KR100564265B1 - Apparatus and Method of Hydride Vapor Phase Epitaxy for AlGaN Growth - Google Patents

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Abstract

본 발명의 AlGaN 결정을 형성할 수 있는 HVPE 장치 및 방법은 반응관 내에 Ⅲ족 원료 금속인 알루미늄과 갈륨이 혼합된 알루미늄-갈륨 혼합물과 기판을 배치하고, Ⅴ족 원료 가스인 암모니아 가스, 알루미늄-갈륨 혼합물의 반응성을 위한 염화 수소 가스 및 이들을 수송하기 위한 캐리어 가스를 반응관으로 공급하여 기판 위에 AlGaN결정을 성장시킨다. 이때, 원료 금속으로 Ga과 Al의 혼합물을 사용함으로써 원료 금속의 온도를 용이하게 조절하고, 성장되는 AlGaN 결정의 Al과 Ga의 조성비를 간단하게 조절할 수 있으며, Al의 반응성을 위한 염화수소의 캐리어 가스를 별도로 필요로 하지 않게 된다.An HVPE apparatus and method capable of forming AlGaN crystals of the present invention are arranged in a reaction tube with an aluminum-gallium mixture containing aluminum and gallium, which is a Group III raw material metal, and a substrate, and ammonia gas and aluminum-gallium, which are Group V source gases. Hydrogen chloride gas for the reactivity of the mixture and a carrier gas for transporting them are fed to the reaction tube to grow AlGaN crystals on the substrate. At this time, by using a mixture of Ga and Al as the raw metal, it is possible to easily control the temperature of the raw metal, and to simply control the composition ratio of Al and Ga of the grown AlGaN crystals, and the carrier gas of hydrogen chloride for the reactivity of Al You do not need it.

AlGaN, HVPE, Al, Ga, 에피택시, 박막 성장AlGaN, HVPE, Al, Ga, epitaxy, thin film growth

Description

알루미늄 갈륨 나이트라이드 결정 성장용 수소화물 기상 박막 성장 장치 및 방법 {Apparatus and Method of Hydride Vapor Phase Epitaxy for AlGaN Growth}Apparatus and Method of Hydride Vapor Phase Epitaxy for AlGaN Growth for Aluminum Gallium Nitride Crystal Growth

도 1은 본 발명에 따른 수소화물 기상 박막 성장(HVPE) 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이고,1 is a schematic cross-sectional view of a hydride vapor phase thin film growth (HVPE) device according to the present invention,

도 2는 종래 기술에 따른 HVPE 장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic cross-sectional view of an HVPE device according to the prior art.

본 발명은 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 결정 성장용 수소화물 기상 박막 성장(Hydride Vapor Phase Epitaxy: HVPE) 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 원료 금속을 혼합하여 사용하여 AlGaN 결정을 성장시킬 수 있는 HVPE 장치 및 방법과 이러한 방법에 의해 성장되는 AlGaN 결정에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for hydride vapor phase epitaxy (HVPE) for growing aluminum gallium nitride (AlGaN) crystals. More specifically, AlGaN crystals can be grown using a mixture of raw metals. HVPE devices and methods and AlGaN crystals grown by these methods.

최근 청자색 또는 가시광 영역의 발광 소자 및 기타 고출력/고온 전자 소자의 제작과 관련하여 갈륨 나이트라이드(GaN)계의 결정을 성장시키는 기술이 제안되고 있다. 이 중, GaN계 결정의 하나인 AlGaN 결정을 성장시키기 위해서 HVPE 방법이 사용되고 있으며, 도 2에 종래 기술의 HVPE 장치가 도시되어 있다. Recently, a technique for growing a gallium nitride (GaN) -based crystal has been proposed in connection with fabrication of light emitting devices and other high power / high temperature electronic devices in the blue violet or visible light region. Among them, an HVPE method is used to grow an AlGaN crystal, which is one of GaN-based crystals, and the HVPE device of the prior art is shown in FIG.

HVPE 장치는 크게 반응관(10), 가스 공급부(20) 및 온도 조절부(30)로 이루 어진다. 반응관(10)에는 AlGaN 결정을 성장시키기 위한 원료 금속인 갈륨(Ga)과 알루미늄(Al)이 각각 장착되는 갈륨 장착부(50)과 알루미늄 장착부(60) 및 기판(40)이 배치된다. 가스 공급부(20)는 AlGaN 결정의 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급하며, 온도 조절부(30)는 반응관(10) 내에서 원료 금속 및 가스가 반응하여 결정을 성장시키도록 온도를 조절한다.The HVPE apparatus is composed of a reaction tube 10, a gas supply unit 20, and a temperature control unit 30. In the reaction tube 10, a gallium mounting portion 50, an aluminum mounting portion 60, and a substrate 40, on which gallium (Ga) and aluminum (Al), which are raw metals for growing AlGaN crystals, are mounted, are disposed. The gas supply unit 20 supplies a source gas and a carrier gas of AlGaN crystals, and the temperature controller 30 adjusts the temperature so that the source metal and the gas react to grow the crystals in the reaction tube 10.

