KR20110093857A - Ⅲ족 질화물 결정의 암모노열 성장 동안의 ⅲ족 질화물 결정의 상이한 노출된 결정학적 파세트들의 상대적인 성장 속도들의 제어 - Google Patents

Ⅲ족 질화물 결정의 암모노열 성장 동안의 ⅲ족 질화물 결정의 상이한 노출된 결정학적 파세트들의 상대적인 성장 속도들의 제어 Download PDF

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싯다 핌푸트카르
데릭 에스. 캠버
제임스 에스. 스펙
슈지 나카무라
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더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

암모노열 성장 동안에 III족 질화물 결정의 모든 가능한 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어하는 방법이 개시된다. III족 질화물 결정의 다양한 노출된 결정학적 면들의 성장 속도들은, 복수의 분리된 영역들로 추가 분할될 수 있는 반응 용기 내의 환경 및/또는 조건들을 변화시켜 제어되고, 영역들 각각은 고유의 환경 및 조건들을 가진다. 환경은, 영역들 각각 내의 원자들, 화합물들 또는 화학적 복합물들의 양을 영역들 각각 내의 및 영역들 사이의 원자들, 화합물들 또는 화학적 복합물들의 상대적인 비율들과 상대적인 움직임과 함께 포함한다. 조건들은 온도들, 압력들 및/또는 밀도들과 같은 영역들 각각이 가지는 열역학적 특성들을 포함한다.

Description

Ⅲ족 질화물 결정의 암모노열 성장 동안의 Ⅲ족 질화물 결정의 상이한 노출된 결정학적 파세트들의 상대적인 성장 속도들의 제어{Controlling relative growth rates of different exposed crystallographic facets of a group-III nitride crystal during the ammonothermal growth of a group-III nitride crystal}
본 발명은 III족 질화물들의 암모노열 성장에 관한 것이다.
<관련출원들에 대한 상호참조>
본 출원은 이하의 동시 계류중(co-pending)이고 공통 양도된(commonly-assigned), 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck) 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/112,545호의 "III족 질화물 결정의 암모노열 성장 동안의 III족 질화물 결정의 다른 노출된 결정학적 파세트들의 상대적인 성장 속도들의 제어(CONTROLLING RELATIVE GROWTH RATES OF DIFERENT EXPOSED CRYSTALLOGRAPHIC FACETS OF A GROUP-III NITRIDE CRYSTAL DURING THE AMMONOTHERMAL GROWTH OF A GROUP-III NITRIDE CRYSTAL)," 대리인 문서 번호 30794.299-US-P1 (2009-287-1)의 미국특허출원의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하고, 상기 출원은 본 명세서의 참조로서 결합된다.
본 출원은 하기의 동시 계류중이고 공통 양도된 미국특허출원들과 관련이 있다:
겐지 후지오(Kenji Fujito), 타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2005년7월8일 출원된 PCT특허출원번호 제 US2005/024239호의 "오토클레이브를 이용하여 초임계 암모니아 내에서 III족 질화물 결정들을 성장시키는 방법(METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE)," 대리인 문서 번호 30794.129-WO-01 (2005-339-1)의 미국법 제35호(특허법)제365조(c)에 의거한 이익을 주장하는, 겐지 후지오(Kenji Fujito), 타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2007년11월30일 출원된 미국특허출원번호 제11/921,396호의 "오토클레이브를 이용하여 초임계 암모니아 내에서 III족 질화물 결정들을 성장시키는 방법(METHOD FOR GROWING GROUP-III NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA USING AN AUTOCLAVE)," 대리인 문서 번호 30794.129-US-WO (2005-339-2);
타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 마코토 사이토(Makoto Saito), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년4월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제60/790,310호의, "초임계 암모니아 내에서 넓은 표면 면적 갈륨 질화물 결정들을 성장시키는 방법 및 넓은 표면 면적 갈륨 질화물 결정들(A METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.179-US-P1 (2006-204)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 마코토 사이토(Makoto Saito), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2007년4월6일 출원된 미국특허출원번호 제11/784,339호의, "초임계 암모니아 내에서 넓은 표면 면적 갈륨 질화물 결정들을 성장시키는 방법 및 넓은 표면 면적 갈륨 질화물 결정들(METHOD FOR GROWING LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS IN SUPERCRITICAL AMMONIA AND LARGE SURFACE AREA GALLIUM NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.179-US-U1 (2006-204);
타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 히로시 사토(Hitoshi Sato), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2006년6월21일 출원된 미국임시특허출원번호 제60/815,507호의 "암모노열 성장으로 준비된 N-면 GaN 기판을 이용한 광전자 및 전자 소자들(OPTO-ELECTRONIC AND ELECTRONIC DEVICES USING N-FACE GaN SUBSTRATE PREPARED WITH AMMONOTHERMAL GROWTH)," 대리인 문서 번호 30794.184-US-P1 (2006-666) 의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 히로시 사토(Hitoshi Sato), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2007년6월20일 출원된 미국특허출원번호 제11/765,629호의 "암모노열 성장으로 준비된 N-면 또는 M-면 GaN 기판을 이용한 광전자 및 전자 소자들(OPTO-ELECTRONIC AND ELECTRONIC DEVICES USING N-FACE OR M-PLANE GaN SUBSTRATE PREPARED WITH AMMONOTHERMAL GROWTH)," 대리인 문서 번호 30794.184-US-U1 (2006-666);
타다오 하시모토(Tadao Hashimoto) 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2007년9월19일 출원된 미국임시특허출원번호 제60/973,662호의, "갈륨 질화물 벌크 결정들 및 그들의 성장 방법(GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD)," 대리인 문서 번호 30794.244-US-P1 (2007-809-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 타다오 하시모토(Tadao Hashimoto), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년9월19일 출원된 미국특허출원번호 제12/234,244호의, "갈륨 질화물 벌크 결정들 및 그들의 성장 방법(GALLIUM NITRIDE BULK CRYSTALS AND THEIR GROWTH METHOD)," 대리인 문서 번호 30794.244-US-U1 (2007-809);
타다오 하시모토(Tadao Hashimoto)에 의하여 2006년10월25일 출원된 미국임시특허출원번호 제60/854,567호의, "초임계 암모니아 및 질소의 혼합물 내에서 III족 질화물 결정들을 성장시키는 방법 및 III족 질화물 결정들(METHOD FOR GROWING GROUP-III NITRIDE CRYSTALS IN MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN AND GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.253-US-P1 (2007-774)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 타다오 하시모토(Tadao Hashimoto)에 의하여 2007년10월25일 출원된 미국특허출원번호 제11/977,661호의, "초임계 암모니아 및 질소의 혼합물 내에서 III족 질화물 결정들을 성장시키는 방법 및 그에 의해 성장한 III족 질화물 결정들(METHOD FOR GROWING GROUP III-NITRIDE CRYSTALS IN A MIXTURE OF SUPERCRITICAL AMMONIA AND NITROGEN, AND GROUP III-NITRIDE CRYSTALS GROWN THEREBY)," 대리인 문서 번호 30794.253-US-U1 (2007-774-2);
