エピタキシャル基板を作製する方法、及びベーキングを行う方法
【課題】追加のヒータを用いること無く、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法を提供する。
【解決手段】窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法では、ヒータ１５を用いて加熱しながら、フローチャネル１７内のサセプタ１３上に配置された基板１９上に窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体積層２１を有機金属気相成長法で成長してエピタキシャル基板Ｅ１を作製する。フローチャネル１７内のサセプタ１３上にダミー基板２３を配置すると共にフローチャネル１７を遮熱用カバー２５で覆って、ヒータ１５を用いて加熱しながらプロセスガスＧ３を流してフローチャネル１７のベーキングを行う。
【解決手段】窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法では、ヒータ１５を用いて加熱しながら、フローチャネル１７内のサセプタ１３上に配置された基板１９上に窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体積層２１を有機金属気相成長法で成長してエピタキシャル基板Ｅ１を作製する。フローチャネル１７内のサセプタ１３上にダミー基板２３を配置すると共にフローチャネル１７を遮熱用カバー２５で覆って、ヒータ１５を用いて加熱しながらプロセスガスＧ３を流してフローチャネル１７のベーキングを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法、及び窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル成長を行う成長炉においてベーキングを行う方法を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、フローチャンネルに付着した汚れに起因する成長再現性の低下を抑制できる横型気相成長装置が記載されている。この装置は、サセプタ上に載置した基板の裏面に対して平行に原料ガスを流して気相成長を行う。フローチャンネルに追加のヒータが設けられている。気相成長終了後に基板をフローチャンネル内から取り出す。この後に、元々のヒータ及び追加のヒータを用いてフローチャンネルを加熱することにより、フローチャンネルの内壁に付着した汚れを再蒸発させて除去してから次の気相成長を開始する。
【特許文献１】特開２００１−１８５４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、フローチャネルの加熱のために追加のヒータを設けるので、成長炉の構造が複雑になると共に、成長炉の大型化を招く。成長炉が大型になるとき、製造設備の設置により広い面積が必要である。また、成長炉に追加のヒータ及び付属設備が設けられると、追加のヒータのための熱容量が増加する。これ故に、成長温度から室温への降温のためにより長い時間を要する。さらに、追加のヒータへの電力が余分に必要である。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑み為されたものであり、追加のヒータを用いること無く、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る一側面は、窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法である。この方法は、（ａ）フローチャネル内のサセプタ上に配置された基板上に前記窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体積層を有機金属気相成長法でヒータを用いて加熱しながら成長して、エピタキシャル基板を作製する成長工程と、（ｂ）前記フローチャネル内の前記サセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネルを覆う遮熱用カバーを用いて、前記ヒータを用いて加熱しながらプロセスガスを流して前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程とを備え、前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか一方を行った後に、前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか他方を行う。
【０００６】
本発明の別の側面は、窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル成長を行う成長炉においてベーキングを行う方法である。この方法は、（ａ）成長炉のフローチャネルに設けられヒータを含むサセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネル及び前記ダミー基板を遮熱用カバーで覆う工程と、（ｂ）プロセスガスを流しながら前記ヒータを用いて前記遮熱用カバー及び前記フローチャネルを加熱して、前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程とを備える。
【０００７】
この方法によれば、ベーキングの際に、ヒータを用いてサセプタ及びフローチャネルを加熱している。フローチャネルを遮熱用カバーで覆っているので、フローチャネルから放散される熱が少なくなる。これ故に、ベーキングの際に追加のヒータを用いること無く、フローチャネルを高温に保つことができる。このベーキングを成長工程に伴って用いるので、フローチャンネルの汚れがエピタキシャル基板を作製する方法に影響することを低減することができる。
【０００８】
本発明に係る方法では、前記ベーキング工程において前記ヒータに設定されたベーキング温度は、前記成長工程において前記ヒータに設定された成長温度の最大温度より高いことが好ましい。この方法によれば、ヒータの設定温度を上げることに加えて、ベーキングの際に遮熱用カバーでフローチャネルを覆うので、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法が提供される。
【０００９】
本発明に係る方法では、前記ベーキング工程では、プロセスガスを流しており、前記プロセスガスは水素及び窒素を含むことが好ましい。これらのプロセスガスは、フローチャネル壁の内面上の窒化物系堆積物を除去するために好適である。
【００１０】
本発明に係る方法では、（ｃ）前記ベーキング工程に先立って、前記サセプタを覆うように前記遮熱用カバーを位置合わせして配置する配置工程と、（ｄ）前記成長工程に先立って、前記遮熱用カバーを取り外して成長炉の外に保管する取外工程と、（ｅ）前記成長工程、前記配置工程、前記取外工程及び前記ベーキング工程を繰り返す工程を更に備えることができる。
【００１１】
