KR20120085743A - 고압 화학기상증착 장치, 방법 및 그로부터 제조된 조성물 - Google Patents

고압 화학기상증착 장치, 방법 및 그로부터 제조된 조성물 Download PDF

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KR20120085743A
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Abstract

III족-질화물 합금의 에피택셜층을 성장시키기 위한 조성물, 반응장치, 방법 및 컨트롤 시스템. 합금층의 동일성이 2개 이상의 층들의 헤테로구조 스택 내에서 서로 다른 에피택셜층 성장을 제어하기 위한 공정 변수로서 수퍼-대기압(super atmospheric pressure)이 사용된다.

Description

고압 화학기상증착 장치, 방법 및 그로부터 제조된 조성물{HIGH PRESSURE CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUSES, METHODS, AND COMPOSITIONS PRODUCED THEREWITH}
연방 후원하의 연구 또는 개발
본 발명은 AFOSR 어워드 # FA9550-07-1-0345에 따라 미국정부의 지원 하에 완성되어다. 미국정부는 본 발명에 특정 권리를 가질 수 있다.
본 개시 내용은 수퍼-대기압 화학기상증착 방법 및 이를 실시하기 위한 장치, 그리고 그로부터 얻어지는 조성물에 관한 것이다.
적외선(IR)부터 자외선(UV)에 이르는 폭넓은 스펙트럼 범위의 광전자 방출기및 검출장치 구조 뿐만 아니라 고전력 및 고온에서 작동하는 고주파 트랜지스터의 개발 가능성으로 인해, III족 질화물 화합물 (예컨대, 인듐 질화물, 갈륨 질화물 및 알루미늄 질화물)에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 물질들은 주로 유기금속 증기상 에피택시법 (MOVPE: metalorganic vapor phase epitaxy) - 유기금속 화학기상 증착법(MOCVD 또는 OMCVD라고도 부름) 및 분자선 에피택시법(MBE: molecular beam epitaxy)에 의해 에피택셜 증착된 막으로서 주로 생산된다. 할로겐화물, 즉 할라이드를 사용할 경우 이 공정은 또한 할라이드 기상전달 에피택시법(HVTE: halide vapor transport epitaxy) 또는 할라이드 기상 에피택시법(HVPE: halide vapor phase epitaxy)라고 칭하기도 한다. MOCVD에서는, 반응성 가스 흐름이 반응 대역 (증착 대역이라고도 부름)을 통해 이동하여, 기상 분해 반응을 수행하고, 반응성 생성물들이 기판 표면쪽으로 확산되어 기판 상의 증착 대역에서 표면 반응이 일어난다. 반응성 전구체 단편들은 성장 표면에서 물리적 흡수 및/또는 화학적 흡수되고 확산되어, 반응지점에서 핵이 생성되어 결과적으로 막이 성장하게 된다.
그러나, 인듐이 풍부한 III족-질화물 및 산소함유 합금을 비롯한 다른 많은 화합물들은 그들의 최적 키네틱 성장 온도에서의 열분해에 극히 민감하다. 인듐 질화물 (InN)은 합성하기가 가장 어려운 III족 질화물 반도체 합금 중의 하나인데, 이는, InN에 대한 질소의 평형 증기압이 알루미늄 질화물(AlN)에 대한 질소의 평형 증기압과 갈륨 질화물(GaN)에 대한 질소의 평형 증기압보다 훨씬 높음으로 해서, InN을 GaN계 또는 AlN계 디바이스 구조에 집적시키기가 어렵기 때문이다. 도 1은 온도의 함수로서의 2성분계 화합물 AlN, GaN 및 InN에 대한 열분해 압력을 도시한 도면이다.
In1 - xGaxN과 같은 III족-질화물 합금 그룹 내로 인듐을 고농도로 집적시키는 것은 열역학적 안정성 측면의 제약때문에, MBE 및 MOCVD와 같은 저압 증착기술을 이용하는데 있어서 주요한 과제가 되고 있다. 플라즈마 보조형 MBE와 같은 오프-평형 접근법이 인듐이 풍부한 III족-질화물 합금을 일시적으로 안정화시키는데 적용되어 왔지만, 이러한 기술들은 열열학적으로 안정한 생성물을 만들어내는데 걸림돌이 되는 기본적인 문제점을 해결하지 못하였다. 예를 들어, 인듐이 풍부한 In1 - xGaxN 층을 와이드 밴드갭 III족-질화물 헤테로구조 내로 집적시키기 위해서는, 인듐이 풍부한 In1 - xGaxN층을 800 내지 1100℃의 온도를 이용하는 전형적인 MOCVD 조건하에서 안정화시켜야만 한다. 그러나, 흔한 저압 공정에서는, 합금을 안정화시키기 위해 650℃ 미만의 InN 성장 온도가 요구된다. In1 - xGaxN 중의 인듐 함량이 증가함에 따라, 성장 온도 역시 증가하여야 하고 III-V족 전구체 비율 역시도 조정되어야 한다. 따라서, 다양한 인듐 분율에 대한 성장 온도의 요구되는 조정이 In1 - xGaxN 층의 품질 및/또는 동 장치 구조 내에서의 이들의 집적 품질에 제약을 가하게 된다. 현재, 인듐이 소량 함유된 물질 (x ≥ 0.75)만이 상당한 품질 수준을 만족할 뿐이고, 인듐의 몰 분율이 이보다 높을 경우에는, 혼화성 갭(miscibility gap)이 나타나는 것으로 보인다. F. K. Yam 및 Z. Hassan, InGaN : An overview of the growth kinetics, physical properties and emission mechanisms, Superlattices and Microstructures 43(1), pp.1-23 (2008). 따라서, 유용한 반도체 재료가 얻어질 수 있도록, 서로 다른 분압과 열 안정성을 갖는 헤테로층들이 한데 통합된 열역학적으로 안정한 합금을 제공하기 위한 새로운 시스템 및 방법이 필요하다.
발명의 개요
한가지 측면에서, 첫 번째 III족-질화물 합금을 포함하는 제1 에피택셜층과 두 번째 III족-질화물 합금을 포함하는 제2 에피택셜층을 포함하는, 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조가 제공된다. 첫 번째 III족-질화물 합금은 주변 대기압에서 두 번째 III족-질화물 합금이 증착되는 최소 온도에서, 주변 대기압에서 분해되는 합금이다. 첫 번째 III족-질화물 합금은 수퍼-대기압 및 두 번째 III족-질화물 합금이 증착되는 온도에서는 분해되지 않는다.
또 다른 측면에서, 반응기 장치가 제공된다. 반응기 장치는 압력을 약 100 bar 이하로 국한시킬 수 있는 인클로져(enclosure)를 포함한다. 반응기 장치는 또한 플로우 채널 성장 반응기 내의 반응 대역에서 기판을 지지하도록 조정된 기판 캐리어, 에피택셜층의 성장을 위한 기판 상의 성장 표면, 제1 반응성 유액 세트의 플로우를 성장 표면 상의 제1 플로우 방향으로 배향시키도록 조정된 플로우 채널, 및 제 2 반응성 유액 세트가 제1 반응성 유액 세트와 반응하거나 또는 분해되어 성장 표면 상에 반응 생성물막을 증착시키도록 하는, 제2 반응성 유액 세트를 반응 대역 내로 인젝션하도록 조정된 반응 대역에 인접한 인젝터를 포함한다.
또 다른 측면에서, 반응 대역에 성장 표면을 제공하는 단계, 제1 반응성 유액 세트를 성장 표면과 실질적으로 평행한 제1 플로우 방향으로 성장 표면을 따라 반응 대역 내로 공급하는 단계, 제2 반응성 유액 세트를 성장 표면 상의 제2 플로우 방향으로 반응 대역 내로 공급하는 단계 (여기서 제2 플로우 방향은 제1 플로우 방향에 대해 각도적으로 옵셋(angularlly offset) 되어 있다), 및 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트를 반응 대역에서 반응 또는 분해시켜 성장표면에 에피택셜층을 생성시키는 단계를 포함하여 이루어지는 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 컨트롤 시스템이 제공되는데 이 시스템은 캐리어 가스를 수퍼-대기엽 반응기에 공급하도록 조정된 캐리어 가스 소스, 제1 반응성 유액 세트를 수퍼-대기압 반응기에 공급하도록 조정된 제1 반응성 유액 소스 및 제2 반응성 유액 세트를 수퍼-대기압 반응기에 공급하도록 조정된 제2 반응성 유액 소스를 포함하는, 수퍼-대기압 반응기에 복수종의 반응성 유액을 공급하도록 조정된 복수개의 반응성 유액 소스, 제1 반응성 유액 세트의 수퍼-대기압 반응기로의 흐름을 개시, 중단 또는 조절하는 제1 액츄에이터 및 제2 반응성 유액 세트의 수퍼-대기압 반응기로의 흐름을 개시, 중단 또는 조절하는 제2 액츄에이터를 포함하는 복수개의 액츄에이터, 수퍼-대기압 반응기 내에서 성장 표면을 포함하는 반응 대역, 및 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트를 캐리어 가스 내로 임베딩시키는 한편, 반응 대역의 압력 및 반응 대역을 통한 총부피 유속을 실제로 일정하게 유지시기 위하여 복수개의 액츄에이터를 조절하도록 설정된 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.
