KR20190086978A - Method for AlN growth on Sapphire seed crystal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종종자결정법에 의하여 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키되, 사파이어의 용융을 방지하면서도 질화알루미늄의 승화가 최대한 일어나도록 함으로써 질화알루미늄을 대구경의 결정으로 성장시킬 수 이도록 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for growing aluminum nitride on a sapphire seed crystal, and more particularly, to a method for growing aluminum nitride on a sapphire seed crystal by a heterogeneous seed crystal method so that sublimation of aluminum nitride is maximized while preventing the melting of sapphire Thereby growing aluminum nitride on the sapphire seed crystal so that the aluminum nitride can grow into the crystal of the large diameter.
AlN 단결정은 6.2eV의 와이드밴드갭을 갖는 직접천이형(Direct Band Gap) 화합물 반도체로서, III-V족 화합물(GaN, InN 등)과 고용체를 형성하여 다양한 밴드갭을 갖는 화합물을 형성할 수 있다. AlN single crystal is a direct band gap compound semiconductor having a wide band gap of 6.2 eV and can form a compound having various band gaps by forming a solid solution with a group III-V compound (GaN, InN, etc.) .
특히, UV-C LED, 고성능 전력변환소자, 고전압/고주파 RF 소자 등에 이용되는 AlGaN (Al 60% 이상) 에피탁시(epitaxy) 박막을 위해서는 기판소재로 사파이어나 SiC 단결정이 시도되고 있으나 AlN 단결정 기판이 가장 우수한 성능을 나타내는 것으로 알려져있다.In particular, sapphire and SiC single crystals have been tried as substrate materials for AlGaN (Al 60% or more) epitaxy thin films used in UV-C LEDs, high-performance power conversion devices and high voltage / high frequency RF devices. However, Is known to exhibit the best performance.
AlN 단결정은 UV용 LED, LD기판소재 등으로 사용될 수 있는데, 예를 들어 AlN 기판 상에 GaN-AlN 소재의 MQW 제작하면, 기존의 타 기판 사용 시보다 효율이 몇배 높아 적용 가능한 분야가 매우 넓으며, 따라서, 단결정 기판소재만 제작되면, 기존 소자제조를 위한 시간을 크게 단축할 수 있다. AlN single crystals can be used for UV LED, LD substrate material, etc. For example, when MQW made of GaN-AlN is formed on AlN substrate, the efficiency is several times higher than that of other existing substrates, Therefore, when only a single crystal substrate material is manufactured, the time for manufacturing an existing device can be greatly shortened.
또한, AlN 단결정을 사용하여 UV를 이용하는 다양한 응용기기(공기정화기, 정수장치, 의료기기 등)를 제작할 수 있으며, 이를 통하여 제조업체의 활성화를 유도할 수 있다. 또한, 인공위성 또는 우주선 등에서 초고효율 태양전지 소재로 응용 (대기권 밖 매우 풍부한 Deep UV 이용)할 수 있다. 아울러, AlN를 기초 재료로 제작된 Deep UV 광원을 이용한 고분해능 광학현미경으로도 응용 가능하다. 그 밖에도 표면탄성파(SAW) 장치나 미세전자기계시스템 (Microelectomechanical systems, MEMS) 등 다양한 응용분야가 존재한다.In addition, it is possible to manufacture various application devices (air purifier, water purification device, medical device, etc.) using UV light by using AlN single crystal, thereby inducing the activation of the manufacturer. In addition, it can be used as ultra-high efficiency solar cell material in satellites or spacecrafts (using the very deep Deep UV outside the atmosphere). It is also applicable to a high-resolution optical microscope using a deep UV light source made of AlN as a base material. In addition, there are various applications such as surface acoustic wave (SAW) devices and microelectromechanical systems (MEMS).
