KR20140111249A - 3 족 질화물 결정 내부로의 불순물 주입을 감소시키는 알칼리토금속의 용도 - Google Patents
3 족 질화물 결정 내부로의 불순물 주입을 감소시키는 알칼리토금속의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
암모노열 방법을 사용하여 성장된 3 족 질화물 결정 내로의 불순물 혼입을 감소시키기 위하여 알칼리토금속이 사용된다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, Siddha Pimputkar, Paul von Dollen, James S. Speck, 및 Shuji Nakamura에 의해, “USE OF ALKALINE-EARTH METALS TO REDUCE IMPURITY INCORPORATION INTO A GROUP-III NITRIDE CRYSTAL GROWN USING THE AMMONOTHERMAL METHOD"의 명칭으로 2011년 10월 24일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/550,742, 대리인 사건 번호 30794.433-US-P1 (2012-236-1)의 35 U.S.C. Section 119(e) 하의 이익을 청구하며, 이 출원은 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 출원은 다음의 동시 계류중이고 공통적으로 양도된 출원과 관련이 있다:
Siddha Pimputkar, Derrick S. Kamber, James S. Speck 및 Shuji Nakamura에 의해, “USING BORON-CONTAINING COMPOUNDS, GASSES AND FLUIDS DURING AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS"의 명칭으로 2011년 5월 6일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 13/128,092, 대리인 사건 번호 30794.300-US-WO (2009-288-2), 상기 출원은, Siddha Pimputkar, Derrick S. Kamber, James S. Speck 및 Shuji Nakamura에 의해, “USING BORON-CONTAINING COMPOUNDS, GASSES AND FLUIDS DURING AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS"의 명칭으로 2009년 11월 4일에 출원된 P.C.T. 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2009/063233, 대리인 사건 번호 30794.300-WO-U1 (2009-288-2)의 35 U.S.C. Section 365(c) 하의 이익을 청구하며, 상기 출원은, Siddha Pimputkar, Derrick S. Kamber, James S. Speck 및 Shuji Nakamura에 의해, “USING BORON-CONTAINING COMPOUNDS, GASSES AND FLUIDS DURING AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS"의 명칭으로 2008년 11월 7일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/112,550, 대리인 사건 번호 30794.300-US-P1 (2009-288-1)의 35 U.S.C. Section 119(e)하의 이익을 청구한다;
Siddha Pimputkar 및 James S. Speck에 의해, “GROWTH OF BULK GROUP-III NITRIDE CRYSTALS AFTER COATING THEM WITH A GROUP-III METAL AND AN ALKALI METAL"의 명칭으로 2012년 7월 13일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 13/549,188, 대리인 사건 번호 30794.420-US-U1 (2012-021-2), 상기 출원은, Siddha Pimputkar 및 James S. Speck에 의해, “GROWTH OF BULK GROUP-III NITRIDE CRYSTALS AFTER COATING THEM WITH A GROUP-III METAL AND AN ALKALI METAL"의 명칭으로 2011년 7월 13일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/507,182호, 대리인 사건 번호 30794.420-US-P1 (2012-021-1)의 35 U.S.C. Section 119(e) 하의 이익을 청구한다; 및
Siddha Pimputkar, Shuji Nakamura 및 James S. Speck에 의해, “METHOD FOR IMPROVING THE TRANSPARENCY AND QUALITY OF GROUP-III NITRIDE CRYSTALS AMMONOTHERMALLY GROWN IN A HIGH PURITY GROWTH ENVIRONMENT"의 명칭으로 2012년 7월 13일에 출원된 P.C.T. 국제 특허 출원 일련번호 PCT/US2012/046761, 대리인 사건 번호 30794.422-WO-U1 (2012-023-2), 상기 출원은, Siddha Pimputkar, Shuji Nakamura 및 James S. Speck에 의해, “HIGHER PURITY GROWTH ENVIORNMENT FOR THE AMMONOTHERMAL GROWTH OF GROUP-III NITRIDES”의 명칭으로 2011년 7월 13일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/507,212, 대리인 사건 번호 30794.422-US-P1 (2012-023-1)의 35 U.S.C. Section 119(e) 하의 이익을 청구한다;
상기 모든 출원은 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 일반적으로 3 족 질화물 반도체 분야에 관한 것이며, 더욱 구체적으로, 암모노열 방법(ammonothermal method)을 사용하여 성장된 3 족 질화물 결정 내부로의 불순물 혼입을 감소시키기 위한 알칼리토금속의 용도에 관한 것이다.
