KR940009943B1 - 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법 및 그 장치 - Google Patents
고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법 및 그 장치 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 제1의 발명을 실시하기 위한 장치의 한 예를 표시하는 개략적인 단면도.
제 2 도는 종래의 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법을 실시하기 위한 장치의 한 예를 표시하는 개략적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 외(外)용기 2: 밀봉용기
4: 상축 포오스바아 5: 하축 포오스바아
7: 원료융액기구(도가니) 8,8': 가열기구(히이터)
9: 고해리압 성분가스압 제어로 11: 상축 아우터풀튜우브
12: 제1로우드셀 16: 원료융액
21: 로우드셀로드 22: 제2로우드셀
23: 하축 아우터풀튜우브
본 발명은 고해리압 성분가스의 압력제어를 실시하는 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법 및 그 장치에 관한 것이다.
고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법의 하나로서 일본 특개소 60-255692호 공보에 개시된 방법이 있다.
이 방법을 사용하는 종래의 구체적인 단결정 성장장치에 대하여 제 2 도를 참조하여 상세하게 설명한다.
제 2 도의 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장장치는 외용기(1)와 그 내부에수용된 밀봉용기 상체(2a), 밀봉용기 하체(2b)로서 이루어진 밀봉용기(2)와 상단에 플랜지(3a)를 중간에 완충기구(3b)를 보유하여 외용기(1)를 기밀하게 상하동 가능하게 관통하여 설치된 압상축(押上軸)(3)과, 상부에서 외용기(1) 및 밀봉용기 상체(2a)의 윗벽을 관통하여 밀봉용기(2)의 내부로 연장되고 상하동 및 회전가능한 상축(上軸)포오스바아(force bar)(4)와 마찬가지로 하부로부터 외용기(1) 및 밀봉용기 하체(2b)의 아랫벽을 관동하여 밀봉용기(2)의 내부로 연장하여 상하동 및 회전가능한 하축(下軸)포오스바아(5)와 이 하축 포오스바아(5)의 상단에 설치한 서셉터(6)와 이 서셉터(6)에 저지된 원료융액용기(도가니)(7)와 밀봉용기(2)의 바깥쪽에 설치된 가열기구(히이터)(8)(8')와 밀봉용기(2)에 설치된 고해리압 성분가스압 제어로(9)와 밀봉용기 상체(2a)와 상축 포오스바아(4)와의 접촉 미끄럼운동부 밀봉용기 하체(2b)와 하축 포오스바아(5)와 접촉 미끄럼운동부에 각각 설치된 액체시일제(10)(10')와 상축 포오스바아(4)를 삽입시켜 외용기(1)내에 삽입된 상축 아우터풀튜우브(11)와 상축 포오스바아(4)와 상축 아우터풀튜우브(11)에 접속된 로우드셀(12)과 외용기(1)의 윗쪽으로부터 밀봉용기(2)안으로 기밀하게 삽입된 투광성로드(rod)(13)로 되어 있고 전기한 히이터(8')와 로우드셀(12)과의 사이에는 A/D 변환기(14) 및 콤퓨터(15)가 접속되어 있다.
또한 밀봉용기 상체(2a), 밀봉용기 하체(2b)는 접합부(2c)(2d)에서 접합되어 밀봉용기(2)안에는 밀봉되어 있다.
이 장치를 사용하여 화합물 반도체 단결정을 육성하는 경우에는 우선 도가니(7)안에 원료로 되는 Ⅲ족 금속(Ca)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')을 용융하고 밀봉용기(2)를 외용기(1)와 격리하여 불활성 가스로로서 외용기(1)안을 소정의 압력으로 하고 다시 히이터(8')를 발열시켜 고해리압 성분고체를 증발시키고 또한 고해리압 성분가스압 제어로(9)를 조절하여 밀봉용기(2)안을 소정 압력의 고해리압 성분가스(As)로 채우고 이 고해리압 성분가스와 도가니(7)속의 Ⅲ족 금속을 반응시켜 원료융액(GaAs)(16)을 만들고 이 상태에 상축 포오스바아(4)를 하강시켜 종결정(種結晶)(GaAs)(17)을 원료융액(16)에 침지하여 상축 포오스바아 (4)를 회전시키면서 인상(引上)함에 의하여 화합물 반도체 단결정(GaAs)을 얻을수가 있다.
이때에 상축 포오스바아(4)에 부착한 로우드셀(12)에 의하여 중량변화를 검출하고 육성 단결정의 형상제어를 행하고 있다.
또한 부호(9a)는 고해리압 성분고체(As)이다.
