半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法
【課題】被選択酸化層の酸化量を面内で均一に保ち、酸化量を適正に制御できる半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ＡｌとＡｓを含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、メサの半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ半導体層の中央部を残して酸化することにより半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、半導体層の酸化処理中に酸化処理を中断する工程と、酸化処理が中断されている間に、半導体素子が収容されている容器に設けた観察窓を介して容器内のメサと容器外の観察手段を接近させて対向させる工程と、観察手段で観察された電流狭窄部の大きさ又は電流狭窄部に囲まれた電流注入部の大きさから酸化進行度を求める工程と、酸化進行度から追加酸化量を求める工程と、追加酸化量だけ半導体層を追加酸化する工程を備えたものである。
【解決手段】ＡｌとＡｓを含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、メサの半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ半導体層の中央部を残して酸化することにより半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、半導体層の酸化処理中に酸化処理を中断する工程と、酸化処理が中断されている間に、半導体素子が収容されている容器に設けた観察窓を介して容器内のメサと容器外の観察手段を接近させて対向させる工程と、観察手段で観察された電流狭窄部の大きさ又は電流狭窄部に囲まれた電流注入部の大きさから酸化進行度を求める工程と、酸化進行度から追加酸化量を求める工程と、追加酸化量だけ半導体層を追加酸化する工程を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体酸化装置及び酸化処理工程を有する半導体素子の製造方法に関する。また、本発明は、アルミニウム（Ａｌ）と砒素（Ａｓ）を含む半導体層をその外周縁部から中央部に向かって酸化する半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法であって、特に電流狭窄部と電流注入部の大きさが適正に調整された酸化狭窄型面発光レーザの製造に適した半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流流入効率を高めるために電流狭窄構造を備えている半導体レーザがある。そのような半導体レーザの一例として、面発光レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が挙げられる。この面発光レーザは、基板に垂直方向に光を出射するもので、いわゆる端面発光型の半導体レーザに比べて低価格・低消費電力・小型・二次元デバイスに好適でかつ高性能であるということから近年特に注目されている。
【０００３】
面発光レーザの電流狭窄構造としては、ＡｌＡｓ選択酸化狭窄構造が良く用いられている（特許文献１参照）。この面発光レーザの電流狭窄構造は、円形台状又は矩形（四角形）台状のメサ構造を含む半導体基板又は半導体試料を高温水蒸気雰囲気中に配置し、該メサ構造に含まれるｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層を該メサ構造の側面に露出した外周縁から中心部に向かって且つ中央部を残した状態で酸化することによりＡｌｘＯｙ電流狭窄部（酸化領域）を形成したものである。このようにしてＡｌｘＯｙ電流狭窄部が形成された面発光レーザでは、ＡｌｘＯｙ電流狭窄部の屈折率が１．６程度であり、それは他の半導体層の屈折率に比べて低いことから、共振構造内に横方向の屈折率差が生じ、光をメサの中央に閉じ込める。そのため、半導体素子の電流狭窄効率が良く且つ閾値電流が低いという優れた特性が得られる。
【０００４】
また、面発光レーザで単一基本横モード発振を得るためには、狭窄部の大きさ（例えば、狭窄径）を小さくして高次モードに対する回折損失を大きくする必要がある。具体的には、狭窄部の一辺の大きさ又は直径を発振波長の３〜４倍程度まで狭くする必要がある。例えば、発振波長が０．８５μｍ、１．３μｍの場合、狭窄部の一辺の大きさ又は直径はそれぞれ約３．５μｍ以下、約５．０μｍ以下にする必要がある。
【０００５】
このような要求に応える半導体酸化装置が非特許文献１に開示されており、その概略構造が図１９に示してある。図示する半導体酸化装置の構造とその取り扱いを簡単に説明すると、この半導体酸化装置１０１０は密閉容器（酸化炉）１０１２を有し、容器内部（炉内）１０１４にヒータ内蔵の加熱ステージ１０１６が設けてある。加熱ステージ１０１６の上には基板ホルダ１０１８が設けてあり、この基板ホルダ１０１８の上に半導体試料１０２０又は半導体基板が設置される。容器１０１２はまた、水蒸気を含む酸化雰囲気を内部空間１０１４に供給する導入管１０２２と、酸化処理終了後に内部空間１０１４の酸化雰囲気を排気する排気管１０２４を備えている。このような構成を備えた半導体酸化装置１０１０によれば、半導体試料１０２０を、比較的再現性良く且つ均一に酸化できる。しかし、半導体試料の酸化量は、半導体成膜装置における結晶成長後の試料の膜厚や組成等のロット間のばらつきの影響を受ける。特に、ＡｌとＡｓを含む半導体層の酸化速度は、膜厚、ＡｌＡｓの組成、酸化温度等に極めて敏感であるし（非特許文献２）、酸化処理直前の半導体試料の非酸化層側面に形成されている自然酸化膜の厚みによっても影響を受ける。その結果、電流狭窄部の大きさが発振特性（光出力など）がばらつきを招き、歩留まりが低下するという問題を生じる。特に、シングルモード素子はマルチモード素子に比べて電流狭窄部の面積の絶対値が小さいので、酸化量のばらつきが素子特性のばらつきに与える影響が極めて大きく、また電流狭窄部の面積が大きくなった場合は本来シングルモードとなるべき素子がマルチモード素子の挙動を示すという問題がある。
【０００６】
この問題を解消するために、酸化工程中に酸化量を観察する方法が提案されている（非特許文献３、特許文献２）。これらの文献で提案されている方法は、図２０に示すように、酸化処理中の半導体試料１０２０を観察窓１０２６を介して顕微鏡１０２８で観察し、この顕微鏡１０２８で観察された酸化領域と非酸化領域のコントラストから酸化距離又は非酸化領域の面積等（酸化進行度）を見積もってその後の酸化量を制御するものである。ところが、面発光レーザではメサ径が通常約１０〜５０μｍであり、狭窄径を厳密に制御するために顕微鏡１０２８の拡大倍率を約１０００倍に設定しなければならない。また、顕微鏡１０２８の焦点をメサに合わせるために、半導体試料１０２０と観察窓１０２６の距離Ｌ１、観察窓１０２６と顕微鏡１０２８の距離Ｌ２を出来るだけ小さくしなければならない。しかし、酸化中に観察窓１０２６と半導体試料１０２０の間隔を狭くすると、半導体試料１０２０上の水蒸気濃度分布と半導体試料１０２０の温度分布に場所的なばらつきが発生し、酸化量の面内分布が発生して歩留まりの低下を招来する。他方、顕微鏡１０２８と観察窓１０２６の間隔を狭くすると、ヒータから放射される熱によって観察窓１０２６の屈折率が変化したり、顕微鏡１０２８に組み込まれている光学部品（例えば、レンズ）が熱変形して焦点のずれを生じ、測定精度が不正確になるという問題が生じる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９３，５７７号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９３０９号公報
【非特許文献１】光アライアンス、2004.4, pp.42-46
【非特許文献２】IEEE, J.Select. Topics Quantum Electron., vol. 3, pp.916-926, 1997
【非特許文献３】IEEE, Photon. Techno 1. Lett., vol. 10, pp.197-199,1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、半導体試料に含まれる被選択酸化層の酸化量を面内で均一に保ち、酸化量を適正に制御できる半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係る半導体酸化装置の第１の形態は、密閉可能な容器と、半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、上記基台に支持された半導体試料に対向可能に上記容器の壁に設けられた観察窓と、上記容器の外部に上記観察窓を介して上記基台上の半導体試料と対向可能に設けられた観察手段と、上記基台と観察手段との距離を調整する調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この第１の形態の半導体酸化装置は、上記基台が加熱器を備えた加熱テーブルと上記加熱テーブル上に配置されて上記半導体試料を支持する試料テーブルを備えており、上記調整手段が上記加熱テーブルと上記試料テーブルを一体的に移動させる基台移動機構を備えている形態と、上記調整手段が上記試料テーブルを移動させる基台移動機構を備えている形態が考えられる。
【００１１】
本発明に係る半導体酸化装置の第２の形態は、密閉可能な容器と、半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、上記基台に支持された半導体試料の上方に位置する容器壁に設けられた観察窓と、上記容器の外側にあって上記観察窓を介して上記基台に対向する観察手段と、上記基台又は観察手段若しくはそれらの両方を上下方向に移動させる昇降機構を備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体酸化装置の第３の形態は、密閉可能な容器と、半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、上記容器の壁に設けられた観察窓と、上記基台上に支持された上記半導体試料が上記観察窓に接近した観察位置と上記観察窓から離間する退避した退避位置との間で上記基台を移動させる移動機構と、上記容器の外側にあって上記観察位置にある上記半導体試料と上記観察窓を介して対向する観察手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
以上の第１〜第３の形態の半導体酸化装置は、上記供給部からの水蒸気の供給を停止して上記半導体試料の酸化を中断する手段と、上記観察手段で得られた像をもとに上記半導体試料特定部位の酸化進行度を求め、上記酸化進行度に基づいて追加酸化量を求める手段と、上記追加酸化量だけ上記半導体試料特定部位を追加酸化する手段を備えていることが好ましい。
【００１４】