시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 마코토 사이토(Makoto Saito), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck) 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월5일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/111,644호의 "에치백된 씨드 결정 상에 성장하고 개선된 결정 품질을 가지는 III족 질화물 단결정 및 그 제조 방법(GROUP-III NITRIDE MONOCRYSTAL WITH IMPROVED CRYSTAL QUALITY GROWN ON AN ETCHED-BACK SEED CRYSTAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME)," 대리인 문서 번호 30794.288-US-P1 (2009-154-1)의 미국법 제35호(특허법)제365조(c)에 의거한 이익을 주장하는, 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 마코토 사이토(Makoto Saito), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck) 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 본원과 동일자로 출원된 미국특허출원번호 제xx/xxx,xxx호의 "에치백된 씨드 결정 상에 성장하고 개선된 결정 품질을 가지는 III족 질화물 단결정 및 그 제조 방법(GROUP-III NITRIDE MONOCRYSTAL WITH IMPROVED CRYSTAL QUALITY GROWN ON AN ETCHED-BACK SEED CRYSTAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME)," 대리인 문서 번호 30794.288-US-U1 (2009-154-2);
데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 마코토 사이토(Makoto Saito), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/112,555호의, "개선된 순도의 III족 질화물 단결정 및 그의 제조 방법(GROUP-III NITRIDE MONOCRYSTAL WITH IMPROVED PURITY AND METHOD OF PRODUCING THE SAME)," 대리인 문서 번호 30794.295-US-P1 (2009-282-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 마코토 사이토(Makoto Saito), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 본원과 동일자로 출원된 PCT국제특허출원번호 제PCT/US09/xxxxx호의, "개선된 순도의 III족 질화물 단결정 및 그의 제조 방법(GROUP-III NITRIDE MONOCRYSTAL WITH IMPROVED PURITY AND METHOD OF PRODUCING THE SAME)," 대리인 문서 번호 30794.295-WO-U1 (2009-282-2);
시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/112,560호의, "III족 질화물 결정들의 암모노열 성장에서 사용하기 위한 반응기 설계들(REACTOR DESIGNS FOR USE IN AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.296-US-P1 (2009-283/285-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 본원과 동일자로 출원된 PCT국제특허출원번호 제PCT/US09/xxxxx호의, "III족 질화물 결정들의 암모노열 성장에서 사용하기 위한 반응기 설계들(REACTOR DESIGNS FOR USE IN AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.296-WO-U1 (2009-283/285-2);
시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/112,552호의, "새로운 용기 설계들 및 III족 질화물 결정들의 암모노열 성장을 위하여 용기에 대한 소스 물질 및 씨드 결정들의 상대적인 위치들(NOVEL VESSEL DESIGNS AND RELATIVE PLACEMENTS OF THE SOURCE MATERIAL AND SEED CRYSTALS WITH RESPECT TO THE VESSEL FOR THE AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.297-US-P1 (2009-284-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 본원과 동일자로 출원된 PCT국제특허출원번호 제PCT/US09/xxxxx호의, "새로운 용기 설계들 및 III족 질화물 결정들의 암모노열 성장을 위하여 용기에 대한 소스 물질 및 씨드 결정들의 상대적인 위치들(NOVEL VESSEL DESIGNS AND RELATIVE PLACEMENTS OF THE SOURCE MATERIAL AND SEED CRYSTALS WITH RESPECT TO THE VESSEL FOR THE AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.297-WO-U1 (2009-284-2);
시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/112,558호의, "밀폐된 용기 밖의 수소 확산에 기인한 질소-함유 용제의 분해 및/또는 질량 손실을 오프셋하기 위하여 III족 질화물 결정들의 암모노열 성장 동안 사용되는 질소함유 용제에의 수소 및/또는 질소-함유 화합물들의 추가(ADDITION OF HYDROGEN AND/OR NITROGEN CONTAINING COMPOUNDS TO THE NITROGEN-CONTAINING SOLVENT USED DURING THE AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS TO OFFSET THE DECOMPOSITION OF THE NITROGEN-CONTAINING SOLVENT AND/OR MASS LOSS DUE TO DIFFUSION OF HYDROGEN OUT OF THE CLOSED VESSEL)," 대리인 문서 번호 30794.298-US-P1 (2009-286-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura) 에 의하여 본원과 동일자로 출원된 PCT국제특허출원번호 제PCT/US09/xxxxx호의, "III족 질화물 결정들의 암모노열 성장 동안 사용되는 질소함유 용제에의 수소 및/또는 질소-함유 화합물들의 추가(ADDITION OF HYDROGEN AND/OR NITROGEN CONTAINING COMPOUNDS TO THE NITROGEN-CONTAINING SOLVENT USED DURING THE AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.298-WO-U1 (2009-286-2); 및
시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년11월7일 출원된 미국임시특허출원번호 제61/112,550호의, "III족 질화물 결정들의 암모노열 성장 동안 보론-함유 화합물들, 가스들, 및 유체들(USING BORON-CONTAINING COMPOUNDS, GASSES AND FLUIDS DURING AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.300-US-P1 (2009-288-1) 의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 시다 핌푸트카(Siddha Pimputkar), 데릭 캠버(Derrick S. Kamber), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura) 에 의하여 본원과 동일자로 출원된 PCT국제특허출원번호 제PCT/US09/xxxxx호의 "III족 질화물 결정들의 암모노열 성장 동안 보론-함유 화합물들, 가스들, 및 유체들(USING BORON-CONTAINING COMPOUNDS, GASSES AND FLUIDS DURING AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS)," 대리인 문서 번호 30794.300-WO-U1 (2009-288-2).