발명의 상세한 설명
고압(elevated pressures)을 이용하는 성장 기술은 고품질의 III족-질화물 합금층의 에피택셜 성장에 있어서의 기존의 한계점들을 극복하는 길을 열어 준 것으로 발견되었다. 뿐만 아니라, 고압 도메인(즉, 대기압보다 높거나 또는 "수퍼-대기압(super-atmospheric pressure)")에서 인듐이 풍부한 III족-질화물 에피택셜층을 성장시킬 경우 여러가지 장점이 얻어지는 것으로 밝혀졌다. III족-질화물 합금 애피텍셜층은 열분해를 일으킴이 없이, 보다 높은 성장 온도에서 성장될 수 있다. 예를 들어, InN은 약 15 atm 하, 750℃-850℃ (저압 MOCVD의 경우 600℃ 미만과 비교됨)에서 분자상 질소 블랭킷 하에서 성장할 수 있다. 이러한 조건 하에서 생산된 에피택셜 층을 분석하자 핵생성 동력학이 개선되고, 표면 모폴로지가 향상되어으며 높은 성장 온도에서 미세구조가 개선된 것으로 나타났다.
또한, 이러한 조건 하에서, In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 및/또는 In1 -x- yAlxGayN은 AlN, GaN, 및/또는 InN 이성분계 층에서 성장할 수 있음으로 해서 유용한 고품질의 헤테로구조 반도체를 생산하는 것이 가능하다. 잉렇게 형성된 헤테로구조 반도체 위에, In1-xGaxN, In1 - xAlxN, In1 -x- yAlxGayN, AlN, GaN, 및/또는 InN의 부가적인 층을 추가로 더 성장시킬 수 있다. 특히, 보다 높은 온도와 보다 높은 압력에서 작업함으로써 In1-xGaxN, In1 - xAlxN, 및/또는 In1 -x- yAlxGayN 성장 온도와 최적의 AlN, GaN, 및/또는 InN 프로세싱 온도를 매칭시키는 것이 가능하다.
헤테로구조
전 조성 범위에서 In1 - xGaxN 3성분계 합금을 형성할 수 있다면 매우 유리할 것인데, 이는, 이에 따라 근적외선(예컨대, InN 대략 0.7 eV) 내지 근자외선 파장 대역(예컨대, GaN 3.5 eV)에서 직접 밴드 갭을 튜닝하는 것이 가능하기 때문이다. 그러나, 실험 및 이론적인 예측 결과, In1 - xGaxN 3성분계 합금은 열역학적으로 및/또는 동력학적으로 불안정할 뿐 아니라 클러스터링 및 상분리 경향이 있는 것으로 나타났다. 특히, InN과 GaN 간의 사면체 반경의 커다란 차이는 서브격자간의 원자 순서 또는 특정 서브격자의 형성 (상분리)을 일으킬 수도 있는 스트레인을 유도하여, 종국적으로, 균일성(나노-클로스터링)을 파괴시킬 수 있는 것으로 나타났다. Ayan Kar, Dimitri Alexson, Mitra Dutta, 및 Michael. A. Stroscio, Evidence of compositional inhomogeneity in In X Ga 1 - X N alloys using ultraviolet 및 visible Raman spectroscopy, J. Appl. Phys. 104, 073502 (2008); 및 I. H. Ho, G. B. Stringfellow, Incomplete solubility in nitride alloys, Materials Research Society Symposium Proceedings 449, p. 871 (1997).
한가지 구체예에서, 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조 조성물이 제공된다. 본 발명에서, "헤테로구조"라는 용어는 서로 다른 조성을 갖는 반도채 재료로 된 2개 이상의 에피택셜 층으로 된 반도채 재료 층을 가리킨다. 본 발명에서 "열역학적으로 안정한 헤테로구조"라는 용어는 일단 고온 및 수퍼-대기압 하에서 제조되면, 열열학적으로나 동력학적으로 주변 압력과 주변 온도에서 안정한, 반도체 헤테로구조 조성물을 가리킨다. III족-질화물 합금의 에피택셜층은 이러한 재료가 반도체 재료에 사용하기에 적합한 효과적인 구조적 품질을 갖는 경우, "반도체 헤테로구조 조성물"인 것으로 상정한다. 본 발명에서 "구조(적) 품질"이라는 용어는 III족-질화물 조성물에 대한 X선 회절 그래프에서 반치폭(FWHM: full width at half maximum)으로 측정되는 바와 같은 에피택셜층의 결정 완벽도를 가리킨다. 발광 다이오드("LED")의 경우, FWHM이 약 200 아크초(arcseconds) 미만이면 우수한 구조 품질을 갖는다고 할 수 있다. 레이저 다이오드("LD")의 경우에는, FWHM이 약 50 아크초 미만인 경우 우수한 구조 품질을 나타낸다.
본 발명에서, "에피택셜층" 및 "에피택시막"이라는 용어는 호환적으로 사용되며 적절한 기판 상에 성장된 증착된 재료의 단일 결정("단결정") 에피택시층을 가리킨다. 에피택셜층은 가스상 또는 액상 전구체로부터 성장할 수 있다. 기판은 종결정 역할을 하므로, 증착된 에피택셜막은 기판과 동일한 결정 구조 및 방향성을 갖는다. 이 막 성장 과정은 다결정막 또는 무정형막을 심지어 단결정 기판에 증착하는 다른 박막 증착법과는 다르다.
열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조 조성물은 첫 번째 III족-질화물 합금으로 구성된 제1 에피택셜층을 포함한다. 본 발명에서 "III족-질화물 합금(group III족-질화물 합금)"라는 용어는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, In1 -x- yAlxGayN, AlN, GaN, 또는 InN 중 어느 하나를 가리킨다. 이 조성물은 또한 두 번째 III족-질화물 합금으로 이루어져 있으면서, 상기한 제1층 상에 접촉되어 있는 두 번째 에피택셜층을 추가로 포함한다. 본 발명에서 "상에 접촉되어 있다(on and contacting)"라는 표현은 첫 번째 층이 두 번째 층에 의해 덮여있거나 박혀있고 (embedded) 두 층 모두 서로 접촉하고 있음을 의미한다. 첫 번째 III족-질화물 합금은 두 번째 III족-질화물 합금이 주변 대기압에서 증착되는 최소 온도에서, 주변 대기압에서 분해되는 합금이다. 이에 더하여, 첫 번째 III족-질화물 합금은 동력학적으로나 열역학적으로 수퍼-대기압 및 두 번째 III족-질화물 합금이 증착되는 온도에서 안정하다(즉, 분해되지 않는다).
한가지 구체예에서, 이 조성물은 AlN, GaN, 또는 InN인 첫 번째 III족-질화물 ㅎr금을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 이 조성물은 AlN, GaN, 또는 InN인 두 번째 III족-질화물 합금을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 이 조성물은 AlN, GaN, 또는 InN인 제1 에피택셜층과 AlN, GaN, 또는 InN인 제2 에피택셜층을 포함한다.
본 발명에 따른 조성물의 한가지 구체예는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x-yAlxGayN인 첫 번째 III족-질화물 합금을 포함하여 이루어지며, 변수 x 및 y로 더욱 정의된다. 한가지 측면에서, 변수 x 및 y는 약 0.65 미만 0.65, 약 0.50 미만, 약 0.35 미만, 약 0.25 미만, 약 0.15 미만 또는 약 0.10 미만이다.
본 발명에 따른 조성물의 또 다른 구체예는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x-yAlxGayN인 두 번째 III족-질화물 합금을 포함하여 이루어지며, 변수 x와 y에 의해 더욱 정의된다. 한가지 측면에서, 변수 x 및 y는 약 0.65 미만, 약 0.50 미만, 약 0.35 미만, 약 0.25 미만, 약 0.15 미만, 또는 약 0.10 미만이다.
한가지 구체예에서, 이 조성물은 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x- yAlxGayN인 첫 번째 III족-질화물 합금과 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x- yAlxGayN인 두 번째 III족-질화물 합금을 포함하여 이루어진다. 또 다른 구체예에서, 조성물은 AlN, GaN, 또는 InN인 첫 번째 III족-질화물 합금과 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x- yAlxGayN인 두 번째 III족-질화물 합금을 포함하여 이루어진다. 또 다른 구체예에서, 조성물은 In1-xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x- yAlxGayN인 첫 번째 III족-질화물 합금과 AlN, GaN, 또는 InN인 두 번째 III족-질화물 합금을 포함하여 이루어진다.
