(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌを含むIII族窒化物膜を連続して形成するためのＣＶＤ装置の洗浄方法であって、
前記ＣＶＤ装置は、前記III族窒化物膜を形成すべき基板を支持するためのＢＮからなるサセプタを具え、このサセプタの表面上に堆積され、前記III族窒化物膜を形成するための原料ガスに起因して形成されたＡｌ含有窒化物を、このＡｌ含有窒化物が所定の厚さ以上となった場合に、アルカリ溶液を用いて洗浄し、除去することを特徴とする、ＣＶＤ装置の洗浄方法。
【請求項２】
前記アルカリ水溶液のｐＨが１０以上であることを特徴とする、請求項１に記載のＣＶＤ装置の洗浄方法。
【請求項３】
前記III族窒化物膜中におけるＡｌ含有量が、全III族元素に対して５０原子％以上であることを特徴とする、請求項１または２に記載のＣＶＤ装置の洗浄方法。
【請求項４】
前記III族窒化物膜は、ＡｌＮ膜であることを特徴とする、請求項３に記載のＣＶＤ装置の洗浄方法。
【請求項５】
前記Ａｌ含有窒化物は、前記III族窒化物膜に対する前記原料ガスの、基板への供給が妨げられるような厚さとなった後、除去することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のＣＶＤ装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ装置の洗浄方法に関し、詳しくは、半導体発光素子、半導体受光素子、及び電子デバイスなどを構成する半導体膜として好適に用いることのできる、Ａｌ含有III族窒化物膜を形成するためのＣＶＤ装置の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
III族窒化物膜は、発光ダイオード素子などの半導体発光素子や、半導体受光素子を構成する半導体膜として用いられている。また、近年においては、携帯電話などに用いられる高速ＩＣチップなどの電子デバイスを構成する半導体膜としても注目を浴びている。このようなIII族窒化物膜は、一般に、所定のIII族原料ガスとＶ族原料ガスとを用いてＭＯＣＶＤ法により作製される。
【０００３】
図１は、ＭＯＣＶＤ法に用いるＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。図１に示すＣＶＤ装置１０は、反応容器１と、サセプタ２と、このサセプタ２の下側において加熱装置３とを具えている。さらに、反応容器１の右側にはガス導入管４、５、及び６が設けられており、反応容器１の左側には排気口９が設けられている。また、ガス導入管４及び５には、それぞれ案内管７及び８が連結されている。加熱装置３としては、電極ヒーター、高周波加熱用コイル、及びランプなどを用いることができる。
【０００４】
また、サセプタ２上には基板Ｓが設置されている。サセプタ２の中央部において凹部を形成し、基板Ｓをこの凹部内に安定的に固定することもできる。さらには、基板Ｓを吸引固定するための電極を埋設することもできる。
【０００５】
III族窒化物膜を形成するに際しては、ガス導入管４よりIII族原料ガスを導入し、ガス導入管５よりＶ族原料ガスを導入し、ガス導入管６より所定のキャリアガスを導入する。なお、これらの原料ガスは必要に応じて所定のキャリアガスとともに導入する。導入されたIII族原料ガス及びＶ族原料ガスは、それぞれ案内管７及び８を通じて、基板Ｓの主面と略平行に基板Ｓの近傍まで搬送される。
【０００６】
基板Ｓは、加熱装置３によって所定の温度にまで加熱されており、前記III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスは、基板Ｓと接触することによって熱分解されるとともに、熱分解して生成した成分元素同士が熱化学的に反応することによって、目的とするIII族窒化物膜を得る。なお、熱化学反応に寄与しない残留ガスは排気口９より排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１に示すようなＣＶＤ装置を用いてIII族窒化物膜を連続して形成すると、時間の経過とともに前記原料ガスが接触する部分において、前記III族窒化物膜を構成する構成元素からなる窒化物が堆積するようになる。例えば、図１に示すＣＶＤ装置１０においては、反応容器１の、サセプタ２と対向する内壁部分１Ａや、図２に示すサセプタ２の表面２Ａなどにおいて窒化物が堆積される。
