KR101144838B1 - Reactor for forming gallium nitride film - Google Patents

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Abstract

단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로로서, 반응 가스가 유입되는 입구와 반응 가스가 배출되는 출구를 포함하며 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 단면적이 감소된 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 성장 반응로를 제공한다. 또한, 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로로서, 반응 가스가 유입되는 입구와 반응 가스가 배출되는 출구를 포함하며, 상기 반응로 내에 배치되며 막성장용 베이스 기판이 안착되는 서셉터로서, 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 경사진 영역을 포함하는 서셉터를 포함하는 질화갈륨 기판 성장 반응로를 제공한다. 본 발명에 따르면, 질화갈륨 기판 제조에 있어서 양산성을 극대화하고, 한 번에 다수의 기판을 생산하는 경우 품질 균일성을 확보할 수 있다. 특히, 복수의 질화갈륨 기판 간 두께 편차를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단일 기판 내의 두께 편차도 현저히 감소시킴으로써 기계적 결함으로 인한 제품 수율 감소를 방지할 수 있다. A container-type reactor having a relatively long length compared to the cross-sectional area, comprising an inlet through which the reaction gas is introduced and an outlet through which the reaction gas is discharged, and including a region having a reduced cross-sectional area with respect to the flow direction of the reaction gas. A gallium nitride substrate growth reactor is provided. In addition, a container-type reactor having a relatively large length compared to the cross-sectional area, the reactor including an inlet through which the reaction gas flows in and an outlet through which the reaction gas is discharged, the susceptor disposed in the reactor and on which the base substrate for film growth is seated. As an example, a gallium nitride substrate growth reactor including a susceptor including a region inclined with respect to a flow direction of a reaction gas is provided. According to the present invention, it is possible to maximize mass productivity in manufacturing a gallium nitride substrate, and to ensure quality uniformity when producing a plurality of substrates at one time. In particular, it is possible not only to reduce the thickness variation between a plurality of gallium nitride substrates, but also to significantly reduce the thickness variation in a single substrate, thereby preventing a reduction in product yield due to mechanical defects.

질화갈륨, 대량 생산, 두께 편차, 반응로 Gallium nitride, mass production, thickness deviation, reactor

Description

질화갈륨 기판 성장 반응로{REACTOR FOR FORMING GALLIUM NITRIDE FILM}Gallium Nitride Substrate Growth Reactor {REACTOR FOR FORMING GALLIUM NITRIDE FILM}

본 발명은 질화갈륨 기판 성장 반응로에 관한 것으로, 다수의 질화갈륨 기판을 한번에 성장시키는 경우에 질화갈륨 기판 간 또는 질화갈륨 기판 내의 두께 불균일을 개선한 새로운 반응로를 제안한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride substrate growth reactor, and proposes a new reactor that improves thickness nonuniformity between gallium nitride substrates or in gallium nitride substrates when a large number of gallium nitride substrates are grown at one time.

질화갈륨은 에너지 밴드갭(Bandgap Energy)이 3.39eV고, 직접 천이형인 반도체 물질로 단파장 영역의 발광 소자 제작 등에 유용한 물질이다. 질화갈륨 단결정은 융점에서 높은 질소 증기압 때문에 액상 결정 성장은 1500℃ 이상의 고온과 20000 기압의 질소 분위기가 필요하므로 대량 생산이 어려울 뿐만 아니라 현재 사용 가능한 결정 크기도 약 100㎟ 정도의 박판형으로 이를 소자 제작에 사용하기 곤란하다.Gallium nitride is a semiconductor material having a bandgap energy of 3.39 eV and a direct transition type, and is useful for manufacturing light emitting devices in a short wavelength region. Because of the high nitrogen vapor pressure at the melting point, gallium nitride single crystal requires high temperature of 1500 ℃ or higher and 20000 atmosphere of nitrogen atmosphere, which makes it difficult to mass-produce it. Difficult to use

지금까지 질화갈륨막은 이종 기판상에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 또는 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)법 등의 기상 성장법으로 성장되고 있다. MOCVD법은 고품질의 막을 얻을 수 있음에도 불구하고 성장 속도가 너무 느리기 때문에 수십 또는 수백 ㎛의 GaN 기판을 얻는데 사용하기가 어려운 문제가 있다. 이러한 이유로 GaN 후막을 얻기 위해서는 HVPE를 이용한 성장 방법이 주로 사용된다.Until now, gallium nitride films have been grown on heterogeneous substrates by vapor phase growth methods such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or hydraulic vapor phase epitaxy (HVPE). The MOCVD method has a problem that it is difficult to use to obtain GaN substrates of tens or hundreds of micrometers because the growth rate is too slow even though a high quality film can be obtained. For this reason, a growth method using HVPE is mainly used to obtain a GaN thick film.

