(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ又は複数のガスを誘導するように構成された複数の実質的に位置合わせされたガスコラムを備えるマニホールドを準備するステップと、
複数の実質的に位置合わせされたガスコラムのうちの第１のガスコラムを通してＩＩＩ族元素前駆体を流すステップと、
前記複数の実質的に位置合わせされたガスコラムのうちの第２のガスコラムを通してＶ族元素前駆体を流すステップと、
前記複数の実質的に位置合わせされたガスコラムの各々の下を順々に基板が移送されるように、前記複数の実質的に位置合わせされたガスコラムに対する前記基板の直線的な移動を確立するステップと、
前記基板の表面を前記ＩＩＩ族元素前駆体及び前記Ｖ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップと、
を含み、
前記ＩＩＩ族元素前駆体を流す前記ステップの前に、少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含むガスを分解して前記ＩＩＩ族元素前駆体を生成するステップをさらに含む、半導体材料を堆積させる方法。
【請求項２】
少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含むガスを分解して前記ＩＩＩ族元素前駆体を生成する前記ステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと塩素化化学種とを形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと塩素化化学種とを形成する前記ステップが、ＧａＣｌ３を分解してＧａＣｌと塩素化化学種とを形成するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記塩素化化学種を液体ガリウムと反応させて追加のＧａＣｌを形成するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと塩素化化学種とを形成する前記ステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと、塩化水素及び塩素ガスの少なくとも一方とを形成するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の前記表面を前記ＩＩＩ族元素前駆体及び前記Ｖ族元素前駆体に繰り返してさらすことによって前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の厚さを増加させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のガスコラムと前記第２のガスコラムとの間に配置された第３のガスコラムを通してパージガスを流すステップと、
前記基板を前記パージガスにさらして前記基板の前記表面から過剰ＩＩＩ族元素前駆体及び過剰Ｖ族元素前駆体を除去するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板の表面を前記ＩＩＩ族元素前駆体及び前記Ｖ族元素前駆体に連続的にさらす前記ステップが、
前記基板の前記表面をＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つにさらしてガリウム、インジウム、及びアルミニウムのうちの少なくとも１つを前記基板の前記表面に吸収させるステップと、
前記基板の前記表面に吸収された前記ガリウム、インジウム、及びアルミニウムのうちの少なくとも１つを窒素、ヒ素、及びリンのうちの少なくとも１つにさらすステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板の表面を前記ＩＩＩ族元素前駆体及び前記Ｖ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成する前記ステップが、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、リン化インジウムガリウム、窒化アルミニウムガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムガリウム、窒化アルミニウムインジウムガリウム、ヒ化アルミニウムインジウムガリウム、及びリン化アルミニウムインジウムガリウムのうちの少なくとも１つを形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板の表面を前記ＩＩＩ族元素前駆体及び前記Ｖ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成する前記ステップが、約１０００ｎｍ未満の厚さを有する前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板の表面を別のＩＩＩ族元素前駆体及び別のＶ族元素前駆体に連続的にさらして前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の上に別のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップをさらに含み、前記別のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料が前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料と異なる組成を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
１つ又は複数のガスを誘導するように構成された複数の実質的に位置合わせされたガスコラムを備えるマニホールドであって、前記複数のガスコラムのうちの第１のガスコラムは第１の熱運動化ガス噴射器からＩＩＩ族前駆体ガスを受け取るように構成され、前記複数のガスコラムのうちの第２のガスコラムは第２の熱運動化ガス噴射器からＶ族前駆体ガスを受け取るように構成され、前記第１の熱運動化ガス噴射器及び前記第２の熱運動化ガス噴射器が、それぞれ、
入口と、
熱運動化管路と、
液体試薬を保持するように構成された液体容器と、
出口と、
前記入口から前記熱運動化管路を通って前記液体容器内の内部空間まで、及び前記液体容器内の前記内部空間から前記出口まで延びる経路と、
を備える、マニホールドと、
少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含む原料ガスを供給するためのガス供給源であって、当該原料ガスは、前記第１の熱運動化ガス噴射器の前記熱運動化管路内で前記ＩＩＩ族前駆体ガスに分解される、ガス供給源と、
前記ガス供給源から前記第１の熱運動化ガス噴射器の前記入口まで前記原料ガスを搬送するように構成されたガス流入管路と、
前記複数の実質的に位置合わせされたガスコラムの各々の下を順々に基板が移送されるように、前記マニホールドに対して前記基板を直線的に移動させるための少なくとも１つの組立体と、
を備える堆積システム。
【請求項１３】
前記熱運動化管路が前記入口と前記液体容器との間の最短距離よりも大きい長さを有する、請求項１２に記載の堆積システム。
【請求項１４】
前記液体容器内に少なくとも１つの液体ＩＩＩ族元素をさらに備え、前記少なくとも１つの液体ＩＩＩ族元素が、液体ガリウム、液体インジウム、及び液体アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１２に記載の堆積システム。
【請求項１５】
前記熱運動化管路及び前記液体容器の少なくとも一方に隣接して配置された少なくとも１つの加熱要素をさらに備える、請求項１２に記載の堆積システム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの加熱要素が、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素のうちの少なくとも１つで少なくとも実質的に構成された受動加熱要素を備える、請求項１２に記載の堆積システム。
【請求項１７】
前記ガス供給源が、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つの供給源と、窒素ガス及び水素ガスの少なくとも一方を含むパージガスと、を備える、請求項１２に記載の堆積システム。
【請求項１８】
前記第１のガスコラムと前記第２のガスコラムとの間に配置された第３のガスコラムが少なくとも１つのパージガスを受け取るように構成される、請求項１２に記載の堆積システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願の主題は、Ａｒｅｎａ等の名において２００９年３月３日に出願された米国特許出願第６１／１５７，１１２号の主題、及びＲｏｎａｌｄ  Ｔ．  Ｂｅｒｔｒａｎ，  Ｊｒ．の名において２０１０年９月３０日に出願された、「Ｔｈｅｒｍａｌｉｚｉｎｇ  Ｇａｓ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  Ｇａｓ，  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ，  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願第１２／８９４，７２４号の主題に関連し、それらの出願の各々の開示全体はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、一般に、基板に材料を堆積させるためのシステム、及びそのようなシステムを製作及び使用する方法に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、基板にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させる原子層堆積（ＡＬＤ）法、及びそのようなシステムを製作及び使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は電子用途及びオプトエレクトロニクス用途で使用するために急速に発展している。多くのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は直接バンドギャップを有し、それにより、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザダイオード（ＬＤ）などのオプトエレクトロニクスデバイスを製作するのに特に有用になる。窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及びそれらの合金（一般にＩＩＩ族窒化物と呼ばれる）などの特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、青色及び紫外光放出オプトエレクトロニクスデバイスを含むより短い波長のＬＥＤ及びＬＤを生成するための重要な材料となってきている。広バンドギャップＩＩＩ族窒化物は、高電流レベル、高降伏電圧、及び高温において動作するＩＩＩ族窒化物の能力のため高周波及び高電力電子デバイスで利用することもできる。
【０００４】
[0004]ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させるために広く使用されている１つのプロセスは当技術分野で有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）と呼ばれる。ＭＯＣＶＤプロセスでは、基板は、基板の表面にＩＩＩ−Ｖ族材料のエピタキシャル堆積をもたらすように反応チャンバ内で反応、分解、又は反応及び分解の両方を行う１つ又は複数のガス状前駆体にさらされる。多くの場合、ＭＯＣＶＤプロセスを使用して、基板を含む反応チャンバにＩＩＩ族元素を含む前駆体（すなわち、ＩＩＩ族元素前駆体）及びＶ族元素を含む前駆体（すなわち、Ｖ族元素前駆体）の両方を導入することによってＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させる。これにより、基板の表面にさらされる前に前駆体（すなわち、ＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体）の混合がもたらされる。
【０００５】
