KR940004640B1 - 단결정 제조장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

단결정 제조장치

제 1 도는 종래의 액체봉지인상법에 따른 단결정 성장장치의 개략도.

제 2 도는 종래의 B₂O₃층내에 열차폐단을 설치한 액체봉지 인상법에 따른 단결정 성장장치의 개략도.

제 3 도는 본 발명의 액체봉지인상법에 따른 단결정 성장장치의 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 인상측 2 : 종결정(Seed)

3 : 결정 4 : 도가니

5 : 서셉터 6 : 액체봉지층

6' : 종래의 열차폐판 6'' : 본 고안의 열차폐판

7 : 원료용액 8 : 회전측

9 : 히터

본 발명은 개량된 단결정 제조장치에 관한 것이다.

3-5족 화합물반도체중에서도 GaAs는 전자이동도가 크고, 고속집적회로, 광전자소자용의 기판으로 널리사용되고 있다.

이를 위해서는 균일한 전기적 특성과 결정내 결함의 일종인 전위의 밀도가 매우 낮고, 그 분포가 균일해야하며, 또 원형의 대형(100) 웨이퍼(Wafer)가 요구됨에 따라서 액체봉지인상법(LEC법 : Liguid Encapsulated Czochralski 법)이 주목받고 있다.

한편, 이 LEC법의 가장 큰 문제점은 성장된 결정내의 결함인 전위의 밀도가 커서 재료의 특성을 열화시키는 요인으로 작용한다.

본 발명의 목적은 이러한 전위밀도를 저감화시켜 고품질의 GaAs 단결정을 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 종래의 액체봉지인상법(LEC법, 제1도)에서는 원료융액으로부터 성장되는 결정표면에 열이 복사되어 결정표면으로부터 온도상승에 기인한 As휘발이 생기고, 이는 결정의 표면에 전위발생과 결정이 열적 스트레스를 받게끔한다.

이를 개선하기 위하여 제2도와 같이(일본특허 소 58-110486)B₂O₃층내에 열차폐판(6')을 설치하여 원료용액으로부터 복사열을 차단함으로써, 결정의 포면에서 As휘발을 방지하고 결정 결함인 전위와 열적 스트레스의 발생을 저감화시키는 효과를 얻었다.

그러나, 이는 일반적인 GaAs단결정 성장시 융액의 온도균일화를 위하여 도가니를 회전시켜 주는데, 이때 B₂O₃층도 원료융액과 함께 회전운동을 한다. 그때 B₂O₃층내에 있는 열차폐판은 B₂O₃액의 유체운동에 방해가 되어서, B₂O₃층내의 유체움직임에 있어 난류(Turbulent flow)를 발생시키므로, 이는 원료융액-B₂O₃계면을 불안정하게하고, B₂O₃층과 결정-원료융액 계면의 온도구배를 불균일하게 만드는 요인으로 작용한다.

따라서, B₂O₃층과 결정-원료융액계면의 온도구배를 안정화시키면서, 원료융액으로부터 복사되는 열을 억제하고 결정표면에서의 As휘발을 방지하여, 성장되는 결정에서 전위와 열적 스트레스의 저감화가 고품위 GaAs 단결정을 성장시키는데 있어서 필요하다.

제1도는 종래의 일반적인 LEC법 GaAs단결정을 성장장치이고, 제2도의 종래의 LEC법 성장장치에 열차폐판(6')을 설치하여 개선하는 것이다. 또한, 제3도는 본 발명의 LEC법 GaAs 단결정 성장장치의 확대도면을 보여주는 것인데, 제1도 및 제2도와 같이 종래의 LEC법 GaAs 단결정 성장장치에서는 상기와 같은 문제가 있으므로, 본 발명의 단결정 제조장치는 제3도에 도시하는 바와같이 액체봉지제인 B₂O₃층(6)의 직상부에 각도(α)를 갖는 열차폐판(6")을 결정표면으로부터 적당한 간격과 길이를 두어 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 열차폐판(6")은 도가니(4)내에 있는 원료융액(7)으로부터 결정표면에 복사되는 열을 차단함으로서 성장되어 나오는 결정(3)의 표면에서 As휘발을 방지하고, 또한 반사된 열을 액체봉지제인 B₂O₃층(6)를 균일하게 가열한다.

상기에서 각도 α는 30~60°가 양호하며, 또한 상기 열차폐판의 결정표면과의 바람직한 거리는 3~20mm이며, 결정표면과 같은 방향의 바람직한 열차폐판의 길이는 4~20mm이다.

