KR100816764B1 - Synthetic apparatus of semiconductor polycrystal compound and synthetic method of the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치는 내부가 불활성 분위기로 유지되는 챔버, 챔버의 내측에 배치되는 외부 도가니, 외부 도가니 내측에 배치되고, 그 아래 부분에 원료배출구를 구비하는 상부 도가니, 상부 도가니의 아래에 배치되고, 제2 원료가 저장되며, 상부 도가니에서 공급되는 제1 원료와 제2 원료가 반응을 일으키는 하부 도가니, 상부 도가니를 가열하도록 챔버 내에 배치되는 제1 히터, 하부 도가니를 가열하여 고온영역을 형성하도록 챔버 내에 배치되는 제2 히터 및 하부 도가니에 저장되는 제2 원료를 가열하도록 챔버 내에 배치되는 제3 히터를 포함한다.The apparatus for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to the present invention includes an upper crucible and an upper crucible, each of which has a chamber in which the inside is maintained in an inert atmosphere, an outer crucible disposed inside the chamber, an inner crucible, and a lower portion of the upper crucible. The first and second crucibles disposed below the second crucible are stored therein, and the first crucible supplied from the upper crucible and the second crucible react with the first crucible to heat the upper crucible. A second heater disposed in the chamber to form an area and a third heater disposed in the chamber to heat a second raw material stored in the lower crucible.

한편, 본 발명에 따른 반도체 다결정 화합물 합성방법은 챔버 내부를 불활성 분위기로 유지하는 단계, 챔버의 내부에 Ⅲ족 원소 원료를 준비하고, 그 하부에 Ⅴ족 원소 원료를 준비하는 단계, Ⅲ족 원소 원료와 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역을 가열하여 고온영역을 형성하는 단계, Ⅲ족 원소 원료를 융해시켜 고온영역으로 배출하는 단계, Ⅴ족 원소 원료를 승화시켜 고온영역으로 배출하는 단계 및 융해된 Ⅲ족 원소 원료와 승화된 Ⅴ족 원소 원료를 반응시키는 단계를 포함한다.On the other hand, the method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to the present invention includes the steps of maintaining the inside of the chamber in an inert atmosphere, preparing a group III element raw material in the chamber, and preparing a group V element raw material under the group III element raw material Heating the region between the and Group V element raw materials to form a high temperature region, melting the Group III element raw material and discharging it into a high temperature region, subliming the Group V element raw material and discharging it to a high temperature region, and melting Reacting the obtained Group III element raw material with the sublimed Group V element raw material.

다결정, 단결정, 인화갈륨, 인화인듐, 합성방법, 합성장치 Polycrystalline, Monocrystalline, Gallium Phosphate, Indium Phosphate, Synthesis Method, Synthesis Device

Description

반도체 다결정 화합물 합성장치 및 합성방법{SYNTHETIC APPARATUS OF SEMICONDUCTOR POLYCRYSTAL COMPOUND AND SYNTHETIC METHOD OF THE SAME}Synthesis device and method for synthesizing semiconductor polycrystalline compound {SYNTHETIC APPARATUS OF SEMICONDUCTOR POLYCRYSTAL COMPOUND AND SYNTHETIC METHOD OF THE SAME}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치의 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor polycrystal compound synthesizing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치의 개략 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor polycrystal compound synthesizing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 다결정 화합물 합성장치 및 반도체 다결정 화합물 합성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양산성이 우수하여 대량생산에 적용이 가능한 반도체 다결정 화합물의 합성장치 및 합성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor polycrystalline compound synthesizing apparatus and a semiconductor polycrystalline compound synthesizing method.

일반적으로 인화갈륨(GaP) 또는 인화인듐(InP) 등의 반도체 단결정 화합물 웨이퍼는 수평형 브릿지만(HB, Horizontal Bridgman)로에서 다결정 화합물을 합성하고, 합성된 다결정 화합물을 단결정 성장용 원료로 사용하여 초고압 액상봉입형 초크랄스키(Liquid Encapsulated Czochralski, LEC)법에 의해 단결정을 성장하는 방법에 의해 제조된다. In general, a semiconductor single crystal compound wafer such as gallium phosphide (GaP) or indium phosphide (InP) is synthesized in a horizontal bridgman (HB) furnace, and the synthesized polycrystalline compound is used as a raw material for single crystal growth. It is manufactured by the method of growing a single crystal by the Ultra High Pressure Liquid Encapsulated Czochralski (LEC) method.

