KR20050116370A - Ⅲ-ｖ족 단결정반도체화합물의 균형 잡힌 압력성장을 위한장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

밀봉된 앰플 및 압력용기 내부 사이에서 압력의 균형을 유지하는 밀폐된 시스템에서의 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 위한 장치 및 방법이 제공된다. 밀봉된 앰플 내부의 증기압은 온도, 다결정차지의 양 및 밀봉된 앰플 내부의 인과 같은 재료의 양에 의해 제어될 수 있다. 비활성가스의 충전 및 배출은 압력용기에서의 압력을 제어하기 위해 사용된다.

Description

Ⅲ-Ｖ족 단결정반도체화합물의 균형 잡힌 압력성장을 위한 장치 및 방법{Apparatus and method for balanced pressure growth of group Ⅲ-Ｖmonocrystalline semiconductor compounds}
본 발명은 대체로 반도체결정성장에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 고압력성장에 관한 것이다.
큰 직경, 고순도의 단결정 인화인듐(InP) 및 다른 Ⅲ-Ⅴ족 화합물은 매우 다양한 이용을 위해 중요한 재료이다. 특히, InP 결정은 격자정합광섬유소스(lattice-matched fiber-optic sources) 및 검출기, 고속집적회로들 및 고주파마이크로웨이브장치들 용으로 사용되는 기판의 제조에 구조적인 재료로 흔히 사용된다. 그러나, 대량생산에 있어서 박막장치용 양질의 기판으로서 성공적으로 사용되기 위해서 양질의 큰 직경을 가진 단결정의 InP를 성장시키는 것은 어렵다.
균형잡인 압력성장은 InP결정성장의 다양한 단계 동안 특히 중요하다. 액체캡슐형 초크랄스키(LEC)와 같은 개방된 성장시스템에서는, 수증기를 제어하기 위한 다양한 종래 수단이 사용되어왔다. 이런 제어수단들은 종종 두꺼운 산화붕소층 및 고압력의 사용을 포함한다. 그럼에도 불구하고, 휘발성인이 손실되어 단결정의 화학양론적 제어를 저하시키고 수율을 저하시킨다. 질이 낮은 단결정 InP와 낮은 수율은 이런 단결정을 준비하는데 많은 비용을 초래한다.
구배동결시스템(gradient freeze system)과 같은 InP결정성장을 위한 폐쇄된 시스템에서는 인증기압의 급속한 변화로 인한 밀봉된 앰플의 파괴가 주된 문제이다. 또한, 인증기압은 결정성장의 다양한 조건하에서 제어가 어렵다. 인증기의 변동은 성장영역에서 고체-액체계면에 영향을 미쳐 화학양론적구성의 불균등을 일으킨다. 따라서, 비화학양론적 결정이 InP결정성장동안 휘발성인의 손실로부터 발생하고, 두꺼운 벽의 사용으로 인한 작은 직경의 결정성장, 압력의 고려로 인한 작은 구멍의 석영앰플이 얻어진다.
따라서, 결정의 용융온도에서의 인의 높은 증기압을 받아들일 수 있도록 제어하는 것은 불균일한 화학양론을 가진 InP가 큰 직경의 결정으로 성장하는데 중요하고 종래 성장기술의 단점을 극복하는데 중요하다.
도 1은 본 발명을 구성하는 일 실시예에 따라 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 균형잡힌 압력성장을 실행하기 위한 대표적인 시스템의 단면을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명을 구성하는 일실시예에 따라 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 균형잡힌 압력성장을 위한 용기 내부의 단면을 보여주는 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
101: 하우징 102: 베이스
105: 덮개 107, 108: 볼트
109, 110 : 열전대포트 120, 121: 히터지지체
123: 압력변환기 124: 가열수단
136: 앰플 137: 석영플러그
166: 외부압력용기 175: 도가니
본 발명은 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 균형잡힌 압력성장을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 결정시드 및 다결정차지로 적재된 도가니 및 밀봉되어 도가니에 포함되고 인과 같은 재료를 포함하는 앰플을 구비한다. 다수의 가열수단들을 가진 가열장치는 밀봉된 앰플 주위에 배치되고, 용기는 가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함한다. 용기는 가스입력포트, 가스배출포트, 및 밀봉된 앰플의 용기압력을 감시하고 용기압력신호를 제공하는 압력변환기를 구비한다. 용기는 또한 다수의 열전대들을 구비하여 용기온도를 감시하고 용기온도신호를 제공한다.
