JP2012525013A - 後続の高温でのｉｉｉ族堆積用の基板前処理 - Google Patents

後続の高温でのｉｉｉ族堆積用の基板前処理 Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスを製造するための基板の前処理のための装置および方法に関する。本発明の一実施形態は、酸化アルミニウム含有基板の面をアンモニア（ＮＨ３）およびハロゲンガスを含む前処理ガス混合物に暴露することにより酸化アルミニウム含有基板を前処理することを含む。

Description

本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスの製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスを製造するための基板前処理用の装置および方法に関する。
ＩＩＩ族窒化物半導体は、短波長の発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、ならびに大電力、高周波数、かつ高温度のトランジスタおよび集積回路を含む電子デバイスなどの様々な半導体デバイスの開発および製造において重要性が増している。発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）は、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物を堆積することにより製作される。ＩＩＩ族窒化物は、水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、化学的気相成長法（ＣＶＤ）、および／または物理的気相成長法（ＰＶＤ）によってサファイア基板などの酸化アルミニウム含有基板上に堆積することができる。
低欠陥密度のＩＩＩ族窒化物層を生成するには、ＩＩＩ族窒化物を堆積する前に、酸化アルミニウム含有基板を前処理する必要がある。しかし、酸化アルミニウム含有基板を処理する従来の方法では、反応チャンバ、排気系統、およびポンプの壁に副生成物が残る可能性があり、製造プロセスが汚染され、設備の歩留まりが低下する。
したがって、酸化アルミニウム含有基板を処理するための、副産物形成が低減された方法および装置に対する全般的な必要性がある。
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスを製造するための装置および方法を全般的に提供する。詳細には、本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスを製造するための基板前処理用の装置および方法に関する。
本発明の一実施形態は、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を前処理温度に加熱することと、１つまたは複数のそれぞれの酸化アルミニウム含有基板の面を、同面が前処理温度にあるときに前処理ガス混合物に暴露して、前処理された面を形成することであって、前処理気体混合物がアンモニア（ＮＨ３）およびハロゲンガスを含むこととを含む、ＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成する方法を提供する。いくつかの実施形態では、ハロゲンガスは塩素（Ｃｌ２）ガスを含む。
本発明の別の実施形態は、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を前処理温度に加熱することと、１つまたは複数のそれぞれの酸化アルミニウム含有基板の面を、同面が前処理温度にあるときに前処理ガス混合物に暴露して、前処理された面を形成することであって、前処理ガス混合物が、アンモニア（ＮＨ３）、金属ハロゲン化物ガス、およびハロゲンガスを含むエッチャント含有ガスを含むことと、前処理された面の上に金属窒化物層を形成することとを含むＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成する方法を提供する。
本発明の別の実施形態は、酸化アルミニウム含有面を有する基板を設けることと、アンモニアおよび塩素を含むガス混合物を用いて酸化アルミニウム含有面をエッチングすることにより、酸化アルミニウム含有面上にバッファ皮膜を形成して、ＡｌＯＮまたはＡｌＮを形成することと、ガリウム源および窒素源を含む前駆物質ガス混合物から窒化ガリウム皮膜を形成することとを含む複合窒化物構造体を形成する方法を提供する。
本発明のさらに別の実施形態は、複数のサファイア基板を設けることと、処理チャンバ内に複数のサファイア基板を位置決めすることと、処理チャンバに第１のガス混合物を流しながら複数のサファイア基板を加熱することと、処理チャンバに前処理ガス混合物を流すことであって、前処理ガス混合物がアンモニアおよびハロゲンガスを含むことと、前駆物質ガス混合物を流して複数のサファイア基板上にＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成することであって、前駆物質ガス混合物がＩＩＩ族金属源および窒素源を含むこととを含む複合窒化物構造体を形成する方法を提供する。
本発明の上述の特徴が詳細に理解されるように、上記に簡単に要約した本発明のより詳細な説明を、いくつかが添付図面に示されている実施形態を参照することによって行う。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではなく、というのは、本発明は、他の同様に有効な実施形態を認めることができるからであることに留意されたい。
ＧａＮベースのＬＥＤ構造体の概略側断面図である。 ＧａＮベースのＬＤ構造体の概略側断面図である。 本発明の一実施形態による、基板を前処理する方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 本発明の一実施形態による方法の流れ図である。 本発明の一実施形態によるクラスタツールの図である。 本発明の一実施形態によるＨＶＰＥチャンバの概略断面図である。
理解を容易にするために、諸図に共通の同一要素を示すのに、可能なところでは同一の参照数字が用いられている。１つの実施形態で開示された要素は、特定の記述なしで他の実施形態に対して有利に利用され得るように企図されている。
本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスの製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）などのデバイスを製造するための酸化アルミニウム含有基板の前処理用の装置および方法に関する。
本発明の一実施形態は、アンモニアと、ハロゲンガスを含むエッチャント含有ガスとを含む前処理ガス混合物に酸化アルミニウム含有面を暴露することによる、酸化アルミニウム含有面を有する基板の処理を提供する。ハロゲンガスは、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス、これらの組合せ、およびこれら混合物から成る群から選択されてよい。アンモニアとハロゲンのガス混合物は、酸化アルミニウム含有基板をエッチングし、酸化アルミニウム含有基板上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および／またはアルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）の層、または形成された領域を形成する。ＡｌＯＮまたはＡｌＮの層は、後続のＩＩＩ族金属窒化物堆積のためのバッファ層として働くことができる。バッファ層は、基板材料と堆積される（１つまたは複数の）皮膜層の間の格子不一致によって生成される結晶欠陥数の最小化、および後に堆積される層の皮膜応力の低減または調整にも用いることができる。アンモニアおよびハロゲンガスを用いる酸化アルミニウム含有基板の前処理は、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＣＶＤ、およびＰＶＤなどの任意の堆積技法の準備に用いることができる。