이때, 성장용 장입 원료로 사용되는 다결정 화합물의 순도 및 화학양론비(stoichiometry)는 제조되는 단결정의 수율 및 품질을 좌우하는 핵심요소가 된다. At this time, the purity and stoichiometry of the polycrystalline compound used as the growth charging material becomes a key factor in determining the yield and quality of the prepared single crystal.

그런데 상기한 반도체 다결정의 합성방법에서 다결정의 순도를 유지하고, 정밀한 화학양론비를 구현하기 위해서는 다결정 화합물의 합성 시 쿼츠 내부에 승화되는 인(P)의 증기압을 정밀하게 제어하여야 한다. However, in order to maintain the purity of the polycrystal and to realize a precise stoichiometric ratio in the method of synthesizing the semiconductor polycrystal, it is necessary to precisely control the vapor pressure of phosphorus (P) sublimed in the quartz during the synthesis of the polycrystal compound.

또한, 상기한 합성방법은 다결정의 화학양론비를 구현하기 위해 그 합성속도가 매우 느리고, 인코트 형태의 다결정에 크랙(crack)이 발생하며, 합성 시 폭발의 위험성이 있다. In addition, the synthesis method described above is very slow in order to realize the stoichiometric ratio of polycrystals, cracks occur in the in-coated polycrystals, and there is a risk of explosion during synthesis.

한편, 스테인레스 고압형 챔버 내에 개방형 쿼츠 도가니 구조를 형성하여 밀폐형 쿼츠 앰플을 사용하는 경우에는 이러한 폭발의 문제점을 줄일 수 있다. 기존의 문헌에는 이와 관련된 여러 가지 형태의 아이디어가 제시되어왔다. On the other hand, by forming an open quartz crucible structure in the stainless high-pressure chamber to use the sealed quartz ampoule can reduce the problem of such an explosion. Existing literature has suggested various forms of ideas.

그 중 대표적인 것으로, T. Inada 등이 Journal of Crystal Growth 82 (1987)의 561 내지 565 페이지에서 보고한 방법이 있다. 이 방법은 액상 인을 사용하는 방법을 적용하여 폭발의 우려가 없고, B2O3를 합성 영역에 투입하지 않아 순수하게 인듐과 인을 반응시켜 다결정을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방법 역시 합성속도가 느리고, 작업 수월성 및 양산성이 떨어지는 문제가 있다. A representative example is the method reported by T. Inada et al. On pages 561 to 565 of the Journal of Crystal Growth 82 (1987). In this method, there is no risk of explosion by applying a method using liquid phosphorus, and there is an advantage in that polycrystalline is obtained by purely reacting indium and phosphorus without introducing B 2 O 3 into the synthesis region. However, this method also has a problem of slow synthesis speed and poor workability and mass productivity.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 합성된 다결정의 순도가 높으며, 합성속도가 빠르고 작업 수월성 및 양산성이 우수하여 대량생산에 적용이 가능한 반도체 다결정 화합물 합성장치 및 합성방법을 제공하는 데 있다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is a semiconductor polycrystalline compound synthesizing apparatus which can be applied to mass production with high purity of the synthesized polycrystals, fast synthesis rate and excellent workability and mass productivity To provide a method of synthesis.

상기한 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치는 내부가 불활성 분위기로 유지되는 챔버, 챔버의 내측에 배치되는 외부 도가니, 외부 도가니 내측에 배치되고, 그 아래 부분에 원료배출구를 구비하는 상부 도가니, 상부 도가니의 아래에 배치되고, 제2 원료가 저장되며, 상부 도가니에서 공급되는 제1 원료와 제2 원료가 반응을 일으키는 하부 도가니, 상부 도가니를 가열하도록 챔버 내에 배치되는 제1 히터, 하부 도가니를 가열하여 고온영역을 형성하도록 챔버 내에 배치되는 제2 히터 및 하부 도가니에 저장되는 제2 원료를 가열하도록 챔버 내에 배치되는 제3 히터를 포함한다.In order to achieve the same object as described above, the semiconductor polycrystalline compound synthesizing apparatus according to the present invention is a chamber in which the inside is maintained in an inert atmosphere, an outer crucible disposed inside the chamber, disposed inside the outer crucible, and a raw material outlet at the bottom thereof. An upper crucible having a second crucible disposed under the upper crucible, the second raw material is stored, and a first crucible supplied from the upper crucible and a second crucible to react with the second crucible, the first crucible disposed in the chamber to heat the upper crucible. A first heater, a second heater disposed in the chamber to heat the lower crucible to form a high temperature region, and a third heater disposed in the chamber to heat the second raw material stored in the lower crucible.

