitrogen (Patent Document 2).

一方、家庭用の電力を賄うための電力供給システムとして燃料電池システムおよび太陽光発電システムが知られている。
米国特許第５８６８８３７号明細書 特開２００１−５８９００号公報 On the other hand, a fuel cell system and a photovoltaic power generation system are known as power supply systems for supplying household power.
US Pat. No. 5,868,837 JP 2001-58900 A

しかし、燃料電池システムを家庭内の電力を賄う電力供給システムとして用いる場合、原料ガスである水素ガスを容易に燃料電池に供給することが困難であるという問題がある。   However, when the fuel cell system is used as a power supply system that covers household electric power, there is a problem that it is difficult to easily supply hydrogen gas, which is a raw material gas, to the fuel cell.

また、太陽光発電システムを家庭内の電力を賄う電力供給システムとして用いる場合、夜間、天候および季節等の要因によって家庭内で必要な電力を太陽光発電システムによって賄うことが困難であるという問題がある。   In addition, when a solar power generation system is used as a power supply system that covers electric power in the home, there is a problem that it is difficult to cover the electric power required in the home due to factors such as nighttime, weather, and seasons. is there.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、水素ガスを容易に燃料電池に供給して電力を発電する電力供給システムを提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a power supply system that easily supplies hydrogen gas to a fuel cell to generate electric power.

また、この発明の別の目的は、太陽光発電システムを補完する電力供給システムを提供することである。   Another object of the present invention is to provide a power supply system that complements the photovoltaic power generation system.

この発明によれば、電力供給システムは、ガス発生器と、燃料電池と、電力供給器とを備える。ガス発生器は、酸素ガスおよび水素ガスを発生する。燃料電池は、ガス発生器によって発生された水素ガスを少なくとも用いて直流電力を発電する。電力供給器は、燃料電池が発電した直流電力に基づいて、電気負荷に電力を供給する。そして、ガス発生器は、電解液と、陽極電極と、陰極電極と、電流源とを含む。陽極電極は、電解液に浸漬されたＩＩＩ族窒化物結晶を有する。陰極電極は、電解液に浸漬される。電流源は、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を流す。   According to this invention, the power supply system includes a gas generator, a fuel cell, and a power supply device. The gas generator generates oxygen gas and hydrogen gas. The fuel cell generates DC power using at least hydrogen gas generated by a gas generator. The power supply supplies power to the electric load based on the DC power generated by the fuel cell. The gas generator includes an electrolytic solution, an anode electrode, a cathode electrode, and a current source. The anode electrode has a group III nitride crystal immersed in the electrolytic solution. The cathode electrode is immersed in the electrolytic solution. The current source passes a direct current between the anode electrode and the cathode electrode.

好ましくは、電力供給器は、燃料電池によって発電された直流電力を交流電力に変換して家庭内の電気機器に供給する電力変換器からなる。   Preferably, the power supply unit includes a power converter that converts DC power generated by the fuel cell into AC power and supplies the AC power to household electrical equipment.

好ましくは、電力供給器は、自動車に搭載された二次電池を燃料電池が発電した直流電力によって充電する充電器からなる。   Preferably, the power supply unit includes a charger that charges a secondary battery mounted on an automobile with DC power generated by the fuel cell.

好ましくは、電力供給システムは、太陽電池モジュールをさらに備える。太陽電池モジュールは、太陽光によって直流電力を発電する。そして、電力供給器は、太陽電池モジュールが発電した第１の直流電力を交流電力に変換して家庭内の電気機器に供給するとともに、第１の直流電力が家庭内の電気機器を駆動するために必要な基準電力よりも少ないとき、燃料電池が発電した第２の直流電力を交流電力に変換して家庭内の電気機器に供給する電力変換器からなる。   Preferably, the power supply system further includes a solar cell module. The solar cell module generates DC power by sunlight. The power supply device converts the first DC power generated by the solar cell module into AC power and supplies the AC power to home electric equipment, and the first DC power drives the home electric equipment. When the power consumption is lower than the reference power required, the second DC power generated by the fuel cell is converted into AC power and supplied to the household electrical equipment.

好ましくは、電流源は、太陽電池からなる。   Preferably, the current source is a solar cell.

好ましくは、燃料電池は、ガス発生器が発生した水素ガスおよび酸素ガスを用いて直流電力を発電する。   Preferably, the fuel cell generates direct-current power using hydrogen gas and oxygen gas generated by the gas generator.

好ましくは、陽極電極は、坩堝と、ＩＩＩ族窒化物結晶とを含む。ＩＩＩ族窒化物結晶は、坩堝の内部に形成される。   Preferably, the anode electrode includes a crucible and a group III nitride crystal. Group III nitride crystals are formed inside the crucible.

好ましくは、ＩＩＩ族窒化物結晶は、坩堝の壁面および／または底面に形成された複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる。   Preferably, the group III nitride crystal is composed of a plurality of group III nitride crystals formed on the wall surface and / or the bottom surface of the crucible.

好ましくは、ＩＩＩ族窒化物結晶の伝導帯端は、電解液中の水素イオンのエネルギーレベルよりも高く、ＩＩＩ族窒化物結晶の価電子帯端は、電解液中の水のエネルギーレベルよりも高い。   Preferably, the conduction band edge of the group III nitride crystal is higher than the energy level of hydrogen ions in the electrolyte, and the valence band edge of the group III nitride crystal is higher than the energy level of water in the electrolyte. .

好ましくは、ＩＩＩ族窒化物結晶は、窒化ガリウム結晶からなる。陰極電極は、白金からなる。電解液は、塩酸を含む。   Preferably, the group III nitride crystal comprises a gallium nitride crystal. The cathode electrode is made of platinum. The electrolytic solution contains hydrochloric acid.

この発明においては、電力供給システムは、ＩＩＩ族窒化物結晶からなる陽極電極と、陰極電極とを電解液に浸漬して酸素ガスおよび水素ガスを発生し、その発生した水素ガスを少なくとも燃料電池に供給して直流電力を発電するとともに、発電した直流電力に基づいて、電力を電気負荷に供給する。   In the present invention, the power supply system generates an oxygen gas and a hydrogen gas by immersing an anode electrode made of a group III nitride crystal and a cathode electrode in an electrolytic solution, and the generated hydrogen gas is supplied to at least a fuel cell. The power is supplied to generate DC power, and the power is supplied to the electric load based on the generated DC power.

したがって、この発明によれば、水素ガスを容易に燃料電池に供給して電力を発電できる。   Therefore, according to the present invention, hydrogen gas can be easily supplied to the fuel cell to generate electric power.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図１は、この発明の実施の形態による電力供給システムの構成を示す概略図である。図１を参照して、電力供給システム４００は、ガス発生器３００と、燃料電池４１０と、ガス供給管４２０，４３０と、電力供給器４４０とを備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a power supply system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a power supply system 400 includes a gas generator 300, a fuel cell 410, gas supply pipes 420 and 430, and a power supply 440.

ガス供給管４２０は、一方端がガス発生器３００に連結され、他方端が燃料電池４１０に連結される。ガス供給管４３０は、一方端がガス発生器３００に連結され、他方端が燃料電池４１０に連結される。   The gas supply pipe 420 has one end connected to the gas generator 300 and the other end connected to the fuel cell 410. The gas supply pipe 430 has one end connected to the gas generator 300 and the other end connected to the fuel cell 410.

ガス発生器３００は、後述する方法によって酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）を発生し、その発生した酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）をそれぞれガス供給管４２０，４３０へ供給する。 The gas generator 300 generates oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) by a method described later, and the generated oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) are respectively supplied to a gas supply pipe 420, 430 is supplied.

ガス供給管４２０は、ガス発生器３００によって発生された酸素ガス（Ｏ２）を燃料電池４１０へ供給する。ガス供給管４３０は、ガス発生器３００によって発生された水素ガス（Ｈ２）を燃料電池４１０へ供給する。燃料電池４１０は、ガス発生器３００から受けた酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）を用いて直流電力を発電する。電力供給器４４０は、燃料電池４１０が発電した直流電力をそのまま、または交流電力に変換して電気負荷に供給する。 The gas supply pipe 420 supplies oxygen gas (O 2 ) generated by the gas generator 300 to the fuel cell 410. The gas supply pipe 430 supplies hydrogen gas (H 2 ) generated by the gas generator 300 to the fuel cell 410. Fuel cell 410 generates DC power using oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) received from gas generator 300. The power supply unit 440 supplies the direct current power generated by the fuel cell 410 to the electric load as it is or converted into alternating current power.

なお、電力供給システム４００においては、ガス発生器３００は、水素ガス（Ｈ２）のみを燃料電池４１０へ供給するようにしてもよい。この場合、燃料電池４１０は、空気を取り入れ、ガス発生器３００から供給された水素ガス（Ｈ２）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）とを用いて直流電力を発電する。 In the power supply system 400, the gas generator 300 may supply only hydrogen gas (H 2 ) to the fuel cell 410. In this case, the fuel cell 410 takes in air and generates DC power using the hydrogen gas (H 2 ) supplied from the gas generator 300 and the oxygen gas (O 2 ) in the air.

また、燃料電池４１０は、固体酸化物形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、リン酸形燃料電池、高分子電解質形燃料電池およびアルカリ水溶液形燃料電池のいずれであってもよい。   The fuel cell 410 may be any of a solid oxide fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, and an alkaline aqueous fuel cell.

図２は、図１に示すガス発生器３００の構成を示す概略図である。図２を参照して、ガス発生器３００は、容器３１０と、電解液３２０と、陽極電極３３０と、陰極電極３４０と、リード線３５０，３６０と、太陽電池３７０とを備える。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the gas generator 300 shown in FIG. Referring to FIG. 2, gas generator 300 includes a container 310, an electrolytic solution 320, an anode electrode 330, a cathode electrode 340, lead wires 350 and 360, and a solar cell 370.

容器３１０は、略Ｕ字形状の断面形状からなり、ガス発生部３１１，３１２を有する。電解液３２０は、１モル／Ｌの塩酸（ＨＣｌ）水溶液からなり、容器３１０に入れられる。陽極電極３３０は、ガス発生部３１１に配置され、電解液３２０に浸漬される。そして、陽極電極３３０は、坩堝１０と、複数のＧａＮ結晶６とからなる。坩堝１０は、ＳＵＳ３１６Ｌからなる。複数のＧａＮ結晶６は、坩堝１０の内壁および底面に形成される。そして、複数のＧａＮ結晶６の各々は、柱状形状からなる。   The container 310 has a substantially U-shaped cross-sectional shape, and includes gas generating portions 311 and 312. The electrolytic solution 320 is made of a 1 mol / L hydrochloric acid (HCl) aqueous solution and is put in the container 310. The anode electrode 330 is disposed in the gas generator 311 and immersed in the electrolytic solution 320. The anode electrode 330 includes the crucible 10 and a plurality of GaN crystals 6. The crucible 10 is made of SUS316L. The plurality of GaN crystals 6 are formed on the inner wall and the bottom surface of the crucible 10. Each of the plurality of GaN crystals 6 has a columnar shape.

陰極電極３４０は、ガス発生部３１２に配置され、電解液３２０に浸漬される。そして、陰極電極３４０は、白金（Ｐｔ）からなる。リード線３５０は、陽極電極３３０の坩堝１０を太陽電池３７０の正極に接続する。リード線３６０は、陰極電極３４０を太陽電池３７０の陰極に接続する。太陽電池３７０は、たとえば、アモルファスシリコン太陽電池からなり、リード線３５０とリード線３６０との間に接続される。そして、太陽電池３７０は、光（太陽光および室内灯の光等）を受けると、所定の直流電圧を発生し、その発生した所定の直流電圧を陽極電極３３０と陰極電極３４０との間に印加する。   The cathode electrode 340 is disposed in the gas generator 312 and is immersed in the electrolytic solution 320. The cathode electrode 340 is made of platinum (Pt). Lead wire 350 connects crucible 10 of anode electrode 330 to the positive electrode of solar cell 370. Lead wire 360 connects cathode electrode 340 to the cathode of solar cell 370. Solar cell 370 is made of an amorphous silicon solar cell, for example, and is connected between lead wire 350 and lead wire 360. When solar cell 370 receives light (sunlight, indoor light, etc.), it generates a predetermined DC voltage and applies the generated DC voltage between anode electrode 330 and cathode electrode 340. To do.

図３は、図２に示す陽極電極３３０を作製する結晶成長装置の概略断面図である。図３を参照して、結晶成長装置１００は、坩堝１０と、反応容器２０と、配管３０と、融液保持部材４０と、加熱装置５０，６０と、温度センサー５１，６１と、ガス供給管７０，８０と、バルブ９０，１１０，１５０と、圧力調整器１２０と、ガスボンベ１３０と、排気管１４０と、真空ポンプ１６０と、圧力センサー１７０，１９０と、金属融液１８０と、制御装置２００とを備える。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a crystal growth apparatus for producing the anode electrode 330 shown in FIG. Referring to FIG. 3, a crystal growth apparatus 100 includes a crucible 10, a reaction vessel 20, a pipe 30, a melt holding member 40, heating apparatuses 50 and 60, temperature sensors 51 and 61, and a gas supply pipe. 70, 80, valves 90, 110, 150, pressure regulator 120, gas cylinder 130, exhaust pipe 140, vacuum pump 160, pressure sensors 170, 190, metal melt 180, and control device 200. Is provided.

坩堝１０は、略円柱形状を有する。反応容器２０は、坩堝１０と所定の間隔を隔てて坩堝１０の周囲に配置される。すなわち、反応容器２０は、坩堝１０を内部に含む。そして、反応容器２０は、本体部２１と、蓋部２２とからなる。本体部２１および蓋部２２の各々は、ＳＵＳ３１６Ｌからなり、本体部２１と蓋部２２との間は、メタルオーリングによってシールされる。   The crucible 10 has a substantially cylindrical shape. The reaction vessel 20 is arranged around the crucible 10 with a predetermined distance from the crucible 10. That is, the reaction vessel 20 includes the crucible 10 inside. The reaction vessel 20 includes a main body portion 21 and a lid portion 22. Each of the main body portion 21 and the lid portion 22 is made of SUS316L, and the space between the main body portion 21 and the lid portion 22 is sealed by a metal O-ring.

配管３０は、重力方向ＤＲ１において、一方端が坩堝１０の下側で反応容器２０に連結され、他方端がガス供給管８０に連結される。   The pipe 30 has one end connected to the reaction vessel 20 below the crucible 10 and the other end connected to the gas supply pipe 80 in the gravity direction DR1.

