KR20080108980A - 질화갈륨계 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

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고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤
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Abstract

보다 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료의 제조 방법을 제공한다. HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth) 법에 의해 질화갈륨계 재료를 성장시킨다. 이 성장은 H2 가스를 함유하는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고, 성장 압력을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 하여 실시한다.
질화갈륨계 재료

Description

질화갈륨계 재료 및 그 제조 방법{GALLIUM NITRIDE MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 질화갈륨계 재료 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth) 법을 적용한 질화갈륨계 재료의 제조 방법 및 그것에 의해 제조될 수 있는 질화갈륨계 재료에 관한 것이다.
반도체 디바이스가 발생시키는 열을 방산하기 위하여, 반도체 디바이스에 히트 싱크를 장착하는 것이나, 열전도율이 높은 재료로 이루어지는 서브마운트를 개재하여 반도체 디바이스를 히트 싱크에 고정시키는 것이 알려져 있다.
특허 문헌 1 에는, 히트 싱크 또는 서브마운트의 재료로서 GaN (질화갈륨) 을 사용하는 것, 그 재료의 0 ∼ 200(℃) 의 범위내에 있어서의 열전도율이 100 ∼ 300(W/m·K) 인 것이 바람직하다는 것이 기재되어 있다. 그러나, 특허 문헌 1 에서는, 0 ∼ 200(℃) 의 범위내에 있어서의 열전도율이 100 ∼ 300(W/m·K) 인 GaN 부재의 제조 방법에 대하여 구체적인 개시가 되어 있지 않다. 또한, 특허 문헌 1 에는, 100 ∼ 300(W/m·K) 의 열전도율을 갖는 GaN 이 얻어졌다는 기재도 없다.
비특허 문헌 1 에는, GaN 의 열전도율의 온도 의존성이 기재되어 있다. 동일 문헌에 의하면, GaN 의 열전도율은 300(K) 에서 1.7(W/cm·K) 이다.
비특허 문헌 2 에는, 산소가 도핑된 GaN 에 대한 열전도율의 계측 결과가 실온에서 225(W/m·K) 였던 것이 기재되어 있다 (측정 방법은 3ω 법). 또한, 동일 문헌에는, 이상적 GaN 결정의 열전도율의 이론 한계가 410(W/m·K) 인 것이 기재되어 있다.
비특허 문헌 3 에는, Cree 사의 GaN 기판의 열전도율은 실온에서 220(W/m·K) 인 것이 게재되어 있다 (측정 방법은 레이저 플래시법).
특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2003-78084호
비특허 문헌 1: J. Phys. Chem. Solids, 1977, Vol.38, p.330
비특허 문헌 2: phys. Stat. sol. (a)202, No.12, R135-R137(2005)
비특허 문헌 3: [평성 17년 12월 22일 검색], 인터넷 <URL: http://www.cree.com/products/gan_tech.htm>
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
GaN 계 재료로 구성되는 반도체 디바이스의 히트 싱크나 서브마운트로서 사용되는 열전달 부재는 반도체 디바이스와 열전달 부재 사이의 열팽창률의 차이에 의한 응력의 발생을 억제하는 관점에 있어서, GaN 계 재료로 구성되는 것이 바람직하다. GaN 계 재료로 히트 싱크나 서브마운트를 형성하는 경우, GaN 계 재료는 예를 들어, 적어도 250(W/m·K) 이상, 나아가서는 280(W/m·K) 이상의 높은 열전도율을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 상기와 같이, 현시점에서는, 현실에 존재할 수 있는 GaN 계 재료는, 가장 우수한 것이라도, 실온에서 225(W/m·K) 의 열전도율을 갖는 데 불과하다.
높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료는 반도체 디바이스의 활성층을 지지하는 부분에 대한 적용 (예를 들어 기판이나 활성층을 포함한 다층 구조부) 에 있어서도 유용하고, 이와 같은 GaN 계 재료의 사용에 의해 활성층에서 발생하는 열을 효율적으로 외부로 이동시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제 인식을 기초로 하여 이루어진 것으로서, 예를 들어, 보다 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료의 제조 방법이나, 그러한 GaN 계 재료, 나아가서는 그것을 사용한 기판, 히트 싱크나 서브마운트와 같은 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 제 1 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료의 제조 방법과 관련되며, 상기 제조 방법은 HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth) 법에 의해 질화갈륨계 재료를 성장시키는 성장 공정을 포함한다. 상기 성장 공정에서는, H2 가스를 함유하는 캐리어 가스와, GaCl 가스와, NH3 가스를 반응실에 공급하고, 성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고, 성장 압력을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고, GaCl 가스의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고, NH3 가스의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 캐리어 가스는 실질적으로 H2 가스만으로 이루어져도 된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 캐리어 가스는 H2 가스 외에 N2 가스를 추가로 함유해도 된다. 이 경우에 있어서, (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.1 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하는 것이 바람직하고, 0.6 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하는 것이 더욱 바람직하고, 0.7 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 반응실에는 하지 (下地) 기판을 지지하는 지지부가 배치되고, 상기 성장 공정에서는 상기 하지 기판에 질화갈륨계 재료를 성장시키고, 상기 반응실에는 상기 반응실에 연통하도록 배치된 도입실로부터 상기 캐리어 가스, 상기 GaCl 가스 및 상기 NH3 가스가 도입되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 평균 단면적보다 작은 것이 바람직하고, 상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 평균 단면적의 2/3 이하인 것이 더욱 바람직하고, 이와 같은 조건하에 있어서, 상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것이 바람직하고, 0.5(m/min) 이상 또한 1.7(m/min) 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 반응실에는 하지 기판을 지지면 상에 지지하는 지지부가 배치되고, 상기 성장 공정에서는 상기 하지 기판에 질화갈륨계 재료를 성장시키고, 상기 반응실에는 상기 반응실에 연통하도록 배치된 도입실로부터 상기 캐리어 가스, 상기 GaCl 가스 및 상기 NH3 가스가 도입되고, 상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 상기 지지면을 포함한 단면에 있어서의 단면적보다 작은 것이 바람직하고, 상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 상기 지지면을 포함한 단면에 있어서의 단면적의 2/3 이하인 것이 더욱 바람직하고, 이와 같은 조건하에 있어서, 상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것이 바람직하고, 0.5(m/min) 이상 또한 1.7(m/min) 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.1 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하고, 상기 반응실에는 하지 기판을 지지하는 지지부가 배치되고, 상기 성장 공정에서는 상기 하지 기판에 질화갈륨계 재료를 성장시키고, 상기 반응실에는 상기 반응실에 연통하도록 배치된 도입실로부터 상기 캐리어 가스, 상기 GaCl 가스 및 상기 NH3 가스가 도입되고, 상기 도입실의 단면적이 상기 반응실의 단면적보다 작고, 상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것이 바람직하고, 0.5(m/min) 이상 또한 1.7(m/min) 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 제 2 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 2.8×102(W/m·K) 이상이다.
본 발명의 제 3 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.0×102(W/m·K) 이상이다.
본 발명의 제 4 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.0×102(W/m·K) 이상 또한 3.8×102(W/m·K) 이하이다.
본 발명의 제 5 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.3×102(W/m·K) 이상 또한 3.8×102(W/m·K) 이하이다.
본 발명의 제 6 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.5×102(W/m·K) 이상 또한 3.8×102(W/m·K) 이하이다.
본 발명의 제 7 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브 (rocking curve) 의 반값폭이 300(arcsec) 이하이다.
본 발명의 제 8 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 500(arcsec) 이하이다.
본 발명의 제 9 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 산소 농도가 5×1017(atoms/㎤) 미만이다.
