JP5582028B2 - Crystal growth equipment - Google Patents

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本発明は、結晶成長装置に関するものである。   The present invention relates to a crystal growth apparatus.

次世代半導体材料として窒化ガリウム(GaN)が期待されている。GaNの製法の一つとしては、数MPaの高圧窒素雰囲気中、800℃〜900℃のNa/Ga融液に種基板を浸漬させ、その種基板上にGaN結晶を成長させる結晶成長法(いわゆるフラックス法)が知られている。   Gallium nitride (GaN) is expected as a next-generation semiconductor material. One of the methods for producing GaN is a crystal growth method (so-called so-called so-called crystal growth method in which a seed substrate is immersed in a Na / Ga melt at 800 ° C. to 900 ° C. in a high-pressure nitrogen atmosphere of several MPa and a GaN crystal is grown on the seed substrate. Flux method) is known.

GaN結晶の製造に用いるGaN結晶成長装置は、加熱加圧雰囲気下で窒素ガス(N )と、ガリウム(Ga)の融液(液体Ga)及びフラックスとなるナトリム(Na)の融液からなる融液と、を反応させて融液に浸漬された種基板上にGaN結晶を成長させる反応容器と、反応容器内へ窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管と、を備えて構成されている(例えば、特許文献1参照)。 GaN crystal growth apparatus used for manufacturing a GaN crystal, the melt of the nitrogen gas under heated and pressurized atmosphere (N 2), gallium (Ga) of the melt becomes (liquid Ga) and flux sodium U beam (Na) And a reaction vessel for growing a GaN crystal on a seed substrate immersed in the melt by reacting with the melt comprising, and a nitrogen gas supply pipe for supplying nitrogen gas into the reaction vessel (For example, refer to Patent Document 1).

GaN結晶成長装置を用いてGaN結晶を製造する場合は、反応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ガリウムと窒素ガスを反応させてGaN結晶を成長させている。反応容器内の液体Gaは窒素ガスとの反応によって消費される。   When a GaN crystal is manufactured using a GaN crystal growth apparatus, GaN crystal is grown by reacting gallium and nitrogen gas in a state where nitrogen gas is supplied from a nitrogen gas supply pipe into the reaction vessel. The liquid Ga in the reaction vessel is consumed by reaction with nitrogen gas.

ところで、GaNを大きく成長させるためには、GaNの結晶成長を長時間に亘って行わせる必要がある。例えば、GaN結晶の成長期間中、液体Gaと液体Naの割合を維持することが重要となる。このため、GaN結晶の成長とともに消費される液体Gaを、GaN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逐次反応容器内に供給し続ける技術が求められている。そこで、反応容器内へGaを逐次供給するためのGa供給配管を設けてなる構成が提案されている。   By the way, in order to grow GaN greatly, it is necessary to perform crystal growth of GaN for a long time. For example, it is important to maintain the ratio of liquid Ga to liquid Na during the GaN crystal growth period. For this reason, there is a need for a technique for adjusting the liquid Ga consumed along with the growth of the GaN crystal to an amount corresponding to the consumption rate of the liquid Ga accompanying the growth of the GaN crystal and continuously supplying the liquid Ga into the reaction vessel. . Therefore, a configuration has been proposed in which a Ga supply pipe for sequentially supplying Ga into the reaction vessel is provided.

特開2008−266099号公報JP 2008-266099 A

しかしながら、Ga供給配管を設けると、反応容器内の窒素ガス及び窒素雰囲気中に浮遊するナトリウムガス(融液から蒸発したナトリウムガス)がGa供給配管内に流入する場合がある。窒素ガス及びナトリウムガスがGa供給配管に流入すると、Ga供給配管内に残ったGaがナトリウムガスを介して窒素と反応する。これにより、Ga供給配管内にGaN(雑晶)が形成され、Ga供給配管を閉塞させてしまうおそれがある。   However, when the Ga supply pipe is provided, the nitrogen gas in the reaction vessel and the sodium gas floating in the nitrogen atmosphere (sodium gas evaporated from the melt) may flow into the Ga supply pipe. When nitrogen gas and sodium gas flow into the Ga supply pipe, Ga remaining in the Ga supply pipe reacts with nitrogen through the sodium gas. Thereby, GaN (miscellaneous crystals) is formed in the Ga supply pipe, and the Ga supply pipe may be blocked.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、Ga供給配管内にGaN(雑晶)が形成されることを抑制し、Ga供給配管の閉塞を抑制することが可能な結晶成長装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses the formation of GaN (miscellaneous crystals) in the Ga supply pipe and can suppress the blockage of the Ga supply pipe. The purpose is to provide.

上記の課題を解決するために、本発明は、加熱加圧雰囲気下で第1原料と、第2原料及びフラックスからなる融液と、を反応させて前記融液に浸漬された種基板上に結晶を成長させる反応容器と、前記第1原料を前記反応容器に供給する第1供給配管と、前記第1供給配管に前記第1原料を供給する第1供給源と、前記第2原料を前記反応容器に供給する第2供給配管と、前記第2供給配管に前記第2原料を供給する第2供給源と、不活性ガスを前記反応容器に供給する第3供給配管と、前記第3供給配管に前記不活性ガスを供給する第3供給源と、を備え、前記第3供給源は、前記融液から蒸発した前記フラックスのガスが前記第2供給配管に流入しないよう前記第3供給配管を介して前記不活性ガスを前記反応容器に供給することを特徴とする結晶成長装置を採用する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a reaction between a first raw material and a melt composed of a second raw material and a flux in a heating and pressurizing atmosphere, on a seed substrate immersed in the melt. A reaction vessel for growing crystals, a first supply pipe for supplying the first raw material to the reaction vessel, a first supply source for supplying the first raw material to the first supply pipe, and the second raw material for the first raw material A second supply pipe for supplying the reaction container; a second supply source for supplying the second raw material to the second supply pipe; a third supply pipe for supplying an inert gas to the reaction container; and the third supply. A third supply source for supplying the inert gas to the pipe, and the third supply source prevents the flux gas evaporated from the melt from flowing into the second supply pipe. And supplying the inert gas to the reaction vessel via To adopt a crystal growth apparatus to be.

このような構成を採用することによって、本発明では、第3供給源によって、融液から蒸発したフラックスのガスが第2供給配管に流入しないよう、不活性ガスが第3供給配管に供給される。このため、特許文献1のように融液から蒸発したフラックスのガスが第2供給配管に流入することはない。したがって、第2供給配管内に雑晶が形成されることを抑制し、第2供給配管の閉塞を抑制することが可能な結晶成長装置を提供することができる。   By adopting such a configuration, in the present invention, the inert gas is supplied to the third supply pipe by the third supply source so that the flux gas evaporated from the melt does not flow into the second supply pipe. . For this reason, unlike the patent document 1, the flux gas evaporated from the melt does not flow into the second supply pipe. Therefore, it is possible to provide a crystal growth apparatus capable of suppressing the formation of miscellaneous crystals in the second supply pipe and suppressing the blockage of the second supply pipe.

