JP5257197B2 - Organometallic compound feeder - Google Patents
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Description
本発明は、有機金属化合物を供給する装置に関する。詳しくは、常温で、好ましくは常温・常圧で固体の有機金属化合物を含む装置にキャリアガスを供給して、より安定した濃度で有機金属化合物を含むキャリアガスを調製し、有機金属化合物を用いる装置に調製したキャリアガスを供給し、また、装置に含まれている有機金属化合物をより高い割合で用いてキャリアガスを調製する、即ち、より高い使用率で調製することができる、有機金属化合物供給装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for supplying an organometallic compound. Specifically, a carrier gas is supplied to an apparatus containing a solid organometallic compound at normal temperature, preferably at normal temperature and normal pressure, to prepare a carrier gas containing the organometallic compound at a more stable concentration, and the organometallic compound is used. Organometallic compound that supplies the carrier gas prepared in the apparatus and prepares the carrier gas using the organometallic compound contained in the apparatus at a higher rate, that is, can be prepared at a higher usage rate. It relates to a supply device.
有機金属化合物は、化合物半導体のエピタキシャル成長において原料として用いられている。特に、量産性、制御性に優れた有機金属気相成長法(MOCVD法)で用いられることが多い。 Organometallic compounds are used as raw materials in the epitaxial growth of compound semiconductors. In particular, it is often used in a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) excellent in mass productivity and controllability.
例えば、常温で液体の有機金属化合物であるトリメチルガリウムやトリメチルアルミニウム、常温で固体の有機金属化合物であるトリメチルインジウム等が、高移動度電子デバイス、高輝度光デバイス、大容量光通信用レーザー、高密度記録用レーザー等において用いられる素子において、原料として使用されてきている。また、他の常温で固体の有機金属化合物が使用される例として、青色発光素子を作製する時に窒化ガリウムのp型ドーパントとして用いられるビスシクロペンタジエニルマグネシウムが使用される場合等が挙げられる。 For example, trimethylgallium and trimethylaluminum, which are liquid organometallic compounds at room temperature, and trimethylindium, which is a solid organometallic compound at room temperature, are used for high mobility electronic devices, high-intensity optical devices, high-capacity optical communication lasers, It has been used as a raw material in an element used in a density recording laser or the like. Another example in which a solid organometallic compound is used at room temperature is a case where biscyclopentadienylmagnesium used as a p-type dopant of gallium nitride is used when a blue light emitting device is manufactured.
有機金属化合物は、充填容器に充填し、それにキャリアガスを流すことによって、キャリアガスと接触した有機金属化合物がキャリアガス中に蒸気として取り込まれ、キャリアガスに同伴して充填容器外に取り出され、気相成長装置等に供給される。 The organometallic compound is filled in a filling container, and by flowing a carrier gas thereto, the organometallic compound in contact with the carrier gas is taken into the carrier gas as a vapor, and is taken out of the filling container along with the carrier gas. It is supplied to a vapor phase growth apparatus or the like.
そのような充填容器としては、通常、ステンレス製で円筒状のものが使用され、熱効率、有機金属化合物のキャリアガス中の濃度の制御性、使用率等を向上させるために、容器の底部の構造、キャリアガスの導入管等に種々特徴を有する充填容器が知られている。また、生産性向上の観点から、より大型の充填装置が使用されるようになってきている。 As such a filling container, a cylindrical one made of stainless steel is usually used. In order to improve the thermal efficiency, the controllability of the concentration of the organometallic compound in the carrier gas, the usage rate, etc., the structure of the bottom of the container is used. Filling containers having various characteristics in a carrier gas introduction pipe and the like are known. Further, from the viewpoint of improving productivity, larger filling apparatuses have been used.
トリメチルガリウムやトリメチルアルミニウム等の常温で液体である有機金属化合物には、有機金属化合物中にキャリアガスをバブリングすることによって、キャリアガスと有機金属化合物との接触が容易に起こり、有機金属化合物がキャリアガスに同伴され、充填容器外に取り出される。常温で液体の有機金属化合物は、充填容器中で容易に充填容器底部に流動して移動するため、充填容器中の有機金属化合物の残量が少なくなってもバブリングが確実に行われるので効率的に消費される(図1参照)。 For organometallic compounds that are liquid at room temperature, such as trimethylgallium and trimethylaluminum, contact between the carrier gas and the organometallic compound occurs easily by bubbling the carrier gas into the organometallic compound, and the organometallic compound is the carrier. Accompanied by gas and taken out of the filling container. Since the organometallic compound that is liquid at room temperature easily flows and moves to the bottom of the filling container in the filling container, bubbling is reliably performed even when the remaining amount of the organometallic compound in the filling container is low, which is efficient. (See FIG. 1).
一方、トリメチルインジウムのような常温で固体の有機金属化合物をそのまま充填した場合には、キャリアガスと直接接触する部分の有機金属化合物が、他の部分の有機金属化合物よりも優先的に消費される、即ち、キャリアガス中に取り込まれる。固体有機金属化合物は流動性が悪いため、一旦部分的な消費が始まると、継続してその部分の消費が促進されてキャリアガスが流れ易い流路が形成される。そのような流路が形成されると、キャリアガスと有機金属化合物の接触面積が低下し、充填容器より導出されるキャリアガス中の有機金属化合物濃度が徐々に低下してくる。その結果、有機金属化合物をMOCVD装置等の反応炉に安定的に供給ができない。 On the other hand, when an organometallic compound that is solid at room temperature such as trimethylindium is filled as it is, the organometallic compound in the portion in direct contact with the carrier gas is consumed preferentially over the organometallic compound in the other portion. That is, it is taken in the carrier gas. Since the solid organometallic compound has poor fluidity, once partial consumption starts, the consumption of the portion is continuously promoted to form a channel through which the carrier gas easily flows. When such a flow path is formed, the contact area between the carrier gas and the organometallic compound decreases, and the concentration of the organometallic compound in the carrier gas derived from the filling container gradually decreases. As a result, the organometallic compound cannot be stably supplied to a reaction furnace such as an MOCVD apparatus.
