KR20200080516A

KR20200080516A - Pvt 장치에 사용되는 단결정 성장 용기 및 이를 이용한 단결정 성장 방법

Info

Publication number: KR20200080516A
Application number: KR1020180170033A
Authority: KR
Inventors: 인경필; 남승하; 이강홍
Original assignee: (주) 세라컴
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-07
Also published as: KR102228137B1

Abstract

본 발명은, 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하는 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하며, 상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시키는 단결정 성장 용기 및 이를 이용한 단결정 성장 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 성장챔버 내에 장착되는 단결정 성장 용기 하부에 종자결정을 위치시키고 상기 단결정 성장 용기의 상부나 측면부에 단결정 성장의 원료를 위치시켜 단결정을 성장시킬 수 있고 종자결정을 상부에 부착해야 하는 번거로움을 없앨 수 있다.

Description

PVT 장치에 사용되는 단결정 성장 용기 및 이를 이용한 단결정 성장 방법{Vessel for growing a single crystal and growing method of single crystal using the vessel}

본 발명은 단결정 성장 용기 및 단결정 성장 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성장챔버 내에 장착되는 단결정 성장 용기 하부에 종자결정을 위치시키고 상기 단결정 성장 용기의 상부나 측면부에 단결정 성장의 원료를 위치시켜 단결정을 성장시키킬 수 있고 종자결정을 상부에 부착해야 하는 번거로움을 없앨 수 있는는 단결정 성장 용기 및 단결정 성장 방법에 관한 것이다.

단결정 성장법으로 승화법(sublimation), 용액성장법(liquid phase epitaxy; LPE), 고온 화학기상증착법(high temperature chemical vapor deposition; HTCVD) 등이 있다.

단결정 성장법 중에서 PVT(physical vapor transport)법은 일반적으로 알려져 있는 승화법을 개량한 방법이다. PVT법은 단결정 성장시 단결정이 원하는 크기로 쉽게 성장시키기 위해서는 성장시키기 전에 단결정 성장 용기(도가니) 안에 종자결정(seed crystal)을 부착하는데, 일반적으로 도가니 하부에 단결정 성장의 원료가 되는 분말을 넣고 도가니 상단에 종자결정을 부착하게 된다.

성장 공정 동안의 성장조건에서 견딜 수 있도록 도가니에 종자결정을 부착할 필요가 있으며, 그렇지 않을 경우에는 성장 공정 동안 부착 위치의 변형 등으로 종자결정이 해당 위치를 그대로 유지하지 않고 성장 과정에서 그 위치를 이탈하는 경우가 발생하여 공정의 결과에 악영향을 주기도 한다. 그러한 이유로 성장 공정 전에 종자결정의 부착 과정은 필수적인 준비 과정이었다.

PVT법을 이용하여 단결정 성장시 성장될 종자결정을 도가니의 내부에 위치시켜 가열을 통해 증발된 원료가 종자결정 쪽으로 이동하여 성장하는데, 종자결정을 상부에 고정시키고 원료를 하부에 넣어 하부에서 증발된 원료가 온도차에 의해 상부로 이동하면서 성장되는 물리적 원리를 이용하게 된다. 이 경우 종자결정의 고정방법이 매우 복잡하고, 종자결정을 고정하면서 발생되는 종자결정 면의 고정 구조물에 의한 가림이나 물리적 방해로 인해 성장 후 성장 결정의 크기를 제한시키거나 결정의 품질을 낮추는 결과가 발생할 가능성이 높다.

대한민국 등록특허공보 제10-1000890호는 '대구경 고품질 탄화규소 단결정 잉곳 성장을 위한 종자정부착 방법'을 제시하고 있다. 상기 종자정부착 방법은 종자정 홀더 표면에 접착제를 사용하여 탄화규소 종자정을 부착하는데, 화학적으로 종자정을 부착하게 되면 2000℃ 내외의 고온 성장 조건에서 부착된 종자정을 잡고 있는 접착제가 변형될 수 있고, 발열이 많이 일어나서 종자정의 부착 부분이 부분적으로 증발하여 없어질 경우에는 그 부착 위치를 이탈할 가능성이 매우 높다. 또한, 접착제는 화합물 또는 혼합물로 이루어지며, 이러한 화합물 또는 혼합물 성분은 결정 성장 동안에 불순물로 작용할 가능성이 있다.

본 발명의 발명자들은 종자결정의 위치를 도가니의 하부에 위치시키면서 자중에 의해 놓여지는 형태를 통해 결정 성장시 결정의 크기나 품질에 영향을 덜 받게 하는 방안을 연구하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1000890호 대한민국 등록특허공보 제10-1747685호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 성장챔버 내에 장착되는 단결정 성장 용기 하부에 종자결정을 위치시키고 상기 단결정 성장 용기의 상부나 측면부에 단결정 성장의 원료를 위치시켜 단결정을 성장시킬 수 있고 종자결정을 상부에 부착해야 하는 번거로움을 없앨 수 있는 단결정 성장 용기 및 단결정 성장 방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하고 단결정 성장의 원료가 고정되는 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하며, 상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기를 제공한다.

상기 종자결정 지지 블록의 외경은 상기 종자결정의 외경보다 작게 구비될 수 있다.

상기 종자결정 지지 블록의 외경은 상기 종자결정의 외경보다 크게 구비될 수 있다.

상기 종자결정 지지 블록 위에 안착된 종자결정의 하측보다 높게 돌출된 단턱이 상기 종자결정 지지 블록에 구비되어 있을 수 있고, 상기 단턱과 상기 종자결정 사이에 빈 공간이 형성되게 구비될 수 있다.