また、本発明においては、前記第1供給配管と前記第3供給配管とが同じ配管からなり、かつ、前記第1供給源と前記第3供給源とが同じ供給源からなるという構成を採用する。 In the present invention, a configuration is adopted in which the first supply pipe and the third supply pipe are made of the same pipe, and the first supply source and the third supply source are made of the same supply source. .

また、本発明においては、前記第1原料及び前記不活性ガスとして窒素ガス、前記第2原料としてガリウム、前記フラックスとしてナトリウムを用いるという構成を採用する。   In the present invention, a configuration is adopted in which nitrogen gas is used as the first raw material and the inert gas, gallium is used as the second raw material, and sodium is used as the flux.

また、本発明においては、前記第2供給配管は、前記反応容器の上部に挿通し、かつ、前記反応容器に対して垂直な垂直供給路と、前記反応容器に向かう下り傾斜を有する傾斜供給路と、の少なくとも一方を有するという構成を採用する。   In the present invention, the second supply pipe is inserted into the upper part of the reaction vessel, and is a vertical supply passage perpendicular to the reaction vessel, and an inclined supply passage having a downward inclination toward the reaction vessel. And the structure which has at least one of these is employ | adopted.

また、本発明においては、前記第2供給配管は、先端部が先細りのテーパー形状となっているという構成を採用する。   In the present invention, the second supply pipe adopts a configuration in which a tip end portion has a tapered shape.

また、本発明においては、前記第2供給配管と前記第3供給配管とで一重となっており、前記第2供給源が前記第2供給配管を介して前記第2原料を前記反応容器に供給した後に、前記第3供給源が前記第3供給配管を介して前記不活性ガスを前記反応容器に供給するという構成を採用する。 In the present invention, the second supply pipe and the third supply pipe form a single pipe, and the second supply source supplies the second raw material to the reaction vessel via the second supply pipe. After the supply, a configuration is adopted in which the third supply source supplies the inert gas to the reaction vessel via the third supply pipe.

また、本発明においては、前記第2供給配管と前記第3供給配管とで二重となっており、前記第2供給配管が内側に配置され、前記第3供給配管が外側に配置されており、前記第2供給源が前記第2供給配管を介して前記第2原料を前記反応容器に供給する際に、前記第3供給源が前記第3供給配管を介して前記不活性ガスを前記反応容器に供給するという構成を採用する。 Further, in the present invention, the second supply pipe and the third supply pipe form a double pipe , the second supply pipe is arranged on the inside, and the third supply pipe is arranged on the outside. And when the second supply source supplies the second raw material to the reaction vessel via the second supply pipe, the third supply source supplies the inert gas via the third supply pipe. The structure of supplying to the reaction vessel is adopted.

また、本発明においては、前記第3供給配管は、先端部が先細りのテーパー形状となっているという構成を採用する。   In the present invention, the third supply pipe employs a configuration in which a tip end portion has a tapered shape.

本発明によれば、第3供給源によって、融液から蒸発したフラックスのガスが第2供給配管に流入しないよう、不活性ガスが第3供給配管に供給される。このため、特許文献1のように融液から蒸発したフラックスのガスが第2供給配管に流入することはない。
したがって、本発明では、第2供給配管内に雑晶が形成されることを抑制し、第2供給配管の閉塞を抑制することが可能な結晶成長装置が得られる。
According to the present invention, the inert gas is supplied to the third supply pipe so that the flux gas evaporated from the melt does not flow into the second supply pipe by the third supply source. For this reason, unlike the patent document 1, the flux gas evaporated from the melt does not flow into the second supply pipe.
Therefore, according to the present invention, a crystal growth apparatus that can suppress the formation of miscellaneous crystals in the second supply pipe and suppress the blockage of the second supply pipe is obtained.

本発明の第1実施形態における結晶成長装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the crystal growth apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における閉塞解除装置の概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the obstruction | occlusion releasing apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における第2供給配管及び第3供給配管を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd supply piping and 3rd supply piping in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における第2供給配管及び第3供給配管を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd supply piping and 3rd supply piping in 3rd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, an actual structure and a scale, a number, and the like in each structure are different.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態における結晶成長装置の概略構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、本実施形態の結晶成長装置として、窒化ガリウム製造装置を例示して説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a crystal growth apparatus in a first embodiment of the present invention. In the following description, a gallium nitride manufacturing apparatus will be described as an example of the crystal growth apparatus of this embodiment.

図1に示すように、窒化ガリウム製造装置1は、フラックス法により種基板11上にGaN結晶を成長させ製造するものである。窒化ガリウム製造装置1は、種基板11及び混合融液12を保持する反応容器10と、反応容器10の外側を囲う断熱容器20と、断熱容器20の外側を囲う圧力容器30と、混合融液12を攪拌する攪拌装置40と、圧力容器30の内部圧力を調整する不図示の圧力調整装置と、を備えている。なお、反応容器10、断熱容器20、圧力容器30の側部は、同心の円筒形状に形状されている。反応容器10、断熱容器20、圧力容器30は、同心の円筒形状の中心軸が鉛直方向となるように姿勢設定されている。   As shown in FIG. 1, a gallium nitride production apparatus 1 is for producing a GaN crystal on a seed substrate 11 by a flux method. The gallium nitride manufacturing apparatus 1 includes a reaction vessel 10 that holds a seed substrate 11 and a mixed melt 12, a heat insulating vessel 20 that surrounds the outside of the reaction vessel 10, a pressure vessel 30 that surrounds the outside of the heat insulating vessel 20, and a mixed melt. 12, and a pressure adjusting device (not shown) that adjusts the internal pressure of the pressure vessel 30. In addition, the side part of the reaction container 10, the heat insulation container 20, and the pressure vessel 30 is formed in the concentric cylindrical shape. The reaction vessel 10, the heat insulation vessel 20, and the pressure vessel 30 are set so that their concentric cylindrical central axes are in the vertical direction.

窒化ガリウム製造装置1は、第1原料を反応容器10に供給する第1供給配管と、第1供給配管に第1原料を供給する第1供給源と、第2原料を反応容器10に供給する第2供給配管と、第2供給配管に第2原料を供給する第2供給源と、不活性ガスを反応容器10に供給する第3供給配管と、第3供給配管に不活性ガスを供給する第3供給源と、を備えて構成されている。さらに、窒化ガリウム製造装置1は、第2供給配管の閉塞を解除する閉塞解除装置100を備えている。なお、「不活性ガス」とは、第1原料と第2原料との反応により種基板11上に結晶を成長させるのに不活性なガスをいう。   The gallium nitride manufacturing apparatus 1 supplies a first supply pipe for supplying the first raw material to the reaction container 10, a first supply source for supplying the first raw material to the first supply pipe, and a second raw material for the reaction container 10. A second supply pipe, a second supply source for supplying the second raw material to the second supply pipe, a third supply pipe for supplying the inert gas to the reaction vessel 10, and an inert gas for supplying the third supply pipe And a third supply source. Furthermore, the gallium nitride manufacturing apparatus 1 includes a clogging release device 100 that releases clogging of the second supply pipe. The “inert gas” refers to a gas that is inert to grow crystals on the seed substrate 11 by the reaction between the first material and the second material.

