(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器と、前記反応容器を収納する圧力容器と、窒素原料ガス供給装置と、第１の真空排気装置と、前記圧力容器の壁を貫通して前記反応容器と前記窒素原料ガス供給装置とを繋ぐ第１の配管と、前記第１の配管の前記圧力容器の内部側の途中に形成されている第１の気密仕切りと、前記第１の配管の前記窒素原料ガス供給装置と前記第１の気密仕切りとの間の管部と前記第１の真空排気装置とを繋ぐ第２の配管と、を備え、
前記第１の気密仕切りは薄膜であり、
前記第１の配管において前記第１の気密仕切りの少なくとも一方の側にフィルタが設けられており、
前記反応容器は前記第１の気密仕切りにより気密にされており、前記第１および第２の配管の内部を真空排気する際または前記反応容器内に窒素原料ガスを供給する際に、前記第１の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項２】
前記第１の気密仕切りは、前記第１の配管の第１管部の第１係止部と前記第１の配管の第２管部の第２係止部との間に、前記第１係止部に対応する第３係止部と前記第２係止部に対応する第４係止部を有する第１の継ぎ手部材によって、固定されている請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項３】
反応容器と、前記反応容器を収納する圧力容器と、窒素原料ガス供給装置と、第１の真空排気装置と、前記圧力容器の壁を貫通して前記反応容器と前記窒素原料ガス供給装置とを繋ぐ第１の配管と、前記第１の配管の前記圧力容器の内部側の途中に形成されている第１の気密仕切りと、前記第１の配管の前記窒素原料ガス供給装置と前記第１の気密仕切りとの間の管部と前記第１の真空排気装置とを繋ぐ第２の配管と、を備え、
前記第１の気密仕切りは液体であり、
前記反応容器は前記第１の気密仕切りにより気密にされており、前記第１および第２の配管の内部を真空排気する際または前記反応容器内に窒素原料ガスを供給する際に、前記第１の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項４】
前記反応容器から前記圧力容器の壁を貫通して大気中に引き出されている第３の配管と、前記第３の配管の前記圧力容器の内部側の途中に形成されている第２の気密仕切りと、をさらに備え、
前記反応容器は前記第２の気密仕切りにより気密にされており、前記反応容器に前記窒素原料ガスを供給する際に、前記第２の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記大気側との圧力差により破られる請求項１から請求項３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項５】
第２の真空排気装置と、前記第３の配管の圧力容器の外部側の途中に形成されているバルブと、前記第３の配管の前記第２の気密仕切りと前記バルブとの間の管部と前記第２の真空排気装置とを繋ぐ第４の配管と、をさらに備え、
前記第３および第４の配管の内部を真空排気する際または前記反応容器に前記窒素原料ガスを供給する際に、前記第２の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記大気側との圧力差により破られる請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項６】
前記第３の配管の圧力容器の外部側の途中に形成されているバルブと、前記第３の配管の前記第２の気密仕切りと前記バルブとの間の管部と前記第２の配管の途中の管部とを繋ぐ第４の配管と、をさらに備え、
前記第１、第２、第３および第４の配管の内部を真空排気する際または前記反応容器に前記窒素原料ガスを供給する際に、前記第２の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記大気側との圧力差により破られる請求項４に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項７】
前記第２の気密仕切りは薄膜である請求項４から請求項６までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項８】
前記第３の配管において前記第２の気密仕切りの少なくとも一方の側にフィルタが設けられている請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項９】
前記第２の気密仕切りは、前記第３の配管の第３管部の第５係止部と前記第３の配管の第４管部の第６係止部との間に、前記第５係止部に対応する第７係止部と前記第６係止部に対応する第８係止部を有する第２の継ぎ手部材によって、固定されている請求項７または請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項１０】
前記第２の気密仕切りは液体である請求項４から請求項６までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置。
【請求項１１】
請求項１または請求項３の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、
前記反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と前記ＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、前記第１および第２の配管の内部を真空排気する工程と、前記反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、
前記真空排気する工程または前記窒素原料ガスを供給する工程において、前記第１の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項１２】
請求項４の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、
前記反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と前記ＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、前記第１および第２の配管の内部を真空排気する工程と、前記反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、
前記真空排気する工程または前記窒素原料ガスを供給する工程において前記第１の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られ、前記窒素原料ガスを供給する工程において前記第２の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記大気側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項１３】
請求項５の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、
前記反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と前記ＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、前記第１および第２の配管の内部を真空排気する第１の真空排気工程および前記第３および第４の配管の内部を真空排気する第２の真空排気工程の少なくともいずれかの真空排気工程と、前記反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、
前記第１の真空排気工程または前記窒素原料ガスを供給する工程において前記第１の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により気密が破られ、前記第２の真空排気工程または前記窒素原料ガスを供給する工程において前記第２の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記大気側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項１４】
請求項６の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、
前記反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と前記ＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、前記第１、第２、第３および第４の配管の内部を真空排気する工程と、前記反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、