AlGaN 결정을 성장하기 위해 필요한 V족 원소로는 암모니아(NH3) 가스가 사용되며 이러한 암모니아 가스는 가스 공급부(20)의 NH3 공급부(21)에서 공급된다. 또한, Ⅲ족 원료 금속인 갈륨(50)과 알루미늄(60)을 암모니아 가스와 반응할 수 있는 염화물(GaCl, AlCl) 형태로 만들어 주기 위해서 용융상태의 갈륨(50)과 알루미늄(60) 금속 표면으로 염화수소(HCl) 가스를 흘려주며, 이러한 염화수소 가스는 HCl 공급부(23)에서 공급된다. Ammonia (NH 3 ) gas is used as a group V element necessary for growing AlGaN crystals, and this ammonia gas is supplied from the NH 3 supply part 21 of the gas supply part 20. In addition, gallium (50) and aluminum (60), which is a group III raw material metal, are formed into chloride (GaCl, AlCl) in the form of chloride that can react with ammonia gas. Hydrogen chloride (HCl) gas flows, and this hydrogen chloride gas is supplied from the HCl supply unit 23.

한편, 반응관의 전체적인 분위기 형성 및 암모니아와 염화수소 가스를 반응관 내로 수송하기 위한 캐리어 가스로는 질소(N2)를 사용하며, 이러한 질소 가스는 N2 공급부(22)에 의하여 공급된다. 이때, 갈륨의 경우는 염화수소 가스를 수송하기 위한 캐리어 가스로 질소를 사용하나, 알루미늄은 염화수소 가스를 수송하기 위한 캐리어 가스로 질소를 사용하게 되면 녹아 있는 Al 표면에 AlN 화합물이 형성되어 AlCl 염화물을 만들기 어렵게 됨으로써, 성장되는 AlGaN 결정의 Al 조성비가 점점 작아지게 되어 원하는 조성비를 가지는 결정 성장이 어렵게 된다.Meanwhile, nitrogen (N 2 ) is used as a carrier gas for forming the overall atmosphere of the reaction tube and transporting the ammonia and hydrogen chloride gas into the reaction tube, and the nitrogen gas is supplied by the N 2 supply part 22. At this time, in case of gallium, nitrogen is used as a carrier gas for transporting hydrogen chloride gas, but aluminum is used as a carrier gas for transporting hydrogen chloride gas. By making it difficult, the Al composition ratio of the grown AlGaN crystals becomes smaller and smaller, making it difficult to grow a crystal having a desired composition ratio.

따라서 Al(60)과 염화수소를 반응 시키기 위한 캐리어 가스로는 질소가 아닌 다른 종류의 불활성 가스, 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 사용하여야 하며, 아르곤 가스를 공급하기 위하여 Ar 공급부(24)가 별도로 마련되어야 한다.Therefore, an inert gas other than nitrogen, such as argon (Ar) gas, should be used as a carrier gas for reacting Al (60) with hydrogen chloride, and Ar supply part 24 is separately provided to supply argon gas. Should be.

이러한 종래의 장치에서는 반응관(10) 내에서 Ga(50)과 Al(60)은 각각 다른 위치에 놓이게 되고 대체로 850~900℃의 고온에서 염화수소 가스와 반응하여 GaCl 과 AlCl 형태의 염화물로서 기판 앞까지 수송되게 되어 있다. 기판 앞에까지 도달하도록 한 암모니아(NH3) 가스는 대체로 1050~1200℃의 고온에서 열 분해되어, 역시 기판 앞에 까지 도달한 GaCl 과 AlCl 형태의 염화물과 화학 반응을 일으켜 기판 위에 AlGaN 결정이 성장되게 된다.In such a conventional apparatus, Ga 50 and Al 60 in the reaction tube 10 are placed at different positions, and react with hydrogen chloride gas at a high temperature of about 850 to 900 ° C., in front of the substrate as chlorides in the form of GaCl and AlCl. It is to be transported to. The ammonia (NH 3 ) gas, which reaches to the front of the substrate, is thermally decomposed at a high temperature of 1050-1200 ° C., causing a chemical reaction with the chloride of GaCl and AlCl forms that also reaches the front of the substrate, resulting in AlGaN crystals growing on the substrate .

