KR20090103193A - 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터 - Google Patents

3족 질화물 반도체 성장용 서셉터

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KR20090103193A
KR20090103193A KR1020080028626A KR20080028626A KR20090103193A KR 20090103193 A KR20090103193 A KR 20090103193A KR 1020080028626 A KR1020080028626 A KR 1020080028626A KR 20080028626 A KR20080028626 A KR 20080028626A KR 20090103193 A KR20090103193 A KR 20090103193A
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박중서
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Abstract

본 발명은 3족 질화물 반도체 성장에 사용되는 유기금속 기상 증착법(MOCVD) 장치에서 3족 질화물 반도체 성장시 기판을 수용하는, 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 있어서, 복수개의 육각형 기판을 수용하는 복수개의 포켓을 구비하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 관한 것이다.

Description

3족 질화물 반도체 성장용 서셉터{SUSCEPTOR FOR GROWING Ⅲ-NITRIDE SEMICONDUCTOR}
본 발명은 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 관한 것으로, 특히 복수개의 육각형 사파이어 기판을 수용하여 기판의 배치 밀도를 높인 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 관한 것이다.
여기서, 3족 질화물 반도체는 Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)로 된 화합물 반도체를 의미하며, 3족 질화물 반도체는 p-n 다이오드를 형성하여 LED 및 LD와 같은 발광소자에 주로 사용되며, 이외에도 수광소자와 광소자의 제조에 이용될 수 있다.
도 1 및 도 2는 3족 질화물 반도체 발광소자의 제조에 사용되는 종래의 MOCVD(Metaloganic Chemical Vapor Deposition; 유기금속 기상 증착법) 장치의 일 예를 나타내는 도면으로서, MOCVD 장치(100)는 반응 챔버(110), 반응 원료 입구(120), 반응 원료 출구(130), 기판(140)이 놓이며 회전가능한 서셉터(150), 서셉터(150)를 가열하는 히터(160)를 포함한다. 서셉터(150)에서 기판(140)의 수용부를 포켓(141)이라 한다.
기판(140)은 일반적으로 2 인치(inch) 원형 사파이어 기판이 사용되며, 생산성의 향상을 위해 3 인치 또는 4 인치 사파이어 기판으로의 대면적화가 고려되고 있다. 그러나 사파이어 기판은 그 위에서 고온(예: 1000℃) 성장되는 3족 질화물 반도체(GaN계 반도체층)와 격자 상수 및 열팽창 계수를 달리하므로, 대면적화되는 경우에 휨(warpage), 심한 경우 깨짐 등의 문제가 발생하여 그 개발이 쉽지 않다.
수율 향상의 다른 방법으로, 서셉터(150) 상에서 기판(140)의 배치 구조를 변경함으로써 배치 밀도(packing desity)를 높이는 것을 고려할 수 있는데, 한국 특허등록 제10-0663749호에는 기판(140)이 배열되는 동심원 상에 기판(140)의 플랫 존(Flat Zone)이 위치되도록 함으로써 기판(140)을 보다 조밀하게 배치하는 기술이 개시되어 있다.
또한 원형 사파이어 기판 대신 사각형 사파이어 기판을 사용하고, 이를 대면적화는 방법이 고려될 수 있는데, 이는 한장의 기판(140)만이 투입되는 상압 MOCVD 장치에서는 고려될 수 있지만, 배치 밀도의 관점에서 복수개의 기판(140)이 투입되는 대구경 상업용 저압 MOCVD 장치에는 패킹면적 효율을 증가시키지 못할 뿐만 아니라, 포토공정 시 사각 코너 부근의 포토레지스터의 증착 두께의 불균일로 인해 수율 감소 요인이 발생할 수 있는 단점이 있다.
도 3은 2 인치 원형 사파이어 기판 18장을 MOCVD 장치에 배치했을 때(좌측)와 4인치 원형 사파이어 기판 5장을 MOCVD 장치에 배치했을 때(우측)의 기판의 총 면적을 비교 설명하기 위한 도면으로서, 2 인치(50.8mm) 원형 사파이어 기판의 총면적은 Π*(1)2*18 = 18Π이며, 4인치 원형 사이파이어 기판의 총면적은 Π*(2)2*5 = 20Π이므로, 4인치 원형 사파이어 기판을 사용하는 경우 대략 10% 정도의 면적 증대를 가져온다(도 3에서는 동일 서셉터를 기준으로 하였으므로, 4 인치(101.6mm)가 아니라 100mm 원형 사파이어 기판이 사용되었다.). 이 경우 면적의 증가를 가져오지만, 서셉터에 기판이 놓이지 않는 영역이 여전히 많이 남아 있어 개선의 여지가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 기판의 배치 밀도를 높일 수 있는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 기판을 대면적화할 수 있는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 성장시 기판의 가장자리에서의 문제점을 해소할 수 있는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 복수개의 육각형 기판을 수용하는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터를 제공한다.
