KR20160051737A - 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160051737A
KR20160051737A KR1020167003322A KR20167003322A KR20160051737A KR 20160051737 A KR20160051737 A KR 20160051737A KR 1020167003322 A KR1020167003322 A KR 1020167003322A KR 20167003322 A KR20167003322 A KR 20167003322A KR 20160051737 A KR20160051737 A KR 20160051737A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reaction vessel
mixed melt
group
rotation
baffle
Prior art date
Application number
KR1020167003322A
Other languages
English (en)
Inventor
다카시 사토
마사히로 하야시
세이지 사라야마
요시카즈 가토
유스케 모리
Original Assignee
가부시키가이샤 리코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 리코 filed Critical 가부시키가이샤 리코
Publication of KR20160051737A publication Critical patent/KR20160051737A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/06—Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B9/00—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents
    • C30B9/04—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution
    • C30B9/08—Single-crystal growth from melt solutions using molten solvents by cooling of the solution using other solvents
    • C30B9/10—Metal solvents

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

플럭스 방법을 사용함으로써 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치가 사용된다. 장치는 반응 용기, 회전 메커니즘 및 구조물을 포함한다. 반응 용기는 혼합 융액 및 혼합 융액에 배치된 시드 결정을 포함한다. 혼합 융액은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 13족 원소를 포함한다. 회전 메커니즘은 반응 용기를 회전시킨다. 구조물은 혼합 융액을 교반하기 위하여 반응 용기 내에 제공되고, 반응 용기의 내부 벽에 가까운 구조물의 제1 부분의 높이가 반응 용기의 중심부에 가까운 구조물의 제2 부분의 높이보다 더 높도록 구성된다.

Description

13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING GROUP 13 NITRIDE CRYSTAL}
본 발명은 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히, 갈륨 질화물 및 알루미늄 질화물과 같은 13족 질화물 단결정을 제조하기 위한 기술에 관한 것이다.
13족 질화물 결정들을 제조하기 위한 방법으로서 플럭스 방법이 알려져 있다. 플럭스 방법에서, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 13족 금속을 포함하는 혼합 융액(플럭스)에 질소 가스와 같은 소스 가스가 용해되어, 과포화 상태를 형성한다. 혼합 융액에서, 시드 결정을 핵으로서 사용함으로써 또는 자발 핵(spontaneous nucleus)을 성장시킴으로써, 13족 질화물 결정이 성장된다.
플럭스 방법에서, 소스 가스가 혼합 융액과 소스 가스 사이에 기체-액체 계면으로부터 혼합 융액으로 용해하고, 혼합 융액 내의 용질(질소)의 농도는 기체-액체 계면 근처에서 증가하는 경향이 있으며, 이는 혼합 융액 내에 용질 농도 분포를 야기하기 쉽다. 그러한 용질 농도 분포는 획득될 결정의 품질의 저하를 야기한다.
혼합 융액 내에 용질 농도 분포를 감소시키기 위한 방법으로서, 쉐이킹, 회전 등을 통해 혼합 융액이 교반되는 방법이 알려져 있다. 특허 문헌 1은 결정 성장 레이트를 증가시켜 단시간에 13족 질화물 단결정을 제조하는 것을 목적으로, 혼합 융액을 포함하는 도가니 내에 프로펠러 또는 배플(baffle)이 제공되고, 혼합 융액이 교반되는 것을 개시한다. 약 30 내지 40 시간의 비교적 짧은 기간에 걸친 결정 성장에서 50 내지 70 ㎛/h의 결정 성장 레이트가 달성되었다는 것이 개시된다.
특허 문헌 1: WO 2005/080648
그러나, 본 발명의 발명자들은 제공된 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이 프로펠러, 배플 등과 같은 것을 이용하여 쉐이킹, 교반 등을 수행하는 것이 결정 성장 레이트를 증가시키지만, 획득되는 결정의 균일성과 같은 품질이 악화될 수 있다는 것을 발견하였다. 특히, 배플의 형상에 따라, 수백 시간에 걸친 장시간 성장에서 획득된 13족 질화물 결정은 다결정화될 수 있거나, 잡다한(miscellaneous) 결정들이 석출될 수 있다는 것이 발견되었다. 최근에 13족 질화물 결정에 대한 사용자의 필요성들로서, 고품질 및 큰 사이즈가 요구되고 있다. 고품질의 큰 사이즈인 단일 13족 질화물 결정을 획득하기 위하여, 혼합 융액이 장시간 동안 양호한 교반 상태로 유지될 필요가 있다.
본 발명은 상기 환경들을 고려하여 이루어졌으므로, 고품질의 큰 사이즈 13족 질화물 단결정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 실시예에 따라, 플럭스 방법을 사용함으로써 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치가 사용된다. 장치는 반응 용기, 회전 메커니즘 및 구조물을 포함한다. 반응 용기는 혼합 융액 및 혼합 융액에 배치된 시드 결정을 포함한다. 혼합 융액은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 13족 원소를 포함한다. 회전 메커니즘은 반응 용기를 회전시킨다. 구조물은 혼합 융액을 교반하기 위하여 반응 용기 내에 제공되고, 반응 용기의 내부 벽에 가까운 구조물의 제1 부분의 높이가 반응 용기의 중심부에 가까운 구조물의 제2 부분의 높이보다 더 높도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치의 전체적 구성을 예시하는 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 내압 용기의 내부 구성을 예시하는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 배플의 제1 예를 예시하는 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 배플의 제2 예를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 배플의 제3 예를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 배플의 제4 예를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 배플의 제5 예를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 실시예에 따른 배플의 제6 예를 예시하는 도면이다.
도 9는 본 실시예에 따른 배플들의 배치의 제1 예를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 실시예에 따른 배플들의 배치의 제2 예를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 배플들의 배치의 제3 예를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 회전 메커니즘의 회전 제어의 제1 예를 예시하는 도면이다.
도 13은 본 실시예에 따른 회전 메커니즘의 회전 제어의 제2 예를 예시하는 도면이다.
도 14는 반응 용기가 정지될 때의 혼합 융액의 흐름을 예시하는 도면이다.
이하에서 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치(1)의 전체적 구성을 예시한다. 도 2는 제조 장치(1)의 내압 용기(11)의 내부 구성을 예시한다. 도 2의 설명은 편의를 위해 도 1에 예시된 내압 용기(11) 외부로부터 가스들을 도입하는 파이프들(31, 32)을 생략한다.
제조 장치(1)는 플럭스 방법을 사용함으로써 13족 질화물 결정(5)을 제조하기 위한 장치이다. 내압 용기(11)는 예를 들어, 스테인레스 스틸로 이루어진다. 내부 용기(12)가 내압 용기(11) 내에 제공된다. 반응 용기(13)가 추가로 내부 용기(12) 내에 수용된다.
반응 용기(13)는 혼합 융액(플럭스)(6)를 보유하고 13족 질화물 결정(5)을 성장시키기 위하여 사용되는 용기이다. 반응 용기(13) 내부에는 혼합 융액(6)을 교반하기 위한 구조물들로서 배플들(14)이 고정된다(배플들(14)은 하기에 상세히 설명된다).
반응 용기(13)의 재료의 예들은 BN(boron nitride) 소결체 및 열분해(pyrolytic) BN(P-BN)과 같은 질화물들, 알루미나 및 YAG(yttrium-aluminum-garnet)와 같은 산화물들, 및 SiC와 같은 탄화물들을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 반응 용기(13)의 내부 벽면, 즉, 반응 용기(13)가 혼합 융액(6)과 접촉하게 되는 부분은 혼합 융액(6)과 반응하기 어려운 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 내부 벽면의 재료의 예들은 BN, P-BN, 및 알루미늄 질화물과 같은 질화물들, 알루미나 및 YAG와 같은 산화물들, 및 스테인레스 스틸(SUS)을 포함할 수 있다.
혼합 융액(6)은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 13족 원소를 포함하는 융액이다. 알칼리 금속은 소듐(Na), 리튬(Li), 및 포타슘(K)으로부터 선택된 적어도 하나이다. 바람직하게는 소듐 또는 포타슘이다. 알칼리 토금속은 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 및 바륨(Ba)으로부터 선택된 적어도 하나이다. 13족 원소는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In), 및 탈륨(Tl)으로부터 선택된 적어도 하나이다. 바람직하게는 갈륨이다. 대표적으로는 혼합 융액(6)은 Ga-N 혼합 융액이다.