通常、キャリアガス中の有機化合物濃度が低下してきた時点で、有機金属化合物の使用は停止されるので、消費されなかった固体有機金属化合物は、図2に示すように充填容器中に残ってしまう。従って、常温で固体の有機金属化合物をそのまま充填した場合には、有機金属化合物が安定した濃度で含まれるキャリアガスを長期的に得られず、有機金属化合物は効率的に使用されない。 Usually, when the concentration of the organic compound in the carrier gas decreases, the use of the organometallic compound is stopped, so that the solid organometallic compound that has not been consumed remains in the filling container as shown in FIG. . Therefore, when a solid organometallic compound is filled as it is at normal temperature, a carrier gas containing the organometallic compound in a stable concentration cannot be obtained for a long time, and the organometallic compound is not used efficiently.
充填容器内に残存する固体の有機金属化合物の使用率が低ければ、生産性が低下し好ましくない。そのため、容器に充填した固体の有機金属化合物を安定した濃度で含むキャリアガスを供給でき、かつ、有機金属化合物を効率良く使用するために、容器に充填した固体有機金属化合物中をキャリアガスが均一に流れるようにする種々の対策が取られている。 If the usage rate of the solid organometallic compound remaining in the filled container is low, the productivity is lowered, which is not preferable. Therefore, a carrier gas containing a solid organometallic compound filled in a container at a stable concentration can be supplied, and in order to use the organometallic compound efficiently, the carrier gas is uniform in the solid organometallic compound filled in the container. Various measures have been taken to make it flow into
例えば、キャリアガスを容器導入初期に分散させる方法として、ディフューザーを用いる方法(特許文献1参照)、固体有機金属化合物上に充填材を配置する方法(特許文献2参照)、キャリアガスを容器中心軸に対して略垂直に導入する方法(特許文献3参照)等が紹介されている。 For example, as a method of dispersing the carrier gas in the initial stage of introducing the container, a method using a diffuser (see Patent Document 1), a method of arranging a filler on a solid organometallic compound (see Patent Document 2), and a carrier gas with a central axis of the container For example, a method (see Patent Document 3) that introduces substantially perpendicular to the above has been introduced.
また、固体有機金属化合物中にキャリアガスを均一に流し、キャリアガスとの接触を効率的にする方法として、不活性担体に担持させた固体有機金属化合物を充填容器に充填し、充填部の上方から下方へキャリアガスを流す方法(図3参照)(特許文献4参照)、固体有機金属化合物を充填材とともに充填する方法(特許文献5参照)等が提案されている。上記した様な方法により、キャリアガスの導入初期部においては固体有機金属化合物が均一に消費される。 Further, as a method of flowing the carrier gas uniformly in the solid organometallic compound and making the contact with the carrier gas efficient, the solid organometallic compound supported on the inert carrier is filled in the filling container, A method of flowing a carrier gas downward from the bottom (see FIG. 3) (see Patent Document 4), a method of filling a solid organometallic compound together with a filler (see Patent Document 5), and the like have been proposed. By the method as described above, the solid organometallic compound is uniformly consumed at the initial introduction portion of the carrier gas.
一方、キャリアガスを導出する方法として、キャリアガス導出管の先端部を固体有機金属化合物中に配置する容器(特許文献4参照)、キャリアガス導出口に多孔質要素を用いる方法(特許文献2、特許文献6参照)等が提案されている。
On the other hand, as a method for deriving the carrier gas, a container in which the tip of the carrier gas deriving tube is disposed in a solid organometallic compound (see Patent Document 4), and a method using a porous element in the carrier gas deriving port (
しかしながら、キャリアガスを導出する方法としては種々の問題がある。固体有機金属化合物の消費はキャリアガスの導入口付近から順次進み、消費が進んでくると、キャリアガスを導出する部分付近では流速の分布により消費が不均一となる問題がある。 However, there are various problems as a method for deriving the carrier gas. Consumption of the solid organometallic compound progresses sequentially from the vicinity of the carrier gas introduction port, and as the consumption progresses, there is a problem that the consumption becomes non-uniform due to the distribution of the flow velocity in the vicinity of the portion where the carrier gas is derived.
例えば、キャリアガス導出管を使用する等の方法では、充填容器の底部にある導出管の先端部分ではキャリアガスが集中し、充填容器の底部の壁面近傍とキャリアガス導出口近傍とではキャリアガス流速の差が大きくなる。そのため、キャリアガス導出管先端の周辺部では、充填容器の底部の壁面近傍よりも固体有機金属化合物が優先的に消費され、キャリアガス導出管の先端部分の周辺部に十分量の固体有機金属化合物が存在しなくなると、導出されるキャリアガス中の固体有機金属化合物の濃度が低下する。その結果、容器内に固体有機金属化合物が残っているにもかかわらずMOCVD装置等の反応炉に所望とする濃度で有機金属化合物を含むガスが安定供給できない。 For example, in a method such as using a carrier gas outlet pipe, the carrier gas concentrates at the tip of the outlet pipe at the bottom of the filling container, and the carrier gas flow velocity is near the bottom wall surface of the filling container and near the carrier gas outlet. The difference becomes larger. Therefore, the solid organometallic compound is preferentially consumed at the periphery of the tip of the carrier gas outlet tube over the vicinity of the wall surface of the bottom of the filling container, and a sufficient amount of the solid organometallic compound is present at the periphery of the tip of the carrier gas outlet tube. If no longer exists, the concentration of the solid organometallic compound in the derived carrier gas decreases. As a result, a gas containing an organometallic compound at a desired concentration cannot be stably supplied to a reactor such as an MOCVD apparatus even though the solid organometallic compound remains in the container.
MOCVD装置などの反応炉の大型化による有機金属化合物の消費量の増大に伴って、固体有機金属化合物を充填する容器の大型化、更には単位時間当たりの供給量を増大の目的のために、充填容器に導入するキャリアガス量を増加する場合には、かかる問題点はより顕著となる。即ち、安定した濃度で有機金属化合物を含むキャリアガスを長期にわたって導出すると共に、充填容器中に残存する固体有機金属化合物を効率的に消費することはより困難となる。 To increase the consumption of organometallic compounds by increasing the size of reactors such as MOCVD equipment, for the purpose of increasing the size of containers filled with solid organometallic compounds and further increasing the supply per unit time, This problem becomes more noticeable when the amount of carrier gas introduced into the filling container is increased. That is, it becomes more difficult to derive a carrier gas containing an organometallic compound at a stable concentration over a long period of time and to efficiently consume the solid organometallic compound remaining in the filled container.