この方法によれば、ベーキング工程に先立って遮熱用カバーの配置を行うと共に成長工程に先立って遮熱用カバーの取り外しを行うので、成長工程において遮熱用カバーは用いられていない。このため、成長工程における成長炉の熱容量が、ベーキング工程における成長炉の熱容量に比べて小さくなる。故に、遮熱用カバーの使用が、成長後の降温速度に影響しない。また、成長工程において遮熱用カバーを用いないので、遮熱用カバー上に僅かな堆積物でも付着する可能性がない。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記遮熱用カバーは、カーボン、高融点金属、セラミックスの少なくともいずれかから形成されることが好ましい。これらの材料は、ベーキングの高温処理に耐える耐熱性を有する。本発明に係る、エピタキシャル基板を作製する方法では、前記遮熱用カバーはカーボンを母材とする材料からなることが好ましい。カーボンの加工は容易であり、遮熱用カバーの形成に好適である。また、前記遮熱用カバーは、タングステン、ニッケルおよびモリブデンの少なくともいずれかを母材とする材料からなることができる。さらに、前記遮熱用カバーは、窒化ホウ素を母材とする材料からなることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る方法では、前記遮熱用カバーは、前記フローチャネル及び前記サセプタに面する第１の面と、前記第１の面とに反対側の第２の面とを有しており、前記第１の面の色は黒であることが好ましい。この方法によれば、遮熱用カバーが黒色であれば、輻射により温度が上がりやすく高い遮熱効果が提供される。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記半導体積層は活性層を含むことができる。この方法は、発光素子の作製に好適である。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記基板はサファイア基板であることができる。この方法によれば、サファイア基板上に窒化ガリウム系半導体を形成するときに生成される堆積物をベーキング中に低減される。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記基板はIII族窒化物基板であることができる。この方法によれば、ベーキング無しに成長ランの繰り返しにより生じるエピタキシャル膜の特性変動を低減できる。
【００１７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、追加のヒータを用いること無く、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のエピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法の工程フローチャートを示す図面である。図２は、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法において使用されるフローチャネル及び遮熱用カバーを示す図面である。
【００２１】
図１に示されるように、工程フローチャート１００における工程Ｓ１０１では、成長炉にフローチャネルをセットする。このフローチャネルは、新品のものであることができ、また既に一又は複数回の成長に使用された後にエッチングにより再使用のための処理されたものでもよい。
【００２２】
引き続き、このフローチャネルを成長に使用するための準備を行う。この準備として、フローチャネル壁に窒化ガリウム系半導体のコーティングを形成する。まず、工程Ｓ１０２のおいて、図２（ａ）に示されるように、ダミー基板１１を成長炉Ｒのサセプタ１３上に配置する。工程Ｓ１０３において、コーティングを行う。コーティングに先立ち、サセプタ１３内のヒータ１５を用いてダミー基板１１及びフローチャネル１７のベーキングを行い、次いで、サセプタ１３内のヒータ１５を用いた加熱を開始すると共にコーティング用原料ガスＧ１を流してコーティングを形成する。再びヒータ１５を用いてベーキングを行って、コーティング工程を終了する。このコーティング工程において、フローチャネル壁の内側に窒化ガリウム系半導体が堆積される。工程Ｓ１０４において、降温した後に、ダミー基板１１を成長炉Ｒから取り出す。コーティングのための窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮであり、この形成のために、有機金属ガリウム及びアンモニアを含む原料ガスを成長炉に供給する。
【００２３】
工程Ｓ１０５において、サセプタ１３上に成長用の基板１９を配置する。基板１９は、例えばサファイア基板、ＧａＮ基板、シリコン基板等である。工程Ｓ１０６において、図２（ｂ）に示されるように、フローチャネル１７内のサセプタ１３上に基板１９を配置した後に、ヒータ１５を用いて加熱すると共に原料ガスＧ２を流しながら半導体積層２１を基板１９上に成長して、エピタキシャル基板Ｅ１を有機金属気相成長法で形成する。半導体積層２１は、窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む。半導体積層は活性層を含むとき、この方法は発光素子の作製に好適である。これらの窒化ガリウム系半導体膜を形成するために、有機ガリウム原料、有機インジウム原料、有機アルミニウム原料及びアンモニア等を含む原料ガスＧ２を成長炉Ｒに供給する。工程Ｓ１０７において、エピタキシャル基板を成長炉から取り出す。
【００２４】
工程Ｓ１０８に示されるベーキング工程では、図２（ｃ）に示されるように、フローチャネル１７を遮熱用カバー２５で覆って、ヒータ１５を用いて加熱しながらプロセスガスＧ３を流してフローチャネル１７のベーキングを行う。
【００２５】
この方法によれば、ベーキングの際に、ヒータ１５を用いてサセプタ１３及びフローチャネル１７を加熱している。フローチャネル１７を遮熱用カバー２５で覆っているので、フローチャネル１７から放散される熱が少なくなる。これ故に、ベーキングの際に追加のヒータ１５を用いること無く、フローチャネル１７を高温に保つことができる。このベーキングを成長工程に伴って用いるので、フローチャンネル１７の汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法が提供される。
【００２６】
具体的には、まず、ベーキングに先立って工程Ｓ１０９において、フローチャネル１７内のサセプタ１３上にダミー基板２３を配置する。工程Ｓ１１０において、フローチャネル１７及びサセプタ１３に対して遮熱用カバー２５を位置合わせして、サセプタ１３を覆うように遮熱用カバー２５を配置する。工程Ｓ１１１において、遮熱用カバー２５で覆われたフローチャネル１７をヒータ１５で加熱しながらプロセスガスＧ３を供給しながらフローチャネル１７のベーキングを行う。工程Ｓ１１２において、ベーキングの加熱時間が終了した後に、遮熱用カバー２５をフローチャネル１７から取り外して、成長炉Ｒの外に保管する。工程Ｓ１１３において、ダミー用基板２３をサセプタ１３から取り除く。
【００２７】
この方法によれば、ベーキング工程に先立って遮熱用カバー２５の配置を行うと共に成長工程に先立って遮熱用カバー２５の取り外しを行うので、成長工程において遮熱用カバー２５は用いられていない。このため、成長工程における成長炉の熱容量が、ベーキング工程における成長炉の熱容量に比べて小さくなる。故に、遮熱用カバー２５が、成長後の降温速度に影響しない。また、成長工程において遮熱用カバー２５を用いないので、遮熱用カバー２５上に僅かな堆積物でも付着する可能性がない。
【００２８】
ベーキング工程において用いられたプロセスガスは水素及び窒素を含むことが好ましい。これらのプロセスガスは、フローチャネル壁の内面上の窒化物系の堆積物を除去するために好適である。
【００２９】
ベーキング工程においてヒータ１５に設定されたベーキング温度は、成長工程においてヒータ１５に設定された成長温度の最大温度より高いことが好ましい。ヒータ１５の設定温度を上げることに加えて、ベーキングの際に遮熱用カバー２５でフローチャネル１７を覆うので、フローチャンネル１７の汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法が提供される。
