(57)【要約】  金属有機化学蒸着システムが、反応チャンバ、前記反応チャンバの第１の側上に配された第１のヒーター、及び前記反応チャンバの第２の側上に配された第２のヒーターを含む。コントローラが、前記反応チャンバにおいて行われる蒸着のタイプに応じて前記反応チャンバへ前記第２のヒーターによって加えられる熱の量を選択的に制御するように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバ（４０２、５０２）と；
前記反応チャンバ（４０２、５０２）の第１の側上に配された第１のヒーター（４１２、５１２）と；
前記反応チャンバ（４０２、５０２）の第２の側上に配された第２のヒーター（４１６、５１６）と；
前記反応チャンバ（４０２、５０２）において行われる蒸着のタイプに応じて前記反応チャンバ（４０２、５０２）へ前記第２のヒーター（４１６、５１６）によって加えられる熱の量を選択的に制御するように構成されたコントローラ（４１８、５１８）と、
を含む、金属有機化学蒸着システム（４００、５００）。
【請求項２】
前記第１の及び第２のヒーターが、固定された抵抗ヒーターであり、前記コントローラが、電源に接続され、前記電源は、前記第１の及び第２のヒーターに接続され、前記第１の及び第２のヒーターによって加えられる熱の量を選択的に制御する、請求項１に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項３】
前記第１のヒーター及び第２のヒーターが、誘導ヒーターであり、前記第２のヒーターが、可動ヒーターであり、前記システムが：
前記第１のヒーター、前記第２のヒーター及び前記反応チャンバを囲む無線周波数コイルをさらに含み、前記コントローラが、前記可動第２のヒーターの動きを制御するように構成される、請求項１に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項４】
前記コントローラ及び前記可動第２のヒーターに接続されたモーターをさらに含み、前記モーターが、前記可動第２のヒーターを動かす、請求項３に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項５】
前記固定された第１のヒーター及び前記可動第２のヒーターが、カーボンを含んで成る、請求項３に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項６】
前記反応チャンバが、
頂部及び底部を有するチューブを含み、
前記固定された第１のヒーターが、前記チューブの前記底部において固定され、前記可動第２のヒーターが、前記チューブの前記頂部の上部に配された、請求項３に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項７】
前記固定された第１のヒーターが、前記チューブの前記底部を加熱するように構成され、前記可動第２のヒーターが、前記チューブの前記頂部を加熱するように構成された、請求項６に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項８】
前記固定された第１のヒーター及び前記可動第２のヒーターが、前記無線周波数コイルのパルスによって誘導的に加熱された、請求項３に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項９】
前記第２のヒーターが、前記反応チャンバにおける分子の流れを変えることによって前記反応チャンバにおける前記分子の熱分解を強化する、請求項１に記載の金属有機化学蒸着システム。
【請求項１０】
金属有機化学蒸着システムを操作する方法であって、
第１のタイプの蒸着の間に反応チャンバ（４０２、５０２）の第１の側上に配された第１のヒーター（４１２、５１２）を用いて前記反応チャンバ（４０２、５０２）を加熱する（７０５）段階と；
第２のタイプの蒸着が、前記反応チャンバ（４０２、５０２）において行われるであろうことを決定する（７１０）段階と；
前記第２のタイプの蒸着が行われる間に、前記第２のタイプの蒸着が前記反応チャンバにおいて行われるであろうことの決定に応じて、前記反応チャンバ（４０２、５０２）の第２の側上に配された第２のヒーター（４１６、５１６）及び前記第１のヒーター（４１２、５１２）を用いて前記反応チャンバ（４０２、５０２）を加熱する（７１５）段階と；
を含む、方法。
【請求項１１】