[0005]ＭＯＣＶＤプロセスを使用してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させるには、基板の表面での成長速度と気相での化合物形成との間の平衡を必要とする。具体的には、ＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体を混合すると、好適な成長基板上にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するのに本来であれば使用される前駆体を消費する粒子の形成をもたらすことがある。ＭＯＣＶＤプロセスの間に利用可能な前駆体を消費すると、特に大きい反応チャンバでは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の成長速度、厚さ、及び組成を制御するのに困難が生じる。ＭＯＣＶＤプロセスを使用して形成されるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の厚さ及び組成における変動は、波長特定ＬＥＤなどの特定放出波長を有するデバイスのスループット及び歩留りに悪影響を与えることがある。さらに、ＭＯＣＶＤプロセスによって形成されるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の堆積速度は一般に低く、したがって、ウェハ当たりのスループットが低下し、コストが増加する。
【０００６】
[0006]原子層堆積（ＡＬＤ）は、原子スケールの厚さ制御によりコンフォーマル材料を堆積させるのに使用されるプロセスである。ＡＬＤを使用してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させることができる。ＡＬＤは、少なくとも２つの試薬又は前駆体の使用を含む多段自己制御プロセスである。一般に、第１の前駆体が基板を含む反応器に導入され、基板の表面に吸着される。過剰前駆体は、反応器をポンプで排気し、例えばパージガスを使用してパージすることによって除去することができる。次に、第２の前駆体が反応器に導入され、吸着された材料と反応して基板上に材料のコンフォーマル層又は薄膜を形成する。選択成長条件下で、堆積反応は、最初に吸着された材料が第２の前駆体と完全に反応した後、反応が終了するという自己制御となることができる。過剰前駆体は、再度、反応器をポンプで排気し、パージすることによって除去される。このプロセスを繰り返して材料の別の層を形成することができ、サイクルの数が堆積された薄膜の全厚さを決定する。
【０００７】
[0007]ＡＬＤプロセスを利用して形成されたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、従来のＭＯＣＶＤプロセスで形成されたものよりも高い結晶品質のものとすることができる。ＡＬＤプロセスは堆積された結晶性材料への前駆体組み込みをより良好に制御し、その結果、形成された結晶性材料、例えばそのようなＡＬＤプロセスで形成されたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の組成をより良好に制御することができる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の組成のそのような厳格な制御は、発光デバイスでは、例えば、単一の成長基板に製作された発光デバイス間、及び成長基板ごとの発光デバイス間での均一な放出波長を保証するために重要となることがある。
【０００８】
[0008]しかし、従来のＡＬＤプロセスによるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の成長速度はＭＯＣＶＤと比較して比較的低い。さらに、従来のＡＬＤによるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料のスループットを高くするにはロードサイズの増大を必要とし、それは反応器から過剰前駆体及びパージガスをパージするのを困難にする。したがって、現在利用可能なＡＬＤ反応器は、多くの場合、単一のウェハ処理用に構成されており、それは、ＡＬＤによるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料のウェハ当たりのスループットの低下及びコストの増加をもたらす。
【０００９】
[0009]最近、各前駆体が空間的に分離された領域に継続的に供給され、基板が各前駆体を連続して通り過ぎるとき、各前駆体が基板に導入されるＡＬＤ法及びシステムが開発された。そのようなプロセスは当技術分野ではしばしば「空間ＡＬＤ」又は「Ｓ−ＡＬＤ」と呼ばれる。
【発明の概要】
【００１０】
[0010]この概要は概念のうちの選択されたものを簡単な形態で紹介するために提供され、そのような概念は本発明のいくつかの例示の実施形態の以下の詳細な説明でさらに説明される。この概要は、請求項に記載の主題の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、請求項に記載の主題の範囲を限定するために使用することを意図するものでもない。
【００１１】
[0011]いくつかの実施形態では、本発明はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料などの材料を基板に堆積させる方法を含む。ＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体は、複数の実質的に位置合わせされたガス噴射器のうちの交互のガス噴射器に導入することができる。基板は複数の実質的に位置合わせされたガス噴射器に対して移動され、その結果、基板の表面はＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体にさらされて、基板の表面に少なくとも１つのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成することができる。
【００１２】
[0012]追加の実施形態では、本発明は半導体材料を形成するための堆積システムを含む。堆積システムは、複数の実質的に位置合わせされたガス噴射器を含むマニホールドと、マニホールドの長さに沿って基板を移動させるための少なくとも１つの組立体とを含むことができる。実質的に位置合わせされたガス噴射器のうちの少なくとも１つは、入口と、熱運動化管路（ｔｈｅｒｍａｌｉｚｉｎｇ  ｃｏｎｄｕｉｔ）と、液体試薬を保持するように構成された液体容器と、出口とを含む。経路は、入口から熱運動化管路を通って液体容器内の内部空間まで、及び液体容器内の内部空間から出口まで延びる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】[0014]本明細書で説明する少なくとも１つのガス噴射器を含むマニホールドを含む本発明の堆積システムの例示の実施形態を概略的に示す断面図である。
【図２】[0015]マニホールドの少なくとも１つのガス噴射器に供給することができるガス混合物の実施形態の例を概略的に示す図である。
【図３】[0016]本発明のガス噴射器の例示の一実施形態を概略的に示す図であり、１つ又は複数のガス噴射器を図１の堆積システムなどの本発明の堆積システムの実施形態で使用することができる。
【図４】[0017]図２のガス噴射器の一部分の拡大部分切断図である。
【図５】[0018]図３と同様であるが、能動及び受動加熱要素をさらに含む本発明のガス噴射器の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図６】[0019]本発明のガス噴射器の別の例示の実施形態を概略的に示す図であり、１つ又は複数ガス噴射器を図１の堆積システムなどの本発明の堆積システムの実施形態で使用することができる。
【図７】[0020]図６と同様であるが、能動及び受動加熱要素をさらに含む本発明のガス噴射器の別の実施形態を概略的に示す図である。
【図８】[0021]ガス噴射器の別の実施形態を概略的に示す図であり、１つ又は複数のガス噴射器を図１の堆積システムなどの本発明の堆積システムの実施形態で前駆体ガスを基板上に噴射するのに使用することができる。
【図９】[0022]本発明の堆積システム及び方法の実施形態の一例を概略的に示す上から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0013]本発明は、添付の図で示される本発明の例示の実施形態の以下の詳細な説明を参照してより完全に理解することができる。
【００１５】
[0023]本明細書に提示される図は、いかなる特定の構成要素、デバイス、又はシステムも実際の外観を意味するものではなく、本発明の実施形態を説明するために使用される単に理想化された表示である。
【００１６】
[0024]いくつかの参考文献が本明細書に引用されおり、それらの開示はすべての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。さらに、引用された参考文献のどれも、本明細書でどのように特徴づけられるかにかかわらず、本明細書で特許請求される主題の本発明に対する先行技術として認められない。
【００１７】
[0025]本明細書で使用される「ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料」という用語は、周期律表のＩＩＩＡ族の１つ又は複数の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎ）と周期律表のＶＡ族の１つ又は複数の元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、及びＳｂ）とから少なくとも主として構成される任意の半導体材料を意味する。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、限定はしないが、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、窒化インジウム、リン化インジウム、ヒ化インジウム、窒化アルミニウム、リン化アルミニウム、ヒ化アルミニウム、窒化インジウムガリウム、リン化インジウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、窒化アルミニウムガリウム、リン化アルミニウムガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、リン化窒化インジウムガリウムなどを含む。
【００１８】
[0026]本明細書で使用される「ガス」という用語は、ガス（独立した形状も容積も持たない流体）及び蒸気（浮遊している拡散した液体又は固形物を含むガス）を含み、「ガス」及び「蒸気」という用語は本明細書では同義語として使用される。
【００１９】
[0027]本明細書で使用される「ＡＬＤ成長サイクル」という用語は、第１の前駆体に基板の表面をさらすことと、基板の表面への第１の前駆体の化学吸着と、第２の前駆体に基板の表面をさらすことと、材料の層を形成するための表面反応とを意味する。
【００２０】
[0028]前駆体として、例えば三塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）、三塩化インジウム（ＩｎＣｌ３）、及び／又は三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）などの１つ又は複数のハロゲン化金属の外部供給源を利用する方法及びシステムが最近開発された。そのような方法及びシステムの例は、Ａｒｅｎａ等の名において２００９年９月１０日に公開された米国特許出願公開第２００９／０２２３４４２Ａ１号に開示されており、その出願の全開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。さらに、改善されたガス噴射器も、そのような方法及びシステムで使用するために最近開発された。そのようなガス噴射器の例は、例えば、Ａｒｅｎａ等の名において２００９年３月３日に出願された米国特許出願第６１／１５７，１１２号、及びＲｏｎａｌｄ  Ｔ．  Ｂｅｒｔｒａｎ，  Ｊｒ．の名において２０１０年９月３０日に出願された、「Ｔｈｅｒｍａｌｉｚｉｎｇ  Ｇａｓ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  Ｇａｓ，  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｕｃｈ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ，  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願第１２／８９４，７２４号に開示されており、それらの出願の各々の全開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２１】
