JP2010509778A - サセプタおよびサセプタを用いたｌｅｄ装置の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質のＬＥＤ装置を形成する方法、およびＬＥＤ装置の製造に特に適切なサセプタを提供する。
【解決手段】ＬＥＤ製造のための単結晶ウエハを保持するためのサセプタが提供され、該サセプタは単結晶ウエハを受容するための窪みを有するサセプタ本体を含み、該窪みは約１０ミクロン以下の表面粗度（Ｒ_max１９１）を有する表面を有している。サセプタ本体は、ケイ素を含浸した炭化ケイ素およびサセプタ本体を覆っている窒化物層を含んでいる。
【選択図】図１

Description

以下の記載は、２００６年１１月１０日に出願され、表題が「サセプタおよびサセプタを用いたＬＥＤ装置の形成方法」であり、発明者がマシュー・エイ・シンプソン（Matthew A. Simpson）である米国仮出願番号６０／８６５２２１号を優先権の基礎とする米国出願であり、該仮出願は参照によりここにその全てが組み込まれる。

本願の開示は、エレクトロルミネセント装置の製造に用いられるサセプタに関し、また特に発光ダイオード（ＬＥＤ）装置の製造に用いられるサセプタに関する。

ＬＥＤ装置の生産は、需要の増大とともに増加し続けており、その一部はＬＥＤ装置の新たな用途への利用に駆られたものである。これらの装置では、青色波長ＬＥＤ装置が最近の進歩であり、望みの波長を作り出すためにドープしたＧａＮを使用している。単結晶ＧａＮ基材は半導体層のエピタキシャル成長の理想的な鋳型になるが、その一方で、そのような基材の費用および利用可能性は異質な基材、例えばサファイアの開発に導いている。基材物質の選択を超えて、ＬＥＤ製造業者は通常、サセプタを受容基材に用いており、ＬＥＤをその上に形成している。

当技術分野では、高品質のＬＥＤ装置を形成する方法、およびＬＥＤ装置の製造に特に適切なサセプタへの要求がある。

ＬＥＤ製造用の単結晶ウエハを保持するためのサセプタは、単結晶ウエハを受容するための窪みを有するサセプタ本体を含んでおり、この窪みは約１０ミクロン以下の表面粗度パラメータＲ_maxを有する表面を有している。このサセプタ本体は、ケイ素を含浸させた炭化ケイ素、およびサセプタ本体を覆う窒化物層を含んでいる。

半導体ＬＥＤ装置を形成する方法はサセプタを準備することを含んでおり、該サセプタは（ｉ）単結晶ウエハを受容するための窪みを有するサセプタ本体をであって、この窪みは約１０ミクロン以下の表面粗度パラメータＲ_maxを有する表面を有しており、またこのサセプタ本体はケイ素を含浸させた炭化ケイ素を含んでいるサセプタ本体、および（ｉｉ）該サセプタ本体を覆う窒化物層を含んでいる。本方法は更に、基材がサセプタ本体の窪みの中に位置取りされること、基材が成長表面を有すること、および成長表面を覆う第一の半導体層を形成すること、を必要としている。更に、第一の半導体層を覆う第二の半導体層が形成され、また発光領域が第一の半導体層と第二の半導体層の間に、第二の半導体層と関連して形成される。
添付の図面を参照することによって、本願の開示は当業者により良く理解され、またその多くの特徴および利点が当業者に明らかになるであろう。
異なる図面中での同じ参照記号の使用は、同じかまたは同等の品目を表す。

本発明により、高品質のＬＥＤ装置を形成する方法、およびＬＥＤ装置の製造に特に適切なサセプタが提供される。

図１は、１つの態様によるサセプタの説明図である。 図２は、１つの態様によるサセプタの一部の断面の説明図である。 図３は、１つの態様による特定のサセプタを用いたＬＥＤの形成方法の工程系統図である。 図４は、１つの態様による層状のＬＥＤ構造の説明図である。

機能性のＬＥＤ装置形成の背景の中には多くの工程上の課題が存在している。通常は、ＬＥＤ製造工程および装置は、高い装置収率、制御された費用、および高品質装置を可能にするものが望まれている。品質に関連して、狭い、目標とした放射帯の中で発光する装置を与えることが通常望まれる。しかしながら、工程条件が放出される放射線の波長に影響を与えることが見出されており、また望ましくないウエハとウエハの間の波長変動、ウエハ内の（装置と装置の間の）波長変動が経験されている。