前記第１の及び第２のヒーターが、固定された抵抗ヒーターであり、前記反応チャンバの前記加熱が、前記第１の及び第２の固定されたヒーターへ一定量の電力を加える段階を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のヒーターが、固定されたヒーターであり、前記第２のヒーターが、可動ヒーターであり、前記第１の固定されたヒーター及び前記第２の可動ヒーターが、無線周波数コイルによって作動される誘導ヒーターである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の及び第２のタイプの蒸着が、異なる組成の半導体蒸気を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の及び第２のタイプの蒸着が、窒化物半導体蒸気を含み、前記第２のタイプの蒸着が、インジウム蒸気をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のヒーターの前記加熱が、前記反応チャンバにおける分子の流れを変えることによって前記反応チャンバにおける前記分子の熱分解を強化する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
金属有機化学蒸着システムを操作する方法であって、
第１のタイプの半導体蒸気が反応チャンバ（４０２、５０２）へ供給される間に、第１のヒーター（４１２、５１２）を用いて前記金属有機化学蒸着システム（４００、５００）の前記反応チャンバ（４０２、５０２）を、第１の期間（８０８Ｂ、８０８Ｃ）の間、加熱する（９０５）段階と；
第１の量の熱へ第２のヒーター（４１６、５１６）によって前記反応チャンバ（４０２、５０２）へ供給された一定量の熱を、前記第１の期間の後で、調整する（９１０）段階と；
第２のタイプの半導体蒸気が前記反応チャンバ（４０２、５０２）へ供給される間に、前記第１の（４１２、５１２）及び第２の（４１６、５１６）ヒーターを用いて前記反応チャンバ（４０２、５０２）を、第２の期間（８１２Ｂ、８１２Ｃ）の間に且つ前記第２のヒーター（４１６、５１６）が前記第１の量の熱を生成する間に、加熱する（９１５）段階と；
第２の量の熱へ前記第２のヒーター（４１６、５１６）によって前記反応チャンバ（４０２、５０２）へ供給された一定量の熱を、前記第２の期間の後で、調整する（９２０）段階と；
第３のタイプの半導体蒸気が前記反応チャンバ（４０２、５０２）へ供給される間に、前記反応チャンバ（４０２、５０２）を、第３の期間（８１２Ｂ、８１６Ｃ）の間に且つ前記第２のヒーター（４１６、５１６）が前記第２の量の熱を生成する間に、加熱する（９２５）段階と；
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第２の量の熱が、熱が無い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の及び第２のヒーターが、抵抗ヒーターであり、前記第２のヒーターへ供給された一定量の電力が、前記第１の及び第２の量の熱へ前記第２のヒーターによって前記反応チャンバへ供給された熱の量を調整する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の及び第２のヒーターが、誘導ヒーターであり、前記反応チャンバへの前記第２のヒーターの位置が、前記第１の及び第２の量の熱へ前記第２のヒーターによって前記反応チャンバへ供給される熱の量を調整するために調整される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の及び第３のタイプの半導体蒸気が、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）半導体蒸気であり、前記第２のタイプの半導体蒸気が、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、又は窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）半導体蒸気である、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、「Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」という題名で、２０１７年７月１４日付けで出願された米国仮特許出願番号第６２／５３２，４５１号、及び「Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」という題名で、２０１８年２月８日付けで出願された米国仮特許出願番号第６２／６２７，９３０の優先権を主張し、その開示はそれらの全体において参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書で開示される主題の実施形態は一般的に、金属有機化学蒸着システム、及び金属有機化学蒸着システムを操作する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）システムは、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、レーザー及び他の電子デバイス等の、様々な窒化物半導体系デバイスを形成するために用いられる。