JP2011241127A - 窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガリウム融液を滴下供給するためのガリウム供給管先端の閉塞を防止することができる窒化ガリウム結晶製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】反応容器３に収容したフラックスとなる液体Ｎａ４と液体Ｇａ５を、窒素ガス７の存在下で窒化ガリウム結晶を製造する窒化ガリウム結晶製造装置１であって、液体ガリウム供給管６を内管とし、シールド用ガス供給管８を外管とする二重管構造体を、耐圧容器２の天井部の容器壁に貫通させて取り付け、窒化ガリウム結晶の成長に伴う液体Ｇａ５の消費量に応じてガリウム供給管６より液体Ｇａ５を反応容器へ滴下供給する。このとき、シールド用ガス供給管８を通してシールド用窒素ガス７を、ガリウム供給管６の供給口６ａ周囲へ常時供給して供給口６ａを窒素ガス７で覆うことにより、供給口６ａをナトリウム蒸気から遮断する。これにより、供給口６ａの部分における窒化ガリウム結晶の生成を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナトリウムのフラックスを用いてガリウムと窒素を反応させて窒化ガリウムの結晶を製造するようにしてある窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法及び装置に関するものである。

発光デバイスや半導体デバイスとして用いられる窒化ガリウム系材料の製造方法の１つとして、ナトリウム（Ｎａ）のフラックスと、窒素源として窒素ガス（Ｎ_２）を用いた窒化ガリウム（ＧａＮ）の結晶の製造手法が従来提案されている。

この種の窒化ガリウムの結晶の製造に用いる窒化ガリウム結晶製造装置は、耐圧容器内に、ガリウム（Ｇａ）の融液（融解した液体）と上記フラックスとなるナトリウム（Ｎａ）の融液（以下、ガリウムの融液を液体Ｇａ、ナトリウムの融液を液体Ｎａと云う）を収容（貯留）するための反応容器を設け、且つ上記耐圧容器に、上記反応容器を加熱するためのヒータが装備してある。

更に、上記耐圧容器内へ窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管を備えた構成としてある。

上記窒化ガリウム結晶製造装置を用いて窒化ガリウムの結晶を製造する場合は、上記耐圧容器内へ窒素ガス供給管より窒素ガスを供給した状態で、該耐圧容器の内部を５−１０ＭＰａとし、且つ上記液体Ｇａと液体Ｎａを収容した反応容器をヒータで加熱して、６００−１０００℃の反応条件に保持することにより、上記ガリウムと窒素ガスを反応させて、上記反応容器の内底部に予め設けてある種結晶を核として、窒化ガリウムの結晶を成長させるようにしてある。

上記のようにして窒化ガリウムの結晶を成長させると、該反応容器内の液体Ｇａは上記窒素ガスとの反応により消費され、該反応容器内の液体Ｇａが枯渇すると、上記窒化ガリウムの結晶の成長が止まってしまう。

なお、大きな窒化ガリウムの結晶を得るためには、窒化ガリウムの結晶成長を長時間に亘って行わせる必要があり、そのための液体Ｇａの必要量が多くなる。この場合、多量の液体Ｇａを反応容器に最初から貯留しようとすると、該反応容器のサイズが大きくなるため、装置構成が大型化すると共に、反応容器の加熱に多くのエネルギーが必要になってしまう。

そこで、窒化ガリウム結晶製造装置に、上記耐圧容器の外部より該耐圧容器の内側に配置してある上記反応容器内へ液体Ｇａを供給するためのガリウム供給管を設けてなる構成とすることが提案されている。

かかる構成を有する窒化ガリウム結晶製造装置によれば、上記反応容器内へ、ガリウム供給管より液体Ｇａを、該反応容器内における窒化ガリウムの結晶の成長に伴う液体Ｇａの消費速度に対応した量となるよう調整して順次滴下供給させることで、容量を抑えた反応容器内であっても、上記窒化ガリウムの結晶成長を、長時間、たとえば、数百時間に亘り継続して行わせることができるようにして、大きな窒化ガリウムの結晶を得ることができるようにしてある。

ところで、上記のようなガリウム供給管を備えた形式の窒化ガリウム結晶製造装置では、上記反応容器内に収容してある液体Ｎａより発生したナトリウムの蒸気と、上記耐圧容器内に供給された窒素ガスが、上記ガリウム供給管の先端の供給口の周囲に存在するため、該ガリウム供給管における供給口の部分で、ガリウム供給管を通して供給される液体Ｇａが、ナトリウムの蒸気の存在下で窒素ガスと反応してしまい、この反応により生じる窒化ガリウムの結晶により、上記ガリウム供給管の供給口の部分が閉塞される可能性がある。

なお、上記と同様の窒化ガリウム結晶製造装置において、ガリウム供給管より反応容器への液体Ｇａの滴下供給時以外のときに、上記ガリウム供給管の先端部に蓋をするようにしたり、ガリウム供給管自体を、その先端部の位置が上記窒化ガリウム結晶の成長温度以下となる領域まで移動させるようにしたり、ガリウム供給管内の液体Ｇａの界面を、上記窒化ガリウム結晶の成長温度以下となる領域まで移動（上昇）させるようにすることが従来提案されており、かかる構成とすることにより、上記ガリウム供給管の窒化ガリウム結晶による閉塞を防止することができるとされている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−６２９４７号公報