ＬＥＤ形成の間に単結晶ウエハを支持するのに用いられるサセプタが、本発明者らによって研究されてきた。サセプタとしては、ＳｉＣ系の成分、例えばモノリシックＣＶＤ−ＳｉＣおよびＣＶＤ−ＳｉＣで被覆されたグラファイト、が挙げられる。モノリシックＣＶＤ−ＳｉＣは通常は、製造するのに極めて費用が掛かり、そして他の解決策が模索されている。ＣＶＤ−ＳｉＣ被覆のグラファイトサセプタは、厳密な寸法公差をもって作るのが非常に難しく、またＣＶＤ−ＳｉＣ被覆の劣化によって発生する欠陥、例えばピンホール、の発達のために寿命が制限される

ここでの態様によれば、ＬＥＤ製造用の単結晶ウエハを支持するためのサセプタが提供され、このサセプタは単結晶ウエハを受容するための窪みを有するサセプタ本体を含み、この窪みは約１０ミクロン以下の表面粗度パラメータを有している表面を有している。サセプタ本体はケイ素を含浸させた炭化ケイ素、およびサセプタ本体を覆う窒化物層を含んでいる。例えば、基材とそれを覆ったＧａＮ層の間の熱膨張の違いおよび結晶学的不整合は、結晶層のエピタキシャル成長を困難なものにする。

サセプタの構造に関して、図１を参照して、１つの態様によるサセプタ１００の透視図を示した。サセプタ１００は、本体１０１および基材を受容するための窪み１０３を含んでいる。図示したように、窪み１０３は円形の外形を有しており、そして１つの態様によれば、窪みは約５．０ｃｍ以上の直径を有している。他の態様によれば、窪み１０３の直径はより大きく、例えば約７．５ｃｍ以上、例えば約１０ｃｍ以上である。好ましい態様では、円形の窪み１０３は、円形の外形および基材の配向のための平坦な部分を有することができる。理解できるように、基材は平板を含むことができ、それは結晶学的配向をあ表し、そしてそのように、窪み１０３は特別な結晶学的配向の基材を受容し、また配向させるための平板部を含むことができる。更に、サセプタ１００は複数の窪みを含んでいてもよい。

窪み１０３は、基材を適切に保持するように設計された平均深さを有しており、そして１つの態様によれば、窪み１０３の深さは約８００ミクロン以下である。他の態様では、窪み１０３の平均深さは約７００ミクロン以下であり、更に約６００ミクロン以下である。通常は、サセプタは加工されることが予期されるウエハの厚さに対応する窪み深さを有することができ、通常は３００〜５５０ミクロンの水準、例えば約４００ミクロンの窪み深さを有することができる。サセプタは、好ましくはウエハ厚さよりも僅かに小さい窪み深さを有することができる。

窪みは表面１０５を有しており、それは通常は窪みの底面であり、そしてこの態様によれば、該表面は平滑であり、また基材の均一な加熱を促進する。従って、１つの態様では、表面１０５は約８．０ミクロン以下の表面粗度Ｒ_maxを有しており、例えば約５．０ミクロン以下、更に約２．０ミクロン以下である。更に、１つの好ましい態様では、表面１０５は約１．０ミクロン以下の表面粗度Ｒ_maxを有している。

更にサセプタに関して、図２を参照して、１つの態様によるサセプタ２００の一部の断面図が与えられる。前述のように、サセプタはケイ素を含浸させた炭化ケイ素材料を含んでいる。１つの態様によれば、サセプタ本体２０１の組成物は、約７０質量％以上の炭化ケイ素を含み、例えば約８０質量％以上の炭化ケイ素、更には約９０質量％以上の炭化ケイ素を含んでいる。１つの好ましい態様では、サセプタ本体２０１は、約９５質量％以上の炭化ケイ素を含んでいる。このように、サセプタ本体２０１はある量の含浸されたケイ素を含んでおり、好ましくは形成の間に炭化ケイ素中に含浸された金属ケイ素を有している。１つの態様によれば、サセプタ本体２０１は通常は、約３０質量％以下の量のケイ素を含んでおり、例えば約１５質量％以下、更に約１０質量％以下の量のケイ素を含んでいる。好ましい態様では、サセプタ本体２０１は約５．０質量％以下のケイ素を含んでいる。