이때, 챔버의 상부에 배치되고, 그 내부를 고압을 유지하며 제1원료를 상부 도가니에 공급하도록 형성되는 로드 락(load lock) 챔버를 더 포함할 수 있다.In this case, the apparatus may further include a load lock chamber disposed above the chamber and configured to maintain a high pressure therein and to supply the first raw material to the upper crucible.

또한, 상부 도가니와 하부 도가니의 사이에서 원료배출구를 둘러싸며 배치되는 분리판을 더 포함할 수 있다.In addition, the separator may further include a separator disposed between the upper crucible and the lower crucible to surround the raw material outlet.

이때, 원료배출구의 직경을 0.5 내지 5 mm로 할 수 있다.At this time, the diameter of the raw material outlet can be 0.5 to 5 mm.

또한, 하부 도가니는 제1 원료와 제2 원료가 반응하는 영역을 둘러싸는 내벽, 내벽을 둘러싸며 내벽보다 높게 형성되는 외벽, 내벽과 외벽의 하단을 연결하는 바닥 및 외벽의 상단과 연결되며, 원료배출구와 연결되는 원료투입구를 구비하 는 덮개를 포함할 수 있다.In addition, the lower crucible is connected to an inner wall surrounding an area where the first raw material and the second raw material react, an outer wall formed to be higher than the inner wall surrounding the inner wall, a bottom connecting the lower end of the inner wall and the outer wall, and an upper end of the outer wall. It may include a cover having a raw material inlet connected to the outlet.

또한, 하부 도가니는 원통의 형상으로 이루어질 수 있다.In addition, the lower crucible may be formed in the shape of a cylinder.

또한, 상부 도가니의 하부는 원료배출구 측으로 갈수록 직경이 점차로 감소하는 형상으로 이루어질 수 있다.In addition, the lower portion of the upper crucible may be formed in a shape that gradually decreases in diameter toward the raw material outlet side.

또한, 상부 도가니에서 배출되는 원료가 지그재그 형태로 배출되도록 하는 가이드를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a guide for discharging the raw material discharged from the upper crucible in a zigzag form.

이때, 가이드는 쿼츠(quartz), 탄화탄탈륨, 탄화규소, 그라파이트(graphite), 그라파이트 쉬트(graphite sheet) 또는 파이롤리틱(pyrolitic) 그라파이트가 코팅된 그라파이트 재료로 이루어질 수 있다.In this case, the guide may be made of quartz, tantalum carbide, silicon carbide, graphite, graphite sheet or pyrolitic graphite coated graphite material.

또한, 외부 도가니, 상부 도가니, 및 하부 도가니는 각각 쿼츠 또는 그라파이트로 이루어질 수 있다.In addition, the outer crucible, the upper crucible, and the lower crucible may be made of quartz or graphite, respectively.

한편, 본 발명에 따른 반도체 다결정 화합물 합성방법은 챔버 내부를 불활성 분위기로 유지하는 단계, 챔버의 내부에 Ⅲ족 원소 원료를 준비하고, 그 하부에 Ⅴ족 원소 원료를 준비하는 단계, Ⅲ족 원소 원료와 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역을 가열하여 고온영역을 형성하는 단계, Ⅲ족 원소 원료를 융해시켜 고온영역으로 배출하는 단계, Ⅴ족 원소 원료를 승화시켜 고온영역으로 배출하는 단계 및 융해된 Ⅲ족 원소 원료와 승화된 Ⅴ족 원소 원료를 반응시키는 단계를 포함한다.On the other hand, the method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to the present invention includes the steps of maintaining the inside of the chamber in an inert atmosphere, preparing a group III element raw material in the chamber, and preparing a group V element raw material under the group III element raw material Heating the region between the and Group V element raw materials to form a high temperature region, melting the Group III element raw material and discharging it into a high temperature region, subliming the Group V element raw material and discharging it to a high temperature region, and melting Reacting the obtained Group III element raw material with the sublimed Group V element raw material.

이때, Ⅲ족 원소 원료는 인듐(In) 또는 갈륨(Ga)이고, Ⅴ족 원소 원료는 인(P)일 수 있다.In this case, the group III element material may be indium (In) or gallium (Ga), and the group V element material may be phosphorus (P).

Ⅲ족 원소 원료가 인듐인 경우, 고온영역의 온도를 950 내지 1100℃로 하고, 챔버를 3 내지 70 기압의 압력으로 유지할 수 있다.When the group III element raw material is indium, the temperature in the high temperature region can be set to 950 to 1100 ° C., and the chamber can be maintained at a pressure of 3 to 70 atmospheres.

또한, Ⅲ족 원소 원료가 갈륨인 경우, 고온영역의 온도를 1400 내지 1500℃로 할 수 있다.In the case where the Group III element raw material is gallium, the temperature in the high temperature region can be 1400 to 1500 ° C.

