特許 7588346 金属酸化物単結晶製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】金属酸化物単結晶製造装置

(51)【国際特許分類】

   C30B 11/00 20060101AFI20241115BHJP

   C30B 29/16 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

C30B11/00 Z

C30B29/16

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021013100

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022116761

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2023-11-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000236687

【氏名又は名称】不二越機械工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】干川 圭吾

(72)【発明者】

【氏名】太子 敏則

(72)【発明者】

【氏名】小林 拓実

(72)【発明者】

【氏名】大塚 美雄

(72)【発明者】

【氏名】大葉 悦子

【審査官】神▲崎▼ 賢一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０５９６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１６５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２２９８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７７２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ １１／００

Ｃ３０Ｂ ２９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化雰囲気下において、炉内が１５００℃以上の温度で加熱される金属酸化物単結晶製造装置であって、
前記炉内を加熱する発熱体と、
前記炉における下部側に設けられ、前記炉の内外を連通する吸気管と、
前記炉における上部側に設けられ、前記炉の内外を連通する排気管と、
前記炉よりも上方に設けられたダクトと、
前記ダクトの途中に設けられた排気ファンおよび有害物質除去装置と、を備え、
前記吸気管の上端部と前記排気管の下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、
前記排気管の上端部と前記ダクトの下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、
前記吸気管の上端部と、前記排気管の下端部と、前記排気管の上端部と、前記ダクトの下端部とが、前記炉の略中心軸上に位置しており、
前記炉は、垂直ブリッジマン炉であること
を特徴とする金属酸化物単結晶製造装置。

【請求項2】

酸化雰囲気下において、炉内が１５００℃以上の温度で加熱される金属酸化物単結晶製造装置であって、
前記炉内を加熱する発熱体と、
前記炉における下部側に設けられ、前記炉の内外を連通する吸気管と、
前記炉における上部側に設けられ、前記炉の内外を連通する排気管と、
前記炉よりも上方に設けられたダクトと、
前記ダクトの途中に設けられた排気ファンおよび有害物質除去装置と、を備え、
前記吸気管の上端部と前記排気管の下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、
前記排気管の上端部と前記ダクトの下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、
前記吸気管の上端部と、前記排気管の下端部と、前記排気管の上端部と、前記ダクトの下端部とが、前記炉の略中心軸上に位置しており、
前記金属酸化物は、酸化ガリウムであること
を特徴とする金属酸化物単結晶製造装置。

【請求項3】

前記炉の上方および側方を囲む囲い部をさらに備え、
前記囲い部の上部に設けられた開口部に前記ダクトの下端部が連結されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の金属酸化物単結晶製造装置。

【請求項4】

前記発熱体は、抵抗加熱発熱体または高周波誘導加熱による発熱体であること
を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の金属酸化物単結晶製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属酸化物単結晶製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属酸化物単結晶製造装置として、酸化ガリウムの単結晶の製造装置が知られている（以下、「金属酸化物単結晶製造装置」および「酸化ガリウムの単結晶の製造装置」を、単に「装置」と表記する場合がある。また、「酸化ガリウムの単結晶」を、単に「酸化ガリウム結晶」と表記する場合がある）。

