(57)【要約】【課題】優れた膜質の膜を形成することが可能な気相成長装置および気相成長方法を提供する。【解決手段】気相成長装置としての処理装置１は、サセプタ５と反応管３と冷却部材（反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間の間隙および冷却材１０）とヒータ９とを備える。サセプタ５は、気相成長法により表面に膜が形成される基板７を保持する。反応管３は、サセプタにより保持される基板７が内部に配置され、当該基板７を観察するための透明窓部としての反応管上壁４を有する。冷却部材は、反応管上壁４を冷却する。ヒータ９は基板７を加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長法により表面に膜が形成される基板を保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材により保持される前記基板が内部に配置され、前記基板を観察するための透明窓部を有する反応容器と、
前記透明窓部を冷却する冷却部材と、
前記基板を加熱する加熱部材とを備える、気相成長装置。
【請求項２】
前記加熱部材は、前記透明窓部を介して前記基板にエネルギー線を照射することにより前記基板を加熱する照射加熱部材を含む、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記照射加熱部材は、パルス状の前記エネルギー線を前記基板に照射する、請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記照射加熱部材は、前記エネルギー線として前記基板を構成する材料の透過波長より短い波長の成分を含むエネルギー線を前記基板に照射する、請求項２または３に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記照射加熱部材は、
前記エネルギー線としてのエキシマレーザを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたエキシマレーザを、前記基板の表面に対して走査しながら照射するため、前記エキシマレーザの進行方向を変更する走査部材とを含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記照射加熱部材は、前記エネルギー線としてのエキシマレーザを出射するレーザ光源を含み、
前記レーザ光源から出射されるエキシマレーザの波長は、前記基板を透過しない波長範囲内の値となるように設定されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記反応容器の内部に、前記基板の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するための原料供給部材と、
前記原料供給部材と前記加熱部材とを制御するための制御部材とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記反応容器の内部に、前記基板の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するための原料供給部材と、
前記原料供給部材と前記冷却部材とを制御するための制御部材とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記基板はＧａＮを含み、
前記原料供給部材は、前記原料ガスとして、ＡｌＧａＮ膜を成長させるために用いられるガスを前記基板の表面に対向する領域に供給する、請求項７または８に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
透明窓部を有する反応容器の内部に、気相成長法により表面に膜が形成される基板を準備する工程と、
前記透明窓部の温度が、前記基板の表面に形成される前記膜の成膜下限温度より低く、かつ、前記基板の表面温度が前記成膜下限温度以上の状態で、前記膜の原料ガスを前記基板の表面と対向する領域に供給する成膜工程とを備える、気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気相成長装置および気相成長方法に関し、より特定的には、基板の表面に気相反応成長法を用いて膜を形成する気相成長装置および気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板の表面に気相反応成長法を用いて膜を形成する気相成長装置（以下、成膜装置ともいう）および気相成長方法（以下、成膜方法ともいう）が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板上に窒化ガリウム系半導体を成長させることが開示されている。また、上記のような成膜装置または成膜方法、あるいはこのような成膜方法により形成された膜の処理工程において、加熱方法としてランプやエキシマレーザを用いた加熱方法が利用されることも従来知られている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。特許文献１では、非晶質半導体膜を結晶化させる装置において、複数のチャンバを連結し、１つのチャンバで成膜処理を行ない、次のチャンバで赤外線ランプによる加熱を行ない、その次のチャンバでエキシマレーザなどを用いた加熱を行なうことにより多結晶半導体膜を得ることが開示されている。また、特許文献２では、成膜装置であって、２つの連結されたチャンバを備え、第１のチャンバで基板を搭載する基板保持台に内臓されたヒータによって基板を加熱しながら当該第１のチャンバ内にジクロロシランガスを供給し、当該基板表面にジクロロシランの単分子層を形成する。その後、基板を第２のチャンバに移動して、当該第２のチャンバ内にてアンモニアガスを供給しながら基板保持台に内蔵されたヒータおよびエキシマランプを用いて基板を加熱する。こ結果、基板表面ではジクロロシラン分子とアンモニア分子とが反応し、窒化シリコンの単分子層が形成される。
【特許文献１】特開平６−３４２７５７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４９９号公報
【非特許文献１】江川孝志、「名古屋工業大学・有機金属気相成長技術（大陽日酸）寄附研究部門の研究活動」、大陽日酸技報  Ｎｏ．２３（２００４）、ｐ２−７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
非特許文献１に示したように窒化ガリウム系半導体を形成するときに、たとえばＡｌＧａＮ膜の原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスおよびアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる。そして、窒化ガリウム系半導体を形成するために基板を加熱するときに、基板の周囲の雰囲気温度も上昇するが、この場合にＴＭＡはアンモニアと気相反応を起こすことが知られている。この気相反応は、ＴＭＡとアンモニアとが結合してＴＭＡ−ＮＨ３の附加化合物を形成し、当該反応が気相において次々と起こり粒子状物質が形成されるというものである。このような気相反応が起きると、原料ガスにおけるＴＭＡ以外の有機金属も粒子上に堆積するため、原料ガスがこの気相反応に起因して消費され、基板表面での成膜が十分に行なえないという問題があった。
【０００４】
このような気相反応の発生を抑制するため、原料ガスの流量を増加させたり、処理装置の反応容器（反応管）の圧力を下げたりすることで原料ガスの流速を上げることが有効である。一方で、形成される膜の品質を向上させるためには、成膜温度を高くする必要がある。そのため、上述のようなエキシマレーザなどを用いて基板表面を直接加熱し、基板表面での成膜温度を高める一方、基板全体への入熱量を抑制することで基板周囲の雰囲気の温度上昇を極力抑制するということも発明者は検討した。しかし、窒化ガリウム系半導体を形成する成膜装置では、基板が搭載された基板保持部材（サセプタ）と対向するチャンバの内周壁面の温度がサセプタからの輻射熱により上昇しやすいため、当該内周壁面に膜が成長する場合がある。このように膜が成長すると、基板保持部材と対向するチャンバの部分を石英などの透明部材によって構成していても、当該膜によってチャンバの上記部分が遮られ、結果的にエキシマレーザなどを基板に照射できず、また、放射温度計などを用いて基板表面の温度を測定することも困難になる。また、このようにチャンバの内周壁面に膜が成長すると、その膜の成長状態によってチャンバ内部の温度条件が影響を受けて変化する場合があった。この場合、基板上へ形成される膜の成膜条件が変わることになるので、基板上に成長する膜の膜質が劣化する場合があった。特に、窒化物の膜を形成する場合には成膜温度が１０００℃以上となり、また、成長する膜の種類によっても成膜温度に差がある（たとえば、ＧａＮ膜やＡｌＧａＮ膜であれば成膜温度は１０００℃以上であり、ＩｎＧａＮ膜であれば成膜温度は８００℃程度である）。そのため、成膜温度の制御は形成される膜の膜質の管理にとり極めて重要である。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、優れた膜質の膜を形成することが可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った気相成長装置は、基板保持部材と反応容器と冷却部材と加熱部材とを備える。基板保持部材は、気相成長法により表面に膜が形成される基板を保持する。反応容器は、基板保持部材により保持される基板が内部に配置され、当該基板を観察するための透明窓部を有する。冷却部材は、透明窓部を冷却する。加熱部材は基板を加熱する。
