KR102234386B1 - 서셉터 및 이를 포함하는 화학기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터는 구동장치와 연결되는 회전축이 하부에 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의하여 회전 구동되는 회전체, 상기 회전체의 상부면에 적어도 하나 구비되며, 기판이 올려지는 안착부와, 상기 안착부의 내측에 형성되어 바닥면이 상기 안착부에 안착된 상기 기판의 하부면과 이격되도록 형성된 오목부를 구비하는 포켓, 상기 회전체의 중심에 위치되는 중앙열원, 및 상기 회전체의 아래에 배치되며, 적어도 상기 포켓의 중심과 수직적으로 중첩되게 위치되는 제1열원과, 상기 회전체의 테두리와 수직적으로 중첩되게 위치되는 제2열원을 포함하는 가열부를 포함하고, 상기 오목부는, 상기 오목부의 바닥면에 형성된 트렌치 홈에 의해 상기 제1열원에서 열을 전달받는 중심영역과, 상기 중앙열원에서 열을 전달받는 인너영역과, 상기 제2열원에서 열을 전달받는 아우터영역으로 구획되고, 상기 중심영역, 인너영역 및 아우터 영역은 상기 트렌치 홈에 의해 열전달이 제한되고, 상기 중심영역은 상기 오목부의 중심에 형성되고, 상기 인너영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 중심에 인접하게 위치되고, 상기 아우터영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 테두리에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 한다.

Description

서셉터 및 이를 포함하는 화학기상 증착 장치{Susceptor and apparatus for chemical vapor deposition using the same}
실시예는 서셉터 및 이를 포함하는 화학기상 증착 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 광의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모컨, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고 있으며, 점차 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 자외선(UV) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.
질화물 반도체는 화학 기상 증착 장치에 의해 기판에서 성장되게 된다.
일반적으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)은 여러 가지 기판상에 다양한 결정막을 성장시키는데 주요한 방법으로 사용되고 있다.
일반적으로 액상 성장법에 비해 성장시킨 결정의 품질이 뛰어나지만, 결정의 성장속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 이것을 극복하기 위해 한 번의 성장 싸이클에서 여러 장의 기판상에 동시에 성장을 실행하는 방법이 널리 채택되고 있다.
최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등으로 CVD 기술 중 금속유기 화학적 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)이 각광받고 있으며, 이러한 MOCVD는 화학적 기상 성장법(CVD) 중 의 한가지로 유기금속의 열분해반응을 이용해 반도체 기판 상에 금속 화합물을 퇴적, 부착시키는 화합물 반도체의 기상 성장법을 말한다.
이와 같은 화학 기상 증착법은 반응 챔버 내부로 공급된 반응가스가 가열된 기판의 상부 표면에서 화학반응을 일으켜 에피택셜 박막을 성장시키는 것이다.
이때, 기판 표면의 전 영역에서 에피택셜층이 균일한 두께를 가지도록 하는 것이 필요한데, 이를 위해서는 기판을 가열하는 온도가 기판의 전 영역에 걸쳐 균일하도록 조절하는 것이 가장 중요하다.
특히, 기판 상에 발광구조물이 성장하면서, 기판과 발광구조물의 격자상수와, 열팽창 계수 차이에 의해 기판의 휨이 발생되게 된다. 이러한 기판의 휨은 기판의 하면과 오목부의 바닥면 상의 거리 차를 발생시키고, 기판 내에서의 온도편차를 발생시키는 문제점이 존재한다.
실시예는 기판에 전달되는 열을 각 영역 단위로 조절할 수 있는 화학 기상 증착 장치용 서셉터 및 이를 포함하는 화학기상 증착 장치를 제공한다.
실시예에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터는 구동장치와 연결되는 회전축이 하부에 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의하여 회전 구동되는 회전체, 상기 회전체의 상부면에 적어도 하나 구비되며, 기판이 올려지는 안착부와, 상기 안착부의 내측에 형성되어 바닥면이 상기 안착부에 안착된 상기 기판의 하부면과 이격되도록 형성된 오목부를 구비하는 포켓, 상기 회전체의 중심에 위치되는 중앙열원, 및 상기 회전체의 아래에 배치되며, 적어도 상기 포켓의 중심과 수직적으로 중첩되게 위치되는 제1열원과, 상기 회전체의 테두리와 수직적으로 중첩되게 위치되는 제2열원을 포함하는 가열부를 포함하고, 상기 오목부는, 상기 오목부의 바닥면에 형성된 트렌치 홈에 의해 상기 제1열원에서 열을 전달받는 중심영역과, 상기 중앙열원에서 열을 전달받는 인너영역과, 상기 제2열원에서 열을 전달받는 아우터영역으로 구획되고, 상기 중심영역, 인너영역 및 아우터 영역은 상기 트렌치 홈에 의해 열전달이 제한되고, 상기 중심영역은 상기 오목부의 중심에 형성되고, 상기 인너영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 중심에 인접하게 위치되고, 상기 아우터영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 테두리에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 한다.