상기 양호한 각도, 거리 및 길이를 벗어났을 경 고액계면 및 B₂O₃봉지내 계면의 온도구배가 불안정해지고 전위밀도가 높아지게 되어 본 발명의 적절한 효과를 발휘하지 못한다.

상기에서 본 발명에 사용된 열차폐판(6")재질은 열분해 질화붕소(PBN), 질화붕소(bn), 질화알루미나(AIN)등이 바람직하다.

이하, 도면을 인용하면서 본 발명의 제조장치 및 그 실시방법을 구체적으로 설명한다. 종래의 제1도에 있어서는 도가니(4)가운데에 결정원료 및 액체봉지제를 넣고, 고압용기의 서셉터(5)안에 설치한후 불활성 가스(Ar, N₂등)를 채워 30~60기압으로 가압하여, 결정의 원료와 봉지제를 녹인후, 원료융액(7)의 표면에 인상축(1)의 하단에 붙어있는 종결정(2)을 하강시켜서 접촉시킨다.

그후, 회전축(8)에 의해서 도가니(4)를 소정의 속도로 회전시키면서, 종결정(2)을 인상축(1)에 의해 회전인상시켜 결정(3)을 성정시킨다. 이때, 결정(3)은 원료융액(7)으로부터 복사되는 열을 받아서 결정표면의 온도상승에 기인한 As휘발이 발생하여, 결정결함인 전위와 Ga drop현상이 발생한다.

또한, 이는 결정에 열적 스트레스를 발생시키는 작용을 하여 재료특성을 열화시키는 요인이 된다.

한편, 이러한 복사열을 차단시켜주기 위해서 종래의 제2도와 같이 B₂O₃층(6)내에 열차폐판(6')을 설치하였다.

그러나, 이는 일반적인 GaAs 단결정 성장시 원료융액(7)의 온도균일화를 위하여 도가니(4)를 회전시키는데, 이때 B₂O₃층(6)도 원료융액(7)과 함께 회전운동을 한다. 그때 B₂O₃층(6)내에 있는 열차폐판(6')은 B₂O₃액(6) 유체윤동의 방해가 되어 난류를 발생시킨다. 이는 원료융액(7)-결정(3)계면의 온도구배와 B₂O₃층(6)내의 온도분포를 불균일하게 한다.

따라서, 본 발명에서는 제3도와 같이 각도 α를 갖는 열차폐판(6")을 도가니(4)내의 B₂O₃층(6) 직상부에 설치하여, 원료융액(7)으로부터 결정(3) 표면에 복사되는 열을 차단함으로서 성장되어 나오는 결정(3)의 표면에서 As휘발을 방지하는데 그 주목적이 있으며, 또한, 반사되는 열을 액체봉지제인 B₂O₃(6)을 균일하게 가열한다.

이는 B₂O₃층(6)과 그 하부의 원료융액(7)-결정(3)계면의 온도구배를 안정화하는데도 도모한다.

한편, 본 발명의 열차폐판(6")에서 결정(3)표면과 평행하게 구성된 직선부는 적당한 간격과 길이를 주어서 B₂O₃층(6)을 빠져나온 결정(3)과 직선부를 통과하는 결정(3)이 갑작스러운 열응력을 받는 것을 피하기 위한 것이다.

이상 상술한 바와 같은 본발명의 단결정 제조장치는 다음과 같은 작용 및 효과를 발휘하게 된다.

1. 액체봉지인상법에 의한 GaAs 단결정 성장시, 결정표면의 As휘발에 따른 열적스트레스를 저감화 시킴으로서, 전위의 밀도를 줄이고, 그 분포를 균일하게 한다.

2. 전위의 밀도와 그 분포를 제어함으로서 전기적 특성이 우수한 GaAs 단결정 제조가 가능하다.

3. 휘발성 원소를 포함하는 GaP, InP, InAs등의 3-5족 화합물 반도체 단결정 제조에도 적용할 수 있다.

Claims (4)

1. 액체봉지인상법에 의한 GaAs 단결정 제조장치에 있어서, 액체봉지제인 B₂O₃층(6)의 직상부에 각도(α)를 갖는 열차폐판(6")을 결정표면으로부터 적당한 간격과 간격과 길이로 설치되는 것을 특징으로하는 단결정 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 각도(α)가 30~60°인 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
3. 제1항에 있어서, 열차폐판(6")과 결정표면으로 부터의 거리가 3~20mm인 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 결정표면과 같은 방향의 열차폐판 길이가 4~20mm인 것을 특징으로 하는 단결정 제조장치.

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