融液保持部材４０は、たとえば、金属およびセラミック等からなり、反応容器２０と配管３０との連結部よりも下側の配管３０内に設置される。   The melt holding member 40 is made of, for example, metal and ceramic, and is installed in the pipe 30 below the connecting portion between the reaction vessel 20 and the pipe 30.

加熱装置５０は、反応容器２０の外周面２０Ａを囲むように配置される。加熱装置６０は、反応容器２０の底面２０Ｂに対向して配置される。温度センサー５１，６１は、それぞれ、加熱装置５０，６０に近接して配置される。   The heating device 50 is disposed so as to surround the outer peripheral surface 20 </ b> A of the reaction vessel 20. The heating device 60 is disposed to face the bottom surface 20B of the reaction vessel 20. The temperature sensors 51 and 61 are disposed close to the heating devices 50 and 60, respectively.

ガス供給管７０は、一方端がバルブ９０を介して反応容器２０に連結され、他方端が圧力調整器１２０を介してガスボンベ１３０に連結される。ガス供給管８０は、一方端が配管３０に連結され、他方端がガス供給管７０に連結される。   One end of the gas supply pipe 70 is connected to the reaction vessel 20 via the valve 90, and the other end is connected to the gas cylinder 130 via the pressure regulator 120. The gas supply pipe 80 has one end connected to the pipe 30 and the other end connected to the gas supply pipe 70.

バルブ９０は、反応容器２０の近傍でガス供給管７０に装着される。圧力調整器１２０は、ガスボンベ１３０の近傍でガス供給管７０に装着される。ガスボンベ１３０は、ガス供給管７０に連結される。   The valve 90 is attached to the gas supply pipe 70 in the vicinity of the reaction vessel 20. The pressure regulator 120 is attached to the gas supply pipe 70 in the vicinity of the gas cylinder 130. The gas cylinder 130 is connected to the gas supply pipe 70.

排気管１４０は、一方端がバルブ１５０を介して反応容器２０に連結され、他方端が真空ポンプ１６０に連結される。バルブ１５０は、反応容器２０の近傍で排気管１４０に装着される。真空ポンプ１６０は、排気管１４０に連結される。   One end of the exhaust pipe 140 is connected to the reaction vessel 20 via the valve 150, and the other end is connected to the vacuum pump 160. The valve 150 is attached to the exhaust pipe 140 in the vicinity of the reaction vessel 20. The vacuum pump 160 is connected to the exhaust pipe 140.

圧力センサー１７０は、反応容器２０に取り付けられる。金属融液１８０は、金属ナトリウム（金属Ｎａ）融液からなり、融液保持部材４０によって配管３０内に保持される。圧力センサー１９０は、金属融液１８０に接して配管３０に取り付けられる。   The pressure sensor 170 is attached to the reaction vessel 20. The metal melt 180 is made of a metal sodium (metal Na) melt and is held in the pipe 30 by the melt holding member 40. The pressure sensor 190 is attached to the pipe 30 in contact with the metal melt 180.

坩堝１０は、金属Ｎａと、金属ガリウム（金属Ｇａ）とを含む混合融液２１０を保持する。反応容器２０は、坩堝１０の周囲を覆う。配管３０は、金属融液１８０を保持する。   The crucible 10 holds a mixed melt 210 containing metal Na and metal gallium (metal Ga). The reaction vessel 20 covers the periphery of the crucible 10. The pipe 30 holds the metal melt 180.

融液保持部材４０は、配管３０の内壁との間に数十μｍの孔が形成されるように外周面に凹凸構造を有し、配管３０内の空間３１へ供給された窒素ガスを金属融液１８０の方向へ通過させ、窒素ガスを金属融液１８０を介して空間２３内へ供給する。また、融液保持部材４０は、金属融液１８０の表面張力により金属融液１８０を配管３０内に保持する。   The melt holding member 40 has an uneven structure on the outer peripheral surface so that a hole of several tens of μm is formed between the inner wall of the pipe 30, and the nitrogen gas supplied to the space 31 in the pipe 30 is melted with metal. Passing in the direction of the liquid 180, nitrogen gas is supplied into the space 23 through the metal melt 180. The melt holding member 40 holds the metal melt 180 in the pipe 30 by the surface tension of the metal melt 180.

加熱装置５０は、ヒーターと、電流源とからなる。そして、加熱装置５０は、制御装置２００からの制御信号ＣＴＬ１に応じて電流源によってヒーターに電流を流し、反応容器２０の外周面２０Ａから坩堝１０および反応容器２０を結晶成長温度に加熱する。温度センサー５１は、加熱装置５０のヒーターの温度Ｔ１を検出し、その検出した温度Ｔ１を制御装置２００へ出力する。   The heating device 50 includes a heater and a current source. Then, the heating device 50 causes a current to flow through the heater in accordance with the control signal CTL1 from the control device 200, and heats the crucible 10 and the reaction vessel 20 from the outer peripheral surface 20A of the reaction vessel 20 to the crystal growth temperature. The temperature sensor 51 detects the temperature T1 of the heater of the heating device 50, and outputs the detected temperature T1 to the control device 200.

加熱装置６０も、ヒーターと、電流源とからなる。そして、加熱装置６０は、制御装置２００からの制御信号ＣＴＬ２に応じて電流源によってヒーターに電流を流し、反応容器２０の底面２０Ｂから坩堝１０および反応容器２０を結晶成長温度に加熱する。温度センサー６１は、加熱装置６０のヒーターの温度Ｔ２を検出し、その検出した温度Ｔ２を制御装置２００へ出力する。   The heating device 60 also includes a heater and a current source. Then, the heating device 60 causes a current to flow through the heater with a current source in accordance with the control signal CTL2 from the control device 200, and heats the crucible 10 and the reaction vessel 20 from the bottom surface 20B of the reaction vessel 20 to the crystal growth temperature. The temperature sensor 61 detects the temperature T2 of the heater of the heating device 60 and outputs the detected temperature T2 to the control device 200.

ガス供給管７０は、ガスボンベ１３０から圧力調整器１２０を介して供給された窒素ガスをバルブ９０を介して反応容器２０内へ供給する。ガス供給管８０は、ガスボンベ１３０から圧力調整器１２０を介して供給された窒素ガスを配管３０内へ供給する。   The gas supply pipe 70 supplies nitrogen gas supplied from the gas cylinder 130 via the pressure regulator 120 into the reaction vessel 20 via the valve 90. The gas supply pipe 80 supplies nitrogen gas supplied from the gas cylinder 130 via the pressure regulator 120 into the pipe 30.

バルブ９０は、ガス供給管７０内の窒素ガスを反応容器２０内へ供給し、または窒素ガスの反応容器２０内への供給を停止する。バルブ１１０は、ガス供給管８０内の窒素ガスを配管３０内へ供給し、または窒素ガスの配管３０内への供給を停止する。圧力調整器１２０は、制御装置２００からの制御信号ＣＴＬ３に応じて、ガスボンベ１３０からの窒素ガスを所定の圧力にしてガス供給管７０，８０に供給する。   The valve 90 supplies the nitrogen gas in the gas supply pipe 70 into the reaction vessel 20 or stops the supply of nitrogen gas into the reaction vessel 20. The valve 110 supplies the nitrogen gas in the gas supply pipe 80 into the pipe 30 or stops the supply of nitrogen gas into the pipe 30. The pressure regulator 120 supplies nitrogen gas from the gas cylinder 130 to the gas supply pipes 70 and 80 at a predetermined pressure in accordance with the control signal CTL3 from the control device 200.

ガスボンベ１３０は、窒素ガスを保持する。排気管１４０は、反応容器２０内の気体を真空ポンプ１６０へ通過させる。バルブ１５０は、反応容器２０内と排気管１４０とを空間的に繋げ、または反応容器２０内と排気管１４０とを空間的に遮断する。真空ポンプ１６０は、排気管１４０およびバルブ１５０を介して反応容器２０内の真空引きを行なう。   The gas cylinder 130 holds nitrogen gas. The exhaust pipe 140 allows the gas in the reaction vessel 20 to pass through the vacuum pump 160. The valve 150 spatially connects the inside of the reaction vessel 20 and the exhaust pipe 140 or spatially blocks the inside of the reaction vessel 20 and the exhaust pipe 140. The vacuum pump 160 evacuates the reaction vessel 20 through the exhaust pipe 140 and the valve 150.

圧力センサー１７０は、加熱装置５０，６０によって加熱されていない反応容器２０内の圧力を検出する。金属融液１８０は、融液保持部材４０を介して導入された窒素ガスを空間２３へ供給する。   The pressure sensor 170 detects the pressure in the reaction vessel 20 that is not heated by the heating devices 50 and 60. The metal melt 180 supplies the nitrogen gas introduced through the melt holding member 40 to the space 23.

制御装置２００は、温度Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ温度センサー５１，６１から受け、その受けた温度Ｔ１，Ｔ２に基づいて、坩堝１０および反応容器２０の温度を所望の温度に設定するための制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２を生成する。そして、制御装置２００は、その生成した制御信号ＣＴＬ１，２をそれぞれ加熱装置５０，６０へ出力する。   Control device 200 receives temperatures T1 and T2 from temperature sensors 51 and 61, respectively, and based on the received temperatures T1 and T2, control signal CTL1 for setting the temperatures of crucible 10 and reaction vessel 20 to desired temperatures. , CTL2 are generated. Then, control device 200 outputs the generated control signals CTL1 and CTL2 to heating devices 50 and 60, respectively.

また、制御装置２００は、圧力センサー１９０から金属融液１８０の静水圧Ｐｓを受け、その受けた静水圧Ｐｓに基づいて空間２３の圧力Ｐｉｎを求める。より具体的には、反応容器２０内の空間２３の圧力Ｐｉｎが相対的に高くなれば、金属融液１８０の静水圧Ｐｓは、圧力Ｐｉｎに比例して相対的に高くなる。また、反応容器２０内の空間２３の圧力Ｐｉｎが相対的に低くなれば、金属融液１８０の静水圧Ｐｓは、圧力Ｐｉｎに比例して相対的に低くなる。   The control device 200 receives the hydrostatic pressure Ps of the metal melt 180 from the pressure sensor 190 and obtains the pressure Pin of the space 23 based on the received hydrostatic pressure Ps. More specifically, if the pressure Pin of the space 23 in the reaction vessel 20 is relatively high, the hydrostatic pressure Ps of the metal melt 180 is relatively high in proportion to the pressure Pin. Moreover, if the pressure Pin of the space 23 in the reaction vessel 20 is relatively low, the hydrostatic pressure Ps of the metal melt 180 is relatively low in proportion to the pressure Pin.

このように、静水圧Ｐｓは、空間２３内の圧力Ｐｉｎに比例する。したがって、制御装置２００は、静水圧Ｐｓと圧力Ｐｉｎとの比例係数を保持しており、その保持している比例係数を静水圧Ｐｓに乗算することにより、静水圧Ｐｓに基づいて圧力Ｐｉｎを求める。   As described above, the hydrostatic pressure Ps is proportional to the pressure Pin in the space 23. Therefore, the control device 200 holds the proportional coefficient between the hydrostatic pressure Ps and the pressure Pin, and obtains the pressure Pin based on the hydrostatic pressure Ps by multiplying the hydrostatic pressure Ps by the held proportional coefficient. .

そして、制御装置２００は、空間２３の圧力Ｐｉｎを求めると、その求めた圧力Ｐｉｎを所望の圧力に設定するための制御信号ＣＴＬ３を生成し、その生成した制御信号ＣＴＬ３を圧力調整器１２０へ出力する。   Then, when determining the pressure Pin of the space 23, the control device 200 generates a control signal CTL3 for setting the determined pressure Pin to a desired pressure, and outputs the generated control signal CTL3 to the pressure regulator 120. To do.

圧力センサー１９０は、金属融液１８０の静水圧Ｐｓを検出し、その検出した静水圧Ｐｓを制御装置２００へ出力する。   The pressure sensor 190 detects the hydrostatic pressure Ps of the metal melt 180 and outputs the detected hydrostatic pressure Ps to the control device 200.

図４は、図３に示す融液保持部材４０の斜視図である。図４を参照して、融液保持部材４０は、栓４１と、凸部４２とを含む。栓４１は、略円柱形状からなる。凸部４２は、略半円形の断面形状を有し、栓４１の外周面に栓４１の長さ方向ＤＲ２に沿って形成される。   4 is a perspective view of the melt holding member 40 shown in FIG. Referring to FIG. 4, melt holding member 40 includes a plug 41 and a convex portion 42. The stopper 41 has a substantially cylindrical shape. The convex portion 42 has a substantially semicircular cross-sectional shape, and is formed on the outer peripheral surface of the stopper 41 along the length direction DR <b> 2 of the stopper 41.

図５は、融液保持部材４０の配管３０への取付状態を示す平面図である。図５を参照して、凸部４２は、栓４１の円周方向に複数個形成され、複数の凸部４２は、数十μｍの間隔ｄで形成される。また、凸部４２は、数十μｍの高さＨを有する。融液保持部材４０の複数の凸部４２は、配管３０の内壁３０Ａに接する。これにより、融液保持部材４０は、配管３０の内壁３０Ａに嵌合する。   FIG. 5 is a plan view showing a state where the melt holding member 40 is attached to the pipe 30. Referring to FIG. 5, a plurality of convex portions 42 are formed in the circumferential direction of plug 41, and the plurality of convex portions 42 are formed at intervals d of several tens of μm. The convex portion 42 has a height H of several tens of μm. The plurality of convex portions 42 of the melt holding member 40 are in contact with the inner wall 30 </ b> A of the pipe 30. Thereby, the melt holding member 40 is fitted to the inner wall 30 </ b> A of the pipe 30.

凸部４２が数十μｍの高さＨを有し、数十μｍの間隔ｄで栓４１の外周面に配置される結果、融液保持部材４０が配管３０の内壁３０Ａに嵌合した状態では、融液保持部材４０と配管３０の内壁３０Ａとの間に、直径が略数十μｍである空隙４３が複数個形成される。   As a result of the convex portion 42 having a height H of several tens of μm and being arranged on the outer peripheral surface of the stopper 41 at an interval d of several tens of μm, the melt holding member 40 is fitted to the inner wall 30A of the pipe 30. A plurality of gaps 43 having a diameter of approximately several tens of μm are formed between the melt holding member 40 and the inner wall 30 </ b> A of the pipe 30.

