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JP2021066898A - Gallium production method, sodium production method, and gallium nitride production method - Google Patents

Gallium production method, sodium production method, and gallium nitride production method Download PDF

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JP2021066898A JP2019190582A JP2019190582A JP2021066898A JP 2021066898 A JP2021066898 A JP 2021066898A JP 2019190582 A JP2019190582 A JP 2019190582A JP 2019190582 A JP2019190582 A JP 2019190582A JP 2021066898 A JP2021066898 A JP 2021066898A
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Abstract

【課題】NaやGaを循環的に再利用可能なNaフラックス法による窒化ガリウムの製造方法の提供。【解決手段】Naフラックス法によるGaN結晶の育成終了後に残留するNa−Ga合金からGaを分離して回収する。容器にNa−Ga合金とHTf2N(ビス( トリフルオロメタンスルホニル) アミド)を入れる。次に容器を加熱してHTf2Nを融解する。HTf2Nの融解液とNa−Ga合金とが接触すると、HTf2NとNa−Ga合金とが反応してNaが溶解して一部はNaTf2Nを形成し、Gaが液体金属として分離する。次に、Naフラックス法によるGaN結晶の育成終了後に残留する低純度Naを陽極、電解液として、Gaの分離工程で回収したNaTf2Nと、別途用意したTf2Nアニオンの非金属塩の混合物を用い、電気分解により陰極にナトリウムを析出させる。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing gallium nitride by a Na flux method capable of cyclically reusing Na and Ga. Ga is separated and recovered from the Na—Ga alloy remaining after the growth of GaN crystals by the Na flux method is completed. Place Na-Ga alloy and HTf2N (bis (trifluoromethanesulfonyl) amide) in a container. The container is then heated to melt HTf2N. When the melt of HTf2N comes into contact with the Na-Ga alloy, the HTf2N reacts with the Na-Ga alloy to dissolve Na and partially form NaTf2N, and Ga separates as a liquid metal. Next, using low-purity Na remaining after the completion of growth of the GaN crystal by the Na flux method as an anode and an electrolytic solution, a mixture of NaTf2N recovered in the separation step of Ga and a non-metal salt of Tf2N anion prepared separately was used for electricity. Sodium is precipitated on the anode by decomposition. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、ガリウムとナトリウムの合金からガリウムを分離するガリウムの製造方法に関する。また、本発明は、ガリウムとナトリウムの合金からナトリウムを分離するナトリウムの製造方法に関する。また、本発明はNaフラックス法による窒化ガリウムの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing gallium, which separates gallium from an alloy of gallium and sodium. The present invention also relates to a method for producing sodium, which separates sodium from an alloy of gallium and sodium. The present invention also relates to a method for producing gallium nitride by the Na flux method.

GaN(窒化ガリウム)を結晶成長させる方法として、Na(ナトリウム)とGa(ガリウム)の混合融液に窒素を溶解させ、液相でGaNをエピタキシャル成長させるNaフラックス法が知られている。Naフラックス法によるIII 族窒化物半導体の育成後には、育成したGaN結晶の他、Na−Ga合金、低純度のNaなどが残留する。 As a method for crystal growth of GaN (gallium nitride), a Na flux method is known in which nitrogen is dissolved in a mixed melt of Na (sodium) and Ga (gallium) and GaN is epitaxially grown in a liquid phase. After growing a group III nitride semiconductor by the Na flux method, in addition to the grown GaN crystals, Na-Ga alloy, low-purity Na, etc. remain.

特許文献1には、Naフラックス法によるGaN育成後に残留するNa−Ga合金を50〜90℃に加熱した水や硝酸に投入し、分離した金属Gaを回収することが記載されている。 Patent Document 1 describes that the Na-Ga alloy remaining after GaN growth by the Na flux method is put into water or nitric acid heated to 50 to 90 ° C. to recover the separated metal Ga.

国際公開第2015/141064号International Publication No. 2015/141604

Naフラックス法によるGaNの育成方法の低コスト化のためには、育成後に残留するNa−Ga合金や低純度のNaを再利用することが不可欠である。 In order to reduce the cost of the GaN growing method by the Na flux method, it is indispensable to reuse the Na-Ga alloy and low-purity Na remaining after growing.

しかし、GaとNaはともに卑金属であり、水溶液系での電析による回収は困難であった。特許文献1の方法では、Na−Ga合金からGaを分離、回収することは可能であるが、Naは水溶液中にNaイオンとして存在する状態であるため、Na成分を回収することが困難であり、GaとNaを循環的に安価に再利用することが困難であった。 However, both Ga and Na are base metals, and it was difficult to recover them by electrodeposition in an aqueous solution system. In the method of Patent Document 1, it is possible to separate and recover Ga from the Na—Ga alloy, but it is difficult to recover the Na component because Na is present as Na ions in the aqueous solution. , It was difficult to recycle Ga and Na cyclically and inexpensively.

そこで本発明の目的は、Na−Ga合金からGaを容易に分離することができ、Naも容易に分離可能な方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method capable of easily separating Ga from a Na—Ga alloy and easily separating Na as well.

本発明の第1態様は、Na−Ga合金に、一般式H(X1 SO2 )(X2 SO2 )Nで表され、X1 、X2 はフッ素または炭素数1〜6のアルキル基である含フッ素スルホニルアミドを含む溶液を接触させることで、Na−Ga合金からガリウムを分離する、ことを特徴とするガリウムの製造方法である。 In the first aspect of the present invention, the Na—Ga alloy is represented by the general formula H (X 1 SO 2 ) (X 2 SO 2 ) N, where X 1 and X 2 are fluorine or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. This is a method for producing gallium, which comprises separating gallium from a Na—Ga alloy by contacting a solution containing a fluorine-containing sulfonylamide.

含フッ素スルホニルアミドは、HTf2 Nとすることができる。 The fluorine-containing sulfonylamide can be HTf 2 N.

溶液は、含フッ素スルホニルアミド水溶液としてもよいし、含フッ素スルホニルアミドの融解液としてもよい。 The solution may be a fluorine-containing sulfonylamide aqueous solution or a fluorinated sulfonylamide melt.

Na−Ga合金として、Naフラックス法による窒化ガリウムの育成後に残留するものを用いてもよい。 As the Na—Ga alloy, an alloy that remains after the growth of gallium nitride by the Na flux method may be used.

本発明の第2の態様は、陽極を低純度ナトリウムとして電気分解により陰極にナトリウムを析出させるナトリウムの製造方法において、電解液として、一般式H(X1 SO2 )(X2 SO2 )Nで表され、X1 、X2 はフッ素または炭素数1〜6のアルキル基である含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩と、含フッ素スルホニルアミドの非金属塩との混合物を用い、電解液の含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩として、本発明の第1態様のガリウムの製造方法により溶液中に生成する含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩を回収して用いる、ことを特徴とするナトリウムの製造方法である。 A second aspect of the present invention is a method for producing sodium in which sodium is precipitated on the cathode by electrolysis with the anode as low-purity sodium, and the general formula H (X 1 SO 2 ) (X 2 SO 2 ) N is used as the electrolytic solution. , X 1 and X 2 are a mixture of a sodium salt of fluorine-containing sulfonylamide, which is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and a non-metal salt of fluorine-containing sulfonylamide, and the electrolyte solution contains fluorine. This is a method for producing sodium, which comprises recovering and using the sodium salt of fluorine-containing sulfonylamide produced in a solution by the method for producing gallium according to the first aspect of the present invention as the sodium salt of sulfonylamide.

