KR940009940B1 - 고해리압화합물반도체 단결정성장방법 및 그의 장치 - Google Patents

고해리압화합물반도체 단결정성장방법 및 그의 장치 Download PDF

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내용 없음.

Description

고해리압화합물반도체 단결정성장방법 및 그의 장치
제 1 도는 제 1 의 발명을 실시하기 위한 장치의 한 예를 표시하는 개략적인 단면도.
제 2 도는 종래의 고해리압화합물반도체 단결정성장방법을 실시하기 위한 장치의 한예를 표시하는 개략적인 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 외(外) 용기 2 : 밀봉용기
4 : 상축포오스바아 5 : 하축포오스바아
6 : 서셉터(susceptor) 7 : 원료용액용기(도가니)
8,8' : 가열기구(히이터) 9 : 고해리압성분가스압제어로
11 : 상축아우터풀 튜우브 12 : 제 1 로우드셀
16 : 원료용액 23 : 하축아우터풀 튜우브
24 : 제 2 로우드셀
본 발명은 고해리압성분가스의 압력제어를 실시하는 고해리압화합물반도체 단결정성장방법 및 그 장치에 관한 것이다.
고해리압화합물반도체 단결정성장방법의 하나로서 일본 특개소 60-255692호 공보에 개시된 방법이 있다.
이 방법을 사용하는 종래의 구체적인 단결정성장장치에대하여, 제 2 도를 참조하여 상세하게 설명한다.
제 2 도의 고해리압화합물반도체 단결정성장장치는, 외용기(1)와, 그 내부에 수용된 밀봉용기의 상체(2a), 밀봉용기의 하체(2b)로서 이루어진 밀봉용기(2)와, 상단에 플랜지(3a)를 중간에 완충기구(3b)를 보유하여 외용기(1)를 기밀하게 상하동가능하게 관통하여 설치된 압상축(押上軸)(3)과, 상부에서 외용기(1) 및 밀봉용기상체(2a)의 윗쪽벽을 관통하여 밀봉용기(2)의 내부로 연장되고, 상하동 및 회전가능한 상축(上軸) 포오스바아(force bar)의 내부로 연장하여 상하동 및 회전가능한 하축(下軸)포오스바아(5)와, 이 하축포오스바아(5)의 상단에 설치한 서셉터(6)와 이 서셉터(6)에 지지된 원료융액용기(도가니)(7)와 밀봉용기(2)의 바깥쪽에 설치된 가열기구(히이터)(8)(8')와, 밀봉용기(2)에 설치된 고해리압성분가스압 제어로(9)와 밀봉용기 상체(2a)의 상축포오스바아(4)와의 접촉미끄럼운동부, 밀봉용기 하체(2b)와 하축포오스바아(5)와의 접촉미끄럼운동부에 각각 설치된 액체시일제(10)(10')와 상축포오스바(4)를 삽입시켜 외용기(1)내에 삽입된 상축아우터풀 튜우브(11)와, 상축포오스바아(4)와 상축 아우터풀튜우브(11)에 접속된 로우드셀(12)과 외용기(1)의 윗쪽으로부터 밀봉용기(2)안으로 기밀하게 삽입된 투광성 로드 (rod)(13)로 구성되어 있고, 진기한 히이터(8')와 로우드셀(12)과의 사이에는 A/D 변환기(14) 및 컴퓨터(15)가 접속되어 있다. 더욱 밀봉용기상체(2a), 밀봉용기하체 (2b)는 접합부(2c),(2d)에서 접합되어 밀봉용기(2)안에는 밀봉되어 있다.
이 장치를 사용하여 화합물 반도체 단결정을 육성하는 경우에는, 첫째, 도가니 (7)안에 원료로 되는 III족 금속(Ga)을 투입하고, 밀봉용기(2)의 바닥에 고해리압 성분고체(As)를 놓고 , 외용기(1) 및 밀봉용기(2)안을 진공상태로 한 다음 히이터(8)(8')를 발열시켜 액체시일제(10)(10')를 용융하고 밀봉용기(2)를 외용기(1)와 격리하여 불활성가스로서 외용기(1)안을 소정의 압력으로 하고, 다시 히이터(8')를 발열시켜 고해리압성분 고체를 증발시키고 또한 고해리압성분가스압제어로(9)를 조절하여 밀봉용기(2)안을 소정압력의 고해리압성분가스(As)로 채우고, 이 고해리압성분가스와 도가니(7)안의 III족 금속을 반응시켜 원료용액(GaAs)(16)을 만들고 이 상태에서 상축포오스바아(4)를 하강시켜 종결정(終結晶))(GaAs)(17)을 원료용용액(16)에 첨지하여, 상축포오스바아(4)를 회전시키면서 인상(引上)함에 의하여 화합물 반도체 단결정 (GaAs)을 얻을 수 있다.