상기 출원들은 모두 본 명세서에서 참조로서 결합된다.
III족 질화물들, 예를 들어, GaN의 암모노열 성장은, III족 함유 소스 물질들, III족 질화물 씨드 결정들, 및 암모니아와 같은 질소-함유 용제를 반응 용기 내에 위치시키는 단계, 상기 용기를 밀폐하는 단계, 및 증가된 온도들(23℃ 내지 1000℃ 사이) 및 높은 압력들(1 atm 내지, 예를 들어, 30,000 atm 사이)와 같은 조건들로 상기 용기를 가열하는 단계를 포함한다. 이러한 온도들 및 압력들 하에서, 상기 질소-함유 용제는 초임계 유체가 되고, 상기 III족 함유 소스 물질들의 용액 내의 증가된 용해도를 일반적으로 나타낸다. 상기 질소-함유 용제 내의 상기 III족 함유 소스 물질들의 용해도는 다른 조건들 중에서 온도, 압력 및 상기 용제의 밀도에 의존한다. 상기 용기 내에 두 개의 다른 영역들을 생성함으로써, 일 영역의 용해도는 다른 영역의 용해도에 비하여 큰 용해도 구배를 구현할 수 있다. 이어서, 상기 III족 함유 소스 물질들은 더 높은 용해도 영역 내에 차별적으로 위치하고, 상기 씨드 결정들은 더 낮은 용해도 영역 내에 위치한다. 상기 두 개의 영역들 사이에 용해된 소스 물질들과 함께 상기 용제의 유체 움직임을 구현함으로써, 예를 들어 자연 대류를 사용함에 의하여, 더 높은 용해도 영역에서 상기 씨드 결정들 상에 상기 III족 질화물 결정들이 성장하는 더 낮은 용해도 영역으로 유체를 이송할 수 있다.
본딩을 위하여 노출된 자유 전자들의 변화하는 갯수와 및 두 가지 원자들(III족 및 N 원자들)의 비율들을 변화시킴에 따른 다른 원자들의 다른 표면 밀도들에 기인하여, III족 질화물 결정들의 다양한 노출된 결정학적 면들의 성장 속도가 변화한다. 소정의 환경들 및 조건들 내에서 소정의 결정학적 면들이 다른 면들에 비하여 빠르게 성장하는 것이 명백하게 수립되어 있다. 예를 들어, 서서히 성장하고 따라서 안정적인 면들 중에서 GaN 내에서는 밀러-브라베(Miller-Bravais) 지수들로 나타내어 c-면 (000-1) 및 m-면들 {10-10}인 것으로 관찰되었다. m-면들의 상대적인 성장 속도가 c-면들의 성장 속도에 비하여 큰 경우에는, 이에 따라 결과적인 결정은 큰 c-면 파세트(facet)와 작은 m-면 파세트들을 가지는 평평한 퍽(puck) 형상으로 가정될 수 있다.
다양한 이유에 의하여, 전자 및 광전자 소자들이 III족 질화물 결정의 비극성 면들, 예를 들어, m-면 {10-10} 또는 a-면 {11-20}, 또는 반극성 면들, 예를 들어, {11-22}, {10-11} 또는 {10-12} 상에 성장하는 것이 잇점이 될 수 있다. 따라서, 이러한 비극성 또는 반극성 표면들을 노출하는 기판들을 제조하는 것에 대한 강한 요구가 있다. 이를 수행하기 위하여, 상기 면들을 따라서 넓은 기하학적 단면을 가지는 넓은 III족 질화물 결정이 요구된다. 에피택셜 기판들로서 후속에서 사용될 수 있는 결정들을 형성하기 위하여 암모노열 방법을 사용하는 경우에 있어서, m-면 및 a-면 방향들에 비하여 c-면 방향들 ([0001] 및 [000-1])을 따라서 더 빠르게 차별적으로 성장하는 것이 중요하다. 그러나, m-면 및 a-면 방향들을 따르는 성장은 비극성 및 반극성 면들 내의 적절한 면적을 가지는 기판들을 형성하기에 충분히 큰 것으로 가정한다.