상기 종자결정 지지 블록의 높이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있다.

상기 단결정 성장 용기 내부의 온도 구배를 상부에서 하부 방향으로 하여 단결정을 성장시키는 것이 바람직하다.

상기 단결정 성장의 원료는 AlN, GaN 또는 SiC 분말의 성형체를 열처리하여 고화시킨 원료일 수 있다.

또한, 본 발명은, 단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록과, 상기 하부 용기와 상기 종자결정 지지 블록 사이에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작고 상기 종자결정 지지 블록의 외경보다 크게 구비되며 상기 단결정 성장의 원료를 가두기 위한 스페이서를 포함하며, 상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기를 제공한다.

상기 단결정 성장의 원료는 AlN, GaN 또는 SiC 분말일 수 있다.

상기 스페이서는 상기 종자결정 지지 블록에 안착된 종자결정의 상측보다 높게 상부로 돌출되고 상기 하부 용기의 상측보다 낮게 구비되는 것이 바람직하다.

상기 스페이서는 내부가 비어 있는 원통형 형태를 가질 수 있다.

상기 스페이서가 상기 하부 용기에 삽입될 수 있도록 가이드 하는 스페이서 삽입 가이드가 상기 하부 용기에 구비되어 있을 수 있고, 상기 스페이서 삽입 가이드는 그 외경이 상기 스페이서의 내경보다 작게 구비되어 있고 상부로 돌출되어 있는 형태를 가질 수 있다.

또한, 본 발명은, 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하고 단결정 성장의 원료가 고정되는 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하는 단결정 성장 용기를 준비하는 단계와, 단결정 성장 원료 분말의 성형체를 상기 상부 용기 내에 안착시킨 후 열처리하여 고화시켜 상기 상부 용기에 고정시키는 단계와, 단결정 성장을 위한 종자결정을 상기 하부 용기 내의 종자결정 지지 블록 위에 위치시키는 단계와, 상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 단계를 포함하는 단결정 성장 방법을 제공한다. 상기 단결정을 성장시키는 단계에서, 상기 단결정 성장 용기의 상부를 가열하여 상기 단결정 성장 용기의 하부 온도보다 상부 온도를 높여 온도의 구배가 상부에서 하부로 낮아지도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록과, 상기 하부 용기과 상기 종사결정 지지 블록 사이에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작고 상기 종자결정 지지 블록의 외경보다 크게 구비되며 상기 단결정 성장의 원료를 가두기 위한 스페이서를 포함하는 단결정 성장 용기를 준비하는 단계와, 상기 하부 용기 내의 상기 종자결정 지지 블록 위에 단결정 성장을 위한 종자결정을 위치시키는 단계와, 단결정 성장의 원료를 상기 하부 용기의 내측과 상기 스페이서 사이에 위치시키는 단계 및 상기 하부 용기와 상부 용기를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 단계를 포함하는 단결정 성장 방법을 제공한다. 상기 단결정을 성장시키는 단계에서, 상기 단결정 성장 용기의 상부를 가열하여 상기 단결정 성장 용기의 하부 온도보다 상부 온도를 높여 온도의 구배가 상부에서 하부로 낮아지도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 성장챔버 내에 장착되는 단결정 성장 용기 하부에 종자결정을 위치시키고 상기 단결정 성장 용기의 상부나 측면부에 단결정 성장의 원료를 위치시켜 단결정을 성장시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 최종 목적물인 성장된 단결정의 손실을 최소화하거나 없앨 수 있고, 종자결정을 상부에 부착해야 하는 번거로움과 종자결정의 성장에 방해가 되는 많은 요소들을 배제시킬 수 있다.

종래에는 용기 상부에 종자결정을 고정시켜야 하기 때문에 다른 고정 구조물을 이용하여 종자결정의 성장될 전면을 가리지 못하고 측면이나 후면부를 가려야 하고, 전면을 가리게 되면 최소화한 영역을 가리는 방법을 사용해야 하는 난점이 발생하였다. 본 발명에 의하면, 종자결정이 자중에 의해 놓여지는 형태이므로 안정하고, 그 위치를 이탈할 가능성도 없으며, 종자결정을 고정하기 위한 고정 구조물을 사용하지 않으므로 종자결정의 성장될 전면이 가려지지 않으므로 성장 영역을 넓게 확보할 수 있고, 종자결정 전면부의 성장을 방해받지 않고 단결정을 성장시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 일 예에 따른 단결정 성장 용기를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 다른 예에 따른 단결정 성장 용기를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 종자결정이 위치되는 하부 용기와 종자결정이 놓여지는 종자결정 지지 블록을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 원료가 위치되는 상부 용기를 보여주는 도면으로서 원료를 미리 반응시켜 고정시킨 모습을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예 1에서 상부 용기와 하부 용기가 결합된 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예 2에 따른 단결정 성장 용기를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 종자결정이 위치되는 하부 용기와 종자결정이 놓여지는 종자결정 지지 블록을 보여주는 도면이다.
도 8는 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 원료가 하부 용기의 측면에 위치된 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예 2에서 상부 용기와 하부 용기가 결합된 모습을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

주요한 단결정 성장법은 승화법(sublimation), 용액성장법(liquid phase epitaxy; LPE), 고온 화학기상증착법(high temperature chemical vapor deposition; HTCVD) 등이 있다.

본 발명은 승화법을 개량한 PVT(physical vapor transport)법을 이용하여 단결정을 제조하고자 하는데 적용할 수 있는 단결정 성장 용기 및 단결정 성장 방법을 제시한다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단결정 성장 용기는, 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하고 단결정 성장의 원료가 고정되는 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하며, 상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시킨다.