현재 사용가능 한 AlN 기판 소재는 벌크(bulk) 단결정 AlN 웨이퍼와 사파이어와 SiC에 AlN을 에피택셜 성장시킨 템플릿(template) 웨이퍼가 존재하는데, 벌크 단결정 AlN 웨이퍼의 경우 Fox Group, Nitride-crystals group, Crystal IS, Hexatech, Fairfield Crystal 등이 제한적으로 생산 판매하고 있으며, 판매가격이 저품질, 소형 웨이퍼(부정형, ~1cm2)의 경우 약 US$2,000 정도, 1인치급 고품질 웨이퍼의 경우 US$7,000 정도의 고가로 판매되고 있다.Currently available AlN substrate materials are bulk monocrystalline AlN wafers, template wafers where AlN epitaxially grown on sapphire and SiC, and for bulk monocrystalline AlN wafers, Fox Group, Nitride-crystals group, Crystal IS, Hexatech, and Fairfield Crystal, and sells them at about US $ 2,000 for low-priced, small-size wafers (unshaped, ~ 1cm 2 ) and US $ 7,000 for 1-inch high-quality wafers .
이종 웨이퍼상에 AlN의 단결정의 에피텍셜 박막을 성장시킨 템플릿 (template)의 경우 TDI, Hitachi cable, LumiGNTech 등이 생산 판매하고 있으며, 2인치 기준으로 AlN/사파이어가 약 US$300~700 정도, AlN/SiC 2인치의 경우 N-type이 약 US$600~900 정도, SI의 경우 약 US$1,500~2,500 정도로 각각 시판되고 있다.TDI, Hitachi cable, and LumiGNTech produce and sell a template of a single crystalline epitaxial thin film of AlN on a different wafer. AlN / sapphire is about US $ 300 ~ 700 and AlN / N-
즉, 전반적으로 상용 AlN 기판은 아직 단가가 너무 높고 상용화된 웨이퍼가 너무 작으며 품질이 낮은 경우가 많아 고품질화, 대구경화가 상기 열거한 다양한 응용제품에의 상용화의 선결과제로 파악되고 있다. 또한, 에피텍셜 성장된 템플릿기판(template)의 경우 결정품질이 나쁘고 단결정 층의 두께가 10~50㎛에 불과하여 응용에 한계가 존재한다는 문제점도 있다.In other words, overall commercial AlN substrates are still high in unit cost, commercialized wafers are too small, and quality is often low, so that high quality and large diameter curing have been recognized as a result of commercialization in various application products listed above. In addition, the epitaxially grown template has a problem that the crystal quality is poor and the thickness of the single crystal layer is only 10 to 50 占 퐉, which limits the application.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 이종의 종자결정상에서 승화에 의한 성장법을 이용함으로써 기존의 벌크 AlN에 비하여 저비용으로 대구경화가 가능하며, 에피택셜 성장된 템플릿 기판에서 구현이 불가능하였던 수백㎛(100㎛ 이상 1000㎛ 미만)~수㎜(1mm 이상 10mm 미만)의 두께 확보와 2 ~ 12인치 크기의 대구경화가 가능하도록 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method of growing a heterogeneous seed crystal by a sublimation growth method, (100 to less than 1000 탆) to several ㎜ (less than 1 mm to less than 10 mm) and sapphire seed crystals which can be cured to a size of 2 to 12 inches The present invention also provides a method for growing a seed crystal.
본 발명은 사파이어가 녹지 않는 조건에서 사파이어 단결정을 종자결정으로 이용한 AlN 성장공정을 제시함으로써 저렴하게 공급가능한 사파이어를 종자결정으로 사용하면서도, 성장된 질화알루미늄 기판의 품질 또한 기존의 AlN 템플릿 기판 수준보다 우수하며 벌크 AlN웨이퍼와 대등하게 도출할 수 있도록 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.The present invention proposes an AlN growth process using sapphire single crystals as a seed crystal under the condition that sapphire does not dissolve so that the quality of the grown aluminum nitride substrate is higher than that of a conventional AlN template substrate Another object of the present invention is to provide a method of growing aluminum nitride on a sapphire seed crystal so that it can be derived in a manner equivalent to a bulk AlN wafer.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 이종의 종자결정상에서 승화에 의한 성장법을 이용하며, 상기 이종의 종자결정은 사파이어 종자결정이고, 질화알루미늄이 승화됨으로써 상기 사파이어 종자결정상에서 단결정으로 성장되며, 사파이어 종자결정의 위치에서 측정되는 온도는 사파이어 종자결정의 융점이하가 되도록 조절되되, 질화알루미늄의 승화온도는 사파이어 종자결정의 융점을 초과하는 경우도 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of growing a sapphire seed crystal by growing a single crystal on sapphire seed crystals by sublimation of seed crystals of different species, wherein the seed seed crystals are sapphire seed crystals, , The temperature measured at the position of the sapphire seed crystal is controlled to be equal to or lower than the melting point of the sapphire seed crystal, and the sublimation temperature of the aluminum nitride exceeds the melting point of the sapphire seed crystal. Lt; / RTI >
승화되는 상기 질화알루미늄은 분말인 것이 바람직하다.The aluminum nitride to be sublimated is preferably a powder.
