TW202411166A - 高純度三氧化二鎵及其製造方法 - Google Patents
高純度三氧化二鎵及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW202411166A TW202411166A TW112124704A TW112124704A TW202411166A TW 202411166 A TW202411166 A TW 202411166A TW 112124704 A TW112124704 A TW 112124704A TW 112124704 A TW112124704 A TW 112124704A TW 202411166 A TW202411166 A TW 202411166A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- purity
- crucible
- gallium
- trioxide
- mass
- Prior art date
Links
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 54
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 26
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000200 discharge mass spectrometry Methods 0.000 claims abstract description 10
- -1 i.e. Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 68
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 47
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 19
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 136
- 238000001036 glow-discharge mass spectrometry Methods 0.000 description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 16
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 5
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101001121408 Homo sapiens L-amino-acid oxidase Proteins 0.000 description 2
- 102100026388 L-amino-acid oxidase Human genes 0.000 description 2
- 101100012902 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) FIG2 gene Proteins 0.000 description 2
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- JJBNCYLBHKHXAH-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Ga] Chemical group O.O.O.[Ga] JJBNCYLBHKHXAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021513 gallium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- OCVXZQOKBHXGRU-UHFFFAOYSA-N iodine(1+) Chemical compound [I+] OCVXZQOKBHXGRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
本發明之高純度三氧化二鎵包含三氧化二鎵及1種以上之除鎵及氧以外之元素即雜質元素，於輝光放電質譜分析中，上述雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，且作為上述雜質元素之一之矽之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下。
Description
本發明係關於一種高純度三氧化二鎵及其製造方法。
日本專利特開2011-153054號公報(專利文獻1)揭示有一種以高效率地製造氧化鎵單晶為目的而將作為上述氧化鎵單晶之原料之氧化鎵原料高密度化之技術。作為該氧化鎵原料，可例舉市售之氧化鎵或碳酸鎵等鎵之氧化物或鹽類、其等之水合物及其等之混合物等。下述非專利文獻1揭示有一種包含6.6質量ppm之矽(Si)之氧化鎵作為製造氧化鎵單晶之原料。下述非專利文獻2揭示有使用所謂之VB法(vertical Bridgman method，垂直型布里基曼法)製造包含1.0～10質量ppm之Si之氧化鎵單晶。下述非專利文獻3揭示有一種包含1.7質量ppm之矽(Si)之氧化鎵作為製造氧化鎵單晶之原料。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-153054號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]M. Saleh et al., Semiconductor Science and Technology, Volume 35, Issue 4, id.04LT01
[非專利文獻2]K. Hoshikawa et al., Journal of Crystal Growth, Volume 447, 1 August 2016, page 36-41
[非專利文獻3]倉又朗人等，日本結晶生長學會志，Vol.44, No.4(2017) 44-4-02
本發明之高純度三氧化二鎵包含三氧化二鎵及1種以上之除鎵及氧以外之元素即雜質元素，於輝光放電質譜分析中，上述雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，且作為上述雜質元素之一種之矽之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下。
