JP5598454B2 - 有害物除去装置 - Google Patents

Description

本発明は化合物半導体薄膜形成装置から排出されるガス中のリン等の有害物を除去する有害物除去装置に関する。

従来、ＧａＡｓ単結晶基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させて発光層と電流拡散層とを形成した発光素子が知られている。ここでＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えばＡｌＧａＩｎＰの薄膜結晶を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ法）でＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させるには、化合物半導体薄膜形成装置（ＭＯＶＰＥ成長装置）内で加熱状態にあるＧａＡｓ基板に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属の蒸気とホスフィン（ＰＨ_３）のＶ族原料ガスとを含んだキャリアガスを供給し、これらの原料ガスを結晶基板上で熱分解反応させている。

ところで、このようなＭＯＶＰＥ法に用いられる装置から排出されるガスは、例えばリン系化合物などのような未分解の原料、反応生成物を含む。ここで、リンは排出ガス配管内で析出して配管の詰まりを起こすばかりでなく、リンが付着した排出ガス配管を大気に曝すと、リンが自然発火するという危険性もある。このため、従来から化合物半導体薄膜形成装置の排気ポンプの後段に、例えばリンを溜めるリントラップと呼ばれるような、有害物除去装置が設置されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

この従来の有害物除去装置は、図４に示すように、化合物半導体薄膜形成装置１１０から排出されるガスを導入し、その排出ガスを冷却水配管１０２、或いは冷却板（不図示）によって冷却することによって排出ガス中の有害物を析出させて捕獲し、捕獲後の排出ガスを除害筒１１１に排出するものである。

特開平６−２２４１３４号公報 特開２００６−２１８３７４号公報

しかし、従来のこのような有害物除去装置の場合、冷却水配管の表面全体に有害物が一様に析出すると、その後はガス冷却効率が急激に低下して、有害物除去装置内で有害物が析出せずにほとんどが除害筒に流れてしまい、除害筒の寿命及び有害物除去能力を低下させたり、配管が詰まって閉塞するなどといった問題が発生する。そのため、有害物除去装置の掃除を頻繁にしなければならず生産性が低下する原因となっている。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、有害物除去装置の有害物の析出量を増加して除去効率を向上でき、有害物除去装置の掃除の頻度を低減できる有害物除去装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、化合物半導体薄膜形成装置から排出されるガスを冷却室内に導入するガス導入口と、前記冷却室内に設けられ、前記導入口から導入される前記排出ガスを冷却する冷却水配管とを有し、前記冷却室内で前記排出ガスを冷却することで析出する有害物を除去可能な有害物除去装置であって、前記冷却水配管と接触した状態で該冷却水配管の周囲に配置された金属メッシュを有するものであることを特徴とする有害物除去装置が提供される。

このようなものであれば、冷却水配管と接触した金属メッシュが冷却されて冷却表面積が飛躍的に増加するので、有害物の析出量を増加でき、また、金属メッシュの表面に析出させることで有害物が粗な状態で表面に付着するので有害物が自然と落下するようになり、析出量をさらに増加できるものとなる。そのため、有害物の除去効率を向上でき、有害物除去装置の掃除の頻度を低減できるものとなる。

このとき、前記冷却室の下方に位置し、該冷却室から落下する有害物を貯める貯蔵室を有するものであることが好ましい。
このようなものであれば、落下した有害物によって目詰まりを起こしてガス閉塞が発生するのを抑制でき、掃除の頻度をより低減できるものとなる。

またこのとき、前記冷却室内に配置され、多孔板から成る円筒部材を有するものであることが好ましい。
このようなものであれば、ガス導入口から導入された排出ガスを有害物除去装置内でより長く滞留させることができ、有害物をより析出し易くすることができる。

またこのとき、前記有害物がリン系化合物であることが好ましい。
このような、特に化合物半導体の薄膜成長時に使用されるＰＨ_３に由来する有害なリンを除去するものであれば、化合物半導体の薄膜成長において本発明を特に有効に適応できる。

本発明では、化合物半導体薄膜形成装置から排出されるガス内の有害物を除去する有害物除去装置において、冷却水配管と接触した状態で該冷却水配管の周囲に配置された金属メッシュを有するので、冷却表面積を増加させて有害物の析出量を増加でき、また、有害物が粗な状態で表面に付着するので、有害物が自然と落下して析出量をさらに増加できるものとなり、有害物の除去効率を向上できるものとなる。これにより、有害物除去装置の掃除の頻度を低減できる。