실시예는 기판이 위치되는 포켓을 다수의 열적으로 단절된 공간으로 구획하여서 기판의 영역별로 기판의 온도를 조절할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 실시예는 기판의 휨에 따라 발생되는 기판 내에서의 온도편차를 줄일 수 있는 효과를 가진다.
또한, 실시예는 기판에 성장되는 발광구조물의 두께 및 품질을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 기상 증착 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 화학 기상 증착 장치용 서셉터의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 화학기상 증착 장치용 서셉터를 Ⅰ - Ⅰ 선을 취한 단면도이다.
도 4는 도 2의 서셉터의 중앙열원과 가열부의 위치를 도시한 평편도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판에 발광구조물(200)이 성장된 모습을 도시한 단면도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 서셉터에서 발광구조물(200)이 성장될 때 기판의 휨을 도시한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 실시예에서 발광소자의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 화학 기상 증착 장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 화학 기상 증착 장치(10)는 일정크기의 내부공간을 갖는 챔버(20)와, 챔버(20) 내에 회전 가능하게 배치되어 복수개의 기판(30)이 올려지는 서셉터(susceptor)(100) 및 챔버(20)의 상부면으로부터 서셉터(100)의 상부까지 연장되는 가스 유입구(50)를 포함하여 구성된다.
챔버(20)는 가스 유입구(50)를 통해 그 내부로 유입된 반응가스와 증착 대상물인 기판(30)간의 화학적 기상 반응이 이루어져 에피택셜(epitaxial)층이 기판(30)의 상부면에 증착 및 성장되도록 소정 크기의 내부공간을 제공하는 수직 원통형 구조물이다.
챔버(20)는 내마모성 및 내부식성이 우수한 메탈재질로 이루어지며, 내부면에는 고온 분위기를 견딜 수 있도록 단열재가 구비될 수도 있다.
그리고, 적어도 하나의 기판(30)이 장착되는 서셉터(100)를 내부에 구비하며, 기판(30)과의 화학적 기상 반응이 종료된 폐가스를 외부로 배출하기 위한 배기구(미도시)를 구비한다.
가스 유입구(50)는 챔버(20)의 상부측에 구비되어 하부측에서 회전하는 서셉터(100) 위로 반응가스를 수직분사하는 샤워헤드 형 구조로 구비될 수 있다.
또한, 가스 유입구(50)는 챔버(20)의 측단부 둘레를 따라 구비되어, 복수개의 분사노즐을 통해 챔버(20)의 주변부로부터 중심부로 반응가스를 수평분사하는 유성형(planetary) 구조로 구비될 수도 있다.
그리고, 챔버(20)에는 서셉터(100)의 외부면에 근접하도록 배치되어 챔버(20)의 내부 분위기 온도를 수시로 측정하고, 측정값을 근거로 하여 가열온도를 조절할 수 있도록 온도센서(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 화학 기상 증착장치(10)에서는 서셉터(100)의 상부면 근방까지 연장된 가스 유입구(50)를 통하여 반응가스인 소스 가스(source gas)와 캐리어 가스(carrier gas)가 서셉터(100)의 상부면 중앙영역으로 유입된다.
따라서 유입되는 반응가스가 높은 온도의 기판(30) 상에서 화학적 증착 반응으로 인해 기판(30)의 표면에 질화물 박막을 형성하고, 잔류 가스나 분산물은 챔버(20)의 벽면을 타고 하부로 배출된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 화학 기상 증착 장치용 서셉터의 평면도, 도 3은 도 2에 도시한 화학기상 증착 장치용 서셉터를 ? - ? 선을 취한 단면도, 도 4는 도 2의 서셉터의 중앙열원과 가열부의 위치를 도시한 평편도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 서셉터(100)는 구동장치와 연결되는 회전축(140)이 하부에 결합되며, 회전축(140)의 회전에 의하여 회전 구동되는 회전체(110), 회전체(110)의 상부면에 적어도 하나 구비되며, 기판(30)이 올려지는 안착부(121)와, 안착부(121)의 내측에 형성되어 바닥면이 안착부(121)에 안착된 기판(30)의 하부면과 이격되도록 형성된 오목부(123)를 구비하는 포켓(120), 회전체(110)의 중심에 위치되는 중앙열원(131) 및 회전체(110)의 아래에 배치되며, 적어도 포켓(120)의 중심과 수직적으로 중첩되게 위치되는 제1열원(133)과, 회전체(110)의 테두리(112)와 수직적으로 중첩되게 위치되는 제2열원(135)을 포함하는 가열부를 포함한다.