【０００７】
この場合、透明窓部が冷却部材によって冷却されるので、基板を加熱部材により加熱することで、基板の近傍の雰囲気温度が基板からの輻射熱によって上昇しても、当該透明窓部の内周表面の温度を成膜可能な温度の下限（成膜下限温度）より低い状態に保つことが出来る。このため、透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できる。
【０００８】
また、このように透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応容器の内部の成膜条件（たとえば温度条件など）が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応容器の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。
【０００９】
また、透明窓部の内周表面に膜が形成されないので、透明窓部を介して基板の表面温度などをパイロメータなどの測温装置によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。
【００１０】
また、透明窓部を介して加熱部材によりエネルギー線を基板表面に照射することで、基板の表面を局所的に加熱することも可能になる。
【００１１】
ここで、気相成長装置とは、膜を成長させるための成膜材料（原料）を気体（原料ガス）の状態で供給し、気体状態の当該原料から任意の方法で所定の膜を成長させる装置を意味し、たとえばＣＶＤ装置などの成膜装置が挙げられる。
【００１２】
この発明に従った気相成長方法は、透明窓部を有する反応容器の内部に、気相成長法により表面に膜が形成される基板を準備する工程と、成膜工程とを備える。成膜工程では、透明窓部の温度が、基板の表面に形成される膜の成膜下限温度より低く、かつ、基板の表面温度が成膜下限温度以上の状態で、膜の原料ガスを基板の表面と対向する領域に供給する。
【００１３】
この場合、透明窓部の温度を成膜下限温度以下にするので、基板を加熱部材により加熱することで、基板の近傍の雰囲気温度が基板からの輻射熱によって上昇しても、透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できる。
【００１４】
また、このように透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応容器の内部の成膜条件（たとえば温度条件など）が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応容器の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。
【００１５】
また、透明窓部の内周表面に膜が形成されないので、透明窓部を介して基板の表面温度をパイロメータなどの測温装置によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。また、透明窓部の内周表面に膜が形成されないので、透明窓部を介して加熱部材によりエネルギー線を基板表面に照射することも可能になる。
【００１６】
ここで、成膜下限温度とは、基板表面に形成されるべき膜の成膜が可能な温度の下限を意味する。たとえば、形成する膜がＡｌＧａＮ膜である場合には、成膜下限温度は４００℃である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できるので、反応容器の内部の成膜条件を安定させることができるため、形成される膜の膜質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に図面を用いて、本発明の実施の形態および実施例について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態１を示す断面模式図である。図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。図１〜図３を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態１を説明する。
【００２０】
図１〜図３を参照して、処理装置１は、たとえばＧａＮ系半導体膜を形成するためのＯＭＶＰＥ（Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy）装置であって、石英などの透明部材からなる反応管３と、当該反応管３の反応管底壁１１に配置され、処理対象物である基板７を保持するためのサセプタ５と、サセプタ５の裏面側に配置されたヒータ９とを備える。また、反応管３において、サセプタ５と対向する上壁である反応管上壁４は、外周側に位置する外周部材６と、内周側に位置する内周部材８とからなる。内周部材８は、当該外周部材６と間隔を隔ててほぼ平行に伸びるように形成されている。外周部材６と内周部材８との間の間隙には、冷却材１０が流通可能になっている。
【００２１】
外周部材６と内周部材８との間の間隙には、図１の矢印２０で示す原料ガスの流通方向での上流側に位置する入口１６と、下流側に位置する出口１７とが形成されている。また、当該間隙は、サセプタ５を覆うように、サセプタ５と平面的に重なるとともにサセプタ５の平面形状より大きい領域に延在するように配置されている。ここで、外周部材６および内周部材８はたとえば石英からなり、外周部材６の厚みは１ｍｍ、内周部材８の厚みは１ｍｍ、外周部材６と内周部材８の間の間隙の厚みは１０ｍｍとすることができる。
【００２２】
外周部材６と内周部材８との間の間隙には、入口１６から冷却材１０が導入され、出口１７から当該冷却材１０が排出される。この冷却材１０は、出口１７から排出された後、反応管３の外部に配置された図示しない熱交換器に出口１７から接続された配管を介して導入される。当該熱交換器においては、外周部材６と内周部材８との間の間隙にて、外周部材６および内周部材８から吸熱することにより温度が上昇した冷却材１０が、外部の空気などと熱交換することにより冷却される。そして、冷却された冷却材１０は、再び上記間隙へ入口１６を介して還流される。冷却材１０としては、従来公知の任意の液体または気体を用いることができる。また、熱交換器の構成としても、従来公知の任意の構成を用いることができる。
【００２３】
反応管３の反応管上壁４の外側であって、サセプタ５と対向する位置には測温部材１３が配置されている。測温部材１３は、基板７の表面温度を測定するものである。測温部材１３としては、たとえばパイロメータなど非接触方式の温度計を用いることができる。また、測温部材１３は制御部材１５に接続されている。
【００２４】
また、反応管上壁４の内周部材８の内周表面の温度を測定するため、測温部材１４が当該内周表面に接触するように配置されている。測温部材１４としては、たとえば熱電対などを用いることができる。測温部材１４も制御部材１５に接続されている。
【００２５】
制御部材１５は、ヒータ９に接続されている。制御部材は、測温部材１３からの温度データに基づいて、ヒータ９に供給される電力を制御する。この結果、基板表面の温度を所定の温度範囲に入るように制御することが出来る。たとえば、測温部材１３により測定される温度データの目標値（あるいは目標数値範囲）を予め設定しておき、実際に測定された温度データがその目標値より高ければヒータ９に供給する電力量を小さくし、一方、実際に測定された温度データがその目標値より低ければヒータ９に供給する電力量を大きくするといった制御を制御部材１５により行なうことができる。