상기 분말의 평균크기는 100 내지 300㎛인 것이 바람직하다.The average size of the powder is preferably 100 to 300 mu m.
상기 질화알루미늄 단결정이 성장되는 챔버의 압력은 0.01 ~ 0.5 atm인 것이 바람직하다.The pressure of the chamber in which the aluminum nitride single crystal grows is preferably 0.01 to 0.5 atm.
상기 승화되는 질화알루미늄 대비 질화알루미늄 단결정의 생성율은 적어도 90중량%인 것이 바람직하다.The production rate of the aluminum nitride single crystal relative to the sublimed aluminum nitride is preferably at least 90% by weight.
상기 질화알루미늄의 승화온도가 사파이어 종자결정의 융점을 초과하는 경우에는 상기 융점보다 300℃를 초과하지 않도록 조절되는 것이 바람직하다.When the sublimation temperature of the aluminum nitride exceeds the melting point of the sapphire seed crystal, the temperature is preferably controlled not to exceed 300 ° C above the melting point.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 의하여 제조되며, 2인치 내지 12인치의 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 단결정을 제공한다.The present invention also provides an aluminum nitride single crystal produced by the above-described method and having a diameter of 2 to 12 inches.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 이종의 종자결정상에서 승화에 의한 성장법을 이용함으로써 기존의 벌크 AlN에 비하여 저비용으로 대구경화가 가능하며, 에피택셜 성장된 템플릿 기판에서 구현이 불가능하였던 수백㎛(100㎛ 이상 1000㎛ 미만)~수㎜(1mm 이상 10mm 미만)의 두께 확보와 2 ~ 12인치 크기의 대구경화가 가능하도록 하는 작용효과가 기대된다.According to the present invention, by using a growth method by sublimation on heterogeneous seed crystals, large-scale curing can be performed at a low cost as compared with conventional bulk AlN, and a few hundred micrometers (100 It is expected to secure a thickness of several millimeters (탆 or more and less than 1000 탆) to several millimeters (1 mm or more and less than 10 mm), and an action effect to enable a large-scale curing of 2 to 12 inches.
또한, 질화알루미늄 종자결정에 비하여 저렴하게 공급가능한 사파이어를 종자결정으로 사용하면서도, 질화알루미늄이 성장할 수 있을 정도의 높은 융점을 확보할 수 있고, 성장된 질화알루미늄 기판과 사파이어간의 부정교합이 작아 질화알루미늄 기판의 품질 또한 기존의 기판 수준과 대등하게 도출할 수 있도록 하는 작용효과가 기대된다.In addition, it is possible to secure a melting point as high as a level at which aluminum nitride can grow, while using sapphire capable of being inexpensively supplied as seed crystals as compared with aluminum nitride seed crystals, and the malleability between the grown aluminum nitride substrate and sapphire is small, It is expected that the quality of the substrate can be derived in the same manner as the existing substrate level.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 결정의 승화 성장 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 AlN 분말의 사진이다.
도 3은 공정압력에 따른 AlN의 승화온도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 다양한 질소 : 알루미늄 비율(V/III ratio)하에서의 AlN 의 승화거동을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 AlN의 승화곡선에서 PVT의 성장공정을 선정하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 V/III비가 2, 10일 때 공정압력에 따른 AlN의 승화곡선이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 공정압력에 따른 결정성장 수율(V/III=2, 10인 경우)이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 의하여 종자결정과 원료의 온도차가 200℃인 경우 V/III 비에 따른 AlN PVT 성장공정의 설계결과이다(V/III=1, 2, 10인 경우).1 is a schematic diagram of a crystal sublimation growing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of an AlN powder according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing changes in the sublimation temperature of AlN with respect to the process pressure.
