KR890004544B1 - 혼합 반도체의 액상 에피택시를 위한 보우트 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

혼합 반도체의 액상 에피택시를 위한 보우트

제1도는 본 발명의 보우트의 분해도.

제2도는 본 발명의 보우트의 사용 설명도.

제3도는 본 발명의 보우트의 액상결정층 성장 설명도.

본 발명은 혼합 반도체(Compound Semiconductor)의 액상성장을 위한 개량된 흑연보우트에 관한 것이다. 광통신용 광소자로써 사용되는 레이저 다이오우드 또는 발광다이오우드 또는 마이크로피 반도체소자의 제조에는 확산법 기상성장법, 액상성장법등의 각종방법이 채용되고 있으나 액상성장법에 의해 제조하는 편이 고품질이며 값싸고 간단하게 성장층의 두께도 두꺼웁게 성장할 수 있어 많이 사용되고 있다.

흑연보우트를 사용한 상기 혼합 반도체장치의 액상성장법으로는 미특허공고번호 3,565,702에 기재된 낼슨법이 있다.

이 낼슨법에서 사용되는 흑연보우트는 받침대와 이 받침대 위에 이동 가능한 슬라이더를 갖고 있고 슬라이더 상부의 한쪽 끝단에 반도체 기판을 보지하는 슬롯을 가지고 있으며 상기 슬라이더를 움직이면 상기 반도체 기판 상부에 성장재료를 저장하는 웰의 하부가 위치하도록 다수의 웰을 설치할 장치이다. 예를들어 AI GaAs/GaAs의 레이리저 다이오우드를 제조한다 가정하면 상기 슬라이더의 슬롯에 n형의 GaAs반도체기판을 놓고 상기 반도체 기판이 상기 웰 하부에 위치하지않도록 한후 상기 웰에는 가륨과 가륨비소(GaAs)와 알루미니움과 N형 도판트가 되는 텔루륨(Te)의 분말을 소정의 혼합비로하여 제1웰에 놓고 제2웰에는 가륨비소의 알루미니움과 p형 도판트가 되는 아연(Zn)의 분말을 소정의 혼합비로 하여 놓고 상기 보우트를 로의 석영관에 밀어넣고 수소분위기에서 상기 로에 온도를 가해 상기 웰내의 분말이 용해 될때까지 온도를 높이고, 온도를 내려가면서 상기 슬라이더를 이동시켜 상기 웰하부에 상기 반도체기판이 오도록 하므로서 차례로 액상성장를 시켜 레이저 다이오우드를 제작한다.

그러나 상기와 같은 제조공정에 있어서 상기 도우트를 로에 밀어넣고 진공으로 하여 온도를 가한다 하더라도 가륨 분말내의 산소를 완전히 제거할 수 없어 고품질의 액상결정층의 성장에 문제를 갖게된다.

이런 문제점을 해결하기 위하여 상기 웰내에 가륨과, 가륨비소분말을 미리 넣고 프리베이크를 하여 분말내의 산소를 완전히 제거한 후 상온상태로 온도를 내려 상기 분말이외의 알루미니움과 기타 도오판트 분말을 상기 웰내에 투입한 후 온도를 올려 혼합물질 균질화를 해왔다.

그러나 이와같은 방법은 가륨의 프리베이크(Prebake) 후 상기 혼합물질 균질화 공정까지의 공정시간이 길게되는 문제점이 있을뿐만 아니라 상기 혼합물질 투입시 상기 프리베이크된 가륨이 공기중에 노출이 되므로 혼합물질 균질화 과정중 상기 가륨에 의한 산소와 알루미니움에 의해 알루미나(Al₂O₃)가 생성되므로써 고품질의 결정 에피택셜층을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있을뿐만 아니라 반도체 기판과 상기 혼합물질 균일화 공정중 용해된 성장재료와의 표면장력에 의한 액상결정층 성장의 불균일한 두께 즉 기판의 모서리 부분이 얇게되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 액상성장층의 두께를 균일하게 하며 혼합물과의 산화물이 생성되지 않으므로써 고품질의 액상성장층을 형성할 수 있는 혼합 반도체 액상결정층 성장용 보우트를 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 혼합 반도체의 액상결정층 성장용 보우트를 분리한 상태의 사시도이다. 도면중 기판홀더(1)는 ㄴ자모양의 받침대로써 일측단부에는 돌출부(20)가 형성되며 하부에 길게 반원형의 홈(11)이 파여 있고 이 홈(11)에는 후술하는 보우트를 자유자재로 이동할 수 있고 더모커플(Thermo Couple)이 접속된 석영로드가 설치된다.