【００２６】
また、矢印２０で示す原料ガスの供給は、図示しないガス供給部材により行なわれる。ガス供給部材としては、従来公知の任意の構成の装置を用いることができる。たとえば、原料ガスを蓄積しているタンクと、当該タンクから反応管３へ原料ガスを移送する配管と、配管の経路途中に配置されたマスフローコントローラなどの流量制御部材および原料ガスの供給の開始／停止を制御するための弁などからガス供給部材は構成されていてもよい。
【００２７】
次に、図４を参照しながら、本発明に従った気相成長方法の一例としての、図１〜図３に示した処理装置１を用いて基板７の表面に膜を形成する成膜方法を説明する。図４は、図１〜図３に示した処理装置を用いた成膜方法を説明するためのフローチャートである。
【００２８】
図４に示すように、本発明に従った成膜方法では、まず基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。基板準備工程（Ｓ１０）では、反応管３の内部においてサセプタ５上に基板７を配置する。その後、反応管３の内部の雰囲気の圧力を所定の値に制御する。このような圧力の制御は、反応管３に接続された図示しない圧力調整部材によって行なうことができる。このような圧力調整部材は、従来公知の任意の構成を採用することができる。たとえば、圧力調整部材として、反応管３に接続された配管、当該配管に接続された排気ポンプ、配管の経路上に配置された開閉弁などからなる装置を用いることができる。
【００２９】
次に、冷却工程を開始する(Ｓ２０）。具体的には、反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間の間隙に冷却材１０を流通させ、反応管上壁４の冷却を開始する。この結果、反応管上壁４を、所定の温度（たとえば、有機金属が分解する温度である２００℃以下の所定の温度）にすることができる。
【００３０】
また、上記冷却工程の開始（Ｓ２０）と同時または当該工程（Ｓ２０）の開始後に、サセプタ加熱工程を開始する（Ｓ３０）。具体的には、制御部材１５からヒータ９への電力の投入を開始することにより、ヒータ９からの発熱を開始して、サセプタ５および当該サセプタ５を介して基板７を加熱する。また、サセプタ加熱工程を開始(Ｓ３０）すると同時に、測温部材１３による基板７の表面温度の測定も開始する。測温部材１３により測定された基板７の表面温度データは、制御部材１５に入力される。また、測温部材１４による反応管上壁４の内周部材８の温度の測定も開始する。測温部材１４により測定された内周部材８の内周表面温度も制御部材１５に入力される。
【００３１】
次に、温度条件が所定の条件を満足しているかどうかを確認する確認工程（Ｓ４０）を実施する。具体的には、測温部材１４により測定される内周部材８の表面温度が、基板７の表面に形成される膜の成膜下限温度より低く、かつ、測温部材１３により測定される基板７の表面温度が上記成膜下限温度より高いという条件を満足するかどうかを確認する。この確認工程（Ｓ４０）において、上述した条件を満足しないと判断された場合（ＮＯと判断された場合）、再度確認工程（Ｓ４０）が実施される。
【００３２】
一方、この確認工程（Ｓ４０）で、上述した条件を満足すると判断された場合（ＹＥＳと判断された場合）、成膜工程（Ｓ５０）が実施される。具体的には、図示しないガス供給部材により反応管３の内部に、形成されるべき膜の原料となる原料ガスが流される。この原料ガスが基板７の表面で反応することにより、所定の膜を基板７の表面に成膜することができる。また、このとき、反応管上壁４は冷却材１０によって冷却されているので、反応管上壁４の内周部材８の内周表面には膜が形成されることはない。このため、反応管上壁４を介して測温部材１３により基板７の表面温度を正確に測定できる。そして、測温部材１３の測定結果に基づいてヒータ９を制御することにより、結果的に基板７の表面温度の制御精度を高めることができる。この結果、成膜条件の再現性が高まり、形成される膜を利用したデバイス（発光素子など）の歩留りが向上する。
【００３３】
また、成膜工程（Ｓ５０）を実施しているときに、定期的に上記確認工程（Ｓ４０）を実施してもよい。この場合、確認工程（Ｓ４０）で上述した温度条件を満足しないと判断された場合には、成膜工程を停止する、および／またはヒータ９への電力投入量を調整したり、冷却材１０の流量や温度設定を変更したりすることにより、温度条件が所定の条件を満足するような制御を行なう。また、当該確認工程（Ｓ４０）で上述した温度条件を満足すると判断される場合には、成膜工程を続行する。
【００３４】
次に、図５〜図９を参照して、図１〜図３に示した処理装置の変形例を説明する。図５〜図９は、図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第１〜第５の変形例を説明する断面模式図である。なお、図５〜図８は図３に対応し、図９は図１に対応する。
【００３５】
図５を参照して、図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第１の変形例を説明する。図５に示した処理装置は、基本的に図１〜図３に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間に形成された間隙への入口１６と出口１７との配置が図１〜図３に示した処理装置１とは異なっている。つまり、図５に示した処理装置では、入口１６および出口１７が、それぞれ反応管３での原料ガスの流通方向（図１の矢印２０で示した方向）と交差する方向（具体的には直交する方向）に面するように配置されている。このようにしても、図１〜図３に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。なお、図５に示した処理装置では、入口１６および出口１７が直線上に並ぶように配置されているが、入口１６および出口１７の配置は他の配置でもよい。たとえば、原料ガスの流通方向に交差する方向において、入口１６と出口１７とが重ならないように（シフトして）配置されていてもよい。
【００３６】
図６を参照して、図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第２の変形例を説明する。図６に示した処理装置は、基本的に図１〜図３に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間に形成された間隙の内部に複数の壁部１９が形成されている点が異なる。この壁部１９は、冷却材１０の流路を屈曲させて当該間隙の内部をくまなく冷却材１０が流通するように形成されている。具体的には、複数の壁部１９は、入口１６から出口１７に向かう方向に対して交差する方向（直交する方向）に延びるように形成されている。また、複数の壁部１９は、入口１６から出口１７に向かう方向において互いに間隔を隔てて並ぶように配置されている。さらに、複数の壁部１９は、入口１６から出口１７に向かう方向に対して交差する方向において対向するように配置される反応管上壁４の２つの側壁から、延びるように配置されている。さらに、複数の壁部１９は、入口１６から出口１７に向かう方向において、上記２つの側壁から延びる壁部１９が交互に配置されている。この結果、冷却材１０の流路は複数の屈曲部を有する(ジグザグ状の)形状となる。このようにしても、図１〜図３に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。さらに、反応管上壁４の間隙内部を冷却材１０がまんべんなく流れるので、反応管上壁４をより均一に冷却することができる。
【００３７】
次に、図７を参照して、図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第３の変形例を説明する。図７に示した処理装置は、基本的に図５に示した処理装置と同様の構成を備えるが、図６に示した処理装置と同様に、反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間に形成された間隙の内部に複数の壁部１９が形成されている点が異なる。図７に示した処理装置では、壁部１９は原料ガスの流れる方向（図１の矢印２０で示す方向）とほぼ平行に延びるように形成されている。また、図７に示した処理装置では、反応管上壁４の側壁と接触しない（独立した）壁部１９と、当該側壁から延びるように形成された壁部１９とが、入口１６から出口１７に向かう方向において間隔を隔てて並ぶように配置されている。このような構成によっても、図６に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