前処理プロセスでハロゲンガスを使用すると、有害な副生成物の形成が劇的に減少するので、本発明の実施形態は、従来の前処理および酸化アルミニウム含有基板の窒化物形成に対して利点を有する。例えば、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物層を堆積する前の、ＨＣｌおよびアンモニアを用いる従来のサファイア基板の前処理では、副産物としてアンモニア塩化物（ＮＨ４Ｃｌ）が形成する。アンモニア塩化物は、固体の粉末に昇華して、反応チャンバ、排気系統および真空ポンプの壁に張り付く可能性がある。アンモニア塩化物の粉末は、プロセスシステム全体を通じて、例えば基板、キャリア、またはロボットでも伝送され得る。有害な副産物形成の劇的な減少により、本発明の実施形態は、ＬＥＤおよびＬＤの製造などの適用可能な製造プロセスにおいて、処理能力を改善し、品質を向上する。
一実施形態では、窒化プロセスは、前処理ガス混合物への酸化アルミニウム含有基板の暴露と組み合わせて実行される。窒化プロセスは、酸化アルミニウム含有基板を、窒素源を含む窒化ガス混合物に暴露することにより実行されてよい。窒素源はアンモニアでよい。窒化プロセスは、前処理プロセスの前または後に実行されてよい。
一実施形態では、前処理の後にＩＩＩ族金属窒化物バッファ層が形成される。ＩＩＩ族金属窒化物バッファ層は、窒化アルミニウムバッファ層または窒化ガリウムバッファ層でよい。窒化アルミニウムバッファ層は、酸化アルミニウム含有基板を、アルミニウム前駆物質を含むバッファガス混合物に基板を暴露することにより、同基板上に形成することができる。窒化ガリウムバッファ層は、酸化アルミニウム含有基板を、ガリウム前駆物質および窒素源を含むバッファガス混合物に基板を暴露することにより、同基板上に形成することができる。別の実施形態では、ＩＩＩ族金属窒化物バッファ層は、アンモニアなどの窒素源、塩素ガスなどのハロゲンガス、および塩化アルミニウムまたは塩化ガリウムなどのＩＩＩ族金属ハロゲン化物の前駆物質を同時に流すことにより、前処理と同時に形成される。一実施形態では、前処理プロセスは、窒化プロセスおよびバッファ層形成プロセスをさらに含む。バッファ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および／またはアルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでよい。
図１Ａは、窒化ガリウムベースのＬＥＤ構造体１００の概略側断面図である。ＬＥＤ構造体１００は、酸化アルミニウム含有基板１０４の上に製作される。基板１０４は、（０００１）のＣ軸結晶方位を有する単結晶サファイア基板などの固体の酸化アルミニウムから形成されてよい。基板１０４は、その上に複合窒化物構造体を製作するための酸化アルミニウム含有面を有する合成基板でもよい。パターン付き基板を作製するために平面状の基板からフィーチャを形成するのに、マスキングおよびエッチングなどの任意の周知の方法を利用することができる。特定の実施形態では、パターン付き基板は、（０００１）のパターン付きサファイア基板（ＰＳＳ）である。パターン付きサファイア基板は、新世代固体照明デバイスの製造で有用な光抽出効率を向上させるので、ＬＥＤの製造に使用するのに理想的であり得る。
一実施形態では、ＬＥＤ構造体１００は、前処理プロセスの後に基板１０４上に形成される。熱的洗浄プロシージャは、基板１０４を、加熱しながら、アンモニアおよび搬送ガスを含む洗浄ガス混合物に暴露することにより実行されてよい。一実施形態では、前処理プロセスは、基板を、高い温度範囲で加熱しながら前処理ガス混合物に暴露することを含む。一実施形態では、前処理ガス混合物は、ハロゲンガスを含むエッチング剤である。一実施形態では、前処理ガス混合物は、ハロゲンガスおよびアンモニアを含む。図１Ａに示されるように、基板１０４上に形成されたＬＥＤ構造体１００は、一般に、洗浄して前処理された基板１０４の上に堆積されたバッファ層１１２を備える。バッファ層１１２は、ＨＶＰＥプロセスまたはＭＯＣＶＤプロセスによって形成され得る。伝統的に、バッファ層１１２は、堆積を達成するために、処理チャンバに、ガリウムおよび窒素の前駆物質および熱を供給することにより堆積され得る。一般的なバッファ層１１２の厚さは約３００Åであり、これは約５５０℃の温度で約５分間にわたって堆積され得る。本発明の一実施形態では、バッファ層１１２は、基板１０４に対する前処理プロセスの後に、または同プロセス中に形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層である。
次に、ＧａＮバッファ層１１２上にｎ−ＧａＮ（ｎ型にドープされたＧａＮ）層１１６が堆積される。ｎ−ＧａＮ層１１６は、ＨＶＰＥプロセスまたはＭＯＣＶＤプロセスによって形成され得る。一実施形態では、ｎ−ＧａＮ層１１６は、例えば約１０５０℃のより高温で堆積されてよい。ｎ−ＧａＮ層１１６は、約１４０分を必要としてほぼ４μｍの厚さに堆積され、比較的厚い。
次に、ｎ−ＧａＮ層１１６の上に、ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）層１２０が堆積される。ＩｎＧａＮのＭＱＷ層１２０の厚さは約７５０Åでよく、形成するのに約７５０℃で約４０分かかる。
多重量子井戸層１２０の上に、ｐ−ＡｌＧａＮ（ｐ型にドープされたＡｌＧａＮ）層１２４が堆積される。ｐ−ＡｌＧａＮ層１２４は、約２００Åの厚さを有してよく、形成するのに約９５０℃の温度で約５分かかる。
次いで、ｐ−ＡｌＧａＮ層１２４の上に、ｐ−ＧａＮ（ｐ型にドープされたＧａＮ）接触層１２８が堆積される。ｐ−ＧａＮ接触層１２８は、約０．４μｍの厚さを有してよく、形成するのに約１０５０℃で約２５分必要である。
図１Ｂは、酸化アルミニウム含有基板１０５上に形成されたＧａＮベースのＬＤ構造体１５０の概略側断面図である。酸化アルミニウム含有基板１０５は、図１Ａの酸化アルミニウム含有基板１０４に類似のものでよい。基板１０５は、サファイア（０００１）などの固体の酸化アルミニウムから形成されてよい。基板１０５は、その上に複合窒化物構造体を製作するための酸化アルミニウム含有面を有する合成基板でもよい。
一実施形態では、ＬＤ構造体１５０は、熱的洗浄プロシージャおよび前処理プロセスの後に基板１０５上に形成される。熱的洗浄プロシージャは、基板１０５を、加熱しながら、アンモニアおよび搬送ガスを含む洗浄ガス混合物に暴露することにより実行されてよい。一実施形態では、前処理プロセスは、基板を、高温で加熱しながら前処理ガス混合物に暴露することを含む。一実施形態では、前処理ガス混合物は、ハロゲンガスを含むエッチング剤である。
ＬＤ構造体１５０は、基板１０５上に形成されたＩＩＩ族金属窒化物層のスタックである。ＬＤ構造体１５０は、ｎ型ＧａＮ接触層１５２から開始する。ＬＤ構造体１５０は、ｎ型クラッド層１５４をさらに備える。クラッド層１５４は、ＡｌＧａＮを含んでよい。クラッド層１５４の上に非ドープのガイド層１５６が形成される。ガイド層１５６は、ＩｎＧａＮを含んでよい。ガイド層１５６上に、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１５８が形成される。活性層１５８の上に、非ドープのガイド層１６０が形成される。非ドープのガイド層１６０の上に、ｐ型の電子ブロック層１６２が形成される。ｐ型の電子ブロック層１６２の上に、ｐ型の接触ＧａＮ層１６４が形成される。