도 2a는 헤테로구조 조성물의 예시적인 구체예를 도시한 도면이다. 제1 에시택셜층 (13)은 기판 재료 (12) 상에 증착될 수 있다. 기판 재료 (12)는 적절한 핵생성 템플릿 재료이면 어느 것이든 무방하며, 그의 비제한적인 예로는 사파이어, 탄화규소(silicon carbide), 산화아연 또는 규소를 들 수 있다. 몇몇 구체예에서, 제1 에피택셜층 (13)은 AlN, GaN, 및 InN으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금일 수 있다. 도 2a에는 또한 제1 에피택셜층(13) 상에 접촉되어 증착된 제2 에피택셜층(15)도 도시되어 있는데, 여기서 제2 에피택셜층(15)는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 및 In1 -x- yAlxGayN로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 부가적인 에피택셜층(17)이 추가로, 제2 에피택셜층(15) 상에 접촉되어 증착되어있을 수 있다. 이 부가적인 에피택셜층(17)은 AlN, GaN, 및 InN (도시된 바와 같음)으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금이거나 또는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 및 In1 -x- yAlxGayN (도시되지 않음)으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금일 수 있다.
헤테로구조 조성물의 또 다른 예시적인 구체예가 도 2b에 도시되어 있다. 제1 에피택셜층 (19)는 기판 재료 (12) 상에 증착될 수 있다. 기판 재료 (12)는 적절한 핵생성 템플릿 재료이면 어느 것이든 무방하며, 그의 비제한적인 예로 사파이어, 탄화규소, 산화아연 또는 규소를 들 수 있다. 몇몇 구체예에서, 제1 에피택셜층(19)는 AlN, GaN, 및 InN으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금일 수 있다. 도 2b에는 또한 제1 에피택셜층 (19) 상에 접촉되어 증착된 제2 에피택셜층(21)도 도시되어 있는데, 여기서 제2 에피택셜층(21)는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 및 In1-x-yAlxGayN으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금일 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 부가적인 에피택셜층(23)이 추가로, 제2 에피택셜층(21) 상에 접촉되어 증착되어있을 수 있다. 이 부가적인 에피택셜층(23)은 AlN, GaN, 및 InN (도시된 바와 같음)으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금이거나 또는 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 및 In1 -x- yAlxGayN (도시되지 않음)으로 이루어진 군으로부터 선택된 III족-질화물 합금일 수 있다.
반응기 디자인
한가지 측면에서, 반도체 재료에 사용하는데 적합한 효과적인 구조 품질을 갖는 III족-질화물 합금의 에피택셜층을 성장시키기 위한 반응기 장치가 제공된다. 수퍼-대기압에서의 에피택셜 막성장을 위한 반응기를 디자인함에 있어서는 유체역학, 화학, 동력학 및 질량전달이론이 고려되어야 한다. 더욱 구체적으로, 이러한 디자인에는 에피택셜 막성장 조건 하에서의 반응물질들의 가스 및 표면 반응이 고려되어야 한다.
성장 표면을 갖는 반응기 상에 에피택셜층을 성장시키기 위한 반응기 장치는 반응기 내의 반응 대역에서 기판을 지지하도록 조정된 기판 캐리어와, 기판이 기판 캐리어에 장착될 때 기판의 성장 표면 위로 첫 번째 방향을 따라 제1 반응성 유액 세트의 흐름을 배향시키도록 채택된 플로우 채널을 구비할 수 있다. 인젝터는 반응 대역의 인접부에 제공될 수 있으며 제2 반응성 유액 세트가 제1 반응성 유액 세트와 반응하거나 또는 분해되어 성장 표면 상에 반응 생성물막을 증착시키도록, 반응 대역 내로 제2 반응성 유액 세트를 인젝트시키도록 설정될 수 있다. 반응기 장치는 약 100 bar 이하로 압력을 구속할 수 있는 인클로져를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 "세트"라는 용어는 일반적으로 한개 이상의 구성부를 갖는 반응성 유액을 가리킨다. 따라서, "유액 세트(set of fluids)"라 함은 캐리어 가스 또는 단일 반응성 유액만으로 구성된 일정 부피의 반응성 유액을 포함할 수 있다. 이것은 또한 복수개의 성분 또는 반응성 유액들을 갖는 유액도 포괄한다.
몇가지 구체예에서, 기판 캐리어는 첫 번째 플로우 방향과 평행한 첫 번째 평면에 기판을 지지하도록 설정된다. 본 발명에서 "평행하다(parallel)" 라는 용어와 "실질적으로 평행하다"라는 용어는 플로우 벡터가 기판의 상류 가장자리로부터 기판의 하류 가장자리를 향해 실질적으로 평평한 기판의 평면을 따라 반응성 유액을 담지하는, 유액의 플로우 방향을 가리키는 것이다.
몇가지 구체예에서, 플로우 벡터는 기판의 평면에 대해 입사각(angle of incidence)를 가질 수 있다; 그러나, 성장 표면에 대한 입사각은 약 45도보다 클 수 있고, 약 60도보다 클 수 있으며, 약 75도보다 크거나 또는 약 90도보다 클 수 있다. 입사각이 약 90도이면 평행한 것으로 고려한다.
몇가지 구체예에서, 제2 반응성 유액 세트를 반응 대역 재로 인젝트시키는 인젝터는 제2 반응성 유액 세트를 기판 성장 표면에 균일하게 분포시키도록 설정된다. 몇몇 구체예에서, 인젝터는 다공성 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 별법으로, 인젝터는 그를 관통하는 복수개의 도관이 이는 분포 블럭을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 인젝터는 반응 대역이나 성장 표면으로 반응성 유액을 배향시키도록 설정된다.
뿐만 아니라, 몇몇 구체예에서, 인젝터는 제1 플로우 방향에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 반응기에 제2 반응성 유액을 인젝션시키도록 설정될 수도 있다. 본 발명에서 "수직" 또는 "실질적으로 수직"이라는 용어는, 플로우 벡터가 제1 반응성 유액의 플로우 방향 또는 기판에 대해 상당한 크기의 입사각을 생성하는, 유액의 플로우 방향을 가리키는 것이다.
몇몇 구체예에서, 플로우 벡터는 반응성 유액을 실제로 평평한 기판의 표면 평면(즉, 막이 증착되는 평면)으로 배향시킨다. 기판 평면에 대한 입사각은 약 45도 미만, 약 30도 미만, 약 15도 미만 또는 약 0도 미만일 수 있다. 입사각이 약 0도이면 수직인 것으로 고려된다.
몇몇 구체예에서는, 플로우 채널이 V족 전구체 피드 소스와 유체적으로 연결되어 있을 수 있고 인젝터는 III족 전구체 피드 소스에 유체적으로 연결될 수 있다. 별법으로, 플로우 채널은 III족 전구체 피드 소스에 유체적으로 연결될 수 있고 인젝터는 V족 전구체 피드 소스에 유체적으로 연결도리 수 있다. 본 발명에서, "전구체 피드 소스(precursor feed source)"라는 용어는 반응성 유액의 소스를 의미한다. 예를 들어, 전구체 피드 소스의 비제한적인 예로는 트리메틸인듐, 트리메틸갈륨,과 같은 유기금속 전구체, 히드라진과 같은 액상 전구체 및/또는 암모니아 또는 실란과 같은 가스상 전구체를 들 수 있다.
몇몇 구체예에서, 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트가 시공간적으로 제어된 펄스 또는 변조된 플로우로서 반응 대역 내로 이동되도록, 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트의 플로우를 조절하도록 컨트롤러가 제공된다. 본 발명에서 "펄스"라는 용어는 일반적으로 펄스가 들어가게 되는 연속적인 캐리어 가스 플로우에 비해 그 시작과 끝이 불연속적인 것이 되도록, 시공간적으로 제어된 플럭스(flux)를 갖는 소정 부피의 반응성 유액을 가리키는 것이다. 따라서, 한가지 구체예에서, 컨트롤러는 반응성 유액을 반응 대역에 전달하기 위해 연속적인 캐리어 가스 피드 내로 펄스로서 집어넣도록 설정될 수 있고, 여기서 상기 펄스는 연속적인 피드 내에서 상기 유액의 시공간적으로 농축된 분포를 갖는 것이다.
