結晶成長装置
【課題】融液を攪拌する駆動軸の軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得る結晶成長装置の提供。
【解決手段】加熱加圧雰囲気下で原料ガスと融液とを反応させて該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１０と、反応容器１０に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて上記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、上記駆動軸は、反応容器１０を挿通する軸体４１ｂ１に、軸方向で反応容器１０に係止可能な係止部４１ｂ２を設けた第２駆動軸４１Ｂを有しており、第２駆動軸４１Ｂと反応容器１０との間に設けられ、軸方向において、係止部４１ｂ２と対向するすべり面７２ａ及び反応容器１０と対向するすべり面７２ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受７０Ｂを有するという構成を採用する。
【解決手段】加熱加圧雰囲気下で原料ガスと融液とを反応させて該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１０と、反応容器１０に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて上記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、上記駆動軸は、反応容器１０を挿通する軸体４１ｂ１に、軸方向で反応容器１０に係止可能な係止部４１ｂ２を設けた第２駆動軸４１Ｂを有しており、第２駆動軸４１Ｂと反応容器１０との間に設けられ、軸方向において、係止部４１ｂ２と対向するすべり面７２ａ及び反応容器１０と対向するすべり面７２ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受７０Ｂを有するという構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体材料として期待されている窒化ガリウム（ＧａＮ）の製法の一つとしては、数十ＭＰａの高圧窒素雰囲気中、８００℃〜１０００℃のＮａ／Ｇａ融液に結晶担持体（例えば、サファイヤ＋ＧａＮ層からなる種基板）を浸漬させ、その結晶担持体上にＧａＮ結晶を成長させる結晶成長方法（所謂、フラックス法）が知られている。
下記特許文献１には、フラックス法において、余分な核発生を抑え、大型で高品質のＧａＮ結晶を得るべく、融液を攪拌する攪拌装置を備える結晶成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の図３に示すように、駆動軸を挿通させるため反応容器に孔部を形成すると、駆動軸と孔部との隙間から融液成分が抜け出てしまい、結晶育成条件（例えば、ＮａとＧａの比率）の変化を招くため、その隙間を管理する軸受を設ける必要がある。また、この軸受が、駆動軸及びその先端に設けられた攪拌翼の重量を支える場合、駆動軸と反応容器との間でスラスト荷重を受けて摩耗してしまう。さらに、反応容器内は、８００℃〜１０００℃の高温雰囲気であるから、一般的な玉軸受等では動作保証温度を越えているため用いることができず、軸受の摩耗対策が問題となる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、融液を攪拌する駆動軸の軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得る結晶成長装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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原料ガスと融液とを反応させて該融液に浸漬された結晶担持体上に結晶を成長させる反応容器と、上記反応容器に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて上記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、上記駆動軸は、上記反応容器を挿通する軸体に、軸方向で上記反応容器に係止可能な係止部を設けた駆動軸体を有しており、上記駆動軸体と上記反応容器との間に設けられ、軸方向において、前記係止部と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受、または、軸方向と直交する方向において、前記軸体と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受を有する結晶成長装置を採用することによって、駆動軸体と反応容器との間に設けられる軸受を、当該結晶育成環境に耐えつつ、動作の頑強性があり、低コストで、且つ、組立性・分解性に優れるすべり軸受とし、さらに、このすべり軸受の駆動軸体及び反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方をセラミックス材から形成することで、摺動による摩耗、さらには摺動による熱の影響に対しても強くなるので、軸受の摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、融液を攪拌する駆動軸の軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態における窒化ガリウム製造装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における外容器の軸受け構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における外容器の軸受け構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。本実施形態では、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。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における窒化ガリウム製造装置１を示す構成図である。
窒化ガリウム製造装置１は、フラックス法により種基板（結晶担持体）２上にＧａＮ結晶を成長させ製造するものであり、種基板２及び混合融液（融液）３を保持する坩堝１１とその外側を囲う外容器１３からなる反応容器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３を攪拌する攪拌装置４０と、を有する。
【００１１】
坩堝１１は、内部にＮａ／Ｇａからなる混合融液３を保有する。本実施形態の坩堝１１は、その底部に種基板２を載置し、内部の混合融液３に浸漬させる構成となっている。また、坩堝１１の外側を囲う外容器１３には、外部からＧａＮ結晶の原料となる窒素ガス（Ｎ２）を導入する窒素ガス供給ポート１７が接続されており、反応容器１０内に窒素ガスが充填されるようになっている。坩堝１１は、アルミナ、または、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、または、イットリアからなるセラミックス材から形成されている。外容器１３は、ステンレス鋼から形成されている。