혼합 융액(6) 내에 침지되도록 시드 결정(7)이 반응 용기(13) 내에 배치된다. 본 실시예에서, 시드 결정(7)은 반응 용기(13)의 하단부에 고정된다. 시드 결정(7)은 13족 질화물 결정(5)의 결정 성장의 핵으로서 역할을 하는 질화물 결정이다. 다양한 종류의 시드 결정들(7)이 공지되어 있으며, 어느 종류의 시드 결정들(7)을 사용할지는 타겟 13족 질화물 결정(5), 성장 조건들 등에 따라 적절히 결정되어야 한다. 시드 결정(7)의 대표적인 예들은 결정 성장 층으로서 GaN 막이 형성되는 기판, 및 바늘형 결정(needle crystal)을 포함할 수 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 공보 2007-277055호 및 일본 특허 공개 공보 2011-213579 참고).
내부 용기(12)는 내압 용기(11) 내의 턴테이블(21) 상에 착탈가능하게 제공된다. 턴테이블(21)은 회전축(22)에 고정되고, 내압 용기(11) 외부에 배치되는 회전 메커니즘(16)에 의하여 회전가능하다. 회전 메커니즘(16)은 모터 등에 의하여 회전축(22)을 회전시킨다. 회전축(22)의 회전 속도, 회전 방향 등은 컴퓨터 프로그램에 따라 작동하는 컴퓨터, 다양한 종류의 논리 회로들 등을 포함하는 제어부에 의하여 제어된다(회전축(22)의 제어는 하기에 상세히 설명된다). 회전축(22)의 회전에 따라, 내부 용기(12), 반응 용기(13), 배플(14) 등은 회전한다. 회전축(22)의 회전에 따라 회전하는 부재는 이들로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 히터(15)가 추가로 회전할 수 있거나, 또는 반응 용기(13)만이 회전할 수도 있다. 반응 용기(13)의 회전에 따른 배플(14)의 회전을 통해, 혼합 융액(6)은 교반된다.
질소를 포함하는 소스가스가 내압 용기(11) 내로 공급된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 내압 용기(11)의 내부 공간 및 내부 용기(12)의 내부 공간에 각각 13족 질화물 결정(5)의 원료로서 질소(N2) 가스를 그리고 전체 압력 조정을 위한 희석 가스를 공급하는 파이프들(31, 32)이 연결된다. 파이프(33)는 질소 공급 파이프(34) 및 희석 가스 공급 파이프(35)로 분기(branch)된다. 질소 공급 파이프(34) 및 희석 가스 공급 파이프(35)는 각각 밸브들(36, 37)을 갖는다. 희석 가스는 비활성 가스로서 아르곤(Ar) 가스인 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니며, 헬륨(He), 네온(Ne) 등일 수도 있다.
질소 가스는 가스 실린더 등으로부터 파이프(34) 내로 유동하며, 그 압력은 압력 제어기(41)에 의하여 조정된다. 그 후 질소 가스는 밸브(36)를 통해 파이프(33)로 유동된다. 희석 가스는 가스 실린더 등으로부터 파이프(35) 내로 유동하며, 그 압력은 압력 제어기(42)에 의하여 조정된다. 그 후 희석 가스는 밸브(37)를 통해 파이프(33)로 유동된다. 이에 따라 압력 조정된 질소 가스 및 희석 가스는 파이프(33) 내에서 가스 혼합물을 형성한다.
가스 혼합물은 파이프(33)로부터 밸브(38) 및 파이프(31)를 통해 내압 용기(11)의 내부 공간으로 공급되고, 밸브(39) 및 파이프(32)를 통해 내부 용기(12)의 내부 공간으로 공급된다. 내부 용기(12)의 내부 공간 및 반응 용기(13)의 내부 공간은 내압 용기(11)에서 서로 연결되고, 거의 동일한 분위기 및 거의 동일한 압력을 갖는다. 내부 용기(12)는 제조 장치(1)로부터 착탈가능하다. 파이프(31)는 파이프(33) 및 밸브(40)를 통해 외부에 연결된다.
파이프(33)는 압력 게이지(45)를 갖는다. 압력 게이지(45)를 모니터링함으로써, 내압 용기(11) 및 내부 용기(12)(반응 용기(13))의 내부 공간들의 압력은 조정될 수 있다. 따라서, 질소 가스 및 희석 가스의 압력은 각각 밸브들(36, 37)을 이용하여 그리고 압력 제어기들(41, 42)에 의해 조정되고, 그에 의해 반응 용기(13)의 질소 분압이 조정되는 것을 가능하게 한다. 내압 용기(11) 및 내부 용기(12)의 전체 압력은 조정될 수 있고, 내부 용기(12) 내의 전체 압력은 반응 용기(13) 내의 혼합 융액(6)(예를 들어, 소듐)의 기화를 억제하기 위해 증가될 수 있다. 다시 말해, 갈륨 질화물의 결정 성장 조건들에 영향을 미치는 질소 분압 및 혼합 융액(6)의 기화에 영향을 미치는 전체 압력은 개별적으로 제어될 수 있다. 물론, 희석 가스를 도입하지 않고 질소 가스만이 반응 용기 내로 도입될 수 있다. 도 1에 예시된 제조 장치(1)의 전체 구성은 단지 예시이며, 반응 용기(13) 내에 질소를 포함하는 가스를 공급하는 메커니즘 등에 대한 어떠한 변경들도 본 발명의 기술적 범위에 영향을 미치지 않는다.
도 1에 예시된 바와 같이, 히터(15)는 내압 용기(11) 내의 내부 용기(12)의 외주 상에 그리고 하단부 아래에 마련된다. 히터(15)는 내부 용기(12) 및 반응 용기(13)를 가열하여, 혼합 융액(6)의 온도를 조정한다.
반응 용기(13) 내에 시드 결정(7), 원료들(알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 13족 원소), C와 같은 첨가제들, Ge와 같은 도펀트들을 채우는 동작은 아르곤 가스와 같은 비활성 가스의 분위기를 갖는 글러브 박스(glove box) 내로 내부 용기(12)를 넣은 상태로 수행될 수 있다. 이 동작은 내부 용기(12) 내에 반응 용기(13)가 배치된 상태로 수행될 수도 있다.
혼합 융액(6)에 포함되는 13족 원소와 알칼리 금속 간의 몰비는, 이에 제한되는 것은 아니나, 13족 원소와 알칼리 금속의 총 몰수에 관하여 알칼리 금속의 몰비가 40% 내지 95%이도록 설정되는 것이 바람직하다.
이에 따라 원료들 등을 채운 후, 히터(15)는 통전(power on)되어, 내부 용기(12) 및 반응 용기(13)를 결정 성장 온도까지 가열하고, 그 후 내부 용기(12) 내에서 13족 원소, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 다른 첨가제들 등이 용융하여 혼합 융액(6)을 생성한다. 특정 질소 분압을 갖는 소스 가스가 혼합 융액(6)과 접촉되어, 혼합 융액(6) 내로 질소가 용해된다. 이에 따라 혼합 융액(6) 내에 용해된 원료들은 시드 결정(7)의 표면에 공급되고, 13족 질화물 결정(5)의 결정 성장이 진행된다.
그러한 결정 성장 프로세스에서, 회전 메커니즘(16)은 반응 용기(13) 및 배플(14)을 회전시켜 혼합 융액(6)을 교반시키고, 그에 의해 혼합 융액(6) 내의 질소 농도 분포가 일정한 레벨에서 유지되는 것을 가능하게 한다. 질소 농도 분포가 균일한 혼합 융액(6)에서 장시간 동안 결정 성장이 수행되고, 그에 의해 고품질의 큰 사이즈 13족 질화물 결정(5)이 제조되는 것을 가능하게 한다.