회전체(110)는 카본(carbon) 또는 탄화 규소(SiC)가 코팅된 그라파이트(graphite)로 이루어지는 회전구조물이며, 반응가스가 공급되는 챔버(20) 내에서 용이하게 회전하도록 디스크 형태를 가진다.
구체적으로, 회전체(110)는 수평면 상에서 회전축(140)을 중심으로 하는 원 형태를 가질 수 있다. 여기서, 수평면은 회전축(140)에 수직인 면을 의미할 것이다.
회전체(110)의 상부면에는 금속 화합물을 화학적으로 증착하기 위한 기판(30)이 놓여지는 포켓(120)이 회전체(110)의 회전축(140) 기준으로 하여 원주방향으로 일정간격을 두고 동일면 상에 복수개 구비될 수 있다.
그러나, 본 발명은 도 2에 도시된 포켓(120)의 배치 및 수로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 기판(30)의 지름에 따라 변경 가능하다.
이에 따라, 회전체(110)의 다수의 포켓(120)을 통해 다수의 기판(30)을 동시에 회전시켜 에피텍셜(epitaxial)층을 성장시키는 것이 가능하다.
회전체(110)의 중심(111)의 하부면에는 미도시된 구동장치와 연결되는 회전축(140)이 결합하며, 구동장치의 구동에 의해 회전축(140)이 일방향으로 회전하는 경우 회전체(110)는 회전축(140)과 더불어 일방향으로 회전 구동된다.
포켓(120)은 회전체(110)의 상부면에 적어도 하나 구비되므로, 포켓(120)은 일반적인 환형 기판(30)의 형상과 대응되는 형상을 가지며, 기판(30)을 용이하게 배치 및 제거할 수 있도록 기판(30)의 지름보다 큰 지름으로 형성된다.
포켓(120)은 회전체(110)의 상면에 수평면의 원주방향으로 일정간격을 두고 구비된다.
포켓(120)은 내부에 기판(30)이 안착되도록 회전체(110)의 상면이 아래로 함몰되어 형성될 수 있다.
구체적으로, 포켓(120)에는 각각 안착부(121) 및 오목부(123)가 형성될 수 있다.
기판(30)을 포켓(120)의 안착부(121)에 올려서 에피택셜층을 성장시킨다.
포켓(120)은 안착부(121)를 제외하고 기판(30)과 접촉하지 않는다.
안착부(121)는 접촉면을 가지고 있고, 그 접촉면에서 기판(30)과 접하고 있다. 안착부(121)는 포켓(120)의 바닥면으로부터 돌기한 형상이고, 포켓(120)과 동일한 중심을 갖는 링 형상일 수 있다.
오목부(123)는 안착부(121)의 내측에 형성되고 원형으로 아래로 오목하게 형성되어 있다.
포켓(120)은 회전체(110)의 상면에서 아래로 함몰되어 원형 오목부(123)가 형성되고, 오목부(123)의 테두리에서 상부로 돌출되어 기판(30)이 안착되는 안착부(121)가 형성된다. 따라서, 오목부(123)의 바닥면과 기판(30)의 하부면 사이에 일정한 간격을 갖는 에어갭(air gap)이 형성되게 된다.
오목부(123)의 바닥면은 평평하게 형성되어서, 오목부(123)의 바닥면에서 상부로 이격되어 지지되는 기판(30)이 오목부(123)와 일정한 거리를 가지게 된다.
오목부(123)는 수평면 상에서 트렌치홈(125,127)에 의해 다수의 영역으로 구획될 수 있다.
구체적으로, 오목부(123)는 중심영역(123-1), 인너영역(123-2) 및 아우터영역(123-3)으로 구획될 수 있다.
더욱 구체적으로, 중심영역(123-1)과 인너영역(123-2)은 제1트렌치홈(127)에 의해 구획되고, 중심영역(123-1)과 아우터영역(123-3)은 제2트렌치홈(125)에 의해 구획될 수 있다.
제1트렌치홈(127) 및 제2트렌치홈(125)은 오목부(123)의 바닥면에서 아래 방향으로 일정한 깊이로 함몰되어 형성되어서, 제1트렌치홈(127) 및 제2트렌치홈(125)을 경계로 열전달이 제한되게 한다.