4 is a graph showing the sublimation behavior of AlN under various nitrogen: aluminum ratios (V / III ratio) according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram for selecting a growth process of PVT in a sublimation curve of AlN according to an embodiment of the present invention.
6 is a sublimation curve of AlN according to the process pressure when the V / III ratio is 2 and 10 according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating the crystal growth yield (V / III = 2, 10) according to the process pressure according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8 to 10 are graphs showing the results of the design of the AlN PVT growth process according to the V / III ratio when the temperature difference between the seed crystal and the raw material is 200 ° C according to an embodiment of the present invention (V / III = 1, 2, ).
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하도록 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the present invention, the defined terms are defined in consideration of the function of the present invention, and it can be changed according to the intention or custom of the technician working in the field, and the definition is based on the contents throughout this specification It should be reduced.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 결정의 승화 성장 장치의 모식도이다. 승화성장장치는 승화법을 이용한 물리적 기상 수송법(PVT, Physical Vapor Transport)을 사용한 것이며, 이는 공지의 장치 및 방법에 해당되므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 발명에서는 승화대상재료 및 단결정 재료로서 바람직하게는 분말상태의 질화알루미늄을 채택하였고, 종자결정으로는 질화알루미늄과 정합성이 우수하며 질화알루미늄과 차이가 크지 않은 정도의 높은 융점을 보유하는 사파이어(sapphire)로 하였다.1 is a schematic diagram of a crystal sublimation growing apparatus according to an embodiment of the present invention. The sublimation growth apparatus uses a physical vapor transportation method (PVT) using a sublimation method, which is a known apparatus and method, and therefore, a detailed description thereof will be omitted. However, in the present invention, aluminum nitride in powder form is preferably used as a material to be sublimated and a single crystal material, and sapphire having a melting point that is excellent in compatibility with aluminum nitride (sapphire).
여기서, 질화알루미늄 분말은 승화의 원활성을 위하여 100 ~ 300㎛의 범위를 갖는 것으로 채택하였고(도 2 참조), 100㎛ 미만인 경우에는 경제적이지 못하며, 300㎛를 초과하는 경우에는 승화 속도가 늦어지는 문제점이 있다. Herein, the aluminum nitride powder is adopted to have a range of 100 to 300 mu m for the original activity of sublimation (see Fig. 2). When the thickness is less than 100 mu m, it is not economical. When it exceeds 300 mu m, There is a problem.
장치의 구동방법은 질화알루미늄을 도가니에 장입하고 종자결정 지지대에 사파이어 종자결정을 안착시킨 다음 기밀을 유지한 상태에서 승온과 압력조절을 수행한다.The driving method of the apparatus is to load the aluminum nitride into the crucible, place the sapphire seed crystal on the seed crystal support, and then raise the temperature and adjust the pressure while maintaining airtightness.
이 때, 질화알루미늄이 높은 융점을 가지므로, 질화알루미늄의 승화를 위해서는 고온을 유지하여야 하며, 다만, 이러한 고온으로 인하여 사파이어 종자결정이 용융될 수 있으므로, 사파이어 종자결정의 융점을 넘지않도록 온도와 압력조건을 잘 조절하여야 한다.At this time, since aluminum nitride has a high melting point, it is necessary to maintain a high temperature for sublimation of aluminum nitride. However, since the sapphire seed crystals can be melted due to such a high temperature, The conditions must be well controlled.
다만, 장치의 챔버내에서 질화알루미늄이 충분히 승화되어야 단결정의 수율도 높아지기 때문에 사파이어 종자결정이 위치하는 지점에 비하여 승화대상인 질화알루미늄이 수용된 지점이 다소간 고온으로 유지되는 것이 불가피한 경우가 있다. 즉, 예를 들어서 사파이어 종자결정이 위치하는 지점은 사파이어의 융점 미만으로, 질화알루미늄의 위치하는 지점은 질화알루미늄의 최대한의 승화를 위해서 사파이어의 융점 이상의 온도로 유지할 수 있다. However, since aluminum nitride is sufficiently sublimated in the chamber of the apparatus, the yield of the single crystal is increased, so that it is inevitable that the point at which the aluminum nitride to be sublimated is received is somewhat higher than the point where the sapphire seed crystal is located. That is, for example, the point where the sapphire seed crystal is located is less than the melting point of the sapphire, and the point where the aluminum nitride is located can be maintained at the temperature higher than the melting point of the sapphire for the maximum sublimation of aluminum nitride.