次に、図８を参照して、図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第４の変形例を説明する。図８に示した処理装置は、基本的に図６に示した処理装置と同様の構成を備えるが、入口１６と出口１７の配置が図６に示した処理装置とは逆になっている点が異なる。この場合、図６に示した処理装置では反応管上壁４の間隙に流れる冷却材１０は、反応管３内での反応ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって流れることになるのに対して、図８に示した処理装置では、冷却材１０の流れる方向が反応ガスの上記流通方向の下流側から上流側に向かう方向となる。このような構成によっても、図６に示した処理装置と同様の効果を得ることができるとともに、反応管３内部の温度条件が原料ガスの流れ方向でより均一化することにより、形成される膜の膜質や膜厚をより均一化できる。
【００３９】
次に、図９を参照して、図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第５の変形例を説明する。図９に示した処理装置は、基本的に図１〜図３に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁４の冷却方法が異なっている。すなわち、図９に示した処理装置１では、反応管上壁４の外周表面に接触するように透明部材からなる接触部材２３が配置されている。接触部材２３の端部には冷却部２４が配置されている。冷却部２４としては、接触部材２３の熱を除去できれば任意の構成を用いることができる。たとえば、冷却部２４としてペルチェ素子や、内部に冷却材の流通路が形成された冷却体などを用いることができる。この接触部材２３と冷却部２４とから固体冷却部材２２が構成されている。このような構成の処理装置１によっても、図１〜図３に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。また、図９に示した処理装置１では、図１〜図３に示した処理装置よりも反応管上壁４の構成を簡略化できる。
【００４０】
（実施の形態２）
図１０は、本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態２を示す断面模式図である。図１０を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態２を説明する。
【００４１】
図１０を参照して、処理装置１は基本的には図１〜図３に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁４の外周側であって、サセプタ５と対向する領域に加熱用のランプ２５が配置されている点が図１〜図３に示した処理装置１と異なる。ランプ２５は制御部材１５に接続されている。ランプ２５は、制御部材１５によりその投入電力を制御される。このため、制御部材１５により、ランプ２５から出射する光の光量や光の出射のＯＮ／ＯＦＦを制御することができる。ランプ２５としては、任意の光源を用いることができる。たとえば、ランプ２５としてハロゲンランプを用いることができる。このようなランプ２５を用いて基板７の表面を加熱することができる。このため、図１０に示した処理装置１では、図１〜図３に示した処理装置と同様の効果を得られるとともに、ヒータ９での発熱量を低減できる。つまり、基板７の表面温度を所定の成膜可能温度にまで上昇させるために、ヒータ９のみを用いる場合より、ヒータ９での発熱量を小さくできる。この結果、ヒータ９の寿命を延ばすことが出来る。また、基板７の表面温度を、基板７を構成する材料の融点に近いような高温にする場合、ヒータ９のみでは基板７全体が溶融するおそれがあった。しかし、ランプ２５を用いることで、基板７の表面のみをランプ２５によって優先的に高温に加熱できる一方、基板７の厚み方向中央部や裏面側の温度が過剰に高くなることを防止できる。
【００４２】
図１１は、図１０に示した本発明による処理装置の実施の形態２の変形例を示す断面模式図である。図１１を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態２の変形例を説明する。
【００４３】
図１１を参照して、処理装置１は、基本的には図１０に示した処理装置１と同様の構成を備えるが、ランプの構成が図１０に示した処理装置と異なっている。つまり、図１１に示した処理装置１では、ランプとして３つのランプ２５ａ〜２５ｃが配置されている。これらの複数のランプ２５ａ〜２５ｃは、矢印２０で示される原料ガスの流れ方向に沿った方向に並ぶように配置されている。ランプ２５ａ〜２５ｃはそれぞれ制御部材１５に接続されている。なお、図１１では３つのランプ２５ａ〜２５ｃが配置されているが、ランプの数は３つに限られず、２つ、または４つ以上であってもよい。また、複数のランプを反応管３の外部にマトリックス状に配置してもよい。
【００４４】
ここで、図１１に示したように、３つのランプ２５ａ〜２５ｃを配置した場合には、制御部材１５によりこれらのランプ２５ａ〜２５ｃの出力（出射する光の光量）を変更することができる。たとえば、反応管３の内部を流通する原料ガスの温度上昇や拡散を考慮し、上流側に位置するランプ２５ａから下流側に位置するランプ２５ｃまで、徐々にランプの出力を下げる（投入される電力量を下げる）ことで、ヒータ９のみを用いて基板７を加熱する場合より、結果的に基板温度（サセプタ温度）や反応の均一性を向上させることができる。この効果を、図１２を用いてより詳しく説明する。
【００４５】
図１２は、基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを用いた場合との、原料ガスの流れ方向におけるサセプタ温度の変化を模式的に示すグラフである。図１２を参照して、横軸はサセプタ５における原料ガスの流れ方向における位置、つまりサセプタ５において最も原料ガスの流れ方向の上流側からの距離を示している。なお、原点はサセプタ５における原料ガスの流れ方向の上流側の端部の位置である。また、縦軸はサセプタ５の温度（℃）である。なお、サセプタ５の温度については、図１１などにおいて図示しない測温部材（たとえば熱電対）をサセプタ５の表面において原料ガスの流れ方向に複数個並べて配置し、温度データを測定してもよい。また、サセプタ５の温度について、図１１に示した測温部材１３によりサセプタ５の表面温度の温度分布を測定することにより当該温度データを測定してもよい。
【００４６】
図１２に示すように、ヒータ９のみを用いてサセプタ５および基板７を加熱する場合には、原料ガスの流れ方向において局所的に加熱状況を変更することは難しいため、原料ガスの流れ方向において下流側に行くほどサセプタ５の温度は上昇する傾向にある。一方、図１１に示すように３つのランプ２５ａ〜２５ｃを用いて、かつ、上述のように、上流側に位置するランプ２５ａから下流側に位置するランプ２５ｃまで、徐々にランプの出力を下げることにより、結果的に原料ガスの流れ方向におけるサセプタの温度を均一に保つことが出来る。このため、形成される膜の膜厚や膜質の均一性を高めることができる。
【００４７】
また、図１０や図１１のように、ヒータ９とランプ２５（またはランプ２５ａ〜２５ｃ）を併用すれば、図１３に示すように、基板７上での膜の成膜速度を、反応ガスの流れ方向において直線的に変化する（具体的には単調減少する）ように調整することができる。この効果を、図１３を用いてより詳細に説明する。図１３は、基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを併用した場合との、原料ガスの流れ方向におけるＧａＮ成長速度（成膜速度）の変化を模式的に示すグラフである。図１３を参照して、横軸はサセプタ５に固定された基板７における原料ガスの流れ方向における位置、つまり基板７において最も原料ガスの流れ方向の上流側からの距離を示している。なお、原点は基板７における原料ガスの流れ方向の上流側の端部の位置である。また、縦軸はＧａＮ成長速度（成膜速度）（単位：μｍ／時間）を示している。また、このときサセプタ５は回転せず固定された状態である。図１３は、ＧａＮ基板表面にＧａＮ膜を形成した場合の成長速度のデータを示している。
【００４８】