따라서, 중심영역(123-1), 인너영역(123-2) 및 아우터영역(123-3) 간의 열전달은 제한되게 된다.
제1트렌치홈(127) 및 제2트렌치홈(125)은 오목부(123)의 바닥면이 일정 깊이로 함몰되어 형성되므로, 오목부(123) 중 제1트렌치홈(127) 및 제2트렌치홈(125)이 형성된 영역은 오목부(123)의 두께가 줄게 되어 오목부(123) 내에서 수평 방향으로 열전달이 제한되게 된다.
중심영역(123-1)는 오목부(123)의 중심에 형성된다. 중심영역(123-1)은 수평면 상에서 오목부(123)의 바닥면에 형성된 제1트렌치홈(127) 및 제2트렌치홈(125)에 의해 둘러싸여진다.
그리고, 중심영역(123-1)은 제1열원(133)에서 열을 전달받는다. 구체적으로, 중심영역(123-1)은 제1열원(133)의 상부에 제1열원(133)과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되게 위치될 수 있다.
또한, 중심영역(123-1)의 형상은 포켓(120)의 형상에 대응되게 형성될 수 있다. 구체적으로, 중심영역(123-1)은 수평면 상에서 포켓(120)의 직경의 대략 50%의 직경을 가지는 원 형상을 이룰 수 있다.
중심영역(123-1)은 기판(30)의 중심에 대류에 의해 열을 전달하게 된다.
인너영역(123-2)은 중앙열원(131)에서 열을 전달받게 위치된다.
구체적으로, 인너영역(123-2)은 오목부(123)의 테두리 중 회전체(110)의 중심(111)에 인접하게 위치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 인너영역(123-2)은 수평면 상에서 오목부(123)의 바닥면에 형성된 제1트렌치홈(127)에 의해 경계 지어진다. 따라서 인너영역(123-2)은 중심영역(123-1)과 열적으로 단절되게 된다(오목부(123)의 바닥면 상에서).
인너영역(123-2)은 기판(30)의 테두리 중 회전체(110)의 중심(111)에 인접한 영역에 중앙열원(131)에서 전달 받은 열을 전달하게 된다.
아우터영역(123-3)은 제2열원(135)에서 열을 전달받게 위치된다. 구체적으로, 아우터영역(123-3)은 오목부(123)의 테두리 중 회전체(110)의 테두리(112)에 인접하게 위치될 수 있다.
더욱 구체적으로, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 아우터영역(123-3)은 수평면 상에서 오목부(123)의 바닥면에 형성된 제2트렌치홈(125)에 의해 경계 지어진다.
따라서, 아우터영역(123-3)은 중심영역(123-1)과 열적으로 단절되게 된다(오목부(123)의 바닥면 상에서).
아우터영역(123-3)은 기판(30)의 테두리 중 회전체(110)의 테두리(112)에 인접한 영역에 중앙열원(131)에서 전달 받은 열을 전달하게 된다.
중앙열원(131)은 회전체(110)의 중심(111)에 위치되어 회전체(110)에 열을 공급한다.
여기서, 회전체(110)의 중심(111)은 회전체(110)에 결합되는 회전축(140)과 수직적(도 3 기준)으로 중첩되는 지점을 의미할 것이다.
구체적으로, 도 3에서 도시하는 바와 같이, 중앙열원(131)은 회전축(140)과 회전체(110)의 하부면의 중심의 사이에 위치될 수 있다.
예를 들면, 중앙열원(131)은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사, 레이저 등 중에서 어느 하나로 구비될 수 있다.
가열부는 회전체(110)의 회전에 의해 회전체(110)에 상대적으로 회전된다. 즉, 가열부는 고정되어 위치된다.
가열부는 회전체(110)의 아래에 회전체(110)에 대응되는 형상을 가지는 가열부 몸체(137)에 배치되는 제1열원(133)과, 제2열원(135)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1열원(133) 및 제2열원(135)은 전기히터, 고주파유도, 적외선방사, 레이저 등 중에서 어느 하나로 구비될 수 있다.
제1열원(133)은 회전체(110)의 아래에 배치되며, 적어도 포켓(120)의 중심과 수직적으로 중첩되게 위치될 수 있다. 여기적 수직 방향은 도 3을 기준으로 위아래 방향을 의미한다.
구체적으로, 제1열원(133)은 가열부 몸체(137)에 배치될 수 있다. 제1열원(133)은 수평면 상에서 회전체(110)의 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에 배치될 수 있다.
