氮化镓晶体的制造方法技术

一种氮化镓晶体的制造方法，其包括：其中通过将氮溶解在包含镓和钠的混合熔体中以生长氮化镓晶体(5)的生长步骤，以及其中使包含镓和钠的合金(51)与使钠离子化的液体(52)反应从而使钠离子和镓(55)从所述合金(51)分离且回收所分离的镓(55)的回收步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氮化镓晶体的制造方法，和具体地，涉及当通过助熔剂法(flux method)制造氮化镓晶体时收集残留的镓的技术。
技术介绍
助熔剂法已知作为第13族氮化物晶体例如氮化镓晶体的制造方法。在助熔剂法中，在反应容器中形成包含碱金属或碱土金属和第13族元素的混合熔体(助熔剂)，且将原料气体(source gas)例如氮气溶解在所述混合熔体中以形成过饱和状态。在所述混合熔体中，第13族氮化物晶体的自发成核发生，或者从作为核(晶核)的晶种生长第13族氮化物晶体。当通过助熔剂法生长这样的晶体时，在生长步骤之后残留在反应容器中的是氮化镓晶体、碱金属或碱土金属、第13族元素、以及由碱金属或碱土金属和第13族元素构成的合金。为了从所述反应容器取出第13族氮化物晶体，需要除去残留的碱金属或碱土金属、第13族元素、以及由碱金属或碱土金属和第13族元素构成的合金。当收集和再利用已经用作混合熔体的碱金属或碱土金属和第13族元素时，可提高大规模生产中的生产率。因此，本领域仍需要收集处于可再利用状态的混合熔体。对于通过使用钠(Na)作为碱金属和镓(Ga)作为第13族元素制造氮化镓(GaN)晶体，公开了涉及在晶体生长结束时除去残留在反应容器中的钠、镓和Ga-Na合金的以下方法。从反应容器除去钠的方法是已知的。在这样的方法中，通过添加与钠反应的醇(在大多数情况下，乙醇)或水使钠离子化(当添加乙醇时，形成乙醇钠；而当添加水时，形成氢氧化钠溶液)而将钠除去。然而，这样的除去方法是高度反应性的，且存在点燃醇或导致氢气爆炸的风险。专利文献1公开了控制醇和水的温度以保证安全的方法。专利文献2公开了以液化状态分离和收集钠的方法。在该方法中，在不与钠发生反应的介质例如煤油中，将钠加热至高于其熔点的温度且使其熔融。用于从反应容器除去镓的方法是已知的。在这样的方法中，通过添加与镓反应的强酸例如盐酸、硝酸或王水使镓离子化而将镓除去。专利文献3和4公开了通过在从反应容器除去钠之后将反应容器中残留的镓加热至高于其熔点(29.8℃)的温度而从晶体除去镓的方法。Ga-Na合金(金属间化合物)的除去方法是已知的，如非专利文献1中所公开的。在非专利文献1中，通过添加与合金反应的王水使构成所述合金的元素离子化而将所述合金除去。当通过助熔剂法制造氮化镓晶体时，原材料效率(第13族元素的消耗量/第13族元素的初始量×100)为约60-95%。如专利文献1、3和4以及非专利文献1中所描述的，当使用数克至几十克的镓时，不必收集未反应的镓。然而，当使用几百至几千克的镓制造大的氮化镓晶体时，收集和再利用未反应的镓可降低制造成本。不幸的是，专利文献1-4和非专利文献1没有提及在晶体生长结束时从反应容器中残留的Ga-Na合金分离和收集镓的方法。对于通过使用钠作为碱金属和镓作为第13族元素制造氮化镓晶体，公开了以下方法：其涉及在晶体生长结束时除去残留在反应容器中的钠和镓。专利文献5公开了在晶体生长之后且在混合熔体凝固(固化)之前通过抽吸而除去由碱金属或碱土金属和第13族元素构成的合金的方法。在该过程之后，将第13族氮化物晶体取出。然而，该方法不能将合金中的镓和钠分离。因此，在已经抽吸除去而作为混合熔体再利用的合金中难以获得镓对钠的精确组成比。专利文献6公开了通过将晶体生长之后的坩埚在惰性气氛中加热至高于混合熔体的熔点的温度而除去残留的混合熔体的方法。当通过使用镓和钠之间的蒸气压差而除去混合熔体时，镓和钠可被分离。然而，将混合熔体加热至600℃(其高于Ga-Na合金的熔点)可导致钠蒸气的泄露，这造成点燃或爆炸威胁，且因此在安全上是成问题的。除了这些问题之外，需要大型设备以实施专利文献5和6中公开的方法。因此，从晶体生长之后的反应容器独立地收集镓和钠不是容易的。
技术实现思路
