KR100505358B1 - 에이치브이피이법을 이용한 지에이엔 단결정 성장장치,방법 및 이 방법에 의해 성장되는 지에이엔 단결정 - Google Patents

에이치브이피이법을 이용한 지에이엔 단결정 성장장치,방법 및 이 방법에 의해 성장되는 지에이엔 단결정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HVPE 법을 이용한 GaN 단결정 성장에 관한 것으로, 외부전원에 연결되어 발열되는 열선코일(102)이 형성된 전기로 본체(100)와; 상기 전기로 본체(100)에 형성되어 전기로 본체(100)의 발열온도를 감지하는 열전대(110)와; 상기 전기로 본체(100)에 형성되어 외측으로 돌출된 튜브형상의 성장관(120)과; 상기 성장관(120) 내부에 형성되는 기판(130)과; 관형상으로 형성되며, 성장관 내외측으로 출입되며, 원료시약인 Ga소스와 HCl가스를 수용하여 성장관 내부로 공급시키는 제1공급관(140)과; 관형상으로 형성되고, 상기 성장관(120) 내측으로 출입되며, 트리메틸 갈륨(Ga(CH3)3,TMGa)과 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, TMAl)을 공급시키는 제2공급관(150)과; 관형상으로 형성되고, 상기 성장관(120) 내측으로 출입되며, NH3 가스를 공급시키는 제3공급관(160);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장장치, 단결정 성장방법 및 이 방법에 의해 성장되는 단결정을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 기존의 GaN 박막 및 단결정 육성시 문제가 되었던 기판 위의 격자 부정합에 대한 문제점을 해결함과 동시에 버퍼층 육성 및 단결정 형성을 하나의 장치내에서 시행할 수 있으며, 거대 단결정을 형성 시킬 수 있다는 이점이 있다.

Description

에이치브이피이법을 이용한 지에이엔 단결정 성장장치, 방법 및 이 방법에 의해 성장되는 지에이엔 단결정{GaN single crystal and their manufacturing method and their manufacturing apparatus}
본 발명은 in-situ HVPE 법을 이용한 GaN 단결정 성장에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수평전기로를 이용하여 하이드라이드 베이퍼 페이즈 에피탁시(Hydride vapor phase epitaxy, 이하 HVPE 법이라 함.)법과 메탈오가닉 케미칼 베이퍼 디포지션(metalorganic chemical vapor deposition, 이하 MOCVD 법이라 함.)법을 혼용하여 버퍼층 문제를 해결함과 동시에 안정된 GaN 단결정을 형성시키는 HVPE 법을 이용한 GaN 단결정 성장장치, 방법 및 이 방법에 의해 성장되는 GaN 단결정을 기술적 요지로 한다.
근래에 들어 국내에서는 레이저 다이오드(laser diode, LD) 개발을 위해 격자 결함이 거의 없는 GaN 단결정 기판 제조에 대한 연구가 행해지고 있다.
GaN 박박 성장방법 중의 하나인 MOCVD 방법은 도1에 나타내었다.
상기의 방법은 GaN 박막을 형성시키는 데는 유리하나, 대량의 유입가스 중 일부만이 단결정 형성에 기여하게 되어 수율이 낮아짐과 동시에 성장속도도 느릴뿐만 아니라, 두꺼운 GaN 단결정을 형성하지 못한다는 문제점이 있다.
현재 기판에 대하여 독립적으로 성장시킨 경우는 hydride vapor phase epitaxy (HVPE)을 사용하여 사파이어 기판 위에 두꺼운 GaN 층을 성장 시켜서 얻어진 것으로 개략적인 장치도는 도2에 나타내었다.
그러나 종래의 HVPE 법에 의한 GaN 단결정의 육성에 있어서 사파이어, SiC, GaAs 등 기판을 사용하는 경우, 기판과의 열팽창에 의한 쪼개짐을 항상 내재하고 있기 때문에 단결정 성장에 항상 문제점을 지니고 있는 것이다.