또한, 압력조절에 의하여 두 지점의 온도 모두 사파이어의 융점 미만으로 유지할 수도 있다.Also, by controlling the pressure, both temperatures at the two points may be kept below the melting point of the sapphire.
본 발명에서는 PVT 공정 중, 사파이어 종자결정이 위치하는 영역에서 측정되는 온도가 사파이어의 융점 미만이 되도록 유지함과 동시에 질화알루미늄이 위치하는 영역에서 측정되는 온도가 사파이어 융점으로부터 300℃를 초과하지 않도록 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 질화알루미늄은 사파이어의 융점을 초과하는 온도에서 승화가 되더라도 사파이어 종자결정에 이러한 높은 온도가 조성되지 않도록 하는 온도 차이가 300℃임을 실험적으로 도출할 수 있었다.In the present invention, in the PVT process, the temperature measured in the region where the sapphire seed crystal is located is kept below the melting point of the sapphire, and at the same time, the temperature measured in the region where the aluminum nitride is located does not exceed 300 ° C from the sapphire melting point . That is, in the present invention, aluminum nitride can be empirically derived to have a temperature difference of 300 캜 so that the sapphire seed crystal does not have such a high temperature even if it is sublimed at a temperature exceeding the melting point of sapphire.
한편, 본 발명에서는 상용화 가능한 수준으로 질화알루미늄이 승화되어야 하며, 적어도 초기 분말의 90중량%이 승화되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 챔버내 압력(working pressure)을 0.05 atm ~ 0.4 atm 수준으로 유지하는 것이 좋다. 만일 0.05 atm 미만으로 유지되면 계의 승화온도가 전체적으로 지나치게 낮아지며, 성장속도가 느려지고 고진공하에서 도가니의 재질인 예를 들어 그라파이트, 각종 탄화물의 구성원인 탄소가 승화될 수 있으므로 바람직하지 않으며, 0.4 atm을 초과하는 경우에는 승화온도가 너무 높아지고 결정성장선단과 원료 승화온도의 온도차이를 매우 크게 해야하므로 지나치게 빠른 성장에 의한 다결정성장이 우려되므로 위 압력범위는 위 범위에서 임계적 의의를 갖는다.On the other hand, in the present invention, it is preferable that aluminum nitride should be sublimated at a level that can be used for commercialization, and at least 90% by weight of the initial powder is sublimated. To do this, it is advisable to keep the working pressure within the chamber between 0.05 and 0.4 atm. If it is maintained at less than 0.05 atm, the sublimation temperature of the system becomes too low as a whole, the growth rate becomes slow, and carbon, which is a member of graphite and various carbides, can be sublimated under high vacuum, The upper pressure range has a critical significance in the upper range because the sublimation temperature becomes too high and the temperature difference between the crystal growth tip and the sublimation temperature must be made very large and polycrystalline growth due to too rapid growth is a concern.
승화온도는 챔버의 압력과는 반비례 관계에 있으며, 이는 공지의 사실이므로 별도의 설명은 생략한다.The sublimation temperature is inversely proportional to the pressure of the chamber, which is a known fact and thus a further explanation is omitted.
이와 같은 질화알루미늄 단결정 성장방법에 의하면 품질이 우수한 대구경의 단결정 기판을 용이하게 제조할 수 있다.According to such an aluminum nitride single crystal growth method, a single crystal substrate having a large diameter can be easily produced.