また、以上のすべての形態の半導体酸化装置では、観察手段がマイクロスコープであること、また観察手段が自動焦点機能を備えていることが好ましい。
【００１５】
さらに、以上のすべての形態の半導体酸化装置は、上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する真空装置、または上記酸化の中断中に上記容器内部で上記基台に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス供給部、若しくはそれらの両方を備えていることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、以上のすべての形態の半導体酸化装置において、酸化される対象の半導体試料は酸化狭窄型面発光レーザ用のウェハであることが好ましい。
【００１７】
次に、本発明に係る半導体素子の製造方法の第１の形態は、アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、上記酸化処理の中断中に上記半導体層の酸化進行度を観察する工程を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体素子の製造方法の第２の形態は、アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、上記酸化処理が中断されている間に、上記半導体素子が収容されている容器に設けた観察窓を介して上記容器内のメサと上記容器外の観察手段を接近させて対向させる工程と、上記観察手段で観察された上記電流狭窄部の大きさ又は上記電流狭窄部に囲まれた電流注入部の大きさから酸化進行度を求める工程と、上記酸化進行度から追加酸化量を求める工程と、上記追加酸化量だけ上記半導体層を追加酸化する工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
第２の形態の半導体素子の製造方法では、上記メサと上記観察手段を接近させて対向させる工程は、上記メサを上記観察窓に接近させる工程を含むことが好ましい。
【００２０】
以上の第１と第２の半導体素子の製造方法はまた、上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する工程、または上記酸化の中断中に上記容器内部に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける工程、若しくはそれらの両方を含むことが好ましい。
【００２１】
さらに、以上のすべての形態の半導体素子の製造方法において、酸化される対象の半導体試料は酸化狭窄型面発光レーザ用のウェハであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る第１〜第３の形態の半導体酸化装置によれば、基台上の半導体試料と観察手段との距離を調整する調整手段又は昇降機構若しくは移動機構を備えているので、半導体試料と観察手段との距離を酸化処理時と観察時に最適な値に設定でき。したがって、酸化時には半導体試料の温度分布と水蒸気濃度分布を均一に調整でき、観察時は半導体試料の酸化進行度を正確に観察し評価できる。
【００２３】
また、供給部からの水蒸気の供給を停止して半導体試料の酸化を中断する手段と、観察手段で得られた像をもとに半導体試料特定部位の酸化進行度を求め、その酸化進行度に基づいて追加酸化量を求める手段と、追加酸化量だけ半導体試料特定部位を追加酸化する手段を備えた半導体酸化装置によれば、半導体試料特定部位の最終酸化量を目的の値に調整できる。
【００２４】
さらに、酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する真空装置、または上記酸化の中断中に上記容器内部で上記基台に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス供給部を備えた半導体酸化装置によれば、酸化中断時に酸化の進行を確実に且つ短時間のうちに止めて酸化進行度を評価することができる。
【００２５】
次に、第１の形態の半導体素子の製造方法によれば、酸化を中断した状態で半導体試料の酸化進行度を観察するため、中断した時点における酸化進行度を正確に評価できる。また、第２の形態の半導体素子の製造方法によれば、中断時の観察から得た酸化進行度に基づいて追加酸化量を求め、その追加酸化量だけ半導体層を追加酸化するため、最終酸化量を目的の値に確実に調整できる。また、酸化進行度の観察は半導体素子と観察手段を接近させて行われるため、観察結果に基づいて評価される酸化進行度及び追加酸化量は極めて正確である。その結果、製造された半導体素子は均一な特性を有する。
【００２６】
また、観察時にメサを観察窓に接近させる方法によれば、酸化進行度を正確に観察して評価できる。さらに、酸化の中断中に容器内部の雰囲気ガスを真空排気する工程、または酸化の中断中に容器内部で基台に支持されている半導体試料に不活性ガスを吹き付ける工程を有する方法によれば、酸化中断時に酸化の進行を確実に且つ短時間のうちに止めて酸化進行度を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２８】
《実施の形態１》本発明に係る半導体酸化装置及び半導体素子製造装置の実施の形態１を図１に示す。図示する半導体酸化装置（以下、「酸化装置」という。）１０は、ステンレス等の金属からなる耐圧密閉容器（酸化炉）１２を有する。容器１２は内側に所定の大きさの内部空間１４を備えており、底部に半導体試料を支持する基台１６を備えている。
【００２９】
本実施の形態において、基台１６は、加熱テーブル１８と、加熱テーブル１８の上に配置され、酸化される半導体試料（半導体ウェハからなる基板）２０を支持する試料テーブル（基板ホルダ）２２を備えている。加熱テーブル１８は、酸化される半導体試料２０を加熱するための電熱ヒータ２４を備えており、回転昇降機構（移動機構、基台移動機構）２６を介して回転自在且つ昇降自在としてある。試料テーブル２２は、酸化される半導体試料２０を固定するための機構（図示せず）を備えている。なお、加熱テーブル１８と試料テーブルは一体になっている場合もある。
【００３０】
回転昇降機構２６は、容器１２の底壁２８を貫通して上下方向に伸びる駆動軸３０と、容器１２の外部で駆動軸３０に駆動連結されたモータ３２と、モータ３２を駆動軸３０と共に上下方向に昇降する昇降機構３４を備えている。本実施形態において、昇降機構３４は床等の固定部３６に固定されており、モータ３８とラックアンドピニオン（図示せず）を用いて構成されているが、空圧又は油圧のシリンダを用いて構成することもできる。したがって、加熱テーブル１８と試料テーブル２２は、該試料テーブル２２に固定された半導体試料２０と共に、モータ３２の駆動に基づいて駆動軸３０を中心として所定の方向に回転し、昇降機構３４の駆動に基づいて実線で示す酸化位置（退避位置、下降位置）と点線で示す観察位置（観察位置、上昇位置）との間を上下に移動することができる。
【００３１】
容器１２の天井壁４０は、観察位置に置かれた半導体試料２０に対向する基台上方位置に、透光性の耐熱材料からなる観察窓４２が設けてある。容器１２の外部であって観察窓４２の上方には、マイクロスコープ（顕微鏡）付のカメラ（以下、「マイクロスコープ４４」という。）で構成された観察手段が設けてある。マイクロスコープ４４は、その視軸を上下方向に向け、マイクロスコープ４４を水平面上で直交する２方向（Ｘ、Ｙ方向）とこれらと直交する垂直方向（Ｚ方向）に移動させる３つのモータ４６，４８，５０を備えたカメラ移動機構５２を介して固定台５４に取り付けることが好ましい。マイクロスコープ４４は、焦点をミクロンオーダの精度をもって自動調整できるように、自動焦点機能（オートフォーカス機能）を有するものを使用することが好ましい。また、酸化時に観察窓４２を通じて外部に放出される熱を最小限にするために、また、観察窓４２から放出される熱によってマイクロスコープ４４が損傷（レンズ等を含む光学部品の熱変形等）するのを防止するために、観察窓４２の外側又は内側で観察窓４２を開閉する遮熱板５６と該遮熱板５６を開閉動作するモータ５８又はシリンダを含む遮熱機構６０を設けてもよい。遮熱板５６は、遮熱効果を高めるために、断熱効率に優れた材料で構成してもよいし、内部空間１４に対向する面を反射性の材料又は処理で仕上げてもよい。
【００３２】
容器内部空間１４の雰囲気を調整するために、容器１２には３つの配管６２，６４，６６が容器１２の壁を貫通して設けられている。これらのうち、第１の配管６２は酸化雰囲気ガスを内部空間１４に供給するもので、容器外で２つに分岐し、一方の分岐管６８が電磁弁７０を介して水蒸気供給源（水蒸気供給部）７２に接続され、他方の分岐管７４が電磁弁７６を介して窒素供給源（窒素供給部）７８に接続されており、これら水蒸気供給源７２から供給される水蒸気と窒素供給源７８から供給される窒素の混合流体からなる酸化ガスが内部空間１４に供給できるようにしてある。図示するように、第１の配管６２の末端（吹き出し口）は、酸化位置にある半導体試料２０の上方空間に向けられており、酸化処理中半導体試料２０に十分な酸化ガスが供給できるようにすることが好ましい。第２の配管６４は、後述するように、酸化処理の中断時、内部空間１４の雰囲気を窒素に置換すると共に半導体試料２０を冷却する低温窒素ガスを供給するもので、電磁弁８０を介して低温窒素ガス供給源（低温窒素ガス供給部）８２に接続されている。半導体試料２０を冷却する目的から、第２の配管６４の末端（吹き出し口）は、酸化位置にある半導体試料２０又はその上部空間に向けられており、供給された低温窒素ガスが半導体試料２０に吹き付けられるようにすることが好ましい。第３の配管６６は、酸化処理の中断時、内部空間１４に残留する酸化ガスを排出するためのもので、電磁弁８４を介して真空源８６に接続されている。容器１２には更に第４の配管８８が容器１２の壁を貫通して設けるとともに、この配管８８にフロー用電磁弁９０が設けてあり、酸化処理中に電磁弁９０を開放状態に保つことで、容器内部空間１４に水蒸気の循環（フロー）状態を保ちながら、供給された量に見合う量の水蒸気ガスを配管８８から外部に押し出すことができるようにしてある。
【００３３】
図２は酸化装置１０の制御系１００を示す。図示するように、制御系１００は、制御装置１０２を有する。制御装置１０２は中央処理装置１０４を有し、該中央処理装置１０４がマイクロスコープ４４で撮影された画像のデータを処理する画像処理部１０６と、マイクロスコープ４４で撮影された画像を表示する表示部（モニタ）１０８と、回転昇降機構２６のモータ３２，３８、カメラ移動機構５２においてマイクロスコープ４４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるモータ４６，４８，５０、及び遮熱機構６０のモータ５８を制御するモータ制御部１１０と、電磁弁７０，７６，８０，８４，９０を制御する電磁弁制御部１１２と、ヒータ２４をＰＩＤ制御するヒータ制御部１１４に接続されている。制御装置１０２はまた、以下に説明する酸化処理（中断処理を含む）を実行するために必要なプログラムや情報等を記憶した記憶部１１６と、後に説明する演算処理を実行する演算部１１８を備えている。