이때에 상축포오스바아(4)에 부착한 로우드셀(12)에 의하여 중량변화를 검출하고, 육성단결정의 형상제어를 행하고 있다.
또한 부호(9A)는 고해리압성분고체(As)이다.
그러나, 이상과 같은 고해리압성분가스의 압력제어를 행하는 고해리압화합물반도체 단결정성장방법에 의해서는, 화합물반도체 단결정을 육성하는 경우에 상축 아우터풀 튜우브(11)의 단부가 밀봉용기(2)의 바깥쪽에 있으므로 상축포오스바아(4)는 밀봉용기(2)내의 내압과 외용기(1)의 내압과의 차압분의 힘을 받아, 이때문에 정확한 육성결정의 중량을 검출할 수 없고, 더 나아가서는 육성결정의 정확한 형상제어를 행할 수가 없는 문제가 있었다.
본 발명은 종래의 고해리압화합물반도체 단결정성장방법 및 그의 장치가 지닌 이상과 같은 문제점을 해결하도록 제 1의 발명에서는 밀봉용기(2)의 기밀성을 확보하면서 육성결정의 정확한 형상제어를 행할 수가 있는 고해리압화합물반도체 단결정성장방법을 제 2의 발명에서는 밀봉용기의 기밀성을 확보하면서 육성결정의 정확한 형상제어를 행할 수가 있는 고해리압화합물반도체 단결정성장방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전기한 목적을 달성시키기 위하여 다음과 같이 구성되어 있다.
즉, 제 1 발명에서는 가열밀봉용기안에 밀봉된 고해리압성분가스의 압력을 제어하면서, 전기한 밀봉용기안에서 화합물반도체 단결정을 인상하는 쵸크랄스키법(Czochralski process)에 의한 화합물반도체 단결정성장방법이고, 전기한 단결정을 인상하는 상축포오스바아와 부착된 제 1 로우드셀 및 전기한 상축포오스바아와 직경이 다른, 전기한 밀봉용기내의 원료융액용기를 지지하는 하축포오스바아에 부착된 제 2 로우드셀에 의하여 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 이 측정중량으로부터 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확히 산출하여 육성된 화합물 반도체 단결정의 형상을 제어하도록 하고, 제 2 발명에 있어서는, 외용기와 이 외용기안에 설치된 밀봉용기와, 전기한 외용기 및 밀봉용기의 윗쪽벽, 아랫쪽벽을 각각 상하동 그리고 회전가능하고 기밀하게 관통하여 밀봉용기내부로 연장되어 설치된 상축포오스바아 및 그 상축포오스바아와 직경이 다른 하축포오스바아와 전기한 밀봉용기내에 있어서 하축포오스바아에 의하여 지지된 원료용용액용기와, 전기한 밀봉용기를 가열가능하게 이 밀봉용기외부에 설치된 가열기구와, 전기한 밀봉용기에 설치된 고해리압성분가스압 제어로와 전기한 상축포오스바아에 접속된 제 1 로우드셀과, 전기한 하축포오스바아에 접속된 제 2 로우드셀로 이루어진 구성으로 되어 있다.
제 1의 발명에서는, 상축포오스바아에 부착된 제 1 로우드셀과, 전기한 상축포오스바아와 직경이 다른 하축포오스바아에 부착된 제 2 로우드셀에 의하여 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 이 측정중량으로부터 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확히 산출함으로써 밀봉용기내와 외용기내의 차압에 의한 육성결정의 중량의 측정정도(程度)에 대한 악영향을 해소하고, 육성된 화합물 반도체 단결정의 형상을 제어한다.
제 2의 발명에서는 상축포오스바아에 부착된 제 1 로우드셀과, 전기한 상축포오스바아와 직경이 다른 하축포오스바아에 부착된 제 2 로우드셀에 의하여 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확히 산출하고, 가열기구의 출력을 조정하여 육성단결정의 형상제어를 행한다.