반도체 다결정 화합물은 2원소계, 3원소계, 4원소계, 또는 5원소계의 화합물일 수 있다.The semiconductor polycrystalline compound may be a compound of two-element, three-element, quaternary, or five element type.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, exemplary embodiments of 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. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치의 개략 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor polycrystal compound synthesizing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도시한 바와 같이, 반도체 다결정 화합물 합성장치는 챔버(10), 챔버(10)의 내부에 배치되는 외부 도가니(20), 외부 도가니(20)의 내측 상부에 배치되는 상부 도가니(30), 외부 도가니(20)의 내측 하부에 배치되는 하부 도가니(40), 외부 도가니(20)의 외측으로 상부 도가니(30)에 공급되는 원료를 가열하도록 배치되는 제1 히터(50), 제1 히터(50)의 아래에 하부 도가니(40)를 가열하여 고온영역을 형성하도록 배치되는 제2 히터(60) 및 하부 도가니(40)에 저장되는 원료를 가열하도록 제2 히터(60)의 아래로 배치되는 제3 히터(70)를 포함한다. As illustrated, the semiconductor polycrystalline compound synthesizing apparatus includes a chamber 10, an external crucible 20 disposed inside the chamber 10, an upper crucible 30 disposed on an inner upper portion of the external crucible 20, and an external crucible. The lower crucible 40 disposed at the inner lower portion of the 20, the first heater 50, and the first heater 50 arranged to heat the raw material supplied to the upper crucible 30 to the outside of the outer crucible 20. A second heater 60 disposed below the second crucible 40 to heat the lower crucible 40 to form a high temperature region, and a third disposed below the second heater 60 to heat the raw material stored in the lower crucible 40. A heater 70.

챔버(10)의 내부는 아르곤 또는 질소 등의 불활성 분위기 가스를 이용하여 3기압 이상의 압력으로 유지되며, 챔버(10) 내부의 압력은 하부 도가니(40)에 저장 되는 원료의 가열온도에 따라 형성되는 증기압에 좌우될 수 있다. The inside of the chamber 10 is maintained at a pressure of 3 atm or more using an inert atmosphere gas such as argon or nitrogen, and the pressure inside the chamber 10 is formed according to the heating temperature of the raw material stored in the lower crucible 40. It may depend on the vapor pressure.

챔버(10) 내부에는 외부 도가니(20)가 배치되며, 그 내부에는 제1 원료가 저장되는 상부 도가니(30)와 제2 원료가 저장되는 하부 도가니(40)가 배치된다. The outer crucible 20 is disposed inside the chamber 10, and an upper crucible 30 in which the first raw material is stored and a lower crucible 40 in which the second raw material are stored are disposed therein.

이 경우, 승화된 제2 원료의 기체가 상부 도가니(30)에 존재하는 제1 원료에 영향을 주지 않고, 하부 도가니(40)에서만 합성이 이루어지도록 하기 위하여 상부 도가니(30)와 하부 도가니(40) 사에에 분리판(90)을 배치할 수 있다. In this case, the upper crucible 30 and the lower crucible 40 in order that the gas of the sublimed second raw material may be synthesized only in the lower crucible 40 without affecting the first raw material present in the upper crucible 30. The separator plate 90 may be disposed on the yarn.

상기한 도가니들(10, 20, 30, 40)은 쿼츠, 그라파이트 등의 재질로 이루어 질 수 있으며, 서로 분리가 가능한 조립식으로 설치될 수 있다. The crucibles 10, 20, 30, 40 may be made of a material such as quartz, graphite, etc., may be installed in a prefabricated separable manner.

상부 도가니(30)에는 융액상태의 제1 원료가 저장되며, 원료배출구(32)를 통해 융액상태의 제1 원료가 하부 도가니(40)로 공급된다. The first crucible of the melted state is stored in the upper crucible 30, and the first raw material of the molten state is supplied to the lower crucible 40 through the raw material outlet 32.

이때, 다결정 화합물의 원활한 합성을 위해서는 상부 도가니(30)로부터 낙하하는 제1 원료 융액의 직경이 작을수록 좋은데, 바람직하게는 원료배출구(32)의 직경을 0.5 내지 5mm의 직경으로 할 수 있다. In this case, the smaller the diameter of the first raw material melt falling from the upper crucible 30 for the smooth synthesis of the polycrystalline compound, the better. Preferably, the diameter of the raw material outlet 32 may be 0.5 to 5 mm in diameter.