本発明の有害物除去装置の接続図を示す概略図である。 本発明の有害物除去装置の一例を示す概略図である。 実施例、比較例の結果を示す図である。 従来の有害物除去装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、従来の有害物除去装置では有害物の析出可能量が少なく、一旦冷却水配管の表面（析出表面）全体に有害物が一様に析出してしまうとガス冷却効率が急激に低下し、それ以上有害物が析出しなくなってしまう。そのため、有害物除去装置の掃除を頻繁にしなければならず生産性が低下する原因となっている。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、有害物除去装置の冷却水配管の周りに、有害物の析出表面積を増加するための熱伝導性、すなわち冷却性の良い金属メッシュを巻くことによって、析出面積を大幅に増加し、また有害物を粗な状態で析出するので、析出量を飛躍的に増加できることに想到し、本発明を完成させた。

本発明の有害物除去装置１は、図１に示すように、化合物半導体薄膜形成装置１０と除害筒１１との間に配置される。化合物半導体薄膜形成装置１０は、例えば、ＡｌＧａＩｎＰの薄膜結晶を有機金属気相成長法でＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させる装置であり、化合物半導体薄膜形成装置１０内で加熱状態にあるＧａＡｓ基板に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属の蒸気とホスフィン（ＰＨ_３）のＶ族原料ガスとを含んだキャリアガスを供給し、これらの原料ガスを結晶基板上で熱分解反応させる。

この際、供給したキャリアガスが化合物半導体薄膜形成装置１０から排出ポンプ１２によって排出され、本発明の有害物除去装置１によって、排出ガス内の有害物を除去して除害筒１１に排出される。
図２は本発明の有害物除去装置の一例を示す概略図である。図２に示すように、有害物除去装置１は冷却室７を有し、この冷却室７には化合物半導体薄膜形成装置１０からの排出ガスを冷却室７内に導入するガス導入口３が設けられている。

また、冷却室７内には、螺旋状に巻かれた例えばＳＵＳから成る冷却水配管２が設けられている。この冷却水配管２内で冷却水が循環し、導入される排出ガスが冷却されるようになっている。
また、冷却水配管２の周囲には金属メッシュ５が配置されている。この金属メッシュ５は、その少なくとも一部が冷却水配管２に接触しており、冷却水配管２によって金属メッシュ５も冷却されるようになっている。この冷却された冷却水配管２及び金属メッシュ５の表面に排出ガス中の有害物が析出し、排出ガスから有害物が除去される。有害物が除去された後、排出ガスはガス排出口４から除害筒１１へと排出される。

このように、本発明の有害物除去装置では、冷却された析出表面積が飛躍的に大きくなり、冷却水配管の表面だけで有害物が析出していた従来の有害物除去装置と比べて、有害物の析出量が非常に多くなり、有害物の除去能力が飛躍的に向上する。また、有害物は粗い状態で金属メッシュの表面に付着するので有害物の一部が自然と落下するようになり、金属メッシュによるガスの冷却効率が低下しにくくなるので、有害物の析出量をさらに向上できる。

ここで金属メッシュ５は、金属製のメッシュ構造を有するものであれば特に限定されないが、例えば、金属細線をコイル状にしたものを巻回して絡めて塊状とした金属たわしなどを用いることができる。
また、図２に示すように、冷却室７の下方に貯蔵室８を設け、冷却室７から落下する有害物を貯めることができるように構成することが好ましい。このようにすれば、上記したような有害物の自然落下によって有害物除去効率が低下しにくい状態を保ちつつ、有害物を効率的に貯蔵室８に貯めることができ、排出ガスを系外に出すためのガス排出口４及び除害筒１１などが析出する有害物によって目詰まりを起こすのに要する時間を更に大幅に増加させることが可能となる。

ここで、冷却室や貯蔵室の高さや幅は特に限定されず、導入するガス流量、除去する有害物の量などに応じて適宜設定できる。
また、図２に示すように、多孔板から成る円筒部材６を冷却室内に配置することが好ましい。
このようにすれば、導入された排出ガスの流路を蛇行させて長くし、ガスの流速を遅くすることができる。これにより、排出ガスの有害物除去装置内での滞留時間を長くすることができるので、有害物の析出量をより増加することができる。