【0003】

特許文献１（特開２０１７－１９３４６６号公報）に記載されている酸化ガリウム結晶の製造装置においては、大気雰囲気の結晶育成炉（以下、単に「炉」と表記する場合がある）内に配置されたるつぼを抵抗加熱発熱体または高周波誘導加熱発熱体により加熱し、るつぼに収容された酸化ガリウムの原料（結晶原料）を溶融させ、原料融液を結晶化させる。結晶育成法としては、ＶＢ法（垂直ブリッジマン法）、ＶＧＦ法（垂直温度勾配凝固法）、ＨＢ法（水平ブリッジマン法）、ＨＧＦ法（水平温度勾配凝固法）、ＣＺ法（チョクラルスキー法）、ＥＦＧ法等が適用可能であるが、これらいずれの方法を用いる場合も結晶原料を加熱して溶融させる必要がある。酸化ガリウムの融点は約１８００［℃］程度（例えば、β－Ｇａ_２Ｏ_３は約１７９５［℃］）であり、酸化ガリウム結晶の製造装置における炉は、炉内が１８００［℃］以上に加熱される高温炉となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１９３４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１記載の酸化ガリウム結晶の製造装置に例示されるような、酸化雰囲気（ここでは、酸素等の酸化性のガスを含む雰囲気を意味し、酸素雰囲気および大気雰囲気を含む）の高温炉（ここでは、約１５００［℃］以上で加熱される炉を意味する）を備えた金属酸化物単結晶製造装置を動作させて炉内を加熱した場合、加熱による高温条件下で発熱体が発する光が作用すること等により、炉内の窒素と酸素とが結合した窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、その他の有害物質が生成されることがある。仮にこうした有害物質が炉の周囲（例えば、炉が配置された室内）に拡散した場合、窒素酸化物であれば、炉の周囲において不快な臭気を生じさせ、高濃度になると健康に悪影響を与えるおそれがあった。また、電装部の金属端子等の装置部品を腐食させ、装置が正常に動作しなくなることにより結晶品質が低下するおそれもあった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、酸化雰囲気の高温炉内において生成される、窒素酸化物に例示される有害物質の炉の周囲への拡散を防止可能とした金属酸化物単結晶製造装置を提供することを目的とする。

【0007】

本発明は、一実施形態として以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。

【0008】

本発明に係る金属酸化物単結晶製造装置は、酸化雰囲気下において、炉内が１５００℃以上の温度で加熱される金属酸化物単結晶製造装置であって、前記炉内を加熱する発熱体と、前記炉における下部側に設けられ、前記炉の内外を連通する吸気管と、前記炉における上部側に設けられ、前記炉の内外を連通する排気管と、前記炉よりも上方に設けられたダクトと、前記ダクトの途中に設けられた排気ファンおよび有害物質除去装置と、を備え、前記吸気管の上端部と前記排気管の下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、前記排気管の上端部と前記ダクトの下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、前記吸気管の上端部と、前記排気管の下端部と、前記排気管の上端部と、前記ダクトの下端部とが、前記炉の略中心軸上に位置しており、前記炉は、垂直ブリッジマン炉であることを特徴とする。
また、本発明に係る金属酸化物単結晶製造装置は、酸化雰囲気下において、炉内が１５００℃以上の温度で加熱される金属酸化物単結晶製造装置であって、前記炉内を加熱する発熱体と、前記炉における下部側に設けられ、前記炉の内外を連通する吸気管と、前記炉における上部側に設けられ、前記炉の内外を連通する排気管と、前記炉よりも上方に設けられたダクトと、前記ダクトの途中に設けられた排気ファンおよび有害物質除去装置と、を備え、前記吸気管の上端部と前記排気管の下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、前記排気管の上端部と前記ダクトの下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられ、前記吸気管の上端部と、前記排気管の下端部と、前記排気管の上端部と、前記ダクトの下端部とが、前記炉の略中心軸上に位置しており、前記金属酸化物は、酸化ガリウムであることを特徴とする。

【0009】

これによれば、排気ファンを動作させて炉内から流出するガスをダクト内に積極的に引き込み、有害物質除去装置によって含有する有害物質を除去したうえで、所定の場所へ排出できる。したがって、炉内で生成される有害物質の炉の周囲への拡散を防止できる。

【0010】

また、前記排気管の上端部と前記ダクトの下端部とが、接続されないで離間して且つ対向して設けられていることによって、排気管から排出される炉内のガスを、排出方向と軸を一致させて開口するダクト内へと導いて引き込むことができる。したがって、炉内から流出するガスの殆どを漏らすことなくダクト内へ流入させて除去することができる。

【0011】

また、前記炉の上方および側方を囲む囲い部をさらに備え、前記囲い部の上部に設けられた開口部に前記ダクトの下端部が連結されていることが好ましい。これによれば、炉の側方を囲むことで、炉に形成された隙間等の排気管以外のところから炉外へ流出するガスの周囲への拡散を防止できる。また、炉の上方を囲むことで、排気管から排出される炉内のガスの拡散をより確実に防止できる。