본 발명의 일면에 따르면, 장치는 열전대로부터 용기온도신호를 받고 히터제어신호 및 온도제어신호를 출력하기 위해 결합된 온도제어기를 구비한다. 신호컨디셔너는 온도변환기로부터 용기압력신호 및 온도제어기로부터 온도제어신호 모두를 받기 위해 결합되고, 용기압력신호 및 온도제어신호 사이의 기설정된 관계에 따라 가스제어신호를 출력하기 위해 결합된다. 동력화된 레귤레이터는 가스제어신호에 응답하여 가스제어신호를 받고 용기의 가스입력포트를 통해 비활성가스로 용기룰 충전하고 용기의 가스배출포트를 통해 비활성가스를 배출하기 위해 결합된다.
본 발명의 다른 면에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정화합물의 결정성장을 수행하기 위한 방법은 앰플에 결정시앗을 포함하는 도가니를 적재하는 단계; 상기 앰플을 밀봉하는 단계; 상기 밀봉된 앰플을 압력용기 내의 가열장치에 적재하는 단계; 상기 앰플의 온도를 증가시키는 단계; 및 상기 결정성장의 온도범위에 대해 상기 앰플 및 상기 용기 사이에 기설정된 압력차가 유지되도록 기설정된 온도-압력관계에 따라 상기 압력용기 내의 비활성 가스를 충전하는 것에 의해 상기 압력용기 내의 증기압을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 의하면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정화합물의 결정성장을 수행하는 방법은 결정시드, 산화붕소 및 InP다결정차지로 도가니를 적재하는 단계; 기설정된 양의 인으로 앰플을 적재하는 단계; 앰플에 도가니를 배치하는 단계; 도가니를 포함하는 앰플을 밀봉하고 이 밀봉된 앰플은 증기압을 가지는 단계; 밀봉된 앰플 주위에 다수의 가열수단들을 가진 가열장치를 제공하는 단계; 가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함하고, 용기온도 및 용기압력을 가진 용기를 제공하는 단계; (a) 용기온도 및 용기온도의 증가 및 (b) 인을 가열하고 증발시켜 밀봉된 앰플의 증기압을 증가시키기 위해 가열수단들을 활성화하는 단계; 용기온도 및 용기압력을 모니터링하는 단계; 및 용기온도 및 용기압력 사이의 기설정된 관계에 따라 비활성가스로 용기를 충전하고 배출하여 용기압력과 증기압 사이의 균형을 유지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 수행하기 위한 장치는 도가니; 상기 도가니가 놓여지고 밀봉되는 앰플; 상기 앰플주위에 놓여진 가열장치; 상기 앰플이 놓여진 압력용기; 및 결정성장동안 상기 밀봉된 앰플 및 상기 압력용기 사이에서 압력차를 거의 0으로 유지하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 수행하기 위한 장치는 도가니; 상기 도가니가 놓여지고 밀봉되는 앰플; 상기 앰플 주위에 놓여진 가열장치; 상기 앰플이 놓여지고, 압력을 결정하기 위해 용기압력신호를 출력하는 수단을 가지는 압력용기; 상기 가열장치를 제어하여 상기 압력용기의 온도를 제어하며, 온도제어신호를 출력하는 온도제어기; 상기 온도제어신호 및 용기압력신호 사이의 기설정된 관계에 따라 가스제어신호를 출력하는 신호컨디셔너; 및 상기 가스제어신호에 응답하여 상기 압력용기로 비활성가스를 충전하고 배출하여 상기 압력용기 내의 기설정된 압력을 유지하는 동력화된 레귤레이터를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 수행하기 위한 장치는 도가니; 도가니를 포함하기 위해 밀봉되고 증기압을 가지는 앰플; 밀봉된 앰플 주위에 다수의 가열수단들을 가지는 가열장치; 가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함하고, 가스입력포트, 가스배출포트 및 용기압력을 감시하고 용기압력신호를 제공하는 압력변환기를 가지고, 용기온도를 감시하고 용기온도신호를 제공하기 위한 다수의 열전대를 구비하는 용기; 열전대로부터 용기온도신호를 받고 (a) 히터제어신호 및 (b) 온도제어신호를 