図１は、金属有機化学蒸着システムを用いて形成されたＬＥＤ１００の断面図を示す。ＬＥＤ１００は、サファイア等の基板１０２を含み、その頂部に、ＭＯＣＶＤシステムにおける化学堆積を用いて多数の連続層が形成される。具体的には、ｎ型層１０４が、基板１０２上に形成され、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）層１０６が、ｎ型層１０４上に形成され、ｐ型層１０８が、ＩｎＧａＮ層１０６上に形成され、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層１１０が、ｐ型層１０８上に形成される。ｎ型層１０４及びｐ型層１０８は、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）から形成され得る。ｎコンタクト１１２は、ｎ型層１０４上に形成され、ｐコンタクト１１４は、ＬＥＤ１００に関する電気的コンタクトとしての酸化インジウムスズ層１１０上に形成される。層１０４−１０８は、金属有機化学蒸着システム内で形成され、電極１１０、１１２及び１１４は、電子ビーム蒸発器を用いる等、別個のプロセスを用いて形成され得る。窒化インジウムガリウム層である層１０６の代わりとして、層１０６は、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）又は窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）層であり得る。
【０００４】
層１０４−１１０は、金属有機化学蒸着システム内に蒸気を流すことによって形成され、その例は図２に示される。システム２００は、その中に蒸気２０４（矢印によって象徴的に表される）が供給される反応チャンバ２０２（破線によって示される）を含む。石英チューブが、反応チャンバを形成するために典型的には採用される。反応チャンバ２０２は、頂部２０６Ａ及び底部２０６Ｂを含む石英チューブによって囲まれる。外側保護チューブ２０８は、頂部２０６Ａ及び底部２０６Ｂを含む、石英チューブ及び反応チャンバ２０２を囲む。水は、外側保護チューブ２０８と石英チューブとの間に配され、デバイスを冷却する。無線周波数コイル２１０は、外側保護チューブ２０８を囲む。基板を収容するための領域２１４を含む誘導ヒーター２１２は、石英チューブ２０６Ｂの下部に配される。
【０００５】
金属有機化学蒸着システム２００の操作は、ここで図３に関連して説明されるであろう。最初に、基板は、ヒーター２１２の領域２１４において配され、そのときヒーター２１２は、無線周波数コイル２１０のパルスによって作動される。無線周波数コイル２１０のパルスは制御されて、ヒーター２１２が、反応チャンバ２０２へ供給される蒸気を用いて期間３０２の間基板の熱的クリーニングを行うための温度に達するようになる。無線周波数コイル２１０のパルスはその後、期間３０４の間低い温度（ＬＴ）バッファを供給するための温度へ基板２１４の温度を下げるように制御される。
【０００６】
無線周波数コイル２１０のパルスはその後、ｎ型層１０４に関する蒸気が期間３０８の間反応チャンバへ供給される間に、ｎ型層１０４を形成するための温度へ基板２１４の温度を上げるように制御される。期間３０８の間の比較的平坦な温度に先行する曲線部分３０６によって示されるように、低い温度バッファに加えるためのものからｎ型層１０４を形成するためのものへの基板温度の変化は典型的には、それがｎ型層１０４を形成するための適切な温度上に落ち着くまで、変動する。
【０００７】
無線周波数コイル２１０のパルスはその後、窒化インジウムガリウム層１０６に関する蒸気が期間３１２の間反応チャンバへ供給される間に、窒化インジウムガリウム層１０６を形成するための温度へ基板２１４の温度を下げるように制御される。再び、期間３１０によって示されるように、基板２１４が、層１０６を形成するための適切な温度に落ち着く前に期間があるだろう。
【０００８】
無線周波数コイル２１０のパルスはその後、ｐ型層１０８に関する蒸気が期間３１６の間反応チャンバへ供給される間に、ｐ型層１０８を形成するための温度へ基板２１４の温度を上げるように制御される。期間３１４によって示されるように、基板２１４が、層１０８を形成するための適切な温度に落ち着く前に期間があるだろう。温度はその後、必要とされる厚さへｐ型層１０８が成長するまで、下げることが許可される。
