JP2023165612A - 気相成長装置、及びリフレクタ - Google Patents

Abstract

【目的】耐久性が向上できるリフレクタを備えた気相成長装置を提供する。【構成】実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の中に設けられ基板を載置するホルダと、ホルダの下方に設けられた環状のアウトヒータと、アウトヒータの下方に設けられたインヒータと、インヒータの下方に設けられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状の上部リフレクタと、上部リフレクタの下方に設けられ、炭化珪素で形成され、上部リフレクタの厚さよりも厚さの薄い、円板状の下部リフレクタと、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置、及びリフレクタに関する。

高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。

そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部から反応室内のウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。

ウェハは、ウェハの下方に設けられたヒータによって加熱される。ヒータの下方にはリフレクタが設けられる。リフレクタは、ヒータによるウェハの加熱効率を向上させる。また、リフレクタは、ヒータの下方の部材が加熱されることを防止する。

ヒータの下方にリフレクタを設けた場合、リフレクタの中の温度勾配により熱応力が発生し、リフレクタの耐久性が低下するおそれがある。

特開２０１８－４１９５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、耐久性が向上できるリフレクタを備えた気相成長装置を提供することにある。

本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室の中に設けられ基板を載置するホルダと、前記ホルダの下方に設けられた環状のアウトヒータと、前記アウトヒータの下方に設けられたインヒータと、前記インヒータの下方に設けられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状の上部リフレクタと、前記上部リフレクタの下方に設けられ、炭化珪素で形成され、前記上部リフレクタの厚さよりも厚さの薄い、円板状の下部リフレクタと、を備える。

上記態様の気相成長装置において、前記上部リフレクタは外周領域に切り欠き部及び貫通孔の少なくともいずれかを有することが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記外周領域は、前記上部リフレクタの中心から前記上部リフレクタの外径の４０％以上離れた領域であることが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記上部リフレクタは前記切り欠き部と前記貫通孔とを有し、前記切り欠き部と前記貫通孔との間の最小距離は、前記上部リフレクタの外径の５％以下であることが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記アウトヒータの外径に対する前記アウトヒータの内径の割合が７０％以下であり、前記アウトヒータの外径に対する前記インヒータの外径の割合が９０％以上１１０％以下であり、前記アウトヒータの外径に対する前記上部リフレクタの外径の割合が９０％以上１１０％以下であることが好ましい。

本発明の一態様のリフレクタは、気相成長装置に用いられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状で、外周領域に切り欠き部と貫通孔の少なくともいずれかを有する。

本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室の中に設けられ基板を載置するホルダと、前記ホルダの下方に設けられた環状のアウトヒータと、前記アウトヒータの下方に設けられたインヒータと、前記インヒータの下方に設けられ、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上の材料で形成された円板状の上部リフレクタと、前記上部リフレクタの下方に設けられ、炭化珪素で形成され、前記上部リフレクタの厚さよりも厚さの薄い、円板状の下部リフレクタと、を備える。

上記態様の気相成長装置において、前記材料は、グラファイトであることが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記グラファイトの密度は２．０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記上部リフレクタは外周領域に切り欠き部及び貫通孔の少なくともいずれかを有することが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記外周領域は、前記上部リフレクタの中心から前記上部リフレクタの外径の４０％以上離れた領域であることが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記上部リフレクタは前記切り欠き部と前記貫通孔とを有し、前記切り欠き部と前記貫通孔との間の最小距離は、前記上部リフレクタの外径の５％以下であることが好ましい。

上記態様の気相成長装置において、前記アウトヒータの外径に対する前記アウトヒータの内径の割合が７０％以下であり、前記アウトヒータの外径に対する前記インヒータの外径の割合が９０％以上１１０％以下であり、前記アウトヒータの外径に対する前記上部リフレクタの外径の割合が９０％以上１１０％以下であることが好ましい。

本発明の一態様のリフレクタは、気相成長装置に用いられ、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上の材料で形成された円板状で、外周領域に切り欠き部と貫通孔の少なくともいずれかを有する。

上記態様のリフレクタにおいて、前記材料はグラファイトであることが好ましい。

上記態様のリフレクタにおいて、前記グラファイトの密度は２．０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