【００３０】
遮熱用カバー２５は、カーボン、高融点金属、セラミックス、ステンレス等の少なくともいずれかから形成されることが好ましい。これらの材料は、ベーキングの高温処理に耐える耐熱性を有しており、また赤外線を透過させることなく不透明である。
【００３１】
ベーキング工程が完了すると、図２（ｄ）に示されるように、次の成長のための準備が成長炉Ｒに完了した。したがって、エピタキシャル基板を作製する方法及び半導体光素子を作製する方法では、工程Ｓ１１４では、エピタキシャル基板を形成するための工程Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８を繰り返すことができる。さらには、フローチャネルの交換を含むフローチャート１００を繰り返すことができる。
【００３２】
図３は、フローチャネルを覆う遮熱用カバーの構造の一例を示す図面である。図４（ａ）は、遮熱用カバー及びフローチャネルの配置の側面を示す図面であり、図４（ｂ）は、図３におけるI−I線に沿って取られた上記の配置の断面を示す図面である。フローチャネル１７は、プロセスガスの上流から下流に延びる管状の部材であり、例えば天井１７ａ、一対の側壁１７ｂ、１７ｃを有する。遮熱用カバー２５は、例えば天井２５ａ、一対の側壁２５ｂ、２５ｃを有する。天井２５ａは天井１７ａを覆い、一対の側壁１７ｂ、１７ｃは、それぞれ、一対の側壁２５ｂ、２５ｃに沿って延びている。フローチャネル１７は、側壁１７ｂ、１７ｃからそれぞれ突出するウイング部１７ｄ、１７ｅを有する。遮熱用カバー２５は位置合わせのための一対の開口２５ｄを有しており、開口２５ｄは、ウイング部１７ｄ、１７ｅをそれぞれ受け入れる。
【００３３】
遮熱用カバー２５は、例えばカーボン（融点：摂氏３５５０度）を母材とする材料からなることが好ましい。カーボンの加工は容易であり、遮熱用カバー２５の形状のフレキシビリティを向上できる。また、赤外線を透過させることなく不透明であるという利点がある。
【００３４】
或いは、遮熱用カバー２５は、タングステン（融点：摂氏３４２２度）、ニッケル（融点：摂氏１４５５度）およびモリブデン（融点：摂氏２６２３度）の少なくともいずれかを母材とする材料からなることができる。赤外線を透過させることなく不透明であるという利点がある。また、遮熱用カバー２５は、窒化ホウ素（融点：摂氏２９６７度）を母材とする材料からなることが好ましい。赤外線を透過させることなく不透明であるという利点がある。
【００３５】
遮熱用カバー２５は、フローチャネル１７及びサセプタ１３に面する内面２５ｅと、内面２５ｅに反対側の外面２５ｆとを有しており、内面の色は黒であることが好ましい。遮熱用カバー２５が黒色であれば、輻射により温度が上がりやすく高い遮熱効果が提供される。
【００３６】
サファイア基板上に窒化ガリウム系半導体光素子を作製するとき、結晶成長に先だって、水素を用いてサファイア基板の表面のサーマルクリーニングが行われる。これに先だって、上記のベーキングを行うことにより、パーティクルの発生数を低減できる。
【００３７】
III族窒化物基板上、例えばＧａＮ基板上に、窒化ガリウム系半導体光素子を作製するとき、結晶成長に先だって、アンモニアを用いてＧａＮ基板の表面のサーマルクリーニングが行われる。このときに、フローチャネル壁の内面に生成された堆積物の一部も除かれる。このため、ＧａＮ基板では、パーティクル生成に起因する、製造上の不具合は大きくない。しかしながら、上記のベーキングを行わないとき、成長ランの繰り返しにより生じる発光波長シフトは生じ、発光波長の再現性が良くない。結晶成長に先立って、或いは、この後に、上記のベーキングを行うことによって発光波長シフトを低減できる。
【００３８】
（実施例１）
有機金属気相成長法により青色発光ダイオード構造を作製した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。以下の２通りの場合について、ラン間の波長の変化を調査した。
【００３９】
ＬＥＤ構造を成長した。具体的には、成長炉内のサセプタ上に、サファイア（０００１）基板を配置すると共に、フローチャネルをセットした。成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら成長炉内にＨ２とＮ２を導入し、遮熱用カバーを用いないで、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間クリーニングを行った。
【００４０】
その後、基板温度を摂氏４７５度まで降下させた後に、ＴＭＧとＮＨ３を炉内に導入して、厚さ２０ｎｍのＧａＮバッファ層をサファイア基板上に成長する。ＴＭＧの供給を停止した後、基板温度を摂氏１０５０度まで昇温して、ＴＭＧ、ＮＨ３及びＳＩＨ４を供給して、厚さ５０００ｎｍのＳｉドープＧａＮ層を成長した。次に、基板温度を摂氏８００度まで下げて、１５ｎｍのＧａＮ障壁層及び厚さ３ｎｍのＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ井戸層を含む多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（６周期）の発光層を成長した。その後、基板温度を摂氏１０００度に上昇させ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、及びＣＰ２Ｍｇを導入して、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ−ＡｌＧａＮを成長した。この後に、ＴＭＡの供給を停止して、厚さ５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層を成長した。基板温度を室温まで降温した。
【００４１】
ＬＥＤ構造の成長前に、フローチャネルにＧａＮコーティングを施した。具体的には、リアクタ内のサセプタ上に、サファイア基板（ダミー基板）を配置すると共に、新品フローチャネルをセットした。成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら、成長炉にＴＭＧ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２を導入して、摂氏１０５０度の基板温度で約２μｍのＧａＮを成長した。その後、基板温度を室温まで降温した。
【００４２】
ＬＥＤ構造の成長前にベーキングとして、比較のための通常ベーキングと、改善のための改善ベーキングとを用いた。
【００４３】
通常ベーキングの条件は以下のものである。成長炉内のサセプタ上にサファイア基板（ダミー基板）を配置すると共に、フローチャネルをセットした。成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら成長炉にＨ２とＮ２を導入して、摂氏１１５０度の基板温度で３０分間クリーニングを行った後に、基板温度を室温まで降温した。
【００４４】
改善ベーキングの条件は以下のものである。成長炉内のサセプタ上にサファイア基板（ダミー基板）を配置すると共に、フローチャネルをセットした。フローチャネルの上からカーボン製カバーを設置して、カーボン製カバーでフローチャネルを覆った。この後に、成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら成長炉にＨ２とＮ２を導入して、摂氏１１５０度の基板温度で３０分間クリーニングを行う。その後、基板温度を室温まで降温した。