그리고, 포켓(120)의 중심이 회전체(110)의 회전축(140)에서 이격된 거리는 제1열원(133)의 반경과 대응되게 위치될 수 있다. 따라서, 회전체(110)의 회전 시에 포켓(120)의 중심은 제1열원(133)과 수직적으로 중첩되게 배치될 수 있다.
제2열원(135)은 회전체(110)의 아래에 배치되며, 회전체(110)의 테두리(112)와 수직적으로 중첩되게 위치될 수 있다.
구체적으로, 제2열원(135)은 가열부 몸체(137)에 배치될 수 있다. 제2열원(135)은 수평면 상에서 회전체(110)의 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2열원(135)은 제1열원(133) 보다 큰 반경을 가질 수 있다. 즉, 제2열원(135)은 제1열원(133)을 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
한편, 회전체(110)는 수평면 상에서 홈(151,153)에 의해 다수의 영역으로 구획될 수 있다. 회전체(110) 중 포켓(120)이 형성되는 영역은 오목부(123)가 다수의 영역으로 구획되고, 회전체(110) 중 포켓(120)이 형성되는 않는 영역은 홈(151,153)에 의해 다수의 영역으로 구획된다.
구체적으로, 회전체(110)는 상면에 형성된 홈(151,153)에 의해 제1영역(S1), 제2영역(S2) 및 제3영역(S3)으로 구획될 수 있다.
더욱 구체적으로, 제1영역(S1)과 제2영역(S2)은 제1홈(151)에 의해 구획되고, 제2영역(S2)과 제3영역(S3)은 제2홈(153)에 의해 구획될 수 있다.
제1홈(151) 및 제2홈(153)은 회전체(110)의 상면에서 아래 방향으로 일정한 깊이로 함몰되어 형성되어서, 제1홈(151) 및 제2홈(153)을 경계로 수평방향으로의 열 전달을 제한하게 된다. 따라서, 제1영역(S1), 제2영역(S2) 및 제3영역(S3) 간의 열 전달은 제한되게 된다.
제1홈(151) 및 제2홈(153)은 회전체(110)의 상면이 일정 깊이로 아래로 함몰되어 형성되므로, 회전체(110) 중 제1홈(151) 및 제2홈(153)이 형성된 영역은 회전체(110)의 두께가 줄게 되어 회전체(110) 내에서 수평 방향으로 열전달이 제한되게 된다.
제1영역(S1)은 제1열원(133)에서 전달받는다.
구체적으로, 제1영역(S1)은 제1열원(133)과 적어도 일부가 수직적으로 중첩될 수 있다.
제1열원(133)이 수평면 상에서 회전체(110)의 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에 배치되므로, 제1영역(S1)은 회전체(110)의 상면(포켓(120)이 형성된 영역은 제외)에서 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에서 고리 형상으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 제1영역(S1)은 제2영역(S2)과 제3영역(S3)의 사이에 위치된다. 즉, 제2영역(S2)은 회전체(110)의 중심(111)에 일정한 영역을 가지며, 제3영역(S3)은 회전체(110)의 테두리(112)에 회전체(110)의 테두리(112)에 대응되는 형상으로 일정한 영역을 가지고, 제1영역(S1)은 제2영역(S2)과 제3영역(S3)의 사이에 영역을 가진다.
이때, 제1영역(S1)은 제1홈(151)에 의해 제2영역(S2)과 경계가 지어지고, 제2홈(153)에 의해 제3영역(S3)과 경계가 지어진다.
제1홈(151)은 회전체(110)의 상면(포켓(120)이 형성된 영역은 제외)에 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에서 고리 형상으로 배치되고, 제2홈(153)은 회전체(110)의 상면(포켓(120)이 형성된 영역은 제외)에 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에서 고리 형상으로 배치되고, 제1홈(151)의 반경은 제2홈(153)의 반경보다 작게 형성된다.
그리고, 제1영역(S1)은 오목부(123)의 중심영역(123-1)과 열적으로 연결된다. 여기서, 열적으로 연결된다는 것은 홈(151,153)이나 트렌치홈(125,127)에 의해 제1영역(S1)과 오목부(123)의 중심영역(123-1) 간에 단절이 되지 않는 상태를 의미한다.
제2영역(S2)은 중앙열원(131)에서 전달받는다.
구체적으로, 제2영역(S2)은 중앙열원(131)과 적어도 일부가 수직적으로 중첩될 수 있다.
중앙열원(131)이 수평면 상에서 회전체(110)의 중심(111)과 중첩되게 위치되므로, 제2영역(S2)은 회전체(110)의 상면(포켓(120)이 형성된 영역은 제외)에서 회전체(110)의 중심(111)에 배치될 수 있다.