ケイ素で構造を含浸することは、密度の増加をもたらし、またそのようなことで、サセプタの本体は通常は低度の気孔率を有し、これは主として密閉気孔率である。通常は、サセプタ本体２０１は約１５容積％以下の気孔率、例えば約１０容積％以下、更に約７．５容積％以下の気孔率を有している。通常は、気孔率は５容積％以下であり、例えば３容積％以下であり、更には１容積％以下である。

再度図２を参照すると、サセプタ２００は更に本体を覆う窒化物層２０３を含んでいる。通常は、窒化物層２０３はサセプタ本体の外部表面を覆う材料の層であり、そして好ましくは窒化物層２０３は、さもなければ露呈する元素ケイ素を覆う材料の連続した膜であることができる。１つの態様によれば、窒化物層２０３は、サセプタ本体の外部表面積の約２．０％〜約２０％の範囲を覆っている。

図示したように、表面の不規則２０７、例えば元素ケイ素で充填された溝または小さな孔が、サセプタ本体２０１の中に存在していてもよく、また１つの態様によれば、窒化物層２０３がこれらの充填された表面不規則２０７を覆っている。より好ましくは、ケイ素が含浸された炭化ケイ素の場合には、以下でより詳細に議論されるように、サセプタの外部表面に露呈された元素ケイ素の部分だけが通常は窒化されている。１つの好ましい態様では、窒化物層２０３は、実質的に平滑な上部表面を維持しながら、このような不規則を覆っている。

本体の表面に存在する可能性がある表面の不規則２０７のために、窒化物層２０３の厚さは平均厚さとして測定され、図２においては点線２０５で示されている。１つの態様によれば、窒化物層２０３の平均厚さは約０．２ｎｍ以上である。他の態様によれば、窒化物層２０３は約０．５ｎｍ以上の平均厚さを有することができ、更には約１．０ｎｍ以上、例えば約５．０ｎｍ以上の平均厚さを有することができる。好ましい態様によれば、窒化物層２０３は約０．５ｎｍ〜約２．０ｎｍの範囲の平均厚さを有している。

通常は、窒化物層２０３は、約１０００℃を越える温度に耐えることができるセラミックまたは金属を含んでいる。１つの好ましい態様では、窒化物層２０３はケイ素を含み、例えば窒化物層２０３の大部分は窒化ケイ素を含んでいる。１つの態様によれば、窒化物層２０３は約９０質量％以上の窒化ケイ素を含んでおり、例えば約９５質量％以上の窒化ケイ素、更には約９８質量％以上の窒化ケイ素を含んでいる。更に、他の態様では、窒化物層２０３は本質的に窒化ケイ素である。

更に、窒化物層２０３は通常は密度の高い材料の層であり、低い有効率を有している。窒化物層２０３の有効率は、大部分は密閉有効率であるが、通常は約５．０容積％以下である。１つの態様によれば、窒化物層２０３の有効率は約２．０容積％以下、更には約１．０容積％以下である。

ここに規定されたこのようなサセプタの形成に関して、米国特許第３９５１５８７号明細書に開示されている手順に従ったケイ素処理された炭化ケイ素本体の形成を行うことができ、その明細書は参照によって組み込まれる。サセプタ形状は明らかに幾つかのセラミック形成技術によって形成することができるが、１つの好ましい方法はスリップキャスト成形である。実質的にいずれの長さおよび直径、そしていずれの形状の複雑さのサセプタも、スリップキャスト成形によって、容易にまた経済的に達成される。他の適切な方法としては、プレス成形、例えば静水圧プレス成形、ホットプレス成形、または冷却圧縮成形、またはそれらの組み合わせが挙げられる。一度炭化ケイ素プリフォームが作られれば、熱処理が行われ、用いられる時間−温度条件に応じて、種々の度合いの再結晶の生起を伴った炭化ケイ素粒子の焼結をもたらす。

