KR800000280B1 - 반도체 단결정의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 단결정의 제조방법

제1도는 종래의 금속간 화합물 제조방법에 사용되는 장치의 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 장치에 사용되는 도가니속의 상태를 도시한 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 금속간화합물 제조방법에 사용되는 장치의 단면도.

제4도는 제3도에 도시된 장치에 사용된 도가니속의 상태를 도시한 단면도.

제5도는 본 발명에 따른 금속간 화합물의 제조방법에 사용되는 다른 형태의 특수구조도가니와 그 속의 상태를 도시한 단면도.

본 발명은 III-V족 단결정 반도체 제조방법에 관한것으로, 특히, 도가니를 사용하여 금속용융액속에 비 금속의 증기 확산에 의한 단결정 금속간 화합물 제조방법에 관한 것이다.

본 발명과 양도인이 같은 1972년 10월 26일에 허여된 미합중국 특허 3,615,203호에는 단결정 금속간 화합물 제조방법이 기술되어있다. 이 방법에 따르면, 높은 온도와 높은 압력이 필요하지 않으므로 특성이 우수하고 직경이 균일한 단결정 금속간 화합물을 간단한 장치의 구조로 생산할 수 있다.

그러나 이 방법에 의하면, 하나의 단결정 대신에 다수의 단결정을 제조할 수 있는 가능성이 있다. 이렇게 제조된 금속간 화합물의 주괴가 웨이퍼(wafer)로 잘라지고 그 웨이퍼에서 다수의 광방출 다이오드가 만들어지는 경우에는 문제가 없다. 그러나, 다수의 광방출 다이오드는 특성이 변하는 경향이 있고, 특히 단일체제 알파숫자 특성 표시장치를 형성한 경우에는, 하나의 단결정을 사용하는 것이 필요하다.

1968년 1월 30일에 허여된 미합중국 특허 제3,366,454호에는 결정형성중 도가니 속에서 움직이면서 단결정을 형성하는 방법이 기술되어있다. 특허 제3,615,205호는 제조중 결정-용액 계면이상으로 용액의 범위가 변화하고 단결정만의 형성을 확신할 수 없다.

본 발명의 주목적은 결정성장중 결정-용액 계면상에서 금속 용액의 범위를 일정하게 유지하므로서 단결정 성장을 개선하는 금속간 화합물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 결정성장때의 금속용액의 표면과 결정표면 사이의 온도 차이를 일정하게 하므로써 단결정의 성장을 확실히 하고 개선한 금속간 화합물 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 그이외의 본 발명의 특징과 장점은 첨부도면을 결부시켜서 기술한 다음 설명에서 더욱 명백해진다.

본 발명을 설명하기 전에, 미합중국 특허 제3,615,203호에 기술된 제조과정에 의한 칼륨인화물의 제조에 대해 간단히 설명한다.

제1도는 종래의 미합중국특허 제3,615,203호에 따른 단결정 금속간 화합물 제조방법을 수행하는데 사용된 장치를 도시한 것이다.

도면에서, 참조번호 1은, 예를들어 석영으로 된 진공용기를 표시한다. 석영으로된 도가니 2는 용기1의 윗부분에 있다. 도면에 도시한 도가니 2는 일반적으로 원추형으로 되어있고 하단부 2a가 뾰족하다. 비교적 낮은 증기압물질, 예를들어 갈륨이, 용액 3을 제공하도록 도가니 2에서 용해된다. 적인(赤燐) 6은 진공용기1의 바닥에 놓인다. 갈륨과 인의 가열은 두물질에 대해 각각 분리된 전기로 4a와 4b에 의해 독립적으로 도전된다. 용해된 갈륨의 상부표면 3a의 온도는 예를들어 바람직한 금속간 화합물인 갈륨인화물의 용해점이하인 약 1,200℃로 유지된다. 도가니 2의 하단부 2a의 온도는 상단부의 온도보다 20℃내지 300℃ 낮게 유지된다. 전형적으로 하단부 2a의 온도는 약 1,150℃이다.