キャリアガス導出時の問題を解決する方法として、焼結金属フィルターや多孔板を使用した充填容器が提案されている(特許文献7参照)。しかし、焼結金属や多孔板の目開きが小さい場合には、固体有機金属化合物による目詰まりが生じ、固体有機金属化合物中を流れるキャリアガスに偏流が生じ、固体有機金属化合物が不均一に消費される原因となることが考えられる。 As a method for solving the problem at the time of deriving the carrier gas, a filled container using a sintered metal filter or a perforated plate has been proposed (see Patent Document 7). However, when the sintered metal or perforated plate is small, clogging occurs due to the solid organometallic compound, the carrier gas flowing in the solid organometallic compound drifts, and the solid organometallic compound is consumed unevenly. It is thought to be a cause.
本発明の目的は、有機金属化合物、特に常温で固体の有機金属化合物をより安定した濃度で含むキャリアガスを調製して他の装置(例えば有機金属気相成長装置)に供給し、充填した固体有機金属化合物の使用率をより高くすることができる有機金属化合物供給装置を提供することにある。 An object of the present invention is to prepare a carrier gas containing an organometallic compound, in particular, an organometallic compound that is solid at room temperature at a more stable concentration, and supply it to another apparatus (for example, an organometallic vapor phase growth apparatus) to fill the solid An object of the present invention is to provide an organometallic compound supply apparatus capable of increasing the usage rate of an organometallic compound.
本発明者らは、常温で、特に常温・常圧で固体の有機金属化合物の供給装置について鋭意検討した結果、
不活性担体に担持された有機金属化合物を収容する充填容器、
該有機金属化合物を、充填容器内に、特にその下部に保持し、また、キャリアガスが通過することができる支持板、
該充填容器の上部に位置するキャリアガス導入口、
該充填容器の底部に位置し、該支持板の下方にて開口したキャリアガス導出口、および
該支持板と該キャリアガス導出口との間に設けられた該キャリアガス導出口より大きい邪魔板
を有して成る有機金属化合物供給装置であって、キャリアガスは、キャリアガス導入口から充填容器内に導入され、支持板上に保持される有機金属化合物中を上方から下方へ通過し、キャリアガス導出口から排出される有機金属化合物供給装置を用いることによって、固体の有機金属化合物が有効に利用されることを見出し、本発明に至った。
As a result of intensive investigations on an apparatus for supplying a solid organometallic compound at room temperature, particularly at room temperature and normal pressure,
A filled container containing an organometallic compound supported on an inert carrier;
A support plate that holds the organometallic compound in a filled container, particularly in the lower part thereof, and through which a carrier gas can pass;
A carrier gas inlet located at the top of the filling container;
A carrier gas outlet opening located at the bottom of the filling container and opened below the support plate; and a baffle plate larger than the carrier gas outlet opening provided between the support plate and the carrier gas outlet port. An organometallic compound supply apparatus comprising a carrier gas introduced from a carrier gas inlet into a filling container and passing through an organometallic compound held on a support plate from above to below. The present inventors have found that a solid organometallic compound can be effectively used by using an organometallic compound supply device discharged from the outlet, and have reached the present invention.
従って、本発明は、常温で固体の有機金属化合物を充填し、キャリアガスを供給して該有機金属化合物を昇華せしめる充填容器を有して成る有機金属化合物供給装置において、
該充填容器(1)内に不活性担体に担持された該有機金属化合物(8)を保持し、キャリアガスが通過することのできる支持板(9)、
該充填容器の上部にキャリアガス導入口(4)、
該充填容器の底部であって該支持板の下方に開口したキャリアガス導出口(5)、および
該支持板(9)と該キャリアガス導出口(5)との間に取り付けられた、該キャリアガス導出口(5)の口径よりも大である邪魔板(10)
を更に有して成り、キャリアガスを支持板上に充填した不活性担体に担持された該有機金属化合物中を上方から下方へ通過させるようにしたことを特徴とする有機金属化合物供給装置に存する。
Accordingly, the present invention provides an organometallic compound supply apparatus comprising a filling container that is filled with a solid organometallic compound at room temperature, and that supplies a carrier gas to sublimate the organometallic compound.
A support plate (9) for holding the organometallic compound (8) supported on an inert carrier in the filling container (1) and allowing a carrier gas to pass through;
A carrier gas inlet (4) at the top of the filling container;
A carrier gas outlet (5) which is the bottom of the filling container and opens below the support plate, and the carrier attached between the support plate (9) and the carrier gas outlet (5) Baffle plate (10) larger than the diameter of the gas outlet (5)
And an organic metal compound supply device characterized in that the organic metal compound carried on an inert carrier filled with a carrier gas on a support plate is passed from above to below. .
本発明の供給装置を用いることにより、常温で固体の有機金属化合物をより安定した濃度でキャリアガスに同伴して供給でき、充填容器に充填した有機金属化合物の使用率をより高くすることができる。 By using the supply device of the present invention, an organometallic compound that is solid at room temperature can be supplied with a more stable concentration along with the carrier gas, and the usage rate of the organometallic compound filled in the filling container can be further increased. .