【0012】

また、前記発熱体を、抵抗加熱発熱体または高周波誘導加熱による発熱体とすることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、酸化雰囲気の高温炉内において生成される有害物質の炉の周囲への拡散を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る金属酸化物単結晶製造装置の例を示す概略図（垂直断面図）である。

【図2】試験１係る酸化ガリウム結晶の製造装置の写真である。

【図3】試験２の結果を示すＢＴＢ溶液の写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態に係る金属酸化物単結晶製造装置は、酸化雰囲気下において、炉内が１５００［℃］以上の温度で加熱される金属酸化物単結晶製造装置である。ここでいう「炉内が１５００［℃］以上の温度で加熱される」という条件は、必ずしも炉内全体が１５００［℃］以上に達する必要はなく、炉内のいずれかに１５００［℃］以上に達する温度領域が形成されていればよい（本文中の同様の表現についても同じ）。例えば、垂直ブリッジマン法は、炉内に垂直の温度勾配を形成し、原料融液を垂直方向に結晶化させる方法であり、結晶育成炉における炉内の温度分布は一様でないことがある。

【0016】

図１は、本実施形態に係る金属酸化物単結晶製造装置１０の例を示す概略図（垂直断面図）であって、具体的には、酸化ガリウム結晶の製造装置１０を示している。以下、金属酸化物単結晶製造装置１０として、当該酸化ガリウム結晶の製造装置１０を例に説明する。

【0017】

図１に示す酸化ガリウム結晶の製造装置１０は、内部が加熱されて酸化ガリウム結晶が育成される炉１４（垂直ブリッジマン法が適用される垂直ブリッジマン炉）、および炉１４の動作を制御する制御部（不図示）を内蔵する電装部１１を備えている。炉１４は、基体１２上に設けられ、耐熱材からなる複数の分割片（不図示）が接合されて所要高さを有するリング状に形成されたリング部材１４ａが鉛直方向に複数層に積層されて筒状をなすことによって内部に炉空間１５が形成されている。炉空間１５の底面には、炉１４の中心軸に沿って凹んだ凹部１５ａが形成されている。以下、理解し易いように、「炉１４内」を適宜「炉空間１５」と表記するが、炉１４内と炉空間１５とは同じ領域を示している。

【0018】

また、炉１４の中心軸に沿って基体１２を貫通すると共に凹部１５ａを経て炉空間１５の中央高さ付近まで上下方向に延設されるるつぼ受軸１６が設けられている。るつぼ受軸１６は、駆動機構（不図示）により上下動可能（矢印Ａ参照）且つ軸回転可能（矢印Ｂ参照）に構成されている。

【0019】

また、るつぼ受軸１６の上端には、るつぼ２２を支持するアダプタ２０が設けられており、アダプタ２０上にるつぼ２２が配置される。るつぼ受軸１６およびアダプタ２０の内部には熱電対１８が配設され、るつぼ２２の温度が計測可能となっている。酸化ガリウム（β－Ｇａ_２Ｏ_３）結晶育成用るつぼ２２としては、Ｒｈ含有量が１０［ｗｔ％］～３０［ｗｔ％］（より好適には１０［ｗｔ％］～２０［ｗｔ％］）のＰｔ－Ｒｈ合金や、Ｉｒ含有量が２０［ｗｔ％］～３０［ｗｔ％］のＰｔ－Ｉｒ合金等のＰｔ系合金製のるつぼ２２を好適に使用できる。

【0020】

なお、凹部１５ａの底面から中央高さ付近までるつぼ受軸１６の周囲は耐熱材からなるリング部材１４ａにより囲まれて、炉１４の下部が断熱される構成となっている。炉１４の内外にるつぼ２２を出し入れする際には、凹部１５ａに設けられたリング部材１４ａを下方から取外して、凹部１５ａの底部からるつぼ２２をるつぼ受軸１６ごと出し入れすればよい。