サセプタをそのように処理した後に、ケイ素を焼結した炭化ケイ素構造中へと導入するためにサセプタは次いで第二の熱処理に付されるが、それは焼結した部品を、約２１５０℃の温度で、減圧したもしくは少なくとも非酸化雰囲気で、約１０分間ケイ素と接触させることによってなされる。このことは、焼結された形状の密度によって約５．０質量％から約３０質量％までの量の金属ケイ素を、部分的にもしくは全体に含浸された焼結された形状をもたらす。この金属ケイ素は、通常は極めて純粋で、すなわち９９％以上の純度、そして好ましくは９９．９％の純粋なケイ素である。

他の方法では、上記の焼結工程は除かれ、そして焼成されていない成形品を直接に上記のようなケイ素処理（ケイ素含浸）工程に付される。この方法では、炭化ケイ素粒子は焼結され、そして基質（matrix）は含浸され、その全てが１つの工程で行われる。この方法が用いられても、または前者が用いられても、多孔質の炭化ケイ素の形状は、毛管現象および／または重力が含浸を促進するようにこの形状をケイ素と接触させるように配置することにより、または成形した物品を２１５０℃でケイ素蒸気に暴露することにより、浸漬によってケイ素で処理することができる。

ケイ素含浸処理および場合によっては機械加工工程の後に、ケイ素含浸された形状は窒化処理工程に付されて最終的なサセプタが形成される。この窒化処理工程はサセプタを窒素雰囲気中で加熱することを含むことができ、例えばサセプタは窒素含有雰囲気（例えば、窒素もしくはアンモニア）に、高温で暴露され、元素ケイ素または遊離のケイ素との直接反応によって窒化物層の形成をもたらし、好ましくは窒化ケイ素を形成する。通常の窒素種（例えば、窒素もしくはアンモニア）の分圧は約１０²Ｐａ〜１０⁶Ｐａの範囲である。

通常は、サセプタは約５００℃超の温度、また通常は約８００℃〜約１４００℃の範囲に加熱される。このような温度範囲は、窒化物層の形成を促進し、またサセプタに機械的な歪をもたらす過剰な温度を回避させる。あるいは、この方法は物理的または化学的蒸気堆積の使用を含むことができる。図３の参照により、１つの態様によるＬＥＤ形成の方法を示す工程系統図が与えられる。図示したように、第一の工程は窪みを有するサセプタの準備を含んでおり、この態様では３０１と記載されている。特に、サセプタは、ケイ素を含浸させた炭化ケイ素材料および本体を覆う窒化物層、を含む本体を有している。このサセプタは、雰囲気および温度制御を有する成長チャンバーの中で準備することができる。好ましくは、サセプタはＭＯＣＶＤチャンバーの中で準備することができる。

適切なサセプタ３０１を準備した後に、サセプタ１０３上に基材が配置される。この基材は、それに続く半導体層のエピタキシャル成長のための結晶成長表面を提供し、多層ＬＥＤ構造の形成を促進する。通常は、この基材は単結晶ウエハ材料であり、通常はボール（boule）または他のバルクの結晶形態から切出される。基材の材料としては、元素または合成物を挙げることができ、例えば炭化ケイ素、ケイ素、サファイア、アルミナ、窒化亜鉛もしくは窒化ガリウム（ＧａＮ）を挙げることができる。１つの態様では、基材の材料は単結晶ウエハであり、本質的に炭化ケイ素またはサファイアを含んでいる。他の態様によれば、基材はｃ−平面成長表面を有するサファイア基材であり、それはサファイア基材のｃ−平面が堆積に暴露されるようにサセプタ上に配置される。

基材はサセプタの表面上に配置することができる。サセプタは、ここでの態様に記載されるように窪みを含んでいることができ、またそうして、基材は、成長表面を暴露させて窪みの中に配置することができる。サセプタの中の窪みは、基材をサセプタ上に正確に配置することを容易にし、また従って堆積チャンバー中へ正確に配置することを容易にする。更に、幾つかの用途においては、基材は動かされるかまたは回転され、そして窪みが基材とサセプタの更なる結びつきを与える。