[0029]ハロゲン化金属は無機ＡＬＤ前駆体として分類される。ＡＬＤプロセスでそのような無機ハロゲン化金属前駆体を使用すると、例えば有機前駆体と比較して有利となることがあるが、それは、それらが、一般に、より小さく、より反応的で、熱的に安定であり、通常、堆積された結晶材料中にわずかな量の配位子残渣が残るためである。小さい配位子は、立体障害の危険性を低減させ、その結果、サイクル当たりの成長を低下させる。高い熱的安定性により、高温における熱分解なしに堆積が可能になる。
【００２２】
[0030]本発明の実施形態は、以下でさらに詳細に説明するように、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスに新しいガス噴射器を含み、それを使用する。米国特許出願第６１／１５７，１１２号又は米国特許出願第１２／８９４，７２４号に説明されているものなどの複数のガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄを含む本発明の堆積システム１００の実施形態の一例が、図１を参照して以下で説明される。ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの各々は、ＡＬＤプロセスで使用するために原料ガスを１つ又は複数の前駆体に変換するように構成することができる。堆積システム１００は一連のＡＬＤ成長サイクルを行い、各成長サイクルはＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を形成する。したがって、堆積システム１００は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）などを含むデバイス構造体形成で使用するために、各々が所望の組成及び厚さを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の複数の層を形成するのに使用することができる。
【００２３】
[0031]堆積システム１００は、マニホールド１０４と、トラック、コンベヤ、又は支持体などの組立体１０６とをさら含むことができる。マニホールド１０４は、ポート１１０を通して少なくとも１つのガスを受け取るように構成された複数のガスコラム１０８を含むことができる。ガスコラム１０８は、マニホールド１０４を形成するために互いに長手方向に位置合わせして配置することができる。マニホールド１０４のガスコラム１０８は、直線、折り返し、又はつづら折れ構成などの任意の好適な構成で配列することができる。実施形態によっては、マニホールド１０４は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させるか、さもなければ供給することが望ましい１つ又は複数の加工物基板１１２（例えば、１つ又は複数のダイ又はウェハ）に対して方向矢印１０３で示されるように移動するように構成される。他の実施形態では、組立体１０６は、マニホールド１０４のガスコラム１０８に対して加工物基板１１２を方向矢印１０５で示されるように移動させるように構成される。例えば、加工物基板１１２はダイ又はウェハを含むことができる。したがって、ガスコラム１０８は、加工物基板１１２がガスコラム１０８と組立体１０６との間の空間を通り過ぎるように組立体１０６の上方の十分な距離に位置づけることができる。
【００２４】
[0032]堆積システム１００、より詳細には堆積システム１００のマニホールド１０４の以下の説明では、「長手の」及び「横断の」という用語は、図１に示されるように、マニホールド１０４及び組立体１０６に対する方向を指すのに使用され、長手方向は図１の視点からは水平方向であり、横断方向は図１の視点からは垂直方向である。長手方向は、「マニホールドの長さに沿って」又は「組立体の長さに沿って」延びる方向とも呼ばれる。
【００２５】
[0033]実施形態によっては、堆積システム１００は、１つ又は複数のガスをマニホールド１０４に供給し、マニホールド１０４からガスを除去するのに使用されるガス流システムを含む。例えば、堆積システム１００は、それぞれ、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄにガスを供給するガス供給源１１４Ａ、１１４Ｂ，１１４Ｃ、１１４Ｄを含むことができる。
【００２６】
[0034]例えば、ガス供給源１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄのうちの１つ又は複数は、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄに供給することができるＩＩＩ族元素又はＶ族元素の外部供給源を含むことができる。ＩＩＩ族元素供給源は、ガリウム（Ｇａ）の供給源、インジウム（Ｉｎ）の供給源、及びアルミニウム（Ａｌ）の供給源のうちの少なくとも１つを含むことができる。非限定の例として、ＩＩＩ族元素供給源は、三塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）、三塩化インジウム（ＩｎＣｌ３）、及び三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）のうちの少なくとも１つを含むことができる。ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、又はＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを含むＩＩＩ族元素供給源は、例えばＧａ２Ｃｌ６、Ｉｎ２Ｃｌ６、又はＡｌ２Ｃｌ６などの二量体の形態とすることができる。Ｖ族元素供給源は、窒素（Ｎ）の供給源、ヒ素（Ａｓ）の供給源、及び／又はリン（Ｐ）の供給源を含むことができる。限定ではなく例として、Ｖ族元素供給源は、アンモニア（ＮＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）、又はホスフィン（ＰＨ３）のうちの１つ又は複数を含むことができる。実施形態によっては、原料ガスは、水素ガス（Ｈ２）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などのような１つ又は複数のキャリアガスを使用して、ガス供給源１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄからガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄに供給することができる。したがって、原料ガスは１つ又は複数のＩＩＩ族元素原料並びに１つ又は複数のキャリアガスを含むことができる。
【００２７】
[0035]原料ガスがガス供給源１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄから管路１１６を通して搬送されるとき、原料ガスは、原料ガスから前駆体ガスを生成するのに十分な温度に加熱することができる。例えば、原料ガスはＧａＣｌ３及びＨ２を含むことができ、それらは、三塩化ガリウムが水素の存在下で塩化ガリウム（ＧａＣｌ）と、塩化水素ガス（ＨＣｌ）及び／又は塩素ガス（Ｃｌ２）などの塩素化化学種とに解離するのに十分な温度まで加熱することができる。
【００２８】
[0036]ガス供給源１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄはガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄに供給することができる。ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの各々は、１つ又は複数の前駆体を生成し、その前駆体を加工物基板１１２に導入するように構成することができる。例えば、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは前駆体ガスを細長いガスコラム１０８に供給するように構成することができ、その細長いガスコラム１０８は、加工物基板１１２の主表面に実質的に垂直な方向に加工物基板１１２の主表面の方に前駆体ガスを誘導するように構成することができる。したがって、ガスコラム１０８の各々の下にあるトラック１０６上の区域は、加工物基板１１２が前駆体ガスにさらされる噴射ポイントを示す。
【００２９】
[0037]ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは各々独立して動作することができ、隣接するガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄによって放出されるガスの相互汚染を防止するために、十分な距離で、隣接する噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄから間隔を置くことができる。ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの各々は、加工物基板１１２の表面を飽和させるのに十分な量のガスを供給し、加工物基板１１２の表面に材料の層を堆積させるように構成することができる。図１に示された堆積システム１００のマニホールド１０４は、４つのガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄが示されているが、任意の数のガス噴射器を使用することができる。例えば、前駆体（例えば、ＩＩＩ族元素前駆体又はＶ族元素前駆体）を加工物基板１１２に供給するのに使用されるガス噴射器の数は、材料（例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料）の所望の厚さに基づいて選択することができる。
【００３０】
[0038]ＩＩＩ族元素前駆体がＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、又はＡｌＣｌ３を含むガスから形成される実施形態では、ＩＩＩ族元素前駆体は、後で説明するように、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄのうちの少なくとも１つを使用してガスから形成することができる。
【００３１】
[0039]堆積システム１００は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の堆積中に前駆体ガスの分離を維持するための特徴も含む。例えば、堆積システム１００は、対応するガスコラム１０８にパージガスを供給するための少なくとも１つのパージガス供給源１１８と、方向矢印１２１によって示されるように、堆積システム１００から過剰前駆体ガスを引き出すための排気ライン１２０とを含むことができる。パージガス供給源１１８は、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ２）、及びヘリウム（Ｈｅ）などのパージガスを含むことができる。パージガス供給源１１８を使用して、ガスコラム１０８を介して加工物基板１１２にパージガスを送り出すことができる。例えば、パージガス供給源１１８は、加工物基板１１２に前駆体を供給するのに使用されるガスコラム１０８の２つの間に配設されたガスコラム１０８のうちの少なくとも１つにパージガスを供給することができる。ガスコラム１０８は、加工物基板１１２の表面から過剰ガス（すなわち、前駆体ガス及びパージガス）を除去するのに使用することもできる。過剰ガスは、堆積システム１００からの除去のためにガスコラム１０８を通って排気ライン１２０に到達することができる。例えば、過剰ガスは、加工物基板１１２に前駆体ガス及びパージガスを供給するように構成されたガスコラム１０８の各々の間に配設されたガスコラム１０８のうちの１つを通して除去することができる。
【００３２】
[0040]組立体１０６は、加工物基板１１２を支持するように、実施形態によっては、連続したガスコラム１０８の各々の下を順々に加工物基板１１２を移送するように構成される。単一の加工物基板１１２が図１では示されているが、組立体１０６は処理のために任意の数の加工物基板１１２を支持するように構成することができる。実施形態によっては、組立体１０６は、マニホールド１０４の長さに沿って加工物基板１１２を移送することができる。加工物基板１１２及びマニホールド１０４は、互いに対して、対応するガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄによって生成された前駆体ガスの各々が加工物基板１１２の表面を飽和させることができる速度で移動させることができる。加工物基板１１２の表面が前駆体の各々にさらされるとき、材料の層は加工物基板１１２の表面の上に堆積することができる。