【0021】

また、基体１２を貫通して凹部１５ａに開口し、炉１４の内外を連通する吸気管２４が設けられている。また、炉１４の中心軸に沿って炉１４の上部を貫通して、炉１４の内外を連通する排気管２６が設けられている。これによって、炉１４内が大気雰囲気になるように構成されているが、炉１４内の加熱中に、例えば、吸気管２４からの大気の流入量等を調整して炉１４内の雰囲気（例えば、酸素濃度）を調整してもよい。また、吸気管２４から積極的に所定の種類のガス（例えば、酸素）を導入して炉１４内を所定の雰囲気（例えば、酸素雰囲気）に調整してもよい。なお、吸気管２４は炉１４における下部側に設けられ、排気管２６は炉１４における上部側に設けられていればよく、吸気管２４および排気管２６の位置は限定されない。

【0022】

また、炉空間１５には、るつぼ２２およびるつぼ受軸１６を囲む炉心管２８、および炉心管２８を囲む炉内管３０が設けられ、炉心管２８と炉内管３０との間に発熱体３４が設けられている。

【0023】

炉心管２８は、凹部１５ａの底面から炉空間１５の最上面まで延設されると共に上部には天板２８ａが設けられて、るつぼ２２およびるつぼ受軸１６の側方および上方を囲んでいる（ただし、排気管２６の下端が天板２８ａを貫通して、炉１４内（炉心管２８内）に開口している）。炉心管２８によれば、るつぼ２２と発熱体３４とを隔離することができる。したがって、仮に高温により発熱体３４の一部等が熔解した場合でも、るつぼ２２の中（酸化ガリウム結晶の中）への当該熔解物の混入を防止できる。

【0024】

また、炉内管３０は、炉空間１５の底面から最上面まで延設されて炉心管２８の中央高さ付近から上部までの側方を囲んでいる。炉空間１５の底面にはリング状の支持部材３２が設けられて、炉内管３０を支持している。炉内管３０によれば、発熱体３４と炉空間１５の外壁を構成するリング部材１４ａとの間を遮断して、高温によるリング部材１４ａの焼結や変形やひび割れを防止できる。また、発熱体３４の熱を炉心管２８側へ反射して炉空間１５を加熱でき、熱を無駄なく利用できる。炉心管２８および炉内管３０も、リング部材１４ａと同様に耐熱材からなる。

【0025】

また、発熱体３４は、通電されることにより発熱する抵抗加熱発熱体であって、図１に示すように、先端側の発熱部３４ａが炉１４内で鉛直方向に延設されると共に、基部側の導電部３４ｂが水平方向に屈曲して炉１４の側部を貫通して炉１４外で外部電源（不図示）に接続されている。ただし、導電部３４ｂを屈曲させることなくそのまま鉛直方向に延設して炉１４の上部を貫通させる構成としてもよい（不図示）。また、発熱体３４は、炉１４の中心軸上に位置するるつぼ２２の周囲を、炉心管２８を隔てて円形に囲むようにして複数配設されている（図１には２個を示したが、発熱体３４の数は限定されない）。以上の構成によって、炉１４内において、るつぼ２２周辺に、上部側の温度が高く、下部側の温度が低くなるような垂直方向の温度勾配を形成することが可能になっている。酸化ガリウム（β－Ｇａ_２Ｏ_３）結晶育成用抵抗加熱発熱体としては、先端がＵ字状に形成されたＭｏＳｉ_２からなる発熱体３４を好適に使用できる。

【0026】

一方、発熱体３４を、高周波誘導による発熱体としてもよい。この場合、炉１４の外周に高周波コイルを設けると共に、炉空間１５においてるつぼ２２の周囲を囲むようにして上部が閉塞された円筒状の発熱体を設けるとよい。酸化ガリウム（β－Ｇａ_２Ｏ_３）結晶育成用の高周波誘導による発熱体としては、Ｒｈ含有量が１０［ｗｔ％］～３０［ｗｔ％］のＰｔ－Ｒｈ合金等のＰｔ系合金製であって、全面にジルコニアコートを施してある発熱体を好適に使用できる（高周波誘導による発熱体に係る構成はいずれも不図示）。