본 발명의 제 10 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 탄소 농도가 1×1017(atoms/㎤) 미만이다.
본 발명의 제 11 측면은, 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료와 관련되고, 상기 재료는 수소 농도가 1×1018(atoms/㎤) 미만이다.
본 발명의 제 12 측면은, 기판, 서브마운트, 히트 싱크, 그 밖의 부재 (열전달용 부재 등) 에 관계되며, 상기 부재는 상기 질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료를 함유한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 예를 들어, 보다 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료 및 그 응용품을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 GaN 계 재료의 제조 방법에 적합한 HVPE 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 레이저 플래시법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 관련된 GaN 계 재료의 적용 예로서의 반도체 디바이스의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명에 관련된 GaN 계 재료의 적용 예로서의 반도체 디바이스의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는 도 1 에 나타내는 HVPE 장치의 구성을 보다 구체적으로 나타내는 도면이다.
부호의 설명
100: HVPE 장치
10: 반응실
20: 히터
30: 기판 지지부
30S: 지지면
40: 도입실
S: 하지 기판
G1: 캐리어 가스
G2: GaCl 가스
G3: NH3 가스
200, 300: 반도체 제품
210: 반도체 디바이스
212: 기판
214: 다층 구조부
230: 서브마운트
240: 히트 싱크
250: 히트 싱크
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시형태의 질화갈륨 (GaN) 계 재료의 제조 방법은, HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth) 법에 의해 질화갈륨계 재료를 성장시키는 성장 공정을 포함한다. 여기서, 질화갈륨 (GaN) 계 재료란, 질화갈륨 (GaN) 을 주성분으로 하는 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 재료이며, Ⅲ 족 원소로서 갈륨 (Ga) 을 가장 많이, 또한 Ⅴ 족 원소로서 질소 (N) 를 가장 많이 함유한다. 또한, 도전형의 조정용으로 P 형 또는 N 형의 불순물이 도핑된 질화갈륨계 재료를 함유한다.
GaN 계 재료는 예를 들어, GaN 기판, GaN 층을 포함하는 층이 형성된 기판, 또는, 사파이어 기판 등의 기판 상에 형성된다. 여기서, 본 명세서에 있어서, 제 1 요소 (예를 들어, 기판, 부재, 층) 위에 제 2 요소 (예를 들어, 부재, 층) 가 형성 또는 배치된다는 것은, 당해 제 1 요소 위에 당해 제 1 요소에 접하도록 당해 제 2 요소가 형성 또는 배치되는 것, 및 당해 제 1 요소 위에 하나 또는 복수의 제 3 요소 (예를 들어, 부재, 층) 를 개재하여 당해 제 2 요소가 형성 또는 배치되는 것을 포함하는 것으로 한다.
도 1 은, 본 발명의 GaN 계 재료의 제조 방법에 적합한 HVPE 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 5 는, 도 1 에 나타내는 HVPE 장치의 구성을 보다 구체적으로 나타내는 도면이다. HVPE 장치 (100) 는, 예를 들어, 종형 HVPE 장치로서 구성될 수 있다. 종형 HVPE 장치는 횡형 HVPE 장치에 비해 층류를 형성하기 쉽기 때문에, 고품질 또한 고균일의 에피택셜 성장막을 재현성 높게 형성하기에 적합하고, 또한 배치 처리 (다수매 동시 성장) 에 유리하다.
HVPE 장치 (100) 는 반응실 (10) 과, 반응실 (10) 내에 배치되어 하지 기판 (그 위에 GaN 계 재료를 성장시켜야 하는 기판)(S) 을 지지면 (30S) 상에 지지하는 기판 지지부 (30) 와, 반응실 (10) 에 연통하도록 배치된 도입실 (40) 과, 히터 (20) 를 구비할 수 있다. 도입실 (40) 에는 캐리어 가스 (G1) 와, NH3 가스 (G3) 와, HCl 가스 (G4) 가 공급될 수 있다. 도입실 (40) 내에는, 액체 Ga 를 수용한 용기 (42) 가 배치되어 있고, 도입실 (40) 내에 공급된 HCl 가스 (G4) 는 용기 (42) 내의 액체 Ga 와 반응하여 GaCl 가스 (G2) 를 생성한다. 반응실 (10) 내에는 도입실 (40) 로부터 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 가 공급될 수 있다. 캐리어 가스 (G1) 는 적어도 H2 가스를 함유한다. 캐리어 가스 (G1) 는 H2 가스 외에 N2 가스를 함유해도 된다.
도입실 (40) 의 평균 단면적은 반응실 (10) 의 평균 단면적보다 작은 것이 바람직하고, 도입실 (40) 의 평균 단면적이 반응실 (10) 의 평균 단면적의 2/3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 다른 관점에서 표현하면, 도입실 (40) 의 평균 단면적은 반응실 (10) 의 지지면 (30S) 을 포함한 단면에 있어서의 단면적보다 작은 것이 바람직하고, 도입실 (40) 의 평균 단면적은 반응실 (10) 의 지지면 (30S) 을 포함한 단면에 있어서의 단면적의 2/3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 장치 구성에 의하면, 도입실 (40) 에 있어서의 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 의 유속을 반응실 (10) 에 있어서의 그들의 유속보다 빠르게 할 수 있다. 이로써, 도입실 (40) 의 내벽으로부터 중심 방향을 향하여 흐르는 가스 혹은 입자가 적어지므로, 도입실 (40) 의 내벽으로부터 이탈될 수 있는 불순물, 예를 들어 산소 (O) 나 규소 (Si) 등이 하지 기판 (S) 상에 형성되는 질화갈륨계 재료의 막 중에 들어갈 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 상기와 같은 장치 구성에 의하면, 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 로 가스가 유입되는 부분에 있어서, 가스가 중심으로부터 외측을 향하여 방사상으로 흐르기 쉬우므로, 반응실 (10) 의 내벽으로부터 이탈할 수 있는 불순물, 예를 들어 산소나 규소 등이 하지 기판 (S) 상에 형성되는 질화갈륨계 재료의 막 중에 들어갈 가능성을 저감할 수 있다. 이상으로부터, 도입실 (40) 의 평균 단면적이 반응실 (10) 의 평균 단면적보다 작은 구성, 바람직하게는 도입실 (40) 의 평균 단면적이 반응실 (10) 의 평균 단면적의 2/3 이하인 구성, 혹은, 도입실 (40) 의 평균 단면적이 반응실 (10) 의 지지면 (30S) 을 포함한 단면에 있어서의 단면적보다 작은 구성, 바람직하게는 도입실 (40) 의 평균 단면적이 반응실 (10) 의 지지면 (30S) 을 포함한 단면에 있어서의 단면적의 2/3 이하인 구성을 채용함으로써, 불순물 농도가 제한된 양질의 질화갈륨계 재료, 특히 열전도율이 향상된 질화갈륨계 재료가 얻어진다고 생각된다. 도입실 (40) 에 있어서의 캐리어 가스 (G1) 의 유속은 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것이 바람직하고, 0.5(m/min) 이상 또한 1.7(m/min) 이하인 것이 더욱 바람직하다. 반응실 (10) 에 있어서의 캐리어 가스의 유속은 대략적으로는, 도입실 (40) 의 단면적과 반응실 (10) 의 단면적의 비에 기초하여 계산할 수 있다.