본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 의하면, 기판의 배치 밀도를 높일 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 의하면, 기판을 대면적화할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 의하면, 성장시 기판의 가장자리에서의 성장 조건의 불균일성 문제를 완화할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 3족 질화물 반도체 발광소자의 제조에 사용되는 종래의 MOCVD(Metaloganic Chemical Vapor Deposition; 유기금속 기상 증착법) 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 2 인치 원형 사파이어 기판 18장을 MOCVD 장치에 배치했을 때(좌측)와 4인치 원형 사파이어 기판 5장을 MOCVD 장치에 배치했을 때(우측)의 기판의 총 면적을 비교 설명하기 위한 도면,
도 4는 2 인치 원형 사파이어 기판이 18장 배치되는 서셉터(상측)와 2 인치 원형 사파이어 기판이 30장 배치되는 서셉터(하측)에서, 기판에 따른 총 면적을 비교 설명하기 위한 도면,
도 5는 원형의 기판과 육각형 기판의 가장자리에서의 성장의 차이를 설명하는 도면.
이하 도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 4는 2 인치 원형 사파이어 기판이 18장 배치되는 서셉터(상측)와 2 인치 원형 사파이어 기판이 30장 배치되는 서셉터(하측)에서, 기판에 따른 총 면적을 비교 설명하기 위한 도면이다.
2 인치 원형 사파이어 기판 18장 성장용 서셉터에 2 인치 원형 사파이어 기판이 18장 수용될 수 있는 반면에, 높이가 2 인치인 육각형 사파이어 기판은 19장까지 배치될 수 있다. 한편 각각의 기판에 있어서도, 2인치 원형 사파이어 기판은 높이가 2 인치인 육각형 사파이어 기판의 내접원에 해당하므로, 6각형 기판이 넓은 면적을 가지게 된다. 90mm 즉, 3,54 인치 육각형 사파이어 기판의 경우에 7장 까지 배치가 가능하다. 이를 통해, 대략 15%에서 25% 정도 총면적의 증가가 가능해진다.
2 인치 원형 사파이어 기판 30장 성장용 서셉터에 2 인치 원형 사파이어 기판이 30장 수용될 수 있는 반면에, 높이가 2.56 인치인 육각형 사파이어 기판은 19장까지 배치될 수 있으며, 높이가 4.5 인치인 육각형 사파이어 기판의 경우에 7장 까지 배치가 가능하다. 이를 통해, 대략 10%에서 20% 정도 총면적의 증가가 가능해진다. 대면적(over 2 인치) 육각형 기판을 사용하게 되면, 3족 질화물 반도체의 성장 면적을 넓힐 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 원형의 기판과 육각형 기판의 가장자리에서의 성장의 차이를 설명하는 도면으로서, 기판(10,20)은 성장이 일어나는 면, 즉 MOCVD 장치 내로 공급된 원료 가스가 소비되는 면이지만, 서셉터(S)는 원료 가스의 소비율이 기판 면과 달라서, 기상 증착 경계층(Gas phase boundary layer)에서 횡방향의 질량 이동이 있게 되는데, 기판 경계면에 인접한 서셉터의 면적이 각기 달라서(d가 일정하지 않음) 기판의 경계면으로 향한 질량 이동이 달라지게 된다. 또한 이러한 경계 조건의 차이는 미세한 온도의 차이도 발생시킴으로 인해서 이른바 “경계 효과(Edge Effect)"를 발생시킨다. 이러한 경계 효과는 일반적으로 수율의 저하를 야기한다. 본 발명에서의 육각 기판(20)을 사용한 서셉터(S)는 최외곽으로 배치된 기판을 제외하고 내부에 배치된 기판은 경계면을 따라서 균일한 경계 조건을 가지므로(d를 일정하게 할 수 있음) 경계 효과에 의한 수율 저하를 개선할 수 있는 기술적 장점이 있다. 따라서 육각형 기판 또는 육각형 포켓(20)을 이용하는 경우에, 동일 서셉터 상에서 배치 밀도를 높혀 3족 질화물 반도체의 성장 총 면적을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 기판의 대면적화가 가능하며, 대면적 기판을 사용하는 경우에도 기판의 가장자리 영역의 불량을 감소시킬 수 있게 된다. 육각형 기판은 균일한 성장 조건의 제공 및 칩 공정의 편의를 위해 정육각형인 것이 바람직하다.

Claims (3)

  1. 3족 질화물 반도체 성장에 사용되는 유기금속 기상 증착법(MOCVD) 장치에서 3족 질화물 반도체 성장시 기판을 수용하는, 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터에 있어서,
    복수개의 육각형 기판을 수용하는 복수개의 포켓을 구비하는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    복수개의 육각형 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    복수개의 기판은 적어도 2 인치 원형 기판이 내접할 수 있는 높이를 가지는 정육각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터.
KR1020080028626A 2008-03-27 2008-03-27 3족 질화물 반도체 성장용 서셉터 KR20090103193A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI594358B (zh) * 2012-03-07 2017-08-01 Toyo Tanso Co Receiver

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