3 족 질화물, 예를 들어 GaN의 암모노열 성장은, 용기 내에 3 족 함유 소스 재료, 3 족 질화물 종자 결정, 및 암모니아 같은 질소 함유 유체 또는 가스를 투입하는 단계, 이를 밀봉하는 단계 및 반응기가 상승 온도 (23℃ 내지 1000℃) 및 고압 (1 atm 내지 예를 들어, 30,000 atm)이 되는 조건으로 이를 가열하는 단계를 포함한다. 이러한 온도 및 압력 하에서, 상기 질소 함유 유체는 초임계 유체가 되며 보통 3 족 질화물 재료의 향상된 용해도를 나타낸다. 질소 함유 유체 내로의 3 족 질화물의 용해도는 무엇보다도 유체의 온도, 압력 및 밀도에 의존한다.
용기 내에 2 개의 상이한 영역을 생성시킴으로써, 첫번째 영역에서 용해도가 두번째 영역에서보다 크게 될 용해도 구배를 구축하는 것이 가능하다. 다음으로, 소스 재료는 바람직하게는 보다 높은 용해도 영역에 위치되고 종자 결정(seed crystal)은 보다 낮은 용해도 영역에 위치된다. 예를 들어, 자연 대류를 이용하여, 상기 2 개의 영역 사이에 유체 운동을 확립함으로써, 3 족 질화물 재료를 보다 높은 용해도 영역으로부터 보다 낮은 용해도 영역으로 수송하는 것이 가능하며, 이후 상기 3 족 질화물 재료는 보다 낮은 용해도 영역에서 자신을 종자 결정 상에 침착시킨다.
3 족 질화물 결정의 성장 동안, 폐쇄 용기 내의 불순물의 농도는 성장 전 및 성장 동안 최소로 감소되는 것이 필수적이다. 용기 내의 불순물을 감소시키는 한가지 방법은 고순도 라이너 (liner) 재료로 용기 벽을 라이닝하는 단계를 포함한다. 이것은 효율적이지만, 불순물 (예를 들어, 산소 및 물)은, 용기 벽 및 용기 내에 위치하는 재료 (예를 들어, 상이한 재료를 용기 (예를 들어, 소스 바구니)의 상이한 영역에 넣기 위해 사용되는 구조 부품과 함께 종자 결정 및 소스 재료)의 표면에 부착될 수 있으며 일단 용기가 상승 온도까지 가열되면 용매 내로 혼입될 수 있다.
또한, 불순물은 3 족 결정용 소스로서 사용되는 재료 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 다결정 GaN은 단결정 GaN 결정의 성장용 소스 재료로서 사용될 수 있다. 그러나, 상기 소스 재료는, 제조 방법에 따라 상당한 양의 산소 (> 1E19개의 산소 원자/cm3)를 포함할 수 있는데, 이러한 산소는 성장 동안 용해되어 연속적으로 방출된다. 따라서, 다른 수단 (예를 들어, 상기 시스템의 베이킹 (baking) 및 퍼징 (purging))으로 표면 오염을 제거하는 것이 가능하지만, 성장 동안 재료의 선택적인 제거가 순도를 유지하는 중요한 측면이다.
유체 내에서 불순물의 총 농도를 감소시키는 것이 이로울 수 있지만, 특정 화학 반응을 가능하게 하거나 또는 촉진시키기 위해 특정 농도를 유지시키는 것이 필요할 수 있다. 따라서, 결정의 성장에 이롭게 하기 위하여, 유체 내에서 재료를 더 높은 농도로 유지하는 것이 필요할 수 있으며, 그러나 성장 동안 결정 내로 이러한 불순물이 혼입되지 않게 하는 것이 바람직하다.