陽極の低純度ナトリウムとして、Naフラックス法による窒化ガリウムの育成後に残留するものを用いることができる。 As the low-purity sodium of the anode, those remaining after the growth of gallium nitride by the Na flux method can be used.

本発明の第3態様は、本発明の第1態様のガリウムの製造方法により製造したガリウムを用いて、Naフラックス法により窒化ガリウムを育成することを特徴とする窒化ガリウムの製造方法である。 A third aspect of the present invention is a method for producing gallium nitride, which comprises growing gallium nitride by the Na flux method using gallium produced by the method for producing gallium according to the first aspect of the present invention.

本発明の第4態様は、本発明の第2態様のナトリウムの製造方法により製造したナトリウムを用いて、Naフラックス法により窒化ガリウムを育成することを特徴とする窒化ガリウムの製造方法である。 A fourth aspect of the present invention is a method for producing gallium nitride, which comprises growing gallium nitride by the Na flux method using sodium produced by the method for producing sodium according to the second aspect of the present invention.

本発明の第5態様は、本発明の第1態様のガリウムの製造方法により製造したガリウムと、本発明の第2態様のナトリウムの製造方法により製造したナトリウムを用いて、Naフラックス法により窒化ガリウムを育成することを特徴とする窒化ガリウムの製造方法である。 A fifth aspect of the present invention is gallium nitride produced by the Na flux method using gallium produced by the method for producing gallium according to the first aspect of the present invention and sodium produced by the method for producing sodium according to the second aspect of the present invention. It is a method for producing gallium nitride, which is characterized by growing gallium nitride.

本発明によれば、Na−Ga合金からGaを容易に分離することができ、Naも容易に分離可能である。また、本発明によれば、Naフラックス法においてGaやNaを循環的に安価に再利用することができ、コストの大幅な低減を図ることができる。 According to the present invention, Ga can be easily separated from the Na—Ga alloy, and Na can also be easily separated. Further, according to the present invention, Ga and Na can be recycled and inexpensively reused in the Na flux method, and the cost can be significantly reduced.

第1実施形態におけるGaとNaの再利用を模式的に示した図。The figure which schematically showed the reuse of Ga and Na in 1st Embodiment. 第1実施形態のフローチャートを示した図。The figure which showed the flowchart of 1st Embodiment. 結晶成長装置の構成を示した図。The figure which showed the structure of the crystal growth apparatus. Na−Ga合金から分離、回収したGaを撮影した写真。A photograph of Ga separated and recovered from the Na-Ga alloy.

(第1実施形態)
第1実施形態は、Naフラックス法によりGaNを育成するGaNの製造方法であり、育成後に残留する低純度NaやNa−Ga合金からGaとNaを分離してNaフラックス法に循環的に再利用するGaNの製造方法である。図1は、GaとNaの再利用の流れを模式的に示した図である。また、図2は、第1実施形態の工程をフローチャートにより示した図である。図1のように、第1実施形態は、Naフラックス法工程S1と、Gaの分離工程S2と、Naの電解精製工程S3とを有している。
(First Embodiment)
The first embodiment is a method for producing GaN in which GaN is grown by the Na flux method. Ga and Na are separated from low-purity Na or Na—Ga alloy remaining after the growth and reused cyclically in the Na flux method. This is a method for manufacturing GaN. FIG. 1 is a diagram schematically showing a flow of reuse of Ga and Na. Further, FIG. 2 is a diagram showing the process of the first embodiment by a flowchart. As shown in FIG. 1, the first embodiment includes a Na flux method step S1, a Ga separation step S2, and a Na electrorefining step S3.

(Naフラックス法の概要)
まず、Naフラックス法の概要について説明する。Naフラックス法は、フラックスとなるNaと、原料であるGaとを含む混合融液に、窒素を含むガスを供給して溶解させ、液相でGaNをエピタキシャル成長させる方法である。Gaは、第1実施形態のGaの分離工程で分離したものを使用できる。また、Naは第1実施形態のNaの電解精製工程で分離したものを使用できる。
(Outline of Na flux method)
First, the outline of the Na flux method will be described. The Na flux method is a method in which a gas containing nitrogen is supplied and dissolved in a mixed melt containing Na as a flux and Ga as a raw material, and GaN is epitaxially grown in a liquid phase. As Ga, those separated in the Ga separation step of the first embodiment can be used. Further, as Na, those separated in the electrolytic refining step of Na of the first embodiment can be used.

混合融液には、C(炭素)を添加してもよい。Cの添加により、結晶成長速度を速めることができる。また、混合融液には、結晶成長させるIII 族窒化物半導体の伝導型、磁性などの物性の制御や、結晶成長の促進、雑晶の抑制、成長方向の制御、などの目的でC以外のドーパントを添加してもよい。たとえばn型ドーパントとしてGe(ゲルマニウム)などを用いることができ、p型ドーパントとしてMg(マグネシウム)、Zn(亜鉛)、Ca(カルシウム)などを用いることができる。 C (carbon) may be added to the mixed melt. By adding C, the crystal growth rate can be increased. In addition, the mixed melt contains materials other than C for the purpose of controlling physical properties such as the conduction type and magnetism of group III nitride semiconductors for crystal growth, promoting crystal growth, suppressing miscellaneous crystals, and controlling the growth direction. Dopants may be added. For example, Ge (germanium) or the like can be used as the n-type dopant, and Mg (magnesium), Zn (zinc), Ca (calcium) or the like can be used as the p-type dopant.

窒素を含むガスは、窒素分子や、アンモニア等の窒素を構成元素として含む化合物の気体であり、それらの混合ガスでもよく、さらには、窒素を含むガスが希ガス等の不活性ガスに混合されていてもよい。 The gas containing nitrogen is a gas of a nitrogen molecule or a compound containing nitrogen such as ammonia as a constituent element, and may be a mixed gas thereof, and further, a gas containing nitrogen is mixed with an inert gas such as a rare gas. May be.

Naフラックス法では、種基板(種結晶)を用いて種基板上にGaNを育成する。種基板は、加熱、加圧する前から混合融液中に配置してもよいし、加熱、加圧して成長温度、成長圧力に達してから混合融液中に配置してもよい。種基板には、GaNからなる自立基板や、テンプレート基板を用いることができる。 In the Na flux method, GaN is grown on the seed substrate using a seed substrate (seed crystal). The seed substrate may be placed in the mixed melt before being heated or pressurized, or may be placed in the mixed melt after reaching the growth temperature and the growth pressure by heating and pressurizing. As the seed substrate, a self-standing substrate made of GaN or a template substrate can be used.