【００３４】
酸化装置１０を用いて面発光レーザの酸化層を形成する場合、酸化前の半導体試料２０は、例えば図３（Ａ）に示す断面構造を有する。この断面構造は、図の下から順番に、ｎ側電極１２０、ｎ側ＧａＡｓ基板１２２、下部半導体分布ブラッグ反射鏡１２４を有し、下部半導体分布ブラッグ反射鏡１２４の上に一定の密度で（ＸＹ方向に所定の間隔をあけて）メサ１２６が支持されている。メサ１２６は、図の下から順番に、活性層１２８、ＡｌとＡｓを含む被選択酸化層１３０、上部半導体分布ブラッグ層１３２、コンタクト層１３４を備えている。また、メサ１２６は、これを図の上方から見たとき、円形、楕円形、四角形（正方形又は長方形）、四角形以外の多角形を有する。
【００３５】
酸化装置１０を用いて上述の断面構造を有する半導体試料２０の被選択酸化層１３０を酸化するプロセスを図４に示す。図示する酸化プロセスは、概略、被選択酸化層１３０を一次酸化する一次酸化処理＃１０と、酸化の進行を一時的に停止させて酸化量（酸化進行度）を評価する評価処理＃２０と、酸化量の評価結果に基づいて最終目標の酸化量まで被選択酸化層１３０を酸化する二次酸化処理＃３０からなる。
【００３６】
一次酸化処理＃１０では、上述した構成を有する未酸化の半導体試料２０を試料テーブル２２に載せて固定する〔＃１１：準備工程〕。このとき、試料テーブル２２を含む基台１６は酸化位置（下降位置）に固定されている。必要であれば、制御装置１０２は電磁弁制御部１１２を介して排気用電磁弁８４を開き、内部空間１４の残留雰囲気を排気する。このとき、その他の電磁弁７０，７６，８０は閉じておく。また、必要であれば、制御装置１０２はカメラ移動機構５２のモータ４６，４８，５０を駆動し、マイクロスコープ４４を観察窓４２から離れた位置、または観察窓４２の対向領域から退避させておく。上述のように、観察窓４２を開閉する遮熱板５６を有する場合、遮熱板駆動用モータ５８を駆動し、遮熱板５６を閉鎖位置に移動し、観察窓４２を閉鎖する。
【００３７】
次に、制御装置１０２は、排気用電磁弁８４と低温窒素ガス供給用電磁弁８０を閉じ、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を開き、水蒸気と窒素の混合ガスを内部空間１４に供給する〔＃１２：電磁弁制御工程〕。制御装置１０２はまた、混合ガスが供給されている間、フロー用電磁弁９０を開放することにより、容器１２の内部空間１４に水蒸気ガスの循環状態を形成しつつ、配管８８を通じて水蒸気ガスが押し出される状態を形成する。フロー用電磁弁９０を開放することに代えて、電磁弁８４を開放して容器１２の内部空間１４から水蒸気ガスを排気しながら、容器内部１４を一定圧力（減圧状態又は大気圧状態）に維持しつつ、容器内部１４に水蒸気ガスの循環状態を形成してもよい。続いて、制御装置１０２はヒータ制御部＃を介してヒータ２４をオンする〔＃１３：ヒータ制御工程〕。これにより、容器１２の内部空間１４には水蒸気と窒素からなる酸化ガスが充填されると共に、半導体試料２０が酸化に必要な温度状態に調整され、半導体試料２０における被選択酸化層１３０の酸化が始まる〔＃１４：一次酸化工程〕。被選択酸化層１３０の酸化は、メサ１２６の外周側面に現れている被選択酸化層１３０の周端から径方向内側に向かって進行する。例えば、メサ１２６が円形の平面形状を有する場合、図５に示すように、酸化領域１４０は周端から中心に向かって徐々に進行し、環状酸化領域１４０の内側にメサ平面形状と相似形状の円形未酸化領域１４２が残る。
【００３８】
制御装置１０２は一次酸化処理の終了を判断する〔＃１５：一次酸化終了判断工程〕。具体的に説明すると、図６に示すように、中央に所定の大きさの未酸化領域１４２を残した状態（最終酸化状態）で全酸化処理を完了する場合、一次酸化によって酸化された一次酸化領域１４０Ａが最終酸化状態（最終酸化位置１４４）に達する前に、すなわち僅かな又は多少の二次酸化領域（追加酸化領域）１４０Ｂを残して、酸化を中断する。酸化を中断するタイミング（一次酸化時間）は、酸化完了までに要する時間から経験的に求めることができる。例えば、制御装置１０２は、経験的に求められた全所要酸化時間ｔから所定の時間Δｔを引いた時間を一次酸化時間ｔ１（＝ｔ−Δｔ）として記憶部１１６に記憶しており、酸化開始からの経過時間が一次酸化時間ｔ１に達した時点で一次酸化を終了と判断する。制御装置１０２は、一次酸化の終了を判断すると、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を閉じる〔＃１６：電磁弁制御工程〕。電磁弁７６，７０を閉じる前又はこれらを閉じた後、ヒータ２４を停止する〔＃１７：ヒータ制御工程〕。次に、制御装置１０２は、急冷用の低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開き、容器内部空間１４を窒素で置換するとともに容器内を冷却する〔＃１８：電磁弁制御工程〕。上述のように、低温窒素ガス供給用の配管６４の吹き出し口が半導体試料２０に向けられているため、配管６４から供給された低温窒素ガスが半導体試料２０に直接的に吹き付けられ、そのために酸化の進行が完全に又はほぼ完全に停止する。低温窒素ガスを供給することに代えて、排気用電磁弁８４を開いて容器内部空間１４から水蒸気を排気してもよい。この場合も同様に、酸化の進行が停止する。また、酸化中断中、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を閉じて水蒸気と窒素の供給を停止した状態では、低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開放すると共にフロー用電磁弁９０を開放することにより容器内部空間１４に窒素ガスの循環状態を維持してもよいし、これに代えて、低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開放すると共に排気用電磁弁８４を開放して真空源８６で容器内部空間１４を一定圧力に維持しながら窒素を排気してもよい。
【００３９】
続いて、評価処理＃２０では、酸化装置１０が遮熱板５６を含む遮熱機構５４を有する場合、制御装置１０２はモータ５８を駆動して遮熱板５６を観察窓４２の上から退避させて観察窓４２を開放する。酸化装置１０がカメラ移動機構５２を有し、酸化処理中はマイクロスコープ４４を観察窓４２から又は容器１２から離れた場所に退避させておく場合、カメラ移動機構５２を駆動し、マイクロスコープ４４を観察窓４２に対向する場所に移動させる〔＃２１：準備工程〕。次に、制御装置１０２は、昇降用モータ３８を駆動して基台１６を観察位置に上昇し、観察窓４２を挟んで半導体試料２０をマイクロスコープ４４に対向させる〔＃２２：試料上昇工程〕。続いて、マイクロスコープ４４を起動してメサ１２６の拡大画像を取得する〔＃２２：撮影工程〕。なお、マイクロスコープ４４は自動焦点機構を有するため、マイクロスコープ４４はメサ１２６に自動的に焦点合わせされる。したがって、図６に示すように、取得された拡大画像において、一次酸化された酸化領域１４０と未酸化領域１４２の境界は明瞭に認識できる。マイクロスコープ４４で撮影された画像のデータは画像処理部１０６に送信され、そこで必要な画像処理が施される。画像処理後の画像データは、必要に応じて記憶部１１６に記憶される。また、画像処理後の画像データを用いて、メサ１２６の拡大画像が表示部１０８に表示される。さらに、画像処理後の画像データは演算部１１８に送信され、そこで二次酸化の酸化量（酸化時間ｔ２）が計算される〔図２３：評価工程〕。
【００４０】
図６を参照して演算部１１８における計算の一例を簡単に説明すると、演算部１１８はまず一次酸化の酸化進行度（酸化量）を計算する。酸化進行度は、例えば、円形メサの中心を通る線上において、円形メサの外周端から環状酸化領域１４０の内周端までの距離ｄで表す。また、演算部１１８は、酸化進行度（＝距離ｄ１）と最終目標とする未酸化領域１４２の大きさ（円形メサの外周端から最終酸化位置１４４間での距離）から、二次酸化で酸化すべき量（＝Δｄ２）を計算する。次に、演算部１１８は、酸化量（距離ｄ１）を一次酸化に要した時間ｔ１で割り、時間当たりの酸化量（酸化進行係数：α＝ｄ１／ｔ１）を求める。最後に、演算部１１８は、二次酸化に必要な時間（二次酸化時間）〔ｔ２＝ｄ２／α〕を求める。
【００４１】
続いて、二次酸化処理＃３０では、二次酸化に必要な事前準備を行う〔３１：準備工程〕。例えば、制御装置１０２はカメラ移動機構５２のモータ４６，４８，５０を駆動し、マイクロスコープ４４を観察窓４２から離れた位置に退避させるか、または観察窓４２の対向領域から退避させる。また、遮熱板駆動用モータ５８を駆動し、遮熱板５６を閉鎖位置に移動し、観察窓４２を閉鎖する。次に、制御装置１０２は低温窒素供給用電磁弁８０を閉じる〔＃３２：弁制御工程〕。低温窒素ガスの供給に代えて排気用制御弁＃が開かれている場合、この排気用制御弁８４を閉じる。また、昇降機構３４のモータ３８を駆動し、基台１６を酸化位置に下降させる〔＃３３：試料移動工程〕。次に、制御装置１０２は、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を開き、水蒸気と窒素の混合ガスを内部空間１４に供給する〔＃３４：弁制御工程〕。また、一次酸化処理の終了時点でヒータ２４が停止されている場合、ヒータ２４を再び駆動する〔＃３５：ヒータ制御工程〕。これにより、被選択酸化層１３０の酸化が再開され、酸化領域１４０が内方に拡大すると共に、未酸化領域１４２が小さくなる。二次酸化処理の時間は計時されており、その時間が上述の二次酸化時間ｔ２に達すると、制御装置１０２は二次酸化処理を終了する〔＃３６：二次酸化終了判断工程〕。最後に、制御装置１０２は、二次酸化の終了を判断すると、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を閉じ〔＃３６：弁制御工程〕、ヒータ２４を停止し〔＃３７：ヒータ停止工程〕、二次酸化処理を終了する。なお、酸化処理を終了する際、低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開放して半導体試料２０に低温窒素ガスを吹き付けることが好ましい。
【００４２】
二次酸化処理終了後のメサ１２６には、図３（Ｂ）及び図６に示すように、所定の大きさの未酸化領域１４２とその周囲を囲む酸化領域１４０が形成され、これらがそれぞれ電流注入部１５０、電流狭窄部１５２となる。このようにして電流注入部１５０と電流狭窄部１５２が形成された半導体試料２０は、その後必要な薄膜形成処理が施され、図７に示す断面の面発光レーザ１６０が形成される。この面発光レーザ１６０において、１５４はＳｉＯ２等からなる絶縁膜、１５６はポリイミド等からなる絶縁膜、１５８はｐ側電極である。
【００４３】
このように、本発明に係る酸化装置１０によれば、半導体試料２０の被選択酸化層１３０は一次酸化処理によってある程度まで酸化された後、酸化の進行を一時的に停止した状態で一次酸化量（酸化進行度）を求め、一次酸化処理の結果をフィードバックして残る二次酸化処理の酸化量（酸化時間）が決定される。したがって、最終的に形成される電流注入部の大きさは完全に又はほぼ完全に目標の大きさになる。なお、二次酸化終了時点における酸化量を目標酸化量に一致させるために、全酸化量（＝ｄ１＋ｄ２）に対する一次酸化量（ｄ１）の割合（％）〔＝ｄ１／（ｄ１＋ｄ２）〕は出来るだけ大きい値であることが望ましく、例えば、８０〜９０％、好ましくは、８５〜９５％、更に好ましくは９０〜９５％とする。