구체적으로, 수평면 상에서, 제2영역(S2)은 제1영역(S1)에 의해 감싸지는 형태이다. 제2영역(S2)은 회전체(110)의 중심(111)에 일정한 영역을 가지며, 제1영역(S1)은 제2영역(S2)을 감싸게 배치되고, 제1영역(S1)은 제1홈(151)에 의해 제2영역(S2)과 경계가 지어진다.
그리고, 제2영역(S2)은 오목부(123)의 인너영역(123-2)과 열적으로 연결된다. 여기서, 열적으로 연결된다는 것은 홈(151,153)이나 트렌치홈(125,127)에 의해 제2영역(S2)과 오목부(123)의 인너영역(123-2) 간에 단절이 되지 않는 상태를 의미한다.
제3영역(S3)은 제2열원(135)에서 전달받는다.
구체적으로, 제3영역(S3)은 제2열원(135)과 적어도 일부가 수직적으로 중첩될 수 있다.
제2열원(135)이 수평면 상에서 회전체(110)의 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에 배치되므로, 제3영역(S3)은 회전체(110)의 상면(포켓(120)이 형성된 영역은 제외)에서 회전축(140)을 중심으로 하는 원주 상에서 고리 형상으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 수평면 상에서, 제3영역(S3)은 제1영역(S1)을 감싸고 회전체(110)의 테두리(112)에 배치된다. 제3영역(S3)과 제1영역(S1)은 제2홈(153)에 의해 경계가 지어진다.
그리고, 제3영역(S3)은 오목부(123)의 아우터영역(123-3)과 열적으로 연결된다. 여기서, 열적으로 연결된다는 것은 홈이나 트렌치홈에 의해 제3영역(S3)과 오목부(123)의 아우터영역(123-3) 간에 단절이 되지 않는 상태를 의미한다.
실시예는 중앙열원(131), 제1열원(133) 및 제2열원(135)의 온도를 개별적으로 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부는 마이컴 등으로 구비되어, 중앙열원(131), 제1열원(133) 및 제2열원(135)의 온도를 독립적으로 제어하게 된다.
이하에서, 본 발명의 작동을 설명하도록 한다.
먼저, 포켓(120) 내의 안착부(121)에 기판(30)의 테두리가 안착되어 기판(30)이 포켓(120) 내에 위치된다.
그리고, 포켓(120)이 구비된 회전체(110)가 회전하게 된다.
그리고, 가스 유입구(50)를 통해 챔버(20)의 내부로 반응가스가 유입된다.
제어부는 중앙열원(131), 제1열원(133) 및 제2열원(135)을 온도를 조정하게 된다.
기판(30)의 하면과 이격되어 위치되는 오목부(123)는 중심영역(123-1)과 인너영역(123-2)과 아우터영역(123-3)으로 구획되므로, 이들 사이의 열전달은 제한되게 된다.
기판(30) 상에 발광구조물(200)이 성장하면서, 기판(30)과 발광구조물(200)의 격자상수와, 열팽창 계수 차이에 의해 기판(30)의 휨이 발생되게 된다. 이러한 기판(30)의 휨은 기판(30)의 하면과 오목부(123)의 바닥면 상의 거리 차를 발생시키고, 기판(30) 내에서의 온도편차를 발생시킨다.
기판(30) 내에서의 온도편차는 발광구조물(200)의 성장과정에서 발광구조물(200)의 불균일한 조성 분포를 형성하게 되어서, 발광구조물(200)이 원하는 파장대의 빛을 발광하지 못하게 되거나, 발광구조물(200)의 효율이 저하되는 문제점이 존재한다.
따라서, 오목부(123)를 다수의 열적으로 단절된 영역으로 구획하고, 오목부(123)의 다수의 영역에 열을 전달시키는 열원을 개별적으로 제어하여서, 기판(30)의 휨에 따라 발생되는 기판(30) 내에서의 온도편차를 줄일 수 있는 효과를 가진다.
이하에서는, 기판(30) 상에 성장되는 발광구조물(200)에 대해 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(30)에 발광구조물(200)이 성장된 모습을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따르면 기판(30) 상에 발광구조물(200)이 성장되고, 발광구조물(200)은 제1반도체층(210), 활성층(220) 및 제2반도체층(230)을 포함할 수 있다.