図１３に示すように、基板７の加熱にヒータ９のみを用いる場合には、原料ガスの流れ方向におけるＧａＮ膜の成長速度は曲線状に変化するような分布を示す。一方、ヒータ９と３つのランプ２５ａ〜２５ｃを併用する場合の、原料ガスの流れ方向におけるＧａＮ膜の成長速度は、図１３ではランプ３ゾーンと表示され、実線で示されたグラフに示すように、直線状の分布を示し、いわゆる単調減少している。このようにＧａＮ膜の成長速度について直線状の分布とすることができれば、サセプタ５を回転（公転）させることによって、サセプタ５上に配置された基板７の表面での成膜速度分布を均一化できる。このため、サセプタ５を回転させるだけで（つまり、サセプタ５に加えて基板７も回転（自転）させる自公転機構を用いることなく）、基板７の表面に形成される膜の膜厚分布を均一化できる。このため、本発明によれば、処理装置１の構成として自公転機構を採用する場合より、処理装置１の構成を簡略化できる。また、自公転機構を採用しないので、基板７の自転のための歯車などをサセプタ５に配置する必要が無い。このため、サセプタ５上に配置する基板７の枚数を、自公転機構を採用する場合より多くすることが可能になる。つまり、サセプタ５の面積が同じ場合に、より多くの基板７を一度に処理することができる。
【００４９】
図１４は、図１０に示した本発明による処理装置の実施の形態２の他の変形例を示す断面模式図である。図１４を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態２の他の変形例を説明する。
【００５０】
図１４を参照して、処理装置１は、基本的には図１１に示した処理装置１と同様の構成を備えるが、冷却材供給部材３５とガス供給部材３２とが明示されている点が、図１１に示した処理装置と異なっている。すなわち、図１４に示した処理装置１では、反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間に冷却材１０を供給するための冷却材供給部材３５が制御部材１５に接続された状態で配置されている。また、図１４に示した処理装置１では、成膜のための原料ガスを反応管３の内部に供給するためのガス供給部材３２が、制御部材１５に接続された状態で配置されている。ここで冷却材供給部材３５は、外周部材６と内周部材８との間に冷却材１０を供給するための部材であって、具体的には冷却材１０を外周部材６と内周部材８との間の間隙に送出するためのポンプや、当該間隙から排出された（温度の上昇した）冷却材１０から熱を除去するための熱交換器などを含む。また、ガス供給部材３２は、従来周知の任意の構成を採用できる。たとえば、ガス供給部材３２は、原料ガスを蓄積するタンクや当該タンクから所定量の原料ガスを所定圧力で供給するためのコントローラなどを含んでいてもよい。
【００５１】
このような構成の処理装置１では、上記図１１に示した処理装置１と同様の効果を得ることができるとともに、冷却材供給部材３５を制御部材１５によって制御することにより、反応管上壁４の冷却状態を制御することができる。具体的には、冷却材供給部材３５を介して冷却材１０の供給量や温度を制御することで、反応管上壁４の内周部材８の表面温度を制御することができる。そして、この内周部材８の表面温度を制御することにより、当該内周部材８の表面（サセプタ５に対向する側の表面）に接触する原料ガスの温度も間接的に制御することができる。
【００５２】
また、ガス供給部材３２によって、反応管３の内部に供給する原料ガスの流量を調整することができる。このため、冷却材供給部材３５による内周部材８の表面温度の制御と、ガス供給部材３２による原料ガスの供給量の制御とを組合せることによって、サセプタ５に対向する部分における原料ガスの温度を制御する（サセプタ５に対向する部分における原料ガスの温度分布を原料ガスの流れ方向および／または流れ方向に垂直な方向において均一化する）ことができる。この結果、サセプタ５に搭載された基板７の表面温度分布や当該表面での反応についてより均一化することが可能になる。
【００５３】
また、３つのランプ２５ａ〜２５ｃについて、図１１に示した処理装置１において説明したように、制御部材１５によりこれらのランプ２５ａ〜２５ｃの出力を個別に変更することで、反応管３の内部を流通する原料ガスの温度上昇や拡散を考慮して、上流側のランプ２５ａから下流側のランプ２５ｃまで、徐々にランプの出力を下げるといった制御を行なうことにより、基板温度（サセプタ温度）や反応の均一性をより向上させることができる。
【００５４】
上述した図１０、図１１および図１４に示した処理装置１において、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃの出射する光の波長が紫外領域の波長を含む（出射する光が紫外線を含む、より好ましくは主成分として紫外線を出射する）ことが好ましい。この場合、基板７の表面近傍のみで、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃから出射した光が吸収されるので、基板７の表面のみを効果的に加熱することができる。このため、基板７全体の温度（たとえば厚み方向中央部や裏面側の温度）をあまり上昇させることなく、基板７の表面のみを、たとえば基板７の材料の融点に近いような高温にすることができる。このため、成膜温度が高温の条件で高品質の膜が得られるＡｌＧａＮ系の膜を形成する場合に、特に上述した処理装置１は有効である。
【００５５】
なお、基板７としてＧａＮ基板を用いる場合には、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃとしてＨｇランプ（波長２５３ｎｍ）を用いることが好ましい。また、基板７としてよりワイドバンドギャップの材料を用いる場合には、たとえば誘電体バリアランプを用いることができる。たとえば、基板７としてＡｌＮ基板やサファイア基板を用いる場合には、波長１７２ｎｍの誘電体バリアランプを用いることができる。
【００５６】
（実施の形態３）
図１５は、本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態３を示す断面模式図である。図１５を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態３を説明する。
【００５７】
図１５を参照して、処理装置１は基本的には図１〜図３に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁４の外周側に基板７を加熱するための加熱部材としてのレーザ光源２７および光学系２９が配置されている点が図１〜図３に示した処理装置１と異なる。具体的には、図１５に示した処理装置１では、反応管上壁４の外周側であってサセプタ５と対向する位置に光学系２９が配置されている。光学系２９には、レーザ光源２７から出射したレーザ光が入射する。光学系２９およびレーザ光源２７は制御部材１５に接続されている。光学系２９では、レーザ光源２７から入射したレーザ光の進行方向を変更することにより、サセプタ５上の基板７の表面にレーザ光を入射させる。また、光学系２９は、出射するレーザ光の進行方向を任意に変更できる。そのため、光学系２９から出射されるレーザ光は、図１５の矢印３０に示すように基板７表面を走査するように照射される。このような構成によっても、図１０に示した処理装置と同様の効果を得ることが出来る。なお、光学系２９としては、従来公知の任意の機構を採用することができる。このような装置によっても、図１１に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
なお、レーザ光源２７としては、任意のレーザ光源を用いることができる。たとえば、レーザ光源２７として、エキシマレーザを出射するレーザ光源を用いてもよい。この場合、エキシマレーザはｎｓ（ナノ秒）単位のパルス幅のパルスレーザとして基板７に照射することができる。このため、基板７の温度を高い精度で制御することができる。また、エキシマレーザはそのエネルギー密度を比較的高くすることが出来るため、基板７へ照射することにより基板７の表面温度を局所的に２０００℃近くまで上昇させることができる。このため、基板７の表面温度の制御範囲を実用上十分な範囲で制御でき、また比較的高温領域にまでその制御範囲を広げることができる。
【００５９】
なお、基板７に照射されるレーザ光については、たとえばレーザ光源２７でのレーザ出力、パルス状のレーザの周波数、あるいは光学系２９での基板７表面へのレーザ光のフォーカスを調整することで、基板７の表面について局所的に温度を変更することができる。このため、サセプタ５において自公転機構などを採用することなく、基板７表面の温度分布を均一化することが可能になる。この場合、自公転機構に代えて光学系２９などが設備として増えることになるが、当該光学系２９自体は室温で動作すればよいため、耐熱性の材料から構成されるサセプタ５の自公転機構を設置する場合より、処理装置１の製造コストを低減できる。
【００６０】