수퍼-대기압 반응기의 한가지 구체예가 도 3a와 도 3bdp 도시되이ㅓ 있다. 성장 반응기 (10)은 외곽 압력 용기 (도시하지 않음)에 장입될 수 있다. 성장 반응기 (10)은 기판(12)의 방향으로 반응성 유액을 수송하는 플로우 채널 (26)을 포함한다. 기판 (12)는 예컨대 사파이어, 탄화규소, 규소, 또는 산화아연과 같이 III족-질화물 합금의 에피택셜층을 성장시키는데 적합한 기판이면 어느 것이든 무방하다. 몇가지 예에서, III족-질화물 합금을 포함하는 제1 에피택셜층이 증착되고 이것은 다시 제2 에피택셜층의 성장 기판 역할을 하게 된다. 또 다른 구체예에서, III족-질화물 합금을 포함하는 부가적인 또 다른 에피택셜층이 후속적인 에피택셜층의 성장 기판 역할을 할 수 있다. 기판 (12)는 기판의 성장 표면이 플로우 채널 (26)의 플로우 방향과 실질적으로 평행한 평면에 놓이도록 하는 방식으로, 기판 (12)를 지지하는 기판 캐리어 (18) 상에 장착된다. 기판은 효과적인 가스 플로우 동력학을 제공하고, 최적화된 성장 표면 화학을 위한 표면 뉴트리언트 공급을 위하여, 플로우 채널에 대해 약간의 경사각을 가질 수 있다.
샤프트(16)은 기판 캐리어(18)에 부착되어 있을 수 있으며 기판 캐리어 (18)과 기판 (12)가 성장 표면의 평면에서 각회전하도록, 모터에 기계적으로 연결되어 있을 수 있다. 본 발명의 몇가지 구체예에서, 샤프트(16)은 기판 (12)와 기판 캐리어 (18)을 낮은 회전 속도로, 좋기로는 1 내지 20 Hz 범위로 회전시키는 것이 좋다. 다른 구체예에서, 개선된 성장속도, 표면 화학, 및/또는 막 균일성 등의 요구사항이 요구되는 경우라면, 보다 높은 회전 속도를 이용하여 이를 만족시킬 수 있다. 따라서, 한가지 구체예에서, 성장 반응기 (10)은 기판 캐리어를 회전시키도록 설정된 디바이스를 추가로 포함할 수 있다.
반응 대역 (32)는 에피택셜층의 성장을 위해 기판 (2) 위에 제공된다. 기판 (12)의 반대쪽 반응 대역 (32) 위에 샤워헤드 인젝터 (24)가 위치할 수 있다. 샤워헤드 인젝터 (24)는 플로우 채널 26에 대해 수직한 방향으로 기판 표면 상에 제2 반응성 유액 세트를 인젝션하도록 설정될 수 있다. 샤워헤더 인젝터 (24)는 일반적으로 제2 반응성 유액 세트를 성장 표면 상에 균일하게 분포시키도록 설정될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 샤워헤드 인젝터 (24)는 다공성 유리, 세라믹 또는 금속 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 샤워헤드 인젝터 (24)는 챔버 (22)로부터 반응 대역 (32)쪽으로 통하는 복수개의 도관을 갖는 분포 블럭을 포함할 수 있다. 도관 (20)은 챔버 (22)에 제2 반응성 유액 세트를 공급하기 위해 제공될 수 있다.
몇몇 구체예에서, 플로우 채널 (26)을 통해 수송되는 반응성 유액의 비제한적인 예로는 암모니아 [NH3], 디메틸히드라진 [(CH3)2N(NH2)], 또는 t-부틸아민[(CH3)3CNH2]을 포함하는 V족 전구체일 수 있다. 제2 반응성 유액 세트는 트리메틸인듐 [In(CH3)3] ("TMI"), 트리메틸알루미늄[Al(CH3)3] ("TMA"), 또는 트리메틸갈륨 [Ga(CH3)3)] ("TMG")와 같은 유기금속 전구체를 포함(그러나 이에 한정되지 않는다)하는 III족 반응 전구체를 포함할 수 있다. 반응성 유액(들)은 반응 대역으로 수송되거나 또는 캐리어 가스 스트림 내로 임베딩되거나 또는 액상 형태로 기판에 인젝션될 수 있다.
기판(12)의 온도 뿐만 아니라 반응 대역 (32)의 온도 역시도 가열 부재 914)를 통하여 기판 캐리어 (18)로 유도적으로 또는 전도적으로 열을 전달함으로써 조절할 수 있다. 반응 대역 (32)의 압력은 성장 반응기 (10)과 외부 압력 용기 사이의 불활성 가스와 캐리어 가스의 압력을 조정함으로써 제어할 수 있다. 안정적인 조작을 위하여 성장 반응기 (10)과 외부 압력 용기 사이의 차압 조절을 이용할 수도 있다. 성장 반응기 (10)은 대기압과 수퍼-대기압에서도 작동할 수 있기는 하지만, 성장 반응기 (100은 반응기 압력 도베인 2 내지 100 bar를 포함하여 수퍼-대기압에서 작동하는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 구체예에서, 성장 반응기 (10)은 2 내지 30 bar의 반응 압력 도메인에서 작동할 수도 있다.
제1 반응성 유액 세트의 예열을 위하여, 두 번째 가열 부재 (28)을 기판 (12)의 상류에 제공할 수 있다. 이 가열 부재는 제1 반응성 유액 세트의 분해 동력학의 독립적인 제어를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 제2 반응성 유액 세트의 분해 동력학을 제어할 수 있도록 해주는, 제2 반응성 유액의 예열을 위하여, 세번째 가열 부재 (30)을 제공할 수 있다. 플로우 채널 (26)을 통해 인젝션된 반응성 유액과의 반응을 회피하고 각각의 반응성 유액 세트들의 분해 동력학의 독립적인 제어를 위하여, 가열 부재 (30)을 반응 대역 (32)로부터 격리시킬 수 있다.
도 3a와 3b에 도시된 바와 같이, 성장 반응기 (10)을 주변 대기압 하에 노출시킴이 없이, 성장 반응기 (10)의 내부 또는 외부로 기판(12)를 로딩 및/또는 언로딩시키기 위하여 "로드 락(load lock)" 시스템을 제공할 수 있다. 이 시스템은 성장 반응기 (10)으로부터 기판(12)를 삽입 또는 제거하기 위하여 분리 챔버 (34)를 이용할 수 있다.
수퍼-대기압 반응기 (80)의 또 다른 구체예가 도 5에 도시되어 있다. 이 구체예에서는, 기판 캐리어 (86)이 기판 캐리어 (86)을 감싸고 있는 RF 코일 (84)에 의한 RF 커플링을 통해 유도적으로 가열될 수 있다. 두 번재 가열기 (82)는 반응성 유액의 플로우 경로에 인접 위치하여, 반응성 유액이 반응 대역에 도달하기 전에 이들을 가열할 수 있다.
성장 방법( Growth Methods )
또 다른 측면에서, 기판 상에 에피택셜 층과 헤테로구조를 성장시키는 방법이 제공된다. 먼저, 기판 캐리어 상에 위치할 수 있는 기판의 성장 표면을 반응 대역과 마주하여 위치시킨다. 그 후, 제1 반응성 유액은 성장 표면에 평행한 방향인 제1 플로우 방향으로 성장 표면 위로 반응 대역 내로 공급시키고, 제2 반응성 유액은 성장 표면 상의 제2 플로우 방향으로 반응 대역 내로 공급시킬 수 있는데, 여기서 상기 제2 플로우 방향은 제1 플로우 방향과 각도적으로 옵셋되어 있는 것이다. 구조화학 이론에 한정됨이 없이, 이어서, 제1 반응성 유액과 제2 반응성 유액은 반응 대역에서 전구체 단편으로 분해될 수 있고, 이것은 다시 성장 표면으로 확산되어 기판의 성장 표면에서 화학-흡수 및/또는 물리-흡수될 수 있다. 본 발명에서 "각도적으로 오프셋(angularlly offset)"되었다는 용어는 플로우 방향을 특징짓는데 사용되며, 교차각에서 있을 수 있는 플로우 벡터를 지칭하는 것이다.
몇 가지 구체예에서, 이 방법은 반응 대역에서 수퍼-대기압을 유지하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 몇몇 구체예에서, III족-질화물 합금의 에피택셜 층의 성장은 반응 대역에서 2 내지 100 bar의 수퍼-대기압에서 수행될 수 있다. 또 다른 구체예에서, III족-질화물 합금의 에피택셜층의 성장은 반응 대역 내에서 2 내지 30 bar의 수퍼-대기압에서 수행될 수 있다. 성장 반응기의 압력은 일반적으로 소망되는 압력 및 유속으로 캐리어 가스를 반응 대역 내로 공급함으로써 유지시킬 수 있다.
이하의 몇가지 구체예를 통해 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 반응 대역의 압력 및 캐리어 가스와 반응성 유액들의 총 부피 유속은 특이적인 III족-질화물 합금의 에피택셜 막 성장이 일어나는 동안 일정하게 유지되도록 제어될 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 반응성 유액들을 반응 대역 내에서의 총 유속이 일정하게 유지되도록, 캐리어 가스 내로 임베딩시킬 수 있다. 임베딩 및 인젝션 계획은 반응 대역을 통한 캐리어 가스와 반응성 유액의 총 부피 유속의 변동을 방지하도록 정확하게 제어될 수 있다. 따라서, 작동 압력에서의 펄스가 점하는 부피와 실제로 동일한 캐리어 가스의 부피의 일부를 반응성 유액의 펄스가 대신할 수 있다. 성장시키고자 하는 III족-질화물 합금의 각각의 특이적인 에피택셜층은 상이한 압력 영역을 요구할 수 있다. 상이한 압력 영역에서 성장된 서로 다른 III족-질화물 합금들 간의 트랜지션(transition)은 제어된 압력 트랜지션 영역들을 이용함으로써 달성될 수 있고, 여기서 압력은 성장중의 에피택셜 층의 품질에 영향을 미칠 수도 있는 압력 변동을 일으킴이 없이 램프업/램프다운된다.