여기서, 산소나 규소는 반응실 (10) 이나 도입실 (40) 의 내벽이 석영으로 구성되어 있는 경우에 발생하기 쉽다. 질화갈륨계 재료의 성장 중에는, 반응실 (10) 이나 도입실 (40) 의 내벽에 질화갈륨계 재료의 다결정이 퇴적될 수 있다. 이 때에 질화갈륨계 재료가 반응실 (10) 이나 도입실 (40) 의 석영 내벽의 구조에 들어가듯이 그 석영 내벽에 퇴적된다. 이로써 석영 내벽이 손상을 입어, 예를 들어, 미세 스크래치가 석영 내벽에 생길 수 있다. 이 퇴적물을 에칭 가스 (예를 들어, HCl 가스) 로 클리닝하면, 미세 스크래치에 의해 석영 파티클이 발생할 수 있다. 이와 같이 하여 석영 파티클이 발생하면, 하지 기판에 대한 질화갈륨계 재료의 성막 중에 그 질화갈륨계 재료막에 산소나 규소가 혼입될 가능성이 있다.
질화갈륨계 재료를 성장시키는 상기 성장 공정은 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 내의 하지 기판 (S) 에 공급하고, 성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고, 성장 압력 (반응실 (10) 내의 압력) 을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 하여 실시될 수 있다. 또한, 캐리어 가스 (G1) 의 분압은 성장 압력으로부터 GaCl 가스 (G2) 의 분압과 NH3 가스 (G3) 의 분압을 뺀 값이다.
성장 온도는 상기한 바와 같이 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하가 될 수 있지만, 950(℃) 이상 또한 1150(℃) 이하가 되는 것이 바람직하고, 1000(℃) 이상 또한 1100(℃) 이하가 되는 것이 더욱 바람직하다.
성장 압력은 상기한 바와 같이 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하가 될 수 있지만, 9.09×104(㎩) 이상 또한 1.11×105(㎩) 이하가 되는 것이 바람직하고, 9.60×104(㎩) 이상 또한 1.06×105(㎩) 이하가 되는 것이 더욱 바람직하다.
GaCl 가스 (G2) 의 분압은 상기한 바와 같이 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하가 될 수 있지만, 2.0×102(㎩) 이상 또한 5.6×103(㎩) 이하가 되는 것이 바람직하고, 4.0×102(㎩) 이상 또한 4.0×103(㎩) 이하가 되는 것이 더욱 바 람직하다.
NH3 가스 (G3) 의 분압은 상기한 바와 같이 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하가 될 수 있지만, 1.5×103(㎩) 이상 또한 1.5×104(㎩) 이하가 되는 것이 바람직하고, 2.0×103(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하인 것이 더욱 바람직하다.
캐리어 가스 (G1) 가 H2 가스 외에 N2 가스를 추가로 함유하는 경우에 있어서, (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 은, 예를 들어, 0.05 이상 또한 1 미만의 범위가 될 수 있고, 0.1 이상 또한 1 미만의 범위가 되는 것, 0.6 이상 또한 1 미만의 범위가 되는 것, 0.7 이상 또한 1 미만의 범위가 되는 것, 0.8 이상 또한 1 미만의 범위가 되는 것이 순서대로 바람직하고, 0.9 이상 또한 1 미만이 되는 것이 가장 바람직하다.
H2 가스 및 N2 가스를 (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.05 이상 또한 1 미만의 범위에서 함유하는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고, 성장 압력을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 하여 성장 공정을 실시하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 2.8×102(W/m·K) 이상인 GaN 재료를 얻을 수 있다.
H2 가스 및 N2 가스를 (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.1 이상 또한 1 미만의 범위에서 함유하는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고, 성장 압력을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 하여 성장 공정을 실시하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.0×102(W/m·K) 이상, 보다 정확하게는 306(W/m·K) 이상, (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 300(arcsec) 이하, (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 500(arcsec) 이하, 산소 농도가 5×1017(atoms/㎤) 미만, 규소 농도가 5×1017(atoms/㎤) 이하, 탄소 농도가 1×1017(atoms/㎤) 미만, 수소 농도가 1×1018(atoms/㎤) 미만) 인 GaN 재료를 얻을 수 있다. 또한, 이들 불순물 농도는 2 차 이온 질량 분석법 (SIMS: Secondary Ion Mass Spectroscopy) 에 의해 측정할 수 있다.
H2 가스 및 N2 가스를 (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.7 이상 또한 1 미만의 범위에서 함유하는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고, 성장 압력을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 하여 성장 공정을 실시하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.3×102(W/m·K) 이상, 보다 정확하게는 327(W/m·K) 이상, (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 300(arcsec) 이하, (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 500(arcsec) 이하, 산소 농도가 5×1017(atoms/㎤) 미만, 규소 농도가 5×1017(atoms/㎤) 이하, 탄소 농도가 1×1017(atoms/㎤) 미만, 수소 농도가 1×1018(atoms/㎤) 미만) 인 GaN 재료를 얻을 수 있다.
질화갈륨계 재료 혹은 질화갈륨 재료에 도전성을 갖게 하기 위해서는, 규소 (n 형인 경우) 등을 의도적으로 도프하는 것이 바람직하다. 한편, 고순도 재료 가 필요한 경우에는, 불순물을 의도적으로 도프하지 않는 (언도프) 것이 바람직하다. 또한, 비특허 문헌 2 에 기재되어 있지만, 불순물을 의도적으로 도프하지 않은 샘플은 의도적으로 불순물을 도프한 샘플보다 열전도율이 높은 경향이 있어 바람직하다. 불순물로서는, 예를 들어, 산소, 규소, 탄소, 수소 등을 들 수 있다. 의도적으로 도프하지 않은 샘플의 바람직한 불순물 농도는, 이하와 같다.
불순물로서 산소를 의도적으로 도프하지 않은 샘플에 있어서, 산소 농도는 1×1017(atoms/㎤) 미만인 것이 바람직하고, 5×1016(atoms/㎤) 미만인 것이 보다 바람직하고, 2×1016(atoms/㎤) 미만인 것이 더욱 바람직하다. 단, 산소의 SIMS 검출 하한은 2×1016(atoms/㎤) 이다.
불순물로서 탄소를 의도적으로 도프하지 않은 샘플에 있어서, 탄소 농도는 5×1016(atoms/㎤) 미만인 것이 바람직하고, 3×1016(atoms/㎤) 미만인 것이 보다 바람직하고, 1×1016(atoms/㎤) 미만인 것이 더욱 바람직하다. 단, 탄소의 SIMS 검출 하한은 1×1016(atoms/㎤) 이다.
불순물로서 수소를 의도적으로 도프하지 않은 샘플에 있어서, 수소 농도는 5×1017(atoms/㎤) 이하인 것이 바람직하고, 3×1017(atoms/㎤) 이하인 것이 보다 바람직하고, 1×1017(atoms/㎤) 미만인 것이 더욱 바람직하다. 단, 수소의 SIMS 검출 하한은 1×1017(atoms/㎤) 이다.
불순물로서 규소를 의도적으로 도프하지 않은 샘플에 있어서, 규소 농도는 1×1017(atoms/㎤) 이하인 것이 바람직하고, 5×1016(atoms/㎤) 이하인 것이 보다 바람직하고, 5×1015(atoms/㎤) 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1×1015(atoms/㎤) 이하인 것이 가장 바람직하다. 단, 규소의 SIMS 검출 하한은 1×1015(atoms/㎤) 이다.
실질적으로 H2 만으로 이루어지는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 1000(℃) 로 하고, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.11×103(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 4.45×103(㎩) 로 하여 성장 공정을 실시하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.5×102(W/m·K), 보다 정확하게는 345(W/m·K), 산소 농도가 2×1016(atoms/㎤) 미만, 탄소 농도가 2×1016(atoms/㎤) 미만, 수소 농도가 1×1017(atoms/㎤) 미만의 산소 농도, 탄소 농도, 수소 농도 모두 검출 하한 미만인 GaN 재료를 얻을 수 있다.