ところが、特許文献１に示されたものは、ガリウム供給管より反応容器への液体Ｇａの滴下供給を停止している状態のときに、該ガリウム供給管内における窒化ガリウム結晶の生成を防止するためのものであって、上記ガリウム供給管より液体Ｇａを滴下供給しているときに、該ガリウム供給管の先端の供給口の部分で窒化ガリウム結晶の生成を防止することはできないというのが実状である。

そこで、本発明は、窒化ガリウム結晶製造装置におけるガリウムの融液を滴下供給するガリウム供給管の先端の供給口の部分で窒化ガリウムの結晶が生成することを防止することができて、該ガリウム供給管の閉塞を防止することができるようにする窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、耐圧容器内に設けた反応容器にナトリウムのフラックスとガリウムの融液を収容し、上記耐圧容器内に窒素ガスを存在させた状態で、該耐圧容器内にて上記反応容器内のナトリウムのフラックスとガリウムの融液を加圧及び加熱して窒化ガリウムの結晶を製造し、更に、上記反応容器内のガリウムの融液の消費量に応じて、上記耐圧容器壁を貫通させて該耐圧容器内へ挿入したガリウム供給管の先端の供給口より、上記反応容器へガリウムの融液を滴下供給できるようにしてある窒化ガリウム結晶製造装置における上記耐圧容器に、シールド用ガス供給管を耐圧容器壁を貫通させて、該耐圧容器の内側に挿入したシールド用ガス供給管を通して導くシールド用ガスを、上記ガリウム供給管の供給口の周りへ常時供給するようにする窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法とする。

又、上記構成において、シールド用ガス供給管を通して導いてガリウム供給管の供給口の周りへ常時供給するシールド用ガスとして、窒化ガリウムの結晶を製造する際に耐圧容器内に存在させるための窒素ガスを用いるようにする。

更に、上記各構成において、シールド用ガスを、ガリウム供給管の外周に二重管構造となるように備えたシールド用ガス供給管を通して上記ガリウム供給管の供給口の周りへ噴出させるようにする。

更に又、上記構成において、ガリウム供給管の外周に二重管構造となるように備えたシールド用ガス供給管を通して導くシールド用ガスを、屈曲させて上記ガリウム供給管の供給口側へ噴出させるようにする。

上述の各構成において、シールド用ガスを、シールド用ガス供給管より、ガリウム供給管の供給口からガリウムの融液が滴下される方向を横切る方向に噴出させるようにする。

又、請求項６に対応して、耐圧容器内に設けた反応容器にナトリウムのフラックスとガリウムの融液を収容し、上記耐圧容器内に窒素ガスを存在させた状態で、該耐圧容器内にて上記反応容器内のナトリウムのフラックスとガリウムの融液を加圧及び加熱して窒化ガリウムの結晶を製造し、更に、上記反応容器内のガリウムの融液の消費量に応じて、上記耐圧容器に貫通させて設けたガリウム供給管の反応容器内側の先端の供給口より上記反応容器へガリウムの融液を滴下供給できるようにしてある窒化ガリウム結晶製造装置における上記耐圧容器に、シールド用ガス供給管を耐圧容器壁を貫通させて設けて、該シールド用ガス供給管を通して耐圧容器内へ導くシールド用ガスを、上記ガリウム供給管の供給口に向けて常時供給できるようにした構成を有する窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置とする。

更に、上記構成において、シールド用ガス供給管を、ガリウム供給管の外周に二重管構造となるように設けると共に、該二重管構造としてあるシールド用ガス供給管及びガリウム供給管を、耐圧容器に、耐圧容器壁を一緒に貫通させて設けるようにした構成とする。

更に又、上記構成において、シールド用ガス供給管の耐圧容器内側の先端部を、ガリウム供給管の供給口よりも先端側へ突出させるようにした構成とする。

同様に、上記構成において、シールド用ガス供給管の耐圧容器内側の先端部に、ガリウム供給管の供給口よりも突出すると共に、軸心側に屈曲する周壁を備えたシールド用ガス流れ変向部を設けるようにした構成とする。

更に、上述の構成において、シールド用ガス供給管の耐圧容器内側の先端部に、シールド用ガスの流れ方向をガリウム供給管の供給口よりガリウムの融液が滴下される方向を横切る方向へ変向させるための邪魔板を備えるようにした構成とする。