몇몇 구체예에서, 이 방법은 반응 대역에서 성장표면을 회전시키는 한편 제1 반응성 유액과 제2 반응성 유액을 반응 대역 내로 공급하는 것을 추가로 포함한다. 이러한 회전은 성장 표면에 반응성 유액을 균일하게 분포시키는 것을 도와준다.
뿐만 아니라, 몇몇 구체예에서, 이 방법은 상기 제1 반응성 유액과 제2 반응성 유액이 실제로 동시에 반응 대역 중에 존재하도록, 제1 반응성 유액을 첫 번째로 반응기에 인젝션하고 제2 반응성 유액을 두 번째로 반응기에 인젝션하는 것을 포함한다. 본 발명에서 반응성 유액들의 상대적인 도달 시간을 설명하는데 사용되는 "실제로 동시에"라는 용어는 일반적으로, 제1 반응성 유액과 제2 반응성 유액이 이들 반응성 유액 중 어느 하나가 먼저 도착하거나 또는 다른 반응성 유액보다 반응 대역 내에 보다 오래 존재한다고 해도, 반응 대역 중에 동시에 존재하는 것을 일반적으로 의미한다. 몇가지 구체예에서, 이 방법은 반응 대역 중에 가스상 성분 및/또는 반응성 유액의 조성을 실시간으로 모니터링 및 제어하는 것을 더 포함한다.
몇가지 구체예에서는, 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트가 교대로 III족 반응성 유액과 V족 반응성 유액을 포함한다.
다시 도 3a로 돌아가서, 본 발명의 방법은 제1 반응성 유액 세트를 성장 표면과 평행한 플로우 방향으로 기판 (12)의 성장 표면 상으로 반응 대역 (32)에 전달시키는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 반응성 유액 세트는 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이 플로우 채널 (26)을 통해 반응성 대역 (32)로 전달될 수 있다. 제2 반응성 유액 세트는 기판 (12)의 성장 표면 상에서 제2 플로우 방향으로 반응성 대역 (32)내로 인젝션될 수 있다. 예를 들어, 제2 반응성 유액 세트는 도 3a에 도시된 바와 같이 밀접하게 커플링된 샤워헤드 인젝터 (24)를 통해 반응기 대역 (32) 내로 인젝션될 수 있다. 제2 플로우 방향은 제1 반응성 유액 세트의 플로우 방향에 대해 실제로 수직일 수 있다.
몇몇 구체예에서, 반응성 유액들을 시한 펄스(timed pulses)로 반응 대역 932)에 인젝션시킬 수 있다 (즉, 구성성분 가스들의 플럭스를 시간적으로 제어함). 도 3a와 3b의 성장 반응기 (10)은 특히 이러한 인젝션 방법에 알맞다.
도 4는 반응성 유액들이 공통의 플로우 경로 내로 인젝션되는 펄스 인젝션 계획을 도시한 도면이다. 설명 목적을 위해, 독자는 교번 펄스로서 도 3의 성장 반응기 (10)의 플로우 채널 (26)을 통해 인젝션되는 각각의 반응성 유액을 상상할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, TMI 펄스를 캐리어 가스 흐름 (예컨대 N2) 내로 인젝션 한 다음 이어서 암모니아 펄스를 인젝션할 수 있다. 이 실시예에서는 반응 대역 내의 압력 뿐만 아니라 총 가스 플로우 (캐리어 가스 플러스 임베딩된 반응성 유액들)가 항상 일정하게 유지될 수 있다.
일정 세트의 기간 후, 각각의 반응성 성분이 반응 대역 및 기판 (12)의 성장 표면에 도달한다. 이 기간 동안 펄스가 인젝터로부터 기판 (12)로 전달되는데, 펄스는 플로우 채널 (26)의 경계부에서의 유속 감소로 인해 폭이 넓어질 수 있다. 이로 인해 임베딩된 반응성 유액 펄스의 어떤 중복이 야기될 수 있는데, 이것은 암모니아와 TMI의 두가지 모두가 플로우 채널(26)에 존재함으로 해서, 기판 (12)에 반응성 유액들이 도달하기 전에 반응성 유액들과 관련된 가스상 반응이 일어날 수도 있는 이 실시예에서도 그러하다.
III족 및 V족 반응성 유액들을 서로 다른 경로를 통해 반응성 대역 (32) 내로 주입함으로써, 도 3a와 3b의 성장 반응기 (10)이 에피층들이 생성되는 조건을 정밀하게 제어하는데 매우 적합할 수 있을 것으로 이해된다. 예를 들어, 반응성 유액(예컨대 III족 및 V족 반응성 유액)의 인젝션 경로를 분리할 경우 플로우 채널 (26)에서의 반응성 유액들의 잠재적인 반응이 크게 저하 또는 완전히 제거될 수 있음으로 해서, 최적 타이밍 및/또는 펄스의 보다 밀접한 스페이싱으로 각각의 반응성 유액들을 도입시키는 것이 가능할 수 있다. 이에 따라, 최적화된 반응성 유액 재료를 각각의 펄스에서 사용하여 보다 빠른 성장 속도를 달성하는 것이 가능해질 수 있다.
몇가지 구체예에서, 반응기를 통한 캐리어 가스와 반응성 유액들의 총 부피 유속 및 반응 대역의 압력은 특이적인 조성의 막/합금 배합의 성장 프로세스를 통해 일정하게 유지될 수 있다. 반응 대역에서의 실제로 일정한 압력, 실제로 일정한 평균 유속 및/또는 반응기를 통한 실제로 일정한 총 부피 유속을 유지하기 위해, 캐리어 가스의 유속을 밸런싱하는 한편 반응기 내로 반응성 유액의 계략된 펄스를 인젝션하기 위해 컨트롤 시스템을 제공할 수 있다. 따라서, 반응성 유액을 게략된 펄스로, 캐리어 가스 스트림 내로 인젝션시킬 수 있으며 여기서 각각의 펄스는 기간(duration)과 진폭(amplitude) 두가지 모두에 대해 계량될 수 있다. 펄스의 진폭은 펄스 중의 반응성 유액의 평균 부피 유속에 대응하며, 기간과 진폭의 생성물은 펄스에 대한 반응성 유액의 총 부피와 같다. 뿐만 아니라, 각각의 펄스는 캐리어 개스만이 반응기 내로 인젝션되는, 미리 정해진 간격에 의해 후속적인 펄스로부터 분리될 수 있다. 이들 조절 변수(기간, 진폭 및/또는 분리) 각각은 각층 합금의 소정의 공정 변수와 그의 조성에 따라 자동적으로 조절 및 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 수행되는 방법의 한가지 구체예는 반응 대역 중의 가스상 조성들의 조성과 공간 분포를 실시간으로 모니터링하여 제어하는 것을 더 포함한다.
컨트롤 시스템
또 다른 측면에서, 수퍼-대기압 성장 조건을 이용한 반도체 품질의 헤테로구조를 성장시키기 위하여 컨트롤 시스템이 제공될 수 있다. 컨트롤 시스템은 기판 상에 막을 성장시키기 위한 반응 대역을 갖는 성장 반응기 내로 제1 및 제2 반응성 유액을 인젝션시키는 것을 제어할 수 있다. 컨트롤 시스템은 캐리어 가스를 수퍼-대기압 반응기에 공급하도록 조정된 캐리어 가스 소스 및 수퍼-대기업 반응기로 제1 반응성 유액을 공급하도록 설정된 제1 반응성 유액 소스와 수퍼-대기압 반응기로 제2 반응성 유액을 공급하도록 설정된 제2 반응성 유액 소스를 포함하는, 수퍼-대기압 반응기 내로 복수종의 반응성 유액들을 공급하도록 설정된, 복수종의 반응성 유액 소스를 포함하여 이루어진다. 제1 반응성 유액 세트의 수퍼-대기압 반응기로의 흐름을 개시, 중단 또는 조절하는 제1 액츄에이터 및 제2 반응성 유액 세트의 수퍼-대기압 반응기로의 흐름을 개시, 중단 또는 조절하는 제2 액츄에이터를 포함하는 복수개의 액츄에이터 역시도 제공될 수 있다. 컨트롤러 역시도 제공될 수 있는데 이것은 반응 대역을 통해 총 부피 유속과 반응 대역 중의 압력을 실제로 일정하게 유지시키는 한편, 캐리어 가스 내로 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트를 임베딩시키기 위해 복수개의 액츄에이터를 제어하도록 설정될 수 있다.
