JPS591696Y2 - 反応装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、気体との反応が顕著になる温度で溶融し、か
つ、反応生成物により溶融物の反応がさまたげられるガ
リウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（
ＡＩ）、カドミウム（ｃｄ）、あるいは亜鉛を溶融して
なる溶融金属に所定の元素を反応させて、両者の反応生
成物を合成するための反応装置に関するものである。

たとえば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として知られてい
るＧａＰを合成する場合、溶融したガリウムと燐あるい
は燐化合物（ＰＨ３など）を含有する気体とを加熱反応
させる方法が採られている。

ところで、この方法では、溶融したガリウムの表面に強
固なＧａＰの固体膜が生成し、ＧａＰの固体膜中での燐
の拡散速度が遅いことによってガリウムと燐との反応生
成物であるＧａＰの生成速度が遅い。

したがって、従来の合成方法には高い温度で長時間にわ
たり加熱処理を施す必要があること、また、高温ではＧ
ａＰが分解するため、高圧下での高温加熱処理が必要と
なす、シたがって高圧容器が必要とされることなどの条
件が課せられ、作業性ならびに装置コストの面で問題が
あった。

すなわち、従来のこの種の合成方法における問題はガリ
ウム、インジウム、アルミニウム、カドミウムあるいは
亜鉛と燐とは本来反応しやすく、７００℃の温度で反応
が認められるにもかかわらず、ガリウム等と燐の反応で
ガリウム等の表面に生成した強固で安定なＧａＰ膜によ
って、ガリウム等と燐との直接的な接触が断たれること
ならびにＧａＰ膜等に対する燐の拡散速度が遅いことに
よってもたらされていた。

したがって、ガリウム等と燐との反応を容易にするには
、ガリウム等の表面積を大きくすればよいのであるが、
周知のように、ガリウム等は３０℃の温度ですでに溶融
状態を呈するものであって、ガリウム等の固体粉末と燐
とを反応させることはできない。

すなわち、単純にガリウム粉末等を使用したときには、
反応の起る温度でガリウム等が大粒の溶融体になってし
まい、表面積を大きくする目的を遠戚することができな
い。

このような問題を有する化合物としては、ＧａＰの他に
、ＩｎＰ 、ＩｎＮあるいはＧａＮなどがある。

本考案は、以上説明してきたＧａ、Ｉｎ、ＡＩ 、Ｃｄ
、Ｚｎに関する問題点を排除することのできる反応装置
に関するもので、反応管と反応管内の温度を所定の温度
まで高める加熱装置と、前記反応管内へ気体との反応が
顕著となる温度で溶融し、かつ反応生成物により溶融物
の反応がさまだけられるガリウム等の金属を微粒状の溶
融金属にして分散させる装置と、分散された微粒状の溶
融金属と反応する気体もしくは反応する元素を含む気体
を導入する装置とを備えてなるもので、本考案の反応装
置によれば溶融物が気体内に分散している間に両者を反
応させ、両者の化合物生成がなされる。

以下に図面を参照して本考案の反応装置について説明す
る。

第１図は本考案にかかる反応装置の基本構造を示す図で
、溶融金属を微粒化するための微粒化装置１、反応管２
および加熱装置３とからなっており、この反応管２の内
部へ気体導入口４からたとえば燐を含む気体が導入され
るとともに、微粒化装置１の噴出口５から微粒状の溶融
ガリウムが噴出され、高温に加熱された燐含有気体とガ
リウムとの反応が反応管２の内部で行われる構成となっ
ている。

なお、６は気体排出口である。ところで、微粒化装置１
は金属を加熱溶融する部分と、溶融した金属を微粒状に
する部分とからなっており、ガリウムのように低温で溶
融する金属を微粒化する場合には、加熱溶融のための部
分を加熱装置３の熱を利用して保温する方法を採ること
ができ、特別の加熱手段を準備する必要はない。

また、溶融した金属を微粒状とする方法としては、溶融
した金属を細目より急速に噴出させる方法、溶融金属を
高圧気体で飛散させる方法あるいは溶融した金属に超音
波振動を与える方法があるが、細目より急速に噴出させ
る方法ならびにこの方法と高圧気体で飛散させる方法と
を併用した方法が一般に使用しやすい。

反応管２は気体、溶融した微粒状金属ならびに両者の反
応で生成される化合物と反応せず、かつ耐熱性に富む材
質によって形成することが大切である。

第２図は、本考案の反応装置の主要な構成要素である微
粒化装置の一例として、ガリウム用の装置を示す図であ
り、先端部に約Ｑ 、 ３ ｍｍ程度の径を有する小孔
７が複数個穿設されたアルミナ製の耐熱管８ならびにこ
の耐熱管の先端部に装着されたアルミナ製の分散板９と
からなる溶融ガリウム噴出体が連結管１０によって溶融
ガリウム１１を収納する容器１２へ繋がれ、さらに容器
１２の上方に形成された開孔１３より加圧気体に導入さ
れる構成となっている。

すなわち、開孔１３より導入した加圧気体によって、溶
融ガリウム１１の表面に圧力がかかり、この結果、溶融
ガリウムが耐熱管８へ導かれ、その先端に穿設した小孔
７から噴出される。

ところで、かかる微粒化装置では、溶融ガリウム噴出体
、特にその先端部分のみが反応管内に位置して加熱され
るため、この溶融ガリウム噴出体のみ耐熱性材料で形成
すればよく、他の部分は通常のガラス等によって形成し
て細管支障はない。

また、溶融金属の粒径をＱ、２ｍｍ以下とし、反応温度
を３ｍｍ／時間以上の反応速度を期待できる温度に設定
することによって良好な状態をうろことができる。

以上説明してきたところから明らかなように、本考案の
反応装置によれば、従来合成することが困難であったＧ
ａＰ等の化合物を容易にしかも大量に合成することがで
き、しかも、反応が気体中でなされるため反応管壁から
生じた不純物が合成化合物中へ混入する不都合をも排除
することができる。

なお、以上の説明ではガリウム用の微粒化装置を例示し
たが、本考案の反応装置はインジウム（融点約１５６℃
）、カドミウム（融点約３２１℃）、亜鉛（融点約４１
９℃）、アルミニウム（融点約６５９℃）の金属と気体
との反応にも使用されるものであって、これらの金属の
融点を考慮して微粒化装置１の構成、特に加熱手段なら
びに装置を構成する要素の材質を変更する必要のあるこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる反応装置の基本構造を示す図、
第２図は反応装置の構成要素の１つである溶融金属微粒
化装置の一例を示す図である。 １・・・・・・微粒化装置、２・・・・・・反応管、３
・・・・・・加熱装置、４・・・・・・気体導入口、５
・・・・・・噴出口、６・・・・・・気体排出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 反応管と、前記反応管の温度を所定の温度まで高める加
   熱装置と、気体との反応が顕著となる温度で溶融し、か
   つ反応生成物により溶融物の反応が阻止されるガリウム
   、インジウム、アルミニウム、カドミウムもしくは亜鉛
   を微粒状の溶融金属にして前記反応管内へ分散させる噴
   出口をもつ分散装置と、前記分散装置の噴出口から噴出
   され、前記反応管内に分散される微粒状の溶融金属と反
   応する気体もしくは反応する元素を含む気体を前記反応
   管内へ導入する気体導入装置とを備えてなることを特徴
   とする反応装置。