한편 상기 기판홀더(1)에는 슬롯(5)이 파여있고, 이 슬롯의 깊이는 반도체 기판 두께보다 약 100μ이 더 두꺼운 깊이로 되어있고 홈(5)의 중앙부 주변에 외부로 신장한 요홈(21)은 상기 슬롯의 크기와 같은 반도체 기판을 쉽게 꺼낼수 있게 핀셋이 삽입되는 부위이다. 또한 상기 기판홀더의 타단부에는 상향으로 신장하는 벽면(4)이 설치되어 있다.

또한 상기 기판홀더(1) 상부와 측면이 접속되어 하부가 n자 형상을 하고 상기 기판홀더(1)에 얹혀져서 가로방향으로 이동가능한 가륨용기(2)는 중앙부가 가로 방향으로 리세스(23)를 형성하고 있고, 이 리세스(23)의 단부로부터 다수개의 격벽(6)을 소정 간격으로 설치하여 다수개의 통공(7,7')을 형성토록 하되 통공(7,7')의 크기는 기판홀더(1)에 형성된 슬롯(5)과 같은 크기가 되도록 하며 이 통공(7,7')들의 위치는 통공(7)이 가륨용기(2)를 기판홀더(1)에 얹었을때 기판홀더(1)에 형성된 슬롯(5)보다 뒤쪽에 위치되도록 하고 상기 리세스(23)의 하부면으로부터 연장된 막대(24)의 단부에는 가륨용기(2)를 이송하기 위한 석영로드(32)를 삽입하기 위한 구멍(12)을 형성하였다.

또한 상기 가륨용기에 얹혀지는 추(3)에 밑면에는 다수개의 세로로 홈(25)을 형성하되 상기 홈(25)의 깊이는 가륨용기(2)의 격벽(6)의 높이보다 약간 작게 형성한다. 이에 따라 생기는 돌출부(8)의 하부에는 AI,Mg도는 도우판트 분말을 충전하기 위한 홈(9)을 형성한 것으로서, 상기 돌출부의 폭은 상기 리세스(23)의 통공(7,7')에 안치될 수 있게되어 있다.

또한 양단부에는 외측으로 신장하는 턱(10)을 가지고 있다. 전술한 보우트를 구성하는 기판홀더(1)와 가륨용기(2)와 추(3)의 재질은 불활성 물질 재질로써 바람직하기로는 흑연이 될수 있다.

제2(a)도, 제2(b)도, 제2(c)도는 액상결정층 성장사용 상태도를 나타낸 단면도이다. 제2(a)도와 같이 제1도의 기판홀더(1)의 슬롯(5)에 반도체 기판을 놓고 상기 가륨용기(2)를 얹어놓고 통공(7,7')에는 가륨과 가륨비소(GaAs) 혼합물(26)을 소정 혼합비로 섞어 넣어 놓는다.

그후 추(3)를 홈(9) 개구가 상향이 되게 놓고 홈(9)에 AI,Mg 또는 도우판트를 각각의 홈에 충전하여 형성하려는 층의 순서대로 놓는다.

그다음 추(3)를 가륨용기(2)의 격벽(6)의 상부에 홈(9)이 위치하도록 뒤집어 놓고 제2(a)도와 같이 기판홀더(1)의 벽면(4)과 추(3)의 턱(10)의 단부가 맞닿도록 놓는다.

그러면 상기 격벽(6)의 상부에는 상기 추(3)의 홈(9)내에 충전되어 있던 AI,Mg 또는 도우판트의 분말이 놓이게 된다.

이와같이 준비된 제2(a)도의 보우트를 제3도의 문(31)을 열고 석영관(35)내에 설치하고 문(31)을 폐문하고 ㄱ자모양의 석영로드(32) 및 전술한 더모커플이 달려있는 석영로드(33)를 제1도의 가륨용기(2) 단부의 구멍(12)에 삽입한 후 제3도의 밸브(33)(36-38)을 열고 입구(39)로 수소 캐리어 개스를 흘리면서 로(30)의 온도를 올려간다.

이때 수소캐리어 개스의 유량은 밸브(37)과 (38)을 조정하여 상기 석영관(35)내의 산소가 1PPM이하가 되도록 한다. 온도를 약 640℃ 정도 올려 혼합물(26)내의 가륨에 섞여 있는 산소를 제거하는 프리베이크를 하게된다.