この空隙４３は、栓４１の長さ方向ＤＲ２に窒素ガスを通過させるとともに、金属融液１８０の表面張力によって金属融液１８０を保持し、金属融液１８０が栓４１の長さ方向ＤＲ２に通過するのを阻止する。   The gap 43 allows nitrogen gas to pass in the length direction DR2 of the plug 41 and holds the metal melt 180 by the surface tension of the metal melt 180, so that the metal melt 180 passes in the length direction DR2 of the plug 41. To stop doing.

図６は、ＧａＮ結晶を結晶成長させるときの圧力と温度との関係を規定する圧力／温度相関図を金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比に対して示す図である。なお、金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比ｒは、ｒ＝［金属Ｎａ］／（［金属Ｎａ］＋［金属Ｇａ］）によって定義される。   FIG. 6 is a diagram showing a pressure / temperature correlation diagram for defining the relationship between pressure and temperature when growing a GaN crystal with respect to the mixing ratio of metal Na and metal Ga. In addition, the mixing ratio r of metal Na and metal Ga is defined by r = [metal Na] / ([metal Na] + [metal Ga]).

図６の（ａ）は、混合比ｒがｒ＝０．４である場合の圧力／温度相関図ＰＴ１を示し、図６の（ｂ）は、混合比ｒがｒ＝０．７である場合の圧力／温度相関図ＰＴ２を示し、図６の（ｃ）は、混合比ｒがｒ＝０．９５である場合の圧力／温度相関図ＰＴ３を示す。   6A shows a pressure / temperature correlation diagram PT1 when the mixing ratio r is r = 0.4, and FIG. 6B shows a case where the mixing ratio r is r = 0.7. FIG. 6 (c) shows a pressure / temperature correlation diagram PT3 when the mixing ratio r is r = 0.95.

そして、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）の各々において、縦軸は、反応容器２０内の空間２３における窒素ガスのガス圧力を表し、横軸は、坩堝１０および反応容器２０の温度（＝混合融液２１０の温度）の逆数を表す。   6 (a), (b), and (c), the vertical axis represents the gas pressure of nitrogen gas in the space 23 in the reaction vessel 20, and the horizontal axis represents the crucible 10 and the reaction vessel 20. The reciprocal of the temperature of (= the temperature of the mixed melt 210).

図６の（ａ）を参照して、圧力／温度相関図ＰＴ１は、領域ＲＥＧ１１，ＲＥＧ１２，ＲＥＧ１３，ＲＥＧ１４を有する。領域ＲＥＧ１１は、直線ｋ１によって領域ＲＥＧ１２と仕切られ、領域ＲＥＧ１２は、直線ｋ２によって領域ＲＥＧ１３と仕切られ、領域ＲＥＧ１３は、直線ｋ３によって領域ＲＥＧ１４と仕切られる。   Referring to (a) of FIG. 6, the pressure / temperature correlation diagram PT1 includes regions REG11, REG12, REG13, and REG14. The region REG11 is partitioned from the region REG12 by a straight line k1, the region REG12 is partitioned from the region REG13 by a straight line k2, and the region REG13 is partitioned from the region REG14 by a straight line k3.

そして、領域ＲＥＧ１１は、ＧａＮ結晶を溶解させる領域であり、領域ＲＥＧ１２は、新たな核の発生を抑制してＧａＮ結晶が種結晶から結晶成長する領域である。また、領域ＲＥＧ１３は、柱状形状のＧａＮ結晶が結晶成長する領域であり、領域ＲＥＧ１４は、板状形状のＧａＮ結晶が結晶成長する領域である。   The region REG11 is a region where the GaN crystal is dissolved, and the region REG12 is a region where the generation of a new nucleus is suppressed and the GaN crystal grows from the seed crystal. The region REG13 is a region where the columnar GaN crystal grows, and the region REG14 is a region where the plate-shaped GaN crystal grows.

このように、圧力／温度相関図ＰＴ１は、ＧａＮ結晶を溶解させる領域ＲＥＧ１１と、形状または成長機構が異なるＧａＮ結晶を結晶成長させる領域ＲＥＧ１２，ＲＥＧ１３，ＲＥＧ１４とからなる。   As described above, the pressure / temperature correlation diagram PT1 includes the region REG11 in which the GaN crystal is dissolved and the regions REG12, REG13, and REG14 in which the GaN crystals having different shapes or growth mechanisms are grown.

図６の（ｂ）を参照して、圧力／温度相関図ＰＴ２は、領域ＲＥＧ２１，ＲＥＧ２２，ＲＥＧ２３，ＲＥＧ２４を有する。領域ＲＥＧ２１は、直線ｋ４によって領域ＲＥＧ２２と仕切られ、領域ＲＥＧ２２は、直線ｋ５によって領域ＲＥＧ２３と仕切られ、領域２３は、直線ｋ６によって領域ＲＥＧ２４と仕切られる。   Referring to FIG. 6B, the pressure / temperature correlation diagram PT2 has regions REG21, REG22, REG23, and REG24. The region REG21 is partitioned from the region REG22 by a straight line k4, the region REG22 is partitioned from the region REG23 by a straight line k5, and the region 23 is partitioned from the region REG24 by a straight line k6.

そして、領域ＲＥＧ２１は、ＧａＮ結晶を溶解させる領域であり、領域ＲＥＧ２２は、新たな核の発生を抑制してＧａＮ結晶が種結晶から結晶成長する領域である。また、領域ＲＥＧ２３は、柱状形状のＧａＮ結晶が結晶成長する領域であり、領域ＲＥＧ２４は、板状形状のＧａＮ結晶が結晶成長する領域である。   The region REG21 is a region where the GaN crystal is dissolved, and the region REG22 is a region where the generation of a new nucleus is suppressed and the GaN crystal grows from the seed crystal. The region REG23 is a region where a columnar GaN crystal grows, and the region REG24 is a region where a plate-shaped GaN crystal grows.

このように、圧力／温度相関図ＰＴ２も、ＧａＮ結晶を溶解させる領域ＲＥＧ２１と、形状または成長機構が異なるＧａＮ結晶を結晶成長させる領域ＲＥＧ２２，ＲＥＧ２３，ＲＥＧ２４とからなる。   As described above, the pressure / temperature correlation diagram PT2 also includes the region REG21 in which the GaN crystal is dissolved and the regions REG22, REG23, and REG24 in which the GaN crystals having different shapes or growth mechanisms are grown.

図６の（ｃ）を参照して、圧力／温度相関図ＰＴ３は、領域ＲＥＧ３１，ＲＥＧ３２，ＲＥＧ３３，ＲＥＧ３４を有する。領域ＲＥＧ３１は、直線ｋ７によって領域ＲＥＧ３２と仕切られ、領域ＲＥＧ３２は、直線ｋ８によって領域ＲＥＧ３３と仕切られ、領域３３は、直線ｋ９によって領域ＲＥＧ３４と仕切られる。   Referring to FIG. 6C, the pressure / temperature correlation diagram PT3 has regions REG31, REG32, REG33, and REG34. The region REG31 is partitioned from the region REG32 by a straight line k7, the region REG32 is partitioned from the region REG33 by a straight line k8, and the region 33 is partitioned from the region REG34 by a straight line k9.

そして、領域ＲＥＧ３１は、ＧａＮ結晶を溶解させる領域であり、領域ＲＥＧ３２は、新たな核の発生を抑制してＧａＮ結晶が種結晶から結晶成長する領域である。また、領域ＲＥＧ３３は、柱状形状のＧａＮ結晶が結晶成長する領域であり、領域ＲＥＧ３４は、板状形状のＧａＮ結晶が結晶成長する領域である。   The region REG31 is a region where the GaN crystal is dissolved, and the region REG32 is a region where the generation of a new nucleus is suppressed and the GaN crystal grows from the seed crystal. The region REG33 is a region where a columnar GaN crystal grows, and the region REG34 is a region where a plate-shaped GaN crystal grows.

このように、圧力／温度相関図ＰＴ３も、ＧａＮ結晶を溶解させる領域ＲＥＧ３１と、形状または成長機構が異なるＧａＮ結晶を結晶成長させる領域ＲＥＧ３２，ＲＥＧ３３，ＲＥＧ３４とからなる。   Thus, the pressure / temperature correlation diagram PT3 also includes a region REG31 in which GaN crystals are dissolved and regions REG32, REG33, and REG34 in which GaN crystals having different shapes or growth mechanisms are grown.

上述したように、圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３の各々は、ＧａＮ結晶を溶解させる領域、種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長させる領域、柱状形状のＧａＮ結晶を結晶成長させる領域および板状形状のＧａＮ結晶を結晶成長させる領域からなるが、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１２，ＲＥＧ１３は、それぞれ、圧力／温度相関図ＰＴ２の領域ＲＥＧ２２，ＲＥＧ２３よりも広く、圧力／温度相関図ＰＴ２の領域ＲＥＧ２４は、圧力／温度相関図ＰＴ１，ＰＴ３の領域ＲＥＧ１４，ＲＥＧ３４よりも広く、圧力／温度相関図ＰＴ３の領域ＲＥＧ３２，ＲＥＧ３３は、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１２，ＲＥＧ１３と同じ広さを有し、かつ、金属Ｇａを補充しながらＧａＮ結晶を結晶成長させる。   As described above, each of the pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3 includes a region for dissolving a GaN crystal, a region for growing a GaN crystal from a seed crystal, a region for growing a columnar GaN crystal, and a plate-like shape. The region REG12, REG13 in the pressure / temperature correlation diagram PT1 is wider than the regions REG22, REG23 in the pressure / temperature correlation diagram PT2, and the region REG24 in the pressure / temperature correlation diagram PT2 is composed of a region for growing a GaN crystal. Is wider than the regions REG14, REG34 of the pressure / temperature correlation diagram PT1, PT3, and the regions REG32, REG33 of the pressure / temperature correlation diagram PT3 have the same area as the regions REG12, REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1. GaN crystal is grown while replenishing metal Ga.

したがって、圧力／温度相関図ＰＴ１は、種結晶からのＧａＮ結晶の結晶成長および柱状形状からなるＧａＮ結晶の結晶成長に適した圧力／温度相関図であり、圧力／温度相関図ＰＴ２は、板状形状からなるＧａＮ結晶の結晶成長に適した圧力／温度相関図であり、圧力／温度相関図ＰＴ３は、種結晶からのＧａＮ結晶の結晶成長に適した領域である。   Accordingly, the pressure / temperature correlation diagram PT1 is a pressure / temperature correlation diagram suitable for crystal growth of a GaN crystal from a seed crystal and a crystal growth of a GaN crystal having a columnar shape, and the pressure / temperature correlation diagram PT2 is a plate shape. It is a pressure / temperature correlation diagram suitable for crystal growth of a GaN crystal having a shape, and the pressure / temperature correlation diagram PT3 is a region suitable for crystal growth of a GaN crystal from a seed crystal.

圧力／温度相関図ＰＴ３の領域ＲＥＧ３２，ＲＥＧ３３が圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１２，ＲＥＧ１３と同じ広さを有するにも係わらず、圧力／温度相関図ＰＴ３が種結晶からのＧａＮ結晶の結晶成長だけに適しているのは、圧力／温度相関図ＰＴ３を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる場合、金属Ｇａを補充する必要があり、領域ＲＥＧ３２における結晶成長（種結晶からのＧａＮ結晶の結晶成長）の方が領域ＲＥＧ３３における結晶成長（柱状形状からなるＧａＮ結晶の結晶成長）よりも金属Ｇａの消費量が少ないからである。
この発明においては、混合比ｒに応じてＧａＮ結晶の結晶成長に用いる圧力／温度相関図を圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３から選択し、その選択した圧力／温度相関図（圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３のいずれか）に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３におけるガス圧力および混合融液２１０の温度をそれぞれ設定してＧａＮ結晶を結晶成長する。 Although the regions REG32 and REG33 of the pressure / temperature correlation diagram PT3 have the same width as the regions REG12 and REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1, the pressure / temperature correlation diagram PT3 is a crystal growth of a GaN crystal from the seed crystal. Only when the GaN crystal is grown using the pressure / temperature correlation diagram PT3, it is necessary to replenish the metal Ga, and the crystal growth in the region REG32 (the crystal growth of the GaN crystal from the seed crystal). This is because the consumption of metal Ga is smaller than the crystal growth in the region REG33 (crystal growth of a GaN crystal having a columnar shape).
In the present invention, a pressure / temperature correlation diagram used for crystal growth of a GaN crystal is selected from the pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3 according to the mixing ratio r, and the selected pressure / temperature correlation diagram (pressure / temperature correlation diagram) is selected. A gas pressure in the space 23 and a temperature of the mixed melt 210 are set to a desired pressure and a desired temperature included in any one of PT1 to PT3, respectively, and a GaN crystal is grown.

図７は、坩堝１０および反応容器２０の温度のタイミングチャートである。また、図８は、図７に示す２つのタイミングｔ１，ｔ２間における坩堝１０および反応容器２０内の状態を示す模式図である。なお、図７において、直線ｋ１０は、坩堝１０および反応容器２０の温度を示す。   FIG. 7 is a timing chart of the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20. FIG. 8 is a schematic diagram showing the state in the crucible 10 and the reaction vessel 20 between the two timings t1 and t2 shown in FIG. In FIG. 7, a straight line k <b> 10 indicates the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20.

図７を参照して、加熱装置５０，６０は、直線ｋ１０に従って温度が上昇し、かつ、７００℃に保持されるように坩堝１０および反応容器２０を加熱する。加熱装置５０，６０が坩堝１０および反応容器２０を加熱し始めると、坩堝１０および反応容器２０の温度は、上昇し始め、タイミングｔ１において９８℃に達し、タイミングｔ２で７００℃に達する。   Referring to FIG. 7, heating devices 50 and 60 heat crucible 10 and reaction vessel 20 so that the temperature rises according to straight line k10 and is maintained at 700 ° C. When the heating devices 50 and 60 start to heat the crucible 10 and the reaction vessel 20, the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 begin to rise, reach 98 ° C. at timing t1, and reach 700 ° C. at timing t2.