도 3은 공정압력에 따른 AlN의 승화온도의 변화를 나타내는 그래프로서 공정압력이 떨어지면 AlN의 승화온도가 급격하게 감소함을 나타내며, 이에 따라 압력과 거의 무관한 사파이어의 융점 이하로 종자결정의 온도를 제어할 수 있음을 시사한 것이다. FIG. 3 is a graph showing a change in the sublimation temperature of AlN according to the process pressure. As the process pressure drops, the sublimation temperature of AlN sharply decreases. Accordingly, the temperature of seed crystals is lower than the melting point of sapphire, It is possible to control it.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 다양한 질소 : 알루미늄 몰비율(V/III ratio)하에서의 AlN의 승화거동을 나타내는 그래프로서, 통상 질소 분위기에서 성장되는 AlN PVT 성장법에서 질소의 유량에 따라 AlN의 승화거동이 달라질 수 있음을 나타내고 있다. 기본적으로 PVT는 폐쇄계(closed system) 공정이므로 V/III 비율은 1에 근접한 값을 가질 수 있으나, 분위기 제어에 질소를 이용하므로 도가니의 체결상태와 별도의 분위기 제어기법을 통하여 과량의 질소를 인입할 수 있으며 이에 따라 AlN의 승화곡선은 큰 영향을 받을 수 있다.FIG. 4 is a graph showing the sublimation behavior of AlN under various nitrogen: aluminum molar ratios (V / III ratio) according to an embodiment of the present invention. In the AlN PVT growth method that is normally grown in a nitrogen atmosphere, The sublimation behavior can be changed. Since the PVT is basically a closed system process, the V / III ratio can be close to 1, but since nitrogen is used for the atmosphere control, excess nitrogen is introduced through the atmosphere control technique different from the crucible- So that the sublimation curve of AlN can be greatly influenced.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 AlN의 승화곡선에서 PVT의 성장공정을 선정하기 위한 모식도이다. 도시된 바와 같이 종자결정과 원료상부의 온도는 종자결정이 사파이어의 융점 이하로 유지될 수 있도록 제어해야 하며, 원료의 온도는 종자결정보다 300℃ 이상 높지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.5 is a schematic diagram for selecting a growth process of PVT in a sublimation curve of AlN according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, it is preferable to control the seed crystal and the temperature of the upper portion of the raw material so that the seed crystal can be kept below the melting point of the sapphire, and the temperature of the raw material is controlled not to be higher than the seed crystal by 300 ° C or more.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 V/III비가 2 및 10일 때 공정압력에 따른 AlN의 승화곡선이다. 질소가 보다 더 개재되는 시스템에서 AlN의 승화 구간이 더 넓게 나타나므로 이는 질소가 많이 재재되는 시스템(질소유량이 큰 경우)에서 종자결정과 원료상부의 온도차이가 더 커야한다는 의미로 이해할 수 있다.6 is a sublimation curve of AlN according to the process pressure when the V / III ratio is 2 and 10 according to an embodiment of the present invention. In the system where more nitrogen is present, the sublimation zone of AlN is wider, which means that the temperature difference between the seed crystals and the upper part of the feedstock must be larger in a system in which a large amount of nitrogen is present (in the case of a large nitrogen flow rate).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 공정압력에 따른 결정성장 수율(V/III=2, 10인 경우)이며, 도 6의 x축을 공정압력으로 바꿔서 나타낸 그림이다. 90%의 수율을 나타내는 온도차이를 볼 때 질소유량이 증가하면 더 큰 온도차이를 보이는 것을 쉽게 알 수 있다.FIG. 7 is a graph showing the crystal growth yield (V / III = 2, 10) according to the process pressure according to an embodiment of the present invention, and the x-axis of FIG. It is easy to see that a larger temperature difference is seen when the nitrogen flow rate increases with the temperature difference indicating the yield of 90%.