【００４５】
成長後のＬＥＤエピタキシャル基板の発光波長の室温フォトルミネッセンス法により調査した。フォトルミネッセンススペクトルは、３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーを用いて行われた。
【００４６】
図５は、通常ベーキング及び改善ベーキングをそれぞれ用いた、１５回のＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す図面である。特性線Ｃ１は、通常ベーキングを用いて作製されたＬＥＤエピタキシャル基板の発光波長の変化を示し、特性線Ｃ２は、改善ベーキングを用いて作製されたＬＥＤエピタキシャル基板の発光波長の変化を示す。特性線Ｃ１を参照すると、成長ランを重ねるごとに、ＬＥＤ波長は長波長化傾向にあることが理解される。これは、以下のことを示している：（１）フローチャネル内部に形成された堆積物（汚れ）により実効的な成長温度が低下して、ＭＱＷ層に含まれるＩｎ組成が増加すること、（２）成長速度が増加して、ＭＱＷ層の井戸幅が厚くなったこと。発光波長の変化の幅は、Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝１９ｎｍであり、所望の波長の４６０〜４６５ｎｍで発光するエピタキシャル基板の歩留まりは、４０％であった。
【００４７】
一方、特性線Ｃ２を参照すると、カーボン製遮熱カバーを用いて行う改善ベーキングにより、発光波長の変化の幅は、Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝７ｎｍに小さくなり、所望の波長の４６０〜４６５ｎｍで発光するエピタキシャル基板の歩留まりは、８７％であった。
【００４８】
図６には、特性線Ｃ１、Ｃ２に加えて、３回毎にベーキングを行って、１５回のＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す特性線Ｃ３が描かれている。特性線Ｃ３を参照すると、３回毎のベーキングに対応して発光波長の変化量が改善されているけれども、成長毎の改善ベーキングが、発光波長のシフトを低減するために最も好適である。
【００４９】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法の主要な工程フローチャートを示す図面である。
【図２】図２は、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法において使用されるフローチャネル及び遮熱用カバーを示す図面である。
【図３】図３は、フローチャネルを覆う遮熱用カバーの構造の一例を示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、遮熱用カバー及びフローチャネルの配置の側面を示す図面であり、図４（ｂ）は、図３におけるI−I線に沿って取られた上記の配置の断面を示す図面である。
【図５】図５は、通常ベーキング及び改善ベーキングをそれぞれ用いた、ＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す図面である。
【図６】図６は、３回毎に通常ベーキングを行って、１５回のＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す図面である。
【符号の説明】
【００５１】
１１…ダミー基板、１３…サセプタ、１５…ヒータ、１７…フローチャネル、１７ａ…フローチャネルの天井、１７ｂ、１７ｃ…フローチャネルの側壁、１７ｄ、１７ｅ…フローチャネルのウイング部、１９…基板、２１…半導体積層、２３…ダミー基板、２５…遮熱用カバー、２５ａ…遮熱用カバーの天井、２５ｂ、２５ｃ…遮熱用カバーの側壁、Ｅ１…エピタキシャル基板、Ｒ…成長炉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法、及び窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル成長を行う成長炉においてベーキングを行う方法を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、フローチャンネルに付着した汚れに起因する成長再現性の低下を抑制できる横型気相成長装置が記載されている。この装置は、サセプタ上に載置した基板の裏面に対して平行に原料ガスを流して気相成長を行う。フローチャンネルに追加のヒータが設けられている。気相成長終了後に基板をフローチャンネル内から取り出す。この後に、元々のヒータ及び追加のヒータを用いてフローチャンネルを加熱することにより、フローチャンネルの内壁に付着した汚れを再蒸発させて除去してから次の気相成長を開始する。
【特許文献１】特開２００１−１８５４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、フローチャネルの加熱のために追加のヒータを設けるので、成長炉の構造が複雑になると共に、成長炉の大型化を招く。成長炉が大型になるとき、製造設備の設置により広い面積が必要である。また、成長炉に追加のヒータ及び付属設備が設けられると、追加のヒータのための熱容量が増加する。これ故に、成長温度から室温への降温のためにより長い時間を要する。さらに、追加のヒータへの電力が余分に必要である。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑み為されたものであり、追加のヒータを用いること無く、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る一側面は、窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法である。この方法は、（ａ）フローチャネル内のサセプタ上に配置された基板上に前記窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体積層を有機金属気相成長法でヒータを用いて加熱しながら成長して、エピタキシャル基板を作製する成長工程と、（ｂ）前記フローチャネル内の前記サセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネルを覆う遮熱用カバーを用いて、前記ヒータを用いて加熱しながらプロセスガスを流して前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程とを備え、前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか一方を行った後に、前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか他方を行う。
【０００６】
本発明の別の側面は、窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル成長を行う成長炉においてベーキングを行う方法である。この方法は、（ａ）成長炉のフローチャネルに設けられヒータを含むサセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネル及び前記ダミー基板を遮熱用カバーで覆う工程と、（ｂ）プロセスガスを流しながら前記ヒータを用いて前記遮熱用カバー及び前記フローチャネルを加熱して、前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程とを備える。