【００１２】
断熱容器２０の断熱材には、例えばグラスウール等の繊維系断熱材が用いられる。断熱容器２０の内側には、外容器１３を囲んで加熱するヒーター２１が設けられる。
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り、この円筒形の中心軸が鉛直方向となるように姿勢設定されている。また、圧力容器３０には、内部の空気を真空排気する不図示の真空排気ポートが接続されている。
【００１３】
攪拌装置４０は、磁気結合式の攪拌機であり、駆動軸４１と、軸ケース４２と、回転駆動装置４３と、を有する。駆動軸４１の一端側には、永久磁石（磁性体）４４を外周面周方向おいて所定間隔を空けて複数備える内筒４５が装着されている。軸ケース４２は、駆動軸４１の一端側を収容する収容空間Ｓ１を有する。収容空間Ｓ１には、内筒４５の周面と接して、駆動軸４１を軸周りに回転自在に支持する軸受４６が設けられている。この軸ケース４２は、非磁性体のステンレス鋼から形成され、圧力容器３０に気密に密着固定されている。なお、駆動軸４１もステンレス鋼から形成されている。
【００１４】
回転駆動装置４３は、軸ケース４２の外側に、永久磁石４７を内周面周方向において所定間隔をあけて複数備える外筒４８を備える。外筒４８は、軸ケース４２の外側に取り付けられた軸受４９により軸周りに回転自在に支持されている。また、回転駆動装置４３は、外筒４８を軸周りに回転させるモーター５０を備える。モーター５０の回転軸と外筒４８とはベルト５１で接続されている。上記構成によれば、モーター５０の駆動により外筒４８が軸周りに回転すると、外筒４８に固定された永久磁石４７と内筒４５に固定された永久磁石４４とが軸ケース４２を介して磁気的に作用し、駆動軸４１が軸周りに回転する。
【００１５】
断熱容器２０及び圧力容器３０には、駆動軸４１が挿通する挿通孔（以下、断熱容器２０の挿通孔を第１孔部２２、圧力容器３０の挿通孔を第２孔部３１と称する）が形成されている。第１孔部２２と第２孔部３１との間には、軸方向に伸縮自在で、且つ、軸方向と直交する方向に偏心自在なベローズ管（伸縮管）５３が設けられている。ベローズ管５３は、断熱容器２０と圧力容器３０との間において駆動軸４１を囲うと共に、その一端側で第１孔部２２を気密に囲うように取り付けられ、その他端側で第２孔部３１を気密に囲うように取り付けられている。なお、第２孔部３１は軸ケース４２の収容空間Ｓ１と気密に連通しており、第１孔部２２より外側には、ベローズ管５３、第２孔部３１及び収容空間Ｓ１が連通した気密空間が形成される構成となっている。この構成によれば、断熱容器２０からの高温ガスの流出を抑制することができる。
【００１６】
軸ケース４２から下方に延びる駆動軸４１の他端側は、圧力容器３０、断熱容器２０、外容器１３及び坩堝１１を挿通され、混合融液３中に至る構成となっている。駆動軸４１は、その他端側先端部に攪拌翼５２を備えており、混合融液３中で攪拌翼５２が軸周りに回転することで、混合融液３を攪拌する。
本実施形態の駆動軸４１は、第１駆動軸４１Ａと第２駆動軸（駆動軸体）４１Ｂとが軸継手６０により係合して構成されている。なお、第１駆動軸４１Ａは、軸ケース４２によって回転自在に支持され、第２駆動軸４１Ｂは、坩堝１１に設けられたすべり軸受７０Ａにより回転自在に支持され、さらに、外容器１３に設けられたすべり軸受７０Ｂにより回転自在に支持されている。
【００１７】
第２駆動軸４１Ｂは、反応容器１０に挿通する軸体４１ｂ１と、軸方向（鉛直方向）で外容器１３に係止可能に設けられた係止部４１ｂ２と、を有する。
すべり軸受７０Ａは、軸体４１ｂ１が挿通する坩堝１１に形成された挿通孔（以下、第３孔部１１ａと称する）に載置されている。すべり軸受７０Ａは、その内周面（すべり面）で軸体４１ｂ１を軸支する構成となっている。本実施形態のすべり軸受７０Ａは、高温雰囲気下におかれるため、耐熱性、耐摩耗性を併せ持つ、アルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアから形成されたセラミックス軸受から構成されている。
【００１８】
すべり軸受７０Ａと軸体４１ｂ１との間には隙間が形成されている。この隙間は、すべり軸受７０Ａの内周径を、軸体４１ｂ１の外周径より大きく設計することにより形成される。この隙間は、Ｎａ蒸気の漏出を防ぎつつ窒素ガスを坩堝１１内に供給することができる大きさに管理されている。この機能を十分に発揮できる隙間の大きさは、実験結果や経験則から、１ｍｍ以下が適当であるとされている。本実施形態では、加熱による熱膨張率を考慮して、この隙間の片側の大きさが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとなるように、製作時にすべり軸受７０Ａの内周径及び駆動軸４１の外周径を精度管理している。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施形態における外容器１３の軸受け構造を示す断面図である。
係止部４１ｂ２は、軸継手６０の一部を構成する。係止部４１ｂ２は、軸体４１ｂ１の端部から半径方向（水平方向）両側に延在する略板形状を有する。一方、第１駆動軸４１Ａは、係止部４１ｂ２を跨ぎ、且つ、係止部４１ｂ２の厚みより大きな距離で設けられる一対の棒体４１ａ１を有する。
上記構成の軸継手６０によれば、第１駆動軸４１Ａが軸周り（例えば平面視時計回り）に回転すると、一対の棒体４１ａ１が係止部４１ｂ２を厚み方向で挟み込むように接触し、係合する。そして、第１駆動軸４１Ａと第２駆動軸４１Ｂとが一体回転することとなる。
【００２０】
すべり軸受７０Ｂは、軸体４１ｂ１が挿通する外容器１３に形成された挿通孔（以下、第４孔部１３ａと称する）に載置されている。すべり軸受７０Ｂは、第４孔部１３ａよりも小径の小径部７１と、第４孔部１３ａよりも大径の大径部７２とを有する。すべり軸受７０Ｂは、外容器１３に対して固定されておらず、大径部７２が第４孔部１３ａの縁部に係止し、小径部７１が第４孔部１３ａに遊嵌することで、外容器１３に対して第２駆動軸４１Ｂ周りに回転自在に設けられている。
【００２１】
すべり軸受７０Ｂは、第２駆動軸４１Ｂと対向するすべり面７１ａ，７２ａ及び外容器１３と対向するすべり面７１ｂ，７２ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されている。本実施形態のすべり軸受７０Ｂは、すべり面７１ａ，７１ｂ及びすべり面７２ａ，７２ｂの両方が、セラミックス材から形成されている。本実施形態のすべり軸受７０Ｂは、高温雰囲気下におかれるため、耐熱性、耐摩耗性を併せ持つ、アルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアから形成されたセラミックス軸受から構成されている。また、すべり面７２ａは、係止部４１ｂ２と軸方向（鉛直方向）で対向し、第２駆動軸４１Ｂの自重の少なくとも一部（本実施形態では第２駆動軸４１Ｂの自重の略全て）を軸方向で受ける構成となっている。
【００２２】