技术问题不幸的是，专利文献1-5和非专利文献1没有提及从由镓和钠构成的合金收集元素镓(镓金属)的方法。在专利文献5和6中公开的方法难以在简单的设备中以安全的方式实施以从由镓和钠构成的合金分离和收集镓金属。当例如在助熔剂法中使用几百克至几千克的镓制造氮化镓晶体时，在晶体生长结束时在反应容器中5-40%量的镓尚未反应。如果可从晶体生长结束时残留在反应容器中的Ga-Na合金分离和收集元素镓，则可改善生产率。本专利技术是鉴于以上而做出的，且本专利技术的目的在于提供从在使用助熔剂法制造氮化镓晶体的过程中产生的由镓和钠构成的合金容易且安全地收集镓的方法。问题的解决方案本专利技术的目的是解决以上提及的问题。根据本专利技术的一个方面，提供氮化镓晶体的制造方法，该方法包括：通过将氮溶解在包含镓和钠的混合熔体中而生长氮化镓晶体；以及收集通过如下而从包含镓和钠的合金分离的镓：使所述合金与使钠离子化的液体反应且将钠离子和镓从所述合金分离。专利技术的有益效果根据本专利技术，可从在使用助熔剂法制造氮化镓晶体的过程中产生的由镓和钠构成的合金容易且安全地收集镓。附图说明图1是说明在根据第一实施方式的氮化镓晶体的制造方法中使用的制造装置的配置的实例的图。图2是说明在氮化镓晶体的晶体生长结束时反应容器内部的状态的图。图3是Ga-Na相图。图4是说明在第一实施方式中从氮化镓晶体的生长至镓的收集的程序的流程图。图5是说明已经将残留的钠从其除去的反应容器内部的状态的图。图6是说明其中正在从合金分离钠离子和镓的状态的图。图7是说明其中正在收集所分离的镓的状态的图。具体实施方式第一实施方式下面参考附图详细描述氮化镓晶体的制造方法的实施方式。图1是说明在根据第一实施方式的氮化镓晶体的制造方法中使用的制造装置1的配置的实例的图。制造装置1是通过使用助熔剂法制造氮化镓晶体5的装置。耐压容器11由例如不锈钢制成。在耐压容器11内部，设置内部容器12。在内部容器12内部，容纳反应容器13。反应容器13是用于储存Ga-Na混合熔体(助熔剂)6和晶种7且用于生长氮化镓晶体5的容器。反应容器13的材料不限于任何特定材料。反应容器13的材料的实例可包括氮化物例如烧结的氮化硼(BN)和热解的BN(P-BN)，氧化物例如氧化铝、钇铝石榴石(YAG)和氧化钇，以及碳化物例如SiC。反应容器13的内壁，即反应容器13与混合熔体6接触的部分，优选地由难以与混合熔体6反应的材料制成。这样的材料的实例包括氮化物例如BN、P-BN和氮化铝，氧化物例如氧化铝、YAG和氧化钇，以及不锈钢(SUS)。混合熔体6至少包含镓和钠。除镓之外，混合熔体6还可包含另一种第13族元素，例如硼(B)、铝(Al)、铟(In)或铊(Tl)。除钠之外，混合熔体6还可包含另一种碱金属，例如锂(Li)或钾(K)，且可包含碱土金属例如钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)或钡(Ba)。混合熔体6可包含碳(C)作为添加剂以防止混杂晶体(miscellaneous crystal)的产生和加快晶体生长，且可包含锗(Ge)作为n-型掺杂剂。在反应容器13内部，放置晶种7使得其浸入混合熔体6中。在第一实施方式中，将晶种7固定至反应容器13的底部。晶种7是用作氮化镓晶体5从其生长的核的氮化镓晶体。在第一实施方式中，尽管晶种7是棱状晶体，但是晶种7可为例如针状晶体、锥状晶体、板状晶体或圆片状(晶片状，wafer-like)晶体。尽管图1说明了其本文档来自技高网...

【技术保护点】
氮化镓晶体的制造方法，所述方法包括：通过将氮溶解在包含镓和钠的混合熔体中而生长氮化镓晶体；和收集通过如下而从包含镓和钠的合金分离的镓：使所述合金与使钠离子化的液体反应，且从所述合金分离钠离子和镓。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.18 JP 2014-0544701.氮化镓晶体的制造方法，所述方法包括：通过将氮溶解在包含镓和钠的混合熔体中而生长氮化镓晶体；和收集通过如下而从包含镓和钠的合金分离的镓：使所述合金与使钠离子化的液体反应，且从所述合金分离钠离子和镓。2.根据权利要求1的氮化镓晶体的制造方法，其中所述液体为具有比镓的熔点高的温度的水。3.根据权利要求2的氮化镓晶体的制造方法，其中水的温度为50℃或更高且90℃或更低。4.根据权利要求1的氮化镓晶体的制造方法，其中所述液体为酸。5.根据权利要求4的氮化镓晶体的制造方法，其中所述酸的温度为30℃或更高且120℃或更低。6.根据权利要求1-5中任一项的氮化镓晶体的制造方法，其中当在生长之后的混合熔体中镓的摩尔量相对于镓和钠的摩尔总量占大于0％且为...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤隆，皿山正二，林昌弘，三好直哉，木村千春，和田纯一，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP