KR101303129B1 - ＧａＡｓ 잉곳의 제조방법 - Google Patents

Abstract

LEC법에 의하여 EPD가 비교적 작은 고품질의 GaAs 잉곳을 높은 수율로 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 GaAs 잉곳의 제조방법은 LEC법을 이용한 GaAs 용융액으로부터의 GaAs 잉곳의 제조방법에 있어서, 상기 GaAs 용융액 중에 도펀트로서 인듐(In)을 더 포함하도록 반응 용기 안에 인듐을 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＧａＡｓ 잉곳의 제조방법 {Method of manufacturing GaAs ingot}

본 발명은 융액으로부터의 결정 성장(crystal growth from the melt) 방법을 이용해 GaAs(갈륨비소) 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체 밀봉 초크랄스키(Liquid Encapsulated Czochralski, 이하 LEC)법을 이용한 GaAs 잉곳의 제조방법에 관한 것이다.

GaAs는 실리콘과 함께 반도체 분야에서 가장 널리 사용되고 있으며, 다양한 응용분야 기술을 가지고 있는 반도체 재료이다. GaAs는 실리콘에 비하여 전자이동도(electron mobility)가 뛰어나고 신호처리 속도도 5배 이상 빠르며 넓은 에너지 밴드 갭(energy band gap)이 있고, GaAs 결정은 InP(인화인듐)처럼 직접 천이형 밴드구조를 가지기 때문에 발광, 수광 특성을 가지고 있다. 또한 이러한 장점으로 인해 GaAs로 반도체 소자를 만들 경우 실리콘 소자에 비해 높은 속도 특성 또는 빠른 응답 속도, 그리고 낮은 누설 전류 및 높은 온도에서의 열적 안정성 등의 장점을 갖게 된다.

GaAs는 LED의 기판으로 사용된다. LED는 백라이트 유닛 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였으나 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, 고출력 제품 중심으로 옮겨 가고 있다. 특히 컬러 형광등을 대체할 수 있는 LED 간접조명에 대한 관심 및 수요가 커지면서 LED에서 발산한 빛을 안정적이고 균일하게 확산시켜주는 도광판 개발에 대한 요구도 급증하고 있다.

GaAs와 같은 화합물 단결정의 제조방법에는 LEC법, 수평브리지만(Horizontal Bridgman) 등의 많은 방법이 사용되고 있는데, 이 중에서 LEC법은 결정면이 <100>인 성장이 가능하고 원형의 웨이퍼를 쉽게 얻을 수 있으며, 또한 대구경화가 용이하고 결정 성장 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다.

LEC법을 대해 간략히 설명하면 다음과 같다. LEC법은 쵸크랄스키법을 일부 개조시킨 공법으로서, 갈륨(Ga)과 비소(As) 원재료를 결정성장로 내부의 반응 용기(crucible)에 투입한 상태에서 불활성 가스 분위기의 조건으로 흑연 발열체에 의해 가열하여 용융시켜 GaAs 용융액을 합성한 다음, 씨드(seed)를 GaAs 용융액의 표면에 접촉시킨 후 서서히 응고시키면서 결정을 끌어올리는 방법이다. 여기서, As는 강한 휘발성을 갖는 물질로서 As 원재료 상태 또는 GaAs 용융액 상태에서 가스로 쉽게 승화되는 경향이 강하므로 이를 방지하기 위하여 B₂O₃ 등의 액체 봉지제(encapsulant)를 Ga, As와 함께 결정성장로에 투입한 다음, 가압함으로써 As가 Ga과 As의 합성 공정이나 합성 공정 후 GaAs 용융액으로부터의 결정 성장 공정 중에 휘발되는 것을 방지한다.