続いて、上記構成の窒化ガリウム製造装置１の動作及び作用について説明する。なお、本実施形態の窒化ガリウム製造装置１は、不図示の制御部を備えている。そして、特に断りが無い限り、当該制御部が、主体者として以下の動作を制御する。
先ず、圧力容器３０内部の空気を真空排気ポートから真空排気する。真空状態となった後、窒素ガス供給ポート１７から窒素ガスを供給して反応容器１０内を充填させる。この際、窒素ガス供給ポート１７から供給された窒素ガスは、先ず外容器１３内に充填される。外容器１３内が充填されて加圧されると、すべり軸受７０Ａと駆動軸４１との間の隙間がガス流路として機能し、外容器１３内の窒素ガスが、坩堝１１内に供給される。そして、内部圧力を、数十ＭＰａまで加圧する。また、ヒーター２１を駆動させて、内部温度を８００℃〜１０００℃まで加熱し、高温高圧雰囲気を形成する。
【００２３】
そして、この高温高圧状態を維持し、坩堝１１の混合融液３中で、Ｇａ（ガリウム）とＮ（窒素）とを反応させて、種基板２上にＧａＮ結晶を成長させる。この結晶の成長速度は、数十μｍ／ｈｒと遅く、十分なサイズの結晶を得ようとすると、長時間の育成が必要不可欠となる。
この結晶成長過程において余分な核発生を抑え、大型で高品質のＧａＮ結晶を得るべく、攪拌装置４０で混合融液３を攪拌させる。具体的には、モーター５０の駆動により外筒４８を軸周りに回転させて、磁気的作用により攪拌翼５２を有する駆動軸４１を軸周りに回転させ、攪拌翼５２で混合融液３を攪拌する。駆動軸４１は、第１駆動軸４１Ａと第２駆動軸４１Ｂと備えており、軸継手６０によって、第２駆動軸４１Ｂが第１駆動軸４１Ａと共に一体回転する。
【００２４】
本実施形態では、第２駆動軸４１Ｂを、セラミックスからなるすべり軸受７０Ａ，７０Ｂによって支持しているので、長時間の結晶育成において、結晶育成条件の変化を抑制することができる。すなわち、反応容器１０に第２駆動軸４１Ｂを挿通するために、単に、第３孔部１１ａ、第４孔部１３ａを形成すると、軸体４１ｂ１との隙間から融液成分（Ｎａガス）が抜け出てしまい、結晶育成条件（例えば、ＮａとＧａの比率）の変化を招くことから、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂによって、その隙間を小さく管理することで、結晶育成条件の変化を抑制することができる。
【００２５】
また、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、セラミックス軸受からなるので高温（８００℃〜１０００℃）の結晶育成環境下にも耐え得ることができる。すなわち、一般的な玉軸受等では、動作保証温度が８００℃未満であり、当該結晶育成環境下にそのまま適用することは難しい。また、総セラミックス製玉軸受は、価格が非常に高く、納期も長いというデメリットがある。また、この玉軸受は、反応容器１０への固定が必要となると共に構造が複雑となり、結晶育成後、反応容器１０を分解するとなると、分解作業が困難となる。さらに、構造が複雑であるため、反応容器１０の製作誤差や熱変形等による位置ずれが発生した場合、軸体４１ｂ１との間で抉りが生じ、円滑な回転を阻害してしまう。一方、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、構造が簡単であるため、動作の頑強性があり、低コストで、且つ、組立性・分解性に優れる。さらに、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、第３孔部１１ａ、第４孔部１３ａに固定せずに載置しているため、位置ずれが発生した場合でもその隙間（ガタ）が吸収してくれるので、軸体４１ｂ１の抉りを防止した円滑な回転を維持できる。
【００２６】
また、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、第２駆動軸４１Ｂと摺動し、また、第３孔部１１ａ、第４孔部１３ａに固定せずに載置しているため、第２駆動軸４１Ｂと共に連れ周り、坩堝１１あるいは外容器１３とも摺動するが、それらと対向するすべり面がセラミックス材から形成されているので、当該摺動による摩耗を抑制し、さらに、第２駆動軸４１Ｂとの摺動による摩擦熱（周囲環境温度＋数十℃）にも耐え得ることができる。
特に、すべり軸受７０Ｂにおいては、図２に示すように、係止部４１ｂ２と軸方向で対向するすべり面７２ａを有し、第２駆動軸４１Ｂの自重の少なくとも一部を軸方向で受けているので、すべり面７２ａにおいては他のすべり面より相対的に摩耗し易くなるが、すべり軸受７０Ｂが外容器１３に対しても相対回転するため、自重を受けて摺動する部位がすべり面７２ｂにも分散され、摩耗の発生を抑制することができる。すなわち、すべり面７２ｂでは環状の広い面で外容器１３と摺動するので、すべり面７２ａのように局所荷重を受けることはないため、すべり面７２ｂ側が摺動すればそれだけ摩耗に対して強くなる。
【００２７】
具体的に、約１００時間、攪拌翼５２を回して摩耗の度合いを大径部７２の厚みｔで計測したところ、すべり軸受７０Ｂをアルミナで形成した場合は、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後が４．６ｍｍ（計測誤差を含む）で約２％増加した。一方、すべり軸受７０ＢをＹＡＧで形成した場合は、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後も４．５ｍｍ（計測誤差を含む）で変化がなかった。これらの計測結果から、すべり軸受７０Ｂは、長時間の運転に耐え得る耐摩耗性を有していることが分かる。一方で、すべり軸受７０Ｂから微量の摩耗粉が発生した場合であっても、坩堝１１とすべり軸受７０Ｂのすべり面のセラミックス材を同質のセラミックス材としているため、坩堝１１は通常、結晶成長に影響を与えないセラミックス材で形成されているので、摩耗粉が仮に混合融液３に混入した場合であっても結晶成長に影響を与えないようにすることができる。
【００２８】
したがって、上述した第１実施形態によれば、混合融液３を攪拌する第２駆動軸４１Ｂの軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図３は、本発明の第２実施形態における外容器１３の軸受け構造を示す断面図である。
なお、第２実施形態では、すべり軸受７０Ｂを窒化ホウ素で形成している。
【００３０】
窒化ホウ素は、セラミックス材であり、耐熱性及び自己潤滑性を有するので、円滑な第２駆動軸４１Ｂの回転のためには有用であるが、反面、柔らかく摩耗が激しいという性質を有する。具体的に、すべり軸受７０Ｂを窒化ホウ素で形成し、約１００時間、攪拌翼５２を回して摩耗の度合いを大径部７２の厚みｔで計測したところ、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後が３．７ｍｍ（計測誤差を含む）で約１８％減少した。また、摩耗粉が、外容器１３との隙間に入り込み、外容器１３との固着が確認された。固着の原因としては、外容器１３との隙間に摩耗粉が入り込んだことと、摩耗粉に含まれる（Ｓｉ３Ｎ４）と僅かながら装置内に残っている酸素が高温雰囲気下で反応し、ガラス状の物質が生成される等したことが原因と考えられる。
【００３１】
