KR950013003B1 - 갈륨비소 단결정 성장용 다결정 성장방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

갈륨비소 단결정 성장용 다결정 성장방법

제 1 도는 본 발명의 다결정 합성용 반응관을 나타내는 개략도.

제 2 도는 본 발명의 균질 GaAs 다결정 합성장치를 나타내는 개략도.

제 3 도는 본 발명에 따른 반응관의 냉각곡선으로서,

(a)는 반응관의 바닥부위의 냉각곡선.

(b)는 반응관의 위부위의 냉각곡선.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : Ga 보우트 2 : As 보우트

3 : 밀봉부재 4 : 석영 앰푸울

5 : 반응관 6 : Ga 금속

7 : As 금속 8 : 도펀트

9 : GaAs 용융물 Tn : 반응관 윗부위

T : 반응관 바닥부위 T₁: 반응관의 고온부

T₂: 반응관의 저온부

본 발명은 GaAs 결정성장시 도펀트(dopant)에 의한 불순물의 편석을 억제시켜 균질한 다결정을 얻는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 GaAs 결정성장시 n-형이나 p-형 반도체의 도펀트로서 주로 사용되는 Si이나 Zn 등의 불순물에 의한 편석을 줄여 균질적인 다결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.

GaAs 결정성장시, 그 원료로 기합성된 다결정을 사용하며, GaAs 결정성장시 주로 쓰는 도펀트로서, n-형은 Si, p-형은 Zn을 쓴다.

그런데 이 불순물들은 각각 GaAs 용융물내에서 유효분포계수가 0.14, 0.4이므로, Si는 초기부와 후미부간의 도핑(doping)농도비가 10배 Zn 경우는 6배의 비만큼 차이가 난다. 이것은 결정성장시 일정한 성장속도로 유지할때, 불가항력적으로 발생한다. 따라서 대개 다결정자체의 성장과정에서 발생하는 편석효과 때문에 다결정의 초기부와 후미부의 약 10%를 잘라낸 후, 그 중앙부를 사용한다.

또한 도핑농도가 식(1)과 같은 분포를 가지므로,

CS=Ke Co(1-g)^1-Ke………………………………………………………… (1)

여기서 Cs : 단결정내의 도핑농도

Co : 초기 넣은 농도

Ke : 유효분배계수

g : 응고된 부위비(0 내지 1)

잉곳(Ingot)부위마다 도핑농도가 계속 변하여 단결정용 원료로 장입시, 원하고자 하는 도핑농도제어에 많은 어려움을 주고 있었다. 그렇다고 다결정부위마다 일일이 전자농도 등의 측정에 의해 Si이나 Zn의 농도분포를 확인할 수도 없다.

본 발명은, 상기 문제점을 해소하기 위하여, 특수한 GaAs 다결정 합성용 반응관을 제작하여 특수하게 제작된 전기로에 장입하여, 전체가 한꺼번에 냉각되도록 하여 GaAs 다결정내에 도펀트 농도의 분포를 균일하게 할 수 있는 GaAs 단결정 성장용 원료인 균질한 다결정 성장방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 본 발명의 다결정 합성용 반응관을 나타내는 개략도이고, 제 2 도는 본 발명의 균질 GaAs 다결정 합성장치를 나타내는 개략도이다.

본 방법은 우선 제 1 도와 같은 반응관에 Ga, As를 각각 장입한다. 여기서 Ga 보우트(1)에 Ga 금속 및 Si, Zn 등의 도펀트를, As 보우트(1)에 As 금속을 각각 넣고 석영 앰푸울(4)의 개방단부측에 As 보우트(2)를 장입한다. 이어서 Ga 보우트(1)와 As 보우트(2)가 장입된 상태에서 석영앰푸울(4)을 밀봉부재(3)로 밀봉한다.

밀봉된 반응관은, 제 2 도에 도시된 바와 같이, 2영역 경사응고로(two-zone gradient-freeze furnace)에 놓여진다. As 보우트(2)는 2영역로의 저온부 T₂에 놓여지며, 그 온도는 As 증기압이 대략 1기압을 나타낼 수 있도록 조절된다. 대략 630℃ 정도로 조절된다. Ga을 담고 있는 석영보우트(1)는 로의 고온부 T₁에 놓여지고 대략 1250℃까지 가열된다. As는 증기상(vapor phase)으로 고온 Ga 보우트(1)로 이동되어 그곳에서 Ga, As가 서로 반응하여 GaAs를 형성한다.

