일반기술

수평형 브리지만법에 의한 고품위 n-형 GaAs 단결정 성장방법

본 발명은 수평형 브리지만(Horizontal Bridgman)법에 의한 고품위 n-형 GaAs 단결정 성장방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 Si를 3×1018cm-3이상 도우핑하여 에치피드밀도(EPD, etch pitdensity) 500cm-2의 고품위가 40% 이상 확보되도록 하는 n-형 GaAs 단결성 성장방법에 관한 것이다.광소자용 재료로 각광받는 GaAs 재료는 현재 그것이 갖는 여러가지 우수한 특성임에도 불구하고, Si처럼 범용되지 못하고 있다. 즉, GaAs의 열전도도가 Si보다 3.5배 낮고, 기계적 성질도 2배이하이기 때문에 결정성장시 각종 결함 즉 쌍정(twin)이나 다결정화(poly-crystal)등이 쉽게 유발되어 원하는 단결정을 얻기가 어려운 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해소시키기 위히여 결정 성장조건을 미시적인 측면에 이르기까지 정밀제어하여, n-형 GaAs의 최적성장조건을 적용함으로써, 비교적 균질적이고, 수율이 높은(〉75%)단결정 성장이 가능한 방법을 제공하고자 한다.본 발명의 방법은 고품위 n-형 GaAs 단결정 성장을 위하여 Si을 (3∼5)×1018cm-3정도 도핑하는 경우에, 성장시 유발되는 GaAs 고-액 계면의 불안정성 요인을 인위적으로 제어하기 위하여-첫째, 열적 균형을 고려한 성장조건을 적용하였고-둘째, 성장이 진행함에 따라 잉곳트에 따라 열처리 효과가 가해지도록 앰푸울 끝부위에서부터 비교적 평평한 온도대를 1050℃∼1100℃ 정도로 두어 성장후 열응력이 크지 않도록 하였다.-셋째, 냉각속도를 제어하여 고품위성이 재현성 있게 확보되도록 한다.본 발명은 고품위 재현성을 확보하기 위하여 열적 균형을 가장 중요한 변수로 감안하여, 제 GaAs 용융부는 1240∼1250℃의 온도 영역을 갖게 하고, 앰푸울의 끝부위는 1100∼1050℃가 되게하여, 온도구배가 1230∼1240℃사이에서 5℃/cm, 1240℃∼1250℃ 사이에서는 1℃/cm 이하로 되게 하고, 성장속도는 시이드부는 3mm/시간, 쇼울더부는 5mm/시간, 잉곳트 보디부는 4mm/hr로 효율적으로 제어하며, 냉각속도를 1200∼1000℃까지는 1℃/분, 1000∼800℃까지는 2℃분, 800℃ 이하에서는 10℃/분 정도로 제어함으로써 Si농도가 (3×5)×1018cm-3만큼 도핑된 경우, 양질의 n-형 잉곳트가 얻어지며, 조업재현성도 75% 이상이 되게 된다.