이 방법을 사용하면 쵸크랄스키법의 장점을 그대로 살릴 수 있으나 B₂O₃와 같은 액체 봉지제에 의해 성장된 결정 내에 급격한 온도 구배가 발생하므로 액체 봉지제의 사용량이나 제품 종류의 선정에 있어서 주의를 기울여야 한다. 뿐만 아니라, 직경 제어 기술이 나쁘기 때문에 저온도구배에 의한 무전위화가 매우 곤란하여 전위 결함의 밀도를 나타내는 EPD(Etched Pit Density)가 비교적 크며 수율도 좋지 않다는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 LEC법에 의하여 EPD가 비교적 작은 고품질의 GaAs 잉곳을 높은 수율로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 GaAs 잉곳의 제조방법은 LEC법을 이용한 GaAs 용융액으로부터의 GaAs 잉곳의 제조방법에 있어서, 상기 GaAs 용융액 중에 도펀트로서 인듐(In)을 더 포함하도록 반응 용기 안에 인듐을 장입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 인듐을 장입하는 단계는 상기 반응 용기 안에 인듐, 갈륨(Ga) 및 액체 봉지제 순으로 장입하는 단계이고, 상기 반응 용기 안에 장입된 재료를 녹인 후 상기 반응 용기 안에 비소(As)를 넣어 상기 GaAs 용융액을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 갈륨, 비소 및 인듐의 배합량은 갈륨 1000g, 비소 1101.8g에 대하여 인듐이 15g 비율로 하는 것이 바람직하다. 상기 액체 봉지제와 상기 반응 용기에 열을 가하는 핫 존(hot zone) 상단 부분 사이의 온도 차이가 100℃가 되도록 한다.

본 발명에 따르면, GaAs 잉곳 제조시 인듐(In)을 도펀트(dopant)로 사용한다. In 첨가량이 감소할수록 잉곳의 수율이 향상되며, 장입량의 감소로 원가가 절감되는 효과가 발생하고, 테일(tail)쪽 모양 개선으로 몸통 길이(body length)가 증가하며, 출력/입력(Output/Input) 비의 변화로 손실율이 감소하지만 EPD는 증가한다. 반대로 In 첨가량이 증가할수록 잉곳 몸통 및 표면의 불순물이 많아지고 모양이 좋지 않다. 따라서, In의 첨가량을 조절하면 EPD가 비교적 작은 고품질의 GaAs 잉곳을 높은 수율로 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면 원재료인 Ga 1000g, As 1101.8g에 대하여 In이 15g 첨가될 때에 제조된 GaAs 잉곳 표면의 불순물이 가장 많이 줄어들고, 수율과 모양 및 손실율이 가장 좋게 나타난다. 또한 결정성장로 히터의 핫 존(hot zone)을 변경함으로써, In이 15g 첨가되었을 때의 EPD를 In이 25g 첨가되었을 때의 수치와 비슷하게 만들 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 이용해 제조된 GaAs는 LED의 기판으로 사용될 수 있다. 특히 도광판용 광원을 위한 LED의 기판으로 적합한 물성을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 GaAs 잉곳 제조방법에 이용되는 결정성장로의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 GaAS 잉곳 제조방법에서 원료 장입 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실험예 진행시 결정성장로의 뷰포트(view port)에서 보이는 실제 합성 모습이다.
도 4는 실험예 진행시 씨딩의 구간별 사진이다.
도 5는 숄더의 폐쇄면을 나타낸 사진이다.
도 6은 실험예 진행시 잉곳에 대한 열처리 공정 시간과 온도에 관한 그림이다.
도 7은 실험예에 따라 완성된 잉곳의 사진으로, In 첨가량이 각각 0, 5, 10, 15, 20, 25g인 경우를 보여준다.
도 8은 실험예의 결과로서 In 첨가량에 따른 잉곳의 직경크기이다.
도 9는 실험예의 결과로서 잉곳 직경 변화에 따른 반응 용기의 인상 속도 변화값을 나타낸 그래프이다.
도 10은 실험예의 결과로서 In 첨가량에 따른 손실율을 나타낸 것이다.
도 12는 실험예에 따라 완성된 잉곳의 EPD 측정값이다.
도 13은 액체 봉지제와 핫 존 상단 부분 사이의 온도 차이가 100℃ 정도가 되도록 핫 존을 변경한 후 실험예에 따라 완성된 잉곳의 EPD 측정값이다.
도 14는 In 첨가량에 따른 다결정(Poly) 및 쌍정(Twin)과 같은 불량 발생율에 대해 나타낸 그래프이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 GaAs 잉곳 제조방법에 이용되는 결정성장로의 개략도이다.