そうすると、坩堝１０および反応容器２０が７００℃まで昇温される過程で、融液保持部材４０よりも上側の配管３０の温度が９８℃以上に上昇され、配管３０内に保持された金属Ｎａは溶け、金属融液１８０（＝金属Ｎａ融液）が配管３０内に生成される。また、坩堝１０中の金属Ｎａおよび金属Ｇａは溶け、混合融液２１０が坩堝１０中で生成される。   Then, in the process in which the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 is raised to 700 ° C., the temperature of the pipe 30 above the melt holding member 40 is raised to 98 ° C. or higher, and the metal Na held in the pipe 30 is It melts and a metal melt 180 (= metal Na melt) is generated in the pipe 30. Further, the metal Na and the metal Ga in the crucible 10 are melted, and the mixed melt 210 is generated in the crucible 10.

その結果、空間２３内の窒素ガス４は、金属融液１８０（＝金属Ｎａ融液）および融液保持部材４０を介して配管３０内の空間３１へ拡散することができず、空間２３内に閉じ込められる（図８参照）。   As a result, the nitrogen gas 4 in the space 23 cannot be diffused into the space 31 in the pipe 30 via the metal melt 180 (= metal Na melt) and the melt holding member 40, so It is confined (see FIG. 8).

この場合、金属融液１８０に接する配管３０の部分は、金属融液１８０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａが混合融液２１０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ−Ｇａに略一致する温度に加熱装置６０によって昇温される。すなわち、金属融液１８０に接する配管３０の部分は、金属融液１８０からの金属Ｎａの蒸発と、混合融液２１０からの金属Ｎａの蒸発とが略平衡になる温度に加熱装置６０によって昇温される。 In this case, the portion of the pipe 30 that is in contact with the metal melt 180 substantially matches the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the mixed melt 210 with the vapor pressure P Na of the metal Na evaporating from the metal melt 180. The temperature is raised by the heating device 60. That is, the portion of the pipe 30 in contact with the metal melt 180 is heated by the heating device 60 to a temperature at which the evaporation of the metal Na from the metal melt 180 and the evaporation of the metal Na from the mixed melt 210 are substantially in equilibrium. Is done.

したがって、金属融液１８０から混合融液２１０への金属Ｎａの移動と、混合融液２１０から金属融液１８０への金属Ｎａの移動とが略平衡になり、見かけ上、金属融液１８０と混合融液２１０との間で金属Ｎａの移動が停止される。その結果、金属融液１８０および混合融液２１０からの金属Ｎａの蒸発による混合融液２１０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動が抑制される。   Therefore, the movement of the metal Na from the metal melt 180 to the mixed melt 210 and the movement of the metal Na from the mixed melt 210 to the metal melt 180 are substantially balanced, and apparently mixed with the metal melt 180. The movement of the metal Na between the melt 210 and the melt 210 is stopped. As a result, fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in mixed melt 210 due to evaporation of metal Na from metal melt 180 and mixed melt 210 are suppressed.

このように、坩堝１０および反応容器２０が７００℃に加熱されると、金属融液１８０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａが混合融液２１０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ−Ｇａに略一致し、空間２３内には、窒素ガス４と金属Ｎａ蒸気５とが混在する。 Thus, when the crucible 10 and the reaction vessel 20 are heated to 700 ° C., the vapor pressure P Na of metal Na evaporating from the metal melt 180 is vaporized P Na—Ga of metal Na evaporating from the mixed melt 210. In the space 23, the nitrogen gas 4 and the metal Na vapor 5 are mixed.

そして、坩堝１０および反応容器２０の温度が７００℃に達すると、空間２３内の窒素ガス４は、金属Ｎａを媒介として混合融液２１０中に取り込まれる。そして、坩堝１０の側壁および底面からＧａＮ結晶が結晶成長する。   When the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 reaches 700 ° C., the nitrogen gas 4 in the space 23 is taken into the mixed melt 210 through the metal Na. A GaN crystal grows from the side wall and bottom surface of the crucible 10.

その後、ＧａＮ結晶の結晶成長の進行に伴って、空間２３内の窒素ガスが消費されると、空間２３の圧力Ｐ１が配管３０内の空間３１の圧力Ｐ２よりも低くなる。そうすると、空間２３の圧力Ｐ１と空間３１の圧力Ｐ２との圧力差に応じて、窒素ガスが空間３１から空間２３へ補給される。この場合、融液保持部材４０は、空間３１の窒素ガスを金属融液１８０へ透過させ、金属融液１８０は、窒素ガスを泡１８１として空間２３へ導く。そして、空間２３の圧力Ｐ１が空間３１の圧力Ｐ２と同程度に上昇すると、空間３１から空間２３への窒素ガスの補給は停止される。   Thereafter, when the nitrogen gas in the space 23 is consumed as the GaN crystal grows, the pressure P1 in the space 23 becomes lower than the pressure P2 in the space 31 in the pipe 30. Then, nitrogen gas is replenished from the space 31 to the space 23 according to the pressure difference between the pressure P1 of the space 23 and the pressure P2 of the space 31. In this case, the melt holding member 40 transmits the nitrogen gas in the space 31 to the metal melt 180, and the metal melt 180 guides the nitrogen gas to the space 23 as bubbles 181. When the pressure P1 in the space 23 rises to the same extent as the pressure P2 in the space 31, the supply of nitrogen gas from the space 31 to the space 23 is stopped.

図９は、図３に示す結晶成長装置１００を用いて結晶成長または溶解させたＧａＮ結晶の模式図である。図９の（ａ）は、図６に示す圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させた場合を示し、図９の（ｂ）は、図６に示す圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１４に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させた場合を示す。   FIG. 9 is a schematic view of a GaN crystal grown or dissolved using the crystal growth apparatus 100 shown in FIG. 9A shows a case where a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in the region REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 shown in FIG. 6, and FIG. ) Shows a case where a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in the region REG14 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 shown in FIG.

また、図９の（ｃ）は、図６に示す圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いて種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長させた場合を示し、図９の（ｄ）は、図６に示す圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１１に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を溶解させた場合を示す。   FIG. 9C shows a case where a GaN crystal is grown from a seed crystal using a desired pressure and a desired temperature included in the region REG12 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 shown in FIG. FIG. 9D shows a case where a GaN crystal is dissolved using a desired pressure and a desired temperature included in the region REG11 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 shown in FIG.

図９の（ａ）を参照して、領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させた場合、複数のＧａＮ結晶６が坩堝１０の底面１１から結晶成長する。そして、複数のＧａＮ結晶６の各々は、尖った先端が坩堝１０の底面１１に接触し、ｃ軸（＜０００１＞）方向へ結晶成長した柱状形状からなる。また、複数のＧａＮ結晶６は、その大きさが相互に異なり、坩堝１０の底面１１に対して相互に異なる方向へ結晶成長する。   Referring to (a) of FIG. 9, when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in region REG 13, a plurality of GaN crystals 6 grow from the bottom surface 11 of crucible 10. . Each of the plurality of GaN crystals 6 has a columnar shape in which a sharp tip is in contact with the bottom surface 11 of the crucible 10 and crystal is grown in the c-axis (<0001>) direction. The plurality of GaN crystals 6 have different sizes and grow in different directions with respect to the bottom surface 11 of the crucible 10.

図９の（ｂ）を参照して、領域ＲＥＧ１４に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させた場合、複数のＧａＮ結晶７が坩堝１０内で結晶成長する。そして、複数のＧａＮ結晶７の各々は、ｃ面（（０００１））方向（ｃ軸に垂直な方向）に結晶成長した板状形状からなる。また、複数のＧａＮ結晶７は、その大きさが相互に異なる。   Referring to FIG. 9B, when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in region REG 14, a plurality of GaN crystals 7 grow in the crucible 10. Each of the plurality of GaN crystals 7 has a plate-like shape grown in the c-plane ((0001)) direction (direction perpendicular to the c-axis). The plurality of GaN crystals 7 have different sizes.

図９の（ｃ）を参照して、領域ＲＥＧ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させた場合、種結晶６ＡからＧａＮ結晶８が結晶成長する。種結晶６Ａは、領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いて結晶成長された複数のＧａＮ結晶６（図９の（ａ）参照）のうちの１個のＧａＮ結晶からなる。この場合、複数のＧａＮ結晶６のうち、不要なＧａＮ結晶を除去し、坩堝１０の底面１１に対して略垂直に結晶成長したＧａＮ結晶６を種結晶６Ａとして底面１１に残す。これによって、坩堝１０の底面１１に固定された種結晶６Ａを容易に作製できる。   Referring to FIG. 9C, when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in region REG12, GaN crystal 8 is grown from seed crystal 6A. The seed crystal 6A is composed of one GaN crystal among a plurality of GaN crystals 6 (see FIG. 9A) grown using a desired pressure and a desired temperature included in the region REG13. In this case, unnecessary GaN crystals are removed from the plurality of GaN crystals 6, and the GaN crystals 6 grown substantially perpendicularly to the bottom surface 11 of the crucible 10 are left on the bottom surface 11 as seed crystals 6 </ b> A. Thereby, the seed crystal 6A fixed to the bottom surface 11 of the crucible 10 can be easily manufactured.

上述したように、複数のＧａＮ結晶６は、ｃ軸方向へ結晶成長するので、種結晶６Ａもｃ軸方向へ結晶成長したＧａＮ結晶からなる。したがって、領域ＲＥＧ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いて種結晶６Ａから結晶成長したＧａＮ結晶８もｃ軸方向へ結晶成長する。そして、領域ＲＥ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いたＧａＮ結晶の結晶成長においては、坩堝１０の側壁および底面１１における核の発生が抑制されるため、大きさサイズのＧａＮ結晶８を結晶成長できる。   As described above, since the plurality of GaN crystals 6 grow in the c-axis direction, the seed crystal 6A is also composed of a GaN crystal grown in the c-axis direction. Accordingly, the GaN crystal 8 grown from the seed crystal 6A using the desired pressure and desired temperature contained in the region REG12 also grows in the c-axis direction. Then, in the crystal growth of the GaN crystal using the desired pressure and the desired temperature contained in the region RE12, the generation of nuclei on the side wall and the bottom surface 11 of the crucible 10 is suppressed. Crystal growth is possible.

図９の（ｄ）を参照して、領域ＲＥＧ１１に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を処理すると、ＧａＮ結晶９が溶解され、ＧａＮ結晶９Ａが坩堝１０の底面１１に残る。   Referring to FIG. 9D, when the GaN crystal is processed using a desired pressure and a desired temperature included in region REG11, GaN crystal 9 is dissolved and GaN crystal 9A remains on bottom surface 11 of crucible 10. .

なお、図６に示す圧力／温度相関図ＰＴ２の領域ＲＥＧ２３，ＲＥＧ２４，ＲＥＧ２２および圧力／温度相関図ＰＴ３の領域ＲＥＧ３３，ＲＥＧ３４，ＲＥＧ３２は、それぞれ、図９の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すＧａＮ結晶６，７，８を結晶成長させ、圧力／温度相関図ＰＴ２の領域ＲＥＧ２１および圧力／温度相関図ＰＴ３の領域ＲＥＧ３１は、図９の（ｄ）に示すＧａＮ結晶９を溶解させる。   The regions REG23, REG24, and REG22 in the pressure / temperature correlation diagram PT2 shown in FIG. 6 and the regions REG33, REG34, and REG32 in the pressure / temperature correlation diagram PT3 are shown in FIGS. 9 (a), (b), and (c), respectively. ), And the region REG21 of the pressure / temperature correlation diagram PT2 and the region REG31 of the pressure / temperature correlation diagram PT3 dissolve the GaN crystal 9 shown in FIG. 9 (d). .

図１０は、ＧａＮ結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１０を参照して、一連の動作が開始されると、Ａｒガスが充填されたグローブボックス内へ坩堝１０、反応容器２０および配管３０を入れる。そして、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａを配管３０内に入れる（ステップＳ１）。なお、Ａｒガスは、水分量が１０ｐｐｍ以下であり、かつ、酸素量が１０ｐｐｍ以下であるＡｒガスである（以下、同じ）。   FIG. 10 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a GaN crystal. Referring to FIG. 10, when a series of operations is started, crucible 10, reaction vessel 20 and piping 30 are put into a glove box filled with Ar gas. And metal Na is put in the piping 30 in Ar gas atmosphere (step S1). The Ar gas is an Ar gas having a water content of 10 ppm or less and an oxygen content of 10 ppm or less (hereinafter the same).

その後、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａおよび金属Ｇａを所定の混合比ｒで坩堝１０に入れる（ステップＳ２）。この場合、たとえば、混合比ｒ＝０．４で金属Ｎａおよび金属Ｇａを坩堝１０に入れる。そして、金属Ｎａおよび金属Ｇａを入れた坩堝１０を反応容器２０内に設置する。   Thereafter, metal Na and metal Ga are put into the crucible 10 at a predetermined mixing ratio r in an Ar gas atmosphere (step S2). In this case, for example, metal Na and metal Ga are put into the crucible 10 at a mixing ratio r = 0.4. Then, a crucible 10 containing metal Na and metal Ga is placed in the reaction vessel 20.

引続いて、坩堝１０および反応容器２０内にＡｒガスを充填した状態で坩堝１０および反応容器２０を結晶成長装置１００に設定する。そして、バルブ１５０を開け、真空ポンプ１６０によって坩堝１０および反応容器２０内に充填されたＡｒガスを排気する。真空ポンプ１６０によって坩堝１０および反応容器２０内を所定の圧力（０．１３３Ｐａ以下）まで真空引きした後、バルブ１５０を閉じ、バルブ９０，１１０を開けて窒素ガスをガスボンベ１３０からガス供給管７０，８０を介して坩堝１０および反応容器２０内へ充填する。この場合、圧力調整器１２０によって坩堝１０および反応容器２０内の圧力が０．１ＭＰａ程度になるように坩堝１０および反応容器２０内へ窒素ガスを供給する。   Subsequently, the crucible 10 and the reaction vessel 20 are set in the crystal growth apparatus 100 in a state where the crucible 10 and the reaction vessel 20 are filled with Ar gas. Then, the valve 150 is opened, and the Ar gas filled in the crucible 10 and the reaction vessel 20 is exhausted by the vacuum pump 160. After evacuating the crucible 10 and the reaction vessel 20 to a predetermined pressure (0.133 Pa or less) with the vacuum pump 160, the valve 150 is closed and the valves 90 and 110 are opened to supply nitrogen gas from the gas cylinder 130 to the gas supply pipe 70, The crucible 10 and the reaction vessel 20 are filled through 80. In this case, nitrogen gas is supplied into the crucible 10 and the reaction container 20 by the pressure regulator 120 so that the pressure in the crucible 10 and the reaction container 20 is about 0.1 MPa.