たとえば、レーザ光源２７としてＫｒＦ（２４６ｎｍ）エキシマレーザを用いた場合で、基板７としてＧａＮ基板を用いると、基板７の表面で当該レーザ光がほとんど吸収され、基板７の表面のみを効果的に加熱できる。
【００６１】
次に、図１６を参照して、図１５に示した処理装置の実施の形態３の変形例を説明する。図１６は、図１５に示した本発明による処理装置の実施の形態３の変形例を示す断面模式図である。図１６を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態３の変形例を説明する。
【００６２】
図１６を参照して、処理装置１は、基本的には図１５に示した処理装置と同様の構成を備えるが、成膜のための原料ガスを反応管３の内部に供給するためのガス供給部材３２が明示され、当該ガス供給部材３２とレーザ光源２７および光学系２９とが同期するように制御部材１５により制御される点が図１５に示された処理装置と異なっている。具体的には、図１６に示した処理装置１では、ガス供給部材３２が制御部材１５に接続され、当該制御部材１５によってガス供給部材３２の動作が制御される。ガス供給部材３２の構成としては、従来周知の任意の構成を採用できる。そして、図１６に示した処理装置１では、図１７に示すようにレーザの照射タイミングと原料ガスの供給タイミングとが同期するように制御部材１５により制御される。以下、図１７を参照しながらより詳細に説明する。
【００６３】
図１７は、図１６に示した処理装置において成膜処理を行なう際の、原料ガス（ＴＭＡ）の供給タイミングと基板に対するレーザ光の照射タイミングおよび基板表面温度の変化を示したタイミングチャートである。図１７に示すように、基板表面の温度が所定のベース温度に調整された状態において、まず時点Ｔ１にて原料ガス（ＴＭＡ）の供給を開始する。その後、時点Ｔ２において、制御部材１５からレーザ光源２７および光学系２９を制御することにより、基板７表面へのレーザ光の照射を開始する。この結果、基板７の表面温度は上昇し、ベース温度より高い所定の成膜温度に設定される。このように、基板７の表面温度が成膜温度に上昇した状態で、原料ガスが供給されるので、基板７の表面において所定の膜（たとえばＧａＮ膜あるいはＡｌＧａＮ膜、もしくはＩｎＧａＮ膜）が形成される。その後、時点Ｔ３で原料ガスの供給が停止される。その後、時点Ｔ４でレーザ光の照射を停止する。この結果、基板７の表面温度もベース温度に低下する。
【００６４】
そして、このようなサイクルを複数回繰返す。つまり、時点Ｔ５（または時点Ｔ９）で再び原料ガス（ＴＭＡ）の供給を開始する。その後、時点Ｔ６（または時点Ｔ１０）において、基板７表面へのレーザ光の照射を開始する。この結果、基板７の表面温度は上昇し、ベース温度より高い所定の成膜温度に設定される。このように、基板７の表面温度が成膜温度に上昇した状態で、原料ガスが供給されるので、基板７の表面において所定の膜が形成される。その後、時点Ｔ７（または時点Ｔ１１）で原料ガスの供給が停止される。その後、時点Ｔ８（または時点Ｔ１２）でレーザ光の照射を停止する。
【００６５】
このように、レーザ光の照射と原料ガスの供給とを同期させたサイクルを繰返すことにより、通常のヒータ９のみを用いた基板７の加熱では難しいような、基板７の表面温度の急峻な変化を実現できる。また、レーザ光のエネルギーや照射サイクル数（照射周波数）を制御することで、基板７の表面温度を任意に制御することができるので、急峻な界面を持つ、異なる組成の層を積層することができる。
【００６６】
たとえば、ＩｎＧａＮ系とＧａＮまたはＡｌＧａＮ系との組成の層からなる超格子の製造などが可能になる。この場合、ＩｎＧａＮ系の層を形成する場合の成膜温度をたとえば８００℃とし、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ系の層を形成する場合の成膜温度をたとえば１０５０℃とすることができる。図１５や図１６に示した処理装置では、このような異なる成膜温度を短時間で実現することが可能である。さらに、図１５や図１６に示した処理装置１では、レーザ光を基板７表面に対して走査するように照射できるので、基板７の表面における領域ごとの照射頻度を変更することで、図１１に示した処理装置１と同様に、原料ガスの流れによる基板表面の温度勾配を補償するように基板７の表面温度を制御できる。
【００６７】
また、図１６に示した処理装置１によって、図１７で説明したような成膜方法を実施することで、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、原料ガスの種類と成膜温度とをそれぞれ個別に制御できるので、異なる膜質の膜を積層する場合に、当該膜の間の膜質の変化を急峻にすることができる。
【００６８】
上述した実施の形態１〜３においては、冷却材１０としては任意の液体および気体を用いることができる。また、上述した実施の形態２および３において、図５〜図９に示した反応管上壁４の冷却構造を採用していもよい。また上述した実施の形態１〜３において、冷却材１０として液体を用いる場合には水を用いてもよい。また、冷却材１０として気体を用いる場合には水素、ヘリウム、窒素（たとえば液体窒素から気化させた窒素）を用いてもよい。また、図９に示した固体冷却部材２２の接触部材２３は、反応管上壁４の全体を覆うように配置された板状であってもよいが、反応管上壁４の上部表面を部分的に覆うような構造（たとえば、平面形状がメッシュ状）であってもよい。この場合、接触部材２３を構成する材料としては熱伝導率の高い材料、特に比較的安価な銅やアルミニウムを用いてもよい。
【００６９】
上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、この発明の実施の形態を羅列的に挙げて説明する。この発明に従った気相成長装置としての処理装置１は、基板保持部材としてのサセプタ５と反応容器としての反応管３と冷却部材（反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間の間隙、冷却材１０、冷却材供給部材３５、または図９の固体冷却部材２２）と加熱部材（ヒータ９、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）とを備える。サセプタ５は、気相成長法により表面に膜が形成される基板７を保持する。反応管３は、サセプタにより保持される基板７が内部に配置され、当該基板７を観察するための透明窓部（反応管上壁４）を有する。冷却部材（反応管上壁４の外周部材６と内周部材８との間の間隙、冷却材１０、または図９の固体冷却部材２２）は、透明窓部（反応管上壁４）を冷却する。加熱部材（ヒータ９、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）は基板を加熱する。
【００７０】
この場合、反応管上壁４が冷却材１０などによって冷却されるので、基板７をヒータ９などにより加熱することで、基板７の近傍の雰囲気温度が基板７からの輻射熱によって上昇しても、当該反応管上壁４の内周表面の温度を成膜可能な温度の下限（成膜下限温度）より低い状態に保つことが出来る。このため、反応管上壁４の内周表面での膜の形成を抑制できる。
【００７１】
また、このように反応管上壁４の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応管３の内部の成膜条件（たとえば温度条件など）が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応管３の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。
【００７２】
また、反応管上壁４の内周表面に膜が形成されないので、透明部材からなる反応管上壁４を介して基板７の表面温度などをパイロメータなどの測温部材１３によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。
【００７３】
また、図１０、図１１、図１４、図１５などに示すように、反応管上壁４を介して加熱部材の一部（ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）によりエネルギー線を基板７の表面に照射することで、基板７の表面を局所的に加熱することも可能になる。
【００７４】