そこで、第２実施形態では、図３に示すように、軸方向において係止部４１ｂ２とすべり軸受７０Ｂとの間に設けられ、係止部４１ｂ２とすべり軸受７０Ｂとのそれぞれに対して第２駆動軸４１Ｂ周りに相対回転自在な第１のワッシャ８０、及び、軸方向においてすべり軸受７０Ｂと外容器１３との間に設けられ、すべり軸受７０Ｂと外容器１３とのそれぞれに対して第２駆動軸４１Ｂ周りに相対回転自在な第２のワッシャ８１の少なくともいずれか一方（本実施形態では両方）を有している。第１のワッシャ８０及び第２のワッシャ８１は、共に金属製のワッシャから形成される。
【００３２】
上記構成によれば、第１のワッシャ８０が係止部４１ｂ２とすべり軸受７０Ｂとのそれぞれに対して相対回転すると共に、第２のワッシャ８１がすべり軸受７０Ｂと外容器１３とのそれぞれに対して相対回転するため、摺動する部位が分散され、結果、摩耗の発生が抑制される。さらに、第１のワッシャ８０は、すべり面７１ｂに対して環状に広い接触面積で当接するため、係止部４１ｂ２から受ける局所荷重を分散させることができ、摩耗の発生が抑制される。
具体的に、すべり軸受７０Ｂを窒化ホウ素で形成し、図３のように第１のワッシャ８０及び第２のワッシャ８１を設けて、約１００時間、攪拌翼５２を回して摩耗の度合いを大径部７２の厚みｔで計測したところ、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後が４．４５〜４．５ｍｍ（計測誤差を含む）で約０〜１％の減少に留まった。また、外容器１３との固着も確認されなかった。
【００３３】
したがって、上述した第２実施形態によれば、混合融液３を攪拌する第２駆動軸４１Ｂの軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得ることができる。
【００３４】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３５】
例えば、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂを形成するセラミックス材をイットリアとする構成であっても良い。イットリアは、上述したアルミナやＹＡＧと同様の耐磨耗性を有するためである。
【００３６】
また、例えば、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂを形成するセラミックス材をアルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアとしたものであっても、第１のワッシャ８０及び第２のワッシャ８１の少なくともいずれか一方を設けても良い。これにより、摩耗を抑制し、さらに長時間の運転が可能になる。
【００３７】
また、例えば、上記実施形態では、反応容器１０を坩堝１１と外容器１３とからなる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、反応容器１０は坩堝１１のみで構成しても良いし、坩堝１１と外容器１３との間にさらに中容器を設ける構成であっても良い。
【００３８】
また、例えば、上記実施形態では、すべり軸受７０Ｂは、第２駆動軸４１Ｂと対向するすべり面７１ａ，７２ａ及び外容器１３と対向するすべり面７１ｂ，７２ｂの両方がセラミックス材から形成されていると説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
係止部４１ｂ２から荷重を受けるすべり軸受７０Ｂにおいては、軸方向において、係止部４１ｂ２と対向するすべり面７２ａ及び外容器１３と対向するすべり面７２ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されていれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、係止部４１ｂ２から荷重を受けないすべり軸受７０Ａにおいては、軸方向と直交する方向において、軸体４１ｂ１と対向するすべり面７１ａ及び外容器１３と対向するすべり面７１ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されていれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３９】
また、例えば、上記実施形態では、結晶担持体として種基板２を用いたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、基板以外にも、円柱や四角柱等の種々の形状がありうる。
【符号の説明】
【００４０】
１…窒化ガリウム製造装置（結晶成長装置）、２…種基板（結晶担持体）、３…混合融液（融液）、１０…反応容器、１１…坩堝、１３…外容器、４０…攪拌装置、４１…駆動軸、４１Ｂ…第２駆動軸（駆動軸体）、４１ｂ１…軸体、４１ｂ２…係止部、７０Ａ…すべり軸受、７０Ｂ…すべり軸受、７１ａ…すべり面、７１ｂ…すべり面、７２ａ…すべり面、７２ｂ…すべり面、８０…第１のワッシャ、８１…第２のワッシャ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体材料として期待されている窒化ガリウム（ＧａＮ）の製法の一つとしては、数十ＭＰａの高圧窒素雰囲気中、８００℃〜１０００℃のＮａ／Ｇａ融液に結晶担持体（例えば、サファイヤ＋ＧａＮ層からなる種基板）を浸漬させ、その結晶担持体上にＧａＮ結晶を成長させる結晶成長方法（所謂、フラックス法）が知られている。
下記特許文献１には、フラックス法において、余分な核発生を抑え、大型で高品質のＧａＮ結晶を得るべく、融液を攪拌する攪拌装置を備える結晶成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の図３に示すように、駆動軸を挿通させるため反応容器に孔部を形成すると、駆動軸と孔部との隙間から融液成分が抜け出てしまい、結晶育成条件（例えば、ＮａとＧａの比率）の変化を招くため、その隙間を管理する軸受を設ける必要がある。また、この軸受が、駆動軸及びその先端に設けられた攪拌翼の重量を支える場合、駆動軸と反応容器との間でスラスト荷重を受けて摩耗してしまう。さらに、反応容器内は、８００℃〜１０００℃の高温雰囲気であるから、一般的な玉軸受等では動作保証温度を越えているため用いることができず、軸受の摩耗対策が問題となる。