질화갈륨막 제조용 이종 기판으로는 사파이어(Sapphire) 기판이 가장 많이 사용되고 있는데, 이는 사파이어가 질화갈륨과 같은 육방정계 구조이며, 값이 싸고, 고온에서 안정하기 때문이다. 그러나 사파이어는 질화갈륨과 격자 상수 차(약 16%) 및 열팽창 계수 차(약 35%)에 의해 계면에서 스트레인(Strain)이 유발되고, 이 스트레인이 결정 내에 격자 결함 및 크랙(crack)을 발생시켜 고품질의 질화갈륨막 성장을 어렵게 하고, 질화갈륨막 상에 제조된 소자의 수명을 단축시킨다.A sapphire substrate is most commonly used as a dissimilar substrate for manufacturing a gallium nitride film because sapphire has a hexagonal structure such as gallium nitride, which is inexpensive and stable at high temperatures. However, sapphire causes strain at the interface due to gallium nitride and lattice constant difference (about 16%) and coefficient of thermal expansion (about 35%), which causes lattice defects and cracks in the crystals. It is difficult to grow a high quality gallium nitride film and shorten the life of the device fabricated on the gallium nitride film.

질화갈륨 기판 성장을 도 1을 통하여 설명하면, 반응로(100) 내에 베이스 기판(400)을 지지하는 서셉터(300)를 소정 위치에 장입한 상태에서 반응로 입구(112) 쪽으로부터 출구(114) 방향으로 반응 가스(200)를 주입하여 상기 베이스 기판에 잘화갈륨 기판을 성장시킨다. 질화갈륨에 대한 시장 수요에 부응하기 위해서는 도 2에 모식적으로 도시한 바와 같이 하나의 반응로에서 복수의 질화갈륨 기판을 성장시킬 필요가 있다. 그런데, 복수의 질화갈륨 기판을 성장시키는 경우, 반응로(100) 내의 반응 가스의 유량은 위치에 따라 달라지게 된다(도 2의 210, 220, 230 참조). 이러한 이유는 서셉터(400) 상면의 각 베이스 기판(400a, 400b, 400c)에서 질화갈륨 기판이 성장하면서 반응 가스가 소모되기 때문에 후단에 위치하는 기판의 경우 상대적으로 유량이 감소된 반응 가스로 인하여 성장이 더디게 진행되기 때문이다. 도 3은 이와 같이 복수의 기판을 하나의 반응로에서 한번에 성장시키는 경우 질화갈륨 기판(500a, 500b, 500c) 간의 두께 편차를 보이고 있다.Referring to FIG. 1, the growth of the gallium nitride substrate is performed. The susceptor 300 supporting the base substrate 400 in the reactor 100 is charged at a predetermined position, and then the outlet 114 from the reactor inlet 112 side. Reaction gas 200 is injected in the () direction to grow a gallium arsenide substrate on the base substrate. In order to meet the market demand for gallium nitride, it is necessary to grow a plurality of gallium nitride substrates in one reactor as schematically shown in FIG. By the way, when growing a plurality of gallium nitride substrate, the flow rate of the reaction gas in the reactor 100 will vary depending on the position (see 210, 220, 230 of Fig. 2). This is because the reaction gas is consumed as the gallium nitride substrate is grown on each of the base substrates 400a, 400b, and 400c on the upper surface of the susceptor 400, and thus, the substrate positioned at the rear end is relatively reduced due to the reduced reaction gas. This is because growth is slow. 3 illustrates a thickness variation between gallium nitride substrates 500a, 500b, and 500c when a plurality of substrates are grown at one time in one reactor.

한편, 하나의 기판 내에서도 도 4에 도시한 바와 같이 두께 편차(t1, t2)가 발생하 여 대면적 질화갈륨 기판 성장에 큰 어려움이 있다.On the other hand, even in one substrate, as shown in Fig. 4, the thickness variation (t1, t2) occurs, there is a great difficulty in growing a large area gallium nitride substrate.

따라서, 본 발명의 목적은 복수의 질화갈륨 기판을 하나의 반응로에서 동시에 성장시키는 경우 기판 간 균일성을 확보하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to ensure uniformity between substrates when a plurality of gallium nitride substrates are simultaneously grown in one reactor.