そして、圧力センサー１７０によって検出した反応容器２０内の圧力が０．１ＭＰａ程度になると、バルブ９０，１１０を閉じ、バルブ１５０を開けて真空ポンプ１６０によって坩堝１０および反応容器２０内に充填された窒素ガスを排気する。この場合も、真空ポンプ１６０によって坩堝１０および反応容器２０内を所定の圧力（０．１３３Ｐａ以下）まで真空引きする。   Then, when the pressure in the reaction vessel 20 detected by the pressure sensor 170 reaches about 0.1 MPa, the valves 90 and 110 are closed, the valve 150 is opened, and the nitrogen filled in the crucible 10 and the reaction vessel 20 by the vacuum pump 160. Exhaust the gas. Also in this case, the vacuum pump 160 evacuates the crucible 10 and the reaction vessel 20 to a predetermined pressure (0.133 Pa or less).

そして、この坩堝１０および反応容器２０内の真空引きと坩堝１０および反応容器２０内への窒素ガスの充填とを数回繰り返し行なう。   The evacuation of the crucible 10 and the reaction vessel 20 and the filling of the crucible 10 and the reaction vessel 20 with nitrogen gas are repeated several times.

その後、真空ポンプ１６０によって坩堝１０および反応容器２０内を所定の圧力まで真空引きした後、バルブ１５０を閉じ、バルブ９０，１１０を開けて窒素ガスを坩堝１０および反応容器２０の空間２３へ供給する（ステップＳ３）。   Thereafter, the inside of the crucible 10 and the reaction vessel 20 is evacuated to a predetermined pressure by the vacuum pump 160, the valve 150 is closed, the valves 90 and 110 are opened, and nitrogen gas is supplied to the space 23 of the crucible 10 and the reaction vessel 20. (Step S3).

その後、制御装置２００は、混合比ｒ＝０．４に応じて決定された圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３を用いたＧａＮ結晶の結晶成長が行なわれる場合、領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を外部から受ける。たとえば、制御装置２００は、５．０５ＭＰａの圧力および７００℃の温度をそれぞれ領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度として外部から受ける。   Thereafter, when the GaN crystal is grown using the region REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 determined according to the mixing ratio r = 0.4, the control device 200 performs a desired pressure included in the region REG13. And receiving a desired temperature from the outside. For example, control device 200 receives a pressure of 5.05 MPa and a temperature of 700 ° C. as a desired pressure and a desired temperature included in region REG13 from the outside.

そうすると、制御装置２００は、坩堝１０および反応容器２０の温度を所望の温度（＝７００℃）に設定するための制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２を生成し、その生成した制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をそれぞれ加熱装置５０，６０へ出力するとともに、空間２３の窒素ガスのガス圧力を所望の圧力（＝５．０５ＭＰａ）に設定するための制御信号ＣＴＬ３を生成し、その生成した制御信号ＣＴＬ３を圧力調整器１２０へ出力する。   Then, the control device 200 generates control signals CTL1 and CTL2 for setting the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 to desired temperatures (= 700 ° C.), and the generated control signals CTL1 and CTL2 are respectively heated. 50 and 60, a control signal CTL3 for setting the gas pressure of the nitrogen gas in the space 23 to a desired pressure (= 5.05 MPa) is generated, and the generated control signal CTL3 is sent to the pressure regulator 120. Output.

そして、加熱装置５０は、制御装置２００からの制御信号ＣＴＬ１に応じて、坩堝１０および反応容器２０を外周面２０Ａから７００℃に加熱し、加熱装置６０は、制御装置２００からの制御信号ＣＴＬ２に応じて、坩堝１０および反応容器２０を底面２０Ｂから７００℃に加熱する。また、圧力調整器１２０は、制御装置２００からの制御信号ＣＴＬ３に応じて、空間２３の圧力が５．０５ＭＰａになるように窒素ガスをガス供給管７０，８０、配管３０および融液保持部材４０を介して空間２３へ供給する。   Then, the heating device 50 heats the crucible 10 and the reaction vessel 20 from the outer peripheral surface 20A to 700 ° C. according to the control signal CTL1 from the control device 200, and the heating device 60 applies the control signal CTL2 from the control device 200. Accordingly, the crucible 10 and the reaction vessel 20 are heated to 700 ° C. from the bottom surface 20B. In addition, the pressure regulator 120 supplies nitrogen gas to the gas supply pipes 70 and 80, the pipe 30 and the melt holding member 40 so that the pressure in the space 23 becomes 5.05 MPa in response to the control signal CTL3 from the control device 200. Is supplied to the space 23.

すなわち、所定の混合比ｒに応じて決定された圧力／温度相関図ＰＴ１に含まれる所望の圧力（＝５．０５ＭＰａ）および所望の温度（＝７００℃）に空間２３における窒素ガスの圧力および坩堝１０の温度を設定する（ステップＳ４）。   That is, the pressure of the nitrogen gas and the crucible in the space 23 to the desired pressure (= 5.05 MPa) and the desired temperature (= 700 ° C.) included in the pressure / temperature correlation diagram PT1 determined according to the predetermined mixing ratio r A temperature of 10 is set (step S4).

そして、所定の時間、所望の圧力および所望の温度が保持され（ステップＳ５）、所定の時間が経過すると、坩堝１０および反応容器２０の温度が降温される（ステップＳ６）。これにより、柱状形状からなるＧａＮ結晶が製造され、一連の動作が終了する。   Then, a desired pressure and a desired temperature are maintained for a predetermined time (step S5), and when the predetermined time has elapsed, the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 are lowered (step S6). Thereby, a GaN crystal having a columnar shape is manufactured, and a series of operations is completed.

なお、上記においては、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる場合について説明したが、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１１，ＲＥＧ１２，ＲＥＧ１４および圧力／温度相関図ＰＴ２，ＰＴ３の領域ＲＥＧ２１，ＲＥＧ２２，ＲＥＧ２３，ＲＥＧ２４，ＲＥＧ３１，ＲＥＧ３２，ＲＥＧ３３，ＲＥＧ３４に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長またはＧａＮ結晶を溶解させる動作も、図１０に示すフローチャートに従って実行される。   In the above description, the case where the GaN crystal is grown using the desired pressure and the desired temperature included in the region REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 has been described. However, the regions REG11, REG11, GaN crystal growth or GaN crystal using desired pressure and desired temperature contained in regions REG21, REG22, REG23, REG24, REG31, REG32, REG33, REG34 of REG12, REG14 and pressure / temperature correlation diagram PT2, PT3 The operation of dissolving the is also performed according to the flowchart shown in FIG.

このように、この発明においては、複数の混合比（ｒ＝０．４，０．７，０．９５）に対応して複数の圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３が設けられており、所定の混合比ｒに応じて決定された圧力／温度相関図（圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３のいずれか）を用いてＧａＮ結晶が結晶成長または溶解される。   Thus, in the present invention, a plurality of pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3 are provided corresponding to a plurality of mixing ratios (r = 0.4, 0.7, 0.95), A GaN crystal is grown or dissolved using a pressure / temperature correlation diagram (any of pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3) determined according to the mixing ratio r.

上記においては、圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３の１つの領域に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長または溶解させる場合について説明したが、この発明においては、これに限らず、圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３の複数の領域に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させてもよい。この場合、図１０に示すフローチャートのステップＳ４は、複数のステップからなる。   In the above description, the case where a GaN crystal is grown or dissolved using a desired pressure and a desired temperature included in one region of the pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3 has been described. The GaN crystal may be grown using a desired pressure and a desired temperature included in a plurality of regions of the pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3. In this case, step S4 in the flowchart shown in FIG. 10 includes a plurality of steps.

図１１は、圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３の複数の領域に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる場合の図１０に示すステップＳ４の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。   FIG. 11 illustrates the detailed operation of step S4 shown in FIG. 10 when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in a plurality of regions of the pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3. It is a flowchart for.

図１１を参照して、図１０に示すステップＳ３が終了すると、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定し（ステップＳ４１）、ＧａＮ結晶を結晶成長する。これにより、柱状形状からなる複数のＧａＮ結晶が坩堝１０の底面１１に形成される。   Referring to FIG. 11, when step S3 shown in FIG. 10 is completed, the pressure of space 23 and the temperature of crucible 10 are respectively set to the desired pressure and the desired temperature included in region REG13 of pressure / temperature correlation diagram PT1. (Step S41), a GaN crystal is grown. As a result, a plurality of GaN crystals having a columnar shape are formed on the bottom surface 11 of the crucible 10.

その後、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１１に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定し（ステップＳ４２）、ステップＳ４１において結晶成長したＧａＮ結晶を溶解する。これによって、サイズが小さいＧａＮ結晶が溶解され、サイズの大きいＧａＮ結晶が坩堝１０の底面１１に残る。そして、坩堝１０の底面１１に残ったＧａＮ結晶が種結晶となる。   Thereafter, the pressure of the space 23 and the temperature of the crucible 10 are respectively set to the desired pressure and the desired temperature included in the region REG11 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 (step S42), and the GaN crystal grown in step S41 is dissolved. To do. As a result, the small GaN crystal is dissolved, and the large GaN crystal remains on the bottom surface 11 of the crucible 10. The GaN crystal remaining on the bottom surface 11 of the crucible 10 becomes a seed crystal.

引き続き、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定し（ステップＳ４３）、種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長する。   Subsequently, the pressure of the space 23 and the temperature of the crucible 10 are respectively set to a desired pressure and a desired temperature included in the region REG12 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 (step S43), and a GaN crystal is grown from the seed crystal.

その後、一連の動作は、図１０に示すステップＳ５へ移行する。   Then, a series of operation | movement transfers to step S5 shown in FIG.

このように、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３、領域ＲＥＧ１１および領域ＲＥＧ１２に含まれる複数の所望の圧力および複数の所望の温度を順次用いることによって、柱状形状からなる複数のＧａＮ結晶６を坩堝１０の底面１１に結晶成長させ、その結晶成長させた複数のＧａＮ結晶６の一部を溶解して種結晶を作製し、さらに、その作製した種結晶からＧａＮ結晶８を結晶成長できる。   Thus, by sequentially using a plurality of desired pressures and a plurality of desired temperatures included in the region REG13, the region REG11, and the region REG12 of the pressure / temperature correlation diagram PT1, a plurality of columnar-shaped GaN crystals 6 are crucible. A crystal is grown on the bottom surface 11 of 10, and a part of the plurality of GaN crystals 6 on which the crystal is grown is dissolved to produce a seed crystal. Further, a GaN crystal 8 can be grown from the produced seed crystal.

図１２は、圧力／温度相関図ＰＴ１〜ＰＴ３の複数の領域に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる場合の図１０に示すステップＳ４の詳細な動作を説明するための他のフローチャートである。   FIG. 12 illustrates the detailed operation of step S4 shown in FIG. 10 when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in a plurality of regions of the pressure / temperature correlation diagrams PT1 to PT3. It is another flowchart for.

なお、図１２に示すフローチャートは、種結晶が予め坩堝１０の底面１１に設置されている場合のフローチャートである。   In addition, the flowchart shown in FIG. 12 is a flowchart in case the seed crystal is previously installed in the bottom face 11 of the crucible 10.

図１２を参照して、図１０に示すステップＳ３が終了すると、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１１に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定し（ステップＳ４１Ａ）、種結晶を溶解する。   Referring to FIG. 12, when step S3 shown in FIG. 10 is completed, the pressure of space 23 and the temperature of crucible 10 are respectively set to the desired pressure and the desired temperature included in region REG11 of pressure / temperature correlation diagram PT1. (Step S41A), the seed crystal is dissolved.

その後、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定し（ステップＳ４２Ａ）、種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長する。   Thereafter, the pressure of the space 23 and the temperature of the crucible 10 are respectively set to a desired pressure and a desired temperature included in the region REG12 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 (step S42A), and a GaN crystal is grown from the seed crystal.

その後、一連の動作は、図１０に示すステップＳ５へ移行する。   Then, a series of operation | movement transfers to step S5 shown in FIG.

このように、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１１および領域ＲＥＧ１２に含まれる複数の所望の圧力および複数の所望の温度を順次用いることによって、種結晶の一部を溶解し、その溶解した種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長できる。   Thus, by sequentially using a plurality of desired pressures and a plurality of desired temperatures included in the region REG11 and the region REG12 of the pressure / temperature correlation diagram PT1, a part of the seed crystal is dissolved, and the dissolved seed crystal GaN crystal can be grown from.

種結晶を予め坩堝１０の底面１１に設置し、その設置した種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長させる場合、種結晶の表面が酸化されたり、種結晶の表面に水分等の不純物が付着しているので、領域ＲＥＧ１１に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定して種結晶の一部を溶解し、その後、領域ＲＥＧ１２に含まれる所望の圧力および所望の温度に空間２３の圧力および坩堝１０の温度をそれぞれ設定して溶解後の種結晶からＧａＮ結晶を結晶成長させることにしたものである。これにより、ＧａＮ結晶を種結晶から連続的に結晶成長させることができる。   When a seed crystal is previously set on the bottom surface 11 of the crucible 10 and a GaN crystal is grown from the set seed crystal, the surface of the seed crystal is oxidized or impurities such as moisture are attached to the surface of the seed crystal. Therefore, the pressure of the space 23 and the temperature of the crucible 10 are respectively set to the desired pressure and the desired temperature included in the region REG11 to dissolve part of the seed crystal, and then the desired pressure and the desired pressure included in the region REG12 The pressure of the space 23 and the temperature of the crucible 10 are respectively set to the temperature of 1 to grow a GaN crystal from the seed crystal after melting. Thereby, the GaN crystal can be continuously grown from the seed crystal.

図１３は、図３に示す結晶成長装置１００を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させたときの坩堝１０の断面図である。図１３を参照して、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させることにより、複数のＧａＮ結晶６が坩堝１０の内壁および底面１１に形成される。   FIG. 13 is a cross-sectional view of the crucible 10 when a GaN crystal is grown using the crystal growth apparatus 100 shown in FIG. Referring to FIG. 13, by growing a GaN crystal using a desired pressure and a desired temperature included in region REG13 of pressure / temperature correlation diagram PT1, a plurality of GaN crystals 6 are formed on the inner wall and bottom surface of crucible 10. 11 is formed.