제 1의 발명에서는 전기한 종래법의 상황에 비추어서, 하축포오스바아(5)에 제 2 로우드셀(24)을 설치하고, 상축포오스바아(4)에 구비한 제 1 로우드셀(12)을 병용하여 육성 단결정중량을 측정함으로써, 전술의 밀봉용기(2)내와 외용기(1)내와의 차압에 의한 육성결정중량의 측정정도에 대한 악영향을 해소하여, 육성된 화합물반도체 단결정의 형상을 정확하게 제어하도록 하고 있다.
즉, 밀봉용기(2)내와 외용기(1)내의 차압을 △P, 상축포오스바아(4)의 반경을 R1, 하축포오스바(5)의 반경을 R2, 상축포오스바아(4)에 부착한 제 1 로우드셀(12)이 검출하는 중량을 W1,참중량을 W1,하축포오스바아(5)에 부착한 제 2 로우드셀(24)의 검출하는 중량을 W2, 참중량을 W2로하면, 제 1 로우드셀(12), 제 2 로우드셀(24)에는 밀봉용기(2)의 내압과 외용기(1)의 내압과의 압력차의 변동분이 영향을 미치므로,
W1= W2+△P×π×R1 2
W2= W2-△P×π×R1
또, W1, W2와의 합은 일정하므로
W=W1+W2(W는 정수)
R1 2×W2+R2 2×W1=W1R2 3+W2R1 2
∴= {(W2-W)×R1 2+W1×R2 2}/(R2 2-R1 2
단, R1≠R2
여기서,
R2=K×R1
라 하면
W1=(K2×W1+W2-W)/(K2-1)
로 되어 정확한 결정중량이 구해진다.
상술의 결과로부터 상축포오스바아(4)에 부착된 제 1 로우드셀(12)과 마찬가지로 압상축(3), 완충기구(3b)를 관통한 하축 아우터풀튜우브(23) 및 이 하축 아우터풀 튜우브(23)를 관통한 하축포오스바아(5)에 제 2 로우드셀(24)를 부착하고, 또한 상축포오스바(4)의 외경과 하축포오스바아(5)의 외경과는 다른 직경으로 하여 둠으로써, 정확한 육성결정중량이 측정가능하게 된다. 전술한 연산처리를 행하는 방법으로서는 , 컴퓨터(15)에 의한 방법이나 전기회로에 의한 방법들이 있다.
이렇게 하여 얻은 정확한 육성결정중량을 기본으로 하여 자동 형상제어를 행함으로써, 육성단결정의 정확한 형상제어를 행하는 것이 가능하게 된다.
다음에 제 1의 발명의 방법의 한 실시예를 제 1 도에 표시한 장치에 의거하여 설명한다.
또한 본 실시예의 장치에 있어서 종래예와 동일부분에는 동일부호는 사용하여 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 장치는 하축포오스바아(5)에 제 2 로우드셀(24)이 구비되어 있는 점을 제외하고 종래에의 제 2 도에 표시한 고해리압화합물반도체 단결정성장장치와 마찬가지이다.
단, 상축포오스바아(4)의 외경과 하축포오스바아(5)의 외경과는 다른 직경으로 되어 있다.
본 실시예에서는, 제 1 로우드셀(12), 제 2 로우드셀(24)로 부터의 출력신호를 A/D 변환기(14),(25)에 의하여 디지탈신호로 변환하여 컴퓨터(15)에 리드-인(read-in)하여, 수치연산을 행하고, 정확한 결정중량을 산출하며, 이 값에 의거하여 결정직경을 구한다.
이렇게 하여 얻은 결정직경을 참조하여 컴퓨터(15)에 의하여 가열기구 히이터 (8)(8)(8')의 출력파워를 조정하여 자동적으로 형상제어를 행한다.
제 1 도에 표시한 전기한 구조를 보유한 장치를 사용하여 As의 증기압 제어를 실시하면서, 자동적경제어에 의하여 GaAs단결정의 인상을 실시하였다.
육성조건은 인상속도 5mm/h, 결정회전 5rpm, 도가니회전 5rpm으로 하였다.