テンプレート基板は、下地となる下地基板上に、バッファ層を介してc面を主面とするGaN層が形成された構成である。下地基板はサファイア、ZnO、スピネルなどである。GaN層はMOCVD法、HVPE法、MBE法など、任意の方法によって成長させたものでよいが、結晶性や成長時間などの点でMOCVD法やHVPE法が好ましい。 The template substrate has a configuration in which a GaN layer having a c-plane as a main surface is formed via a buffer layer on a base substrate as a base. The base substrate is sapphire, ZnO, spinel, or the like. The GaN layer may be grown by any method such as the MOCVD method, the HVPE method, and the MBE method, but the MOCVD method and the HVPE method are preferable in terms of crystallinity and growth time.

(結晶成長装置の構成)
次に、Naフラックス法で用いる結晶成長装置の構成は、たとえば以下の構成の結晶成長装置1000を用いる。
(Structure of crystal growth device)
Next, as the configuration of the crystal growth apparatus used in the Na flux method, for example, the crystal growth apparatus 1000 having the following configuration is used.

図3は、結晶成長装置1000の構成を示した図である。図3に示すように、結晶成長装置1000は、圧力容器1100と、圧力容器蓋1110と、中間室1200と、反応室1300と、反応室蓋1310と、回転軸1320と、ターンテーブル1330と、側部ヒーター1410と、下部ヒーター1420と、ガス供給口1510と、ガス排気口1520と、真空引き排気口1530と、を有する。 FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the crystal growth apparatus 1000. As shown in FIG. 3, the crystal growth apparatus 1000 includes a pressure vessel 1100, a pressure vessel lid 1110, an intermediate chamber 1200, a reaction chamber 1300, a reaction chamber lid 1310, a rotary shaft 1320, a turntable 1330, and the like. It has a side heater 1410, a lower heater 1420, a gas supply port 1510, a gas exhaust port 1520, and a vacuum drawing exhaust port 1530.

圧力容器1100は、結晶成長装置1000の筐体である。圧力容器蓋1110は、圧力容器1100の鉛直下方の位置に配置されている。中間室1200は、圧力容器1100の内部の室である。反応室1300は、坩堝CB1を収容し、その坩堝CB1内部でGaN結晶を成長させるための室である。反応室蓋1310は、反応室1300の蓋である。 The pressure vessel 1100 is a housing of the crystal growth apparatus 1000. The pressure vessel lid 1110 is arranged at a position vertically below the pressure vessel 1100. The intermediate chamber 1200 is a chamber inside the pressure vessel 1100. The reaction chamber 1300 is a chamber for accommodating the crucible CB1 and growing a GaN crystal inside the crucible CB1. The reaction chamber lid 1310 is a lid of the reaction chamber 1300.

回転軸1320は、正回転および負回転をすることができるようになっている。回転軸1320は、モーター(図示せず)から回転駆動を受けることができる。ターンテーブル1330は、回転軸1320に連れまわって回転することができる。側部ヒーター1410および下部ヒーター1420は、反応室1300を加熱するためのものである。 The rotation shaft 1320 can rotate forward and negatively. The rotary shaft 1320 can be rotationally driven by a motor (not shown). The turntable 1330 can rotate around the rotation shaft 1320. The side heater 1410 and the lower heater 1420 are for heating the reaction chamber 1300.

ガス供給口1510は、圧力容器1100の内部に窒素ガスを含むガスを供給するための供給口である。ガス排気口1520は、圧力容器1100の内部からガスを排気するためのものである。真空引き排気口1530は、圧力容器1100を真空引きするためのものである。 The gas supply port 1510 is a supply port for supplying a gas containing nitrogen gas to the inside of the pressure vessel 1100. The gas exhaust port 1520 is for exhausting gas from the inside of the pressure vessel 1100. The evacuated exhaust port 1530 is for evacuating the pressure vessel 1100.

結晶成長装置1000は、坩堝CB1の内部の温度および圧力を調整するとともに坩堝CB1を回転させることができる。そのため、坩堝CB1の内部では、所望の条件で種結晶から半導体単結晶を成長させることができる。 The crystal growth apparatus 1000 can adjust the temperature and pressure inside the crucible CB1 and rotate the crucible CB1. Therefore, inside the crucible CB1, a semiconductor single crystal can be grown from a seed crystal under desired conditions.

(Naフラックス法工程S1について)
次に、結晶成長装置1000を用いたNaフラックス法によるGaNの製造方法(Naフラックス法工程S1)について説明する。
(About Na flux method step S1)
Next, a method for producing GaN by the Na flux method using the crystal growth apparatus 1000 (Na flux method step S1) will be described.

まず、炉内雰囲気を不活性ガスに置換し、炉内を加熱し、その後真空引きすることにより、炉内の酸素などのアウトガス成分を十分に低減しておく。 First, the atmosphere inside the furnace is replaced with an inert gas, the inside of the furnace is heated, and then the inside of the furnace is evacuated to sufficiently reduce the outgas components such as oxygen in the furnace.

次に、酸素や露点など雰囲気が制御されたグローブボックス内で所定量のNa、Gaを計量する。その後、種基板と、計量した所定量のNaとGaとを坩堝CB1に投入する。必要に応じて、炭素などの添加元素を投入してもよい。 Next, predetermined amounts of Na and Ga are measured in a glove box in which the atmosphere such as oxygen and dew point is controlled. After that, the seed substrate and the weighed predetermined amounts of Na and Ga are charged into the crucible CB1. If necessary, an additive element such as carbon may be added.

次に、原料を配置した坩堝CB1を、反応室1300内のターンテーブル1330上に配置し、反応室1300を密閉し、さらに反応室1300を圧力容器1100内に密閉する。そして、反応室1300内および圧力容器1100内を真空引きした後、窒素を含むガスを反応室1300内部および圧力容器1100内部に供給する。圧力が結晶成長圧力まで達したら、炉内を結晶成長温度まで昇温する。結晶成長温度はたとえば700℃以上1000℃以下、結晶成長圧力はたとえば2MPa以上10MPa以下である。昇温の過程で、坩堝CB1中の固体のNaや固体のGaは溶けて液体となり、混合融液を形成する。 Next, the crucible CB1 on which the raw materials are arranged is placed on the turntable 1330 in the reaction chamber 1300, the reaction chamber 1300 is sealed, and the reaction chamber 1300 is further sealed in the pressure vessel 1100. Then, after evacuating the inside of the reaction chamber 1300 and the inside of the pressure vessel 1100, a gas containing nitrogen is supplied to the inside of the reaction chamber 1300 and the inside of the pressure vessel 1100. When the pressure reaches the crystal growth pressure, the temperature inside the furnace is raised to the crystal growth temperature. The crystal growth temperature is, for example, 700 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and the crystal growth pressure is, for example, 2 MPa or higher and 10 MPa or lower. In the process of raising the temperature, the solid Na and the solid Ga in the crucible CB1 are melted into a liquid to form a mixed melt.