前記真空排気する工程または前記窒素原料ガスを供給する工程において前記第１の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られ、前記真空排気する工程または前記窒素原料ガスを供給する工程において前記第２の気密仕切りの気密性が前記反応容器側と前記大気側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長に適した成長装置および成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などの各種半導体デバイスの基板などに好適に用いられる大型で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を液相法で成長させる方法として、フラックス法が提案されている（たとえば、特開２００１−０６４０９７号公報（特許文献１）を参照）。
【０００３】
しかし、かかるフラックス法は、フラックスとしてアルカリ金属またはアルカリ土類金属の融液を用いるため、フラックスが酸素や水分によって酸化されやすく、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の物性が低下する問題があった。
【０００４】
このため、フラックス法によりＩＩＩ属窒化物結晶の成長においては、反応容器内への酸素および水分の混入を最小限に抑制する必要がある。
【０００５】
このため、反応容器にフラックスとしてアルカリ金属元素含有物を導入する工程を、水分濃度が１．０ｐｐｍ以下の不活性ガス（Ｎ2ガス、Ａｒガス）雰囲気中で行なうことが提案されている（たとえば、特開２００５−２９８２６９号公報（特許文献２）を参照）。また、逆止弁を反応容器に接続して反応容器内の結晶成長雰囲気ガスを制御することが提案されている（たとえば、特開２００６−１６０５６７号公報（特許文献３）を参照）。
【特許文献１】特開２００１−０６４０９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２９８２６９号公報
【特許文献３】特開２００６−１６０５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特開２００５−２９８２６９号公報（特許文献２）および特開２００６−１６０５６７号公報（特許文献３）のいずれに記載の方法によっても、反応容器内に配置されているアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素の少なくとも１種類の元素とＩＩＩ族金属元素を含む原料の融液に窒素原料ガスを供給するための配管のデッドスペースに残留しているガスが反応容器内に混入すること、および、圧力容器内の雰囲気ガスが反応容器内に混入すること、を防止することができなかった。このため、これらのガス中の酸素または水分の混入によるＩＩＩ族窒化物結晶の物性低下を防止することが困難であった。酸素または水分を含んだ大気が反応容器内に混入することが望ましくないことは当然である。それのみならず、圧力容器内にある断熱材は、結晶成長の前後は大気にさらされて水分などを吸収し、結晶成長中は加熱されて吸収した水分を放出する。このため、圧力容器内で反応容器外の雰囲気ガスを成長開始から終了までの間一貫して反応容器内に混入しないようにすることが、高純度の窒化物結晶を得る上で極めて重要である。
【０００７】
また、圧力容器内かつ反応容器外において、クイック・コネクツ、逆止弁などを使用することは困難である。たとえば、フラックス法における圧力容器内かつ反応容器外における温度は、断熱材の配置および配管の取り回しによって、３００℃〜６００℃程度の高温になる。すなわち、できるだけ大型の結晶を成長させるため、圧力容器の限られた容積内において反応容器の容積をできるだけ大きくするため、反応容器、断熱材および圧力容器の間の隙間が制限され、圧力容器内かつ反応容器外における温度を３００℃以下にすることは困難であり、２０４℃以下にすることはさらに困難である。クイック・コネクツ、逆止弁などは、シール部分にＯリングが用いられているため、使用可能温度は２０４℃程度までである。このため、クイック・コネクツ、逆止弁を使用すると、結晶成長中に、クイック・コネクツ、逆止弁のＯリングが３００〜６００℃の雰囲気温度に曝されて劣化し、圧力容器内の酸素または水分を含んだ雰囲気ガスが、反応容器内に混入して、反応容器内の露点が上昇し、成長させたＩＩＩ族窒化物結晶の光学的吸収係数が増大し、ひび割れなどの結晶欠陥が増大する。
【０００８】
また、リフト式逆止弁は、４８２℃程度まで使用が可能であるが、シール部分にスレンレス鋼が用いられているため、気密性が不十分である。このため、結晶成長中に、圧力容器内の酸素または水分を含んだ雰囲気ガスが、反応容器内に混入して、反応容器内の露点が上昇し、成長させたＩＩＩ族窒化物結晶の光学的吸収係数が増大し、ひび割れなどの結晶欠陥が増大する。
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、クイック・コネクツ、逆止弁などを用いることなく、配管のデッドスペースの残留ガスおよび圧力容器内で反応容器外の雰囲気ガスが反応容器内に混入するのを防止して、残留ガスおよび雰囲気ガス中の酸素または水分の混入によるＩＩＩ族窒化物結晶の物性低下を防止することができるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、反応容器と、反応容器を収納する圧力容器と、窒素原料ガス供給装置と、第１の真空排気装置と、圧力容器の壁を貫通して反応容器と窒素原料ガス供給装置とを繋ぐ第１の配管と、第１の配管の圧力容器の内部側の途中に形成されている第１の気密仕切りと、第１の配管の窒素原料ガス供給装置と第１の気密仕切りとの間の管部と第１の真空排気装置とを繋ぐ第２の配管とを備え、第１の気密仕切りは薄膜であり、第１の配管において第１の気密仕切りの少なくとも一方の側にフィルタが設けられており、反応容器は第１の気密仕切りにより気密にされており、第１および第２の配管の内部を真空排気する際または反応容器内に窒素原料ガスを供給する際に、第１の気密仕切りの気密性が反応容器側と窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置である。ここで、第１の気密仕切りは、第１の配管の第１管部の第１係止部と第１の配管の第２管部の第２係止部との間に、第１係止部に対応する第３係止部と第２係止部に対応する第４係止部を有する第１の継ぎ手部材によって固定され得る。
【００１１】
また、本発明は、反応容器と、反応容器を収納する圧力容器と、窒素原料ガス供給装置と、第１の真空排気装置と、圧力容器の壁を貫通して反応容器と窒素原料ガス供給装置とを繋ぐ第１の配管と、第１の配管の圧力容器の内部側の途中に形成されている第１の気密仕切りと、第１の配管の窒素原料ガス供給装置と第１の気密仕切りとの間の管部と第１の真空排気装置とを繋ぐ第２の配管とを備え、第１の気密仕切りは液体であり、反応容器は第１の気密仕切りにより気密にされており、第１および第２の配管の内部を真空排気する際または反応容器内に窒素原料ガスを供給する際に、第１の気密仕切りの気密性が反応容器側と窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置である。
【００１２】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置において、反応容器から圧力容器の壁を貫通して大気中に引き出されている第３の配管と、第３の配管の圧力容器の内部側の途中に形成されている第２の気密仕切りと、をさらに備え、反応容器は第２の気密仕切りにより気密にされており、反応容器に窒素原料ガスを供給する際に、第２の気密仕切りの気密性が反応容器側と大気側との圧力差により破られる。
【００１３】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長装置において、第２の真空排気装置と、第３の配管の圧力容器の外部側の途中に形成されているバルブと、第３の配管の第２の気密仕切りとバルブとの間の管部と第２の真空排気装置とを繋ぐ第４の配管とをさらに備え、第３および第４の配管の内部を真空排気する際または反応容器に前記窒素原料ガスを供給する際に、前記第２の気密仕切りの気密性が反応容器側と大気側との圧力差により破られる。
【００１４】
また、第３の配管の圧力容器の外部側の途中に形成されているバルブと、第３の配管の第２の気密仕切りとバルブとの間の管部と前記第２の配管の途中の管部とを繋ぐ第４の配管とをさらに備え、第１、第２、第３および第４の配管の内部を真空排気する際または反応容器に前記窒素原料ガスを供給する際に、第２の気密仕切りの気密性が反応容器側と大気側との圧力差により破られる。
【００１５】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置において、第２の気密仕切りは薄膜とすることができ、第３の配管において第２の気密仕切りの少なくとも一方の側にフィルタを設けることができる。ここで、第２の気密仕切りは、第３の配管の第３管部の第５係止部と第３の配管の第４管部の第６係止部との間に、第５係止部に対応する第７係止部と第６係止部に対応する第８係止部を有する第２の継ぎ手部材によって固定され得る。また、第２の気密仕切りは液体とすることができる。
【００１６】
また、本発明は、上記の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む原料を配置する工程と、第１および第２の配管の内部を真空排気する工程と、反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、真空排気する工程または窒素原料ガスを供給する工程において、第１の気密仕切りの気密性が反応容器側と窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。