예로서, 3 족 질화물 (예를 들어, GaN)의 염기성 암모노열 성장의 경우, 성장 환경에 소듐을 포함시키는 것이 유익하다. 소듐은 초임계 용액 내로 용해될 수 있는 Ga 및/또는 GaN의 양을 증대시킨다. 전형적으로, GaN 성장의 경우 용해된 Ga 및/또는 GaN의 최고로 가능한 양을 가지는 것이 바람직한데, 이는 전형적으로 성장 속도를 향상시키고 성장 결정의 품질을 개선하기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 소듐은 성장 속도를 향상시키지만, 결정 내에서는 바람직하지 않은 원소인데, 이는 소듐이 GaN 결정의 광학적, 구조적, 및 전기적 특성을 변경시키기 때문이다.
따라서, 당해 기술 분야에서는 암모노열 성장 하에서 3 족 질화물 결정의 성장 동안 불순물 혼입을 감소시키는 개선된 방법에 대한 요구가 있다. 본 발명은 이 요구를 충족시킨다.
상술한 종래 기술에서의 한계를 극복하고, 본 명세서를 읽고 이해하면 명백해질 다른 한계들을 극복하기 위하여, 본 발명은 암모노열 방법을 사용하여 성장한 3 족 질화물 결정 내로의 불순물 혼입을 감소시키는 알칼리토금속의 용도를 개시한다.
이하에서는 도면을 참조하며, 여기서 동일한 참조 부호는 명세서 전체에 걸쳐 상응하는 부분을 나타낸다:
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 고압 용기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 고압 용기의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 방법을 예시하는 흐름도이다.
바람직한 구현예의 다음 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면이 참조되며, 본 발명이 실행될 수 있는 특정 구현예가 예시에 의해 보여진다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 구현예들이 이용될 수 있으며 구조 변화가 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
개요
3 족 질화물 결정의 성장 동안에 1종 이상의 알칼리토금속 또는 알칼리토금속 함유 화합물 또는 합금의 암모노열 성장 환경으로의 첨가는 성장 결정 내로의 불순물의 혼입을 낮추거나 및/또는 성장 환경 내의 활성 불순물의 농도를 낮춘다.
구체적으로, 본 발명은 불순물 게터 (impurity getter)로서의 알칼리토금속 함유 재료의 용도 및/또는 성장 동안에 결정 내로의 불순물의 혼입을 막기 위한 표면 관련된 효과 (예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, 계면 활성제 효과, 또는 패시베이션 층의 형성)를 위한 알칼리토금속 함유 재료의 용도를 구상한다. 특히, 본 발명은 성장 환경으로부터 산소를 제거하는 알칼리토금속의 용도 및/또는 결정 내로의 산소의 혼입을 방지하는 알칼리토금속의 용도를 포함한다.
결과적으로, 본 발명은, 감소된 불순물 흡수로 인한 더 양호한 광학 투명도를 포함하는, 더 높은 순도의 GaN 기판을 제공하기 위하여, 전자 소자 또는 광전 소자에 사용하기 위해 벌크 GaN 기판과 함께 사용될 수 있다. 실험 결과는, 본 발명을 사용하여, 벌크 GaN 결정에서의 산소 농도의 일관된 저하를 보여주었다. 방법의 재현성 및 신뢰성을 입증하기 위하여 기존의 결과에 추가적인 노력이 더해질 것이다. 추가적인 계획은 기존의 실험 결과 및 설비의 추가적인 개발 및 개선을 포함한다.
장치 설명
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 고압 반응용기(10)를 포함하는 암모노열 성장 시스템의 개략도이다. 오토클레이브인, 상기 용기는 뚜껑(12), 개스킷(14), 입구 및 출구 포트(16), 및 외부 히터/냉각기(18a 및 18b)를 포함할 수 있다. 배플 플레이트(20)는 용기(10)의 내부를 2 개의 영역(22a 및 22b)로 나누는데, 여기서 영역(22a 및 22b)는 외부 히터/냉각기(18a 및 18b)에 의하여 각각 별도로 가열 및/또는 냉각된다. 상부 영역(22a)은 1종 이상의 3 족 질화물 종자 결정(24)을 포함할 수 있고 하부 영역(22b)은 1종 이상의 3 족 함유 소스 재료(26)를 포함할 수 있으나, 이러한 위치들은 다른 구현예에서 뒤바뀔 수 있다. 종자 결정(24) 및 소스 재료(26) 모두는 전형적으로 Ni-Cr 합금으로 이루어진 바스켓 또는 다른 수용 장치 내에 포함될 수 있다. 또한, 용기(10) 및 뚜껑(12)은 다른 부품들과 마찬가지로 Ni-Cr 계 합금으로 제조될 수 있다.
