高流量のＧａＣｌ３供給
【課題】蒸気相の高純度三塩化ガリウムを窒化ガリウムの反応器に供給するための装置を提供する。
【解決手段】高圧のキャリヤーガスの供給源；該キャリヤーガスから水分を除去するための精製器；該キャリヤーガスを少なくとも８０℃に加熱することができるヒータ；三塩化ガリウムの供給物と、該三塩化ガリウムのレベルより下に出口を備えたディップチューブを有する前記キャリヤーガスのためのバルブ制御された入口と、該キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを取り出すためのバルブ制御された出口とを含む容器；前記三塩化ガリウムを溶融するのに十分加熱することができるヒータ；伴われた三塩化ガリウムを窒化ガリウムのための反応領域に運ぶためのバルブ制御された出口に連結された供給ラインを含む、蒸気相の高純度三塩化ガリウムを窒化ガリウムの反応器に供給するための装置が提供される。
【解決手段】高圧のキャリヤーガスの供給源；該キャリヤーガスから水分を除去するための精製器；該キャリヤーガスを少なくとも８０℃に加熱することができるヒータ；三塩化ガリウムの供給物と、該三塩化ガリウムのレベルより下に出口を備えたディップチューブを有する前記キャリヤーガスのためのバルブ制御された入口と、該キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを取り出すためのバルブ制御された出口とを含む容器；前記三塩化ガリウムを溶融するのに十分加熱することができるヒータ；伴われた三塩化ガリウムを窒化ガリウムのための反応領域に運ぶためのバルブ制御された出口に連結された供給ラインを含む、蒸気相の高純度三塩化ガリウムを窒化ガリウムの反応器に供給するための装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
エレクトロニクス製造産業では、ガリウム含有膜などの化合物半導体に強い関心が持たれている。従来、ガリウム含有化合物は、トリメチルガリウムを用いて合成されている。このような合成は高価でかつ遅い。
【０００２】
ガリウム含有化合物の合成における１つの欠点は、ガリウム源、例えば、室温で固体の三塩化ガリウム（ＧａＣｌ3）に関する供給システムである。固体前駆体に関する通常の蒸気供給システムは、固体状態におけるＧａＣｌ3の低蒸気圧のために高流量かつ高純度でＧａＣｌ3を供給することに対して提供されていない。
【０００３】
このような高流量を供給することができる既存の液体蒸気供給システムは、その低温性能及びより高い温度で加速される塩素化学の高い腐食性のために、溶融した（８０℃を超える）ＧａＣｌ3に適合することができない。
【０００４】
既存の固体化学物質の蒸気供給システムは、大部分の固体前駆体が低蒸気圧であるために、より低い流量に関してのみ存在する。米国ペンシルバニア州、アレンタウンのエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社は、特許文献１において示されるＳｃｈｕｍａｃｈｅｒ商標製品の固体源気化器の提供物を開発した。
【０００５】
別の関連する液体蒸気供給システムは、米国ペンシルバニア州、アレンタウンのエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社によって提供されるＧａｓｇｕａｒｄ ＢＳＧＳ Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅバブラーモジュール（１９９９年３月頃）である。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５−００３９７９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の容器及び供給システムの欠陥は、エレクトロニクス用途のためのガリウム含有化合物の経済的で高純度の合成を可能にする本発明の三塩化ガリウムの容器及び供給システムによって克服される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、大気圧よりも高い圧力の不活性キャリヤーガスの供給源；該キャリヤーガスから水分を１０億分の１０（「ｐｐｂ」）以下、好ましくは５ｐｐｂ以下まで除去することができる精製器；該キャリヤーガスを少なくとも８０℃、好ましくは１１０℃の温度に加熱することができるヒータ；三塩化ガリウムの供給物と、該三塩化ガリウムのレベルより下に出口を有するディップチューブを形成する前記キャリヤーガスのためのバルブ制御された入口と、該キャリヤーガス及び該キャリヤーガス中に伴われる三塩化ガリウムを取り出すためのバルブ制御された出口とを含む耐腐食性内面を有する容器；該容器を前記三塩化ガリウムを溶融するのに十分加熱することができるヒータ；前記キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを該三塩化ガリウムをガリウム含有化合物に転化するための反応領域に運ぶためのバルブ制御された出口に連結された供給ラインを含む、蒸気相の高純度三塩化ガリウムをガリウム含有化合物を生成するための反応器に供給するための装置である。
【０００８】
本発明はまた、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選択されるキャリヤーガスを大気圧よりも高い圧力で提供する工程；１０ｐｐｂ以下、好ましくは５ｐｐｂ以下までの水分の除去に対して選択性のある精製媒体に前記キャリヤーガスを通すことにより該キャリヤーガスを精製する工程；該キャリヤーガスを少なくとも８０℃、好ましくは１１０℃の温度に加熱する工程；該キャリヤーガスを容器中の溶融した三塩化ガリウムの浴に注入して該キャリヤーガスにおいて三塩化ガリウムを伴出する工程；該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを前記容器から取り出し、該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを少なくとも８０℃、好ましくは１１０℃の温度でガリウム含有膜を合成するための反応領域に供給する工程を含む、蒸気相の三塩化ガリウムをガリウム含有化合物を合成するための反応領域に供給するための方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の装置及び方法は、高蒸気圧エピタキシー（ＨＶＰＥ）を用いて高流量でかつ高純度のＧａＣｌ3蒸気を反応器に供給することによりエピタキシャル反応器において化学気相成長（ＣＶＤ）のガリウム膜堆積を可能にする。