기판(30)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
또한, 기판(30)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판(30) 또는 절연성 기판(30)을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판(30)에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판(30) 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
바람직하게는 기판(30)은 Si(실리콘)를 포함할 수 있다. Si 기판(30)을 사용하면, 저렴한 대형 실리콘 웨이퍼 상에 질화갈륨(GaN)을 성장시키는 기술을 이용하면 최신 반도체 제조에도 적용이 가능할 뿐만 아니라 현재 이용되고 있는 방식보다 비용 측면에서 75% 가량 개선이 가능하다. Si 기판(30)은 대구경으로 갈수록 가격과 품질면에서 사파이어 기판(30) 대비 월등한 경쟁력을 가질 수 있다.
기판(30)의 굴절률은 광 추출 효율을 위해 제1 반도체층(210)의 굴절률보다 작은 것이 바람직하다.
기판(30) 상에는 제1 반도체층(210)이 위치된다. 제1 반도체층(210)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(220)은 3족-5족 원소의 화합물 반도체 재료를 이용하여 단일 또는 다중 양자 우물 구조, 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 등으로 형성될 수 있다.
활성층(220)이 양자우물구조로 형성된 경우 예컨대, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 우물층과 InaAlbGa1-a-bN (0≤a≤1, 0 ≤b≤1, 0≤a+b≤1)의 조성식을 갖는 장벽층을 갖는 단일 또는 다중 양자우물구조를 가질 수 있다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
활성층(220)의 위 또는/및 아래에는 도전성 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전성 클래드층(미도시)은 AlGaN계 반도체로 형성될 수 있으며, 활성층(220)의 밴드 갭보다는 큰 밴드 갭을 가질 수 있다.
활성층(220) 상에는 제2 반도체층(230)이 위치된다. 제2 반도체층(230)은 활성층(220)에 정공을 주입하도록 p형 반도체층으로 구현될 수 있다. 제2 반도체층(230)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
도 6은 종래 기술에 따른 서셉터에서 발광구조물(200)이 성장될 때 기판의 휨을 도시한 단면도이다.
도 6a를 참고하면, 종래기술과 같이 포켓의 바닥면(301)이 평평하게 형성되면, 초기에는 기판(30)의 하면과 포켓의 바닥면(301)이 평행하게 배치되어서 포켓의 바닥면(301)의 열이 기판(30)에 전체적으로 고르게 확산되게 된다.
기판(30) 상에 발광구조물(200)이 성장하면서, 기판(30)과 발광구조물(200)의 격자상수와, 열팽창 계수 차이에 의해 기판의 휨이 발생되게 된다. 이러한 기판의 휨은 기판의 하면과 오목부의 바닥면 상의 거리 차를 발생시키고, 기판 내에서의 온도편차를 발생시킨다.
도 6b를 참고하면, 또 다른 종래기술에 따르면 포켓의 바닥면(303)이 중심부가 위로 돌출된 형상으로 형성되면, 초기에 기판(30)의 중심부와 포켓의 바닥면(301) 사이의 간격이 좁아 기판(30)의 중심부에 열이 집중되는 문제점이 존재한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 상술한 종래기술의 문제를 해결할 수 있다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다

Claims (16)

  1. 구동장치와 연결되는 회전축이 하부에 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의하여 회전 구동되는 회전체;
    상기 회전체의 상부면에 적어도 하나 구비되며, 기판이 올려지는 안착부와, 상기 안착부의 내측에 형성되어 바닥면이 상기 안착부에 안착된 상기 기판의 하부면과 이격되도록 형성된 오목부를 구비하는 포켓;
    상기 회전체의 중심에 위치되는 중앙열원; 및
    상기 회전체의 아래에 배치되며, 적어도 상기 포켓의 중심과 수직적으로 중첩되게 위치되는 제1열원과, 상기 회전체의 테두리와 수직적으로 중첩되게 위치되는 제2열원을 포함하는 가열부를 포함하고,
    상기 오목부는,
    상기 오목부의 바닥면에 형성된 트렌치 홈에 의해 상기 제1열원에서 열을 전달받는 중심영역과, 상기 중앙열원에서 열을 전달받는 인너영역과, 상기 제2열원에서 열을 전달받는 아우터영역으로 구획되고,
    상기 중심영역, 인너영역 및 아우터 영역은 상기 트렌치 홈에 의해 열전달이 제한되고,
    상기 중심영역은 상기 오목부의 중심에 형성되고, 상기 인너영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 중심에 인접하게 위치되고, 상기 아우터영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 테두리에 인접하게 위치되며,
    상기 제1열원은 수평면 상에서 상기 회전체의 회전축을 중심으로 하는 원주 상에 배치되고,
    상기 제2열원은 수평면 상에서 상기 회전체의 회전축을 중심으로 하는 원주 상에 배치되고,
    상기 제2열원은 상기 제1열원 보다 큰 반경을 가지며,