【００４４】
なお、以上の説明では、円形メサを想定して酸化量をメサ径（ｄ１，ｄ２）で求めたが、酸化量を面積で評価することもできる。この場合、最終目標となる未酸化領域の面積に対する酸化終了時点の未酸化面積の割合をもって酸化進行係数α〔＝（酸化前の選択酸化層の面積−一次酸化終了時における未酸化領域の面積）／酸化時間〕を求め、その酸化進行度に基づいて二次酸化の酸化量（酸化時間）を求める。
【００４５】
《実施の形態２》実施の形態１の説明では、酸化中に基台１６及び半導体試料２０は回転せずに一定の場所に固定したが、酸化中に基台１６の回転機構（回転昇降機構２６）を駆動して半導体試料２０を回転してもよい。この場合、各メサ１２６の空間位置が時間的に変化するため、結果的に全てのメサ１２６の被選択酸化層１３０を等しく酸化でき、製品の歩留まりが良くなる。
【００４６】
《実施の形態３》実施の形態１では、一次酸化処理の評価結果に基づいて二次酸化処理を行い、最終的な未酸化領域（電流注入部）の大きさは確認しないものとしたが、二次酸化終了後に非酸化領域の大きさを計測し、その結果に基づき、必要であれば更に追加の三次酸化処理を行っても良い。この場合、二次酸化処理後に未酸化領域を計測し、その計測結果に基づいて上述と同様の方法で三次酸化量及びそれに必要な三次酸化時間が計算され、その計算結果に基づいて三次酸化処理を行う。
【００４７】
一次酸化量と二次酸化量は同一のメサについて評価することが好ましい。酸化中に基台１６及び半導体試料２０を回転しない場合、マイクロスコープ４４の焦点を予め決められた平面座標（ＸＹ座標）に合わせれば、一次酸化量と二次酸化量を同一のメサについて計測することができる。
【００４８】
酸化中に基台１６と半導体試料２０を回転する場合、一次酸化処理の終了時点でカメラの焦点位置にあった評価対象メサが、二次酸化処理の終了した時点ではカメラの焦点位置に停止せずに別の場所に移動していることが考えられる。この問題を解消するためには、例えば、図８のフローチャートに示すように、一次酸化処理と二次酸化処理の終了後、基台１６を原点位置に復帰させる処理（＃１９，＃３７：原点復帰処理工程）を実行する。
【００４９】
原点復帰処理を実行するためには、基台１６を回転するモータ３２には、原点位置（Ｚ相）を備えたエンコーダ付のサーボモータを用いることが好ましい。具体的に、サーボモータのＺ相を利用した原点復帰工程の処理について説明する。いま、図９に示すように、駆動軸３０の中心（Ｘ−Ｙ座標系の原点）からＸ，Ｙ方向にそれぞれ所定距離（ｘ０，ｙ０）だけ移動した位置（ｒ、θ）にカメラの焦点が存在し、このカメラ焦点位置に評価対象メサ１２６が位置しており、一次酸化処理又は二次酸化処理の開始時点でサーボモータはＺ相の出力から所定パルス数出力した状態で停止しているものとする。以下の説明を簡単にするために、この所定パルス数をゼロと仮定する。この条件で、一次又は二次酸化処理の終了時点で評価対象メサがカメラの焦点位置から角度θ’だけ移動した座標（ｒ，θ＋θ’）に停止したものとする。この場合、制御装置１０２はサーボモータのＺ相が出力された時点から回転停止までのパルス数Ｎθ’を記憶する。このパルス数Ｎθ’は移動角度θ’に相当する。したがって、原点復帰工程では、制御装置１０２はサーボモータから出力されるパルス数Ｎθ’から移動角度θ’を計算し、サーボモータの回転軸を酸化処理前の角度位置に復帰させるために必要な角度（３６０°−θ’）とこの角度に対応するパルス数Ｎ（３６０°−θ’）を計算し、その計算されたパルス数Ｎ（３６０°−θ’）のパルスが出力されるまで回転軸を回転し、評価対象メサ１２６をカメラの視野１３４内に移動する。これにより、同一のメサについて一次及び二次酸化処理後の酸化量を評価できる。
【００５０】
サーボモータのＺ相を利用する方法に代わる更に簡便な方法は、駆動軸３０又はこれに駆動連結された他の回転部材（例えば、歯車）に被検出部（例えば、突起、切り欠き、読み取りマーク、磁石）を取り付ける一方、その近傍に検出器を設け、評価処理前の原点復帰処理工程で検出器が被検出部を検出するまで駆動軸３０を回転復帰させることである。なお、検出器には、光式、機械式、電磁式又はそれらを組み合わせた任意の形式の検出器を用いることができる。
【００５１】
また、原点復帰工程では、評価対象メサを確実にカメラの視野内に移動させるために、酸化時よりも遅い速度で基台及び駆動軸を回転させることが好ましい。したがって、基台１６を回転するモータ３２は、回転速度を高速と低速に切り換えることができるモータを用いることが好ましい。
【００５２】
《実施の形態４》実施の形態１では、加熱テーブル１８と試料テーブル２２を一体的に組み合わせて基台１６を構成したが、加熱テーブル１８は容器１２に固定し、試料テーブル２２だけが加熱テーブル１８に対して酸化位置（下降位置）と観察位置（上昇位置）との間を移動できるようにしてもよい。この場合、図１０に示すように、加熱テーブル１８の内側に駆動軸３０を貫通し、この貫通した駆動軸３０に試料テーブル２２を支持する。このような構成を採用した酸化装置によれば、酸化中断時及び酸化終了後に半導体試料２０をヒータ２４から離すことができるので、半導体試料２０の冷却速度が速くなり、酸化の中断及び終了を確実に行うことができる。また、試料基板内で酸化量を均一に且つ目的の値に保つことができる。
【００５３】
《他の実施形態》上述の実施形態１，２では、酸化中断時に半導体試料及びこれを支持するテーブルをその上方に配置した観察窓に向けて上昇したが、容器の側部に観察用の部屋（観察室）を設け、観察時に半導体試料とこれを支持する試料テーブルを観察室に横移動し、この観察室の天井部に設けた観察室を介して該観察室の上方に配置した観察手段で酸化量を観察して評価してもよい。この場合、横方向から装入される試料テーブルに対向する観察室天井部の高さは、装入された半導体試料と接近するように、低くしておくことが好ましい。また、以上の説明では、水蒸気や窒素等の供給及び排気を制御する弁として電磁弁を用いたが、弁の種類はこれに限るものではない。
【００５４】
《実施例１》
実施例１に係る面発光レーザの詳細な断面構造を図１１に示す。図示する面発光レーザ２００は、波長１．３μｍのレーザを発振するもので、３インチの大きさの面方位〈１００〉のｎ−ＧａＡｓ基板２０２上に、媒質内における発振波長の１／４倍の厚みを有し、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓを交互に３５．５周期積層した周期構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（「下部半導体分布ブラッグ反射鏡」；以下、単に「下部反射鏡」という。）２０４を形成した。下部反射鏡２０４の上には、アンドープＧａＡｓスペーサ層２０６、３層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層２０８と４層のＧａＡｓバリア層２１０からなる多重量子井戸活性層２１２、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層２１４を形成した。
【００５５】
スペーサ層２１４の上には、ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（「上部半導体分布ブラッグ反射鏡」；以下、単に「上部反射鏡」という。）２１６を形成した。上部反射鏡２１６は、Ｃドープのｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚みを有し、交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）として構成した。上部反射鏡２１６と活性層２１２の間には、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層２１８を、例えば３０ｎｍの厚みをもって形成した。上部反射鏡２１６の最上部のＧａＡｓコンタクト層２２０は、電極とのコンタクトをとるためのコンタクト層を兼ねている。活性層２１２内の井戸層２０８のＩｎ組成ｘは３３％、窒素組成は１．０％とした。井戸層２０８の厚みは７ｎｍとし、ＧａＡｓ基板２０２に対して約２．１％の圧縮歪（高歪）を有している。
【００５６】
薄膜成長方法にはＭＯＣＶＤを用いた。キャリアガスはＨ２を用いた。ＧａＩｎＮＡｓ活性層の原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＡｓＨ３（アルシン）を用いた。窒素の原料には、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いた。ＤＭＨｙは低温で分解するので、６００℃以下の低温成長に適しており、特に低温成長の必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合に好ましい原料である。ＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子の活性層のような歪みが大きい場合、非平衡となる低温成長が好ましい。本実施例では、ＧａＩｎＮＡｓ層は５４０℃で成長した。
【００５７】
メサ２２２は、ウェットエッチング又はＲＩＥ、ＲＩＢＥ、ＩＣＰ法などのドライエッチングにより、少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させた状態で形成した。メサ２２２は、これを上方から見て正方形の形に形成した。その後、上述した酸化装置を用い、側面の表れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭窄部を形成した。このとき、試料テーブル（基板ホルダー）にウェハ（試料）を載せ、基台を酸化位置に配置し、所定の水蒸気を供給した。このとき、ウェハは観察窓から離れていたので、均一に酸化された。ウェハを４００℃程度の所定の酸化温度に昇温し、一次酸化を開始した。所望の酸化量になると予想される時間の前に酸化を中断した。その後、ウェハの載った加熱テーブルを観察窓に近い観察位置に上昇し、マイクロスコープにより酸化距離、酸化面積、非酸化領域の縦と横の長さ、非酸化領域の面積を観察した。そして、これらの情報をもとに一次酸化の酸化速度と、二次酸化（追加酸化）に必要な酸化距離を計算し、追加酸化時間を形成した。ウェハを再度酸化位置に戻し、追加酸化を行った。二次酸化の酸化時間が経過すると、水蒸気の供給を停止すると共に低温窒素をウェハに吹き付け、ヒータを止めて酸化を終了した。
【００５８】
以上の酸化処理により、酸化進行度の基板内面均一性が良好に保たれた状態で酸化狭窄部（電流注入部）の面積が精度良く制御できた。酸化の中断又は酸化の終了は、水蒸気供給の停止に行うことができるが、より確実に行うためには、試料基板の温度を下げることが好ましい。また、上述した実施例では酸化処理を２階に分けて行ったが、３回又はそれ以上の回数に分けて行っても構わない。