제1 원료의 융액은 상부 도가니(30) 원료배출구(32) 측으로 갈수록 직경이 좁아지는 형상으로 이루어지는 상부 도가니(30)의 하부를 따라서 아래로 흘러내리게 된다. The melt of the first raw material flows down along the lower portion of the upper crucible 30 having a shape in which the diameter becomes narrower toward the upper crucible 30 and the raw material outlet 32.

이 경우, 상부 도가니(30)의 하부 형상을 조절함으로써 제1 원료 융액의 하강 속도를 미세하게 조절할 수 있다. In this case, the falling speed of the first raw material melt can be finely adjusted by adjusting the lower shape of the upper crucible 30.

상기와 같은 상부 도가니(30)는 그 단면 형상이 원형으로 이루어지는 대략 깔때기의 형상으로 이루어질 수 있다.The upper crucible 30 as described above may be formed in the shape of an approximately funnel whose cross-sectional shape is circular.

하부 도가니(40)에서는 융액상태의 제1 원료와 가열에 의해 승화되는 제2 원료가 서로 반응하게 된다.In the lower crucible 40, the first raw material in the molten state and the second raw material sublimed by heating react with each other.

이러한 하부 도가니(40)는 제1 원료와 제2 원료가 반응하는 영역을 둘러싸는 내벽(42), 내벽(42)을 둘러싸며 내벽(42)보다 높게 형성되는 외벽(44), 내벽(42)과 외벽(44)의 하단을 연결하는 바닥(46) 및 외벽(44)의 상단과 연결되며, 원료배출구(32)와 연결되는 원료투입구(48a)를 구비하는 덮개(48)를 포함할 수 있다.The lower crucible 40 has an inner wall 42 surrounding an area where the first raw material and the second raw material react, and an outer wall 44 and an inner wall 42 formed higher than the inner wall 42 surrounding the inner wall 42. And a cover 48 connected to a bottom 46 connecting the lower end of the outer wall 44 and an upper end of the outer wall 44, and having a raw material inlet 48a connected to the raw material outlet 32. .

또한, 하부 도가니(40)는 전체적으로 원통형으로 이루어 질 수 있다.In addition, the lower crucible 40 may be formed in a cylindrical shape as a whole.

하부 도가니(40) 내부에서 제2 원료는 제3 히터(70)에 의해 가열되어 승화되고, 상기한 내벽(42)가 외벽(44) 사이의 공간을 따라 상승하게 된다.In the lower crucible 40, the second raw material is heated and sublimed by the third heater 70, and the inner wall 42 rises along the space between the outer walls 44.

상승한 제2 원료 가스는 덮개(48)에 의해 하부 도가니(40)의 중앙 부분으로 이동하여 원료투입구(48a)로부터 소정의 속력으로 낙하하는 제1 원료 융액과 접촉하여 반응하게 된다.The elevated second raw material gas is moved to the center portion of the lower crucible 40 by the cover 48 and comes into contact with the first raw material melt falling from the raw material inlet 48a at a predetermined speed.

한편, 제1 히터(50)는 갈륨 또는 인듐을 포함하는 III족 원소를 녹일 수 있는 범위의 온도로 가열한다.On the other hand, the first heater 50 is heated to a temperature in the range that can dissolve the group III element containing gallium or indium.

합성하는 다결정 화합물이 인화갈륨인 경우, 갈륨이 상온보다 약간 높은 온도에서 융액상태로 존재하기 때문에 제1 원료에 대한 가열을 필요로 하지 않는다.When the polycrystalline compound to be synthesized is gallium phosphide, heating to the first raw material is not necessary because gallium is in a molten state at a slightly higher temperature than normal temperature.

다만, 합성하는 다결정 화합물이 인화인듐인 경우에는 인듐을 녹일 수 있도록 제1 히터(50)의 온도 범위를 250 내지 350℃ 정도로 한다. However, when the polycrystalline compound to be synthesized is indium phosphide, the temperature range of the first heater 50 is about 250 to 350 ° C. to dissolve indium.

그 외의 III-V 족 화합물을 합성하기 위해 용융상태가 가능한 제1 원료 물질의 융점으로 제1 히터(50)를 가열할 수 있다. In order to synthesize other Group III-V compounds, the first heater 50 may be heated to the melting point of the first raw material which is in a molten state.

제2 히터(60)는 다결정 화합물이 합성되는 고온영역을 형성한다. 인화갈륨을 합성하는 경우에는 1400 내지 1500℃로 가열하며, 인화인듐을 합성하는 경우에는 950 내지 1100℃의 범위로 가열한다.The second heater 60 forms a high temperature region in which the polycrystalline compound is synthesized. When synthesizing gallium phosphide, it is heated to 1400-1500 degreeC, and when indium phosphide is synthesize | combined, it heats in the range of 950-1100 degreeC.