すなわち、結晶成長装置１００を用いて坩堝１０中でＧａＮ結晶を結晶成長させることにより、図２に示す陽極電極３３０を作製することができる。上述したように、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３は、柱状形状からなる複数のＧａＮ結晶が結晶成長する領域であるので、圧力／温度相関図ＰＴ１の領域ＲＥＧ１３に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させることにより、複数のＧａＮ結晶６が内壁および底面１１に形成された坩堝１０からなる陽極電極３３０を作製することができる。そして、結晶成長された複数のＧａＮ結晶６の各々は、ｎ型ＧａＮからなる。   That is, by growing a GaN crystal in the crucible 10 using the crystal growth apparatus 100, the anode electrode 330 shown in FIG. 2 can be manufactured. As described above, the region REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1 is a region where a plurality of GaN crystals having a columnar shape grow, and therefore, the desired pressure and the desired pressure included in the region REG13 of the pressure / temperature correlation diagram PT1. By growing the GaN crystal using the above temperature, the anode electrode 330 composed of the crucible 10 having the plurality of GaN crystals 6 formed on the inner wall and the bottom surface 11 can be produced. Each of the plurality of grown GaN crystals 6 is made of n-type GaN.

図１４は、ガス発生器３００における水素ガスおよび酸素ガスの発生機構を説明するための図である。ガス発生器３００において、陽極電極３３０を構成する複数のＧａＮ結晶６および陰極電極３４０を構成するＰｔは、電解液３２０に浸漬されているので、ＧａＮ結晶／電解液／Ｐｔのエネルギー図は、図１４に示すようになる。   FIG. 14 is a view for explaining a generation mechanism of hydrogen gas and oxygen gas in the gas generator 300. In the gas generator 300, since the plurality of GaN crystals 6 constituting the anode electrode 330 and the Pt constituting the cathode electrode 340 are immersed in the electrolyte 320, the energy diagram of GaN crystals / electrolyte / Pt is shown in FIG. As shown in FIG.

ＧａＮ結晶６は、ｎ型であるので、ＧａＮ結晶と電解液との界面では、伝導帯および価電子帯が上側に曲がる。そして、電解液３２０中の水素イオン（Ｈ＋）のエネルギー準位は、ＧａＮ結晶６の伝導帯Ｅｃよりも低く、電解液３２０中の水（Ｈ２Ｏ）のエネルギー準位は、ＧａＮ結晶６の価電子帯Ｅｖよりも低い。すなわち、電解液３２０中の水素イオン（Ｈ＋）および水（Ｈ２Ｏ）のエネルギー準位は、ＧａＮ結晶６の伝導帯Ｅｃと価電子帯Ｅｖとの間に存在する。 Since the GaN crystal 6 is n-type, the conduction band and the valence band bend upward at the interface between the GaN crystal and the electrolyte. The energy level of hydrogen ions (H + ) in the electrolyte 320 is lower than the conduction band Ec of the GaN crystal 6, and the energy level of water (H 2 O) in the electrolyte 320 is GaN crystal 6. Lower than the valence band Ev. That is, the energy levels of hydrogen ions (H + ) and water (H 2 O) in the electrolytic solution 320 exist between the conduction band Ec and the valence band Ev of the GaN crystal 6.

その結果、陽極電極３３０においては、太陽電池３７０から注入された正孔（ｈ＋）は、ＧａＮ結晶６と電解液３２０との界面まで伝導し、ＧａＮ結晶６の価電子帯Ｅｖよりもエネルギー的に低い水（Ｈ２Ｏ）のエネルギー準位へ移動する。そして、正孔（ｈ＋）と水（Ｈ２Ｏ）の分子とが反応して酸素ガス（Ｏ２）が発生する。 As a result, in the anode electrode 330, the holes (h + ) injected from the solar cell 370 are conducted to the interface between the GaN crystal 6 and the electrolytic solution 320, and are more energetic than the valence band Ev of the GaN crystal 6. To low water (H 2 O) energy levels. Then, holes (h + ) and water (H 2 O) molecules react to generate oxygen gas (O 2 ).

一方、陰極電極３４０においては、太陽電池３７０から注入された電子（ｅ−）は、電解液３２０との界面まで伝導し、Ｐｔの伝導帯よりもエネルギー的に低い水素イオン（Ｈ＋）のエネルギー準位へ移動する。そして、電子（ｅ−）が水素イオン（Ｈ＋）と結合して水素ガス（Ｈ２）が発生する。 On the other hand, in the cathode electrode 340, the electrons (e − ) injected from the solar cell 370 are conducted to the interface with the electrolytic solution 320, and the energy of hydrogen ions (H + ) that is lower in energy than the conduction band of Pt. Move to the level. Then, electrons (e − ) are combined with hydrogen ions (H + ) to generate hydrogen gas (H 2 ).

再び、図２を参照して、太陽電池３７０が陽極電極３３０と陰極電極３４０との間に所定の直流電圧を印加すると、陽極電極３３０は、上述した機構により酸素ガス（Ｏ２）３０１を発生、陰極電極３４０は、上述した機構により水素ガス（Ｈ２）３０２を発生する。そして、発生した酸素ガス（Ｏ２）３０１は、ガス発生部３１１において、容器３１０内の空間３１３に溜まり、発生した水素ガス（Ｈ２）３０２は、ガス発生部３１２において、容器３１０内の空間３１４に溜まる。 Referring to FIG. 2 again, when the solar cell 370 applies a predetermined DC voltage between the anode electrode 330 and the cathode electrode 340, the anode electrode 330 generates oxygen gas (O 2 ) 301 by the mechanism described above. The cathode electrode 340 generates hydrogen gas (H 2 ) 302 by the mechanism described above. The generated oxygen gas (O 2 ) 301 is accumulated in the space 313 in the container 310 in the gas generation unit 311, and the generated hydrogen gas (H 2 ) 302 is stored in the space in the container 310 in the gas generation unit 312. It collects in 314.

陽極電極３３０は、結晶成長装置１００を用いて複数の核が発生する結晶成長条件（領域ＲＥＧ１３に含まれる圧力および温度）で作製されたので、複数のＧａＮ結晶６が坩堝１０の内壁および底面に形成された構造からなる。   Since the anode electrode 330 was produced using the crystal growth apparatus 100 under crystal growth conditions (pressure and temperature included in the region REG13) in which a plurality of nuclei are generated, the plurality of GaN crystals 6 are formed on the inner wall and bottom surface of the crucible 10. It consists of a formed structure.

その結果、電解液３２０に接する陽極電極３３０の面積が大きくなり、陽極電極３３０における酸素ガス（Ｏ２）３０１の発生量が増加する。すなわち、陽極電極３３０における酸素ガス（Ｏ２）３０１の発生効率が高くなる。 As a result, the area of the anode electrode 330 in contact with the electrolytic solution 320 is increased, and the amount of oxygen gas (O 2 ) 301 generated in the anode electrode 330 is increased. That is, the generation efficiency of oxygen gas (O 2 ) 301 in the anode electrode 330 is increased.

水（Ｈ２Ｏ）の電気分解においては、酸素ガス（Ｏ２）３０１および水素ガス（Ｈ２）３０２が１：１で発生するので、陽極電極３３０における酸素ガス（Ｏ２）３０１の発生効率が高くなれば、陰極電極３４０における水素ガス（Ｈ２）３０２の発生効率も高くなる。したがって、ガス発生器３００における酸素ガス（Ｏ２）３０１および水素ガス（Ｈ２）３０２の発生効率が高くなる。 In the electrolysis of water (H 2 O), oxygen gas (O 2 ) 301 and hydrogen gas (H 2 ) 302 are generated at a ratio of 1: 1. Therefore, the generation efficiency of oxygen gas (O 2 ) 301 at the anode electrode 330 is increased. The higher the is, the higher the generation efficiency of hydrogen gas (H 2 ) 302 in the cathode electrode 340 is. Therefore, the generation efficiency of oxygen gas (O 2 ) 301 and hydrogen gas (H 2 ) 302 in the gas generator 300 is increased.

このように、ガス発生器３００は、ＧａＮ結晶６を用いて作製された陽極電極３３０と、Ｐｔからなる陰極電極３４０とを電解液３２０に浸漬し、陽極電極３３０と陰極電極３４０との間に所定の直流電圧を印加することにより酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｏ２）を発生する。したがって、ガス発生器３００は、酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｏ２）を容易に発生できる。 As described above, the gas generator 300 immerses the anode electrode 330 manufactured using the GaN crystal 6 and the cathode electrode 340 made of Pt in the electrolytic solution 320, and between the anode electrode 330 and the cathode electrode 340. Oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (O 2 ) are generated by applying a predetermined DC voltage. Therefore, the gas generator 300 can easily generate oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (O 2 ).

再び、図１を参照して、ガス発生器３００は、上述した方法によって酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｏ２）を発生し、その発生した酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｏ２）をそれぞれガス供給管４２０，４３０を介して燃料電池４１０へ供給する。そして、燃料電池４１０は、ガス発生器３００から供給された酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｏ２）を用いて直流電力を発電する。電力供給器４４０は、燃料電池４１０が発電した直流電力をそのまま、または交流電力に変換して電気負荷に供給する。 Referring to FIG. 1 again, the gas generator 300 generates oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (O 2 ) by the above-described method, and the generated oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (O 2 ). 2 ) is supplied to the fuel cell 410 via the gas supply pipes 420 and 430, respectively. The fuel cell 410 generates DC power using the oxygen gas (O 2 ) and the hydrogen gas (O 2 ) supplied from the gas generator 300. The power supply unit 440 supplies the direct current power generated by the fuel cell 410 to the electric load as it is or converted into alternating current power.

したがって、電力供給システム４００は、水素ガスを燃料電池４１０へ容易に供給して直流電力を発電できる。   Therefore, the power supply system 400 can easily supply the hydrogen gas to the fuel cell 410 to generate DC power.

図１５は、図１に示す電力供給システム４００の応用例を示す図である。図１５は、図１に示す電力供給システム４００を家庭内へ電力を供給するシステムとして用いた場合を示す。   FIG. 15 is a diagram illustrating an application example of the power supply system 400 illustrated in FIG. 1. FIG. 15 shows a case where the power supply system 400 shown in FIG. 1 is used as a system for supplying power to the home.

電力供給システム４００が家庭内へ電力を供給するシステムとして用いられる場合、電力供給器４４０は、電力変換器４４１からなる。そして、電力変換器４４１は、燃料電池４１０から供給された直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を住宅５００内の配線（図示せず）に供給する。   When the power supply system 400 is used as a system for supplying power to the home, the power supply 440 includes a power converter 441. Then, the power converter 441 converts the DC power supplied from the fuel cell 410 into AC power, and supplies the converted AC power to wiring (not shown) in the house 500.

住宅５００は、キッチン５０１と、居間５０２と、洋室５０３と、寝室５０４とを備える。キッチン５０１には、蛍光灯５０５および冷蔵庫５０６が配置されている。そして、蛍光灯５０５は、住宅５００内の配線（図示せず）から交流電力を受けて点灯する。また、冷蔵庫５０６は、キッチン５０１に取り付けられたコンセント５０７から交流電力を受けて駆動する。   The house 500 includes a kitchen 501, a living room 502, a Western-style room 503, and a bedroom 504. In the kitchen 501, a fluorescent lamp 505 and a refrigerator 506 are arranged. The fluorescent lamp 505 is lit by receiving AC power from a wiring (not shown) in the house 500. The refrigerator 506 is driven by receiving AC power from an outlet 507 attached to the kitchen 501.

居間５０２には、蛍光灯５０８および薄型テレビ５０９が配置されている。そして、蛍光灯５０８は、住宅５００内の配線（図示せず）から交流電力を受けて点灯する。また、薄型テレビ５０９は、居間５０２に取り付けられたコンセント（図示せず）から交流電力を受けて駆動する。   In the living room 502, a fluorescent lamp 508 and a flat-screen TV 509 are arranged. The fluorescent lamp 508 is lit by receiving AC power from a wiring (not shown) in the house 500. The flat-screen TV 509 is driven by receiving AC power from an outlet (not shown) attached to the living room 502.

洋室５０３には、蛍光灯５１０、パーソナルコンピュータ５１１およびエアコンディショナー５１２が配置されている。そして、蛍光灯５１０は、住宅５００内の配線（図示せず）から交流電力を受けて点灯する。また、パーソナルコンピュータ５１１は、洋室５０３に取り付けられたコンセント５１３から交流電力を受けて駆動する。さらに、エアコンディショナー５１２は、洋室５０３に取り付けられたコンセント５１４から交流電力を受けて駆動する。   In the western room 503, a fluorescent lamp 510, a personal computer 511, and an air conditioner 512 are arranged. Then, the fluorescent lamp 510 is lit by receiving AC power from a wiring (not shown) in the house 500. The personal computer 511 is driven by receiving AC power from an outlet 513 attached to the Western-style room 503. Further, the air conditioner 512 is driven by receiving AC power from an outlet 514 attached to the western room 503.

寝室５０４には、蛍光灯５１５および補助灯５１６が配置されている。そして、蛍光灯５１５および補助灯５１６は、住宅５００内の配線（図示せず）から交流電力を受けて点灯する。   In the bedroom 504, a fluorescent lamp 515 and an auxiliary lamp 516 are arranged. Then, the fluorescent lamp 515 and the auxiliary lamp 516 are lit by receiving AC power from a wiring (not shown) in the house 500.

電力供給システム４００において、ガス発生器３００は、酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）を発生し、その発生した酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）をそれぞれガス供給管４２０，４３０を介して燃料電池４１０へ供給する。そして、燃料電池４１０は、ガス発生器３００からの酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）を用いて直流電力を発電し、その発電した直流電力を電力変換器４４１へ供給する。電力変換器４４１は、燃料電池４１０からの直流電力を交流電力に変換して住宅５００内の配線（図示せず）に供給する。 In the power supply system 400, the gas generator 300 generates oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ), and the generated oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) are respectively supplied to gas supply pipes. The fuel cell 410 supplies the fuel cell 410 via 420 and 430. Fuel cell 410 generates DC power using oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) from gas generator 300, and supplies the generated DC power to power converter 441. The power converter 441 converts DC power from the fuel cell 410 into AC power and supplies it to wiring (not shown) in the house 500.