【００５９】
酸化処理の終了後、ＳｉＯ２などの絶縁膜２２４でメサ２２２を保護した後、ポリイミド２２６でエッチング部を埋め込んで平坦化した後、ｐコンタクト層２２０と光出射部のある上部反射鏡の上に存在するポリイミドとＳｉＯ２を除去し、ｐコンタクト層２２０上の光出射部以外にｐ側電極２２８を形成した。また、基板２０２の裏面にｎ側電極２３０を形成した。
【００６０】
作成した面発光型半導体レーザ素子の発振波長は約１．３μｍであった。また、ＡｌとＡｓを主成分とする被選択酸化層の選択酸化により電流狭窄部を形成したので、閾値電流が低かった。このように、被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭窄層を用いた電流狭窄構造によると、電流狭窄層を活性層に近づけて形成することで、電流の広がりが抑制され、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じこめることができる。また、酸化されることによりＡｌ酸化膜が形成される結果、屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、閾値電流も低下する。また、容易に電流狭窄構造を形成できることから、製造コストを低下できる。しかも、観察窓から離れた位置で酸化が進行することから、酸化を一旦停止して酸化速度を評価し、その評価結果に追加酸化を行ったため、酸化狭窄径は各メサについて目的の大きさで均一に形成され、歩留まりも向上した。
【００６１】
酸化領域の観察は、タングステンランプ等の光源から出射された光の反射光をマイクロスコープを介してＣＣＤカメラ又はビジコンカメラで受光し、テレビモニタにメサ拡大画像を表示した。表示された画像上で酸化領域と非酸化領域及びその境界はそれらの反射率の違いから明瞭に写し出された。
【００６２】
酸化領域と非酸化領域の反射率の波長依存性を図１２に示す。この図に示すように、波長１．３μｍ近傍の領域（高反射帯域）では酸化領域と非酸化領域の反射率に殆ど相違はないが、その領域を挟む両側の波長領域で両者の反射率は明らかに異なる傾向を示す。観察する波長としては、高反射帯域より短波長側ではＤＢＲの材料による光吸収が生じるために好ましくないが、高反射帯域より長波長側では吸収の問題はなく、酸化領域の反射率が高い。したがって、高反射帯域よりも長波長側の波長に感度を有するカメラを用いることが好ましい。現在市販されている各撮像装置についてみると、波長の短い面発光レーザは近赤外に感度のあるＣＣＤカメラを用いることができる。本実施例のように、１．３μｍの面発光レーザでは、より長波長側に感度のある赤外ビジコンカメラが好ましい。また、赤外レーザ光をスキャンしてカメラで受光するいわゆる共焦点レーザ顕微鏡は解像度を極めて高くすることができることから好ましく、レーザの波長を適切に選択することで利用可能である。
【００６３】
《実施例２》
他の断面構造を有する面発光レーザを図１３に示す。図示する面発光レーザは、面方位〈１１０〉方向に傾斜角２°をもって傾斜したｎ−（１００）ＧａＡｓ基板３０２上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを媒質内における発振波長の１／４倍の厚みで交互に、例えば、３５．５周期積層した周期構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（第１反射鏡：ｎ側ＤＢＲ）３０４を形成した（図１３では詳細は省略）。ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの間には、Ａｌ組成を一方の値から他方の値に徐々に変化させた、厚み２０ｎｍの組成傾斜層（図示せず）を挿入し、傾斜層を含めて媒質内における発振波長の１／４倍の厚みとした。このような構成を採用することにより、ＤＢＲに電流を流す場合、両者のバンド不連続を滑らかにすることができ、高抵抗化を抑制できる。第１反射層３０４の上には更に、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下部スペーサ（クラッド）層３０６，波長が７８０ｎｍとなる３層のＡｌＧａＡｓ井戸層と４層のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層からなる量子井戸活性層３０８、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部スペーサ（クラッド）層３１０を形成した。更にその上に、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）を交互に、例えば２５周期積層した周期構造のｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（第２反射鏡：ｐ側ＤＢＲ）３１２を形成した（図１３では詳細は省略）。第２反射層３１２にも、第１反射鏡３０４と同様に組成傾斜層を挿入した。最上部には、電極との接触をとるｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１４を形成した。第１反射鏡と第２反射鏡の間は、発振波長の１波長分の長さ（いわゆるラムダキャビティ）とした。
【００６４】
結晶成長は、ＭＯＣＶＤにより行った。原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＡｓＨ３（アルシン）を用い、ｎ型のドーパントとしてＨ２Ｓｅ（セレン化水素）を用い、ｐ型のドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。キャリアガスにはＨ２を用いた。ＭＯＣＶＤ法は、原料ガス供給量を制御することで、組成傾斜層のような構造を容易に形成できるので、ＤＢＲを含む面発光レーザの結晶成長法として、ＭＢＥ法に比べて適している。また、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すればよいので、量産性に優れている。
【００６５】
ｐ側ＤＢＲ中で活性層に近い低屈折率の一部をＡｌＡｓ被選択酸化層３１６とした。そして、所定の大きさのメサ３１８を、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層３１６の側面を露出させた状態で形成し、上述と同様に、側面の露出したＡｌＡｓ被選択酸化層３１６をその周囲から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭窄部３２０とこれに囲まれた電流注入部３２２を形成した。次に、ポリイミド３２４でエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐコンタクト層３１４と光出射部３２６のある上部反射鏡上のポリイミド層を除去し、ｐコンタクト層３１４上の光出射部３２６以外にｐ側電極３２８を形成し、基板３０２の裏側にｎ側電極３３０を形成した。このような構成により、波長７８０ｎｍの面発光レーザが得られた。
【００６６】
なお、本実施例では、被選択酸化層としてＡｌＡｓ層を用いたが、Ｇａ等の他の元素を含むこともあり得る。また、ＤＢＲを構成するＡｌＧａＡｓ層よりもＡｌ組成を大きくし、酸化速度を被選択酸化層よりも速くしてもよい。また、活性層の材料を変えることができ、ＡｌとＡｓを含む半導体層を選択的に酸化して電流狭窄構造とする形式の面発光レーザにも本発明は適用可能である。さらに、端面型半導体レーザなど、面発光レーザに限らず、ＡｌとＡｓを含む半導体層を選択的に酸化して電流狭窄構造とする形式の半導体素子の製造にも本発明は適用可能である。
【００６７】
《適用例１》
図１４は、面発光レーザを一列に配置した面発光レーザアレイチップ４００を示す。図示する面発光レーザアレイチップ４００を構成する面発光レーザ４０２を上述の製造方法により製造されたものであり、電流狭窄部に囲まれた電流注入部の内径は５μｍであり、横モードがシングルモードで動作するものである。なお、本適用例において、面発光レーザ４０２はｐ型ＧａＡｓ半導体基板上に形成されており、上面にｎ側個別電極４０４、裏面にｐ側共通電極（図示せず）が配置されている。なお、図面上、面発光レーザ４０２は一次元（一列）配置されているが、二次元（複数列）配置してもよい。このように、上述した面発光レーザを用いた面発光レーザアレイチップでは、各レーザが面発光型であるために容易に配列でき、しかも通常の半導体プロセスで一体的に形成できるので、素子が極めて精度良く配置される。したがって、製品の歩留まりが飛躍的に向上し、製造時間を大幅に短縮できるので、低コストの面発光レーザアレイが提供できる。
【００６８】
《適用例２》
図１５は、面発光レーザを用いて構成された光送信モジュール５００を示す。図示するように、光通信モジュール５００は、適用例１で説明した面発光レーザアレイチップ５０２と多数の光導波路５０４で構成されており、各光導波路５０４の端面（光入力部）を面発光レーザに対向し、この面発光レーザから出射される光が光導波路５０４に入力されるようにしてある。光導波路５０４としては、例えば光ファイバが利用できる。また、光ファイバとしては、例えばシリカファイバを用いることができる。図示する実施の形態では、面発光レーザは波長１．３μｍの光を出射するシングルモード素子を用い、光導波路である光ファイバにはシングルモードファイバを用いている。
【００６９】
このように構成された光通信モジュール５００によれば、発光手段として面発光レーザを用いているので、高速の並列伝送が可能となり、大量のデータを同時に伝送できる。また、各面発光レーザはその酸化狭窄部及び電流注入部の大きさが均一に形成されているので、光通信モジュール５００における駆動回路の駆動電流設定が容易になるとともに、高信頼性の光通信モジュール５００及び光通信システムを安価に提供できる。
【００７０】
図示する適用例では面発光レーザと光ファイバを一対一に対応させているが、発振波長の異なる複数の面発光レーザを一次元又は二次元に配置し、波長多重送信することにより、伝送速度を更に増大することが可能である。また、面発光レーザの活性層をＧａＡｓ量子井戸層としてその発振波長８５０ｎｍとし、マルチモードファイバと組み合わせることができる。
【００７１】
《適用例３》
図１６は、面発光レーザを用いて構成された光通信（送受信）モジュール６００を示す。図示するように、光通信モジュール６００は、実施例２の製造方法によって製造された面発光レーザ６０２と、受信用フォトダイオード６０４と、アクリル系プラスチックファイバ６０６を組み合わせて構成されている。なお、面発光レーザ６０２はマルチモード素子であり、その発振波長は７８０ｎｍである。
【００７２】
このように構成された光通信モジュール６００によれば、上述の製造方法によって面発光レーザ６０２を安価に製造できることに加えてプラスチックファイバ６０６が安価であることから、安価な光通信システムを構成することができる。また、プラスチックファイバ６０６はそのファイバ径が大きいことから他のファイバとのカップリングが容易であるので、通信システムの構成が容易になる。従って、一般家庭やオフィスなどの室内用の通信システムや狭い機器内の通信システムに好適に利用できる。