이와 같이, Al의 반응성을 위한 염화수소 가스의 캐리어 가스로 아르곤을 사용하기 위해서는 Ar 공급부(24)를 별도로 설치하여 가스 유량을 제어하고 가스배관을 추가해야 하며, 반응관(10)의 구조 또한 매우 복잡하여지므로 HVPE 장치의 제작비가 상승할 뿐 아니라, 각각의 가스를 반응관(10) 내로 유입시키는 내관 등의 소모성 석영 부품들의 유지비가 상당히 높아지는 문제가 발생하게 된다.As such, in order to use argon as a carrier gas of hydrogen chloride gas for the reactivity of Al, Ar supply unit 24 must be separately installed to control the gas flow rate and add gas piping, and the structure of the reaction tube 10 is also very complicated. Therefore, not only the manufacturing cost of the HVPE device rises, but also the maintenance cost of the consumable quartz parts such as the inner tube that introduces each gas into the reaction tube 10 becomes high.

또한, 종래 기술에서는 Ga과 Al 금속 원료의 장착 위치가 서로 다르기 때문에 두 곳의 온도를 아주 정확하게 조절해주기 위해서 온도 조절부의 제어성이 매우 좋아야만 한다는 문제가 있다. 그리고 AlGaN 결정의 Al의 조성비를 조절하기 위해서 염화수소 가스의 유량을 각각 조절해 주어야 하는데 이를 위해서는 역시 가스 유량 제어부 부품의 추가 설치가 불가피하다는 문제가 있었다.In addition, in the prior art, since the mounting positions of the Ga and Al metal raw materials are different from each other, there is a problem in that the controllability of the temperature control unit must be very good in order to adjust the two temperatures very accurately. In addition, in order to control the composition ratio of Al in the AlGaN crystal, the flow rate of the hydrogen chloride gas must be individually adjusted. For this purpose, there is a problem that additional installation of the gas flow control part is inevitable.

본 발명의 목적은 종래 기술이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, Ga과 Al 원료 금속을 혼합시켜 혼합물 형태로 사용함으로써 Al과 Ga의 조성비를 용이하게 조절할 수 있는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치 및 방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, by using a mixture of Ga and Al raw metal in the form of a mixture for AlGaN crystal growth HVPE device and method that can easily control the composition ratio of Al and Ga To provide.

본 발명의 다른 목적은 Al의 반응성을 위한 염화수소의 캐리어 가스로 아르곤 가스를 별도로 사용하지 않고서 AlGaN 결정을 형성할 수 있는 HVPE 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an HVPE apparatus and method capable of forming AlGaN crystals without using argon gas as a carrier gas of hydrogen chloride for the reactivity of Al.

본 발명의 또 다른 목적은 Ga과 Al 원료 금속을 혼합시켜 사용함으로써 원료 금속의 온도 조절을 용이하고 정확하게 할 수 있는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide an HVPE apparatus and method for growing AlGaN crystals, which can easily and accurately control the temperature of the raw metal by mixing Ga and Al raw metal.

이러한 목적 및 기타 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 제1 특징에 따르는 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 결정 성장용 수소화물 기상 박막 성장(HVPE) 장치는 In order to achieve these and other objects, the hydride vapor phase thin film growth (HVPE) device for aluminum gallium nitride (AlGaN) crystal growth according to the first aspect of the present invention

원료 금속인 알루미늄과 갈륨이 혼합된 알루미늄-갈륨 혼합물과 기판이 배치되는 반응관;A reaction tube in which an aluminum-gallium mixture containing aluminum and gallium, which are raw metals, and a substrate are disposed;

알루미늄-갈륨 혼합물과 반응하여 알루미늄 갈륨 염화물을 생성시키는 염화수소 가스와, 알루미늄 갈륨 염화물과 반응하여 상기 기판 상에 AlGaN 결정을 형성시키는 암모니아 가스와, 상기 염화수소 가스 및 암모니아 가스를 수송하기 위한 캐리어 가스를 상기 반응관으로 공급하는 가스 공급부; 및Hydrogen chloride gas reacting with the aluminum-gallium mixture to produce aluminum gallium chloride, ammonia gas reacting with aluminum gallium chloride to form AlGaN crystals on the substrate, and a carrier gas for transporting the hydrogen chloride gas and the ammonia gas. A gas supply unit which supplies the reaction tube; And

반응관의 알루미늄-갈륨 혼합물과 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부로 이루어진다. 알루미늄-갈륨 혼합물은 상온에서 액체 상태인 갈륨 용액과 고체 상태인 알루미늄을 혼합하여 이루어지고, 염화 수소 가스와 반응 전에 온도 조절부에 의하여 온도가 상승하여 알루미늄-갈륨의 혼합용액 상태가 된다.It consists of an aluminum-gallium mixture of the reaction tube and a temperature controller for controlling the temperature of the substrate. The aluminum-gallium mixture is made by mixing a gallium solution in a liquid state and aluminum in a solid state at room temperature, and the temperature is increased by a temperature control unit before the reaction with hydrogen chloride gas to form a mixed solution of aluminum-gallium.