そうすると、住宅５００内において、蛍光灯５０５，５０８，５１０，５１５および補助等５１６は、住宅５００内の配線（図示せず）から交流電力を受けて点灯し、冷蔵庫５０６、薄型テレビ５０９、パーソナルコンピュータ５１１およびエアコンディショナー５１２は、住宅５００内の配線（図示せず）から交流電力を受けて駆動する。   Then, in the house 500, the fluorescent lamps 505, 508, 510, 515 and the auxiliary 516 are turned on by receiving AC power from the wiring (not shown) in the house 500, and the refrigerator 506, the flat-screen TV 509, the personal computer. 511 and air conditioner 512 are driven by receiving AC power from wiring (not shown) in house 500.

このように、電力供給システム４００は、水素ガスを燃料電池４１０へ容易に供給して直流電力を発電し、その発電した直流電力に変換して住宅５００内の電気機器へ供給する。   As described above, the power supply system 400 easily supplies hydrogen gas to the fuel cell 410 to generate DC power, converts the generated DC power into the generated DC power, and supplies the generated DC power to the electrical equipment in the house 500.

図１６は、この発明の実施の形態による電力供給システムの構成を示す他の概略図である。この発明による電力供給システムは、図１６に示す電力供給システム４００Ａであってもよい。図１６を参照して、電力供給システム４００Ａは、図１に示す電力供給システム４００に太陽電池モジュール４５０を追加したものであり、その他は、電力供給システム４００と同じである。   FIG. 16 is another schematic diagram showing the configuration of the power supply system according to the embodiment of the present invention. The power supply system according to the present invention may be a power supply system 400A shown in FIG. Referring to FIG. 16, power supply system 400 </ b> A is obtained by adding solar cell module 450 to power supply system 400 shown in FIG. 1, and is otherwise the same as power supply system 400.

電力供給システム４００Ａにおいては、電力供給器４４０は、電力変換器４４２からなる。そして、燃料電池４１０および太陽電池モジュール４５０は、電力変換器４４２に電気的に接続される。   In the power supply system 400 </ b> A, the power supply 440 includes a power converter 442. Fuel cell 410 and solar cell module 450 are electrically connected to power converter 442.

太陽電池モジュール４５０は、住宅５００の屋根に設置され、太陽光によって直流電力を発電し、その発電した直流電力を電力変換器４４２に供給する。   Solar cell module 450 is installed on the roof of house 500, generates direct-current power with sunlight, and supplies the generated direct-current power to power converter 442.

電力変換器４４２は、住宅５００内に設置された電気機器（蛍光灯５０５，５０８，５１０，５１５および冷蔵庫５０６等）を駆動するために必要な基準電力量Ｗｓｔｄを把握している。   The power converter 442 grasps the reference power amount Wstd necessary for driving the electric devices (the fluorescent lamps 505, 508, 510, 515, the refrigerator 506, etc.) installed in the house 500.

そして、電力変換器４４２は、太陽電池モジュール４５０が基準電力量Ｗｓｔｄ以上の電力を発電している場合、太陽電池モジュール４５０から供給された直流電力を交流電力に変換して住宅５００内の配線（図示せず）に供給する。   The power converter 442 converts the DC power supplied from the solar cell module 450 into AC power when the solar cell module 450 generates power equal to or greater than the reference power amount Wstd, and converts the DC power supplied from the solar cell module 450 into AC power ( (Not shown).

また、電力変換器４４２は、太陽電池モジュール４５０が基準電力量Ｗｓｔｄよりも少ない電力を発電している場合、太陽電池モジュール４５０から供給された直流電力Ｗｓｃと燃料電池４１０から供給された直流電力Ｗｆｃとの合計が基準電力量Ｗｓｔｄ以上になるように、太陽電池モジュール４５０から供給された直流電力Ｗｓｃと燃料電池４１０から供給された直流電力Ｗｆｃとを交流電力に変換して住宅５００内の配線（図示せず）に供給する。すなわち、この場合、電力変換器４４２は、太陽電池モジュール４５０が発電する直流電力の不足分を燃料電池４１０が発電する直流電力によって補充して基準電力量Ｗｓｔｄ以上の電力を住宅５００内の配線（図示せず）に供給する。   In addition, when the solar cell module 450 generates less power than the reference power amount Wstd, the power converter 442 uses the DC power Wsc supplied from the solar cell module 450 and the DC power Wfc supplied from the fuel cell 410. The DC power Wsc supplied from the solar cell module 450 and the DC power Wfc supplied from the fuel cell 410 are converted into AC power so that the sum of the power and the reference power amount Wstd is equal to or greater than the reference power amount Wstd. (Not shown). That is, in this case, the power converter 442 supplements the shortage of the DC power generated by the solar cell module 450 with the DC power generated by the fuel cell 410 and supplies power in the house 500 that is equal to or higher than the reference power amount Wstd ( (Not shown).

これによって、太陽電池モジュール４５０の発電量が夜間、天候および季節等の要因によって基準電力量Ｗｓｔｄを下回った場合にも、住宅５００内に設置された電気機器に必要な電力を住宅５００内へ安定して供給できる。   As a result, even when the power generation amount of the solar cell module 450 falls below the reference power amount Wstd due to factors such as nighttime, weather and season, the power necessary for the electrical equipment installed in the house 500 is stabilized in the house 500. Can be supplied.

このように、電力供給システム４００Ａにおいては、ガス発生器３００および燃料電池４１０を太陽電池モジュール４５０を補完する電力源として用いる。   Thus, in the power supply system 400A, the gas generator 300 and the fuel cell 410 are used as a power source that complements the solar cell module 450.

なお、電力供給システム４００Ａにおいては、太陽電池３７０を削除し、太陽電池モジュール４５０が発電した直流電圧をガス発生器３００の陽極電極３３０および陰極電極３４０間に印加するようにしてもよい。   In the power supply system 400A, the solar cell 370 may be deleted, and the DC voltage generated by the solar cell module 450 may be applied between the anode electrode 330 and the cathode electrode 340 of the gas generator 300.

図１７は、この発明の実施の形態による電力供給システムの構成を示すさらに他の概略図である。この発明の実施の形態による電力供給システムは、図１７に示す電力供給システム４００Ｂであってもよい。   FIG. 17 is still another schematic diagram showing the configuration of the power supply system according to the embodiment of the present invention. The power supply system according to the embodiment of the present invention may be a power supply system 400B shown in FIG.

図１７を参照して、電力供給システム４００Ｂは、図１に示す電力供給システム４００の電力供給器４４０を充電器４６０に代えたものであり、その他は、電力供給システム４００と同じである。充電器４６０は、燃料電池４１０に電気的に接続される。   Referring to FIG. 17, power supply system 400B is the same as power supply system 400 except that power supply device 440 of power supply system 400 shown in FIG. The charger 460 is electrically connected to the fuel cell 410.

電力供給システム４００Ｂは、自動車６００に搭載された二次電池に直流電力を供給する。   The power supply system 400B supplies DC power to the secondary battery mounted on the automobile 600.

自動車６００は、ボディ６１０と、前輪６２０Ｌ，６２０Ｒと、車軸６３０，６７０と、モータ６４０と、二次電池６５０と、後輪６６０Ｌ，６６０Ｒとを備える。なお、自動車６００は、電気自動車である。   The automobile 600 includes a body 610, front wheels 620L and 620R, axles 630 and 670, a motor 640, a secondary battery 650, and rear wheels 660L and 660R. The car 600 is an electric car.

車軸６３０は、一方端が前輪６２０Ｌに連結され、他方端が前輪６２０Ｒに連結される。車軸６７０は、一方端が後輪６６０Ｌに連結され、他方端が後輪６６０Ｒに連結される。   Axle 630 has one end connected to front wheel 620L and the other end connected to front wheel 620R. Axle 670 has one end connected to rear wheel 660L and the other end connected to rear wheel 660R.

二次電池６５０は、直流電力をモータ６４０へ供給する。モータ６４０は、二次電池６５０からの直流電力によって駆動され、所定のトルクを車軸６３０に伝達する。車軸６３０は、モータ６４０からの所定のトルクを前輪６２０Ｌ，６２０Ｒに伝達し、前輪６２０Ｌ，６２０Ｒは、所定の回転数で回転する。   Secondary battery 650 supplies DC power to motor 640. Motor 640 is driven by DC power from secondary battery 650 and transmits a predetermined torque to axle 630. The axle 630 transmits a predetermined torque from the motor 640 to the front wheels 620L and 620R, and the front wheels 620L and 620R rotate at a predetermined rotation speed.

なお、モータ６４０は、所定のトルクを車軸６３０，６７０の少なくとも一方に伝達すればよい。また、二次電池６５０は、自動車６００に搭載されたモータ６４０のみならず、エアコン、オーディオ製品およびランプ等の電源として用いられてもよい。   The motor 640 may transmit a predetermined torque to at least one of the axles 630 and 670. Further, the secondary battery 650 may be used not only as a motor 640 mounted in the automobile 600 but also as a power source for an air conditioner, an audio product, a lamp, and the like.

ガス発生器３００は、上述した方法によって酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）を発生し、その発生した酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）をそれぞれガス供給管４２０，４３０を介して燃料電池４１０へ供給する。そして、燃料電池４１０は、ガス発生器３００から供給された酸素ガス（Ｏ２）および水素ガス（Ｈ２）を用いて直流電力を発電し、その発電した直流電力を充電器４６０へ供給する。 The gas generator 300 generates oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) by the method described above, and the generated oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) are supplied to the gas supply pipe 420, Supplied to the fuel cell 410 via 430. Fuel cell 410 generates DC power using oxygen gas (O 2 ) and hydrogen gas (H 2 ) supplied from gas generator 300, and supplies the generated DC power to charger 460.

充電器４６０は、二次電池６５０を充電する場合、二次電池６５０に電気的に接続され、燃料電池４１０から供給された直流電力によって二次電池６５０を所定の電圧まで充電する。   When charging the secondary battery 650, the charger 460 is electrically connected to the secondary battery 650 and charges the secondary battery 650 to a predetermined voltage with DC power supplied from the fuel cell 410.

このように、電力供給システム４００Ｂは、自動車６００に搭載された二次電池６５０を所定の電圧まで充電する。そして、電力供給システム４００Ｂは、一般家庭に設置されてもよいし、電気自動車に搭載された二次電池を充電する充電ステーションに設置されてもよい。   Thus, the power supply system 400B charges the secondary battery 650 mounted on the automobile 600 to a predetermined voltage. And the electric power supply system 400B may be installed in a general household, and may be installed in the charging station which charges the secondary battery mounted in the electric vehicle.

上述したように、図１に示す電力供給システム４００が一般家庭へ電力を供給する場合、電力供給器４４０は、電力変換器４４１，４４２からなり、電力変換器４４１，４４２は、直流電力を交流電力に変換して住宅５００内の蛍光灯５０５，５０８，５１０，５１５、冷蔵庫５０６、薄型テレビ５０９、パーソナルコンピュータ５１１、エアコンディショナー５１２および補助灯５１６に供給する。   As described above, when the power supply system 400 shown in FIG. 1 supplies power to a general household, the power supply 440 includes power converters 441 and 442, and the power converters 441 and 442 convert DC power into AC. It is converted into electric power and supplied to fluorescent lamps 505, 508, 510, 515, refrigerator 506, flat-screen TV 509, personal computer 511, air conditioner 512, and auxiliary lamp 516 in house 500.

また、図１に示す電力供給システム４００が自動車６００に搭載された二次電池６５０を充電する場合、電力供給器４４０は、充電器４６０からなり、充電器４６０は、燃料電池４１０からの直流電力によって二次電池６５０を所定の電圧まで充電する。   In addition, when the power supply system 400 shown in FIG. 1 charges the secondary battery 650 mounted on the automobile 600, the power supply 440 includes the charger 460, and the charger 460 includes the DC power from the fuel cell 410. To charge the secondary battery 650 to a predetermined voltage.

したがって、蛍光灯５０５，５０８，５１０，５１５、冷蔵庫５０６、薄型テレビ５０９、パーソナルコンピュータ５１１、エアコンディショナー５１２、補助灯５１６および二次電池６５０は、「電気負荷」を構成し、電力供給器４４０は、燃料電池４１０が発電した直流電力に基づいて、電力を電気負荷に供給する。   Therefore, the fluorescent lamps 505, 508, 510, 515, the refrigerator 506, the flat-screen TV 509, the personal computer 511, the air conditioner 512, the auxiliary lamp 516, and the secondary battery 650 constitute an “electric load”, and the power supply 440 Based on the DC power generated by the fuel cell 410, power is supplied to the electric load.

上記においては、図９の（ａ）に示すＧａＮ結晶６を用いて陽極電極３３０を作製すると説明したが、この発明においては、図９の（ｂ），（ｃ）に示すＧａＮ結晶７，８を用いて陽極電極３３０を作製してもよい。   In the above description, it has been described that the anode electrode 330 is formed using the GaN crystal 6 shown in FIG. 9A. In the present invention, the GaN crystals 7 and 8 shown in FIGS. 9B and 9C are used. The anode electrode 330 may be fabricated using

また、この発明においては、ＧａＮ結晶に代えてＩｎＧａＮを用いて陽極電極３３０を作製してもよく、一般的には、伝導帯端が水素イオンのエネルギーレベルよりも高く、価電子帯端が水のエネルギーレベルよりも高いＩＩＩ族窒化物結晶を用いて陽極電極３３０を作製してもよい。   In the present invention, anode electrode 330 may be fabricated using InGaN instead of GaN crystal. Generally, the conduction band edge is higher than the energy level of hydrogen ions, and the valence band edge is water. The anode electrode 330 may be fabricated using a group III nitride crystal having a higher energy level than the above.

さらに、上記においては、電解液３２０は、塩酸を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、電解液３２０は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含んでいてもよく、一般的には、水素イオン（Ｈ＋）を水溶液中で生成するものを含んでいればよい。
さらに、上記においては、結晶成長温度は、７００℃であると説明したが、この発明においては、これに限らず、結晶成長温度は、６００℃以上であればよい。また、窒素ガス圧力も０．４ＭＰａ以上の加圧状態の本結晶成長方法で成長可能な圧力であればよい。すなわち、上限も本実施の形態の５．０５ＭＰａに限定されるものではなく、５．０５ＭＰａ以上の圧力であってもよい。 Further, in the above description, the electrolytic solution 320 includes hydrochloric acid. However, in the present invention, the present invention is not limited thereto, and the electrolytic solution 320 may include potassium hydroxide (KOH). May contain what produces | generates hydrogen ion (H <+> ) in aqueous solution.
Further, in the above description, the crystal growth temperature is 700 ° C., but the present invention is not limited to this, and the crystal growth temperature may be 600 ° C. or higher. The nitrogen gas pressure may be any pressure that allows growth by the present crystal growth method in a pressurized state of 0.4 MPa or more. That is, the upper limit is not limited to 5.05 MPa in the present embodiment, and may be a pressure of 5.05 MPa or more.

