KR940009282B1

KR940009282B1 - Zn doping에 의한 p-type GaAs단결정 성장방법

Info

Publication number: KR940009282B1
Application number: KR1019910000210A
Authority: KR
Inventors: 정낙진; 최민호; 이호성; 박기석
Original assignee: 금성전선주식회사; 박원근
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1991-01-09
Publication date: 1994-10-06
Also published as: KR920015423A

Abstract

내용 없음.

Description

Zn doping에 의한 p-type GaAs단결정 성장방법

제1도는 본 발명의 웨이퍼(wafer) 상의 EPD(etch pit density) 분포도.

제2도는 본 발명의 웨이퍼(wafer) 상의 캐리어 농도(carrier concentration) 분포도.

제3도는 본 발명의 결정 성장 전기로.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 각 죤 히터(zone heater)

2 : 각 죤 제어용 열전쌍(zone control thermocouple)

3 : As 죤 제어용 열전쌍(zone control thermocouple)(보조히터 조절용)

4 : AS 죤(zone) 관측용 열전쌍(thermocouple)

5 : 인터페이스(interface) 관측용 열전쌍(thermocouple)

6 : 앰풀엔드(ampule end) 관측용 열전쌍(thermocouple)

7 : 보조히터 8 : 석영 앰플(quartz ampoule)

9 : 과잉(excess)As 10 : 확산방지벽(diffusion barrier)

11 : 종결정(seed crystal) 12 : 다결정 GaAs+Zn

13 : 석영 클로스(quartz cloth) 14 : GaAs용 석영 보우트(quartz boat)

본 발명은 수평-브리지만(HB) 법으로 GaAs단결정을 제조함에 있어, Zn을 도우핑(doping)하여 p-type GaAs단결정 성장시 결정성장 조건을 정밀 제어 함으로써 고품위의 단결정을 높은 수율로 성장토록한 Zn-doping에 대한 p-type GaAs단결정 성장방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수평-브리지만(Horizontal Bridgman) 법으로 단결정 성장시 결정성에 영향을 주는 요소로는 고-액 계면의 온도 기울기와 성장속도, As증기압 제어(stoichiometry control), 고-액 계면의 형태, 보우트(boat) 재료 및 처리, 기타재료의 순도(purity) 및 오염(contamination), 냉각과정(cooling-process) 등을 들 수 있다.

GaAs는 CRSS(critical resolved shear stress : undoped일때 융점에서 7g/㎟)와 Esf(stacking faults energy : undoped일때 55mJ/㎡)가 매우 낮아 p-type 도우판트(dopant)로서 어셉터-불순물(acceptor-impurity)인 Zn만을 도우핑(doping)하였을 경우 임퓨어리티 하드닝 효과(impurity hardening effect)가 거의 없기 때문에, 상기한 결정 성장 조건을 정밀 제어하지 않으면 시딩-쇼크(seeding-shock), 보우트(boat)와의 웨팅(wetting), 논-스토우이치오메트리(non-stoichiometry), 그리고 오염(contamination) 등으로 야기되는 성장 과정중의 스트레스(stress)나 뉴클리어레이션(nuclearation) 등으로 인하여 쌍정(twin)이나 다결정화 하기 쉬우며, 전위로 인하여 고품위 웨이퍼(wafer)를 얻기가 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 p-type GaAs단결정 성장시 원재료로부터의 불순물 유입을 최소화하기 위하여 Si농도가 1×10¹⁶㎝^-3이하의 언도우프드(undoped)된 다결정 GaAs를 사용하였으며, Zn의 초기농도를 1-3×10¹⁹㎝^-3가 되도록 고농도를 도우핑(doping) 하였다.

또한 스토우이치오메트리(stoichiometry)를 정밀 제어하기 위하여 As-Zone에 보조 히터(heather)를 사용하여 온도 플럭튜에이션(fluctuation)을 ±0.1℃ 이내로 제어하였으며, 시딩(seeding)시 서어멀-쇼크(thermal-shock)가 잉곳(ingot)내로 전파되는 것을 방지하기 위하여 앰플(ampule) 전체를 종결정(seed) 쪽으로 약 2°정도 기울어지게 하고 다결정의 량을 적절히 조절하여 승온후 GaAs 용융액(melt)이 자연적으로 시딩(seeding)되도록 하였다.