【００３３】
[0041]加工物基板１１２がガスコラム１０８に対して移動されるとき、加工物基板１１２の表面の上にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するための複数のＡＬＤ成長サイクルは完了することができる。
【００３４】
[0042]前に述べたように、堆積システム１００のガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄのうちの１つ又は複数は、図２〜７を参照しながら詳細に説明するガス噴射器の様々な実施形態のうちの１つとするか又は含むことができる。実施形態によっては、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは、米国特許出願第６１／１５７，１１２号に説明されているような熱運動化ガス噴射器を含むが、原料ガス（又は原料ガスの分解又は反応生成物）と反応するための液体試薬を保持するように構成された貯蔵器をさらに含むことができる。例えば、貯蔵器は、例えば、液体ガリウム、液体アルミニウム、液体インジウムなどの液体金属又は他の元素を保持するように構成することができる。実施形態によっては、貯蔵器は、例えば、鉄、シリコン、マグネシウムなどの１つ又は複数の固体材料を保持するように構成することができる。
【００３５】
[0043]図２は、本発明のガス噴射器２００の一実施形態の斜視図である。図２に示されるように、ガス噴射器２００は、入口２０２、出口２０４、熱運動化管路２０６、及び容器２１０を含む。容器２１０は液体試薬を保持するように構成される。例えば、液体ガリウム、液体インジウム、液体アルミニウムなどのような液体金属を容器２１０内に配置することができる。例えば、ＧａＣｌ３及びＨ２を含む原料ガスを入口２０２に供給することができる。原料ガスは入口２０２から熱運動化管路２０６に流れ込むことができる。熱運動化管路２０６は、熱運動化管路２０６内の流路の断面面積、熱運動化管路２０６を通る原料ガスの流量、及び熱運動化管路２０６の全長の関数とすることができる望ましい量の時間（すなわち、滞留時間）の間、熱運動化管路２０６を通って流れる原料ガスを加熱するように構成することができる。熱運動化管路２０６は、以下でさらに詳細に説明するように、１つ又は複数の能動又は受動加熱要素に隣接して配置されるように整形及び構成することができる。
【００３６】
[0044]さらに、熱運動化管路２０６は、熱運動化管路２０６によって占められる物理的空間の長さが熱運動化管路２０６を通る流路の実際の長さよりも著しく短くなるように１つ又は複数の湾曲区間、すなわち折り返しを含むことができる。別の言い方をすれば、熱運動化管路２０６の長さは、入口２０２と液体容器２１０との間の最短距離よりも長くすることができる。実施形態によっては、熱運動化管路２０６の長さは、入口２０２と液体容器２１０との間の最短距離の少なくとも約２倍、入口２０２と液体容器２１０との間の最短距離の少なくとも約３倍、又は入口２０２と液体容器２１０との間の最短距離の少なくとも約４倍にさえすることができる。例えば、熱運動化管路２０６は、図２に示されるように、１８０°の角度にわたる湾曲区間によって端と端を突き合わせて一緒に接続された全体的に平行な複数の直線区間を含むつづら折れ構成を有することができる。
【００３７】
[0045]熱運動化管路２０６は、例えば石英などの耐熱材料で少なくとも実質的に構成される管を含むことができる。
【００３８】
[0046]実施形態によっては、原料ガスは熱運動化管路２０６内で少なくとも部分的に分解することができる。例えば、原料ガスがＧａＣｌ３及びＨ２を含む実施形態では、ＧａＣｌ３は、Ｈ２の存在下で、ガス状ＧａＣｌと、例えば、塩化水素ガス（ＨＣｌ）及び／又は塩素ガス（Ｃｌ２）などの塩素化ガス化学種とに分解され得る。
【００３９】
[0047]ガスは熱運動化管路２０６から容器２１０に流れ込む。図３は容器２１０の拡大部分切断図である。図３に示されるように、容器２１０は下部壁２１２、上部壁２１４、及び少なくとも１つの側壁２１６を含む。図２及び３の実施形態では、貯蔵器は、下部壁２１２及び上部壁２１４の各々が円形形状を有し、少なくとも実質的に平面であるように、且つ側壁２１６が少なくとも実質的に円筒状（例えば、管状）であるような全体的な円筒形状を有する。下部壁２１２、上部壁２１４、及び少なくとも１つの側壁２１６は一緒に中空本体を画定し、その内部は液体ガリウムなどの液体試薬を保持するための貯蔵器を画定する。
【００４０】
[0048]中空容器２１０内の内部空間は、液体ガリウム、液体インジウム、液体アルミニウムなどの液体試薬で部分的に満たすことができる。例えば、容器２１０は、空所又は空間２２２が容器２１０内の液体試薬の上に存在するように図３において破線２２０で示されたレベルまで液体試薬で満たすことができる。熱運動化管路２０６から流れ出るガスは、容器２１０内の液体試薬の上の空間２２２に噴射することができる。非限定の例として、熱運動化管路２０６から流れ出るガスは下部壁２１２を通って管２２４に流れ込むことができる。実施形態によっては、管２２４は、容器２１０内に延びる熱運動化管路２０６の一体化部分を含むことができる。管２２４は、容器２１０内に配置された液体試薬を通って液体試薬の上の空間２２２まで延びることができる。管２２４は、管２２４の端部部分が液体試薬の上で水平に延びるように９０度曲りを含むことができる。図３に示されるように、液体試薬の表面に面する管２２４の側面に管２２４の円筒状側壁を通して開口を設けることができ、その結果、管２２４を通って流れるガスは開口２２６を通って管２２４を出ることになる。開口２２６を出て行くガスは、ガスの１つ又は複数の成分と液体試薬との間の反応を促進するために液体試薬の表面の方に向けられた方向に開口から外に誘導することができる。
【００４１】
[0049]例えば、原料ガスがＧａＣｌ３とＨ２などキャリアガスとを含み、原料ガスが熱運動化管路２０６内で分解されてガス状ＧａＣｌと塩素化ガス化学種とを含んでいる実施形態では、容器２１０内の液体試薬は液体ガリウムを含むことができ、液体ガリウムは熱運動化管路２０６内で生成された塩素化ガス化学種（例えばＨＣｌ）と反応して追加のガス状ＧａＣｌを形成することができる。代替として、容器２１０内の液体試薬は液体インジウム、液体アルミニウムを含むことができ、それらはそれぞれ塩素化ガス化学種（例えばＨＣｌ）と反応してＩｎＣｌ、ＡｌＣｌを形成することができる。容器２１０内の液体試薬の上の空間２２２内のガスは出口ポート２２８を通って容器から流れ出ることができる。例えば、出口ポート２２８は、管２２４の水平に延びた部分の上の容器２１０の上部壁２１４に配置することができる。出口ポート２２８は出口管路２３０に通じることができ、その端部はガス噴射器２００の出口２０４を画定することができる。
【００４２】
[0050]容器２１０の様々な構成要素は、例えば石英などの耐熱材料で少なくとも実質的に構成することができる。
【００４３】
[0051]ＧａＣｌは、ＧａＮを形成するための望ましい前駆体ガスであり得る。したがって、（原料ガスとしてＧａＣｌ３を使用するシステムでは）ＧａＣｌ３の熱分解に由来する過剰塩素化ガスを追加のＧａＣｌに変換することによって、堆積されたＧａＮ材料への過剰塩素化ガス化学種の有害な影響を避けることができるが、それは、加工物基板１１２（図１）に導入される塩素化ガス化学種の量を低減することができるからである。そのような有害な影響には、例えば、窒化ガリウム結晶格子への塩素原子の取り込みと、堆積されたＧａＮ薄膜の亀裂及び層間剥離とが含まれることがある。さらに、有害な影響には、例えば、過剰塩化水素ガス（ＨＣｌ）を形成することが含まれることがある。塩化水素は、堆積システム１００内で、堆積されたＩＩＩ族窒化物層へのエッチング剤として働き、それによって、ＩＩＩ族窒化物の成長速度を低下させ、さらに堆積を妨げることがある。さらに、過剰塩素化化学種を液体ガリウムと反応させて追加のＧａＣｌを形成することによって、堆積システム１００の効率を改善することができる。
【００４４】
[0052]図４は、図２のガス噴射器２００、並びにガス噴射器２００の少なくとも熱運動化管路２０６及び容器２１０を加熱するための能動及び受動加熱構成要素を含む熱運動化ガス噴射器３００の別の実施形態を示す。言い換えれば、ガス噴射器２００の熱運動化管路２０６及び容器２１０の少なくとも一方を加熱するために熱運動化管路２０６及び容器２１０の少なくとも一方に隣接して少なくとも１つの加熱要素を配設することができる。
【００４５】
[0053]図４に示されるように、熱運動化ガス噴射器３００は、ガス噴射器２００の熱運動化管路２０６によって囲まれた全体的に円筒状の空間内に配設される円筒状受動加熱要素３０２を含む。
【００４６】
[0054]受動加熱要素３０２は、堆積システム１００内で直面することがある高温の腐食性環境に耐えることもできる高い放射率値（１に近い）をもつ材料（黒体材料）で少なくとも実質的に構成することができる。そのような材料は、例えば、それぞれ、０．９８、０．９２、及び０．９２の放射率値を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、及び炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を含むことができる。
【００４７】
[0055]受動加熱要素３０２は中実又は空洞とすることができる。実施形態によっては、受動加熱要素３０２は空洞とすることができ、温度モニタリング及び制御のために受動加熱要素の内部空間内に熱電対を配置することができる。追加の実施形態では、受動加熱要素３０２のまわり、及び受動加熱要素３０２と周囲にある熱運動化管路２０６との間に円筒状熱電対を配置することができる。
【００４８】
[0056]追加の実施形態では、空洞の円筒状受動加熱要素を、熱運動化管路２０６の１つ又は複数の直線区間の上及びまわりに配設することができる。そのような実施形態では、円筒状熱電対は、空洞の円筒状受動加熱要素と、空洞の円筒状受動加熱要素によって囲まれた熱運動化管路２０６の区間との間に配置することができる。
【００４９】
[0057]熱運動化ガス噴射器３００は能動加熱要素３０４をさらに含むことができる。能動加熱要素３０４は、ガス噴射器２００の熱運動化管路２０６及び容器２１０の各々を少なくとも部分的に囲むことができる。実施形態によっては、能動加熱要素３０４は全体的に円筒状とすることができ、図４に示されるように、熱運動化管路２０６及び容器２１０の各々の少なくとも一部のまわりを完全に延びることができる。能動加熱要素３０４は、例えば、抵抗加熱要素、誘導加熱要素、及び放射加熱要素のうちの少なくとも１つを含むことができる。絶縁ジャケット３０６は、能動加熱要素３０４及び受動加熱要素３０２が熱運動化管路２０６（又は少なくともその中に含まれる１つ又は複数のガス）及び容器２１０（又は少なくともその中に含まれる液体試薬及び１つ又は複数のガス）を加熱する加熱プロセスの効率を改善するように、図４に示されるように、ガス噴射器２００、受動加熱要素３０２、及び能動加熱要素３０４を少なくとも実質的に囲むことができる。
【００５０】
[0058]熱運動化ガス噴射器３００の能動及び受動加熱要素は、約５００℃から約１０００℃までの間の温度まで、熱運動化管路２０６、容器２１０、及び原料ガスを加熱することができてもよい。
【００５１】
[0059]図５は本発明のガス噴射器４００の別の実施形態を示す。図５のガス噴射器４００は図２のガス噴射器２００と同様であり、入口２０２、出口２０４、熱運動化管路４０６、及び容器２１０を含む。容器２１０は、図２及び３に関連して説明したようなものである。熱運動化管路４０６は、図２の熱運動化管路２０６が延びているようなつづら折れ構成を有する代わりに、熱運動化管路４０６が螺旋経路に沿って延びる（すなわち、螺旋構成を有する）という点を除いて図２の熱運動化管路２０６と実質的に同様である。
【００５２】
[0060]図５に示されるように、本発明の実施形態は外側筐体４５０をさらに含むことができる。外側筐体４５０は、少なくともガス噴射器４００の熱運動化管路４０６及び容器２１０を囲み、保護するように構成することができる。外側筐体４５０は、例えば、パージガス（例えば、パージガス）を搬送するのに使用することができる追加のガス案内管路としても働くことができる。例えば、外側筐体４５０は入口ポート４５２及び出口ポート４５４を含むことができ、その結果、ガスは入口ポート４５２と出口ポート４５４との間を外側筐体４５０を通って流れることができる。本発明の追加の実施形態では、外側筐体４５０は、図２のガス噴射器２００、図４のガス噴射器３００、又は本明細書において以下で説明する他のガス噴射器に設けることができる。
【００５３】