【００１７】
また、本発明は、上記の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、前記第１および第２の配管の内部を真空排気する工程と、反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、真空排気する工程または窒素原料ガスを供給する工程において第１の気密仕切りの気密性が反応容器側と窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られ、窒素原料ガスを供給する工程において第２の気密仕切りの気密性が反応容器側と大気側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。
【００１８】
また、本発明は、上記の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、第１および第２の配管の内部を真空排気する第１の真空排気工程および第３および第４の配管の内部を真空排気する第２の真空排気工程の少なくともいずれかの真空排気工程と、反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、第１の真空排気工程または窒素原料ガスを供給する工程において第１の気密仕切りの気密性が反応容器側と窒素原料ガス供給装置側との圧力差により気密が破られ、第２の真空排気工程または窒素原料ガスを供給する工程において第２の気密仕切りの気密性が反応容器側と大気側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。
【００１９】
また、本発明は、上記の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族元素とを含む原料を配置する工程と、第１、第２、第３および第４の配管の内部を真空排気する工程と、反応容器内に窒素原料ガスを供給する工程とを備え、真空排気する工程または窒素原料ガスを供給する工程において第１の気密仕切りの気密性が反応容器側と前記窒素原料ガス供給装置側との圧力差により破られ、真空排気する工程また記窒素原料ガスを供給する工程において第２の気密仕切りの気密性が反応容器側と大気側との圧力差により破られるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、配管のデッドスペースの残留ガスが反応容器内に混入するのを防止して、残留ガス中の酸素または水分の混入によるＩＩＩ族窒化物結晶の物性低下を防止することができるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置および製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の一実施形態は、図１を参照して、反応容器１と、反応容器１を収納する圧力容器５と、窒素原料ガス供給装置７と、第１の真空排気装置８と、圧力容器５の壁を貫通して反応容器１と窒素原料ガス供給装置７とを繋ぐ第１の配管１０と、第１の配管１０の圧力容器５の内部側の途中に形成されている第１の気密仕切り１１ｄと、第１の配管１０の窒素原料ガス供給装置７と第１の気密仕切り１１ｄとの間の管部１０ｂ（以下、第２管部ともいう。）と第１の真空排気装置８とを繋ぐ第２の配管２０とを備え、反応容器１は第１の気密仕切り１１ｄにより気密にされており、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気する際または反応容器１に窒素原料ガス９を供給する際に、第１の配管１０の第１の気密仕切り１１ｄの気密性が反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差により破られる。
【００２２】
ここで、図１、図５（ａ）または図８を参照して、第１の気密仕切り１１ｄは、その場所で第１の配管１０を閉塞するように設けられる。かかる第１の気密仕切り１１ｄによりＩＩＩ族窒化物結晶の成長前は反応容器１の気密が保たれる。真空排気の際に第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、真空排気により第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が効率的に除去される。また、真空排気の際ではなくその後の窒素原料の供給の際に第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、真空排気により、第１および第２の配管１０，２０の残留ガスおよびそれに含まれる酸素および水分が極めて効率的に除去される。また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られても、第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の気密性が高いため、酸素または水分を含む圧力容器５内の雰囲気ガスが反応容器１内に混入することを防止できる。このため、反応容器１内で成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の酸素または水分の混入による物性低下を防止することができる。ここで、残留ガス中の酸素または水分の混入により、ＩＩＩ族窒化物結晶は、光学的吸収係数が増大し、ひび割れなどの結晶欠陥などが増大する。
【００２３】
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるための反応容器１と、反応容器１を収納するための圧力容器５と、後述する第１および第２の配管１０，２０ならびに場合により反応容器１の内部を真空排気するための第１の真空排気装置８と、反応容器１内に窒素原料ガス９を供給するための窒素ガス供給装置７とを備える。反応容器１の内部には、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素などのフラックスとＩＩＩ族金属元素原料を入れる坩堝２が配置されている。反応容器１の周りには、反応容器１の内部を加熱するためのヒータ３が配設され、反応容器１およびヒータ３を取り囲むように断熱材４が形成されている。このようにヒータ３および断熱材４が周囲に配設された反応容器１が圧力容器５に収納されている。
【００２４】
ここで、反応容器１の材質は、特に制限はないが、耐熱性および耐腐食性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。また、坩堝２の材質は、特に制限はないが、窒化物結晶を汚染することがなく、かつ、耐熱性および耐腐食性が高い観点から、酸化アルミニウムなどが好ましく挙げられる。また、ヒータ３の材質は、特に制限はないが、ガスの発生が少なく、かつ、耐久性が高い観点から、シリコニット（炭化ケイ素発熱体）、カンタルなどが好ましく挙げられる。また、断熱材４の材質は、特に制限はないが、断熱性および耐熱性が高い観点から、カーボン、セラミックス、グラスウールなどが好ましく挙げられる。また、圧力容器５の材質は、特に制限はないが、耐久性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。
【００２５】
また、反応容器１と窒素原料ガス供給装置７とを繋ぐ第１の配管１０が設けられ、この第１の配管１０の圧力容器５の内部側の途中には第１の気密仕切り１１ｄが形成されている。すなわち、第１の配管１０は、反応容器１と第１の気密仕切り１１ｄとの間の管部１０ａ（第１管部）と、第１の気密仕切り１１ｄと窒素原料ガス供給装置７との間の管部１０ｂ（第２管部）とを備える。窒素原料ガス供給装置７の出口部分にはバルブ７ｖが設けられている。
【００２６】
また、第１の配管１０の窒素原料ガス供給装置７と第１の気密仕切り１１ｄとの間の管部１０ｂ（第２管部）と第１の真空排気装置８とを繋ぐ第２の配管２０が設けられている。第１の真空排気装置８の入口部分にはバルブ８ｖが設けられている。ここで、第１および第２の配管１０，２０の材質は、特に制限はないが、耐熱性および耐久性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。
【００２７】
さらに、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、第１の配管１０の途中に設けられている第１の継ぎ手１３を備える。この第１の継ぎ手１３は、第１の配管１０において、第１の配管１０と第２の配管２０との接合部１０ｊと、第１の気密仕切り１１ｄとの間であって、かつ、圧力容器５の内部側に設けられている。すなわち、第１の気密仕切り１１ｄと窒素原料ガス供給装置７との間の管部１０ｂ（第２管部）は、第１の気密仕切り１１ｄと第１の継ぎ手１３との間の管部１０ｂａ（第５管部）と、第１の継ぎ手１３と窒素原料ガス供給装置７との間の管部１０ｂｂ（第６管部）ｂｂとを備える。
【００２８】
したがって、第１の配管１０は、反応容器１と第１の気密仕切り１１ｄとの間の管部１０ａ（第１管部）と、第１の気密仕切り１１ｄと第１の継ぎ手１３との間の管部１０ｂａ（第５管部）と、第１の継ぎ手１３と窒素原料ガス供給装置７との間の管部１０ｂｂ（第６管部）とを備える。
【００２９】
