JPH04110762U - 気相成長用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相成長用冷却装置の高置水槽を小型化して
設置を容易にするとともに、冷却水の温度を調節する冷
却機の能力を小さくする。 【構成】 気相成長をガラス製反応容器１内で行い、該
反応容器１を冷却水により冷却する気相成長用冷却装置
において、前記反応容器１の上方に設置された高置水槽
２と、前記反応容器１より低い位置に設置された低置水
槽３と、前記低置水槽３と高置水槽２の中間の高さに設
置された中間水槽１０とから構成し、前記中間水槽１０
に冷却機１１を接続し、高置水槽２からの落水により反
応容器１の冷却を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エピタキシャル気相成長に用いられる冷却装置の改良に関する。

【０００２】

【従来技術】

ＡｌＧａＡｓほか各種のダブルヘテロ接合の成長に適用される有機金属気相成 長（ＭＯＣＶＤ）法は有機化合物の熱分解を利用した気相成長法である。この方 法でＡｌＧａＡｓの結晶成長を行う場合、石英製ガラスの反応容器内にカーボン 製サセプタを配置し、これを外部の高周波加熱コイルによって６００〜８５０℃ に誘導加熱し、サセプタ上に置いたＧａＡｓウェハを加熱する。一方、ガス制御 装置から、ＴＭＡ（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、ＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）、アルシ ン（ＡｓＨ₃ ）をキャリアガスである水素により希釈して反応容器に送給する。 加熱された反応容器内では、これらのガスが反応してＧａＡｓウェハ上にＡｌＧ ａＡｓの結晶が成長する。反応容器は加熱されたサセプタからの輻射熱および反 応ガスの対流によって加熱されるが、安定した結晶成長を行うためには、反応容 器壁面を一定温度にする必要があり、通常反応容器の周囲に水を流してこれを冷 却する。このため、反応容器外側にジャケットが付けられ、温度を調節された冷 却水が、製作条件に応じて５〜１５ｌ／min 流される。 ところで、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長は危険をともなう反応である。即ち、 ＴＭＡおよびＴＭＧは水と激しく反応して燃焼し、キャリアガスのＨ₂ は着火す れば爆発する。一方、反応容器に用いるガラスは２〜４mmの厚さであり、耐圧は １〜１．２kg／cm² である。従って、反応容器の冷却水圧を１kg／cm² 以下にす る必要がある。従来、水道水の配管を反応容器のジャケットに直結して反応容器 を冷却していた。従って、他所での水道水の使用により水圧が変動し、冷却水量 を一定に制御出来にくいという欠点があった。即ち、水道水は圧力、流量が変動 しやすく、反応容器を所望通り冷却することが困難である。また、使用後の冷却 水を捨てているため、経済性が悪いという問題点もある。なお、使用済みの冷却 水を一旦タンクに戻し、循環ポンプで減圧弁を介して、反応容器に再度供給する ことも考えられるが、ポンプ始動時に水圧が変動し易く、反応容器を破損する危 惧がある。また、減圧弁は必ずしも信頼性が高くない。 そこで、次のような気相成長冷却装置が開発されている。即ち、図２に示すよ うに、反応容器１の上方に設置された高置水槽２と、低置水槽３と、該低置水槽 ３から前記高置水槽２へ冷却水を揚水する循環ポンプ４と、高置水槽２と反応容 器１を連通する供給管５と、循環ポンプ４を介して低置水槽３と高置水槽２を連 通する揚水管９と、反応容器１および高置水槽２と低置水槽３を各々連通する戻 り管６、７で構成し、該高置水槽２よりの落水により前記反応容器１の冷却を行 うものである。このようにすると、反応容器１に加わる水圧は高置水槽２の前記 反応容器１からの高さにより決まる。反応容器１の強度を考慮すると、０．６kg ／cm² から０．８kg／cm² の圧力が望ましいため、高置水槽２は６〜８ｍの高さ に設置されることになる。この場合に反応容器１に加わる圧力は高置水槽２の位 置によってのみ決まるため、異常圧力により反応容器１が破損することはない。 また、高置水槽２内の水面位置は上下限レベル計（図示されず）によって制御さ れるため、水圧の変動は一定範囲におさめることができる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述の気相成長用冷却装置には次のような問題があった。即ち 、 １）高置水槽の容量が大きくなると、高所での設置スペースが大きくなり、また 、据え付けが困難になる。 ２）高置水槽の水温を調節するため冷却機を設ける場合、冷却機を高所に設置し なければならず、また、高置水槽の容量が大きくなると、冷却機の冷却能力が市 販品の能力以上になり、特殊な冷却機が必要になる。