[0061]引き続き図５を参照すると、動作中に、ＧａＣｌ３及びＨ２などの原料ガスは、１００立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）未満、５０ｓｃｃｍ未満、又はさらに１０ｓｃｃｍ未満の流入流量で入口２０２を通ってガス噴射器４００に入る。しかし、流量は、２０標準リットル毎分（ＳＬＭ）よりも大きく、例えば、３０ＳＬＭ以上などにすることができる。ＧａＣｌなどのガス状前駆体は、約５００℃から約１０００℃までの間の温度で出口２０４を通ってガス噴射器４００を出て行く。窒素ガス、又は窒素ガスと水素ガス（Ｈ２）との混合物などのパージガスは約１〜５ＳＬＭの流入流量で入口ポート４５２を通って外側筐体４５０に入り、外側筐体４５０の少なくとも内部で過圧力を維持する。パージガスは出口ポート４５４を通って外側筐体４５０を出て行く。パージガスは、さらに、外側筐体４５０を通過するとき加熱されることができる。
【００５４】
[0062]図６は、図５のガス噴射器４００と実質的に同様のガス噴射器を含むが、外側筐体４５０のない熱運動化ガス噴射器５００の別の実施形態を示す。したがって、ガス噴射器５００は、本明細書で前に説明したように、熱運動化管路４０６及び容器２１０を含む。ガス噴射器５００は入口２０２及び出口２０４をさらに含む。図６の熱運動化ガス噴射器は、図４のガス噴射器３００に関連して前に説明したもののような能動及び受動加熱要素をさらに含む。特に、図６のガス噴射器５００は前に説明した円筒状受動加熱要素３０２を含み、円筒状受動加熱要素３０２は、ガス噴射器５００の螺旋状熱運動化管路４０６に囲まれる全体的に円筒状の空間内に配置される。熱運動化ガス噴射器５００は、図４に関連して前に説明したように、能動加熱要素３０４及び保温ジャケット３０６をさらに含むことができる。前に説明したように、熱運動化ガス噴射器５００の能動及び受動加熱要素は、約５００℃から約１０００℃までの間の温度まで、熱運動化管路４０６、容器２１０、及び原料ガスを加熱することができる可能性がある。
【００５５】
[0063]図７は、加工物基板１１２上にドーパント前駆体を噴射するのに使用することができるガス噴射器５００の一例を示す。ガス噴射器５００は、図２及び３に関連して前に説明したような入口２０２、出口２０４、及び容器２１０を含む。全体的に直線の管路５０２は、入口２０２から容器２１０まで延びることができる（図２及び３の熱運動化管路２０６の代わりに）。容器２１０は、例えば、液体アルミニウム、液体インジウムなどの液体金属試薬を保持するように構成することができる。本発明のいくつかの実施形態では、容器２１０は、例えば、鉄、シリコン、又はマグネシウムなどの１つ又は複数の固体材料を保持するように構成することができる。
【００５６】
[0064]ガス噴射器５００は、例えば、図４のガス噴射器３００に関連して前に説明した能動加熱要素３０４及び保温ジャケット３０６などの能動及び／又は受動加熱要素をさらに含むことができる。能動及び／又は受動加熱要素を使用して、容器２１０（又は少なくともその中に含まれる液体）を、容器２１０内の金属を液体状態に維持するのに十分な温度まで加熱することができる。
【００５７】
[0065]ガス状塩化水素、塩素、又はガス状ＧａＣｌなどの原料ガスは外部ガス供給源から入口２０２に供給することができる。原料ガスは入口２０２から管路５０２を通って容器２１０まで流れることができ、原料ガスは容器内の金属試薬と反応して前駆体ガス（例えば、ＩｎＣｌ、ＡｌＣｌ、ＦｅＣｌなど）を形成することができる。前駆体ガスは出口２０４を通って容器２１０から流れ出ることができる。
【００５８】
[0066]堆積システム１００の他のガス噴射器の流量と比べてガス噴射器５００によるガスの流量は選択的に制御され、得られたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料におけるドーパント前駆体から堆積された元素の濃度を制御することができる。
【００５９】
[0067]上述のように、本発明の熱運動化ガス噴射器の実施形態は、Ｓ−ＡＬＤプロセスを使用してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積させるために、ガス状のＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体を加工物基板１１２上に噴射するのに使用することができる。例えば、実施形態によっては、本発明の熱運動化ガス噴射器は、水素の存在下でのＧａＣｌ３の熱分解によって、及びＧａＣｌ３のそのような熱分解に由来する塩素化化学種（例えばＨＣｌ、Ｃｌ２）と液体ガリウムとの反応によって、ＧａＣｌ３をガス状ＧａＣｌに変換し、ＡＬＤプロセスにおけるＧａＮの堆積のためにＧａＣｌを加工物基板１１２上に噴射するのに使用することができる。
【００６０】
[0068]図８（Ａ）〜（Ｄ）は、方向矢印１０７によって示されるようにガス供給源１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄ（図１）によって外部的に供給される原料ガスからＩＩＩ族元素前駆体を生成するのに使用することができる管路１１６及びガス噴射器１０２の構成の例を示す。例えば、ＩＩＩ族元素前駆体は、図３及び７に関して説明したように、１つ又は複数のＩＩＩ族元素及び１つ又は複数のキャリアガスを含むガスから、又は加熱されたＩＩＩ族元素（すなわち、液体ガリウム、液体アルミニウム、液体インジウムなど）の上を塩化水素（ＨＣｌ）蒸気などのガスを通過させてＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、又はＩｎＣｌなどのＩＩＩ族前駆体ガスを形成することによって生成することができる。図８（Ａ）〜（Ｄ）に関して説明するように前駆体ガスを形成することによって、前駆体ガスの濃度は所望の組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するように調整することができる。実施形態によっては、管路１１６は、様々な前駆体を噴射器１０２に輸送し、且つそこから輸送するための複数の枝路１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃを含むことができる。管路１１６の枝路１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃは、方向矢印１０９によって示されるような単一のガス流を形成するように集束し、単一のガス流はガスコラム１０８（図１）に供給することができる。
【００６１】
[0069]図８（Ａ）に示されるように、ＧａＣｌと、ＩｎＣｌ及びＡｌＣｌの少なくとも一方とを含む前駆体混合物を、噴射器１０２を使用して形成することができる。例えば、ＧａＣｌ３は、管路１１６の第１の枝路１２６ＡでＧａＣｌ及び塩素化ガスに変換することができ、ＩｎＣｌ３又はＡｌＣｌ３は、それぞれ、管路１１６の第２の枝路１２６ＢでＩｎＣｌ又はＡｌＣｌに変換することができる。前駆体混合物がＧａＣｌ及びＩｎＣｌを含む実施形態では、前駆体混合物は、加工物基板１１２（図１）上にＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、及びＩｎＧａＰのうちの１つ又は複数を形成するのに使用することができる。前駆体混合物がＧａＣｌ及びＡｌＣｌを含む実施形態では、前駆体混合物は、加工物基板１１２（図１）上にＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、及びＡｌＧａＰのうちの１つ又は複数を形成するのに使用することができる。
【００６２】
[0070]図８（Ｂ）及び（Ｃ）を参照すると、ＧａＣｌ、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ、又はＦｅＣｌのうちの２つ以上のものなどの２つ以上のＩＩＩ族元素前駆体は、図３及び７に関して説明したものなどのガス噴射器１０２を使用して、加熱されたＩＩＩ族元素供給源（例えば、インジウム供給源又はアルミニウム供給源）の上を外部供給源からのＧａＣｌ３を通過させることによって形成することができる。非限定の例として、ＧａＣｌ３は、加熱されたインジウム供給源の上を通過してＩｎＣｌ及びＧａＣｌを形成し、加熱されたアルミニウム供給源の上を通過してＡｌＣｌ及びＧａＣｌを形成し、又は加熱された鉄供給源の上を通過してＦｅＣｌ及びＧａＣｌを形成する。追加のＧａＣｌ前駆体は、ガリウム供給源の上を塩化水素及び塩素ガスの少なくとも一方を通過させることによって形成することができる。
【００６３】
[0071]管路１１６の第１の枝路１２６Ａでは、ＧａＣｌ及び塩化水素若しくは塩素ガスの少なくとも一方を、図３及び７に関して説明したものなどの噴射器１０２を使用して１つ又は複数のＧａＣｌ３及びＨ２から生成することができる。管路１１６の第２の枝路１２６Ｂでは、追加のＧａＣｌ又は追加のＩＩＩ族元素前駆体を噴射器１０２で生成することができる。追加のＧａＣｌが生成される実施形態では、ＧａＣｌ３、塩化水素、又は水素ガスのうちの少なくとも１つから生成された塩素化ガスをガリウムと反応させて追加のＧａＣｌを形成することができる。追加のＩＩＩ族元素前駆体が形成される実施形態では、ＧａＣｌ３から生成されたＧａＣｌ、塩化水素、又は塩素をインジウム、アルミニウム、又は鉄のうちの少なくとも１つと反応させて、追加のＩＩＩ族元素前駆体（すなわち、ＩｎＣｌ、ＡｌＣｌ、又はＦｅＣｌ）を形成することができる。管路１１６の第１の枝路１２６Ａ及び第２の枝路１２６Ｂは集束し、その結果、ガスの混合がもたらされる。
【００６４】
[0072]実施形態によっては、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料に不純物を注入するために使用することができる追加のガスを管路１１６に加えることができる。図８（Ｃ）に示されるように、管路１１６の第１の枝路１２６Ａに供給されるＧａＣｌ３は、管路１１６の第３の枝路１２６Ｃに供給されるドーパントガスと混合することができる。好適なドーパントガスには、限定はしないが、鉄含有ガス、二塩化シラン（Ｈ２ＳｉＣｌ２）、シラン（ＳｉＨ４）、及び四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ２）が含まれる。オプションとして、管路１１６の第２の枝路１２６Ｂを使用して、図８（Ｂ）に関して説明したように、追加のＩＩＩ族元素前駆体又は追加のＧａＣｌを生成することができる。
【００６５】
[0073]図８（Ｄ）に示される追加の実施形態では、管路１１６は枝路１２６Ａ、１２６Ｂ、及び１２６Ｃを含むことができ、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの１つを枝路１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃのうちの少なくとも２つに供給してＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも２つの混合物を含むガスを形成することができる。ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも２つの組合せを使用して、例えばＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮなどの三元ＩＩＩ族化合物及び例えばＡｌＩｎＧａＮなどの四元ＩＩＩ族化合物を形成することができる。
【００６６】
[0074]図１に関して説明した堆積システム１００は、Ｓ−ＡＬＤによってＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成する方法で使用することができる。例えば、この方法はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するために複数のＡＬＤ成長サイクル１２２、１２４を使用することができ、ＡＬＤ成長サイクルの各々は加工物基板１１２を少なくとも１つのＩＩＩ族前駆体及び少なくとも１つのＶ族前駆体にさらすことを含む。過剰前駆体及びパージガスは、少なくとも１つのＩＩＩ族前駆体及び少なくとも１つのＶ族前駆体が混合しないようにするために排気ライン１２０に接続されたガスコラム１０８によって除去することができる。したがって、各ＡＬＤ成長サイクル１２２、１２４は特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を形成することができる。堆積システム１００を使用して任意の数のＡＬＤ成長サイクルを行い、所望の厚さの特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するか、又は異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の複数の層を形成することができる。成長サイクルの各々の間に加工物基板１１２に供給される前駆体は、所望のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又は異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の所望の複数の層を加工物基板１１２に形成するように調整することができる。例えば、この方法を使用して、ＬＥＤの組成などのデバイス層に有用な異なる組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む複数の層を形成することができる。