인 6의 온도는 생성될 갈륨인화물의 분해 압력을 초과하는 증기압을 갖도록 되어있다.

도면중의 그래프에 도시한 바와같이, 인의 온도가 약 450℃이고, 용해된 갈륨의 온도범위는 도가니의 상부에서의 1,150℃에서 도가니 부근의 온도 1,200℃까지로 된다.

적인은 약 420℃에서 1기압의 증기압을 가지므로, 봉입물내에 있는 인은 매우 충분한 증기압으로되고, 인증기는 화합물 갈륨인화물을 형성하도록 노출된 상부 표면 3a를 통해 용해된 갈륨속으로 확산된다. 그 결과 금속간 화합물은 낮은 온도쪽으로, 즉, 단결정 7의 형태에서 갈륨인화물이 감소된 도가니 2의 하단부 2a쪽으로 용해된 갈륨속으로 확산된다. 계속적인 가열은 확산과 단결정성장을 더욱 조장하므로 결정의 형성과 성장이 동일한 작용으로 일어난다.

미합중국 특허 제3,615,203호에 따른 상기 방법은 종래 방법파 비교하여 간단한 구조의 장치가 필요하고 비교적 높은 온도가 필요하지 않기 때문에 갈륨인화물 결정이 불순물에 덜오염된다.

따라서 이 방법으로 일정한 직경의 갈륨 인화물의 주괴를 생산할 수 있다. 그러나 이 방법은, 이 방법에 따라 제조한 갈륨인화물의 주괴가 하단부(최초성장)에서 상단부까지 단결정일 확률이 적다는 결점이있다.

이것은 갈륨인화물의 성장조건이 일정하게 유지되지않는 다는 사실에서 야기된다.

만일인(P)이 확산된 도가니 2내에 용해된 갈륨(Ga)이 순수한 갈륨(Ga)으로 되거나 교환되면, 갈륨(Ga)의 농도와 원자량 및 갈륨인화물(GaP)의 단결정은 다음과 같이 표시된다.

Ga 원자량 : 70

Ga 농 도 : 5.5g/cm³

GaP 원자량 : 101

GaP 농 도 : 4g/cm³

따라서, 만일 1cm²횡단면적의 도가니 2가 사용되면, 제2a도에 도시한 바와같이 인(P)은 용해된 갈륨(Ga) (갈륨용액 3)속으로 확산되고 갈륨인화물(GaP) 7은 도가니 2의 하단부 2a로부터 성장한다. 갈륨(Ga) 용액 3내에서의 갈륨인화물 7의 계속적인 성장은 제2b도에 도시한 바와 같이 도가니 2내의 갈륨인화물(GaP)의 높이 h₁를 그 바닥에서 결정 7의 상부표면 7a까지 h₁＋Δh₁으로 변화시키고 갈륨용액 3의 상부 표면 혹은 반응 표면 3a를 h₂에서 약 h₂＋

으로 변화시킨다.

이 변화는 갈륨 3의 1cm³가 갈륨인화물 결정 1×5.5×101/70÷4=2.14cm³, 혹은 약 2cm³를 형성하도록 인(P)와 반응한다는 사실로부터 야기된다.

따라서, 제1도와 결부시켜서 기술한 방법으로 갈륨 인화물(GaP)의 곁정 7이 형성되듯이, 갈륨용액의 깊이는 갈륨인화물(GaP)의 결정 7의 상부표면 7a에서의 온도와 갈륨용액 3의 상부표면 혹은 반응표면 3a에서 온도중 적어도 하나가 변화하므로 변화한다. 이 사실은 이 방법으로 얻어지는 결정 7이 거의 단결정으로 되지 않는 것에 기인한다.

제3도는 본 발명의 방법을 실시하기 위한 장치의 예를 도시한 도면이다. 제3도에서 제1도와 같은 참조번호는 같은 구성품을 표시하므로 그 설명은 생략한다.