또한, 아래로 하강하는 제1 원료의 융액과 제2 원료의 기체가 원활히 반응할 수 있도록 하기 위해 제2 히터(60)를 길게하여 배치할 수 있다.In addition, the second heater 60 may be elongated and disposed so that the melt of the first raw material descending downward and the gas of the second raw material react smoothly.

제3 히터(70)는 인의 증기압을 유지하는 정밀온도제어가 특별히 요구되는 부분으로 고체의 인을 승화시켜 분위기를 형성하도록 가열 제어하는 역할을 한다. The third heater 70 serves to control the heating so as to form an atmosphere by subliming the solid phosphorus to a portion in which precise temperature control for maintaining the vapor pressure of the phosphorus is particularly required.

챔버(10) 상부에는 고압을 유지하면서 지속적으로 인듐을 공급할 수 있는 통로로 사용되는 로드 락(load lock) 챔버(80)가 배치된다.The load lock chamber 80 used as a passage for continuously supplying indium while maintaining a high pressure is disposed above the chamber 10.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 제1 실시에에 따른 다결정 화합물 합성장치에서 하강하면서 합성된 다결정 화합물은 와이어 또는 가는 로드(rod)의 형태로 하부 도가니(40)에 모이게 된다. In the polycrystalline compound synthesizing apparatus according to the first embodiment of the present invention made as described above, the synthesized polycrystalline compound is collected in the lower crucible 40 in the form of a wire or a thin rod.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치의 개략 단면도이다. 2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor polycrystal compound synthesizing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치는 지그재그(jig jag) 형태의 가이드(100)를 구비한다.As shown in FIG. 2, the apparatus for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to the second exemplary embodiment of the present invention includes a guide 100 having a zigzag shape.

상기와 같은 가이드(100)를 구비함에 따라 제1 원료의 융액은 가이드(100)을 따라서 서서히 낙하하게 된다. 따라서 제1 원료의 융액과 제2 원료의 가스가 충분한 반응 시간을 갖게 된다. As the guide 100 is provided as described above, the melt of the first raw material gradually falls along the guide 100. Therefore, the melt of the first raw material and the gas of the second raw material have a sufficient reaction time.

이때, 가이드(100)는 인화갈륨 또는 인화인듐과의 접촉에 의한 반응이 적은 쿼츠, 탄화 탄탈륨, 탄화규소, 그라파이트, 그라파이트 쉬트 및 파이롤리틱 그라파이트가 코팅된 그라파이트의 재료로 이루어질 수 있다.In this case, the guide 100 may be made of a material of quartz, tantalum carbide, silicon carbide, graphite, graphite sheet and pyrolytic graphite coated with a low reaction by contact with gallium phosphide or indium phosphide.

가이드(100)를 제외한 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물 합성장치의 나머지 구성요소는 전술한 제1 실시예의 구성요소들과 동일하므로 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.Since the remaining components of the semiconductor polycrystalline compound synthesis apparatus according to the second embodiment of the present invention except for the guide 100 are the same as those of the above-described first embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물의 합성방법에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, a method of synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물의 합성방법은 챔버 내부를 불활성 분위기로 유지하고, 챔버의 내부에 Ⅲ족 원소 원료를 준비하며, 그 하부에 Ⅴ족 원소 원료를 준비하고, Ⅲ족 원소 원료와 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역을 가열하여 고온영역을 형성하며, Ⅲ족 원소 원료를 융해시켜 고온영역으로 배출하고, Ⅴ족 원소 원료를 승화시키켜 고온영역으로 배출하고, 융해된 Ⅲ족 원소 원료와 승화된 Ⅴ족 원소 원료를 반응시켜 이루어진다.In the method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to an embodiment of the present invention, the inside of the chamber is maintained in an inert atmosphere, a group III element raw material is prepared in the chamber, a group V element raw material is prepared under the group III element raw material Form a high temperature region by heating the region between and the Group V element raw material is prepared, melt the Group III element raw material to discharge into the high temperature region, sublimate the Group V element raw material into the high temperature region, and discharge the melted III It is made by reacting a group element raw material and a sublimated group V element raw material.

전술한 바와 같이 챔버의 내부는 질소 또는 아르곤 가스에 의해 불활성 분위기로 유지하는데, 인화인듐을 합성하는 경우에는 챔버를 3 내지 70 기압의 압력으로 유지할 수 있다.As described above, the inside of the chamber is maintained in an inert atmosphere by nitrogen or argon gas. When indium phosphide is synthesized, the chamber may be maintained at a pressure of 3 to 70 atm.