本発明によれば、耐久性が向上できるリフレクタを備えた気相成長装置を提供することができる。

実施形態の気相成長装置の模式断面図。 実施形態の気相成長装置の一部の模式断面図。 実施形態のリフレクタの模式図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本明細書中、同一又は類似の部材について、同一の符号を付す場合がある。

本明細書中、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。

また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、希釈ガス等を含む概念とする。

実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室の中に設けられ基板を載置するホルダと、ホルダの下方に設けられた環状のアウトヒータと、アウトヒータの下方に設けられたインヒータと、インヒータの下方に設けられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状の上部リフレクタと、上部リフレクタの下方に設けられ、炭化珪素で形成され、上部リフレクタの厚さよりも厚さの薄い、円板状の下部リフレクタと、を備える。

また、実施形態のリフレクタは、気相成長装置に用いられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状で、外周に切り欠き部を有し、中心から外径の４０％以上離れた外周領域に貫通孔を有する。

図１は、実施形態の気相成長装置の模式断面図である。実施形態の気相成長装置は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。

実施形態の気相成長装置は、反応室１０、第１のガス供給路１１、第２のガス供給路１２、第３のガス供給路１３を備えている。反応室１０は、ホルダ１４、回転体ユニット１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、シャワープレート２２、インヒータ２４、アウトヒータ２６、上部リフレクタ３１、下部リフレクタ３２、支持柱３４、固定台３６、固定軸３８、及びガス排出口４０を備えている。上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２が実施形態のリフレクタユニットを構成する。

第１のガス供給路１１、第２のガス供給路１２、及び第３のガス供給路１３は、反応室１０にプロセスガスを供給する。

第１のガス供給路１１は、例えば、反応室１０にＩＩＩ族元素の有機金属とキャリアガスを含む第１のプロセスガスを供給する。第１のプロセスガスは、ウェハＷ上にＩＩＩ－Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、ＩＩＩ族元素を含むガスである。

ＩＩＩ族元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）である。また、有機金属は、例えば、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）である。

第２のガス供給路１２は、例えば、反応室１０にアンモニア（ＮＨ_３）を含む第２のプロセスガスを供給する。第２のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ－Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、Ｖ族元素を含むガスである。Ｖ族元素は、例えば、窒素（Ｎ）である。

第３のガス供給路１３は、例えば、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを希釈する希釈ガスを反応室１０へ供給する。希釈ガスで、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを希釈することにより、反応室１０に供給されるＩＩＩ族元素及びＶ族元素の濃度を調整する。希釈ガスは、例えば、不活性ガスである。希釈ガスは、例えば、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、又は、上記ガスの混合ガスである。

反応室１０は、例えば、ステンレス製で円筒状の壁面１７を備える。シャワープレート２２は反応室１０の上部に設けられる。シャワープレート２２には、複数のガス噴出孔が設けられる。複数のガス噴出孔から反応室１０内にプロセスガスが供給される。

ホルダ１４は、反応室１０の内部に設けられる。ホルダ１４には、基板の一例であるウェハＷが載置可能である。ホルダ１４は、例えば、環状である。ホルダ１４には、例えば、ウェハＷを裏面より直接輻射加熱するために中心部に開口部が設けられる。

ホルダ１４は、回転体ユニット１６の上部に固定される。回転体ユニット１６は、回転軸１８に固定される。ホルダ１４は、間接的に回転軸１８に固定される。

ホルダ１４の材料は、例えば、セラミックスである。ホルダ１４の材料となるセラミックスは、例えば、炭化珪素、炭化タンタル、窒化ホウ素、窒化ケイ素である。ホルダ１４の材料として、カーボンを用いることも可能である。ホルダ１４の材料として、カーボンに、例えば、炭化珪素、炭化タンタル、窒化ホウ素、窒化珪素等のセラミックスを被覆した材料を用いることも可能である。

回転軸１８は、回転駆動機構２０によって回転可能である。回転駆動機構２０により、回転軸を回転させることによりホルダ１４を回転させることが可能である。ホルダ１４を回転させることにより、ホルダ１４に載置されたウェハＷを回転させることが可能である。

回転駆動機構２０により、ウェハＷを、例えば、５０ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の回転数で回転させることができる。回転駆動機構２０は、例えば、モータとベアリングで構成される。

インヒータ２４とアウトヒータ２６は、ホルダ１４の下方に設けられる。インヒータ２４とアウトヒータ２６は、回転体ユニット１６内に設けられる。アウトヒータ２６は、インヒータ２４とホルダ１４との間に設けられる。