本実施形態では、第1供給配管と第3供給配管とが同じ配管からなり、かつ、第1供給源と第3供給源とが同じ供給源からなっている。これにより、第1供給配管と第3供給配管とが異なる配管からなり、かつ、第1供給源と第3供給源とが異なる供給源からなる場合に比べて、装置の簡素化及び小型化を図ることができる。 In the present embodiment, the first supply pipe and the third supply pipe are made of the same pipe, and the first supply source and the third supply source are made of the same supply source. Thereby, compared with the case where the first supply pipe and the third supply pipe are made of different pipes, and the first supply source and the third supply source are made of different supply sources, the apparatus can be simplified and miniaturized. Can be planned.

本実施形態では、第1原料及び不活性ガスとして窒素ガス(N)、第2原料としてガリウム(Ga)、フラックスとしてナトリウム(Na)を用いることとする。以下の説明では、第1供給配管及び第3供給配管として窒素ガス供給配管(N供給配管)61、第1供給源及び第3供給源として窒素ガス供給源(Nボンベ)60、第2供給配管として液体ガリウム供給配管(Ga供給配管)51、第2供給源として液体ガリウム供給源(Gaタンク)50を例示して説明する。 In the present embodiment, nitrogen gas (N 2 ) is used as the first raw material and inert gas, gallium (Ga) is used as the second raw material, and sodium (Na) is used as the flux. In the following description, a nitrogen gas supply pipe (N 2 supply pipe) 61 as a first supply pipe and a third supply pipe, a nitrogen gas supply source (N 2 cylinder) 60 as a first supply source and a third supply source, a second A liquid gallium supply pipe (Ga supply pipe) 51 is exemplified as the supply pipe, and a liquid gallium supply source (Ga tank) 50 is exemplified as the second supply source.

反応容器10は、内部にNa/Gaからなる混合融液12を保有する。反応容器10としては、例えばセラミックス製の坩堝からなる。これにより、反応容器10に不純物等の異物が混入することを防止することができる。反応容器10は、底部に種基板11を載置し、内部の混合融液12に浸漬させる構成となっている。反応容器10の内部圧力は、数MPa〜10MPaに設定されている。混合融液12の温度は、800℃〜900℃に設定されている。   The reaction vessel 10 has a mixed melt 12 made of Na / Ga inside. The reaction vessel 10 is made of, for example, a ceramic crucible. Thereby, it is possible to prevent foreign substances such as impurities from entering the reaction vessel 10. The reaction vessel 10 has a configuration in which a seed substrate 11 is placed on the bottom and immersed in the mixed melt 12 inside. The internal pressure of the reaction vessel 10 is set to several MPa to 10 MPa. The temperature of the mixed melt 12 is set to 800 ° C to 900 ° C.

断熱容器20の断熱材としては、例えばグラスウールなどの繊維系断熱材が用いられる。断熱容器20の内側には、反応容器10の側方及び下方を囲んで反応容器10を加熱するヒーター21が設けられている。   As the heat insulating material of the heat insulating container 20, for example, a fiber heat insulating material such as glass wool is used. A heater 21 that heats the reaction vessel 10 is provided inside the heat insulation vessel 20 so as to surround the side and bottom of the reaction vessel 10.

圧力容器30は、圧力状態が変化した場合であってもその圧力に耐えられるように略円筒形状に形状設定された真空容器からなる。圧力容器30には、内部の空気を真空排気する真空排気手段80が接続されている。真空排気手段80は、排気管81と、開閉弁82と、圧力調整弁83とを備えている。開閉弁82は、圧力容器30と圧力調整弁83との間を通る排気ガスの通路の開閉を行う。圧力調整弁83は、圧力容器30内部からの排気ガスの吐出圧を一定状態に調整したり減じたりする。   The pressure vessel 30 is composed of a vacuum vessel whose shape is set in a substantially cylindrical shape so that it can withstand the pressure even when the pressure state changes. The pressure vessel 30 is connected to an evacuation means 80 for evacuating the internal air. The vacuum exhaust means 80 includes an exhaust pipe 81, an on-off valve 82, and a pressure adjustment valve 83. The on-off valve 82 opens and closes an exhaust gas passage that passes between the pressure vessel 30 and the pressure regulating valve 83. The pressure adjustment valve 83 adjusts or reduces the discharge pressure of the exhaust gas from the pressure vessel 30 to a constant state.

攪拌装置40は、反応容器10に挿通して設けられた駆動軸41と、駆動軸41の一端に固定された攪拌体42と、駆動軸41を回転させる駆動部43とを備えている。駆動軸41は、一端部が反応容器10を挿通し、混合融液12中に至る構成となっている。駆動軸41は、一端部の先端に攪拌体42を備えている。攪拌体42は、略円板形状となっている。攪拌体42の径は、駆動軸41の径よりも大きくなっている。駆動部43は、圧力容器30の外部に固定して設けられている。駆動部43は、例えば内部にモーターやソレノイド等の駆動源を備えている。駆動部43により駆動軸41に固定された攪拌体42が回転し、反応容器10の内部の混合融液12を攪拌するようになっている。   The stirrer 40 includes a drive shaft 41 inserted through the reaction vessel 10, a stirrer 42 fixed to one end of the drive shaft 41, and a drive unit 43 that rotates the drive shaft 41. One end of the drive shaft 41 is inserted into the reaction vessel 10 and reaches the mixed melt 12. The drive shaft 41 includes a stirring body 42 at the tip of one end. The stirring body 42 has a substantially disk shape. The diameter of the stirring body 42 is larger than the diameter of the drive shaft 41. The drive unit 43 is fixedly provided outside the pressure vessel 30. The drive unit 43 includes a drive source such as a motor or a solenoid, for example. The stirrer 42 fixed to the drive shaft 41 is rotated by the drive unit 43 so that the mixed melt 12 inside the reaction vessel 10 is stirred.

Gaタンク50の内部には、液体Gaが収容されている。Gaタンク50の外側には、Gaタンク50の側方を囲んでGaタンク50を加熱するヒーター56が設けられている。ヒーター56の加熱温度は、例えば50℃〜70℃程度に設定されている。   Inside the Ga tank 50, liquid Ga is accommodated. A heater 56 is provided outside the Ga tank 50 to surround the Ga tank 50 and to heat the Ga tank 50. The heating temperature of the heater 56 is set to about 50 ° C. to 70 ° C., for example.

Ga供給配管51は、Gaタンク50と反応容器10の間に設けられている。具体的には、Ga供給配管51は、一端がGaタンク50の下部に接続されており、他端が反応容器10の上部に挿通されている。Ga供給配管51は、反応容器10に対して垂直な垂直供給路51Raと、反応容器10に向かう下り傾斜を有する傾斜供給路51Rbと、を有している。これにより、液体ガリウムを、Ga供給配管51内に滞留させることなく、反応容器10の内部に流すことができる。   The Ga supply pipe 51 is provided between the Ga tank 50 and the reaction vessel 10. Specifically, one end of the Ga supply pipe 51 is connected to the lower part of the Ga tank 50, and the other end is inserted into the upper part of the reaction vessel 10. The Ga supply pipe 51 has a vertical supply path 51Ra perpendicular to the reaction container 10 and an inclined supply path 51Rb having a downward inclination toward the reaction container 10. Thereby, liquid gallium can be flowed into the reaction vessel 10 without being retained in the Ga supply pipe 51.