또한, 본 발명의 다른 목적은 대면적 질화갈륨 기판을 성장시키는 경우 두께 편차를 감소시키는데 있다.Another object of the present invention is to reduce thickness variation when growing a large area gallium nitride substrate.

본 발명은 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로로서, 반응 가스가 유입되는 입구와 반응 가스가 배출되는 출구를 포함하며 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 단면적이 감소된 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 성장 반응로를 제공한다.The present invention is a container type reactor having a relatively large length compared to the cross-sectional area, including an inlet through which the reaction gas is introduced and an outlet through which the reaction gas is discharged, and including a region having a reduced cross-sectional area with respect to the flow direction of the reaction gas. A gallium nitride substrate growth reactor is provided.

상기 반응로는 단면적의 최대치와 단면적의 최소치의 비율이 3:1 ~ 1.1:1의 범위인 것이 바람직하다. It is preferable that the ratio of the maximum value of the cross-sectional area and the minimum value of the cross-sectional area is in the range of 3: 1 to 1.1: 1.

상기 반응로는 반응 가스가 유입되는 입구로부터 반응 가스가 배출되는 출구까지 수직적으로 경사진 형태로 형성되거나, 막성장용 베이스 기판이 안착되는 서셉터의 일단의 위치로부터 타단의 위치에 이르기까지 수직적으로 경사진 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반응로는 반응 가스의 흐름 방향으로 수평적으로 단면적이 감소하는 영역을 포함할 수 있다. The reactor is inclined vertically from the inlet through which the reaction gas flows to the outlet through which the reaction gas is discharged, or vertically from the position of one end of the susceptor on which the film growth base substrate is seated to the position of the other end. It may be formed in an inclined form. In addition, the reactor may include a region in which the cross-sectional area is horizontally reduced in the flow direction of the reaction gas.

상기 반응로 내에 유입되어 배출되는 반응 가스는 층류를 유지하는 것이 바 람직하며, 상기 반응로 내에 배치되며 수직 단면의 두께가 반응 가스의 흐름 방향으로 경사진 영역을 포함하는 서셉터를 더 포함할 수도 있다. Preferably, the reaction gas introduced into and discharged from the reactor maintains laminar flow, and may further include a susceptor disposed in the reactor and including a region in which a vertical cross-section has an inclined thickness in the flow direction of the reaction gas. have.

본 발명은 또한, 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로로서, 반응 가스가 유입되는 입구와 반응 가스가 배출되는 출구를 포함하며, 상기 반응로 내에 배치되며 막성장용 베이스 기판이 안착되는 서셉터로서, 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 경사진 영역을 포함하는 서셉터를 포함하는 질화갈륨 기판 성장 반응로를 제공한다.The present invention is also a container type reactor having a relatively long length compared to the cross-sectional area, and includes an inlet through which a reaction gas is introduced and an outlet through which the reaction gas is discharged, and is disposed in the reactor and has a base substrate for film growth. As a susceptor to be provided, there is provided a gallium nitride substrate growth reactor comprising a susceptor including a region inclined with respect to the flow direction of the reaction gas.

상기 서셉터는 반응 가스 흐름 방향에 대하여 점진적으로 수직 두께가 증가하는 형태로 형성될 수 있고, 이와 달리 반응 가스 흐름 방향에 대하여 단차진 형태로 수직 두께가 증가하도록 형성할 수도 있다. The susceptor may be formed in a form in which the vertical thickness gradually increases with respect to the reaction gas flow direction. Alternatively, the susceptor may be formed so as to increase the vertical thickness in a stepped form with respect to the reaction gas flow direction.

본 발명에 따르면, 질화갈륨 기판 제조에 있어서 양산성을 극대화하고, 한 번에 다수의 기판을 생산하는 경우 품질 균일성을 확보할 수 있다. 특히, 복수의 질화갈륨 기판 간 두께 편차를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 단일 기판 내의 두께 편차도 현저히 감소시킴으로써 기계적 결함으로 인한 제품 수율 감소를 방지할 수 있다. According to the present invention, it is possible to maximize mass productivity in manufacturing a gallium nitride substrate, and to ensure quality uniformity when producing a plurality of substrates at one time. In particular, it is possible not only to reduce the thickness variation between a plurality of gallium nitride substrates, but also to significantly reduce the thickness variation in a single substrate, thereby preventing a reduction in product yield due to mechanical defects.

본 발명은 새로운 질화갈륨 기판 성장 반응로에 관한 것이다. The present invention relates to a novel gallium nitride substrate growth reactor.

HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy) 방식으로 질화갈륨 기판을 제조할 때 배치(batch)당 2 이상의 질화갈륨 기판을 다량으로 제조하는 경우 기판 내에서 또는 각 기판간 두께 편차 등 성장 균일성이 저하될 수 있으며, 두께 편차가 클 경우 질화갈륨 기판의 휨(bow)이 커지고 크랙 빈도가 증가하여 배치당 양품률이 저하된다.When manufacturing gallium nitride substrates by the method of HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy), when a large amount of two or more gallium nitride substrates are manufactured per batch, growth uniformity such as thickness variation within or between substrates may be reduced. If the thickness variation is large, the bow of the gallium nitride substrate becomes large and the frequency of cracking increases, thereby lowering the yield per batch.

따라서, 다량으로 질화갈륨 기판을 생산하기 위해서는 제조 공정에서 기판 간의 품질 편차가 적도록 프로세스를 제어할 필요가 있으며, 특히 질화갈륨 기판이 성장하는 반응로의 구조를 변화시킬 필요가 있다.Therefore, in order to produce a large amount of gallium nitride substrate, it is necessary to control the process so that the quality variation between the substrates is small in the manufacturing process, and in particular, it is necessary to change the structure of the reactor in which the gallium nitride substrate is grown.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 질화갈륨 기판 성장용 반응로(120)가 도시되어 있다. 이 반응로는 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태로서, 반응 가스가 유입되는 입구(122)와 반응 가스가 배출되는 출구(124)를 포함하고 있고, 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 단면적이 수직적으로 점진적으로 감소된 형태로 형성되어 있다. Referring to FIG. 5, a reactor 120 for growing a gallium nitride substrate according to an embodiment of the present invention is illustrated. The reactor has a container shape having a relatively large length compared to the cross-sectional area, and includes an inlet 122 through which the reactant gas is introduced and an outlet 124 through which the reactant gas is discharged, and the cross section is perpendicular to the flow direction of the reactant gas. It is formed in a progressively reduced form.

여기서, 상기 반응로는 단면적의 높이나 폭에 비하여 길이가 상대적으로 큰 형태, 예를 들어 반응로의 높이가 80 mm 라면, 길이는 약 1 m 정도의 컨테이너 또는 터널 형태가 바람직하다. Here, the length of the reactor is relatively large compared to the height or width of the cross-sectional area, for example, if the height of the reactor is 80 mm, the length is preferably about 1 m container or tunnel form.

반응로의 입구(122)에는 금속 Ga과 HCl 기체를 반응시켜 생성되는 기상의 GaCl 및 NH3 를 반응로 내부로 공급한다. 반응로 내부에는 소정 위치에, 예를 들어 입구 보다 출구 쪽에 가까운 위치에 막성장용 베이스 기판(400a, 400b, 400c)을 지지하는 서셉터(300)가 위치하고, 서셉터 상면에 배치되는 질화갈륨 성장용 베이스 기판은 상호 이격적으로 위치한다. The inlet 122 of the reactor supplies gaseous GaCl and NH 3 generated by reacting metal Ga with HCl gas into the reactor. Inside the reactor, a susceptor 300 for supporting the film growth base substrates 400a, 400b, and 400c is located at a predetermined position, for example, closer to the exit side than the inlet, and the gallium nitride growth disposed on the susceptor upper surface. The base substrates are spaced apart from each other.

상기 반응로(120)의 형태가 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 터널 형 태이면서 반응 가스 흐름 방향으로 경사져 있기 때문에 반응로 내부를 통하여 서셉터(300)가 위치한 영역을 통과하는 반응 가스(240)의 흐름이 균일하게 유지된다. 반응로에 공급되는 반응 가스의 흐름은 전체적으로 층류(laminar flow)를 유지하는 것이 바람직하다. Since the shape of the reactor 120 is a tunnel type having a relatively large length compared to the cross-sectional area and is inclined in the reaction gas flow direction, the reaction gas 240 passing through the region where the susceptor 300 is located through the inside of the reactor is located. The flow of is kept uniform. It is preferable that the flow of the reaction gas supplied to the reactor maintains the laminar flow as a whole.