本發明之高純度三氧化二鎵之製造方法包括如下步驟：準備熔融之金屬鎵；將上述熔融之金屬鎵填充至坩堝中；於上述坩堝內之上述熔融之金屬鎵上配置固體氧化硼；藉由加熱上述坩堝而獲得熔融之氧化硼；用上述熔融之氧化硼密封上述熔融之金屬鎵，將上述坩堝加熱至1200 K以上1600 K以下之溫度，並且向上述坩堝內吹入包含氧之氣體，藉此生成三氧化二鎵；及藉由用60℃以上之超純水洗淨上述坩堝內之包含上述氧化硼及上述三氧化二鎵之內容物，而獲得上述三氧化二鎵。
[本發明所欲解決之問題]
作為上述專利文獻1及非專利文獻1～3等中所揭示之氧化鎵單晶、尤其是作為三氧化二鎵單晶之原料之氧化鎵(以下，於本說明書中記為「三氧化二鎵或Ga
2O
3」)，先前廣泛使用藉由氫氧化鎵之熱分解而製造之濺鍍靶用之Ga
2O
3燒結體。然而，上述Ga
2O
3燒結體由於用於濺鍍靶，故而要求燒結性良好，即為微細粒。即，上述Ga
2O
3燒結體由於為微細粒，故而容易因雜質吸附、共沈澱於Ga
2O
3粒子表面等而被污染。例如，上述專利文獻1及非專利文獻1～3等中所揭示之Ga
2O
3中混入有大量之Si。根據本發明人等之研究，此種Ga
2O
3之純度之上限為99.999質量%。
近年來，關於Ga
2O
3，業界研究了其作為半導體材料之新用途，可能需要較先前更高純度之Ga
2O
3。另一方面，尚未獲得雜質元素之濃度極低、比如超過作為化合物半導體通常所要求之純度99.9999質量%之Ga
2O
3，因此其開發備受期待。
鑒於以上情況，本發明之目的在於提供一種雜質元素之濃度極低，因此純度較高之高純度三氧化二鎵及其製造方法。
[本發明之效果]
根據以上內容，能夠提供一種雜質元素之濃度極低，因此純度較高之高純度三氧化二鎵及其製造方法。
[實施方式之概要]
以下，對本發明之實施方式之內容進行說明。本發明人等為解決上述問題反覆進行銳意研究，從而完成了本發明。首先，本發明人等著眼於藉由在實質上無異物混入之環境下使高純度之金屬鎵(Ga)(以下，亦記為「高純度Ga」)與氧(O)反應來獲得高純度Ga
2O
3。具體而言，於製造砷化鎵(GaAs)單晶時用作原料之GaAs多晶體先前係使純度為99.9999質量%左右之高純度Ga與砷反應而製造，因此想到了使用該高純度Ga作為用以獲得高純度Ga
2O
3之原料。進而，亦想到了藉由用幾乎不與金屬Ga發生反應之氧化硼(B
2O
3)密封填充於容器內之高純度Ga來避免異物混入。藉此，本發明人發現可由高純度Ga製造超過99.9999質量%純度之高純度Ga
2O
3，從而達成了本發明。
繼而，列出本發明之實施態樣進行說明。
[1]本發明之一態樣之高純度三氧化二鎵包含三氧化二鎵及1種以上之除鎵及氧以外之元素即雜質元素，於輝光放電質譜分析中，上述雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，且作為上述雜質元素之一種之矽之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下。具備此種特徵之Ga
2O
3之雜質元素之濃度極低，因此可為高純度。
[2]於上述輝光放電質譜分析中，較佳為作為上述雜質元素之另一種之硼之濃度為0.01質量ppm以上0.5質量ppm以下，且鋰、鈉、鎂、鋁、磷、硫、鉀、鈣、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、銀、鎘、錫、鎢、鉛及鉍之濃度均未達0.01質量ppm。藉此，能夠提供以硼(B)為首之多種雜質元素之濃度極低、純度更高之Ga
2O
3。
[3]上述高純度三氧化二鎵之純度較佳為99.99995質量%以上。藉此，能夠提供更高純度之Ga
2O
3。
[4]上述高純度三氧化二鎵較佳為多晶體。藉此，能夠提供高純度之Ga
2O
3作為多晶體。
[5]於上述輝光放電質譜分析中，上述矽之濃度較佳為0.01質量ppm以上0.05質量ppm以下。藉此，能夠提供Si濃度極低之高純度Ga
2O
3。
[6]於上述輝光放電質譜分析中，作為上述雜質元素之另一種之硼之濃度較佳為0.01質量ppm以上0.2質量ppm以下。藉此，能夠提供B濃度極低之高純度Ga
2O
3。
[7]本發明之一態樣之高純度三氧化二鎵之製造方法包括如下步驟：準備熔融之金屬鎵；將上述熔融之金屬鎵填充至坩堝中；於上述坩堝內之上述熔融之金屬鎵上配置固體氧化硼；藉由加熱上述坩堝而獲得熔融之氧化硼；用上述熔融之氧化硼密封上述熔融之金屬鎵，將上述坩堝加熱至1200 K以上1600 K以下之溫度，並且向上述坩堝內吹入包含氧之氣體，藉此生成三氧化二鎵；及藉由用60℃以上之超純水洗淨上述坩堝內之包含上述氧化硼及上述三氧化二鎵之內容物，而獲得上述三氧化二鎵。藉由具備此種特徵之製造方法，能夠獲得雜質元素之濃度極低，因此純度較高之Ga
2O
3。
[8]上述高純度三氧化二鎵較佳為多晶體。藉此能夠獲得高純度之Ga
2O
3多晶體。
[9]於生成上述三氧化二鎵之步驟中，較佳為將上述坩堝加熱至1200 K以上1400 K以下之溫度。藉此，能夠獲得更高純度之Ga
2O
3。
[10]上述包含氧之氣體較佳為包含10質量%以上之氧及其餘部分之氮之混合氣體、或純氧。藉此，能夠高產率地獲得高純度之Ga
2O
3。
[11]上述金屬鎵之純度較佳為99.9999質量%以上。藉此，能夠高產率地獲得高純度之Ga
2O
3。
[12]上述氧化硼之純度較佳為99.999質量%以上。藉此，能夠高產率地獲得高純度之Ga
2O
3。
[實施方式之詳情]
以下，對本發明之一實施方式(以下，亦記為「本實施方式」)進一步詳細地進行說明，但本發明並不限定於其等。以下，有時參照圖式進行說明，於本說明書及圖式中對相同或對應之要素標註相同之符號，且對於其等不重複進行相同之說明。進而，於圖式中，為了便於理解各構成要素，適當調整比例尺來表示，圖式所示之各構成要素之比例尺與實際之構成要素之比例尺未必一致。
於本說明書中，「A～B」形式之記法係指範圍之上限下限(即A以上B以下)，於A未記載單位，而僅B記載單位之情形時，A之單位與B之單位相同。進而，於本說明書中，於用化學式表示化合物等之情形時，未特別限定原子比時，應包括先前公知之所有原子比，而不一定僅限於化學計量範圍內之原子比。
[高純度三氧化二鎵(Ga
2O
3)]
本實施方式之高純度三氧化二鎵(Ga
2O
3)具有如下之特徵。即，高純度Ga
2O
3包含Ga
2O