따라서, 본 기술 분야에서 요구되는 것은 상기 결정의 암모노열 성장 동안에 III족 질화물 결정의 모든 가능한 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어하는 방법들이다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시킨다.
상술한 바와 같은 종래 기술의 한계들을 극복하기 위하고, 또한 본 발명을 읽고 이해하면 명백하게 되는 다른 한계들을 극복하기 위하여, 본 발명은 암모노열 성장 동안에 III족 질화물 결정의 모든 가능한 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어하는 방법을 개시한다. 상기 III족 질화물 결정의 다양한 노출된 결정학적 면들의 성장 속도들은, 복수의 분리된 영역들로 추가 분할될 수 있는 반응 용기 내의 환경 및/또는 조건들을 변화시켜 제어된다. 상기 영역들 각각은 고유의 환경 및 조건들을 가진다. 상기 환경은 영역들 각각 내의 원자들, 화합물들 및/또는 화학적 복합물들의 양을 포함하고, 상기 영역들 각각 내에서 및 영역들 사이에서 원자들, 화합물들 또는 화학적 복합물들의 상대적인 비율들과 상대적인 움직임을 포함한다. 상기 조건들은 온도들, 압력들 및/또는 밀도들과 같은 상기 영역들 각각이 가지는 열역학적 특성들을 포함한다.
본 발명은 암모노열 성장 동안에 III족 질화물 결정의 모든 가능한 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어할 수 있다.
동일한 참조 번호들은 전체적으로 상응하는 부분들을 나타내는 도면들을 참조하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 용기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 도시하는 흐름도이다.
바람직한 실시예의 설명에 있어서, 참조는 본 명세서의 부분을 이루고, 본 발명이 실행되는 특정한 실시예들을 도시하는 방법으로서 참조된 도면들로 구성된다. 다른 실시예들이 사용될 수 있고 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 구조적 변화들이 가능함을 이해하여야 한다.
장치 설명
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 반응 용기(10, vessel)를 포함하는 암모노열(Ammonothermal) 성장 시스템의 개략도이다. 상기 용기는 오토클레이브이고, 리드(lid, 12), 개스킷(gasket, 14), 입구 및 출구 포트(16) 및 외측 히터들/냉각기들(18a, 18b)을 포함할 수 있다. 배플판(baffle plate, 20)은 용기(10)의 내부를 두 영역들(22a, 22b)로 분리하고, 영역들(22a, 22b)은 각각 외측 히터들/냉각기들(18a, 18b)에 의하여 분리되어 가열되거나 및/또는 냉각된다. 상측 영역(22a)은 하나 또는 그 이상의 III족 질화물 씨드 결정들(24)을 포함할 수 있고, 하측 영역(22b)은 하나 또는 그 이상의 III족 함유 소스 물질들(26)을 포함할 수 있고, 다른 실시예들에서 이들의 위치들은 서로 반대일 수 있다. III족 질화물 씨드 결정들(24) 및 III족 함유 소스 물질들(26) 모두는 바스켓들 또는 다른 수납 장치들 내에 포함될 수 있고, 이들은 일반적으로 Ni-Cr 합금으로 구성된다. 용기(10)와 리드(12) 및 다른 구성 요소들은 또한 Ni-Cr계 합금으로 형성된다. 최종적으로, 암모노열 성장을 달성하기 위하여 용기(10)의 내부는 질소-함유 용제(28)로 채워진다.
공정 설명
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1의 장치를 이용하여 III족 질화물 함유 결정을 얻거나 또는 성장시키는 방법을 도시하는 흐름도이다.
블록(30)은 용기(10) 내에 하나 또는 그 이상의 III족 질화물 씨드 결정들(24), 하나 또는 그 이상의 III족 함유 소스 물질들(26), 및 질소-함유 용제(28)를 위치시키는 단계를 나타내고, 씨드 결정들(24)은 씨드 결정들 영역(22a 또는 22b이며, 즉, III족 함유 소스 물질들(26)을 포함하는 영역(22b 또는 22a)과 반대임) 내에 위치하고, 소스 물질들(26)은 소스 물질들 영역(22b 또는 22a이며, 즉, 씨드 결정들(24)을 포함하는 영역(22a 또는 22b)과 반대임) 내에 위치한다. 씨드 결정들(24)은 III족 함유 결정을 포함할 수 있고, 소스 물질들(26)은 III족 함유 화합물, 순수한 원소 형태의 III족 원소, 또는 이들의 혼합물, 즉, III족 질화물 단결정, III족 질화물 다결정, III족 질화물 분말, III족 질화물 그래뉼들(granules), 또는 다른 III족 함유 화합물을 포함할 수 있고, 또한 용제(28)는 초임계(supercritical) 암모니아 또는 하나 또는 그 이상의 그의 유도체들을 포함할 수 있다. 또한, 용기(10) 내에 선택적인 광화제(鑛化劑, mineralizer)가 위치할 수 있고, 상기 광화제는, 광화제를 가지지 않는 용제(28)에 비하여, 용제(28) 내의 소스 물질들(26)의 용해도를 증가시킨다.