그래서 GaAs 기판 위에 SiO2 마스크(mask)를 사용하거나, 격자 결함이 적은 AlN 버퍼층을 올리는 연구가 진행되고 있다. 최근에는 LiGaO2 와 같이 격자 부정합이 0.9% 이하인 고온 단결정을 육성하여 기판으로 사용하는 경우가 보고되고 있다.
실제로 일반 기판(사파이어, SiC, GaAs, Si ) 위에 GaN 버퍼층을 MOCVD 장치에 의해 육성되어진 것을 기판으로 사용하여 HVPE 장치에서 GaN 단결정을 성장시키는 사례가 보고되어 있다.
그러나 상기 종래기술은 낮은 온도에서 일반 기판 위에 GaN 버퍼층을 MOCVD법으로 육성시키고, 육성된 기판을 HVPE 장치로 옮겨서 HVPE 법으로 GaN 단결정을 성장시키게 되므로 장비 운영에 있어서 불합리하며 in-situ 과정이 없기에 고품위 단결정을 확보하는데 문제점이 발생할 소지가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기판의 격자부정합에 의한 문제를 최소화시킴과 동시에 in-situ 과정에 의해 단결정을 성장시킴에 의해 양질의 단결정을 형성시킬 수 있는 개량된 in-situ HVPE 법을 이용한 GaN 단결정 성장장치, 성장방법 및 이 방법에 의해 성장되는 GaN 단결정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부전원에 연결되어 발열되는 열선코일이 형성된 전기로 본체와; 상기 전기로 본체에 형성되어 전기로 본체의 발열온도를 감지하는 열전대와; 상기 전기로 본체에 형성되어 외측으로 돌출된 튜브형상의 성장관과; 상기 성장관 내부에 형성되는 기판과; 관형상으로 형성되며, 성장관 내외측으로 출입되며, 원료시약인 Ga소스와 HCl가스를 수용하여 성장관 내부로 공급시키는 제1공급관과; 관형상으로 형성되고, 상기 성장관 내측으로 출입되며, 트리메틸 갈륨(Ga(CH3)3,TMGa)과 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, TMAl)을 공급시키는 제2공급관과; 관형상으로 형성되고, 상기 성장관 내측으로 출입되며, NH3 가스를 공급시키는 제3공급관;을 포함하여 구성되는 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장장치를 기술적 요지로 한다.
그리고 본 발명은 전기로 본체 내부에 형성된 성장관에 수용되며, 성장관 외측으로 연장된 제1공급관을 아웃가스 영역측으로 돌출시켜 제1공급관 내부에 갈륨(Ga)소스를 위치시키는 갈륨소스 형성과정과; 상기 갈륨소스가 수용된 제1공급관을 성장관의 전면측인 비반응영역으로 유동시켜 상기 전기로 본체의 외측 성장관에 수용되게 하는 기초유동과정과; 상기 성장관 내부로 출입되는 제2공급관 및 제3공급관을 상기 성장관의 반응영역에 위치시켜, 상기 제2공급관을 통하여 트리메틸 갈륨(Ga(CH3)3,TMGa)과 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, TMAl)을 기판측으로 공급함과 동시에 제3공급관을 통하여 NH3 가스를 기판측으로 공급하여 기판에 AlGaN 버퍼층을 형성시키는 버퍼층 형성과정: 상기 제1공급관을 상기 성장관 내부의 반응영역으로 이동시키는 반응유동과정과; 상기 제1공급관을 통하여 HCl가스를 공급함에 의해 제1공급관에 수용된 갈륨과 HCl이 반응하여 형성된 GaCl을 성장관 내부로 공급시키고, 상기 제3공급관을 통하여 NH3 가스를 공급함에 의해 기판에 형성된 버퍼층에 GaN 단결정을 형성시키는 단결정 형성과정;을 포함하여 구성되는 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장방법 