이하에서 혼합 융액(6)을 교반하기 위한 배플(14)의 형상을 설명한다. 도 3은 배플(14)의 제1 예를 예시한다. 도 4는 배플(14)의 제2 예를 예시한다. 도 5는 배플(14)의 제3 예를 예시한다. 도 6은 배플(14)의 제4 예를 예시한다. 도 7은 배플(14)의 제5 예를 예시한다. 도 8은 배플(14)의 제6 예를 예시한다.
도 3 내지 도 8에 예시된 제1 내지 제6 예들에 따른 이들 배플들(14A 내지 14F)은 외주부(청구항의 제1 부분)(52)의 높이(H)가 중심부(청구항의 제2 부분)(51)의 높이보다 더 높다는 점이 공통적이다. 중심부(51)는 반응 용기(13)의 중심부에 가까운 배플들(14A 내지 14F) 각각의 단부 또는 그 단부의 근방부이다. 외주부(52)는 반응 용기(13)의 내부 표면(내부 벽)에 가까운 배플들(14A 내지 14F) 각각의 단부 또는 그 단부의 근방부이다. 단부의 근방부는 단부로부터 소정 거리 내의 범위를 지칭하며, 소정 거리는 유사한 교반 효과가 실질적으로 달성될 수 있는 범위를 지칭한다. 이러한 형상은 혼합 융액(6)이 효과적으로 교반되는 것을 그리고 혼합 융액(6) 내의 질소 농도 분포가 장시간 동안 일정한 레벨로 유지되는 것을 가능하게 한다.
외주부(52)의 높이(H)는 혼합 융액(6)의 깊이(D)(도 2 참고)에 대하여 0.1 ≤ H/D ≤ 0.85의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. H/D가 0.1 미만이고, 교반 능력이 불충분하게 될 때, 이는 혼합 융액(6)을 충분히 균일하게 할 수 없는 경우를 초래할 수 있다. H/D가 0.85를 초과하고, 기체-액체 계면에서 혼합 융액(6)의 유동이 증가될 때, 이는 원래 획득되기 원하는 결정과 상이한 잡결정한(miscellaneous crystal)의 생성을 유도한다.
이하에 배플들(14A 내지 14F)의 특징을 개별적으로 설명한다. 이들 상이한 예들에서, 동일한 또는 유사한 효과를 생성하는 부분들은 동일한 참조 번호로 지칭되어, 이중 설명을 생략할 수 있다. 도 3에 예시된 제1 예에 따른 배플(14A)은 2개의 측면들(55), 상면(56), 하면(57) 및 외측면(58)을 갖는다. 하면(57)은 반응 용기(13)의 저면에 고정된다. 측면들(55)은 배플(14A)의 회전 방향으로 면한다. 외측면(58)은 하면(57)이 반응 용기(13)의 저면에 고정될 때, 반응 용기(13)의 외주(내벽면)에 면한다. 외측면(58)은 반응 용기(13)의 내부 벽면과 접촉할 수 있거나, 그로부터 떨어져 있을 수도 있다. 상면(56)은 중심부(51)로부터 외주부(52)를 향해 점진적으로 더 높아지도록 경사진다. 본 예에서, 하면(57)과 외측면(58) 사이의 각도는 90도이다. (반응 용기(13)의 내부 벽면으로부터 떨어져 있을 때) 측면들(55), 상면(56) 및 외측면(58)은 혼합 융액(6)과 접촉하게 되는 면들이다. 이들 면들(55, 56 및 58) 사이에 경계들로서 변들은 대략 직각을 형성한다. 다시 말해, 측면들(55)은 대략 직각 삼각형 형태로 형성된다. 따라서, 외주부(52)의 높이(H)가 중심부(51)의 높이보다 높은 형태로 인해, 혼합 융액(6)은 효과적으로 교반될 수 있고, 혼합 융액(6) 내의 질소 농도 분포는 장시간 동안 균일하게 유지될 수 있다. 이 도면에서 측면들(55)과 상면(56) 사이에서 경계로서 변들은 직선이지만, 본 발명에서 변들은 곡선일 수 있거나, 상면(56)은 곡면일 수 있다. 외주부(52)의 높이가 중심부(51)의 높이보다 높은 임의의 형상은 상기 교반 효과를 달성할 수 있다.
도 4에 예시된 제2 예에 따른 배플(14B)은 측면들(55), 상면(56) 및 외측면(58) 사이에 경계들로서의 변들 상에 모따기부(chamfered portion)(59)를 갖는다. 다른 부분들은 제1 예에 따른 배플(14A)과 동일하다. 이러한 형상은 제1 예에 따른 배플들(14A)의 경우에 비해 배플(14B)이 회전하여 혼합 융액(6)을 교반시킬 때 발생하는 전단력을 감소시킬 수 있다. 전단력을 감소시키는 것은 핵발생을 억제할 수 있고, 그에 의해 13족 질화물 결정(5)의 원래 획득하고자 하는 결정과 상이한 다결정화 및 잡결정들의 성장을 억제한다.
도 5에 예시된 제3 예에 따른 배플(14C)은 상면(56) 및 외측면(58)으로서 곡면(60)을 갖는다. 다른 부분들은 제1 예에 따른 배플(14A)과 동일하다. 따라서, 혼합 융액(6)과 접촉하게 되는 면들은 그러한 곡면들(60)이도록 형성된다. 이것은 혼합 융액(6)이 제2 예에 따른 배플(14B)과 동일한 방식으로 교반될 때 발생하는 전단력을 감소시키고, 원래 획득되기 원하는 결정과 상이한 다결정화 및 잡결정들의 성장을 억제할 수 있다. 도 4에 예시된 제2 예에 비해, 배플의 단면 형상에 의해 나타나는 에지들이 없음으로 인하여, 전단력은 더욱 감소될 수 있고, 그에 의해 다결정화 및 잡결정들의 성장을 억제할 수 있다.
도 6에 예시된 제4 예에 따른 배플(14D)은 하면(57) 및 외측면(58) 사이에 90°의 각도(θ)를 갖고, 그에 의해 상면(56) 및 외측면(58)과 접하는 최상면(61)이 약간 중심측에 벗어나게 된다. 다른 부분들은 제1 예에 따른 배플(14A)과 동일하다. 구체적으로, 본 예에서, 배플(14D)의 최외곽부보다 중심측에 약간 더 가까운 부분의 높이(H)가 가장 높다. 이러한 형상은 또한 제1 예에 따른 배플(14A)과 유사한 교반 효과를 달성할 수 있다. 다시 말해, 하면(57)과 외측면(58) 사이의 각도(θ)는 반드시 90°는 아니며, 90°에 가까운 임의의 값은 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 90°에 가까운 값은 예를 들어, 90°와의 오차가 소정 값 이하인 각도이다. 소정 값은 유사한 교반 효과가 달성될 수 있는 범위 내의 값이다. 각도(θ)가 90°를 초과하는 경우도 마찬가지이다.
도 7에 예시된 제5 예에 따른 배플(14E)에서, 하면(57)은 반응 용기(13)의 저면에 고정되지 않고, 외측면(58)은 반응 용기(13)의 내벽면(62)에 고정되며, 하면(57)은 수평 방향에 대해 상부 방향으로 경사진다. 다른 부분들은 제2 예에 따른 배플(14B)과 동일하다. 이러한 형상은 또한 제2 예에 따른 배플(14B)과 유사한 효과를 달성할 수 있다.
도 8에 예시된 제6 예에 따른 배플(14F)에서, 상면(56)은 수평이다. 다른 부분들은 제5 예에 따른 배플(14E)과 동일하다. 이러한 형상은 또한 제5 예에 따른 배플(14E)과 유사한 효과를 달성할 수 있다. 다시 말해, 배플(14)과 반응 용기(13)와의 접촉면은 반응 용기(13)의 저면 또는 내벽면(62) 중 어느 하나일 수 있으며, 이로 제한되는 것은 아니다.
이하에 배플들(14)의 배치를 설명한다. 도 9는 배플들(14)의 배치의 제1 예를 예시한다. 도 10은 배플들(14)의 배치의 제2 예를 예시한다. 도 11은 배플들(14)의 배치의 제3 예를 예시한다. 이들 예들에서, 동일한 또는 유사한 효과를 생성하는 부분들은 동일한 참조 번호로서 지칭되어, 중복 설명을 생략할 수 있다.