更に又、上述の構成において、ガリウム供給管を、耐圧容器壁を貫通させて該耐圧容器内へ水平方向に挿入し、且つシールド用ガス供給管を、上記ガリウム供給管に対して対向配置するようにした構成とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）耐圧容器内に設けた反応容器にナトリウムのフラックスとガリウムの融液を収容し、上記耐圧容器内に窒素ガスを存在させた状態で、該耐圧容器内にて上記反応容器内のナトリウムのフラックスとガリウムの融液を加圧及び加熱して窒化ガリウムの結晶を製造し、更に、上記反応容器内のガリウムの融液の消費量に応じて、上記耐圧容器壁を貫通させて該耐圧容器内へ挿入したガリウム供給管の先端の供給口より、上記反応容器へガリウムの融液を滴下供給できるようにしてある窒化ガリウム結晶製造装置における上記耐圧容器に、シールド用ガス供給管を耐圧容器壁を貫通させて、該耐圧容器の内側に挿入したシールド用ガス供給管を通して導くシールド用ガスを、上記ガリウム供給管の供給口の周りへ常時供給するようにする窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法、及び、上記と同様の構成としてある窒化ガリウム結晶製造装置における上記耐圧容器に、シールド用ガス供給管を耐圧容器壁を貫通させて設けて、該シールド用ガス供給管を通して耐圧容器内へ導くシールド用ガスを、上記ガリウム供給管の供給口に向けて常時供給できるようにした構成を有する窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置としてあるので、シールド用ガス供給管より供給するシールド用ガスにより、ガリウムの融液を反応容器へ滴下供給するガリウム供給管の供給口の周囲を常に覆うことができる。これにより、該ガリウム供給管の供給口を、反応容器に収容してあるナトリウムのフラっクスより発生して耐圧容器内に存在するナトリウムの蒸気から遮断することができるようになるため、上記ガリウム供給管の供給口の部分で窒化ガリウムの結晶が生成する反応が進行する虞を防止できる。
（２）したがって、上記ガリウム供給管が窒化ガリウムの結晶によって閉塞する虞を解消することができる。

本発明の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法及び装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は全体構成を示す概要図、（ロ）はガリウム供給管及びシールド用ガス供給管の先端部分を拡大して示す切断側面図である。 本発明の実施の他の形態として、シールド用ガス供給管の別の例を示す図１（ロ）に対応する図である。 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、ガリウム供給管及びシールド用ガス供給管の先端寄り部分を拡大して示す切断側面図である。 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、（イ）はガリウム供給管及びシールド用ガス供給管の先端寄り部分を拡大して示す切断側面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、（イ）は全体構成を示す概要図、（ロ）は（イ）のＢ−Ｂ方向矢視拡大図である。 本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１（イ）（ロ）は本発明の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法及び装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。

ここで、本発明を適用する窒化ガリウム結晶製造装置１について概説すると、該窒化ガリウム結晶製造装置１は、耐圧容器２と、該耐圧容器２内に設けて液体Ｎａ４と液体Ｇａ５を収容（貯留）するための反応容器３と、該耐圧容器２内の反応容器３を加熱するためのヒータ等の加熱手段（図示せず）を備えた構成としてある。

上記窒化ガリウム結晶製造装置１に適用する本発明の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置（以下、単に本発明のガリウム供給管閉塞防止装置と云う）は、上記耐圧容器２に、該耐圧容器２の容器壁の所要個所、たとえば、容器壁の天井部を内外方向に貫通させた上下方向に延びるガリウム供給管６を設けて、該ガリウム供給管６における耐圧容器２の内側に位置する先端（下端）の供給口６ａを、上記反応容器３の上方位置に配置する。

上記ガリウム供給管６における耐圧容器２の外側に位置する基端（上端）側には、図示しないガリウム供給部を接続する。これにより、上記ガリウム供給部より上記ガリウム供給管６の基端側へ、上記窒化ガリウム結晶製造装置１の反応容器３内における窒化ガリウムの結晶成長に伴う液体Ｇａ５の消費速度に応じた流量で液体Ｇａ５を供給できるようにしてあると共に、該所要流量で供給される液体Ｇａ５を、上記ガリウム供給管６の先端の供給口６ａより、上記反応容器３内へ滴下供給することができるようにしてある。

更に、上記ガリウム供給管６の先端の供給口６ａに向けて、シールド用ガスとしての窒素ガス７を常時供給するためシールド用ガス供給管８を備えて、該シールド用ガス供給管８より供給する窒素ガス７により上記ガリウム供給管６の供給口６ａの周りを常に覆うことができるようにした構成とする。

詳述すると、上記シールド用ガス供給管８は、上記ガリウム供給管６における耐圧容器２の容器壁を貫通させて容器内部に挿入するようにしてある下流側端部寄り部分（下端寄り部分）の外周に同心状に取り付けることで、上記ガリウム供給管６を内管とし、上記シールド用ガス供給管８を外管とする二重管構造を形成させるようにしてある。

更に、上記シールド用ガス供給管８の上部における上記耐圧容器２の外部に突出している部分に、図示しないシールド用ガス供給部よりシールド用ガスとなる窒素ガス７を常時供給するためのシールド用ガスライン９を接続する。これにより、上記シールド用ガスライン９より上記シールド用ガス供給管８へ供給されるシールド用ガスとなる窒素ガス７を、上記二重管構造の内管となるガリウム供給管６と、外管となるシールド用ガス供給管８との間に形成された断面円環状の二重管構造における内外管間流路を流通させた後、該流路よりシールド用ガス供給管８の下方へ向けて常時噴出させることで、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの周囲を、上記噴出する窒素ガス７によって効率よく且つ確実に全周に亘り覆うことができるようにしてある。