3及1種以上之除鎵(Ga)及氧(O)以外之元素即雜質元素。於輝光放電質譜分析(Glow Discharge Mass Spectrometry：GDMS)中，上述雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，且作為上述雜質元素之一種之矽(Si)之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下。尤其是上述高純度Ga
2O
3之純度較佳為99.99995質量%以上。上述高純度Ga
2O
3之純度更佳為99.99998質量%以上。具備此種特徵之高純度Ga
2O
3之雜質元素之濃度極低，因此可為高純度。高純度Ga
2O
3係以極高純度包含Ga
2O
3，但換言之，可稱為包含Ga
2O
3及1種以上之除Ga及O以外之元素即雜質元素之組合物。
＜多晶體＞
上述高純度Ga
2O
3較佳為多晶體。其原因在於，藉由使上述高純度Ga
2O
3為粗大粒子，能夠防止因比表面積增大所引起之污染。具體而言，上述高純度Ga
2O
3較佳為至少構成其多晶體之晶粒之平均粒徑為1 μm以上。進而，上述高純度Ga
2O
3亦可為單晶。於上述高純度Ga
2O
3之純度超過99.9999質量%之情形時，上述平均粒徑可未達1 μm。
於上述高純度Ga
2O
3為多晶體之情形時，構成上述多晶體之晶粒之平均粒徑可藉由使用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)直接進行測定。首先，根據例如下述之高純度Ga
2O
3之製造方法，獲得作為測定對象之高純度Ga
2O
3之粉末。繼而，將上述粉末直接貼附於導電性膠帶上，藉由SEM觀察上述導電性膠帶上之高純度Ga
2O
3之粒徑。於該情形時，測定條件可設為加速電壓5 kV、觀察倍率1萬倍。可測定存在於上述導電性膠帶上之至少100個Ga
2O
3之粒徑，並求出其平均值作為構成上述多晶體之晶粒之平均粒徑。
＜除鎵(Ga)及氧(O)以外之元素即雜質元素之濃度＞
上述高純度Ga
2O
3如上所述包含Ga
2O
3及1種以上之除鎵(Ga)及氧(O)以外之元素即雜質元素。關於上述高純度Ga
2O
3，於GDMS中，除Ga及O以外之元素即雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，且作為上述雜質元素之一種之Si之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下。於在上述高純度Ga
2O
3中除Ga及O以外之元素即雜質元素之總濃度超過1質量ppm之情形、或者上述Si之濃度超過0.1質量ppm之情形時，上述高純度Ga
2O
3難以獲得本發明意欲實現之所需之高純度。
上述高純度Ga
2O
3較佳為進而具有以下之特徵。即，於GDMS中，Si之濃度較佳為0.01質量ppm以上0.05質量ppm以下。於上述GDMS中，作為上述雜質元素之另一種之硼(B)之濃度為0.01質量ppm以上0.5質量ppm以下，且鋰(Li)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鋁(Al)、磷(P)、硫(S)、鉀(K)、鈣(Ca)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鈮(Nb)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鎘(Cd)、錫(Sn)、鎢(W)、鉛(Pb)及鉍(Bi)之濃度較佳為均未達0.01質量ppm。尤其是於上述GDMS中，B之濃度較佳為0.01質量ppm以上0.2質量ppm以下。藉此，高純度Ga
2O
3之以Si及B為首之多種雜質元素之濃度均極低，因此可為更高純度。
其中，於上述高純度Ga
2O
3中，除Ga及O以外之元素即上述各種雜質元素之濃度未達0.01質量ppm係指於上述GDMS中未達檢測下限。換言之，上述高純度Ga
2O
3之較佳態樣係指於上述GDMS中未檢測出Li、Na、Mg、Al、P、S、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、W、Pb及Bi。於上述高純度Ga
2O
3中，進而較佳為於上述GDMS中銫(Cs)、鋇(Ba)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Yb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鉿(Hf)、金(Au)、汞(Hg)、釷(Th)、鈾(U)、鈹(Be)、鈧(Sc)、鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鍺(Ge)、砷(As)、硒(Se)、鍶(Sr)、釔(Y)、鋯(Zr)、銻(Sb)、碘(I)及碲(Te)之各種雜質元素亦未達檢測下限。
＜輝光放電質譜分析(GDMS)＞
以下，對使用輝光放電質譜分析(GDMS)之上述高純度Ga
2O
3之組成分析方法進行說明。GDMS係指於高純度之氬氛圍下以分析試樣為陰極而產生輝光放電電漿，並於上述電漿內對上述分析試樣之表面進行濺鍍，藉此用質譜儀測定離子化之上述分析試樣中之構成元素之方法。藉此，能夠對上述高純度Ga
2O
3中所含之除Ga及O以外之元素即雜質元素進行定性及定量。進而亦能夠求出上述高純度Ga
2O
3之純度。作為上述GDMS之離子源，可使用扁平電池及針形電池這2種。關於針形電池，可應用於能夠將形狀形成為大約2 mm見方且長20 mm之短條狀之分析試樣。具體而言，用於對可藉由劈開而製作試樣之Si單晶、砷化鎵(GaAs)單晶及磷化銦(InP)單晶等進行分析之情形。扁平電池可應用於能夠形成為直徑10 mm左右之圓盤狀之分析試樣，例如用於對多晶體等進行分析之情形。於上述高純度Ga
2O
3之組成分析中，較佳為使用扁平電池。於使用扁平電池之情形時，藉由使用如下所述之高純度銦(In)之輔助電極，即便於為絕緣體之氧化物多晶體等中亦能夠產生放電電漿，因此能夠執行GDMS。
上述GDMS例如可按照以下之要領進行。首先，藉由下述之製造方法獲得高純度Ga
2O
3。該高純度Ga
2O
3例如可為多晶體。繼而，將上述高純度Ga
2O
3之多晶體塗佈於下述之分析裝置附帶之高純度銦之輔助電極上的試樣配置部(直徑10 mm之圓形狀，即對應於放電面積)。其中，對於上述試樣配置部，較佳為於塗佈高純度Ga
2O
3之多晶體之前，按照慣例進行洗淨以防止異物混入及去除異物，並且進行60分鐘之預濺鍍。預濺鍍時之分析值為本底。
繼而，可對於塗佈於上述高純度銦之試樣配置面之上述高純度Ga
2O