도 9에 예시된 제1 예에 따른 배플(14)의 배치에서, 회전 메커니즘(16)의 회전축(22) 및 반응 용기(13)의 중심축(70)은 서로 일치하고, 복수의 배플들(14)은 일치하는 축을 기준으로 점대칭으로 배치된다. 배플들(14)은 단지 일치하는 축을 기준으로 점대칭으로 배치될 필요가 있으며, 또한 반응 용기(13)의 저면, 측면(내벅면)과의 접선 또는 법선에 대해 각을 이룬 위치들에 배치될 수도 있다. 이러한 배치는 교반 효과를 증가시키고, 혼합 융액(6)의 흐름의 난류(turbulence of flow)를 감소시킨다.
도 10에 예시된 제2 예에 따른 배플(14)의 배치에서, 회전 메커니즘(16)의 회전축(22) 및 반응 용기(13)의 중심축(70)은 서로 틀어져 있고, 배플들(14)은 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치된다. 배플들(14)은 단지 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치될 필요가 있으며, 반응 용기(13)의 저면 및 측면(내벽면)과의 접선 또는 법선에 대해 각을 이룬 위치들에 또한 배치될 수도 있다. 따라서 배플들(14)의 대칭 중심은 회전축(22)에 대해 편심(eccentric)이게 되어, 혼합 융액(6)이 회전축(22)에 대해 비대칭이 되게 한다. 이것은 혼합 융액(6)의 회전축(22)에 가까운 부분에서의 흐름보다 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 더 빠른 흐름을 생성할 수 있고, 혼합 융액(6) 전체가 효과적으로 교반될 수 있다. 그러나, 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 흐름의 난류가 증가하는 경향이 있고, 잡결정들이 성장하는 경향이 있다. 이러한 상황을 고려해볼 때, 편심량(회전축(22)과 중심축(70) 간의 편차량)은 잡결정들이 성장하지 않는 정도까지 감소되는 것이 바람직하다.
도 11에 예시된 제3 예에 따른 배플(14)의 배치에서, 회전 메커니즘(16)의 회전축(22) 및 반응 용기(13)의 중심축(70)은 서로 틀어져 있고, 배플들(14)은 회전축(22)을 기준으로 점대칭으로 배치된다. 배플들(14)은 단지 회전축(22)을 기준으로 점대칭으로 배치될 필요가 있으며, 반응 용기(13)의 저면 및 측면(내벽면)과의 접선 또는 법선에 대해 각을 이룬 위치들에 배치될 수도 있다. 배플들(14)의 대칭 중심은 중심축(70)에 대하여 편심되게 되어, 혼합 융액(6)을 회전축(22)에 대해 비대칭이 되게 한다. 이것은 제2 예와 동일한 방식으로 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 가까운 부분에서의 흐름보다 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 더 빠른 흐름을 발생시킬 수 있고, 혼합 융액(6) 전체는 효율적으로 교반될 수 있다. 그러나, 제2 예와 동일한 방식으로 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 흐름의 난류가 증가하는 경향이 있고, 잡결정들이 성장하는 경향이 있다. 이러한 상황을 고려해볼 때, 편심량(회전축(22)과 중심축(70) 간의 편차량)은 잡결정들이 성장하지 않는 정도로 감소되는 것이 바람직하다.
이하에서 회전 메커니즘(16)에 의한 회전축(22)의 회전 제어를 설명한다. 도 12는 회전 제어의 제1 예를 예시한다. 도 13은 회전 제어의 제2 예를 예시한다.
배플(14)이 한 방향으로 일정한 속도로 회전될 때, 혼합 융액(6)과 배플(14) 간에 상대 속도가 발생하지 않고, 혼합 융액(6)의 상하류와 같은 이상적인 흐름은 발생하지 않는다. 이러한 상황을 고려해볼 때, 배플(14)이 회전, 정지 등을 반복하도록 회전 제어가 수행되고, 그에 의해 혼합 융액(6)과 배플(14) 간의 상대 속도를 생성하는 것이 바람직하다.
도 12에 예시된 제1 예에 따른 회전 제어는, 정지 상태로부터 제1 회전 방향으로의 가속, 미리 결정된 속도의 회전, 미리 정해진 속도로부터 정지 상태로의 감속, 및 정지 상태의 유지로 이루어지는 한 사이클을 반복한다. 이러한 회전 제어는 혼합 융액(6)과 배플(14) 간의 상대 속도를 생성하도록 수행되고, 그에 의해 혼합 융액(6)이 효과적으로 교반되는 것을 가능하게 한다. 이러한 제1 예는 동일한 방향의 회전을 반복한다.
도 13에 예시된 제2 예에 따른 회전 제어는, 정지 상태로부터 제1 회전 방향으로의 가속, 미리 결정된 속도의 회전, 미리 정해진 속도로부터 정지 상태로의 감속, 및 정지 상태의 유지, 정지 상태로부터 제1 회전 방향과 반대되는 제2 회전 방향으로의 가속, 미리 결정된 속도의 회전, 미리 결정된 속도로부터 정지 상태로의 감속, 정지 상태의 유지로 이루어지는 한 사이클을 반복한다. 이러한 회전 제어가 수행되어, 도 12에 예시된 제1 예보다 더욱 효과적으로 혼합 융액(6)이 교반되는 것을 가능하게 한다.
이하에서 본 실시예에 따른 제조 장치(1)를 사용하여 13족 질화물 결정(5)을 제조하는 예시들을 설명한다.
예 1
본 예에서, 도 3에 예시된 배플(14A)을 사용하여 13족 질화물 결정(5)으로서 갈륨 질화물(GaN) 결정이 성장되었다.
우선, 고순도 Ar 분위기의 글로브 박스 내에서 알루미나로 이루어지는 반응 용기(13) 내에 도 3에 예시된 형상을 갖는 알루미나로 이루어진 4개의 배플들(14A)은 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치되었다. 평면 배치에 대하여, 4개의 배플들(14A)은 반응 용기(13)를 위에서 내려다볼 때 중심축(70)을 중심으로 90°대칭되도록 배치되었다. 배플(14A)은 35 mm의 높이(H)를 갖는 삼각형 판형 부재이고, 반응 용기(13)와의 접촉면(하면(57)) 및 혼합 융액(6)과의 접촉면(측면들(55), 상면(56), 및 외측면(58))은 모두 평면들이다. 다시 말해, 면의 에지들의 단면들은 대략 직각이다.
다음으로, 반응 용기(13) 내에 혼합 융액(6)으로서 가열에 의해 액체화된 소듐(Na)이 넣어진다. 소듐이 고화된 후, 갈륨(Ga) 및 탄소가 넣어진다. 본 예에서, 갈륨과 소듐 간의 몰비는 0.25:0.75로 설정되었다. 탄소는 갈륨 및 소듐의 총 몰수에 대해 0.5%로 설정되었다.
그 후, 반응 용기(13)는 내부 용기(12)에 수용되었고, 글러브 박스로부터 꺼내진 내부 용기(12)가 제조 장치에 통합되었다. 도 9에 예시된 바와 같이, 반응 용기(13)의 중심축(70) 및 회전 메커니즘(16)의 회전축(22)이 서로 일치하도록, 내부 용기(12)가 내압 용기(11) 내의 턴테이블(21) 상에 제공되었다.
후속하여, 내부 용기(12) 내의 질소 가스 압력은 2.2 MPa로 설정되었고, 히터(15)는 통전되어, 반응 용기(13)의 온도를 결정 성장 온도로 승온시킨다. 결정 성장 프로세스 동안에 온도는 870℃로 설정되었고, 질소 가스 압력은 3.0 MPa로 설정되었다.
이 상태로, 도 12에 예시된 바와 같이, 반응 용기(13)(회전축(22))는 한 방향으로 간헐적으로 회전되어, 1,000 시간 동안 결정 성장을 수행한다. 이 때 회전 속도는 15 rpm로 설정되었고, 가속, 회전, 감속 및 정지로 이루어지는 사이클이 1,000 시간 동안 반복되었다.