なお、上記シールド用ガス供給管８の先端（下端）の位置は、上記ガリウム供給管６の先端（下端）の位置と揃えた配置としてもよいが、上記ガリウム供給管６の周囲を上記シールド用ガス供給管８より供給する窒素ガス７で覆うという処理の確実性を高める観点から考えると、図１（ロ）に示すように、該シールド用ガス供給管８の先端を、上記ガリウム供給管６の供給口６ａよりも所要寸法ａ分だけ先端側へ突出させるようにした構成として、ガリウム供給管６の供給口６ａを、上記シールド用ガス供給管８を流通させる窒素ガス７の雰囲気中に、より確実に配置できるようにした構成とすることが望ましい。

又、上記図示しないガリウム供給部より上記ガリウム供給管６へ液体Ｇａ５を供給するための系は、上記液体Ｇａ５を流通させる経路の全域を、ヒータ等の加熱手段や保温手段により、ガリウム（Ｇａ）の融点である約３０℃よりも高い温度に保持できるようにしてあるものとする。

以上の構成としてある本発明のガリウム供給管閉塞防止装置を装備した窒化ガリウム結晶製造装置１を使用する場合は、上記図示しないシールド用ガス供給部よりシールド用ガスとなる窒素ガス７を、シールド用ガスライン９を経て上記シールド用ガス供給管８へ常時供給し、これにより、該シールド用ガス供給管８の先端より上記窒素ガス７を常時噴出させ、この状態で、上記耐圧容器２の内部を５−１０ＭＰａとすると共に、上記耐圧容器２内に設けた反応容器３内に収容したフラックスとなる液体Ｎａ４と液体Ｇａ５を、ヒータ等の加熱手段により加熱して、６００−１０００℃の窒化ガリウムの生成反応条件に保持する。これにより、ガリウムと窒素を反応させて窒化ガリウムを生成させると共に、上記反応容器３の内底部に予め設けてある図示しない種結晶を核として、窒化ガリウムの結晶（図示せず）を成長させるようにする。

上記のようにして窒化ガリウムの結晶を成長させると、上記反応容器３の液体Ｇａ５が消費されるため、上記反応容器３内の液体Ｇａ５の消費速度に応じた供給速度で、図示しないガリウム供給部より上記ガリウム供給管６へ液体Ｇａ５を連続又は断続供給し、この液体Ｇａ５を、該ガリウム供給管６の先端の供給口６ａより上記反応容器３内へ向けて滴下供給する。

これにより、上記反応容器３では、液体Ｇａ５が、該反応容器３内における窒化ガリウムの結晶の成長に伴う液体Ｇａ５の消費速度に対応した量で順次供給されるようになるため、上記窒化ガリウムの結晶成長を、長時間、たとえば、数百時間に亘り継続して行うことで、大きな窒化ガリウムの結晶を得ることができるようになる。

上記窒化ガリウムの結晶成長を行わせる期間中、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの周囲は、シールド用ガス供給管８より先端側へ常時噴出させるようにしてある上記シールド用ガスとしての窒素ガス７によって常に覆われるようになるため、該ガリウム供給管６の供給口６ａは、上記耐圧容器２内に存在するナトリウムの蒸気より遮断されるようになる。このため、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの部分では、ナトリウムが存在しないために、ガリウムと窒素により窒化ガリウムの結晶を生成させる反応の進行が回避されるようになる。

このように、本発明のガリウム供給管閉塞防止方法及び装置によれば、上記シールド用ガス供給管８より供給する窒素ガス７により、液体Ｇａ５を反応容器３へ滴下供給するガリウム供給管６の供給口６ａの周囲を常に覆うことができて、該供給口６ａを、反応容器に収容してある液体Ｎａ４より発生して耐圧容器２内に存在するナトリウムの蒸気から遮断できるようにしてあるため、該ガリウム供給管６の供給口６ａの部分で窒化ガリウムの結晶が生成する反応が進行する虞を防止できて、上記ガリウム供給管６が窒化ガリウムの結晶によって閉塞する虞を解消することができる。

更に、ガリウム供給管６の供給口６ａの周囲を覆うためにシールド用ガス供給管８より常時供給するシールド用ガスとして窒素ガス７を用いるようにしてあるため、反応容器３における窒化ガリウムの結晶の生成反応を進行させる際に耐圧容器２内に存在させることが必要とされる窒素ガス７を該耐圧容器２内へ供給するための供給管を別途設ける必要をなくすことができるため、上記耐圧容器２の構成をより簡単な構成とすることができる。