【0027】

以上の構成を備える酸化ガリウム結晶の製造装置１０は、一例として、以下のようにして、垂直ブリッジマン法を適用して酸化ガリウム（例えば、β－Ｇａ_２Ｏ_３）結晶を製造することができる。先ず、るつぼ２２の底部に種結晶を収容し、当該種結晶の上に酸化ガリウムの原料（結晶原料）を収容する。次に、当該るつぼ２２をるつぼ受軸１６（アダプタ２０）上に載置し、発熱体３４により炉１４内（るつぼ２２）を約１８００［℃］で加熱して結晶原料を融解させる。そして、炉１４内におけるるつぼ２２周辺に、上側の温度が高く、下側の温度が低くなるような垂直方向の温度勾配を形成し、るつぼ２２をるつぼ受軸１６を介して下降させる。これによって、原料融液が冷却することによる固化現象を利用して、種結晶を起点に当該原料融液を下側から結晶成長させていくことができる。

【0028】

続いて、本実施形態に特徴的な炉１４内で生成された有害物質を含むガスの拡散防止に関する機構について説明する。ここでいう「有害物質」とは、酸化雰囲気の高温炉において生成され、例えば不快な臭気や金属の腐食性を有し、環境、人体、装置１０、または結晶品質のいずれかに悪影響を及ぼす物質を意味し、具体的には、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）等に例示される。

【0029】

先ず、本実施形態に係る酸化ガリウム結晶の製造装置１０は、炉１４よりも上方にダクト３６を備えている。これによれば、炉１４内から流出するガスをダクト３６内を通流させて所定の場所へ排出できる。

【0030】

また、ダクト３６の途中には排気ファン３８および有害物質除去装置４０を備えている。これによれば、排気ファン３８を動作させて炉１４内から流出するガスをダクト３６内に積極的に引き込み、有害物質除去装置４０によって含有する有害物質を除去したうえで、所定の場所へ排出できる。したがって、炉１４内で生成される有害物質の炉１４の周囲への拡散を防止できる。

【0031】

図１では、ダクト３６における、上流側に排気ファン３８、下流側に有害物質除去装置４０が配設されているが、逆に、上流側に有害物質除去装置４０、下流側に排気ファン３８が配設されてもよい。また、排気ファン３８および有害物質除去装置４０はそれぞれ複数配設されてもよい。

【0032】

また、排気ファン３８としては特に限定されず、排気機能を有する公知のファンを用いればよい、一例として、シロッコファン、斜流ファン、ターボファン等が挙げられる。

【0033】

また、有害物質除去装置４０としては特に限定されず、有害物質の種類に応じてそれぞれの物質を除去する機能を有する公知の装置を用いればよい。ここで、有害物質の除去方法として、一般的には、有害物質を捕捉もしくは吸収する方法、希釈して無害にする方法、化学的に分解したり、無害な物質に変化させる方法等が知られている。より具体的に、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去方法としては、乾式法および湿式法が知られている。乾式法の例としては、窒素酸化物（ＮＯｘ）にアンモニア等の還元性ガスを加え、触媒作用によって窒素（Ｎ_２）にまで還元する方法が知られている。湿式法の例としては、窒素酸化物（ＮＯｘ）をアルカリや酸の水溶液に通して吸収する方法が知られている。有害物質除去装置４０としては、こうした方法により有害物質を除去する機能を有する各種の装置を適宜用いればよい。

【0034】

また、ダクト３６の下端部３６ａは、炉１４における排気管２６の上端部２６ａに離間して且つ対向して設けられている。これによれば、排気管２６から排出される炉１４内のガスを、排出方向と軸を一致させて開口するダクト３６内へと導いて引き込むことができる。したがって、炉１４内から流出するガスの殆どを漏らすことなくダクト３６内へ流入させて除去することができる。