마지막으로, 용기(10)의 내부는 암모노열 성장을 달성하기 위해 질소 함유 용매(28)로 채워진다. 바람직하게는, 질소 함유 용매(28)는 1% 이상의 암모니아를 포함한다.
또한, 용매(28)는 1종 이상의 알칼리토 함유 재료(30), 즉 알칼리토금속을 포함할 수 있다. 알칼리토 함유 재료(30)는 용기(10) 내에 존재하는 1종 이상의 불순물(32)에 결합하기 위한 “불순물 게터"로서 사용된다. 이러한 결합의 결과는 알칼리토 함유 재료(30) 및 1종 이상의 불순물(32) 모두로 구성된 불순물 화합물(34)이다. 알칼리토 함유 재료(30), 불순물(32) 및 불순물 화합물(34)은 임의의 상태, 즉, 초임계, 가스, 액체 또는 고체로 존재할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 알칼리토 함유 재료(30)는 다음을 포함할 수 있다: 금속성 베릴륨, 금속성 마그네슘, 금속성 칼슘, 금속성 스트론튬, 베릴륨 질화물, 마그네슘 질화물, 칼슘 질화물, 스트론튬 질화물, 베릴륨 수소화물, 마그네슘 수소화물, 칼슘 수소화물, 스트론튬 수소화물, 베릴륨 아미드, 마그네슘 아미드, 칼슘 아미드, 또는 스트론튬 아미드.
또한, 일 구현예에서, 불순물(32)은 1종 이상의 알칼리 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 성장 환경 내의 소듐의 존재를 허용하지만, 소듐이 GaN 결정 내로 혼입되는 것을 방지할 필요가 있을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 실시예는 소듐 및 GaN의 성장을 포함하지만, 어떤 의미에서 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 본 발명은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 할로겐 등과 같은 바람직한 3 족 질화물의 원소를 구성하지 않는 다른 재료들에 적용한다. 다른 실시예에서, 불순물(32)은 용기 내에 산소, 물, 산소 함유 화합물 또는 임의의 다른 재료들을 포함할 수 있다.
공정 설명
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 도 1의 장치를 사용하여 3 족 질화물 함유 결정을 획득하거나 성장시키는 방법을 예시하는 흐름도이다.
블록(36)은 1종 이상의 3 족 질화물 종자 결정(24), 1종 이상의 3 족 함유 소스 재료(26), 및 질소 함유 용매(28)를 용기(10) 내에 투입하는 단계로서, 종자 결정(24)은 종자 결정 영역(즉, 22a 또는 22b, 즉 반대편 영역(22b 또는 22a)은 3 족 함유 소스 재료(26)를 포함함) 내에 위치하고, 소스 재료(26)는 소스 재료 영역(즉, 22b 또는 22a, 즉 반대편 영역(22a 또는 22b)은 종자 결정(24)을 포함함) 내에 위치하는 단계를 나타낸다. 종자 결정(24)은 준단일 3 족 함유 결정 (quasi-single Group-III containing crystal)을 포함할 수 있으며; 소스 재료(26)는 3 족 함유 화합물, 순수 원소 형태의 3 족 원소, 또는 이들의 혼합물, 즉, 3 족 질화물 단결정, 3 족 질화물 다결정, 3 족 질화물 분말, 3 족 질화물 과립, 또는 기타 3 족 함유 화합물을 포함할 수 있으며; 용매(28)는 초임계 암모니아 또는 1종 이상의 이의 유도체를 포함할 수 있는데, 상기 유도체는 전체적으로 또는 부분적으로 초임계 상태로 존재할 수 있다. 선택적인 광화제 (mineralizer)가 또한 용기(10) 내에 존재할 수 있는데, 상기 광화제는 광화제가 없는 용매(28)와 비교할 때 용매(28) 내의 소스 재료(26)의 용해도를 증가시킨다.