도 14는 반응 용기(13)가 정지될 때, 혼합 융액(6)의 흐름을 예시한다. 이 도면은 반사성 물질이 부가된 물을 레이저 광으로 조사함으로써 수행된 실험 결과를 예시하며, 혼합 융액(6)의 흐름을 시뮬레이션적으로 가시화한다. 도 14에 예시된 바와 같이, 혼합 융액(6)은 그 중심부로부터 상승하고 그 측면부에서 하강하는 상하류를 발생시켰다.
반응 용기(13)는 상부가 개방된 실린더형 용기이다. 반응 용기(13)의 저면에 삼각형 배플들(14A)이 세워진다. 배플들(14A) 각각은 중심부(51)의 높이보다 높은 외주부(52)의 높이를 갖는다. 반응 용기(13)의 내부에는 Ga 및 Na를 포함하는 혼합 융액(6)이 따라진다. 혼합 융액(6)의 액면(liquid surface)은 배플(14A)의 외주부(52)의 최대 높이(H)보다 높게 위치설정되고, 전체 배플(14A)은 혼합 융액(6)에 침지되었다. 혼합 융액(6)의 깊이(D)는 70 mm였다. 깊이(D)와 높이(H) 간의 관계는 H/D = 0.5였다.
이 상태에서, 도 12에 예시된 회전 제어가 수행되었고, 그에 의해 도 14에 예시된 바와 같이 반응 용기(13)의 중심 부근에 혼합 융액의 상승류를 형성한다. 반응 용기(13)의 내부 공간은 고압 질소 가스가 채워졌다. 혼합 융액(6)의 기체-액체 계면 부근은 중심 부근으로부터 반응 용기(13)의 외측 방향을 향해 흐른다. 반응 용기(13)의 내벽 부근의 혼합 융액(6)은 하강류로서 반응 용기(13)을 향해 흐른다. 반응 용기(13)의 저면 부근의 혼합 융액(6)은 외측으로부터 중심을 향해 흐른다. 난류 부분은 거의 없고, 순환류가 형성되었다. 순환류는 1,000 시간에 걸친 결정 성장 동안 난류 없이 계속되었다.
상기 설명된 바와 같이, 도 3에 예시된 형상을 갖는 배플들(14A)을 사용하여 회전 및 정지를 반복하는 회전 제어가 수행되었고, 그에 의해 혼합 융액(6) 전체를 교반하고, 기체-액체 계면으로부터 용해된 질소가 혼합 융액(6) 전반에 걸쳐 균일한 농도를 가지고 분포되었다. 이것은 고품질의, 성장 속도가 빠르고 균일성이 높은 결정을 성장시키는 것을 가능하게 하였다.
도 3에 예시된 배플(14A)의 에지들은 대략 직각을 형성하기 때문에, 혼합 융액(6) 및 배플(14A)이 서로 접촉하게 될 때, 전단력에 의해 국소적으로 흐름의 난류가 형성되는 경우가 존재하였다. 이 때문에, 국소적인 고도의 과포화 상태가 발생하여, 잡결정들이 성장되는 경우가 있었다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들이 전체 수율의 대략 15%의 레이트로 성장되었으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)의 대략 10%가 다결정화되었다. 준비된 벌크형 GaN 결정은 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었다. 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치의 변동이 작은 GaN 결정이 획득된 것으로 밝혀졌다. 이 경우 다결정화된 부분을 제외하고 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 30 ± 10 arcsec였다. 또한, 획득된 결정의 전위 밀도는 104 cm-2 이하만큼 낮고, 이는 고품질 결정이었다.
예 2
본 예에서, 갈륨 질화물(GaN) 결정은 도 4에 예시된 배플들(14B)을 사용하여 13족 질화물 결정(5)으로서 성장되었다.
우선, 고순도 Ar 분위기의 글러브 박스에서 알루미나로 이루어지는 반응 용기(13) 내에, 도 4에 예시된 알루미나로 이루어지는 4개의 배플들(14B)은 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치되었다. 평면 배치에 대해, 4개의 배플들(14B)은 반응 용기(13)를 위에서 볼 때 중심축(70)을 중심 대칭으로 90° 대칭되도록 배치되었다. 배플들(14B) 각각은 35 mm의 외주부(52)의 높이(H)를 갖고, 삼각형의 에지 상에 모따기부(59)를 갖는다. 배플(14B)의 모든 면들(55, 56, 57, 58)은 평면이다.
다음, 가열에 의해 액화된 소듐(Na)이 반응 용기(13) 내에 혼합 융액(6)으로서 넣어졌다. 소듐이 액화된 이후에, 갈륨(Ga) 및 탄소가 넣어졌다. 본 예에서, 갈륨과 소듐 간의 몰비는 0.25:0.75로 설정되었다. 탄소는 갈륨 및 소듐의 총 몰수에 대하여, 0.5%로 설정되었다.
그 후, 반응 용기(13)가 내부 용기(12) 내에 수용되었고, 글러브 박스로부터 꺼내진 내부 용기(12)가 제조 장치에 통합되었다. 도 9에 예시된 바와 같이, 반응 용기(13)의 중심축(70) 및 회전 메커니즘(16)의 회전축(22)이 서로 일치하도록, 내부 용기(12)가 내압 용기(11) 내의 턴테이블(21) 상에 제공되었다.
후속하여, 내부 용기(12) 내의 질소 가스 압력은 2.2 MPa로 설정되었고, 히터(15)는 통전되어, 반응 용기(13)의 온도를 결정 성장 온도까지 승온시켰다. 결정 성장 프로세스 동안에 온도는 870℃로 설정되었고, 질소 가스 압력은 3.0 MPa로 설정되었다.
이 상태로, 도 12에 예시된 바와 같이, 반응 용기(13)(회전축(22))는 한 방향으로 간헐적으로 회전되어, 1,000 시간 동안 결정 성장을 수행하였다. 이 때에 회전 속도는 15 rpm로 설정되었고, 가속, 회전, 감속 및 정지로 이루어지는 사이클이 1,000 시간 동안 반복되었다. 혼합 융액(6)의 깊이(D)는 70 mm였다. 깊이(D)와 높이(H) 간의 관계는 H/D=0.5였다.
또한 본 예에서, 반응 용기(13)가 정지되었을 때 혼합 융액(6)의 흐름은 도 14에 예시된 흐름과 같았다. 반응 용기(13)의 중심 부근의 혼합 융액은 상승류였다. 혼합 융액(6)의 기체-액체 계면 부근은 중심 부근에서 반응 용기(13)의 외측 방향을 향해 흘렀다. 반응 용기(13)의 내벽 부근의 혼합 융액(6)은 하강류로서 반응 용기(13)의 저면을 향해 흘렀다. 반응 용기(13)의 저면 부근의 혼합 융액(6)은 외측에서 중심을 향해 흘렀다. 난류 부분들은 거의 없고, 순환류가 형성된다. 순환류는 1,000 시간에 걸친 결정 성장 동안 난류 없이 계속되었다.
상기 설명된 바와 같이, 도 4에 예시된 형상을 갖는 배플(14B)을 사용하여 회전 및 정지를 반복하는 회전 제어에 의해, 혼합 융액(6) 전체가 교반되었고, 기체-액체 계면으로부터 용해된 질소가 혼합 융액(6) 전반에 걸쳐 대략 균일한 농도를 가지고 분포되었다. 이것은 고품질의, 성장 속도가 빠르고 균일성이 높은 결정이 성장되는 것을 가능하게 하였다.
그러나, 도 4에 예시된 배플(14B)은 모따기부(59)가 에지들 상에 형성되더라도, 평면들에 의해 형성되는 에지들로 인해 혼합 융액(6) 및 배플(14B)이 서로 접촉하게 될 때 국소적인 흐름의 난류를 생성한다. 이러한 난류는 예 1의 난류보다는 작으나, 고도의 포화 상태에 의해 야기되는 잡결정들이 발생할 수 있다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들이 전체 수율의 대략 10%의 레이트로 성장되었으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)의 대략 5%가 다결정화되었다. 예 1에 비해 잡결정들의 성장률 및 다결정화의 정도가 감소하였다. 이것은 배플(14B)의 에지 상에 모따기부(59)가 형성되고, 그에 의해 혼합 융액(6)에 교반될 때의 전단력이 감소되고, 혼합 융액(6)의 흐름의 난류가 감소한다는 사실로 인한 것이다. 준비된 벌크형 GaN 결정은 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었다. 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치의 변동이 작은 GaN 결정이 획득된 것으로 밝혀졌다. 이 경우 다결정화된 부분을 제외하고 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 30 ± 10 arcsec였다. 획득된 결정의 전위 밀도는 104 cm-2 이하만큼 낮고, 이는 고품질 결정이었다.