次に、反応室1300内の温度が結晶成長温度に達したら、坩堝CB1を回転させることで混合融液を攪拌し、混合融液中のNaとGaの濃度分布が均一になるようにする。窒素が混合融液に溶解していき、過飽和状態になると種基板の上面からGaNの結晶成長が始まる。なお、攪拌は、反応室1300内の温度が結晶成長温度に達する前から開始してもよい。 Next, when the temperature in the reaction chamber 1300 reaches the crystal growth temperature, the mixed melt is agitated by rotating the crucible CB1 so that the concentration distribution of Na and Ga in the mixed melt becomes uniform. When nitrogen dissolves in the mixed melt and becomes supersaturated, GaN crystal growth starts from the upper surface of the seed substrate. The stirring may be started before the temperature in the reaction chamber 1300 reaches the crystal growth temperature.

結晶成長温度、結晶成長圧力を維持して種基板上面に十分にGaN結晶を育成した後、坩堝CB1の回転を停止してGaN結晶を坩堝CB1から引き上げておき、その後反応室1300の加熱を停止して温度を室温まで低下させ、圧力も常圧まで低下させ、GaN結晶の育成を終了する。そして、結晶成長装置1000から坩堝CB1と育成したGaN結晶を取り出す。坩堝CB1中には、Na−Ga合金とNaが残留している。この残留したNaは、若干のGaや他の不純物を含み、低純度である。また、Na−Ga合金は、Ga8 Na5 やGa4 Na、あるいはそれらの混合物と考えられる。なお、GaN結晶を坩堝CB1から引き上げずにそのまま冷却し、次工程においてNa−Ga合金とともに取り出してもよい。 After sufficiently growing GaN crystals on the upper surface of the seed substrate while maintaining the crystal growth temperature and crystal growth pressure, the rotation of the 坩 堝 CB1 is stopped, the GaN crystals are pulled up from the 坩 堝 CB1, and then the heating of the reaction chamber 1300 is stopped. Then, the temperature is lowered to room temperature, the pressure is also lowered to normal pressure, and the growth of the GaN crystal is completed. Then, the crucible CB1 and the grown GaN crystal are taken out from the crystal growth apparatus 1000. Na—Ga alloy and Na remain in the crucible CB1. This residual Na contains some Ga and other impurities and is of low purity. Further, the Na-Ga alloy is considered to be Ga 8 Na 5 or Ga 4 Na, or a mixture thereof. The GaN crystal may be cooled as it is without being pulled up from the crucible CB1 and taken out together with the Na—Ga alloy in the next step.

次に、アルゴンなど不活性ガス雰囲気において、坩堝CB1をNaの融点以上(たとえば100℃以上)に加熱し、Naを融解させ、融解したNaを坩堝CB1から流し出して回収する。このNaは、後述のNaの電解精製工程に利用する。なお、坩堝CB1を900℃以上に加熱し、Naを蒸発させて回収してもよい。その後、坩堝CB1中に残ったNa−Ga合金を回収する。流しきれなかったNaやNa−Ga合金に付着したNaは、水やエタノールで処理することにより除去してもよい。 Next, in an inert gas atmosphere such as argon, the crucible CB1 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of Na (for example, 100 ° C. or higher) to melt Na, and the melted Na is discharged from the crucible CB1 and recovered. This Na is used in the electrolytic refining step of Na described later. The crucible CB1 may be heated to 900 ° C. or higher to evaporate Na and recover. Then, the Na-Ga alloy remaining in the crucible CB1 is recovered. Na that could not be washed away and Na adhering to the Na—Ga alloy may be removed by treating with water or ethanol.

(Gaの分離工程S2について)
次に、Na−Ga合金からGaを分離して回収する。その工程(Gaの分離工程S2)について説明する。まず、容器にNa−Ga合金とHTf2 N(ビス( トリフルオロメタンスルホニル) アミド;1,1,1-Trifluoro-N[(trifluoromethyl)sulfonyl]methanesulfonamide)を入れる。また、容器内にアルゴンなど不活性ガスを供給し、排出する。次に容器を加熱してHTf2 Nを融解する。これにより、HTf2 Nの融解液とNa−Ga合金とを接触させる。もちろん、先にHTf2 Nを融解しておき、その融解液にNa−Ga合金を入れてもよい。
(About Ga separation step S2)
Next, Ga is separated and recovered from the Na—Ga alloy. The step (Ga separation step S2) will be described. First, the container Na-Ga alloy and hTF 2 N; add (bis (trifluoromethanesulfonyl) amide 1,1,1-Trifluoro-N [(trifluoromethyl ) sulfonyl] methanesulfonamide). In addition, an inert gas such as argon is supplied into the container and discharged. Then the vessel was heated to melt the hTF 2 N. Thus, contacting the melt solution and Na-Ga alloy hTF 2 N. Of course, HTf 2 N may be melted first, and a Na—Ga alloy may be added to the melt.

加熱温度は、HTf2 Nが融解する温度以上であれば任意であり、たとえば60℃以上である。ただし、HTf2 Nの蒸発を抑制するため、100℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。 The heating temperature is arbitrary as long as it is at least the temperature at which HTf 2 N melts, and is, for example, 60 ° C. or higher. However, in order to suppress evaporation of hTF 2 N, preferably 100 ° C. or less, more preferably 80 ° C. or less.

HTf2 N以外に、Hf2 N(ビス( フルオロメタンスルホニル) アミド)、などの下記一般式で表される含フッ素スルホニルアミドを用いることができる。含フッ素スルホニルアミドは、一般式H(X1 SO2 )(X2 SO2 )Nで表され、X1 、X2 はフッ素または炭素数1〜6のアルキル基である。好ましくは、HTf2 N、Hf2 Nであり、さらに好ましくはHTf2 Nである。 In addition to HTf 2 N, a fluorine-containing sulfonyl amide represented by the following general formula such as Hf 2 N (bis (fluoromethanesulfonyl) amide) can be used. The fluorine-containing sulfonylamide is represented by the general formula H (X 1 SO 2 ) (X 2 SO 2 ) N, and X 1 and X 2 are fluorine or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. It is preferably HTf 2 N, Hf 2 N, and more preferably HTf 2 N.

HTf2 Nの融解液とNa−Ga合金とが接触すると、HTf2 NとNa−Ga合金とが反応してNaが溶解して一部はNaTf2 N(ナトリウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド)を形成し、Gaが液体金属として単離する。また、HTf2 NとNa−Ga合金の反応により水素が発生する。水素はアルゴンとともに容器外へと排出される。 When the hTF 2 N thawing liquid and Na-Ga alloy contacts, partially dissolved Na reacts and the hTF 2 N and Na-Ga alloy NaTf 2 N (sodium bis (trifluoromethanesulfonyl) amide) Is formed and Ga is isolated as a liquid metal. Moreover, hydrogen is generated by the reaction of hTF 2 N and Na-Ga alloy. Hydrogen is discharged out of the container together with argon.