이를 위하여 반응로의 단면적 최대부와 단면적 최소부를 적정 비율로 제어하여 설계할 필요가 있다. 반응로의 단면적 감소에 따라 점진적으로 반응 가스의 유속이 증가하는데, 반응로의 각 영역에서는 질화갈륨 막이 성장하면서도 반응 가스가 일정한 유량을 유지하여야 한다. To this end, it is necessary to design by controlling the maximum cross-sectional area and the minimum cross-sectional area of the reactor at an appropriate ratio. As the cross-sectional area of the reactor decreases, the flow rate of the reaction gas gradually increases. In each region of the reactor, the reaction gas must maintain a constant flow rate while the gallium nitride film grows.

본 발명에서는 상기 반응로의 단면적의 최대치와 단면적의 최소치의 비율이 3:1 ~ 1.1:1의 범위로 제어한다. 반응로의 길이에 따라 이 비율을 적절하게 변화시킬 수 있으며, 상대적으로 길이가 긴 반응로의 경우 단면적의 최대치와 단면적의 최소치의 비율을 크게 하는 것이 유리하지만, 길이가 상대적으로 작은 반응로에서는 단면적의 최대치와 단면적의 최소치의 비율을 작게 유지하는 것이 성장되는 기판의 두께 편차를 감소시키는데 바람직하다. In the present invention, the ratio of the maximum value of the cross-sectional area and the minimum value of the cross-sectional area of the reactor is controlled in the range of 3: 1 to 1.1: 1. This ratio can be changed appropriately depending on the length of the reactor. In the case of relatively long reactors, it is advantageous to increase the ratio of the maximum cross-sectional area and the minimum cross-sectional area. Keeping the ratio of the maximum value and the minimum value of the cross-sectional area small is desirable to reduce the thickness variation of the grown substrate.

반응로를 계단 형태로 형성하거나 단면적이 급격히 감소되도록 형성하는 경우, 급격한 단면적 변화로 인하여 반응 가스 흐름을 교란시켜 국부적으로 난류를 발생시킬 수 있으며 난류의 생성은 질화갈륨 기판 간 균일한 막성장에 유리하지 못하다. When the reactor is formed in a stepped shape or the cross-sectional area is drastically reduced, the turbulence of the reaction gas can be disturbed locally due to the rapid change in the cross-sectional area, and the generation of turbulence is advantageous for uniform film growth between gallium nitride substrates. I can't.

반응로의 길이 방향으로 단면적이 점진적으로 축소되는 영역은 반응로 길이에 대하여 전체적으로 형성할 수도 있지만, 국부적으로 형성할 수도 있다. 예를 들 어, 베이스 기판이 지지되는 서셉터의 첫번째 베이스 기판이 놓여지는 지점으로부터 마지막 베이스 기판이 놓여지는 지점에 이르기까지 반응로의 단면적이 점진적으로 감소하도록 형성할 수도 있을 것이다. 도 6을 참조하면, 반응로(130)의 형태는 막성장용 베이스 기판이 안착되는 서셉터(300)의 일단의 위치(126)로부터 타단의 위치(124)에 이르기까지 수직적으로 경사진 형태로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이 경우, 경사진 영역에서 단면적의 최대치와 최소치의 비율을 적절히 제어할 필요가 있다.The region where the cross-sectional area is gradually reduced in the longitudinal direction of the reactor may be formed as a whole with respect to the reactor length, but may be formed locally. For example, the cross section of the reactor may be formed to gradually decrease from the point where the first base substrate of the susceptor on which the base substrate is supported to the point where the last base substrate is placed. Referring to FIG. 6, the shape of the reactor 130 is inclined vertically from the position 126 of one end of the susceptor 300 on which the film growth base substrate is seated to the position 124 of the other end. It can be seen that it is formed. In this case, it is necessary to appropriately control the ratio of the maximum value and the minimum value of the cross-sectional area in the inclined area.

한편, 본 발명에 따른 질화갈륨 기판 성장용 반응로(140)는 도 7의 평면도에 도시한 바와 같이 반응 가스의 흐름 방향으로 수평적으로 단면적이 감소하는 영역을 포함하도록 형성할 수도 있다. 이 경우에도 단면적이 감소하는 영역에서 단면적의 최대치와 최소치의 비율을 적절히 제어하여 반응 가스의 흐름이 균일하면서 유량이 일정하도록 유지하는 것이 중요하다.Meanwhile, the gallium nitride substrate growth reactor 140 according to the present invention may be formed to include a region where the cross-sectional area is horizontally reduced in the flow direction of the reaction gas, as shown in the plan view of FIG. 7. Even in this case, it is important to properly control the ratio of the maximum value and the minimum value of the cross-sectional area in the area where the cross-sectional area decreases to keep the flow of the reaction gas uniform and the flow rate constant.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 도 8에 도시한 바와 같이 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로(100)로서, 반응 가스가 유입되는 입구(122)와 반응 가스가 배출되는 출구(124)를 포함하며, 상기 반응로 내에 배치되며 막성장용 베이스 기판(400a, 400b, 400c)이 안착되는 서셉터(310)로서 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 경사진 영역을 포함하는 서셉터를 포함하는 질화갈륨 기판 성장 반응로를 제안한다..Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the container type reactor 100 has a relatively large length compared to the cross-sectional area, and the inlet 122 through which the reaction gas is introduced and the reaction gas are discharged. And an outlet 124 which is disposed in the reactor and includes a region inclined with respect to the flow direction of the reaction gas as a susceptor 310 in which the base substrates 400a, 400b, and 400c for film growth are seated. A gallium nitride substrate growth reactor comprising a acceptor is proposed.