그런데 이상과 같은 고해리압 성분가스의 압력제어를 행하는 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법에 의해서는 화합물 반도체 단결정을 육성하는 경우에 상축 아우터풀튜우브(11)의 단부가 밀봉용기(2)의 바깥쪽에 있으므로 상축 포오스바아(4)는 밀봉용기(2)의 내압과 외용기(1)의 내압과의 차압분의 힘을 받아서 이 때문에 정확한 육성결정의 중량을 검출할 수가 없고 더 나아가서는 육성결정의 정확한 형성제어를 행할 수가 없는 문제가 있었다.
본 발명은 종래의 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법 및 그 장치가 지닌 이상과 같은 문제점을 해결할 수 있도록 제1의 발명에서는 밀봉용기의 기밀성을 확보하면서 육성결정의 정확한 형상제어를 행할 수가 있는 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법을 제2의 발명에서는 밀봉용기의 기밀성을 확보하면서 육성결정의 정확한 형상제어를 행할 수가 있는 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전기한 목적을 달성시키기 위하여 다음과 같이 구성되어 있다.
즉 제1의 발명에서는 가열밀봉 용기안에 밀봉된 고해리압 성분가스의 압력을 제어하면서 전기한 밀봉용기안에서 화합물 반도체 단결정을 인상하는쵸크랄스키법(C zoc hralski process)에 의한 화합물 반도체 단결정 성장방법이고 전기한 화합물 반도체 단결정을 인상하는 상축 포오스바아에 부착된 제1로우드셀 및 전기한 밀봉용기의 벽을 기밀하게 또한 이동자재하게 관통하여 이 밀봉용기로 연장된 로우드셀로드에 설치된 제2로우드셀에 의하여 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고 이 측정중량으로 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확히 산출하여 육성된 화합물 반도체 단결정의 형상을 제어하도록 하고, 제2발명에서는 외용기와 이 외용기안에 설치된 밀봉용기와 전기한 외용기 및 밀봉용기의 윗쪽벽, 아랫쪽벽을 각각 상하동 및 회전가능하고 기밀하게 관통하여 밀봉용기 내부로 연장되어 설치된 상축 포오스바아 및 하축 포오스바아와 전기한 외용기 및 밀봉용기의 벽을 이동가능하게 또한 기밀하게 관통하여 이 밀봉용기의 내부로 연장되어 설치된 로우드셀로드와 전기한 밀봉용기안에 있어서 하축 포우스바아에 의하여 지지된 원료융액용기와 전기한 밀봉용기를 설치된 고해리압 성분가스압 제어로와 전기한 상축 포오스바아에 접속된 제1로우드셀과 전기한 로우드셀로드에 접속된 제2로우드셀로 이루어진 구성으로 되어 있다.
제1의 발명에서는 상축 포오스바아에 부착된 제1로우드셀과 밀봉용기내에 삽입된 로우드셀로드에 부착된 제2로우드셀에 의하여 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고 이 측정중량으로부터 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확히 산출함으로써 밀봉용기의 내압과 외용기의 내압과의 차압에 의한 육성결정의 중량의 측정정도(精度)에 대한 악영향을 해소하고 육성된 화합물 반도체 단결정의 형상을 자동제어한다.
제2의 발명에서는 상축 포오스바아에 부착된 제1로우드셀과 밀봉용기내에 삽입된 로우드셀로드에 설치된 제2로우드셀 등에 의하여 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하고 가열기구의 출력을 조정하여 육성단결정의 자동형상 제어를 실시한다.
아래에, 본 발명의 방법을 제 1 도에 의거하여 설명한다.
본 실시예에서는 전기한 종래법의 상황에 비추어서 상축 포오스바아(4)에 구비한 제1로우드셀(12) 이외에, 새로운 밀봉용기(2)내에 하부에 삽입한 로우드셀로드(21)를 추가하고 이 로우드셀로드(21)에 제2로우드셀(22)을 설치함에 의하여 밀봉용기(2)의 내압과 외용기(1)의 내압과의 차압에 의한 육성결정 중량의 측정정도에 대한 악 영향(고해리압 성분가스를 밀봉용기(2)내에 밀봉하기 위하여, 상축아우터풀튜우브 (11)의 끝은 밀봉용기(2)의 바깥쪽으로 설치한 필요가 있고 이 때문에 상축포오스바아(4)는 밀봉용기(2)의 내압과 외용기(1)의 내압과의 차압분의 힘을 받는다. 이 때문에 정확한 육성결정의 중량을 검출하는 것이 곤란하게되고 더 나아가서는 육성결정의 정확한 형상제어를 실시하는 것이 곤란하게 된다)을 해소하여 육성단결정의 자동형상 제어를 행하도록 하고 있다.