【0035】

一方、ダクト３６と排気管２６とを直接接続する構成の方が、炉１４内のガスをより確実にダクト３６内へ流入可能にはなる。しかしながら、当該構成では、炉１４内の雰囲気の調整（例えば、ガスの種類、濃度、流量等の調整）が困難になる。また、排気ファン３８の作用によって吸気管２４から炉１４内へ流入するガス量が増加し、炉１４内の温度の調整（例えば、温度勾配の形成）も困難になる。その結果、結晶品質が低下するおそれがある。

【0036】

これに対して、本実施形態によれば、ダクト３６の下端部３６ａと排気管２６の上端部２６ａとを対向させることで、ダクト３６と排気管２６とを離間させながらも、排気管２６から排出される炉１４内のガスを拡散させることなくダクト３６内へ流入させることができる。さらに、炉１４内の雰囲気および温度分布に悪影響が及ぶこともなく、且つこれらの制御が可能であるため、結晶品質が低下することもない。

【0037】

ここで、炉空間１５において、発熱体３４の周辺領域は、最も高温になることから、有害物質が生成され易い領域であると考えられる。一方、図１に示すように、排気管２６が開口している炉空間１５と、発熱体３４が配設されている炉空間１５とは、炉心管２８によって隔離されていることから、発熱体３４の周辺領域のガスが、排気管２６を介して排出され難い構成となっている。

【0038】

これに対して、本実施形態では、炉１４の上方および側方を囲む囲い部４２をさらに備え、囲い部４２の上部に設けられた開口部４２ａにダクト３６の下端部３６ａが連結されている。これによれば、炉１４の側方を囲むことで、炉１４に形成された隙間（例えば、発熱体３４（抵抗加熱発熱体）の導電部３４ｂが炉１４を貫通して炉１４外の外部電源に接続される場合の導電部３４ｂと炉１４を構成する断熱材との隙間）等の排気管２６以外のところから炉１４外へ流出するガスの周囲への拡散を防止できる。このようなガスは、主として、前述の排気管２６を介して排出され難い、発熱体３４の周辺領域のガスであり、囲い部４２によれば、当該ガスに含まれる有害物質の拡散を防止することが可能になる。また、炉１４の上方を囲むことで、排気管２６から排出される炉１４内のガスの拡散をより確実に防止できるようになる。

【0039】

なお、囲い部４２を、炉１４の上方および側方に加えて、炉１４の下方も囲む構成としてもよい。これによれば、炉１４に形成された隙間等の排気管２６以外のところから炉１４外へ流出するガスの周囲への拡散をより確実に防止できる。

【0040】

また、囲い部４２は、金属やガスバリア性を有する合成樹脂等の、ガスバリア性材料を用いて、板体またはシート体に形成すればよい。ガスバリア性材料で全体を形成してもよく、またはそれ以外の材料にガスバリア性材料でコーティングしてガスバリア層を形成させてもよい。

【実施例】

【0041】

（試験１）
本実施形態に係る酸化ガリウム結晶の製造装置１０（垂直ブリッジマン炉）において、β－Ｇａ_２Ｏ_３結晶の育成を行い、育成中の炉１４の上方および周囲のガス環境を測定した。図２に当該酸化ガリウム結晶の製造装置１０の写真を示す（図２（ａ）は正面の写真、図２（ｂ）は上部の写真）。
結晶育成に関し、発熱体３４は抵抗加熱発熱体とし、炉１４内の雰囲気は、酸化雰囲気下において、β－Ｇａ_２Ｏ_３結晶を育成するうえで適した雰囲気に適宜調整した。
炉１４内のガスの排気に関し、囲い部４２は、図２に示すように、スチール製の板体として、炉１４の側方だけを囲む構成とした。