本発明の供給装置に充填する固体の有機金属化合物は、例えば、気相成長法による化合物半導体の原料等として有用な、常温、特に常温・常圧において固体ものであって、具体的には、以下のものを例示できる:トリメチルインジウム、ジメチルクロルインジウム、シクロペンタジエニルインジウム、トリメチルインジウム・トリメチルアルシンアダクト、トリメチルインジウム・トリメチルホスフィンアダクト等のインジウム化合物;エチル沃化亜鉛、エチルシクロペンタジエニル亜鉛、シクロペンタジエニル亜鉛等の亜鉛化合物;メチルジクロルアルミニウム等のアルミニウム化合物;メチルジクロルガリウム、ジメチルクロルガリウム、ジメチルブロモガリウム等のガリウム化合物;ビスシクロペンタジエニルマグネシウム等。 The solid organometallic compound filled in the supply device of the present invention is useful as a raw material for a compound semiconductor by a vapor phase growth method, for example, and is solid at room temperature, particularly at room temperature and normal pressure. Examples include: indium compounds such as trimethylindium, dimethylchloroindium, cyclopentadienylindium, trimethylindium / trimethylarsine adduct, trimethylindium / trimethylphosphine adduct; ethyl zinc iodide, ethylcyclopentadienylzinc, Zinc compounds such as cyclopentadienyl zinc; aluminum compounds such as methyldichloroaluminum; gallium compounds such as methyldichlorogallium, dimethylchlorogallium and dimethylbromogallium; biscyclopentadienylmagnesium and the like.
また、そのような有機金属化合物を担持する担体としては、固体有機金属化合物に対して不活性なものであれば特に限定されるものでない。例えば以下のものを使用できる:アルミナ、シリカ、ムライト、グラッシーカーボン、グラファイト、チタン酸カリ、石英、窒化珪素、窒化硼素、炭化珪素等のセラミックス類、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、タングステン等の金属類、弗化樹脂、ガラス等。担体の形状は特に限定されるものではなく、不定形状、球状、繊維状、網状、コイル状、円管状等のような各種形状のものであってよい。担体は、その表面が平滑なものより、100〜2000μm程度のサイズの微細な凹凸を有するもの、あるいは担体自身に多数の気孔(空隙)を有するものが好ましい。このような担体としては、アルミナボール、ラシヒリング、ヘリパック、ディクソンパッキン、ステンレス焼結エレメント、グラスウール、メタルウール等が挙げられる。 In addition, the carrier for supporting such an organometallic compound is not particularly limited as long as it is inert to the solid organometallic compound. For example, the following can be used: alumina, silica, mullite, glassy carbon, graphite, potassium titanate, quartz, silicon nitride, boron nitride, silicon carbide and other ceramics, stainless steel, aluminum, nickel, tungsten and other metals, Fluororesin, glass, etc. The shape of the carrier is not particularly limited, and may be various shapes such as an indefinite shape, a spherical shape, a fiber shape, a net shape, a coil shape, a circular tube shape, and the like. The carrier preferably has fine irregularities with a size of about 100 to 2000 μm, or has a large number of pores (voids) in the carrier itself, rather than a smooth surface. Examples of such carriers include alumina balls, Raschig rings, Helipac, Dickson packing, stainless sintered elements, glass wool, metal wool and the like.
支持板としては、図6に示すような金網状、目皿状のものが挙げられる。尚、支持板は、その中心部に導出管用の開口部を有する。支持板の目開きの大きさは、担体が落下しない程度の大きさであればよく、通常、約1〜5mm、好ましくは約1.5〜3mmのものが使用される。目開きの形状は特に限定されるものではなく、例えば多角形状、円形状、楕円形状等が挙げられる。支持板の材質としては、固体有機金属化合物に対して不活性であれば特に限定されるものではなく、例えばガラス、金属、セラミック等を用いることが可能であるが、熱伝導性の観点から金属製のものが好ましく、特にステンレス製のものが好ましい。 Examples of the support plate include a wire mesh shape and a mesh plate shape as shown in FIG. The support plate has an opening for the outlet tube at the center. The size of the opening of the support plate is not limited so long as the carrier does not fall, and usually about 1 to 5 mm, preferably about 1.5 to 3 mm is used. The shape of the opening is not particularly limited, and examples thereof include a polygonal shape, a circular shape, and an elliptical shape. The material of the support plate is not particularly limited as long as it is inert with respect to the solid organometallic compound. For example, glass, metal, ceramic, etc. can be used, but from the viewpoint of thermal conductivity, metal Those made of stainless steel are preferable, and those made of stainless steel are particularly preferable.
一方、焼結金属フィルターを支持板として使用できるが、焼結金属は目開きが細かすぎる場合、圧力損失が大きかったり、目が詰まり、キャリアガスが偏流する可能性がある。 On the other hand, a sintered metal filter can be used as the support plate. However, if the sintered metal has an excessively small mesh size, there is a possibility that the pressure loss is large or that the carrier gas drifts.
本発明の有機金属化合物供給装置において、キャリアガス導入口およびキャリアガス導出口は、それぞれ充填容器内へのキャリアガスの入口および充填容器内からのキャリアガスの出口を意味する。1つの好ましい態様では、キャリアガス導入口およびキャリアガス導出口は、それぞれ充填容器にキャリアガスを供給する導入管としての配管の端部における開口部および充填容器からキャリアガスを排出する導出管としての配管の端部における開口部である。通常、そのようなガスの配管は、断面円形のチューブであり、この場合、導入口および導出口の形状も円形である。勿論、導入口および導出口は別の形状であってもよく、それに対応して、キャリアガスが流れる配管も別の断面を有してもよい。別の態様では、導入口および導出口は、充填容器に直接設けた開口部であってもよい。 In the organometallic compound supply device of the present invention, the carrier gas inlet and the carrier gas outlet mean the inlet of the carrier gas into the filling container and the outlet of the carrier gas from the inside of the filling container, respectively. In one preferable aspect, the carrier gas introduction port and the carrier gas outlet port serve as an outlet tube for discharging the carrier gas from the opening and an opening portion at the end of a pipe as an introduction tube for supplying the carrier gas to the filling vessel, respectively. It is an opening part in the edge part of piping. Normally, such gas piping is a tube having a circular cross section, and in this case, the shape of the inlet and outlet is also circular. Of course, the inlet and the outlet may have different shapes, and correspondingly, the pipe through which the carrier gas flows may have a different cross section. In another aspect, the inlet and the outlet may be openings provided directly in the filling container.