【００１０】
固体前駆体に関する通常の蒸気供給システムは、固体状態におけるＧａＣｌ3の低蒸気圧のために高流量かつ高純度でＧａＣｌ3を供給することに対して提供されていない。
【００１１】
このような高流量を供給することができる既存の液体蒸気供給システムは、その低温性能及びより高い温度で加速される塩素化学の高い腐食性のために、溶融した（８０℃を超える）ＧａＣｌ3に適合することができない。
【００１２】
本発明は、以下のようにして実証された。ＧａＣｌ3の固体前駆体を３１６ＬＳＳのバブラー容器に入れ、その７８℃の融点より高い温度に加熱する。この温度及びそれより高い温度で、それは液体であり、遅い流量でバブリングすることができる。
【００１３】
その融点（７８℃）から最大１３０℃までＧａＣｌ3をさらに加熱し、液体ＧａＣｌ3の蒸気圧を上げ（ＧａＣｌ3の１３０℃での蒸気圧は９０Ｔｏｒｒである）、バブリングによって高流量（３００〜４００ｇ／ｈ）を適切に供給する。これらのより高い温度では、５〜１５リットル／分の範囲のキャリヤーガス流量によって、望ましい高質量流量であるが、大きな液滴エアロゾルの形態で容器出口から液体を吐き出させる場合のある液体の乱れを防ぐほど十分低い質量流量が得られる。バブリングの際、ばらつきのない物質移動を維持しかつエアロゾルの液滴がしばしば寄与する粒子の問題を避けるには、飽和蒸気のみを許容することができる。
【００１４】
本発明の方法は、精製キャリヤーガス（Ｈ2、Ａｒ、Ｈｅ又はＮ2）を用いてＧａＣｌ3をバブリングする。超高純度（ＵＨＰ）精製器は、１０億分の１０未満、好ましくは１０億分の５（ｐｐｂ）未満まで水分を除去し、（ＧａＣｌ3中の）塩素と水分が反応することでＨＣｌが生成するのを防ぐ。
【００１５】
このキャリヤーガスからの水分の除去は、金属バブラーの濡れ表面をＨＣｌが攻撃するのを制御する。このような攻撃は、ＧａＣｌ3前駆体に金属の不純物を与え、腐食損傷を生じさせる場合がある。金属汚染物質は、ガリウム含有膜のエピタキシャル結晶成長を妨げる場合がある。
【００１６】
高温におけるＨＣｌの腐食速度の増加は、本発明に別の任意選択の特徴の追加をもたらす。フルオロポリマー、フッ化エチレンプロピレン（「ＦＥＰ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＥＴＦＥ」）又はＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレンのコポリマー又は誘導体、以下まとめてポリテトラフルオロエチレンと称する）の保護コーティングを、金属又は合金、即ち、ステンレス鋼（ＳＳ）のバブラー内側の接液面に形成して、当該ＳＳの接液面から金属不純物が与えられるのをより良く防ぐことができる。このコーティングはまた、水分が誤って導入された場合に金属又は合金の容器に対する腐食を抑制する。
【００１７】
容器、バルブ、配管及びフィッティングは、電解研磨された３１６Ｌステンレス鋼（「ＳＳ」）であることが好ましい。３１６Ｌ ＳＳのバルブは、高い操作温度に耐え、塩素の攻撃に抵抗するために特別なＰＦＡシートを利用することが好ましい。これらの部材はまた、ハステロイ、例えば、ハステロイＢ−２合金、ハステロイＢ−３合金、例えば、ハステロイＣ−２２合金、ニッケル又はモネルであることもできる。ハステロイＢ−３合金は、Ｎｉ−６５ｗｔ％、Ｍｏ−２８．５ｗｔ％、Ｃｒ−１．５ｗｔ％、Ｆｅ−１．５ｗｔ％、Ｃｏ−３ｗｔ％、Ｗ−３ｗｔ％、Ｍｎ−３ｗｔ％、Ａｌ−０．５ｗｔ％、Ｔｉ−０．２ｗｔ％、Ｓｉ−０．１ｗｔ％、及びＣ−０．０１ｗｔ％の組成を有する。ハステロイＣ−２２合金は、Ｎｉ−５６ｗｔ％、Ｍｏ−１３ｗｔ％、Ｃｒ−２２ｗｔ％、Ｆｅ−３ｗｔ％、Ｃｏ−２．５ｗｔ％、Ｗ−３ｗｔ％、Ｍｎ−０．５ｗｔ％、Ｖ−０．３５ｗｔ％、Ｓｉ−０．０８ｗｔ％、及びＣ−０．０１ｗｔ％の組成を有する。あるいはまた、酸化ケイ素（「シリカ」）でコーティングされた金属を用いて腐食を減少させることもできる。シリカは、非晶質シリカ、例えば、米国ペンシルバニア州、ベレフォンテのＲｅｓｔｅｋから入手可能なＳｉｌｔｅｋであることができる。非晶質シリカのコーティングは、３１６Ｌの電解研磨されたステンレス鋼、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３又はハステロイＣ−２２に適用することが好ましい。別のシリコン耐腐食性コーティングは、３１６Ｌ ＳＳなどの金属にさらに適用された溶融石英である。表１は、関連する耐腐食性合金の組成を示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
容器、入口、出口、バルブ及び供給ラインの構成材料のための種々の合金に関する試験を、当該合金を三塩化ガリウムにさらすことで行った。結果は下表２に一覧にされ、ハステロイＣ−２２が測定可能な最も低い腐食を示したことを表している。データは、三塩化ガリウムとの接触前後の合金試験片（試料）の質量を比較し、試験片にさらされた三塩化ガリウムと三塩化ガリウムにさらした後に試験片と接触した洗浄水の両方を分析することにより収集した。しかしながら、ハステロイＢ−２及びＢ−３合金が最も揮発性の低い腐食副生成物を生成し、それゆえ、より少ない金属不純物を有するガリウム膜を生成したと予測される。図２に示される合計の副生成物の比較は、幾つかの合金試験片と接触した後のガス状三塩化ガリウム中に見出された腐食副生成物と、合金試験片が三塩化ガリウムにさらされた後の幾つかの合金試験片と接触した洗浄水中に見出された腐食副生成物とを合わせたものである。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