このため、第１の配管１０は、第１の継ぎ手１３を外すことにより、反応容器１に固定される管部１０ａ（第１管部）および１０ｂａ（第５管部）と、圧力容器５および窒素原料ガス供給装置７に固定される管部１０ｂｂ（第６管部）とに分けられる。すなわち、圧力容器５から反応容器１を出し入れすることが可能となる。
【００３０】
図５を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長前、反応容器１は第１の気密仕切り１１ｄにより気密が保たれている（図５（ａ））。ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる際に、まず、第１および第２の配管１０，２０の内部が第１の真空排気装置８により排気される。このとき、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）より小さな圧力で破られるように設計されている場合は、この第１の気密仕切り１１ｄの気密性は、真空排気の際に反応容器１側と第１の真空排気装置８側（すなわち窒素原料ガス供給装置７側）との圧力差によって破られ（図５（ｂ））、反応容器１の内部も真空排気される。また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）より大きな圧力で破られるように設計されている場合は、この第１の気密仕切り１１ｄの気密性は、真空排気の際には破られず、その後の反応容器１への窒素原料ガス９の供給の際に、反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差によって破られる（図５（ｂ））。
【００３１】
図１および図５を参照して、第１の気密仕切り１１ｄは、特に制限はないが、その気密性を破るのが容易な観点から、薄膜であることが好ましい。薄膜は、特に制限はないが、耐熱性、化学安定性の観点から、金属膜であることが好ましい。金属膜としては、アルミニウム膜、ステンレス膜などが挙げられる。
【００３２】
第１の気密仕切り１１ｄが薄膜である場合、図１および図６を参照して、破断した薄膜の飛散による第１の真空排気装置８または反応容器１の内部への混入を防止する観点から、第１の気密仕切り１１ｄの少なくとも一方の側にフィルタ１２ａ，１２ｂが設けられていることが好ましい。ここで、フィルタ１２ａ，１２ｂの材質は、特に制限はないが、耐熱性および耐腐食性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。
【００３３】
また、図７を参照して、第１の気密仕切り１１ｄが薄膜である場合、第１の気密仕切り１１ｄは、第１の配管１０の管部１０ａ（第１管部）の第１係止部Ｆ１と第１の配管１０の管部１０ｂ（第２管部）の第２係止部Ｆ２との間に、第１係止部Ｆ１に対応する第３係止部Ｆ３と第２係止部Ｆ２に対応する第４係止部Ｆ４を有する第１の継ぎ手部材１１ｃによって固定されることが好ましい。このようにして、第１の気密仕切り１１ｄが第１の配管１０に気密性よく固定される。このように、第１の気密仕切り１１ｄを含む継ぎ手を第１の気密仕切り付継ぎ手１１と呼ぶ。第１の気密仕切り１１ｄは、その気密性を高める観点から、ガスケット１１ｓとともに、第１の係止部Ｆ１と第２の係止部Ｆ２との間に固定されることが好ましい。ここで、ガスケット１１ｓの材質は、特に制限はないが、耐熱性および耐食性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。
【００３４】
また、図１および図８を参照して、第１の気密仕切り１１ｄは、特に制限はないが、その気密性を破るのが容易な観点から、液体であることが好ましい。液体を第１の気密仕切りとして用いる方法には特に制限はなく、たとえば、第１の配管１０の一部をリング状に折り曲げて（図８（ａ））、または、第１の配管１０の一部をＵ字状に折り曲げて（図８（ｂ））、その折り曲げ部分に液体を配置することにより、液体を第１の気密仕切りとして用いることができる。ここで、第１の気密仕切り１１ｄが液体である場合、反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側との圧力差によって、第１の気密仕切り１１ｄである液体が反応容器１側または窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）に除去されることにより、その気密性が破られる。
【００３５】
また、液体は、特に制限はないが、反応容器１の内部に混入した場合の影響が少ない観点からＩＩＩ族金属元素の融液であることが好ましく、第１の真空排気装置８の内部に混入した場合の影響が少ない観点から真空排気装置用オイルであることが好ましい。また、第１の気密仕切り１１ｄとして、第１の配管に折り曲げ部を２箇所作製し、反応容器に近い折り曲げ部にＩＩＩ族金属元素の融液を、真空排気装置に近い方の折り曲げ部に真空排気装置用オイルを配置することも好ましい（図示せず）。
【００３６】
さらに、液体が反応容器１または第１の真空排気装置８の内部に混入するのを防止するために、液体の第１の気密仕切り１１ｄの少なくとも一方の側、たとえば、第１の真空排気装置８側（すなわち窒素原料ガス供給装置７側）にトラップを設けることも好ましい（図示せず）。
【００３７】
また、図１を参照して、圧力容器５から反応容器１を出し入れすることを可能とするために、第１の配管１０において、第１の配管１０と第２の配管２０との接合部１０ｊとの第１の気密仕切り１１ｄとの間の管部であって、かつ、圧力容器５の内部側に、第１の継ぎ手１３が設けられている。
【００３８】
ここで、図１０を参照して、かかる第１の継ぎ手１３においては、第１の配管の管部１０ｂ（第２管部）において、管部１０ｂａ（第５管部）の第９係止部Ｆ９と管部１０ｂｂ（第６管部）の第１０係止部Ｆ１０との間に、第９係止部Ｆ９に対応する第１１係止部Ｆ１１と第１０係止部Ｆ１０に対応する第１２係止部Ｆ１２を有する第３の継ぎ手部材１３ｃによって、ガスケット１３ｓを介在させて第３管部１０ｂａの先端と第４管部１０ｂｂの先端が接合されている。
【００３９】
（実施形態２）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の一実施形態は、図１を参照して、実施形態１の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器１内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む原料６を配置する工程と、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気する工程と、反応容器１内に窒素原料ガス９を供給する工程とを備え、真空排気する工程または窒素原料ガス９を供給する工程において第１の気密仕切り１１ｄの気密性が反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）の圧力差により破られる。
【００４０】
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長前においては、第１の気密仕切り１１ｄによりＩＩＩ族窒化物結晶の成長前は反応容器１の気密が保たれる。真空排気する工程において第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、その真空排気する工程により第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１に残留するガスが効率的に除去される。また、真空排気する工程の後の窒素原料ガスを供給する工程において第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、真空排気する工程により第１および第２の配管１０，２０に残留するガスが極めて効率的に除去される。また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られても、第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の気密性が高いため、酸素または水分を含む圧力容器５内の雰囲気ガスが反応容器１内に混入することを防止できる。このため、反応容器１内で成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の酸素または水分の混入による物性低下を防止することができる。
【００４１】
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、以下の工程を含む。まず、図９（ａ）を参照して、第１の配管の管部１０ａ（第１管部）が繋がれている反応容器１内の坩堝２内に、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む原料６を配置する（反応容器への原料の配置工程）。かかる反応容器への原料配置工程は、原料６への酸素または水分の混入を防止するために、乾燥容器内で乾燥した１気圧（１００ｋＰａ）の窒素ガスまたはアルゴンガス雰囲気中で行なうことが好ましい。また、乾燥容器内の水分濃度は、１．０ｐｐｍ以下であることが好ましく、０．５４ｐｐｍ以下であることがより好ましい。ここで、反応容器１に一端が繋がれている管部１０ａ（第１管部）の他端は第１の気密仕切り１１ｄを備える第１の気密仕切り付継ぎ手１１の一端に繋がれ、第１の気密仕切り継ぎ手１１の他端は第１の配管の管部１０ｂａ（第５管部）の一端に繋がれている。