실질적으로 H2 만으로 이루어지는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 1100(℃) 로 하고, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.11×103(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 4.45×103(㎩) 로 하여 성장 공정을 실시하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.7×102(W/m·K), 보다 정확하게는 371(W/m·K), 산소 농도가 2×1016(atoms/㎤) 미만, 탄소 농도가 2×1016(atoms/㎤), 수소 농도가 1×1017(atoms/㎤) 미만의 산소 농도, 수소 농도가 검출 하한 미만인 GaN 재료를 얻을 수 있다.
실질적으로 H2 만으로 이루어지는 캐리어 가스 (G1) 와, GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 도입실 (40) 로부터 반응실 (10) 에 공급하고, 성장 온도를 1070(℃) 로 하고, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.11×103(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 4.45×103(㎩) 로 하여 성장 공정을 실시하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.8×102(W/m·K), 보다 정확하게는 380(W/m·K), (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 62.0(arcsec), (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 98.9(arcsec), 산소 농도가 2×1016(atoms/㎤) 미만, 탄소 농도가 1×1016(atoms/㎤) 미만, 수소 농도가 1× 1017(atoms/㎤) 미만의 산소 농도, 탄소 농도, 수소 농도 모두 검출 하한 미만인 GaN 재료를 얻을 수 있다.
여기서, GaN 계 재료가 단결정인 경우에는, X 선 로킹 커브는 싱글 피크를 나타내고, 그 반값폭이 좁을수록 결정성이 좋은 것을 나타낸다. GaN 계 재료의 (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭은 300(arcsec) 이하인 것이 바람직하고, 200(arcsec) 이하인 것이 보다 바람직하고, 100(arcsec) 이하인 것이 한층 더 바람직하지만, 상기의 조건에 의하면, (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 62.0(arcsec) 인 GaN 계 재료를 얻을 수 있다.
또한, GaN 계 재료의 (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭은 300(arcsec) 이하인 것이 바람직하고, 200(arcsec) 이하인 것이 보다 바람직하고, 100(arcsec) 이하인 것이 한층 더 바람직하지만, 상기의 조건에 의하면, (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 98.9(arcsec) 인 GaN 계 재료를 얻을 수 있다.
상기의 열전도율은 레이저 플래시법에 따라 평가하였다. 열전도율을 직접 구하기 위해서는 큰 시료를 준비하여 장시간에 걸쳐 계측을 실시할 필요가 있다. 레이저 플래시법에서는, 열확산율 α 를 레이저 플래시법에 의해 계측하고, 다른 방법에 의해 구한 밀도 ρ 및 비열 용량 Cp 로부터 (1) 식에 따라 열전도율 λ 를 산출한다.
λ=α×ρ×Cp --- (1)
레이저 플래시법은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 직경 10(㎜), 두께 1 ∼ 5(㎜) 정도의 원판 형상 시료 (S) 의 표면을 펄스폭이 수백 ㎲ 인 레이저광에 의해 균일하게 가열한 후의 시료 (S) 의 이면 온도 변화로부터 열확산율을 산출하는 측정법이다. 단열 조건을 가정한 이론 해에 의하면, 펄스 가열 후의 시료 (S) 의 이면 온도는 도 2 와 같이 상승하고, 시료 (S) 내의 온도 분포가 균일화되는 것에 수반하여 일정치에 수속된다. 레이저 플래시법은 작은 시료를 단시간에 측정할 수 있고, 해석법이 간단 명료하며, 실온으로부터 200(℃) 이상의 고온에 이르기까지의 계측이 가능하기 때문에, 열확산율의 표준적 또한 실용적 계측법으로서 널리 사용된다.
여기서, (1) 식의 적용에 있어서, GaN 의 밀도를 6.15(g/㎤), 비열을 40.8(J/mol·K) 로 하였다 (Barin, I., O. Knaeke, and O. Kubasehewski, Thermochemical Properties of Inorganic Substrates, Springer-Verlag, Berlin, 1977).
열확산율의 계측치는 표준 시료를 사용하여 경정(更正)될 수 있다. 여기서는, 재단법인 화인 세라믹 센터로부터 입수 가능한 다결정 알루미나 (직경 10㎜, 두께 1㎜) 를 표준 시료로 하였다.
시료 (S) 의 이면 온도의 변화로부터 열확산율 α 를 산출하는 알고리즘으로서는, t1 /2 법을 사용하였다. t1 /2 법에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 시료 (S) 이면의 과도 (過渡) 온도 상승의 절반까지 도달하는 데 필요로 하는 시간으로 부터 (2) 식에 따라 열확산율 α 를 산출한다. 여기서, d 는 시료 (S) 의 두께이다.
α=0.1388d2/t1 /2 --- (2)
본 발명에 관련된 GaN 계 재료로 구성되는 기판 혹은 부재는, 예를 들어, 반도체 레이저, 발광 다이오드, 전자 디바이스 등의 디바이스의 에피텍셜막 성장용 기판으로서 적합하다.
혹은, 본 발명에 관련된 GaN 계 재료로 구성되는 기판 혹은 부재는, 예를 들어, 반도체 레이저, 발광 다이오드, 전자 디바이스 등의 디바이스의 마운트용 부재로서 적합하다.
도 3, 도 4 는, 본 발명에 관련된 GaN 계 재료의 적용 예로서의 반도체 디바이스의 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 3 에 나타내는 적용 예에서는, 반도체 제품 (200) 은 반도체 디바이스 (210) 와, 서브마운트 (230) 와, 히트 싱크 (240) 를 구비하고 있다. 반도체 디바이스 (210) 는 서브마운트 (230) 를 개재하여 히트 싱크 (240) 에 고정되어 있다. 반도체 디바이스 (210) 가 발생시키는 열은 서브마운트 (230) 를 개재하여 히트 싱크 (240) 에 전달되고, 주로 히트 싱크 (240) 로부터 방열될 수 있다. 반도체 디바이스 (210) 는 전형적으로는, 활성층을 포함한 다층 구조부 (214) 를 포함한다. 다층 구조부 (214) 는, 예를 들어, 기판 (212) 에 의해 지지될 수 있다. 기판 (212) 은, 예를 들어, 다층 구조부 (214) 를 성장시키기 위한 템플릿 기판이지만, 이 기판 (212) 에 대해 서도 본 발명에 관련된 열전도율이 높은 질화갈륨계 재료를 사용한 경우에는, 반도체 디바이스에서 발생하는 열은 주로 활성층을 포함한 다층 구조부 (214) 에서 발생하므로, 기판 (212) 을 통하여 효율적으로 열을 전달할 수 있다. 도 3 에 나타내는 적용 예에 있어서, 본 발명에 관련된 GaN 계 재료로 구성되는 기판 혹은 부재는 기판 (212), 서브마운트 (230) 및 히트 싱크 (240) 의 적어도 하나로서 사용될 수 있다.