バブラーは、金属汚染物質からのより多くの保護を必要とする用途のために任意選択で形成されたＰＦＡライナーとともに利用可能である。この場合、すべてのバルブは、３１６Ｌ ＳＳからすべてパーフルオロポリマー、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ ＰＦＡ（本体及びシート）バルブに切り替えられる。
【００２３】
本発明は、図面に関してさらに説明される。アルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はそれらの混合物を含む高純度の不活性キャリヤーガスが、キャリヤーガス供給１０において大気圧よりも高い圧力で提供される。キャリヤーガスは、バルブ１２、如何なる水分も１０ｐｐｂ、好ましくは５ｐｐｂ未満まで除去する精製器１４、及び粒子、特には不注意にも精製器１４において生成する場合のある粒子を除去するフィルター１６を通って５〜１５リットル／分の流量で投与される。キャリヤーガスは、十分純度が高い場合には、任意選択で精製器又はフィルターをバイパスすることができる。キャリヤーガス流は、マスフローコントローラー１８を通って測定及び計量される。
【００２４】
キャリヤーガスは、ライン２０を通って三塩化ガリウムの容器２６を収容する断熱されたシェル２４に供給される。キャリヤーガスのラインは、１つ又は複数の正弦曲線のベンド２２によって構成され、個別に加熱することができる熱交換面を形成するか、又は図に示すように容器２６のためのヒータ４０から熱を受け取る。
【００２５】
加熱されたキャリヤーガスは、バルブ３６を通って供給され、容器２６のバルブのある入口としてのディップチューブ３２を通って容器２６に入る。ディップチューブの出口は、溶融した三塩化ガリウム２８の表面より下にあり、三塩化ガリウム２８はそうでなければ室温で固体であるのをヒータ４０によって７８℃の融点よりも高い温度に加熱することで液相に維持される。ヒータ４０は容器２６を取り囲むことができる。
【００２６】
ディップチューブ出口３２から投与されるキャリヤーガスは、溶融した液体の三塩化ガリウムを通って「バブリング」し、バルブ３８で制御されるバルブ付き出口３４を通して取り出すために蒸気相において三塩化ガリウムを伴出するので、容器２６は「バブラー」とも称される。ヒータ４０は典型的なヒータコントローラー４２によって制御される。
【００２７】
三塩化ガリウムで飽和したキャリヤーガスは、三塩化ガリウムを運ぶ内側ライン４６と、内側ライン４６とともに環状空間４８を形成する外側ライン４４とを有する同軸ラインである供給ライン４４において容器２６から取り出され、このような環状空間は、加熱された雰囲気（好ましくは不活性窒素）が環状空間を占め、容器２６からバルブ５０を通ってガリウム含有化合物の反応器５２へ投与されるキャリヤーガスと三塩化ガリウムの高温を維持してターゲット５４上にガリウム含有化合物の製品を形成することを可能にする。
【００２８】
この装置及び方法は、三塩化ガリウムを３００〜４００ｇ／ｈの流量で以って１１０℃〜１４０℃で反応器５２中のガリウム含有化合物の反応領域に供給することを可能にし、それは高純度のガリウム含有化合物の経済的な生成にとって望ましい。
【００２９】
本発明は幾つかの典型的な実施態様を参照して説明されたが、本発明の完全な範囲は特許請求の範囲によって確定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ガリウム含有化合物の合成に関して高純度かつ高流量でＧａＣｌ3を供給するための本発明の実施態様の概略図である。
【図２】三塩化ガリウムにさらされ、その後、水で洗浄された種々の金属合金に関する腐食副生成物の合計のグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０ キャリヤーガス供給
１２、３６、３８、５０ バルブ
１４ 精製器
１６ フィルター
１８ マスフローコントローラー
２０ ライン
２２ ベンド
２４ シェル
２６ 容器
２８ 溶融した三塩化ガリウム
３２ ディップチューブ
３４ 出口
４０ ヒータ
４２ ヒータコントローラー
４４ 外側ライン
４６ 内側ライン
４８ 環状空間
５２ 反応器
５４ ターゲット
【背景技術】
【０００１】
エレクトロニクス製造産業では、ガリウム含有膜などの化合物半導体に強い関心が持たれている。従来、ガリウム含有化合物は、トリメチルガリウムを用いて合成されている。このような合成は高価でかつ遅い。
【０００２】
ガリウム含有化合物の合成における１つの欠点は、ガリウム源、例えば、室温で固体の三塩化ガリウム（ＧａＣｌ3）に関する供給システムである。固体前駆体に関する通常の蒸気供給システムは、固体状態におけるＧａＣｌ3の低蒸気圧のために高流量かつ高純度でＧａＣｌ3を供給することに対して提供されていない。
【０００３】
このような高流量を供給することができる既存の液体蒸気供給システムは、その低温性能及びより高い温度で加速される塩素化学の高い腐食性のために、溶融した（８０℃を超える）ＧａＣｌ3に適合することができない。
【０００４】
既存の固体化学物質の蒸気供給システムは、大部分の固体前駆体が低蒸気圧であるために、より低い流量に関してのみ存在する。米国ペンシルバニア州、アレンタウンのエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社は、特許文献１において示されるＳｃｈｕｍａｃｈｅｒ商標製品の固体源気化器の提供物を開発した。
【０００５】