次に、図２は本発明の実施の他の形態として、図１（イ）（ロ）の実施の形態の応用例を示すもので、図１（イ）（ロ）に示したと同様の構成において、二重管構造となるようガリウム供給管６の下流側端部寄り部分（下端寄り部分）の外周に同心状に取り付けてなるシールド用ガス供給管８の先端側（下端側）に、上記シールド用ガス供給管８の周壁に対して内向き（軸心側）に屈曲する絞り構造の周壁を有するシールド用ガス流れ変向部１０を設け、且つ該シールド用ガス流れ変向部１０の下端部を、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの下端位置よりも所要寸法ｂ分だけ下方に配置させる構成としたものである。

なお、上記シールド用ガス流れ変向部１０は、ガリウム供給管６の外側でシールド用ガス供給管８の内部を基端側から該シールド用ガス供給管８の先端部まで流通させたシールド用ガスとしての窒素ガス７を、該シールド用ガス流れ変向部１０の周壁の内面に沿わせて流すことで、該窒素ガス７のガス流れ方向を、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの下方位置へ向けて導くことができるようにしてあれば、該シールド用ガス流れ変向部１０の周壁が上記シールド用ガス供給管８の周壁に対して内向き（軸心側）に屈曲する屈曲角度θは、０度よりも大で且つ９０度未満となる角度範囲で自在に設定してよい。図２では、上記シールド用ガス流れ変向部１０の周壁の上記シールド用ガス供給管８の周壁に対する内向きの屈曲角度θを、約６０度に設定した状態が示してある。

更に、上記シールド用ガス流れ変向部１０の下端側の開口は、その内径を、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの径よりも所要寸法大きくなるよう設定してある。具体的には、上記シールド用ガス流れ変向部１０の下端側開口の半径寸法と、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの半径寸法との差（クリアランス）ｃが、該ガリウム供給管６の供給口６ａより反応容器３へ向けて液体Ｇａ５を滴下供給するときに形成される該液体Ｇａ５の最大の液滴の半径寸法以上となるように設定してある。これにより、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの周方向のいずれの個所から上記液体Ｇａ５の液滴が滴下されても、該液体Ｇａ５の液滴が上記シールド用ガス流れ変向部１０に触れる虞が生じないようにしてある。

その他の構成は図１（イ）（ロ）に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態のガリウム供給管閉塞防止装置によっても、上記図１（イ）（ロ）の実施の形態と同様に、上記シールド用ガス供給管８より常時供給するシールド用ガスとしての窒素ガス７により、液体Ｇａ５を反応容器３へ滴下供給するガリウム供給管６の供給口６ａの周囲を常に覆うことができるという効果に加えて、上記シールド用ガス供給管８を通して常時供給する窒素ガス７の流れを、上記シールド用ガス供給管８の先端部に設けた上記シールド用ガス流れ変向部１０によりガリウム供給管６の供給口６ａの下方へ向けて流すことができるようになるため、該ガリウム供給管６の供給口６ａの下側も上記窒素ガス７により覆うことができる。

したがって、上記ガリウム供給管６の供給口６ａに対し、下側からナトリウムの蒸気が接近する虞をより確実に防止することができるため、該ガリウム供給管６の供給口６ａの部分で窒化ガリウムの結晶が生成する反応が進行する虞をより確実に防止できて、上記ガリウム供給管６が窒化ガリウムの結晶によって閉塞する虞を解消するという効果の確実性をより高めることが可能になる。

更に、上記シールド用ガス供給管８の先端部に設けた上記シールド用ガス流れ変向部１０では、シールド用ガス供給管８に比して口径が絞られることから、シールド用ガスである窒素ガス７の流路が絞られることに起因して、上記ガリウム供給管６の供給口６ａの周囲における上記窒素ガス７の流速が増加するようになる。これにより、上記ガリウム供給管６の供給口６ａより反応容器３へ向けて滴下供給させる液体Ｇａ５の液切れ性を向上させる効果が期待できる。

又、シールド用ガスとして窒素ガス７を用いるようにしてあるため、窒素ガス７を該耐圧容器２内へ供給するための供給管を別途設ける必要をなくすことができて、上記耐圧容器２の構成をより簡単な構成とすることが可能になる。

次いで、図３は本発明の実施の更に他の形態として、図２の実施の形態の変形例を示すもので、図２に示したと同様の構成において、ガリウム供給管６の先端部（下端部）の供給口６ａを、該ガリウム供給管６の軸心方向に垂直な平面に沿う形状とした構成に代えて、ガリウム供給管６の先端部（下端部）に、該ガリウム供給管６の軸心方向に対して斜めに切断した形状の供給口６ｂを設けた構成としてある。

上記のようにガリウム供給管６の先端部の供給口６ｂを、ガリウム供給管６の軸心方向に対して斜めに切断した形状とすると、該ガリウム供給管６より滴下供給する液体Ｇａ５の液滴は、上記供給口６ｂの周縁部における下端側位置より落下するようになる。

よって、本実施の形態では、上記供給口６ｂの周縁部における下端側位置が、シールド用ガス供給管８及びその先端側（下端側）のシールド用ガス流れ変向部１０の軸心上に位置するように、上記ガリウム供給管６を、シールド用ガス供給管８内で偏心させて配置した構成としてある。