얻어진 결정은 직경 80mm, 길이 100mm의 단결정이었고, 형상제어도 설정치에 대하여 ±1mm이하로 되어 양호한 것이었다.
종래의 고해리압성분가스의 압력제어를 행하는 고해리압화합물반도체 단결정성장방법 및 장치에 있어서는 밀봉용기(2)내와 외용기(1)내와의 차압에 의한 육성결정중량의 측정정도에 대한 악영향 때문에 로우드셀을 사용하여 형상제어를 실시하는 것은 곤란하였으나, 본 발명의 장치에 의하면 액체를 통하여 막는 쵸크랄스키법(LEC)과 마찬가지로 로우드셀에 의한 형상제어가 가능하게 된다.
다음에 제 2의 발명에 대하여 설명하면, 본 제 2 발명의 한 실시예로서는 이미 서술한 제 1 도에 표시하는 장치에 의한 실시가 해당하고, 이는 전술의 설명으로서 명백하므로 설명을 생략하지만, 이 제 2 설명의 실시예에 의하면, 제 1 로우드셀(12)과 제 2 로우드셀(24)로 되고 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 이 측정중량에 의해 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하고, 히이터(8)(8')의 출력을 조정함으로써, 밀봉용기(2)의 내압과 외용기(1)의 내압과의 차압에 의한 육성결정의 중량의 측정정도에 대한 악영향을 해소하여, 육성된 화합물 반도체 단결정의 형상을 용이하게 그리고 정확하게 자동제어할 수가 있다.
제 1의 발명에 의하면 상축포오스바아에 부착된 제 1 로우드셀, 전기한 상축포오스바아와 직경이 다른 하축포오스바아에 부착된 제 2 로우드셀에 의하여 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 그 측정중량으로부터 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확히 산출함으로써, 밀봉용기의 내압과 외용기의 차압에 의한 육성결정중량의 중량의 측정정도에 대한 악영향을 해소하여, 육성된 화합물반도체 단결정의 형상을 자동적으로 정확하게 그리고 용이하게 제어할 수가 있다.
또, 제 2의 발명에 의하면, 상축포오스바아에 부착된 제 1 로우드셀, 전기한 상축포오스바아와 직경이 상이한 하축포오스바아에 부착된 제 2 로우드셀에 의하여, 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하고, 가열기구의 출력을 조정하여 육성결정중량의 형상제어를 정확하게 그리고 용이하게 자동제어할 수가 있다.

Claims (2)

  1. 가열밀봉용기(2)내에 밀봉된 고해리압성분가스의 압력을 제어하면서, 전기한 밀봉용기(2)내에서 화합물 반도체 단결정을 인상하는 쵸크랄스키법에 의한 화합물 반도체 단결정성장방법으로서, 전기한 단결정을 인상하는 상축포오스바아(4)에 부착된 제 1 로우드셀(12) 및 전기한 상축포오스바아(4)와 직경이 상이한 전기한 밀봉용기(2)내의 원료융액용기(7)을 지지하는 하축포오스바아(5)에 부착된 제 2 로우드셀(24)에 의하여, 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 측정하고, 이 측정중량으로부터 육성된 고해리압화합물반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하고, 육성된 화합물반도체 단결정의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 고해리압화합물반도체 단결정성장방법.
  2. 외용기(1)와 이 외용기(1)내에 설치된 밀봉용기(2)와, 전기한 외용기(1) 및 밀봉용기의 윗쪽벽, 아랫쪽벽을 각각 상하동 또한, 회전가능하게 기밀하게 관통하여 밀봉용기 내부로 연장되어 설치된 상축포오스바아(4) 및 그 상축포오스바아(4)와 직경이 상이한 하축포오스바아(5)와, 전기한 밀봉용기(2)내에서 하축포오스바아(5)에 의하여 지지된 원료융액용기(7)와, 전기한 밀봉용기(2)를 가열가능하게 이 밀봉용기 바깥에 설치된 가열기구(8)(8')와, 전기한 밀봉용기(2)에 설치된 고해리압성분가스압 제어로(9)와, 전기한 상축포오스바아(4)에 접속된 제 1 로우드셀(12)와, 전기한 하축포오스바아(5)에 접속된 제 2 로우드셀(24)로서 이루어진 것을 특징으로 하는 고해리압화합물반도체 단결정성장장치.
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