別の関連する液体蒸気供給システムは、米国ペンシルバニア州、アレンタウンのエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社によって提供されるＧａｓｇｕａｒｄ ＢＳＧＳ Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏｓｉｌａｎｅバブラーモジュール（１９９９年３月頃）である。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５−００３９７９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の容器及び供給システムの欠陥は、エレクトロニクス用途のためのガリウム含有化合物の経済的で高純度の合成を可能にする本発明の三塩化ガリウムの容器及び供給システムによって克服される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、大気圧よりも高い圧力の不活性キャリヤーガスの供給源；該キャリヤーガスから水分を１０億分の１０（「ｐｐｂ」）以下、好ましくは５ｐｐｂ以下まで除去することができる精製器；該キャリヤーガスを少なくとも８０℃、好ましくは１１０℃の温度に加熱することができるヒータ；三塩化ガリウムの供給物と、該三塩化ガリウムのレベルより下に出口を有するディップチューブを形成する前記キャリヤーガスのためのバルブ制御された入口と、該キャリヤーガス及び該キャリヤーガス中に伴われる三塩化ガリウムを取り出すためのバルブ制御された出口とを含む耐腐食性内面を有する容器；該容器を前記三塩化ガリウムを溶融するのに十分加熱することができるヒータ；前記キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを該三塩化ガリウムをガリウム含有化合物に転化するための反応領域に運ぶためのバルブ制御された出口に連結された供給ラインを含む、蒸気相の高純度三塩化ガリウムをガリウム含有化合物を生成するための反応器に供給するための装置である。
【０００８】
本発明はまた、水素、窒素、ヘリウム、アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選択されるキャリヤーガスを大気圧よりも高い圧力で提供する工程；１０ｐｐｂ以下、好ましくは５ｐｐｂ以下までの水分の除去に対して選択性のある精製媒体に前記キャリヤーガスを通すことにより該キャリヤーガスを精製する工程；該キャリヤーガスを少なくとも８０℃、好ましくは１１０℃の温度に加熱する工程；該キャリヤーガスを容器中の溶融した三塩化ガリウムの浴に注入して該キャリヤーガスにおいて三塩化ガリウムを伴出する工程；該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを前記容器から取り出し、該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを少なくとも８０℃、好ましくは１１０℃の温度でガリウム含有膜を合成するための反応領域に供給する工程を含む、蒸気相の三塩化ガリウムをガリウム含有化合物を合成するための反応領域に供給するための方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の装置及び方法は、高蒸気圧エピタキシー（ＨＶＰＥ）を用いて高流量でかつ高純度のＧａＣｌ3蒸気を反応器に供給することによりエピタキシャル反応器において化学気相成長（ＣＶＤ）のガリウム膜堆積を可能にする。
【００１０】
固体前駆体に関する通常の蒸気供給システムは、固体状態におけるＧａＣｌ3の低蒸気圧のために高流量かつ高純度でＧａＣｌ3を供給することに対して提供されていない。
【００１１】
このような高流量を供給することができる既存の液体蒸気供給システムは、その低温性能及びより高い温度で加速される塩素化学の高い腐食性のために、溶融した（８０℃を超える）ＧａＣｌ3に適合することができない。
【００１２】
本発明は、以下のようにして実証された。ＧａＣｌ3の固体前駆体を３１６ＬＳＳのバブラー容器に入れ、その７８℃の融点より高い温度に加熱する。この温度及びそれより高い温度で、それは液体であり、遅い流量でバブリングすることができる。
【００１３】
その融点（７８℃）から最大１３０℃までＧａＣｌ3をさらに加熱し、液体ＧａＣｌ3の蒸気圧を上げ（ＧａＣｌ3の１３０℃での蒸気圧は９０Ｔｏｒｒである）、バブリングによって高流量（３００〜４００ｇ／ｈ）を適切に供給する。これらのより高い温度では、５〜１５リットル／分の範囲のキャリヤーガス流量によって、望ましい高質量流量であるが、大きな液滴エアロゾルの形態で容器出口から液体を吐き出させる場合のある液体の乱れを防ぐほど十分低い質量流量が得られる。バブリングの際、ばらつきのない物質移動を維持しかつエアロゾルの液滴がしばしば寄与する粒子の問題を避けるには、飽和蒸気のみを許容することができる。
【００１４】
本発明の方法は、精製キャリヤーガス（Ｈ2、Ａｒ、Ｈｅ又はＮ2）を用いてＧａＣｌ3をバブリングする。超高純度（ＵＨＰ）精製器は、１０億分の１０未満、好ましくは１０億分の５（ｐｐｂ）未満まで水分を除去し、（ＧａＣｌ3中の）塩素と水分が反応することでＨＣｌが生成するのを防ぐ。
【００１５】
このキャリヤーガスからの水分の除去は、金属バブラーの濡れ表面をＨＣｌが攻撃するのを制御する。このような攻撃は、ＧａＣｌ3前駆体に金属の不純物を与え、腐食損傷を生じさせる場合がある。金属汚染物質は、ガリウム含有膜のエピタキシャル結晶成長を妨げる場合がある。
【００１６】
高温におけるＨＣｌの腐食速度の増加は、本発明に別の任意選択の特徴の追加をもたらす。フルオロポリマー、フッ化エチレンプロピレン（「ＦＥＰ」）、ポリテトラフルオロエチレン（「ＥＴＦＥ」）又はＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレンのコポリマー又は誘導体、以下まとめてポリテトラフルオロエチレンと称する）の保護コーティングを、金属又は合金、即ち、ステンレス鋼（ＳＳ）のバブラー内側の接液面に形成して、当該ＳＳの接液面から金属不純物が与えられるのをより良く防ぐことができる。このコーティングはまた、水分が誤って導入された場合に金属又は合金の容器に対する腐食を抑制する。