본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장 용기는, 단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록과, 상기 하부 용기와 상기 종자결정 지지 블록 사이에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작고 상기 종자결정 지지 블록의 외경보다 크게 구비되며 상기 단결정 성장의 원료를 가두기 위한 스페이서를 포함하며, 상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시킨다.

상기 단결정 성장의 원료는 AlN, GaN 또는 SiC 분말일 수 있다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 단결정 성장 방법은, 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하고 단결정 성장의 원료가 고정되는 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하는 단결정 성장 용기를 준비하는 단계와, 단결정 성장 원료 분말의 성형체를 상기 상부 용기 내에 안착시킨 후 열처리하여 고화시켜 상기 상부 용기에 고정시키는 단계와, 단결정 성장을 위한 종자결정을 상기 하부 용기 내의 종자결정 지지 블록 위에 위치시키는 단계와, 상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다. 상기 단결정을 성장시키는 단계에서, 상기 단결정 성장 용기의 상부를 가열하여 상기 단결정 성장 용기의 하부 온도보다 상부 온도를 높여 온도의 구배가 상부에서 하부로 낮아지도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장 방법은, 단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록과, 상기 하부 용기과 상기 종사결정 지지 블록 사이에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작고 상기 종자결정 지지 블록의 외경보다 크게 구비되며 상기 단결정 성장의 원료를 가두기 위한 스페이서를 포함하는 단결정 성장 용기를 준비하는 단계와, 상기 하부 용기 내의 상기 종자결정 지지 블록 위에 단결정 성장을 위한 종자결정을 위치시키는 단계와, 단결정 성장의 원료를 상기 하부 용기의 내측과 상기 스페이서 사이에 위치시키는 단계 및 상기 하부 용기와 상부 용기를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 단계를 포함한다. 상기 단결정을 성장시키는 단계에서, 상기 단결정 성장 용기의 상부를 가열하여 상기 단결정 성장 용기의 하부 온도보다 상부 온도를 높여 온도의 구배가 상부에서 하부로 낮아지도록 구성하는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장 용기 및 이를 이용한 단결정 성장 방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단결정 성장 용기는 PVT(physical vapor transport)법이라고 불리는 기상법을 이용하여 AlN, GaN, SiC 등의 단결정을 성장시키는 장치에 사용될 수 있다.

AlN, GaN, SiC와 같은 단결정은 PVT(Physical Vapor Transport)법을 이용하여 성장시킬 수 있다. PVT 장치에서 단결정 성장시 단결정을 원하는 크기로 쉽게 성장시키기 위해서는 성장시키기 전에 단결정 성장 용기(도가니) 안에 원료와 종자결정(seed crystal)을 위치시킨다. 종자결정은 단결정 성장 용기 하측에 위치시킨다. 단결정 성장 용기 상측에 종자결정을 부착할 경우에, 성장 공정 동안 부착 위치의 변형 등으로 종자결정이 해당 위치를 그대로 유지하지 않고 성장 과정에서 그 위치를 이탈하는 경우가 발생하여 공정의 결과에 악영향을 주기도 한다.

PVT 장치는, 석영 등의 재질로 이루어진 성장챔버와, 상기 성장챔버를 지지하기 위한 성장챔버 지지부와, 상기 성장챔버 내에 구비되고 자체 가열원으로 작용하는 단결정 성장 용기(도가니)와, 상기 성장챔버의 둘레를 감싸게 구비되고 단결정 성장 용기를 고주파 유도가열 방식으로 가열하기 위한 가열수단을 포함한다.

상기 성장챔버는 화학적으로 안정하고 성장 온도 보다 높은 융점을 갖는 내열성의 투명한 석영(quartz) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성장챔버에는 가스배출구가 구비되고, 상기 가스배출구에는 펌프(pump)와 같은 배기 장치가 설치되어 있을 수 있다. 상기 배기 장치에 의하여 성장챔버 내의 압력이 조절될 수 있다. 단결정 성장 전에 퍼지 가스(purge gas)를 사용하여 성장챔버 내에 존재하는 불순물 가스를 퍼지(purge)하여 상기 가스배출구를 통해 배기시킬 수 있다. 상기 배기 장치는 성장챔버 내부를 진공 상태로 만들거나 가스를 배기하기 위한 진공 펌프(vacuum Pump)와, 상기 진공 펌프에 의한 가스의 배기를 차단하거나 조절하기 위한 밸브들과, 성장챔버 내의 진공도를 측정하기 위한 진공 게이지 등을 포함할 수 있다.

상기 성장챔버의 둘레에는 냉각 실린더가 구비될 수 있고, 상기 냉각 실린더 내부를 흐르는 냉각수(cooling water; CW)에 의해 수냉시켜 성장챔버가 과열되는 것을 억제하고 빠르게 냉각시킬 수 있다. 냉각 실린더에는 냉각수 유입관(cooling water inlet; CWI)을 연결하여 냉각수를 공급하고, 공급된 냉각수는 냉각수 배출관(cooling water outlet; CWO)을 통해 배출되도록 하며, 냉각수가 냉각 실린더를 순환되게 하여 성장챔버가 전체적으로 골고루 냉각될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

성장챔버 내부에는 단결정 성장 용기가 위치되며, 상기 단결정 성장 용기는 그 자체가 물질의 합성을 위한 가열원으로 작용할 수 있다. 상기 단결정 성장 용기는 그 자체가 가열원으로 작용하기 때문에 높은 융점을 갖는 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어질 수 있다. 상기 단결정 성장 용기는 원통형 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 원하는 다양한 형태로 제작될 수도 있다. 상기 단결정 성장 용기(100)는 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 상부가 개방된 하부 용기(110)와 상부 용기(120)를 포함하고, 개방된 하부 용기(110) 상부는 상부 용기(120)에 의해 밀폐될 수 있는 구조를 가질 수 있다.