【０００９】
当業者によって理解されることになるように、より高い温度でこれらの層の各々を形成して、層において形成される結晶欠陥の量を減少させることが望ましい。しかしながら、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウムを含んで成るｎ型１０４及びｐ型１０８層を形成するために用いられる同様の高い温度で窒化インジウムガリウム層１０６を形成することは不可能である。なぜなら、従来の金属有機化学蒸着システムでは、この高い温度は、チャンバ２０２へ供給されるインジウムの大部分を分解して、層の一部として堆積されないようにするからである。従って、ｎ型１０４及びｐ型１０８層は典型的には、９００〜１１００℃の温度範囲において形成され、窒化インジウムガリウム層１０６は典型的には、７２０〜８２０℃の温度範囲において形成される。窒化インジウムガリウム層１０８を形成するために用いられるこの比較的低い温度は、かなりの数の結晶欠陥を有する層を生成し、ＬＥＤ１００の性能に影響を与える。
【００１０】
さらに、期間３１０及び３１４によって示されるように、ｎ型層１０４形成温度から窒化インジウムガリウム層１０６形成温度へ温度を下げること、及びその後、ｐ型層１０８形成温度のための温度へそれを再び上げることは、デバイスを製造するのに必要とされる全体時間を長くする。なぜなら、基板温度は、特定の層に関する蒸気が反応チャンバ２０２へ供給され得る前に所望の温度で安定化する必要があるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そのため、従来のシステムにおいてよりも少ない結晶欠陥を生成する温度で電子デバイスを形成し得る金属有機化学蒸着システムに関する必要性が存在する。デバイスを形成するのに必要とされる全体時間を減少させ得る金属有機化学蒸着システムに関する必要性も存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態によると、反応チャンバ、前記反応チャンバの第１の側上に配された第１のヒーター、及び前記反応チャンバの第２の側上に配された第２のヒーターを含む、金属有機化学蒸着システムが存在する。コントローラが、前記反応チャンバにおいて行われる蒸着のタイプに応じて前記反応チャンバへ前記第２のヒーターによって加えられる熱の量を選択的に制御するように構成される。
【００１３】
他の１つの実施形態によると、金属有機化学蒸着システムを操作する方法が存在する。反応チャンバは、第１のタイプの蒸着の間に反応チャンバの第１の側上に配された第１のヒーターを用いて加熱される。第２のタイプの蒸着が、前記反応チャンバにおいて行われるであろうことが決定される。前記反応チャンバは、前記第２のタイプの蒸着が行われる間に、前記第２のタイプの蒸着が前記反応チャンバにおいて行われるであろうことの決定に応じて、前記反応チャンバの第２の側上に配された第２のヒーター及び前記第１のヒーターを用いて加熱される。
【００１４】
さらなる実施形態によると、金属有機化学蒸着システムを操作する方法が存在する。前記金属有機化学蒸着システムの前記反応チャンバは、第１のタイプの半導体蒸気が、反応チャンバへ供給される間に、第１のヒーターを用いて、第１の期間の間、加熱される。前記第１の期間の後で、前記第２のヒーターによって前記反応チャンバへ供給された一定量の熱は、第１の量の熱へ調整される。第２の期間の間に且つ前記第２のヒーターが前記第１の量の熱を生成する間に、前記反応チャンバは、第２のタイプの半導体蒸気が前記反応チャンバへ供給される間に、前記第１の及び第２のヒーターを用いて、加熱される。前記第２の期間の後で、前記第２のヒーターによって前記反応チャンバへ供給された一定量の熱は、第２の量の熱へ調整される。第３の期間の間に且つ前記第２のヒーターが前記第２の量の熱を生成する間に、前記反応チャンバは、第３のタイプの半導体蒸気が前記反応チャンバへ供給される間に、加熱される。
【００１５】
明細書に組み込まれ且つ明細書の一部を構成する添付の図面は、一以上の実施形態を示し、且つ、記載と一緒に、これらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】金属有機化学蒸着を用いて形成される電子デバイスの断面模式図である。
【図２】従来の金属有機化学蒸着システムの断面模式図である。
【図３】電子デバイスを形成する間の従来の金属有機化学蒸着システムの反応チャンバにおける相対温度のグラフである。
【図４】実施形態に従う金属有機化学蒸着システムの断面模式図である。
【図５】実施形態に従う金属有機化学蒸着システムの断面模式図である。
