KR101364587B1 - 사파이어 단결정 성장장치의 도가니 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사파이어 단결정 성장장치의 도가니에 관한 것으로, 용융공간부가 마련된 그라파이트 재질의 베이스 도가니와, 적어도 상기 용융공간부 주변의 상기 베이스 도가니 표면에 마련된 이물방지 코팅층을 포함한다. 본 발명은 상대적으로 가격이 저렴하며, 가공성이 우수한 그라파이트 소재를 베이스로 하고, 사파이어의 용융점 온도에서 그라파이트 소재에서 이물이 방출되는 것을 차단할 수 있는 금속 또는 세라믹 코팅층을 구비함으로써, 고온에서도 이물의 방출이나 박리의 발생이 방지되며, 종래에 비하여 보다 저렴한 도가니를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

사파이어 단결정 성장장치의 도가니{Crucible for sapphire single crystal growth device}
본 발명은 사파이어 단결정 성장장치의 도가니에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 용융온도에서의 내구성과 신뢰성을 유지하면서도 가격을 줄일 수 있는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니에 관한 것이다.
일반적으로, 엘이디(LED)의 제조에 사용되는 사파이어 기판은 일반적인 실리콘 반도체 기판의 제조방법과 같이 용융 사파이어에 단결정 시드를 접촉시킨 후 단결정을 성장시키는 방법을 사용하고 있다.
특히 고체 사파이어를 도가니 내에서 용융시키면서 잉곳(ingot)을 성장시키는 키로플러스 방법이 주로 사용되고 있다. 이때 고체 사파이어의 용융점이 2000℃ 이상이기 때문에 도가니 또한 용융점이 사파이어의 용융점 이상인 것을 사용해야 한다.
즉, 실리콘 잉곳의 제조시 사용하던 석영 도가니를 사파이어 잉곳의 제조에 적용할 수 없으며, 이리듐을 사용하는 기술이 공지되었다.
고가인 이리듐을 대신하여 공개특허 10-2011-0009622호(2011년 1월 28일 공개)에서는 텅스텐 또는 몰리브덴을 도가니로 사용하는 기술에 대하여 기재하고 있다.
그러나 대형의 도가니 전체를 텅스텐 또는 몰리브덴으로 제작하는 경우에도 제조비용이 많이 들게 되어, 사파이어 기판의 가격 상승의 요인이 되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 사파이어의 용융점 이상의 온도에서 안정적이면서도 가격을 줄일 수 있는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니를 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 사파이어 단결정 성장장치의 도가니는, 용융공간부가 마련된 그라파이트 재질의 베이스 도가니와, 적어도 상기 용융공간부 주변의 상기 베이스 도가니 표면에 마련된 이물방지 코팅층을 포함한다.
상기 이물방지 코팅층은 용융점이 사파이어의 용융점 이상인 금속 또는 세라믹인 것을 특징으로 한다.
상기 금속은 텅스텐 또는 몰리브덴 또는 레늄인 것을 특징으로 한다.
상기 세라믹은 탄화규소인 것을 특징으로 한다.
상기 이물방지 코팅층은 용사코팅 또는 화학 기상 증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 이물방지 코팅층은 상기 금속 또는 상기 세라믹 재질의 시트를 부착하여 형성될 수 있다.
본 발명은 상대적으로 가격이 저렴하며, 가공성이 우수한 그라파이트 소재를 베이스로 하고, 사파이어의 용융점 온도에서 그라파이트 소재에서 이물이 방출되는 것을 차단할 수 있는 금속 또는 세라믹 코팅층을 구비함으로써, 고온에서도 이물의 방출이나 박리의 발생이 방지되며, 종래에 비하여 보다 저렴한 도가니를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니 단면 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치 도가니의 구성과 작용에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니의 단면 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니는, 내측에 용융공간부(11)를 제공하며, 상부가 개방된 그라파이트 소재의 베이스 도가니(10)와, 상기 용융공간부(11)의 주변 상기 베이스 도가니(10)의 표면에 형성되어 고온에서 그라파이트의 불순물이 유출되는 것을 방지하는 이물방지 코팅층(20)을 포함하여 구성된다.
아래에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니는, 그라파이트 소재의 베이스 도가니(10)를 포함한다. 그라파이트는 가공성이 우수하며, 종래 도가니의 재질인 텅스텐이나 몰리브덴에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 특징이 있다.