상기와 같은 반도체 다결정 화합물의 합성방법은 2원소계 뿐만 아니라, 3원소계, 4원소계, 또는 5원소계의 반도체 다결정 화합물의 합성에도 사용이 가능하다.The method of synthesizing the semiconductor polycrystalline compound as described above can be used not only for the two-element type but also for the synthesis of the three-element, quaternary, or five-element semiconductor polycrystalline compound.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다결정 화합물의 합성방법은 일 례로 전술한 반도체 다결정 화합물의 합성장치를 이용하여 이루어질 수 있다.Such a method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound according to an embodiment of the present invention may be made by using the apparatus for synthesizing the semiconductor polycrystalline compound described above.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

본 발명에서는 고품질의 반도체 다결정 화합물을 합성하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 화합물 반도체 단결정을 성장하기 위해 합성된 원료로 사용되는 순도가 높고 양산성이 우수하고 연속적 합성이 가능하며 기존의 방법보다 안전성이 향상된 방법을 제공하는 것이다. The present invention relates to a method for synthesizing a high quality semiconductor polycrystalline compound, the object of which is high purity, good mass productivity, continuous synthesis is used as a raw material synthesized for growing a compound semiconductor single crystal, and is safer than conventional methods This is to provide an improved method.

Claims (16)