図３によれば、サセプタ３０３上に基材を供給した後に、基材３０５上に１つまたはそれ以上の下層が形成される。通常は、１つまたはそれ以上の下層は、それに続く半導体層の成長の適切な成長表面鋳型を提供するように形成することができる。このような下層としては、例えば、１つまたはそれ以上の緩衝層、膜、マスクもしくはパターン形成された層、または結晶質材料の非合体（non-coalescing）アイランドもしくはメサ（mesas）を挙げることができる。好ましくは、異質な基材上への半導体層成長の文脈の中では、下層（単数または複数）として、基材の成長表面の結晶学的構造よりも、覆っている半導体層の結晶学的構造により親密に適合する結晶学的構造を有する材料を挙げることができる。適切な材料としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＧａＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＯ₂、ＺｎＯまたはそれらの混合物を挙げることができる。１つの好ましい態様によれば、下層はＡｌＮで作られた緩衝層である。

下層（単数または複数）は、堆積法によって形成することができ、例えばエピタキシャル成長法、所望によっては写真平版法を挙げることができる。１つの態様によれば、下層（単数または複数）はＭＯＣＶＤ（またはＭＯＶＰＥとも称される）を用いて堆積される。更に、写真平版のパターン形成は、覆っている半導体層のエピタキシャルな横方向の成長（ＥＬＯ）法を可能にするのに用いることができる。下層の形成は高温処理、例えば約８００℃超の温度、または更に１０００℃超の温度を用いることができる。あるいは、１つの好ましい態様では、下層は低温層、例えば約８００℃未満の温度、例えば約６００℃未満の温度で形成された層であることができる。

上記の態様では、下層は通常はそれに続く半導体層の結晶成長の鋳型として提供され、また通常は半導体層に比べて極めて薄い。１つの態様によれば、下層は約４００オングストローム未満の平均厚さを有し、例えば約３００オングストローム未満であり、更に例えば約２００オングストローム未満である。他の態様によれば、緩衝層は約５０オングストローム〜約３００オングストロームの範囲の平均厚さを有している。

再度図３を参照して、下層３０５の形成の後に、第一の半導体層を下層３０７を覆って形成することができる。通常は、第一の半導体層は発光領域の形成を促進する第一の層の１つである。第一の半導体層は、堆積法によって形成することができ、例えばエピタキシャル成長で形成することができる。１つの態様によれば、第一の半導体層は蒸気堆積法、例えばＭＯＣＶＤまたはＭＯＶＰＥによって形成される。通常は、形成処理は高温処理であり、また１つの態様によれば、第一の半導体層の成長は約５００℃以上の温度、例えば約７００℃以上、更には約９００℃以上の温度で行われる。更に、１つの態様では、第一の半導体層は約１０００℃以上の温度で形成される。

更に第一の半導体層に関しては、他の態様によれば、第一の半導体層の形成は青色ＬＥＤ装置の形成に適した半導体層の形成を含んでいる。そのように、１つの態様では、第一の半導体層はＩＩＩ族窒化物合成物を含んでいる。１つの態様では、第一の半導体層は、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎからなる元素の群からの少なくとも１種の元素を含んでいる。１つの好ましい態様では、第一の半導体層はＧａＮを含んでいる。

第一の半導体層の形成は、半導体材料へのドーパントの注入を含むことができ、例えばｎ型またはｐ型ドーパント材料の注入を含むことができる。１つの態様によれば、第一の半導体層の形成はｎ型ドーパントの材料への注入を含んでいる。通常は、ドーパントとして使用する濃度および元素は、ドープされる半導体材料の性質に依存する。１つの態様では、第一の半導体層はＧａＮを含んでおり、また第一の半導体層はドープされてｎ型の半導体層を形成する。好ましい態様では、第一の半導体層はＧａＮを含み、またｎ型半導体層は、ＧａＮ含有層の実質的な部分をドナー元素、例えばケイ素（Ｓｉ）でドープすることによって形成される。従って、ＧａＮ層中のドナー濃度は、３００Ｋで約１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以上であることができ、例えば約１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることができる。