단결정 성장 용기를 가열하여 성장챔버 내의 온도를 일정 값 이상으로 상승시켜 목표하는 성장 온도로 유지하기 위한 가열수단이 구비된다. 상기 가열수단은 단결정 성장 용기의 온도(또는 성장챔버의 내부 온도)를 목표 온도(예컨대, 1000∼2500℃)로 상승시키고 일정하게 유지하는 역할을 한다. 상기 가열수단은 고주파 유도가열 등의 방식을 이용할 수 있다. 상기 가열수단에 의해 성장챔버 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

상기 가열수단으로 고주파(radio frequency; RF) 유도가열 방식을 이용하는 경우, RF 코일이 성장챔버 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 RF 코일은 고주파 발생기에 연결되어 있으며, 고주파 발생기에서 발생된 고주파 전력(RF power)이 RF 코일을 통하여 인가된다. 고주파 유도가열 방식을 이용하는 경우에는 단결정 성장 용기의 온도를 고온(예컨대, 1000∼2500℃)으로 설정이 가능한 장점이 있다.

본 발명에서 적용하는 PVT 장치의 경우, 석영 등의 재질로 이루어진 성장챔버가 구비되고, 성장챔버 내에 별도의 저항을 가진 단결정 성장 용기를 넣고, 성장챔버 내부를 일정한 압력과 일정한 온도로 유지시켜 놓고, 성장챔버의 외측에 일정한 간격으로 감아 놓은 RF(radio frequency) 코일을 장착하여 일정 주파수를 이용하여 전류를 흐르게 한 후, 흐르는 전류에 의해 자장이 발생하게 하고, 단결정 성장 용기 주변을 흐르는 자장에 의해 2차 유도된 전류가 발생하게 하여 단결정 성장 용기(100)의 저항을 통해 스스로 발열하도록 만들며, 이렇게 발열된 열을 통해 단결정 성장 용기 안에 미리 넣어둔 단결정 성장의 원료가 가열되어 증발하고, 그 증발물질들이 하부 용기 하측에 위치된 종자결정에 증착되면서 단결정으로 재결정화 하는 방식을 이용한다.

AlN, GaN, SiC 등은 고체에서 기체로 바로 승화하는 성질이 있어 원료가 분해 증발한 후 재결정화하게 된다. 단결정 성장시 단결정 성장 용기의 내부 하측에 종자결정을 미리 장착하면 결정의 생성 원리상 미리 장착된 종자결정에 증착되어 단결정의 생성이 용이해질 수 있다.

그러나, AlN, GaN, SiC와 같은 종자결정을 위치시키는 데에는 몇 가지 문제가 발생할 수 있다. 결정 성장 동안에 불순물이 단결정에 함유되어 순도가 낮아지는 문제가 있으며, 단결정 성장 동안에 단결정 성장 용기 내부의 온도는 대략 1000∼2500℃ 내외가 되는데 성장 동안에 종자결정의 위치가 변경되어서는 안 되고, 그 부착 위치로부터 이탈해서도 안 된다.

화합물 또는 혼합물(예컨대, 접착제) 등을 통하여 화학적으로 종자결정을 부착하는 방법이 있을 수도 있지만, 고온의 성장 조건에서 부착된 종자결정을 잡고 있는 화합물 또는 혼합물이 변형되거나 부분적으로 증발하여 없어질 수 있고, 화합물 또는 혼합물 성분은 결정 성장 동안에 불순물로 작용할 가능성이 있으므로 화학적인 방법보다는 기계적(기구) 장치를 통해 종자결정을 부착하는 방법이 유리하지만, 이 역시도 성장 동안에 부착된 종자결정을 잡고 있는 물질이 변형되거나 하는 등의 이유로 종자결정이 부착 위치를 이탈할 가능성이 있다. 따라서, 가장 좋은 방법은 종자결정이 자중에 의해 놓여지는 형태가 가장 안정하고 그 위치를 이탈할 가능성도 없다.

기상법을 통한 종래 단결정의 성장 원리는 일정한 용기 내의 아래쪽에 성장시키고자 하는 물질의 원료인 다결정 원료를 준비하여 넣고, 그 원료를 담고 있는 용기를 고주파 유도 가열 장치 안에 장착하고 가열하여 원료가 일정 온도에서 증발되게 하고, 용기 내부의 원료보다 상부 쪽에서 증발된 원료들이 다시 재결정화 할 수 있고, 증발 조건보다 낮은 온도의 조건이 이루어지는 위치가 정해지고 그 위치에 도달된 증발 물질들이 화학적 재결정 조건이 되어 증착하게 되고, 이 증착하는 물질들의 중착 속도나 증착 조건의 조절을 통해 단결정이 되도록 만드는 것으로, 내부에는 증착과 증발에 해당하는 조건의 온도 구배가 필수적인 조건이 된다. 이러한 원리에 의해 일반적으로 발생되는 단결정은 일반적으로 가장 온도가 높은 곳에 원료를 두어 원료가 증발되게 하고, 가장 낮은 온도의 부분을 증착 부위에 맞추어 증착 부위에 많은 증발물질이 재증착 되게 용기의 내부를 구성하게 된다.

이러한 방법에서 물리적인 원리에 의해 일반적으로 하부에서 증발한 원료는 증발 직후 주변의 온도보다 높은 상태로 가벼워지기 때문에 용기 내부의 상부쪽으로 이동하게 되고, 이러한 이유로 종자결정을 용기 내부의 상부에 위치시켜 고정하게 된다.