또한 시딩(seeding)시 용융액(melt)에 의하여 GaAs 종결정(seed)이 모두 녹지 않도록 종결정(seed)이 GaAs의 융점(1238℃) 이하에 위치하도록 하고, 고-액 경계면이 종결정(seed)이 용융액(melt)쪽 끝에 오도록 인터페이스(interface)의 위치를 ±0.5㎝ 이내로 제어한다.

이와 같이 내츄럴 시딩(natural seeding)이 된후 시딩(seeding) 부위의 온도를 약 2℃ 정도 상승시키거나 전기로(furnace)를 종결정(seed) 쪽으로 1㎝ 정도 서서히 이동시켜 멜트-백(melt-back) 함으로서 시딩 쇼크(seeding shock)를 제거하였다.

그리고 보우트(boat)와의 반응 및 웨팅(wetting)을 방지하기 위하여 확산방지벽(diffusion barrier) 및 쿼츠 클로스(quartz cloth)를 사용하였으며, GaAs의 응고시 약 11％의 부피팽창(GaAs의 밀도 : 상온 5.32g/㎤, 융점에서 solid의 밀도 : 5.71g/㎤)으로 인한 열적 스트레스(thermal stress)도 완화시켰다.

또한 ＜111＞B면의 종결정(seed)을 사용하였으며, 결정 성장시 용융액(melt)의 온도를 1240℃-1260℃로 유지하여 보우트(boat)의 변형을 방지하였으며, 특히 S-L 인터페이스(interface)에서의 온도 구배(temperature gradient)가 2-5℃/㎝일때 결정 성장속도(growth rate)는 0.2-0.8㎝/hr로 하여 2inch 직경(diameter), 약 20㎝ 길이의 p-type GaAs단결정을 성장시켰다.

이와 같은 본 발명의 실시예는 다음과 같다.

2inch p-type GaAs단결정 성장을 다결정 GaAs : 701.76g, Zn 초기농도 : 1×10¹⁹㎝^-3, 인터페이스(interface)에서 온도 구배(temperature gradient) : 2-5℃/㎝, 결정 성장속도(growth rate) : 0.2-0.8㎝/hr, As 죤 온도(zone temperture) : 615℃-630℃ ±0.1℃ ＜111＞B 종결정(seed)를 사용하여 직경(diameter) 2inch 약 20㎝ 길이의 p-type GaAs단결정을 성장하였다.

또한 성장된 잉곳(ingot)을 (100)면으로 절단하여 반 데르 포우(van der Pauw) 법으로 홀 효과(hall effect)를 측정하여 상온에서 캐리어 농도(carrier concentration) p=6-10×10¹⁸cm^-3, 이동도(mobility) 60-100㎠/V.sec이었으며, KOH : NaOH=1 : 1의 에천트(etchant)를 사용하여 400℃에서 30분간 에칭(etching)하여 EPD를 측정하였으며, EPD＜2000㎝^-2가 60％ 이상인 저전위 밀도의 웨이퍼(wafer)를 얻었다.

이상에서 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, GaAs단결정 성장조건을 정밀 제어함으로써 높은 수율의 GaAs단결정 성장을 기할 수 있는 것이다.

Claims

GaAs단결정을 제조함에 있어서, p-type 불순물인 Zn을 임퓨어리티 하드닝(impurity hardening) 효과가 나타나도록 고농도 도우핑(doping)하고, 시딩(seeding)시 서어멀-쇼크(thermal-shock)를 방지토록 앰플(ampule)을 종결성(seed) 쪽으로 2° 정도 기울이고, 고온부와 저온부의 온도 안정성을 ±0.1℃ 이내로 들어오도록 하여 p-type GaAs단결정을 성장토록 하는 Zn-doping에 의한 p-type GaAs단결정 성장방법.