및 이 방법에 의해 성장되는 GaN 단결정을 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 제1공급관의 전방부 일부는 성장관의 전면 외부에 형성된 서스관에 삽입수용되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 기판의 격자부정합에 의한 문제를 최소화 시킴과 동시에 양질의 단결정을 얻을 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 GaN 단결정 성장장치의 개략도이고, 도4는 본 발명에 따른 제1공급관에 서스관이 연결된 형상을 나타낸 도이고, 도5는 본 발명에 따른 기판 위에 버퍼층을 성장시키기 위해 성장에 필요한 Ga 소스를 미리 삽입하는 과정을 나타내는 공급관의 위치를 나타낸 개략도이고, 도6은 본 발명에 따라 기판 위에 버퍼층 육성 시 공급관의 위치를 나타낸 개략도이고, 도7은 본 발명에 따른 버퍼층 위에 GaN 단결정을 성장시키는 과정의 공급관의 위치를 나타낸 개략도이며, 도8은 본 발명에 따른 GaN 단결정 성장과정을 나타낸 도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 GaN 단결정 성장장치는 크게 전기로 본체(100)와, 열전대(110)와, 성장관(120)과, 기판(130)과, 제1공급관(140)과, 제2공급관(150), 그리고 제3공급관(160)으로 구성된다.
먼저 전기로 본체(100)에 대해 설명한다.
상기 전기로 본체(100)는 수평가열로 형태이며, 중앙부에는 후술하는 성장관(120)이 수용되며, 상기 전기로 본체(100)에는 외부전원과 연결되어 발열되는 열선코일(102)이 형성되어 외부전원을 인가받아 발열된다. 여기서 단결정 성장 시 열선코일(102)의 발열온도는 850℃∼1100℃정도가 된다.
그리고 상기 전기로 본체(100)에는 상기 열선코일(102)의 발열온도를 감지하는 열전대(110)가 형성되어 상기 전기로 본체(100)의 발열온도를 감지하여 온도를 제어할 수 있게 한다.
여기서 상기의 전기로 본체(100)의 내부는 반응영역(121)으로, 편의상 등간격의 6개의 공간으로 나누어지며, 전기로 본체의 좌측부터 1영역, 2영역, .... 6영역으로 구분되며, 상기 각각의 영역은 온도구배가 되며 후술하는 성장관(120)이 설치되더라도 마찬가지이다.
그리고 상기 전기로 본체(100)의 외부영역 중 후술하는 성장관(120)의 내부에 속하는 영역 중 전방에 형성된 영역은 비반응영역(122)인 8영역이되고, 후방부 영역은 아웃가스영역(123)인 7영역이 된다.
또한 상기 열전대(110)는 상기 각각의 공간 영역의 중간지점에 설치되어 온도구배의 안정성을 확보한다.
상기 전기로 본체(100)의 공간부(101) 내부로는 성장관(120)이 삽입수용되는 바, 상기 성장관(120)은 석영관이며, 후술하는 제1,제2,제3공급관(140)(150)(160)이 상기 성장관(120)의 내부로 출입하게 구성된다.
그리고 상기 성장관(120)은 상기 전기로 본체(100)의 외측으로 소정돌출되게 형성되어, 상기 전기로 본체(100)의 공간 내부의 반응영역(121) 중 2영역이 Ga소스와 HCl이 반응하는 영역이 되고, 5영역은 버퍼층 형성 및 GaN 단결정 형성의 반응영역이 된다. 또한 상기에서 언급한 바와 같이, 성장관(120)의 내부 중, 상기 전기로 본체(100)의 전면으로 돌출된 부분인 8영역은 비반응영역(122)이 되며, 후면의 전기로 본체(100)의 후면측으로 돌출된 성장관(120)의 내부영역인 7영역은 가스가 배출되는 아웃가스 영역(123)이된다.