上記処理装置１において、加熱部材は、反応管上壁４を介して基板７にエネルギー線（可視光や紫外線など）を照射することにより基板７を加熱する照射加熱部材（ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）を含んでいてもよい。この場合、エネルギー線の照射により基板７の表面を局所的に加熱することが可能になる。このため、電熱ヒータなどからなるヒータ９のみを用いて基板７全体を加熱する場合より、基板７からの輻射熱の熱量を低減できる。この結果、当該輻射熱に起因する原料ガスの不必要な反応（たとえば、原料ガスにＴＭＡやアンモニアを用いた場合の気相反応など）の発生を抑制できる。したがって、原料ガスの利用効率を向上させることができるとともに、形成される膜の膜質の劣化を防止できる。
【００７５】
上記処理装置１において、照射加熱部材（ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）は、パルス状のエネルギー線（レーザ光）を基板に照射してもよい。この場合、パルス状のレーザ光を基板７に照射するので、レーザ光の照射により基板７に与えられる熱量の制御を精度よく行なうことができる。このため、基板７表面の温度制御をより高精度に行なうことができる。この結果、形成される膜の膜質を良好なものとすることができる。
【００７６】
上記処理装置１において、照射加熱部材（ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）は、エネルギー線として、基板７を構成する材料の透過波長より短い波長の成分を含むエネルギー線を基板に照射してもよい。この場合、基板７に照射されたエネルギー線の大部分を、基板７の表面層で吸収させることができる。このため、エネルギー線の照射によって基板７の表面層を局所的に加熱することができる。したがって、ヒータ９などを用いて基板７全体を加熱する場合より、基板７から周囲へ伝えられる輻射熱の熱量を低減できるので、原料ガスの寄生反応などの発生をより効果的に抑制できる。
【００７７】
また、このように基板７の表面層のみを加熱するので、基板７全体が溶融することなく、基板７の表面層のみを、基板７を構成する材料の融点に近いような高温に加熱することも可能になる。このため、成膜温度として基板７を構成する材料の融点に近いような高温を採用することができる。
【００７８】
ここで、基板７の表面のみを加熱する場合、基板７を構成する材料の吸収係数により、基板７に照射された光の吸収長（基板７において当該光が照射された表面から、当該光のうち９０％について吸収される位置までの深さ）が決まる。たとえば、吸収係数が１×１０４ｃｍ−１であれば、吸収長は１μｍとなる。また、基板７がＧａＮ基板である場合について検討すると、理想的なＧａＮの場合、吸収端は３６５ｎｍとなるが、ＧａＮ基板においては上記波長以上の波長範囲においても吸収が起こる。このため、基板７の吸収係数に応じて最適の波長を選択することができる。たとえば、波長が２４８ｎｍのエキシマレーザを用いる場合、ＧａＮ基板での吸収係数は１×１０４ｃｍ−１を超えることから、ＧａＮ基板の表面のみ（表面から深さ１μｍ以下の領域のみ）を加熱することができる。
【００７９】
上記処理装置１において、照射加熱部材（ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）は、レーザ光源２７と走査部材（光学系２９）とを含んでいてもよい。レーザ光源２７はエネルギー線としてのエキシマレーザを出射してもよい。光学系２９は、レーザ光源２７から出射されたエキシマレーザを、基板７の表面に対して走査しながら照射するため、エキシマレーザの進行方向を変更してもよい。
【００８０】
この場合、エキシマレーザの基板７における照射位置を光学系２９によって制御することが出来るので、基板７表面の温度分布を均一化するようにエキシマレーザの走査状態を調整することができる。このため、基板７表面の温度分布をより均一化することができる。
【００８１】
また、エキシマレーザを基板７表面に対して走査しながら照射できるので、基板７自体を回転させたりするといった装置構成（たとえば基板７を搭載するサセプタ５を回転させる機構など）を採用しなくても、基板７の温度分布を均一化することができる。このため、処理装置１の装置構成を簡略化することができる。
【００８２】
上記処理装置１において、照射加熱部材（ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）は、図１５や図１６に示すようにエネルギー線としてのエキシマレーザを出射するレーザ光源２７を含んでいてもよい。レーザ光源２７から出射されるエキシマレーザの波長は、基板７を透過しない波長範囲内の値となるように設定されていてもよい。この場合、エキシマレーザによって基板７の表面層を効率的に加熱することができる。
【００８３】
上記処理装置１は、原料供給部材（ガス供給部材３２）と制御部材１５とを備えていてもよい。ガス供給部材３２は、反応容器（反応管３）の内部に、基板７の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するためのものである。制御部材１５は、ガス供給部材３２と加熱部材（ヒータ９、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）とを制御するためのものであってもよい。
【００８４】
この場合、制御部材１５によってガス供給部材３２により反応管３の内部に原料ガスが供給されるタイミングを制御することができる。また、制御部材１５によって、ランプ２５などの照射加熱部材より基板７表面に照射されるエネルギー線の照射タイミングを制御することもできる。この結果、図１７に示すように、原料ガスの供給タイミングとエネルギー線の照射タイミングとを同期させることで、原料ガスが流れているときのみ基板７表面を所定の温度に加熱することができる。そのため、より効率的に膜の形成を行なうことができる。
【００８５】
上記処理装置１は、原料供給部材（ガス供給部材３２）と、制御部材１５とを備えていてもよい。ガス供給部材３２は、反応容器（反応管３）の内部に、基板７の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するためのものである。制御部材１５は、ガス供給部材３２と冷却部材（図１４の冷却材供給部材３５または図９の固体冷却部材２２）とを制御してもよい。この場合、反応管３の内部に供給される原料ガスの流通条件（流量など）と冷却部材（（図１４の冷却材供給部材３５または図９の固体冷却部材２２）により冷却される透明窓部（反応管上壁４）の温度とを、制御部材１５によって制御することで、サセプタ５と対向する領域での原料ガスの温度条件をたとえば原料ガスの流れ方向において均一化することができる。この結果、原料ガスが接触する基板７の表面温度の均一性をより向上させることが可能になる。なお、上述した制御部材１５は、ガス供給部材３２および冷却部材に加えて、加熱部材（ヒータ９、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）を制御してもよい。この場合、加熱部材による加熱条件も制御することによって、基板７の表面温度の均一性をより向上させることができる。
【００８６】
上記処理装置１において、基板７はＧａＮを含み、原料供給部材（ガス供給部材３２）は、原料ガスとして、ＡｌＧａＮ膜を成長させるために用いられるガス（たとえばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、ＴＭＡガス、アンモニアガスなど）を基板の表面に対向する領域に供給してもよい。
【００８７】
この場合、ＡｌＧａＮ膜の形成温度は比較的高温になることから、原料ガスの寄生反応や反応管３の内周表面での膜の成長などが問題になるため、本発明が特に有効である。
【００８８】
この発明に従った気相成長方法としての成膜方法は、透明窓部（反応管上壁４）を有する反応容器（反応管３）の内部に、気相成長法により表面に膜が形成される基板７を準備する工程（図４の基板準備工程（Ｓ１０））と、成膜工程（Ｓ５０）とを備える。成膜工程（Ｓ５０）では、反応管上壁４の温度が、基板７の表面に形成される膜の成膜下限温度より低く、かつ、基板７の表面温度が成膜下限温度以上の状態で、膜の原料ガスを基板の７表面と対向する領域に供給する。
【００８９】
この場合、反応管上壁４の温度を成膜下限温度以下にするので、基板７を加熱部材（ヒータ９、ランプ２５、２５ａ〜２５ｃ、レーザ光源２７および光学系２９）により加熱することで、基板７の近傍の雰囲気温度が基板７からの輻射熱によって上昇しても、反応管上壁４の内周表面での膜の形成を抑制できる。
【００９０】