또 다른 구체예에서, 컨트롤 시스템은 캐리어 가스를 비반응상(non-reacting phase)에서 반응 대역을 통해 제1의 일정한 부피 유속으로 공급하도록 설정될 수 있는데, 여기서 상기 제1의 일정한 부피 유속은 상기 총 부피 유속과 실질적으로 동일하다. 반응상 동안, 반응 대역을 통과하는 캐리어 가스의 부피 유속이 감소하여, 반응 대역을 통과하는 반응성 유액들의 부피 유속을 상쇄시킬 수 있다. 컨트롤 시스템은 또한 약 2 내지 약 100 bar, 또는 약 2 내지 약 30 bar의 반응 대역에서 일정한 압력을 유지시키도록 설정될 수도 있다. 본 발명에서 "일정한 압력" 및 "실질적으로 일정한 압력"이라는 용어들은 상호 호환되어 사용될 수 있으며 일반적으로, 기판 상에서 막을 성장시킬 때 반응 대역의 압력이 유의적으로 변하거나 변동하지 않음을 가리키는 용어이다. 따라서, 만일 비반응상 (즉, 캐리어 가스만이 반응 대역을 통해 공급되는 때) 동안, 반응 대역의 압력이 반응상(즉, 반응성 유액이 캐리어 가스 내로 임베딩되는 때) 동안의 압력과 동일하거나, 그 차이가 약 0.01 bar 미만이라면, 반응 대역의 압력은 "실질적으로 일정"하다고 할 수 있다.
몇가지 구체예에서, 컨트롤 시스템은 III족 및 V족 반응성 유액을 반응기 내로 인젝션할 때 이용될 수 있다.
반응성 유액의 펄스를 캐리어 가스 스트림 내로 인젝션하기 위한 컨트롤 시스템이 도 9a-9e에 도시되어 있다. 이 컨트롤 시스템은 유액 서킷을 통한 반응기(100) 내로의 반응성 유액 및 캐리어 가스(예컨대 질소)의 플로우를 조절하기 위한 복수개의 밸브를 포함한다. 별법으로, 이와 동등한 장치로서, 보다 정교한 기계적인 인젝션 시스템, 예컨대 회전 실린더 인젝터 또는 복수개의 밸브를 모방하는 다른 유형의 매니폴드를 이용할 수도 있다. 캐리어 가스는 인입 가스 공급기 (104)와 압착 가스 공급기 (108)로부터 공급될 수 있다. 인입 가스 공급기 (104)는 반응기 (100)에 있어서의 소정의 유속을 만족하는데 충분한 유속으로 서킷에 캐리어 가스를 제공해줄 수 있다. 압착 가스 공급기 (108)은 반응 대역에서 필요한 압력을 유지 및/또는 필요한 유액 서킷 부분을 가압하는데 요구되는 만큼, 서킷에 캐리어 가스를 제공할 수 있다. 도 9a-9ㄷdp 도시된 컨트롤 시스템은 캐리어 가스 내로 반응성 가스의 펄스를 임베딩시키기 위한 가능한 한가지 컨트롤 시스템을 예시한 것에 불과함을 이해하여야 한다. 본 발명의 방법을 실시하기 위하여, 캐리어 가스 스트림 내로 반응성 유액들을 임베딩시키기 위해 다른 다양한 유액 서킷을 얼마든지 설정하여 사용할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 9a는 복수개의 밸브들이 디폴트 위치에서 개폐될 때, 반응성 유액과 캐리어 가스의 플로우 경로를 제어할 수 있는 가능한 밸브 제어 배치도를 도시한 도면이다. 이 배치에서는, 반응성 유액이 드레인(배출구)로 라우팅되는 한편 반응기 (100)으로 일정 유속의 캐리어 가스가 공급될 수 있다.
반응성 유액 "펄스"를 만들기 위해, 도 9b의 플로우 경로에 도시된 바와 같이 밸브를 개폐시킬 수 있다. 캐리어 가스 플로우는 동일하게 유지되지만, 반응성 유액 플로우는 정확하게 계량된 부피의 반응성 유액을 반응기 (100)에 공급된 캐리어 가스 내로 삽입 및 보유되도록 설정될 수 있는, 충전 저장용기 (102)를 포함하는 유액 서킷을 퍼징(purge)하기 위해 밸브를 개폐시킴으로써 재라우팅(rerouted)될 수 있다. 서킷이 퍼지된 직후, 도 9c에 도시된 바와 같이, 충전 저장용기 (102)를 전구체 공급기(106)으로부터의 소정 부피와 압력의 반응성 유액으로 충전하기 위해 밸브를 닫을 수 있다. 일단, 소정 부피의 반응성 유액이 충전 저장용기 (102)에 공급되면, 반응성 유액의 부피는 압착 가스 공급기 (108)로부터의 캐리어 가스에 의해 압착되어, 도 9d에 도시된 바와 같이 인입 가스 공급기 (104)에 의해 공급되는 유액 서킷 및 반응 대역 (100)의 압력과 정확히 매칭될 수 있다.
반응기(100)에 충전 반응용기 (102) 중의 반응성 유액의 펄스를 제공하기 위해, 도 9e에 도시된 바와 같이 적절한 밸브를 개폐시켜 충전 저장용기 (102)를 통해 반응기 (100)으로 플로우를 배향시키기 위해 인입 가스 공급기 (104)로부터의 캐리어 가스 플로우를 재라우팅시킬 수 있다. 캐리어 가스는 반응성 유액의 펄스를 반응기(100)으로, 반응성 유액이 다른 반응성 유액과 반응할 수 있는 반응성 대역으로 이동시킨다.
이제, 전술한 공정들을 필요한 만큼 반복시킴으로써 반응기 (100)에 반응성 유액의 펄스를 순차적으로 공급할 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 저장 반응용기 (102)를 여러가지 수준으로 충전시킴으로써, 반응기 (100)의 반응 대역 내로 공급되는 반응성 유액 펄스의 부피 농도를 변경시킬 수 있다. 또한, 인입 가스 공급기 (104)로부터의 캐리어 가스의 일부는 충전 반응용기 (102)를 우회하여 펄스의 진폭 또는 부피 유속을 다양하게 만들 수 있다.
컨트롤 시스템은 또한 밸브를 프로그램가능한 스케쥴로 작동시켜주는 프로그램가능한 컨트롤러를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 펄스 기간, 펄스 진폭, 및 펄스 분리등의 전술한 변수들을 제어할 수 있다.
뿐만 아니라, 개선된 실시간 광학 검출장치(예컨대, UV-VIS-IR, FTIR, 라만 분광기)를 컨트롤러에 탑재시켜 에피택셜막의 실시간 특징화 데이터 뿐만 아니라, 근접한 루프 피드백 컨트롤 데이터를 컨트롤러에 대한 인풋으로서 제공할 수 있다. 이러한 특징화 프로세스 및 제어방법학은 일반적으로 V. Woods 및 N. Dietz, InN growth by high - pressures chemical vapor deposition : Real - time optical growth characterization, Mater. Sci. & Eng. B 127(2-3) pp 239-250 (2006); I. P. Herman, Optical Diagnositcs for thin Film Processing (Academic Press Inc., New York, 1996); D. E. Aspnes 및 N. Dietz, Optical Approaches for Controlling Epitaxial Growth, Applied Surface Science 130-132 pp. 367-376 (1998); 및 N. Dietz, Real - time optical Characterization of thin film growth, Mater. Sci. & Eng. B87(1), pp.1 - 22 (2001)에 설명되어 있다.
이제까지의 설명에 더하여, 인듐이 풍부한 III족-질화물 합금 상의 성장에 있어서의 본 발명의 적용예를 보다 구체적으로 설명하기 위하여 다음에 실시예를 제공한다. 그러나 이들 특정 실시예와 조성으로 III족-질화물이나 헤테로 구조가 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 설명된 방법, 반응기 및 컨트롤 시스템은, 산화물 기반 유전체나 기타 화합물 반도체와 같이, 막 합금 구성성분들의 분압이 매우 다른 재료 시스템에 대하여도 적용될 수 있는 것이다.
도 1은 일반적인 III족-질화물 화합물 반도체의 열분해 압력을 도시한 그래프이다.
도 2a-b는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 기판 재료 상에서 성장된 예시적인 헤테로구조를 도시한 다이아그램이다.