本発明の有機金属化合物供給装置において、邪魔板は、支持板とキャリアガスの導出口との間に位置するプレートである。その結果、邪魔板の直上部に位置する、有機金属化合物の領域を通過して下降するキャリアガスの全体として流れ(実質的に垂直下向きまたはそれに近い方向の流れ)は、邪魔板に衝突するか、あるいは衝突しようとするため、そのようなキャリアガスの流れ方向は邪魔板によって別の方向に変えられる。例えば、垂直下向きでない流れ方向に流れる。より具体的には、充填容器の側壁に向かう方向に(例えば水平方向または斜め下方向に)流れる。その後、そのようなキャリアガスは、邪魔板の周辺部を回り込んで、その下に位置するキャリアガス導出口に向かって流れる。 In the organometallic compound supply apparatus of the present invention, the baffle plate is a plate positioned between the support plate and the carrier gas outlet. As a result, does the entire carrier gas flow (substantially vertically downward or close to it) that passes through the region of the organometallic compound located immediately above the baffle plate collide with the baffle plate? Or, in order to collide, the flow direction of such carrier gas is changed to another direction by the baffle plate. For example, it flows in a flow direction that is not vertically downward. More specifically, it flows in a direction toward the side wall of the filling container (for example, horizontally or obliquely downward). Thereafter, such carrier gas flows around the peripheral portion of the baffle plate and flows toward the carrier gas outlet located below the baffle plate.
キャリアガス導出口の周辺でキャリアガスの集中によりキャリアガス流速が大きくなるのを防止するには、キャリアガスが流れる配管の径を大きくするなどして導出口を大きくすることが有効である。尚、大流量のキャリアガスを流した時には充填されている固体有機金属化合物が固体のまま配管を通って容器外に排出されることがあり得るので、これを考慮すると、キャリアガス導出口は過度に大きくせずに、適度に小さくすることが好ましい。一般的に、キャリアガス導出管は外径10mm程度以下の配管を用いるが、配管径よりも大きな邪魔板を取り付けることにより邪魔板を回り込んでキャリアガスが充填容器から導出されるようになる。これにより、充填容器の側壁周辺部にもキャリアガスがより多く流れるようになり、キャリアガスが充填容器の側壁周辺部を経由せずにキャリアガス導出管の先端部分へ直接的に集中することを抑制することができる。 In order to prevent the carrier gas flow rate from increasing due to the concentration of the carrier gas around the carrier gas outlet, it is effective to increase the outlet by increasing the diameter of the pipe through which the carrier gas flows. Note that when a large flow rate of carrier gas is flowed, the filled solid organometallic compound may be discharged out of the container through the pipe as a solid. It is preferable to make it moderately small without increasing it. In general, the carrier gas outlet pipe uses a pipe having an outer diameter of about 10 mm or less. However, by attaching a baffle plate larger than the pipe diameter, the carrier gas is led out from the filling container around the baffle plate. As a result, more carrier gas flows also in the peripheral part of the side wall of the filling container, and the carrier gas concentrates directly on the tip part of the carrier gas outlet pipe without passing through the peripheral part of the side wall of the filling container. Can be suppressed.
本明細書において、邪魔板の形状およびサイズは、支持板より下に邪魔板として構成した構造物を充填容器の胴体の長さ方向(従って、鉛直方向)に対して垂直な面に正投射したものの形状やサイズを意味する。邪魔板の正投射図をキャリアガス導出口の正投射図に重ねたとすれば、邪魔板の正投射図が導出口の正投射図の全部を覆い、キャリアガス導出口の正投射図の周囲から外に向かって延在する部分を有する形状及びサイズを邪魔板が有するのが好ましい。本発明では、この意味において、「キャリアガス導出口の口径よりも大である邪魔板」なる記載を用いている。尚、本発明において、一般的に、邪魔板の効果は、容器胴体の長手方向(または上下方向)に対して垂直な方向で邪魔板を正投射した場合に得られる図形が、同様に導出口を正投射した場合にえられる図形を覆い、かつ、それから外側に延在することによって得られる。従って、図12に示すように、邪魔板は、充填容器胴体の長手方向に対して垂直で、かつ同一平面上に延在する必要は必ずしも無く、例えば長手方向に対して斜めであったり、あるいは段違いに取り付けられていてもよい。 In the present specification, the shape and size of the baffle plate are the normal projection of a structure configured as a baffle plate below the support plate onto a plane perpendicular to the length direction (and hence the vertical direction) of the body of the filling container. It means the shape and size of things. If the normal projection of the baffle plate is superimposed on the normal projection of the carrier gas outlet, the normal projection of the baffle plate covers all of the normal projection of the outlet, and from the periphery of the normal projection of the carrier gas outlet. Preferably, the baffle plate has a shape and size having a portion extending outward. In the present invention, the description “a baffle plate that is larger than the diameter of the carrier gas outlet” is used in this sense. In the present invention, generally, the effect of the baffle plate is that the figure obtained when the baffle plate is normally projected in a direction perpendicular to the longitudinal direction (or vertical direction) of the container body is similarly derived from the outlet port. Is obtained by covering and extending outwardly the figure obtained in the case of normal projection. Therefore, as shown in FIG. 12, the baffle plate does not necessarily have to be perpendicular to the longitudinal direction of the filling container body and extend on the same plane, for example, oblique with respect to the longitudinal direction, or It may be attached in steps.
尚、邪魔板がキャリアガス導出管の周囲に取り付けられている態様(即ち、後述する図4に示すように、邪魔板を導出管が貫通している態様)であっても、上述のようにキャリアガスが充填容器の側壁周辺部を経由せずにキャリアガス導出管の先端部分へ直接的に集中することを抑制することができる。この態様では、邪魔板の形状およびサイズは、導出管が存在しない(即ち、導出管が邪魔板を貫通していない)ものとして仮定した場合の邪魔板の形状およびサイズを意味する。 As described above, even if the baffle plate is attached around the carrier gas outlet pipe (that is, as shown in FIG. 4 described later, the outlet pipe penetrates the baffle plate). It is possible to suppress the carrier gas from directly concentrating on the tip portion of the carrier gas outlet pipe without passing through the peripheral portion of the side wall of the filling container. In this embodiment, the shape and size of the baffle plate mean the shape and size of the baffle plate when it is assumed that the lead-out tube does not exist (that is, the lead-out tube does not penetrate the baffle plate).