【図６Ａ】従来の金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図である。
【図６Ｂ】実施形態に従う金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図である。
【図６Ｃ】実施形態に従う金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図である。
【図７】実施形態に従う金属有機化学蒸着システムを操作する方法のフローチャートである。
【図８Ａ】従来の及び独創的な金属有機化学蒸着システムの反応チャンバにおける相対温度を示すグラフである。
【図８Ｂ】従来の及び独創的な金属有機化学蒸着システムの反応チャンバにおける相対温度を示すグラフである。
【図８Ｃ】従来の及び独創的な金属有機化学蒸着システムの反応チャンバにおける相対温度を示すグラフである。
【図９】実施形態に従う金属有機化学蒸着システムを操作する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な実施形態の以下の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照番号は、同じ又は同様の要素を識別する。以下の詳細な説明は発明を限定しない。代わりに、発明の範疇は、添付の特許請求の範囲によって定義される。以下の実施形態は、単純化のために、金属有機化学蒸着システムの専門用語及び構造に関して、議論される。
【００１８】
明細書全体にわたって「一実施形態」又は「実施形態」への参照は、実施形態と関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態において含まれることを意味する。そのため、明細書全体にわたって様々な場面における「一実施形態における」又は「実施形態における」との用語の語句の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照していない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、一以上の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わされ得る。
【００１９】
図４は、実施形態に従う金属有機化学蒸着システムの断面模式図である。システム４００は、反応チャンバ４０２、反応チャンバ４０２の第１の側上に配された第１のヒーター４１２、反応チャンバの第２の側上に配された第２のヒーター４１６、及びコントローラ４１８を含む。コントローラ４１８は、反応チャンバ４０２において行われる蒸着のタイプに応じて反応チャンバ４０２へ第２のヒーター４１６によって加えられる熱の量を選択的に制御するように構成される。
【００２０】
コントローラ４１８は、専用コントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は同様のものを含む、任意のタイプのコントローラであり得る。コントローラ４１８がマイクロプロセッサであるとき、コントローラは、マイクロプロセッサが本明細書で開示される制御を行うためのコンピュータ可読命令を格納する非一時的メモリも含む。
【００２１】
この実施形態では、第１の４１２及び第２の４１６ヒーターは、抵抗ヒーターである。従って、コントローラ４１８は、電気的結合４２２を介して第１の４１２及び第２の４１６ヒーターへ加えられる電力の量を制御するために電源４２０に接続される。従来の金属有機化学蒸着システムと同様に、システム４００は、反応チャンバ４０２を囲む、頂部４０６Ａ及び底部４０６Ｂを有する、石英チューブ、基板を収容するための第１のヒーター４１２における領域２１４、外側保護チューブ４０８、並びに、外側保護チューブ４０８と石英チューブとの間に配される水を含む。
【００２２】
図５は、実施形態に従う金属有機化学蒸着システムの断面模式図である。図４における金属有機化学蒸着システム４００における抵抗ヒーター４１２及び４１６の使用とは対照的に、図５における金属有機化学蒸着システム５００は、誘導ヒーター５１２及び５１６を採用する。具体的には、システム５００は、反応チャンバ５０２、反応チャンバ５０２の第１の側上に配された第１のヒーター５１２、反応チャンバの第２の側上に配された第２のヒーター５１６、及びコントローラ５１８を含む。コントローラ５１８は、反応チャンバ５０２において行われる蒸着のタイプに応じて反応チャンバ５０２へ第２のヒーター５１６によって加えられる熱の量を選択的に制御するように構成される。
【００２３】