アウトヒータ２６は、ホルダ１４の下方に設けられる。インヒータ２４は、アウトヒータ２６の下方に設けられる。

インヒータ２４は、例えば略円板状である。アウトヒータ２６は、例えば切り欠きを有する略環状である。これらは電極接続部（図示せず）を有しており、また、所定のパターンを有していてもよい。

インヒータ２４とアウトヒータ２６は、それぞれ電極（図示せず）と接続され、所定の電圧を印加されることにより発熱し、ホルダ１４に保持されたウェハＷを加熱する。インヒータ２４は、例えば放射温度計により測定されたウェハＷの中心部の温度に基づき少なくとも中心部を加熱する。アウトヒータ２６は、例えば放射温度計により測定されたウェハＷの外周部の温度に基づき主にホルダ１４を加熱し、熱伝導によりウェハＷの外周部を加熱する。ウェハＷを加熱する際、例えば、アウトヒータ２６の温度はインヒータ２４の温度よりも高く設定される。

上部リフレクタ３１は、インヒータ２４の下方に設けられる。上部リフレクタ３１は、略円板状である。

上部リフレクタ３１は、パイロリティックグラファイト（Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ：熱分解黒鉛）で形成される。上部リフレクタ３１を形成する材料は、パイロリティックグラファイトである。パイロリティックグラファイトは、気相成長法により形成されるグラファイトである。

パイロリティックグラファイトは、熱衝撃耐性（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｏｃｋ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）が、１０００ｋＷ／ｍ以上２００００ｋＷ／ｍ以下である。なお、熱衝撃とは、激しい温度変化によって物体内に衝撃的な熱応力が発生する現象である。

熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）をＫ（Ｗ／ｍ・Ｋ）、曲げ強度（Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）をＳ（ＭＰａ）、熱膨張係数（Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）をα（１０^－６／Ｋ）、ヤング率（Ｙｏｕｎｇ’ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）をＥ（ＧＰａ）とした場合に、熱衝撃耐性Ｒ（ｋＷ／ｍ）は、下記式で表すことができる。
Ｒ＝（Ｋ・Ｓ）／（α・Ｅ）

パイロリティックグラファイトの密度は、２．０ｇ／ｃｍ^３以上２．３ｇ／ｃｍ^３以下である。

上部リフレクタ３１の厚さは、例えば、０．８ｍｍ以上３ｍｍ以下である。

下部リフレクタ３２は、上部リフレクタ３１の下方に設けられる。下部リフレクタ３２は、略円板状である。

下部リフレクタ３２は、炭化珪素で形成される。下部リフレクタ３２の材料は炭化珪素である。下部リフレクタ３２は、例えば、焼結ＳｉＣで形成される。但し、必ずしも炭化珪素に限定されるものではなくてもよい。

下部リフレクタ３２の厚さは、上部リフレクタ３１の厚さよりも薄い。いいかえれば、上部リフレクタ３１の厚さは、下部リフレクタ３２の厚さよりも厚い。

下部リフレクタ３２の厚さは、例えば、上部リフレクタ３１の厚さの０．３倍以上０．８倍以下である。

下部リフレクタ３２の厚さは、例えば、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。

上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２は、インヒータ２４とアウトヒータ２６から下方に放射される熱を反射する。上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２は、ウェハＷの加熱効率を向上させる。また、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２は、インヒータ２４及びアウトヒータ２６より下方の部材が加熱されることを防止する。なお、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２には、後述するように、それぞれ切り欠き部が設けられていてもよい。

上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２は、例えば、複数の支持柱３４によって、固定台３６に支持される。固定台３６は、例えば、固定軸３８によって支持される。

回転体ユニット１６内には、ウェハＷをホルダ１４から脱着させるために、突き上げピン（図示せず）が設けられる。突き上げピンは、例えば、上部リフレクタ３１、下部リフレクタ３２、及びインヒータ２４を貫通する。

ガス排出口４０は、反応室１０の底部に設けられる。ガス排出口４０は、ウェハＷ表面でソースガスが反応した後の余剰の反応生成物、及び、余剰のプロセスガスを反応室１０の外部に排出する。

また、反応室１０の壁面１７には、図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。ウェハ出入口及びゲートバルブにより、ウェハＷを反応室１０内に搬入したり、反応室１０外に搬出したりすることが可能である。