邪魔板のサイズが過度に大きくなり充填容器胴体の直径に近づいてくると、充填容器底部で側壁の周辺部にキャリアガスが集中し、邪魔板の上方のキャリアガス導出管の周囲にキャリアガスが流れ難くなり、邪魔板の上方に位置する固体有機金属化合物の消費が起こり難くなる。それゆえ、邪魔板の直径は、充填容器内径に対して約10%〜75%、好ましくは約20%〜60%のサイズのものの使用が推奨される。尚、邪魔板の形状および充填容器の断面が円形でない場合は、上述の邪魔板の直径および充填容器の内径は、水力相当直径に基づく。 When the size of the baffle plate becomes excessively large and approaches the diameter of the filling container body, the carrier gas concentrates on the periphery of the side wall at the bottom of the filling container, and the carrier gas flows around the carrier gas outlet pipe above the baffle plate. It becomes difficult to flow, and consumption of the solid organometallic compound located above the baffle plate hardly occurs. Therefore, it is recommended that the baffle has a diameter of about 10% to 75%, preferably about 20% to 60%, with respect to the inner diameter of the filling container. If the shape of the baffle plate and the cross section of the filling container are not circular, the diameter of the baffle plate and the inner diameter of the filling container are based on the hydraulic equivalent diameter.
邪魔板の材質としては、固体有機金属化合物に対して不活性であれば特に限定されるものではなく、ガラス、金属、セラミック等を用いることが可能であるが、熱伝導性の観点から金属製のものが好ましく、特にステンレス製のものが好ましい。邪魔板の形状は特に限定される物ではなく、多角形状、円形状、楕円形状等が挙げられるが、対称性の観点から円形状のものが特に好ましい。 The material of the baffle plate is not particularly limited as long as it is inert to the solid organometallic compound, and glass, metal, ceramic, etc. can be used, but from the viewpoint of thermal conductivity, it is made of metal. In particular, those made of stainless steel are preferred. The shape of the baffle plate is not particularly limited, and examples thereof include a polygonal shape, a circular shape, and an elliptical shape, but a circular shape is particularly preferable from the viewpoint of symmetry.
邪魔板は、固体有機金属化合物中にあるよりも固体有機金属化合物から離れた位置にあることが好ましい。なぜなら、邪魔板の位置が支持板よりも上であったり支持板と同じ位置であったりする時には、邪魔板の直上部分ではキャリアガスの流れが遮断され易いので、固体有機金属化合物の消費が起こり難いからである。一方、邪魔板の位置は支持板よりも下であるときには、邪魔板直上部のキャリアガスの流れが遮断され易い領域に固体有機金属化合物が存在しないので、固体有機金属化合物が消費され難い領域を小さくすることができる。 It is preferable that the baffle plate is located farther from the solid organometallic compound than in the solid organometallic compound. This is because when the baffle plate is above the support plate or at the same position as the support plate, the flow of the carrier gas is likely to be cut off directly above the baffle plate, resulting in consumption of the solid organometallic compound. It is difficult. On the other hand, when the position of the baffle plate is lower than the support plate, there is no solid organometallic compound in the region where the flow of the carrier gas just above the baffle plate is easily blocked, so the region where the solid organometallic compound is hardly consumed is formed. Can be small.
さらに、邪魔板、キャリアガス導出口および邪魔板を取り付けた高さ(またはレベル)の充填容器の水平方向の円形断面は略同心である、即ち、これらの中心が実質的に同じ鉛直線上に位置することが好ましい。同心でなくてもある程度の効果が得られるが、同心であることにより充填容器内をキャリアガスが対称に流れるので固体有機金属化合物が均等に消費されるようになり、固体有機金属化合物の使用率をより高くすることができる。 Further, the horizontal circular cross section of the height (or level) filling container to which the baffle plate, the carrier gas outlet and the baffle plate are attached is substantially concentric, that is, their centers are located on substantially the same vertical line. It is preferable to do. Even if it is not concentric, a certain degree of effect can be obtained, but the concentricity allows the carrier gas to flow symmetrically in the filling container, so that the solid organometallic compound is consumed evenly, and the usage rate of the solid organometallic compound Can be made higher.
不活性担体に固体有機金属化合物を担持させる方法は、従来、実施されているいずれの方法を用いてもよい。例えば、回転容器中に担体と固体有機金属化合物とを所定の重量比に従って投入し、次いで、これを加熱して固体有機金属化合物を融解し、その後、回転撹拌しつつ徐冷する方法、固体有機金属化合物を加熱融解した中に担体を投入し、次いで過剰の融解した有機金属化合物を抜き取った後、徐冷する方法等が採用される。 As a method for supporting a solid organometallic compound on an inert carrier, any of the conventional methods may be used. For example, a method in which a support and a solid organometallic compound are put in a rotating container in accordance with a predetermined weight ratio, and then this is heated to melt the solid organometallic compound, and then slowly cooled with rotary stirring, solid organic For example, a method in which the support is introduced into the metal compound while being heated and melted, and then the excess melted organometallic compound is taken out and then slowly cooled is employed.
担持を行うに際しては、予め担体に含まれる酸素や湿分、その他の揮発性不純物を除去しておくことが肝要である。もし、担体表面に酸素や湿分等が存在すると、原料固体が変質したり汚染したりするため、気相成長用などの原料として使用した際に、得られる膜の品質を損なうばかりではなく、本来の目的とする原料の安定供給ができなくなる。この様な不都合を避けるために担体は、その材料の許容される範囲の温度で予め加熱しつつ真空脱気を行い、しかる後に窒素やアルゴン等の不活性ガスで空隙部を置換しておくことが推奨される。 In carrying the carrier, it is important to remove oxygen, moisture and other volatile impurities contained in the carrier in advance. If oxygen or moisture is present on the surface of the carrier, the solid material may be altered or contaminated, so when used as a raw material for vapor phase growth, not only the quality of the resulting film is impaired, It will not be possible to stably supply the original raw material. In order to avoid such inconvenience, the carrier should be vacuum degassed in advance while being heated at an acceptable temperature of the material, and then the voids should be replaced with an inert gas such as nitrogen or argon. Is recommended.