図２は、本発明の一実施形態によって基板を処理する方法２００の流れ図である。
ボックス２１０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバに入れられる。一実施形態では、酸化アルミニウム含有基板はサファイア基板でよい。一実施形態では、複数のサファイア基板が、基板キャリアに位置決めされ、処理チャンバに移転されてよい。基板キャリアは、一般に、プロセスの間に基板を支持するように適合される。基板キャリア６１６（図１０）は、１つまたは複数の窪みを含んでよく、この中に、１つまたは複数の基板がプロセス中に配置されてよい。基板キャリアは、６枚以上の基板を搬送することができる。一実施形態では、基板キャリアは８枚の基板を搬送する。より多くの基板またはより少ない基板が基板キャリア上で搬送され得ることを理解されたい。基板サイズは、直径で５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあるかまたはより大きく、一方基板キャリアのサイズは直径で２００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲にある。基板キャリア６１６は、ＳｉＣまたはＳｉＣコーティングされた黒鉛を含む様々な材料から形成されてよい。
一実施形態では、処理チャンバは、後続の堆積のために基板の洗浄および処理用として指定されてよい。次いで、洗浄して処理された基板は、ＬＥＤまたはＬＤの構造体を形成するのに使用される層を堆積するために、１つまたは複数の堆積チャンバへ移転される。別の実施形態では、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバの中に入れられてよく、次に、ＬＥＤまたはＬＤ構造体の皮膜の少なくとも１つの層が形成される。
ボックス２２０で、搬送ガスを処理チャンバのプロセスボリュームに送達しながら、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を処理チャンバの中で加熱してよい。搬送ガスは、窒素ガス、アルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガス、またはそれらの組合せを含んでよい。一実施形態では、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を加熱しながら熱的洗浄を実行してよい。一実施形態では、１つまたは複数の基板を洗浄温度に加熱しながら処理チャンバに洗浄ガス混合物を流すことにより、熱的洗浄を実行してよい。一実施形態では、洗浄ガス混合物は、アンモニアおよび搬送ガスを含む。一実施形態では、搬送ガスは窒素ガス（Ｎ２）を含む。洗浄温度は、約９００℃と約１１００℃の間であってよい。一実施例では、洗浄温度は約９００℃と約１０５０℃の間であってよい。別の実施例では、洗浄温度は約９００℃より高くてよい。一実施例では、熱的洗浄プロセスは、（１つまたは複数の）基板を約１０５０℃の温度に維持しながら洗浄ガス混合物を約１０分間流すことにより実行されてよい。熱的洗浄プロシージャは、温度を定率で上昇させる（ｒａｍｐ−ｕｐ）ことおよび低下させる（ｒａｍｐ−ｄｏｗｎ）ことができるように、ほぼ１０分程度のさらなる時間をかけてよい。一実施形態では、温度上昇の割合は、約１℃／秒から約５℃／秒であり、あるいは、処理チャンバのハードウェア次第で、他の上昇割合である。一実施形態では、温度を定率で上昇させるかまたは低下させる期間中、処理チャンバの中に洗浄ガスを送達してよい。
ボックス２３０で、酸化アルミニウム含有基板の上に高品質ＧａＮ皮膜を形成することを可能にする前処理のために、１つまたは複数の基板が高温で前処理ガス混合物に暴露される。一実施形態では、前処理プロセスは、約５００℃から約１２００℃の間の温度範囲で実行されてよい。一実施形態では、前処理プロセスは、約６００℃から約１１５０℃の間の温度範囲で実行されてよい。一実施形態では、前処理プロセスは、約９００℃と約１０００℃の間の温度で実行されてよい。一実施例では、前処理プロセスの温度は、約９００℃より高くてよい。
前処理ガス混合物は、アンモニアと、フッ素ガス（Ｆ２）、塩素ガス（Ｃｌ２）、臭素ガス（Ｂｒ２）、ヨウ素ガス（Ｉ２）、それらの組合せ、およびそれらの混合物から成る群から選択されたハロゲンガスとを含んでよい。
一実施形態では、前処理ガス混合物はアンモニアおよび塩素ガスを含み、前処理は、アンモニアおよび塩素の存在下で酸化アルミニウム含有基板をエッチングすることにより、酸化アルミニウム含有基板をＡｌＯＮまたはＡｌＮに変換することを含む。一実施形態では、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を前処理ガス混合物に暴露することは、アンモニアガスを約５００ｓｃｃｍと約９０００ｓｃｃｍの間の流速で流すことと、塩素ガスを約２００ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍの間の流速で流すこととを含む。一実施形態では、前処理は、約１分から約２０分にわたって実行されてよい。
ボックス２４０で、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。ＩＩＩ族金属の窒化物皮膜は、ＨＶＰＥプロセス、ＭＯＣＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、またはＰＶＤプロセスによって形成されてよい。一実施形態では、ＩＩＩ族金属の窒化物皮膜は、堆積を達成するために、処理チャンバにＩＩＩ族金属および窒素前駆物質の流れを供給し、熱的プロセスを用いることにより堆積され得る。一実施例では、ＩＩＩ族金属の前駆物質は、以下で論じられる金属ハロゲン化物の前駆物質ガスでよい。一実施形態では、前処理が実行されるのと同じチャンバの中でＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。別の実施形態では、ＩＩＩ族金属の窒化物皮膜は、熱的洗浄および前処理が実行される処理チャンバからの個別の処理チャンバの中で形成されてよい。
一実施形態では、ボックス２４０のプロセスの間に、ＨＶＰＥプロセスによってＧａＮ皮膜が形成され得る。一実施形態では、ＨＶＰＥプロセスは、１つまたは複数の基板の上に、約５５０℃と約１１００℃の間の温度でガリウム含有前駆物質および窒素源を流すことを含む。一実施形態では、ボックス２３０で実行される前処理プロセスの温度は、ＨＶＰＥプロセス温度より１００℃程度低い。一実施形態では、ＨＶＰＥプロセスは、１つまたは複数の基板の上に、約９５０℃と約１１００℃の間の温度で塩化ガリウム含有前駆物質および窒素源を流すことを含む。一実施形態では、ガリウム含有前駆物質は、５０℃から約１０００℃の間の温度に維持された液体のガリウムの上に、塩素ガスを約２０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの間の流速で流すことにより生成され得る。堆積プロセスの間、チャンバ圧力は、約１０トルと約７６０トルの間、約７０トルと約５５０トルの間など、例えば約４５０トルに維持されてよく、チャンバ壁温度は約４５０℃以上に維持される。窒素源は、約１ＳＬＭと約２０ＳＬＭの間の流速のアンモニアでよい。別の実施形態では、窒素源は、窒素ガス（Ｎ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジイミド（Ｎ２Ｈ２）、アジ化水素酸（ＨＮ３）などの窒素含有材料の遠隔プラズマから導出された１つまたは複数の活性窒素種でよい。水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）という用語は、本明細書に記述される一種の堆積プロセスを説明するのに用いられるが、一般に、本明細書に記述されるプロセスは、堆積プロセスの間に水素化物含有堆積ガス（例えばＨＣｌ）の代わりにハロゲンガス（例えばＣｌ２）を用いるので、この用語は、本明細書に記述される本発明の範囲に関して限定するようには意図されていない。