예 3
본 예에서, 도 5에 예시된 배플들(14C)을 사용하여 13족 질화물 결정(5)으로서 갈륨 질화물(GaN) 결정이 성장되었다.
우선, 고순도 Ar 분위기의 글러브 박스에서 알루미나로 이루어지는 반응 용기(13) 내에, 도 5에 예시된 형상을 갖는 알루미나로 이루어진 4개의 배플들(14C)이 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치되었다. 평면 배치에 대하여, 4개의 배플들(14C)은 반응 용기(13)를 위에서 볼 때 중심축(70)을 중심으로 90° 대칭되도록 배치되었다. 배플들(14C) 각각은 35 mm의 외주부(52)의 높이(H)를 갖고, 상면(56), 외측면(58) 및 삼각형 형상의 에지들(변들)로서 곡면(60)을 갖는다.
다음, 가열에 의해 액화된 소듐(Na)이 반응 용기(13) 내에 혼합 융액(6)으로서 넣어졌다. 소듐이 액화된 이후에, 갈륨(Ga) 및 탄소가 넣어졌다. 본 예에서, 갈륨과 소듐 간의 몰비는 0.25:0.75로 설정되었다. 탄소는 갈륨 및 소듐의 총 몰수에 대하여, 0.5%로 설정되었다.
그 후, 반응 용기(13)가 내부 용기(12) 내에 수용되었고, 글러브 박스로부터 꺼내진 내부 용기(12)가 제조 장치에 통합되었다. 도 9에 예시된 바와 같이, 반응 용기(13)의 중심축(70) 및 회전 메커니즘(16)의 회전축(22)이 서로 일치하도록, 내부 용기(12)가 내압 용기(11) 내의 턴테이블(21) 상에 제공되었다.
후속하여, 내부 용기(12) 내의 질소 가스 압력은 2.2 MPa로 설정되었고, 히터(15)는 통전되어, 반응 용기(13)의 온도를 결정 성장 온도까지 승온시켰다. 결정 성장 프로세스 동안에 온도는 870℃로 설정되었고, 질소 가스 압력은 3.0 MPa로 설정되었다.
이 상태로, 도 12에 예시된 바와 같이, 반응 용기(13)(회전축(22))는 한 방향으로 간헐적으로 회전되어, 1,000 시간 동안 결정 성장을 수행하였다. 이 때에 회전 속도는 15 rpm로 설정되었고, 가속, 회전, 감속 및 정지로 이루어지는 사이클이 1,000 시간 동안 반복되었다. 혼합 융액(6)의 깊이(D)는 70 mm였다. 깊이(D)와 높이(H) 간의 관계는 H/D=0.5였다.
또한 본 예에서, 반응 용기(13)가 정지되었을 때 혼합 융액(6)의 흐름은 도 14에 예시된 흐름과 같았다. 반응 용기(13)의 중심 부근의 혼합 융액은 상승류였다. 혼합 융액(6)의 기체-액체 계면 부근은 중심 부근에서 반응 용기(13)의 외측 방향을 향해 흘렀다. 반응 용기(13)의 내벽 부근의 혼합 융액(6)은 하강류로서 반응 용기(13)의 저면을 향해 흘렀다. 반응 용기(13)의 저면 부근의 혼합 융액(6)은 외측에서 중심을 향해 흘렀다. 난류 부분들은 거의 없고, 순환류가 형성된다. 순환류는 1,000 시간에 걸친 결정 성장 동안 난류 없이 계속되었다.
상기 설명된 바와 같이, 도 5에 예시된 형상을 갖는 배플(14C)을 사용하여 회전 및 정지를 반복하는 회전 제어에 의해, 혼합 융액(6) 전체가 교반되었고, 기체-액체 계면으로부터 용해된 질소가 혼합 융액(6) 전반에 걸쳐 대략 균일한 농도를 가지고 분포되었다. 이것은 고품질의, 성장 속도가 빠르고 균일성이 높은 결정이 성장되는 것을 가능하게 하였다.
본 예에 사용되는 배플(14C)은 배플(14C)의 에지들이 곡면(60)이기 때문에, 혼합 융액(6)과 배플(14C)이 접촉하게 될 때 전단력이 거의 발생하지 않아, 매우 적은 난류를 생성하였다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들이 성장되지 않았으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)은 다결정화되지 않았다. 이것은 배플(14C)의 에지들이 곡면(60)이고, 그에 의해 혼합 융액(6)에 교반될 때의 전단력이 거의 발생하지 않게 하여, 혼합 융액(6)의 흐름의 난류가 극도로 작게 한다는 사실로 인한 것이다. 벌크형 GaN 결정이 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었을 때, 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치의 변동이 작은 GaN 결정이 획득된 것으로 밝혀졌다. 이 경우 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 30 ± 10 arcsec였다. 획득된 결정의 전위 밀도는 104 cm-2 이하만큼 낮고, 이는 고품질 결정이었다.
예 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 배플(14)의 에지들이 곡면에 가까울 때, 혼합 융액(6) 및 배플(14)이 서로 접촉하게될 때의 전단력은 감소하고, 그에 의해 혼합 융액(6)의 흐름의 난류가 감소되고, 13족 질화물 결정의 다결정화 또는 잡결정들의 석출은 발생되지 않는다. 그러한 효과는 도 6에 예시된 바와 같이 외주부(52)의 높이(H)의 가장 높은 부분이 배플(14D)의 최외부로부터 중심측을 향해 살짝 틀어져 있을 때에도 또한 유사하게 달성될 수 있다. 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같이, 유사한 효과는 배플들(14E 및 14F)의 외측면(58)이 반응 용기(13)의 내벽면(62)과 접촉하고 있는 경우 또한 달성될 수 있다.
예 4
본 예에서, 도 5에 예시된 알루미나로 이루어지는 배플들(14C)은 도 10에 예시된 바와 같이 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치되었고, 반응 용기(13)는 회전 메커니즘(16)의 회전축(22)과 반응 용기(13)의 중심축(70)이 서로 틀어지도록 배치되었다. 다른 결정 성장 조건들, 회전 제어 등은 예 3의 것들과 동일하다.
회전축(22)과 상이한 반응 용기(13)의 중심축(70)은 혼합 융액(6)이 회전축(22)에 대하여 비대칭이 되게 하였다. 이것은 혼합 융액(6)의 회전축(22)에 가까운 부분의 흐름보다 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 먼 부분에 더 빠른 흐름이 생성되는 것을 가능하게 하여, 혼합 융액(6) 전체가 효율적으로 교반되는 것을 가능하게 한다. 그러나, 회전축(22)에서 먼 부분에서 난류가 증가하였고, 잡결정들이 성장하는 경우가 있었다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들은 전체 수율의 대략 20%의 레이트로 성장되었으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)의 15%는 다결정화되었다. 본 예는 결정의 균일성이 향상되었으나, 잡결정들의 성장률이 증가되고, 다결정 정도가 증가되었다는 점에서 예 3과 상이하다. 이것은 배플(14C)이 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 점대칭으로 배치되었고, 반응 용기(13)가 회전축(22)과 상이한 위치에 배치되었다는 사실로 인한 것이다. 이것은 혼합 융액(6)이 효율적으로 교반되게 하여, 혼합 융액(6)의 균일성을 향상시킨다. 또한, 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 혼합 융액(6)의 난류는 증가하여, 국소적으로 고도의 과포화 상태를 생성한다. 준비된 벌크형 GaN 결정이 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었다. 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치의 변동이 작은 GaN 결정이 획득된 것으로 밝혀졌다. 이 경우 다결정화 부분을 제외하고 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 30 ± 7 arcsec였다. 획득된 결정의 전위 밀도는 104 cm-2 이하만큼 낮고, 이는 고품질 결정이었다.