도 4 에 나타내는 적용 예에서는, 반도체 제품 (300) 은 반도체 디바이스 (210) 와, 반도체 디바이스 (210) 에 고정된 히트 싱크 (250) 를 구비하고 있다. 반도체 디바이스 (210) 가 발생시키는 열은 히트 싱크 (250) 에 전달되어 히트 싱크 (250) 로부터 방열된다. 반도체 디바이스 (210) 는, 전형적으로는, 활성층을 포함한 다층 구조부 (214) 를 포함한다. 다층 구조부 (214) 는, 예를 들어, 기판 (212) 에 의해 지지될 수 있다. 기판 (212) 은, 예를 들어, 다층 구조부 (214) 를 성장시키기 위한 템플릿 기판이지만, 이 기판 (212) 에 대해서도 본 발명에 관련된 열전도율이 높은 질화갈륨계 재료를 사용한 경우에는, 반도체 디바이스에서 발생하는 열은 주로 활성층을 포함한 다층 구조부 (214) 에서 발생하므로, 기판 (212) 을 통하여 효율적으로 열을 전달할 수 있다. 도 4 에 나타내는 적용 예에 있어서, 본 발명에 관련된 GaN 계 재료로 구성되는 기판 혹은 부재는 기판 (212) 및 히트 싱크 (250) 의 전부 또는 일부로서 사용될 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 250(W/m·K) 이상인 GaN 계 재료, 나아가서는 성장 조건의 조정에 의해, 300(W/m·K) 이상, 또 는, 345(W/m·K) 이상인 GaN 계 재료를 얻을 수 있다. 또한, 비특허 문헌 2 에 의하면, 이상적 GaN 결정의 열전도율의 이론 한계가 410W/m·K 이다.
이와 같은 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료는 기판 (212), 서브마운트 (230) 및 히트 싱크 (240, 250) 의 전부 또는 일부로서 유용하다. 이로써, 활성층에서 발생한 열을 효율적으로 방열하여, 활성층의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이와 같은 온도 상승의 억제 효과는 정전류 구동 또는 저전압 구동에 있어서, 디바이스의 특성 혹은 능력 (예를 들어, 광 출력) 을 거의 일정하게 유지하기 위하여 유효하고, 또한, 디바이스의 신뢰성의 향상에도 기여한다. 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료는 특히, (초)고출력 반도체 레이저, (초)고휘도 발광 다이오드 등의 발광 디바이스, 혹은, 파워 스위칭 소자, 대전력 고주파 전자 소자 등의 전자 디바이스와 같은 하이 파워 디바이스에 있어서, 소자 특성이나 장기 신뢰성의 향상에 크게 기여한다. 또한, 반도체 레이저에 있어서, 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료를 지지 기판 (결정 성장용 기판도 포함한다) 으로서 사용한 경우, 정션·다운 조립에 있어서도, 소자 특성이나 장기 신뢰성이 우수한 소자를 실현할 수 있다.
여기서, 반도체 디바이스의 용어에는, 예를 들어, 전자 디바이스나 광 디바이스가 포함될 수 있다. 전자 디바이스의 용어에는, 예를 들어, 위치 센서로서 이용될 수 있는 홀 소자나, 마이크로파 전계 효과형 트랜지스터 (FET: Field Effect Transistor), 고 전자 이동도 트랜지스터 (HEMT: High Electron Mobility Transistor), 바이폴라 트랜지스터 (HBT: Hetero-junction Bipolar Transistor) 등 이 포함될 수 있다. 광 디바이스의 용어에는, 예를 들어, 발광 다이오드 (Light Emitting Diode: LED), 반도체 레이저 (Laser Diode: LD) 등이 포함될 수 있다.
GaN 과 같이 경도가 큰 재료로 구성되는 부재는 다이싱에 의한 분할이 곤란하기 때문에, 벽개(劈開)를 이용하여 분할 혹은 성형이 이루어지는 것이 바람직하다. 단결정의 GaN 계 재료로 구성되는 부재이면, 특정 결정면을 가지므로, 벽개로 직육면체 혹은 입방체의 형상을 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 형성되는 GaN 계 재료의 결정계에 대해서는, 입방정이어도 되지만, Wultzite 형 구조인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 형성되는 GaN 계 재료는 다결정 구조이어도 되지만, 단결정 구조인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 열확산은 격자 진동에 의해 일어나고, 단결정 구조는 열확산의 효율이 좋기 때문이다. 또한, 단결정 구조이면, 특정 결정면을 이용하여 벽개 등에 의해 가공할 수 있으므로, 직육면체 혹은 입방체의 부재 (예를 들어, 히트 싱크, 서브마운트) 를 비교적 용이하게 얻을 수 있다는 이점도 있다.
성장 공정에서는, HVPE 법에 의해 GaN 계 재료를 하지 기판 상에 성장시킨다. 하지 기판으로서는, 반도체 기판 및 유전체 기판 중 어느 것의 사용도 가능하지만, 반도체 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하지 기판은 그 위에 성장시키고자 하는 GaN 계 재료의 결정층과 격자 상수가 근접한 것이 바람직하고, 격자 상수가 a 축 방향으로 0.30㎚ ∼ 0.36㎚ 이며, c 축 방향으로 0.48㎚ ∼ 0.58㎚ 인 화합물 반도체 기판을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 하지 기판은 입방정계 또는 육방정계에 속하는 결정 구조를 갖는 기판이 바람직하다. 입방정계의 기판으로서는, Si, GaAs, InGaAs, GaP, InP, ZnSe, ZnTe, CdTd 등을 사용할 수 있고, 육방정계의 기판으로서는, 사파이어, SiC, GaN, 스피넬, ZnO 등을 사용할 수 있다.
하지 기판으로서는, 오프 기판을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 사파이어 기판이면, 그 질화물 반도체 결정층을 성장시키는 면이 (ABCD) 면 또는 (ABCD) 면으로부터 미세 경사진 면인 기판을 사용할 수 있다. 여기서, A, B, C, D 는 자연수를 나타낸다. 이 미세 경사의 각도는 통상 0˚ ∼ 10˚, 바람직하게는 0˚ ∼ 0.5˚, 보다 바람직하게는 0˚ ∼ 0.2˚이다. 예를 들어, (0001) 면으로부터 m 축 방향으로 미세 경사져 있는 사파이어 기판을 바람직하게 사용할 수 있다. 이 밖에, 예를 들어 a(11-20) 면, r(1-102) 면, m(1-100) 면, 이들 면과 등가인 면 및 이들 면으로부터 미세 경사진 면도 사용할 수 있다. 여기서, 등가인 면이란, 입방정계에서는 90˚, 육방정계에서는 60˚ 회전시키면 결정학적으로 원자의 배열이 동일해지는 면을 말한다.
하지 기판 상에는, 직접 본 발명에 따라 GaN 계 재료를 성장시켜도 되지만, 하지 기판 상에 하지층을 형성한 후에, 그 하지층 상에 본 발명에 따라 GaN 계 재료를 성장시켜도 된다.
하지층은, 예를 들어, 분자선 에피택시법 (MBE 법), 유기 금속 기상 성장법 (MOCVD 법), PLD 법 (Pulsed Laser Deposition; J. Cryst. Growth, 237/239(2002) 1153), HVPE 법 등에 의해 형성할 수 있다. 이들 중, 바람직한 것은 MBE 법, MOCVD 법 및 PLD 법이며, 특히 바람직한 것은 MBE 법과 MOCVD 법이다.
MBE 법은 성장 속도는 느리지만, 박막 형성에 있어서 단분자층 레벨의 정밀도로 결정 성장을 제어할 수 있기 때문에, 표면성이 우수한 층 형상의 질화물 반도체 결정이 얻어진다. 또한, MBE 법은 비교적 저온에서 결정 성장할 수 있기 때문에, 사파이어 혹은 산화아연 등의 원기판은 초기 질화물 반도체층 및/또는 Ga 함유 질화물 반도체 결정층의 형성시에 사용되는 가스에 의한 작용을 받지 않고 안정적인 상태를 유지할 수 있다.
이와 같은 하지층을 형성함으로써, 그 위에 성장시키는 GaN 계 재료로 이루어지는 층의 결정 상태나 표면 상태를 양호한 것으로 할 수 있다.