그리고 상기 성장관(120)의 내부에는 기판(130)이 형성되는 바, 상기 기판(130)의 형성위치는 상기 성장관(120)의 반응영역(121) 중 5영역의 대략중앙부 대응위치에 설치되는 것이 가장 이상적이었다.
상기 성장관(120) 내부로는 상기 기판(130)에 버퍼층을 형성시키며, 버퍼층에 단결정을 형성시키는 원료물질이 공급되어야 하는 바, 상기 성장관(120) 외부로 연장됨과 동시에 상기 성장관(120) 내부로 출입되는 3개의 공급관에 의해 원료물질이 공급된다.
상기 원료물질 공급관은 크게 제1공급관(140)과, 제2공급관(150)과, 제3공급관(160)으로 구성되며, 석영관 재질이다.
상기 제1공급관(140)은 상기 성장관(120)의 전면과 후면을 통하여 길게 연장되어 연결된 관으로 상기 일측단부가 성장관(120)의 후방측으로 이동되는 경우 제1공급관(140)에는 원료물질인 갈륨(Ga)소스가 미리 수용되며, 단결정 성장 시 상기 제1공급관(140)을 통하여 HCl 가스와 운반자 가스가 공급된다.
그리고 상기 성장관(120)의 전면 외부에는 상기 제1공급관(140)의 외부를 감쌈과 동시에 전방부에 진공패킹링(171)이 형성된 서스관(170)이 설치되어 상기 제1공급관(140) 중 성장관(120)의 전면 외부로 돌출된 일부 돌출부분을 둘러싸게 설치된다.
상기 제2공급관(150)은 상기 제1공급관(140)과 같은 재질의 관형상이고, 상기 제1공급관(140)과 소정 이격되게 상기 제1공급관(140)을 감싸는 형상이며, 상기 성장관(120)의 내측에서 외측부분으로 연장형성된다.
상기 제2공급관(150)을 통하여는 트리메틸갈륨(Ga(CH3)3, TMGa)과 트리메틸알루미늄(Al(CH3)3, TMAl)이 공급된다.
그리고 상기 제3공급관(160)은 상기 제2공급관(150)과 같은 재질의 관형상이고, 상기 제2공급관(150)과 소정 이격되게 상기 제2공급관(150)을 감싸는 형상이며, 상기 성장관(120)의 내측에서 외측부분으로 연장형성된다.
상기 제3공급관(160)을 통하여는 NH3 가스가 상기 성장관(120) 내부의 5영역으로 공급된다.
상기의 구성에 의한 작동효과는 후술하는 바와 같다.
상기 in-situ HVPE 성장장치로부터 결정을 육성하는 경우, 가장 먼저 해두어야 할 사항이 Ga 소스의 삽입이다.
먼저 사용자는 상기 제1공급관(140)을 도5와 같이, 상기 아웃가스 영역(123)측인 6영역 또는 7영역측으로 돌출되게 하여 Ga 소스를 상기 제1공급관(140)에 수용되게 위치시키는 것이다.
상기 수용된 Ga 소스는 기판(130)에 MOCVD법에 의해 형성된 버퍼층 위에 단결정을 형성시 킬 때 사용하기 위함이다.
제1공급관(140)에 상기 Ga 소스가 수용되면, 상기 Ga 소스는 비반응영역(122)인 8영역으로 옮겨져야 하는 바, 상기 제1공급관(140)을 상기 성장관(120)의 전면측으로 이송시켜 도6과 같이, 상기 제1공급관(140)의 단부가 상기 성장관(120)의 비반응영역(122)인 8영역으로 오게 함과 동시에, 상기 제2,제3공급관(150)(160)의 단부가 상기 성장관(120) 내부에서 상기 전기로 본체(100)의 4영역에 대응되는 위치에 오게 한다. 물론 이때 상기 기판(130)은 상기 성장관(120) 내부의 5영역 대응위치에 놓여지게 된다.