その他の構成は図２に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

本実施の形態によっても、図２に示したものと同様の効果を得ることができる。

更に、本実施の形態では、ガリウム供給管６より反応容器３へ滴下供給する液体Ｇａ５の液滴は、該ガリウム供給管６の供給口６ｂの周縁部における下端側位置の１個所からのみ滴下されるようになる。このため、上記シールド用ガス供給管８の先端側（下端側）に設ける上記シールド用ガス流れ変向部１０の下端側の開口の径は、上記ガリウム供給管６の供給口６ｂの径寸法に関わらず、該供給口６ｂの周縁部における下端側位置より液体Ｇａ５が滴下されるときに形成される該液体Ｇａ５の液滴のうち、最大の液滴の直径よりも大きくなるように設定すればよいため、上記シールド用ガス供給管８を、より細い径とすることができて、本発明のガリウム供給管閉塞防止装置の装置構成を小型化する効果が期待できる。

上記図１（イ）（ロ）、図２、図３の各実施の形態では、いずれも、本発明のガリウム供給管閉塞防止装置として、二重管構造の内管となるガリウム供給管６と、外管となるシールド用ガス供給管８との間に形成された断面円環状の二重管構造における内外管間流路を流通させたシールド用ガスとしての窒素ガス７を、ガリウム供給管６の下端の供給口６ａ，６ｂの周方向の全周に亘る外周で噴出させることで、該供給口６ａ，６ｂを上記シールド用ガスである窒素ガス７で覆うようにした形式のものを示したが、図４（イ）（ロ）に示すように、図３に示したと同様に、ガリウム供給管６の先端部（下端部）に設けた該ガリウム供給管６の軸心方向に対して斜めに切断した形状の供給口６ｂに対し、該斜めの供給口６ｂが臨む横方向からシールド用ガスとしての窒素ガス７を噴き付けることで、該供給口６ｂを上記窒素ガス７で覆うようにした構成としてもよい。

すなわち、図４（イ）（ロ）に示したガリウム供給管閉塞防止装置は、ガリウム供給管６を、該ガリウム供給管６より所要寸法大きい径のシールド用ガス供給管８の内側における該シールド用ガス供給管８の一側の周壁に沿う位置に、上記ガリウム供給管６の下端部に軸心方向に対し斜めに切断した形状で設けた供給口６ｂが上記シールド用ガス供給管８の軸心方向を向くように配置させた状態で取り付ける。更に、上記シールド用ガス供給管８の下端部に、該シールド用ガス供給管８の他側寄り部分を閉塞させるための邪魔板１１を取り付けた構成としてある。

以上の構成としてある本実施の形態のガリウム供給管閉塞防止装置によれば、上記シールド用ガス供給管８内におけるガリウム供給管６との間の流路を通して該シールド用ガス供給管８の基端側より先端部まで導いたシールド用ガスとしての窒素ガス７のうち、シールド用ガス供給管８の他側寄りを流れた窒素ガス７の流れ方向を、上記邪魔板１１により上記ガリウム供給管６が配置してある該シールド用ガス供給管８の一側寄り方向へ変向させることができるため、この流れ方向が変向された窒素ガス７を、上記ガリウム供給管６の斜めの供給口６ｂに対し、該供給口６ｂが臨む横方向から噴き付けることで、該供給口６ｂの周りを上記窒素ガス７で覆うことができるようになる。

よって、本実施の形態によっても、図１（イ）（ロ）に示したと同様の効果を得ることができる。

更に、上記ガリウム供給管６の斜めの供給口６ｂに対して該供給口６ｂが臨む横方向から窒素ガス７を噴き付けることにより、該窒素ガス７の流れ方向を、上記ガリウム供給管６の供給口６ｂより液体Ｇａ５の液滴が滴下される方向に対して、横切る方向（剪断方向）とすることができるため、上記ガリウム供給管６の供給口６ｂより反応容器３へ向けて滴下供給させる液体Ｇａ５の液切れ性を向上させる効果が期待できる。

図５（イ）（ロ）は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図１（イ）に示したと同様に、耐圧容器２と、該耐圧容器２内に設けて液体Ｎａ４と液体Ｇａ５を収容（貯留）するための反応容器３と、該耐圧容器２内の反応容器３を加熱するためのヒータ等の加熱手段（図示せず）を備えた構成としてある窒化ガリウム結晶製造装置１における耐圧容器２に、水平方向に延びるシールド用ガス供給管８を外管とし、且つ該シールド用ガス供給管８内の上部位置に収容した水平方向のガリウム供給管６を内管とする二重管構造体を、該耐圧容器２の側壁の上部位置を貫通させて取り付ける。

更に、上記耐圧容器２の内側で上記反応容器３の直上となる位置まで挿入配置した上記ガリウム供給管６の下流側端部の周壁における下端側位置に、該ガリウム供給管６通して上記耐圧容器２の外部の図示しないガリウム供給部より導かれる液体Ｇａ５を、上記反応容器３へ向けて滴下供給できるようにするための供給口６ｃを設け、且つ、上記シールド用ガス供給管８の下流側端部の周壁における上記ガリウム供給管６の供給口６ｃの直下となる個所に、該供給口６ｃより滴下させる液体Ｇａ５の液滴のうち、最大の液滴の径よりも大きい径のシールド用ガス噴出口１２を設けた構成とする。