결정성장로(10)는 고압에 견딜 수 있는 압력 용기(5) 안에 원료를 담는 반응 용기(20), 열을 가해주는 저항 히터(40), 외부로의 열을 차단하는 단열재(50) 등으로 구성되어 있으며, 반응 용기(20)를 지탱하는 구조물(30) 등을 더 포함할 수도 있다.

반응 용기(20)는 도가니 회전축(C)에 의해 반시계 방향으로 회전할 수 있으며, 또한 승하강 운동을 할 수 있도록 설치된다. 반응 용기(20)의 상측에는 그 하단부에 단결정으로 된 씨드 결정이 부착되는 씨드 결정 회전축(15)이 위치하며, 씨드 결정 회전축(15)은 도가니 회전축(C)과 달리 시계방향으로 회전할 수 있으며, 또한 승하강 운동을 할 수 있도록 설치된다. 상기 씨드 결정 회전축(15)과 도가니 회전축(C)의 회전 방향은 서로 반대 방향이기만 하면 앞에서 말한 회전 방향이 바뀌어도 좋다.

저항 히터(40)는 반응 용기(20) 안의 원료를 녹여 융액(45)으로 만든다. 고품질의 GaAs 단결정을 생산하기 위해서는 우선 융액(45)을 위한 원료의 순도가 높아야 하며, Ga과 As의 화학 양론적 비율이 이상적이기 위하여 공정 진행 중 휘발성이 강한 원료의 휘발을 최소화할 수 있어야 한다. GaAs 융액에서 단결정을 만들 때는 융점 1,238℃에서의 평형증기압 0.9 기압 이상의 As 분위기 중에서 육성할 필요가 있다. GaAs 단결정 성장을 위한 LEC 공정에서는 결정 성장 도중에 휘발성이 강한 As 성분의 휘발을 막기 위해 액체 봉지제(60), 예컨대 B₂O₃가 융액(45) 위를 덮도록 한다. 액체 봉지제(60)의 복사 광선에 대한 열적 투명성이 결정의 성장 과정에서 온도장의 형성에 어떠한 형태로 기여하는가가 최종 생산품인 잉곳의 성질에 많은 영향을 준다.

저항 히터(40)에 의한 핫 존(hot zone)의 구성은 고체 단결정 성장을 위한 온도 유지에 있기 때문에 융액(45)에서 잉곳(70)을 성장시킬 수 있는 최적의 온도 프로파일 조건을 확립시켜야 한다. 초기 공정 조건 확립이나 공정 개선을 위해서는 핫 존의 온도구배가 중요하다. 이 때의 온도구배는 열전대(thermocouple) 이동방식을 사용해 여러 조건에서의 온도 프로파일을 측정하는 방식을 사용하며, 성장 축 방향으로의 최소 온도구배를 갖도록 하는 것이 기본이다.

종래 결정성장로에서는 액체 봉지제와 핫 존 상단 부분 사이의 온도 차이가 200℃ 정도로 크다. 온도 구배가 커지게 되면 열손실에 의해 결정 성장 진행이 되지 않으며, 특히 성장 면 근처의 온도는 성장 면의 모양에 직접적인 역할을 한다. 그리고, 잉곳의 성장 중 내부 특성 즉, EPD에 영향을 미쳐 씨드부와 테일부의 EPD가 높게 측정된다. 반대로 성장 방향의 종축 온도 구배가 낮은 경우 내부 특성에 영향을 미친다. 본 발명에서는 이 점을 고려하여, 단열재(50)를 사용한 상태에서 액체 봉지제(60)와 핫 존 상단 부분 사이의 온도 차이를 100℃ 정도로 조절한다. 이를 위해 탑 배플(top baffle)과 히터 풋(heater foot)까지의 길이를 기존의 200mm에서 205mm로 연장하는 방법을 이용한다.