이때, 기판에 형성된 AlGaN 결정의 알루미늄과 갈륨의 조성비는 상기 알루미늄-갈륨 혼합물에서 혼합되는 알루미늄과 갈륨의 혼합비에 의하여 조절될 수 있다.In this case, the composition ratio of aluminum and gallium of the AlGaN crystal formed on the substrate may be controlled by the mixing ratio of aluminum and gallium mixed in the aluminum-gallium mixture.

본 발명의 제2 특징에 따르는 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 결정을 성장시키는 방법은The method for growing aluminum gallium nitride (AlGaN) crystals according to the second aspect of the present invention

상온에서 고체 상태인 알루미늄과 액체 상태인 갈륨이 혼합된 알루미늄-갈륨 혼합물, 및 기판을 배치하는 단계;
알루미늄-갈륨 혼합물의 온도를 상승시켜 알루미늄-갈륨의 혼합용액을 만드는 단계;Disposing an aluminum-gallium mixture mixed with aluminum in a solid state and gallium in a liquid state at room temperature, and a substrate;
Raising the temperature of the aluminum-gallium mixture to form a mixed solution of aluminum-gallium;

기판의 온도를 상승시키는 단계;Raising the temperature of the substrate;

캐리어 가스로 암모니아 가스를 수송하는 단계;Transporting the ammonia gas into the carrier gas;

캐리어 가스로 염화수소 가스를 수송하는 단계;Transporting the hydrogen chloride gas into the carrier gas;

수송된 염화수소 가스가 알루미늄-갈륨 혼합물과 반응하여 알루미늄 갈륨 염화물을 생성하는 단계;The transported hydrogen chloride gas reacts with the aluminum-gallium mixture to produce aluminum gallium chloride;

수송된 암모니아 가스가 상기 알루미늄 갈륨 염화물과 반응하여 기판 상에 AlGaN 결정을 형성시키는 단계로 이루어진다.The transported ammonia gas is reacted with the aluminum gallium chloride to form AlGaN crystals on the substrate.

본 발명의 제3 특징에 따르는 AlGaN 결정은 제2 특징에 의한 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 결정을 성장시키는 방법에 의하여 형성된다.An AlGaN crystal according to the third aspect of the present invention is formed by a method of growing an aluminum gallium nitride (AlGaN) crystal according to the second aspect.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 1에는 본 발명에 따른 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치가 도시되어 있다. 1 shows an HVPE device for AlGaN crystal growth according to the present invention.

HVPE 장치는 크게 반응관(110), 가스 공급부(120) 및 온도 조절부(130)로 이루어진다. 반응관(110)에는 AlGaN 결정을 성장시키기 위한 원료 금속인 갈륨(Ga)과 알루미늄(Al)이 혼합된 알루미늄-갈륨 혼합물이 수용되는 원료 금속 장착부(150)와 기판(140)이 배치된다. 이 때, 알루미늄-갈륨 혼합물에서 알루미늄과 갈륨의 혼합비를 조절하여 최종 형성되는 AlGaN에서 Al과 Ga의 조성비를 원하는 대로 맞출 수 있다. 즉, 갈륨이 상온에서 액체 상태이고 밀도와 표면장력이 크기 때문에, 액체 상태의 갈륨에 고체인 알루미늄을 혼합하면 상온에서는 갈륨 금속 용액 위에 알루미늄이 떠 있는 상태가 된다. 최종 형성되는 AlGaN에서 Al과 Ga 조성비를 조절하기 위해서는 고체 상태의 알루미늄을 Al의 몰비에 맞도록 질량을 재서 갈륨 금속 용액에 올려놓으면 된다. 이후에 온도 조절부(130)에 의하여 반응관(110)의 온도가 850~900℃ 정도의 고온이 되는 경우 갈륨의 표면에 있던 알루미늄이 갈륨 속으로 녹아 들어가서 완전히 혼합된 상태가 된다. 또한, 성장되는 AlGaN의 Ga와 Al조성비는 금속 원료 장착부 및/또는 기판 영역의 온도에 의해서도 조절할 수 있다.The HVPE apparatus is composed of a reaction tube 110, a gas supply unit 120, and a temperature control unit 130. In the reaction tube 110, a raw metal mounting part 150 and a substrate 140 are disposed to accommodate an aluminum-gallium mixture containing gallium (Ga) and aluminum (Al), which are raw metals for growing AlGaN crystals. At this time, by adjusting the mixing ratio of aluminum and gallium in the aluminum-gallium mixture, the composition ratio of Al and Ga in the AlGaN to be formed finally can be adjusted as desired. That is, since gallium is in a liquid state at room temperature and has a high density and surface tension, when solid aluminum is mixed with liquid gallium, aluminum is floating on the gallium metal solution at room temperature. In order to control the composition ratio of Al and Ga in the AlGaN to be finally formed, the mass of aluminum in solid state is weighed to match the molar ratio of Al and placed on the gallium metal solution. After that, when the temperature of the reaction tube 110 is about 850 to 900 ° C. by the temperature controller 130, aluminum on the surface of gallium melts into the gallium and is completely mixed. In addition, the Ga and Al composition ratios of the grown AlGaN can also be controlled by the temperature of the metal raw material mounting portion and / or the substrate region.