블록(38)은 종자 결정(24)의 하나 이상의 표면 상에 3 족 질화물 결정을 성장시키는 것을 나타내는데, 여기서 성장을 위한 환경 및/또는 조건은 종자 결정(24) 및 소스 재료(26) 사이에 온도 구배(temperature gradient)를 형성시키는 단계를 포함하며, 이는 소스 재료 영역에서 용매(28) 내의 소스 재료(26)의 더 높은 용해도를 야기하며 종자 결정 영역에서 용매(28)내의 소스 재료(26)의 더 높은 용해도와 비교할 때, 더 낮은 용해도를 야기한다. 구체적으로, 종자 결정(24)의 하나 이상의 표면 상에 3 족 질화물 결정을 성장시키는 단계는 소스 재료 영역 온도 및 종자 결정 영역 온도를 변화시켜 소스 재료 영역 및 종자 결정 영역 사이에 온도 구배를 생성시킴으로써 발생하며, 이는 종자 결정 영역과 비교할 때 소스 재료 영역에서 용매(28) 내의 소스 재료(26)의 더 높은 용해도를 생성한다. 예를 들어, 소스 재료 영역 온도 및 종자 결정 영역 온도는 0℃ 내지 1000℃ 범위일 수 있으며, 온도 구배는 0℃ 내지 1000℃ 범위일 수 있다.
블록(40)은 상기 공정에 의해 생성된 생성물, 즉, 상술한 방법에 의해 성장된 3 족 질화물 결정을 포함한다. 상기 3 족 질화물 결정으로부터 3 족 질화물 기판이 생성될 수 있으며, 상기 3 족 질화물 기판을 사용하여 소자가 생성될 수 있다.
암모노열
성장 동안의 알칼리토 재료의 용도
본 발명은 도 2의 공정 단계 동안에 도 1의 용기(10) 내의 알칼리토 함유 재료(30)를 사용하여 용기의 환경을 변화시키는 것을 구상한다. 구체적으로, 알칼리토 함유 재료(30)는 블록(38)에서 3 족 질화물 결정(40)의 암모노열 성장 동안에 불순물(32)에의 결합을 위한 불순물 게터로서의 용도를 위해 블록(36)에서 용기 내에 투입되며, 불순물 화합물(34)을 가져오며, 이러한 불순물 화합물(34)은 3 족 질화물 결정(40)의 암모노열 성장 전, 암모노열 성장 동안 또는 암모노열 성장 후에 용기(10)으로부터 제거될 수 있다. 이 결과는 알칼리토 함유 재료(30)을 사용하여 성장한 3 족 질화물 결정(40)은 알칼리토 함유 재료(30) 없이 성장한 3 족 질화물 결정(40)과 비교하여 더 적은 불순물을 갖는다는 것이다. 또한, 알칼리토 함유 재료(30)는 소스 재료(26) 및 종자 결정(24)의 용매(28) 내로의 용해도를 변경시키거나 또는 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
실험 자료
실험 자료는 다음을 보여주었다.
3 개의 다른 종자 결정에 대하여 암모노열 성장을 수행하였다. 각각의 종자 결정은 수소화물 기상 에피택시 (HVPE)에 의해 성장된 GaN 불 (boule)로부터 잘라진 GaN 기판을 포함하였으며, 원자적으로 편평한 표면을 제공하기위해 연마되었다. 성장 동안 노출된 1차 면 (primary facet)은 기판 표면에 평행한 결정학적 평면에 상응한다.
상기 실험을 위해, 3종의 상이한 종자를 사용하였다: 반극성 (11-22), 및 극성 (0001) c-평면 뿐만 아니라, (0001) c-평면을 향하여 2 도 오프 배향 (two degree off-orientation)을 갖는 m-평면 (비극성 (10-10) c+2로 표시됨).
Ni-Cr 초합금 용기에서 성장을 수행하였으며, 상기 성장은 상기 3종의 종자, 유체 운동을 조절하기 위한 배플판, 및 HVPE 공정의 부산물로서 생성된 다결정 재료를 포함하는 소스 재료를 상기 반응기에 적재하는 단계를 수반하였다. 소스 재료 내의 산소 농도는 전형적으로 1E19개의 산소 원자 / cm3 내지 5E19개의 산소 원자 / cm3 범위이다.