3之多晶體，按照以下之條件進行GDMS。再者，關於分析試樣中之構成元素中除Ga及O、以及輔助電極之In以外之元素即雜質元素，藉由用相對感度係數(RSF)修正Ga與該雜質元素中之各元素之離子強度比，可算出半定量值。於本說明書中，「雜質元素」係指除Ga及O以外之元素，並且於上述GDMS中可分析之所有元素。
裝置：輝光放電質譜分析裝置(商品名(商品號)：VG-9000，VG Elemental公司製造)
離子源：扁平電池(分析時用液態氮冷卻)
放電面積：直徑10 mm
放電氣體：高純度氬(6 N等級)
放電條件：2 mA、1 kV(定電流模式)
檢測器：法拉第杯及倍增器
質量解析度：4000以上之m/Δm(高解析度模式)。
藉此，進行上述高純度Ga
2O
3之組成分析，因此能夠對上述高純度Ga
2O
3中所含之除Ga及O以外之元素即雜質元素進行定性及定量。進而可基於雜質元素之定量結果，求出上述高純度Ga
2O
3之純度。於本說明書中，關於高純度Ga
2O
3之「純度」，由於本GDMS之檢測下限濃度為0.01 ppm，故而藉由對小數點第6位進行四捨五入，以小數點第5位之前之數值來表示。再者，關於下述之金屬鎵及氧化硼之純度，亦可按照與上述高純度Ga
2O
3之組成分析方法相同之要領而求出。再者，於金屬鎵之GDMS中，不需要作為輔助電極之高純度銦，可藉由鑄造獲得直徑20 mm之圓盤狀之分析試樣而進行分析。
[三氧化二鎵之製造方法]
本實施方式之高純度三氧化二鎵(Ga
2O
3)之製造方法例如可為用於製造具備上述特徵之高純度Ga
2O
3之製造方法。即，上述高純度Ga
2O
3之製造方法包括如下步驟：準備熔融之金屬鎵(金屬Ga)；將上述熔融之金屬Ga填充至坩堝中；於上述坩堝內之上述熔融之金屬Ga上配置固體氧化硼(B
2O
3)；藉由加熱上述坩堝獲得熔融之B
2O
3；用上述熔融之B
2O
3密封上述熔融之金屬Ga，將上述坩堝加熱至1200 K以上1600 K以下之溫度，並且向上述坩堝內吹入包含氧(O)之氣體，藉此生成Ga
2O
3；及藉由用60℃以上之超純水洗淨上述坩堝內之包含上述B
2O
3及上述Ga
2O
3之內容物，而獲得上述Ga
2O
3。藉由具備此種特徵之製造方法，雜質元素之濃度極低，因此可獲得高純度之Ga
2O
3。
上述製造方法具體而言較佳為例如具有如圖1之流程圖所示之步驟。圖1係表示本實施方式之高純度三氧化二鎵之製造方法之一例之流程圖。根據圖1，高純度Ga
2O
3之製造方法可包括：步驟S10(第1步驟)：準備熔融之金屬Ga；步驟S20(第2步驟)：將熔融之金屬Ga填充至坩堝中；步驟S30(第3步驟)：於坩堝內之熔融之金屬Ga上配置固體B
2O
3；步驟S40(第4步驟)：藉由加熱坩堝而獲得熔融之B
2O
3；步驟S50(第5步驟)：用熔融之B
2O
3密封熔融之金屬Ga，將坩堝加熱至1200 K以上1600 K以下之溫度，並且向坩堝內吹入包含O之氣體，藉此生成Ga
2O
3；及步驟S60(第6步驟)：藉由用60℃以上之超純水洗淨坩堝內之包含B
2O
3及Ga
2O
3之內容物而獲得Ga
2O
3。
上述高純度Ga
2O
3之製造方法尤其較佳為於生成Ga
2O
3之步驟S50中，將上述坩堝加熱至1200 K以上1400 K以下之溫度。進而，上述包含O之氣體較佳為包含10質量%以上之O及其餘部分之氮(N)之混合氣體、或純氧。藉由上述製造方法而獲得之高純度Ga
2O
3較佳為多晶體。本發明人等想到，如上所述將用作GaAs單晶製造用之GaAs多晶體之原料之純度99.9999質量%左右的高純度Ga用不與金屬Ga發生反應之Ga
2O
3密封後，使其與O反應，藉此獲得高純度之Ga
2O
3。藉此，發現了可由上述高純度Ga製造超過99.9999質量%純度之高純度之Ga
2O
3。以下，參照圖1及圖2，對上述製造方法中使用之製造裝置之概況、以及上述高純度Ga
2O
3之製造方法之詳情分別進行說明。
＜製造裝置＞
圖2係對本實施方式之高純度三氧化二鎵之製造方法中使用之製造裝置進行說明的模式圖。於本實施方式之高純度Ga
2O
3之製造方法中，例如藉由使用圖2所示之製造裝置，能夠製造高純度之Ga
2O
3。圖2所示之製造裝置至少具備：坩堝4；坩堝保持用載台8，其保持坩堝4；下軸9，其支持坩堝4及坩堝保持用載台8；荷重元10，其可藉由檢測坩堝4內之內容物之重量來監測Ga
2O
3之合成反應之進行；加熱器1，其對坩堝4進行加熱。進而，上述製造裝置具備用於自外部向坩堝4內導入包含O之氣體5之氣體導入管2。再者，上述製造裝置可具有收容坩堝4及其內容物、坩堝保持用載台8、下軸9之容器11，以避免來自外部之異物之混入。容器11可避免來自外部之異物之混入，可收容坩堝4等上述構成要素，並且只要為由加熱器1之熱之透過性良好之材料構成之容器，則可在對尺寸等不進行特別限制之情況下使用。
(坩堝)
坩堝4可作為使熔融之金屬Ga6與包含O之氣體5反應之場所而發揮功能，以獲得高純度之Ga
2O
37。坩堝4可採用能夠承受使熔融之金屬Ga6與包含O之氣體5反應之溫度(具體而言為1200～1600 K，即927～1327℃)之各種材料。例如，作為坩堝4之材料，可採用熱分解氮化硼(pBN)。坩堝4具體而言為圓筒狀，可收容熔融之金屬Ga6，並且藉由於熔融之金屬Ga6上配置固體B
2O
3，可收容固體B
2O
3。坩堝4之內徑例如可設為75 mm以上150 mm以下。上述固體之B
2O
3可藉由用下述之加熱器1加熱坩堝4而製成熔融之B
2O
33。
(坩堝保持用載台)
坩堝保持用載台8以與坩堝4之底部接觸之方式保持坩堝4。坩堝保持用載台8存在具有圓筒形之外觀之情形。作為坩堝保持用載台8之材料，無特別限定，例如可採用石英、氧化鋁或碳化矽等。
(下軸)
下軸9可藉由自下方支持坩堝保持用載台8來支持坩堝4及坩堝保持用載台8。下軸9例如可製成水平剖面觀察為圓形或水平剖面觀察為矩形之棒狀。作為下軸9之材料，例如可採用鉬、碳或碳化矽等。
(荷重元)
荷重元10以自下方支持下軸9之方式配置。藉此，由於在下述之生成Ga
2O
3之步驟S50中會由熔融之金屬Ga6生成Ga
2O
37，故荷重元10能夠檢測出坩堝4內之內容物之重量增加。荷重元10可藉由檢測上述內容物之重量來監測上述製造裝置中Ga
2O
3之合成反應之進行。荷重元10例如可以自市場獲得之方式準備。
(加熱器)
加熱器1係為了加熱坩堝4而設置。加熱器1係以2個本體圍繞坩堝4之外周之方式配置。關於加熱器1之輸出，可針對每個本體獨立地控制。尤其是，加熱器1亦存在對於每個本體在垂直於坩堝4之軸之方向上分割為複數個部分，藉此構成為多段之情形。於該情形時，可針對構成為多段之每個部分獨立地控制加熱器1之輸出，因此可沿坩堝4之軸方向調整坩堝4內之內容物之溫度。加熱器1例如可採用公知之電加熱器。