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、融液を攪拌する駆動軸の軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得る結晶成長装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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原料ガスと融液とを反応させて該融液に浸漬された結晶担持体上に結晶を成長させる反応容器と、上記反応容器に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて上記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、上記駆動軸は、上記反応容器を挿通する軸体に、軸方向で上記反応容器に係止可能な係止部を設けた駆動軸体を有しており、上記駆動軸体と上記反応容器との間に設けられ、軸方向において、前記係止部と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受、または、軸方向と直交する方向において、前記軸体と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受を有する結晶成長装置を採用することによって、駆動軸体と反応容器との間に設けられる軸受を、当該結晶育成環境に耐えつつ、動作の頑強性があり、低コストで、且つ、組立性・分解性に優れるすべり軸受とし、さらに、このすべり軸受の駆動軸体及び反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方をセラミックス材から形成することで、摺動による摩耗、さらには摺動による熱の影響に対しても強くなるので、軸受の摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、融液を攪拌する駆動軸の軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態における窒化ガリウム製造装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における外容器の軸受け構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における外容器の軸受け構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。本実施形態では、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。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における窒化ガリウム製造装置１を示す構成図である。
窒化ガリウム製造装置１は、フラックス法により種基板（結晶担持体）２上にＧａＮ結晶を成長させ製造するものであり、種基板２及び混合融液（融液）３を保持する坩堝１１とその外側を囲う外容器１３からなる反応容器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３を攪拌する攪拌装置４０と、を有する。
【００１１】
坩堝１１は、内部にＮａ／Ｇａからなる混合融液３を保有する。本実施形態の坩堝１１は、その底部に種基板２を載置し、内部の混合融液３に浸漬させる構成となっている。また、坩堝１１の外側を囲う外容器１３には、外部からＧａＮ結晶の原料となる窒素ガス（Ｎ２）を導入する窒素ガス供給ポート１７が接続されており、反応容器１０内に窒素ガスが充填されるようになっている。坩堝１１は、アルミナ、または、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、または、イットリアからなるセラミックス材から形成されている。外容器１３は、ステンレス鋼から形成されている。
【００１２】
断熱容器２０の断熱材には、例えばグラスウール等の繊維系断熱材が用いられる。断熱容器２０の内側には、外容器１３を囲んで加熱するヒーター２１が設けられる。
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り、この円筒形の中心軸が鉛直方向となるように姿勢設定されている。また、圧力容器３０には、内部の空気を真空排気する不図示の真空排気ポートが接続されている。
【００１３】
攪拌装置４０は、磁気結合式の攪拌機であり、駆動軸４１と、軸ケース４２と、回転駆動装置４３と、を有する。駆動軸４１の一端側には、永久磁石（磁性体）４４を外周面周方向おいて所定間隔を空けて複数備える内筒４５が装着されている。軸ケース４２は、駆動軸４１の一端側を収容する収容空間Ｓ１を有する。収容空間Ｓ１には、内筒４５の周面と接して、駆動軸４１を軸周りに回転自在に支持する軸受４６が設けられている。この軸ケース４２は、非磁性体のステンレス鋼から形成され、圧力容器３０に気密に密着固定されている。なお、駆動軸４１もステンレス鋼から形成されている。
【００１４】
回転駆動装置４３は、軸ケース４２の外側に、永久磁石４７を内周面周方向において所定間隔をあけて複数備える外筒４８を備える。外筒４８は、軸ケース４２の外側に取り付けられた軸受４９により軸周りに回転自在に支持されている。また、回転駆動装置４３は、外筒４８を軸周りに回転させるモーター５０を備える。モーター５０の回転軸と外筒４８とはベルト５１で接続されている。上記構成によれば、モーター５０の駆動により外筒４８が軸周りに回転すると、外筒４８に固定された永久磁石４７と内筒４５に固定された永久磁石４４とが軸ケース４２を介して磁気的に作用し、駆動軸４１が軸周りに回転する。
【００１５】
断熱容器２０及び圧力容器３０には、駆動軸４１が挿通する挿通孔（以下、断熱容器２０の挿通孔を第１孔部２２、圧力容器３０の挿通孔を第２孔部３１と称する）が形成されている。第１孔部２２と第２孔部３１との間には、軸方向に伸縮自在で、且つ、軸方向と直交する方向に偏心自在なベローズ管（伸縮管）５３が設けられている。ベローズ管５３は、断熱容器２０と圧力容器３０との間において駆動軸４１を囲うと共に、その一端側で第１孔部２２を気密に囲うように取り付けられ、その他端側で第２孔部３１を気密に囲うように取り付けられている。なお、第２孔部３１は軸ケース４２の収容空間Ｓ１と気密に連通しており、第１孔部２２より外側には、ベローズ管５３、第２孔部３１及び収容空間Ｓ１が連通した気密空間が形成される構成となっている。この構成によれば、断熱容器２０からの高温ガスの流出を抑制することができる。
【００１６】
軸ケース４２から下方に延びる駆動軸４１の他端側は、圧力容器３０、断熱容器２０、外容器１３及び坩堝１１を挿通され、混合融液３中に至る構成となっている。駆動軸４１は、その他端側先端部に攪拌翼５２を備えており、混合融液３中で攪拌翼５２が軸周りに回転することで、混合融液３を攪拌する。
本実施形態の駆動軸４１は、第１駆動軸４１Ａと第２駆動軸（駆動軸体）４１Ｂとが軸継手６０により係合して構成されている。なお、第１駆動軸４１Ａは、軸ケース４２によって回転自在に支持され、第２駆動軸４１Ｂは、坩堝１１に設けられたすべり軸受７０Ａにより回転自在に支持され、さらに、外容器１３に設けられたすべり軸受７０Ｂにより回転自在に支持されている。
【００１７】
第２駆動軸４１Ｂは、反応容器１０に挿通する軸体４１ｂ１と、軸方向（鉛直方向）で外容器１３に係止可能に設けられた係止部４１ｂ２と、を有する。
すべり軸受７０Ａは、軸体４１ｂ１が挿通する坩堝１１に形成された挿通孔（以下、第３孔部１１ａと称する）に載置されている。すべり軸受７０Ａは、その内周面（すべり面）で軸体４１ｂ１を軸支する構成となっている。本実施形態のすべり軸受７０Ａは、高温雰囲気下におかれるため、耐熱性、耐摩耗性を併せ持つ、アルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアから形成されたセラミックス軸受から構成されている。