図２は、実施形態の気相成長装置の一部の模式断面図である。図２は、インヒータ２４、アウトヒータ２６、上部リフレクタ３１、及び下部リフレクタ３２の断面を示す。

図２は、上部リフレクタ３１の外径ｄ１、下部リフレクタ３２の外径ｄ２、アウトヒータ２６の外径ｄ３、アウトヒータ２６の内径ｄ４、及びインヒータ２４の外径ｄ５の関係の説明図である。

アウトヒータ２６の外径ｄ３に対するアウトヒータ２６の内径ｄ４の割合は、例えば、７０％以下である。アウトヒータ２６の外径ｄ３に対するインヒータ２４の外径ｄ５の割合は、例えば、９０％以上１１０％以下である。アウトヒータ２６の外径ｄ３に対する上部リフレクタ３１の外径ｄ１の割合は、例えば、９０％以上１１０％以下である。アウトヒータ２６の外径ｄ３に対する下部リフレクタ３２の外径ｄ２の割合は、例えば、９０％以上１１０％以下である。上部リフレクタ３１の外径ｄ１に対する下部リフレクタ３２の外径ｄ２の割合は、例えば、９０％以上１１０％以下である。

上部リフレクタ３１の外径ｄ１は、例えば、２００ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。

図３（ａ）、図３（ｂ）は、実施形態のリフレクタの模式図である。図３（ａ）は、上部リフレクタ３１の模式上面図である。図３（ｂ）は、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の一部を含む模式断面図である。

上部リフレクタ３１は、内側領域３１ａと外側領域３１ｂを有する。外側領域３１ｂは、上部リフレクタ３１の中心（図３（ａ）中のＣ）から上部リフレクタ３１の外径ｄ１の４０％以上離れた領域である。外側領域３１ｂは、内側領域３１ａを囲む。

上部リフレクタ３１は、支持柱貫通孔Ｈ１、突き上げピン貫通孔Ｈ２、第１の切り欠き部Ｎ１、及び第２の切り欠き部Ｎ２を含む。支持柱貫通孔Ｈ１は、貫通孔の一例である。第１の切り欠き部Ｎ１、及び第２の切り欠き部Ｎ２は、切り欠き部の一例である。

支持柱貫通孔Ｈ１は、外側領域３１ｂに設けられる。突き上げピン貫通孔Ｈ２は、内側領域３１ａに設けられる。

上部リフレクタ３１の中心Ｃから支持柱貫通孔Ｈ１までの距離（図３（ａ）中のｄｈ）は、例えば、上部リフレクタ３１の外径ｄ１の４０％以上である。

図３（ｂ）に示すように、支持柱３４は、下部リフレクタ３２の支持柱貫通孔、及び上部リフレクタ３１の支持柱貫通孔Ｈ１を貫通する。下部リフレクタ３２の支持柱貫通孔、支持柱貫通孔Ｈ１と支持柱３４の間には、上部リフレクタ３１の熱膨張を考慮したあそびが設けられると好適である。下部リフレクタ３２は、支持柱３４によって支持される。

図３（ｂ）に示すように、第１のスペーサ３３ａは、上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２との間に設けられる。第１のスペーサ３３ａは、例えば、環状である。第１のスペーサ３３ａは、支持柱３４の周囲に設けられる。第１のスペーサ３３ａによって、上部リフレクタ３１は下部リフレクタ３２に支持される。上部リフレクタ３１の水平方向の変位は、支持柱３４によって抑制される。

図３（ｂ）に示すように、突き上げピン４２は、下部リフレクタ３２の突き上げピン貫通孔、及び上部リフレクタ３１の突き上げピン貫通孔Ｈ２を貫通する。

図３（ｂ）に示すように、第２のスペーサ３３ｂは、上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２との間に設けられる。第２のスペーサ３３ｂは、例えば、環状である。第２のスペーサ３３ｂは、突き上げピン４２の周囲に設けられる。第２のスペーサ３３ｂによって、上部リフレクタ３１は下部リフレクタ３２に支持される。なお、第２のスペーサ３３ｂは必ずしも設ける必要はない。