이 서셉터(310)는 도 9에 도시한 바와 같이 서셉터 상면을 반응로 입구 방향에서 출구 방향으로 점진적으로 높아지도록 전단의 높이(h1) 보다 후단의 높이(h2) 가 크게 경사져 있다. 따라서, 반응로 내부 공간이 점진적으로 감소하는 영역이 형성된다. 그 결과, 질화갈륨 기판 성장이 진행되더라도 반응로 내부의 유량이 균일하게 유지되며 베이스 기판(400a, 400b, 400c) 위에 성장되는 질화갈륨 기판들 사이에서 두께 편차가 감소하게 된다. As shown in FIG. 9, the height h2 of the rear end is greater than the height h1 of the front end so that the susceptor 310 gradually increases from the inlet direction of the susceptor to the outlet direction. Thus, a region is formed in which the inner space of the reactor gradually decreases. As a result, even when gallium nitride substrate growth proceeds, the flow rate inside the reactor remains uniform, and thickness variation is reduced between the gallium nitride substrates grown on the base substrates 400a, 400b, and 400c.

한편, 상기 서셉터의 상면을 단계적으로 경사지게 형성할 수도 있을 것이다. 도 10을 참조하면, 서셉터(320)의 형태는 반응 가스 흐름 방향에 대하여 단차진 형태로 수직 두께가 증가하고 있다. On the other hand, the upper surface of the susceptor may be formed to be inclined step by step. Referring to FIG. 10, the shape of the susceptor 320 is increased in the vertical thickness in a stepped form with respect to the reaction gas flow direction.

도 8 및 도 10에 도시한 실시예에서 반응로 내에 유입되어 배출되는 반응 가스가 층류를 유지하도록 서셉터의 두께가 적절히 제어되어야 하며, 본 발명에서는 서셉터의 두께의 최대치와 최소치의 비율이 3:1 ~ 1.1:1의 범위로 경사지도록 제어한다. 8 and 10, the thickness of the susceptor must be properly controlled to maintain the laminar flow of the reactant gas flowing into and out of the reactor. In the present invention, the ratio of the maximum and minimum thicknesses of the susceptor is 3 Control to incline in the range of 1: 1 to 1.1: 1.

앞서 설명한 경사진 영역을 포함하는 반응로와 경사진 영역을 포함하는 서셉터는 각각 독립적으로 구성되어 질화갈륨 기판 성장에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 상호 보완적으로 질화갈륨 기판 성장용 반응로에 응용될 수 있음을 당업자하면 이해할 수 있을 것이다. The reactor including the inclined region described above and the susceptor including the inclined region may be independently configured to be used for growth of gallium nitride substrates, and complementarily applied to the reactor for growing gallium nitride substrates. It will be understood by those skilled in the art that the

본 발명에 따른 질화갈륨 기판 성장용 반응로를 이용하여 복수의 질화갈륨 기판을 성장시킨 후 각 샘플 간 두께 편차 및 샘플 내에서의 두께 편차를 기존의 반응로와 비교하여 표 1에 그 결과를 나타내었다.After growing a plurality of gallium nitride substrates using the gallium nitride substrate growth reactor according to the present invention, the thickness variation between each sample and the thickness variation in the sample are compared with the conventional reactor and the results are shown in Table 1. It was.

