나트륨 플럭스(Na-Flux) Gan 성장 시 질화붕소(Bn) 또는 알루미나 도가니를 선호하는 이유는 무엇인가요? 결정 수율 최적화

질화붕소(BN)와 알루미나는 나트륨 플럭스(Na-flux)를 이용한 질화갈륨(GaN) 성장에 선호되는 도가니 재료입니다. 이는 열 안정성과 화학적 불활성의 필수적인 조합을 제공하기 때문입니다. 특히, 800-900°C의 요구되는 작동 온도를 견딜 수 있으면서도 고온의 나트륨 및 갈륨 혼합물의 높은 부식성을 견딜 수 있습니다.

핵심 요약 나트륨 플럭스 성장의 성공은 결정이 형성되는 위치를 제어하는 데 달려 있습니다. BN과 알루미나는 낮은 젖음성과 높은 순도로 인해 용융물이 용기 벽과 반응하는 것을 방지하여 원치 않는 이종 결정(기생 핵 생성)을 억제하고 성장이 시드 결정에만 집중되도록 하므로 매우 중요합니다.

반응 환경의 과제

열 응력 견디기

나트륨 플럭스 방법은 일반적으로 800-900°C 사이의 높은 온도에서 작동합니다. 반응 용기는 이 온도 범위에서 연화되거나 변형되지 않고 구조적 무결성을 유지해야 합니다.

화학적 공격 저항

용융된 나트륨과 갈륨은 화학적으로 공격적입니다. BN과 알루미나는 이 혼합물로부터의 화학적 공격을 견딜 수 있기 때문에 특별히 선택됩니다. 다른 잠재적인 재료와 달리, 이러한 부식성 플럭스와 접촉해도 분해되거나 용해되지 않습니다.

결정 핵 생성 제어

낮은 젖음성의 역할

이 공정에서 중요한 요소는 낮은 젖음성입니다. 용융된 혼합물은 BN 또는 알루미나 표면에 쉽게 퍼지거나 달라붙지 않습니다.

기생 핵 생성 억제

용융물이 도가니 벽을 "젖게" 하지 않기 때문에 용기 표면에 결정이 형성되는 것을 최소화합니다. 이러한 기생 핵 생성의 억제는 매우 중요합니다. 이는 벽에 무작위 결정이 성장하는 것을 방지하여, 그렇지 않으면 자원을 놓고 의도된 시드 결정과 경쟁하게 될 것입니다.

시드 결정 성장에 집중

도가니 벽으로부터의 경쟁을 제거함으로써, 시스템은 과포화된 영양분이 대형 시드 결정의 성장에만 기여하도록 보장합니다. 이는 더 효율적인 공정과 더 큰 최종 결정을 가져옵니다.

재료 순도 보장

오염 방지

고품질 반도체 성장은 오염 없는 환경을 요구합니다. BN 및 알루미나 도가니는 고순도 등급으로 제공됩니다.

불순물 제거

이 재료들은 화학적 공격을 견딜 수 있기 때문에 용융물에 물질을 용출시키지 않습니다. 이는 질화갈륨 결정의 전자적 또는 광학적 특성을 저하시킬 수 있는 불순물 도입을 방지합니다.

부적절한 재료 선택의 위험

젖음성의 대가

도가니 재료의 젖음성이 높으면 용융물이 벽에 달라붙습니다. 이는 거의 확실하게 용기 표면에 다결정이 형성되도록 하여 단결정의 수율을 감소시킵니다.

화학적 불안정성

부식성 나트륨 플럭스를 견딜 수 없는 재료를 사용하면 용기 파손이나 용융물 오염으로 이어집니다. 도가니의 사소한 분해조차도 외부 원자를 도입하여 이러한 결정에 필요한 고품질 특성을 망칩니다.

목표에 맞는 올바른 선택

나트륨 플럭스 성장 공정의 효과를 극대화하려면 다음 우선 순위를 고려하십시오:

결정 품질이 주요 초점인 경우: 고순도 BN 또는 알루미나를 선택하여 화학적 용출을 제거하고 용융물에 불순물이 도입되는 것을 방지합니다.
수율 및 크기가 주요 초점인 경우: 이러한 재료의 낮은 젖음성에 의존하여 기생 핵 생성을 억제하고 모든 성장을 대형 시드 결정에 집중시킵니다.

도가니의 선택은 단순한 용기 역할 이상입니다. 결정 순도 및 핵 생성 역학에 대한 능동적인 제어 메커니즘입니다.

요약 표:

특징	질화붕소 (BN)	알루미나 (Al₂O₃)	나트륨 플럭스 성장에 미치는 영향
온도 한계	900°C 이상 (불활성)	1700°C까지	800-900°C 성장 범위에서 무결성 유지
젖음성	매우 낮음	낮음	벽면의 기생 핵 생성 억제
내화학성	우수 (용융 Na/Ga)	높음 (내부식성)	용융물 오염 및 용출 방지
순도 수준	초고순도 이용 가능	높음	고품질 전자/광학 GaN 보장