융액(45) 형성을 위한 원료 중 주된 재료는 순도 7N(99.99999%) 이상의 Ga과 As이다. 부재료로는 도펀트로서 인듐(In)을 준비한다. In은 전기적으로 중성의 성질을 가지는데 약 10¹⁰/cm³의 고용체로 만들면 전위 이동 속도가 늦어지고 전위의 증식이 억제된다. 도전형을 띠는 GaAs 잉곳 제조를 위해서는 추가의 도펀트로 Si을 이용한다.

LEC법에 있어 단결정 제조는 기본적으로 도 1과 같은 장비 준비, 베이킹(baking), 원재료의 장입, 승온(heat up), 씨딩(seeding), 몸통 성장(body growth), 테일 공정 및 냉각(cool down) 등의 순서로 진행된다. 이하에서는, 본 발명에 따른 GaAs 잉곳 제조방법을 설명한다.

먼저 도 1과 같은 결정성장로(10)를 준비한 다음, 장비 내부의 불순물과 수분을 제거하기 위하여 베이킹을 실시한다. 이 때 펌프(미도시)를 이용하여 결정성장로(10) 내부를 진공 상태를 만들어 주고, 성장 온도보다 높은 온도로 설정하여 진공 상태를 유지하며 가열한다.

다음, 반응 용기(20)에 원료를 장입한다. 공정 진행시 특히 주의해야 하는 사항이 원료의 배합량과 적재 위치이므로 주의하여 진행한다. 원료 장입시 Ga과 도펀트인 In, Si는 반응 용기(20)의 바닥에 놓고 그 위에 B₂O₃을 위치시킨다. 그 이유는 As의 휘발 온도보다 낮은 온도에서 B₂O₃가 먼저 용해물이 되어 원료를 감싸주는 봉지제 역할을 하게 만들어 원료의 휘발로 인한 손실을 억제시키기 위한 목적이다. 이에 따라 도 2에 도시한 바와 같이, 반응 용기(20) 아래쪽에 In, Si 도펀트를 장입한 후, Ga을 장입하고 마지막으로 B₂O₃를 넣어 결정성장로(10) 안에 배치한다. 장입되는 재료는 적당한 크기로 분쇄되어 장입된다. 순도 유지에 문제가 없는 한 크기는 문제되지 않는다.

다음, 비소 셀(As cell, 미도시) 상태 및 무게 확인 후 반응 용기(20) 상부에 장착한다. Ga : As = 1 : 1.0743 mole비 + a (loss 값)이 되도록 하며, 실험예에서는 Ga을 1000g, As이 1101.8g이 되도록 하였고, In 첨가량은 이에 대해 0, 5, 10, 15, 20, 25g이 되게 하였으며 B₂O₃는 360g, Si는 0.48g으로 하였다.

다음, 결정성장로(10) 내부를 진공 배기한 후 불활성 가스를 충진시킨다. 불활성 가스를 충진시킨 후 새는 구멍이 있는지 확인하기 위하여 리크 체크(leak check)를 실시한다.

저항 히터(40)를 이용해 발열, 승온시켜 반응 용기(20) 안의 원료를 액체화시킨다. 반응 용기(20)의 원재료가 액체화되면 비소 셀을 천천히 내린다(비소 셀을 내리는 동안 멈추지 않고 일정속도 유지). 이 때 비소 셀의 입구 부분은 B₂O₃를 뚫고 용해물까지 멈춤 없이 내려야 다량의 휘발을 방지할 수 있다. 비소 셀의 입구 부분이 액체 봉지제(60)에 닿는 지점부터 5∼6cm 정도 더 내려 갈륨 용해물에 접촉시켜 합성을 시킨다. 그 이유는 위와 같은 양의 원료 장입시 액체 봉지제(60) 층이 약 4.2cm이기 때문에 액체 봉지제(60)에 닿는 순간부터 5∼6cm를 내려줘야지만 합성이 시작될 수 있기 때문이다. 이때 온도는 약 900∼1000℃와 40∼42 기압으로 유지해 Ga과 As의 합성반응이 진행되도록 한다.