예 5
본 예에서, 도 5에 예시된 알루미나로 이루어지는 배플들(14C)은 도 11에 예시된 바와 같이 회전 메커니즘(16)의 회전축(22)을 기준으로 점대칭으로 배치되었고, 반응 용기(13)는 회전축(22)과 반응 용기(13)의 중심축(70)이 서로 틀어지도록 배치되었다. 다른 결정 성장 조건들, 회전 제어 등은 예 3의 것들과 동일하다.
배플들(14C)은 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 하지 않고 배치되나, 회전 메커니즘(16)의 회전축(22)을 기준으로 점대칭으로 배치되어, 혼합 융액(6)이 회전축(22)에 대하여 비대칭이 되게 한다. 이것은 혼합 융액(6)의 회전축(22)으로부터 먼 부분에 혼합 융액(6)의 회전축(22)에 가까운 부분보다 빠른 흐름을 생기게 하여, 혼합 융액(6) 전체가 효율적으로 교반되는 것을 가능하게 한다. 그러나, 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 난류가 증가되고, 잡결정들이 성장되는 경우들이 있었다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들은 전체 수율의 대략 25%의 레이트로 성장되었으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)의 20%는 다결정화되었다. 본 예는 결정의 균일성이 향상되었으나, 잡결정들의 성장률이 증가되고, 다결정 정도가 증가되었다는 점에서 예 3과 상이하다. 이것은 배플들(14C)이 반응 용기(13)의 중심축(70)을 기준으로 하지 않고 배치되었고, 반응 용기(13)가 배플들(14C)이 회전축(22)을 기준으로 점대칭이 되도록 배치되고, 그에 의해 혼합 융액(6)이 효율적으로 교반되어 혼합 융액(6)의 균일성을 향상시키며, 회전축(22)으로부터 먼 부분에서 혼합 융액(6)의 난류가 증가되어 국소적으로 고도의 과포화된 상태를 생성한다는 사실로 인한 것이다. 준비된 벌크형 GaN 결정이 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었다. 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치의 변동이 작은 GaN 결정이 획득된 것으로 밝혀졌다. 이 경우 다결정화 부분을 제외하고 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 30 ± 7 arcsec였다. 획득된 결정의 전위 밀도는 104 cm-2 이하만큼 낮고, 이는 고품질 결정이었다.
예 6
본 예에서, 도 13에 예시된 회전 제어가 수행되었다. 다른 결정 성장 조건들 등은 예 3의 것들과 동일하였다. 다시 말해, 도 5에 예시된 배플들(14C)은 도 9에 예시된 바와 같이 회전축(22)과 중심축(70)이 일치하는 축을 기준으로 점대칭으로 배치되었다. 도 13에 예시된 바와 같이, 회전축(22)의 회전에 대해, 가속, 회전, 감속 및 정지 후에 바로 이전의 회전 방향과 반대 방향으로 가속, 회전, 감속 및 정지가 이어지도록 구성되는 사이클이 반복되었다. 회전 속도는 15 rpm으로 설정되었고, 사이클은 1,000 시간 동안 반복되었다.
반응 용기(13)가 정지될 때 혼합 융액(6)의 흐름은 도 14에 예시된 흐름과 유사하였다. 난류 부분은 거의 없었고, 순환류를 형성한다. 1,000 시간에 걸친 결정 성장 동안에 난류 없이 순환류는 계속되었다. 회전은 반전되어, 혼합 융액(6) 전체의 균일성을 향상시켰다.
상기 설명된 바와 같이, 도 5에 예시된 형상을 갖는 배플(14C)을 사용하여, 회전을 반전시키는 것이 반복함으로써, 혼합 융액(6) 전체가 효율적으로 교반되는 것을 가능하게 하고, 기체-액체 계면으로부터 용해된 질소를 혼합 융액(6) 전반에 걸쳐 균일한 농도로 분포시킬 수 있었다. 이것은 고품질의, 성장 속도가 빠르고 균일성이 높은 결정이 성장되는 것을 가능하게 하였다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들은 성장되지 않았으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)은 다결정화되지 않았다. 본 예는 결정의 균일성이 향상되었다는 점에서 예 3과 상이하다. 이것은 회전의 반전이 반복됨으로써, 혼합 융액(6) 전체가 효율적으로 교반되는 것을 가능하게 하였다는 사실로 인한 것이다. 벌크형 GaN 결정이 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었을 때, 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치의 변동이 작은 GaN 결정이 획득된 것으로 밝혀졌다. 이 경우 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 30 ± 5 arcsec였다. 획득된 결정의 전위 밀도는 104 cm-2 이하만큼 낮고, 이는 고품질 결정이었다.
예 7
본 예에서, 도 5에 예시된 배플(14C)의 높이(H)는 6 mm로 설정되었으며, 혼합 융액(6)의 높이(H)와 깊이(D) 간의 관계는 H/D = 0.086로 설정되었다. 다른 결정 성장 조건들, 회전 제어 등은 예 3의 것들과 동일하다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 60 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 50 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들은 전체 수율의 대략 25%의 레이트로 성장되었으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)의 30%는 다결정화되었다. 본 예는 결정의 균일성이 저하되었다는 점에서 예 3과 상이하다. 이것은 배플들(14C)의 높이(H)가 감소됨으로써, 교반 성능이 저하되고, 혼합 융액(6) 전체의 균일성이 저하되었다는 사실로 인한 것이다. 준비된 벌크형 GaN 결정이 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었다. 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치가 변동한 것으로 밝혀졌다. 이 경우 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 50 ± 15 arcsec였다.
예 8
본 예에서, 도 5에 예시된 배플(14C)의 높이(H)는 60 mm로 설정되었으며, 혼합 융액(6)의 높이(H)와 깊이(D) 간의 관계는 H/D = 0.857로 설정되었다. 다른 결정 성장 조건들, 회전 제어 등은 예 3의 것들과 동일하다.
결과적으로, 13족 질화물 결정(5)으로서 c-축 방향의 길이가 65 mm이고, c 축과 수직 방향의 길이가 55 mm인 벌크형 GaN 결정이 준비된 경우, 잡결정들은 전체 수율의 대략 40%의 레이트로 성장되었으며, 성장된 13족 질화물 결정(5)의 5%는 다결정화되었다. 본 예는 잡결정들의 성장률이 증가되고, 다결정 정도가 증가되었다는 점에서 예 3과 상이하다. 이것은 배플(14C)의 높이가 증가됨으로써, 기체-액체 계면에서 혼합 융액(6)의 흐름의 난류가 증가하였다는 사실로 인한 것이다. 준비된 벌크형 GaN 결정이 c 평면에 평행하게 슬라이스되었고, 그에 대해 XRD 측정이 수행되었다. 전체 c 평면에 걸쳐 XRC의 FWHM 및 피크 위치가 변동한 것으로 밝혀졌다. 이 경우 다결정화 부분을 제외하고 GaN 결정에 대한 XRC의 FWHM은 50 ± 15 arcsec였다.
상기 설명된 바와 같이, 종래의 기술(특허 문헌 1)과 달리, 본 실시예는 100 시간 이상에 걸친 장시간 성장이 수행될 때 조차도 혼합 융액(6)을 균일한 상태로 유지시킬 수 있다. 이것은 고품질의 큰 사이즈의 13족 질화물 결정을 제조할 수 있다.
본 발명은 고품질의 큰 사이즈의 13족 질화물 단결정을 제공할 수 있다.
완전하고 명료한 설명을 위해 특정 실시예들과 관련하여 발명이 설명되었으나, 첨부되는 청구항들은 그에 따라 제한되는 것이 아니며, 본 명세서에 진술한 기본적인 사상 내에 공정하게 포함되는, 본 기술분야의 당업자에게 떠오를 수 있는 모든 변형들 및 대안적 구성들을 포함하는 것으로서 해석될 것이다.