그리고, 소정의 시간동안 2영역로를 상기 온도로 유지한다.

일반적으로 도핑시의 GaAs 다결정의 실제 농도식은 상기 식(1)과 같다.

그런데, GaAs 용융물이 형성된 후, 초기부와 후미부를 동시에 냉각시키면, 식 (1)과 같은 도펀트의 분포가 일어나기 전에 전체 장입량이 동시에 응고되므로 따라서, 균일한 다결정을 얻을 수 있다. 여기서 제 2 도에 도시된 바와 같이 로의 상부를 T1 부위라 하고, 로의 하부를 T1 부위라 하며, Th 부위의 냉각속도보다 T1 부위의 냉각속도를 크게하여 반응관의 바닥부위가 윗부위보다 먼저 냉각 성장되게 한다.

그러나, 이때 중요한 것은, GaAs 용융물에서 미쳐 빠져 나가지 못하고 GaAs 고체내에 갇히어 있는 As 원소의 큰 증기압 때문에 As 성분의 순간적인 폭발로 인하여 반응관이 폭발할 수가 있는데, 따라서 제 2 도와 같은 3차원 제어용 열선을 사용하여 제 2 도의 전기로의 상단부위를 가장 서냉시켜 냉각한다면, 이러한 문제를 방지할 수 있다. 이렇게 하여 초기부와 후미부의 Si 농도차가 5% 이내의 편차를 갖는 거의 균일한 양질의 GaAs 다결정을 얻을 수 있다.

[실시예]

두개의 보우트 각각에 Ga 2kg, As 2.1kg을 담고, Ga을 담은 보우트를 제 1 도와 같은 반응관의 고온부에 장입하고, As를 담은 보우트를 상기 반응관의 저온부에 장입한다.

상기 반응관을 GaAs 액상선을 따라 승온하여, 상기 반응관의 고온부의 온도가 1250℃, 저온부의 온도가 610 내지 630℃로 되었을때, 2시간을 유지한다.

그리고나서, 전체적으로 반응관의 바닥부위의 온도 T1을 균일하게 5°/hr로 냉각시키고, 반응관의 윗부위의 온도 Th을 2℃/Hr로 1100℃까지 낮추어 주어, 반응관의 바닥부위가 윗부위의 보다 먼저 냉각, 성장되게 한다.

전체적으로 1000℃가 되면, 5시간을 그대로 유지하여 갇힌 As 등이 충분히 밖으로 확산되게 한다.

이어서, 상온까지 1℃/min로 냉각시켜, 4kg 급의 균질한 GaAs 이곳을 꺼낸다.

Claims (3)

1. Ga 보우트와 As 보우트에 각각 Ga 금속과 As 금속을 담고, Ga을 담은 보우트를 반응관의 고온부에 장입하고, As를 담은 보우트를 반응관의 저온부에 장입한 후, 상기 반응관을 GaAs 액상선을 따라 승온하여 상기 반응관의 고온부의 온도가 1250℃, 저온부의 온도가 610 내지 630℃가 되도록 가열하고, 상기 반응관의 고온부의 온도를 1250℃, 저온부의 온도를 610 내지 630℃로 한후 일정한 시간 유지하고 나서, 상기 반응관의 냉각속도를 바닥부위가 윗부위보다 크게하여 상기 반응관을 전체적으로 1000℃가 되도록 냉각시킨 후, 일정시간동안 항온에서 유지시켜 갇힌 As 등을 충분히 밖으로 확산시키고, 이어서, 상온까지 냉각시키는 단계들로 이루어지는 GaAs 단결정 성장용 다결정 성장방법.
2. 제 1 항에 있어서, 반응관의 고온부의 온도를 1250℃, 저온부의 온도를 610 내지 630℃로 하여, 2시간 유지하는 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장방법.
3. 제 2 항에 있어서, 1000℃에서의 항온유지시간이 5시간 이상으로 하여 As 원소가 충분히 확산되도록 하는 것을 특징으로 하는 GaAs 단결정 성장용 다결정 성장방법.