여기서 상기 제1공급관(140)의 수평이동을 자유롭게 하기 위해서는 상기 제1공급관(140)은 길이가 상당히 길어야 한다.
특히, 제1공급은 상기에서 설명한 바와 같이, 수평으로 좌우 이동이 가능하도록 성장관(120) 외부에서는 서스(SUS316)관속으로 삽입되고, 서스관(170)의 우측단부에는 상기 제1공급관(140)의 외표면을 감싸는 형상의 진공패킹링(171)이 설치되어 우측이 밀봉되어야 한다. 이는 상기 제1공급관으로 공급되는 HCl 가스의 유입은 서스관(170)을 통하여 유입되므로, 서스관(170)으로 유입된 HCl 가스가 제1공급관(140)으로 유입되게 함과 동시에 외부로 누출되는 것을 방지하기 위함이다.
상기의 상태에서 상기 제2공급관(150)에서는 외부로 부터 성장관(120) 내부로 TMGa와 TMAl이 운반자가스에 의해 공급되며, 제3공급관(160)에서는 성장관(120) 내부로 외부에서 부터 NH3 가스가 공급된다. 이때, 상기 전기로 본체(100)는 열선코일(102)의 발열에 의해 발열된 상태가 된다.
상기와 같이, TMGa와 TMAl 및 NH3 기스의 공급에 의해 기판위에는 AlGaN버퍼층이 형성된다.
이를 상세히 설명하면, Al(CH3)3 + Ga(CH3)3 + 운반자가스(carrier gas), NH3 + 운반자가스(carrier gas)인 반응소스가 제2공급관(150) 및 제3공급관(160)을 통하여 버퍼층이 생성되도록 최적의 양으로 상기 성장관(120) 내부로 유입됨에 의해 기판위에 AlGaN 버퍼층이 형성된다.
상기의 과정에 의해 상기 기판(130)위에는 GaN 단결정을 육성하기 위한 버퍼층이 형성되어 후에 형성되는 GaN 단결정과 기판(130)과의 격자 부정합을 최소화시켜서 결함밀도가 낮아지게 된다.
적절한 버퍼층이 형성되고 난 후에는 버퍼층에 단결정을 형성하여야 하는 바, 도7과 같이, 상기 제1공급관(140)을 성장관(120) 내부로 밀어넣어 제1공급관(140)의 단부가 상기 성장관(120)의 제4영역 대응위치에 오게 한다.
상기의 상태에서 상기 제1공급관(140)을 통하여는 Ga 소스가 수용된 상태에서의 제1공급관(140)에 HCl 가스가 흘러 성장관(120) 내부로 공급된다. 그리고 상기 제3공급관(160)을 통하여는 NH3 가스가 공급된다.
상기의 상황에서 상기 HCl 이 흐르는 제1공급관(140) 내부에서는 아래와 같은 반응이 진행된다.
Ga + HCl ---(800∼900℃)----> GaCl + H2/2
이 때, 상기의 반응이 충분히 진행되기 위해서는 상기 제1공급관(140)에 수용된 Ga 소스는 상기 성장관(120)에서 4영역 대응위치보다는 좌측에 있어야 하며 최적의 위치는 2영역 대응위치가 되는 것이 바람직하다.
상기의 반응이 일어난 후, 상기 제1공급관(140)에서의 반응물인 GaCl가 운반자가스와 함께 상기 성장관(120) 내부로 유입된다.
상기와 같이 유입된 물질인 GaCl과 상기 제3공급관(160)에서 공급된 물질인 NH3는 5영역에서 아래와 같은 반응을 일으킨다.
GaCl + NH3 --(1000℃ 부근)----> GaN + HCl + H2
즉, 상기 기판의 버퍼층 형성면 위에 GaN 단결정이 형성되는 것이다.
이상은 단결정 성장장치에 대해 설명하였으며, 이하에서는 단결정 성장방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 GaN 단결정 성장방법은 크게 갈륨소스 형성과정과, 기초유동과정과, 버퍼층 형성과정과, 반응유동과정과 그리고 단결정 형성과정으로 구성된다.
