JPH07267615A - ホスフィンの精製方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホスフィン中に存在するリンのオキソ酸の除
去を行うことにより、優れたデバイス性能を示す化合物
半導体を得ることができるホスフィンの精製方法を提供
する。 【構成】 未精製ホスフィンを、多孔質剤を活性化処理
してなる精製剤と接触せしめ不純物を除去して精製す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、化合物半導体などの
製造原料などとして用いられるホスフィン（ＰＨ₃）の
精製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インジウム・リンやアルミニウム・インジ
ウム・リンなどの化合物半導体の製造に用いられるホス
フィンは、極めて高純度であることが必要である。とこ
ろが、ホスフィンは酸素と接触すると一種の連鎖反応を
起こし、次リン酸、亜リン酸およびオルトリン酸など種
々のリンのオキソ酸を生成する。

【０００３】ホスフィンの充填工程においては、充填ラ
イン内に微量に残留した空気（酸素）とホスフィンが反
応し、リンのオキソ酸が生成されてホスフィン中に不純
物として存在する。このため、このようなリンのオキソ
酸不純物を含むホスフィンを用いてインジウム・リンや
アルミニウム・インジウム・リンなどの化合物半導体、特
に半導体レーザなどの光半導体を製造する場合、十分な
デバイス性能が得られない問題があり、その解決が望ま
れていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、ホスフィン中に存在するリンのオキソ酸の除去
を行うことにより、優れたデバイス性能を示すインジウ
ム・リンやアルミニウム・インジウム・リンなどの化合物
半導体を得ることができるホスフィンの精製方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる課題解決のため種
々実験を試みた結果、低温に保持したゼオライトやポー
ラスポリマー樹脂などの多孔質精製剤の充填された精製
器に、未精製ホスフィンを流通させることにより、この
未精製ホスフィン中に存在する次リン酸、亜リン酸、お
よびオルトリン酸などの種々のリンのオキソ酸が除去さ
れるので、こうして得られた精製ホスフィンを用いれば
優れたデバイス性能を有する化合物半導体を製造し得る
ことがわかった。すなわち、本発明にかかるホスフィン
の精製方法は、多孔質剤を活性化処理してなる精製剤を
用いて未精製ホスフィンを精製することを特徴としてい
る。

【０００６】以下、本発明を詳しく説明する。この発明
では、ゼオライトやポーラスポリマー樹脂などの多孔質
剤を活性化処理したものを精製剤として用いる。具体的
なものとしては、例えばゼオライトでは「モレキュラー
シーブス３Ａ」、「モレキュラーシーブス４Ａ」、「モ
レキュラーシーブス５Ａ」、「モレキュラーシーブス１
３Ｘ」などが挙げられ、ポーラスポリマーでは「ポラパ
ックＱ」、「ポラパックＮ」などを使用することができ
る。

【０００７】活性化処理は、上記の精製剤を１５０℃か
ら３００℃程度、好ましくは２００℃程度に加熱し、ア
ルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスを流通させる
方法や、１５０℃から３００℃程度、好ましくは２００
℃程度に加熱されたアルゴン、窒素、ヘリウムなどの不
活性ガスと接触させる方法などがある。活性化温度は上
記精製剤の仕様温度の範囲であれば高い方が好ましい。
精製を行う際の温度は、ホスフィンの液化温度より高く
室温より低い温度、つまり−８５℃から２５℃の範囲内
であれば何度でもよいが、ホスフィンの液化による精製
器内の残留防止などを考慮すると０℃前後が好ましい。

【０００８】具体的な精製方法としては、活性化処理し
た精製剤をカラムなどに充填してなる精製器を０℃程度
に降温し、精製器の一方から未精製のホスフィンを他方
に流す方法や、精製剤を充填したカラムにあらかじめ加
熱された不活性ガスを流して精製剤を活性化した後、精
製器を０℃程度に降温し、精製器の一方から未精製のホ
スフィンを他方に流す方法などが簡便であるが、要は精
製剤と未精製ホスフィンとが接触すれば良く、これら以
外の方法でももちろん採用可能である。

【０００９】

【作用】本発明によるホスフィンの精製方法は、活性化
処理した多孔質剤を精製剤とし、この精製剤を低温に
し、これに未精製ホスフィンを流して蒸気圧の差を利用
してホスフィンとリンのオキソ酸を分離し、リンのオキ
ソ酸のみを精製剤にトラップさせるものである。こうし
て得られた精製ホスフィンは、次リン酸、亜リン酸、オ
ルトリン酸などの種々のリンのオキソ酸が除去された、
高純度のホスフィンである。

【００１０】

【実施例】図１はこの発明の方法に用いられる精製器の
一例を示すもので、図中符号１はステンレス鋼などから
なるカラムである。このカラム１の両端にはそれぞれ流
入パイプ２と流出パイプ３とが取り付けられており、こ
れら２つのパイプ２、３の先端にはフランジ４、５が取
り付けられている。カラム１内には、粒状の精製剤Ａが
充填されており、カラム１内の両端側には精製剤Ａの流
出を防止するためのフィルタ６、７が設けられている。