【００１７】
容器、バルブ、配管及びフィッティングは、電解研磨された３１６Ｌステンレス鋼（「ＳＳ」）であることが好ましい。３１６Ｌ ＳＳのバルブは、高い操作温度に耐え、塩素の攻撃に抵抗するために特別なＰＦＡシートを利用することが好ましい。これらの部材はまた、ハステロイ、例えば、ハステロイＢ−２合金、ハステロイＢ−３合金、例えば、ハステロイＣ−２２合金、ニッケル又はモネルであることもできる。ハステロイＢ−３合金は、Ｎｉ−６５ｗｔ％、Ｍｏ−２８．５ｗｔ％、Ｃｒ−１．５ｗｔ％、Ｆｅ−１．５ｗｔ％、Ｃｏ−３ｗｔ％、Ｗ−３ｗｔ％、Ｍｎ−３ｗｔ％、Ａｌ−０．５ｗｔ％、Ｔｉ−０．２ｗｔ％、Ｓｉ−０．１ｗｔ％、及びＣ−０．０１ｗｔ％の組成を有する。ハステロイＣ−２２合金は、Ｎｉ−５６ｗｔ％、Ｍｏ−１３ｗｔ％、Ｃｒ−２２ｗｔ％、Ｆｅ−３ｗｔ％、Ｃｏ−２．５ｗｔ％、Ｗ−３ｗｔ％、Ｍｎ−０．５ｗｔ％、Ｖ−０．３５ｗｔ％、Ｓｉ−０．０８ｗｔ％、及びＣ−０．０１ｗｔ％の組成を有する。あるいはまた、酸化ケイ素（「シリカ」）でコーティングされた金属を用いて腐食を減少させることもできる。シリカは、非晶質シリカ、例えば、米国ペンシルバニア州、ベレフォンテのＲｅｓｔｅｋから入手可能なＳｉｌｔｅｋであることができる。非晶質シリカのコーティングは、３１６Ｌの電解研磨されたステンレス鋼、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３又はハステロイＣ−２２に適用することが好ましい。別のシリコン耐腐食性コーティングは、３１６Ｌ ＳＳなどの金属にさらに適用された溶融石英である。表１は、関連する耐腐食性合金の組成を示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
容器、入口、出口、バルブ及び供給ラインの構成材料のための種々の合金に関する試験を、当該合金を三塩化ガリウムにさらすことで行った。結果は下表２に一覧にされ、ハステロイＣ−２２が測定可能な最も低い腐食を示したことを表している。データは、三塩化ガリウムとの接触前後の合金試験片（試料）の質量を比較し、試験片にさらされた三塩化ガリウムと三塩化ガリウムにさらした後に試験片と接触した洗浄水の両方を分析することにより収集した。しかしながら、ハステロイＢ−２及びＢ−３合金が最も揮発性の低い腐食副生成物を生成し、それゆえ、より少ない金属不純物を有するガリウム膜を生成したと予測される。図２に示される合計の副生成物の比較は、幾つかの合金試験片と接触した後のガス状三塩化ガリウム中に見出された腐食副生成物と、合金試験片が三塩化ガリウムにさらされた後の幾つかの合金試験片と接触した洗浄水中に見出された腐食副生成物とを合わせたものである。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
バブラーは、金属汚染物質からのより多くの保護を必要とする用途のために任意選択で形成されたＰＦＡライナーとともに利用可能である。この場合、すべてのバルブは、３１６Ｌ ＳＳからすべてパーフルオロポリマー、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ ＰＦＡ（本体及びシート）バルブに切り替えられる。
【００２３】
本発明は、図面に関してさらに説明される。アルゴン、ヘリウム、水素、窒素又はそれらの混合物を含む高純度の不活性キャリヤーガスが、キャリヤーガス供給１０において大気圧よりも高い圧力で提供される。キャリヤーガスは、バルブ１２、如何なる水分も１０ｐｐｂ、好ましくは５ｐｐｂ未満まで除去する精製器１４、及び粒子、特には不注意にも精製器１４において生成する場合のある粒子を除去するフィルター１６を通って５〜１５リットル／分の流量で投与される。キャリヤーガスは、十分純度が高い場合には、任意選択で精製器又はフィルターをバイパスすることができる。キャリヤーガス流は、マスフローコントローラー１８を通って測定及び計量される。
【００２４】
キャリヤーガスは、ライン２０を通って三塩化ガリウムの容器２６を収容する断熱されたシェル２４に供給される。キャリヤーガスのラインは、１つ又は複数の正弦曲線のベンド２２によって構成され、個別に加熱することができる熱交換面を形成するか、又は図に示すように容器２６のためのヒータ４０から熱を受け取る。
【００２５】
加熱されたキャリヤーガスは、バルブ３６を通って供給され、容器２６のバルブのある入口としてのディップチューブ３２を通って容器２６に入る。ディップチューブの出口は、溶融した三塩化ガリウム２８の表面より下にあり、三塩化ガリウム２８はそうでなければ室温で固体であるのをヒータ４０によって７８℃の融点よりも高い温度に加熱することで液相に維持される。ヒータ４０は容器２６を取り囲むことができる。
【００２６】
ディップチューブ出口３２から投与されるキャリヤーガスは、溶融した液体の三塩化ガリウムを通って「バブリング」し、バルブ３８で制御されるバルブ付き出口３４を通して取り出すために蒸気相において三塩化ガリウムを伴出するので、容器２６は「バブラー」とも称される。ヒータ４０は典型的なヒータコントローラー４２によって制御される。
【００２７】
三塩化ガリウムで飽和したキャリヤーガスは、三塩化ガリウムを運ぶ内側ライン４６と、内側ライン４６とともに環状空間４８を形成する外側ライン４４とを有する同軸ラインである供給ライン４４において容器２６から取り出され、このような環状空間は、加熱された雰囲気（好ましくは不活性窒素）が環状空間を占め、容器２６からバルブ５０を通ってガリウム含有化合物の反応器５２へ投与されるキャリヤーガスと三塩化ガリウムの高温を維持してターゲット５４上にガリウム含有化合物の製品を形成することを可能にする。