また、このように反応管上壁４の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応管３の内部の成膜条件（たとえば温度条件など）が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応管３の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。
【００９１】
また、反応管上壁４の内周表面に膜が形成されないので、反応管上壁４を介して基板７の表面温度をパイロメータなどの測温部材１３によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。
【００９２】
また、反応管上壁４の内周表面に膜が形成されないので、反応管上壁４を介してランプ２５などによりエネルギー線を基板７表面に照射することも可能になる。
【００９３】
上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、図１０、図１１、図１４〜図１６などに示すように反応管上壁４を介して基板７にエネルギー線を照射することにより基板７が加熱されていてもよい。この場合、成膜反応が起きる基板７の表面をエネルギー線によって直接的に加熱することができるので、エネルギー線の波長などを適切に選択することにより、当該基板７の表面のみを加熱することが可能になる。この結果、ヒータ９のみを用いて基板７全体を加熱する場合より、基板７から周囲への輻射熱の熱量を低減できる。したがって、基板７の周囲での原料ガスの不要な反応（たとえば寄生反応）の発生を確実に抑制できる。
【００９４】
また、上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、図１５〜図１７に示したように、パルス状のエネルギー線（レーザ光）を基板７に照射してもよい。この場合、エネルギー線の照射により基板７に与えられる熱量の制御を精度よく行なうことができる。
【００９５】
上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、エネルギー線として基板７を構成する材料の透過波長より短い波長の成分を含むエネルギー線を基板７に照射してもよい。この場合、基板７に照射されたエネルギー線の大部分を、基板７の表面層で吸収させることができる。このため、エネルギー線の照射によって基板７の表面層を局所的に加熱することができる。
【００９６】
また、このように基板７の表面層のみを加熱するので、基板７全体が溶融することなく、基板７の表面層のみを、基板７を構成する材料の融点に近いような高温に加熱することも可能になる。したがって、このような高温の条件によって優れた膜質を実現できるような膜の形成に、上記成膜方法は特に有効である。
【００９７】
上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、図１５、図１６に示すように、エネルギー線としてエキシマレーザを基板７の表面に対して走査しながら照射してもよい。この場合、基板７表面の温度分布を均一化するようにエキシマレーザの走査状態を光学系２９を用いて調整することにより、基板７を固定したままの状態であっても基板表面の温度分布をより均一化することができる。
【００９８】
また、上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、当該基板７を透過しない波長範囲内の値となるように波長が設定されたエキシマレーザを、基板７の表面に照射してもよい。この場合、エキシマレーザが基板７の表面層においてほとんど吸収されることになるので、基板７の表面層を効率的に加熱することができる。
【００９９】
上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、図１７に示すように、エネルギー線（レーザ光）の照射時期と原料ガスの供給タイミングとを同期させてもよい。この場合、原料ガス（ＴＭＡガス）が流れているときのみエネルギー線を基板７に照射して基板７表面を所定の温度に加熱することができる。そのため、より効率的に膜の形成を行なうことができる。
【０１００】
また、上記成膜方法において、成膜工程（Ｓ５０）では、基板７の表面温度条件に基づいて、原料ガスの流通条件（流量など）と透明窓部の冷却条件とを調整してもよい。この場合、基板７と対向する領域における原料ガスの温度分布を均一化するように、原料ガスの流通条件や透明窓部の冷却条件を調整することで、原料ガスが接触する基板７の表面温度の均一性を向上させることができる。
【０１０１】
上記成膜方法において、基板７はＧａＮを含んでいてもよく、原料ガスはＡｌＧａＮ膜を成長させるために用いられるガスであってもよい。この場合、ＡｌＧａＮ膜の形成温度は比較的高温になることから、原料ガスの寄生反応や反応容器の内周表面での膜の成長などが問題になるため、本発明が特に有効である。
【０１０２】
この発明に従った基板は、ベース基板（基板７）と、当該ベース基板上に上記気相成長方法を用いて形成された膜とを備える。このようにすれば、優れた膜質の膜を有する基板を得ることが出来る。
【０１０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、たとえばＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系などの膜を形成する気相成長装置および気相成長方法において特に有利に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態１を示す断面模式図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面模式図である。
【図４】図１〜図３に示した処理装置を用いた成膜方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第１の変形例を説明する断面模式図である。
【図６】図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第２の変形例を説明する断面模式図である。
【図７】図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第３の変形例を説明する断面模式図である。
【図８】図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第４の変形例を説明する断面模式図である。
【図９】図１〜図３に示した本発明による処理装置の実施の形態１の第５の変形例を説明する断面模式図である。
【図１０】本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態２を示す断面模式図である。
【図１１】図１０に示した本発明による処理装置の実施の形態２の変形例を示す断面模式図である。
【図１２】基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを用いた場合との、原料ガスの流れ方向におけるサセプタ温度の変化を模式的に示すグラフである。
【図１３】基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを併用した場合との、原料ガスの流れ方向におけるＧａＮ成長速度（成膜速度）の変化を模式的に示すグラフである。
【図１４】図１０に示した本発明による処理装置の実施の形態２の他の変形例を示す断面模式図である。
【図１５】本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態３を示す断面模式図である。
【図１６】図１５に示した本発明による処理装置の実施の形態３の変形例を示す断面模式図である。
【図１７】図１６に示した処理装置において成膜処理を行なう際の、原料ガス（ＴＭＡ）の供給タイミングと基板に対するレーザ光の照射タイミングおよび基板表面温度の変化を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１０６】
１  処理装置、３  反応管、４  反応管上壁、５  サセプタ、６  外周部材、７  基板、８  内周部材、９  ヒータ、１０  冷却材、１１  反応管底壁、１３，１４  測温部材、１５  制御部材、１６  入口、１７  出口、１９  壁部、２０，３０  矢印、２２  固体冷却部材、２３  接触部材、２４  冷却部、２５，２５ａ〜２５ｃ  ランプ、２７  レーザ光源、２９  光学系、３２  ガス供給部材、３５  冷却材供給部材。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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