第１の５１２及び第２の５１６誘導ヒーターは、カーボン系ヒーターであり得る。コントローラ５１８は、専用コントローラ、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は同様のものを含む、任意のタイプのコントローラであり得る。コントローラ５１８がマイクロプロセッサであるとき、コントローラは、マイクロプロセッサが本明細書で開示される制御を行うためのコンピュータ可読命令を格納する非一時的メモリも含む。
【００２４】
第２のヒーター５１６によって加えられる熱の量の選択的制御は、モーター５２０を用いる石英チューブの頂部５０６Ａへの第２のヒーター５１６の相対位置を調整するコントローラ５１８によって達成される。そのため、第２のヒーター５１６と石英チューブの頂部５０６Ａとの間の距離が増加するにつれて、無線周波数コイル５１０によって作動されるときに、反応チャンバ５０２における蒸気に影響を与える第２のヒーター５１６によって生成される熱の量は減少する。同様に、第２のヒーター５１６と石英チューブの頂部５０６Ａとの間の距離が減少するにつれて、無線周波数コイル５１０によって作動されるときに、反応チャンバ５０２における蒸気に影響を与える第２のヒーター５１６によって生成される熱の量は増加する。
【００２５】
従来の金属有機化学蒸着システムと同様に、システム５００は、反応チャンバ５０２を囲む、頂部５０６Ａ及び底部５０６Ｂを有する、石英チューブ、基板を収容するための第１のヒーター５１２における領域５１４、外側保護チューブ５０８、並びに、外側保護チューブ５０８と石英チューブとの間に配される水を含む。
【００２６】
図４及び５における第２のヒーター４１６及び５１６は、反応チャンバにおける分子の流れを変えることによって、反応チャンバにおける分子の熱分解を強化するために用いられて、分子が、基板４１４又は５１４に向かうようにされ、図６Ａ−６Ｃに関連してより詳細に説明されることになる。第２のヒーター４１６及び５１６は、それぞれ第１のヒーター４１２及び５１２と同じサイズであり得る、又は、それぞれ第１のヒーター４１２及び５１２より小さいことがあり得る。第２のヒーター４１６又は５１６が第１のヒーター４１２又は５１２より小さいときでさえ、より小さいヒーターはいまだに、反応チャンバにおける分子の流れを変えることがあり、分子が基板４１４又は５１４に向かうようにされる。さらに、単一の第２のヒーター４１６又は５１６のみが図４及び５において示されているが、１つより多くの第２のヒーター４１６又は５１６が採用され得る。
【００２７】
図６Ａは、従来の金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図であり、図６Ｂ及び６Ｃは、実施形態による従来の金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図である。これらの図面の凡例上の「Ｔ」ラベルは、増加する温度を示し、例えば、黒い領域は、白い領域よりも涼しい。
【００２８】
図６Ａは、従来の金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図である。示されるように、従来のシステムにおいて単一のヒーターによって生成される熱は、ヒーターの周りに局在化され、ヒーターからの距離が増加するにつれて急速に消散する。
【００２９】
図６Ｂ及び６Ｃは、実施形態による金属有機化学蒸着システムにおける反応チャンバ内の温度分布の断面模式図であり、図６Ｂは、反応チャンバからさらに離れた第２のヒーターを示し、図６Ｃは、石英チューブの上部に接触する第２のヒーターを示す。図６Ｂ及び６Ｃを比較することによって理解されるように、第２のヒーターが反応チャンバに近い程、反応チャンバにおける蒸気へ加えられる熱が増える。さらに重要なことには、この追加の熱は、石英チューブの下部４０６Ｂ又は５０６Ｂ及び基板４１４又は５１４へ向かう蒸気の流れに影響を与える。蒸気の流れにおけるこの変化は、従来のシステムよりも高い温度で窒化インジウムガリウム蒸気が加えられることを可能にする。なぜなら、窒化インジウムガリウム蒸気は、石英チューブの下部４０６Ｂ又は５０６Ｂにおける基板４１４又は５１４に向けられ、それゆえ窒化インジウムガリウム蒸気は、蒸発せず、代わりに基板４１４又は５１４に向けて凝縮する。
【００３０】
図６Ｂ及び６Ｃは、第１の及び第２のヒーターに関する誘導ヒーターを有する金属有機化学蒸着システムを示し、それに応じて、無線周波数コイルのパルスは、それが石英チューブの頂部に接触しているかどうかに関わらず第２のヒーターを作動するであろう。そのため、図６Ａにおける従来のシステム及び図６Ｂにおける第２のヒーターを有するシステムの比較によって理解されるように、無線周波数コイルがパルス化されるとき、第２のヒーターによって生成される熱の少なくともいくらかが反応チャンバの上部内に放射されるので、第２のヒーターは、反応チャンバ内の温度分布、及び蒸気の流れにいまだに影響を与える。