第１の切り欠き部Ｎ１、及び第２の切り欠き部Ｎ２は、上部リフレクタ３１の外周に例えば対向するように設けられる。第１の切り欠き部Ｎ１、及び第２の切り欠き部Ｎ２は、例えば、インヒータ２４の支持部（図示せず）や、アウトヒータ２６の支持部（図示せず）を通すために設けられる。また、第１の切り欠き部Ｎ１、及び第２の切り欠き部Ｎ２は、例えば、インヒータ２４に接続される電極（図示せず）や、アウトヒータ２６に接続される電極（図示せず）を通すために設けられる。

第１の切り欠き部Ｎ１から支持柱貫通孔Ｈ１までの最小距離（図３（ａ）中のｄｍｉｎ）は、例えば、上部リフレクタ３１の外径ｄ１の５％以下である。

次に、実施形態の気相成長装置を用いた気相成長方法の一例について説明する。

以下、窒化インジウムガリウム膜（ＩｎＧａＮ膜）と、窒化ガリウム膜（ＧａＮ膜）とが複数積層された積層膜を、下地ＧａＮ膜上に形成する場合を例に説明する。上記の積層膜は、例えば、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ）の発光層に用いられるＭｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ（ＭＱＷ）層である。

最初に、ウェハＷを、反応室１０内に搬入する。次に、ウェハＷを、ホルダ１４に載置する。ウェハＷは、例えばシリコン基板（Ｓｉ基板）である。

次に、ウェハＷを回転駆動機構２０により回転させながら、ホルダ１４の下方に設けられたインヒータ２４及びアウトヒータ２６により、ウェハＷが、例えば、１０００℃以上１１００℃以下となるように加熱する。

次にウェハＷの温度を例えば１０５０℃とし、ウェハ上にＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用いて、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）のバッファ層を成膜した後、下地ＧａＮ膜を成長させる。次に、この下地ＧａＮ膜上にＩｎＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に成膜してＭＱＷ層を形成する。

ＩｎＧａＮ膜を成膜する場合、ウェハＷの温度を例えば８５０℃とし、反応室１０に第１のガス供給路１１から、例えば、窒素ガスをキャリアガスとするＴＭＧとＴＭＩの混合ガスを供給する。また、反応室１０に、第２のガス供給路１２から、例えば、アンモニアと窒素ガスを供給する。また、反応室１０に、第３のガス供給路１３から、希釈ガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。

ＧａＮ膜を成膜する場合、ウェハＷの温度を例えば９００℃とし、反応室１０に第１のガス供給路１１から、例えば、窒素ガスをキャリアガスとするＴＭＧを供給する。また、反応室１０に、第２のガス供給路１２から、例えば、アンモニアと窒素ガスを供給する。また、反応室１０に、第３のガス供給路１３から、希釈ガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。

ＭＱＷ層を形成した後、インヒータ２４及びアウトヒータ２６による加熱を停止し、ウェハＷの温度を下げる。その後、ウェハＷを反応室１０から搬出する。

次に、実施形態のリフレクタユニット及び気相成長装置の作用及び効果について説明する。

ウェハ表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性は、ウェハの温度に依存する。このため、ウェハ面内の温度の高い均一性を実現することが望まれる。

実施形態の気相成長装置は、ウェハＷを加熱するヒータとして、インヒータ２４とアウトヒータ２６を備える。ウェハＷの少なくとも中心部をインヒータ２４で加熱し、ウェハＷの外周部やホルダ１４をアウトヒータ２６で加熱することにより、ウェハ面内の温度の均一性が高くなる。

また、実施形態の気相成長装置は、インヒータ２４とアウトヒータ２６の下方に、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２を備える。実施形態の気相成長装置は、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２を備えることで、ウェハＷの加熱効率が向上する。また、インヒータ２４及びアウトヒータ２６より下方の部材が加熱されるのを防止し、部材の加熱による劣化を抑制する。

インヒータ２４とアウトヒータ２６の下方に上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２を設けた場合、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の中の温度勾配により熱応力が発生する。熱応力により、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２が破損するおそれがある。特に、インヒータ２４に直接対向する上部リフレクタ３１には、高い熱応力が発生しやすい。したがって、上部リフレクタ３１は下部リフレクタ３２と比較して破損するおそれが高い。

上部リフレクタ３１の温度は、インヒータ２４及びアウトヒータ２６の両方で加熱される外周側が高くなり、中心部及び外周端部に向けて低くなる。上部リフレクタ３１の中の温度勾配は、上部リフレクタ３１の外周端部で特に大きくなる。したがって、上部リフレクタ３１の外周端部の近傍の熱応力が大きくなる。よって、上部リフレクタ３１の外周端部の近傍で、上部リフレクタ３１が破損するおそれが高い。