【００１８】
すべり軸受７０Ａと軸体４１ｂ１との間には隙間が形成されている。この隙間は、すべり軸受７０Ａの内周径を、軸体４１ｂ１の外周径より大きく設計することにより形成される。この隙間は、Ｎａ蒸気の漏出を防ぎつつ窒素ガスを坩堝１１内に供給することができる大きさに管理されている。この機能を十分に発揮できる隙間の大きさは、実験結果や経験則から、１ｍｍ以下が適当であるとされている。本実施形態では、加熱による熱膨張率を考慮して、この隙間の片側の大きさが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍとなるように、製作時にすべり軸受７０Ａの内周径及び駆動軸４１の外周径を精度管理している。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施形態における外容器１３の軸受け構造を示す断面図である。
係止部４１ｂ２は、軸継手６０の一部を構成する。係止部４１ｂ２は、軸体４１ｂ１の端部から半径方向（水平方向）両側に延在する略板形状を有する。一方、第１駆動軸４１Ａは、係止部４１ｂ２を跨ぎ、且つ、係止部４１ｂ２の厚みより大きな距離で設けられる一対の棒体４１ａ１を有する。
上記構成の軸継手６０によれば、第１駆動軸４１Ａが軸周り（例えば平面視時計回り）に回転すると、一対の棒体４１ａ１が係止部４１ｂ２を厚み方向で挟み込むように接触し、係合する。そして、第１駆動軸４１Ａと第２駆動軸４１Ｂとが一体回転することとなる。
【００２０】
すべり軸受７０Ｂは、軸体４１ｂ１が挿通する外容器１３に形成された挿通孔（以下、第４孔部１３ａと称する）に載置されている。すべり軸受７０Ｂは、第４孔部１３ａよりも小径の小径部７１と、第４孔部１３ａよりも大径の大径部７２とを有する。すべり軸受７０Ｂは、外容器１３に対して固定されておらず、大径部７２が第４孔部１３ａの縁部に係止し、小径部７１が第４孔部１３ａに遊嵌することで、外容器１３に対して第２駆動軸４１Ｂ周りに回転自在に設けられている。
【００２１】
すべり軸受７０Ｂは、第２駆動軸４１Ｂと対向するすべり面７１ａ，７２ａ及び外容器１３と対向するすべり面７１ｂ，７２ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されている。本実施形態のすべり軸受７０Ｂは、すべり面７１ａ，７１ｂ及びすべり面７２ａ，７２ｂの両方が、セラミックス材から形成されている。本実施形態のすべり軸受７０Ｂは、高温雰囲気下におかれるため、耐熱性、耐摩耗性を併せ持つ、アルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアから形成されたセラミックス軸受から構成されている。また、すべり面７２ａは、係止部４１ｂ２と軸方向（鉛直方向）で対向し、第２駆動軸４１Ｂの自重の少なくとも一部（本実施形態では第２駆動軸４１Ｂの自重の略全て）を軸方向で受ける構成となっている。
【００２２】
続いて、上記構成の窒化ガリウム製造装置１の動作及び作用について説明する。なお、本実施形態の窒化ガリウム製造装置１は、不図示の制御部を備えている。そして、特に断りが無い限り、当該制御部が、主体者として以下の動作を制御する。
先ず、圧力容器３０内部の空気を真空排気ポートから真空排気する。真空状態となった後、窒素ガス供給ポート１７から窒素ガスを供給して反応容器１０内を充填させる。この際、窒素ガス供給ポート１７から供給された窒素ガスは、先ず外容器１３内に充填される。外容器１３内が充填されて加圧されると、すべり軸受７０Ａと駆動軸４１との間の隙間がガス流路として機能し、外容器１３内の窒素ガスが、坩堝１１内に供給される。そして、内部圧力を、数十ＭＰａまで加圧する。また、ヒーター２１を駆動させて、内部温度を８００℃〜１０００℃まで加熱し、高温高圧雰囲気を形成する。
【００２３】
そして、この高温高圧状態を維持し、坩堝１１の混合融液３中で、Ｇａ（ガリウム）とＮ（窒素）とを反応させて、種基板２上にＧａＮ結晶を成長させる。この結晶の成長速度は、数十μｍ／ｈｒと遅く、十分なサイズの結晶を得ようとすると、長時間の育成が必要不可欠となる。
この結晶成長過程において余分な核発生を抑え、大型で高品質のＧａＮ結晶を得るべく、攪拌装置４０で混合融液３を攪拌させる。具体的には、モーター５０の駆動により外筒４８を軸周りに回転させて、磁気的作用により攪拌翼５２を有する駆動軸４１を軸周りに回転させ、攪拌翼５２で混合融液３を攪拌する。駆動軸４１は、第１駆動軸４１Ａと第２駆動軸４１Ｂと備えており、軸継手６０によって、第２駆動軸４１Ｂが第１駆動軸４１Ａと共に一体回転する。
【００２４】
本実施形態では、第２駆動軸４１Ｂを、セラミックスからなるすべり軸受７０Ａ，７０Ｂによって支持しているので、長時間の結晶育成において、結晶育成条件の変化を抑制することができる。すなわち、反応容器１０に第２駆動軸４１Ｂを挿通するために、単に、第３孔部１１ａ、第４孔部１３ａを形成すると、軸体４１ｂ１との隙間から融液成分（Ｎａガス）が抜け出てしまい、結晶育成条件（例えば、ＮａとＧａの比率）の変化を招くことから、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂによって、その隙間を小さく管理することで、結晶育成条件の変化を抑制することができる。
【００２５】
また、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、セラミックス軸受からなるので高温（８００℃〜１０００℃）の結晶育成環境下にも耐え得ることができる。すなわち、一般的な玉軸受等では、動作保証温度が８００℃未満であり、当該結晶育成環境下にそのまま適用することは難しい。また、総セラミックス製玉軸受は、価格が非常に高く、納期も長いというデメリットがある。また、この玉軸受は、反応容器１０への固定が必要となると共に構造が複雑となり、結晶育成後、反応容器１０を分解するとなると、分解作業が困難となる。さらに、構造が複雑であるため、反応容器１０の製作誤差や熱変形等による位置ずれが発生した場合、軸体４１ｂ１との間で抉りが生じ、円滑な回転を阻害してしまう。一方、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、構造が簡単であるため、動作の頑強性があり、低コストで、且つ、組立性・分解性に優れる。さらに、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、第３孔部１１ａ、第４孔部１３ａに固定せずに載置しているため、位置ずれが発生した場合でもその隙間（ガタ）が吸収してくれるので、軸体４１ｂ１の抉りを防止した円滑な回転を維持できる。
【００２６】
また、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂは、第２駆動軸４１Ｂと摺動し、また、第３孔部１１ａ、第４孔部１３ａに固定せずに載置しているため、第２駆動軸４１Ｂと共に連れ周り、坩堝１１あるいは外容器１３とも摺動するが、それらと対向するすべり面がセラミックス材から形成されているので、当該摺動による摩耗を抑制し、さらに、第２駆動軸４１Ｂとの摺動による摩擦熱（周囲環境温度＋数十℃）にも耐え得ることができる。