【００３１】
図６Ｂ及び６Ｃは、誘導第１の及び第２のヒーターを用いた温度分布を示すが、同様の温度分布は、上述した抵抗ヒーター４１２及び４１６を用いて達成され得る。図６Ｂ及び６Ｃに示されるような第２のヒーターと反応チャンバとの間の相対位置を変えることの代わりに、抵抗ヒーター４１６へ提供される電力の量が変えられ、つまり、図６Ｂにおける温度分布を達成し、より低い量の電力（又は電力無し）が、第２のヒーター４１６へ供給され、図６Ｃにおける温度分布を達成し、供給される電力の量と比較してより大きい量の電力が第２のヒーター４１６へ供給されて、図６Ｂにおける温度分布を達成する。
【００３２】
金属有機化学蒸着システム４００及び５００を操作する方法が、図７のフローチャートに関連して今から説明されるであろう。最初に、反応チャンバ４０２又は５０２は、第１のタイプの蒸着の間に第１のヒーター４１２又は５１２を用いて加熱される（ステップ７０５）。第１のタイプの蒸着は、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウム蒸気の堆積であり得る。その後、コントローラ４１８又は５１８は、第２のタイプの蒸着が反応チャンバ４０２又は５０２において行われるであろうことを決定する（ステップ７１０）。第２のタイプの蒸着は、窒化インジウムガリウム蒸気の堆積であり得る。この決定に応じて、その後コントローラ４１８又は５１８は、第１のヒーター４１２又は５１２及び第２のヒーター４１６又は５１６を制御して、第２のタイプの蒸着の間に反応チャンバ４０２又は５０２を加熱する（ステップ７１５）。
【００３３】
図８Ａ−８Ｃは、従来の及び独創的な金属有機化学蒸着システムの反応チャンバにおける相対温度を示すグラフである。具体的には、図８Ａは、従来の金属有機化学蒸着システムの相対温度を示すグラフであり（図３と同じである）、図８Ｂ及び８Ｃは、実施形態による第２のヒーターを有する金属有機化学蒸着システムの相対温度を示すグラフである。図８Ｂのグラフでは、第２のヒーターが採用されるが反応チャンバにおける温度は、ｎ型層を形成するために用いられる温度と比較して窒化インジウムガリウム層の堆積の間に下げられる；しかしながら、温度は、図８Ａのグラフを生成した従来のシステムほどは下げられない。図８Ｃのグラフでは、第２のヒーターが、ｎ型層、窒化インジウムガリウム層及びｐ型層の形成のために反応チャンバにおいて同じ温度を維持するために採用される。
【００３４】
図８Ａを図８Ｂ及び８Ｃと比較することによって理解されるように、ｎ型層、窒化インジウムガリウム層及びｐ型層を形成するための全体時間は、図８Ａのグラフを生成するために用いられる単一のヒーターと比較して、第２のヒーターを用いて、短い。図８Ｂのグラフを生成した実装では、この減少した時間は、図８Ａのグラフにおいて反映された従来のシステムにおけるものより高い窒化インジウムガリウム層を形成するために用いられる温度に起因して、上昇する。そのため、図８Ｂのグラフを生成した実装における温度安定化期間８１０Ｂ及び８１４Ｂは、図８Ａのグラフにおいて反映された従来のシステムにおける温度安定化時間８１０Ａ及び８１４Ａよりも短い。
【００３５】
図８Ｃのグラフを生成した実装では、この減少した時間は、ｎ型及びｐ型層の形成のために用いられるような窒化インジウムガリウム層の形成の間に反応チャンバにおける同じ温度を生成するための第２のヒーターの使用に起因して、上昇し、これらの層の形成の間の温度安定化期間を排除する。第２のヒーターは、堆積の間に蒸気の流れに影響を与え、窒化インジウムガリウム層の形成の間により高い温度の使用を可能にするが、（温度安定化時間を排除する）窒化インジウム層を形成するための期間は、図８Ａのグラフを生成する従来のシステムと図８Ｂ及び８Ｃのグラフを生成する２つのヒーターを採用するシステムとの間で同じことになることに留意すべきである。
【００３６】
そのため、金属有機化学蒸着システムにおいて第２のヒーターを用いることは、従来のシステムにおいてよりも高い温度の使用に起因して窒化インジウムガリウム層の形成の間に結晶欠陥を減少させるだけでなく、ｎ型、窒化インジウムガリウム及びｐ型層を形成するための全体時間も減少させる。
【００３７】
金属有機化学蒸着システムを操作する方法は、図４及び５の模式図、図８Ｂ、８Ｃのグラフ並びに図９のフローチャートと関連して今から説明されるであろう。
【００３８】