また、上記においては、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａおよび金属Ｇａを坩堝１０に入れ、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａを配管３０内に入れると説明したが、この発明においては、これに限らず、Ｈｅ、ＮｅおよびＫｒ等のＡｒガス以外のガスまたは窒素ガス雰囲気中で金属Ｎａおよび金属Ｇａを坩堝１０に入れ、金属Ｎａを配管３０内に入れてもよく、一般的には、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で金属Ｎａおよび金属Ｇａを坩堝１０に入れ、金属Ｎａを配管３０内に入れればよい。そして、この場合、不活性ガスまたは窒素ガスは、水分量が１０ｐｐｍ以下であり、かつ、酸素量が１０ｐｐｍ以下である。   Further, in the above description, it has been described that metal Na and metal Ga are put in the crucible 10 in an Ar gas atmosphere, and metal Na is put in the pipe 30 in the Ar gas atmosphere. Metal Na and metal Ga may be put in the crucible 10 in a gas atmosphere other than Ar gas such as He, Ne and Kr, or in a nitrogen gas atmosphere, and metal Na may be put in the pipe 30. What is necessary is just to put metal Na and metal Ga in the crucible 10 in a nitrogen gas atmosphere, and put metal Na in the piping 30. In this case, the inert gas or nitrogen gas has a water content of 10 ppm or less and an oxygen content of 10 ppm or less.

さらに、金属Ｇａと混合する金属は、Ｎａであると説明したが、この発明においては、これに限らず、リチウム（Ｌｉ）およびカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属、またはマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属を金属Ｇａと混合して混合融液２１０を生成してもよい。そして、これらのアルカリ金属が溶けたものは、アルカリ金属融液を構成し、これらのアルカリ土類金属が溶けたものは、アルカリ土類金属融液を構成する。   Furthermore, although it has been described that the metal mixed with the metal Ga is Na, in the present invention, the present invention is not limited to this, and alkali metals such as lithium (Li) and potassium (K), or magnesium (Mg), calcium ( Alkaline earth metals such as Ca) and strontium (Sr) may be mixed with metal Ga to produce mixed melt 210. And what melt | dissolved these alkali metals comprises an alkali metal melt, and what melt | dissolved these alkaline earth metals comprises alkaline earth metal melt.

さらに、窒素ガスに代えて、アジ化ナトリウムおよびアンモニア等の窒素を構成元素に含む化合物を用いてもよい。そして、これらの化合物は、窒素原料ガスを構成する。   Furthermore, instead of nitrogen gas, a compound containing nitrogen as a constituent element such as sodium azide and ammonia may be used. These compounds constitute nitrogen source gas.

さらに、Ｇａに代えて、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）等のＩＩＩ族金属を用いてもよい。   Further, a group III metal such as boron (B), aluminum (Al), and indium (In) may be used instead of Ga.

したがって、図３に示す結晶成長装置１００は、一般的には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属とＩＩＩ族金属（ボロンを含む）とを含む混合融液を用いてＩＩＩ族窒化物結晶を製造するものであればよい。   Therefore, the crystal growth apparatus 100 shown in FIG. 3 generally manufactures a group III nitride crystal using a mixed melt containing an alkali metal or alkaline earth metal and a group III metal (including boron). Anything is acceptable.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

この発明は、水素ガスを容易に燃料電池に供給して電力を発電する電力供給システムに適用される。また、この発明は、太陽光発電システムを補完する電力供給システムに適用される。   The present invention is applied to a power supply system that easily supplies hydrogen gas to a fuel cell to generate electric power. Moreover, this invention is applied to the electric power supply system which supplements a photovoltaic power generation system.

この発明の実施の形態による電力供給システムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the electric power supply system by embodiment of this invention. 図１に示すガス発生器の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the gas generator shown in FIG. 図２に示す陽極電極を作製する結晶成長装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the crystal growth apparatus which produces the anode electrode shown in FIG. 図３に示す融液保持部材の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a melt holding member shown in FIG. 3. 融液保持部材の配管への取付状態を示す平面図である。It is a top view which shows the attachment state to piping of a melt holding member. ＧａＮ結晶を結晶成長させるときの圧力と温度との関係を規定する圧力／温度相関図を金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比に対して示す図である。It is a figure which shows the pressure / temperature correlation diagram which prescribes | regulates the relationship between the pressure and temperature when growing a GaN crystal with respect to the mixing ratio of metal Na and metal Ga. 坩堝および反応容器の温度のタイミングチャートである。It is a timing chart of the temperature of a crucible and a reaction container. 図７に示す２つのタイミングｔ１，ｔ２間における坩堝および反応容器内の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in a crucible and reaction container between two timing t1, t2 shown in FIG. 図３に示す結晶成長装置を用いて結晶成長または溶解させたＧａＮ結晶の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a GaN crystal grown or dissolved using the crystal growth apparatus shown in FIG. 3. ＧａＮ結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. 圧力／温度相関図の複数の領域に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる場合の図１０に示すステップＳ４の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart for explaining the detailed operation of step S4 shown in FIG. 10 when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in a plurality of regions of the pressure / temperature correlation diagram. 圧力／温度相関図の複数の領域に含まれる所望の圧力および所望の温度を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる場合の図１０に示すステップＳ４の詳細な動作を説明するための他のフローチャートである。FIG. 11 is another flowchart for explaining the detailed operation of step S4 shown in FIG. 10 when a GaN crystal is grown using a desired pressure and a desired temperature included in a plurality of regions of the pressure / temperature correlation diagram. . 図３に示す結晶成長装置を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させたときの坩堝の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a crucible when a GaN crystal is grown using the crystal growth apparatus shown in FIG. 3. ガス発生器における水素ガスおよび酸素ガスの発生機構を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the generation mechanism of hydrogen gas and oxygen gas in a gas generator. 図１に示す電力供給システムの応用例を示す図である。It is a figure which shows the application example of the electric power supply system shown in FIG. この発明の実施の形態による電力供給システムの構成を示す他の概略図である。It is another schematic diagram which shows the structure of the electric power supply system by embodiment of this invention. この発明の実施の形態による電力供給システムの構成を示すさらに他の概略図である。It is another schematic diagram which shows the structure of the electric power supply system by embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１〜３，１００２ 気液界面、４ 窒素ガス、５ 金属Ｎａ蒸気、６〜９，９Ａ ＧａＮ結晶、６Ａ 種結晶、１０ 坩堝、１１，２０Ｂ 底面、２０ 反応容器、２０Ａ 外周面、２１ 本体部、２２ 蓋部、２３，３１，３１３，３１４ 空間、３０ 配管、３０Ａ 内壁、４０ 融液保持部材、４１ 栓、４２ 凸部、４３ 空隙、５０，６０ 加熱装置、５１，６１ 温度センサー、７０，８０，４２０，４３０ ガス供給管、１００ 結晶成長装置、９０，１１０，１５０ バルブ、１２０ 圧力調整器、１３０，１１１０ ガスボンベ、１４０ 排気管、１６０ 真空ポンプ、１７０，１９０ 圧力センサー、１８０ 金属融液、２００ 制御装置、２１０ 混合融液、３００ ガス発生器、３０１ 酸素ガス、３０２ 水素ガス、３１０ 容器、３１１，３１２ ガス発生部、３３０ 陽極電極、３４０ 陰極電極、３５０，３６０ リード線、３７０ 太陽電池、４００，４００Ａ，４００Ｂ 電力供給システム、４１０ 燃料電池、４４０ 電力供給器、４４１，４４２ 電力変換器、４５０ 太陽電池モジュール、４６０ 充電器、５００ 住宅、５０１ キッチン、５０２ 居間、５０３ 洋室、５０４ 寝室、５０５，５０８，５１０，５１５ 蛍光灯、５０６ 冷蔵庫、５０７，５１３，５１４ コンセント、５０９ 薄型テレビ、５１１ パーソナルコンピュータ、５１２ エアコンディショナー、５１６ 補助灯、６００ 自動車、６１０ ボディ、６２０Ｌ，６２０Ｒ 前輪、６３０，６７０ 車軸、６４０ モータ、６５０ 二次電池、６６０Ｌ，６６０Ｒ 後輪。   1-3, 1002 gas-liquid interface, 4 nitrogen gas, 5 metal Na vapor, 6-9, 9A GaN crystal, 6A seed crystal, 10 crucible, 11, 20B bottom surface, 20 reaction vessel, 20A outer peripheral surface, 21 body part, 22 Lid, 23, 31, 313, 314 Space, 30 Piping, 30A Inner wall, 40 Melt holding member, 41 Plug, 42 Convex, 43 Air gap, 50, 60 Heating device, 51, 61 Temperature sensor, 70, 80 , 420, 430 Gas supply pipe, 100 crystal growth apparatus, 90, 110, 150 valve, 120 pressure regulator, 130, 1110 gas cylinder, 140 exhaust pipe, 160 vacuum pump, 170, 190 pressure sensor, 180 metal melt, 200 Control device, 210 mixed melt, 300 gas generator, 301 oxygen gas, 302 hydrogen gas, 310 container, 311 312 Gas generator, 330 Anode electrode, 340 Cathode electrode, 350, 360 Lead wire, 370 Solar cell, 400, 400A, 400B Power supply system, 410 Fuel cell, 440 Power supply, 441, 442 Power converter, 450 Solar cell module, 460 battery charger, 500 house, 501 kitchen, 502 living room, 503 western-style room, 504 bedroom, 505, 508, 510, 515 fluorescent lamp, 506 refrigerator, 507, 513, 514 outlet, 509 flat-screen TV, 511 personal computer 512 Air conditioner, 516 Auxiliary light, 600 Car, 610 Body, 620L, 620R Front wheel, 630, 670 Axle, 640 Motor, 650 Secondary battery, 660L, 660R Rear wheel.

Claims (10)

酸素ガスおよび水素ガスを発生するガス発生器と、
前記ガス発生器によって発生された前記水素ガスを少なくとも用いて直流電力を発電する燃料電池と、
前記燃料電池が発電した直流電力に基づいて、電気負荷に電力を供給する電力供給器とを備え、
前記ガス発生器は、
電解液と、
前記電解液に浸漬されたＩＩＩ族窒化物結晶を有する陽極電極と、
前記電解液に浸漬された陰極電極と、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を流す電流源とを含む、電力供給システム。 A gas generator for generating oxygen gas and hydrogen gas;
A fuel cell that generates direct-current power using at least the hydrogen gas generated by the gas generator;
A power supply for supplying electric power to an electric load based on DC power generated by the fuel cell;
The gas generator
An electrolyte,
An anode electrode having a group III nitride crystal immersed in the electrolytic solution;
A cathode electrode immersed in the electrolytic solution;
A power supply system including a current source for passing a direct current between the anode electrode and the cathode electrode. 前記電力供給器は、前記燃料電池によって発電された直流電力を交流電力に変換して家庭内の電気機器に供給する電力変換器からなる、請求項１に記載の電力供給システム。   2. The power supply system according to claim 1, wherein the power supply unit includes a power converter that converts DC power generated by the fuel cell into AC power and supplies the AC power to household electrical equipment. 前記電力供給器は、自動車に搭載された二次電池を前記燃料電池が発電した直流電力によって充電する充電器からなる、請求項１に記載の電力供給システム。   The power supply system according to claim 1, wherein the power supply unit includes a charger that charges a secondary battery mounted on an automobile with direct-current power generated by the fuel cell. 太陽光によって直流電力を発電する太陽電池モジュールをさらに備え、
前記電力供給器は、前記太陽電池モジュールが発電した第１の直流電力を交流電力に変換して家庭内の電気機器に供給するとともに、前記第１の直流電力が前記家庭内の電気機器を駆動するために必要な基準電力よりも少ないとき、前記燃料電池が発電した第２の直流電力を前記交流電力に変換して前記家庭内の電気機器に供給する電力変換器からなる、電力供給システム。 A solar cell module that generates direct-current power from sunlight;
The power supply unit converts first DC power generated by the solar cell module into AC power and supplies the AC power to household electrical equipment, and the first DC power drives the household electrical equipment. A power supply system comprising a power converter that converts the second DC power generated by the fuel cell into the AC power and supplies the AC power to the household electrical equipment when the power is lower than the reference power required for the operation. 前記電流源は、太陽電池からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力供給システム。   The power supply system according to any one of claims 1 to 4, wherein the current source includes a solar battery. 前記燃料電池は、前記ガス発生器が発生した水素ガスおよび酸素ガスを用いて前記直流電力を発電する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力供給システム。   The power supply system according to any one of claims 1 to 5, wherein the fuel cell generates the direct-current power using hydrogen gas and oxygen gas generated by the gas generator. 前記陽極電極は、
坩堝と、
前記坩堝の内部に形成された前記ＩＩＩ族窒化物結晶とを含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電極供給システム。 The anode electrode is
Crucible,
The electrode supply system according to any one of claims 1 to 6, comprising the group III nitride crystal formed in the crucible. 前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記坩堝の壁面および／または底面に形成された複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる、請求工７に記載の電力供給システム。   The power supply system according to claim 7, wherein the group III nitride crystal is composed of a plurality of group III nitride crystals formed on a wall surface and / or a bottom surface of the crucible. 前記ＩＩＩ族窒化物結晶の伝導帯端は、前記電解液中の水素イオンのエネルギーレベルよりも高く、前記ＩＩＩ族窒化物結晶の価電子帯端は、前記電解液中の水のエネルギーレベルよりも高い、請求項７または請求項８に記載の電力供給システム。   The conduction band edge of the group III nitride crystal is higher than the energy level of hydrogen ions in the electrolyte, and the valence band edge of the group III nitride crystal is higher than the energy level of water in the electrolyte. The power supply system according to claim 7 or 8, wherein the power supply system is high. 前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、窒化ガリウム結晶からなり、
前記陰極電極は、白金からなり、
前記電解液は、塩酸を含む、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電力供給システム。 The group III nitride crystal comprises a gallium nitride crystal,
The cathode electrode is made of platinum,
The power supply system according to claim 7, wherein the electrolytic solution contains hydrochloric acid.
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