블록(32)는 씨드 결정(24)의 하나 또는 그 이상의 표면들 상에 III족 질화물 결정들을 성장시키는 단계를 나타내고, 성장을 위한 환경들 및/또는 조건들은 씨드 결정들(24)과 소스 물질들(26) 사이에 온도 구배를 형성하는 것을 포함하고, 상기 온도 구배는 상기 소스 물질들 영역 내의 소스 물질들(26)의 더 높은 용해도 및 상기 더 높은 용해도와 비교하여 상기 씨드 결정들 영역 내의 소스 물질들(26)의 낮은 용해도를 형성한다. 특히, 씨드 결정(24)의 하나 또는 그 이상의 표면들 상에 III족 질화물 결정들을 성장시키는 것은 상기 씨드 결정들 영역과 비교하여 상기 소스 물질들 영역 내에 용제(28) 내의 소스 물질들(26)의 더 높은 용해도를 형성하는, 상기 소스 물질들 영역과 상기 씨드 결정들 영역 사이의 온도 구배를 생성하도록 소스 물질들 영역 온도들 및 씨드 결정들 영역 온도들을 변화시킴에 의하여 발생한다. 예를 들어, 상기 소스 물질들 영역 온도들과 상기 씨드 결정들 영역 온도들은 0℃ 내지 1000℃ 사이의 범위일 수 있고, 상기 온도 구배들은 0℃ 내지 1000℃ 사이의 범위일 수 있다.
블록(34)는 상기 공정에 의하여 생성된 결과물, 즉, 상술한 방법에 의하여 성장한 III족 질화물 결정을 포함한다. III족 질화물 기판은 상기 III족 질화물 결정으로부터 생성될 수 있고, 또한 소자는 상기 III족 질화물 기판을 이용하여 생성될 수 있다.
상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들의 제어
본 발명은 결정(34)의 암모노열 성장 동안에 III족 질화물 결정(34)의 모든 가능한 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어하는 단계를 포함한다. 특히, III족 질화물 결정(34)의 다양한 노출된 결정학적 면들의 성장 속도들은 도 2의 공정 단계들 동안에 도 1의 용기(10) 내에 환경 및/또는 조건들을 변화시킴에 의하여 제어될 수 있고, 용기(10)는 복수의 분리된 영역들(22a, 22b)로 추가 분할(subdivided)될 수 있고, 이러한 영역들(22a, 22b) 각각은 자신들의 환경 및/또는 조건들을 가진다.
본 명세서에 있어서, 용어들인 환경 및 조건들은 보다 유연하게 고려되어야 한다. 예를 들어, 상기 환경은, 무엇보다도, 상대적인 비율들과 함께 영역들(22a, 22b) 내의 원자들, 화합물들 및/또는 복합물들의 양 및 영역들(22a 또는 22b) 각각 내에서 또는 영역들(22a, 22b) 사이에서 원자들, 화합물들 및/또는 복합물들의 상대적인 움직임을 설명하는 것으로 해석될 수 있다. 다른 예에 있어서, 상기 조건들은, 무엇보다도, 예를 들어 영역들(22a, 22b)의 온도들, 압력들 및/또는 밀도들과 같은 영역들(22a, 22b)의 열역학적 특성들을 설명하도록 해석될 수 있으며, 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
변화할 수 있는 용기(10) 내의 환경들 및/또는 조건들은 다양하다. 완전하지 않으며 배제하는 목록으로서 고려되지 않는 하기의 목록은 상기 환경들 및/또는 조건들을 변화하도록 사용될 수 있는 가능한 방법들을 설명한다. 이러한 방법들은 원하는 효과들을 달성하도록 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
용제 내의 V족 원소들에 대한 III족의 비율
용제(28)를 구성하는 V족 원소들에 대한 III족 원소들의 비율을 변화시킴으로써, III족 질화물 결정(34)의 다른 결정학적 면들의 성장 속도를 제어하는 것이 가능할 수 있다. V족 원소들에 대한 III족 원소들의 원하는 비율을 구현하기 위하여, 하나 또는 그 이상의 질소-함유 유체들을 하나 또는 그 이상의 보론-함유 유체들과 혼합하고, 결과적인 혼합물을 가스 및/또는 초임계(supercritical) 상태로 변환하는 것이 가능하고, 이러한 상태에서는 상기 결과적인 혼합물은 용제(28)로서 기능할 수 있고 또한 씨드 결정들(24) 상에 III족 질화물 결정(34)의 암모노열 성장을 위하여 소스 물질들(26)의 매질을 이송할 수 있다. 상기 질소-함유 및 보론-함유 유체는, 예를 들어 보란(borane, BH3), 디보란(diborane, B2H6), 보라잔(borazane, BNH6), 보라진(borazine, B3N3H6), 암모니아(암모니아, NH3), 히드라진(hydrazine, N2H4), 트리아잔(triazane, N3H5), 테트라잔(tetrazane, N4H6), 트리아젠(triazene, N3H3), 디이민(diimine, N2H2), 질소 (N2) 및 니트렌(nitrene, NH)과 같은 질소-함유, 보론-함유, 및/또는 보론-함유 및 질소-함유 화합물들의 모든 가능한 조합과 모든 가능한 비율로 구성될 수 있고, 그러나 이에 한정되지 않는다.
성장 동안에 나타나는 V족 원소들에 대한 III족 원소들의 비율은 성장 전에 시작되도록 더 설정될 수 있고, 그러나 상기 암모노열 방법을 이용하여 III족 질화물 결정(34)을 성장시키는 단계를 포함하는 다양한 단계들을 수행하는 동안에, 그 사이에 또는 그 이후에 물질을 추가하거나 제거함으로써 상기 비율은 변화될 수 있다. 예를 들어, 성장 동안에 용기(10) 내의 이미 존재하는 용제(28)에 가스 유체 형태로서 추가적인 디보란을 추가할 수 있고, 이에 따라 용제(28) 내의 V족에 대한 III족 비율이 증가될 수 있다. 이는 용기(10) 내의 압력을 가스 형태의 디보란 가스의 제공이 가능한 압력 이하의 수준으로 저하시키고(이는 용기(10)의 평균 온도를 저하시켜 가능할 수 있음) 소정의 가스 양을 용기(10)에 제공하도록 입구 및 출구 포트(16)가 개구됨으로써 구현될 수 있다. 원하는 양의 디보란 가스를 추가한 후에, 포트(16)는 차단되고, 온도는 원하는 수준들로 증가되거나 및/또는 용기(10) 내의 원하는 압력들을 얻을 수 있는 수준들로 증가될 수 있다.