図１０は、ボックス２４０で説明されたプロセスを用いて形成されたＧａＮ皮膜などの金属窒化物皮膜を堆積するのに使用することができるＨＶＰＥ装置６００の概略断面図である。ＨＶＰＥ装置６００は、蓋６０４によって囲まれたチャンバ６０２を含む。チャンバ６０２および蓋６０４が、プロセスボリューム６０７を画定する。プロセスボリューム６０７の上部領域に、シャワーヘッド６０６が配置される。サセプタ６１４が、プロセスボリューム６０７のシャワーヘッド６０６と向かい合って配置される。サセプタ６１４は、プロセスの間にその上に複数の基板６１５を支持するように構成される。一実施形態では、サセプタ６１４によって支持されている基板キャリア６１６上に複数の基板６１５が配置される。サセプタ６１４は、電動機６８０によって回転されてよく、ＳｉＣまたはＳｉＣコーティングされた黒鉛を含む様々な材料から形成されてよい。
一実施形態では、ＨＶＰＥ装置６００は、サセプタ６１４上の基板６１５を加熱するように構成された加熱組立体６２８を含む。一実施形態では、チャンバ底部６０２ａは水晶から形成され、加熱組立体６２８は、水晶のチャンバ底部６０２ａを通して基板６１５を加熱するようにチャンバ底部６０２ａの下に配置されたランプ組立体である。一実施形態では、加熱組立体６２８は、基板、基板キャリア、および／またはサセプタにわたって均一の温度分布をもたらすように分配されたランプの配列を含む。
ＨＶＰＥ装置６００は、チャンバ６０２の側壁６０８の内側に配置された前駆物質供給管６２２、６２４をさらに備える。管６２２および６２４は、プロセスボリューム６０７および前駆物質源モジュール６３２内に見られる注入チューブ６２１と流体連通している。シャワーヘッド６０６は、プロセスボリューム６０７および第１のガス源６１０と流体連通している。プロセスボリューム６０７は、出口６２６を介して排出口６５１と流体連通している。
ＨＶＰＥ装置６００は、チャンバ６０２の壁６０８の中に埋め込まれた加熱器６３０をさらに備える。壁６０８の中に埋め込まれた加熱器６３０は、必要に応じて、堆積プロセスの間にさらなる熱を与えることができる。処理チャンバの内部温度を測定するのに、熱電対を使用することができる。熱電対からの出力は、熱電対（図示せず）からの示度に基づいて加熱器６３０（例えば抵抗加熱要素）に加えられる電力を調節することによりチャンバ６０２の壁の温度を制御するコントローラ６４１へフィードバックされてよい。例えば、チャンバが冷たすぎる場合、加熱器６３０を作動させてよい。チャンバが熱すぎる場合、加熱器６３０を停止させることになる。さらに、加熱器６３０から供給される熱の量が最小限になるように、加熱器６３０から供給される熱量を制御してよい。
第１のガス源６１０からのプロセスガスは、ガス送達シャワーヘッド６０６を通ってプロセスボリューム６０７へ送達される。一実施形態では、第１のガス源６１０は、窒素含有混合物を含んでよい。一実施形態では、第１のガス源６１０は、アンモニアまたは窒素を含むガスを送達するように構成される。一実施形態では、ガス送達シャワーヘッド６０６またはチャンバ６０２の壁６０８に配置された管６２４のいずれかを通して、ヘリウムまたは２価の窒素などの不活性ガスを導入してもよい。第１のガス源６１０とガス送達シャワーヘッド６０６の間に、エネルギー源６１２が配置されてよい。一実施形態では、エネルギー源６１２は、加熱器または遠隔ＲＦプラズマ源を備えてよい。エネルギー源６１２は、第１のガス源６１０から送達されたガスにエネルギーを与えることができ、その結果、遊離基またはイオンが形成され得て、その結果、窒素含有ガスの窒素の反応性がより高くなる。
供給源モジュール６３２は、供給源ボート６３４のウェル６３４Ａに接続されたハロゲンガス源６１８およびウェル６３４Ａに接続された不活性ガス源６１９を含む。アルミニウム、ガリウムまたはインジウムなどの原材料（ｓｏｕｒｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）６２３がウェル６３４Ａに配置される。熱源６２０が、供給源ボート６３４を囲む。入口タブ６２１が、ウェル６３４Ａを、管６２２および６２４を介してプロセスボリューム６０７に接続する。
一実施形態では、プロセスの間に、金属ハロゲン化物ガスまたは金属ハロゲン化物前駆物質ガスを生成するために、ハロゲンガス（例えばＣｌ２、Ｂｒ２、Ｆ２、またはＩ２）が、ハロゲンガス源６１８から供給源ボート６３４のウェル６３４Ａに送達される。一実施形態では、金属ハロゲン化物ガスは、塩化ガリウム（例えばＧａＣｌ、ＧａＣｌ３）、インジウム塩化物（例えばＩＣｌ３）または塩化アルミニウム（例えばＡｌＣｌ３）などのＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスである。ハロゲンガスと固体または液体の原材料６２３の相互作用により、金属ハロゲン化物前駆物質の形成が可能になる。原材料６２３を加熱して金属ハロゲン化物前駆物質を形成することを可能にするために、供給源ボート６３４が熱源６２０によって加熱されてよい。次いで、金属ハロゲン化物前駆物質が、注入チューブ６２１を通してＨＶＰＥ装置６００のプロセスボリューム６０７に送達される。一実施形態では、ウェル６３４Ａで形成された金属ハロゲン化物前駆物質を、注入チューブ６２１、管６２２および６２４を通してＨＶＰＥ装置６００のプロセスボリューム６０７へ搬送するかまたは押し進めるのに、不活性ガス源６１９から送達された不活性ガス（例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２）が用いられる。窒素含有前駆物質ガス（例えばアンモニア（ＮＨ３）、Ｎ２）がシャワーヘッド６０６を通ってプロセスボリューム６０７に導入されてよく、一方、金属ハロゲン化物前駆物質もプロセスボリューム６０７に供給され、その結果、プロセスボリューム６０７の中に配置された基板６１５の面上に金属窒化物層が形成され得る。
図３は、本発明の一実施形態による方法３００の流れ図である。方法３００は、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板に対する前処理に先立って窒化物形成プロセスを実行することを含む。
ボックス３１０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバの中に入れられる。一実施例では、処理チャンバは、前述のＨＶＰＥ装置６００に類似である。一実施形態では、酸化アルミニウム含有基板はサファイア基板である。
ボックス３２０では、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、方法２００のボックス２２０に関して上述したプロセスと同様のプロセスで、加熱または熱的洗浄される。