도 3은 실험예 진행시 결정성장로(10)의 뷰포트에서 보이는 실제 합성 모습이다. 비소 셀에서 나오는 기포를 보고 합성의 속도를 측정/관찰 한다(기포의 발생 속도가 느릴 경우, 온도를 상승시킴. 너무 빠르게 합성이 될 경우 역류발생.) 합성이 완료되면 비소 셀을 올려 액체 봉지제(60)와 2∼3cm 이격 거리를 두고 고정시킨다(필요하면 안정화 시간을 둠, 실험예에서는 50분 유지).

그런 다음, 씨드 결정 회전축(15)에 씨드를 장착시킨 후 씨드를 내려 GaAs가 합성된 융액(45)에 닿게 한 후 회전시키면서 씨딩을 진행한다. 씨드를 내리는 속도는 10~30cm/min 정도로 할 수 있다. 표 1은 씨딩을 진행시킬 때의 공정 조건을 나타낸 것이다. 씨딩은 넥(neck), 콘(cone) 및 숄더(shoulder) 형성 공정을 말하며 원하는 크기로 잉곳(70)의 직경을 키우는 공정이다. 씨드의 회전 속도(S/R)는 4 rpm으로 유지하고 반응 용기(20)의 회전 속도(C/R)은 24rpm으로 유지한다.

씨딩의 초기 단계인 넥에서는 램프 값을 -0.4(℃/min)로 온도를 낮추면서 씨드의 인상 속도(S/L)는 7mm/hr로 설정하여 진행을 한다. 반응 용기(20)는 인상하지 않아 반응 용기(20)의 인상 속도(C/L)는 0이다. 넥의 공정은 약 15분∼20분 정도 진행이 된다.

콘 공정의 반응 용기(20)의 인상 속도(C/L)는 표 1에서 보는 것과 같이 일정한 순서로 올리면서 진행한다. 하지만 장비마다 램프 값과 설정시간은 다르다. 그 이유는 장비별 핫 존의 상태가 다르기 때문에 설정 온도 및 내부의 온도가 달라지기 때문이다. 따라서 콘 공정은 작업자의 각별한 주의 및 제어가 필요하다.

마지막으로 숄더의 경우는 1시간을 진행하는데 이 때, 폐쇄면이 매꿔지는지가 가장 중요한 포인트이다. 도 4는 씨딩의 구간별 사진이다. 도 4를 참조하면, 처음 시작할 때의 모양이 사각형으로 시작하는데 숄더가 끝나고 몸통으로 들어가는 시점에서 사각형이 원형의 모양이 된다. 이를 폐쇄면이 매꿔진다라고 표현을 한다. 도 5에 숄더의 폐쇄면을 나타내었다.

몸통 공정은 말 그대로 몸통 부분으로 원하는 직경의 크기를 유지시켜 성장시키는 공정을 말한다. 몸통 공정의 경우는 직경을 55∼58mm 정도로 맞춰야 되기 때문에 램프 값이 매우 중요하다. 표 2는 몸통의 성장 조건을 나타낸 것이다.

표 2에서 보면 알 수 있듯이 몸통 공정은 램프 값만 변하고 씨드의 회전 속도(S/R)와 인상 속도(S/L), 반응 용기(20)의 회전 속도(C/R)와 인상 속도(C/L)의 값은 변동이 없다.

잉곳(70)의 길이가 목표치에 도달하면 융액(45)의 온도를 상승시키고, 결정의 직경을 작게 하여 융액(45)에서 분리한다. 이 공정이 바로 테일 공정이다.