출력하기 위해 결합된 온도제어기; (a) 온도변환기로부터 용기압력신호 및 (b) 온도제어기로부터 온도제어신호를 받기 위해 결합되고, 용기압력신호 및 온도제어신호 사이의 기설정된 관계에 따라 가스제어신호를 출력하기 위해 결합된 신호컨디셔너; 및 가스제어신호에 응답하여 가스제어신호를 받고 용기의 가스입력포트 및 가스배출포트를 통해 비활성가스소스로부터 비활성가스를 충전하고 배출하도록 조절하기 위해 결합된 동력화된 레귤레이터를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 균형잡힌 압력성장을 수행하기 위한 장치는 도가니; 도가니를 포함하기 위해 밀봉되고 증기압을 가진 앰플; 밀봉된 앰플 주위에 다수의 가열수단들을 가진 가열장치; 가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함하는 용기; 용기압력을 감시하기 위한 수단; 용기온도를 감시하기 위한 수단; 용기온도가 상승하는 경우, 용기온도 및 용기압력 사이의 기설정된 관계에 따라 용기를 비활성가스로 충전하여 용기압력을 증가시킴으로써 용기압력 및 증기압 사이의 균형을 유지하는 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정화합물의 결정성장을 수행하기 위한 방법은 앰플에 결정시앗을 포함하는 도가니를 적재하는 단계; 상기 앰플을 밀봉하는 단계; 상기 밀봉된 앰플을 압력용기 내의 가열장치에 적재하는 단계; 상기 앰플의 온도를 증가시키는 단계; 및 상기 결정성장의 온도범위에 대해 상기 앰플 및 상기 용기 사이에 기설정된 압력차가 유지되도록 기설정된 온도-압력관계에 따라 상기 압력용기 내의 비활성 가스를 충전하는 것에 의해 상기 압력용기 내의 증기압을 조정하는 단계를 포함한다.
따라서, 이하에서 상술한 설명이 더 잘 이해될 수 있고 이 기술분야에서의 본 발명의 기여가 더 잘 이해될 수 있는 순으로 본 발명의 구성상 특징이 요약되었다. 물론, 이하에서 설명될 것이고 여기에 첨부된 청구항의 주요한 문제를 형성할 본 발명의 추가적인 특징도 있다.
이런 관점에서, 본 발명을 구성하는 적어도 일 실시예를 상세히 설명하기 전에, 이하의 설명이나 도면의 설명으로 구성요소들의 배열 및 상세한 구성의 적용에 본 발명이 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명을 구성하는 방법 및 장치들은 다른 실시예들이 될 수 있고 다양한 방법으로 실시되고 수행될 수 있다. 또한, 이하에 포함된 추상적인 것뿐만 아니라 여기에 이용된 표현이나 용어는 제한용이 아닌 설명용이라는 것이 이해되어야 한다.
이와 같이, 이 기술분야의 기술자들은 본 발명이 기초로 한 개념이 본 발명의 몇가지 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템의 설계를 위한 기초로 쉽게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 청구항은 본 발명을 구성하는 방법 및 장치의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는 한 동일한 구성을 포함하는 것으로 간주되는 것이 중요하다.
도 1에서, 균형잡힌 압력성장시스템(100)은 수직구배냉각(Vertical Gradient Freeze, "VGF")장치의 환경에 대해 개시한다. 시스템(100)은 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물("결정")이 성장될 수 있는 도가니(175)를 포함한다. InP결정의 성장을 위해, 도가니(175)는 결정시드, 산화붕소(B2O3) 및 InP다결정차지(총괄하여 "공정재료들")로 적재된다. InP다결정차지의 양은 바람직하게는 약 5㎏보다 크다. 도가니(175)는 바람직하게는 수직 위치로 향하고 파이로리틱질화붕소(PBN)와 같은 공정재료와 반응하지 않는 재료로 구성된다. 도가니(175)는 또한 소망의 열흐름 및 예컨대, 약 0.1㎜ 보다 큰 기계적 강도를 촉진하기 위해 선택된 벽두께를 가진다.