이 경우 용기 상부에 위치시키는 종자결정을 고정시켜야 하기 때문에 다른 고정 구조물을 이용하여 종자결정의 성장될 전면을 가리지 못하고 측면이나 후면부를 가려야 하고, 전면을 가리게 되면 최소화한 영역을 가리는 방법을 사용해야 하는 난점이 발생한다. 이때 종자결정의 두께가 얇다면 후면부나 측면부만으로 지지하는 것도 매우 어려워져 전면부의 일부를 이용해야 하며, 이렇게 하면 전면부의 성장이 방해받을 수 있고, 고정 구조물이 불순물의 역할을 하여 고온에서의 변화가 생길 수 있어서 성장된 결정의 품질이 나빠질 수 있다. 또한, 이런 고정 구조물이 용기 또는 용기에 부착된 다른 지지물과 연결되어야만 하므로 공간적인 방해도 받게 될 수 있다.

또한, 용기 위쪽에 고정하게 되면 성장 중에 조건 변화나 고정 구조물의 반응으로 인해 종자결정이 탈락할 수 있는 경우도 있어 정확한 고정 방법이 필요하다.

이에 결정을 고정하는 방법을 용기 내부의 하부에 위치시키는 방법으로 변화시키고, 원래 하부에 있어야 할 원료를 상부 또는 측면 쪽으로 이동시켜 성장시키는 방법을 사용하게 되면, 앞서 언급된 종자결정을 상부에 고정시킴으로써 발생할 수 있는 성장의 방해 요소를 배제할 수 있게 된다.

첫번째 방법으로서 종자결정을 하부에 위치시키는 방법은 용기 하부면에 간단한 형태의 종자결정 지지 블록(블록형 구조물)을 두고 종자결정을 그 위에 올려놓는 방법이 있다. 이 경우 종자결정 지지 블록의 측면이 종자결정 보다 커서 종자결정 옆쪽으로 종자결정 지지 블록이 노출되면 성장 과정 중에 노출된 종자결정 지지 블록의 측면부에서부터 종자결정이 성장할 때 동반 성장되는 다결정형 결정들이 종자결정 쪽으로 근접하게 성장하여 결정의 결정 구조상 다양한 방향을 한 다결정형 결정들의 성장률이 빠를 수 있거나 같을 경우가 생겨 종자결정이 성장하면서 윗면을 다결정형 결정들로 덮이게 성장되어 종자결정의 면적 성장에 방해를 받을 수 있다. 따라서, 종자결정 지지 블록을 제작할 때, 종자결정과 닿는 면의 모양과 크기가 같도록 하거나 면의 직경이나 대각선 방향으로 1~2mm 작게 종자결정 지지 블록을 구성하는 것이 바람직하다.

두 번째 방법으로는 측면의 다결정형 결정들의 방해가 덜 받게 되는 조건이 된다면 하부의 종자결정이 좌우로 흔들리는 것을 방지하기 위해 종자결정이 놓여지는 위치의 둘레를 일정한 거리를 두어 약간 높이 차이가 나도록 단턱을 가진 형태로 구성되면 된다.

이렇게 구성하게 되면 종자결정은 놓여질 위치에 놓는 것만으로 장착이 매우 용이하게 성립되어 여러 가지 잇점이 있는데, 종자결정의 모양과 크기에 영향을 받지 않으며, 탈락의 위험이 없고, 여러 가지 구조물을 만들 필요가 없으며, 이런 구조물에 의한 영향을 최소화 시킬 수 있는 장점이 있다.

하지만 원래 하부에 놓여질 원료의 위치를 상부나 종자결정이 놓여진 위치를 제외한 측면으로 잡아야 하는 문제가 생기는데, 이를 위해 원료를 성형하여 정형화된 형태로 만들고 이를 열처리 등을 이용하여 소결 또는 반응시켜 고화시킨 후 위쪽에 장착하거나, 이미 일정한 용기에 고화되어 부착된 형태를 사용하거나, 용기의 둘레와 중심을 구분하는 구조를 만들어 둘레에 단결정 성장의 원료를 장입하여 장착하고 중심부에 성장용 종자결정을 놓는 형태를 취하면 된다.

또한, 내부의 온도 구배를 하부에서 상부로 하던 것을 원료에서 종자결정 방향인 상부에서 하부 방향으로 변화할 필요가 있다. 이 경우 증발 가스가 용기의 상부에서부터 채워지는 성질 때문에 종자결정의 성장 조건이 약간 민감해질 수 있는데, 이는 용기의 가열부의 위치 조정, 가열 온도의 변화 등을 통해 충분히 해결할 수 있다.

결과적으로 최종 목적물인 성장된 단결정의 손실을 최소화하거나 없앨 수 있고, 종자결정을 상부에 부착해야 하는 번거로움과 종자결정의 성장에 방해가 되는 많은 요소들을 배제시킬 수 있는 방법으로는 종자결정과 원료의 위치를 바꾸는 것으로 해결할 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1은 일 예에 따른 단결정 성장 용기를 도시한 단면도이고, 도 2는 다른 예에 따른 단결정 성장 용기를 도시한 단면도이며, 도 3은 종자결정이 위치되는 하부 용기와 종자결정이 놓여지는 종자결정 지지 블록을 보여주는 도면이고, 도 4는 원료가 위치되는 상부 용기를 보여주는 도면으로서 원료를 미리 반응시켜 고정시킨 모습을 보여주며, 도 5는 상부 용기와 하부 용기가 결합된 모습을 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 단결정 성장 용기(100)는 종자결정을 수용하는 하부 용기(110)와, 하부 용기(110)의 상부를 밀폐하고 원료가 고정되는 상부 용기(120)와, 하부 용기(110) 내의 하측에 위치하고 하부 용기(110)의 내경보다 작게 구비되며 종자결정(20)이 안착되는 종자결정 지지 블록(130)을 포함한다.