한편, PLD 법은 더욱 저온 (예를 들어 실온) 에서도 성장시킬 수 있고, 암모니아 가스를 사용하지 않으므로, 사파이어나, 산화아연과 같은 반응성이 높은 기판을 사용하는 경우에는 유리하다. 또한, MOCVD 법이나 HVPE 법에 대해서는, 한 번에 2 인치 기판이면 50 매를 초과하는 매수를 성장 가능한 장치도 있어, 다른 성장법에 비해 양산성이 매우 우수하여, 공업상의 우위성을 갖는다.
하지층의 두께는 그 위에 형성되는 GaN 계 재료층이 안정되고 양질인 결정성이나 표면성을 구비할 수 있는 두께이면 특별히 한정되지 않는다. 생산성의 관점에서는, 하지층의 두께는 통상 0.1 ∼ 5.0(㎛) 이며, 바람직하게는 0.3 ∼ 2.0(㎛) 이다.
하지층 또는 하지 기판의 표면 조도 (Ra) 는 1(㎚) 이하인 것이 바람직하고, 0.8(㎚) 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.7㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 여기서 말하는 표면 조도는 중심선 평균 조도 (Ra) 를 말하며, AFM (Atomic Force Microscopy)[원자간력 현미경] 에 의해 표면의 요철을 측정함으로써 구할 수 있다.
이하, 하지 기판으로서 사파이어를 채용하고, 사파이어 기판 상에 하지층을 형성한 후에, 그 하지층 상에 GaN 계 재료층을 형성하는 순서를 예시적으로 설명한다.
먼저, 사파이어 기판 상에, MBE 법, MOCVD 법, PLD 법, HVPE 법 등에 의해, 통상 0.1(㎛) ∼ 5.0(㎛), 바람직하게는 0.3(㎛) ∼ 2.0(㎛) 의 두께의 하지층을 형성한다.
다음으로, 하지층 상에 본 발명에 따라 HVPE 법에 의해 GaN 계 재료층을 형성한다. Ga 는 HCl 과 반응시켜 GaCl 가스로서 반응실 (10) 내에 공급하고, 질소 원료는 NH3 가스로서 반응실 (10) 내에 공급한다.
Ga 와 HCl 을 반응시켜 GaCl 을 생성하는 반응 온도는 약 850(℃) 가 바람직하다.
그 밖에, GaN 계 재료층의 성장 후에 기판을 반응실 (10) 로부터 일단 꺼내어 냉각시킨 후, 산 등에 의한 에칭이나 연마, 레이저 조사 슬라이싱 등의 다른 공정을 수행해도 된다.
또한, GaN 계 재료층의 표면에는, 필요에 따라 연마 등의 표면 처리를 실시해도 된다.
그 밖에, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위내에서, 상기 이외의 공정을 추가로 실시할 수 있다.
하지 기판으로부터의 GaN 계 재료층의 박리 방법으로서, 레이저 리프트 오프 (laser lift-off) 를 이용해도 된다. 구체적으로는, GaN 계 재료층의 성장 후에, 하지 기판과 GaN 계 재료층의 계면에 레이저를 조사하여 계면을 고온에 노출시킴으로써, 특히 질화갈륨의 질소 성분이 빠져나가기 때문에, 계면에 남은 Ga 를 염산 등으로 제거할 수 있어, 간단하게 하지 기판을 제거할 수 있다.
또한, 성장 장치내에서 성장 후에 강온 (降溫) 중에 GaN 계 재료층과 하지 기판 사이에 생기는 응력에 의해 박리시키는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예를 예시적으로 설명한다.
[실시예 1]
하지 기판으로서 표면이 (0001) 면으로 이루어지는 두께 430(㎛), 직경 2 인치의 사파이어 기판을 준비하고, 이것을 전처리로서 유기 용제로 세정하였다. 그 후, MOCVD 장치에 의해 하지 기판 상에 두께 2(㎛) 의 하지 GaN 층을 성장시켰다.
그 다음에, 하지 GaN 층을 성장시킨 기판을 HVPE 장치의 반응실 (10) 내에 배치하고, 반응 온도를 1070(℃) 로 승온 (昇溫) 시킨 후, GaN 층 상에 실질적으로 H2 만으로 이루어지는 캐리어 가스 (G1) 와, Ga 와 HCl 의 반응 생성물인 GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 공급하면서, 하지 GaN 층 상에 GaN 층을 약 15 시간에 걸쳐서 성장시켰다. 이 성장 공정에 있어서, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.11×103(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 4.45×103(㎩) 로 하였다.
그 다음에, GaN 층을 성장시킨 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하였다. 이로써, 두께가 약 1060(㎛) 인 Si 도프 (캐리어 농도: n 형, 4×1017(atoms/㎤), 홀 측정치) 자립 GaN 단결정 기판이 얻어졌다. 산소, 탄소 및 수소 불순물 농도는 각각 2×1016(atoms/㎤) 미만, 1×1016(atoms/㎤) 미만, 1×1017(atoms/㎤) 미만으로, 검출 한계 미만이었다.
CL (Cathode Luminescence) 혹은 AFM 으로 측정한 관통 전위 밀도는 2×106(개/㎠) 였다.
얻어진 GaN 단결정 기판에 대하여, (002) X 선 로킹 커브의 반값폭을 측정한 결과 62.0(arcsec) 이고, (102) X 선 로킹 커브의 반값폭을 측정한 결과 98.9(arcsec) 였다.
그 후, 얻어진 GaN 단결정 기판의 양면을 연마하여 성형함으로써, 가로 세로 10(㎜)×두께 1(㎜) 의 판 형상의 GaN 단결정 샘플을 제작하였다.
그 다음에, GaN 단결정 샘플의 열전도율을 평가하기 위하여, 레이저 플래시법 측정용 샘플을 제작하였다. 구체적으로는, GaN 단결정 샘플의 양면에 200(㎚) 정도의 금막을 형성하고, 레이저 조사면측에는 추가로 카본막 (두께는 1㎛ 미만) 을 형성하여 레이저 플래시법 측정용 샘플을 얻었다.
얻어진 레이저 플래시법 측정용 샘플을 알박 이공 주식회사 제조로부터 입수 가능한 전자동 레이저 플래시법 열상수 측정 장치 TC-7000, 및, 재단법인 화인 세라믹스 센터로부터 입수 가능한 열확산율 측정용 표준 물질 TD-AL 을 사용하여, 레이저 플래시법으로 측정하여, t1 /2 법 데이터 해석을 실시한 결과, 실온 (25℃) 에 있어서의 열확산율은 127(㎟/sec) 이었다.
열전도율은 λ=α×ρ×Cp (λ: 열전도율, α: 열확산율, C: 비열 용량) 의 관계식에 따라 구할 수 있다. 여기서, GaN 의 밀도를 6.15(g/㎤), GaN 의 비열을 40.8(J/mol·K)(Barin, I., O. Knaeke, and O. Kubasehewski, Thermochemical Properties of Inorganic Substrates, Springer-Verlag, Berlin, 1977) 으로 하였다. 이 방법으로 구한 GaN 단결정의 열전도율은 실온에서 386(W/m·K) 이었다.
[실시예 2]
먼저, 반응 온도를 1000(℃) 로 하는 것 이외는 실시예 1 과 동일한 조건으로, 하지 GaN 층 상에 GaN 층을 성장시켰다.
그 다음에, GaN 층을 성장시킨 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하였다. 이로써, 두께가 약 1060(㎛) 인 Si 도프 (캐리어 농도: n 형, 4×1017(atoms/㎤), 홀 측정치) 자립 GaN 단결정 기판이 얻어졌다. 산소, 탄소 및 수소 불순물 농 도는 각각 2×1016(atoms/㎤) 미만, 2×1016(atoms/㎤), 및 1×1017(atoms/㎤) 미만으로, 산소 농도와 수소 농도에 대해서는 검출 한계 미만이었다.