Ga供給配管51は、反応容器10の内部に突出した先端部が先細りのテーパー形状となっている。これにより、Ga供給配管51に向かう混合融液12から蒸発したナトリウムガスは、Ga供給配管51の先端部のテーパー形状に沿って外向きに流れる。このため、混合融液12から蒸発したナトリウムガス(Naガス)がGa供給配管51内に流入することを抑制することができる。なお、Ga供給配管51は、不純物混入防止の観点から、例えばセラミックス系の材料で形成されている。   The Ga supply pipe 51 has a tapered shape with a tapered tip that protrudes into the reaction vessel 10. Thereby, the sodium gas evaporated from the mixed melt 12 toward the Ga supply pipe 51 flows outward along the tapered shape of the tip of the Ga supply pipe 51. For this reason, it is possible to suppress sodium gas (Na gas) evaporated from the mixed melt 12 from flowing into the Ga supply pipe 51. Note that the Ga supply pipe 51 is formed of, for example, a ceramic material from the viewpoint of preventing impurity contamination.

Ga供給配管51には、Gaタンク50から反応容器10に至るまでの経路において、複数の開閉弁52a,52b,52c、ポンプ53、圧力調整弁54、逆止弁55が設けられている。   The Ga supply pipe 51 is provided with a plurality of on-off valves 52 a, 52 b, 52 c, a pump 53, a pressure regulating valve 54, and a check valve 55 in the path from the Ga tank 50 to the reaction vessel 10.

開閉弁52aは、Gaタンク50とポンプ53との間を通る液体Gaの通路の開閉を行う。ポンプ53は、Gaタンク50から供給された液体Gaの圧力を高めたり減圧したりする。開閉弁52bは、ポンプ53と圧力調整弁54との間を通る液体Gaの通路の開閉を行う。圧力調整弁54は、ポンプ53からの液体Gaの吐出圧を一定状態に調整したり減じたりする。逆止弁55は、液体Gaの流れを常に一定に保ち、液体Gaの逆流を防止する。   The on-off valve 52 a opens and closes a liquid Ga passage that passes between the Ga tank 50 and the pump 53. The pump 53 increases or decreases the pressure of the liquid Ga supplied from the Ga tank 50. The on-off valve 52 b opens and closes the liquid Ga passage that passes between the pump 53 and the pressure adjustment valve 54. The pressure adjustment valve 54 adjusts or reduces the discharge pressure of the liquid Ga from the pump 53 to a constant state. The check valve 55 always keeps the flow of the liquid Ga constant and prevents the liquid Ga from flowing back.

このような構成により、反応容器10の内部でGaN結晶の成長とともに消費される液体Gaを、GaN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逐次反応容器10内に供給するようになっている。   With such a configuration, the liquid Ga consumed along with the growth of the GaN crystal inside the reaction vessel 10 is adjusted so as to have an amount corresponding to the consumption rate of the liquid Ga accompanying the growth of the GaN crystal. To supply.

Ga供給配管51の外側には、ヒーター57が設けられている。ヒーター57は、Ga供給配管51(Gaタンク50と圧力容器30との間の通路)、複数の開閉弁52a,52b,52c、ポンプ53、圧力調整弁54、逆止弁55を加熱する。ヒーター57の加熱温度は、例えば50℃〜70℃程度に設定されている。   A heater 57 is provided outside the Ga supply pipe 51. The heater 57 heats the Ga supply pipe 51 (the passage between the Ga tank 50 and the pressure vessel 30), the plurality of on-off valves 52a, 52b, and 52c, the pump 53, the pressure regulating valve 54, and the check valve 55. The heating temperature of the heater 57 is set to about 50 ° C. to 70 ° C., for example.

ボンベ60の内部には、窒素ガス(N)が収容されている。本実施形態では、Nボンベ60が3本設けられている。なお、Nボンベ60の設置数については3本に限らず、1本又は2本、4本以上等、必要に応じて適宜変更することができる。 Nitrogen gas (N 2 ) is accommodated in the N 2 cylinder 60. In the present embodiment, three N 2 cylinders 60 are provided. Note that the number of N 2 cylinders 60 is not limited to three, and may be changed as needed, such as one or two, four or more.

供給配管61は、Nボンベ60と逆止弁55との間に設けられている。具体的には、N供給配管61は、一端がNボンベ60の上部に接続されており、他端がGa供給配管51の傾斜供給路51Rbに接続されている。なお、N供給配管61は、不純物混入防止の観点から、例えばセラミックス系の材料で形成されている。 The N 2 supply pipe 61 is provided between the N 2 cylinder 60 and the check valve 55. Specifically, one end of the N 2 supply pipe 61 is connected to the upper part of the N 2 cylinder 60, and the other end is connected to the inclined supply path 51 Rb of the Ga supply pipe 51. Note that the N 2 supply pipe 61 is made of, for example, a ceramic material from the viewpoint of preventing impurity contamination.

供給配管61には、Nボンベ60から逆止弁55に至るまでの経路において、複数の開閉弁62a,62b,圧力調整弁63,64が設けられている。 The N 2 supply pipe 61 is provided with a plurality of on-off valves 62 a and 62 b and pressure adjusting valves 63 and 64 in the path from the N 2 cylinder 60 to the check valve 55.

開閉弁62aは、Nボンベ60と圧力調整弁63との間を通るNの通路の開閉を行う。圧力調整弁63は、Nボンベ60から供給されたNの圧力を高めたり減圧したりする。圧力調整弁64は、圧力調整弁63からのNの吐出圧を一定状態に調整したり減じたりする。圧力調整弁64は、例えば、Nの圧力を数MPa〜10MPaに設定し、Nの流量を数10sccm〜数100sccmに設定する。開閉弁62bは、圧力調整弁64と逆止弁55との間を通るNの通路の開閉を行う。なお、逆止弁55は、Nの流れを常に一定に保ち、Nの逆流を防止する。 The on-off valve 62 a opens and closes the N 2 passage that passes between the N 2 cylinder 60 and the pressure regulating valve 63. The pressure regulating valve 63 increases or decreases the pressure of N 2 supplied from the N 2 cylinder 60. The pressure adjusting valve 64 adjusts or reduces the discharge pressure of N 2 from the pressure adjusting valve 63 to a constant state. For example, the pressure regulating valve 64 sets the pressure of N 2 to several MPa to 10 MPa, and sets the flow rate of N 2 to several tens sccm to several hundred sccm. The on-off valve 62 b opens and closes the N 2 passage that passes between the pressure adjustment valve 64 and the check valve 55. Incidentally, the check valve 55 will always maintain a constant flow of N 2, to prevent backflow of N 2.

このような構成により、反応容器10の内部でGaN結晶の成長とともに消費されるNを、GaN結晶の成長に伴うNの消費速度に対応した量となるよう調整して逐次反応容器10内に供給するようになっている。 With such a configuration, N 2 consumed along with the growth of the GaN crystal inside the reaction vessel 10 is adjusted so as to be an amount corresponding to the consumption rate of N 2 accompanying the growth of the GaN crystal. To supply.