도 1에서, 바람직하게는 석영으로 이루어진 앰플(136)은 기설정된 양의 인으로 적재된다. 여기서 사용되는 바와 같이, 용어 "석영", "용융된 석영", "용융된 이산화규소"는 호환적으로 사용되고 자연적인 석영이나 이산화규소(SiO2)를 용융하여 만들어진 어떠한 형태의 합성석영도 포함한다. 적절한 양의 인은 앰플(136)이 화학양론적 InP용융온도에서 소망의 증기압을 얻을 수 있도록 이하에서 설명되는 바와 같이 선택된다. 일 실시예에서, 인의 양은 약 20g보다 많다. 앰플(136)은 바람직하게는 약 3㎜ 내지 6㎜의 범위 내에서 일반적으로 약 1㎜보다 두꺼운 벽두께를 가진다. 도가니(175)는 도 1에서 보여지는 바와 같이 앰플(136)에 삽입된다. 인과 도가니(175)를 삽입한 후, 앰플(136)은 석영플러그(137)로 밀봉된다. 앰플(136)은 앰플지지체(135)에 의해 지지된다.
도 1에서, 시스템(100)은 밀봉된 앰플(136)에 인접해 위치된 가열수단들(124)의 열을 가진 가열장치를 포함한다. 가열수단들(124)은 바람직하게는 앰플(175) 주위에 수직으로 배치된 링과 같은 형상이다. 가열장치는 히터지지체(120,121) 상에 놓여지고 앰플(136)의 열 및 소망의 열패턴에서 도가니(175)의 내용물을 제공하기 위해 제어된다.
도 1에서 보여지는 바와 같이, 시스템(100)은 가열장치 및 밀봉된 앰플(136)을 포함하는 외부압력용기("용기")(166)를 더 포함한다. 용기(166)는 물로 냉각된 원통형의 스테인레스 하우징(101), 베이스(102), 덮개(015) 및 볼트들(107, 108)을 포함한다. 용기(166)는 다양한 제어기능을 가져 결정성장공정동안 밀봉된 앰플(136)과 용기(166) 사이의 압력차를 0에 가깝게 유지한다. 용기(166)는 또한 가스입력포트(103), 가스배출포트(106) 및 비상배출구(163)를 구비하여 비활성가스의 충전과 배출에 의해 압력의 균형을 잡는다.
밀봉된 앰플(136) 내부의 소망의 증기압은 상평형과 증기압데이터에 따라 결정된다. 증기압은 이하에서 설명된 바와 같이 제어된다. 이 후 균형은 증기압과 용기의 압력("용기압") 사이에서 유지된다. 압력차는 결정성장과정에서 온도가 상승하는 동안 0 부근에 유지된다.
도 1에서 보여지는 바와 같이, 용기(166)는 각각 한 쌍의 가열수단들(124) 사이에 위치된 다수의 열전대(125 내지 128)를 구비한다. 각 열전대는 앰플(136)의 길이에 따른 열전대의 특정위치에서 용기온도측정을 나타내는 용기온도신호를 출력한다. 열전대컨덕터들(129 내지 132)은 용기온도신호를 받고 하우징(101)의 열전대포트들(109, 110)에 신호를 제공한다. 열전대케이블(157)은 컨덕터들(131, 132)로부터의 신호를, 케이블(158)은 컨덕터들(129, 30)로부터의 신호들을, 온도제어기(150)로 전달한다.
온도제어기(150)는 열전대로부터의 용기온도신호들을 받고 히터제어신호 및 온도제어신호 모두를 출력한다. 히터제어신호는 온도제어기(150)로부터 파워케이블들(156, 159, 160)을 통해 가열수단들(124)로 전달된다. 이 경우, 온도제어기(150)는 가열수단들(124)을 제어할 수 있다. 가열수단들(124)은 제어된 수단으로 활성화되어 용기온도의 증가를 제어할 수 있고, 비활성화되어 용기온도의 감소를 제어할 수 있다. 적절한 온도제어기(150)의 일 실시예는 Honeywell에 의해 만들어진 UDC1500이다. 약간의 변형 또는 변경을 가지면서 동일하거나 유사한 기능을 제공하는 다른 장치들도 이 기술분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 받아들여질 수 있다. 온도제어기(150)는 Eurotherm TC1027, TC1028 또는 TE200S와 같은 전원(155)에 의해 운전된다.