実施形態の上部リフレクタ３１は、パイロリティックグラファイトで形成される。上部リフレクタ３１の材料をパイロリティックグラファイトとすることで、材料が炭化珪素の場合と比べ、上部リフレクタ３１の破損が抑制され、耐久性が向上する。

上部リフレクタ３１の材料をパイロリティックグラファイトとすることで、材料が炭化珪素の場合と比べ、上部リフレクタ３１の耐熱性が向上するのは、パイロリティックグラファイトが炭化珪素よりも、高い熱衝撃耐性（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｏｃｋ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を備えるからであると考えられる。パイロリティックグラファイトは、１０００ｋＷ／ｍ以上と、例えば、焼成によって得られるグラファイトと比べても高い熱衝撃耐性を備える。また、熱衝撃耐性Ｒを求める際に用いられる曲げ強度Ｓには温度依存性があり、炭化珪素では高温で低下する一方、パイロリティックグラファイトでは高温になるほど強度が上がるため、高温部品として用いられる上でより好適である。

実施形態の下部リフレクタ３２は、炭化珪素で形成される。下部リフレクタ３２の材料を炭化珪素とすることで、材料がパイロリティックグラファイトの場合と比べ、下部リフレクタ３２のコストを低減できる。

実施形態の下部リフレクタ３２の厚さは、上部リフレクタ３１の厚さよりも薄い。いいかえれば、上部リフレクタ３１の厚さは、下部リフレクタ３２の厚さよりも厚い。

上部リフレクタ３１を厚くすることで、インヒータ２４及びアウトヒータ２６より下方の部材が加熱されることが抑制される。また、パイロリティックグラファイトの母材からの加工が容易になり、コストを低減できる。

また、炭化珪素で形成される下部リフレクタ３２は、厚くなることで破損が生じやすくなる。炭化珪素で形成される下部リフレクタ３２を薄くすることで、下部リフレクタ３２の破損が抑制され、下部リフレクタ３２の耐久性が向上する。

熱応力が大きくなる上部リフレクタ３１の外周端部の近傍に、切り欠き部や貫通孔が存在すると、切り欠き部や貫通孔を起点とする上部リフレクタ３１の破損が生じやすい。また、切り欠き部と貫通孔との間の距離が短くなると、更に上部リフレクタ３１の破損が生じやすくなる。また、貫通孔が支持柱３４に固定され、あそびがない状態では、熱応力による上部リフレクタ３１の変位が抑制されるため、更に上部リフレクタ３１の破損が生じやすくなる。

実施形態の上部リフレクタ３１は、外周に、第１の切り欠き部Ｎ１及び第２の切り欠き部Ｎ２が設けられる。また、支持柱貫通孔Ｈ１が、外側領域３１ｂに設けられる。また、第１の切り欠き部Ｎ１から支持柱貫通孔Ｈ１までの最小距離（図３（ａ）中のｄｍｉｎ）は、上部リフレクタ３１の外径ｄ１の５％以下と短い。

しかしながら、上部リフレクタ３１がパイロリティックグラファイトで形成されることで、上部リフレクタ３１が炭化珪素で形成される場合と比較して、上部リフレクタ３１の破損が抑制される。よって、上部リフレクタ３１の耐久性が向上する。また、上部リフレクタ３１がパイロリティックグラファイトで形成されることで破損が抑制され、上部リフレクタ３１における切り欠き部の形状や位置、貫通孔のサイズや位置に対する設計自由度が高くなる。

アウトヒータ２６の外径ｄ３に対するアウトヒータ２６の内径ｄ４の割合は、７０％以下であることが好ましい。アウトヒータ２６の外径ｄ３に対するアウトヒータ２６の内径ｄ４の割合が小さくなるにつれ、上部リフレクタ３１の外周端部の近傍の温度勾配が大きくなる。したがって、上部リフレクタ３１が破損するおそれが高くなる。

上部リフレクタ３１がパイロリティックグラファイトで形成されることで、アウトヒータ２６の外径ｄ３に対するアウトヒータ２６の内径ｄ４の割合が小さくなった場合でも、上部リフレクタ３１の破損が抑制される。上部リフレクタ３１がパイロリティックグラファイトで形成されることで破損が抑制され、アウトヒータ２６の形状に対する設計自由度が高くなる。