분리까지 완료되면 분리된 잉곳에 열 충격이 가해지지 않도록 천천히 저항 히터(40)의 온도를 실온까지 낮춘 뒤 결정성장로(10) 안을 상압으로 맞추어 결정성장로(10)로부터 잉곳을 분리해낸다. 잉곳 내부의 응력 및 균열이 발생할 수 있기 때문에 서서히 온도를 내려준다. 결정성장로(10)에서 나온 잉곳은 공랭식으로 50~100℃/hour로 냉각되도록 할 수 있다.

일반적으로 LEC법으로 단결정을 성장하는 경우에는 성장된 단결정 내에 성장 및 냉각 공정에 의해 제품 내부에 내부 응력이 발생하게 된다. 내부 응력은 보관, 또는 가공 중에 균열을 유발할 수 있기 때문에 LEC 공정에서는 본 응력을 제거해 주는 열처리가 중요하다. 이런 이유에서 생산된 잉곳에 대한 열처리를 더 실시함이 바람직하다.

도 6은 잉곳에 대한 열처리 공정 시간과 온도에 관한 그림이다. 먼저 12 시간 동안 0∼800℃까지 승온시켜 주고 800℃의 온도를 12 시간 동안 유지시킨 후 12 시간 동안 800℃에서 0℃까지 온도를 내려준다.

잉곳은 열처리로에 넣어 온도만 변수가 되도록 한다. 즉 온도 조건만 제어한다. 열처리를 위해 별도의 가스 분위기는 필요하지 않으며 공기 중에서 온도를 제어하는 방식에 의할 수 있다.

도 7은 완성된 잉곳의 사진으로, In 첨가량이 각각 0, 5, 10, 15, 20, 25g인 경우를 보여준다. 잉곳의 모양과 테일 부분을 보면 In 첨가량이 15g일 때가 나머지 잉곳보다는 좋다는 것이 눈에 띄게 보인다.

도 8은 In 첨가량에 따른 잉곳의 직경크기이다. 도 8을 참조하면, 몸통 성장시 In 첨가량이 적어질수록 직경이 커지는 것을 알 수 있다. In을 첨가하지 않았을 경우 직경의 최대크기 평균이 67.2mm였고, In 첨가량 5g은 66.4mm, 10g은 65.8g, 15g은 65mm였고, 20g은 64.3mm, 25g은 62.5mm로 나타났다. 이와 같이 In 첨가량이 적어질수록 잉곳 직경의 크기가 커지기 때문에 이에 따른 공정 조건의 조절이 필요하다.

반응 용기(20)의 인상 속도(C/L)는 잉곳 성장의 직경 크기에 많은 영향을 미친다. 도 9는 직경 변화에 따른 C/L의 변화값을 나타낸 그래프이다. In 첨가량에 따른 직경의 변화를 조절하기 위하여 C/L의 값을 변화시켰다. C/L값이 클수록 직경 성장이 빨라지기 때문에 C/L값을 각각 3.6mm/hr, 3.62mm/hr, 3.65mm/hr, 3.69mm/hr, 3.74mm/hr, 3.88mm/hr로 변화시켜 공정진행을 하였을 때 원하는 직경의 크기로 성장시킬 수 있었다.

도 10은 In 첨가량에 따른 손실율을 나타낸 것이다. 손실양은 In 양이 적어질수록 89.2g, 94.5g, 99.1g, 113.3g, 161.2g 순으로 작게 나타났다. 단, In을 첨가하지 않았을 때 91.3g으로 5g일 때보다는 높게 나타났다. 이는 In 양이 적을수록 손실율이 줄고 이에 따른 길이가 길어져 수율 증가에도 영향을 미치는 것을 의미한다.