【０００８】
特に、サセプタ２の表面２Ａは、基板Ｓの近傍に位置するために多量の原料ガスと接触するようになり、窒化物の堆積も顕著になる。このため、基板Ｓの側方に位置するサセプタ２の表面２Ａおいて窒化物Ｄが厚く堆積されるようになる。このような状態においては、基板Ｓ上に供給される原料ガスのガス流が擾乱され、基板Ｓ上への安定した原料ガスの供給が妨げられてしまう。この結果、得られたIII族窒化物膜の特性が変動したり、結晶品質が劣化したりしてしまう。具体的には、III族窒化物膜中にピットが発生したり、III族窒化物膜の結晶性が劣化したりしてしまう。
【０００９】
したがって、サセプタ２上において、堆積された窒化物Ｄがある程度の厚さに達した場合は除去しなければならない。
【００１０】
III族窒化物膜をＧａ系の窒化物から構成する場合、堆積された窒化物ＤもＧａを主成分として含有するようになる。この場合は、加熱装置１４でサセプタ２の全体を水素ガス雰囲気中で１０００℃程度にまで加熱すると、窒化物Ｄは加熱分解して蒸発する。
【００１１】
しかしながら、III族窒化物膜をＡｌ系の窒化物から構成する場合、堆積された窒化物ＤもＡｌを主成分として含有するようになる。この場合は、サセプタ２を加熱しても窒化物Ｄは熱分解されずに残留するようになる。そして、この傾向は、III族窒化物膜のＡｌ含有量が増大するにつれて顕著となる。この結果、Ａｌ含有のIII族窒化物膜を連続して形成する場合、堆積した窒化物Ｄがある程度の厚さに達した場合にはサセプタ２を新たなものと交換し、窒化物Ｄが堆積したサセプタは廃棄していた。したがって、Ｇａ系のIII族窒化物膜を形成する場合に比較して、Ａｌ系のIII族窒化物膜を形成する場合は製造コストが高くなってしまっていた。
【００１２】
特に、本発明者らによって、Ａｌを比較的多量に含有するIII族窒化物膜から半導体発光素子などを構成した場合は、発光効率などの特性が向上することが確認されており、このようなＡｌ含有III族窒化物膜を含有する素子の量産の観点からもサセプタの交換に伴うコストの増大を抑制することが望まれていた。
【００１３】
本発明は、Ａｌ含有III族窒化物膜を形成するＣＶＤ装置内の、サセプタなど所定の部位に堆積した窒化物を除去する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
Ａｌを含むIII族窒化物膜を連続して形成するためのＣＶＤ装置の洗浄方法であって、
前記ＣＶＤ装置は、前記III族窒化物膜を形成すべき基板を支持するためのＢＮからなるサセプタを具え、このサセプタの表面上に堆積され、前記III族窒化物膜を形成するための原料ガスに起因して形成されたＡｌ含有窒化物を、このＡｌ含有窒化物が所定の厚さ以上となった場合に、アルカリ溶液を用いて洗浄し、除去することを特徴とする、ＣＶＤ装置の洗浄方法に関する。
【００１５】
本発明者らは、Ａｌ含有窒化物膜を連続して形成した際に、ＣＶＤ装置の、例えばサセプタ上に堆積される窒化物を除去する方法を見出すべく鋭意検討を実施した。その結果、このようなＡｌ含有の窒化物はアルカリ溶液に浸漬することによって溶解除去できることを見出し、本発明を想到するに至ったものである。なお、溶解性の強い酸溶液に対して上記Ａｌ含有窒化物を浸漬させても溶解除去することはできなかった。
【００１６】