【００７３】
なお、アクリル系プラスチックファイバを用いた光伝送では、その吸収損失性を考慮して、発振波長が６５０ｎｍの面発光レーザの使用が検討されているが、高温特性が悪いことから実用には至っていない。したがって、現在では発光ダイオードが発光源に利用されているが、これは高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを超える高速伝送を実現するためには、新たな半導体レーザの開発が不可欠であった。このような状況において、本発明の製造方法によって製造される発振波長７８０ｎｍの面発光レーザは、発振波長が６５０ｎｍの面発光レーザに比べて活性層利得が大きく、高出力であり、かつ高温特性に優れているため、発熱が少なく且つ冷却無しで使える低コストのシステムを実現できる。
【００７４】
また、上記光通信モジュールを含む光通信システムは、光ファイバを用いたＬＡＮ等におけるコンピュータ等の機器間の伝送のみならず、機器内のボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等のデータ伝送用光インターコネクションとして、特に短距離通信に用いることができる。
【００７５】
ところで、近年、ＬＳＩ等の処理能力が一段と向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度がボトルネックとなっている。しかし、上述の光通信モジュールを用いることにより、システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクションに変更する場合、例えば、コンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間を接続すれば、超高速のコンピュータシステムを実現できる。
【００７６】
また、複数のコンピュータシステム等を上記光送信モジュールや光通信（送受信）モジュールを用いて接続すれば、超高速ネットワークシステムを構築できる。特に、面発光レーザは、端面発光型レーザに比べて桁違いに消費電力が少なく且つ二次元配置が容易に行えることから、並列伝送型の光通信システムに適している。
【００７７】
《適用例４》
図１７は、面発光レーザを用いて構成された画像形成装置７００の概略構成を示す。画像形成装置７００は、例えば、電子写真法による複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの機能を複合的に搭載した複合機であり、静電潜像坦持体である感光体７０２と、一様に帯電された感光体７０２の外周面に光を露光する露光系７０４を備えている。露光系７０４は、作成する画像に対応した光を出力する光源７０６と、光源７０６から出力された光を反射しながら感光体７０２に走査するポリゴンミラー７０８と、ポリゴンミラー７０８で反射された光を感光体７０２に結像するレンズ系７１０を備えており、光源７０６に面発光レーザアレイ７１２が用いられている。
【００７８】
図１８（Ａ）に示すように、面発光レーザアレイ７０６は、発振波長７８０ｎｍの面発光レーザ７１２を二次元配置して構成されている。具体的に説明すると、本実施の形態では、１６個の半導体レーザ７１２が、図面の横方向（主走査方向：感光体の軸方向）に所定の間隔（４０μｍ）をあけて４列、また各縦方向列（副走査方向：感光体の回転方向）に４個づつ配置されている。また、一つの縦方向列とこれに隣接する縦方向列の間では、図面上右側に位置する縦方向列の半導体レーザが副走査方向に１０μｍづつ移動させてあり、これにより、図１８（Ｂ）に示すように、感光体の副走査方向に実質的に１０μｍの間隔をあけた１６個のスポット７１４が形成されるようにしてある。
【００７９】
このような構成を備えた画像形成装置７００によれば、二次元配置された複数の面発光レーザ７１２から出力される複数のレーザビームを感光体７０２に同時に照射できる。したがって、一つのレーザ発振光源を用いた画像形成装置に比べて、非常に高速で画像を形成できる。また、面発光レーザは二次元集積に適していることから、従来の端面発光型レーザアレイに比べて、ビーム数を容易に増やすことができる。上記の例によれば、副走査方向に約１０μｍの間隔で各ドットを形成でき、これは２４００ｄｐｉに相当する。さらに、主走査方向の書き込み間隔は、面発光レーザの発光タイミングを調整することで容易に制御できる。さらにまた、実施形態の面発光レーザアレイによれば１６ドットを同時に書き込み可能であることから、印字速度を極めて高速化することができる。当然、縦方向及び横方向に配置する面発光レーザの数を増やせば、更に高速印字が可能である。そして、面発光レーザの間隔を調整することで、副走査方向の間隔を調整でき、２４００ｄｐｉよりも更に高密度で高精細の印字が可能になる。特に、上述の製造方法によって製造された面発光レーザはその酸化狭窄径が均一であることから、目的径のスポットを形成できる。
【００８０】
《他の適用例》
適用例４では面発光レーザを画像書き込み用の光源に用いたが、面発光レーザはＣＤ等の記録媒体に対する記録用及び再生用の光源として利用することもできる。特に、上述の製造方法によれば面発光レーザは、端面発光型半導体レーザよりも低価格で製造できるとともに、端面発光型半導体レーザに比べて消費電力が少ないという利点を有することから、消費電力が問題となる携帯型の光ピックアップ装置に特に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る半導体酸化装置の構成を示す縦断面図。
【図２】図１に示す半導体酸化装置の制御系の構成を示す機能ブロック図。
【図３】図１に示す半導体酸化装置で酸化処理される試料（基板）〔酸化前〕の部分断面図〔図３（Ａ）〕、半導体酸化装置で酸化処理された試料〔酸化後〕の部分断面図〔図３（Ｂ〕。
【図４】図１の半導体酸化装置を用いた半導体素子製造方法を示すフローチャート。
【図５】被酸化部位の酸化プロセスを説明する図。
【図６】図５と共に被酸化部位の酸化プロセスを説明する図。
【図７】酸化後の試料を用いて構成された半導体レーザの構成を示す断面図。
【図８】図１の半導体酸化装置を用いた半導体素子製造方法の他の形態を示すフローチャート。
【図９】原点復帰処理を説明する図。
【図１０】他の形態の半導体酸化装置の構成を示す縦断面図。
【図１１】実施例１に係る面発光レーザの構造を示す断面図。
【図１２】実施例１で説明する酸化狭窄型面発光レーザの酸化領域と非酸化領域の反射率の波長依存性を示す図。
【図１３】実施例２に係る面発光レーザの構造を示す断面図。
【図１４】面発光レーザを用いて構成された面発光レーザアレイチップの平面図。
【図１５】面発光レーザを用いて構成された光送信モジュールを示す図。
【図１６】面発光レーザを用いて構成された光通信モジュールを示す図。
【図１７】面発光レーザを用いて構成された画像形成装置の概略構成を示す図。
【図１８】図１７の画像形成装置における露光用光源の拡大平面図。
【図１９】従来の酸化装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２０】従来の他の酸化装置の概略構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１０：半導体酸化装置、１２：容器、１４：内部空間、１６：基台、１８：加熱テーブル、２０：半導体試料、２２：試料テーブル（基板ホルダ）、２４：ヒータ、２６：回転昇降機構、２８：底壁、３０：駆動軸、３２：モータ、３４：昇降機構、３６：固定部、３８：モータ、４０：天井壁、４２：観察窓、４４：カメラ、４６，４８，５０：モータ、５２：カメラ移動機構、５４：固定台、５６：遮熱板、５８：モータ、６０：遮熱機構、６２：第１の配管、６４：第２の配管、６６：第３の配管、６８：分岐管、７０：電磁弁、７２：水蒸気供給源、７４：分岐管、７６：電磁弁、７８：窒素供給源、８０：電磁弁、８２：低温窒素ガス供給源、８４：電磁弁、８６：真空源、８８：第４の配管、９０：電磁弁、１００：制御系、１０２：制御装置、１０４：中央処理装置、１０６：画像処理部、１０８：表示部（モニタ）、１１０：モータ制御部、１１２：電磁弁制御部、１１４：ヒータ制御部、１１６：記憶部、１１８：演算部、１２６：メサ、１３０：被選択酸化層、１４０：酸化領域、１４２：未酸化領域、１５０：電流狭窄部、１５２：電流注入部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体酸化装置及び酸化処理工程を有する半導体素子の製造方法に関する。また、本発明は、アルミニウム（Ａｌ）と砒素（Ａｓ）を含む半導体層をその外周縁部から中央部に向かって酸化する半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法であって、特に電流狭窄部と電流注入部の大きさが適正に調整された酸化狭窄型面発光レーザの製造に適した半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流流入効率を高めるために電流狭窄構造を備えている半導体レーザがある。そのような半導体レーザの一例として、面発光レーザ（VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が挙げられる。この面発光レーザは、基板に垂直方向に光を出射するもので、いわゆる端面発光型の半導体レーザに比べて低価格・低消費電力・小型・二次元デバイスに好適でかつ高性能であるということから近年特に注目されている。
【０００３】
面発光レーザの電流狭窄構造としては、ＡｌＡｓ選択酸化狭窄構造が良く用いられている（特許文献１参照）。この面発光レーザの電流狭窄構造は、円形台状又は矩形（四角形）台状のメサ構造を含む半導体基板又は半導体試料を高温水蒸気雰囲気中に配置し、該メサ構造に含まれるｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層を該メサ構造の側面に露出した外周縁から中心部に向かって且つ中央部を残した状態で酸化することによりＡｌｘＯｙ電流狭窄部（酸化領域）を形成したものである。このようにしてＡｌｘＯｙ電流狭窄部が形成された面発光レーザでは、ＡｌｘＯｙ電流狭窄部の屈折率が１．６程度であり、それは他の半導体層の屈折率に比べて低いことから、共振構造内に横方向の屈折率差が生じ、光をメサの中央に閉じ込める。そのため、半導体素子の電流狭窄効率が良く且つ閾値電流が低いという優れた特性が得られる。
【０００４】
また、面発光レーザで単一基本横モード発振を得るためには、狭窄部の大きさ（例えば、狭窄径）を小さくして高次モードに対する回折損失を大きくする必要がある。具体的には、狭窄部の一辺の大きさ又は直径を発振波長の３〜４倍程度まで狭くする必要がある。例えば、発振波長が０．８５μｍ、１．３μｍの場合、狭窄部の一辺の大きさ又は直径はそれぞれ約３．５μｍ以下、約５．０μｍ以下にする必要がある。
【０００５】