HTf2 NとNa−Ga合金の反応が終了したら、HTf2 N容器を冷却し、容器内の残留物を回収する。そして、残留物からGaを分離する。残留物からのGaの分離は、たとえば以下のようにして行う。まず、残留物を水に投入して未反応のHTf2 Nを溶解させ、濾過する。次に、濾物を乾燥させ、濾物をアセトンなど投入してNaTf2 Nを溶解させ、濾過する。そして、濾物のうち金属光沢のあるものを回収することで、Gaを分離、回収することができる。他にも、加熱してHTf2 Nを流し出すなどの方法によってGaを回収してもよい。また、Ga分離後の濾液からアセトンを蒸発させることでNaTf2 Nを回収する。回収したNaTf2 Nは、次工程のNaの電解精製工程に用いる。 When hTF 2 reaction of N and Na-Ga alloy is completed, cool the hTF 2 N containers to collect the residue in the vessel. Then, Ga is separated from the residue. The separation of Ga from the residue is carried out, for example, as follows. First, the residue is added to water to dissolve unreacted HTf 2 N and then filtered. Next, dried filtrate, filtrate was dissolved NaTf 2 N was charged such as acetone and filtered. Then, Ga can be separated and recovered by recovering the filter having a metallic luster. Besides, it may be recovered Ga by a method such as flush out hTF 2 N by heating. In addition, NaTf 2 N is recovered by evaporating acetone from the filtrate after Ga separation. The recovered NaTf 2 N is used in the electrolytic refining step of Na in the next step.

以上によりNa−Ga合金から分離したGaは、非常に純度が高く、Naフラックス法の原料として再利用することができる。 As described above, Ga separated from the Na—Ga alloy has extremely high purity and can be reused as a raw material for the Na flux method.

HTf2 Nの融解液とNa−Ga合金との接触による反応のメカニズムは不明であるが、次のように推察される。HTf2 Nの融解液中では、NaとGaの電位差が駆動力となってNaの酸化反応が進行してNaの溶解反応が進行し、Na−Ga合金からNa+ として離脱する結果、Ga周辺のNa成分がなくなり、Ga単体として分離したものと考えられる。また、Na−Ga合金近傍でHTf2 NからのH+ が還元され水素が発生したものと考えられる。また、Na+ はHTf2 NからのTf2 - とイオン結合してNaTf2 Nが生成するが、GaはHTf2 Nの融解液に溶解せずGaイオンとならないためHTf2 Nと反応しなかったと考えられる。 HTF 2 N mechanisms of the reaction due to contact between the melt solution and Na-Ga alloy is unknown, it is presumed as follows. In hTF 2 N melt liquid of a result of the potential difference between the Na and Ga progresses oxidation reaction of Na proceeds and dissolution reaction of Na becomes the driving force, leaves the Na-Ga alloy as Na +, Ga peripheral It is probable that the Na component of the substance disappeared and the Ga was separated as a simple substance. Further, it is considered that H + from HTf 2 N was reduced and hydrogen was generated in the vicinity of the Na-Ga alloy. Furthermore, Na + is HTf 2 Tf 2 N from N - ionic bonds to NaTf 2 N is generated, but, Ga reacts with hTF 2 N and since they are not Ga ions not dissolve in melted liquid of hTF 2 N It is probable that it was not.

(Naの電解精製工程S3について)
次に、Naフラックス法によるGaN結晶の育成終了後に回収した低純度のNaと、Gaの分離工程で回収したNaTf2 Nを利用して、Naを電解精製し、Naを分離して回収する。その工程(Naの電解精製工程S3)について説明する。
(About the electrolytic refining step S3 of Na)
Next, Na is electrolytically purified using the low-purity Na recovered after the completion of growth of the GaN crystal by the Na flux method and NaTf 2 N recovered in the Ga separation step, and Na is separated and recovered. The step (Na electrolytic refining step S3) will be described.

電解精製では、Naフラックス法によるGaN結晶の育成終了後に回収した低純度のNaを陽極として用いる。また、電解液として、Gaの分離工程で回収したNaTf2 Nと、別途用意したTf2 Nアニオンの非金属塩の混合物を用いる。陰極には、導電性部材や精製ナトリウムを用いる。そして、陽極、陰極間に直流電圧を印加し、陰極にナトリウムを析出させる。Tf2 Nアニオンの非金属塩を用いるのは、精製するNaの純度低下を防止するためである。陰極にナトリウムが十分に析出したら、ナトリウムを回収する。 In electrolytic refining, low-purity Na recovered after completion of growth of GaN crystals by the Na flux method is used as an anode. Further, as the electrolytic solution, a mixture of NaTf 2 N recovered in the Ga separation step and a separately prepared non-metal salt of Tf 2 N anion is used. A conductive member or purified sodium is used as the cathode. Then, a DC voltage is applied between the anode and the cathode to deposit sodium on the cathode. The reason for using a non-metal salt of Tf 2 N anion is to prevent a decrease in the purity of Na to be purified. When sufficient sodium is deposited on the cathode, the sodium is recovered.

陽極を低純度のNa、電解液をNaTf2 NおよびTf2 Nアニオンの非金属塩とした電気分解では、ナトリウムのイオン化傾向が高いため、ナトリウムのみが陽極から電解液に溶出し、他の不純物は溶出しない。一方、陰極には、電解液中のナトリウムイオンのみが析出する。よって、高純度なNaを精製することができ、一般的な工業用Naよりも高純度とすることができる。 In electrolysis in which the anode is low-purity Na and the electrolyte is a non-metal salt of NaTf 2 N and Tf 2 N anions, sodium has a high ionization tendency, so only sodium elutes from the anode into the electrolyte and other impurities. Does not elute. On the other hand, only sodium ions in the electrolytic solution are precipitated on the cathode. Therefore, high-purity Na can be purified, and the purity can be higher than that of general industrial Na.

Tf2 Nアニオンの非金属塩としては、Tf2 Nアニオンのテトラアルキルアンモニウム塩が好ましい。ナトリウムと反応せず、かつNaTf2 Nと均一に混合されるためである。特に、Tf2 Nアニオンのテトラエチルアンモニウム塩(テトラエチルアンモニウムTf2 N)、Tf2 Nアニオンのテトラブチルアンモニウム塩(テトラブチルアンモニウムTf2 N)、またはそれらの混合物が好ましい。電解液の耐久性、安全性を低下させることなく、電解液の融点を下げることができ、より簡便にNaの精製を行うことができるためである。たとえば電解液の融点を70〜150℃とすることができる。 The non-metal salts of Tf 2 N anions, tetraalkylammonium salts of Tf 2 N anions are preferred. It does not react with sodium, and is to be uniformly mixed with NaTf 2 N. In particular, a tetraethylammonium salt of Tf 2 N anion (tetraethylammonium Tf 2 N), a tetrabutylammonium salt of Tf 2 N anion (tetrabutylammonium Tf 2 N), or a mixture thereof is preferable. This is because the melting point of the electrolytic solution can be lowered without lowering the durability and safety of the electrolytic solution, and Na can be purified more easily. For example, the melting point of the electrolytic solution can be 70 to 150 ° C.

なお、上記はGaの分離工程S2でHTf2 Nを用いる場合であるが、より一般にGaの分離工程S2で含フッ素スルホニルアミドを用いる場合には、Naの電解精製工程S3では、含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩と、その含フッ素スルホニルアミドの非金属塩を電解液として用いればよい。 The above is the case where HTf 2 N is used in the separation step S2 of Ga, but more generally, when the fluorine-containing sulfonylamide is used in the separation step S2 of Ga, the fluorine-containing sulfonylamide is used in the electrolytic purification step S3 of Na. And the non-metal salt of the fluorine-containing sulfonylamide thereof may be used as the electrolytic solution.