本発明によれば、ＣＶＤ装置内の、前記Ａｌ含有窒化物が堆積された所定の部位、例えばサセプタを所定のアルカリ溶液で洗浄することによって、簡易に溶解除去することができる。したがって、同一のサセプタを用いてＡｌ含有窒化物膜を長時間連続して形成することができ、総合的な製造コストを削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明においては、ＣＶＤ装置を用いてＡｌ含有窒化物膜を連続して形成した際に、前記ＣＶＤ装置内の所定の部位に堆積したＡｌ含有窒化物を、このＡｌ含有窒化物を有する前記所定の部位をアルカリ溶液で洗浄することによって溶解除去する。
【００１８】
前述したように、前記Ａｌ含有窒化物は、基板近傍に位置し、多量の原料ガスと接触するサセプタの表面において最も顕著に堆積して形成される。この場合、前記原料ガスのガス流が擾乱され、前記基板に安定供給されなくなるため、Ａｌ含有窒化物膜の特性が変動したり、結晶品質が劣化したりする。したがって、サセプタ表面上に堆積されたＡｌ含有窒化物を除去することが最も重要となる。
【００１９】
以下、図１を参照しながら、サセプタトレイ表面上に堆積したＡｌ含有窒化物を除去する場合について説明する。
【００２０】
同一のＣＶＤ装置を用い、Ａｌ含有III族窒化物膜を長時間連続して形成すると、サセプタ２の表面２Ａ上にはＡｌ含有窒化物Ｄが厚く堆積するようになる。サセプタ２は、図示しないネジなどによってその下側に位置する加熱装置３と固定されているため、前記ネジを開放してサセプタ２を取り外す。
【００２１】
次いで、サセプタ２をアルカリ溶液が入った容器内に入れて所定時間浸漬させる。そして、Ａｌ含有窒化物Ｄが目視によってほとんど除去されたのを確認した後、前記容器から取り出す。浸漬時間は、約３０分〜６０分である。なお、アルカリ溶液を加熱させてその溶解能力を高めることもできるが、室温においてもアルカリ溶液の濃度を適宜調節することによって十分な溶解能力を得ることができる。また、アルカリ溶液の回り込みを効率的に行なうため、超音波を加えることもできる。
【００２２】
Ａｌ含有窒化物Ｄを比較的短時間で効率良く溶解除去するためには、前記アルカリ溶液のｐＨが１０以上であることが好ましく、さらには１２以上であることが好ましい。このようなｐＨのアルカリ溶液としては、ＮａＯＨ溶液、ＫＯＨ溶液、及びこれらの混合溶液を例示することができる。
【００２３】
また、サセプタ２はＢＮを含む材料から構成する。これによって、Ａｌ含有窒化物Ｄを比較的短時間で容易に溶解除去することができる。この理由については以下のように考えることができる。サセプタ２をアルカリ溶液中へ浸漬すると、サセプタ２の表面部分を構成する材料からＢがアルカリ溶液中に溶け出し、Ｂを含む何らかの化合物を生成する。そして、この化合物は、Ａｌ含有窒化物Ｄの侵食が実際に進行している、サセプタ２の近傍において比較的高濃度に存在するようになる。したがって、この化合物がＡｌ含有窒化物Ｄの溶解に対し、ある程度の割合で寄与するためと考えられる。
【００２４】
なお、サセプタ２はその全体がＢＮから構成する必要はなく、サセプタ２の少なくとも表面部分をＢを含む材料から構成するようにしても良い。サセプタ２の表面部分のみをＢを含む材料から構成する場合は、例えば、前記材料をサセプタ２を構成するカーボンなどからなる基材上にコーティングする。
【００２５】
また、サセプタ２はその表面部分のみでなく、その全体をＢを含む材料から構成することができる。
【００２７】
上記においてはサセプタ２上に堆積したＡｌ含有窒化物Ｄを溶解除去する場合について詳述したが、本発明によれば、ＣＶＤ装置のその他の部位、例えば図１に示すＣＶＤ装置１０において、反応容器１の、サセプタ２と対向した壁面１Ａ上に堆積したＡｌ含有窒化物などを溶解除去することができる。
【００２８】
壁面１Ａは、サセプタ２からの放熱によってある程度の温度にまで加熱されるため、かかる部分に原料ガスが接触すると窒化物が堆積されるようになる。そして、長時間の成膜工程を経ることにより、前記窒化物はある程度の厚さに達する。すると、前記窒化物はパーティクルとなってサセプタ２上に設置された基板Ｓ上に落下し、形成すべきIII族窒化物膜の膜特性を劣化させてしまう。したがって、壁面１Ａ上に窒化物がある程度の厚さに堆積した際には、この窒化物を除去することが好ましい。
