KR960005511B1

KR960005511B1 - GaAs단결정 성장방법

Info

Publication number: KR960005511B1
Application number: KR1019880018029A
Authority: KR
Inventors: 박해성; 강진기; 김한생
Original assignee: 삼성코닝주식회사; 한형수
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1988-12-30
Publication date: 1996-04-25
Also published as: KR900009464A

Abstract

내용 없음.

Description

GaAs단결정 성장방법

제1도는 LEC법에 의한 GaAs단결정 성장장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고압용기 2 : 도가니

3 : 결정원료 4 : 액체봉지제(B₂O₃)

5 : 히터 6 : 회전인상축

7 : 시드(Seed)결정 8 : 결정

본 발명은 고압용기내의 도가니에 결정원료(GaAs)와 봉지제(B₂O₃)를 넣고 고온, 고압하에서 용응해서 결정을 인상하는 액체봉지인상법(이하 LEC법이라 함)에 의해 GaAs단결정을 인상할때 전위밀도가 적은 양호한 단결정을 만드는 GaAs단결정 성장방법에 관한 것으로, GaAs단결정을 성장시킬때 분포(Distribution)계수 K값이 1보다 큰 불순물과 1보다 작은 불순물을 동시에 첨가시켜 결함의 감소를 최대로하고 쌍정(Twin)등의 결함의 발생을 억제함으로써 결함이 낮은 단결정의 수율을 향상시키는 것이다.

GaAs는 화합물 반도체의 대표적인 것으로, si에 비해 전자의 이동도가 빨라서 반절연성의 GaAs단결정은 이온주입(Ion implantation)을 이용해서 FET나 IC를 만들고 있으며, 또한 발광 및 수광기능이 있으어서 반도성(Semiconducting)의 GaAs단결정은 LED나 LD등의 광전소자(Optoelectronic Device)로서 사용되고 있다.

그러나, 이들 소자의 특성을 향상시키고, 성능을 균질화하기 위해서는 결함의 수를 줄이고, 그 분포를 균일하게 하는 것이 필요하다.

일반적인 LEC법에 있어서, 결함의 수를 줄이는 방법으로는 (1) Necking (2) 결정과 응액사이의 계면형상의 평탄화 (3) 결정과 용액사이의 계면의 온도구배최소와 (4) 불순물 첨가등이 제안되고 있으며, 그 중에서도 불순물을 첨가하는 방법이 매우 효과적인 방법으로 널리 이용되고 있는 것이다.

상기 불순물 첨가의 일반적인 방법은 한가지 불순물을 첨가하여 결함감소의 효과를 얻고자 하였던 것으로, 첨부도면 제1도에 도시된 바와 같은 GaAs단결정 성장장치의 고압 용기(1)내의 도가니(2)에 결정원료(3)와 액체봉지제(4)를 넣을때 불순물을 첨가시켜서 장입한후, 히터(5)로 열을 가하여 용융시키고, 그 용액(Melt)에 회전인상축(6)의 시드(Seed)결정(7)을 접촉시켜서 결정(8)을 회전인상하는 것이다.

첨부도면중 미설명부호 9는 서스셉터(Susceptor), 10은 도가니 회전이동축을 나타낸다.

이러한 종래의 방법에서는 대부분의 불순물들의 분포계수 K값이 1보다 크거나 작기 때문에 결정내의 불순물의 분포가 균일하게 되어 성장된 결정내의 불순물 분포는 지수함수적인 분포를 갖게 된다. 즉, K값이 1보다 큰 불순물의 경우에는 초기에 다량의 불순물이 결정에 들어가므로 결정이 성장함에 따라 시드에서 테일(Tail)쪽으로 지수함수적으로 불순물 농도가 감소하며, K값이 1보다 불순물의 경우에는 결정이 성장함에 따라 시드에서 테일쪽으로 불순물 농도가 지수함수적으로 증가한다.

따라서, 불순물 감소의 효과가 결정의 시드로부터 테일에 이르기까지 다르게 되어특성이 균일한 결정을 얻기가 힘들고, 불순물이 과량으로 첨가될 경우에는 쌍정(Twin)등의 결함의 발생 가능성이 높아지게 되는 것이다.