NaTf2 NとTf2 Nアニオンの非金属塩のモル比は、電解液の融点を十分に低下させることができ、かつ、NaTf2 NとTf2 Nアニオンの非金属塩とが分離しない範囲であれば任意である。たとえば、電解液がNaTf2 NとテトラエチルアンモニウムTf2 Nの場合には、モル比は1:4〜1:9とすることができ、電解液がNaTf2 NとテトラブチルアンモニウムTf2 Nの場合には、モル比は2:3〜1:9の範囲とすることができる。 The molar ratio of the non-metal salt of NaTf 2 N to Tf 2 N anion is such that the melting point of the electrolytic solution can be sufficiently lowered and the non-metal salt of NaTf 2 N and Tf 2 N anion are not separated. If there is, it is optional. For example, when the electrolytic solution is NaTf 2 N and tetraethylammonium Tf 2 N, the molar ratio can be 1: 4 to 1: 9, and when the electrolytic solution is NaTf 2 N and tetrabutylammonium Tf 2 N. The molar ratio can be in the range of 2: 3 to 1: 9.

電解液の温度は、融点以上であれば任意の温度でよいが、電流の流れやすさや、精製したナトリウムと電解液との反応を防止する点から、120〜170℃が好ましい。 The temperature of the electrolytic solution may be any temperature as long as it is equal to or higher than the melting point, but 120 to 170 ° C. is preferable from the viewpoint of easy current flow and prevention of the reaction between the purified sodium and the electrolytic solution.

なお、Naの電解精製工程S3では、陽極としてNaフラックス法によるGaN結晶の育成終了後に回収した低純度のNaを利用しているが、陽極の全部または一部を別途用意した低純度Naとしてもよい。たとえば、工業用のNaや、NaS電池の陽極を用いることができる。ここで低純度Naとは、精製されるNaよりも純度が低いという意味である。また、Naの電解精製工程S3では、電解液の一部としてGaの分離工程で回収したNaTf2 Nを用いているが、別途用意したものを利用してもよい。 In the Na electrolytic refining step S3, low-purity Na recovered after the completion of growing GaN crystals by the Na flux method is used as the anode, but all or part of the anode may be prepared separately as low-purity Na. Good. For example, industrial Na or the anode of a NaS battery can be used. Here, low-purity Na means that the purity is lower than that of purified Na. Further, in the electrolytic refining step S3 of Na, NaTf 2 N recovered in the separation step of Ga is used as a part of the electrolytic solution, but a separately prepared one may be used.

(GaとNaの再利用について)
Naフラックス法では、Naの消費はないため、Naの電解精製工程S3によってNaフラックス法に用いたNaの大部分を回収することができる。そして、Naの電界精製工程S3により精製、回収したNaは、Naフラックス法に再利用することができる。また、Gaの分離工程S2によりNa−Ga合金から分離したGaは、高純度化してNaフラックス法に再利用することができる。
(About reuse of Ga and Na)
Since Na is not consumed in the Na flux method, most of the Na used in the Na flux method can be recovered by the electrolytic refining step S3 of Na. Then, the Na purified and recovered in the electric field purification step S3 of Na can be reused in the Na flux method. Further, Ga separated from the Na—Ga alloy in the Ga separation step S2 can be purified and reused in the Na flux method.

(まとめ)
以上、第1実施形態では、Naフラックス法によるGaN結晶の育成後に残留する低純度NaやNa−Ga合金からNaやGaを分離して循環的に再利用することができる。そのため、Naフラックス法の原料コストを低減することができ、GaN結晶の製造コストを大幅に低減することができる。
(Summary)
As described above, in the first embodiment, Na and Ga can be separated from the low-purity Na and Na—Ga alloy remaining after the growth of the GaN crystal by the Na flux method and reused cyclically. Therefore, the raw material cost of the Na flux method can be reduced, and the production cost of the GaN crystal can be significantly reduced.

(第2実施形態)
第2実施形態では、第1実施形態のGaの分離工程S2において用いていたHTf2 Nの融解液に替えて、HTf2 N水溶液を用いる。この場合も第1実施形態と同様にHTf2 NとNa−Ga合金とが反応し、Na−Ga合金からNaが溶解して一部はNaTf2 Nを形成し、Gaが液体金属として単離し、水素が発生する。HTf2 N水溶液を用いると、Gaの純度をより向上させることができる。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, instead of melting liquid of hTF 2 N which has been used in the Ga separation step S2 of the first embodiment, a hTF 2 N aqueous solution. In this case as well, HTf 2 N reacts with the Na-Ga alloy as in the first embodiment, Na is dissolved from the Na-Ga alloy to form a part of NaTf 2 N, and Ga is isolated as a liquid metal. , Hydrogen is generated. With hTF 2 N aqueous solution, it is possible to further improve the purity of Ga.

HTf2 N水溶液の温度は、液体の状態の範囲であれば任意であるが、温度が高いほどNa−Ga合金との反応が迅速に進むので、30℃以上とすることが好ましく、40℃以上がより好ましい。ただし、温度が高すぎると蒸発が激しくなるため、70℃以下が好ましい。 Temperature of hTF 2 N aqueous solution is arbitrary as long as the range of the liquid state, the reaction with higher temperatures Na-Ga alloy progresses rapidly, preferably to 30 ° C. or higher, 40 ° C. or higher Is more preferable. However, if the temperature is too high, evaporation becomes intense, so 70 ° C. or lower is preferable.

HTf2 N水溶液の濃度は、Na−Ga合金と反応する範囲であれば任意であり、たとえば0.1〜10mol/Lとすることができる。 Concentration of hTF 2 N aqueous solution is arbitrary as long as it reacts with the Na-Ga alloy can be, for example, 0.1 to 10 mol / L.

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the examples.

結晶成長装置1000を用いて、Naフラックス法により種基板上にGaN結晶を育成した。具体的には次の通りである。まず、炉内(反応室1300および圧力容器1100内)の雰囲気を窒素ガスに置換し、炉内を加熱し、真空引きを行うことで炉内の酸素や水分を低減した。 A GaN crystal was grown on the seed substrate by the Na flux method using the crystal growth apparatus 1000. Specifically, it is as follows. First, the atmosphere inside the furnace (inside the reaction chamber 1300 and the pressure vessel 1100) was replaced with nitrogen gas, the inside of the furnace was heated, and vacuuming was performed to reduce oxygen and water content in the furnace.

次に、グローブボックス内でアルミナ製の坩堝CB1の中に種基板、固体Ga、固体Naを配置した。また、育成レートを向上させる目的で、グラファイト粉末も坩堝CB1内に投入した。種基板はサファイア基板上にMOCVD法によって一様に平坦なGaN層を形成したものを用いた。 Next, the seed substrate, solid Ga, and solid Na were placed in the crucible CB1 made of alumina in the glove box. In addition, graphite powder was also put into the crucible CB1 for the purpose of improving the growth rate. As the seed substrate, a sapphire substrate having a uniformly flat GaN layer formed by the MOCVD method was used.