이 프리베이크 시간은 충분히 길게하여 산소의 제거를 충분히 한후 석영로드(32)를 제2(b)도와 같이 화살표 방향으로 밀면 추(3)의 턱(10)의 단부가 기판홀더(1)의 벽면(4)에 닿은 상태에서 가륨용기(2)만이 벽면(4)쪽으로 이동하여 추(3)의 세로홈(25)이 가륨용기(2)의 격벽(6)에 삽입되게 한다.

그러면 제2(b)도와 같이 추(3)의 턱(10)이 가륨용기(2)의 단부격벽(6') 상부에 걸리게 하고 타단의 턱(10)도 가륨용기(2)에 걸리게 하므로서 상기 개구(9) 하부의 AI,Mg 또는 도우판트가 통공(7,7')내의 혼합물(26)에 섞이게 하고 돌출부(8)의 전면이 상기 혼합물을 눌려주게 압력이 가해진다.

그후 로(30)의 온도를 올려 혼합물질 균질화를 해주게 되는데 이때의 온도는 상기 혼합물(20)의 융점까지 올려 융해액이 되게한다. 따라서 전술한 바와같이 가륨내의 산소가 완전히 제거된 상태에서 AI,Mg 또는 도우판트가 혼입이 되므로 상기 AI,Mg 또는 도우판트의 산화물이 생성이 되지 않는다.

그후 로(30)의 온도를 시간에 따라 소정의 온도로 냉각을 시켜가면서 제2(c)도와 같이 석영 로드(32)를 화살표 방향으로 이동시켜 기판홀더(1)의 슬롯(5)상에 놓인 반도체 기판의 표면이 통공(7,7')의 바로 아래에 오게 함으로써 상기 더모커플에 의해 측정된 소정의 냉각온도에서 액상 에피택셜층을 성장하게 된다.

이때 추(3)의 압력에 의해 상기 통공(7)내의 혼합물이 용액 상태로 된 성장재료가 반도체 기판에서 표면장력을 극복하고 반도체기판 표면 전체와 접하게 된다. 따라서 상기 냉각온도에서 성장되는 에피택셜층은 균일두께로 성장이 되게된다.

이후 마찬가지로 냉각을 해가면서 소망의 온도에서 가륨용기(2)를 제2(c)도에 도시한 화살표 방향으로 이동해 가면서 순차적으로 액상에피택셜층을 형성시켜 헤테로 접합도 형성할 수 있게된다.

전술한 바와같이 본 발명은 혼합 반도체의 액상에피택셜층 성장이 균일한 두께로 성장될 수 있고 산화물의 생성을 방지할 수 있어 고품질의 레이저 다이오우드등의 광소자 또는 마이크로피 반도체소자를 제조할 수 있는 이점을 갖게된다.

Claims (1)

1. 혼합 반도체의 액상에피택셜층 성장장치에 있어서, 반도체기판의 두께보다 소정의 길이만큼 갖고 반도체기판이 놓일 만큼의 같은 칫수로 형성된 슬롯(5)과 하부 중앙에 가로방향 또는 십자모양을 하며 더모커플이 달린 석영로드(33)를 장착할 수 있고 한단부가 상향돌출된 벽면(4)을 갖는 ㄴ자 모양의 기판홀더(1)와, 상기 기판홀더(1)에 얹혀져서 상기 기판홀더(1)의 옆벽면과 상부 표면에 밀착되어 움직일 수 있고 상부 표면에는 격벽(6)과 통공(7,7')이 다수 순차로 형성되고 일단부에는 막대(24)가 길게 연장되며 상기 막대(24)의 단부에 구멍(12)이 형성되어 석영로드를 걸수 있는 가륨용기(2)와, 상기 가륨용기(2)의 통공(7,7')에 돌출부(8)가 삽입될 수 있고 상기 돌출부(8)의 전면에 도우판트 또는 혼합분말을 충전할 수 있는 홈(9)이 형성되어 상기 홈(9)이 상기 가륨용기의 격벽(6) 상부에 위차할 수 있고 상기 돌출부가 상기 통공(7,7')에 삽입될 경우 턱(10)이 상기 격벽(6)에 걸려 상기 돌출부(8)의 전면이 통공(7,7')과 소정의 공간을 형성하게 위치하도록 돌출부(8)의 길이를 갖는 추(3)로 구성함을 특징으로 하는 혼합 반도체의 액상에피택셜층 성장용 보우트.

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