【００６７】
[0075]組立体１０６及びマニホールド１０４の少なくとも一方はマニホールド１０４に対する加工物基板１１２の移動を確立するように構成される。加工物基板１１２は組立体１０６に配置され、マニホールド１０４の長さに沿った一連の噴射位置（すなわち、長手方向に位置合わせされたガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの各々の下の位置）を通ってマニホールド１０４に対して移動することができる。噴射位置の各々において、加工物基板１１２は、ＩＩＩ族材料、Ｖ族材料、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の層が加工物基板１１２に堆積されるように、上にあるガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄによって少なくとも１つのＩＩＩ族元素前駆体又は少なくとも１つのＶ族元素前駆体にさらされ得る。ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは、所望のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するために前駆体流量及び組成を制御するようにプログラムすることができる。
【００６８】
[0076]ＩＩＩ族元素前駆体は、前に説明した本発明の熱運動化ガス噴射器の実施形態を使用してＩＩＩ族元素供給源から形成することができる。実施形態によっては、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つと、Ｈ２、Ｎ２、及びＡｒなどの１つ又は複数のキャリアガスとを、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄを使用して熱運動化して、ＩＩＩ族元素前駆体（すなわち、ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌ）を形成することができる。他の実施形態では、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３などのガスの混合物を含むＩＩＩ族元素供給源を使用してＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、及びＡｌＧａＰなどの三元及び四元ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成することができる。例えば、ガスの混合物は、図８（Ａ）〜（Ｄ）に関して説明したように、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄに入るのに先立って形成することができる。そのような混合物を使用して、加工物基板１１２に三元及び四元ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成することができる。例えば、加工物基板１１２にＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＧａＰを形成するためにガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄのうちの１つ又は複数にＧａＣｌ３及びＩｎＣｌ３の混合物を供給することができ、又は加工物基板１１２にＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＰを形成するためにガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２ＤにＧａＣｌ３及びＡｌＣｌ３の混合物を供給することができる。混合物中のガスの比は所望の組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するように調整することができる。
【００６９】
[0077]Ｖ族元素前駆体は、Ｖ族元素源を熱運動化することによって、又は当技術分野で既知の他の技法（例えば、プラズマ生成技法）によって形成することができる。例えば、アンモニア（ＮＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）、及びホスフィン（ＰＨ３）のうちの少なくとも１つを熱運動化して、Ｖ族元素前駆体を形成することができる。
【００７０】
[0078]本発明のいくつかの実施形態では、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄのうちの１つ又は複数を使用して、ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、又はＡｌＣｌなどのＩＩＩ族元素前駆体を生成し、ＩＩＩ族元素前駆体に加工物基板１１２の主表面をさらすことができる。本発明の追加の実施形態では、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄのうちの１つ又は複数を使用して異なるＩＩＩ族元素前駆体を生成することができ、それを使用して、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどのような２つ以上の異なるＩＩＩ族元素を含むＩＩＩ族窒化物化合物材料を形成することができる。限定ではなく例として、第１及び第３のガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｃを使用して、１つ又は複数のＧａＣｌ（ＧａＣｌ３の熱分解によって、及びＧａＣｌ３のそのような熱分解に由来する塩素化化学種と液体ガリウムとの反応によってＧａＣｌ３をガス状ＧａＣｌに変換することによる）、ＩｎＣｌ（ＩｎＣｌ３の熱分解によって、及びＩｎＣｌ３のそのような熱分解に由来する塩素化化学種と液体インジウムとの反応によってＩｎＣｌ３をガス状ＩｎＣｌに変換することによる）、及びＡｌＣｌ（ＡｌＣｌ３の熱分解によって、及びＩｎＣｌ３のそのような熱分解に由来する塩素化化学種と液体インジウムとの反応によってＡｌＣｌ３をガス状ＡｌＣｌに変換することによる）のうちの１つ又は複数を供給することができ、第２の及び第４のガス噴射器１０２Ｂ、１０２Ｄを使用してガス状アンモニア（ＮＨ３）、ガス状アルシン（ＡｓＨ３）、又はガス状ホスフィン（ＰＨ３）を供給することができる。各ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは十分な量の前駆体ガスを加工物基板１１２に導入して加工物基板１１２に材料の層を堆積させることができる。堆積システム１００は、所望の厚さのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又は異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の複数の層を加工物基板１１２に堆積させるために任意の数のガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄを含むことができる。さらに、加工物基板１１２は、望ましい厚さのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又は異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の複数の層を得るために堆積システム１００を任意の回数通過させることができる。
【００７１】
[0079]本発明のさらなる追加の実施形態では、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄのうちの少なくとも１つを使用して、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料にドーパント（例えば、鉄原子若しくはイオン、又はシリコン原子若しくはイオン）を導入するのに使用することができるドーパント前駆体（例えば、塩化鉄（ＦｅＣｌ）又はシリコン（Ｓｉ）を含む気相化学種）を生成することができる。堆積プロセスの間、ドーパント前駆体は、堆積されているＩＩＩ−Ｖ族半導体材料にドーパントが結果として組み込まれるように別の物質に分解及び／又は別の物質と反応することができる。そのような実施形態では、ドーパント前駆体を噴射するのに使用されるガス噴射器中でドーパント前駆体を熱的に分解することが必要でない場合がある。
【００７２】
[0080]非限定の例として、ＡＬＤ成長サイクル１２２、１２４の各々を使用して、所望の組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層、又は各々が異なる組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の複数の層を形成することができる。第１のＡＬＤ成長サイクル１２２を行って、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第１の層を堆積させることができる。加工物基板１１２が第１のＡＬＤ成長サイクル１２２によりマニホールド１０４の長さに沿って移動するとき、加工物基板１１２は第１の噴射器１０２Ａと連通するガスコラム１０８の下に位置づけることができる。第１の噴射器１０２Ａは対応するガスコラム１０８を通して加工物基板１１２にＩＩＩ族元素前駆体を供給することができ、ＩＩＩ族元素は加工物基板１１２の表面に吸収され得る。
【００７３】
[0081]過剰ガス又はＩＩＩ族元素前駆体は、排気ライン１２０に接続されたガスコラム１０８を通して加工物基板１１２の表面からガスをポンプで排気することによって加工物基板１１２から除去することができる。加工物基板１１２の表面をパージガスにさらすことによって、ポンプによる排気動作と排気動作との間にパージ動作を行うこともできる。
【００７４】
[0082]次に、加工物基板１１２はマニホールド１０４に対して第２の噴射器１０２Ｂの下の位置まで移動することができる。加工物基板１１２を、第２の噴射器１０２Ｂによって供給されるＶ族元素前駆体にさらすことができる。第２の噴射器１０２Ｂは十分な量のＶ族元素前駆体を加工物基板１１２に導入し、Ｖ族元素は第１の噴射器１０２Ａによって加工物基板１１２の表面に堆積されたＩＩＩ族元素と反応してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第１の層を形成することができる。過剰ガス又はＶ族元素前駆体は、前に説明したように、ポンプによる排気及びパージを行うことによって加工物基板１１２から除去することができる。ＡＬＤ成長サイクル１２２はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第１の層の厚さを増加させるために任意の回数繰り返すことができる。
【００７５】
[0083]別のＡＬＤ成長サイクル１２４を行って、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第１の層と異なる組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第２の層を堆積させることができる。加工物基板１１２が第２のＡＬＤ成長サイクル１２４によりマニホールド１０４に対して移動されるとき、加工物基板１１２は第３の噴射器１０２Ｃの下に位置づけることができる。第３の噴射器１０２ＣはＩＩＩ族元素前駆体を加工物基板１１２に導入し、ＩＩＩ族元素は加工物基板１１２の表面に吸収され得る。
【００７６】
[0084]過剰ガス又は前駆体は、前に説明したように、ポンプによる排気及びパージを行うことによって加工物基板１１２から除去することができる。
【００７７】