特に、すべり軸受７０Ｂにおいては、図２に示すように、係止部４１ｂ２と軸方向で対向するすべり面７２ａを有し、第２駆動軸４１Ｂの自重の少なくとも一部を軸方向で受けているので、すべり面７２ａにおいては他のすべり面より相対的に摩耗し易くなるが、すべり軸受７０Ｂが外容器１３に対しても相対回転するため、自重を受けて摺動する部位がすべり面７２ｂにも分散され、摩耗の発生を抑制することができる。すなわち、すべり面７２ｂでは環状の広い面で外容器１３と摺動するので、すべり面７２ａのように局所荷重を受けることはないため、すべり面７２ｂ側が摺動すればそれだけ摩耗に対して強くなる。
【００２７】
具体的に、約１００時間、攪拌翼５２を回して摩耗の度合いを大径部７２の厚みｔで計測したところ、すべり軸受７０Ｂをアルミナで形成した場合は、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後が４．６ｍｍ（計測誤差を含む）で約２％増加した。一方、すべり軸受７０ＢをＹＡＧで形成した場合は、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後も４．５ｍｍ（計測誤差を含む）で変化がなかった。これらの計測結果から、すべり軸受７０Ｂは、長時間の運転に耐え得る耐摩耗性を有していることが分かる。一方で、すべり軸受７０Ｂから微量の摩耗粉が発生した場合であっても、坩堝１１とすべり軸受７０Ｂのすべり面のセラミックス材を同質のセラミックス材としているため、坩堝１１は通常、結晶成長に影響を与えないセラミックス材で形成されているので、摩耗粉が仮に混合融液３に混入した場合であっても結晶成長に影響を与えないようにすることができる。
【００２８】
したがって、上述した第１実施形態によれば、混合融液３を攪拌する第２駆動軸４１Ｂの軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得ることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図３は、本発明の第２実施形態における外容器１３の軸受け構造を示す断面図である。
なお、第２実施形態では、すべり軸受７０Ｂを窒化ホウ素で形成している。
【００３０】
窒化ホウ素は、セラミックス材であり、耐熱性及び自己潤滑性を有するので、円滑な第２駆動軸４１Ｂの回転のためには有用であるが、反面、柔らかく摩耗が激しいという性質を有する。具体的に、すべり軸受７０Ｂを窒化ホウ素で形成し、約１００時間、攪拌翼５２を回して摩耗の度合いを大径部７２の厚みｔで計測したところ、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後が３．７ｍｍ（計測誤差を含む）で約１８％減少した。また、摩耗粉が、外容器１３との隙間に入り込み、外容器１３との固着が確認された。固着の原因としては、外容器１３との隙間に摩耗粉が入り込んだことと、摩耗粉に含まれる（Ｓｉ３Ｎ４）と僅かながら装置内に残っている酸素が高温雰囲気下で反応し、ガラス状の物質が生成される等したことが原因と考えられる。
【００３１】
そこで、第２実施形態では、図３に示すように、軸方向において係止部４１ｂ２とすべり軸受７０Ｂとの間に設けられ、係止部４１ｂ２とすべり軸受７０Ｂとのそれぞれに対して第２駆動軸４１Ｂ周りに相対回転自在な第１のワッシャ８０、及び、軸方向においてすべり軸受７０Ｂと外容器１３との間に設けられ、すべり軸受７０Ｂと外容器１３とのそれぞれに対して第２駆動軸４１Ｂ周りに相対回転自在な第２のワッシャ８１の少なくともいずれか一方（本実施形態では両方）を有している。第１のワッシャ８０及び第２のワッシャ８１は、共に金属製のワッシャから形成される。
【００３２】
上記構成によれば、第１のワッシャ８０が係止部４１ｂ２とすべり軸受７０Ｂとのそれぞれに対して相対回転すると共に、第２のワッシャ８１がすべり軸受７０Ｂと外容器１３とのそれぞれに対して相対回転するため、摺動する部位が分散され、結果、摩耗の発生が抑制される。さらに、第１のワッシャ８０は、すべり面７１ｂに対して環状に広い接触面積で当接するため、係止部４１ｂ２から受ける局所荷重を分散させることができ、摩耗の発生が抑制される。
具体的に、すべり軸受７０Ｂを窒化ホウ素で形成し、図３のように第１のワッシャ８０及び第２のワッシャ８１を設けて、約１００時間、攪拌翼５２を回して摩耗の度合いを大径部７２の厚みｔで計測したところ、運転前が４．５ｍｍであったのに対し、運転後が４．４５〜４．５ｍｍ（計測誤差を含む）で約０〜１％の減少に留まった。また、外容器１３との固着も確認されなかった。
【００３３】
したがって、上述した第２実施形態によれば、混合融液３を攪拌する第２駆動軸４１Ｂの軸受の摩耗を抑制し、大型で高品質の結晶を得ることができる。
【００３４】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３５】
例えば、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂを形成するセラミックス材をイットリアとする構成であっても良い。イットリアは、上述したアルミナやＹＡＧと同様の耐磨耗性を有するためである。
【００３６】
また、例えば、すべり軸受７０Ａ，７０Ｂを形成するセラミックス材をアルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアとしたものであっても、第１のワッシャ８０及び第２のワッシャ８１の少なくともいずれか一方を設けても良い。これにより、摩耗を抑制し、さらに長時間の運転が可能になる。
【００３７】
また、例えば、上記実施形態では、反応容器１０を坩堝１１と外容器１３とからなる構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、反応容器１０は坩堝１１のみで構成しても良いし、坩堝１１と外容器１３との間にさらに中容器を設ける構成であっても良い。
【００３８】
また、例えば、上記実施形態では、すべり軸受７０Ｂは、第２駆動軸４１Ｂと対向するすべり面７１ａ，７２ａ及び外容器１３と対向するすべり面７１ｂ，７２ｂの両方がセラミックス材から形成されていると説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
係止部４１ｂ２から荷重を受けるすべり軸受７０Ｂにおいては、軸方向において、係止部４１ｂ２と対向するすべり面７２ａ及び外容器１３と対向するすべり面７２ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されていれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、係止部４１ｂ２から荷重を受けないすべり軸受７０Ａにおいては、軸方向と直交する方向において、軸体４１ｂ１と対向するすべり面７１ａ及び外容器１３と対向するすべり面７１ｂの少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されていれば、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００３９】