なお、図示してないが、上記シールド用ガス供給管８における耐圧容器２の外部の基端部には、シールド用ガス供給部よりシールド用ガスとしての窒素ガス７を常時供給できるようにしてあるものとする。

その他、図１（イ）（ロ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態のガリウム供給管閉塞防止装置によれば、上記ガリウム供給管６の供給口６ｃから反応容器３内への液体Ｇａ５の滴下供給を行う状態、又は、滴下供給を停止した状態のいずれの場合であっても、上記ガリウム供給管６の供給口６ｃを、上記シールド用ガス供給管８を通して常時供給されるシールド用ガスとしての窒素ガス７により、常に覆うことができるようになる。

したがって、本実施の形態においても、図１（イ）（ロ）の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図６は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図１（イ）に示したと同様に、耐圧容器２と、該耐圧容器２内に設けて液体Ｎａ４と液体Ｇａ５を収容（貯留）するための反応容器３と、該耐圧容器２内の反応容器３を加熱するためのヒータ等の加熱手段（図示せず）を備えた構成としてある窒化ガリウム結晶製造装置１における耐圧容器２の側壁の上部位置を貫通させて、水平方向に延びるガリウム供給管６を取り付けて、該ガリウム供給管６における上記耐圧容器２の内側に挿入した先端部の供給口６ｄを、上記反応容器３の直上位置に配置させる。

更に、上記耐圧容器２における上記ガリウム供給管６を取り付けた側壁と対向する側壁の上部位置に、水平方向に延びるシールド用ガス供給管８を取り付けて、該シールド用ガス供給管８における上記耐圧容器２の内側に挿入した先端部のシールド用ガス噴出口１３を、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄに臨むように配置させ、該シールド用ガス供給管８における耐圧容器２の外部の基端側に接続した図示しないシールド用ガス供給部より常時供給されるシールド用ガスとしての窒素ガス７を、上記シールド用ガス供給管８のシールド用ガス噴出口１３より、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄに向けて噴出させることができるようにした構成とする。

なお、図示してないが、上記ガリウム供給管６の上記耐圧容器２の外部の基端側には、図示しないガリウム供給部より液体Ｇａ５を供給できるようにしてあるものとする。

その他、図１（イ）（ロ）に示したものと同一のものには同一符号が付してある。

以上の構成としてある本実施の形態のガリウム供給管閉塞防止装置によれば、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄから反応容器３内への液体Ｇａ５の滴下供給を行う状態、又は、滴下供給を停止した状態のいずれの場合であっても、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄを、上記シールド用ガス供給管８のシールド用ガス噴出口１３より常時噴出させるシールド用ガスとしての窒素ガス７により、常に覆うことができるようになる。

よって、本実施の形態においても、図１（イ）（ロ）の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

又、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄに対して対向配置してあるシールド用ガス供給管８のシールド用ガス噴出口１３より噴出させる窒素ガス７の流れ方向を、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄより液体Ｇａ５の液滴が滴下される方向に対して、横切る方向（剪断方向）とすることができるため、上記ガリウム供給管６の供給口６ｄより反応容器３へ向けて滴下供給させる液体Ｇａ５の液切れ性を向上させる効果が期待できる。

更には、上記ガリウム供給管６及びシールド用ガス供給管８を共に単純な管構造とすることができるため、該ガリウム供給管６及びシールド用ガス供給管８の製造に要する手間及びコストを抑える効果も期待できる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、ガリウム供給管６は、窒化ガリウム結晶製造装置１における耐圧容器２の内側に設けてある反応容器３内へ液体Ｇａ５を滴下供給できるようにしてあれば、該ガリウム供給管６の配置は適宜変更してもよく、又、供給口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの位置や寸法や形状は、図示した以外のいかなる形式としてもよい。

シールド用ガス供給管８は、ガリウム供給管６の供給口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを耐圧容器２内に存在するナトリウムの蒸気から遮断することができるように、上記ガリウム供給管６の供給口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの周りへ向けて窒素ガス７等のシールド用ガスを常時供給して、該シールド用ガスにより上記ガリウム供給管６の供給口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを常に覆うことができるようにしてあれば、シールド用ガス供給管８は、ガリウム供給管６と二重管構造を形成させるように一体化するか、あるいは、ガリウム供給管６と別体とした構成のいずれを採用してもよく、又、ガリウム供給管６の配置や、その供給口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの位置や寸法や形状に応じて、シールド用ガス供給管８の配置や形状を、図示した以外の形式としてもよい。