【００２９】
しかしながら、Ａｌ含有窒化物は水素ガス雰囲気中の加熱処理によっては除去することができないため、本発明に従って壁面１Ａをアルカリ溶液に浸漬させることによって溶解除去する。なお、この場合においても、壁面１Ａの表面部分はコーティングなどによりＢを含む材料から構成することが好ましい。これによって、Ａｌ含有窒化物の溶解除去を簡易に行なうことができるとともに、壁面１Ａ自体が侵食されるのを防止することができる。
【００３０】
また、本発明によれば、案内管７及び８などに堆積したＡｌ含有窒化物をも溶解除去することができる。
【００３１】
本発明は、図１に示すようなＡｌ含有窒化物膜を形成するためのＣＶＤ装置に対して用いる。前記Ａｌ含有窒化物膜は、Ａｌの他にＧａ及び／又はＩｎなどのIII族元素を含むこともできる。また、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、及びＢなどの添加元素を含むことができる。また、意識的に添加した元素に限らず、成膜条件、原料、及び反応管材質に含まれる微量不純物を含むこともできる。
【００３２】
しかしながら、前記Ａｌ含有窒化物膜中のＡｌ含有量が増大するにつれて、堆積したＡｌ含有窒化物中のＡｌ含有量も増大する。したがって、前述したような水素ガス雰囲気中での加熱処理では前記Ａｌ含有窒化物を除去することが一層困難になり、本発明の洗浄方法をより効果的に用いることができるようになる。具体的には、前記Ａｌ含有窒化物膜中のＡｌ含有量が、全III族元素に対して５０原子％以上である場合、さらには、前記Ａｌ含有窒化物膜がＡｌＮ膜である場合についてより効果的に用いることができる。
【００３３】
【実施例】
（実施例）
ＢＮから構成されるサセプタ上に基板を設置し、図１に示すようなＣＶＤ装置を用いて、約１時間に亘るＡｌＮ膜の成膜を２０回繰り返した。このとき、前記サセプタトレイの表面上にはＡｌ含有窒化物が厚さ約３００μｍで堆積していた。このサセプタトレイをサセプタ本体から取り外した後、ｐＨ＝１４のＮａＯＨ溶液が入った容器内に６０分間浸漬させた。その後、前記容器より前記サセプタトレイを取り出して、その表面を光学顕微鏡で観察したところ、前記Ａｌ含有窒化物はほぼ完全に除去されていた。
【００３４】
（比較例）
実施例と同様にしてＡｌＮ膜を延べ２００時間に亘って形成した後、サセプタの表面上に堆積した厚さ３００μｍのＡｌ含有窒化物を、前記ＣＶＤ装置の反応容器内に水素ガスを充填するととともに、加熱装置によって前記サセプタを１１００℃まで加熱し、５時間保持した。その後、前記サセプタの表面を光学顕微鏡で観察したところ、前記Ａｌ含有窒化物膜はほとんど除去されずに残留していることが判明した。
【００３５】
以上、上記実施例及び比較例より、本発明の洗浄方法に従うことによって、サセプタの表面上に堆積したＡｌ窒化物を簡易に除去できることが分かる。
【００３６】
以上、具体例を挙げながら、発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。例えば、アルカリ溶液洗浄後に懸念される、水分及びアルカリ金属による汚染を取り除くために、ＨＣｌなどの酸性溶液を用いた洗浄を組み合わせたり、各種雰囲気あるいは真空状態での熱処理炉での加熱を組み合わせたりすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ａｌ含有III族窒化物膜を形成するＣＶＤ装置内の、サセプタなど所定の部位に堆積した窒化物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＯＣＶＤ法に用いるＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１  反応容器、２  サセプタ、３  加熱装置、４，５，６  ガス導入管、７，８  案内管、９  排気口、１０  ＣＶＤ装置
【図１】
0004374163.tif 000002