ボンベ60は、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管51に流入しないようN供給配管61を介してNを反応容器10に供給する。Nボンベ60によって供給されたNはN供給配管61を経由してGa供給配管51に供給される。Ga供給配管51に供給されたNは、傾斜供給路51Rb、垂直供給路51Raを経由して反応容器10の内部に流れる。 N 2 gas cylinder 60 supplies the N 2 in the reaction vessel 10 Na gas evaporated from the mixed melt 12 via the N 2 supply pipe 61 so as not to flow into the Ga supply pipe 51. N 2 supplied by N 2 gas cylinder 60 is supplied to the Ga supply pipe 51 via the N 2 supply pipe 61. N 2 supplied to the Ga supply pipe 51 flows into the reaction vessel 10 via the inclined supply path 51Rb and the vertical supply path 51Ra.

本実施形態では、Ga供給配管51とN供給配管61とで一重管となっている。言い換えると、Ga供給配管51の垂直供給路51Ra(及び傾斜供給路51Rbの一部)において、液体Gaの供給路とNの供給路とが同じになっている。Gaタンク50がGa供給配管51を介して液体Gaを反応容器10に供給した後に、Nボンベ60がN供給配管61を介してNを反応容器10に供給する。 In the present embodiment, the Ga supply pipe 51 and the N 2 supply pipe 61 form a single pipe. In other words, in the vertical supply path 51Ra (and a part of the inclined supply path 51Rb) of the Ga supply pipe 51, the liquid Ga supply path and the N 2 supply path are the same. After Ga tank 50 was fed a liquid Ga to the reaction vessel 10 via a Ga supply pipe 51 supplies the N 2 in the reaction vessel 10 N 2 gas cylinder 60 through the N 2 supply pipe 61.

これにより、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管51の垂直供給路51Raに流入することを抑制することができる。   Thereby, it is possible to suppress the Na gas evaporated from the mixed melt 12 from flowing into the vertical supply path 51Ra of the Ga supply pipe 51.

閉塞解除装置100は、閉塞解除配管71を介して、Ga供給配管51の垂直供給路51Raに接続されている。閉塞解除配管71には、開閉弁72が設けられている。開閉弁72は、閉塞解除装置100とGa供給配管51の垂直供給路51Raとの間を通る挿通部101(図2参照)の通路の開閉を行う。   The blockage releasing device 100 is connected to the vertical supply path 51Ra of the Ga supply pipe 51 via the blockage releasing pipe 71. An opening / closing valve 72 is provided in the closing release pipe 71. The on-off valve 72 opens and closes the passage of the insertion portion 101 (see FIG. 2) that passes between the closure release device 100 and the vertical supply path 51Ra of the Ga supply pipe 51.

図2は、本発明の第1実施形態における閉塞解除装置の概略構成を示す模式図である。閉塞解除装置100は、窒化ガリウム製造装置1においてGaN結晶を製造していないとき等のメンテナンス時に用いられる。閉塞解除装置100は、Ga供給配管51内にGaNの雑晶が形成された場合に、Ga供給配管51の閉塞を解除するものである。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the occlusion releasing device according to the first embodiment of the present invention. The clog release device 100 is used during maintenance such as when a GaN crystal is not manufactured in the gallium nitride manufacturing device 1. The clogging release device 100 releases the clogging of the Ga supply pipe 51 when GaN miscellaneous crystals are formed in the Ga supply pipe 51.

図2に示すように、閉塞解除装置100は、Ga供給配管51に挿通される挿通部101と、挿通部101をガイドするガイド部110と、ガイド部110を支持するフランジ部111と、支持部120と、挿通部101をガイド部110に沿って移動させる第1駆動部130と、挿通部101を回転させる第2駆動部140と、を備えている。   As shown in FIG. 2, the clogging release device 100 includes an insertion part 101 that is inserted into the Ga supply pipe 51, a guide part 110 that guides the insertion part 101, a flange part 111 that supports the guide part 110, and a support part. 120, a first drive unit 130 that moves the insertion unit 101 along the guide unit 110, and a second drive unit 140 that rotates the insertion unit 101.

挿通部101は、一端部(−Z軸方向側)が先鋭形状となっている。これにより、Ga供給配管51内にGaNの雑晶が形成された場合に、Ga供給配管51の閉塞を確実に解除することができる。なお、挿通部101は、他端部(+Z軸方向側)に例えば金属等の第1磁性体を備えている。   The insertion portion 101 has a sharp end at one end (−Z-axis direction side). Thereby, when the GaN miscellaneous crystal is formed in the Ga supply pipe 51, the blockage of the Ga supply pipe 51 can be reliably released. The insertion portion 101 includes a first magnetic body such as metal at the other end (+ Z-axis direction side).

ガイド部110は、フランジ部111上に設けられている。ガイド部110は、一方向(Z軸方向)に延在する中空円筒形状となっている。ガイド部110の内径は、挿通部101の他端部の外径よりも大きく設定されている。   The guide part 110 is provided on the flange part 111. The guide part 110 has a hollow cylindrical shape extending in one direction (Z-axis direction). The inner diameter of the guide part 110 is set larger than the outer diameter of the other end part of the insertion part 101.

フランジ部111は、円板形状となっている。フランジ部111の径は、ガイド部110の外径よりも大きく設定されている。フランジ部111は、閉塞解除装置100と閉塞解除配管71(図1参照)とを接続する接続部として機能する。   The flange portion 111 has a disk shape. The diameter of the flange portion 111 is set larger than the outer diameter of the guide portion 110. The flange portion 111 functions as a connection portion that connects the closure release device 100 and the closure release pipe 71 (see FIG. 1).

支持部120は、挿通部101の他端部を磁気力で支持する第2磁性体121と、第2駆動部140を支持するベース部122と、を備えている。第2磁性体121としては、例えば磁石を用いることができる。これにより、第2磁性体121と第1磁性体との間には互いに引き合う力が作用する。ベース部122には、ガイド部110と重なる位置に平面視円形の開口部123が形成されている。開口部123の径は、ガイド部110の外径よりも大きく設定されている。 The support part 120 includes a second magnetic body 121 that supports the other end of the insertion part 101 with a magnetic force, and a base part 122 that supports the second drive part 140. As the second magnetic body 121, for example, a magnet can be used. Thereby, the attractive force acts between the second magnetic body 121 and the first magnetic body. An opening 123 having a circular shape in plan view is formed in the base portion 122 at a position overlapping the guide portion 110. The diameter of the opening 123 is set larger than the outer diameter of the guide part 110.

第1駆動部130は、第1モーター131と、小口径の円形歯車(ピニオン)132と歯切りをした棒(ラック)133と、を備えている。第1駆動部130は、いわゆるラックアンドピニオン機構を有している。第1モーター131で発生した回転力はラックアンドピニオン機構により直線の動きに変換される。第1駆動部130は、挿通部101をガイド部110に沿って上下に移動させる。   The first drive unit 130 includes a first motor 131, a small-diameter circular gear (pinion) 132, and a toothed bar (rack) 133. The first drive unit 130 has a so-called rack and pinion mechanism. The rotational force generated by the first motor 131 is converted into a linear motion by the rack and pinion mechanism. The first drive unit 130 moves the insertion unit 101 up and down along the guide unit 110.