도 1에서, 신호컨디셔너(164)가 결합되어 용기(166)의 압력변환기(123)로부터 용기압력신호를 받는다. 이 변환기(123)는 용기의 부분(166)으로 형성된다. 다른 변환기들이 이 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 사용될 수 있지만, 적절한 변환기(123)는 Omega에 의해 만들어진 PX92-MV이다. 신호컨디셔너(164)는 결합되어 온도제어기(150)로부터 온도제어신호도 받는다. 신호컨디셔너(164)는 두 개의 입력 기능으로서 가스제어신호를 출력한다. 보다 상세하게는 가스제어신호는 용기압력신호와 온도제어신호 사이에서 컨디셔너(164)에 의해 유지되는 소정의 관계에 따라 발생된다. 적절한 신호컨디셔너(164)의 일 예가 Omega에 의해 만들어진 DRA-ACT-4 시리즈장치이다. 다른 동일한 신호증폭기들 및 컨디셔너들이 이 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, DRA-ACT-4를 대신해 사용될 수 있다. 바람직한 장치는 측정된 입력신호들을 비례적이고 선형적이며 매우 정확한 출력전류로 변환하는 것들이다. 신호컨디셔너(164)는 또한 출력으로부터 입력을 분리하여 컨디셔너(164)가 큰 순간적인 입력을 견딜 수 있게 한다.
도 1에서, 서보시스템(161) 및 동력화된 레귤레이터(163)가 연결되어 가스제어신호를 신호컨디서너(164)로부터 받는다. 일 실시예에서, 서보시스템은 Eurotherm에 의해 만들어진 EA시리즈장치이고, 동력화된 레귤레이터(163)는 Praxair에 의해 만들어진 UP6장치이다. 이 기술분야의 숙련자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 서보시스템들 및 동력화된 레귤레이터들이 사용될 수 있다. 서보시스템(161) 및 동력화된 레귤레이터(163)는 때때로 여기서 "동력화된 레귤레이터"라고 일괄적으로 언급된다. 동력화된 레귤레이터들은 가스제어신호에 응답하여 용기의 가스입력포트(103) 및 가스배출포트(106)를 통해 내부가스소스(165)로부터 비활성가스의 충전과 배출을 조정한다 가스소스(165)는 Praxair GC 401과 같은 어떠한 적절한 비활성가스소스일 수 있다. 다른 대체가스소스가 이 기술분야의 숙려자들에 의해 이해될 수 있는 바와 같이 사용될 수 있다.
도 1에서, DATA-TRAK 온도램프(ramp)장치(151) 및 디스플레이장치(152)가 온도제어기(150)에 결합된다. 램프장치(151) 및 디스플레이장치(152)의 적절한 조합의 일 예는 Eurotherm에 의해 만들어진 PC3000이다. 온도램프장치(151)는 통합된 아날로그 및 디지털 시퀀싱제어를 제공한다. 램프장치(151)는 시스템제어, 모니터링 및 성장시스템(100)의 아날로그 및 디지털 I/O의 시퀀싱을 제공한다. 디스플레이장치(152)는 오퍼레이터 인터페이스를 제공한다.
도 2는 석영앰플(136)의 저면에 놓여진 인(213)을 보여준다. 다결정InP차지 및 적절한 양의 이산화붕소는 성장도가니(175)에 적재된다. 결정시드(205)는 시드우물(204)에 위치된다. 도가니(175)는 또한 원뿔전이영역(202) 및 주요성장영역(203)을 가진다. 다음으로 차지, 이산화붕소 및 시드(205)를 포함하는 성장도가니(175)는 석영앰플(136)에 적재된다. 석영앰플(136)은 앰플(136)을 밀봉하기 위해 토치로 석영플러그(137) 주위의 앰플(136)의 개방단부를 줄어들게 함으로써 바람직하게는 ~10-7 torr까지 비워진다.
도 2에서 충분한 양의 이산화붕소의 추가는 용융된 InP 및 도가니(175) 사이의 스페이서층으로 사용된다. 기설정된 양에서 여분의 인이 추가되어 증기압을 1062℃의 화학양론적 InP용융온도에서 대략 27.5atm으로 유지한다. 상술한 증기압으로 결정성장동안 휘발성인의 손실이 최소화된다. 그 결과, 큰 직경의 화학량론적 InP가 성장된다.