また、例えば、反応室１０にアンモニア（ＮＨ_３）を含むガスを供給して、窒化インジウムガリウム膜（ＩｎＧａＮ膜）や、窒化ガリウム膜（ＧａＮ膜）などの窒化物半導体膜を形成する場合、上部リフレクタ３１の材料がグラファイトであると、アンモニアとグラファイトが反応して上部リフレクタ３１のエッチングが進行するおそれがある。上部リフレクタ３１のエッチングが進行すると、例えば、上部リフレクタ３１の機械的強度が低下し、上部リフレクタ３１が破損するおそれがある。このため、定期交換が必要となり、成膜コストが上昇する、という問題が生じる。また、上部リフレクタ３１のエッチングが進行すると、例えば、上部リフレクタ３１の表面の反射率が変化し、ウェハ温度の均一性が低下するおそれがある。

実施形態の上部リフレクタ３１は、パイロリティックグラファイトで形成される。上部リフレクタ３１がパイロリティックグラファイトで形成されることで、例えば、焼成によって得られるグラファイトと比べて、上部リフレクタ３１のエッチングが抑制される。したがって、上部リフレクタ３１の機械的強度の低下が抑制され、上部リフレクタ３１が破損することが抑制できる。また、ウェハ温度の均一性が低下することが抑制できる。よって、上部リフレクタ３１の耐久性が向上する。

パイロリティックグラファイトのエッチングが抑制されるのは、パイロリティックグラファイトが２．０ｇ／ｃｍ^３以上という、焼成によって得られるグラファイトと比べて高い密度を有するためであると考えられる。グラファイトのアンモニアによるエッチング速度は、グラファイトの密度が高くなることで低下することが知られている。

上部リフレクタ３１の破損を抑制し、上部リフレクタ３１の耐久性を向上させる観点から、上部リフレクタ３１を形成するパイロリティックグラファイトの熱衝撃耐性は、１０００ｋＷ／ｍ以上であることが好ましく、２０００ｋＷ／ｍ以上であることがより好ましい。

上部リフレクタ３１のアンモニアによるエッチングを抑制し、上部リフレクタ３１の耐久性を向上させる観点から、上部リフレクタ３１を形成するパイロリティックグラファイトの密度は、２．０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、２．１ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましい。

以上、実施形態によれば、耐久性の高いリフレクタユニットが実現できる。また、実施形態によれば、耐久性が向上したリフレクタユニットを備えた気相成長装置が実現できる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。

なお、実施形態では、上部リフレクタ３１を形成するグラファイトとしてパイロリティックグラファイトを例に説明したが、上部リフレクタ３１を形成するグラファイトはパイロリティックグラファイトに限定されない。例えば、パイロリティックグラファイト以外のグラファイトであっても、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上、密度が２．０ｇ／ｃｍ^３以上のグラファイトで上部リフレクタ３１を形成することで、パイロリティックグラファイトの場合と同様、耐久性の高いリフレクタユニットが実現できる。また、耐久性が向上したリフレクタユニットを備えた気相成長装置が実現できる。

また、実施形態では、上部リフレクタ３１を形成する材料としてパイロリティックグラファイトを例に説明したが、上部リフレクタ３１を形成する材料はパイロリティックグラファイトに限定されない。例えば、パイロリティックグラファイト以外の、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上の材料で上部リフレクタ３１を形成することで、パイロリティックグラファイトの場合と同様、耐久性の高いリフレクタユニットが実現できる。また、耐久性が向上したリフレクタユニットを備えた気相成長装置が実現できる。

パイロリティックグラファイト以外の材料は、例えば、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上の高融点金属又はセラミックスである。

なお、実施形態では、リフレクタが切り欠き部及び貫通孔の両方を有する場合を例に説明したが、リフレクタが切り欠き部及び貫通孔のいずれか一方を備える形態とすることも可能である。

実施形態では、支持柱貫通孔Ｈ１が３個の場合を例に説明したが、支持柱貫通孔Ｈ１の数は４個以上であってもかまわない。また、上部リフレクタ３１の外側領域３１ｂに設けられる貫通孔は、突き上げピン貫通孔Ｈ２又はその他の機能を有する貫通孔であってもかまわない。また、切り欠き部の形状は、図３（ａ）に示す形状に限定されるものではない。