上記ガリウム供給管６の供給口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを覆うためのシールド用ガスとして、窒素ガス７を用いる場合について示したが、窒化ガリウム結晶の生成条件の下で、上記液体Ｇａ５、フラックスとして用いる液体Ｎａ４、窒素ガス７との反応性、及び、窒化ガリウムとの反応性がない気体であれば、水素又は第１８族元素（不活性ガス）等、窒素ガス７以外のシールド用ガスを用いるようにしてもよい。このように、シールド用ガスとして窒素ガス７以外のガスを用いる場合は、耐圧容器２に、窒化ガリウムの生成反応を進行させる際の窒素源として用いる窒素ガスを供給するための窒素ガス供給ラインを、別途接続した構成とすればよい。

図１（イ）、図５（イ）、図６に示した窒化ガリウム結晶製造装置の耐圧容器２や、反応容器３等の各構成機器のサイズの比や、形状は、図示するための便宜上のものであって、実際の装置における各構成機器のサイズや形状を限定するものではない。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 窒化ガリウム結晶製造装置
２ 耐圧容器
３ 反応容器
４ 液体Ｎａ（ナトリウムのフラックス）
５ 液体Ｇａ（ガリウムの融液）
６ ガリウム供給管
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 供給口
７ 窒素ガス（シールド用ガス）
８ シールド用ガス供給管
１０ シールド用ガス流れ変向部
１１ 邪魔板

Claims (11)

1. 耐圧容器内に設けた反応容器にナトリウムのフラックスとガリウムの融液を収容し、上記耐圧容器内に窒素ガスを存在させた状態で、該耐圧容器内にて上記反応容器内のナトリウムのフラックスとガリウムの融液を加圧及び加熱して窒化ガリウムの結晶を製造し、更に、上記反応容器内のガリウムの融液の消費量に応じて、上記耐圧容器壁を貫通させて該耐圧容器内へ挿入したガリウム供給管の先端の供給口より、上記反応容器へガリウムの融液を滴下供給できるようにしてある窒化ガリウム結晶製造装置における上記耐圧容器に、シールド用ガス供給管を耐圧容器壁を貫通させて、該耐圧容器の内側に挿入したシールド用ガス供給管を通して導くシールド用ガスを、上記ガリウム供給管の供給口の周りへ常時供給するようにすることを特徴とする窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法。
2. シールド用ガス供給管を通して導いてガリウム供給管の供給口の周りへ常時供給するシールド用ガスとして、窒化ガリウムの結晶を製造する際に耐圧容器内に存在させるための窒素ガスを用いるようにする請求項１記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法。
3. シールド用ガスを、ガリウム供給管の外周に二重管構造となるように備えたシールド用ガス供給管を通して上記ガリウム供給管の供給口の周りへ噴出させるようにする請求項１又は２記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法。
4. ガリウム供給管の外周に二重管構造となるように備えたシールド用ガス供給管を通して導くシールド用ガスを、屈曲させて上記ガリウム供給管側の供給口側へ噴出させるようにする請求項３記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法。
5. シールド用ガスを、シールド用ガス供給管より、ガリウム供給管の供給口からガリウムの融液が滴下される方向を横切る方向に噴出させるようにする請求項１、２又は３記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止方法。
6. 耐圧容器内に設けた反応容器にナトリウムのフラックスとガリウムの融液を収容し、上記耐圧容器内に窒素ガスを存在させた状態で、該耐圧容器内にて上記反応容器内のナトリウムのフラックスとガリウムの融液を加圧及び加熱して窒化ガリウムの結晶を製造し、更に、上記反応容器内のガリウムの融液の消費量に応じて、上記耐圧容器に貫通させて設けたガリウム供給管の反応容器内側の先端の供給口より上記反応容器へガリウムの融液を滴下供給できるようにしてある窒化ガリウム結晶製造装置における上記耐圧容器に、シールド用ガス供給管を耐圧容器壁を貫通させて設けて、該シールド用ガス供給管を通して耐圧容器内へ導くシールド用ガスを、上記ガリウム供給管の供給口に向けて常時供給できるようにした構成を有することを特徴とする窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置。
7. シールド用ガス供給管を、ガリウム供給管の外周に二重管構造となるように設けると共に、該二重管構造としてあるシールド用ガス供給管及びガリウム供給管を、耐圧容器に、耐圧容器壁を一緒に貫通させて設けるようにした請求項６記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置。
8. シールド用ガス供給管の耐圧容器内側の先端部を、ガリウム供給管の供給口よりも先端側へ突出させるようにした請求項７記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置。
9. シールド用ガス供給管の耐圧容器内側の先端部に、ガリウム供給管の供給口よりも突出すると共に軸心側に屈曲する周壁を備えたシールド用ガス流れ変向部を設けるようにした請求項７記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置。
10. シールド用ガス供給管の耐圧容器内側の先端部に、シールド用ガスの流れ方向をガリウム供給管の供給口よりガリウムの融液が滴下される方向を横切る方向へ変向させるための邪魔板を備えるようにした請求項８記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置。
11. ガリウム供給管を、耐圧容器壁を貫通させて該耐圧容器内へ水平方向に挿入し、且つシールド用ガス供給管を、上記ガリウム供給管に対して対向配置するようにした請求項６記載の窒化ガリウム結晶製造装置のガリウム供給管閉塞防止装置。

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