가스 공급부(120)는 AlGaN 결정의 원료 가스 및 캐리어 가스를 공급한다. 가스 공급부(120)는 암모니아(NH3) 가스를 공급하기 위한 NH3 공급부(121), 염화수소(HCl) 가스를 공급하기 위한 HCl 공급부(123) 및 캐리어 가스인 질소를 공급하기 위한 N2 공급부(122)로 이루어진다. 가스 공급부는 제1 및 제2 내관(111, 112)에 의하여 반응관(110)과 연결되어 있으며, 제1 내관(111)은 염화수소 가스와 이를 수 송하는 질소 가스가 흐를 수 있는 있도록 연결되어 있고, 제2 내관(112)은 암모니아 가스와 이를 수송하는 질소 가스가 흐를 수 있도록 배치되어 있다. 또한, 알루미늄-갈륨 혼합물이 수용되는 원료 금속 장착부(150)는 제1 내관(111) 내에 배치되어 있다.The gas supply unit 120 supplies a source gas and a carrier gas of AlGaN crystals. The gas supply unit 120 may include an NH 3 supply unit 121 for supplying ammonia (NH 3 ) gas, an HCl supply unit 123 for supplying hydrogen chloride (HCl) gas, and an N 2 supply unit for supplying nitrogen, which is a carrier gas ( 122). The gas supply unit is connected to the reaction tube 110 by the first and second inner pipes 111 and 112, and the first inner pipe 111 is connected to allow the hydrogen chloride gas and the nitrogen gas to transport the gas to flow therethrough. The second inner tube 112 is arranged to allow ammonia gas and nitrogen gas for transporting the same. In addition, the raw metal mounting portion 150 in which the aluminum-gallium mixture is accommodated is disposed in the first inner tube 111.

온도 조절부(130)는 반응관(110) 내에서 원료 금속 및 가스가 반응하여 결정을 성장시키도록 원료 금속 장착부(150)과 기판(140) 영역의 온도를 조절한다.The temperature controller 130 adjusts the temperature of the raw metal mounting unit 150 and the substrate 140 region to grow the crystal by reacting the raw metal and the gas in the reaction tube 110.

이러한 본 발명에 따른 HVPE 장치의 동작은 다음과 같다. The operation of the HVPE device according to the present invention is as follows.

먼저, AlGaN의 원하는 Al 조성비를 맞추기 위해 필요한 정확한 양의 Al 금속과 갈륨 금속 용액을 혼합한 혼합물을 반응관(110) 내의 원료금속 장착부(150)에 배치한다. 또한, 제1 내관(111)과 제2 내관(112)의 끝 부분, 즉 암모니아와 금속원료 염화물의 화학 반응이 일어나는 부분에 기판(140)을 장착한다.First, a mixture of Al metal and gallium metal solution in the exact amount required to meet the desired Al composition ratio of AlGaN is disposed in the raw metal mounting portion 150 in the reaction tube 110. In addition, the substrate 140 is mounted at the end portions of the first inner tube 111 and the second inner tube 112, that is, the chemical reaction of the ammonia and the metal raw material chloride.

이 때, 금속 원료 장착부(150)와 기판(140)이 장착되는 위치는 일정 거리만큼 떨어져 있으며 금속원료 장착부(150)와 기판(140) 부분의 온도는 온도 조절부 (130)에 의하여 독립적으로 조절할 수 있도록 되어 있다. 결정 성장 시 금속 원료 장착부(150)의 온도는 대략 850~900℃ 정도가 되고 기판(140)의 온도는 대략 1050~1150℃가 된다.At this time, the position where the metal raw material mounting portion 150 and the substrate 140 are mounted is separated by a predetermined distance, and the temperature of the metal raw material mounting portion 150 and the substrate 140 is independently controlled by the temperature controller 130. It is supposed to be. During crystal growth, the temperature of the metal raw material mounting portion 150 is about 850 to 900 ° C., and the temperature of the substrate 140 is about 1050 to 1150 ° C.