このような要求に応える半導体酸化装置が非特許文献１に開示されており、その概略構造が図１９に示してある。図示する半導体酸化装置の構造とその取り扱いを簡単に説明すると、この半導体酸化装置１０１０は密閉容器（酸化炉）１０１２を有し、容器内部（炉内）１０１４にヒータ内蔵の加熱ステージ１０１６が設けてある。加熱ステージ１０１６の上には基板ホルダ１０１８が設けてあり、この基板ホルダ１０１８の上に半導体試料１０２０又は半導体基板が設置される。容器１０１２はまた、水蒸気を含む酸化雰囲気を内部空間１０１４に供給する導入管１０２２と、酸化処理終了後に内部空間１０１４の酸化雰囲気を排気する排気管１０２４を備えている。このような構成を備えた半導体酸化装置１０１０によれば、半導体試料１０２０を、比較的再現性良く且つ均一に酸化できる。しかし、半導体試料の酸化量は、半導体成膜装置における結晶成長後の試料の膜厚や組成等のロット間のばらつきの影響を受ける。特に、ＡｌとＡｓを含む半導体層の酸化速度は、膜厚、ＡｌＡｓの組成、酸化温度等に極めて敏感であるし（非特許文献２）、酸化処理直前の半導体試料の非酸化層側面に形成されている自然酸化膜の厚みによっても影響を受ける。その結果、電流狭窄部の大きさが発振特性（光出力など）がばらつきを招き、歩留まりが低下するという問題を生じる。特に、シングルモード素子はマルチモード素子に比べて電流狭窄部の面積の絶対値が小さいので、酸化量のばらつきが素子特性のばらつきに与える影響が極めて大きく、また電流狭窄部の面積が大きくなった場合は本来シングルモードとなるべき素子がマルチモード素子の挙動を示すという問題がある。
【０００６】
この問題を解消するために、酸化工程中に酸化量を観察する方法が提案されている（非特許文献３、特許文献２）。これらの文献で提案されている方法は、図２０に示すように、酸化処理中の半導体試料１０２０を観察窓１０２６を介して顕微鏡１０２８で観察し、この顕微鏡１０２８で観察された酸化領域と非酸化領域のコントラストから酸化距離又は非酸化領域の面積等（酸化進行度）を見積もってその後の酸化量を制御するものである。ところが、面発光レーザではメサ径が通常約１０〜５０μｍであり、狭窄径を厳密に制御するために顕微鏡１０２８の拡大倍率を約１０００倍に設定しなければならない。また、顕微鏡１０２８の焦点をメサに合わせるために、半導体試料１０２０と観察窓１０２６の距離Ｌ１、観察窓１０２６と顕微鏡１０２８の距離Ｌ２を出来るだけ小さくしなければならない。しかし、酸化中に観察窓１０２６と半導体試料１０２０の間隔を狭くすると、半導体試料１０２０上の水蒸気濃度分布と半導体試料１０２０の温度分布に場所的なばらつきが発生し、酸化量の面内分布が発生して歩留まりの低下を招来する。他方、顕微鏡１０２８と観察窓１０２６の間隔を狭くすると、ヒータから放射される熱によって観察窓１０２６の屈折率が変化したり、顕微鏡１０２８に組み込まれている光学部品（例えば、レンズ）が熱変形して焦点のずれを生じ、測定精度が不正確になるという問題が生じる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，４９３，５７７号公報
【特許文献２】特開２００３−１７９３０９号公報
【非特許文献１】光アライアンス、2004.4, pp.42-46
【非特許文献２】IEEE, J.Select. Topics Quantum Electron., vol. 3, pp.916-926, 1997
【非特許文献３】IEEE, Photon. Techno 1. Lett., vol. 10, pp.197-199,1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、半導体試料に含まれる被選択酸化層の酸化量を面内で均一に保ち、酸化量を適正に制御できる半導体酸化装置及び半導体素子の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係る半導体酸化装置の第１の形態は、密閉可能な容器と、半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、上記基台に支持された半導体試料に対向可能に上記容器の壁に設けられた観察窓と、上記容器の外部に上記観察窓を介して上記基台上の半導体試料と対向可能に設けられた観察手段と、上記基台と観察手段との距離を調整する調整手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この第１の形態の半導体酸化装置は、上記基台が加熱器を備えた加熱テーブルと上記加熱テーブル上に配置されて上記半導体試料を支持する試料テーブルを備えており、上記調整手段が上記加熱テーブルと上記試料テーブルを一体的に移動させる基台移動機構を備えている形態と、上記調整手段が上記試料テーブルを移動させる基台移動機構を備えている形態が考えられる。
【００１１】
本発明に係る半導体酸化装置の第２の形態は、密閉可能な容器と、半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、上記基台に支持された半導体試料の上方に位置する容器壁に設けられた観察窓と、上記容器の外側にあって上記観察窓を介して上記基台に対向する観察手段と、上記基台又は観察手段若しくはそれらの両方を上下方向に移動させる昇降機構を備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体酸化装置の第３の形態は、密閉可能な容器と、半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、上記容器の壁に設けられた観察窓と、上記基台上に支持された上記半導体試料が上記観察窓に接近した観察位置と上記観察窓から離間する退避した退避位置との間で上記基台を移動させる移動機構と、上記容器の外側にあって上記観察位置にある上記半導体試料と上記観察窓を介して対向する観察手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
以上の第１〜第３の形態の半導体酸化装置は、上記供給部からの水蒸気の供給を停止して上記半導体試料の酸化を中断する手段と、上記観察手段で得られた像をもとに上記半導体試料特定部位の酸化進行度を求め、上記酸化進行度に基づいて追加酸化量を求める手段と、上記追加酸化量だけ上記半導体試料特定部位を追加酸化する手段を備えていることが好ましい。
【００１４】
また、以上のすべての形態の半導体酸化装置では、観察手段がマイクロスコープであること、また観察手段が自動焦点機能を備えていることが好ましい。
【００１５】
さらに、以上のすべての形態の半導体酸化装置は、上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する真空装置、または上記酸化の中断中に上記容器内部で上記基台に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス供給部、若しくはそれらの両方を備えていることが好ましい。
【００１６】
さらにまた、以上のすべての形態の半導体酸化装置において、酸化される対象の半導体試料は酸化狭窄型面発光レーザ用のウェハであることが好ましい。
【００１７】
次に、本発明に係る半導体素子の製造方法の第１の形態は、アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、上記酸化処理の中断中に上記半導体層の酸化進行度を観察する工程を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る半導体素子の製造方法の第２の形態は、アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、上記酸化処理が中断されている間に、上記半導体素子が収容されている容器に設けた観察窓を介して上記容器内のメサと上記容器外の観察手段を接近させて対向させる工程と、上記観察手段で観察された上記電流狭窄部の大きさ又は上記電流狭窄部に囲まれた電流注入部の大きさから酸化進行度を求める工程と、上記酸化進行度から追加酸化量を求める工程と、上記追加酸化量だけ上記半導体層を追加酸化する工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
第２の形態の半導体素子の製造方法では、上記メサと上記観察手段を接近させて対向させる工程は、上記メサを上記観察窓に接近させる工程を含むことが好ましい。
【００２０】
以上の第１と第２の半導体素子の製造方法はまた、上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する工程、または上記酸化の中断中に上記容器内部に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける工程、若しくはそれらの両方を含むことが好ましい。
【００２１】
さらに、以上のすべての形態の半導体素子の製造方法において、酸化される対象の半導体試料は酸化狭窄型面発光レーザ用のウェハであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る第１〜第３の形態の半導体酸化装置によれば、基台上の半導体試料と観察手段との距離を調整する調整手段又は昇降機構若しくは移動機構を備えているので、半導体試料と観察手段との距離を酸化処理時と観察時に最適な値に設定でき。したがって、酸化時には半導体試料の温度分布と水蒸気濃度分布を均一に調整でき、観察時は半導体試料の酸化進行度を正確に観察し評価できる。
【００２３】
また、供給部からの水蒸気の供給を停止して半導体試料の酸化を中断する手段と、観察手段で得られた像をもとに半導体試料特定部位の酸化進行度を求め、その酸化進行度に基づいて追加酸化量を求める手段と、追加酸化量だけ半導体試料特定部位を追加酸化する手段を備えた半導体酸化装置によれば、半導体試料特定部位の最終酸化量を目的の値に調整できる。
【００２４】
さらに、酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する真空装置、または上記酸化の中断中に上記容器内部で上記基台に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス供給部を備えた半導体酸化装置によれば、酸化中断時に酸化の進行を確実に且つ短時間のうちに止めて酸化進行度を評価することができる。
【００２５】
次に、第１の形態の半導体素子の製造方法によれば、酸化を中断した状態で半導体試料の酸化進行度を観察するため、中断した時点における酸化進行度を正確に評価できる。また、第２の形態の半導体素子の製造方法によれば、中断時の観察から得た酸化進行度に基づいて追加酸化量を求め、その追加酸化量だけ半導体層を追加酸化するため、最終酸化量を目的の値に確実に調整できる。また、酸化進行度の観察は半導体素子と観察手段を接近させて行われるため、観察結果に基づいて評価される酸化進行度及び追加酸化量は極めて正確である。その結果、製造された半導体素子は均一な特性を有する。
【００２６】
また、観察時にメサを観察窓に接近させる方法によれば、酸化進行度を正確に観察して評価できる。さらに、酸化の中断中に容器内部の雰囲気ガスを真空排気する工程、または酸化の中断中に容器内部で基台に支持されている半導体試料に不活性ガスを吹き付ける工程を有する方法によれば、酸化中断時に酸化の進行を確実に且つ短時間のうちに止めて酸化進行度を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２８】