【００２８】
この装置及び方法は、三塩化ガリウムを３００〜４００ｇ／ｈの流量で以って１１０℃〜１４０℃で反応器５２中のガリウム含有化合物の反応領域に供給することを可能にし、それは高純度のガリウム含有化合物の経済的な生成にとって望ましい。
【００２９】
本発明は幾つかの典型的な実施態様を参照して説明されたが、本発明の完全な範囲は特許請求の範囲によって確定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ガリウム含有化合物の合成に関して高純度かつ高流量でＧａＣｌ3を供給するための本発明の実施態様の概略図である。
【図２】三塩化ガリウムにさらされ、その後、水で洗浄された種々の金属合金に関する腐食副生成物の合計のグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１０ キャリヤーガス供給
１２、３６、３８、５０ バルブ
１４ 精製器
１６ フィルター
１８ マスフローコントローラー
２０ ライン
２２ ベンド
２４ シェル
２６ 容器
２８ 溶融した三塩化ガリウム
３２ ディップチューブ
３４ 出口
４０ ヒータ
４２ ヒータコントローラー
４４ 外側ライン
４６ 内側ライン
４８ 環状空間
５２ 反応器
５４ ターゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧よりも高い圧力の不活性キャリヤーガスの供給源；
該キャリヤーガスを少なくとも８０℃の温度に加熱することができるヒータ；
三塩化ガリウムの供給物と、該三塩化ガリウムのレベルより下に出口を有するディップチューブを形成する前記キャリヤーガスのためのバルブ制御された入口と、該キャリヤーガス及び該キャリヤーガス中に伴われる三塩化ガリウムを取り出すためのバルブ制御された出口とを含む耐腐食性内面を有する容器；
該容器を前記三塩化ガリウムを溶融するのに十分加熱することができるヒータ；
前記キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを該三塩化ガリウムをガリウム含有製品に転化するための反応領域に運ぶためのバルブ制御された出口に連結された供給ライン
を含む、蒸気相の高純度三塩化ガリウムをガリウム含有製品を生成するための反応器に供給するための装置。
【請求項２】
前記キャリヤーガスから水分を１０ｐｐｂ以下まで除去することができる精製器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記キャリヤーガスを加熱することができるヒータと前記容器を加熱することができるヒータが１つのヒータである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記キャリヤーガスの供給源がマスフローコントローラーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記キャリヤーガスの供給源が前記精製器の下流にフィルターを有する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記容器が断熱された外部シェル中にある、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記キャリヤーガスの供給源が、該キャリヤーガスを加熱することができるヒータに隣接するキャリヤーガスを加熱するのに十分な熱交換面を提供するために正弦曲線のベンドによって構成されるキャリヤーガスラインを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記供給ラインが、前記キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを運ぶ内側ラインと、加熱媒体を含有する環状空間を提供する外側同軸ラインとを有する同軸ラインである、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記容器が、ステンレス鋼、ハステロイ、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３、ハステロイＣ−２２、ニッケル、モネル、インコネル６８６、及びそれらの混合物からなる群より選択された金属から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記供給ラインが、ステンレス鋼、ハステロイ、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３、ハステロイＣ−２２、ニッケル、モネル、インコネル６８６、及びそれらの混合物からなる群より選択された金属から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
バルブ付きの入口、バルブ付きの出口、並びにこのような入口及び出口におけるバルブが、ステンレス鋼、ハステロイ、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３、ハステロイＣ−２２、ニッケル、モネル、インコネル６８６、及びそれらの混合物からなる群より選択された金属から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記バルブがフルオロポリマーのシートを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記容器がフルオロポリマーの内側ライナーを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記容器及び供給ラインが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面が金属塩化物の不動態化層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