再者，雖省略了圖示，但上述製造裝置可具備能夠對由加熱器1加熱之坩堝4之溫度進行測量之熱電偶。存在熱電偶沿坩堝4之外側及軸方向配置複數個之情形。熱電偶例如可採用公知之溫度監視器。
(氣體導入管)
氣體導入管2係用於自外部向坩堝4內導入包含O之氣體5之管。藉由利用氣體導入管2向坩堝4內導入包含O之氣體5，使坩堝4內熔融之金屬Ga6與包含O之氣體5反應，因此可獲得高純度之Ga
2O
37。作為氣體導入管2之材料，無特別限制，較佳為不與氧及金屬Ga發生反應之材料，例如可採用石英或pBN塗佈碳等。
＜高純度Ga
2O
3之製造方法之詳情(高純度Ga
2O
3之製造方法所包括之各步驟)＞
(第1步驟：準備熔融之金屬Ga之步驟S10)
根據本實施方式之高純度Ga
2O
3之製造方法，藉由執行如圖1所示之如下各步驟，可獲得高純度之Ga
2O
37。於上述製造方法中，首先執行準備熔融之金屬Ga之步驟S10作為第1步驟。於第1步驟中，具體而言，可藉由將自市場獲得之固體金屬Ga在Ga之熔點以上之溫度(例如30℃以上)之恆溫槽中熔融來準備熔融之金屬Ga。尤其是於本步驟中，較佳為使用可自市場獲得之6N等級之高純度金屬Ga。即，上述金屬鎵之純度較佳為99.9999質量%以上。6N等級之高純度金屬Ga例如可以收容於聚乙烯製之容器之形式自市場獲得，因此可藉由連同聚乙烯製之容器一起投入至上述恆溫槽中來準備熔融之金屬Ga。
(第2步驟：將熔融之金屬Ga填充至坩堝中之步驟S20)
繼而，執行將熔融之金屬Ga填充至坩堝中之步驟S20作為第2步驟。於第2步驟中，具體而言，可將藉由第1步驟準備之聚乙烯製之容器內之熔融之金屬Ga6以避免來自外部之異物之混入之方式填充至坩堝4內。作為此種填充方法，可使用先前公知之方法。
(第3步驟：配置固體B
2O
3之步驟S30)
繼而，執行於坩堝內之熔融之金屬Ga上配置固體B
2O
3之步驟S30作為第3步驟。於第3步驟中，具體而言，可在藉由第2步驟而填充於坩堝4內之熔融之金屬Ga6上配置固體B
2O
3。作為配置固體B
2O
3之方法，可使用先前公知之方法。其中，關於固體B
2O
3，較佳為使用5N等級之B
2O
3以獲得高純度之Ga
2O
37。即，B
2O
3之純度較佳為99.999質量%以上。此種高純度之B
2O
3可自市場獲得，且可藉由先前公知之方法製作。
(第4步驟：獲得熔融之B
2O
3之步驟S40)
繼而，執行藉由加熱坩堝而獲得熔融之B
2O
3之步驟S40作為第4步驟。於第4步驟中，具體而言，可藉由用加熱器1加熱坩堝4，並將坩堝4內之溫度設為B
2O
3之熔點以上之溫度(例如500℃以上)來將B
2O熔融。藉此，可獲得熔融之B
2O
33，並使其於下一步驟中作為液體密封材料而發揮功能。
(第5步驟：生成Ga
2O
3之步驟S50)
繼而，執行步驟S50作為第5步驟，即，用熔融之B
2O
3密封熔融之金屬Ga，將坩堝加熱至1200 K以上1600 K以下之溫度，並且向坩堝內吹入包含O之氣體，藉此生成Ga
2O
3。於第5步驟中，首先，藉由用第4步驟中熔融之B
2O
33密封熔融之金屬Ga6，而使熔融之B
2O
33作為液體密封材料發揮功能。藉此，能夠防止異物自外部混入至坩堝4內之金屬Ga6內。繼而將氣體導入管2插入至坩堝4內直至其前端貫通熔融之B
2O
33並到達熔融之金屬Ga6內為止。進而，用加熱器1加熱坩堝4，使得坩堝4內之溫度為不易產生除藉由金屬Ga與O之反應而生成之Ga
2O
3以外之副產物之溫度即1200 K以上1600 K以下，亦即927～1327℃。又，經由氣體導入管2自外部向坩堝4內吹入包含O之氣體5。藉此，於坩堝4內使金屬Ga與O反應而生成Ga
2O
3。於生成Ga
2O
3之步驟S50中，較佳為將上述坩堝加熱至1200 K以上1400 K以下之溫度。
為了有效率地生成Ga
2O
3，包含O之氣體5較佳為包含10質量%以上之氧及其餘部分之氮之混合氣體、或純氧。經由氣體導入管2吹入坩堝4內之包含O之氣體5之流量較佳為設為10～1000 mL/分鐘。於本步驟中，由於熔融之B
2O
33於熔融之金屬Ga6上作為液體密封劑而發揮功能，故而可使包含O之氣體5中之O於與金屬Ga之反應中消耗，而不會洩漏至坩堝4之外部。尤其是使用荷重元10檢測出坩堝4內之內容物之重量因Ga
2O
3之生成而增加，監測金屬Ga與O之反應之進行，藉此使包含O之氣體5中之O與金屬Ga之99質量%以上反應，因此能夠有效率地生成Ga
2O
37。例如，根據本步驟，可由熔融之金屬Ga6以99質量%以上之產率生成Ga
2O
37。於本說明書中，Ga
2O
3之「產率」係指於由金屬Ga藉由化學反應獲得Ga
2O
3之情形時，實際獲得之Ga
2O
3量相對於理論上獲得之Ga
2O
3量之比率，並以百分率表示。
(第6步驟：獲得Ga
2O
3之步驟S60)
最後，執行藉由用60℃以上之超純水洗淨坩堝內之包含B
2O
3及Ga
2O
3之內容物而獲得Ga
2O
3之步驟S60作為第6步驟。於第6步驟中，首先，藉由荷重元10，例如確認到金屬Ga與O之反應進行達到99%以上之後，停止經由氣體導入管2向坩堝4內導入包含O之氣體5。進而，藉由適當之方法對上述第5步驟中加熱之坩堝4進行冷卻直至坩堝4之溫度變為室溫，以便可用人手進行操作。繼而，藉由連同收容有包含上述第5步驟中生成之Ga
2O
37、及B
2O
3之內容物之坩堝4一起投入至60℃以上之超純水中來洗淨包含上述Ga
2O
37、及B
2O
3之內容物。此時，B
2O
3溶解於超純水中，因此可藉由去除上述超純水而僅回收Ga
2O
37。藉此，可自坩堝4內之內容物獲得Ga
2O
37。於本說明書中，「超純水」係指電阻率(比電阻)為15 MΩ･cm以上，TOC(Total Organic Carbon，總有機碳)未達50 μg/L，且微粒子數未達100個/L之純水。
＜作用效果＞
藉由執行上述各步驟，可製造高純度之Ga
2O
37。關於本實施方式之高純度Ga
2O
3之製造方法，尤其是於第5步驟中，用熔融之B
2O
33密封熔融之金屬Ga6，並且將坩堝4加熱至不易產生除Ga
2O
3以外之副產物之溫度即1200～1600 K，然後向坩堝4內吹入包含O之氣體5使金屬Ga與O反應，從而生成Ga
2O
37。藉此，可由高純度之金屬Ga在防止來自外部之異物之混入之同時，有效率地獲得高純度之Ga
2O
3(例如，Ga及O以外之雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，並且Si之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下之Ga
2O