担体上に担持する固体有機金属化合物は、通常、担体100重量部に対して約10〜100重量部、好ましくは約30〜70重量部の範囲とする。約10重量部以下を担持させた場合、充填容器の容積に占める固体有機金属化合物の量が少ないため容器を必要以上に大きくしなければならず、経済的ではない場合が多い。また、約100重量部以上を担持させた場合には、充填容積当たりの固体有機金属化合物の表面積が期待するほどには大きくならないためか、効果が十分に得られないことが多い。 The solid organometallic compound supported on the carrier is usually in the range of about 10 to 100 parts by weight, preferably about 30 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carrier. When about 10 parts by weight or less is loaded, the amount of the solid organometallic compound occupying the volume of the filled container is small, so the container must be made larger than necessary, and is often not economical. Further, when about 100 parts by weight or more is supported, the effect is often not sufficiently obtained because the surface area of the solid organometallic compound per filling volume does not increase as expected.
本発明の固体の有機金属化合物を充填した充填容器1よりなる有機金属化合物供給装置の一実施態様を図4に示す。湾曲状の底部を有する充填容器1の下部に、不活性担体に担持された有機金属化合物8を保持し、キャリアガスが通過することのできる支持板9が配置されている。充填容器の上部にキャリアガス導入管2およびキャリアガス導出管3が接続されている。キャリアガスの導入口4は充填容器1の上部であって充填した不活性担体に担持された有機金属化合物8の上方に開口し、キャリアガス導出管3が充填容器1内部を通っており、キャリアガスの導出口5が充填容器1の底部であって支持板9の下方に開口している。
FIG. 4 shows an embodiment of an organometallic compound supply apparatus comprising a filling
図示した態様では、キャリアガス導出口5の上方に邪魔板10を取り付けているが、邪魔板10は、キャリアガス導出口5と(充填容器1の上下方向に関して)同じレベルに位置する場合であっても、邪魔板10は、それに向かって降下してくるキャリアガスの流れ方向を変えて邪魔板の周囲を回りこむようにすることができる。従って、この場合であっても、先に説明した本発明の効果を奏することができることは当業者であれば容易に理解できる。従って、本発明の供給装置において、邪魔板は、キャリアガス導出口と実質的に同じレベルに位置してもよく、「支持板とキャリアガス導出口との間」なる記載は、邪魔板がキャリアガス導出口よりも上方のレベルに位置する態様と、キャリアガス導出口と同じレベルに位置する態様の双方を含む。尚、図4に示す態様では、邪魔板は、キャリアガス導出管の外壁から充填容器の側壁に向かって延在する形態(例えば、円形からその中央部分をキャリアガス導出管の外形に相当する部分として切除した円環(またはドーナツ)形状)を有する。
In the illustrated embodiment, the
尚、図示した態様では、キャリアガス導出管3が充填容器1内部を通っているが、これに限られるものではなく、導出口5が充填容器1の底部で支持板9の下方で開口していれば、キャリアガス導出管は充填容器1外部に配置されていてもよい。
In the illustrated embodiment, the carrier
また、別の本発明における固体の有機金属化合物を充填した充填容器よりなる有機金属化合物供給装置の一実施態様を図5に示す。 FIG. 5 shows an embodiment of an organometallic compound supply apparatus comprising a filled container filled with a solid organometallic compound according to another embodiment of the present invention.
湾曲状の底部を有する充填容器1の下部に、不活性担体に担持された有機金属化合物8を保持し、キャリアガスが通過することのできる支持板9が配置されている。充填容器1の上部にキャリアガス導入管2が接続されている。キャリアガスの導入口4は充填容器1の上部であって充填した不活性担体に担持された有機金属化合物8の上方で開口している。キャリアガス導出管3は充填容器1の外部に配置されており、キャリアガスの導出口5が充填容器1の底部であって支持板9の下方で開口している。キャリアガス導出口5の上部には邪魔板10を取り付けている。
A
尚、図5の態様では、キャリアガス導出管3が充填容器1の外部に配置されているが、これに限られるものではなく、導出口が充填容器の底部で支持板の下方で開口していれば、キャリアガス導出管は充填容器1内部に配置されていてもよい。
In the embodiment of FIG. 5, the carrier
不活性担体に担持した固体有機金属化合物8は、供給口(図示せず)より充填容器1内に所望量供給し支持板9上に充填する。尚、充填容器1内で上述のように固体有機金属化合物を不活性担体に担持してもよい。
A desired amount of the solid
キャリアガス導入管2はキャリアガス供給源、流量制御装置(図示せず)等に接続され、また、キャリアガス導出管3はガス濃度計、気相成長装置(図示せず)等に接続され、例えば充填容器1を恒温槽に入れて使用する。
The carrier
水素ガス等のキャリアガスをキャリアガス導入管2から所定流量で充填容器1に供給し、キャリアガスをキャリアガス導入口4を経て不活性担体に担持した有機金属化合物8の間隙をぬいながら充填容器1の上方から下方に通過させることによって、有機金属化合物を含むキャリアガスをキャリアガス導出口5からキャリアガス導出管3を経て気相成長装置等に供給する。
A carrier gas such as hydrogen gas is supplied from the carrier
図4および図5には、充填容器1の底部を湾曲状のものを示しているが、底部が水平な充填容器の使用はもちろん可能である。また、不活性担体に担持した有機金属化合物8の充填容器1への充填量(例えば充填高さ、即ち、充填容器の上下方向のレベル)は、通常、キャリアガス導入口4のレベルより下方を目処とする。しかしながら、キャリアガス導入口4を分割し、不活性担体に担持した有機金属化合物8の上部に均一にキャリアガスの導入が可能な構造する場合には、この限りではない。例えば、分散板またはシャワーヘッド状のキャリアガス導入口を用いた場合のようにキャリアガスを均一に分散供給できる場合には、キャリアガス導入口4のレベルと充填した有機金属化合物8の上端レベルがほぼ同じでもよい。
4 and 5 show a curved bottom of the filling
本発明の有機金属化合物供給装置は、気相成長用などの原料を供給する装置として好適である。 The organometallic compound supply apparatus of the present invention is suitable as an apparatus for supplying raw materials for vapor phase growth and the like.