즉, 불순물 첨가에 의한 결함의 감소효과를 얻기 위해서는 어느 일정범위의 불순물 농도가 필요한 것으로, 만약에 불순물 농도가 이보다 작으면 결함의 감소효과를 얻을 수 없고, 이보다 많으면 쌍정 등의 결하(Twin)이 발생하기 쉬워지므로 단결정 수율이 떨어지게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 결정전체에 걸쳐 불순물의 농도가 어느 일정 범위내에 들어가도록 하기 위하여 불순물의 분포계수 K값이 1보다 큰 불순물과 1보다 작은 불순물을 동시에 첨가하는 이중 도핑(Doping)방법을 사용한 것으로써, 고압용기(1)내의 도가니(2)에 결정원료 Ga, As와 불순물을 넣을때 불순물의 분포계수 K값이 1보다 큰 불순물(예를들면 p, p의 GaAs내의 K값은 3.31)과 1보다 작은 불순물(예를들면 In, In의 GaAs내의 K값은 0.12적어도 1종)의 적당한 양을 넣고 용응한뒤, 시드결정을 응액에 접촉시켜 회전인상함을 특징으로하는 GaAs단결정 성장방법이다.

이때, 첨가되는 불순물의 양은 각각의 불순물이 결함의 감소효과를 충분히 발휘하면서 과량으로 첨가되어 쌍정을 발생치 않도록 하는 범위에서 2가지 불순물의 K값을 고려하여 그 양을 결정한다.

예를들면 K값이 1보다 큰 불순물로서 p를 넣고 K값이 1보다 작은 불순물로써 In을 첨가할 경우 초기용액에 첨가해야 할 양은 p가 10¹⁸~10²⁰atoms/cm³, In이 5×10¹⁸~5×10²⁰atoms/cm³정도가 되도록 한다.

본 발명에서 초기에 성장되는 결정내에는 K값이 1보다 큰 불순물이 지배적으로 포함되어 이불순물에 의해 결함이 감소하는 효과를 얻을수 있다. 그러나, 결정이 더욱 성장해감에 따라 K값이 1보다 큰 불순물의 양은 줄어들면서 K값이 1보다 작은 불순물의 양은 점점 증가하게 된다.

이렇게 K값이 1보다 작은 불순물의 양은 결정성장이 진행됨에 따라 용액내의 농도가 점차로 증가하게 되므로 테일쪽으로 감에 따라 지배적인 불순물이 된다.

따라서, 결함이 발생하기 쉬운 시드부분에서는 K값이 1보다 큰 불순물이 테일부분에서는 K값이 1보다 작은 불순물이 결함의 발생을 적극적으로 억제함으로써, 성장된 결정은 전체적으로 결함의 감소효과를 높이고, 결함감소를 위한 불순물 첨가효과를 나타낼 수 있는 정도의 불순물 농도를 갖는 결정의 범위가 넓어지면서 하나의 불순물이 과량으로 첨가되는 것을 방지함으로써 쌍정등의 결함 발생을 억제하여 단결정의 수율을 높일 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같이 K값이 1보다 큰 불순물과 1보다 작은 불순물을 동시에 사용함으로써, 어느 한 불순물만 사용하여 결정의 어느 부분에서는 불순물 첨가에 의한 결함의 감소효과를 보기 어려울 정도로 불순물의 농도가 낮은 부분이 생기거나 또는 불순물이 과량으로 첨가되어 쌍정등의 결함이 발생하여 단결정의 수율이 떨어지는 등의 결점을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 결함이 발생하기 쉬운 시드와 테일부분에서의 결함 발생을 최소화 할 수 있는 것이다.

본 발명에서 첨가하는 불순물의 형태는 예를들어 In과 p를 첨가할 경우에 GaP, InP, InAs등의 형태를 가질수 있는 것이며, GaAs를 비롯한 기타의 Ⅲ~Ⅴ족 화합물 반도체의 단결정의 성장에 적용할 수 있는 것이다.

Claims

액체봉지인상법(LEC법)에 의해 GaAs단결정을 성장시킴에 있어서, 분포계수 K값이 1보다 큰 불순물과 1보다 작은 불순물을 동시에 첨가하는 이중도핑방법에 의해 GaAs단결정을 성장시킴을 특징으로하는 GaAs단결정 성장방법.
제1항에 있어서, K값이 1보다 큰 불순물로써, P10¹⁸~10²⁰atoms/cm³를 K값이 1보다 작은 불순물로써, In, si 또는 Zn중 적어도 1종을 5×10¹⁸~5×10²⁰atoms/cm³첨가함을 특징으로하는 GaAs단결정 성장방법.