【００４２】
次に、原料６が配置された反応容器１をヒータ３、断熱材４を備える圧力容器５内の所定の位置に収納する（反応容器の圧力容器への収納工程）。このとき、反応容器１は、第１の気密仕切り１１ｄによって気密にされている。
【００４３】
次に、図１を参照して、一端が第１の気密仕切り付継ぎ手１１に繋がれている管部１０ｂａ（第５管部）の他端を、第１の継ぎ手１３により、第１の配管の管部１０ｂｂ（第６管部）の一端に繋ぐ。ここで、管部１０ｂｂ（第６管部）の他端はバルブ７ｖを介在して窒素原料ガス供給装置７に繋がれている。また、管部１０ｂｂ（第６管部）の途中に第２の配管２０の一端が繋がれ（第１の配管１０と第２の配管２０との接合部１０ｊ）、第２の配管２０の他端はバルブ８ｖを介在して、第１の真空排気装置８に繋がれている。すなわち、管部１０ｂａ（第５管部）と管部１０ｂｂ（第６管部）を第１の継ぎ手１３により繋ぐことにより、第１の配管１０により反応容器１と窒素原料ガス供給装置７とが繋がれ、第２の配管２０により反応容器１と第１の真空排気装置８とが繋がれる。
【００４４】
次に、第１の真空排気装置８により、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気する（真空排気工程）。このとき、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）以下の圧力により破られるように設計されている場合、この第１の気密仕切り１１ｄの気密性は、真空排気工程において反応容器１側と第１の真空排気装置８側（すなわち窒素原料ガス供給装置７側）との圧力差により破られる。かかる場合は、真空排気工程により、第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が効率的に除去できる。
【００４５】
また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が、１気圧（１００ｋＰａ）より大きな圧力で破られるように設計されている場合は、この第１の気密仕切り１１ｄの気密性は、真空排気の際には破られず、その後の反応容器１への窒素原料ガス９の供給の際に、反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差によって破られる。かかる場合は、真空排気工程により、第１および第２の配管１０，２０に残留するガスおよびそれに含まれる酸素または水分が極めて効率的に除去される。このため、反応容器１への酸素または水分の混入が防止される。
【００４６】
ここで、真空排気される際の第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の真空度は、特に制限はないが、真空度がよいほど残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が除去される。かかる観点から、真空度は、１ｋＰａ以下が好ましく、１Ｐａ以下がさらに好ましい。
【００４７】
次に、窒素原料ガス供給装置７から第１の配管１０を通して、窒素原料ガス９を反応容器１内に供給する（窒素原料ガス供給工程）。窒素原料ガス９は、特に制限はないが、純度の高いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる観点から、窒素ガスが好ましい。反応容器１への窒素原料ガス９の供給とともに、ヒータ３により反応容器１の坩堝２内に配置されている原料６を加熱してアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む融液とする。この融液となっている原料６に窒素原料ガス９を溶解させることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶が成長する。かかるＩＩＩ族窒化物結晶は、酸素または水分が効率的に除去され、また、酸素または水分の混入が防止された反応容器１内で成長させたものであるため、高い物性を有する。
【００４８】
（実施形態３）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の他の実施形態は、図２を参照して、実施形態１の製造装置に、反応容器１から圧力容器５の壁を貫通して大気中に引き出されている第３の配管３０と、第３の配管３０の圧力容器５の内部側の途中に形成されている第２の気密仕切り３１ｄとをさらに備え、反応容器１は第２の気密仕切り３１ｄにより気密にされており、反応容器１に窒素原料ガス９を供給する際に、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が反応容器１側と大気側（反応容器１の反対側）との圧力差により破られる。
【００４９】
ここで、本実施形態の製造装置は、実施形態１の製造装置と同様に、真空排気の際に第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、真空排気により第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が効率的に除去される。また、真空排気の際ではなくその後の窒素原料の供給の際に第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、真空排気により、第１および第２の配管１０，２０の残留ガスおよびそれに含まれる酸素および水分が極めて効率的に除去される。また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られても、第１、第２および第３の配管ならびに反応容器の気密性が高いため、酸素または水分を含む圧力容器５内の雰囲気ガスが反応容器１内に混入することを防止できる。このため、反応容器１内で成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の酸素または水分の混入による物性低下を防止することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態の製造装置は、実施形態１の製造装置に加えて、反応容器１から圧力容器５の壁を貫通して大気中に引き出されている第３の配管３０と、第３の配管３０の圧力容器５の内部側の途中に形成されている第２の気密仕切り３１ｄを備えるため、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長の際に、第１の配管１を通して反応容器１に新たな窒素原料ガス９を流入して、反応容器１の内部の残留ガスを第３の配管３０から流出させることができる。このため、反応容器１内の窒素原料ガス９の所定の圧力を維持したままで、反応容器１の内部の未反応ガスおよび反応後の残留ガスならびにそれらの中に含まれる不純物を流出させるとともに、酸素または水分を含む圧力容器５内の雰囲気ガスが反応容器１内に混入することを防止でき、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の物性低下をさらに防止することができる。
【００５１】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、第１の気密仕切り１１ｄが圧力容器５の内部側の途中に形成されている第１の配管１０については、実施形態１の製造装置と同様であり、上記実施形態１の製造装置で述べたことは、そのまま本実施形態の製造装置についても当てはまる。
【００５２】
したがって、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、実施形態１と同様に、第１の気密仕切り１１ｄは薄膜であることが好ましく（図２および図５を参照）、第１の配管１０において第１の気密仕切り１１ｄの少なくとも一方の側にフィルタ１２ａ，１２ｂが設けられていることが好ましい（図２および図６を参照）。また、第１の気密仕切り１１ｄは、第１の配管１０の管部１０ａ（第１管部）の第１係止部Ｆ１と第１の配管１０の管部１０ｂ（第２管部）の第２係止部Ｆ２との間に、第１係止部Ｆ１に対応する第３係止部Ｆ３と第２係止部Ｆ２に対応する第４係止部Ｆ４を有する第１の継ぎ手部材１１ｃによって、固定されていることが好ましい（図７を参照）。また、第１の気密仕切り１１ｄは液体であることが好ましい（図８を参照）。
【００５３】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、図２を参照して、実施形態１の製造装置にさらに以下の構成が付け加えられている。本実施形態の製造装置は、反応容器１から圧力容器５の壁を貫通して大気中に引き出されている第３の配管３０が設けられている。第３の配管３０の圧力容器５の内部側の途中には第２の気密仕切り３１ｄが形成されている。ここで、第２の気密仕切り３１ｄは、その場所で第３の配管３０を閉塞するように設けられる。反応容器１は、第１の配管１０の第１の気密仕切り１１ｄおよび第３の配管３０の第２の気密仕切り３１ｄにより気密にされている。ここで、第３の配管３０の材質は、特に制限はないが、第１および第２の配管１０，２０と同様であることが好ましい。
【００５４】