場合によっては、層中のドーパントの活性化は意図的な処理工程を要求する。そのように、１つの態様によれば、ドープされた第一の半導体層を形成する方法はまた、ドーパントの活性化を含んでいる。このような方法は、特定の雰囲気での特定の温度での熱的なアニーリング、または電子線を用いた放射工程、例えば低エネルギー電子線放射（ＬＥＥＢＩ）活性化、を含むことができる。

再度図３を参照すれば、本方法は更に、第一の半導体層３０９を覆う、第二の半導体層の形成を含んでいる。第一の半導体層と同様に、第二の半導体層は発光領域の形成を可能にする。第二の半導体層は堆積法、例えばエピタキシャル成長法、によって形成することができ、また１つの態様によれば、第二の半導体層は蒸気堆積法、例えばＭＯＣＶＤまたはＭＯＶＰＥによって形成される。他の態様によれば、第一の半導体層の形成は、約５００℃以上の温度、例えば約７００℃以上、更には約９００℃以上の温度で行われる。更に、１つの態様では、第二の半導体層は約１０００℃以上の温度で形成される。

第二の半導体層の組成に関しては、他の態様によれば、第二の半導体層の形成は青色ＬＥＤ装置の形成に適した半導体層の形成を含んでいる。そのように、１つの態様では、第二の半導体層はＩＩＩ族窒化物合成物を含んでいる。１つの態様では、第二の半導体層は、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎからなる元素の群からの少なくとも１種の元素を含んでいる。１つの好ましい態様では、第二の半導体層はＧａＮを含んでいる。

更に第二の半導体層の形成に関しては、ドーパントを半導体材料へ注入することができる。上記の好ましい態様では、第一の半導体層がｎ型ドーパントを含んでいるので、第二の半導体層はｐ型ドーパントを含んでいる。好ましい態様によれば、第二の半導体層はＧａＮを含み、またｐ型層は、ＧａＮ、または少なくともＧａＮの実質的な部分を、マグネシウム（Ｍｇ）などの受容体元素でドーピングすることによって形成される。従って、ＧａＮ層中の受容体濃度は、通常は３００Ｋで約１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であることができ、例えば３００Ｋで約１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であることができる。第一の半導体層と関連して記載したように、第二の半導体層中にドープされた受容体を電気的に活性化するには意図的な活性化処理が要求される可能性がある。このような処理は特定の雰囲気での特定の温度での熱的なアニーリング、または放射処理を含むことができる。

一般に、ケイ素はドーパントとして用いることができるので、特にＧａＮ構造のドーピングの文脈の中では、層の形成の間の形成チャンバー内における、追加の、もしくは未解明なケイ素の少量の存在でさえも、ドーパントとして機能し、装置の特性を実質的に変化させる可能性があると考えられている。このように、成長チャンバー内での、このような操作における使用には、ケイ素を含む成分は一般に望ましくなく、特に遊離のケイ素または金属ケイ素を含む成分は望ましくない。

図３に示した上記の方法は、１つの態様による、層状のＬＥＤ構造の形成方法を与えることが理解されるであろう。通常は、１つまたはそれ以上の更なる層を、基材を覆って、第一と第二の半導体層の間に、形成することができる。１つの態様によれば、少なくとも１つの活性層を第一および第二の半導体層の間に形成することができる。

前述のことに照らして、図４は、１つの態様による、層状のＬＥＤ構造の説明を提供する。好ましくは、層状のＬＥＤ構造は青色ＬＥＤ構造であり、これは一連の層を含んでおり、その中に基材４０１がある。上記のように、基材としては単結晶ウエハ材料が挙げられ、通常はボール（boule）または他のバルクの結晶形態から切出され、また通常は炭化ケイ素、ケイ素、サファイア、アルミナ、窒化亜鉛または窒化ガリウムなどの材料から作られる。好ましい態様によれば、基材の材料はサファイア、例えばｃ−平面成長表面を有するサファイア、の単結晶ウエハである。

図４を参照すれば、層状のＬＥＤ構造はまた層４０３を含んでおり、これは通常は下層または緩衝層である。１つの態様によれば、層４０３は低温緩衝層であり、またＭＯＣＶＤまたはＭＯＶＰＥを用いて低温、通常は約５００℃未満、で成長させることができる。１つの態様によれば、低温緩衝層は、薄く、約３００オングストローム以下の厚さ、更には約２００オングストローム以下の厚さを有している。更に、低温緩衝層は、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＮなどの元素、またはそれらの組み合わせを含むことができる。好ましい態様では、緩衝層はＡｌＮである。

