KR101956754B1 - GaAs 단결정 성장 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GaAs 단결정을 성장시키기 위한 장치로서, 내부가 진공인 관 형태의 앰플; 앰플 하부의 지지대에 안착하여, GaAs의 원재료가 저장되는 도가니; 앰플의 주위에서 앰플을 가열하는 복수의 히터로 구성되는 가열부; 및 도가니의 상부에서, 도가니를 밀봉하는 커버부를 포함하는 GaAs 단결정 성장 장치에 관한 것이다.

Description

GaAs 단결정 성장 장치{DEVICE FOR SINGLE CRYSTAL GROWTH OF GaAs}

본 발명은 GaAs 단결정 성장 장치에 관한 것으로, 구체적으로, GaAs의 원재료가 성장되는 도가니의 상부를 커버로 밀봉하여, 성장하는 GaAs의 온도 구배를 최소화할 수 있는 GaAs 단결정 성장 장치에 관한 것이다.

GaAs 단결정 성장은 반도체 공정에 사용되는 기판제작의 최우선 단계로서, GaAs의 원재료로부터 제작되는 잉곳의 특성이 최종 기판특성에 큰 영향을 주게 된다. 특히, 운반자의 이동도, 비저항 및 EPD (Edge Pit Density)등이 중요하게 여겨지는 특성들이다. 예를 들어, EPD값이 높은 경우 에피공정에서의 다결정성장, 특성저하 등의 불량을 초래하게 되어 낮은값을 갖는 고특성의 EPD성장은 필수 연구로 진행되고 있다.

고특성의 EPD를 갖는 제품을 제작하기 위해서는 다음의 세가지를 만족하여야 한다. 첫째, 성장 공법이 중요하다. 이러한 성장공법으로는, 브릿지만법(VB or HB), 쵸크랄스키법(Cz), 온도구배이동법(VGF) 등이 대표적으로 현장에서 적용되어지고 있는데, 이러한 공법들 중에서 원료의 손실이 적고 최적의 EPD 잉곳을 제작 가능한 공법이 VGF 공법이다.

두 번째로는 원료의 순도 선택이 중요하다. 현재 디바이스, 적외선다이오드, 광소자 등에서 사용되어지는 원료는 6N ~ 7N을 적용시켜 EPD 5000이하의 제품들의 생산하고 있다.

세 번째로 성장중의 온도 구배가 중요하다. 예를 들어, Cz공법을 적용하는 경우 원료의 상부에 B₂O₃라는 봉지제를 사용하게 되는데, 이러한 봉지제는 성장된 부위와 성장 중인 부위에 온도 구배를 크게 발생시켜, 결과적으로 EPD값을 높이는 단점을 지니고 있다.

특허문헌 1: 한국특허출원공개 제10-2014-0044831호

예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 GaAs 결정을 성장하는 장치(1000)는, 도 4에 기재된 바와 같이, GaAs 원료(1002)를 도가니(1001) 내에 수용한 상태에서 가열부(1003)를 통해 가열하는 VGF법을 수행하여 GaAs 결정을 성장시키고 있다.

그러나, 이러한 종래의 GaAs 결정 성장 장치는, 도가니(1001)의 상부가 개방되어 있어 GaAs의 결정 성장면이 공기 중에 노출되기 때문에, 도 5에 도시된 바와 같이, GaAs의 결정 성장면의 위치에 따라 온도 구배가 크게 발생하는 문제점 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 GaAs 결정 성장 장치의 문제점을 해결하고, GaAs 단결정 성장면의 온도구배를 최소화할 수 있는 장치가 요구된다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 GaAs 단결정을 성장시키기 위한 장치로서, 내부가 진공인 관 형태의 앰플; 앰플 하부의 지지대에 안착하여, GaAs의 원재료가 저장되는 도가니; 앰플의 주위에서 앰플을 가열하는 복수의 히터로 구성되는 가열부; 및 도가니의 상부에서, 도가니를 밀봉하는 커버부를 포함하는 GaAs 단결정 성장 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 앰플은 석영으로 제조될 수 있고, 도가니의 하부는 지지대를 향하여 단면적이 작아지는 테이퍼형일 수 있다.

또한, 본 발명의 커버부는, 외경이 도가니의 내경과 일치하는 하단 커버부와; 외경이 하단 커버부의 외경보다 큰 상단 커버부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 커버부는, 그라파이트 또는 세라믹으로 형성될 수 있으며, 커버부의 상면에서 커버부를 파지하기 위한 복수의 파지홀을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 복수의 히터 각각은 개별적으로 온도 제어가 가능할 수 있다.

또한, 본 발명의 GaAs 단결정 성장 장치는 VGF 공법에서 사용될 수 있다.

본 발명의 도가니 커버부를 통해, GaAs 단결정 성장면의 온도구배를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 GaAs 단결정 성장 후기의 급랭 효과를 제거할 수 있으므로, EPD 특성을 향상시켜, GaAs 단결정의 성장 수율을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 GaAs 단결정 성장 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 GaAs 단결정 성장 장치를 사용하기 전후의 온도 구배 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 커버부의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 4는 종래의 GaAs 결정 성장 장치의 구성을 나타낸다.
도 5는 종래의 GaAs 결정 성장 장치의 각 위치에서의 온도 구배를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 GaAs 단결정 성장 장치(1)에 대하여 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 GaAs 단결정 성장 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 GaAs 단결정 성장 장치(1)는 VGF 법에 따라 사용될 수 있으며, 구체적으로, 도가니(20) 내부에 GaAs 결정의 성장을 위한 원재료(21)가 수납되어, GaAs의 단결정의 육성이 수행된다.