第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の内部を真空排気する際には、第２の気密仕切り３１ｄの気密性は保持される必要がある。このため、第２の気密仕切り３１ｄは、１気圧（１００ｋＰａ）より高い耐圧性を有するように設計されている。また、窒素原料ガス供給装置７により反応容器１に窒素原料ガス９が供給されることにより、第２の気密仕切り３１ｄが除去されて、反応容器１からの未反応ガスなどの流出を可能とする必要がある。このため、第２の気密仕切り３１ｄは、その気密性が結晶成長時における窒素原料ガス圧力（通常２〜７．５ＭＰａ程度）よりも小さい圧力で破られるように設計される。たとえば、第２の気密仕切り３１ｄは、耐圧が０．５ＭＰａとなるように設計される。
【００５５】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置において、第２の気密仕切り３１ｄは、特に制限はないが、その気密性を破るのが容易な観点から、第１の気密仕切り１１ｄと同様に、薄膜であることが好ましい。薄膜は、特に制限はないが、耐熱性、化学安定性の観点から、第１の気密仕切り１１ｄと同様に、金属膜であることが好ましい。金属膜としては、アルミニウム膜、ステンレス膜などが挙げられる。
【００５６】
ただし、第２に気密仕切り３１ｄの気密性は、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られた後に、破られることから、第２の気密仕切り３１ｄは第１の気密仕切り１１ｄに比べて高い圧力に耐える必要がある。このため、第２の気密仕切り３１ｄは、第１の気密仕切り１１ｄに比べて、機械的強度の高い材料を用いたり、膜厚を大きくしたりすることによって、高い耐圧性を確保する。
【００５７】
また、第２の気密仕切り３１ｄが薄膜である場合、第１の気密仕切り１１ｄの場合と同様に、図２を参照して、破断した薄膜の飛散による反応容器１の内部への混入を防止する観点から、第２の気密仕切り３１ｄの少なくとも一方の側にフィルタ３２ａ，３２ｂが設けられていることが好ましい。ここで、フィルタ３２ａ，３２ｂの材質は、特に制限はないが、耐熱性および耐食性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。
【００５８】
また、第２の気密仕切り３１ｄが薄膜である場合、第１の気密仕切り１１ｄの場合と同様に、第２の気密仕切り３１ｄは、第３の配管３０の第３管部の第５係止部と第３の配管３０の第４管部の第６係止部との間に、第５係止部に対応する第７係止部と第６係止部に対応する第８係止部を有する第２の継ぎ手部材によって固定されている。
【００５９】
第２の気密仕切り３１ｄを備える第２の気密仕切り付継ぎ手３１は、図７に示す第１の気密仕切り１１ｄを備える第１の気密仕切り付継ぎ手１１と同様の構造を有し、第２の気密仕切り３１ｄ、第３の配管の第３管部、第３の配管の第４管部、第５係止部、第６係止部、第７係止部および第８係止部が、それぞれ図７に示す第１の気密仕切り１１ｄ、第１の配管の管部１０ａ（第１管部）、第１の配管の管部１０ｂ（第２管部）、第１係止部Ｆ１、第２係止部Ｆ２、第３係止部Ｆ３および第４係止部Ｆ４に相当する。
【００６０】
かかる構造により、第２の気密仕切り３１ｄが第３の配管３０に気密性よく固定される。第２の気密仕切り３１ｄは、その気密性を高める観点から、ガスケットとともに、第５の係止部と第６の係止部との間に固定されることが好ましい。ここで、ガスケットの材質は、特に制限はないが、耐熱性および耐腐食性が高い観点から、ステンレスなどが好ましく挙げられる。
【００６１】
また、第２の気密仕切り３１ｄは、特に制限はないが、第１の気密仕切り１１ｄと同様に、その気密性を破るのが容易な観点から、液体であることが好ましい。液体を第２の気密仕切り３１ｄとして用いる方法には特に制限はなく、第１の気密仕切りと同様に、たとえば、第３の配管３０の一部をリング状に折り曲げて、または、第３の配管３０の一部をＵ字状に折り曲げて、その折り曲げ部分に液体を配置することにより、液体を第２の気密仕切りとして用いることができる。ここで、第２の気密仕切り３１ｄが液体である場合、反応容器１側と大気側（反応容器と反対側）との圧力差によって、第２の気密仕切り３１ｄである液体が反応容器１側または大気側に除去されることにより、その気密性が破られる。
【００６２】
また、液体は、特に制限はないが、反応容器１の内部に混入した場合の影響が少ない観点からＩＩＩ族金属元素の融液であることが好ましい。あるいは、真空排気装置に混入しても差し障りのないポンプオイルを用いることも可能である。さらに、液体が反応容器の内部に混入するのを防止するために、液体の第２の気密仕切り３１ｄの少なくとも一方の側にトラップを設けることも好ましい。
【００６３】
また、図２を参照して、圧力容器５から反応容器１を出し入れすることを可能とするために、第１の配管１０において、第１の配管１０と第２の配管２０との接合部１０ｊと第１の気密仕切り１１ｄとの間であって、かつ、圧力容器５の内部側に、第１の継ぎ手１３が設けられている。また、第３の配管３０において、圧力容器５の内部側に第２の継ぎ手３３が設けられている。
【００６４】
ここで、第１の継ぎ手１３については実施形態１と同様である。また、第２の継ぎ手３３においても、第１の継ぎ手１３と同様に、第３の配管の第４管部において、第７管部の第１３係止部と第８管部の第１４係止部との間に、第１３係止部に対応する第１５係止部と第１４係止部に対応する第１６係止部を有する第４の継ぎ手部材によって、ガスケットを介して第７管部の先端と第８管部の先端が接合されている。
【００６５】
すなわち、第２の継ぎ手３３における第３の配管の第７管部、第３の配管の第８管部、第１３係止部、第１４係止部、第１５係止部および第１６係止部が、それぞれ図１０に示す第１の配管の管部１０ｂａ（第５管部）、第１の配管の管部１０ｂｂ（第６管部）、第９係止部Ｆ９、第１０係止部Ｆ１０、第１１係止部Ｆ１１および第１２係止部Ｆ１２に相当する。
【００６６】
（実施形態４）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の他の実施形態は、図２を参照して、実施形態３の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器１内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む原料６を配置する工程と、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気する工程と、反応容器１内に窒素原料ガス９を供給する工程とを備え、真空排気する工程または窒素原料ガス９を供給する工程において第１の気密仕切り１０ｄの気密性が反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差により破られ、窒素原料ガス９を供給する工程において第２の気密仕切り３０ｄの気密性が反応容器１側と大気側（反応容器１と反対側）との圧力差により破られる。
【００６７】
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長前においては、第１の気密仕切り１１ｄによりＩＩＩ族窒化物結晶の成長前は反応容器１の気密が保たれる。真空排気する工程において第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、その真空排気する工程により第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１に残留するガスが効率的に除去される。また、真空排気する工程の後の窒素原料ガスを供給する工程において第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られる場合は、真空排気する工程により第１および第２の配管１０，２０に残留するガスが極めて効率的に除去される。
【００６８】
また、窒素原料ガス９を反応容器１に供給する際に第２の気密仕切り３０ｄの気密性を破ることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長の際に、反応容器１内に連続的に新たな窒素原料ガス９を供給して、反応容器１の内部の未反応ガスおよび反応後の残留ガスならびにそれらの中に含まれる不純物を流出させるとともに、酸素または水分を含む圧力容器５内の雰囲気ガスが反応容器１内に混入することを防止でき、高物性のＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。
【００６９】
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、以下の工程を含む。まず、図９（ｂ）を参照して、第１の配管の管部１０ａ（第１管部）および第３配管の管部３０ａ（第３管部）が繋がれている反応容器１内の坩堝２内に、アルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む原料６を配置する（反応容器への原料の配置工程）。かかる反応容器への原料配置工程は、原料６への酸素または水分の混入を防止するために、乾燥容器内で乾燥した１気圧（１００ｋＰａ）の窒素ガスまたはアルゴンガス雰囲気中で行なうことが好ましい。また、乾燥容器内の水分濃度は、１．０ｐｐｍ以下であることが好ましく、０．５４ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【００７０】