도 8 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 의하여 V/III 비에 따른 AlN PVT 성장공정의 설계결과이다. 종자결정과 원료의 온도차가 200℃인 경우를 가정한 것이다 (V/III=1, 2, 10인 경우). 도 8에서와 같이 질소와 알루미늄이 1:1인 경우(V/III=1)는 AlN의 승화는 승화점 한 온도에서만 일어나므로 이론적으로 공정압력범위는 넓고 원료와 종자정의 온도차이는 최소화가 가능하다. 질소가 과량으로 게재된 도 9와 도 10의 경우 질소량이 증가할수록 공정압력 범위가 더욱 좁아지고 더 높은 압력에서 공정이 가능해지는 것을 알수 있다. 또한, 같은 온도차에서 기대되는 수율은 작아지고 같은 수율은 더 큰 온도차에서만 가능하게 됨을 알 수 있다. 여기서 공정압력의 최소값은 종자결정 영역에서의 온도에서 측정되는 압력이며, 최대값은 승화 대상인 질화알루미늄 영역에서의 온도에서 측정되는 압력이다.FIGS. 8 to 10 are design results of the AlN PVT growth process according to the V / III ratio according to an embodiment of the present invention. And the temperature difference between the seed crystal and the raw material is 200 ° C (V / III = 1, 2, 10). As shown in FIG. 8, when the nitrogen / aluminum ratio is 1: 1 (V / III = 1), since the sublimation of AlN occurs only at the sublimation temperature, the process pressure range is theoretically wide and the difference between the raw material and seed- Do. It can be seen that in the case of Figures 9 and 10 where nitrogen is overproduced, as the nitrogen content increases, the process pressure range becomes narrower and the process becomes possible at higher pressures. Also, it can be seen that the expected yield at the same temperature difference becomes smaller and the same yield becomes possible at a larger temperature difference. Wherein the minimum value of the process pressure is the pressure measured at the temperature in the seed crystal region and the maximum value is the pressure measured at the temperature in the aluminum nitride region to be sublimated.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 이종의 종자결정은 사파이어 종자결정이고,
질화알루미늄이 승화됨으로써 상기 사파이어 종자결정상에서 단결정으로 성장되며,
사파이어 종자결정의 위치에서 측정되는 온도는 사파이어 종자결정의 융점이하가 되도록 조절되되, 질화알루미늄의 승화온도는 사파이어 종자결정의 융점을 초과하는 경우도 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.Using a growth method by sublimation on heterogeneous seed crystals,
Wherein the heterogeneous seed crystal is a sapphire seed crystal,
The sapphire seed crystal is grown as a single crystal by sublimation of aluminum nitride,
Wherein the temperature measured at the position of the sapphire seed crystal is controlled to be equal to or lower than the melting point of the sapphire seed crystal and the sublimation temperature of the aluminum nitride exceeds the melting point of the sapphire seed crystal. How to grow.
승화되는 상기 질화알루미늄은 분말인 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the aluminum nitride to be sublimed is a powder.
상기 분말의 평균크기는 100 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the average size of the powder is 100 to 300 占 퐉.
상기 질화알루미늄 단결정이 성장되는 챔버의 압력은 0.01 ~ 0.5 atm인 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the pressure of the chamber in which the aluminum nitride single crystal is grown is 0.01 to 0.5 atm.
상기 승화되는 질화알루미늄 대비 질화알루미늄 단결정의 생성율은 적어도 90중량%인 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the production rate of the aluminum nitride single crystal relative to the sublimed aluminum nitride is at least 90% by weight.
상기 질화알루미늄의 승화온도가 사파이어 종자결정의 융점을 초과하는 경우에는 상기 융점보다 300℃를 초과하지 않도록 조절되는 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.The method according to claim 1,
Wherein when the sublimation temperature of the aluminum nitride exceeds a melting point of the sapphire seed crystal, the temperature is controlled so as not to exceed 300 ° C above the melting point of the sapphire seed crystal.
단결정 성장시 공급되는 질소의 알루미늄에 대한 상대적인 유량이 증가됨에 따라서 질화알루미늄의 승화온도와 사파이어 종자결정의 융점의 차이가 더 커지는 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.The method according to claim 6,
Wherein the difference between the sublimation temperature of the aluminum nitride and the melting point of the sapphire seed crystal becomes larger as the relative flow of nitrogen supplied to the single crystal grows to aluminum is increased.
단결정 성장시 질소의 알루미늄에 대한 상대적인 유량을 증가시킴으로써 승화온도를 하향 조절 가능한 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the sublimation temperature is lowered by increasing the relative flow rate of nitrogen to aluminum during single crystal growth.
단결정 성장시 공급되는 질소의 알루미늄에 대한 상대적인 유량이 증가됨에 따라서 공정압력 범위가 좁아지고 공정압력이 전체적으로 상향 이동되는 것을 특징으로 하는 사파이어 종자결정상에서 질화알루미늄을 성장시키는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the process pressure range is narrowed and the process pressure is entirely moved upward as the relative flow rate of nitrogen supplied to the single crystal growth is increased with respect to aluminum.
2인치 내지 12인치의 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 단결정.
10. A process for the preparation of a compound according to any one of claims 1 to 9,
Wherein the aluminum nitride single crystal has a diameter of 2 to 12 inches.
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