ボックス３２５で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板に対して窒化物形成プロセスが実行される。窒化物形成の間に、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、処理チャンバに窒化ガス混合物を約５分間から約１５分間まで流しながら約８５０℃から約１１００℃の間の温度に加熱されてよい。一実施形態では、窒化ガス混合物はアンモニアおよび搬送ガスを含む。一実施形態では、搬送ガスは窒素ガスである。一実施形態では、窒化ガス混合物の全体的流速は、約３ＳＬＭと約１６ＳＬＭの間にある。
ボックス３３０で、窒化プロセスの後に、酸化アルミニウム含有基板の上に高品質ＧａＮ皮膜を形成することを可能にするために、基板が高温で前処理ガス混合物に暴露される。一実施形態では、前処理プロセスは、アンモニアおよび塩素の存在下で酸化アルミニウム含有基板をエッチングすることにより、酸化アルミニウム含有基板をＡｌＯＮまたはＡｌＮに変換することを含む。ボックス３３０のプロセスは、上記の方法２００のボックス２３０で説明されたプロセスに類似である。
ボックス３４０で、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。ボックス３４０で実行されるプロセスは、方法２００のボックス２４０と一緒に上記で説明されたプロセスに類似のものでよい。
図４は、本発明の一実施形態による方法３００ａの流れ図である。方法３００ａは、前処理の後に窒化プロセスが実行される点を除けば方法３００に類似である。
ボックス３１０では、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバの中に入れられる。一実施例では、処理チャンバは、前述のＨＶＰＥ装置６００に類似である。一実施形態では、酸化アルミニウム含有基板はサファイア基板である。
ボックス３２０では、方法２００のボックス２２０で実行されたプロセスと同様に、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が加熱されてよく、あるいは１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板に対して、加熱中に熱的洗浄が実行されてよい。
ボックス３３０ａでは、方法２００のボックス２３０で実行された前処理と同様に、酸化アルミニウム含有基板の上に高品質ＧａＮ皮膜の形成を可能にする前処理のために、１つまたは複数の基板が高温で前処理ガス混合物に暴露される。ボックス３３０およびボックス２３０と同様に、アンモニアおよび塩素の存在下で酸化アルミニウム含有基板をエッチングすることにより、酸化アルミニウム含有基板上にＡｌＯＮまたはＡｌＮの層が形成される。
ボックス３３５で、前処理の後、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板の上で窒化物形成プロセスが実行される。ボックス３３５の窒化物形成プロセスは、方法３００の窒化物形成プロセス３２５に類似である。窒化物形成の間に、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、処理チャンバに窒化ガス混合物を約５分から約１５分間流しながら約８５０℃から約１１００℃の間の温度に加熱されてよい。
ボックス３４０では、方法２００のボックス２４０のＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成するプロセスと同様に、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。
図５は、本発明の一実施形態による方法４００を示すプロセスの流れ図である。方法４００は、ＬＥＤまたはＬＤの構造体用のＧａＮ皮膜を形成する以前の、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板の処理を開示する。方法４００はＬＥＤまたはＬＤの構造体用のＩＩＩ族金属の窒化物皮膜を形成する以前の、熱的洗浄、窒化、および１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板上にバッファ層を形成することを含む。
ボックス４１０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバの中に入れられる。一実施例では、処理チャンバは、前述のＨＶＰＥ装置６００に類似である。
ボックス４２０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、方法２００のボックス２２０で説明された熱的洗浄プロセスに類似のプロセスを用いて、加熱され、かつ／または洗浄される。
次いで、ボックス４２５で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を加熱しながら窒化ガス混合物に暴露することにより、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板に対して窒化プロセスが実行される。この窒化プロセスは、方法３００のボックス３２５で説明された窒化プロセスに似たものでよい。
次いで、ボックス４３６で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板上にバッファ層が形成される。バッファ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および／またはアルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）を含んでよい。
一実施形態では、バッファ層は、窒素源としてアンモニアを用いるＨＶＰＥによって形成されたＡｌＮ、およびアルミニウム金属源に対してハロゲンを流すことにより生成されたハロゲン化アルミニウムガスを含む。例えば、バッファ層は、図６に示されるＨＶＰＥ装置６００を使用して形成され得る。バッファ層は、塩化アルミニウム前駆物質などの金属ハロゲン化物の前駆物質を生成し、処理チャンバ６０２の中で、１つまたは複数の基板を約５５０℃と約９５０℃の間の温度に維持しながらプロセス領域６０７に対して金属ハロゲン化物の前駆物質ガスおよび窒素含有前駆物質ガスを流すことにより形成され得る。一実施形態では、塩化アルミニウム前駆物質は、約５０℃から約６５０℃の間の温度に維持された固体のアルミニウムの上に、塩素ガス（Ｃｌ２）を約７０ｓｃｃｍから約１４０ｓｃｃｍの間の流速で流すことにより生成され得る。一実施形態では、アルミニウム原材料は、約４５０℃から約６５０℃の間に維持される。一実施形態では、アルミニウム原材料は、基板プロセス領域の遠方の位置に配置され、アルミニウム源の加工温度は約５０℃から約１５０℃の間に維持されてよい。
一実施形態では、バッファ層は、１つまたは複数の基板を約５５０℃から約１１００℃の間の温度に加熱しながら、処理チャンバに塩化ガリウム前駆物質および窒素源を流すことにより形成され得る。洗浄温度は、約９００℃と約１１００℃の間であってよい。一実施形態では、バッファ層は、１つまたは複数の基板を約９５０℃と約１１００℃の間の温度に加熱しながら、処理チャンバに塩化ガリウム前駆物質および窒素源を流すことにより形成され得る。一実施例では、温度は約１０５０℃に維持される。一実施形態では、塩化ガリウム前駆物質は、約５５０℃から約１０００℃の間の温度に維持されたガリウムの上に、塩素ガスを約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの間の流速で流すことにより生成される。一実施形態では、塩化ガリウム前駆物質は、約５５０℃から約１０００℃の間の温度に維持されたガリウムの上に、塩化水素ガスを約５ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの間の流速で流すことにより生成される。