次に、坩堝CB1を炉に搬入して炉を密閉し、炉内に窒素を供給して炉内の圧力が3MPaとなるまで加圧した。グローブボックス内および搬入経路で坩堝CB1内のNaが酸化しないように、坩堝CB1を搬送容器に入れて炉に搬入した。次いで炉を加熱して成長温度(860℃)まで昇温し、種基板上へのGaN結晶の育成を開始した。 Next, the crucible CB1 was carried into the furnace, the furnace was sealed, nitrogen was supplied into the furnace, and the pressure inside the furnace was pressurized to 3 MPa. The crucible CB1 was put into a transport container and carried into the furnace so that Na in the crucible CB1 would not be oxidized in the glove box and in the carry-in route. Next, the furnace was heated to a growth temperature (860 ° C.), and the growth of GaN crystals on the seed substrate was started.

GaN結晶の育成開始から60時間経過後、育成したGaN結晶を混合融液中に保持したまま、温度と圧力を常温、常圧に戻してGaN結晶の育成を終了した。そして、炉から坩堝CB1を取り出した。 After 60 hours had passed from the start of growing the GaN crystal, the temperature and pressure were returned to normal temperature and pressure while holding the grown GaN crystal in the mixed melt, and the growth of the GaN crystal was completed. Then, the crucible CB1 was taken out from the furnace.

次に、坩堝CB1をホットプレートによって150℃に加熱してNaを融解させ、坩堝CB1からNaを流しだして低純度Naを回収した。次に、坩堝CB1内に残留したNa−Ga合金を取り出し回収した。Na−Ga合金を王水に溶解してICP−AES装置で分析したところ、Na−Ga合金のGa割合は37at%であった。 Next, the crucible CB1 was heated to 150 ° C. by a hot plate to melt Na, and Na was poured out from the crucible CB1 to recover low-purity Na. Next, the Na-Ga alloy remaining in the crucible CB1 was taken out and recovered. When the Na-Ga alloy was dissolved in aqua regia and analyzed by an ICP-AES apparatus, the Ga ratio of the Na-Ga alloy was 37 at%.

次に、HTf2 Nを50g、Na−Ga合金を10.7g、ネジ口瓶に入れて封をした。ネジ口瓶にはガスの供給、排出が可能なものを用い、Arを供給、排出して容器内にArガスを流した。その後、ネジ口瓶を90℃に加熱し、210分保持した。昇温の過程でHTf2 Nは融解して液体となり、その液体中にNa−Ga合金が存在する状態となった。また、液体のHTf2 Nに接触したNa−Ga合金の表面から水素ガスが発生しているのを確認した。また、HTf2 Nの融解液中に液体金属の塊が生成しているのを確認した。 Then, a sealed put hTF 2 N 50 g, the Na-Ga alloy 10.7 g, a screw cap bottle. A screw cap bottle capable of supplying and discharging gas was used, and Ar was supplied and discharged, and Ar gas was flowed into the container. Then, the screw cap bottle was heated to 90 ° C. and held for 210 minutes. HTF 2 N in the course of temperature increase becomes liquid melted and a state in which there are Na-Ga alloy in its liquid. The hydrogen gas from the surface of the Na-Ga alloy in contact with hTF 2 N of the liquid was confirmed to have occurred. Further, it was confirmed that the mass of liquid metal is generated melt solution of hTF 2 N.

その後、ネジ口瓶を室温まで冷却した。そして、ネジ口瓶に二次蒸留水を投入し、未反応のHTf2 Nを水に溶解させ、濾過した。次に、濾物を乾燥させ、アセトンに投入し、NaTf2 Nをアセトンに溶解させ、濾過した。濾物のうち、金属光沢のあるものを分離、回収した。 Then, the screw cap bottle was cooled to room temperature. Then, a secondary distilled water was placed in a screw cap bottle, the hTF 2 N unreacted dissolved in water and filtered. Next, the filter was dried, put into acetone, NaTf 2 N was dissolved in acetone, and the mixture was filtered. Among the filters, those having a metallic luster were separated and recovered.

金属光沢のあるものを王水に溶解させ、ICP−AES装置で分析したところ、純度97.6%のGaであることがわかった。また、濾液からアセトンを蒸発させ、回収した粉末をFT−IRにより分析したところ、NaTf2 Nを含むことがわかった。図4は、Na−Ga合金から分離、回収したGaを撮影した写真である。 When a metallic luster was dissolved in aqua regia and analyzed by an ICP-AES apparatus, it was found to have a purity of 97.6% Ga. Further, when acetone was evaporated from the filtrate and the recovered powder was analyzed by FT-IR, it was found that it contained NaTf 2 N. FIG. 4 is a photograph of Ga separated and recovered from the Na—Ga alloy.

また、ネジ口瓶の加熱温度を90℃から60℃に変更し、保持時間を210分から1640分に変更した場合も、同様にNa−Ga合金からGaを分離、回収することができた。また、このときのGaの純度は99.9%以上であった。 Further, when the heating temperature of the screw cap bottle was changed from 90 ° C. to 60 ° C. and the holding time was changed from 210 minutes to 1640 minutes, Ga could be similarly separated and recovered from the Na-Ga alloy. The purity of Ga at this time was 99.9% or more.

実施例1の結果から、HTf2 Nを用いてNa−Ga合金からGaを分離、回収できることが確認できた。また、NaTf2 Nが形成されることが確認できた。 From the results of Example 1, separating the Ga from Na-Ga alloy with hTF 2 N, can be recovered was confirmed. It was also confirmed that NaTf 2 N was formed.

実施例1のGaN結晶育成後に回収した低純度Naを陽極、電解液をNaTf2 NとテトラエチルアンモニウムTf2 Nの混合物として、電気分解を行った。NaTf2 Nは、実施例1のNa−Ga合金からGa分離後のHTf2 N融解液から分離、回収したものを用いた。また、NaTf2 NとテトラエチルアンモニウムTf2 Nのモル比は1:4とした。また、電解液の温度は120℃とした。 Electrolysis was carried out using the low-purity Na recovered after growing the GaN crystal of Example 1 as an anode and the electrolytic solution as a mixture of NaTf 2 N and tetraethylammonium Tf 2 N. As NaTf 2 N, the one separated and recovered from the HTf 2 N melt after Ga separation from the Na-Ga alloy of Example 1 was used. The molar ratio of NaTf 2 N to tetraethylammonium Tf 2 N was 1: 4. The temperature of the electrolytic solution was 120 ° C.

電気分解の結果、陰極にはNaが析出した。このNaを回収して元素分析したところ、一般的な工業用Naよりも高純度であった。 As a result of electrolysis, Na was precipitated on the cathode. When this Na was recovered and elementally analyzed, it was found to have a higher purity than general industrial Na.

実施例2の結果から、GaN育成後の低純度NaやNa−Ga合金からNaを高純度に精製可能であることがわかった。 From the results of Example 2, it was found that Na can be purified to high purity from low-purity Na or Na-Ga alloy after GaN growth.