도 11은 잉곳 성장 후 길이를 비교한 것이다. 도 11에서 보면 알 수 있듯이 In 양이 적을수록 몸통 길이가 길어진다. 길이의 경우는 In을 첨가하지 않았을 때 103.8mm, In을 5g 첨가하였을 때 105.4mm, 10g일 때 108mm였고, 15g일 때 117.5mm, 20g일 때 107mm, 25g일 때 109.7mm이어서, In 첨가량이 15g일 때 가장 길게 나타났다. 손실량과 길이를 보면 알 수 있듯이 In 양이 GaAs 결정 성장에 크게 관여하는 것으로 판단되어진다.

위와 같은 In 첨가량에 따른 실험을 통해 In이 잉곳 성장에 있어 수율에 영향을 미치는 것을 볼 수 있다. In 양이 적어질수록 수율이 좋아지는 것을 볼 수 있고 표면 상태가 육안으로 확인될 만큼 불순물이 많이 줄어들었다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 손실율에 함유되어 있는 In 양을 비교해 보았을 때 In 양이 감소할수록 손실율 또한 감소하는 것을 도면을 통해 알 수 있다.

도 12는 잉곳의 EPD 측정값이다. 씨드부와 테일부의 EPD 측정결과 In이 25g일 때 가장 낮게 측정되었다. 그 외 In 양이 줄어들수록 EPD가 높게 측정되었다. 특히, In을 첨가하지 않았을 때 수치는 In을 첨가하였을 때보다 1000 이상 높게 나타났다.

이상의 결과는 액체 봉지제(60)와 핫 존 상단 부분 사이의 온도 차이가 200℃ 정도인 경우이다. 도 13은 액체 봉지제(60)와 핫 존 상단 부분 사이의 온도 차이가 100℃ 정도가 되도록 핫 존을 변경한 후의 EPD 값을 나타낸 것이다. 핫 존을 변경하기 전에는 In이 25g일 때 씨드 및 테일부의 EPD가 가장 낮게 측정되었으나 핫 존을 변경한 후에는 변경 전에 비해 대체적으로 낮게 측정 되었다.

In은 많이 첨가하면 첨가할수록 EPD의 수치가 낮아지는 현상을 보이고 적게 첨가하면 EPD의 수치가 상승하는 것을 볼 수 있다. 또한 EPD에 영향을 주는 또 다른 원인은 앞에서 언급했던 것과 같이 핫 존의 온도구배를 들 수 있다. 온도구배가 커지게 되면 열손실에 의해 결정성장이 진행되지 않고 또한 성장면 근처의 온도는 성장 면의 모양에 직접적인 역할을 하기 때문에 핫 존의 변경을 통하여 온도구배를 개선할 수 있다. 액체 봉지제(60)와 핫 존 상단 부분 사이의 온도 차이가 100℃ 정도가 되도록 핫 존을 변경한 결과, 도 13에서와 같이 EPD가 낮아지는 결과를 얻을 수 있었다.

도 14는 다결정(Poly) 및 쌍정(Twin)과 같은 불량 발생율에 대해 나타낸 그래프이다. 그래프에서 보면 알 수 있듯이 In 첨가량에 따라 다결정 및 쌍정 발생율도 달라진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 액체 밀봉 초크랄스키(Liquid Encapsulated Czochralski : LEC)법을 이용한 GaAs 용융액으로부터의 GaAs 잉곳의 제조방법에 있어서,
   상기 GaAs 용융액 중에 도펀트로서 인듐(In)을 더 포함하도록, 반응 용기 안에 인듐, 갈륨(Ga) 및 액체 봉지제 순으로 장입하는 단계; 및
   상기 반응 용기 안에 장입된 재료를 녹인 후 상기 반응 용기 안에 비소(As)를 넣어 상기 GaAs 용융액을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 액체 봉지제와 상기 반응 용기에 열을 가하는 핫 존(hot zone) 상단 부분 사이의 온도 차이가 100℃가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 GaAs 잉곳의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 갈륨, 비소 및 인듐의 배합량은 갈륨 1000g, 비소 1101.8g에 대하여 인듐이 15g 비율인 것을 특징으로 하는 GaAs 잉곳의 제조방법.
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