또한, 용기(10)가 소정의 압력과 온도에서 용기(10) 내에 소정의 농도들로 질소-함유 및/또는 보론-함유 화합물들의 농도를 가지는 것이 바람직하다. (1) 압력, (2) 온도 및 (3) 밀도의 세가지 파라미터들이 상호관련되므로, 주어진 온도에서 원하는 압력을 얻기 위하여, 용기(10)에 추가적인 물질을 추가할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 추가적인 비질소(non-nitrogen)-함유 및/또는 비보론(noon-boron)-함유 화합물들, 예를 들어 수소(hydrogen, H2), 헬륨(helium, He), 네온(neon, Ne), 아르곤(argon, Ar), 크립톤(krypton, Kr), 제논(xenon, Xe), 라돈(radon, Rn), 불소(fluorine, F2), 염소(chlorine, Cl2), 브롬(bromine, Br2), 요오드(iodine, I2), 및/또는 아스타틴(astatine, At2)을 용기(10)에 추가하는 것을 포함하며, 이들은 예시적이나 이에 한정되는 것은 아니다.
성장 동안 용기 내의 온도 구배들
용기(10) 내의 온도 구배들을 변화시킴으로써, III족 질화물 결정(34)의 다양한 결정학적 면들의 상대적인 및/또는 절대적인 성장 속도들을 제어하는 것이 더 가능할 수 있다. 이러한 구배들은 복수의 영역들(22a, 22b), 즉 소스 물질들 영역 및 씨드 결정들 영역에 걸쳐서 형성되고, 및/또는 대안적으로 단일 영역(22a 또는 22b), 즉 소스 물질들 영역 또는 씨드 결정들 영에 걸쳐서 형성될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 온도 구배들을 생성하는 효과는 III족 및/또는 V족 원소들의 흡수 비율이 변화시키는 표면에 인접하거나 및/또는 표면에 존재하는 다른 동역학들 및 평형 열역학들을 형성하고, 이에 따라 III족 질화물 결정(34)의 다른 결정학적 면들의 절대적이고 상대적인 성장 속도들을 변화시킨다. 온도 구배들은, 도 2에 도시된 바와 같이, III족 질화물 결정(34)을 성장시키는 단계에서 단계(30) 및 단계(32)을 수행하는 중에 및/또는 그 사이에 더 변화할 수 있다.
용제에의 광화제들, 가스들, 물질들의 추가
임의의 상, 형태, 또는 조성의 하나 또는 그 이상의 광화제들 및/또는 가스들을 추가적으로 추가함으로써, III족 질화물 결정(34)의 다양한 결정학적 면들의 상대적인 및/또는 절대적인 성장 속도들을 제어하는 것이 더 가능할 수 있다. 물질의 추가에 대한 일 예는 나트륨(Na)을 추가하는 것이다. 나트륨을 추가함에 의하여, 광화제로서 기능할 수 있고, 이에 따라 용액 속에 용해된 III족 물질에 대한 용제(28)의 비율을 감소시킬 수 있고, 이는 V족 물질에 대한 III족의 비율일 수 있다. 결합을 위하여 이용할 수 있는 가능한 질소(N) 물질에 대하여 III족 질화물 결정(34) 에로 결합하기 위하여 의도된 용액 내의 이용가능한 III족 원소들의 비율에 의존하여, 표면에 대하여 또는 표면 상에 원소들이 도달하는 비율이 변화할 수 있고, 이에 따라 성장 속도들은 변화할 수 있다.
다른 물질(들) 및/또는 화합물(들) 및/또는 복합물(들)의 추가에 의하여, 표면의 근처에 또는 표면에서의 화학적 성질을 변화시킬 수 있거나 및/또는 III족 질화물 결정들(34) 내로 흡수되는 물질에 관련된 물리적 성질을 변화시킬 수 있다. 이러한 효과들을 다양할 수 있고, 상기 표면에의 물질의 흡수율에 영향을 줄 수 있고, 및/또는 III족 질화물 결정(34)의 성장과 관련된 상대적인 화학적 성질 및/또는 물리적 성질을 변화시킬 수 있고, 더 나아가 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 증가시키거나 및/또는 변화시킨다. 광화제들 및/또는 다른 가스들 및/또는 물질을 추가하는 방법의 일 예는 성장에 도움이 될 수 있고, 추가되는 물질은 III족 질화물 결정(34) 상에 계면 활성제로서 차별적으로 기능할 수 있고, 다양한 결정학적 면들의 성장 속도들을 증가시키거나 및/또는 변화시킬 수 있다. 계면 활성제는 결정(34)의 표면(들)의 전체는 아니지만 대부분에 차별적으로 부착되는 물질로서 설명될 수 있고, 이에 따라 표면의 다양한 화학적 특성들 및/또는 물리적 특성들을 변화시킬 수 있고, 하측의 III족 질화물 결정(34)으로 그를 통하여 확산될 수 있는 다양한 III족 및 V족 물질에 대하여는 투과성이 잔존할 수 있다. 또한, 씨드 결정들(24)에 하나 또는 그 이상의 계면 활성제(들)의 추가함으로써, III족 질화물 결정(34) 내로 결합되는 불순물을 감소시킬 수 있다.
