일반기술

ZNDOPING에의한P-TYPEGAAS단결정성장방법

본 기술은 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.본 기술은 p-type GaAs단결정 성장시 원재료로부터의 불순물 유입을 최소화하기 위하여 Si농도가 1×1016㎝-3 이하의 언도우프드(undoped)된 다결정 GaAs를 사용하고, Zn의 초기농도를 1-3×1019㎝-3가 되도록 고농도를 도우핑(doping) 하고, 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 제어하였다. 이처럼 GaAs단결정 성장조건을 정밀 제어함으로써 높은 수율의 GaAs단결정 성장을 기할 수 있다.