また、例えば、上記実施形態では、結晶担持体として種基板２を用いたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、基板以外にも、円柱や四角柱等の種々の形状がありうる。
【符号の説明】
【００４０】
１…窒化ガリウム製造装置（結晶成長装置）、２…種基板（結晶担持体）、３…混合融液（融液）、１０…反応容器、１１…坩堝、１３…外容器、４０…攪拌装置、４１…駆動軸、４１Ｂ…第２駆動軸（駆動軸体）、４１ｂ１…軸体、４１ｂ２…係止部、７０Ａ…すべり軸受、７０Ｂ…すべり軸受、７１ａ…すべり面、７１ｂ…すべり面、７２ａ…すべり面、７２ｂ…すべり面、８０…第１のワッシャ、８１…第２のワッシャ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱加圧雰囲気下で原料ガスと融液とを反応させて該融液に浸漬された結晶担持体上に結晶を成長させる反応容器と、
前記反応容器に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて前記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、
前記駆動軸は、前記反応容器を挿通する軸体に、軸方向で前記反応容器に係止可能な係止部を設けた駆動軸体を有しており、
前記駆動軸体と前記反応容器との間に設けられ、軸方向において、前記係止部と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受を有することを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】
加熱加圧雰囲気下で原料ガスと融液とを反応させて該融液に浸漬された結晶担持体上に結晶を成長させる反応容器と、
前記反応容器に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて前記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、
前記駆動軸は、前記反応容器を挿通する軸体に、軸方向で前記反応容器に係止可能な係止部を設けた駆動軸体を有しており、
前記駆動軸体と前記反応容器との間に設けられ、軸方向と直交する方向において、前記軸体と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受を有することを特徴とする結晶成長装置。
【請求項３】
前記すべり軸受は、前記係止部と軸方向で対向するすべり面を有し、前記駆動軸体の自重の少なくとも一部を軸方向で受けることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
前記すべり軸受は、前記反応容器に対して前記駆動軸周りに相対回転自在に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項５】
軸方向において前記係止部と前記すべり軸受との間に設けられ、前記係止部と前記すべり軸受とのそれぞれに対して前記駆動軸周りに相対回転自在な第１のワッシャ、及び、軸方向において前記すべり軸受と前記反応容器との間に設けられ、前記すべり軸受と前記反応容器とのそれぞれに対して前記駆動軸周りに相対回転自在な第２のワッシャの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項６】
前記反応容器は、前記融液を保持する坩堝を有しており、
前記すべり軸受のセラミックス材は、前記坩堝と同質のセラミックス材から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項７】
前記セラミックス材は、アルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項１】
加熱加圧雰囲気下で原料ガスと融液とを反応させて該融液に浸漬された結晶担持体上に結晶を成長させる反応容器と、
前記反応容器に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて前記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、
前記駆動軸は、前記反応容器を挿通する軸体に、軸方向で前記反応容器に係止可能な係止部を設けた駆動軸体を有しており、
前記駆動軸体と前記反応容器との間に設けられ、軸方向において、前記係止部と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受を有することを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】
加熱加圧雰囲気下で原料ガスと融液とを反応させて該融液に浸漬された結晶担持体上に結晶を成長させる反応容器と、
前記反応容器に挿通して設けられた駆動軸を軸周りに回転させて前記融液を攪拌する攪拌装置と、を備え、
前記駆動軸は、前記反応容器を挿通する軸体に、軸方向で前記反応容器に係止可能な係止部を設けた駆動軸体を有しており、
前記駆動軸体と前記反応容器との間に設けられ、軸方向と直交する方向において、前記軸体と対向するすべり面及び前記反応容器と対向するすべり面の少なくともいずれか一方がセラミックス材から形成されたすべり軸受を有することを特徴とする結晶成長装置。
【請求項３】
前記すべり軸受は、前記係止部と軸方向で対向するすべり面を有し、前記駆動軸体の自重の少なくとも一部を軸方向で受けることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
前記すべり軸受は、前記反応容器に対して前記駆動軸周りに相対回転自在に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項５】
軸方向において前記係止部と前記すべり軸受との間に設けられ、前記係止部と前記すべり軸受とのそれぞれに対して前記駆動軸周りに相対回転自在な第１のワッシャ、及び、軸方向において前記すべり軸受と前記反応容器との間に設けられ、前記すべり軸受と前記反応容器とのそれぞれに対して前記駆動軸周りに相対回転自在な第２のワッシャの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項６】
前記反応容器は、前記融液を保持する坩堝を有しており、
前記すべり軸受のセラミックス材は、前記坩堝と同質のセラミックス材から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項７】
前記セラミックス材は、アルミナ、または、ＹＡＧ、または、イットリアからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１５３５６６（Ｐ２０１２−１５３５６６Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０３９（Ｐ２０１１−１４０３９）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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