3)。因此，根據本製造方法，能夠獲得雜質元素之濃度極低、純度較高之高純度Ga
2O
3。
[實施例]
以下，例舉實施例來對本發明更詳細地進行說明，但本發明並非限定於其等。於本實施例中，使用如圖2所示之製造裝置，按照圖1所示之流程圖製造高純度三氧化二鎵(高純度Ga
2O
3)。於以下之說明中，試樣1～試樣2為實施例，試樣11～試樣14為比較例。
[Ga
2O
3之製造]
＜試樣1＞
(第1步驟)
以獲得10 kg市售之6 N等級(純度：99.99995質量%以上)之高純度金屬Ga(Rasa Industries股份有限公司製造)之方式進行準備。該高純度金屬Ga收容於聚乙烯製之容器中，因此藉由連同該聚乙烯製之容器一起投入至60℃之恆溫槽而獲得熔融之金屬Ga。
(第2步驟)
藉由公知之方法將上述聚乙烯製之容器內之熔融之金屬Ga6以避免來自外部之異物混入之方式填充至內徑100 mm之坩堝4內。坩堝4內之熔融之金屬Ga6之高度為209 mm。
(第3步驟)
繼而，於坩堝4內之熔融之金屬Ga6上藉由先前公知之方法配置500 g市售之固體B
2O
3(Rasa Industries股份有限公司製造)。根據商品標識，確認該固體B
2O
3之純度為99.999質量%。
(第4步驟)
繼而，藉由用加熱器1加熱坩堝4，並將坩堝4內之溫度設為B
2O
3之熔點以上之溫度即800℃，而使固體B
2O
3熔融。藉此，於坩堝4內之熔融之金屬Ga6上獲得熔融之B
2O
33。
(第5步驟)
首先，用上述第4步驟中熔融之B
2O
33密封熔融之金屬Ga6。進而，貫通上述熔融之B
2O
33以將氣體導入管2之前端插入熔融之金屬Ga6內。用加熱器1加熱坩堝4，使得坩堝4內之溫度為1200 K。進而，經由氣體導入管2自外部向坩堝4內以10 mL/分鐘之流量吹入純氧作為包含O之氣體5，藉此使包含O之氣體5中之O與金屬Ga6反應而生成Ga
2O
37。再者，藉由根據Ga
2O
37之生成量增加而調整插入至熔融之金屬Ga6內之氣體導入管2之前端位置等，使得包含O之氣體5中之O與金屬Ga6儘可能地反應。
(第6步驟)
首先，基於荷重元10之檢測，確認Ga
2O
3之反應率、即包含O之氣體5中之O與金屬Ga6之反應進行達到99%以上後，停止經由氣體導入管2向坩堝4內導入包含O之氣體5。又，藉由空氣冷卻以200℃/小時之速度進行冷卻直至於上述第5步驟中加熱之坩堝4之溫度變為室溫為止。繼而，藉由連同收容有包含上述第5步驟中生成之Ga
2O
37、及熔融之B
2O
33之內容物的坩堝4一起投入至60℃之超純水中，而對包含上述Ga
2O
37、及熔融之B
2O
33之內容物進行洗淨。進而，藉由去除上述超純水來回收Ga
2O
37。藉此，獲得試樣1之多晶Ga
2O
3。
＜試樣2＞
除了於第5步驟中用加熱器1加熱坩堝4，使得坩堝4內之溫度為1600 K以外，按照與試樣1相同之要領獲得試樣2之Ga
2O
3。
＜試樣11＞
藉由獲得市售之Ga
2O
3(純度99.999質量%，株洲科能新材料有限責任公司製造)，而獲得試樣11之多晶Ga
2O
3。
＜試樣12＞
除了於第5步驟中用加熱器1加熱坩堝4，使得坩堝4內之溫度為1150 K以外，按照與試樣1相同之要領獲得試樣12之多晶Ga
2O
3。
＜試樣13＞
除了於第5步驟中用加熱器1加熱坩堝4，使得坩堝4內之溫度為1650 K以外，按照與試樣1相同之要領獲得試樣13之多晶Ga
2O
3。
＜試樣14＞
於在第3步驟中不在坩堝4內之熔融之金屬Ga6上配置固體B
2O
3(Rasa Industries股份有限公司製造)之情況下，執行第4步驟、第5步驟及第6步驟，除此以外，按照與試樣1相同之要領獲得試樣14之多晶Ga
2O
3。
[利用GDMS之組成分析]
藉由對於試樣1～試樣2及試樣11～試樣14之Ga
2O
3，執行上述之使用GDMS之組成分析方法，而特定出上述Ga
2O
3所包含之除Ga及O以外之元素即雜質元素，並且測定出其濃度。將結果示於表1中。表1所示之各元素之濃度之單位為質量ppm。又，表1中之「＜0.01」係指檢測下限以下。
[表1]
| Table.1 | ||||||
| 試樣1 | 試樣2 | 試樣11 | 試樣12 | 試樣13 | 試樣14 | |
| Si | 0.02 | 0.05 | 1.40 | 0.05 | 0.43 | 1.20 |
| B | 0.12 | 0.50 | 0.10 | 5.00 | 0.50 | 0.10 |
| Li | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.03 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.03 |
| Na | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.08 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 |
| Mg | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 |
| Al | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.70 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.70 |
| P | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.12 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.12 |
| S | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.35 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.35 |
| K | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.12 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.12 |
| Ca | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.08 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.10 |