一実施形態では、窒素源はアンモニアでよい。別の実施形態では、窒素源は、窒素ガス（Ｎ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、ジイミド（Ｎ２Ｈ２）、アジ化水素酸（ＨＮ３）などの窒素含有材料の遠隔プラズマから導出された１つまたは複数の活性窒素種でよい。一実施形態では、窒素源の流速は、約３０００ｓｃｃｍから約９０００ｓｃｃｍの間にあってよい。
ボックス４４０では、方法２００のボックス２４０のＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成するプロセスと同様に、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。
図６は、本発明の一実施形態による方法５００を示すプロセスの流れ図である。方法５００は、ＬＥＤまたはＬＤの構造体用のＧａＮ皮膜を形成する以前の、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板の処理を開示する。方法５００はＬＥＤまたはＬＤの構造体用のＩＩＩ族金属の窒化物皮膜を形成する以前の、熱的洗浄、窒化、前処理、および１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板上にバッファ層を形成することを含む。
ボックス５１０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバに位置決めされる。一実施例では、処理チャンバは、前述のＨＶＰＥ装置６００に類似である。
ボックス５２０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、方法２００のボックス２２０で説明された熱的洗浄プロセスに類似のプロセスを用いて、加熱され、かつ／または洗浄される。
次いで、ボックス５２５で、１つまたは複数のアルミニウム含有基板を加熱しながら窒化ガス混合物に暴露することにより、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板に対して窒化プロセスが実行される。この窒化プロセスは、方法３００のボックス３２５で説明された窒化プロセスに似たものでよい。
ボックス５３０で、酸化アルミニウム含有基板の上に高品質ＧａＮ皮膜の形成を可能にする前処理のために、１つまたは複数の基板が高温で前処理ガス混合物に暴露される。ボックス３３０およびボックス２３０と同様に、アンモニアおよび塩素の存在下で酸化アルミニウム含有基板をエッチングすることにより、酸化アルミニウム含有基板上にＡｌＯＮまたはＡｌＮの層が形成される。
次いで、ボックス５３６で、前処理された酸化アルミニウム含有基板上にバッファ層が形成される。バッファ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および／またはアルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、あるいは窒化ガリウムを含んでよい。一実施形態では、バッファ層は、上記の方法４００のボックス４３６で説明されたプロセスのうちの１つによって形成される。
ボックス５４０で、方法２００のボックス２４０のＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成するプロセスと同様に、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。
図７は、本発明の一実施形態による方法７００を示すプロセスの流れ図である。方法７００は、前処理プロセスの後に窒化物形成プロセスが実行される点を除けば、図６の方法５００に類似である。
ボックス７１０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバに位置決めされる。一実施例では、処理チャンバは、前述のＨＶＰＥ装置６００に類似である。
ボックス７２０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、方法２００のボックス２２０で説明された熱的洗浄プロセスに類似のプロセスを用いて、加熱され、かつ／または洗浄される。
ボックス７３０で、酸化アルミニウム含有基板の上に高品質ＧａＮ皮膜の形成を可能にする、方法５００のボックス５３０で説明された前処理プロセスに似た前処理のために、１つまたは複数の基板が高温で前処理ガス混合物に暴露される。
次いで、ボックス７３５で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板を加熱しながら窒化ガス混合物に暴露することにより、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板に対して窒化プロセスが実行される。この窒化プロセスは、方法３００のボックス３２５で説明された窒化プロセスに似たものでよい。
次いで、ボックス７３６で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板上にバッファ層が形成される。バッファ層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および／またはアルミニウムオキシナイトライド（ＡｌＯＮ）、あるいは窒化ガリウムを含んでよい。バッファ層は、方法５００のボックス５３６で説明されたのと類似のやり方で形成され得る。
ボックス７４０では、方法２００のボックス２４０のＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成するプロセスと同様に、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。
図８は、本発明の一実施形態による方法８００の流れ図である。方法８００は、ＬＥＤまたはＬＤの構造体用のＧａＮ皮膜を形成する以前の、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板の処理を開示する。方法８００は、ＬＥＤまたはＬＤの構造体用のＩＩＩ族金属の窒化物皮膜を形成する以前の、前処理と１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板上にバッファ層を形成することとを組み合わせたプロセスを含む。
ボックス８１０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が処理チャンバの中に入れられる。一実施例では、このプロセスは、上記で論じられたＨＶＰＥ装置６００に類似のチャンバの中で実行される。
ボックス８２０で、１つまたは複数の酸化アルミニウム含有基板が、方法２００のボックス２２０で説明された熱的洗浄プロセスに類似の加熱または熱的洗浄のプロセスを経る。
ボックス８３０で、１つまたは複数の基板が、酸化アルミニウム含有面を前処理してバッファ層を形成するために、前処理ガス／バッファガス混合物に暴露される。一実施形態では、前処理ガス／バッファガス混合物は、窒素源と、ハロゲンガスと、アルミニウムまたはガリウムを含む前駆物質とを含む。窒素源はアンモニアでよい。ハロゲンガスは、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス、これらの組合せ、およびこれら混合物から成る群から選択されてよい。アルミニウム含有前駆物質は、ボックス５３６の記述で説明されたアルミニウム前駆物質と同様に、高温に維持された固体アルミニウムの上に塩素ガスを流すことから生成される塩化アルミニウム前駆物質でよい。