層４０３を覆っているのは層４０５であり、これは好ましい態様では半導体層である。好ましくは、青色ＬＥＤ構造の文脈では、層４０５はＧａＮ半導体層である。より好ましくは、層４０５はｎ型ＧａＮ半導体層であり、これはケイ素がドープされている。このような態様では、ケイ素をドープしたＧａＮ層は層４０３よりも厚く、約１．０ミクロン超の厚さ、通常は約１．０ミクロン〜約５．０ミクロンの範囲の厚さを有している。

更に図４を参照すると、層４０５を覆っているのは層４０７であり、これは１つの態様によれば活性層である。１つの態様によれば、この活性層は１つの材料層であり、例えば層４０５と４１１の間に二重ヘテロ接合構造を形成する層である。更に、他の態様では、層４０７は一連の層を含み、それらは単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含むことができる。１つの態様によれば、活性層はＧａ、ＡｌおよびＩｎなどの元素、またはそれらの組み合わせを含むことができる。活性層の特に適切な合成物としては、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＧａＮが挙げられる。活性層が複数の層を含み量子井戸構造を形成する場合には、それぞれの層の厚さは薄く、例えば約１００オングストローム以下、または約５０オングストローム以下であることができ、また場合によっては、約２５オングストローム以下であることができる。

図４の層状のＬＥＤ構造を参照すると、層４０７を覆っているのは層４１１であり、それは１つの態様によれば、他の半導体層である。好ましくは、層４１１はＡｌＧａＮ半導体層であることができ、またより好ましくはマグネシウムをドープしたＡｌＧａＮ層であることができる。そのような態様では、マグネシウムをドープしたＧａＮ層は、約５００オングストローム超の厚さ、例えば約７５０オングストローム超、更には約１０００オングストローム超の厚さを有することができる。

層４１１を覆っているのは層４１３であり、これは１つの態様によれば、他の半導体層である。好ましくは、層４１３はＧａＮ半導体層であることができ、またより好ましくは層４１３はマグネシウムをドープしたＧａＮ層であることができる。そのような態様では、マグネシウムをドープしたＧａＮ層は、約１０００オングストローム超の厚さ、例えば約１５００オングストローム超、更には約２０００オングストローム超の厚さを有することができる。

図４は更に接点４０９と４１５を示しており、それらは１つの態様では、それぞれｎ型およびｐ型の接点である。通常は、ＩＩＩ族窒化物種、例えばＧａＮを含む半導体層、の文脈の中では、ｎ型の接点はコモンメタル、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｉｎまたはそれらの組み合わせ、を含んでいる。ｐ型接点は、通常はＮｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属またはそれらの組み合わせを含んでいる。通常は、ｐ型接点は透明または半透明であり、またそのように、通常は薄層であり、しばしば約４００オングストロームまたはそれ未満の厚さを有している。

個々に記載した態様によれば、サセプタおよびそのようなサセプタを用いたＬＥＤ装置の形成方法は技術水準のサセプタを超えた改良を提供する。ここでの態様によるサセプタの製造は高度な精度および厳密な寸法公差で、費用効率が高い方法で行うことができる。更に、そのようなサセプタは、ＬＥＤの加工に用いると、高品質のＬＥＤ装置の形成、少なくとも部分的には優れた組成によって、高温での寸法安定性、および寸法精度を可能とし、装置品質に悪影響を有する温度ムラを制御し、また最小化することができる。更に、サセプタ中の遊離ケイ素の量を低減させるという実用上の懸念にもかかわらず、ケイ素を含浸させた炭化窒素構造を有するここでの態様では、窒化処理を遊離ケイ素を結合するのに使用することによって遊離ケイ素の含量を制御する。更に、いずれかの態様による、ここに記載された特徴の組み合わせを有するサセプタはまた、ＬＥＤ装置の製造、著しく改善された青色ＬＥＤ装置の製造に役立つ。