균형잡힌 압력성장공정에서, 밀봉된 석영앰플(136)은 도 1 및 2에서 보여지는 바와 같이, 가열장치에 적재된다. 가열장치는 전원선(156)을 통해 온도제어기(150)에 의해 개별적으로 제어되는 다양한 가열수단들(124)을 가진다. 온도제어기(150)는 전원을 가열수단들에 공급하여 도 2에서 보여지는 바와 같이 큰 성장영역(203)에서 압력온도를 상승시키고 다결정 InP차지를 용융시킨다. 도 1에서 온도제어기(150)는 용기(166)의 온도를 모니터한다. 도 1에서, 용기온도가 증가함에 따라 밀봉된 석영앰플(136) 내부의 인은 가열되고 증발되어 밀봉된 석영앰플(136)의 내부에 증기압을 활성화한다. 밀봉된 앰플 내부의 증기압은 앰플에 적재된 인의 양, 온도 및 도가니에서의 다결정차지의 양에 의해 제어될 수 있다. 밀봉된 앰플 내부의 증기압은 바람직하게는 ~30기압이다. 이 온도상승단계 동안, 압력용기(166)에서의 압력은 동력화된 레귤레이터(162)를 활성화함으로써, 기설정된 온도-압력관계에 따른 신호컨디셔너(164)에 의해 조정되어 용기(166)를 소스(165)의 비활성가스로 채운다.
결정성장공정이 완료된 후, 가열수단들(124)에 파워가 감소되어 용기온도가 감소된다. 온도제어기(15), 신호컨디셔너(164) 및 동력화된 레귤레이터(163)는 이런 온도의 상승-하강을 가스배출포트(106) 및 비상배출구(163)를 통해 비활성가스를 기설정된 온도-압력관계에 따른 고압력용기에 배출하는 것에 의해 용기압력을 감소시키도록 보정한다. 이런 방법으로 결정성장공정의 전체 온도 범위에 대해 0에 가까운 압력차가 밀봉된 석영앰플(136) 및 용기(166) 사이에 유지된다.
성장시스템(100)이 실내온도에 도달하는 경우, 석영앰플(136)이 제거되고 개방된 체 부셔진다. 여분의 인은 공기에서 불태워진다. 결정을 포함하는 도가니(175)는 메탄올에 잠겨 이산화붕소를 용해한다. 결정은 성장도가니로부터 분리된다.
용융점에서 화학양론적 InP에 대한 높은 인의 증기압으로 인해, 상술한 바와 같이 온도상승율에 따른 용기압력을 균등하게 하는 것은 앰플폭발을 막고 도 2에서 보여지는 바와 같이 결정화된 재료(206) 및 용융된 차지(208) 사이의 액체-고체인터페이스(207)의 정확한 제어를 제공하는 이점을 가진다.
본 발명의 상술한 실시예들은 단지 발명의 원리를 분명히 이해하기 위한 수단의 예들이다. 변경과 변형이 본 발명의 사상 및 원리로부터 벗어남 없이 발명의 상술한 실시예에서 만들어질 수 있다. 모든 이런 변경과 변형은 여기의 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (41)

  1. 액정시드를 포함하는 도가니를 앰플에 적재하는 단계;
    상기 앰플을 밀봉하는 단계;
    압력용기 내의 가열장치로 상기 밀봉된 앰플을 적재하는 단계;
    상기 앰플의 온도를 증가시키는 단계; 및
    상기 액정성장의 온도범위에 대해 상기 앰플 및 상기 용기 사이에 압력차가 거의 0으로 유지되도록 상기 압력용기 내의 비활성가스를 충전하고 배출하는 것에 의해 기술정된 온도-압력관계에 따라 상기 압력용기 내의 증기압을 조정한는 단계를 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정화합물의 결정성장을 수행하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 앰플에 인을 침전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 앰플은 석영으로 이루어지는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 앰플에 다결정InP 및 산화붕소를 침전하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 밀봉단계 전에 상기 앰플을 약 1×10-7torr로 비우는 단계를 더 포함하는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 산화붕소는 가열되고 용융된 후 상기 InP 및 상기 도가니 사이의 스페이서층으로 사용되는 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 인을 기설정된 양으로 제공하여 1062℃의 화학양론적 InP 용융온도에서 약 27.5의 증기압을 유지하도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가열장치는 다수의 다양한 가열수단들로 구성되는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가열수단들은 개별적으로 제어되는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 