【００１１】この精製器１１（精製手段）は、例えば図
２に示すような精製系（精製装置）によって使用に供さ
れる。精製器１１の流入パイプ２に三方切換弁１２を介
して未精製ホスフィンが充填されたボンベ１３（未精製
ホスフィン供給手段）が接続されている。また、三方切
換弁１２には管１４を経て加熱窒素ガス発生手段１５
（活性化ガス供給手段）が接続されている。また、精製
器１１は、活性化後０℃程度に温度降下させるために、
低温槽１６内に設置されている。また、精製器１１の流
出パイプ３は管１７を経て図示しない供給先に接続され
ている。

【００１２】まず、三方切換弁１２を操作し、加熱窒素
ガス発生手段１５から温度２００℃に加熱された窒素ガ
スを精製器１１に送り込み、カラム１内の精製剤Ａを活
性化する。加熱窒素ガスの流量は精製剤Ａの重量１ｇ当
たり２０〜５０ｍｌ程度で十分である。活性化処理が終
了したら、低温槽１６に水、氷、ドライアイス、低温液
化ガス等の一般の寒剤を入れて精製器１１を−８５〜２
５℃程度に温度降下させる。活性化処理および精製器１
１の温度降下が終了したら、三方切換弁１２を操作し、
ボンベ１３から未精製ホスフィンが精製器１１に流入す
るようにして精製を開始する。未精製ホスフィンの流量
は精製剤Ａの重量１０ｇ当たり１００〜２５０ｍｌ／分
程度が好ましい。

【００１３】かくして、精製器１１の流出パイプ３から
はリンのオキソ酸が除去された精製ホスフィンが得られ
供給先に送られる。以下に本発明の実験例を示す。

【００１４】（実験例）図２に示す精製系により未精製
ホスフィンを精製し、精製充填を行った。ステンレス鋼
製の精製器（容積１０００ｃｃ）にモレキュラーシーブ
ス４Ａ（粒径１０〜３０ メッシュ）を充填した。そし
て、充填したモレキュラーシーブス４Ａを２００℃に加
熱し、窒素ガスにより６時間活性化処理した。その後、
低温槽の温度を０℃に降下させた。サンプルガスとして
未精製ホスフィンを流量２０リットル／分で流し、精製充填
した。図３に精製充填したホスフィンのガスクロマトグ
ラフ質量分析計での分析結果を示す。図４に示す未精製
ホスフィンの分析結果と比較すると精製器によりリンの
オキソ酸を除去できていることが判明した。

【００１５】（比較実験例）図４に未精製ホスフィンの
ガスクロマトグラフ質量分析計での分析結果を示す。こ
の分析結果より、未精製ホスフィン中には少なくとも５
種類以上のリンのオキソ酸が混入していることが判明し
た。

【００１６】（参考実験例）図５にホスフィンと酸素を
反応させたときに生成されるリンのオキソ酸のガスクロ
マトグラフ質量分析計による分析結果を示す。一連の連
鎖反応によって生成する次リン酸、亜リン酸、およびオ
ルトリン酸などの種々のリンのオキソ酸のピークが見ら
れる。

【００１７】

【発明の効果】この発明によりホスフィン中のリンのオ
キソ酸の除去をすることで、高純度な精製ホスフィンを
得ることができる。この発明の精製方法で生成されたホ
スフィンを用いると、特性の優れた半導体レーザなどの
化合物半導体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法に用いられる精製器の一例を示す
部分断面図である。

【図２】図１に示された精製器を用いてホスフィンを精
製するための精製系の例を示す構成図である。

【図３】本発明の実験例の分析結果を示すグラフであ
る。

【図４】比較実験例の分析結果を示すグラフである。

【図５】参考実験例の分析結果を示すグラフである。

【符号の説明】

Ａ……精製剤、１……カラム、２……流入パイプ、３…
…流出パイプ、４、５……フランジ、６、７……フィル
タ、１１……精製器、１２……三方切換弁、１３……ボ
ンベ、１４……管、１５……加熱窒素ガス発生手段、１
６……低温槽、１７……管。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 未精製ホスフィンを、多孔質剤を活性化
   処理してなる精製剤と接触せしめ不純物を除去して精製
   することを特徴とするホスフィンの精製方法。
2. 【請求項２】 多孔質剤を１５０℃から３００℃の温度
   条件下でアルゴン、窒素、ヘリウムのうちの少なくとも
   １種の不活性ガスと接触させて活性化処理してなる精製
   剤に未精製ホスフィンを接触せしめ精製することを特徴
   とするホスフィンの精製方法。
3. 【請求項３】 不純物としてリンのオキソ酸を含む未精
   製ホスフィンを、多孔質剤を１５０℃から３００℃の温
   度条件下でアルゴン、窒素、ヘリウムのうちの少なくと
   も１種の不活性ガスと接触させて活性化処理してなる精
   製剤と接触せしめ該不純物を除去して精製することを特
   徴とするホスフィンの精製方法。
4. 【請求項４】 精製の際の温度が−８５℃と２５℃との
   間であることを特徴とする請求項１から３のうちいずれ
   か１項記載のホスフィンの精製方法。
5. 【請求項５】 上記多孔質剤がゼオライト又はポーラス
   ポリマー樹脂であることを特徴とする請求項１から４の
   うちいずれか１項記載のホスフィンの精製方法。
6. 【請求項６】 未精製ホスフィン供給手段と、槽内に配
   置した精製剤を充填した精製手段とを三方弁を介して接
   続すると共に、前記三方弁の残りの一端を活性化ガス供
   給手段に接続してなることを特徴とするホスフィンの精
   製装置。