第2駆動部140は、第2モーター141と、第2モーター141で発生した回転力を第2磁性体121に伝達する伝達部142と、を備えている。第2駆動部140は、挿通部101をZ軸回りに回転させる。   The second drive unit 140 includes a second motor 141 and a transmission unit 142 that transmits the rotational force generated by the second motor 141 to the second magnetic body 121. The second drive unit 140 rotates the insertion unit 101 around the Z axis.

このような構成により、Ga供給配管51内に形成されたGaNの雑晶が取り除かれる。閉塞解除装置100によって取り除かれたGaNの雑晶(削り粉)は、反応容器10の内部に落とされたり別の容器に落とされたりする。反応容器10は、メンテナンス時に削り粉が残らないよう洗浄される。   With such a configuration, GaN miscellaneous crystals formed in the Ga supply pipe 51 are removed. The GaN miscellaneous crystals (shaving powder) removed by the clogging release device 100 are dropped into the reaction vessel 10 or dropped into another vessel. The reaction vessel 10 is washed so that no shavings remain during maintenance.

したがって、本実施形態では、Nボンベ60によって、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管51に流入しないよう、NがN供給配管61に供給される。このため、特許文献1のように融液から蒸発したNaガスがGa供給配管に流入することはない。したがって、Ga供給配管51内にGaNの雑晶が形成されることを抑制し、Ga供給配管51の閉塞を抑制することが可能な窒化ガリウム製造装置1を提供することができる。 Therefore, in this embodiment, N 2 is supplied to the N 2 supply pipe 61 so that the Na gas evaporated from the mixed melt 12 does not flow into the Ga supply pipe 51 by the N 2 cylinder 60. For this reason, Na gas evaporated from the melt as in Patent Document 1 does not flow into the Ga supply pipe. Therefore, it is possible to provide the gallium nitride manufacturing apparatus 1 capable of suppressing the formation of miscellaneous crystals of GaN in the Ga supply pipe 51 and suppressing the blockage of the Ga supply pipe 51.

また、本実施形態では、第1供給配管と第3供給配管とが同じ配管からなり、かつ、第1供給源と第3供給源とが同じ供給源からなっている。これにより、第1供給配管と第3供給配管とが異なる配管からなり、かつ、第1供給源と第3供給源とが異なる供給源からなる場合に比べて、装置の簡素化及び小型化を図ることができる。 In the present embodiment, the first supply pipe and the third supply pipe are the same pipe, and the first supply source and the third supply source are the same supply source. Thereby, compared with the case where the first supply pipe and the third supply pipe are made of different pipes, and the first supply source and the third supply source are made of different supply sources, the apparatus can be simplified and miniaturized. Can be planned.

また、本実施形態では、第1原料及び不活性ガスとして窒素ガス、第2原料としてガリウム、フラックスとしてナトリウムを用いている。これにより、第1原料と不活性ガスとが異なるガスからなる場合に比べて、使用する原料を削減することができ、GaN結晶の製造を低コストで行うことが可能となる。   In this embodiment, nitrogen gas is used as the first raw material and inert gas, gallium is used as the second raw material, and sodium is used as the flux. Thereby, compared to the case where the first raw material and the inert gas are made of different gases, the raw material to be used can be reduced, and the GaN crystal can be manufactured at a low cost.

また、本実施形態では、Ga供給配管51は、他端が反応容器10の上部に挿通されており、かつ、反応容器10に対して垂直な垂直供給路51Raと、反応容器10に向かう下り傾斜を有する傾斜供給路51Rbと、を有している。これにより、液体ガリウムを、Ga供給配管51内に滞留させることなく、反応容器10の内部に流すことができる。   Further, in the present embodiment, the other end of the Ga supply pipe 51 is inserted into the upper part of the reaction vessel 10 and is perpendicular to the reaction vessel 10 and is inclined downward toward the reaction vessel 10. And an inclined supply path 51Rb. Thereby, liquid gallium can be flowed into the reaction vessel 10 without being retained in the Ga supply pipe 51.

また、本実施形態では、Ga供給配管51の先端部が先細りのテーパー形状となっている。これにより、Ga供給配管51に向かう混合融液12から蒸発したナトリウムガスは、Ga供給配管51の先端部のテーパー形状に沿って外向きに流れる。このため、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管51内に流入することを抑制することができる。   Moreover, in this embodiment, the front-end | tip part of Ga supply piping 51 becomes a taper taper shape. Thereby, the sodium gas evaporated from the mixed melt 12 toward the Ga supply pipe 51 flows outward along the tapered shape of the tip of the Ga supply pipe 51. For this reason, it is possible to suppress the Na gas evaporated from the mixed melt 12 from flowing into the Ga supply pipe 51.

また、本実施形態では、Ga供給配管51とN供給配管61とで一重管となっており、Gaタンク50がGa供給配管51を介して液体Gaを反応容器10に供給した後に、Nボンベ60がN供給配管61を介してNを反応容器10に供給する。これにより、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管51の垂直供給路51Raに流入することを抑制することができる。 In the present embodiment, the Ga supply pipe 51 and the N 2 supply pipe 61 form a single pipe, and after the Ga tank 50 supplies liquid Ga to the reaction vessel 10 through the Ga supply pipe 51, N 2 The cylinder 60 supplies N 2 to the reaction vessel 10 through the N 2 supply pipe 61. Thereby, it is possible to suppress the Na gas evaporated from the mixed melt 12 from flowing into the vertical supply path 51Ra of the Ga supply pipe 51.

なお、本実施形態では、不活性ガスとして窒素ガスを用いる場合を例示して説明したがこれに限らない。例えば、不活性ガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガス、水素ガスを用いることもできる。この場合、窒化ガリウム製造装置は、第1供給配管と第3供給配管とが異なる配管からなり、かつ、第1供給源と第3供給源とが異なる供給源からなるように構成される。 In addition, although this embodiment illustrated and demonstrated the case where nitrogen gas was used as an inert gas, it is not restricted to this. For example, argon gas, helium gas, or hydrogen gas can be used as the inert gas. In this case, the gallium nitride manufacturing apparatus is configured such that the first supply pipe and the third supply pipe are different from each other, and the first supply source and the third supply source are different from each other.

また、本実施形態では、第2原料としてガリウムを用いる場合を例示して説明したがこれに限らない。例えば、アルミニウム、インジウム、タリウム等の13族金属を用いることもできる。   Moreover, although this embodiment illustrated and demonstrated the case where gallium was used as a 2nd raw material, it is not restricted to this. For example, a group 13 metal such as aluminum, indium, or thallium can be used.

また、本実施形態では、フラックスとしてナトリウムを用いる場合を例示して説明したがこれに限らない。例えば、フラックスとしてリチウムやカリウム等のアルカリ金属やマグネシウムやカルシウム等のアルカリ土類金属、及びそれらの混合物を用いることもできる。   Moreover, although this embodiment illustrated and demonstrated the case where sodium was used as a flux, it is not restricted to this. For example, alkali metals such as lithium and potassium, alkaline earth metals such as magnesium and calcium, and mixtures thereof can be used as the flux.