    상기 회전체는,
    상면에 형성된 홈에 의해 상기 제1열원에서 열을 전달받는 제1영역과, 상기 중앙열원에서 열을 전달받는 제2영역과, 상기 제2열원에서 열을 전달받는 제3영역으로 구획되는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 바닥면은 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포켓의 중심이 상기 회전체의 회전축에서 이격된 거리는 상기 제1열원의 반경과 대응되게 위치되는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3영역은 상기 홈에 의해 열전달이 제한되고,
    상기 제1영역은 상기 중심영역과 열적으로 연결되고, 상기 제2영역은 상기 인너영역과 열적으로 연결되며, 상기 제3영역은 상기 아우터영역과 열적으로 연결되는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중앙열원은 상기 제2영역과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되고,
    상기 제1열원은 상기 제1영역과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되며,
    상기 제2열원은 상기 제3영역과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전체는 카본(carbon) 또는 탄화 규소(SiC)가 코팅된 그라파이트(graphite)로 이루어지는 회전구조물인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안착부는 상기 포켓과 동일한 중심을 갖는 링 형상인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
  9. 가스 유입구를 통해 반응가스를 유입하여 증착을 가능하게 하는 챔버; 및
    상기 챔버 내에 구비되는 서셉터를 포함하고,
    상기 서셉터는,
    구동장치와 연결되는 회전축이 하부에 결합되며, 상기 회전축의 회전에 의하여 회전 구동되는 회전체;
    상기 회전체의 상부면에 적어도 하나 구비되며, 기판이 올려지는 안착부와, 상기 안착부의 내측에 형성되어 바닥면이 상기 안착부에 안착된 상기 기판의 하부면과 이격되도록 형성된 오목부를 구비하는 포켓;
    상기 회전체의 중심에 위치되는 중앙열원; 및
    상기 회전체의 아래에 배치되며, 적어도 상기 포켓의 중심과 수직적으로 중첩되게 위치되는 제1열원과, 상기 회전체의 테두리와 수직적으로 중첩되게 위치되는 제2열원을 포함하는 가열부를 포함하고,
    상기 오목부는,
    상기 오목부의 바닥면에 형성된 트렌치 홈에 의해 상기 제1열원에서 열을 전달받는 중심영역과, 상기 중앙열원에서 열을 전달받는 인너영역과, 상기 제2열원에서 열을 전달받는 아우터영역으로 구획되고,
    상기 중심영역, 인너영역 및 아우터 영역은 상기 트렌치 홈에 의해 열전달이 제한되고,
    상기 중심영역은 상기 오목부의 중심에 형성되고, 상기 인너영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 중심에 인접하게 위치되고, 상기 아우터영역은 상기 오목부의 테두리 중 상기 회전체의 테두리에 인접하게 위치되며,
    상기 제1열원은 수평면 상에서 상기 회전체의 회전축을 중심으로 하는 원주 상에 배치되고,
    상기 제2열원은 수평면 상에서 상기 회전체의 회전축을 중심으로 하는 원주 상에 배치되고,
    상기 제2열원은 상기 제1열원 보다 큰 반경을 가지며,
    상기 회전체는,
    상면에 형성된 홈에 의해 상기 제1열원에서 열을 전달받는 제1영역과, 상기 중앙열원에서 열을 전달받는 제2영역과, 상기 제2열원에서 열을 전달받는 제3영역으로 구획되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오목부의 바닥면은 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 포켓의 중심이 상기 회전체의 회전축에서 이격된 거리는 상기 제1열원의 반경과 대응되게 위치되는 화학 기상 증착 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3영역은 상기 홈에 의해 열전달이 제한되고,
    상기 제1영역은 상기 중심영역과 열적으로 연결되고, 상기 제2영역은 상기 인너영역과 열적으로 연결되며, 상기 제3영역은 상기 아우터영역과 열적으로 연결되는 화학 기상 증착 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 중앙열원은 상기 제2영역과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되고,
    상기 제1열원은 상기 제1영역과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되며,
    상기 제2열원은 상기 제3영역과 적어도 일부가 수직적으로 중첩되는 화학 기상 증착 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 중앙열원, 제1열원 및 제2열원의 온도를 개별적으로 제어하는 제어부를 더 포함하는 화학 기상 증착 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판 상에는 적어도 제1반도체층, 활성층 및 제2반도체층을 포함하는 발광 구조물이 성장되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치.
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