내부가 불활성 분위기로 유지되는 챔버;A chamber in which the interior is maintained in an inert atmosphere; 상기 챔버의 내측에 배치되는 외부 도가니;An external crucible disposed inside the chamber; 상기 외부 도가니 내측에 배치되고, 융액 상태의 제1 원료가 저장되고, 그 아래 부분에 상기 제1 원료가 배출되는 원료배출구를 구비하는 상부 도가니;An upper crucible disposed inside the outer crucible and having a raw material outlet for storing a first raw material in a molten state and discharging the first raw material in a lower portion thereof; 상기 상부 도가니를 가열하도록 상기 챔버 내에 배치되는 제1 히터;A first heater disposed in the chamber to heat the upper crucible; 상기 상부 도가니의 아래에 배치되고, 제2 원료가 저장되는 하부 도가니;A lower crucible disposed under the upper crucible and storing a second raw material; 상기 하부 도가니에 저장되는 제2 원료를 가열하여 승화시키도록 상기 챔버 내에 배치되는 제3 히터; 및A third heater disposed in the chamber to heat and sublimate a second raw material stored in the lower crucible; And 상기 하부 도가니를 가열하여 상기 원료배출구로부터 배출된 융액 상태의 상기 제1 원료와 승화된 상기 제2 원료가 반응하는 영역의 온도를 높이도록 상기 챔버 내에 배치되는 제2 히터A second heater disposed in the chamber to heat the lower crucible to increase a temperature of a region where the first raw material in the melt state discharged from the raw material outlet and the sublimed second raw material react; 를 포함하는 반도체 다결정 화합물 합성장치.Semiconductor polycrystalline compound synthesis apparatus comprising a. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 챔버의 상부에 배치되고, 그 내부의 압력을 유지하며 상기 제1 원료를 상기 상부 도가니에 공급하도록 형성되는 로드 락(load lock) 챔버를 더 포함하는 반도체 다결정 화합물 합성장치.And a load lock chamber disposed above the chamber and configured to maintain pressure therein and to supply the first raw material to the upper crucible. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 상부 도가니와 상기 하부 도가니의 사이에서 상기 원료배출구를 둘러싸며 배치되는 분리판을 더 포함하는 반도체 다결정 화합물 합성장치.And a separator disposed between the upper crucible and the lower crucible to surround the raw material outlet. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 원료배출구의 직경이 0.5 내지 5 mm인 반도체 다결정 화합물 합성장치.A device for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound having a diameter of the raw material outlet of 0.5 to 5 mm. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 하부 도가니는,The lower crucible is 상기 제1 원료와 상기 제2 원료가 반응하는 영역을 둘러싸는 내벽;An inner wall surrounding a region where the first raw material and the second raw material react; 상기 내벽을 둘러싸며 상기 내벽보다 높게 형성되는 외벽;An outer wall surrounding the inner wall and formed higher than the inner wall; 상기 내벽과 상기 외벽의 하단을 연결하는 바닥; 및A bottom connecting the inner wall and the lower end of the outer wall; And 상기 외벽의 상단과 연결되며, 상기 원료배출구와 연결되는 원료투입구를 구비하는 덮개A cover connected to an upper end of the outer wall and having a raw material inlet connected to the raw material outlet; 를 포함하는 반도체 다결정 화합물 합성장치.Semiconductor polycrystalline compound synthesis apparatus comprising a. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 하부 도가니는 원통형으로 이루어지는 반도체 다결정 화합물 합성장치.The lower crucible is a semiconductor polycrystalline compound synthesizing device made of a cylindrical shape. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 상부 도가니의 하부가 상기 원료배출구 측으로 갈수록 직경이 점차로 감소하는 형상으로 이루어지는 반도체 다결정 화합물 합성장치.And a lower portion of the upper crucible in a shape of gradually decreasing in diameter toward the raw material outlet side. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 상부 도가니에서 배출되는 원료가 지그재그 형태로 배출되도록 하는 가이드를 더 포함하는 반도체 다결정 화합물 합성장치.And a guide for discharging the raw material discharged from the upper crucible in a zigzag form. 제8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 가이드는 쿼츠(quartz), 탄화탄탈륨, 탄화규소, 그라파이트(graphite), 그라파이트 쉬트(graphite sheet) 또는 파이롤리틱(pyrolitic) 그라파이트가 코팅된 그라파이트 재료로 이루어지는 반도체 다결정 화합물 합성장치.The guide is a semiconductor polycrystalline compound synthesizing apparatus consisting of a graphite material coated with quartz, tantalum carbide, silicon carbide, graphite, graphite sheet or pyrolitic graphite. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 외부 도가니, 상부 도가니, 및 하부 도가니는 각각 쿼츠 또는 그라파이트로 이루어지는 반도체 다결정 화합물 합성장치.Wherein the outer crucible, the upper crucible, and the lower crucible are each composed of quartz or graphite. 챔버 내부를 불활성 분위기로 유지하는 단계;Maintaining the interior of the chamber in an inert atmosphere; 상기 챔버의 내부에 Ⅲ족 원소 원료를 준비하고, 그 하부에 Ⅴ족 원소 원료를 준비하는 단계;Preparing a group III element raw material in the chamber, and preparing a group V element raw material under the chamber; 상기 Ⅲ족 원소 원료와 상기 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역을 가열하는 단계;Heating a region between the group III element material and the group V element material; 상기 Ⅲ족 원소 원료를 융해시켜 상기 Ⅲ족 원소 원료와 상기 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역으로 배출하는 단계;Melting the group III element raw material and discharging the group III element raw material into a region between the group III element raw material and the group V element raw material; 상기 Ⅴ족 원소 원료를 승화시켜 상기 Ⅲ족 원소 원료와 상기 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역으로 배출하는 단계; 및 Subliming the Group V element raw material and discharging it into a region between the Group III element raw material and the Group V element raw material prepared; And 상기 융해된 Ⅲ족 원소 원료와 상기 승화된 Ⅴ족 원소 원료를 반응시키는 단계Reacting the fused Group III element material with the sublimed Group V element material 를 포함하는 반도체 다결정 화합물 합성방법.Semiconductor polycrystalline compound synthesis method comprising a. 제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 Ⅲ족 원소 원료는 인듐(In) 또는 갈륨(Ga)이고, 상기 Ⅴ족 원소 원료는 인(P)인 반도체 다결정 화합물 합성방법.The group III element material is indium (In) or gallium (Ga), and the group V element material is phosphorus (P). 제12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 Ⅲ족 원소 원료가 인듐이고, 상기 Ⅲ족 원소 원료와 상기 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역의 온도를 950 내지 1100℃로 하는 반도체 다결정 화합물 합성방법.The method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound in which the group III element raw material is indium and the temperature of a region between the group III element raw material and the group V element raw material is prepared is 950 to 1100 ° C. 제12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 Ⅲ족 원소 원료가 갈륨이고, 상기 Ⅲ족 원소 원료와 상기 Ⅴ족 원소 원료가 준비되는 사이의 영역의 온도를 1400 내지 1500℃로 하는 반도체 다결정 화합물 합성방법.The method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound in which the group III element raw material is gallium, and the temperature in the region between the group III element raw material and the group V element raw material is 1400 to 1500 ° C. 제12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 Ⅲ족 원소 원료가 인듐이고, 상기 챔버를 3 내지 70 기압의 압력으로 유지하는 반도체 다결정 화합물 합성방법.A method for synthesizing a semiconductor polycrystalline compound in which the group III element raw material is indium and maintains the chamber at a pressure of 3 to 70 atmospheres. 제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 반도체 다결정 화합물은 2원소계, 3원소계, 4원소계, 또는 5원소계의 화합물인 반도체 다결정 화합물 합성방법.The semiconductor polycrystalline compound is a method of synthesizing a semiconductor polycrystalline compound is a two-element, three-element, quaternary, or five-element compound.
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