먼저 갈륨소스 형성과정에 대해 설명한다.
갈륨소스 형성과정은 상기 제1공급관(140)의 특정위치에 갈륨소스를 수용시키는 과정으로 상기 제1공급관(140)을 상기 아웃가스 영역(123)측인 6 또는 7영역으로 이동 한 다음, 상기 제1공급관(140)의 내부 소정위치에 갈륨소스를 위치시키는 과정으로 제1공급관(140)에 위치된 상기 갈륨소스는 후에 기판(130)에 형성된 버퍼층에 GaN 단결정을 형성시키는 경우에 사용된다.
상기의 과정후에는 상기 기판(130)위에 버퍼층을 형성시키는 공급관들의 재배열을 위한 관의 유동과정인 기초유동과정이 진행된다.
상기 기초유동과정에서 상기 Ga 소스가 수용된 제1공급관(140)은 상기 성장관(120)을 따라 유동시켜 상기 제1공급관(140)의 단부가 상기 성장관(120)의 전면부인 비반응영역(122)인 8영역에 위치되게 함과 동시에, 상기 제2공급관(150), 제3공급관(160) 및 보조공급관(170)은 상기 성장관(120) 내부로 밀어 넣음에 의해 완료된다.
이때 상기 제2, 제3공급관(150)(160)의 단부는 상기 성장관(120)의 4영역 대응위치에 위치되며, 기판(130)은 5영역 대응위치에 위치되게 된다.
상기의 상태에서 버퍼층 형성과정이 진행되는 바, 상기 제2공급관(150)을 통하여는 TMGa, TMAl 그리고 운반자 가스가 공급됨과 동시에 제3공급관(160)을 통하여는 NH3가스가 공급되어 상기 기판(130)의 상면에 버퍼층이 형성되는 것이다.
상기의 상태가 완료되면 상기 버퍼층 위에 GaN 단결정을 형성시켜야 하는 바, 버퍼층에 단결정을 형성하기 위해서는 반응유동과정이 진행된다.
상기 반응유동과정에서는 상기 제2공급관(150) 및 제3공급관(160)의 위치이동은 없는 상태에서, 상기 제1공급관(140)을 성장관(120) 내부 즉, 제1공급관(140)의 단부가 반응영역(121)인 4영역 대응위치에 오게 제1공급관(140)을 성장관(120) 내부로 밀어 정리함에 의해 완료된다.
상기의 상태에서 단결정 형성과정이 진행되는 바, 상기 제1공급관(140)에는 HCl 가스를 흘러보내주고, 상기 제3공급관(160)에서는 NH3 가스를 흘러보내준다.
상기 제1공급관(140)에서는 위의 장치설명에서 설명한 한 바와 같이, 갈륨과 HCl 가스가 반응하여 GaCl이 성장관(120) 내부로 유입된다. 유입된 GaCl은 NH3 가스와 반응하여 상기 기판의 버퍼층에 GaN 단결정이 형성되는 것이다.
상기의 구성에 의한 본 발명은, 기존의 GaN 박막 및 단결정 육성시 문제가 되었던 기판 위의 격자 부정합에 대한 문제점을 해결함과 동시에 버퍼층 육성 및 단결정 형성을 하나의 장치인 in-situ HVPE 법을 이용한 성장장치내에서 시행 할 수 있다는 효과가 있다.
도1 - 종래기술에 따른 HVPE 법을 이용한 GaN 단결정 성장장치의 개략도.
도2 - 종래기술에 따른 MOCVD 법을 이용한 GaN 단결정 성장장치의 개략도.
도3 - 본 발명에 따른 GaN 단결정 성장장치의 개략도.
도4 - 본 발명에 따른 제1공급관에 서스관이 연결된 형상을 나타낸 도.