상기 그라파이트 소재인 베이스 도가니(10)의 형상은 상부가 개방된 직육면체의 함체 형상으로 내측에 고체 사파이어가 투입되어 용융될 수 있는 용융공간부(11)가 마련되어 있다.
이때 베이스 도가니(10)의 형상과 크기 폭과 길이의 비는 제조사마다 요구하는 수치에 차이가 있을 수 있으나, 본 발명은 베이스 도가니(10)의 재질에 관한 것으로, 그 크기나 형상에 의해 제한되지 않는다.
상기 베이스 도가니(10)는 그라파이트 괴를 가공하는 방법으로 제작될 수 있으며, 이외에 도가니 형상으로 가공할 수 있는 기타의 방법으로도 제작될 수 있으며, 이 역시 본 발명에 속한다 할 것이다.
상기 그라파이트 소재의 베이스 도가니(10)는 강도가 높고, 사파이어의 용융점 이상의 용융점을 가지고 있으나, 고온에서는 이물이 발생하는 특징이 있어 도가니의 재질로는 적합하지 않은 것으로 알려져 있다.
즉, 사파이어를 용융시킬 때 그라파이트 소재의 베이스 도가니(10)에서 이물이 발생하여 사파이어 용융물에 혼입될 수 있고, 이는 사파이어 기판의 수율을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
이를 방지하기 위하여 본 발명에서는 상기 베이스 도가니(10)의 내측인 용융공간부(11)를 이루는 베이스 도가니(10)의 내면에 이물방지 코팅층(20)이 형성되어 있다.
상기 이물방지 코팅층(20)은 용융온도가 상기 사파이어의 용융온도인 2050℃ 이상인 금속 또는 세라믹 소재인 것이 바람직하다.
이러한 이물방지 코팅층(20)의 구체적인 재질의 예로는 금속 소재로서 텅스텐, 몰리브덴, 레늄을 사용할 수 있으며, 세라믹 소재로서 탄화규소를 사용할 수 있다.
이물방지 코팅층(20)은 상기 언급한 텅스텐, 몰리브덴, 레늄을 용사코팅법으로 상기 베이스 도가니(10)의 용융공간부(11)를 이루는 면에 코팅하여 형성할 수 있다.
또한 화학 기상 증착법으로 상기 언급된 텅스텐, 몰리브덴, 레늄은 증착할 수 있으며, SiC를 증착할 수 있다.
이러한 금속과 세라믹의 증착 또는 코팅에 의하여 베이스 도가니(10)의 재질인 그라파이트에서 이물이 사파이어 용융물에 혼입되는 것을 방지할 수 있는 이물방지 코팅층(20)을 형성할 수 있으며, 상대적으로 저렴하면서도 열에 의해 발생할 수 있는 여러 문제점들을 해소할 수 있는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니를 제공할 수 있게 된다.
상기 이물방지 코팅층(20)의 두께는 베이스 도가니(10)에서 이물이 발생하여 사파이어 용융물에 혼입되는 것을 방지할 수 있는 최소한의 두께로 하며, 코팅 또는 증착의 균일성을 고려하여 5~30㎛의 두께가 되도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치의 도가니의 다른 실시예의 단면 구성도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사파이어 단결정 성장장치는, 역시 그라파이트 소재의 베이스 도가니(10)와, 상기 베이스 도가니(10)의 적어도 용융공간부(11)의 주변 베이스 도가니(10)에 부착되는 금속 또는 세라믹 시트(30)를 포함하여 구성된다.
상기 금속 또는 세라믹 시트(30)는 접착이 가능한 형태로 시판되고 있으며, 금속으로는 역시 텅스텐, 몰리브덴, 레늄 시트, 세라믹으로는 SiC 시트를 사용할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
10:베이스 도가니 11:용융공간부
20:이물방지 코팅층

Claims (8)

  1. 용융공간부가 마련된 그라파이트 재질의 베이스 도가니; 및
    적어도 상기 용융공간부 주변의 상기 베이스 도가니 표면에 마련되며, 재질이 텅스텐 또는 몰리브덴 또는 레늄인 이물방지 코팅층을 포함하는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 용융공간부가 마련된 그라파이트 재질의 베이스 도가니; 및
    적어도 상기 용융공간부 주변의 상기 베이스 도가니 표면에 부착되며, 용융점이 사파이어의 용융점 이상인 금속 또는 세라믹 재질의 시트인 이물방지 코팅층을 포함하는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이물방지 코팅층은,
    텅스텐 시트 또는 몰리브덴 시트 또는 레늄 시트인 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이물방지 코팅층은,
    탄화규소 시트인 것을 특징으로 하는 사파이어 단결정 성장장치의 도가니.
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