Dependance of hot-zone position on AlN single crystal growth by PVT method

AlN single crystals were grown by the PT (Physical vapor transport) method with position-changable induction coil. And the graphite crucible dimensioned ${\Phi}90{\times}H120$ was used on processing. The temperature was $1950{\sim}2050^{\circ}C$ and ambient pressure was 150~1 Torr. And the hot-zone was changed according to times on growing for result comparison. When hot-zone by coil is located below far enough (> 40 mm) from AlN crystal concentration position, the as-grown crystals physical size is better ($300{\mu}m/hr$) than another condition, but the condition-reproducibility was very poor. However the closer the distance between hot-zone and AlN growing posion, the smaller the size of as-grown crystal and the rarer the generation of the crystal nuclear, but the crystal growing condition is stable for quality. The best condition for both growth rate and quality is gained when the starting position of hot-zone coil is about 20 mm distance from growing position. For the best growth condition, the position of hot-zone is very sensitive factor and the further more the condition of speed of coil shift also must control.

PVT법에 의한 AlN 단결정 성장에서 Hot-Zone 의존성

PVT(Physical vapor transport)법을 이용하여 AlN 단결정을 성장시켰으며 유도 코일의 위치를 변화시켜가면서 핫존의 위치가 달라짐에 따라 변화하는 결과를 비교하였다. 그라파이트 도가니가 사용되었으며 그 규격은 ${\Phi}90{\times}H120$이었다. 온도는 $1950{\sim}2050^{\circ}C$이며 챔버 압력은 150에서 1 Torr까지 사용되었다. 또한 핫존은 실험 회차에 따라 변화를 주었으며 이 결과가 비교되었다. 핫존의 위치가 AlN 단결정 응축 위치에서부터 충분히 아래쪽(> 40 mm)인 경우 성장된 결정 사이즈는 다른 조건들에 비해 양호했지만(${\sim}300{\mu}m/hr$), 조건 재현성은 상당히 떨어졌다. 반대로 핫존과 AlN 성장 위치간의 거리가 가까워질수록 성장된 결정의 크기는 작아지고 결정의 핵이 생성되는 빈도는 낮아지면서 성장된 결정의 질의 안정성은 증가했다. 성장 속도와 품질 두 가지 면에서 초기 핫존 코일의 위치가 결정 성장 위치로부터 20 mm 정도일 때가 가장 우수했다. 핫존의 위치는 매우 민감한 결과를 주었고 이것에서 더 나아가 코일의 이동 속도 또한 최적으로 컨트롤 되어야만 최적의 성장 조건이 설정될 수 있다.