【０００７】
この方法によれば、ベーキングの際に、ヒータを用いてサセプタ及びフローチャネルを加熱している。フローチャネルを遮熱用カバーで覆っているので、フローチャネルから放散される熱が少なくなる。これ故に、ベーキングの際に追加のヒータを用いること無く、フローチャネルを高温に保つことができる。このベーキングを成長工程に伴って用いるので、フローチャンネルの汚れがエピタキシャル基板を作製する方法に影響することを低減することができる。
【０００８】
本発明に係る方法では、前記ベーキング工程において前記ヒータに設定されたベーキング温度は、前記成長工程において前記ヒータに設定された成長温度の最大温度より高いことが好ましい。この方法によれば、ヒータの設定温度を上げることに加えて、ベーキングの際に遮熱用カバーでフローチャネルを覆うので、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法が提供される。
【０００９】
本発明に係る方法では、前記ベーキング工程では、プロセスガスを流しており、前記プロセスガスは水素及び窒素を含むことが好ましい。これらのプロセスガスは、フローチャネル壁の内面上の窒化物系堆積物を除去するために好適である。
【００１０】
本発明に係る方法では、（ｃ）前記ベーキング工程に先立って、前記サセプタを覆うように前記遮熱用カバーを位置合わせして配置する配置工程と、（ｄ）前記成長工程に先立って、前記遮熱用カバーを取り外して成長炉の外に保管する取外工程と、（ｅ）前記成長工程、前記配置工程、前記取外工程及び前記ベーキング工程を繰り返す工程を更に備えることができる。
【００１１】
この方法によれば、ベーキング工程に先立って遮熱用カバーの配置を行うと共に成長工程に先立って遮熱用カバーの取り外しを行うので、成長工程において遮熱用カバーは用いられていない。このため、成長工程における成長炉の熱容量が、ベーキング工程における成長炉の熱容量に比べて小さくなる。故に、遮熱用カバーの使用が、成長後の降温速度に影響しない。また、成長工程において遮熱用カバーを用いないので、遮熱用カバー上に僅かな堆積物でも付着する可能性がない。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記遮熱用カバーは、カーボン、高融点金属、セラミックスの少なくともいずれかから形成されることが好ましい。これらの材料は、ベーキングの高温処理に耐える耐熱性を有する。本発明に係る、エピタキシャル基板を作製する方法では、前記遮熱用カバーはカーボンを母材とする材料からなることが好ましい。カーボンの加工は容易であり、遮熱用カバーの形成に好適である。また、前記遮熱用カバーは、タングステン、ニッケルおよびモリブデンの少なくともいずれかを母材とする材料からなることができる。さらに、前記遮熱用カバーは、窒化ホウ素を母材とする材料からなることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る方法では、前記遮熱用カバーは、前記フローチャネル及び前記サセプタに面する第１の面と、前記第１の面とに反対側の第２の面とを有しており、前記第１の面の色は黒であることが好ましい。この方法によれば、遮熱用カバーが黒色であれば、輻射により温度が上がりやすく高い遮熱効果が提供される。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記半導体積層は活性層を含むことができる。この方法は、発光素子の作製に好適である。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記基板はサファイア基板であることができる。この方法によれば、サファイア基板上に窒化ガリウム系半導体を形成するときに生成される堆積物をベーキング中に低減される。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記基板はIII族窒化物基板であることができる。この方法によれば、ベーキング無しに成長ランの繰り返しにより生じるエピタキシャル膜の特性変動を低減できる。
【００１７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、追加のヒータを用いること無く、フローチャンネルの汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のエピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法の工程フローチャートを示す図面である。図２は、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法において使用されるフローチャネル及び遮熱用カバーを示す図面である。
【００２１】
図１に示されるように、工程フローチャート１００における工程Ｓ１０１では、成長炉にフローチャネルをセットする。このフローチャネルは、新品のものであることができ、また既に一又は複数回の成長に使用された後にエッチングにより再使用のための処理されたものでもよい。
【００２２】
引き続き、このフローチャネルを成長に使用するための準備を行う。この準備として、フローチャネル壁に窒化ガリウム系半導体のコーティングを形成する。まず、工程Ｓ１０２のおいて、図２（ａ）に示されるように、ダミー基板１１を成長炉Ｒのサセプタ１３上に配置する。工程Ｓ１０３において、コーティングを行う。コーティングに先立ち、サセプタ１３内のヒータ１５を用いてダミー基板１１及びフローチャネル１７のベーキングを行い、次いで、サセプタ１３内のヒータ１５を用いた加熱を開始すると共にコーティング用原料ガスＧ１を流してコーティングを形成する。再びヒータ１５を用いてベーキングを行って、コーティング工程を終了する。このコーティング工程において、フローチャネル壁の内側に窒化ガリウム系半導体が堆積される。工程Ｓ１０４において、降温した後に、ダミー基板１１を成長炉Ｒから取り出す。コーティングのための窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮであり、この形成のために、有機金属ガリウム及びアンモニアを含む原料ガスを成長炉に供給する。
【００２３】
工程Ｓ１０５において、サセプタ１３上に成長用の基板１９を配置する。基板１９は、例えばサファイア基板、ＧａＮ基板、シリコン基板等である。工程Ｓ１０６において、図２（ｂ）に示されるように、フローチャネル１７内のサセプタ１３上に基板１９を配置した後に、ヒータ１５を用いて加熱すると共に原料ガスＧ２を流しながら半導体積層２１を基板１９上に成長して、エピタキシャル基板Ｅ１を有機金属気相成長法で形成する。半導体積層２１は、窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む。半導体積層は活性層を含むとき、この方法は発光素子の作製に好適である。これらの窒化ガリウム系半導体膜を形成するために、有機ガリウム原料、有機インジウム原料、有機アルミニウム原料及びアンモニア等を含む原料ガスＧ２を成長炉Ｒに供給する。工程Ｓ１０７において、エピタキシャル基板を成長炉から取り出す。
【００２４】
工程Ｓ１０８に示されるベーキング工程では、図２（ｃ）に示されるように、フローチャネル１７を遮熱用カバー２５で覆って、ヒータ１５を用いて加熱しながらプロセスガスＧ３を流してフローチャネル１７のベーキングを行う。