금속 원료와 기판의 장착이 완료되면 반응관 내를 진공시키고 N2 공급부 (122) 공급부에서 질소를 공급하여 반응관 내를 채운 후에 온도 조절부에 의하여 반응관(110)의 온도를 올리기 시작한다. 알루미늄-갈륨 혼합물은 온도 조절부 (130)에 의하여 온도가 상승하여 원료 금속 장착부(150)의 온도가 850~900℃ 정도로 고온이 되면 갈륨의 표면에 떠있던 알루미늄이 녹아 갈륨과 알루미늄은 완전한 혼합 용액이 된다.When the mounting of the metal raw material and the substrate is completed, the reaction tube is evacuated and nitrogen is supplied from the N 2 supply unit 122 supply unit to fill the reaction tube, and then the temperature control unit starts to raise the temperature of the reaction tube 110. When the temperature of the aluminum-gallium mixture is increased by the temperature control unit 130 and the temperature of the raw metal mounting unit 150 is about 850 to 900 ° C., the aluminum floating on the surface of gallium melts, so that the gallium and aluminum are a complete mixed solution. Becomes

금속원료 장착부(150) 영역과 기판(140) 영역의 온도가 원하는 온도에 도달하면 NH3 공급부(121) 및 N2 공급부(122)에서 암모니아 가스와 캐리어 가스인 질소 가스를 공급하고, 일정시간 후에 HCl 공급부(123) 및 N2 공급부(122)에서 염화수소 가스와 캐리어 가스인 질소 가스를 공급하면 염화수소와 알루미늄-갈륨 혼합물이 반응하여 AlGaCl 형태의 염화물이 형성된다. 이 가스 형태의 염화물은 제1 내관 (111) 끝 부분인 기판(150)이 놓여진 부분까지 도달하게 된다. 이때, 알루미늄은 갈륨과 혼합된 상태이기 때문에 알루미늄이 캐리어 가스인 질소 가스와 결합하여 알루미늄-갈륨 혼합물 표면에 AlN이 형성될 확률이 극히 적게 된다.When the temperature of the metal raw material mounting portion 150 region and the substrate 140 region reaches a desired temperature, the NH 3 supply portion 121 and the N 2 supply portion 122 supply ammonia gas and nitrogen gas, which is a carrier gas, and after a predetermined time, When the hydrogen chloride gas and the nitrogen gas serving as the carrier gas are supplied from the HCl supply unit 123 and the N 2 supply unit 122, the hydrogen chloride and the aluminum-gallium mixture react to form chlorides in the form of AlGaCl. This gaseous chloride reaches the portion where the substrate 150, which is the end of the first inner tube 111, is placed. At this time, since aluminum is mixed with gallium, it is extremely unlikely that AlN is formed on the surface of the aluminum-gallium mixture by combining aluminum with nitrogen gas, which is a carrier gas.

AlGaCl 형태의 염화물은 제2 내관(112)으로부터 흘러나온 암모니아 가스와 반응하여 기판(150) 위에는 AlGaN 결정의 성장이 이루어지기 시작하고 반응하고 남은 암모니아 가스와 염화수소 가스는 도시되지 않은 배기관을 통하여 배기된다.  AlGaCl-type chloride reacts with the ammonia gas flowing out from the second inner tube 112, and growth of AlGaN crystals begins on the substrate 150. The remaining ammonia gas and hydrogen chloride gas are exhausted through an exhaust pipe (not shown). .

한편, 성장되는 AlGaN의 Al조성비는 알루미늄-갈륨 혼합물에서 알루미늄과 갈륨이 혼합되는 비율에 따라 조절할 수 있으며, 알루미늄-갈륨 혼합물이 장착되는 금속 원료 장착부(150) 영역 또는 기판(140) 영역의 온도에 따라서도 조절할 수 있다. 또한, 가스들의 유량에 의해서 조절하는 것도 가능하다. Meanwhile, the Al composition ratio of the grown AlGaN may be adjusted according to the ratio of aluminum and gallium mixed in the aluminum-gallium mixture, and may be adjusted to the temperature of the metal raw material mounting unit 150 or the substrate 140 region in which the aluminum-gallium mixture is mounted. Therefore, it can also be adjusted. It is also possible to adjust by the flow rate of the gases.