다음으로, 상기 용기를 소듐 금속, 칼슘 질화물, 및 암모니아로 채웠다.
다음으로, 상기 용기를 밀봉하여 소스 재료 및 종자 결정 전체가 온도 구배에 노출되도록 함으로써, 종자 결정이 성장하도록 하였다.
5 일 성장 후, 상기 용기를 열어 결정을 제거하였다.
불순물 농도, 특히 산소 농도를 측정하기 위해 1차 면 (primary facet)에 대하여 SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) 분석을 수행하였다. 다음 표는 GaN 결정의 입방 센티미터 당 산소 원자로서 제공된 산소 불순물에 대한 결과를 요약하고, 알칼리토금속 불순물 게터의 첨가 없는 동일 종자 결정 배향에 대한 전형적인 결과와 비교된다.
| 초기 1차 종자 결정 면(Facet) | 전형적인 경우 [원자 개수 / cm3] |
알칼리토 게터가 있는 경우 [원자 개수 / cm3] |
감소 |
| (0001) | 1x1019 | 1 x1019 | 동일 |
| (000-1) | 5 x1019 | 1 x1019 | 5x |
| (10-10) c+2 | 5 x1019 | 8 x1018 | 6x |
| (11-22) | 2 x1020 | 2 x1019 | 10x |
1회 성장 기준으로, 전형적인 산소 불순물 수준이 낮은 1019 이하로 감소되었다. 추가적인 정제 (refinement)는 더 양호한 결과를 가져올 것으로 기대된다.
명명법
본 명세서에서 사용되는 용어 “III-질화물," "3족 질화물" 또는 “질화물"은 화학식 BzAlyGa1 -y-x- zInxN (여기서 0 <= x <= 1, 0 <= y <= 1, 0 <= z <= 1)을 갖는 (B,Al,Ga,In)N 반도체의 임의의 합금 조성물을 의미한다. 이러한 용어는 그러한 3 족 금속 종의 2원, 3원, 4원 조성물 뿐만이 아니라 단일 종, B, Al, Ga, 및 In의 각각의 질화물을 포함하는 것으로 넓게 해석되는 것으로 의도된다. 따라서, GaN 및 InGaN 재료와 관련하여 이후의 본 발명의 논의는 다양한 다른 기타 (B,Al,Ga,In)N 재료 종의 형성에 적용가능한 것으로 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 범위 내의 (B,Al,Ga,In)N 재료는 소량의 도펀트 및/또는 기타 불순물 또는 포함 (inclusional) 재료를 더 포함할 수 있다.
많은 (B,Al,Ga,In)N 소자는 강한 압전성 및 자발적 분극의 존재에 기인하는, 바람직하지 않은 양자 속박 스타크 효과 (quantum-confined Stark effect) (QCSE)를 가져올지라도, 결정의 극성 c-평면을 따라 성장한다. (B,Al,Ga,In)N 소자에서 분극 효과를 감소시키는 한 방법은 결정의 비극성 또는 반극성 평면 상에 소자를 성장시키는 것이다.
용어 “비극성 평면"은 집합적으로는 a-평면들로 알려진 {11-20} 평면들을 포함하며, 집합적으로 m-평면들로 알려진 {10-10} 평면들을 포함한다. 그러한 평면들은 평면 당 동일한 수의 갈륨 및 질소 원자를 포함하며 전하 중성이다. 후속적인 비극성 층들은 서로 동일하며, 따라서 벌크 결정은 성장 방향을 따라 극성화되지 않을 것이다.
용어 “반극성 평면"은 c-평면, a-평면, 또는 m-평면으로 분류될 수 없는 임의의 평면을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 결정학적 용어에서, 반극성 평면은 2 이상의 0이 아닌 h, i, 또는 k 밀러 지수 (Miller indice) 및 0이 아닌 l 밀러 지수 (Miller index)를 갖는 임의의 평면일 것이다. 후속적인 반극성 층은 서로 동일하며, 따라서 결정은 성장 방향을 따라 감소된 분극을 가질 것이다.