【００２５】
この方法によれば、ベーキングの際に、ヒータ１５を用いてサセプタ１３及びフローチャネル１７を加熱している。フローチャネル１７を遮熱用カバー２５で覆っているので、フローチャネル１７から放散される熱が少なくなる。これ故に、ベーキングの際に追加のヒータ１５を用いること無く、フローチャネル１７を高温に保つことができる。このベーキングを成長工程に伴って用いるので、フローチャンネル１７の汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法が提供される。
【００２６】
具体的には、まず、ベーキングに先立って工程Ｓ１０９において、フローチャネル１７内のサセプタ１３上にダミー基板２３を配置する。工程Ｓ１１０において、フローチャネル１７及びサセプタ１３に対して遮熱用カバー２５を位置合わせして、サセプタ１３を覆うように遮熱用カバー２５を配置する。工程Ｓ１１１において、遮熱用カバー２５で覆われたフローチャネル１７をヒータ１５で加熱しながらプロセスガスＧ３を供給しながらフローチャネル１７のベーキングを行う。工程Ｓ１１２において、ベーキングの加熱時間が終了した後に、遮熱用カバー２５をフローチャネル１７から取り外して、成長炉Ｒの外に保管する。工程Ｓ１１３において、ダミー用基板２３をサセプタ１３から取り除く。
【００２７】
この方法によれば、ベーキング工程に先立って遮熱用カバー２５の配置を行うと共に成長工程に先立って遮熱用カバー２５の取り外しを行うので、成長工程において遮熱用カバー２５は用いられていない。このため、成長工程における成長炉の熱容量が、ベーキング工程における成長炉の熱容量に比べて小さくなる。故に、遮熱用カバー２５が、成長後の降温速度に影響しない。また、成長工程において遮熱用カバー２５を用いないので、遮熱用カバー２５上に僅かな堆積物でも付着する可能性がない。
【００２８】
ベーキング工程において用いられたプロセスガスは水素及び窒素を含むことが好ましい。これらのプロセスガスは、フローチャネル壁の内面上の窒化物系の堆積物を除去するために好適である。
【００２９】
ベーキング工程においてヒータ１５に設定されたベーキング温度は、成長工程においてヒータ１５に設定された成長温度の最大温度より高いことが好ましい。ヒータ１５の設定温度を上げることに加えて、ベーキングの際に遮熱用カバー２５でフローチャネル１７を覆うので、フローチャンネル１７の汚れに影響を低減可能な、エピタキシャル基板を作製する方法が提供される。
【００３０】
遮熱用カバー２５は、カーボン、高融点金属、セラミックス、ステンレス等の少なくともいずれかから形成されることが好ましい。これらの材料は、ベーキングの高温処理に耐える耐熱性を有しており、また赤外線を透過させることなく不透明である。
【００３１】
ベーキング工程が完了すると、図２（ｄ）に示されるように、次の成長のための準備が成長炉Ｒに完了した。したがって、エピタキシャル基板を作製する方法及び半導体光素子を作製する方法では、工程Ｓ１１４では、エピタキシャル基板を形成するための工程Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８を繰り返すことができる。さらには、フローチャネルの交換を含むフローチャート１００を繰り返すことができる。
【００３２】
図３は、フローチャネルを覆う遮熱用カバーの構造の一例を示す図面である。図４（ａ）は、遮熱用カバー及びフローチャネルの配置の側面を示す図面であり、図４（ｂ）は、図３におけるI−I線に沿って取られた上記の配置の断面を示す図面である。フローチャネル１７は、プロセスガスの上流から下流に延びる管状の部材であり、例えば天井１７ａ、一対の側壁１７ｂ、１７ｃを有する。遮熱用カバー２５は、例えば天井２５ａ、一対の側壁２５ｂ、２５ｃを有する。天井２５ａは天井１７ａを覆い、一対の側壁１７ｂ、１７ｃは、それぞれ、一対の側壁２５ｂ、２５ｃに沿って延びている。フローチャネル１７は、側壁１７ｂ、１７ｃからそれぞれ突出するウイング部１７ｄ、１７ｅを有する。遮熱用カバー２５は位置合わせのための一対の開口２５ｄを有しており、開口２５ｄは、ウイング部１７ｄ、１７ｅをそれぞれ受け入れる。
【００３３】
遮熱用カバー２５は、例えばカーボン（融点：摂氏３５５０度）を母材とする材料からなることが好ましい。カーボンの加工は容易であり、遮熱用カバー２５の形状のフレキシビリティを向上できる。また、赤外線を透過させることなく不透明であるという利点がある。
【００３４】
或いは、遮熱用カバー２５は、タングステン（融点：摂氏３４２２度）、ニッケル（融点：摂氏１４５５度）およびモリブデン（融点：摂氏２６２３度）の少なくともいずれかを母材とする材料からなることができる。赤外線を透過させることなく不透明であるという利点がある。また、遮熱用カバー２５は、窒化ホウ素（融点：摂氏２９６７度）を母材とする材料からなることが好ましい。赤外線を透過させることなく不透明であるという利点がある。
【００３５】
遮熱用カバー２５は、フローチャネル１７及びサセプタ１３に面する内面２５ｅと、内面２５ｅに反対側の外面２５ｆとを有しており、内面の色は黒であることが好ましい。遮熱用カバー２５が黒色であれば、輻射により温度が上がりやすく高い遮熱効果が提供される。
【００３６】
サファイア基板上に窒化ガリウム系半導体光素子を作製するとき、結晶成長に先だって、水素を用いてサファイア基板の表面のサーマルクリーニングが行われる。これに先だって、上記のベーキングを行うことにより、パーティクルの発生数を低減できる。
【００３７】
III族窒化物基板上、例えばＧａＮ基板上に、窒化ガリウム系半導体光素子を作製するとき、結晶成長に先だって、アンモニアを用いてＧａＮ基板の表面のサーマルクリーニングが行われる。このときに、フローチャネル壁の内面に生成された堆積物の一部も除かれる。このため、ＧａＮ基板では、パーティクル生成に起因する、製造上の不具合は大きくない。しかしながら、上記のベーキングを行わないとき、成長ランの繰り返しにより生じる発光波長シフトは生じ、発光波長の再現性が良くない。結晶成長に先立って、或いは、この後に、上記のベーキングを行うことによって発光波長シフトを低減できる。
【００３８】
（実施例１）
有機金属気相成長法により青色発光ダイオード構造を作製した。原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いた。以下の２通りの場合について、ラン間の波長の変化を調査した。
【００３９】
ＬＥＤ構造を成長した。具体的には、成長炉内のサセプタ上に、サファイア（０００１）基板を配置すると共に、フローチャネルをセットした。成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら成長炉内にＨ２とＮ２を導入し、遮熱用カバーを用いないで、摂氏１０５０度の基板温度で１０分間クリーニングを行った。
【００４０】
その後、基板温度を摂氏４７５度まで降下させた後に、ＴＭＧとＮＨ３を炉内に導入して、厚さ２０ｎｍのＧａＮバッファ層をサファイア基板上に成長する。ＴＭＧの供給を停止した後、基板温度を摂氏１０５０度まで昇温して、ＴＭＧ、ＮＨ３及びＳＩＨ４を供給して、厚さ５０００ｎｍのＳｉドープＧａＮ層を成長した。次に、基板温度を摂氏８００度まで下げて、１５ｎｍのＧａＮ障壁層及び厚さ３ｎｍのＩｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ井戸層を含む多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（６周期）の発光層を成長した。その後、基板温度を摂氏１０００度に上昇させ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ３、及びＣＰ２Ｍｇを導入して、厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ−ＡｌＧａＮを成長した。この後に、ＴＭＡの供給を停止して、厚さ５０ｎｍのｐ−ＧａＮ層を成長した。基板温度を室温まで降温した。