ここで、反応容器１に一端が繋がれている管部１０ａ（第１管部）の他端は第１の気密仕切り１１ｄを備える第１の気密仕切り付継ぎ手１１の一端に繋がれ、第１の気密仕切り付継ぎ手１１の他端は管部１０ｂａ（第５管部）の一端に繋がれている。また、反応容器１に一端が繋がれている管部３０ａ（第３管部）の他端は第２の気密仕切り３１ｄを備える第２の気密仕切り付継ぎ手３１の一端に繋がれ、第２の気密仕切り付継ぎ手３１の他端は管部３０ｂａ（第７管部）の一端に繋がれている。
【００７１】
次に、原料６が配置された反応容器１をヒータ３、断熱材４を備える圧力容器５内の所定の位置に収納する（反応容器の圧力容器への収納工程）。このとき、反応容器１は、第１の気密仕切り１１ｄおよび第２の気密仕切り３１ｄによって気密にされている。
【００７２】
次に、一端が第１の気密仕切り付継ぎ手１１に繋がれている管部１０ｂａ（第５管部）の他端を、第１の継ぎ手１３により、第１の配管の管部１０ｂｂ（第６管部）の一端に繋ぐ。さらに、一端が第２の気密仕切り付継ぎ手３１に繋がれている管部３０ｂａ（第７管部）の他端を、第２の継ぎ手３３により、第３の配管３０の管部３０ｂｂ（第８管部）の一端に繋ぐ。
【００７３】
ここで、管部１０ｂｂ（第６管部）の他端はバルブ７ｖを介在して窒素原料ガス供給装置７に繋がれている。また、管部１０ｂｂ（第６管部）の途中に第２の配管２０の一端が繋がれ（第１の配管１０と第２の配管２０との接合部１０ｊ）、第２の配管２０の他端はバルブ８ｖを介在して、第１の真空排気装置８に繋がれている。さらに、第３配管３０の管部３０ｂｂ（第８管部）の他端は大気中に引き出されている。
【００７４】
すなわち、管部１０ｂａ（第５管部）と管部１０ｂｂ（第６管部）を第１の継ぎ手１３により繋ぐことにより、第１の配管１０により反応容器１と窒素原料ガス供給装置７とが繋がれ、第２の配管２０により反応容器１と第１の真空排気装置８とが繋がれる。さらに、管部３０ｂａ（第７管部）と管部３０ｂｂ（第８管部）とを第２の継ぎ手３３により繋ぐことにより、反応容器１から大気中に第３の配管３０が引き出される。
【００７５】
次に、第１の真空排気装置８により、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気する（真空排気工程）。このとき、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）以下の圧力により破られるように設計されている場合、この第１の気密仕切り１１ｄの気密性は、反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差により破られる。かかる場合は、真空排気工程により、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られ第１および第２の配管１０，２０ならびに反応容器１の残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が効率的に除去できる。
【００７６】
また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が、１気圧（１００ｋＰａ）より大きな圧力で破られるように設計されている場合は、この第１の気密仕切り１１ｄの気密性は、真空排気の際には破られず、その後の反応容器１への窒素原料ガス９の供給の際に、反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差によって除去される。かかる場合は、真空排気工程により、第１および第２の配管１０，２０に残留するガスおよびそれに含まれる酸素または水分が極めて効率的に除去される。このため、反応容器１への酸素または水分の混入が防止される。
【００７７】
一方、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が、上記真空排気工程において破られてしまうと、第３の配管３０から反応容器１内に大気が侵入してしまい、大気中の酸素および水分が原料６に混入してしまう。このため、第２の気密仕切り３１ｄの気密性は、１気圧（１００ｋＰａ）の圧力では破られないように設計されている。
【００７８】
次に、窒素原料ガス供給装置７から第１の配管１０を通して、窒素原料ガス９を反応容器１内に供給する（窒素原料ガス供給工程）。窒素原料ガスは、特に制限はないが、純度の高いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる観点から、窒素ガスが好ましい。反応容器１への窒素原料ガス９の供給とともに、ヒータ３により反応容器１の坩堝２内に配置されている原料６を加熱してアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種類の元素とＩＩＩ族金属元素とを含む融液とする。この融液となっている原料６に窒素原料ガス９を溶解させることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶が成長する。かかるＩＩＩ族窒化物結晶は、酸素または水分が効率的に除去され、また、酸素または水分の混入が防止された反応容器１内で成長させたものであるため、高い物性を有する。
【００７９】
上記の窒素原料ガス供給工程において、第３の配管３０の第２の気密仕切り３１ｄの気密性は、反応容器１側と大気側（反応容器１と反対側）との圧力差により除去される。したがって、第２の気密仕切りは、結晶成長時における窒素原料ガス圧力（通常２〜７．５ＭＰａ程度）よりも小さい圧力で破られるように設計される。たとえば、第２の気密仕切り３１ｄは、耐圧が０．５ＭＰａとなるように設計される。
【００８０】
このように、窒素原料ガス９を反応容器１に供給して第２の気密仕切り３１ｄの気密性を破ることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長の際に、反応容器１内に連続的に新たな窒素原料ガス９を供給して、反応容器１の内部の未反応ガスおよび反応後の残留ガスならびにそれらの中に含まれる不純物を流出させるとともに、酸素または水分を含む圧力容器５内の雰囲気ガスが反応容器１内に混入することを防止でき、さらに高物性のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。
【００８１】
（実施形態５）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置のさらに他の実施形態は、図３を参照して、実施形態３の製造装置に、第２の真空排気装置８１と、第３の配管３０の圧力容器５の外部側の途中に形成されているバルブ３０ｖと、第３の配管３０の第２の気密仕切り３１ｄとバルブ３０ｖとの間の管部３０ｂｂと第２の真空排気装置８１とを繋ぐ第４の配管４０とをさらに備え、第３および第４の配管３０，４０の内部を真空排気する際または反応容器１に窒素原料ガス９を供給する際に、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が反応容器１側と大気側（反応容器１と反対側）との圧力差により破られる。
【００８２】
第３の配管３０の圧力容器５の外側の途中にバルブ３０ｖが形成され、第３の配管３０の第２の気密仕切り３１ｄとバルブ３０ｖとの間の管部３０ｂｂに第４の配管４０によって第２の真空排気装置８１が繋がれることにより、第３および第４の配管３０，４０に内部を真空排気することができる。ここで、第４の配管４０の材料は、特に制限はないが、第１、第２および第３の配管と同様であることが好ましい。
【００８３】
本実施形態において、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）より大きな圧力で破られるように設計されている場合は、第３および第４の配管３０，４０の内部を真空排気することができる。第２の気密仕切り３１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）より小さな圧力で破られるように設計されている場合は、第３および第４の配管３０，４０の内部とともに反応容器１の内部を真空排気することができる。これらの場合は、第１の真空排気装置８により、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気することが好ましい。
【００８４】
さらに、第１の気密仕切り１１ｄおよび第２の気密仕切り３１ｄが１気圧（１００ｋＰａ）より小さな圧力で破られるように設計されている場合は、第３および第４の配管３０，４０の内部、反応容器１の内部および第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気することができる。これらのようにして、第３および第４の配管３０，４０、第１および第２の配管１０，２０、および／または反応容器１の残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が効率的に除去される。
【００８５】