이상에서와 같이, 본 발명은 갈륨 금속에 알루미늄 금속을 직접 용융시켜서 Ⅲ족 금속 원료가 만들어질 수 있도록 함으로써 알루미늄 금속을 별도로 장착하는 종래 기술에 비해 가스 공급부 및 반응관이 간단해진다. 즉, 원료금속에 염화수소를 수송하는 캐리어 가스를 한 가지 종류만 사용하기 때문에, 반응관의 형태를 간단하게 설계할 수 있고, 반응관 내에서 사용되는 각종 석영 부품의 제작단가 및 부품교체비를 낮출 수 있다. 가스 공급부의 경우도 가스 유량 제어가 간단해지며, 가스 사용 경비 등을 줄일 수 있다는 장점이 있다.  As described above, the present invention simplifies the gas supply unit and the reaction tube as compared with the prior art in which the aluminum metal is separately mounted by directly melting the aluminum metal on the gallium metal so that the Group III metal raw material can be made. That is, since only one type of carrier gas is used to transport hydrogen chloride to the raw metal, the shape of the reaction tube can be easily designed, and manufacturing cost and component replacement cost of various quartz parts used in the reaction tube can be reduced. have. In the case of the gas supply unit, gas flow rate control can be simplified, and gas use costs can be reduced.

또한, AlGaN 결정의 Al 조성비를 Ga 금속용액에 첨가해 주는 Al의 양만으로 조절하는 것이 가능하기 때문에 보다 정밀하게 Al 조성비를 조절할 수 있다. 원료 금속 두 가지를 모두 한 곳에 장착하기 때문에 원료 금속부의 온도 조절이 정확하게 이루어진다. In addition, since the Al composition ratio of the AlGaN crystal can be controlled only by the amount of Al added to the Ga metal solution, the Al composition ratio can be adjusted more precisely. Since both raw metals are mounted in one place, the temperature control of the raw metal portion is precisely performed.

결국, 본 발명에 의하면 자외선 영역의 발광소자 또는 수광소자 그리고 고출력용 전자소자의 제작에 필요한 비교적 얇은 AlGaN 결정층을 성장하거나 두꺼운 AlGaN 결정층을 성장하여 기판으로 이용하는 경우 종래 기술에 비해 적은 비용이 소요되어 생산단가를 크게 낮출 수가 있다는 장점이 있다.As a result, according to the present invention, when a relatively thin AlGaN crystal layer or a thick AlGaN crystal layer is used as a substrate for manufacturing a light emitting device or a light receiving device and a high output electronic device in the ultraviolet region, it requires less cost than the prior art. As a result, the production cost can be significantly lowered.

이상에서 본원 발명의 기술적 특징을 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위 내에서도 여러 가지 변형 및 수정을 가할 수 있음은 명백하다.Although the technical features of the present invention have been described above with reference to specific embodiments, those skilled in the art to which the present invention pertains may make various changes and modifications within the scope of the technical idea according to the present invention. It is obvious.

Claims (11)