実施例1によりNa−Ga合金から分離、回収したGaと、実施例2により精製したNaとを用いて、実施例1と同様にしてNaフラックス法によりGaN結晶を育成した。ただし、Gaについては不足分を別途用意したGaで補った。育成したGaN結晶は、実施例1により育成したGaN結晶と同等の品質であった。 Using Ga separated and recovered from the Na—Ga alloy according to Example 1 and Na purified according to Example 2, GaN crystals were grown by the Na flux method in the same manner as in Example 1. However, for Ga, the shortfall was supplemented with Ga prepared separately. The grown GaN crystal had the same quality as the GaN crystal grown according to Example 1.

実施例3の結果から、NaやGaを循環的に再利用可能なNaフラックス法によるGaN結晶の育成を実現可能であることがわかった。 From the results of Example 3, it was found that it is possible to grow GaN crystals by the Na flux method, which can recycle Na and Ga cyclically.

実施例1におけるNa−Ga合金からのGa分離回収において、HTf2 Nの融解液に替えてHTf2 N水溶液を用いた。HTf2 Nの濃度は1.5mol/Lとし、温度は40℃とした。それ以外は実施例1と同様の条件とした。その結果、実施例1と同様の反応が起こった。つまり、Na−Ga合金中のNaがHTf2 N水溶液に溶解し、Na−Ga合金からGaが分離するとともに、水素ガスが発生し、水溶液中にはNaTf2 Nが形成された。また、Na−Ga合金から分離したGaを回収して純度を測定したところ、99.99%であることがわかった。 In Ga separation and recovery from Na-Ga alloy in Example 1, it was used hTF 2 N aqueous solution instead of melting liquid of hTF 2 N. Concentration of hTF 2 N is a 1.5 mol / L, temperature was 40 ° C.. Other than that, the conditions were the same as in Example 1. As a result, the same reaction as in Example 1 occurred. That is, Na in the Na-Ga alloy was dissolved in the HTf 2 N aqueous solution, Ga was separated from the Na-Ga alloy, hydrogen gas was generated, and NaTf 2 N was formed in the aqueous solution. Moreover, when Ga separated from the Na-Ga alloy was recovered and the purity was measured, it was found to be 99.99%.

実施例4の結果、HTf2 N水溶液を用いることで、Na−Ga合金から分離、回収するGaの純度向上が図れることがわかった。 Results of Example 4, by using the hTF 2 N aqueous solution, separated from the Na-Ga alloy, improvement of purity Ga recovering it has been found that improved.

本発明は、Naフラックス法によるIII 族窒化物半導体育成後の残留物の再利用に適用できる。 The present invention can be applied to the reuse of the residue after growing a group III nitride semiconductor by the Na flux method.

1000:結晶成長装置
1100:圧力容器
1200:中間室
1300:反応室
1410:側部ヒーター
1420:下部ヒーター
1510:ガス供給口
1520:ガス排気口
1000: Crystal growth device 1100: Pressure vessel 1200: Intermediate chamber 1300: Reaction chamber 1410: Side heater 1420: Lower heater 1510: Gas supply port 1520: Gas exhaust port

Claims (10)

Na−Ga合金に、一般式H(X1 SO2 )(X2 SO2 )Nで表され、X1 、X2 はフッ素または炭素数1〜6のアルキル基である含フッ素スルホニルアミドを含む溶液を接触させることで、前記Na−Ga合金からガリウムを分離する、
ことを特徴とするガリウムの製造方法。
The Na-Ga alloy is represented by the general formula H (X 1 SO 2 ) (X 2 SO 2 ) N, and X 1 and X 2 contain fluorine or a fluorine-containing sulfonylamide which is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The gallium is separated from the Na-Ga alloy by contacting the solutions.
A method for producing gallium, which is characterized by the fact that.
前記含フッ素スルホニルアミドは、HTf2 Nである、ことを特徴とする請求項1に記載のガリウムの製造方法。 The fluorinated sulfonyl amides are hTF 2 N, a manufacturing method of a gallium according to claim 1, characterized in that. 前記溶液は、含フッ素スルホニルアミド水溶液である、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガリウムの製造方法。 The method for producing gallium according to claim 1 or 2, wherein the solution is a fluorine-containing sulfonylamide aqueous solution. 前記溶液は、含フッ素スルホニルアミドの融解液である、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のガリウムの製造方法。 The method for producing gallium according to claim 1 or 2, wherein the solution is a melt of a fluorine-containing sulfonylamide. 前記Na−Ga合金として、Naフラックス法による窒化ガリウムの育成後に残留するものを用いる、ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のガリウムの製造方法。 The method for producing gallium according to any one of claims 1 to 4, wherein the Na-Ga alloy that remains after the growth of gallium nitride by the Na flux method is used. 陽極を低純度ナトリウムとして電気分解により陰極にナトリウムを析出させるナトリウムの製造方法において、
電解液として、一般式H(X1 SO2 )(X2 SO2 )Nで表され、X1 、X2 はフッ素または炭素数1〜6のアルキル基である含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩と、前記含フッ素スルホニルアミドの非金属塩との混合物を用い、
前記電解液の前記含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩として、請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のガリウムの製造方法により前記溶液中に生成する前記含フッ素スルホニルアミドのナトリウム塩を回収して用いる、
ことを特徴とするナトリウムの製造方法。
In the method for producing sodium in which sodium is precipitated on the cathode by electrolysis with the anode as low-purity sodium.
The electrolytic solution is represented by the general formula H (X 1 SO 2 ) (X 2 SO 2 ) N, and X 1 and X 2 are fluorine or a sodium salt of a fluorine-containing sulfonylamide which is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. , A mixture of the above-mentioned fluorine-containing sulfonylamide with a non-metal salt,
As the sodium salt of the fluorine-containing sulfonylamide in the electrolytic solution, the sodium salt of the fluorine-containing sulfonylamide produced in the solution by the method for producing gallium according to any one of claims 1 to 5 is recovered. To use
A method for producing sodium, which is characterized by the fact that.
前記低純度ナトリウムとして、Naフラックス法による窒化ガリウムの育成後に残留するものを用いる、ことを特徴とする請求項6に記載のナトリウムの製造方法。 The method for producing sodium according to claim 6, wherein the low-purity sodium that remains after the growth of gallium nitride by the Na flux method is used. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のガリウムの製造方法により製造したガリウムを用いて、Naフラックス法により窒化ガリウムを育成することを特徴とする窒化ガリウムの製造方法。 A method for producing gallium nitride, which comprises growing gallium nitride by the Na flux method using gallium produced by the method for producing gallium according to any one of claims 1 to 5. 請求項6または請求項7に記載のナトリウムの製造方法により製造したナトリウムを用いて、Naフラックス法により窒化ガリウムを育成することを特徴とする窒化ガリウムの製造方法。 A method for producing gallium nitride, which comprises growing gallium nitride by the Na flux method using sodium produced by the method for producing sodium according to claim 6 or 7. 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のガリウムの製造方法により製造したガリウムと、請求項6または請求項7に記載のナトリウムの製造方法により製造したナトリウムを用いて、Naフラックス法により窒化ガリウムを育成することを特徴とする窒化ガリウムの製造方法。 A Na flux method using gallium produced by the method for producing gallium according to any one of claims 1 to 5 and sodium produced by the method for producing sodium according to claim 6 or 7. A method for producing gallium nitride, which comprises growing gallium nitride by.
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