도5 - 본 발명에 따른 기판 위에 버퍼층을 성장시키기 위해 성장에 필요한 Ga 소스를 미리 삽입하는 과정을 나타내는 공급관의 위치를 나타낸 개략도.
도6 - 본 발명에 따라 기판 위에 버퍼층 육성 시 공급관의 위치를 나타낸 개략도.
도7 - 본 발명에 따른 버퍼층 위에 GaN 단결정을 성장시키는 과정의 공급관의 위치를 나타낸 개략도.
도8 - 본 발명에 따른 GaN 단결정 성장과정을 나타낸 도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 전기로본체 102 : 열선코일
110 : 열전대 120 : 성장관
121 : 반응영역 122 : 비반응영역
123 : 아웃가스영역 130 : 기판
140 : 제1공급관 150 : 제2공급관
160 : 제3공급관 170 : 서스관
171 : 진공패킹링

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 외부전원에 연결되어 발열되는 열선코일(102)이 형성된 전기로 본체(100)와, 상기 전기로 본체(100)에 형성되어 전기로 본체(100)의 발열온도를 감지하는 열전대(110)와, 상기 전기로 본체(100)에 형성되어 외측으로 돌출된 튜브형상의 성장관(120)과, 상기 성장관(120) 내부에 형성되는 기판(130)과, 관형상으로 형성되며, 성장관 내외측으로 출입되며, 원료시약인 Ga소스와 HCl가스를 수용하여 성장관 내부로 공급시키는 제1공급관(140)과, 관형상으로 형성되고, 상기 성장관(120) 내측으로 출입되며, 트리메틸 갈륨(Ga(CH3)3,TMGa)과 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, TMAl)을 공급시키는 제2공급관(150)과, 관형상으로 형성되고, 상기 성장관(120) 내측으로 출입되며, NH3 가스를 공급시키는 제3공급관(160)을 포함하여 구성되은 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장장치에 있어서,
    상기 제1공급관(140)의 전방부 일부는 성장관(120)의 전면 외부에 형성된 서스관에 삽입수용됨을 특징으로 하는 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장장치.
  3. 전기로 본체(100) 내부에 형성된 성장관(120)에 수용되며, 성장관(120) 외측으로 연장된 제1공급관(140)을 아웃가스 영역(123)측으로 돌출시켜 제1공급관(140) 내부에 갈륨(Ga)소스를 위치시키는 갈륨소스 형성과정과;
    상기 갈륨소스가 수용된 제1공급관(140)을 성장관(120)의 전면측인 비반응영역(122)으로 유동시켜 상기 전기로 본체(100)의 외측 성장관(120)에 수용되게 하는 기초유동과정과;
    상기 성장관(120) 내부로 출입되는 제2공급관(150) 및 제3공급관(160)을 상기 성장관(120)의 반응영역(121)에 위치시켜, 상기 제2공급관(150)을 통하여 트리메틸 갈륨(Ga(CH3)3,TMGa)과 트리메틸 알루미늄(Al(CH3)3, TMAl)을 기판(130)측으로 공급함과 동시에 제3공급관(160)을 통하여 NH3 가스를 기판(130)측으로 공급하여 기판(130)에 AlGaN 버퍼층을 형성시키는 버퍼층 형성과정:
    상기 제1공급관(140)을 상기 성장관(120) 내부의 반응영역(121)으로 이동시키는 반응유동과정과;
    상기 제1공급관(140)을 통하여 HCl가스를 공급함에 의해 제1공급관(140)에 수용된 갈륨과 HCl이 반응하여 형성된 GaCl을 성장관(120) 내부로 공급시키고, 상기 제3공급관(160)을 통하여 NH3 가스를 공급함에 의해 기판(130)에 형성된 버퍼층에 GaN 단결정을 형성시키는 단결정 형성과정;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 HVPE법을 이용한 GaN 단결정 성장방법.
  4. 제3항의 방법을 이용하여 성장된 GaN 단결정.
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