[표 1][Table 1]

기존 반응로Existing reactor 본 발명의 반응로Reactor of the present invention 샘플 간 두께 편차Thickness variation between samples 평균 35% 이하Below 35% on average 평균 9% 이하9% below average 샘플 내 두께 편차Thickness variation in the sample 평균 285 이하285 average 평균 10% 이하Below 10% on average 단면적 비율Sectional area ratio 1 : 11: 1 1.42 : 11.42: 1

표 1의 결과를 보면, 본 발명의 경우 샘플 간 두께 편차 뿐만 아니라 샘플 내에서의 두께 편차가 기존 반응로에 비하여 현저히 감소되었음을 알 수 있다. In the results of Table 1, in the case of the present invention it can be seen that the thickness variation in the sample as well as the thickness variation in the sample is significantly reduced compared to the existing reactor.

또한, 도 11에는 반응로 내에서 복수의 질화갈륨을 성장시키는 경우에 기존 반응로(pre) 보다 본 발명에 따른 반응로(post)의 경우 각 샘플간 두께 편차의 범위가 매우 다르고, 본 발명의 경우 두께 편차 및 그 평균값이 매우 작아 균일한 형태로 복수의 질화갈륨 기판을 성장시킬 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 질화갈륨 기판의 대량 생산에 매우 유리할 것으로 기대된다.In addition, in FIG. 11, in the case of growing a plurality of gallium nitride in the reactor, the range of thickness variation between samples is very different in the case of the reactor according to the present invention than the existing reactor (pre), In this case, it can be seen that a plurality of gallium nitride substrates can be grown in a uniform form in thickness variation and their average value is very small. Therefore, the present invention is expected to be very advantageous for mass production of gallium nitride substrates.

또한, 도 12는 성장된 복수의 질화갈륨 기판에 대해 기존 반응로(pre) 보다 본 발명에 따른 반응로(post)의 경우 각 기판 내에서의 두께 편차 및 그 평균값이 현저히 다른 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 질화갈륨 기판을 대면적으로 성장시키는 경우에도 매우 균일한 품질을 유지할 수 있음을 알 수 있다. In addition, FIG. 12 shows that the thickness variation and average value of each of the grown gallium nitride substrates in the substrate according to the present invention are significantly different from those of the conventional reactor pre. Therefore, it can be seen that the present invention can maintain a very uniform quality even when the gallium nitride substrate is grown in a large area.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.The present invention has been exemplarily described through the preferred embodiments, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various forms within the scope of the technical idea presented in the present invention, specifically, the claims. May be modified, changed, or improved.

도 1은 기존의 질화갈륨 기판 성장 반응로를 보인 모식도.1 is a schematic view showing a conventional gallium nitride substrate growth reactor.

도 2는 복수의 질화갈륨 기판 성장시 반응 가스 유량을 보인 모식도.Figure 2 is a schematic diagram showing the reaction gas flow rate when growing a plurality of gallium nitride substrate.

도 3은 샘플간 두께 변화가 심한 질화갈륨 기판을 보인 단면도.3 is a cross-sectional view showing a gallium nitride substrate with a severe change in thickness between samples.

도 4는 질화갈륨 기판 내 두께 변화를 보인 단면도.4 is a cross-sectional view showing a thickness change in the gallium nitride substrate.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 질화갈륨 기판 성장 반응로를 보인 모식도.5 is a schematic view showing a gallium nitride substrate growth reactor in accordance with an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 질화갈륨 기판 성장 반응로를 보인 모식도.Figure 6 is a schematic diagram showing a gallium nitride substrate growth reactor in accordance with another embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화갈륨 기판 성장 반응로를 보인 모식도.7 is a schematic view showing a gallium nitride substrate growth reactor according to another embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화갈륨 기판 성장 반응로를 보인 모식도.8 is a schematic view showing a gallium nitride substrate growth reactor according to another embodiment of the present invention.

도 9는 도 8의 서셉터의 형태를 보인 단면도.9 is a cross-sectional view showing the shape of the susceptor of FIG.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 질화갈륨 기판 성장 반응로를 보인 모식도.10 is a schematic view showing a gallium nitride substrate growth reactor according to another embodiment of the present invention.

도 11은 기존 반응로 및 본 발명의 반응로를 이용하여 성장시킨 복수의 질화갈륨 기판 간 두께 편차를 비교한 그래프.11 is a graph comparing thickness variation between a plurality of gallium nitride substrates grown by using an existing reactor and the reactor of the present invention.