ボックス８４０では、方法２００のボックス２４０のＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成するプロセスと同様に、酸化アルミニウム含有基板の処理された面の上にＩＩＩ族金属の窒化物皮膜が形成される。
上記で論じられたように、本発明の実施形態によって説明された方法は、１つのチャンバで実行されるか、またはクラスタツールの２つ以上のチャンバで実行されてよい。
一実施形態では、方法のプロセスが１つのチャンバで実行されるとき、プロセスの間に、アンモニアおよび／または窒素ガスが、温度の定率上昇、温度の定率低下、熱的洗浄、前処理、窒化物形成、バッファ層堆積、およびＧａＮ堆積の期間中、一定不変で流されてよい。
別の実施形態では、１つまたは複数の基板が、最初に１つのチャンバの中で処理され、次いで、後続のプロセスのために、ツールの中の別のチャンバへ移動する。図９は、本発明の一実施形態によるプロセスで使用され得るクラスタツール９００である。クラスタツール９００は、ＬＥＤおよび／またはＬＤ用の窒化物混合物構造体を形成するように構成されている。
一実施形態では、クラスタツール９００は、本明細書に説明された実施形態による複合窒化物半導体デバイスを製作するために、トランスファポット９０６に接続された１つのＨＶＰＥチャンバ９０２ならびに複数のＭＯＣＶＤチャンバ９０３ａおよび９０３ｂを備える。１つのＨＶＰＥチャンバ９０２ならびに２つのＭＯＣＶＤチャンバ９０３ａおよび９０３ｂが示されているが、１つまたは複数のＭＯＣＶＤチャンバと１つまたは複数のＨＶＰＥチャンバのあらゆる組合せがトランスファポット９０６と結合され得ることを理解されたい。例えば、一実施形態では、クラスタツール９００は３つのＭＯＣＶＤチャンバを備えてよい。別の実施形態で、本明細書で説明されたプロセスは、１つのＭＯＣＶＤチャンバで実行されてよい。クラスタツールが示されているが、本明細書で説明された実施形態は、線形処理システムを使用して実行することもできることも理解されたい。
一実施形態では、さらなるチャンバ９０４がトランスファポット９０６に結合される。さらなるチャンバ９０４は、ＭＯＣＶＤチャンバ、ＨＶＰＥチャンバ、メトロロジーチャンバ、ガス抜きチャンバ、配向チャンバ、冷却チャンバ、前処理／前洗浄チャンバ、焼鈍後のチャンバなどでよい。一実施形態では、トランスファポット９０６は、６面の６角形状であって、処理チャンバ取付け用の６つの位置を有する。別の実施形態では、トランスファポット９０６は他の形状を有し、対応する数の処理チャンバ取付け位置を伴う５つ、７つ、８つまたはより多くの面を有してよい。
ＨＶＰＥチャンバ９０２は、熱した基板上に複合窒化物半導体材料の厚い層をエピタキシャル成長させるのに気体の金属ハロゲン化物が用いられるＨＶＰＥプロセスを実行するように適合される。ＨＶＰＥチャンバ９０２は、基板を処理するように据えるチャンバ本体９１４と、ガス前駆物質をチャンバ物体９１４へ送達する化学物質送達モジュール９１８と、クラスタツール９００のＨＶＰＥチャンバ用の電気的システムを含む電気的モジュール９２２とを備える。一実施形態では、ＨＶＰＥチャンバ９０２は、図１０で説明されたＨＶＰＥ装置６００に類似のものでよい。
各ＭＯＣＶＤチャンバ９０３ａ、９０３ｂは、基板を処理するように据える処理領域を形成するチャンバ本体９１２ａ、９１２ｂと、前駆物質、パージガス、および洗浄ガスなどのガスをチャンバ本体９１２ａ、９１２ｂへ送達する化学物質送達モジュール９１６ａ、９１６ｂと、クラスタツール９００の各ＭＯＣＶＤチャンバ用の電気的システムを含む、各ＭＯＣＶＤチャンバ９０３ａ、９０３ｂ用の電気的モジュール９２０ａ、９２０ｂとを備える。各ＭＯＣＶＤチャンバ９０３ａ、９０３ｂは、有機金属前駆物質（例えばＴＭＧ、ＴＭＡ）が金属水素化物元素と反応して複合窒化物半導体材料の薄い層を形成するＣＶＤプロセスを実行するように適合される。
クラスタツール９００は、トランスファポット９０６に収容されたロボット組立体９０７と、トランスファポット９０６に結合されたロードロックチャンバ９０８と、基板を貯蔵するためにトランスファポット９０６に結合されたバッチロードロックチャンバ９０９とをさらに備える。クラスタツール９００は、ロードロックチャンバ９０８に結合された、基板を載せるためのロードステーション９１０をさらに備える。ロボット組立体９０７は、基板を取り上げて、ロードロックチャンバ９０８、バッチロードロックチャンバ９０９、ＨＶＰＥチャンバ９０２、およびＭＯＣＶＤチャンバ９０３ａ、９０３ｂの間を移転するように動作可能である。一実施形態では、ロードステーション９１０は、カセットから基板キャリアまたはロードロックチャンバ９０８まで基板を直接載せ、基板を基板キャリアまたはロードロックチャンバ９０８からカセットへ降ろすように構成された自動積荷ステーションである。
トランスファポット９０６は、プロセスの間は真空および／または大気圧未満の圧力のままでよい。トランスファポット９０６の真空レベルは、対応する処理チャンバの真空レベルと一致するように調節されてよい。一実施形態では、トランスファポット９０６は、基板移転のために、９０％を上回るＮ２を有する環境を維持する。別の実施形態では、トランスファポット９０６は、基板移転のために、高純度ＮＨ３の環境を維持する。一実施形態では、基板は、９０％を上回るＮＨ３を有する環境の中を運ばれる。別の実施形態では、トランスファポット９０６は、基板移転のために、高純度Ｈ２の環境を維持する。一実施形態では、基板は、９０％を上回るＨ２を有する環境の中を運ばれる。
クラスタツール９００は、活動および動作パラメータを制御するシステムコントローラ９６０をさらに備える。システムコントローラ９６０は、コンピュータプロセッサおよびプロセッサに結合されたコンピュータ可読メモリを含む。プロセッサは、メモリに記憶されたコンピュータプログラムなどのシステム制御ソフトウェアを実行する。
一実施形態では、処理チャンバ９０２、９０３ａ、９０３ｂ、または９０４のうちの１つは、ＬＥＤ／ＬＤ構造体を形成する以前に前述の方法によって基板を洗浄し、かつ前処理するように構成される。一実施形態では、基板は、ＨＶＰＥチャンバ９０２の中で洗浄され、前処理され、窒化され、かつ／またはバッファ層で覆われ、次いでＬＥＤ／ＬＤ構造体用のＩＩＩ族金属窒化物層を形成するために処理チャンバ９０３ａ、９０３ｂ、または９０４に移動されてよい。別の実施形態では、基板が、ＨＶＰＥチャンバ９０２の中で洗浄され、前処理され、窒化され、かつ／またはバッファ層で覆われ、次いで後続のＬＥＤ／ＬＤ構造体用の層を形成するために処理チャンバ９０３ａ、９０３ｂ、または９０４へ移動された後、処理チャンバ９０２の中に１つまたは複数のＬＥＤ／ＬＤ構造体層を形成してよい。
ＬＥＤまたはＬＤの構造体を製作するプロセスの間に、まず複数のサファイア基板が処理チャンバの中に入れられる。次いで、サファイア基板は、約１℃／秒から約５℃／秒の間の定率温度上昇の割合で加熱される。定率温度上昇の期間中、アンモニアが、約３０００ｓｃｃｍから約９０００ｓｃｃｍの間の流速で処理チャンバへ流される。
次いで、アンモニアおよび窒素搬送ガスを８５０℃から約１１００℃の間の温度で約５分から１５分間流すことにより、サファイア基板に対して熱的洗浄が実行される。アンモニアの流速は、約１ＳＬＭと約１０ＳＬＭの間でよい。
次いで、約６２５℃から約１１５０℃の間の温度範囲内で、塩素ガスを２００ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍの間の流速で流し、アンモニアを５００ｓｃｃｍと約１２，０００ｓｃｃｍの間の流速で流すことにより、サファイア基板に対して前処理プロセスが実行される。