（実施形態６）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の実施形態は、図３を参照して、実施形態５の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器１内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族元素とを含む原料６を配置する工程と、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気する第１の真空排気工程および第３および第４の配管３０，４０の内部を真空排気する第２の真空排気工程の少なくともいずれかの真空排気工程と、反応容器１内に窒素原料ガス９を供給する工程とを備え、第１の真空排気工程または窒素原料ガス９を供給する工程において、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差により破られ、第２の真空排気工程または窒素原料ガス９を供給する工程において第２の気密仕切り３１ｄの気密性が反応容器１側と大気側（反応容器１と反対側）との圧力差により破られる。
【００８６】
第１の気密仕切り１１ｄの気密性が第１の真空排気工程において保たれることにより、第１および第２の配管１０，２０の内部を真空排気することができる。また、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が第２の真空排気工程において保たれることにより、第３および第４の配管３０，４０の内部を真空排気することができる。
【００８７】
また、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が第１の真空排気工程において破られることにより、第１および第２の配管１０，２０の内部とともに反応容器１の内部を真空排気することができる。また、第２の気密仕切り３１ｄの気密が第２の真空排気工程において破られることにより、第３および第４の配管３０，４０とともに反応容器１の内部を真空排気することができる。また、第１の真空排気工程および第２の真空排気工程の少なくともいずれかにより、第１の気密仕切り１１ｄおよび第２の気密仕切り３１ｄの気密性が破られることにより、第１および第２の配管１０，２０の内部、第３および第４の配管３０，４０の内部および反応容器１の内部を真空排気することができる。
【００８８】
また、窒素原料ガス９を供給する工程において、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られることにより反応容器１に窒素原料ガス９が供給され、さらに、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が破られることにより反応容器１内の未反応ガスおよび反応後の残留ガスならびにそれらの中に含まれる不純物を流出させることができる。
【００８９】
（実施形態７）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置のさらに他の実施形態は、図４を参照して、実施形態３の製造装置に、第３の配管３０の圧力容器５の外部側の途中に形成されているバルブ３０ｖと、第３の配管３０の第２の気密仕切り３１ｄとバルブ３０ｖとの間の管部３０ｂｂと第２の配管２０の途中の管部とを繋ぐ第４の配管４０とをさらに備え、第１、第２、第３および第４の配管１０，２０，３０，４０の内部を真空排気する際または反応容器１に窒素原料ガス９を供給する際に、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が反応容器１側と大気側（反応容器１と反対側）との圧力差により破られる。
【００９０】
第３の配管３０の圧力容器５の外側の途中にバルブ３０ｖが形成され、第３の配管３０の第２の気密仕切り３１ｄとバルブ３０ｖとの間の管部３０ｂｂと第２の配管２０の途中の管部とを繋ぐ第４の配管４０が形成されていることにより、第１、第２、第３および第４の配管１０，２０，３０，４０に内部を真空排気することができる。
【００９１】
本実施形態において、第１の気密仕切り１１ｄおよび第２の気密仕切り３１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）より大きな圧力で破られるように設計されている場合は、第１，第２，第３および第４の配管３０，４０の内部を真空排気することができる。第１の気密仕切り１１ｄまたは第２の気密仕切り３１ｄの気密性が１気圧（１００ｋＰａ）より小さな圧力で破られるように設計されている場合は、第１、第２、第３および第４の配管１０，２０，３０，４０の内部とともに反応容器１の内部を真空排気することができる。これらのようにして、第３および第４の配管３０，４０、第１および第２の配管１０，２０、および／または反応容器１の残留ガスおよびそれに含まれる酸素または水分が効率的に除去される。
【００９２】
（実施形態８）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の実施形態は、図４を参照して、実施形態７の成長装置を用いるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、反応容器１内にアルカリ金属元素およびアルカリ土類金属元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＩＩＩ族元素とを含む原料６を配置する工程と、第１、第２、第３および第４の配管の内部１０，２０，３０，４０を真空排気する工程と、反応容器１内に窒素原料ガス９を供給する工程とを備え、真空排気する工程または窒素原料ガス９を供給する工程において第１の気密仕切り１１ｄの気密性が反応容器１側と窒素原料ガス供給装置７側（すなわち第１の真空排気装置８側）との圧力差により破られ、真空排気する工程または窒素原料ガス９を供給する工程において第２の気密仕切り３１ｄの気密性が反応容器１側と大気側（反応容器１と反対側）との圧力差により破られる。
【００９３】
上記真空排気工程において、第１の気密仕切り１１ｄおよび第２の気密仕切り３１ｄの気密性が保たれることにより、第１、第２、の配管１０，２０の内部を真空排気することができる。また、上記真空排気工程において、第１の気密仕切り１１ｄまたは第２の気密仕切り３１ｄの気密が破られることにより、第１、第２、の配管１０，２０の内部とともに反応容器１の内部を真空排気することができる。
【００９４】
また、窒素原料ガス９を供給する工程において、第１の気密仕切り１１ｄの気密性が破られることにより反応容器１に窒素原料ガス９が供給され、さらに、第２の気密仕切り３１ｄの気密性が破られることにより反応容器１内の未反応ガスおよび反応後の残留ガスならびにそれらの中に含まれる不純物を流出させることができる。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置のさらに他の実施形態を示す概略断面図である。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置のさらに他の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】本発明に用いられる仕切りの一例を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は仕切りが保持されている状態を示し、（ｂ）は仕切りが除去されている状態を示す。
【図６】本発明に用いられる仕切りおよびフィルタの一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明に用いられる仕切り付継ぎ手の一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明に用いられる仕切りの他の例を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は配管の一部をリング状に折り曲げたものを示し、（ｂ）は配管の一部をＵ字状に折り曲げたものを示す。
【図９】本発明に用いられる配管が繋がれている反応容器を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は第１の配管の一部が繋がれている反応容器を示し、（ｂ）は第１および第３の配管の一部が繋がれている反応容器を示す。
【図１０】本発明に用いられる継ぎ手の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  反応容器、２  坩堝、３  ヒータ、４  断熱材、５  圧力容器、６  原料、７  窒素原料ガス供給装置、７ｖ，８ｖ，８１ｖ  バルブ、８  第１の真空排気装置、９  窒素原料ガス、１０  第１の配管、１０ａ，１０ｂ，１０ｂａ，１０ｂｂ，３０ａ，３０ｂ，３０ｂａ，３０ｂｂ  管部、１０ｊ  接合部、１１  第１の気密仕切り付継ぎ手、１１ｃ  第１の継ぎ手部材、１１ｄ  第１の気密仕切り、１１ｓ，１３ｓ  ガスケット、１２ａ，１２ｂ，３２ａ，３２ｂ  フィルタ、１３  第１の継ぎ手、１３ｃ  第３の継ぎ手部材、２０  第２の配管、３０  第３の配管、３１  第２の気密仕切り付継ぎ手、３１ｄ  第２の気密仕切り、３３  第２の継ぎ手、４０  第４の配管、８１  第２の真空排気装置、Ｆ１  第１係止部、Ｆ２  第２係止部、Ｆ３  第３係止部、Ｆ４  第４係止部、Ｆ９  第９係止部、Ｆ１０  第１０係止部、Ｆ１１  第１１係止部、Ｆ１２  第１２係止部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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