도 12는 기존 반응로 및 본 발명의 반응로를 이용하여 성장시킨 질화갈륨 기판 내 두께 편차를 비교한 그래프.FIG. 12 is a graph comparing thickness variation in gallium nitride substrates grown using an existing reactor and the reactor of the present invention. FIG.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

100, 120, 130, 140:반응로 122:입구100, 120, 130, 140: Reactor 122: Entrance

124:출구 300:서셉터124: exit 300: susceptor

400a,400b,400c:베이스 기판 500:질화갈륨 기판400a, 400b, 400c: Base substrate 500: Gallium nitride substrate

Claims (12)

단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로로서, 반응 가스가 유입되는 입구와 반응 가스가 배출되는 출구를 포함하며 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 단면적이 감소되는 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 A container type reactor having a relatively large length compared to the cross-sectional area, the reactor including an inlet through which the reaction gas is introduced and an outlet through which the reaction gas is discharged, and comprising a region having a reduced cross-sectional area with respect to the flow direction of the reaction gas. 질화갈륨 기판 성장 반응로.Gallium nitride substrate growth reactor. 제1항에 있어서, 상기 반응로는 단면적의 최대치와 단면적의 최소치의 비율이 3:1 ~ 1.1:1의 범위인 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor according to claim 1, wherein the ratio of the maximum value of the cross-sectional area and the minimum value of the cross-sectional area is in the range of 3: 1 to 1.1: 1. 제1항에 있어서, 상기 반응로는 반응 가스가 유입되는 입구로부터 반응 가스가 배출되는 출구까지 수직적으로 경사진 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor of claim 1, wherein the reactor is inclined vertically from an inlet through which the reaction gas is introduced to an outlet through which the reaction gas is discharged. 제1항에 있어서, 상기 반응로는 막성장용 베이스 기판이 안착되는 서셉터의 일단의 위치로부터 타단의 위치에 이르기까지 수직적으로 경사진 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor according to claim 1, wherein the reaction path is formed in a vertically inclined form from the position of one end of the susceptor on which the film growth base substrate is seated to the position of the other end. 제1항에 있어서, 상기 반응로는 반응 가스의 흐름 방향으로 수평적으로 단면적이 감소하는 영역을 포함하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor according to claim 1, wherein the reactor includes a region in which the cross-sectional area is decreased horizontally in the flow direction of the reaction gas. 제1항에 있어서, 상기 반응로 내에 유입되어 배출되는 반응 가스는 층류를 유지하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor of claim 1, wherein the reaction gas flowing into and out of the reactor maintains laminar flow. 제1항에 있어서, 상기 반응로 내에 배치되며, 수직 단면의 두께가 반응 가스의 흐름 방향으로 경사진 영역을 포함하는 서셉터를 더 포함하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor of claim 1, further comprising a susceptor disposed in the reactor, the susceptor including a region having a vertical cross section inclined in the flow direction of the reaction gas. 단면적에 비하여 길이가 상대적으로 큰 컨테이너 형태의 반응로로서, 반응 가스가 유입되는 입구와 반응 가스가 배출되는 출구를 포함하며, A container-type reactor having a relatively large length compared to the cross-sectional area, the reactor including an inlet through which the reaction gas is introduced and an outlet through which the reaction gas is discharged. 상기 반응로 내에 배치되며 막성장용 베이스 기판이 안착되는 서셉터로서, 반응 가스의 흐름 방향에 대하여 수직 두께가 증가하는 경사진 영역을 포함하는 서셉터를 포함하는 A susceptor disposed in the reactor and on which the base substrate for film growth is mounted, the susceptor including an inclined region having a vertical thickness increasing with respect to the flow direction of the reaction gas; 질화갈륨 기판 성장 반응로.Gallium nitride substrate growth reactor. 제8항에 있어서, 상기 서셉터는 반응 가스 흐름 방향에 대하여 점진적으로 수직 두께가 증가하는 형태로 형성되는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor of claim 8, wherein the susceptor is formed in a form of gradually increasing vertical thickness with respect to a reaction gas flow direction. 제8항에 있어서, 상기 서셉터는 반응 가스 흐름 방향에 대하여 단차진 형태로 수직 두께가 증가하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The reactor of claim 8, wherein the susceptor has a vertical thickness that increases stepwise with respect to the reaction gas flow direction. 제8항에 있어서, 상기 반응로 내에 유입되어 배출되는 반응 가스는 층류를 유지하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor of claim 8, wherein the reaction gas flowing into and out of the reactor maintains laminar flow. 제8항에 있어서, 상기 서셉터는 두께의 최대치와 최소치의 비율이 3:1 ~ 1.1:1의 범위로 경사진 것을 특징으로 하는 질화갈륨 기판 성장 반응로.The gallium nitride substrate growth reactor of claim 8, wherein the susceptor is inclined in a range of a maximum value and a minimum value of 3: 1 to 1.1: 1.
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