また、本実施形態では、Ga供給配管51が反応容器10の上部に挿通する垂直供給路51Raと、傾斜供給路51Rbと、を有する構成を例示して説明したがこれに限らない。例えば、Ga供給配管が反応容器の上部に挿通する垂直供給路を有する構成であってもよいし、反応容器の上部に挿通する傾斜供給路を有する構成であってもよい。すなわち、Ga供給配管は、反応容器の上部に挿通し、かつ、垂直供給路と、傾斜供給路と、の少なくとも一方を有していればよい。   In the present embodiment, the configuration in which the Ga supply pipe 51 includes the vertical supply path 51Ra through which the Ga supply pipe 51 is inserted into the upper portion of the reaction vessel 10 and the inclined supply path 51Rb is described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, the Ga supply pipe may be configured to have a vertical supply path that passes through the top of the reaction vessel, or may have a configuration that includes an inclined supply path that passes through the top of the reaction vessel. That is, the Ga supply pipe may be inserted into the upper part of the reaction vessel and have at least one of a vertical supply path and an inclined supply path.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る窒化ガリウム製造装置170の構成について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の第2実施形態における第2供給配管及び第3供給配管を示す模式図である。なお、図3においては、反応容器の内部に突出した第2供給配管及び第3供給配管以外の構成部品(図1参照)については、上述した窒化ガリウム製造装置1と同様であるため、便宜上、図示を省略している。図3に示すように、本実施形態の窒化ガリウム製造装置170は、第2供給配管と第3供給配管とで二重管となっている点で、上述の第1実施形態で説明した窒化ガリウム製造装置1と異なる。なお、以下の説明では、第2供給配管として液体ガリウム供給配管(Ga供給配管)171、第3供給配管として窒素ガス供給配管(N供給配管)172を例示して説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the gallium nitride manufacturing apparatus 170 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Drawing 3 is a mimetic diagram showing the 2nd supply piping and the 3rd supply piping in a 2nd embodiment of the present invention. In FIG. 3, the components (see FIG. 1) other than the second supply pipe and the third supply pipe projecting into the reaction vessel are the same as those of the above-described gallium nitride production apparatus 1. The illustration is omitted. As shown in FIG. 3, the gallium nitride manufacturing apparatus 170 of this embodiment is a gallium nitride described in the first embodiment in that the second supply pipe and the third supply pipe form a double pipe. Different from the manufacturing apparatus 1. In the following description, a liquid gallium supply pipe (Ga supply pipe) 171 is exemplified as the second supply pipe, and a nitrogen gas supply pipe (N 2 supply pipe) 172 is exemplified as the third supply pipe.

本実施形態の窒化ガリウム製造装置170は、Ga供給配管171とN供給配管172とで中心軸が同軸の二重管となっている。Ga供給配管171が内側に配置され、N供給配管172が外側に配置されている。Ga供給配管171の先端(−Z方向側)は、N供給配管172の先端(−Z方向側)よりも内側(+Z方向側)に配置されている。Gaタンク50(図1参照)がGa供給配管171を介して液体Gaを反応容器10(図1参照)に供給する際に、Nボンベ60(図1参照)がN供給配管172を介してNを反応容器10に供給する。 In the gallium nitride manufacturing apparatus 170 of this embodiment, a Ga supply pipe 171 and an N 2 supply pipe 172 form a double pipe having a coaxial central axis. Ga supply pipe 171 is arranged on the inner side, and N 2 supply pipe 172 is arranged on the outer side. The front end (−Z direction side) of the Ga supply pipe 171 is disposed on the inner side (+ Z direction side) than the front end (−Z direction side) of the N 2 supply pipe 172. When the Ga tank 50 (see FIG. 1) supplies the liquid Ga to the reaction vessel 10 (see FIG. 1) via the Ga supply pipe 171, the N 2 cylinder 60 (see FIG. 1) passes through the N 2 supply pipe 172. N 2 is supplied to the reaction vessel 10.

したがって、本実施形態では、Ga供給配管171で液体Gaを反応容器10に供給中であってもN供給配管172でNを常時反応容器10に流し続けることができる。このため、Gaタンク50がGa供給配管171を介して液体Gaを反応容器10に供給した後に、Nボンベ60がN供給配管172を介してNを反応容器10に供給する場合に比べて、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管171の内部に流入することを抑制することができる。したがって、Ga供給配管171内にGaNの雑晶が形成されることを抑制し、Ga供給配管171の閉塞を抑制することが可能な窒化ガリウム製造装置170を提供することができる。 Therefore, in this embodiment, even when the liquid Ga is being supplied to the reaction vessel 10 through the Ga supply pipe 171, N 2 can be continuously supplied to the reaction vessel 10 through the N 2 supply pipe 172. Therefore, after the Ga tank 50 was fed a liquid Ga to the reaction vessel 10 via a Ga supply pipe 171, as compared with the case where N 2 gas cylinder 60 supplies the N 2 in the reaction vessel 10 through the N 2 supply pipe 172 Thus, it is possible to suppress the Na gas evaporated from the mixed melt 12 from flowing into the Ga supply pipe 171. Therefore, it is possible to provide the gallium nitride manufacturing apparatus 170 capable of suppressing the formation of miscellaneous crystals of GaN in the Ga supply pipe 171 and suppressing the blockage of the Ga supply pipe 171.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る窒化ガリウム製造装置270の構成について、図4を用いて説明する。図4は、図3に対応した、本発明の第3実施形態における第2供給配管及び第3供給配管を示す模式図である。なお、図4においては、反応容器の内部に突出した第2供給配管及び第3供給配管以外の構成部品(図1参照)については、上述した窒化ガリウム製造装置1と同様であるため、便宜上、図示を省略している。図4に示すように、本実施形態の窒化ガリウム製造装置270は、第3供給配管の先端部が先細りのテーパー形状となっている点で、上述の第2実施形態で説明した窒化ガリウム製造装置170と異なる。なお、以下の説明では、第2供給配管として液体ガリウム供給配管(Ga供給配管)271、第3供給配管として窒素ガス供給配管(N供給配管)272を例示して説明する。
(Third embodiment)
Next, the configuration of the gallium nitride manufacturing apparatus 270 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the second supply pipe and the third supply pipe in the third embodiment of the present invention corresponding to FIG. In FIG. 4, the components (see FIG. 1) other than the second supply pipe and the third supply pipe projecting into the reaction vessel are the same as those in the gallium nitride production apparatus 1 described above, and for convenience, The illustration is omitted. As shown in FIG. 4, the gallium nitride manufacturing apparatus 270 of the present embodiment is the gallium nitride manufacturing apparatus described in the second embodiment described above in that the tip of the third supply pipe has a tapered shape. Different from 170 . In the following description, a liquid gallium supply pipe (Ga supply pipe) 271 is exemplified as the second supply pipe, and a nitrogen gas supply pipe (N 2 supply pipe) 272 is exemplified as the third supply pipe.