결정의 표면에 대한 용제 움직임의 속도
용제(28) 움직임의 속도를 변화시킴으로써, III족 질화물 결정(34)의 다양한 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어하는 것이 가능하다. 유체 움직임의 방향 및/또는 속도의 중요성은 상기 표면에 흡수될 수 있는 물질의 속도 및/또는 III족 및/또는 V족 물질의 변화될 수 있는 국부적인 농도이다. 따라서, 용제(28) 속도를 증가시키거나 또는 감소시킴에 의하여, III족 및/또는 V족 물질의 국부적인 농도는, III족 질화물 결정(34)의 표면 상으로 더 빠르거나 또는 더 느린 흡수된 물질의 보충 속도 및/또는 물질의 흡수 속도에 따라서, 변화될 수 있다. 용제(28)의 속도의 각도에 의존하는 것이 표면에 대하여 이루어짐에 따라 III족 질화물 결정(34)의 결정학적 면들에 대한 용제(28) 움직임의 상대적인 방향은 또한 중요해지며, 결정(34) 상으로의 물질의 흡수와 관련된 표면에서의 물리적 특성들 및/또는 화학적 특성들이, 물질의 국부적인 농도와 함께, 변화할 수 있고, 더 나아가 성장 속도들을 변화시킨다.
용제에 대한 III족 함유 소스 물질들의 비율
용제(28) 비율에 대한 III족 함유 소스 물질들(26)의 비율을 제어함에 의하여, III족 질화물 결정(34)의 다양한 결정학적 면들의 상대적인 및/또는 절대적인 성장 속도들을 제어하는 것이 더 가능하다. 이러한 비율을 변화시킴에 의하여, III족 질화물 결정(34)의 성장 동안에 용제(28) 내의 소스 물질들(26)의 양을 제어할 수 있고, 이에 따라 III족 질화물 결정(34)의 표면 상으로 소스 물질들의 도착 속도를 변화시킬 수 있다. 또한, 소스 물질들(26)의 표면 면적의 양은 이러한 제어 메커니즘에 대한 중요한 특성일 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 비율은 특정한 광화제들의 추가를 통하여 더 제어될 수 있다.
용기 내의 절대 및 부분 압력들
용기(10) 내의 다른 원자들 및/또는 화합물들의 절대적인 및/또는 부분적인 압력을 제어함에 따라서, III족 질화물 결정(34)의 다양한 결정학적 면들의 상대적인 및/또는 절대적인 성장 속도들을 제어하는 것이 더 가능할 수 있다. 이는 용제(28)를 포함하는 다양한 화합물들 및/또는 원자들의 농도(들)을 변화시킴에 의하여 구현될 수 있다. 이는 혼합물에 대하여 추가적인 보란(borane, BH3), 디보란(diborane, B2H6), 보라잔(borazane, BNH6), 보라진(borazine, B3N3H6), 암모니아(암모니아, NH3), 히드라진(hydrazine, N2H4), 트리아잔(triazane, N3H5), 테트라잔(tetrazane, N4H6), 트리아젠(triazene, N3H3), 디이민(diimine, N2H2), 질소 (N2) 및 니트렌(nitrene, NH) 및/또는 수소(H2)를 추가하는 것을 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 용제(28)를 구성하는 물질(들)의 농도들을 변화시키지 않고 용기(10) 내의 전체 압력을 증가시키는 것이 바람직한 경우에는, 이는 용제(28)의 주요 구성원소가 아닌 원자들 및/또는 화합물들을 용기(10)에 추가함에 의하여 구현될 수 있다. 사용될 수 있고, 용기(10) 내에 상대적으로 불활성으로 존재할 수 있는 가스들의 예들은 헬륨(helium, He), 네온(neon, Ne), 아르곤(argon, Ar), 크립톤(krypton, Kr), 제논(xenon, Xe), 라돈(radon, Rn), 불소(fluorine, F2), 염소(chlorine, Cl2), 브롬(bromine, Br2), 요오드(iodine, I2), 및/또는 아스타틴(astatine, At2)을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
용기(10)의 부분 압력 및 전체 시스템 압력을 변화시키는 효과는 III족 및/또는 V족 함유 물질들이 III족 질화물 결정(34)의 표면에 도달하고 그 상에 결합되는 속도를 변화시킬 수 있다. III족 질화물 결정(34)의 표면에 도달하는 III족 및/또는 V족 함유 물질들의 속도에 의존하고, 또한 III족 질화물 결정(34)의 표면에 도달하는 III족 및/또는 V족 함유 화합물들의 소정의 구조에 의존하여, III족 질화물 결정(34)의 소정의 결정학적 면들은 성장에 유리할 수 있으며, 이는 III족 질화물 결정(34)의 소정의 결정학적 면에 대하여 표면에서 관련된 화학적 특성들 및 물리적 특성들이 우세하기 때문이다. III족 질화물 결정(34)의 표면에서 관련된 우세한 화학적 특성들 및 물리적 특성들은 특정한 결정학적 면의 기능일 수 있고, 이는 표면에서의 다양한 원자들/전자 오비탈들 사이의 공간적인 분리와 함께, 노출된 원자들(III족 및 질소)의 성질 및 표면에서 결과적인 전자 구성을 변화시키기 때문이다.
또한, 전체 시스템 압력을 변화시킴에 의하여, 성장 공정에 관련된 반응들의 동역학을 변화시킬 수 있고, 더 나아가 성장 속도들을 변화시킬 수 있다.