【００４１】
ＬＥＤ構造の成長前に、フローチャネルにＧａＮコーティングを施した。具体的には、リアクタ内のサセプタ上に、サファイア基板（ダミー基板）を配置すると共に、新品フローチャネルをセットした。成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら、成長炉にＴＭＧ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２を導入して、摂氏１０５０度の基板温度で約２μｍのＧａＮを成長した。その後、基板温度を室温まで降温した。
【００４２】
ＬＥＤ構造の成長前にベーキングとして、比較のための通常ベーキングと、改善のための改善ベーキングとを用いた。
【００４３】
通常ベーキングの条件は以下のものである。成長炉内のサセプタ上にサファイア基板（ダミー基板）を配置すると共に、フローチャネルをセットした。成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら成長炉にＨ２とＮ２を導入して、摂氏１１５０度の基板温度で３０分間クリーニングを行った後に、基板温度を室温まで降温した。
【００４４】
改善ベーキングの条件は以下のものである。成長炉内のサセプタ上にサファイア基板（ダミー基板）を配置すると共に、フローチャネルをセットした。フローチャネルの上からカーボン製カバーを設置して、カーボン製カバーでフローチャネルを覆った。この後に、成長炉内の圧力を１０１ｋＰａにコントロールしながら成長炉にＨ２とＮ２を導入して、摂氏１１５０度の基板温度で３０分間クリーニングを行う。その後、基板温度を室温まで降温した。
【００４５】
成長後のＬＥＤエピタキシャル基板の発光波長の室温フォトルミネッセンス法により調査した。フォトルミネッセンススペクトルは、３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーを用いて行われた。
【００４６】
図５は、通常ベーキング及び改善ベーキングをそれぞれ用いた、１５回のＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す図面である。特性線Ｃ１は、通常ベーキングを用いて作製されたＬＥＤエピタキシャル基板の発光波長の変化を示し、特性線Ｃ２は、改善ベーキングを用いて作製されたＬＥＤエピタキシャル基板の発光波長の変化を示す。特性線Ｃ１を参照すると、成長ランを重ねるごとに、ＬＥＤ波長は長波長化傾向にあることが理解される。これは、以下のことを示している：（１）フローチャネル内部に形成された堆積物（汚れ）により実効的な成長温度が低下して、ＭＱＷ層に含まれるＩｎ組成が増加すること、（２）成長速度が増加して、ＭＱＷ層の井戸幅が厚くなったこと。発光波長の変化の幅は、Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝１９ｎｍであり、所望の波長の４６０〜４６５ｎｍで発光するエピタキシャル基板の歩留まりは、４０％であった。
【００４７】
一方、特性線Ｃ２を参照すると、カーボン製遮熱カバーを用いて行う改善ベーキングにより、発光波長の変化の幅は、Ｍａｘ−Ｍｉｎ＝７ｎｍに小さくなり、所望の波長の４６０〜４６５ｎｍで発光するエピタキシャル基板の歩留まりは、８７％であった。
【００４８】
図６には、特性線Ｃ１、Ｃ２に加えて、３回毎にベーキングを行って、１５回のＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す特性線Ｃ３が描かれている。特性線Ｃ３を参照すると、３回毎のベーキングに対応して発光波長の変化量が改善されているけれども、成長毎の改善ベーキングが、発光波長のシフトを低減するために最も好適である。
【００４９】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本実施の形態に係るエピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法の主要な工程フローチャートを示す図面である。
【図２】図２は、エピタキシャル基板を作製する方法及びベーキングを行う方法において使用されるフローチャネル及び遮熱用カバーを示す図面である。
【図３】図３は、フローチャネルを覆う遮熱用カバーの構造の一例を示す図面である。
【図４】図４（ａ）は、遮熱用カバー及びフローチャネルの配置の側面を示す図面であり、図４（ｂ）は、図３におけるI−I線に沿って取られた上記の配置の断面を示す図面である。
【図５】図５は、通常ベーキング及び改善ベーキングをそれぞれ用いた、ＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す図面である。
【図６】図６は、３回毎に通常ベーキングを行って、１５回のＬＥＤエピタキシャル基板の繰り返しに伴う発光波長の変化を示す図面である。
【符号の説明】
【００５１】
１１…ダミー基板、１３…サセプタ、１５…ヒータ、１７…フローチャネル、１７ａ…フローチャネルの天井、１７ｂ、１７ｃ…フローチャネルの側壁、１７ｄ、１７ｅ…フローチャネルのウイング部、１９…基板、２１…半導体積層、２３…ダミー基板、２５…遮熱用カバー、２５ａ…遮熱用カバーの天井、２５ｂ、２５ｃ…遮熱用カバーの側壁、Ｅ１…エピタキシャル基板、Ｒ…成長炉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法であって、
フローチャネル内のサセプタ上に配置された基板上に前記窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体積層を有機金属気相成長法でヒータを用いて加熱しながら成長して、エピタキシャル基板を作製する成長工程と、
前記フローチャネル内の前記サセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネルを覆う遮熱用カバーを用いて、前記ヒータを用いて加熱しながらプロセスガスを流して前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程と
を備え、
前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか一方を行った後に、前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか他方を行う、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ベーキング工程において前記ヒータに設定されたベーキング温度は、前記成長工程において前記ヒータに設定された成長温度の最大温度より高い、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記ベーキング工程では、プロセスガスを流しており、前記プロセスガスは水素及び窒素を含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記ベーキング工程に先立って、前記サセプタを覆うように前記遮熱用カバーを位置合わせして配置する配置工程と、