実施形態では、ＧａＮ膜上に窒化インジウムガリウム膜と、窒化ガリウム膜とが複数積層された積層膜をエピタキシャル成長させる場合を例に説明したが、ＭＱＷの積層膜に限定されるものではなく、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に用いられる窒化ガリウム膜（ＧａＮ膜）等の上層に、窒化インジウムガリウム膜（ＩｎＧａＮ膜）等を形成する場合も好適にも用いられる。また、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等、その他のＩＩＩ－Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、ＧａＡｓ等のＩＩＩ－Ｖ族の半導体にも本発明を適用することが可能である。さらに、本発明は、その他の膜の成膜にも適用することが可能である。

また、実施形態では、プロセスガスがシャワープレート内で混合される場合を例に説明したが、プロセスガスがシャワープレートに入る前に混合される構成であってもかまわない。また、プロセスガスがシャワープレートから反応室内に噴出されるまで分離された状態となる構成であってもかまわない。

実施形態では、装置構成等で本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのリフレクタ及び気相成長装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。

１０ 反応室
１４ ホルダ
２４ インヒータ
２６ アウトヒータ
３１ 上部リフレクタ
３１ａ 内側領域
３１ｂ 外側領域
３２ 下部リフレクタ
ｄ１ 上部リフレクタの外径
ｄ３ アウトヒータの外径
ｄ４ アウトヒータの内径
ｄ５ インヒータの外径
ｄｍｉｎ 最小距離
Ｃ 中心
Ｈ１ 支持柱貫通孔（貫通孔）
Ｎ１ 第１の切り欠き部（切り欠き部）
Ｎ２ 第２の切り欠き部（切り欠き部）
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (12)

1. 反応室と、
   前記反応室の中に設けられ基板を載置するホルダと、
   前記ホルダの下方に設けられた環状のアウトヒータと、
   前記アウトヒータの下方に設けられたインヒータと、
   前記インヒータの下方に設けられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状の上部リフレクタと、
   前記上部リフレクタの下方に設けられ、炭化珪素で形成され、前記上部リフレクタの厚さよりも厚さの薄い、円板状の下部リフレクタと、
   を備える気相成長装置。
2. 反応室と、
   前記反応室の中に設けられ基板を載置するホルダと、
   前記ホルダの下方に設けられた環状のアウトヒータと、
   前記アウトヒータの下方に設けられたインヒータと、
   前記インヒータの下方に設けられ、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上の材料で形成された円板状の上部リフレクタと、
   前記上部リフレクタの下方に設けられ、炭化珪素で形成され、前記上部リフレクタの厚さよりも厚さの薄い、円板状の下部リフレクタと、
   を備える気相成長装置。
3. 前記材料は、グラファイトである請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記グラファイトの密度は２．０ｇ／ｃｍ^３以上である請求項３記載の気相成長装置。
5. 前記上部リフレクタは外周領域に切り欠き部及び貫通孔の少なくともいずれかを有する請求項１又は請求項２記載の気相成長装置。
6. 前記外周領域は、前記上部リフレクタの中心から前記上部リフレクタの外径の４０％以上離れた領域である請求項５記載の気相成長装置。
7. 前記上部リフレクタは前記切り欠き部と前記貫通孔とを有し、前記切り欠き部と前記貫通孔との間の最小距離は、前記上部リフレクタの外径の５％以下である請求項５記載の気相成長装置。
8. 前記アウトヒータの外径に対する前記アウトヒータの内径の割合が７０％以下であり、前記アウトヒータの外径に対する前記インヒータの外径の割合が９０％以上１１０％以下であり、前記アウトヒータの外径に対する前記上部リフレクタの外径の割合が９０％以上１１０％以下である請求項１又は請求項２記載の気相成長装置。
9. 気相成長装置に用いられ、パイロリティックグラファイトで形成された円板状で、外周領域に切り欠き部と貫通孔の少なくともいずれかを有するリフレクタ。
10. 気相成長装置に用いられ、熱衝撃耐性が１０００ｋＷ／ｍ以上の材料で形成された円板状で、外周領域に切り欠き部と貫通孔の少なくともいずれかを有するリフレクタ。
11. 前記材料はグラファイトである請求項１０記載のリフレクタ。
12. 前記グラファイトの密度は２．０ｇ／ｃｍ^３以上である請求項１１記載のリフレクタ。

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