CL (Cathode Luminescence) 혹은 AFM 으로 측정한 관통 전위 밀도는 5×106(개/㎠) 였다.
그 후, 얻어진 GaN 단결정 기판의 양면을 연마하여 성형함으로써, 가로 세로 10(㎜)×두께 1(㎜) 의 판 형상의 GaN 단결정 샘플을 제작하였다.
그 다음에, GaN 단결정 샘플의 열전도율을 평가하기 위하여, 실시예 1 과 동일하게 하여 레이저 플래시법 측정용 샘플을 제작하였다.
얻어진 레이저 플래시법 측정용 샘플을 실시예 1 과 동일하게 하여 평가한 결과, 실온 (25℃) 에 있어서의 열확산율은 117(㎟/sec) 였다.
실시예 1 과 동일하게 하여 구한 GaN 단결정의 열전도율은 실온에서 345(W/m·K) 였다.
[실시예 3]
먼저, 반응 온도를 1100(℃) 로 하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일한 조건으로, 하지 GaN 층 상에 GaN 층을 성장시켰다.
그 다음에, GaN 층을 성장시킨 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하였다. 이로써, 두께가 약 1060(㎛) 인 Si 도프 (캐리어 농도: n 형, 4×1017(atoms/㎤), 홀 측정치) 자립 GaN 단결정 기판이 얻어졌다. 산소, 탄소 및 수소 불순물 농 도는 각각 2×1016(atoms/㎤) 미만, 1×1016(atoms/㎤) 미만, 및 1×1017(atoms/㎤) 미만으로, 모두 검출 한계 미만이었다.
CL (Cathode Luminescence) 혹은 AFM 으로 측정한 관통 전위 밀도는 3×106(개/㎠) 였다.
그 후, 얻어진 GaN 단결정 기판의 양면을 연마하여 성형함으로써, 가로 세로 10(㎜)×두께 1(㎜) 의 판 형상의 GaN 단결정 샘플을 제작하였다.
그 다음에, GaN 단결정 샘플의 열전도율을 평가하기 위하여, 실시예 1 과 동일하게 하여 레이저 플래시법 측정용 샘플을 제작하였다.
얻어진 레이저 플래시법 측정용 샘플을 실시예 1 과 동일하게 하여 평가한 결과, 실온 (25℃) 에 있어서의 열확산율은 124(㎟/sec) 였다.
실시예 1 과 동일하게 하여 구한 GaN 단결정의 열전도율은 실온에서 371(W/m·K) 이었다.
[실시예 4]
하지 기판으로서 표면이 (0001) 면으로 이루어지는 두께 430(㎛), 직경 2 인치의 사파이어 기판을 준비하고, 이것을 전처리로서 유기 용제로 세정하였다. 그 후, MOCVD 장치에 의해 하지 기판 상에 두께 2(㎛) 의 하지 GaN 층을 성장시켰다.
그 다음에, 하지 GaN 층을 성장시킨 기판을 HVPE 장치의 반응실 (10) 내에 배치하고, 반응 온도를 1070(℃) 로 승온시킨 후, GaN 층 상에 H2 가스 및 N2 가스 를 (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.7 이 되는 비율로 함유하는 캐리어 가스 (G1) 와, Ga 와 HCl 의 반응 생성물인 GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 공급하면서, 하지 GaN 층 상에 GaN 층을 약 15 시간에 걸쳐서 성장시켰다. 이 성장 공정에 있어서, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.11×103(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 4.45×103(㎩) 로 하였다. 이 때 가스 유속은 도입실 (40) 에서 0.931(m/min) 였다.
그 다음에, GaN 층을 성장시킨 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하였다. 이로써, 두께가 1643(㎛) 인 Si 도프 (캐리어 농도: n 형, 3.5×1017(atoms/㎤), 홀 측정치) 자립 GaN 단결정 기판이 얻어졌다. 산소, 탄소 및 수소 불순물 농도는 각각 3×1016(atoms/㎤) 미만, 5×1016(atoms/㎤), 및 5×1016(atoms/㎤) 미만으로, 산소 농도에 대해서는 검출 한계 미만이었다.
CL (Cathode Luminescence) 혹은 AFM 으로 측정한 관통 전위 밀도는 5×106(개/㎠) 였다.
그 후, 얻어진 GaN 단결정 기판의 양면을 연마하여 성형함으로써 판 형상의 GaN 단결정 샘플을 제작하였다. 그 다음에, GaN 단결정 샘플의 열전도율을 평가하기 위하여, 실시예 1 과 동일하게 하여 레이저 플래시법 측정용 샘플을 제작하였다. 얻어진 레이저 플래시법 측정용 샘플을 실시예 1 과 동일하게 하여 평가 한 결과, 실온 (25 도) 에 있어서의 열확산율은 109(㎟/sec) 였다.
실시예 1 과 동일하게 하여 구한 GaN 단결정의 열전도율은 실온에서 327(W/m·K) 이었다.
[실시예 5]
하지 기판으로서 표면이 (0001) 면으로 이루어지는 두께 430(㎛), 직경 2 인치의 사파이어 기판을 준비하고, 이것을 전처리로서 유기 용제로 세정하였다. 그 후, MOCVD 장치에 의해 하지 기판 상에 두께 2(㎛) 의 하지 GaN 층을 성장시켰다.
그 다음에, 하지 GaN 층을 성장시킨 기판을 HVPE 장치의 반응실 (10) 내에 배치하고, 반응 온도를 975(℃) 로 승온시킨 후, GaN 층 상에, H2 가스 및 N2 가스를 (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.1 이 되는 비율로 함유하는 캐리어 가스 (G1) 와, Ga 와 HCl 의 반응 생성물인 GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 공급하면서, 하지 GaN 층 상에 GaN 층을 약 15 시간에 걸쳐서 성장시켰다. 이 성장 공정에 있어서, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 1.11×103(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 4.45×103(㎩) 로 하였다. 이 때 가스 유속은 도입실 (40) 에서 0.931(m/min) 이었다.
그 다음에, GaN 층을 성장시킨 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하였다. 이로써, 두께가 1271(㎛) 인 Si 도프 (캐리어 농도: n 형, 8.9×1017(atoms/㎤), 홀 측정치) 자립 GaN 단결정 기판이 얻어졌다. 산소, 탄소 및 수소 불순물 농도는 각각 2×1018(atoms/㎤), 1×1017(atoms/㎤), 및 1×1017(atoms/㎤) 였다.
CL (Cathode Luminescence) 혹은 AFM 으로 측정한 관통 전위 밀도는 5×106(개/㎠) 였다.
그 후, 얻어진 GaN 단결정 기판의 양면을 연마하여 성형함으로써 판 형상의 GaN 단결정 샘플을 제작하였다. 그 다음에, GaN 단결정 샘플의 열전도율을 평가하기 위하여, 실시예 1 과 동일하게 하여 레이저 플래시법 측정용 샘플을 제작하였다. 얻어진 레이저 플래시법 측정용 샘플을 실시예 1 과 동일하게 하여 평가한 결과, 실온 (25 도) 에 있어서의 열확산율은 102(㎟/sec) 였다. 실시예 1 과 동일하게 하여 구한 GaN 단결정의 열전도율은 실온에서 306(W/m·K) 이었다.
[비교예]
하지 기판으로서 표면이 (0001) 면으로 이루어지는 두께 430(㎛), 직경 2 인치의 사파이어 기판을 준비하고, 이것을 전처리로서 유기 용제로 세정하였다. 그 후, MOCVD 장치에 의해 하지 기판 상에 두께 2(㎛) 의 하지 GaN 층을 성장시켰다.