1 13족 질화물 결정 제조 장치(제조 장치)
5 13족 질화물 결정
6 혼합 융액
7 시드 결정
11 내압 용기
12 내부 용기
13 반응 용기
14, 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F 배플(구조물)
15 히터
16 회전 메커니즘
21 턴테이블
22 회전축
31, 32, 33, 34, 35 파이프
36, 37, 38, 39, 40 밸브
41, 42 압력 제어기
45 압력 게이지
51 중심부
52 외주부
55 측면
56 상면
57 하면
58 외측면
59 모따기부
60 곡면
61 최상면
62 내벽면
70 중심축
D (혼합 융액의) 깊이
H (혼합 융액의) 높이

Claims (11)

  1. 플럭스(flux) 방법을 사용함으로써 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치에 있어서,
    알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 13족 원소를 포함하는 혼합 융액(mixed melt) 및 상기 혼합 융액 내에 위치되는 시드 결정(seed crystal)을 포함하는 반응 용기;
    상기 반응 용기를 회전시키는 회전 메커니즘; 및
    상기 혼합 융액을 교반(stir)하기 위해 상기 반응 용기 내에 제공되는 구조물
    을 포함하며,
    상기 구조물은 상기 반응 용기의 내부 벽에 가까운 상기 구조물의 제1 부분의 높이가 상기 반응 용기의 중앙에 가까운 상기 구조물의 제2 부분의 높이보다 더 높도록 구성되는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조물은 상기 반응 용기의 하단부의 일부분으로부터 상기 반응 용기의 내부를 향해 돌출되도록 구성되는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구조물의 측부는 모따기(chamfer)되는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물의 상기 혼합 융액과 접촉하는 면은 곡면인 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물은 복수개 제공되며,
    상기 구조물들은 상기 반응 용기의 중심축에 관하여 점대칭으로 배치되는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물은 복수개 제공되며,
    상기 구조물들은 상기 회전 메커니즘의 회전축에 관하여 점대칭으로 배치되는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조물은 복수개 제공되며,
    상기 구조물들은 상기 반응 용기의 중심축에 대해 점대칭으로 배치되고,
    상기 중심축은 상기 회전 메커니즘의 회전축과 일치하는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 메커니즘은 상기 반응 용기가 회전과 정지를 반복하도록 동작하는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전 메커니즘은, 상기 반응 용기가 회전한 다음 정지한 이후에, 상기 반응 용기가 상기 정지 이전의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하도록 반복적으로 동작하는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 회전 메커니즘은, 상기 반응 용기가 회전한 다음 정지한 이후에, 상기 반응 용기가 상기 정지 이전의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 반복적으로 동작하는 것인, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치.
  11. 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치로 13족 질화물 결정을 제조하는 단계를 포함하는, 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 방법.
KR1020167003322A 2013-08-08 2014-08-05 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법 KR20160051737A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013165084A JP2015034104A (ja) 2013-08-08 2013-08-08 １３族窒化物結晶の製造装置及び製造方法
JPJP-P-2013-165084 2013-08-08
PCT/JP2014/071134 WO2015020225A1 (en) 2013-08-08 2014-08-05 Apparatus and method for manufacturing group 13 nitride crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160051737A true KR20160051737A (ko) 2016-05-11

Family

ID=52461547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167003322A KR20160051737A (ko) 2013-08-08 2014-08-05 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160168747A1 (ko)
EP (1) EP3030701A4 (ko)
JP (1) JP2015034104A (ko)
KR (1) KR20160051737A (ko)
CN (1) CN105745365A (ko)
WO (1) WO2015020225A1 (ko)

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55140793A (en) * 1979-04-18 1980-11-04 Toshiba Corp Single crystal pulling device
JPS6374991A (ja) * 1986-09-18 1988-04-05 Agency Of Ind Science & Technol 単結晶成長用試料容器
US4896971A (en) * 1987-03-26 1990-01-30 General Signal Corporation Mixing apparatus
JPH04321585A (ja) * 1991-04-23 1992-11-11 Nippon Mektron Ltd 単結晶育成方法
EP1201793B1 (en) * 1999-05-22 2004-09-01 Japan Science and Technology Agency Method and apparatus for growing high quality single crystal
JP3893012B2 (ja) * 1999-05-22 2007-03-14 独立行政法人科学技術振興機構 Ｃｌｂｏ単結晶の育成方法
JP2002187791A (ja) * 2000-12-15 2002-07-05 Canon Inc 液相成長方法および液相成長装置
EP1634980A4 (en) * 2003-03-17 2009-02-25 Osaka Ind Promotion Org METHOD FOR PRODUCING A GROUP III NITRIDE CRYSTAL AND DEVICE THEREFOR
US7435295B2 (en) * 2004-02-19 2008-10-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for producing compound single crystal and production apparatus for use therein
WO2006022302A2 (ja) * 2004-08-24 2006-03-02 Univ Osaka 窒化アルミニウム結晶の製造方法およびそれにより得られた窒化アルミニウム結晶
EP1944080A1 (de) * 2007-01-11 2008-07-16 F.Hoffmann-La Roche Ag Vorrichtung und Verfahren zum Bewegen einer Flüssigkeit in einer Kavität
JP4941448B2 (ja) * 2007-10-26 2012-05-30 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体製造装置
JP4849092B2 (ja) * 2008-04-24 2011-12-28 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体製造装置および種結晶ホルダ
JP2010143781A (ja) * 2008-12-17 2010-07-01 Showa Denko Kk サファイア単結晶の製造方法
US8535439B2 (en) * 2009-01-14 2013-09-17 Sumco Techxiv Corporation Manufacturing method for silicon single crystal
JP5887697B2 (ja) * 2010-03-15 2016-03-16 株式会社リコー 窒化ガリウム結晶、１３族窒化物結晶、結晶基板、およびそれらの製造方法
JP5569882B2 (ja) * 2010-10-26 2014-08-13 株式会社Ｉｈｉ 結晶成長装置
JP5742390B2 (ja) 2011-03-31 2015-07-01 株式会社Ihi 窒化ガリウム結晶の成長方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015034104A (ja) 2015-02-19
WO2015020225A1 (en) 2015-02-12
US20160168747A1 (en) 2016-06-16
CN105745365A (zh) 2016-07-06
EP3030701A4 (en) 2016-09-21
EP3030701A1 (en) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101405440B (zh) 氮化物单晶的制造方法及其装置
CN103603049A (zh) 一种多片式氮化物单晶体材料生长装置及方法
JP4560308B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物の結晶製造方法
WO2006106644A1 (ja) ＳｉドープＧａＡｓ単結晶インゴットおよびその製造方法、並びに、当該ＳｉドープＧａＡｓ単結晶インゴットから製造されたＳｉドープＧａＡｓ単結晶ウェハ
CN110129887B (zh) 用于助熔剂法生长氮化物单晶的承载结构、系统及方法
JP4849092B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体製造装置および種結晶ホルダ
JP5464007B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の製造方法
KR20160051737A (ko) 13족 질화물 결정을 제조하기 위한 장치 및 방법
JP2011230966A (ja) 第１３族金属窒化物結晶の製造方法
JP6548509B2 (ja) １３族窒化物単結晶の製造方法、および１３族窒化物単結晶の製造装置
CN110306241B (zh) 晶体基板的制造方法以及晶体基板
Sun et al. Research Progress in Liquid Phase Growth of GaN Crystals
KR101788487B1 (ko) 13 족 질화물 결정을 제조하기 위한 방법 및 장치
JP6263894B2 (ja) １３族窒化物結晶の製造方法及び製造装置
CN105113004A (zh) 一种三族氮化物晶体生长装置
JP2008036545A (ja) 晶析方法
CN212713847U (zh) 助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统
JP5533614B2 (ja) 窒化ガリウム反応容器の撹拌方法及び装置
JP2015160791A (ja) Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法、ｉｉｉ族窒化物結晶、半導体装置およびｉｉｉ族窒化物結晶製造装置
CN114197049A (zh) 助熔剂法生长均匀的氮化物单晶的系统及方法
US20140261157A1 (en) Method for producing group 13 nitride crystal and apparatus for producing the same
JP5741085B2 (ja) 窒化物結晶製造方法および窒化物結晶製造装置
JP2019167294A (ja) 結晶基板の製造方法および結晶基板
Chernov et al. Growth from Solutions
JP2010076947A (ja) シリコン単結晶の製造方法及びこの方法により製造されたシリコン単結晶

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E601 Decision to refuse application