알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 결정 성장용 수소화물 기상 박막 성장(HVPE) 장치에 있어서,In a hydride vapor phase thin film growth (HVPE) device for aluminum gallium nitride (AlGaN) crystal growth, 원료 금속인 알루미늄과 갈륨이 혼합된 알루미늄-갈륨 혼합물과 기판이 배치되는 반응관;A reaction tube in which an aluminum-gallium mixture containing aluminum and gallium, which are raw metals, and a substrate are disposed; 알루미늄-갈륨 혼합물과 반응하여 알루미늄 갈륨 염화물을 생성시키는 염화수소 가스와, 알루미늄 갈륨 염화물과 반응하여 상기 기판 상에 AlGaN 결정을 형성시키는 암모니아 가스와, 상기 염화수소 가스 및 암모니아 가스를 수송하기 위한 캐리어 가스를 상기 반응관으로 공급하는 가스 공급부; 및Hydrogen chloride gas reacting with the aluminum-gallium mixture to produce aluminum gallium chloride, ammonia gas reacting with aluminum gallium chloride to form AlGaN crystals on the substrate, and a carrier gas for transporting the hydrogen chloride gas and the ammonia gas. A gas supply unit which supplies the reaction tube; And 상기 반응관의 알루미늄-갈륨 혼합물과 기판의 온도를 조절하는 온도 조절부Temperature control unit for controlling the temperature of the aluminum-gallium mixture and the substrate of the reaction tube 를 포함하고,Including, 상기 알루미늄-갈륨 혼합물은 상온에서 액체 상태인 갈륨 용액과 고체 상태인 알루미늄을 혼합하여 이루어지고, 염화 수소 가스와 반응 전에 상기 온도 조절부에 의하여 온도가 상승하여 알루미늄-갈륨의 혼합용액 상태가 되는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치.The aluminum-gallium mixture is made by mixing a gallium solution in a liquid state and aluminum in a solid state at room temperature, AlGaN which is the temperature of the aluminum-gallium mixed solution is raised by the temperature control unit before the reaction with hydrogen chloride gas HVPE device for crystal growth. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가스 공급부와 반응관을 연결하며, 암모니아 가스를 공급하기 위한 제1 내관A first inner tube connecting the gas supply unit and the reaction tube and supplying ammonia gas 상기 가스 공급부와 반응관을 연결하며, 염화 수소 가스를 공급하기 위한 제2 내관과,A second inner tube connecting the gas supply unit and a reaction tube to supply hydrogen chloride gas; 을 더 포함하며,More, 상기 알루미늄-갈륨 혼합물은 제2 내관에 배치되는 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치.The aluminum-gallium mixture is disposed in the second inner tube HVPE apparatus for growing AlGaN crystals. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 형성된 AlGaN 결정의 알루미늄과 갈륨의 조성비는 상기 알루미늄-갈륨 혼합물에서 혼합되는 알루미늄과 갈륨의 혼합비에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치.The composition ratio of aluminum and gallium of the formed AlGaN crystals is controlled by the mixing ratio of aluminum and gallium mixed in the aluminum-gallium mixture HVPE apparatus for growing AlGaN crystals. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 형성된 AlGaN 결정의 알루미늄과 갈륨의 조성비는 상기 알루미늄-갈륨의 혼합용액의 온도 또는 기판의 온도에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치.The composition ratio of aluminum and gallium of the formed AlGaN crystals is controlled by the temperature of the mixed solution of aluminum-gallium or the temperature of the substrate HVPE apparatus for growing AlGaN crystals. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캐리어 가스가 질소 가스인 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장용 HVPE 장치.The HVPE apparatus for growing AlGaN crystals, wherein the carrier gas is nitrogen gas. 수소화물 기상 박막 성장(HVPE) 방법을 사용하여 알루미늄 갈륨 나이트라이드(AlGaN) 결정을 성장시키는 방법에 있어서,In the method of growing aluminum gallium nitride (AlGaN) crystals using a hydride vapor phase thin film growth (HVPE) method, 상온에서 고체 상태인 알루미늄과 액체 상태인 갈륨이 혼합된 알루미늄-갈륨 혼합물, 및 기판을 배치하는 단계;Disposing an aluminum-gallium mixture mixed with aluminum in a solid state and gallium in a liquid state at room temperature, and a substrate; 상기 알루미늄-갈륨 혼합물의 온도를 상승시켜 알루미늄-갈륨의 혼합용액을 만드는 단계;Raising the temperature of the aluminum-gallium mixture to form a mixed solution of aluminum-gallium; 기판의 온도를 상승시켜 단계;Raising the temperature of the substrate; 캐리어 가스로 암모니아 가스를 수송하는 단계;Transporting the ammonia gas into the carrier gas; 캐리어 가스로 염화수소 가스를 수송하는 단계;Transporting the hydrogen chloride gas into the carrier gas; 상기 수송된 염화수소 가스가 알루미늄-갈륨 혼합용액과 반응하여 알루미늄 갈륨 염화물을 생성하는 단계;Reacting the transported hydrogen chloride gas with an aluminum-gallium mixed solution to produce aluminum gallium chloride; 상기 수송된 암모니아 가스가 상기 알루미늄 갈륨 염화물과 반응하여 상기 기판 상에 AlGaN 결정을 형성시키는 단계Reacting the transported ammonia gas with the aluminum gallium chloride to form AlGaN crystals on the substrate 를 포함하는 AlGaN 결정 성장 방법.AlGaN crystal growth method comprising a. 삭제delete 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 형성된 AlGaN 결정의 알루미늄과 갈륨의 조성비는 상기 알루미늄-갈륨 혼합물에서 혼합되는 알루미늄과 갈륨의 혼합비에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장 방법.The composition ratio of aluminum and gallium of the formed AlGaN crystals is controlled by the mixing ratio of aluminum and gallium mixed in the aluminum-gallium mixture. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 형성된 AlGaN 결정의 알루미늄과 갈륨의 조성비는 상기 알루미늄-갈륨의 혼합용액의 온도 또는 기판의 온도에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장 방법.The composition ratio of aluminum and gallium of the formed AlGaN crystals is controlled by the temperature of the mixed solution of aluminum-gallium or the temperature of the substrate. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 캐리어 가스가 질소 가스인 것을 특징으로 하는 AlGaN 결정 성장 방법.AlGaN crystal growth method, characterized in that the carrier gas is nitrogen gas. 삭제delete
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