| Cr | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.18 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.18 |
| Mn | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 |
| Fe | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.72 | ＜0.01 | ＜0.01 | 1.00 |
| Ni | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.14 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.14 |
| Cu | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.40 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.40 |
| Zn | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 |
| Nb | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 |
| Mo | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.02 |
| Ag | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.03 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.03 |
| Cd | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.10 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.10 |
| Sn | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.05 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.05 |
| W | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.03 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.14 |
| Pb | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.14 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.14 |
| Bi | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.01 | ＜0.01 | ＜0.01 | 0.01 |
| 純度(質量%) | 99.99998 | 99.99995 | 99.99950 | 99.99950 | 99.99990 | 99.99950 |
| 產率(質量%) | 99.5 | 99.0 | - | 99.5 | 95.0 | 80.0 |
[探討]
根據表1，試樣1～試樣2之Ga
2O
3之除Ga及O以外之元素即雜質元素之總濃度為1質量ppm以下(試樣1：0.14質量ppm，試樣2：0.55質量ppm)。進而，作為雜質元素之一之矽之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下(試樣1：0.02質量ppm，試樣2：0.05質量ppm)。因此，試樣1～試樣2之Ga
2O
3之純度為99.99995質量%以上。
另一方面，試樣11～試樣12及試樣14之Ga
2O
3之除Ga及O以外之元素即雜質元素之總濃度超過1質量ppm，或者作為雜質元素之一之矽之濃度超過0.1質量ppm。關於試樣13之Ga
2O
3，由於在超過1600 K之溫度下使金屬Ga與O反應，故而生成之Ga
2O
3之一部分因溶解於B
2O
3而消失，因此與試樣1～2相比產率降低。隨之雜質元素之含量增加，作為雜質元素之一之矽之濃度達到0.43質量ppm。
如上所述，對本發明之實施方式及實施例進行了說明，但起初亦預定適當組合上述之各實施方式及實施例之構成。
應當理解，此次所揭示之實施方式及實施例在所有方面均為示例，而非限制性。本發明之範圍係由申請專利範圍而非由上述實施方式及實施例所示，其意欲包括與申請專利之範圍等同之含義、及範圍內之所有變更。
1:加熱器
2:氣體導入管
3:熔融之氧化硼(B
2O
3)
4:坩堝
5:包含氧(O)之氣體
6:熔融之金屬鎵(Ga)
7:三氧化二鎵(Ga
2O
3)
8:坩堝保持用載台
9:下軸
10:荷重元
11:容器
S10:準備熔融之金屬Ga之步驟
S20:將熔融之金屬Ga填充至坩堝中之步驟
S30:配置固體B
2O
3之步驟
S40:獲得熔融之B
2O
3之步驟
S50:生成Ga
2O
3之步驟
S60:獲得Ga
2O
3之步驟
圖1係表示本實施方式之高純度三氧化二鎵之製造方法之一例之流程圖。
圖2係對本實施方式之高純度三氧化二鎵之製造方法中使用之製造裝置進行說明之模式圖。
S10~S60:步驟
Claims (12)
- 一種高純度三氧化二鎵，其包含三氧化二鎵及1種以上之除鎵及氧以外之元素即雜質元素， 於輝光放電質譜分析中，上述雜質元素之總濃度為1質量ppm以下，且作為上述雜質元素之一種之矽之濃度為0.01質量ppm以上0.1質量ppm以下。
- 如請求項1之高純度三氧化二鎵，於上述輝光放電質譜分析中，作為上述雜質元素之另一種之硼之濃度為0.01質量ppm以上0.5質量ppm以下，且鋰、鈉、鎂、鋁、磷、硫、鉀、鈣、鉻、錳、鐵、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、銀、鎘、錫、鎢、鉛及鉍之濃度均未達0.01質量ppm。
- 如請求項1或2之高純度三氧化二鎵，其中上述高純度三氧化二鎵之純度為99.99995質量%以上。
- 如請求項1或2之高純度三氧化二鎵，其中上述高純度三氧化二鎵為多晶體。
- 如請求項1或2之高純度三氧化二鎵，其中於上述輝光放電質譜分析中，上述矽之濃度為0.01質量ppm以上0.05質量ppm以下。