前記成長工程に先立って、前記遮熱用カバーを取り外して成長炉の外に保管する取外工程と、
前記成長工程、前記配置工程、前記取外工程及び前記ベーキング工程を繰り返す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記遮熱用カバーは、カーボン、高融点金属、セラミックスの少なくともいずれかから形成される、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記遮熱用カバーはカーボンを母材とする材料からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記遮熱用カバーは、タングステン、ニッケルおよびモリブデンの少なくともいずれかを母材とする材料からなる、ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
【請求項８】
前記遮熱用カバーは、窒化ホウ素を母材とする材料からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
前記遮熱用カバーは、前記フローチャネル及び前記サセプタに面する第１の面と、前記第１の面とに反対側の第２の面とを有しており、
前記第１の面の色は黒である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
前記半導体積層は活性層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１１】
前記基板はサファイア基板である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
前記基板はIII族窒化物基板である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１３】
窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル成長を行う成長炉においてベーキングを行う方法であって、
成長炉のフローチャネルに設けられヒータを含むサセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネル及び前記ダミー基板を遮熱用カバーで覆う工程と、
プロセスガスを流しながら前記ヒータを用いて前記遮熱用カバー及び前記フローチャネルを加熱して、前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル基板を作製する方法であって、
フローチャネル内のサセプタ上に配置された基板上に前記窒化ガリウム系半導体光素子のための複数の窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体積層を有機金属気相成長法でヒータを用いて加熱しながら成長して、エピタキシャル基板を作製する成長工程と、
前記フローチャネル内の前記サセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネルを覆う遮熱用カバーを用いて、前記ヒータを用いて加熱しながらプロセスガスを流して前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程と
を備え、
前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか一方を行った後に、前記成長工程及び前記ベーキング工程のいずれか他方を行う、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ベーキング工程において前記ヒータに設定されたベーキング温度は、前記成長工程において前記ヒータに設定された成長温度の最大温度より高い、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記ベーキング工程では、プロセスガスを流しており、前記プロセスガスは水素及び窒素を含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記ベーキング工程に先立って、前記サセプタを覆うように前記遮熱用カバーを位置合わせして配置する配置工程と、
前記成長工程に先立って、前記遮熱用カバーを取り外して成長炉の外に保管する取外工程と、
前記成長工程、前記配置工程、前記取外工程及び前記ベーキング工程を繰り返す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記遮熱用カバーは、カーボン、高融点金属、セラミックスの少なくともいずれかから形成される、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記遮熱用カバーはカーボンを母材とする材料からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記遮熱用カバーは、タングステン、ニッケルおよびモリブデンの少なくともいずれかを母材とする材料からなる、ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
【請求項８】
前記遮熱用カバーは、窒化ホウ素を母材とする材料からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
前記遮熱用カバーは、前記フローチャネル及び前記サセプタに面する第１の面と、前記第１の面とに反対側の第２の面とを有しており、
前記第１の面の色は黒である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
前記半導体積層は活性層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１１】
前記基板はサファイア基板である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
前記基板はIII族窒化物基板である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１３】
窒化ガリウム系半導体光素子のためのエピタキシャル成長を行う成長炉においてベーキングを行う方法であって、
成長炉のフローチャネルに設けられヒータを含むサセプタ上にダミー基板を配置すると共に前記フローチャネル及び前記ダミー基板を遮熱用カバーで覆う工程と、
プロセスガスを流しながら前記ヒータを用いて前記遮熱用カバー及び前記フローチャネルを加熱して、前記フローチャネルのベーキングを行うベーキング工程と
を備える、ことを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１１７６１８（Ｐ２００９−１１７６１８Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８９０１３（Ｐ２００７−２８９０１３）
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月６日（２００７．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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