[0085]過剰ガスを除去した後、加工物基板１１２はマニホールド１０４に対して第４の噴射器１０２Ｄの下の位置まで移動することができる。第４の噴射器１０２ＤはＶ族元素前駆体を加工物基板１１２に導入し、Ｖ族元素は加工物基板１１２の表面に堆積されたＩＩＩ族元素と反応してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第２の層を形成することができる。ＡＬＤ成長サイクル１２４はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の第２の層の厚さを増加させるために任意の回数繰り返すことができる。
【００７８】
[0086]ＡＬＤ成長サイクル１２２、１２４の一方で形成されたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層の厚さは、使用された前駆体と、マニホールド１０４の長さに沿った加工物基板１１２の相対的移動の速度とによって決めることができる。任意の数のＡＬＤ成長サイクル１２２、１２４を行って、所望の厚さのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を堆積するか、又は異なる組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を形成することができる。ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄによって加工物基板１１２に導入される前駆体のタイプを調整して、所望のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、又はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の所望の複数の層を形成することができる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の複数の層を含む構造体が形成される実施形態では、１つ又は複数の第１のＡＬＤ成長サイクル１２２を行うことによって所望の厚さの特定のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を加工物基板１１２に形成することができ、その後、１つ又は複数の第２のＡＬＤ成長サイクル１２４を行って所望の厚さの別の異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成することができる。ＡＬＤ成長サイクル１２２、１２４を調整して、堆積システム１００を使用して堆積されたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の各層の厚さ及び組成を制御することができる。
【００７９】
[0087]加工物基板１１２とマニホールド１０４との相対的移動により、従来のＣＶＤシステムのようなＡＬＤ成長サイクル間の反応チャンバからの加工物基板１１２のローディング及びアンローディング、温度勾配、清浄化、ポンプ停止などなしに加工物基板１１２を異なる前駆体に連続的に順次さらすことができる。マニホールド１０４に対する加工物基板１１２の相対的移動の速度を前駆体の反応時間に応じて変化させ、それにより、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の成長速度を高くすることができる。堆積されたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の各々の厚さ及び組成は、堆積システム１００の噴射位置（すなわち、ガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄに対応するガスコラム１０８の各々の下の位置）の数と、これらの噴射位置の各々で加工物基板１１２に導入される前駆体のタイプとによって決定することができる。したがって、堆積システム１００は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の各々の厚さ及び組成の正確な制御を可能にする。堆積システム１００は、各々が所望の厚さ及び組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料層の任意の組合せを堆積させるように構成することができる。堆積システム１００及び関連する方法は、さらに、従来の堆積システム及び方法と比較してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料のスループットを実質的に向上させ、したがって、製作コストを低減させる。堆積システム１００は、さらに、レーザダイオード、ＬＥＤ、高周波及びパワーダイオードなどのＩＩＩ族窒化物系デバイスで使用されるものなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の多層を含む構造体の製作を可能にする。
【００８０】
[0088]次の例は本発明の一実施形態をより詳細に説明するのに役立つ。この例は、本発明の範囲に関して網羅的又は排他的であると解釈されるべきでない。
【００８１】
[0089]図９は、図１に示したような堆積システム１００を上から見た図であり、異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の多層を含む構造体、特に多重量子井戸ＬＥＤ構造体を形成する方法における堆積システム１００の使用を示す。堆積システム１００を使用してＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、及びＩＩＩ族窒化物合金を堆積させることができる。加工物基板１１２は、サファイア基板上のｎ型ＧａＮ材料などのテンプレート構造体を含むことができる。ＧａＮ材料は約１μｍ〜約２０μｍの範囲の厚さを有し、ｎ型材料を製造するためにシリコンを電気的にドープすることができる。堆積システム１００を使用して、加工物基板１１２のＧａＮ層上に複数の活性層（図示せず）を形成することができる。例えば、活性層は、ＬＥＤを含むことができるデバイス構造体の基礎を形成することができる。追加の実施形態では、活性層は、レーザダイオード、トランジスタ、太陽電池、ＭＥＭＳなどを形成するように組合せ及び構成することができる。
【００８２】
[0090]堆積システム１００は、約３５０℃〜約７５０℃の範囲の温度及び約１０００ｍＴｏｒｒ〜約７６００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力で維持することができる。非限定の例として、原料ガスは約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍの範囲の流量で供給され得る。
【００８３】
[0091]実施形態によっては、堆積システム１００は、複数の堆積区域１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ、１３０Ｅ、１３０Ｆを含むことができ、それらの各々を使用して複数の層を含む構造体が加工物基板１１２に形成され、層の各々は特定の組成を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む。例えば、この構造体はＬＥＤデバイス層構造体とすることができる。ドープしたｐ型ＡｌＧａＮの層とドープしたｐ型ＧａＮとの下にあるＩｎＧａＮとＧａＮとの交互層を含む構造体が形成される実施形態では、堆積システム１００は、ＩｎＧａＮ材料を堆積させるための第１及び第３の堆積区域１３０Ａ、１３０Ｃと、ＧａＮ材料を堆積させるための第２及び第４の堆積区域１３０Ｂ、１３０Ｄと、ドープしたｐ型ＡｌＧａＮ材料を堆積させるための第５の堆積区域１３０Ｅと、ドープしたｐ型ＧａＮ材料を堆積させるための第６の堆積区域１３０Ｆとを含むことができる。加工物基板１１２が堆積システム１００の区域１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ、１３０Ｅ、１３０Ｆを通り過ぎるとき、適切なＩＩＩ族前駆体及び窒素前駆体の交互暴露を加工物基板１１２に導入して、所望のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成することができる。
【００８４】
[0092]実施形態によっては、１ｎｍの厚さの所望のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を１メートルのマニホールド１０４ごとに堆積することができる。組立体１０６が、マニホールド１０４の長さに沿って加工物基板１１２を移動させるのに使用されるトラック又はコンベヤを備える実施形態では、トラックは、１００ｎｍの厚さを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばＬＥＤデバイス層状構造体などを形成するのに十分な数のガス噴射器１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄの下で加工物基板１１２を移動させるために約１００メートルの長さを有することができる。堆積システム１００は利用可能な空間に応じて様々な構成で配列することができる。堆積システムが毎時約１０００ウェハの処理速度及び約１００平方メートル（ｍ２）を有する実施形態では、毎時１０００ウェハのデバイス層状構造体納品速度が想定される。これは、約０．１ｍ２／ウェハ／時の面積／有効サイクルタイム／ウェハに相当し、これは従来のＣＶＤ反応器の処理速度と比較して実質的な改善である。
【００８５】
[0093]本発明の追加の非限定の例示の実施形態が下記で説明される。
【００８６】
[0094]実施形態１：半導体材料を堆積させる方法であって、この方法は、複数の実質的に位置合わせされたガスコラムのうちの第１のガスコラムを通してＩＩＩ族元素前駆体を流すステップと、複数の実質的に位置合わせされたガスコラムのうちの第２のガスコラムを通してＶ族元素前駆体を流すステップと、複数の実質的に位置合わせされたガスコラムに対する基板の移動を確立するステップと、基板の表面をＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップとを含む。
【００８７】
[0095]実施形態２：少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含むガスを分解してＩＩＩ族元素前駆体を生成するステップをさらに含む、実施形態１に記載の方法。
【００８８】
[0096]実施形態３：少なくとも１つのＩＩＩ族元素を含むガスを分解してＩＩＩ族元素前駆体を生成するステップが、ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと塩素とを形成するステップとを含む、実施形態２に記載の方法。
【００８９】
[0097]実施形態４：ＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと塩素とを形成するステップが、ＧａＣｌ３を分解してＧａＣｌと塩素とを形成するステップを含む、実施形態３に記載の方法。
【００９０】
[0098]実施形態５：塩素を液体ガリウムと反応させて追加のＧａＣｌを形成するステップをさらに含む、実施形態２又は３に記載の方法。
【００９１】
[0099]実施形態６：基板の表面をＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体に繰り返してさらすことによってＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の厚さを増加させるステップをさらに含む、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００９２】
[00100]実施形態７：第１のガスコラムと第２のガスコラムとの間に配置された第３のガスコラムを通してパージガスを流すステップと、基板をパージガスにさらして基板の表面から過剰ＩＩＩ族元素前駆体及び過剰Ｖ族元素前駆体を除去するステップとをさらに含む、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００９３】
[00101]実施形態８：基板の表面をＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体に連続的にさらすステップが、基板の表面をＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つにさらしてガリウム、インジウム、及びアルミニウムのうちの少なくとも１つを基板の表面に吸収させるステップと、基板の表面に吸収されたガリウム、インジウム、及びアルミニウムの少なくとも１つを窒素、ヒ素、及びリンのうちの少なくとも１つにさらすステップとを含む、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【００９４】