하부 용기(110)의 상부에는 상부 용기(120)가 구비되고, 단결정 성장 용기(100)는 상부 용기(120)에 의해 밀폐될 수 있다. 상부 용기(120)는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐, 탄탈륨 등을 그 예로 들 수 있다. 가혹한 성장 조건에도 견딜 수 있는 재질을 이용함으로써 단결정 성장 용기(100) 내부의 온도와 분위기에서 견딜 수 있게 된다.

상부 용기(120)에는 단결정 성장의 원료(10)가 고정된다. 단결정 성장의 원료(10)는 AlN, GaN, SiC 등과 같이 승화하는 물질의 분말을 성형하여 정형화된 형태로 만들고 이를 열처리 등을 이용하여 소결 또는 반응시켜 고화시킨 것이다. AlN, GaN, SiC와 같은 분말의 성형체를 상부 용기(120) 내에 안착시킨 후 열처리하여 고화시킴으로써 상부 용기(120)에 용이하게 고정할 수가 있다.

하부 용기(110)는 종자결정(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공한다. 하부 용기(110)는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐, 탄탈륨 등을 그 예로 들 수 있다. 가혹한 성장 조건에도 견딜 수 있는 재질을 이용함으로써 단결정 성장 용기(100) 내부의 온도와 분위기에서 견딜 수 있게 된다.

종자결정 지지 블록(130)은 하부 용기(110) 내의 하측에 위치되고 하부 용기(110)의 내경보다 작게 구비되며 종자결정(20)이 안착된다. 종자결정 지지 블록(130)의 전체적인 형태는 원기둥 형태일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 사각기둥, 육각기둥 등의 다양한 형태를 가질 수 있음은 물론이다. 종자결정 지지 블록(130)의 상부에는 종자결정(20)이 안착된다. 종자결정 지지 블록(130)은 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 종자결정 지지 블록(130)은 하부 용기(110)에 분리가 가능하게 구비될 수 있으나, 하부 용기(110)에 일체형으로 결합되어 있는 것이 바람직하다.

종자결정 지지 블록(130)의 두께(높이)를 조절하여 종자결정(20)의 위치를 결정할 수 있다. 종자결정(20)의 위치를 조절하기 위해 종자결정 지지 블록(130)은 다양한 두께의 것을 사용할 수 있다. 예컨대, 종자결정 지지 블록(130)의 두께가 큰 것을 사용하는 경우에는 종자결정 지지 블록(130)의 두께가 작은 것을 사용하는 경우에 비하여 종자결정(20)이 하부 용기(110) 상부쪽으로 위치하게 된다.

도 1은 종자결정(20)을 하부 용기(110)에 위치시키고 원료(10)를 상부 용기(120)에 고정하는 형태로서 종자결정(20)보다 종자결정 지지 블록(130)을 작게 하는 경우를 보여준다. 종자결정 지지 블록(130)의 측면이 종자결정(20) 보다 커서 종자결정(20) 옆쪽으로 종자결정 지지 블록(130)이 노출되면 성장 과정 중에 노출된 종자결정 지지 블록(130)의 측면부에서부터 종자결정이 성장할 때 동반 성장되는 다결정형 결정들이 종자결정(20) 쪽으로 근접하게 성장하여 결정의 결정 구조상 다양한 방향을 한 다결정형 결정들의 성장률이 빠를 수 있거나 같을 경우가 생겨 종자결정(20)이 성장하면서 윗면을 다결정형 결정들로 덮이게 성장되어 종자결정(20)의 면적 성장에 방해를 받을 수 있다. 따라서, 종자결정 지지 블록(130)을 제작할 때 종자결정(20)과 닿는 면의 모양과 크기가 같도록 하거나 면의 직경이나 대각선 방향으로 1~2mm 작게 종자결정 지지 블록을 구성하는 것이 바람직하다.

도 2는 종자결정(20)을 하부 용기(110)에 위치시키고 원료(10)를 상부 용기(120)에 고정시키는 형태로서 종자결정(20)보다 종자결정 지지 블록(130)을 크게 하는 경우를 보여준다. 종자결정 지지 블록(130)의 외경이 종자결정(20)의 외경보다 크게 구비되는 경우에, 상기 종자결정 지지 블록(130)에는 안착된 종자결정(20)의 하측보다 높게 돌출된 단턱(132)이 구비되어 있을 수 있고, 상기 단턱(132)과 상기 종자결정(20) 사이에 빈 공간이 형성되게 구비된다. 측면의 다결정형 결정들의 방해가 덜 받게 되는 조건이 된다면 종자결정(20)이 좌우로 흔들리는 것을 방지하기 위해 종자결정(20)이 놓여지는 위치의 둘레를 일정한 거리를 두어 약간 높이 차이가 나도록 종자결정 지지 블록(130)이 단턱을 가진 형태로 구성되면 된다.