バルブ付きの入口、バルブ付きの出口、並びにこのような入口及び出口におけるバルブが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面が金属塩化物の不動態化層を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記容器及び供給ラインが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面がシリコン含有化合物の不動態化層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
バルブ付きの入口、バルブ付きの出口、並びにこのような入口及び出口におけるバルブが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面がシリコン含有化合物の不動態化層を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
水素、窒素、ヘリウム、アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選択されるキャリヤーガスを大気圧よりも高い圧力で提供する工程；
該キャリヤーガスを少なくとも８０℃の温度に加熱する工程；
該キャリヤーガスを容器中の溶融した三塩化ガリウムの浴に注入して該キャリヤーガスにおいて三塩化ガリウムを伴出する工程；
該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを前記容器から取り出し、該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを少なくとも８０℃の温度で供給ラインを通してガリウム含有製品を合成するための反応領域に供給する工程
を含む、蒸気相の三塩化ガリウムをガリウム含有製品を合成するための反応領域に供給するための方法。
【請求項１９】
１０ｐｐｂ以下までの水分の除去に対して選択性のある精製媒体に前記キャリヤーガスを通すことにより該キャリヤーガスを精製する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリヤーガスが５〜１５リットル／分の流量で流される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記三塩化ガリウムが３００〜４００ｇ／ｈの流量で前記反応領域に供給される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記容器中の前記三塩化ガリウムが１１０℃〜１４０℃の範囲の温度に加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記容器及び供給ラインが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面が三塩化ガリウムを伴ったガスを供給する前に塩素化ガスを該容器及び供給ラインに流すことにより不動態化される、請求項１８に記載の方法。
【請求項１】
大気圧よりも高い圧力の不活性キャリヤーガスの供給源；
該キャリヤーガスを少なくとも８０℃の温度に加熱することができるヒータ；
三塩化ガリウムの供給物と、該三塩化ガリウムのレベルより下に出口を有するディップチューブを形成する前記キャリヤーガスのためのバルブ制御された入口と、該キャリヤーガス及び該キャリヤーガス中に伴われる三塩化ガリウムを取り出すためのバルブ制御された出口とを含む耐腐食性内面を有する容器；
該容器を前記三塩化ガリウムを溶融するのに十分加熱することができるヒータ；
前記キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを該三塩化ガリウムをガリウム含有製品に転化するための反応領域に運ぶためのバルブ制御された出口に連結された供給ライン
を含む、蒸気相の高純度三塩化ガリウムをガリウム含有製品を生成するための反応器に供給するための装置。
【請求項２】
前記キャリヤーガスから水分を１０ｐｐｂ以下まで除去することができる精製器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記キャリヤーガスを加熱することができるヒータと前記容器を加熱することができるヒータが１つのヒータである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記キャリヤーガスの供給源がマスフローコントローラーを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記キャリヤーガスの供給源が前記精製器の下流にフィルターを有する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記容器が断熱された外部シェル中にある、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記キャリヤーガスの供給源が、該キャリヤーガスを加熱することができるヒータに隣接するキャリヤーガスを加熱するのに十分な熱交換面を提供するために正弦曲線のベンドによって構成されるキャリヤーガスラインを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記供給ラインが、前記キャリヤーガス及びそれに伴われる三塩化ガリウムを運ぶ内側ラインと、加熱媒体を含有する環状空間を提供する外側同軸ラインとを有する同軸ラインである、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記容器が、ステンレス鋼、ハステロイ、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３、ハステロイＣ−２２、ニッケル、モネル、インコネル６８６、及びそれらの混合物からなる群より選択された金属から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記供給ラインが、ステンレス鋼、ハステロイ、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３、ハステロイＣ−２２、ニッケル、モネル、インコネル６８６、及びそれらの混合物からなる群より選択された金属から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