【0042】

測定方法は、所定の地点のガスを採取し、測定器により各種の有害物質の濃度を測定した。
ガス採取時の温度条件は、室温：２６．１５［℃］、発熱体温度：１８１６．７０［℃］、１８１７．８５［℃］（複数配設される発熱体３４のうち２個を測定）、炉内温度：１７８３．５５℃［℃］、１７７９．５５［℃］（るつぼ２２における２地点を測定）であった。
ガスの採取点（測定点）は、図２に丸印で示すように、「炉１４の上面上における排気管２６が配設されていない位置」（測定点１）、および「炉１４に隣設される電装部１１の上面上の位置」（測定点２）の２箇所とした。
測定器は、ガステック製の気体採取器セットＧＶ－１００Ｓ（商品名）を用いた。結果を表１に示す。

【0043】

【表1】

【0044】

炉１４の上方（測定点１）からは二酸化窒素（ＮＯ_２）が２［ｐｐｍ］検出されたが、その他の有害物質はいずれも検出されなかった。このことから、酸化雰囲気下において、約１８００［℃］（β－Ｇａ_２Ｏ_３の融点は約１７９５［℃］）の高温で加熱された炉１４から、少なくとも有害物質である二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成されたことが示された。しかしながら、検出された濃度は２［ｐｐｍ］とごく微量であったことから、本実施形態に係る排気機構（特に、ダクト３６および排気ファン３８）によって殆どの二酸化窒素が除去されたことが示された。

【0045】

一方、炉１４の周囲（測定点２）からは二酸化窒素（ＮＯ_２）をはじめ、各種の有害物質はいずれも検出されなかった。このことから、炉１４内で生成される有害物質を含むガスの炉１４の周囲への拡散が確実に防止されていることが示された。

【0046】

（試験２）
本実施形態に係る排気機構（ダクト３６、排気ファン３８、有害物質除去装置４０、および囲い部４２）を備えていない、従来の酸化ガリウム結晶の製造装置（垂直ブリッジマン炉）における、稼働炉および未稼働炉の周囲のガス環境を調査した。

【0047】

本試験では、試験１の測定点２と同位置である「炉１４に隣設される電装部１１の上面上の位置」にＢＴＢ（ｂｒｏｍｏｔｈｙｍｏｌ ｂｌｕｅ）溶液を入れたスチロール容器を載置した。
「稼働炉」では載置後に試験１と同様にしてβ－Ｇａ_２Ｏ_３結晶の育成を行った。一方、「未稼働炉」では装置を稼働させずにそのまま放置した。
そして、それぞれの載置後４８時間後のＢＴＢ溶液の色変化を目視により確認した。なお、載置時のＢＴＢ溶液は中性を示す緑色であった。

【0048】

結果の写真を図３に示す（ただし、試験中はスチロール容器の蓋は開いていた）。図３の（ａ）が「未稼働炉」、（ｂ）が「稼働炉」である。
図３に示すように、「未稼働炉」ではＢＴＢ溶液の色変化はなく、緑色（中性）のままであったのに対して、「稼働炉」ではＢＴＢ溶液が黄色に変化し、酸性を示した。このことから、結晶育成に伴う炉の高温加熱により酸化性ガスが生成されたことが示された。そして、本実施形態に係る排気機構（ダクト３６、排気ファン３８、有害物質除去装置４０、および囲い部４２）を備えていない従来の装置では、当該酸化性ガスが炉の周囲に拡散し、ＢＴＢ溶液を酸性に変化させたことが示された。なお、試験１の結果も考慮すると、本試験の「稼働炉」で生成された酸化性ガスは、二酸化窒素（ＮＯ_２）に例示される窒素酸化物（ＮＯｘ）と推測された。

【符号の説明】

【0049】

１０ 金属酸化物単結晶製造装置（酸化ガリウム結晶の製造装置）、１１ 電装部、１２ 基体、１４ 結晶育成炉（炉）、１５ 炉空間、１６ るつぼ受軸、２０ アダプタ、２２ るつぼ、２４ 吸気管、２６ 排気管、２８ 炉心管、３０ 炉内管、３４ 発熱体、３６ ダクト、３８ 排気ファン、４０ 有害物質除去装置、４２ 囲い部

【図1】

【図2】

【図3】