이렇게 구성하게 되면 종자결정(20)은 놓여질 위치에 놓는 것만으로 장착이 매우 용이하게 성립되어 여러 가지 잇점이 있는데, 종자결정의 모양과 크기에 영향을 받지 않으며, 탈락의 위험이 없고, 여러 가지 구조물을 만들 필요가 없으며, 이런 구조물에 의한 영향을 최소화 시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 적용하는 단결정 성장 방법은, 성장챔버 내에 장착되는 단결정 성장 용기(100)의 상부 용기(120)에 단결정 성장의 원료를 고정시키고 상기 단결정 성장 용기(100)의 하부 용기(110)에 종자결정을 안착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 단결정을 성장시키는 방법으로서, 더욱 구체적으로는 단결정 성장을 위한 종자결정(20)을 하부 용기(110) 내의 종자결정 지지 블록(130) 위에 위치시키고, 단결정 성장을 위해 단결정 성장의 원료를 상부 용기(120)에 고정시키고, 하부 용기(110)와 상부 용기(120)를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 것이다.

상기 단결정을 성장시키는 동안에, 단결정 성장 용기(100)의 상부를 가열하여 단결정 성장 용기(100)의 하부 온도보다 상부 온도를 높여 온도의 구배가 상부에서 하부로 낮아지도록 구성하는 것이 바람직하다.

단결정 성장의 원료(10)의 증발 조건보다 낮은 온도를 갖는 위치에 증발 물질들이 도달하게 되면, 재결정 조건이 되어 증착되게 되고, 이 증착 물질들의 증착 속도나 증착 조건의 조절을 통해 단결정이 되도록 만든다.

단결정 성장 용기(100) 내부에서 가장 온도가 높은 곳에 단결정 성장의 원료(10)를 두어 증발하게 하고, 증발 조건보다 낮은 온도의 부분에 종자결정(20)을 위치시켜 증발 물질들이 증착되어 재결정화되게 단결정 성장 용기(100)의 내부를 구성한다.

이를 위해 단결정 성장 용기(100) 내부의 온도 구배를 하부에서 상부로 하던 것을 단결정 성장의 원료(10)에서 종자결정(20) 방향으로, 즉 상부에서 하부 방향으로 변화할 필요가 있다.

상술한 방법에 의하면, 최종 목적물인 성장된 단결정의 손실을 최소화하거나 없앨 수 있고, 종자결정을 상부에 부착해야 하는 번거로움과 종자결정의 성장에 방해가 되는 많은 요소들을 배제시킬 수 있다.

<실시예 2>

도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 단결정 성장 용기를 도시한 단면도이고, 도 7은 종자결정이 위치되는 하부 용기와 종자결정이 놓여지는 종자결정 지지 블록을 보여주는 도면이며, 도 8는 원료가 하부 용기의 측면에 위치된 모습을 보여주는 도면이고, 도 9는 상부 용기와 하부 용기가 결합된 모습을 보여주는 도면이다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 단결정 성장 용기(100)는 단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기(110)와, 하부 용기(110)의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기(120)와, 하부 용기(110) 내의 하측에 위치하고 하부 용기(110)의 내경보다 작게 구비되며 종자결정(20)이 안착되는 종자결정 지지 블록(130)과, 하부 용기(110)와 종자결정 지지 블록(130) 사이에 위치하고 하부 용기(110)의 내경보다 작고 종자결정 지지 블록(130)의 외경보다 크게 구비되며 단결정 성장의 원료(10)를 가두기 위한 스페이서(140)를 포함한다.

하부 용기(110)는 단결정 성장의 원료(10)와 종자결정(20)을 수용할 수 있는 공간을 제공한다. 하부 용기(110)는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 흑연(graphite), 카본(흑연을 제외한 카본), 텅스텐, 탄탈륨 등을 그 예로 들 수 있다. 가혹한 성장 조건에도 견딜 수 있는 재질을 이용함으로써 단결정 성장 용기(100) 내부의 온도와 분위기에서 견딜 수 있게 된다.

종자결정 지지 블록(130)은 그 외경이 도 1에 도시된 바와 같이 종자결정(20)의 외경보다 작게 구비될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 종자결정(20)의 외경보다 크게 구비될 수도 있다. 종자결정 지지 블록(130)의 외경이 종자결정(20)의 외경보다 크게 구비되는 경우에, 상기 종자결정 지지 블록(130)에는 안착된 종자결정(20)의 하측보다 높게 돌출된 단턱(132)이 구비되어 있을 수 있고, 상기 단턱(132)과 상기 종자결정(20) 사이에 빈 공간이 형성되게 구비된다.

단결정 성장의 원료(10)는 AlN, GaN, SiC 등과 같이 승화하는 물질의 분말일 수 있다.