【０００４】

【課題を解決するための手段と作用】

本考案は上記問題点を解決した気相成長用冷却装置を提供するもので、気相成 長をガラス製反応容器内で行い、該反応容器を冷却水により冷却する気相成長用 冷却装置において、前記反応容器の上方に設置された高置水槽と、前記反応容器 より低い位置に設置された低置水槽と、前記低置水槽と高置水槽の中間の高さに 設置された中間水槽と、該低置水槽から前記中間水槽へ冷却水を揚水する循環ポ ンプと、該循環ポンプを介して低置水槽と中間水槽を連通する揚水管と、前記中 間水槽から前記高置水槽へ冷却水を揚水する循環ポンプと、該循環ポンプを介し て中間水槽と高置水槽を連通する揚水管と、高置水槽と反応容器を連通する供給 管と、反応容器および中間水槽と低置水槽を各々連通する戻り管と、高置水槽と 中間水槽または低置水槽を連通する戻り管から構成され、中間水槽には冷却機が 接続され、高置水槽からの落水により反応容器の冷却を行うことを特徴とするも のである。 上述のように低置水槽と高置水槽の中間の高さに中間水槽を設置すると、中間 水槽から温度調節した冷却水を高置水槽に補充できるため、高置水槽の容量を従 来よりも小さくすることができ、高所への高置水槽の設置が容易になる。また、 高置水槽へ冷却水を補給する中間水槽の容量は、高置水槽に比較して小さくでき るため、中間水槽へ接続される冷却機は通常の市販品でよく、冷却能力の大きな 特殊なものを必要としない。

【０００５】

【実施例】

以下、図面に示した実施例に基づいて本考案を詳細に説明する。 図１は本考案にかかる気相成長用冷却装置の一実施例の説明図である。図中、 １は反応容器、２は所望の水圧を得るために必要な高さに設置された高置水槽、 ３は反応容器１より低い位置に設置された貯水用の低置水槽、１０は低置水槽３ と高置水槽２の中間の高さで反応容器１よりも上方位置に設置された中間水槽で ある。中間水槽１０には冷却機１１と、中間水槽１０内の冷却水を冷却機１１に 導く冷水ポンプ１２が接続されており、中間水槽１０の中の純水は一定温度に制 御される。 ４は低置水槽３から中間水槽１０へ冷却水を揚水する循環ポンプ、１６は循環 ポンプ４を介して低置水槽３と中間水槽１０を連通する揚水管、１３は中間水槽 １０から高置水槽２へ冷却水を揚水する循環ポンプ、１８は循環ポンプ１３を介 して、中間水槽１０と高置水槽２を連通する揚水管、５は弁１４を介して高置水 槽２と反応容器１を連通し、弁１４を開いたとき高置水槽２から反応容器１へ位 置のエネルギーにより冷却水を供給する供給管、６、１７は反応容器１および中 間水槽１０と低置水槽３を各々連通する戻り管、１５は高置水槽２と中間水槽１ ０を連通する戻り管である。 上述の装置で反応容器１の弁１４が閉じられている場合には、一定温度に制御 された中間水槽１０の中の純水は循環ポンプ１３で揚水管１８を通って高置水槽 ２に揚水され、揚水された純水全量が高置水槽２の戻り管１５で中間水槽１０に 戻され、高置水槽２の中の純水も一定温度に制御される。一方、低置水槽３の中 の純水は、循環ポンプ４により揚水管１６を通って中間水槽１０に揚水され、反 応容器１の弁１４が閉じられている場合には、揚水された純水全量が中間水槽１ ０の戻り管１７で低置水槽３に戻されることにより循環し、低置水槽３の中の純 水も一定温度に制御される。 一方、反応容器１の弁１４が開いて気相成長が行われているときには、高置水 槽２の中の純水は位置のエネルギーにより供給管５を通って反応容器１に供給さ れ、戻り管６を通って低置水槽３に導入される。このとき、循環ポンプ４と循環 ポンプ１３の揚水量は一定で、かつ、反応容器１に供給される水量よりも充分に 多くなっており、循環ポンプ４の揚水量の方が循環ポンプ１３の揚水量より多く なっており、その揚水量の差は戻り管１７を通って低置水槽３に戻る。また、循 環ポンプ１３の揚水量は高置水槽２から反応容器１に供給される水量よりも多く なっており、その差は戻り管１５により中間水槽１０に戻る。このようにして、 反応容器１で純水に与えられた熱は、中間水槽１０に設置された冷却機１１で除 去され、純水は一定温度に制御される。 なお、初期の純水供給および運転時の純水補給は低置水槽３に設けられた純水 供給管１９で行われる。 前記実施例では、高置水槽２をオーバーフローした冷却水は戻り管１５で中間 水槽１０に戻すようにしたが、別の戻り管（図示せず）で低置水槽３に戻すよう にしてもよい。