즉 밀봉용기(2)내와 외용기(1)내의 차압을 Δp, 상축 포오스바(4)의 반지름을 R1, 밀봉용기(2)내의 삽입한 로우드셀로드(21)의 반지름을 R2, 상축 포오스바아(4)에 부착된 제1로우드셀(12)이 검출하는 중량을 W1, 참 중량을 W1, 로우드셀로드(21)에 부착된 제2로우드셀(22)이 검출하는 중량을 W2, 참 중량을 W2로 하면, 제1로우드셀(12), 제2로우드셀(22)에는 밀봉용기(2)의 내압과 외용기(1) 내압과의 압력차의 변동분이 영향을 미치므로,
W2=W1+Δp×
×R1 2
W2=W2-Δp×
×R2 2
로 되고, 이것으로부터
W1=W1+(W2-W2)×R1 2÷R2 2여기에서
R1=K×R2
로 하면
W1=W1+(W2-W2)×K2
또 W2는 일정하므로,
∴W1=W1-K2×W2+C
(단, C 정수)
로 되어 정확한 결정 중량을 구하게 된다.
또 정확한 결정 중량을 구하기 위해서는 밀봉용기(2)안의 하부에 로우드셀로드(21)를 삽입하고 이 로우드셀로드(21)에 제2로우드셀(22)을 설치하는 대신에 밀봉용기(2)안 상부에 로우드셀로드(로우드셀로드(21)와 동일한 것)를 삽입하여 이 로우드셀로드에 제2로우드셀(제2로우드셀(22)과 동일한 것)을 설치해도 좋고, 이런 경우에는,
W1=W1-(W2-W2)×K2
W1=W1-K2×W2+C1
(단, C1는 정수)
로 된다.
다음에 제1의 발명 방법을 이 제1발명을 실시하기 위해 제 1 도에 표시하는 장치에 의거하여 설명한다.
또한, 본 실시예의 장치에 있어서 종래예와 동일부분에는 동일한 부호를 사용하여 그 설명을 생략한다.
본 실시예의 장치는 밀봉용기(2)내의 하부에 삽입하여 새로 추가된 로우드셀로드(21), 외용기(1)내의 하부에 삽입하여 설치된 하축 아우터풀튜우브(23), 로우드셀로드(21), 하축 아우터풀튜우브(23)에 설치된 제2로우드셀(22) 밀봉용기(2)내의 하부에 설치된 용기(24) 및 액체 시일제(10")를 구비하는 점을 제외하고는 종래예의 제 2 도에 표시된 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장장치와 마찬가지이다.
본 실시예에서는 외용기(1)의 아랫쪽벽을 기밀하게 또한 미끄럼운동 자재로 관통하여 하축 아우터풀튜우브(23)가 매달린 상태로 부착되어 있다.
하축 아우터풀튜우브(23)에는 로우드셀로드(21)가 삽입되어 있다.
이 로우드셀로드(21)는 압상축(押上軸)(3)의 플랜지(3a) 밀봉용기 하체(2b)의 아랫쪽벽을 상하동 가능하게 관통하여 밀봉용기(2)내의 하부로 연장되어 있다.
밀봉용기 하체(2b)의 아랫벽 윗면에는 밀봉용기 하체(2b)와 로우드셀로드(21)와의 접촉부에 위치하고 내부에 액체 시일제(10")를 보유하는 용기(24)가 설치되어 있다.
하축 아우터풀튜우브(23)와 로우드셀로드(21)의 하단에는 제2로우드셀(22)이 부착되어 있다.
이 제2로우드셀(22)에는 A/D 변환기(25)를 재개하여 콤퓨터(15)가 접속되어 있다.
상축 포오스바아(4), 하축 포오스바아(5), 로우드셀로드(21)는 상이한 직경이라도 좋고 같은 직경이라도 좋다.
그리고, 제1로우드셀(21), 제2로우드셀(22)을 사용하여 결정중량을 측정한다.
즉 제1로우드셀(12), 제2로우드셀(22)로부터의 출력 신호를A/D 변환기(14), (25)에 의하여 디지탈 신호로 변환하여 콤퓨터(15)에 리드-인(read-in)하며, 수치연산을 행하고 정확한 결정 중량을 산출하며 이 값에 의거하여 결정 직경을 구한다.
이와 같이 하여 얻은 결정 직경을 참조하여 컴퓨터(15)에 의하여 히이터(8)(8')의 출력 파워를 조정하여 자동적으로 형상 제어를 행한다.
제 1 도에 표시한 구조를 보유한 인상(引上)장치를 사용하여 As의 증기압 제어를 실시하면서 자동 직경제어에 의하여 GaAs 단결정의 인상을 실시하였다.
육성조건은 인상 속도 5mm/h, 결정회전 5rpm, 도가니회전 5rpm으로 하였다.
얻어진 결정은 직경 80mm, 길이 100mm의 단결정이었고 형상 제어도 설정치에 대하여 ±1mm 이하로 되어 양호한 것이 있다.