요약
결론적으로, 성장 동안에 노출되는 III족 질화물 결정(34)의 파세트(facet)와 III족 질화물 결정(34)의 노출된 표면들의 상대적인 성장 속도들을 제어하는 것은 매우 중요하고, 이에 따라, 예를 들어, 무엇보다도, 성장 동안에 노출되는 면에 의존하도록 나타나는 개선된 결정(34) 품질을 따라서 III족 질화물 결정(34) 내로의 불순물과 도핑 결합의 제어를 또한 유도할 수 있다.
향후의 과제에 있어서, V족 원소들에 대한 III족 원소들의 비율의 다른 노출된 결정학적 면들의 상대적인 성장 속도들에 대한 기능적 의존을 결정하기 위하여 실험들이 수행될 필요가 있다. 또한, 추가적인 단계들은 최적의 결과를 제공하는 파라미터들을 최적화하는 단계를 포함하고, 이에 따라 더 큰 반응기 설계에 대한 본 기술의 크기 설정을 결합한다.
결론
이는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에 대한 결론이다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 상술한 설명은 이해와 설명을 위한 목적으로서 개시되어 있다. 개시된 정확한 형상으로 본 발명을 배제하거나 한정하려는 목적이 아님을 유의한다. 많은 변형들과 변화들이 상술한 가르침 내에서 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 상세한 설명에 의하여 한정되는 것이 아니고, 하기에 첨부된 청구항들에 의하여 한정된다.
10: 고압 반응 용기, 12: 리드, 14: 개스킷, 16: 입구 및 출구 포트
18a, 18b: 히터들/냉각기들, 20: 배플판, 22a: 상측 영역
22b: 하측 영역, 24: 씨드 결정들, 26: III족 함유 소스 물질들
28: 질소-함유 용제

Claims (24)

  1. (a) 용기(vessel) 내에 소스 물질들 및 씨드 결정들을 위치시키는 단계;
    (b) 상기 소스 물질들을 용해시키는 용제를 상기 용기 내에 채우고, 결정들의 성장을 위하여 용해된 상기 소스 물질들과 함께 상기 용제로 구성된 용액을 씨드 결정들로 이송하는 단계; 및
    (c) 상기 용기 내의 환경과 조건들을 변화시킴에 의하여, 성장 동안 결정의 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들을 제어하는 단계;
    를 포함하는 결정들을 성장시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 물질들은 III족 함유 소스 물질들을 포함하고, 상기 씨드 결정들은 III족 질화물 씨드 결정들을 포함하고, 상기 용제는 질소-함유 용제를 포함하고, 및 상기 결정들은 III족 질화물 결정들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 용기는 복수의 영역들로 추가 분할(subdivided)되고,
    상기 영역들 각각은 자신들 고유의 환경 및 조건들을 가지는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 환경은, 상기 영역들 각각 내의 원자들, 화합물들 또는 복합물들의 양을 상기 영역들 각각 내의 및 상기 영역들 사이의 상기 원자들, 상기 화합물들 또는 상기 복합물들의 상대적인 비율들 및 상대적인 움직임과 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 환경은 V족 원소에 대한 III족 원소의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 용제에 광화제(鑛化劑, mineralizer)들, 가스들 및 물질들의 추가를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 결정의 표면에 대한 상기 용제의 움직임의 속도 및 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 용제에 대한 상기 소스 물질들의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 용기로 물질들을 추가하거나 상기 용기로부터 물질들을 제거함에 의하여 변화하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 조건들은 상기 영역들 내의 온도들, 압력들 또는 밀도들과 같은 물질들의 열역학적 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 조건들은 상기 용기 내의 하나 또는 그 이상의 온도 구배들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 조건들은 상기 용기 내의 절대(absolute) 압력 및 부분(partial) 압력들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 방법.
  13. (a) 소스 물질들 및 씨드 결정들을 수용하는 용기를 포함하고,
    (b) 상기 용기는 상기 소스 물질들을 용해시키는 용제로 채워지고, 용해된 상기 소스 물질들과 함께 상기 용제로 구성된 용액은 결정들의 성장을 위하여 상기 씨드 결정들로 이송되고, 및
    (c) 상기 용기 내의 환경과 조건들을 변화시킴에 의하여, 성장 동안 결정의 결정학적 면들의 상대적이고 또한 절대적인 성장 속도들이 제어되는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 소스 물질들은 III족 함유 소스 물질들을 포함하고, 상기 씨드 결정들은 III족 질화물 씨드 결정들을 포함하고, 상기 용제는 질소-함유 용제를 포함하고, 및 상기 결정들은 III족 질화물 결정들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 용기는 복수의 영역들로 추가 분할되고,
    상기 영역들 각각은 자신들 고유의 환경 및 조건들을 가지는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 환경은, 상기 영역들 각각 내의 원자들, 화합물들 또는 복합물들의 양을 상기 영역들 각각 내의 및 상기 영역들 사이의 상기 원자들, 상기 화합물들 또는 상기 복합물들의 상대적인 비율들 및 상대적인 움직임과 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 환경은 V족 원소에 대한 III족 원소의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 용제에 광화제들, 가스들 및 물질들의 추가를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 결정의 표면에 대한 상기 용제의 움직임의 속도 및 방향을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 용제에 대한 상기 소스 물질들의 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 환경은 상기 용기로 물질들을 추가하거나 상기 용기로부터 물질들을 제거함에 의하여 변화하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 조건들은 상기 영역들 내의 온도들, 압력들 또는 밀도들과 같은 물질들의 열역학적 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 조건들은 상기 용기 내의 하나 또는 그 이상의 온도 구배들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
  24. 제 15 항에 있어서,
    상기 조건들은 상기 용기 내의 절대 압력 및 부분 압력들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정들을 성장시키는 장치.
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