밀러 지수는 결정 격자에서의 평면 및 방향에 대한 결정학에서의 표기 시스템이며, 여기서 표기 {h, i, k, l}는 격자의 대칭에 의해 (h, i, k, l)와 동등한 모든 평면들의 세트를 나타낸다. 중괄호, {}의 사용은, 괄호, ()로 표시된 대칭 동등 평면 (symmetry-equivalent planes)의 패밀리를 나타내며, 여기서 한 패밀리 내의 모든 평면은 본 발명의 목적을 위해 동등하다.
결론
이것으로 본 발명의 바람직한 구현예의 설명을 마친다. 상술한 본 발명의 하나 이상 구현예의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제시된 것이다. 이는 망라적인 것이거나 또는 개시된 간결한 형태로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 많은 변경 및 변형이 상기 교시에 비추어 가능하다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의하여 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위에 의하는 것으로 의도된다.
Claims (13)
- 결정 성장 방법으로서, 다음 단계를 포함하는 방법:
(a) 용기 내에 소스 재료 및 1종 이상의 종자 (seed)를 투입하는 단계;
(b) 상기 용기를 상기 소스 재료를 용해시키기 위한 용매로 채우고 상기 용해된 소스 재료를 결정의 성장을 위해 상기 종자로 이송하는 단계; 및
(c) 상기 용기 내에서 알칼리토 함유 재료를 사용하여 상기 결정 내로의 불순물 혼입을 감소시키는 단계. - 제 1 항에 있어서,
상기 소스 재료가 3 족 함유 소스 재료를 포함하며, 상기 종자가 준단결정 (quasi-single crystal)을 포함하며, 상기 용매가 질소 함유 용매를 포함하며, 상기 결정이 3 족 질화물 결정을 포함하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 불순물이 상기 용기 내의 산소 함유 물질인 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 불순물이 1종 이상의 알칼리 금속인 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 알칼리토 함유 재료가 상기 소스 재료 또는 종자의 상기 용매 내로의 용해도를 변경시키거나 또는 향상시키기 위해 사용되는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 알칼리토 함유 재료가 다음을 포함하는 방법: 금속성 베릴륨, 금속성 마그네슘, 금속성 칼슘, 금속성 스트론튬, 베릴륨 질화물, 마그네슘 질화물, 칼슘 질화물, 스트론튬 질화물, 베릴륨 수소화물, 마그네슘 수소화물, 칼슘 수소화물, 스트론튬 수소화물, 베릴륨 아미드, 마그네슘 아미드, 칼슘 아미드, 또는 스트론튬 아미드. - 제 1 항의 방법에 의해 성장된 결정.
- 결정 성장용 장치로서, 다음을 포함하는 장치:
(a) 소스 재료 및 종자를 수용하기 위한 용기,
(b) 여기서 상기 용기는 상기 소스 재료를 용해시키기 위한 용매로 채워져 있고 상기 용해된 소스 재료는 상기 결정의 성장을 위해 상기 종자로 이송되고;
(c) 여기서 알칼리토 함유 재료가 상기 결정 내로의 불순물 혼입을 감소시키기 위해 상기 용기에서 사용된다. - 제 8 항에 있어서,
상기 소스 재료는 3 족 함유 소스 재료를 포함하며, 상기 종자 결정은 준단결정을 포함하며, 상기 용매는 질소 함유 용매를 포함하며, 상기 결정은 3 족 질화물 결정을 포함하는 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 불순물은 상기 용기 내의 산소 함유 물질인 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 불순물은 1종 이상의 알칼리 금속인 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 알칼리토 함유 재료가 상기 소스 재료 또는 종자의 상기 용매 내로의 용해도를 변경시키거나 또는 향상시키기 위해 사용되는 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 알칼리토 함유 재료가 다음을 포함하는 장치: 금속성 베릴륨, 금속성 마그네슘, 금속성 칼슘, 금속성 스트론튬, 베릴륨 질화물, 마그네슘 질화물, 칼슘 질화물, 스트론튬 질화물, 베릴륨 수소화물, 마그네슘 수소화물, 칼슘 수소화물, 스트론튬 수소화물, 베릴륨 아미드, 마그네슘 아미드, 칼슘 아미드, 또는 스트론튬 아미드.
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