本実施形態の窒化ガリウム製造装置270は、Ga供給配管271とN供給配管272とで中心軸が同軸の二重管となっている。Ga供給配管271が内側に配置され、N供給配管272が外側に配置されている。Ga供給配管271の先端(−Z方向側)は、N供給配管272の先端(−Z方向側)よりも内側(+Z方向側)に配置されている。Gaタンク50(図1参照)がGa供給配管171を介して液体Gaを反応容器10(図1参照)に供給する際に、Nボンベ60(図1参照)がN供給配管172を介してNを反応容器10に供給する。 In the gallium nitride manufacturing apparatus 270 of this embodiment, a Ga supply pipe 271 and an N 2 supply pipe 272 form a double pipe whose central axis is coaxial. The Ga supply pipe 271 is arranged on the inner side, and the N 2 supply pipe 272 is arranged on the outer side. The front end (−Z direction side) of the Ga supply pipe 271 is disposed on the inner side (+ Z direction side) than the front end (−Z direction side) of the N 2 supply pipe 272. When the Ga tank 50 (see FIG. 1) supplies the liquid Ga to the reaction vessel 10 (see FIG. 1) via the Ga supply pipe 171, the N 2 cylinder 60 (see FIG. 1) passes through the N 2 supply pipe 172. N 2 is supplied to the reaction vessel 10.

供給配管272は、先端部が先細りのテーパー形状となっている。具体的には、N供給配管272の先端部の内部に、Ga供給配管271の長手方向に対して斜めの傾斜面273aを有する流路変換部273が設けられている。流路変換部273は、例えばねじ込み等によりN供給配管272の先端部に固定されている。流路変換部273は、N供給配管272に沿って−Z方向に直進して流れるNの進路を直進方向(−Z方向)から斜め方向(Z軸と交差する方向)に変換する。これにより、N供給配管272を通るNの流れは、内側のGa供給配管271の先端に向く流れとなる。 The N 2 supply pipe 272 has a tapered shape with a tapered tip. Specifically, a flow path conversion unit 273 having an inclined surface 273 a that is inclined with respect to the longitudinal direction of the Ga supply pipe 271 is provided inside the tip of the N 2 supply pipe 272. The flow path conversion unit 273 is fixed to the tip of the N 2 supply pipe 272 by, for example, screwing. Flow path converting unit 273 converts the path of N 2 flowing straight in the -Z direction along the N 2 supply line 272 from the straight direction (-Z direction) in the diagonal direction (direction crossing the Z-axis). Thereby, the flow of N 2 passing through the N 2 supply pipe 272 becomes a flow toward the tip of the inner Ga supply pipe 271.

したがって、本実施形態では、Ga供給配管271から流出する液体Gaの流れ方向とN供給配管272から流出するNの流れ方向とを交差させることができる。このため、流路変換部273を設けていない場合に比べて、混合融液12から蒸発したNaガスがGa供給配管271の内部に流入することを抑制することができる。したがって、Ga供給配管271内にGaNの雑晶が形成されることを抑制し、Ga供給配管271の閉塞を抑制することが可能な窒化ガリウム製造装置を提供することができる。 Accordingly, in this embodiment, it is possible to cross the flow direction of the N 2 to be discharged from the liquid Ga in the flow direction and N 2 supply pipe 272 flows out from the Ga supply pipe 271. For this reason, compared with the case where the flow-path conversion part 273 is not provided, it can suppress that Na gas evaporated from the mixed melt 12 flows in into the Ga supply piping 271. FIG. Therefore, it is possible to provide a gallium nitride manufacturing apparatus capable of suppressing the formation of miscellaneous crystals of GaN in the Ga supply pipe 271 and suppressing the blockage of the Ga supply pipe 271.

,170,270…窒化ガリウム製造装置(結晶成長装置)、10…反応容器、11…種基板、12…融液、50…Ga供給源(第2供給源)、51,171,271…Ga供給配管(第2供給配管)、51Ra…垂直供給路、51Rb…傾斜供給路、60…N供給源(第1供給源、第3供給源)、61,172,272…N供給配管(第1供給配管、第3供給配管) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,170,270 ... Gallium nitride manufacturing apparatus (crystal growth apparatus), 10 ... Reaction container, 11 ... Seed substrate, 12 ... Melt, 50 ... Ga supply source (2nd supply source), 51,171, 271 ... Ga supply pipe (second supply pipe), 51Ra ... vertical supply path, 51Rb ... inclined supply passage, 60 ... N 2 supply source (first source, a third source), 61,172,272 ... N 2 supply line ( 1st supply piping, 3rd supply piping)

Claims (4)

加熱加圧雰囲気下で窒素ガスと、ガリウム及びナトリウムからなる融液と、を反応させて前記融液に浸漬された種基板上に結晶を成長させる反応容器と、
前記窒素ガスを前記反応容器に供給する第1供給配管と、
前記第1供給配管に前記窒素ガスを供給する第1供給源と、
前記ガリウムを前記反応容器に供給する第2供給配管と、
前記第2供給配管に前記ガリウムを供給する第2供給源と、
不活性ガスを前記反応容器に供給する第3供給配管と、
前記第3供給配管の一端に前記不活性ガスを供給する第3供給源と、を備え、
前記第3供給配管の他端は、前記第2供給配管の途中部位に接続されており、
前記第2供給源が前記第2供給配管を介して前記ガリウムを前記反応容器に供給した後に、前記第3供給源が前記第3供給配管及び前記第2供給配管を介して前記不活性ガスを前記反応容器に供給することを特徴とする結晶成長装置。
A reaction vessel in which nitrogen gas and a melt composed of gallium and sodium are reacted in a heated and pressurized atmosphere to grow crystals on a seed substrate immersed in the melt;
A first supply pipe for supplying the nitrogen gas to the reaction vessel;
A first supply source for supplying the nitrogen gas to the first supply pipe;
A second supply pipe for supplying the gallium to the reaction vessel;
A second supply source for supplying the gallium to the second supply pipe;
A third supply pipe for supplying an inert gas to the reaction vessel;
A third supply source for supplying the inert gas to one end of the third supply pipe,
The other end of the third supply pipe is connected to an intermediate part of the second supply pipe,
After the second supply source supplies the gallium to the reaction vessel through the second supply pipe, the third supply source supplies the inert gas through the third supply pipe and the second supply pipe. A crystal growth apparatus, wherein the crystal growth apparatus is supplied to the reaction vessel .
前記第1供給配管と前記第3供給配管とが同じ配管からなり、かつ、前記第1供給源と前記第3供給源とが同じ供給源からなることを特徴とする請求項1に記載の結晶成長装置。   2. The crystal according to claim 1, wherein the first supply pipe and the third supply pipe are made of the same pipe, and the first supply source and the third supply source are made of the same supply source. Growth equipment. 前記第2供給配管は、前記反応容器の上部に挿通し、かつ、前記反応容器に対して垂直な垂直供給路と、前記反応容器に向かう下り傾斜を有する傾斜供給路と、の少なくとも一方を有する請求項1または2に記載の結晶成長装置。 The second supply pipe has at least one of a vertical supply path that passes through the upper part of the reaction container and is perpendicular to the reaction container, and an inclined supply path that has a downward inclination toward the reaction container. The crystal growth apparatus according to claim 1. 前記第2供給配管は、先端部が先細りのテーパー形状となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の結晶成長装置。 The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the second supply pipe has a tapered shape with a tapered tip .
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