그 다음에, 하지 GaN 층을 성장시킨 기판을 도입실과 반응실이 동일 단면적인 HVPE 장치의 반응실내에 배치하고, 반응 온도를 1010(℃) 로 승온시킨 후, GaN 층 상에, 실질적으로 N2 가스만으로 이루어지는 캐리어 가스 (G1) 와, Ga 와 HCl 의 반응 생성물인 GaCl 가스 (G2) 와, NH3 가스 (G3) 를 공급하면서, 하지 GaN 층 상에 GaN 층을 약 15 시간에 걸쳐서 성장시켰다. 이 성장 공정에 있어서, 성장 압력을 1.01×105(㎩) 로 하고, GaCl 가스 (G2) 의 분압을 2.91×102(㎩) 로 하고, NH3 가스 (G3) 의 분압을 1.17×104(㎩) 로 하였다. 이 때 가스 유속은 하지 기판의 상방의 공간에 있어서 0.133(m/min) 이었다.
그 다음에, GaN 층을 성장시킨 기판으로부터 사파이어 기판을 제거하였다. 이로써, 두께가 1072(㎛) 인 n 형 (캐리어 농도: 9.0×1017(atoms/㎤), 홀 측정치) 자립 GaN 단결정 기판이 얻어졌다. 산소, 탄소 및 수소 불순물 농도는 각각 1×1019(atoms/㎤), 6×1016(atoms/㎤), 및 6×1016(atoms/㎤) 였다.
그 후, 얻어진 GaN 단결정 기판의 양면을 연마하여 성형함으로써 판 형상의 GaN 단결정 샘플을 제작하였다. 그 다음에, GaN 단결정 샘플의 열전도율을 평가하기 위하여, 실시예 1 과 동일하게 하여 레이저 플래시법 측정용 샘플을 제작하였다. 얻어진 레이저 플래시법 측정용 샘플을 실시예 1 과 동일하게 하여 평가한 결과, 실온 (25 도) 에 있어서의 열확산율은 84.3(㎟/sec) 이었다. 실시예 1 과 동일하게 하여 구한 GaN 단결정의 열전도율은 실온에서 253(W/m·K) 이었다.
이상으로부터, 본 발명에 의해 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.0×102(W/m ·K) 이상인 질화갈륨 재료가 얻어짐을 알 수 있다.
상기 샘플에서는 불순물로서의 규소 농도가 비교적 고농도 (4×1017cm-3) 였지만, 규소 농도를 2×1015(atoms/㎤) 로 낮게 하면, 더욱 열전도율을 높이는 것이 가능할 것으로 생각된다.
상기 실시예에서는, 높은 열전도율을 갖는 GaN 계 재료를 HVPE 법으로 제작했지만, 소르보서멀법 (아모노서멀법), 액상 성장법, 유기 금속 기상 성장법 등의 다른 성장법을 이용해도, 산소, 탄소, 수소, 규소의 불순물 농도를 상기의 범위내가 되도록 GaN 계 재료를 제작하면, HVPE 법과 동일한 높은 열도전율을 실현할 수 있을 것으로 생각된다.
상기 실시예에서는, 질화갈륨의 고열 전도성에 대하여 설명했지만, 질화갈륨 (GaN) 을 주성분으로 하는 질화갈륨 (GaN) 계 재료, 혹은 Ⅲ 족 원소로서 갈륨 (Ga) 을 가장 많이, 또한 Ⅴ 족 원소로서 질소 (N) 를 가장 많이 함유하는 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체 재료이면, 동일한 고열 전도율이 얻어진다.

Claims (30)

  1. 질화갈륨계 재료의 제조 방법으로서,
    HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxial Growth) 법에 의해 질화갈륨계 재료를 성장시키는 성장 공정을 포함하고,
    상기 성장 공정에서는,
    H2 가스를 함유하는 캐리어 가스와, GaCl 가스와, NH3 가스를 반응실에 공급하고,
    성장 온도를 900(℃) 이상 또한 1200(℃) 이하로 하고,
    성장 압력을 8.08×104(㎩) 이상 또한 1.21×105(㎩) 이하로 하고,
    GaCl 가스의 분압을 1.0×102(㎩) 이상 또한 1.0×104(㎩) 이하로 하고,
    NH3 가스의 분압을 9.1×102(㎩) 이상 또한 2.0×104(㎩) 이하로 하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스가 실질적으로 H2 가스만으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스가 N2 가스를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.1 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.6 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.7 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응실에는 하지 (下地) 기판을 지지하는 지지부가 배치되고, 상기 성장 공정에서는 상기 하지 기판에 질화갈륨계 재료를 성장시키고,
    상기 반응실에는 상기 반응실에 연통하도록 배치된 도입실로부터 상기 캐리어 가스, 상기 GaCl 가스 및 상기 NH3 가스가 도입되고,
    상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 평균 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 평균 단면적의 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.5(m/min) 이상 또한 1.7(m/min) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응실에는 하지 기판을 지지면 상에 지지하는 지지부가 배치되고, 상기 성장 공정에서는 상기 하지 기판에 질화갈륨계 재료를 성장시키고,
    상기 반응실에는 상기 반응실에 연통하도록 배치된 도입실로부터 상기 캐리어 가스, 상기 GaCl 가스 및 상기 NH3 가스가 도입되고,
    상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 상기 지지면을 포함한 단면에 있어서의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 도입실의 평균 단면적이 상기 반응실의 상기 지지면을 포함한 단면에 있어서의 단면적의 2/3 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.5(m/min) 이상 또한 1.7(m/min) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  15. 제 3 항에 있어서,
    (H2 가스의 분압)/((H2 가스의 분압)+(N2 가스의 분압)) 이 0.1 이상 또한 1 미만의 범위가 되도록 상기 캐리어 가스의 공급을 조정하고,
    상기 반응실에는 하지 기판을 지지하는 지지부가 배치되고, 상기 성장 공정에서는 상기 하지 기판에 질화갈륨계 재료를 성장시키고,
    상기 반응실에는 상기 반응실에 연통하도록 배치된 도입실로부터 상기 캐리어 가스, 상기 GaCl 가스 및 상기 NH3 가스가 도입되고,
    상기 도입실의 단면적이 상기 반응실의 단면적보다 작고,
    상기 도입실에 있어서의 상기 캐리어 가스의 유속이 0.3(m/min) 이상 또한 2.5(m/min) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료의 제조 방법.
  16. 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 2.8×102(W/m·K) 이상인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  17. 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.0×102(W/m·K) 이상인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  18. 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.0×102(W/m·K) 이상 또한 3.8×102(W/m·K) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  19. 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.3×102(W/m·K) 이상 또한 3.8×102(W/m·K) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  20. 25(℃) 에 있어서의 열전도율이 3.5×102(W/m·K) 이상 또한 3.8×102(W/m·K) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  21. (002) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브 (rocking curve) 의 반값폭이 300(arcsec) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  22. (102) 면에 있어서의 X 선 로킹 커브의 반값폭이 500(arcsec) 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  23. 산소 농도가 5×1017(atoms/㎤) 미만인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  24. 탄소 농도가 1×1017(atoms/㎤) 미만인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  25. 수소 농도가 1×1018(atoms/㎤) 미만인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 재료.
  26. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 질화갈륨계 재료를 함유하는, 부재.
  27. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 질화갈륨계 재료를 함유하는, 열전달용 부재.
  28. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 질화갈륨계 재료를 함유하는, 서브마운트.
  29. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 질화갈륨계 재료를 함유하는, 히트 싱크.
  30. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 질화갈륨계 재료로 이루어지는, 기판.
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