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
(実施例1)
邪魔板は、導出管の先端部、即ち、導出口のレベルに取り付けた以外は、図4と同様の本発明の有機金属化合物供給装置を構成した。充填容器1の底部は湾曲状で容積が約1300cm3(内径:108mm、深さ:147mm)であり、充填容器の最底部から26mmの位置に支持板9(目開きの大きさ:2mmの金網))を配設した。キャリアガス導入口4には分散板11(円形平板:直径18mm)を充填容器1の天板と水平に該容器天板と分散板11との間隔が3mmとなるように取付け、キャリアガスが容器中心軸に対して略垂直に導入できるようにした。また、支持板9より下10mmの位置に開口しているキャリアガス導出管3(外径8mm、内径6mm)の先端部(キャリアガス導出口5)に邪魔板10(円形平板:直径30mm、但し、中央を導出管が貫通)を取り付けた。
Example 1
The baffle plate constituted the organometallic compound supply apparatus of the present invention similar to that of FIG. 4 except that the baffle plate was attached to the tip of the outlet tube, that is, the level of the outlet. The bottom of the filling
この充填容器1に不活性担体として平均粒径(直径)4.5mmのアルミナ球585gとトリメチルインジウム(以下、TMIと称する)300gとを充填した。充填した充填容器1を約110℃まで加熱して充填容器1内のTMIを溶融した後、回転撹拌させながら室温まで徐徐に冷却し、TMIをアルミナ球に担持させた。
This filled
この充填容器1に、キャリアガスとして導入管2から略一定の速度で水素ガスを約900cm3/分(大気圧換算、充填部の単位面積当りの流量:約9.5cm3/cm2・分)で、充填したTMI中を上方から下方へ通過させるように供給し、キャリアガス導出口5を経てキャリアガス導出管3からTMIを含有する水素ガスを取り出した。尚、キャリアガスである水素ガスによるTMIの充填容器1からの導出に際しては、充填容器1内の圧力を40kPa(絶対圧力)とし、充填容器1を恒温槽に入れ、25℃に保持し実施した。
About 900 cm 3 / min of hydrogen gas from the
充填容器1からの水素ガス中のTMI濃度を、ガス濃度計としてエピソン濃度計(トーマス スワン サイエンティフィック イクイップメント社製)を用いて測定した。TMI濃度を定期的に測定し、水素ガス流量およびTMI濃度から、TMIの使用率(%)を求めた。結果を図7に示す。TMIの濃度は、使用率が約87%になるまで安定しており、その後低下した。
The TMI concentration in the hydrogen gas from the filling
(実施例2)
キャリアガス導出管3の先端部(キャリアガス導出口5)に取り付けた邪魔板10(円形平板)の直径が50mmであること以外は、実施例1と同様の充填容器1に、実施例1と同様にしてTMIをアルミナ球に担持させた。
(Example 2)
A filling
実施例1と同様にしてTMIの使用率(%)を求めた。結果を図8に示す。
TMIの濃度は、使用率が約87%になるまで安定しており、その後低下した。
The usage rate (%) of TMI was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG.
The concentration of TMI was stable until the usage rate was about 87% and then decreased.
(実施例3)
キャリアガス導出管3の先端部(キャリアガス導出口5)に取り付けた邪魔板10(円形平板)の直径が80mmであること以外は実施例1と同様の充填容器に、実施例1と同様にしてTMIをアルミナ球に担持させた。
(Example 3)
In the same manner as in Example 1, except that the baffle plate 10 (circular flat plate) attached to the tip of the carrier gas outlet tube 3 (carrier gas outlet 5) has a diameter of 80 mm. TMI was supported on alumina spheres.
実施例1と同様にしてTMIの使用率(%)を求めた。結果を図9に示す。TMIの濃度は、使用率が約85%になるまで安定しており、その後低下した。 The usage rate (%) of TMI was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. The concentration of TMI was stable until the usage rate was about 85%, and then decreased.
(比較例1)
キャリアガス導出管3の先端部(キャリアガス導出口5)に邪魔板10(円形平板)を取り付けてない以外は、実施例1と同様の充填容器1に、実施例1と同様にしてTMIをアルミナ球に担持させた。
(Comparative Example 1)
TMI is applied to the
実施例1と同様にしてTMIの使用率(%)を求めた。結果を図10に示す。TMIの濃度は、使用率が約83%になるまで安定しており、その後低下した。尚、充填容器の内径に対する邪魔板サイズの違いによるTMIの使用率を図11に示す。 The usage rate (%) of TMI was determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. The concentration of TMI was stable until the usage rate reached about 83%, and then decreased. In addition, the usage rate of TMI by the difference in baffle plate size with respect to the internal diameter of a filling container is shown in FIG.
1 充填容器
2 キャリアガス導入管
3 キャリアガス導出管
4 キャリアガス導入口
5 キャリアガス導出口
6 液体有機金属化合物
7 固体有機金属化合物
8 不活性担体に担持した固体有機金属化合物
9 支持板
10 邪魔板
11 分散板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該充填容器内に不活性担体に担持された該有機金属化合物を保持し、キャリアガスが通過することのできる支持板、
該充填容器の上部にキャリアガス導入口、
該充填容器の底部であって該支持板の下方に開口したキャリアガス導出口、および
該支持板と該キャリアガス導出口との間に取り付けられた、該キャリアガス導出口の口径よりも大である邪魔板
を更に有して成り、キャリアガスを支持板上に充填した不活性担体に担持された該有機金属化合物中を上方から下方へ通過させるようにしたことを特徴とする有機金属化合物供給装置。 An organometallic compound supply apparatus comprising a filling container that is filled with a solid organometallic compound at room temperature and that sublimates the organometallic compound by supplying a carrier gas,
A support plate that holds the organometallic compound supported on an inert carrier in the filled container and through which a carrier gas can pass;
A carrier gas inlet at the top of the filling container;
A carrier gas outlet opening at the bottom of the filling container and opened below the support plate, and a diameter larger than the diameter of the carrier gas outlet port installed between the support plate and the carrier gas outlet port. An organometallic compound supply characterized in that it further comprises a baffle plate and passes through the organometallic compound supported on an inert carrier filled with a carrier gas on the support plate from above to below. apparatus.
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