압력용기 내에 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 밀봉된 앰플 내의 상기 증기압은 약 30 기압인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 압력용기의 충전을 활성화하기 위해 레귤레이터가 사용되는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 레귤레이터를 활성화하는 것에 의해 상기 기설정된 온도압력관계에 따라 상기 증기압을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 압력용기의 온도가 감소되는 경우, 상기 비활성가스를 상기 압력용기로 배출하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 결정시드, 산화붕소 및 InP다결정차지로 도가니를 적재하는 단계;
    기설정된 양의 인으로 앰플을 적재하는 단계;
    앰플에 도가니를 배치하는 단계;
    도가니를 포함하는 앰플을 밀봉하고 이 밀봉된 앰플은 증기압을 가지는 단계;
    밀봉된 앰플 주위에 다수의 가열수단들을 가진 가열장치를 제공하는 단계;
    가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함하고, 용기온도 및 용기압력을 가진 용기를 제공하는 단계;
    (a) 용기온도 및 용기온도의 증가 및
    (b) 인을 가열하고 증발시켜 밀봉된 앰플의 증기압을 증가시키기 위해 가열수단들을 활성화하는 단계;
    용기온도 및 용기압력을 모니터링하는 단계; 및
    용기온도 및 용기압력 사이의 기설정된 관계에 따라 비활성가스로 용기를 충전하고 배출하여 용기압력과 증기압 사이의 균형을 유지하는 단계를 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정화합물의 결정성장을 수행하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 용기압력과 증기압 사이에 균형은 압력차를 거의 0으로 유지하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 결정시드의 적어도 하나와 InP다결정차지는 InP반도체결정화합물의 용융온도에서 약 5기압 보다 큰 증기압을 산출하는 방법.
  18. 도가니;
    상기 도가니가 놓여지고 밀봉되는 앰플;
    상기 앰플주위에 놓여진 가열장치;
    상기 앰플이 놓여진 압력용기; 및
    결정성장동안 상기 밀봉된 앰플 및 상기 압력용기 사이에서 압력차를 거의 0으로 유지하는 수단을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 수행하기 위한 장치.
  19. 도가니;
    상기 도가니가 놓여지고 밀봉되는 앰플;
    상기 앰플 주위에 놓여진 가열장치;
    상기 앰플이 놓여지고, 압력을 결정하기 위해 용기압력신호를 출력하는 수단을 가지는 압력용기;
    상기 가열장치를 제어하여 상기 압력용기의 온도를 제어하며, 온도제어신호를 출력하는 온도제어기;
    상기 온도제어신호 및 용기압력신호 사이의 기설정된 관계에 따라 가스제어신호를 출력하는 신호컨디셔너; 및
    상기 가스제어신호에 응답하여 상기 압력용기로 비활성가스를 충전하고 배출하여 상기 압력용기 내의 기설정된 압력을 유지하는 동력화된 레귤레이터를 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 수행하기 위한 장치.
  20. 도가니;
    도가니를 포함하기 위해 밀봉되고 증기압을 가지는 앰플;
    밀봉된 앰플 주위에 다수의 가열수단들을 가지는 가열장치;
    가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함하고, 가스입력포트, 가스배출포트 및 용기압력을 감시하고 용기압력신호를 제공하는 압력변환기를 가지고, 용기온도를 감시하고 용기온도신호를 제공하기 위한 다수의 열전대를 구비하는 용기;
    열전대로부터 용기온도신호를 받고 (a) 히터제어신호 및 (b) 온도제어신호를 출력하기 위해 결합된 온도제어기;
    (a) 온도변환기로부터 용기압력신호 및 (b) 온도제어기로부터 온도제어신호를 받기 위해 결합되고, 용기압력신호 및 온도제어신호 사이의 기설정된 관계에 따라 가스제어신호를 출력하기 위해 결합된 신호컨디셔너; 및
    가스제어신호에 응답하여 가스제어신호를 받고 용기의 가스입력포트 및 가스배출포트를 통해 비활성가스소스로부터 비활성가스를 충전하고 배출하도록 조절하기 위해 결합된 동력화된 레귤레이터를 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 성장을 수행하기 위한 장치.