【０００６】

【考案の効果】 以上説明したように本考案によれば、気相成長をガラス製反応容器内で行い、 該反応容器を冷却水により冷却する気相成長用冷却装置において、前記反応容器 の上方に設置された高置水槽と、前記反応容器より低い位置に設置された低置水 槽と、前記低置水槽と高置水槽の中間の高さに設置された中間水槽と、該低置水 槽から前記中間水槽へ冷却水を揚水する循環ポンプと、該循環ポンプを介して低 置水槽と中間水槽を連通する揚水管と、前記中間水槽から前記高置水槽へ冷却水 を揚水する循環ポンプと、該循環ポンプを介して中間水槽と高置水槽を連通する 揚水管と、高置水槽と反応容器を連通する供給管と、反応容器および中間水槽と 低置水槽を各々連通する戻り管と、高置水槽と中間水槽または低置水槽を連通す る戻り管から構成し、中間水槽には冷却機を接続し、高置水槽からの落水により 反応容器の冷却を行うため、高置水槽の容量を従来より小さくして設置を容易に することができ、また、冷却機の能力も小さくなるため、市販の冷却機を使用す ることができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る気相成長用冷却装置の一実施例の
説明図である。

【図２】従来の気相成長用冷却装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２ 高置水槽 ３ 低置水槽 ４、１３ 循環ポンプ ５ 供給管 ６、７、１５、１７ 戻り管 ９、１８、１６ 揚水管 １０ 中間水槽 １１ 冷却機 １２ 冷水ポンプ １４ 弁 １９ 供給管

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相成長をガラス製反応容器内で行い、
   該反応容器を冷却水により冷却する気相成長用冷却装置
   において、前記反応容器の上方に設置された高置水槽
   と、前記反応容器より低い位置に設置された低置水槽
   と、前記低置水槽と高置水槽の中間の高さに設置された
   中間水槽と、該低置水槽から前記中間水槽へ冷却水を揚
   水する循環ポンプと、該循環ポンプを介して低置水槽と
   中間水槽を連通する揚水管と、前記中間水槽から前記高
   置水槽へ冷却水を揚水する循環ポンプと、該循環ポンプ
   を介して中間水槽と高置水槽を連通する揚水管と、高置
   水槽と反応容器を連通する供給管と、反応容器および中
   間水槽と低置水槽を各々連通する戻り管と、高置水槽と
   中間水槽または低置水槽を連通する戻り管から構成さ
   れ、中間水槽には冷却機が接続され、高置水槽からの落
   水により反応容器の冷却を行うことを特徴とする気相成
   長用冷却装置。