갈륨비소화물, 인디윰인화물, 인디윰비소화물과같은 다른금속간형 반도체가 본 발명의 제조 과정에 의해 제조될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

제3도의 예에서, 진공용기 1은 제1도의 경우 처럼 도가니 2내에 위치되어있다. 분리된 전기로 4a와 4b는 내부에 도가니 2가 있는 진공용기 1주위에 있다. 제3도의 그래프 곡선 8은 세로축을 따른 진공용기 1내의 온도 분포를 표시한다.

이 장치에 사용된 도가니 2는 특수형태이므로 만일 최종적으로 얻어진 갈륨인화믈 단결정(주괴)의 높이를 L로 가정하면, 도가니 2는 제3도와 제4도에 도시한 바와같이 하단부 2a에서 높이 L까지의 부분 2b(부분 2b의 단면부분은 S로 표시됨)와 부분 2b상의 선정된 길이의 부분 2c(부분 2c의 단면부분은 약 1/2S로 표시됨)를 갖는다. 도가니 2의 부분 2a와 2c의 단면부분의 비를 위와같이 선정하는 이유는 약 2cm³의 갈륨인화물 결정 7이 1cm³의 갈륨 3에 의해 생성되기 때문이다. 따라서, 만일 화합물결정 AB의 구성품 A와 B가 갈륨(Ga)와 인(P)이외의 다른 물질로 교체되면, 도가니 2의 부분 2a와 2c의 단면부분의 비는 변화되어야만 한다.

제4a도, 제4b도, 제4c도 및 제4d도는 도가니 2가 갈륨인화물 7의 성장에 따라 전기로 4a와 4b에 비해 낮아질 때 제4a도 내지 제4d도의 순서로 도가니 2내에서의 갈륨인화물 결정 7과 갈륨용액 3의 상태를 도시한 것이다. 제4a도는 갈륨 3이 하단부 2a로 부터 높이 L까지 도가니 2의 부분 2b내에 위치하는 제 1상태를 도시한 것이다. 한편 제4d도는 갈륨인화물 결정 7이 하단부 2a에서 높이 L까지 도가니 2의부분 2b내에 형성되고 갈륨인화물 7의 형성 혹은 성장이 높이 L에서 정지하는 최종상태를 도시한 것이다. 제4b도와 제4c도는 이들 사이의 상태를 도시한 것이다.

제4a도에서 제4d도까지에서 밝혀진 바와같이, 갈륨인화물 결정 7을 성장하는 동안 갈륨인화물 결정 7이상의 갈륨용액 3의 길이는 항상 높이 L로 유지된다. 따라서 만일 도가니 2내의 갈륨인화물 7의 성장속도에 따라 도가니 2가 전기로 4a와 4b이 비해 낮아지면, 갈륨용액 3의 상부표면 3a와 갈륨인화물 결정 7의 상부표면 7a 사이의 온도 분포는 일정하게 유지될 수 있다.

만일 예를들어 직경이 20mm인 원형부분 2b, 직경이 14mm인 원형 부분 2c, 및 길이가 30mm이상인 도가니 3이 사용되고, 제3도에 도시한 온도 조건하에서 갈륨인화물(GaP)의 성장이 이루어진다면, 높이가 26mm인 갈륨인화물 결정이 2주일 동안에 형성된다.

이 예에서, 도가니 2는 갈륨 인화물 결정을 성장하는 동안 갈륨용액 3의 상부 표면 3a와 갈륨인화물 결정 7의 상부표면 7a사이의 온도경사를 일정하게 하도록 낮아져있다. 그러나 도가니 2가 고정위치에 있을시, 용액의 깊이를 일정하게 유지하기 위해 전기로 온도를 조절하므르써 동일한 효과를 얻을 수 있다.

그러나 단결정으로써의 갈륨 인화물의 성장가능성은 약간 적어진다.

갈륨 용액 3이 갈륨인화물 결정을 성장하는동안 깊이를 일정하게 할 때, 갈륨인화물 결정의 성장속도변화는 작아지고, 갈륨용액에 포함된 불순물이 거의 고체상태로 나타나지 않으며, 갈륨인화물 결정이 쉽게 단결정으로된다.

상기 설명은 갈륨인화물 단결정을 성장하기 위해 씨드(seed)를 사용하지 않은 제조과정에 기준을 둔다. 그러나 씨드가 단결정 성장에 사용된다면 더욱 우수한 결과가 생긴다는 것이 명백해진다.