ここで、円筒部材は例えばＳＵＳ製とすることができるが、特にこれに限定されることはない。
或いは、円筒部材の代わりに仕切り板を設けて排出ガスの流路を長くするように構成しても良い。
また、本発明の有害物除去装置は、有害物としてリン系化合物を除去できるものであることが好ましい。このようなものであれば、特に原料ガスとしてＰＨ_３を用いる化合物半導体の薄膜成長において本発明を有効に適応できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図２に示すような本発明の有害物除去装置を図１に示すように化合物半導体薄膜形成装置の排気ポンプの後段に設置した。ここで、有害物除去装置として、ＳＵＳ製の冷却水配管に接触するように金属メッシュとしての金属たわしをその周囲に設け、冷却水配管の内側にＳＵＳ製の多孔板（パンチングボード）から成る円筒部材を設けたものを用いた。
そして、化合物半導体薄膜形成装置で厚さ２００μｍのｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上に、ＭＯＶＰＥ法により組成式ＡｌＧａＩｎＰにて表される化合物にて各々構成されたｎ型クラッド層（１．０μｍ）、活性層（０．６μｍ）、ｐ型クラッド層（１．０μｍ）をこの順序で積層し、その上面にｐ型ＧａＰ電流拡散層を成長させるエピタキシャル成長を行なった。

ここで使用するガスとしてはＡｌ源ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、Ｇａ源ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ｉｎ源ガスとしてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｐ源ガスとしてホスフィン（ＰＨ３）を使用した。また、ドーパントガスとしては、ｐ型ドーパントとしてはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ｎ型ドーパントとしてはモノシランを使用した。

上記のようなエピタキシャル成長を繰り返し行い、化合物半導体薄膜形成装置から排出されたガス内のＰＨ_３を本発明の有害物除去装置によって除去し、冷却効率を評価した。ここで冷却効率とは、リンが全く析出していない初期状態の有害物除去装置を用いたときの排出ガス流量に対するリンの析出量を１００％としたときの、排出ガス量に対するリンの析出量の比率を表す。

図３にＰＨ_３の積算量（総供給量）と冷却効率の結果を示す。図３に示すように、後述する比較例の結果と比べ、ＰＨ_３の積算量の増加に伴う冷却効率の低下が大幅に抑制され、積算量が３倍以上となった状態でもなお、７０％という十分な冷却効率を有していることが分かる。すなわち、比較例に比べ、析出量が大幅に増加していた。
このように、本発明の有害物除去装置は有害物の除去効率を向上できることが確認できた。

（比較例）
図４に示す本発明の金属メッシュを有さない従来の有害物除去装置を用いた以外、実施例と同様にエピタキシャル成長を繰り返し行い、実施例と同様に評価した。
その結果を図３に示す。図３に示すように、実施例の結果と比べ、ＰＨ_３の積算量の増加に伴って冷却効率が著しく低下しており、析出しなくなるまでの間の析出量も少なく、有害物除去装置の清掃をより短期間で行う必要があることが確認できた。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…有害物除去装置、 ２…冷却水配管、 ３…ガス導入口、 ４…ガス排出口、
５…金属メッシュ、 ６…円筒部材、 ７…冷却室、 ８…貯蔵室、
１０…化合物半導体薄膜形成装置、 １１…除害筒、 １２…排出ポンプ。

Claims (4)

1. 化合物半導体薄膜形成装置から排出されるガスを冷却室内に導入するガス導入口と、前記冷却室内に設けられ、前記導入口から導入される前記排出ガスを冷却する冷却水配管とを有し、前記冷却室内で前記排出ガスを冷却することで析出する有害物を除去可能な有害物除去装置であって、
   前記冷却水配管と接触した状態で該冷却水配管の周囲に配置され、金属細線を塊状にした金属メッシュを有するものであることを特徴とする有害物除去装置。
2. 前記冷却室の下方に位置し、該冷却室から落下する有害物を貯める貯蔵室を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の有害物除去装置。
3. 前記冷却室内に配置され、多孔板から成る円筒部材を有するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有害物除去装置。
4. 前記有害物がリン系化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の有害物除去装置。

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