次いで、約７００℃から約１１００℃の間の温度でガリウム含有前駆物質およびアンモニアを流すことにより、ＨＶＰＥプロセスによってサファイア基板の上にＧａＮ皮膜が形成される。５５０℃から約１１００℃の間の温度に維持された固体ガリウムの上に、塩素ガスを約２０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍの間の流速で流すことにより、ガリウム含有前駆物質が生成される。アンモニアが、処理チャンバへ、約３ＳＬＭから約２５ＳＬＭの間の範囲の流速で流される。ＧａＮは、約０．３マイクロメートル／時間から約１５０マイクロメートル／時間の間の成長速度を有する。
任意選択で、以前のプロセスステップの１つまたは複数に先行して、約５分から１５分間アンモニアおよび窒素搬送ガスを流し、サファイア基板を８５０℃から約１１００℃の間の温度に加熱するかまたは維持することにより、窒化物形成プロセスを実行してよい。アンモニアおよび窒素の流速は、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間でよい。
上記の洗浄、前処理、窒化物形成および堆積の間、処理チャンバの圧力は、約７０トルから約７６０トルの間でよい。
本発明の実施形態と関連して上記で説明されたＩＩＩ族金属前駆物質、金属ハロゲン化物ガス、ハロゲンガス、アンモニアガス、塩素ガス、ＨＣｌガスなどの活性ガスは、処理中に不活性ガスで薄めてよいことに留意されたい。適切な不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素またはそれらの組合せでよい。
前述のものは本発明の諸実施形態を対象としているが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態が本発明の基本的範囲から逸脱することなく考案され得て、それらの範囲は、続く特許請求の範囲によって決定される。

Claims (16)

  1. ＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成する方法であって、
    １つまたは複数のサファイア基板を前処理温度に加熱することと、
    前記１つまたは複数のサファイア基板の各々の一面を、前記面が前記前処理温度にあるときに、前処理ガス混合物に暴露して前処理された面を形成することであって、前記前処理ガス混合物が、アンモニア（ＮＨ３）と、ＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスと、ハロゲンガスを含むエッチャント含有ガスとを含み、前記１つまたは複数のサファイア基板の前記面を暴露することが、アルミニウムオキシナイトライドまたは窒化アルミニウムを含む前記前処理された面の一領域を形成することをさらに含むことと、
    前記前処理された面の上にＩＩＩ族金属窒化物層を形成することと
    を含む方法。
  2. 前記ＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスを、アルミニウムを含む金属源を、塩素（Ｃｌ２）を含む第１の処理ガスに暴露することにより形成する、請求項１に記載の方法。
  3. ＩＩＩ族金属窒化物皮膜を形成する方法であって、
    １つまたは複数のサファイア基板を前処理温度に加熱することと、
    前記１つまたは複数のサファイア基板の各々の一面を、前記面が前記前処理温度にあるときに、前処理ガス混合物に暴露して前処理された面を形成することであって、前記前処理ガス混合物が、アンモニア（ＮＨ３）と、ハロゲンガスを含むエッチャント含有ガスとを含み、前記１つまたは複数のサファイア基板の前記面を暴露することが、アルミニウムオキシナイトライドまたは窒化アルミニウムを含む前記前処理された面の一領域を形成することをさらに含むことと、
    前記１つまたは複数のサファイア基板の一面を第１の期間にわたって窒化ガス混合物に暴露することと、
    前記前処理された面の上にＩＩＩ族金属窒化物層を形成することと
    を含む方法。
  4. 前記ハロゲンガスが塩素（Ｃｌ２）である請求項１または３に記載の方法。
  5. 前記前処理ガス混合物が、アルミニウムを含む金属源を、塩素（Ｃｌ２）を含む第１の処理ガスに暴露することにより形成されたＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスをさらに含む、請求項３に記載の方法。
  6. 前記ＩＩＩ族金属窒化物層を形成することが、前記１つまたは複数のサファイア基板を窒素含有前駆物質ガスおよび塩化ガリウム含有ガスに暴露することをさらに含む、請求項１または３に記載の方法。
  7. 前記１つまたは複数のサファイア基板の前記面を前記窒化ガス混合物に暴露することが、前記前処理された面を前記窒化ガス混合物に暴露することを含む、請求項３に記載の方法。
  8. 前記１つまたは複数のサファイア基板の前記面を前記窒化ガス混合物に暴露することを、前記１つまたは複数のサファイア基板の温度を前記前処理温度に加熱する間に実行する、請求項１または３に記載の方法。
  9. 前記ＩＩＩ族金属窒化物層を形成することが、前記１つまたは複数のサファイア基板を、窒素含有前駆物質ガス、第１のＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスおよび第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスに暴露することをさらに含み、前記第１および第２のＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスが、それぞれアルミニウム、ガリウムまたはインジウムを含む、請求項３に記載の方法。
  10. 前記窒素含有前駆物質ガスがアンモニアを含み、
    前記ＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスが、金属源を、塩素（Ｃｌ２）を含む第１の処理ガスに暴露することにより形成され、前記金属源が、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムから成る群から選択された元素を含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記ＩＩＩ族金属窒化物層を形成することが、
    前記１つまたは複数のサファイア基板を、窒素含有前駆物質ガスおよび塩化アルミニウム含有ガスに暴露して、前記前処理面上に窒化アルミニウム含有層を形成することと、
    前記形成された窒化アルミニウム含有層を、窒素含有前駆物質ガスおよび塩化ガリウム含有ガスに暴露して、前記窒化アルミニウム含有層上に窒化ガリウム含有層を形成することと
    をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  12. 前記窒化ガス混合物がアンモニアおよび搬送ガスを含む請求項３に記載の方法。
  13. 前記搬送ガスが窒素を含む請求項１２に記載の方法。
  14. 前記１つまたは複数のサファイア基板の温度を前記前処理温度に加熱する間に、アンモニア（ＮＨ３）を含む洗浄ガスを送達することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
  15. 前記洗浄ガスが窒素をさらに含む請求項１４に記載の方法。
  16. 前記サファイア基板が単結晶サファイア基板である請求項３に記載の方法。
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