이러한 도가니(20)는 내부가 진공인 관 형태의 앰플(10)에 수납되는데, 구체적으로, 앰플(10) 하부에 위치하는 지지대(30)에 도가니(20) 하측이 안착할 수 있다. 또한, 지지대(30)는 도시되지 않은 구동 기구에 의해 회전 동작이 가능하도록 구성되며, 지지대(30)의 회전에 따라 도가니(20)도 함께 회전할 수 있다.

한편, 앰플(10)는 석영으로 제조되어, 주위의 불순물들과의 반응을 최소화하는 것이 바람직하다.

또한, 도가니(20)는 대략 원통 형상이며, 상측은 개구되고, 하측은 지지대(30)를 향하는 방향으로 점차 지름이 작아져 단면적이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있으며, 최하단의 가장 작은 지름부에 종자가 수납될 수 있다.

앰플(10)은 원통형의 가열부(40) 내에 설치될 수 있으며, 상기 가열부(40)는 각각 독립적으로 온도 설정할 수 있는 복수의 히터로 구성되어, 앰플(10)에 원하는 온도 구배 및 온도 분포를 형성할 수 있다. 히터의 외측에는 단열재가 추가로 배치될 수 있고, 가열부(40) 내부의 단열을 설정할 수 있도록 단열 커버부(41)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 도가니(20)의 상측에는 커버부(50)가 결합하여, 도가니(20)를 밀봉할 수 있다. 커버부(50)의 구체적은 구성은 아래에서 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 GaAs 단결정 성장 장치를 사용하기 전후의 온도 구배 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2에 있어서, 점선으로 나타낸 그래프(a)는 커버부(50)로 도가니(20)를 밀봉하기 전의 온도 구배 그래프이고, 실선으로 나타낸 그래프(b)는 커버부(50)로 도가니(20)를 밀봉한 이후의 온도 구배 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 점선으로 나타낸 그래프(a)는 위치(P) 변화에 따른 온도 구배가 크게 나타남을 알 수 있지만, 실선으로 나타낸 그래프(b)에서는, 위치(P) 변화에 따른 온도 구배가 (a)에 비하여 현저히 작아졌음을 확인할 수 있었다.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 커버부(50)의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 커버부(50)는 도가니(20)의 내경과 일치하는 하단 커버부(52)와, 상기 하단 커버부(51)보다 외경이 큰 상단 커버부(51)로 구성될 수 있다.

하단 커버부(52)의 외경이 도가니(20)의 내경과 일치하기 때문에, 커버부(50)가 도가니(20)와 결합하였을 때, 도가니(20)를 완전하게 밀봉할 수 있고, 도가니(20) 내부의 GaAs의 성장 초기부터 후기까지 열적 손실을 억제함으로써, 앰플(10) 내부의 열적 구배를 안정화할 수 있다.

또한, 상단 커버부(51)의 외경은 하단 커버부(52)의 외경, 즉, 도가니(20)의 내경보다 크기 때문에, 도가니(20)의 상측 모서리에 상단 커버부(51)가 걸리도록 하여, 커버부(50) 자체가 도가니(20) 내부에 완전하게 삽입되는 문제점을 예방할 수 있다.

또한, 커버부(52)는 그라파이트 또는 세라믹 재질을 사용함으로써, 소재 자체로 단열 효과를 가지면서도 주변의 열을 효과적으로 차단할 수 있다.

또한, 커버부(50)의 상면에는 복수의 파지홀(53)을 형성하여, 도시되지 않은 파지 기구를 통해 커버부(50)를 파지하여, 도가니(20)와의 결합 또는 해제를 용이하게 수행할 수 있다.

전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 따른 GaAs 단결정 성장 장치를 이용하여, GaAs 단결정 성장면의 온도 구배를 낮추며, GaAs 단결정 성장 후기의 급랭 효과를 제거할 수 있으므로, EPD 특성 향상은 물론 단결정 성장 수율을 현저히 향상할 수 있다.

10 앰플
20 도가니
30 지지대
40 가열부
50 커버부
51 상단 커버부
52 하단 커버부
53 파지홀

Claims (8)

1. GaAs 단결정을 성장시키기 위한 장치로서,
   내부가 진공인 관 형태의 앰플;
   상기 앰플 하부의 지지대에 안착하여, 상기 GaAs의 원재료가 저장되는 도가니;
   상기 앰플의 주위에서 상기 앰플을 가열하는 복수의 히터로 구성되는 가열부; 및
   상기 도가니의 상부에서, 상기 도가니를 밀봉하는 커버부를 포함하고,
   상기 커버부는 그라파이트 또는 세라믹으로 형성되며, 외경이 상기 도가니의 내경과 일치하는 하단 커버부와, 외경이 상기 하단 커버부의 외경보다 큰 상단 커버부를 포함하고, 상기 커버부의 상면에는 상기 커버부를 파지하기 위한 복수의 파지홀을 포함하고,
   상기 가열부는 내부의 단열을 설정할 수 있는 단열 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 앰플은 석영으로 제조되는 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장 장치.
   
3. 제 1 항에 있어서
   상기 도가니의 하부는 상기 지지대를 향하여 단면적이 작아지는 테이퍼형인 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장 장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서
   상기 복수의 히터 각각은 개별적으로 온도 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서
   상기 GaAs 단결정 성장 장치는 VGF 공법에서 사용되는 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장 장치.

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