종래의 고해리압 성분가스의 압력제어를 실시하는 단결정 인상 장치에 있어서는 로오드셀을 사용하여 형상제어를 실시하는 것은 곤란하였지만, 본 실시예의 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장 장치에 의하여 액체를 봉하여 막는 쵸크탈스키법(LEC)과 마찬가지로 로우드셀에 의한 형상 제어가 가능하게 된다.
또 추가된 제2로우드셀(22)의 회전기구등을 필요로 하지 않으므로 장치가 저렴하게 된다.
다음에 제2의 발명에 대하여 설명하면 본 제2발명의 한 실시예로서는 이미 서술한 제 1 도에 표시하는 장치에 의한 실시가 해당하고 이것은 전술한 설명으로서 명백하므로 그 설명을 생략하지만 이에 2발명의 실시예에 의하면, 상축 포오스바아(45)와 외용기(1) 및 밀봉용기(2)의 아랫쪽 벽을 관통하여 이 밀봉용기(2)의 내부로 연장되어서 설치된 로우드셀로드(21)에 접속된 제2로우드셀(22)에 의하여 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확하게 측정하고, 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하고, 이 산출값에 의거하여 고해리압 화합물 반도체 단결정의 결정 직경을 구하고, 히이터(8)(8')의 출력을 조정하여 육성된 단결정의 정확한 자동형상 제어를 행할 수가 있다.
제1의 발명에 의하면, 단결정을 인상하는 상축 포오스바아에 부착된 제1로우드셀과, 밀봉용기의 벽을 기밀하게 또한 이동자재하게 관통하여 이 밀봉용기내로 연장된 로우드셀로드에 설치된 제2로우드셀에 의하여 밀봉용기의 내압과 외용기의 내압과의 차압에 의한 육설 결정의 중량 측정정도에 대한 악영향을 해소하여, 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고 이 측정 중량으로 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하여 이 산출값에 의거하여 고해리압 화합물 반도체 단결정의 형상을 구하고, 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 형상을 자동적으로 정확하게 그리고 용이하게 제어할 수가 있다.
또 제2의 발명에 의하여, 상축 포오스바아에 부착된 제1로우드셀과, 외용기 및 밀봉용기의 벽을 이동가능하게 또한 기밀하게 관통하여 이 밀봉용기의 내부로 연장되어 설치된 로우드셀로드에 부착된 제2로오드셀에 의하여 밀봉용기의 내압과 외용기의 내압과의 차압에 의한 육설 결정의 중량측정 정도에 대한 악영향을 해소하여 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고, 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하여 이 산출값을 바탕으로 고해리압 화합물 반도체 단결정의 형상을 구하고, 가열기구의 출력을 조정하여 육성단 결정의 형상제어를 정확하게 또한 용이하게 자동제어할 수가 있다.
Claims (2)
- 가열밀봉용기(2)내로 밀봉된 고해리압 성분가스의 압력을 제어하면서 전기한 밀봉용기(2)내에서 화합물 반도체 단결정을 인상하는 쵸크랄스키법에 의한 화합물 반도체 단결정 성장방법으로서, 전기한 화합물 반도체 단결정을 인상하는 상축 포오스바아(4)에 부착된 제1로우드셀(12)과, 전기한 밀봉용기(2)의 벽을 기밀하게 또한 이동자재하게 관통하여 이 밀봉용기(2)내로 연장된 로우드셀로드(21)에 설치된 제2로우드셀(22)에 의하여 육성된 고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 측정하고, 이 측정 중량에 의하여 육성된고해리압 화합물 반도체 단결정의 중량을 정확하게 산출하여 육성된 화합물 반도체 단결정의 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장방법.
- 외용기(1)와, 이 외용기(1)내에 설치된 밀봉용기(2)와 전기한 외용기(1) 및 밀봉용기(2)의 윗벽, 아랫벽을 각각 상하동 또한 회전가능하게 기밀하게 관통하여 밀봉용기(2) 내부로 연장되어 설치된 상축포오스바아(4)및 하축 포오스바아(5)와 전기한 외용기(1)및 밀봉용기(2)의 벽을 이동가능하게 또한 기밀하게 관통하여 이 밀봉용기(2)의 내부로 연장되어 설치된 로우드셀로드(2)와, 전기한 밀봉용기(2)내에서 하축 포오스바아(5)에 의하여 지지된 원료융액용기(7)와, 전기한 밀봉용기(2)를 가열 가능하게 이 밀봉용기(2) 밖으로 설치된 가열기구(8)(8')와 전기한 밀봉용기(2)에 설치된 고해리압 성분가스압 제어로(9)와 전기한 상축 포오스바아(4)에 접속된 제1로우드셀(2)과, 전기한 로우드셀로드(21)에 접속된 제2로우드셀(22)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고해리압 화합물 반도체 단결정 성장장치.
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