- 如請求項1或2之高純度三氧化二鎵，其中於上述輝光放電質譜分析中，作為上述雜質元素之另一種之硼之濃度為0.01質量ppm以上0.2質量ppm以下。
- 一種高純度三氧化二鎵之製造方法，其包括如下步驟： 準備熔融之金屬鎵； 將上述熔融之金屬鎵填充至坩堝中； 於上述坩堝內之上述熔融之金屬鎵上配置固體氧化硼； 藉由加熱上述坩堝而獲得熔融之氧化硼； 用上述熔融之氧化硼密封上述熔融之金屬鎵，將上述坩堝加熱至1200 K以上1600 K以下之溫度，並且向上述坩堝內吹入包含氧之氣體，藉此生成三氧化二鎵；及 藉由用60℃以上之超純水洗淨上述坩堝內之包含上述氧化硼及上述三氧化二鎵之內容物，而獲得上述三氧化二鎵。
- 如請求項7之高純度三氧化二鎵之製造方法，其中上述高純度三氧化二鎵為多晶體。
- 如請求項7或8之高純度三氧化二鎵之製造方法，其中於生成上述三氧化二鎵之步驟中，將上述坩堝加熱至1200 K以上1400 K以下之溫度。
- 如請求項7或8之高純度三氧化二鎵之製造方法，其中上述包含氧之氣體為包含10質量%以上之氧及其餘部分之氮之混合氣體、或純氧。
- 如請求項7或8之高純度三氧化二鎵之製造方法，其中上述金屬鎵之純度為99.9999質量%以上。
- 如請求項7或8之高純度三氧化二鎵之製造方法，其中上述氧化硼之純度為99.999質量%以上。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| WOPCT/JP2022/033545 | 2022-09-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202411166A true TW202411166A (zh) | 2024-03-16 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7935382B2 (en) | Method for making crystalline composition | |
| US8039412B2 (en) | Crystalline composition, device, and associated method | |
| Fiederle et al. | Growth of high resistivity CdTe and (Cd, Zn) Te crystals | |
| US7892458B2 (en) | Metallic electroconductive 12CaO 7Al2O3 compound and process for producing the same | |
| US11725303B2 (en) | Method for purifying a thallium compound using a carbon powder | |
| EP2746362B1 (en) | Scintillator | |
| AU2012318023B2 (en) | High-purity lanthanum, method for producing same, sputtering target comprising high-purity lanthanum, and metal gate film comprising high-purity lanthanum as main component | |
| JP2014024712A (ja) | 窒化物エレクトライド及びその製法 | |
| Xiao et al. | Rapid Synthesis and Electric Transport Properties of (Ca 1− x Ba x) 12 Al 14 O 33 Electrides | |
| US11929252B2 (en) | Gallium oxide-based semiconductor and production method thereof | |
| TW202411166A (zh) | 高純度三氧化二鎵及其製造方法 | |
| WO2024053010A1 (ja) | 高純度三酸化二ガリウムおよびその製造方法 | |
| Reed et al. | Growth of single Ti2O3 crystals from the melt | |
| Li et al. | Single-crystalline La x Nd 1− x B 6 nanowires: synthesis, characterization and field emission performance | |
| Tkachenko et al. | The crystal growth of ortho-and pyrosilicates from W and Mo crucibles | |
| CN115404546A (zh) | 锂铊共掺碘化钠闪烁晶体制备方法 | |
| CN110387582B (zh) | 一种理想二维费米液体系统Bi2O2Se单晶及其制备方法和应用 | |
| Susman et al. | The growth of single crystal lithium-aluminum, 7LiAl | |
| EP1996743B1 (en) | Use of magnesium-copper compositions for the evaporation of magnesium | |
| Šimurda et al. | Analysis of the extremely rapidly cooled molten system (LiF–CaF 2) eut–LaF 3 | |
| Hayashi et al. | Growth of ultra‐high purity PbI2 single crystal:(1) Preparation of high purity PbI2 | |
| Maronchuk et al. | Purification of metallurgical silicon up to “solar” mark silicon | |
| Prado et al. | Copper content and superconductivity of Nd1. 85Ce0. 15Cu1+ δOy | |
| US10774440B2 (en) | Crystal growth atmosphere for oxyorthosilicate materials production | |
| WO2023238795A1 (ja) | 結晶材料、シンチレータ、および放射線検出器 |