도 3a는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적인 수퍼-대기압 반응기의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적인 수퍼-대기압 반응기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 펄스 인젝션 반응도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 외부 압력 구속(pressure-confining) 용기 내로 내장되는, 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 예시적인 수퍼-대기압 반응기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 반응성 유액 인젝션 사이클과 비교한, 자외선-가시광선(UV-Vis) 흡수 스펙트럼으로 모니터링한, 반응 대역에 있어서의 실시간 가스 조성물을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따라 서로 다른 시간 대에 트리메틸인듐(TMI)와 트리메틸갈륨(TMG) 전구체를 인젝션한 경우의 인젝션 반응도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 여러가지 조성물 (x = 0.00, 0.04, 0.09, 0.18, 0.31 및 0.63)의 In1 - xGaxN 막을 도시한 X선 회절 그래프이다.
도 9a-e는 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따은 원자 수준의 조성물 제어 및 캐리어 가스 내로 반응성 유액 펄스를 집어넣기(embedding) 위한 방법 및 컨트롤 시스템을 도시한 도해도이다.
도 10은 본 발명의 하나 이상의 구체예에 따른 In1 - xGaxN 및 IN의 성장 온도 대 압력을 도시한 그래프이다.
실시예
실시예 1: 가스 및 표면 반응 화학 컨트롤
설명된 HPCVD 반응기에 있어서, UV-Vis 흡수 분광학과 같은 다양한 흡수 분광기술을 이용하여 성장 표면 상의 가스상 구성성분들의 동력학을 분석할 수 있다. 몇가지 분석법들이 V. Woods 및 N. Dietz, InN growth by high - pressures chemical vapor deposition : Real - time optical growth characterization, Mater. Sci. & Eng. B 127(2-3) pp 239-250 (2006)에 보다 상세히 설명되어 있다.
도 6은 정상상태의 InGaN 성장 조건 동안 222.8 nm에서 성장표면 상에서 모니터링된 실시간 UV-Vis 흡수 트레이스 및 InGaN 성장 동안 사용된 대표적인 반응성 유액 플럭스 인젝션 반응도를 도시한 도면이다. 이 실시예에서는, TMI와 TMG 반응성 유액을 동시에 인젝션하였다.
그래프의 상단부는 캐리어 가스와 반응성 유액의 전구체 플럭스를 시간에 대해 도시한 것이다. 이 그래프에 도시된 바와 같이, 반응기를 통한 총 부피 유속은 인젝션 사이클 시퀀스 내내 일정하게 유지되었다. 3가지 인젝션 사이클이 도시되어 있다. 각각의 사이클은 캐리어 가스에 임베딩된 NH3 펄스와 함께 시작되었다. 펄스의 폭은 펄스의 기간(이 실시예에서, 1.5초)를 나타내고, 펄스의 면적은 캐리어 가스 내에 임베딩된 NH3의 총 부피를 나타낸다. NH3 펄스 다음에 캐리어 가스만이 반응기 내로 인젝션되는 기간이 이어졌다. 그 직후, 제2의 반응성 유액들인 TMI와 TMG의 펄스가 캐리어 가스 내로 인젝션되었다. NH3의 펄스와 TMI/TMG의 펄스들 간의 기간은 펄스 분리로 칭할 수 있다. TMI/TMG의 인젝션과 다음 번의 NH3 펄스 사이에 두 번째 펄스 분리가 제공되었다. 이 다음번의 NH3 인젝션이 새로우누 ㅇ인젝션 사이클의 출발점이 된다.
도 6의 하단부는 반응성 유액이 특징적인 흡수도 (이 실시예에서, λmax = 222.8 nm)를 나타낼 때의 파장에 있어서의 실시간 UV-흡수 트레이스를 도시한 것이다. 성장 표면 상에 상기한 반응성 유액이 도달했는지 여부는 UV-Vis 트레이스를 통해 관찰할 수 있으며 각각의 반응성 유액 구성성분과 상관된다. 실시간 UV-Vis 트레이스 분석을 이용하는 그래프의 상단부에서 인젝션 시퀀스를 제어함으로써, 공정 조건을 최적화하는데 있어서 필수적인 툴(tool)인, 가스상 및 표면 반응의 정밀한 엔지니어링이 가능하다. 각각의 바응성 유액 펄스의 길이 뿐만 아니라 반응성 유액들 간의 펄스 분리를 조정하는 것을, 성장 조건을 최적화하기 위한 공정 제어 변수로서 이용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, TMI와 TMG를 별도의 개별적인 펄스로서 인젝션하여 또 다른 공정 컨트롤 변수를 제공할 수 있다. InAlGaN과 같은 3성분계 합금의 성장에는, 별도의 펄스 인젝션이 특히 유리할 수 있다. 특히, 3성분계 InGaN 합금 형성, 상분리(phase segregations) 제어, 서브-단층 레벨 상에서의 서로 다른 TMI 및 TMG 성장 화학을 상쇄하기 위하여 이러한 성장 계획을 이용할 수 있다. 예를 들어, 각각의 시퀀스는 형성되는 합금의 가스 및 표면 화학에 알맞게 적용될 수 있다. 서열은 예컨대 각각의 시퀀스가 독특한 펄스 분리 타이밍을 가질 수 있다. 또한, 전구체 펄스 길이를 조정함으로써, 각각의 시퀀스는 특이적인 분압에 알맞게 조정된 독특한 V족/III족 반응성 유액 비율을 가질 수 있다. 시퀀스 각각은 표적화된 재료 조성을 엔지니어링하기 위해 특정량의 재료를 증착시키기 위해 무수히 많이 반복될 수 있고, 재료 합금/상호혼합 공정, 비유사 재료들에 있어서의 상분리 공정, 또는 2차-3차-나노 복합재의 형성, 퀀텀 도트(quantum dots), 또는 퀀텀 웰(quantum wells)의 형성을 상쇄하기 위하여 추가로 조정될 수도 있다.
실시예 2: HPCVD에 의한 InGaN 성장
HPCVD에 의하여 성장된 In1 - xGaxN 층들의 구조적 특성에 대한 최초 결과가 ㄷ도 8에 도시되어 있다. 도 8은 동일한 성장 온도 및 15 bar의 반응기 압력에서 성장된 In1 - xGaxN 층들의 X선 회절(XRD) 결과를 나타낸 도면이다. 갈륨 조성은 x = 0.0, 0.04, 0.09, 0.18, 0.31 및 0.63으로 변하였다. 성장 온도는 x 값이 x=0.4보다 적을 때는 일정하게 유지되고 x=0.63인 경우 50℃ 증가되었다. InGaN(0002) Bragg의 위치와 반치폭(full-width-half-maximum:FWHM)은 성장된 층들의 구조 품질과 조성의 척도이다. 본 발명에서 "구조 품질(structural quality)"라 함은 FWHM으로 측정되는, 에피택셜층의 결정 완벽성을 가리킨다. LED의 경우, FWHM이 약 200 아크초 미만이면 구조 품질이 우수하다고 말한다. LD의 경우, FWHM이 약 50초 미만이면 구조 품질이 우수하다고 할 수 있다. 2성분계 InN 합금 (x = 0.0)은 InN(0002) Bragg 리플렉스 FWHM이 200 아크초 미만인데, 이 값은 LED에 사용하기에 적합한, MBE 성장 층에 대하여 보고된 값과 유사한 값이다. 도 7에 도시되니 바와 같이, 칼륨의 혼입량이 증가함에 따라 InGaN(0002) Bragg 리플렉스는 보다 높은 2Θ값 (격자 상수의 수축)으로 이동하고 Bragg 리플렉스의 FWHM은 증가한 것으로 관찰되었다.
x = 0.1 내지 x = 0.30 범위의 갈륨 농도의 경우, 2개의 Bragg 리플렉스가 관찰되었는데, 이는 서로 다른 조성의 구별되는 상들이 존재함을 가리키는 것이다. 그러나, 사파이어 기판에서 성장한 동일 조성 범위의 InGaN 층들은 InGaN(0002) Bragg 리플렉스가 가리키는 바와 같이, 단일한 상 거동을 나타내었다.
실시예 3: 반응 압력 대 성장 온도의 관계
InN 및 In0 .85Ga0 .15N에 있어서의 성장 온도와 반응기 압력 간의 관계에 대한 초기 결과를 도 10에 도시하였다. 도 10에 도시된 바와 같이, InN에 대한 포텐셜 성장 온도는 약 6.6 ℃/bar만큼 증가할 수 있고, 이는 20 bar 반응기 압력에서 약 880℃의 InN 성장 온도를 결과시킨다. x = 0.15인 In1 - xGaxN의 경우, 기울기(압력 증가의 선형 함수로서의 성장 온도의 증가를 가리킨다)는 약 6.0 ℃/bar로 서서히 감소한다. 도 10에 도시된 바와 같은, 반응기 압력 증가와 함께 성장 온도의 증가는, 광범위한 조성 범위의 x에서 In1 - xGaxN 에피층들을 집적하여야 하는, In1 - xGaxN 디바이스 구조들을 성장시키기 위한 HPCVD의 장점을 입증해준다.