最初に、反応チャンバ４０２又は５０２は、第１のタイプの半導体蒸気が反応チャンバ４０２又は５０２へ供給される間に第１のヒーター４１２又は５１２を用いて加熱される（ステップ９０５）。この第１のタイプの蒸気は、ｎ型層を形成するために用いられる蒸気であり、このステップは、期間８０８Ｂ又は８０８Ｃに対応する。第２のヒーター４１６又は５１６によって供給される熱はその後調整される（ステップ９１０）。抵抗ヒーター実施形態では、これは、第２のヒーター４１６へ電力を提供することを含む。誘導ヒーター実施形態では、これは、反応チャンバ５０２の近くへ第２のヒーター５１６を動かすことを含む。
【００３９】
図８Ｃのグラフを生成する実装では、ｎ型層の形成と後続の窒化インジウムガリウム層の形成との間で温度変化は存在しないが、第２のヒーターの温度は、堆積の間の蒸気流れに影響を与えるためにいまだに調整されることが認識されるべきである。抵抗ヒーター実施形態では、これは、第２のヒーター４１６の温度が上げられる（又は第２のヒーターがｎ型層蒸気の堆積の間に作動される場合に作動される）ときに第１のヒーター４１２によって生成される温度を下げることを含み得る。誘導ヒーター実施形態では、これは、無線周波数コイル５１０によって生成されるエネルギーを減少させること含み得て、第２のヒーターが反応チャンバ５０２の近くへ動かされるときに、第１の５１２及び第２の５１６ヒーターによって生成される組み合わされた温度が、窒化インジウムガリウム蒸着に関して所望の温度であるようになる。
【００４０】
反応チャンバはその後、第２のタイプの半導体蒸気が反応チャンバ４０２又は５０２へ供給される間に、第１の及び第２のヒーターを用いて、加熱される（ステップ９１５）。この第２のタイプの蒸気は、窒化インジウムガリウム層を形成するために用いられる蒸気であり、このステップは、期間８１２Ｂ又は８１２Ｃに対応する。
【００４１】
第２のヒーター４１６又は５１６によって反応チャンバ４０２又は５０２へ供給される熱はその後調整されて、第１のヒーター４１２又は５１２によって生成される熱が、ｐ型層の形成に関して必要な温度を生成する（ステップ９２０）。抵抗ヒーター実施形態では、これは、第２のヒーター４１６に電力を供給しないことを含む。誘導ヒーター実施形態では、これは、反応チャンバ５０２の近くからさらに離れるように第２のヒーター５１６を動かすことを含む。図８Ｃのグラフを生成する実装では、第２のヒーター４１６又は５１６によって供給される熱は、減少される又は排除され、第１のヒーター４１２又は５１２によって供給される熱は、増加されて、ｐ型層蒸着に関して所望される温度に達する。
【００４２】
反応チャンバ４０２又は５０２はその後、第３のタイプの半導体蒸気が反応チャンバ９２５へ供給される間に第１のヒーター４１２又は５１２を用いて加熱される（ステップ９２５）。この第３のタイプの蒸気は、ｐ型層を形成するために用いられる蒸気であり、このステップは、期間８１６Ｂ又は８１６Ｃに対応する。
【００４３】
開示される実施形態は、金属有機化学蒸着システム、及び金属有機化学蒸着システムを操作する方法を提供する。この記載は、発明を限定する意図がないことが理解されるべきである。逆に、例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような発明の精神及び範疇に含まれる、代替、修正及び同等物を覆うことが意図される。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明では、多くの特定の詳細が、請求される発明の包括的な理解を提供するために記載される。しかしながら、当業者は、様々な実施形態が、このような特定の詳細無しで実施され得ることを理解するであろう。
【００４４】
本例示的な実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせにおける実施形態において説明されるが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素無しの単独で、又は、本明細書で開示される他の特徴及び要素との様々な組み合わせで若しくは組み合わせ無しで、用いられ得る。
【００４５】
この記載された説明は、開示される主題の例を用いて、任意のデバイス又はシステムを作製し用いること、及び任意の組み込まれた方法を実施することを含む、同じものを当業者が実行できるようにする。主題の特許可能な範疇は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含み得る。このような他の例は、特許請求の範囲の範疇内であるように意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ−８Ｃ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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