バルブ付きの入口、バルブ付きの出口、並びにこのような入口及び出口におけるバルブが、ステンレス鋼、ハステロイ、ハステロイＢ−２、ハステロイＢ−３、ハステロイＣ−２２、ニッケル、モネル、インコネル６８６、及びそれらの混合物からなる群より選択された金属から構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記バルブがフルオロポリマーのシートを有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記容器がフルオロポリマーの内側ライナーを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記容器及び供給ラインが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面が金属塩化物の不動態化層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
バルブ付きの入口、バルブ付きの出口、並びにこのような入口及び出口におけるバルブが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面が金属塩化物の不動態化層を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記容器及び供給ラインが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面がシリコン含有化合物の不動態化層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
バルブ付きの入口、バルブ付きの出口、並びにこのような入口及び出口におけるバルブが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面がシリコン含有化合物の不動態化層を有する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
水素、窒素、ヘリウム、アルゴン及びそれらの混合物からなる群より選択されるキャリヤーガスを大気圧よりも高い圧力で提供する工程；
該キャリヤーガスを少なくとも８０℃の温度に加熱する工程；
該キャリヤーガスを容器中の溶融した三塩化ガリウムの浴に注入して該キャリヤーガスにおいて三塩化ガリウムを伴出する工程；
該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを前記容器から取り出し、該キャリヤーガスとそれに伴われる三塩化ガリウムを少なくとも８０℃の温度で供給ラインを通してガリウム含有製品を合成するための反応領域に供給する工程
を含む、蒸気相の三塩化ガリウムをガリウム含有製品を合成するための反応領域に供給するための方法。
【請求項１９】
１０ｐｐｂ以下までの水分の除去に対して選択性のある精製媒体に前記キャリヤーガスを通すことにより該キャリヤーガスを精製する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリヤーガスが５〜１５リットル／分の流量で流される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記三塩化ガリウムが３００〜４００ｇ／ｈの流量で前記反応領域に供給される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記容器中の前記三塩化ガリウムが１１０℃〜１４０℃の範囲の温度に加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記容器及び供給ラインが前記三塩化ガリウムと接触する内面を有し、これらの面が三塩化ガリウムを伴ったガスを供給する前に塩素化ガスを該容器及び供給ラインに流すことにより不動態化される、請求項１８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−６０５３６（Ｐ２００８−６０５３６Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１５３０４７（Ｐ２００７−１５３０４７）
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＥＦＬＯＮ
【出願人】（５９１０３５３６８）エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５３０４７（Ｐ２００７−１５３０４７）
【出願日】平成１９年６月８日（２００７．６．８）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＴＥＦＬＯＮ
【出願人】（５９１０３５３６８）エア プロダクツ アンド ケミカルズ インコーポレイテッド (452)
【氏名又は名称原語表記】ＡＩＲ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】７２０１ Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ １８１９５−１５０１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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