제5a도와 제5b도는 본 발명의 방법을 수행하기 위해 사용되는 장치의 또 다른 예로서, 특히 도가니 11이 씨드로서 본 발명 방법을 수행하기 위한 장치로 사용되며, 그 밖의 구성품은 제3도의 예에 사용된것들과 동일하다. 도가니 11은 길게 동일한 직경으로된 외부 도가니 멤버 12와 외부 도가니 멤버 12의 내부직경과 거의같은 일부의 외부직경을 한 내부 도가니 멤버 13으로 구성된다.

내부 도가니 멤버 13은 멤버 12의 내부직경과 같은 큰 직경부분 13a와 바닥은 없지만 제3도와 제4에 도시한 도가니 2의 경우에서와 같은 작은 직경부분 13b로 구성된다. 외부 도가니 멤버 12의 바닥 12a에는, 예를들어 두께가약 3mm인 원반형 갈륨인화물 단결정 씨드 14가 있고 내부 도가니 멤버 13은 단결정씨드 14를 고정시키기 위해 외부도가니 멤버 12에 삽입된다. 참조번호 15는 단결정씨드 14를 위치설정시키기위해 사용되는 석영링을 표시한다.

제5a도는 내부에서 반응 개시때의 도가니 11의 상태를 도시한 것이고, 제5b도는 반응 도중의 도가니 11의 상태를 도시한 것이다.

내부 도가니 멤버 13속에 충전된 갈륨용액 16은 결정씨드 14와 용해를 방지하기 위해, 예를들어 갈륨용액 50g마다 갈륨인화물 5g씩으로 갈륨인화물 소량을 혼합하는 것이 좋다.

제3도의 경우와같이, 제5a와 제5b도의 일부인 곡선 17의 온도에서 곡선 18의 온도로 온도가 서서히 상승되는 것이 바람직하다. 이 온도 변화의 시간은, 예를들어 20시간 마다 선택된다.

제5도에 도시되지는 않았지만 적인의 가열온도는 410내지 420℃로 처음부터 선정된다.

도가니 11의 온도가 곡선 18로 표시된 온도에 도달하면, 갈륨 인화물 19는 결정 씨드 14상에 성장한다. 만일 상기예와 같이 갈륨용액 16의 상부 표면 16a와 갈륨 인화물 19의 상부표면 19a의 사이에 도가니 11의 온도 경사를 유지하기 위하여, 도가니 11을 갈륨인화물 19의 성장 속도에 따라 내리면, 갈륨인화물의 단결정이 얻어진다.

위의 예에서, 갈륨 용액은 갈륨인화물의 성장과정동안 특수형태의 도가니를 사용하므로서 깊이가 일정하게 유지된다.

그러나, 갈륨 인화물의 성장속도의 기능으로써 외부로부터 내부 도가니 멤버 13에 갈륨용액을 인가함으르써 동일한 일반적인 효과가 얻어질 수도 있다.

본 발명의 배경과 정신을 이탈하지 않고도 본 발명을 여러가지로 변화 및 수정할 수도 있다.

Claims (1)

1. 액상으로된 비교적 낮은 증기압을 표시하는 성분 Ga를 넣은 도가니를 비교적 높은 증기압을 표시하는 성분 P를 포함한 분위기속에 안배하고, 상기 액상으로된 성분 Ga의 표면을 다른 부분에 의해 고온으로 하고, 상기액상으로된 성분 Ga의 표면에서 화합물 GaP를 합성하고, 이 화합물 GaP가 상기 액상으로된 성분 Ga중을 확산하여 상기도가니의 저온부에서 화합물 GaP의 단결정을 얻도록 함과 동시에, 상기 성분 Ga의 표면내지 상기 화합물 GaP의 단결정의 상기 성분 Ga와의 경계면사이의 온도분포를 상기 화합물GaP의 단결정의 성장에도 불구하고 일정하게 보존하도록 한것을 특징으로하는 반도체 단결정의 제조방법.

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