이제까지 본 발명에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 다양한 방식으로 변화될 수 있음은 자명하다. 이러한 변화는 본 발명의 정신과 본 발명의 범위로부터 일탈되는 것이 아니며, 이러한 모든 변형 역시 첨부된 특허청구범위에 포함됨이 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (40)

  1. 첫 번째 III족-질화물 합금을 포함하는 제1 에피택셜층; 및
    상기 제1층 위에 접촉되어 있는, 두 번째 III족-질화물 합금을 포함하는 제2 에피택셜층
    을 포함하여 이루어지는 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조로서;
    여기서 상기 첫 번째 III족-질화물 합금은 두 번째 III족-질화물 합금이 주변 대기압에서 분해되는 최소 온도에서, 주변 대기압에서 분해되는 합금이고;
    상기 첫 번째 III족 질화물 합금은 두 번째 III족-질화물 합금이 증착되는 온도 및 수퍼-대기압에서는 분해되지 않는 합금인 것인, 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  2. 제1항에 있어서, 첫 번째 III족-질화물 합금은 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물 또는 인듐 질화물인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  3. 제1항에 있어서, 두 번째 III족-질화물 합금은 알루미늄 질화물, 갈륨 질화물 또는 인듐 질화물인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  4. 제1항에 있어서, 첫 번째 III족-질화물 합금은 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x- yAlxGayN인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  5. 제4항에 있어서, x와 y는 약 0.65 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  6. 제4항에 있어서, x와 y는 약 0.50 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  7. 제4항에 있어서, x와 y는 약 0.35 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  8. 제4항에 있어서, x와 y는 약 0.25 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  9. 제4항에 있어서, x와 y는 약 0.15 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  10. 제4항에 있어서, x와 y는 약 0.10 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  11. 제1항에 있어서, 두 번째 III족-질화물 합금은 In1 - xGaxN, In1 - xAlxN, 또는 In1 -x- yAlxGayN인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  12. 제11항에 있어서, x와 y는 약 0.65 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  13. 제11항에 있어서, x와 y는 약 0.50 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  14. 제11항에 있어서, x와 y는 약 0.35 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  15. 제11항에 있어서, x와 y는 약 0.25 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  16. 제11항에 있어서, x와 y는 약 0.15 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  17. 제11항에 있어서, x와 y는 약 0.10 미만인 것인 열역학적으로 안정한 반도체 헤테로구조.
  18. 압력을 약 100 bar 이하로 구속할 수 있는 인클로져;
    플로우 채널 성장 반응기 내의 반응 대역에서 기판을 지지하도록 조정된 기판 캐리어;
    에피택셜층의 성장을 위한 기판 상의 성장 표면;
    제1 반응성 유액 세트의 플로우를 성장 표면 상의 제1 플로우 방향으로 배향시키도록 조정된 플로우 채널; 및
    제2 반응성 유액 세트가 제1 반응성 유액 세트와 반응하거나 또는 분해되어 성장 표면 상에 반응 생성물막을 증착시키도록, 제2 반응성 유액 세트를 반응 대역 내로 인젝션하도록 조정된 반응 대역에 인접한 인젝터
    를 포함하여 이루어지는 반응기 장치.
  19. 제18항에 있어서, 기판 캐리어는 기판을 제1 플로우 방향과 실질적으로 평행한 제1 평면에 지지하도록 설정된 것인 반응기 장치.
  20. 제18항에 있어서, 인젝터는 제2 반응성 유액을 성장 표면에 균일하게 분포시키도록 설정된 것인 반응기 장치.
  21. 제18항에 있어서, 인젝터는 다공성 재료를 포함하는 것인 반응기 장치.
  22. 제18항에 있어서, 인젝터는 내부를 관통하는 복수개의 도관을 갖는 분포 블럭을 포함하는 것인 반응기 장치.
  23. 제18항에 있어서, 인젝터는 반응성 유액을 반응 대역 또는 성장 표면에 배향시키도록 설정된 것인 반응기 장치.
  24. 제18항에 있어서, 인젝터는 제1 플로우 방향과 실질적으로 수직인 방향으로 반응성 유액을 반응기 내로 배향시키도록 설정된 것인 반응기 장치.
  25. 제18항에 있어서, 인젝터 또는 플로우 채널 중 한가지는 V족 반응성 유액 소스에 유체적으로 연결된 것인 반응기 장치.
  26. 제25항에 있어서, III족 반응성 유액 소스에는 인젝터 또는 플로우 채널의 대체물이 유체적으로 연결된 것인 반응기 장치.
  27. 제18항에 있어서, 상기 장치는 반응 대역으로의 수송을 위한 캐리어 가스의 연속적 피드 내로 반응성 유액을 펄스로서 임베딩하도록 설정된 컨트롤러를 추가로 포함하며, 여기서 상기 펄스는 상기한 연속적인 피드 내에서 반응성 유액의 시공간적으로 농축된 분포를 갖는 것인 반응기 장치.
  28. 제18항에 있어서, 기판 캐리어를 회전시키도록 설정된 디바이스를 추가로 포함하는 반응기 장치.
  29. 제18항에 있어서, 인젝터는 제2 반응성 유액 세트를 제1 플로우 방향과 실질적으로 수직인 방향으로 반응기 내로 인젝션하도록 설정된 것인 반응기 장치.
  30. 반응 대역에 성장 표면을 제공하는 단계;
    성장 표면에 실질적으로 평행한 제1 방향으로 성장 표면을 지나 반응 대역 내로 제1 반응성 유액 세트를 공급하는 단계;
    성장 표면 상에 제2 플로우 방향으로 반응 대역 내로 제2 반응성 유액을 공급하는 단계로서, 상기 제2 플로우 방향은 제1 플로우 방향과 각도적으로 오프셋되는 것인 단계; 및
    제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트를 반응 대역에서 반응 또는 분해시켜 성장 표면 상에 에피택셜층들을 생성시키는 단계
    를 포함하여 이루어지는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 반응 대역에서 압력을 약 2 bar 내지 100 bar로 유지시키는 것을 더 포함하는 방법.
  32. 제30항에 있어서, 반응 대역에서 성장 표면을 회전시키는 것을 더 포함하는 방법.
  33. 제30항에 있어서, 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트가 반응 대역 내에 실질적으로 동시에 존재하도록, 제1 반응성 유액 세트를 반응기 내로 첫 번째로 인젝션하고 제2 반응성 유액 세트를 반응기 내로 두 번째로 인젝션하는 것을 더 포함하는 방법.
  34. 제30항에 있어서, 반응 대역의 총 부피 유속을 일정하게 유지시키는 것을 더 포함하는 방법.
  35. 제30항에 있어서, 제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트는 III족 반응성 유액 세트와 V족 반응성 유액 세트를 교대로 포함하는 것인 방법.
  36. 제35항에 있어서, 반응 대역 중의 가스상 성분들의 조성과 공간 분포를 실시간으로 모니터링 및 제어하는 것을 더 포함하는 방법.
  37. 수퍼-대기압 반응기에 캐리어 가스를 공급하도록 설정된 캐리어 가스 소스;
    제1 반응성 유액 세트를 수퍼-대기압 반응기에 공급하도록 조정된 제1 반응성 유액 소스 및 제2 반응성 유액 세트를 수퍼-대기압 반응기에 공급하도록 조정된 제2 반응성 유액 소스를 포함하는, 수퍼-대기압 반응기에 복수종의 반응성 유액을 공급하도록 조정된 복수개의 반응성 유액 소스;
    제1 반응성 유액 세트의 수퍼-대기압 반응기로의 흐름을 개시, 중단 또는 조절하는 제1 액츄에이터 및 제2 반응성 유액 세트의 수퍼-대기압 반응기로의 흐름을 개시, 중단 또는 조절하는 제2 액츄에이터를 포함하는 복수개의 액츄에이터;
    수퍼-대기압 반응기 내에서 성장 표면을 포함하는 반응 대역; 및
    제1 반응성 유액 세트와 제2 반응성 유액 세트를 캐리어 가스 내로 임베딩시키는 한편, 반응 대역의 압력 및 반응 대역을 통한 총부피 유속을 실제로 일정하게 유지시기 위하여 복수개의 액츄에이터를 조절하도록 설정된 컨트롤러
    를 포함하여 이루어지는 컨트롤 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 컨트롤 시스템은 캐리어 가스를 비반응상(non-reacting phase)에서 반응 대역을 통해 제1의 일정한 부피 유속으로 공급하도록 설정된 것이고, 여기서 상기 제1의 일정한 부피 유속은 실질적으로 상기 총 부피 유속과 동일한 것인 컨트롤 시스템.
  39. 제37항에 있어서, 제1 반응성 유액과 제2 반응성 유액은 III족 반응성 유액과 V족 반응성 유액을 교대로 포함하여 이루어지는 것인 컨트롤 시스템.
  40. 제37항에 있어서, 컨트롤 시스템은 반응 대역에서 압력을 약 2 bar 내지 약 100 bar로 유지시키도록 설정된 것인 컨트롤 시스템.
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