本発明を特定の態様の文脈の中で説明し、また記載してきたが、開示した詳細に限定することを意図したものではない。何故なら、種々の変更および置換を、本発明の範囲からの何らかの逸脱なしに行うことができるからである。例えば、追加のもしくは等価の代替物を準備することが可能であり、また追加のもしくは等価の製造工程を用いることが可能である。このように、ここに開示した本発明の更なる変更および等価物を、単なる日常の実験を用いることによって当業者がなし得る可能性があり、そしてこのような全ての変更および等価物は以下の特許請求の範囲によって記載した本発明の範囲に入ると信じられる。

本発明により、高品質のＬＥＤ装置を形成する方法、およびＬＥＤ装置の製造に特に適切なサセプタが提供される。

Claims (20)

1. ＬＥＤ製造のための単結晶ウエハを保持するためのサセプタであって、単結晶ウエハを受容するための窪みを有するサセプタ本体であって、該窪みが約１０ミクロン以下の表面粗度Ｒ_maxを有する表面を有しており、またケイ素が含浸された炭化ケイ素を含むサセプタ本体、および該サセプタ本体を覆っている窒化物層、を含むサセプタ。
2. 表面粗度Ｒ_maxが約２．０ミクロン以下である請求項１記載のサセプタ。
3. 窒化物層が窒化ケイ素を含む請求項１または２記載のサセプタ。
4. 窒化物層が約０．２ｎｍ以上の平均厚さを有している請求項１〜３のいずれか１項記載のサセプタ。
5. 窒化物層が、本体の外部表面積の約２．０％〜約２０％の範囲を覆っている請求項１〜４のいずれか１項記載のサセプタ。
6. サセプタ本体が約１５容積％以下の有効率を有している請求項１〜５のいずれか１項記載のサセプタ。
7. 半導体ＬＥＤ装置の形成方法であって、
   （ｉ）単結晶ウエハを受容するための窪みを有するサセプタ本体であって、該窪みが約１０ミクロン以下の表面粗度Ｒ_maxを有する表面を有しており、またケイ素が含浸された炭化ケイ素を含むサセプタ本体、および
   （ｉｉ）該サセプタ本体を覆っている窒化物層、を含むサセプタを準備すること、
   基材をサセプタ本体の窪みの中に配置すること（該基材は成長表面を有している）、
   該成長表面を覆う第一の半導体層を形成すること、および
   第一の半導体層を覆う第二の半導体層を形成すること（発光領域が第一の半導体層および第二の半導体層の間に形成される）、を含む方法。
8. 基材の成長表面を覆い、また基材の成長表面と接触する下層を形成することを更に含む請求項７記載の方法。
9. 下層が緩衝層である請求項８記載の方法。
10. 緩衝層が、ガリウム、インジウムおよびアルミニウムからなる群から選ばれる元素を含む請求項９記載の方法。
11. 第一の半導体層の形成が半導体材料のエピタキシャル成長によって行われる請求項７〜１０のいずれか１項記載の方法。
12. 第一の半導体層がＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料を含む請求項１１記載の方法。
13. 第一の半導体層の形成が、半導体材料をドーピングしてｎ型半導体材料を形成することを含む請求項１１記載の方法。
14. 第二の半導体層の形成が、半導体材料のエピタキシャル成長によって行われる請求項７〜１３のいずれか１項記載の方法。
15. 第二の半導体層がＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体材料を含む請求項１４記載の方法。
16. 第二の半導体層の形成が、約５００℃以上の温度で行われる請求項１４記載の方法。
17. 第二の半導体層の形成が、半導体材料をドーピングしてｐ型半導体材料を形成することを含む請求項１４記載の方法。
18. ｐ型半導体材料がマグネシウムを含む請求項１７記載の方法。
19. サセプタの準備が、窒素含有雰囲気中でサセプタを加熱することを含む請求項７〜１８のいずれか１項記載の方法。
20. サセプタの形成方法であって、
    炭化ケイ素を含む多孔質のプリフォームを準備すること、
    多孔質のパーフォームに元素シリコンを含浸させてサセプタ本体を形成すること、
    サセプタ本体を覆う窒化物層を形成すること（サセプタ本体は単結晶ウエハを受容するための窪みを有しており、該窪みは約１０ミクロン以下の表面粗度Ｒ_maxを有する表面を有している）、を含む方法。

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