스페이서(140)는 하부 용기(110) 내에 위치하고 하부 용기(110)의 내경보다 작고 종자결정 지지 블록(130)의 외경보다 크게 구비되며 단결정 성장의 원료(10)를 가두기 위한 역할을 한다. 스페이서(140)는 종자결정 지지 블록(130)에 안착된 종자결정(20)의 상측보다 높게 상부로 돌출되고 하부 용기(110)의 상측보다 낮게 구비되는 것이 바람직하다. 스페이서(140)은 내부가 비어 있는 원통(또는 실린더) 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 스페이서(140)의 단면 직경은 종자결정 지지 블록(130)의 단면 직경보다 크게 구비된다. 스페이서(140)의 단면 직경이 종자결정 지지 블록(130)의 단면 직경보다 크게 구비됨으로써 스페이서(140)의 내측과 종자결정 지지 블록(130)의 외측 사이에 빈 공간이 형성될 수 있다. 스페이서(140)는 가혹한 성장 조건에서도 견딜 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 스페이서(140)은 하부 용기(110)에 일체형으로 결합되어 있을 수 있으나, 하부 용기(110)에 분리가 가능하게 구비되는 것이 바람직하다. 스페이서(140)가 하부 용기(110)와 분리 가능하게 구비되는 경우에, 하부 용기(110)에는 스페이서 삽입 가이드(145)가 구비되어 있을 수 있다. 스페이서 삽입 가이드(145)는 스페이서(140)가 하부 용기(110)에 잘 삽입될 수 있도록 가이드 하는 역할을 하며, 스페이서 삽입 가이드(145)는 그 외경이 스페이서(140)의 내경보다 작게 구비되어 있고 상부로 돌출되어 있는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 스페이서 삽입 가이드(145)는 원기둥 등의 형태를 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 스페이서 삽입 가이드(145)가 구비되는 경우에, 종자결정 지지 블록(130)은 스페이서 삽입 가이드(145) 상부에 구비되는 것이 바람직하며, 종자결정 지지 블록(130)의 외경은 스페이서 삽입 가이드(145)의 외경보다 작게 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 적용하는 단결정 성장 방법은, 성장챔버 내에 장착되는 단결정 성장 용기(100)의 하부 용기(110)에 단결정 성장의 원료를 위치시키고 상기 단결정 성장 용기(100)의 하부 용기(110)에 종자결정(20)을 안착하여 단결정을 성장시키는 PVT 장치에서 단결정을 성장시키는 방법으로서, 더욱 구체적으로는 하부 용기(110) 내의 종자결정 지지 블록(130) 위에 단결정 성장을 위한 종자결정(20)을 위치시키고, 단결정 성장을 위해 단결정 성장의 원료를 하부 용기(110)의 내측과 스페이서(140) 사이에 위치시키며, 하부 용기(110)와 상부 용기(120)를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 것이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

10: 단결정 성장의 원료
20: 종자결정
100: 단결정 성장 용기
110: 하부 용기
120: 상부 용기
130: 종자결정 지지 블록
132: 단턱
140: 스페이서
145: 스페이서 삽입 가이드

Claims

종자결정을 수용하는 하부 용기;
상기 하부 용기의 상부를 밀폐하고 단결정 성장의 원료가 고정되는 상부 용기; 및
상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하며,
상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기;
상기 하부 용기의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기;
상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록; 및
상기 하부 용기와 상기 종자결정 지지 블록 사이에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작고 상기 종자결정 지지 블록의 외경보다 크게 구비되며 상기 단결정 성장의 원료를 가두기 위한 스페이서를 포함하며,
상기 하부 용기 내에 위치된 상기 종자결정 지지 블록의 상부에 상기 종자결정을 위치시켜 단결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종자결정 지지 블록의 외경은 상기 종자결정의 외경보다 작게 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종자결정 지지 블록의 외경은 상기 종자결정의 외경보다 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종자결정 지지 블록 위에 안착된 종자결정의 하측보다 높게 돌출된 단턱이 상기 종자결정 지지 블록에 구비되어 있고,
상기 단턱과 상기 종자결정 사이에 빈 공간이 형성되게 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종자결정 지지 블록의 높이를 조절하여 상기 종자결정이 안착되는 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단결정 성장 용기 내부의 온도 구배를 상부에서 하부 방향으로 하여 단결정을 성장시키는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제1항에 있어서, 상기 단결정 성장의 원료는 AlN, GaN 또는 SiC 분말의 성형체를 열처리하여 고화시킨 원료인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제2항에 있어서, 상기 단결정 성장의 원료는 AlN, GaN 또는 SiC 분말인 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제2항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 종자결정 지지 블록에 안착된 종자결정의 상측보다 높게 상부로 돌출되고 상기 하부 용기의 상측보다 낮게 구비되는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제2항에 있어서, 상기 스페이서는 내부가 비어 있는 원통형 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
제11항에 있어서, 상기 스페이서가 상기 하부 용기에 삽입될 수 있도록 가이드 하는 스페이서 삽입 가이드가 상기 하부 용기에 구비되어 있고,
상기 스페이서 삽입 가이드는 그 외경이 상기 스페이서의 내경보다 작게 구비되어 있고 상부로 돌출되어 있는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 용기.
종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하고 단결정 성장의 원료가 고정되는 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록을 포함하는 단결정 성장 용기를 준비하는 단계;
단결정 성장 원료 분말의 성형체를 상기 상부 용기 내에 안착시킨 후 열처리하여 고화시켜 상기 상부 용기에 고정시키는 단계;
단결정 성장을 위한 종자결정을 상기 하부 용기 내의 종자결정 지지 블록 위에 위치시키는 단계;
상기 하부 용기와 상기 상부 용기를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 방법.
단결정 성장의 원료와 종자결정을 수용하는 하부 용기와, 상기 하부 용기의 상부를 밀폐하기 위한 상부 용기와, 상기 하부 용기 내의 하측에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작게 구비되며 상기 종자결정이 안착되는 종자결정 지지 블록과, 상기 하부 용기과 상기 종사결정 지지 블록 사이에 위치하고 상기 하부 용기의 내경보다 작고 상기 종자결정 지지 블록의 외경보다 크게 구비되며 상기 단결정 성장의 원료를 가두기 위한 스페이서를 포함하는 단결정 성장 용기를 준비하는 단계;
상기 하부 용기 내의 상기 종자결정 지지 블록 위에 단결정 성장을 위한 종자결정을 위치시키는 단계;
단결정 성장의 원료를 상기 하부 용기의 내측과 상기 스페이서 사이에 위치시키는 단계; 및
상기 하부 용기와 상부 용기를 결합시켜 밀폐하여 단결정을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 방법.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 단결정을 성장시키는 단계에서,
상기 단결정 성장 용기의 상부를 가열하여 상기 단결정 성장 용기의 하부 온도보다 상부 온도를 높여 온도의 구배가 상부에서 하부로 낮아지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 단결정 성장 방법.