  21. 제20항에 있어서, 용기온도신호를 감시하기 위해 온도제어기에 결합되는 온도램프모니터를 더 포함하는 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 도가니는 결정시드, 산화붕소 및 InP다결정차지로 적재되는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 InP다결정차지는 약 5㎏보다 큰 장치.
  24. 제19항에 있어서, 상기 도가니는 파이로리틱 질화붕소로 이루어지는 장치.
  25. 제19항에 있어서, 상기 도가니의 벽두께는 약 0.1㎜보다 큰 장치.
  26. 제19항에 있어서, 상기 앰플은 석영으로 이루어지는 장치.
  27. 제26항에 있어서, 기설정된 양의 인은 상기 앰플에 놓여지는 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 기설정된 양은 화학양론적 InP 용융온도에서 소망의 증기압을 산출하기 위해 선택되는 장치.
  29. 제19항에 있어서, 상기 앰플은 1㎜보다 두꺼운 벽을 가진 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 앰플은 2㎜ 내지 6㎜ 사이의 벽두께를 가진 장치.
  31. 제19항에 있어서, 상기 가열장치는 가열수단들의 열을 구비하는 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 가열수단들은 상기 온도제어기에 의해 개별적으로 제어되는 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 가열수단들은 상기 가열수단들이 상기 앰플에 소망의 가열패턴을 제공하도록 상기 용기에 놓여지는 장치.
  34. 제19항에 있어서, 상기 압력결정수단은 압력변환기인 장치.
  35. 제19항에 있어서, 상기 압력용기는 가스입력포트, 가스방출포트 및 상기 비활성가스를 충전하고 배출하는 것에 의해 상기 압력의 균형을 잡는 비상배출구를 포함하는 장치.
  36. 제19항에 있어서, 결정성장 동안 상기 압력용기 및 상기 앰풀 사이의 압력차는 거의 0인 장치.
  37. 제19항에 있어서, 상기 동력화된 레귤레이터는 서보시스템 및 동력화된 레귤레이터를 포함하는 장치.
  38. 도가니;
    도가니를 포함하기 위해 밀봉되고 증기압을 가진 앰플;
    밀봉된 앰플 주위에 다수의 가열수단들을 가진 가열장치;
    가열장치 및 밀봉된 앰플을 포함하는 용기;
    용기압력을 감시하기 위한 수단;
    용기온도를 감시하기 위한 수단;
    용기온도가 상승하는 경우, 용기온도 및 용기압력 사이의 기설정된 관계에 따라 용기를 비활성가스로 충전하여 용기압력을 증가시킴으로써 용기압력 및 증기압 사이의 균형을 유지하는 수단을 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 단결정반도체화합물의 균형잡힌 압력성장을 수행하기 위한 장치.
  39. 제38항에 있어서, 용기온도가 감소하는 경우 용기온도 및 용기압력 사이의 기설정된 관계에 따라 비활성가스를 용기로부터 배출하여 용기압력을 감소시킴으로써 용기압력과 증기압 사이의 균형을 유지하는 수단을 포함하는 장치.
  40. 앰플에 결정시앗을 포함하는 도가니를 적재하는 단계;
    상기 앰플을 밀봉하는 단계;
    상기 밀봉된 앰플을 압력용기 내의 가열장치에 적재하는 단계;
    상기 앰플의 온도를 증가시키는 단계; 및
    상기 결정성장의 온도범위에 대해 상기 앰플 및 상기 용기 사이에 기설정된 압력차가 유지되도록 기설정된 온도-압력관계에 따라 상기 압력용기 내의 비활성 가스를 충전하는 것에 의해 상기 압력용기 내의 증기압을 조정하는 단계를 포함하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체결정화합물의 결정성장을 수행하기 위한 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 앰플의 온도를 감소시키는 단계; 및
    상기 앰플의 온도가 감소하는 경우, 상기 압력용기로부터 상기 비활성가스를 배출하여 상기 증기압을 조정하는 단계를 더 포함하는 방법.
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