[00102]実施形態９：基板の表面をＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップが、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム、リン化インジウムガリウム、窒化アルミニウムガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、及びリン化アルミニウムガリウムのうちの少なくとも１つを形成するステップを含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００９５】
[00103]実施形態１０：基板の表面をＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップが、約１００ｎｍの厚さを有するＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップを含む、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の方法。
【００９６】
[00104]実施形態１１：基板の表面を別のＩＩＩ族元素前駆体及び別のＶ族元素前駆体に連続的にさらしてＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の上に別のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップをさらに含み、別のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料がＩＩＩ−Ｖ族半導体材料と異なる組成を有する、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
【００９７】
[00105]実施形態１２：半導体材料を堆積させる方法であって、熱運動化ガス噴射器内で少なくとも１つの原料ガスを熱的に分解してＩＩＩ族元素前駆体を形成するステップと、少なくとも１つのガスコラムを通してＩＩＩ族元素前駆体を基板の表面の方に誘導して少なくとも１つのＩＩＩ族元素を基板の表面に吸収させるステップと、少なくとも１つのガスコラムと実質的に位置合わせされた少なくとも別のガスコラムを通してＶ族元素前駆体を基板の表面の方に誘導してＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を形成するステップとを含む方法。
【００９８】
[00106]実施形態１３：少なくとも１つのガスコラム及び少なくとも別のガスコラムに対する基板の移動を確立するステップをさらに含む、実施形態１２に記載の方法。
【００９９】
[00107]実施形態１４：少なくとも１つのガスコラム及び少なくとも別のガスコラムに対する基板の移動を確立するステップが、複数のガスコラムのうちの少なくとも１つのガスコラム及び少なくとも別のガスコラムに対する基板の移動を確立するステップを含む、実施形態１３に記載の方法。
【０１００】
[00108]実施形態１５：熱運動化ガス噴射器内で少なくとも１つの原料ガスを熱的に分解してＩＩＩ族元素前駆体を形成するステップが、熱運動化ガス噴射器内でＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つを熱的に分解してＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つと塩素ガスとを形成するステップを含む、実施形態１２〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【０１０１】
[00109]実施形態１６：塩素ガスを熱運動化ガス噴射器内で液体ガリウム、液体インジウム、及び液体アルミニウムのうちの少なくとも１つと反応させて追加のＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つを形成するステップをさらに含む、実施形態１５に記載の方法。
【０１０２】
[00110]実施形態１７：ＧａＣｌを熱運動化ガス噴射器内で液体インジウム、液体アルミニウム、及び液体鉄のうちの少なくとも１つと反応させてＩｎＧａＣｌｘ、ＡｌＧａＣｌｘ、及びＦｅＧａＣｌｘのうちの少なくとも１つを形成するステップをさらに含む、実施形態１５又は１６に記載の方法。
【０１０３】
[00111]実施形態１８：ＩＩＩ族元素前駆体を少なくとも１つのガスコラムを通して基板の表面の方に誘導して少なくとも１つのＩＩＩ族元素を基板の表面に吸収させるステップが、ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つを少なくとも１つのガスコラムを通して基板の表面の方に誘導してガリウム、インジウム、及びアルミニウムのうちの少なくとも１つを基板の表面に吸収させるステップを含む、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１０４】
[00112]実施形態１９：ＧａＣｌ、ＩｎＣｌ、及びＡｌＣｌのうちの少なくとも１つを基板の表面の方に誘導するステップが、基板をＧａＣｌにさらすステップを含む、実施形態１８のいずれか１つに記載の方法。
【０１０５】
[00113]実施形態２０：Ｖ族元素前駆体を少なくとも別のガスコラムを通して基板の表面の方に誘導するステップが、窒素、ヒ素、及びリンのうちの少なくとも１つを少なくとも別のガスコラムを通して基板の表面の方に誘導するステップを含む、実施形態１２〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【０１０６】
[00114]実施形態２１：アンモニア、アルシン、及びホスフィンのうちの少なくとも１つを熱運動化してＶ族元素前駆体を生成するステップをさらに含む、実施形態１２〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【０１０７】
[00115]実施形態２２：基板の表面を少なくとも１つのパージガスにさらして基板の表面からＩＩＩ族元素前駆体及びＶ族元素前駆体の少なくとも一方を除去するステップをさらに含む、実施形態１２〜２１のいずれか１つに記載の方法。
【０１０８】
[00116]実施形態２３：１つ又は複数のガスを誘導するように構成された複数の実質的に位置合わせされたガスコラムを備えるマニホールドであって、実質的に位置合わせされたガスコラムの少なくとも１つが、入口と、熱運動化管路と、液体試薬を保持するように構成された液体容器と、出口と、入口から熱運動化管路を通って液体容器内の内部空間まで及び液体容器内の内部空間から出口まで延びる経路とを備える熱運動化ガス噴射器からＩＩＩ族前駆体ガスを受け取るように構成された、マニホールドと、マニホールドに対して基板を移動させるための少なくとも１つの組立体と、を備える堆積システム。
【０１０９】
[00117]実施形態２４：熱運動化管路が入口と液体容器との間の最短距離よりも大きい長さを有する、実施形態２３に記載の堆積システム。
【０１１０】
[00118]実施形態２５：液体容器内に少なくとも１つの液体ＩＩＩ族元素をさらに備える、実施形態２３又は２４に記載の堆積システム。
【０１１１】
[00119]実施形態２６：少なくとも１つの液体ＩＩＩ族元素が、液体ガリウム、液体インジウム、及び液体アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む、実施形態２５に記載の堆積システム。
【０１１２】
[00120]実施形態２７：熱運動化管路及び液体容器の少なくとも一方が石英で少なくとも実質的に構成される、実施形態２３〜２６のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１１３】
[00121]実施形態２８：熱運動化管路及び液体容器の少なくとも一方に隣接して配置された少なくとも１つの加熱要素をさらに備える、実施形態２３〜２７のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１１４】
[00122]実施形態２９：少なくとも１つの加熱要素が、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素のうちの少なくとも１つで少なくとも実質的に構成された受動加熱要素を備える、実施形態２３〜２７のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１１５】
[00123]実施形態３０：少なくとも１つのガス供給源と、ガス供給源から少なくとも１つの熱運動化ガス噴射器の入口まで原料ガスを搬送するように構成された少なくとも１つのガス流入管路とをさらに備える、実施形態２３〜２７のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１１６】
[00124]実施形態３１：少なくとも１つのガス供給源がＧａＣｌ３、ＩｎＣｌ３、及びＡｌＣｌ３のうちの少なくとも１つの供給源を備える、実施形態３０に記載の堆積システム。
【０１１７】
[00125]実施形態３２：複数のガスコラムの各々の間に配置された少なくとも１つのパージガスノズルをさらに備える、実施形態２３〜３１のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１１８】
[00126]実施形態３３：少なくとも１つのガスコラムに隣接する別のガスコラムが少なくとも１つのパージガスを受け取るように構成される、実施形態２３〜３２のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１１９】
[00127]実施形態３４：マニホールドに対して基板を移動させるための少なくとも１つの組立体が、マニホールドの長さに沿って一連の噴射位置を通して基板を移送するように構成されたトラックシステムを備え、各噴射位置が複数のガスコラムのうちの１つの下にある、実施形態２３〜３３のいずれか１つに記載の堆積システム。
【０１２０】
[00128]上述の本発明の実施形態は、これらの実施形態が添付の特許請求の範囲及びそれらの法的均等物の範囲によって規定される本発明の実施形態の単なる例であるので、本発明の範囲を限定しない。任意の均等な実施形態は本発明の範囲内にあることが意図される。実際には、本明細書で図示及び説明したものに加えて、説明した要素の代替の有用な組合せなどの本発明の様々な変形が、本説明から当業者には明らかとなるであろう。そのような変形も添付の特許請求の範囲の範囲以内にあることが意図される。
【符号の説明】
【０１２１】
１００  堆積システム
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ  ガス噴射器
１０３  方向矢印
１０４  マニホールド
１０５  方向矢印
１０６  組立体、トラック
１０７  方向矢印
１０８  ガスコラム
１０９  方向矢印
１１０  ポート
１１２  加工物基板
１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄ  ガス供給源
１１６  管路
１１８  パージガス供給源
１２０  排気ライン
１２１  方向矢印
１２２、１２４  成長サイクル
１２６Ａ  第１の枝路
１２６Ｂ  第２の枝路
１２６Ｃ  第３の枝路
１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃ、１３０Ｄ、１３０Ｅ、１３０Ｆ  堆積区域
２００  ガス噴射器
２０２  入口
２０４  出口
２０６  熱運動化管路
２１０  液体容器
２１２  下部壁
２１４  上部壁
２１６  側壁
２２０  破線
２２２  空間
２２４  管
２２６  開口
２２８  出口ポート
２３０  出口管路
３００  熱運動化ガス噴射器
３０２  受動加熱要素
３０４  能動加熱要素
３０６  保温ジャケット
４００  ガス噴射器
４０６  熱運動化管路
４５０  外側筐体
４５２  入口ポート
４５４  出口ポート
５００  熱運動化ガス噴射器
５０２  管路
【図１】
0005369304.tif 000002
【図２】
0005369304.tif 000003
【図３】
0005369304.tif 000004
【図４】
0005369304.tif 000005
【図５】
0005369304.tif 000006
【図６】
0005369304.tif 000007
【図７】
0005369304.tif 000008
【図８】
0005369304.tif 000009
【図９】
0005369304.tif 000010