《実施の形態１》本発明に係る半導体酸化装置及び半導体素子製造装置の実施の形態１を図１に示す。図示する半導体酸化装置（以下、「酸化装置」という。）１０は、ステンレス等の金属からなる耐圧密閉容器（酸化炉）１２を有する。容器１２は内側に所定の大きさの内部空間１４を備えており、底部に半導体試料を支持する基台１６を備えている。
【００２９】
本実施の形態において、基台１６は、加熱テーブル１８と、加熱テーブル１８の上に配置され、酸化される半導体試料（半導体ウェハからなる基板）２０を支持する試料テーブル（基板ホルダ）２２を備えている。加熱テーブル１８は、酸化される半導体試料２０を加熱するための電熱ヒータ２４を備えており、回転昇降機構（移動機構、基台移動機構）２６を介して回転自在且つ昇降自在としてある。試料テーブル２２は、酸化される半導体試料２０を固定するための機構（図示せず）を備えている。なお、加熱テーブル１８と試料テーブルは一体になっている場合もある。
【００３０】
回転昇降機構２６は、容器１２の底壁２８を貫通して上下方向に伸びる駆動軸３０と、容器１２の外部で駆動軸３０に駆動連結されたモータ３２と、モータ３２を駆動軸３０と共に上下方向に昇降する昇降機構３４を備えている。本実施形態において、昇降機構３４は床等の固定部３６に固定されており、モータ３８とラックアンドピニオン（図示せず）を用いて構成されているが、空圧又は油圧のシリンダを用いて構成することもできる。したがって、加熱テーブル１８と試料テーブル２２は、該試料テーブル２２に固定された半導体試料２０と共に、モータ３２の駆動に基づいて駆動軸３０を中心として所定の方向に回転し、昇降機構３４の駆動に基づいて実線で示す酸化位置（退避位置、下降位置）と点線で示す観察位置（観察位置、上昇位置）との間を上下に移動することができる。
【００３１】
容器１２の天井壁４０は、観察位置に置かれた半導体試料２０に対向する基台上方位置に、透光性の耐熱材料からなる観察窓４２が設けてある。容器１２の外部であって観察窓４２の上方には、マイクロスコープ（顕微鏡）付のカメラ（以下、「マイクロスコープ４４」という。）で構成された観察手段が設けてある。マイクロスコープ４４は、その視軸を上下方向に向け、マイクロスコープ４４を水平面上で直交する２方向（Ｘ、Ｙ方向）とこれらと直交する垂直方向（Ｚ方向）に移動させる３つのモータ４６，４８，５０を備えたカメラ移動機構５２を介して固定台５４に取り付けることが好ましい。マイクロスコープ４４は、焦点をミクロンオーダの精度をもって自動調整できるように、自動焦点機能（オートフォーカス機能）を有するものを使用することが好ましい。また、酸化時に観察窓４２を通じて外部に放出される熱を最小限にするために、また、観察窓４２から放出される熱によってマイクロスコープ４４が損傷（レンズ等を含む光学部品の熱変形等）するのを防止するために、観察窓４２の外側又は内側で観察窓４２を開閉する遮熱板５６と該遮熱板５６を開閉動作するモータ５８又はシリンダを含む遮熱機構６０を設けてもよい。遮熱板５６は、遮熱効果を高めるために、断熱効率に優れた材料で構成してもよいし、内部空間１４に対向する面を反射性の材料又は処理で仕上げてもよい。
【００３２】
容器内部空間１４の雰囲気を調整するために、容器１２には３つの配管６２，６４，６６が容器１２の壁を貫通して設けられている。これらのうち、第１の配管６２は酸化雰囲気ガスを内部空間１４に供給するもので、容器外で２つに分岐し、一方の分岐管６８が電磁弁７０を介して水蒸気供給源（水蒸気供給部）７２に接続され、他方の分岐管７４が電磁弁７６を介して窒素供給源（窒素供給部）７８に接続されており、これら水蒸気供給源７２から供給される水蒸気と窒素供給源７８から供給される窒素の混合流体からなる酸化ガスが内部空間１４に供給できるようにしてある。図示するように、第１の配管６２の末端（吹き出し口）は、酸化位置にある半導体試料２０の上方空間に向けられており、酸化処理中半導体試料２０に十分な酸化ガスが供給できるようにすることが好ましい。第２の配管６４は、後述するように、酸化処理の中断時、内部空間１４の雰囲気を窒素に置換すると共に半導体試料２０を冷却する低温窒素ガスを供給するもので、電磁弁８０を介して低温窒素ガス供給源（低温窒素ガス供給部）８２に接続されている。半導体試料２０を冷却する目的から、第２の配管６４の末端（吹き出し口）は、酸化位置にある半導体試料２０又はその上部空間に向けられており、供給された低温窒素ガスが半導体試料２０に吹き付けられるようにすることが好ましい。第３の配管６６は、酸化処理の中断時、内部空間１４に残留する酸化ガスを排出するためのもので、電磁弁８４を介して真空源８６に接続されている。容器１２には更に第４の配管８８が容器１２の壁を貫通して設けるとともに、この配管８８にフロー用電磁弁９０が設けてあり、酸化処理中に電磁弁９０を開放状態に保つことで、容器内部空間１４に水蒸気の循環（フロー）状態を保ちながら、供給された量に見合う量の水蒸気ガスを配管８８から外部に押し出すことができるようにしてある。
【００３３】
図２は酸化装置１０の制御系１００を示す。図示するように、制御系１００は、制御装置１０２を有する。制御装置１０２は中央処理装置１０４を有し、該中央処理装置１０４がマイクロスコープ４４で撮影された画像のデータを処理する画像処理部１０６と、マイクロスコープ４４で撮影された画像を表示する表示部（モニタ）１０８と、回転昇降機構２６のモータ３２，３８、カメラ移動機構５２においてマイクロスコープ４４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるモータ４６，４８，５０、及び遮熱機構６０のモータ５８を制御するモータ制御部１１０と、電磁弁７０，７６，８０，８４，９０を制御する電磁弁制御部１１２と、ヒータ２４をＰＩＤ制御するヒータ制御部１１４に接続されている。制御装置１０２はまた、以下に説明する酸化処理（中断処理を含む）を実行するために必要なプログラムや情報等を記憶した記憶部１１６と、後に説明する演算処理を実行する演算部１１８を備えている。
【００３４】
酸化装置１０を用いて面発光レーザの酸化層を形成する場合、酸化前の半導体試料２０は、例えば図３（Ａ）に示す断面構造を有する。この断面構造は、図の下から順番に、ｎ側電極１２０、ｎ側ＧａＡｓ基板１２２、下部半導体分布ブラッグ反射鏡１２４を有し、下部半導体分布ブラッグ反射鏡１２４の上に一定の密度で（ＸＹ方向に所定の間隔をあけて）メサ１２６が支持されている。メサ１２６は、図の下から順番に、活性層１２８、ＡｌとＡｓを含む被選択酸化層１３０、上部半導体分布ブラッグ層１３２、コンタクト層１３４を備えている。また、メサ１２６は、これを図の上方から見たとき、円形、楕円形、四角形（正方形又は長方形）、四角形以外の多角形を有する。
【００３５】
酸化装置１０を用いて上述の断面構造を有する半導体試料２０の被選択酸化層１３０を酸化するプロセスを図４に示す。図示する酸化プロセスは、概略、被選択酸化層１３０を一次酸化する一次酸化処理＃１０と、酸化の進行を一時的に停止させて酸化量（酸化進行度）を評価する評価処理＃２０と、酸化量の評価結果に基づいて最終目標の酸化量まで被選択酸化層１３０を酸化する二次酸化処理＃３０からなる。
【００３６】
一次酸化処理＃１０では、上述した構成を有する未酸化の半導体試料２０を試料テーブル２２に載せて固定する〔＃１１：準備工程〕。このとき、試料テーブル２２を含む基台１６は酸化位置（下降位置）に固定されている。必要であれば、制御装置１０２は電磁弁制御部１１２を介して排気用電磁弁８４を開き、内部空間１４の残留雰囲気を排気する。このとき、その他の電磁弁７０，７６，８０は閉じておく。また、必要であれば、制御装置１０２はカメラ移動機構５２のモータ４６，４８，５０を駆動し、マイクロスコープ４４を観察窓４２から離れた位置、または観察窓４２の対向領域から退避させておく。上述のように、観察窓４２を開閉する遮熱板５６を有する場合、遮熱板駆動用モータ５８を駆動し、遮熱板５６を閉鎖位置に移動し、観察窓４２を閉鎖する。
【００３７】
次に、制御装置１０２は、排気用電磁弁８４と低温窒素ガス供給用電磁弁８０を閉じ、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を開き、水蒸気と窒素の混合ガスを内部空間１４に供給する〔＃１２：電磁弁制御工程〕。制御装置１０２はまた、混合ガスが供給されている間、フロー用電磁弁９０を開放することにより、容器１２の内部空間１４に水蒸気ガスの循環状態を形成しつつ、配管８８を通じて水蒸気ガスが押し出される状態を形成する。フロー用電磁弁９０を開放することに代えて、電磁弁８４を開放して容器１２の内部空間１４から水蒸気ガスを排気しながら、容器内部１４を一定圧力（減圧状態又は大気圧状態）に維持しつつ、容器内部１４に水蒸気ガスの循環状態を形成してもよい。続いて、制御装置１０２はヒータ制御部＃を介してヒータ２４をオンする〔＃１３：ヒータ制御工程〕。これにより、容器１２の内部空間１４には水蒸気と窒素からなる酸化ガスが充填されると共に、半導体試料２０が酸化に必要な温度状態に調整され、半導体試料２０における被選択酸化層１３０の酸化が始まる〔＃１４：一次酸化工程〕。被選択酸化層１３０の酸化は、メサ１２６の外周側面に現れている被選択酸化層１３０の周端から径方向内側に向かって進行する。例えば、メサ１２６が円形の平面形状を有する場合、図５に示すように、酸化領域１４０は周端から中心に向かって徐々に進行し、環状酸化領域１４０の内側にメサ平面形状と相似形状の円形未酸化領域１４２が残る。
【００３８】
制御装置１０２は一次酸化処理の終了を判断する〔＃１５：一次酸化終了判断工程〕。具体的に説明すると、図６に示すように、中央に所定の大きさの未酸化領域１４２を残した状態（最終酸化状態）で全酸化処理を完了する場合、一次酸化によって酸化された一次酸化領域１４０Ａが最終酸化状態（最終酸化位置１４４）に達する前に、すなわち僅かな又は多少の二次酸化領域（追加酸化領域）１４０Ｂを残して、酸化を中断する。酸化を中断するタイミング（一次酸化時間）は、酸化完了までに要する時間から経験的に求めることができる。例えば、制御装置１０２は、経験的に求められた全所要酸化時間ｔから所定の時間Δｔを引いた時間を一次酸化時間ｔ１（＝ｔ−Δｔ）として記憶部１１６に記憶しており、酸化開始からの経過時間が一次酸化時間ｔ１に達した時点で一次酸化を終了と判断する。制御装置１０２は、一次酸化の終了を判断すると、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を閉じる〔＃１６：電磁弁制御工程〕。電磁弁７６，７０を閉じる前又はこれらを閉じた後、ヒータ２４を停止する〔＃１７：ヒータ制御工程〕。次に、制御装置１０２は、急冷用の低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開き、容器内部空間１４を窒素で置換するとともに容器内を冷却する〔＃１８：電磁弁制御工程〕。上述のように、低温窒素ガス供給用の配管６４の吹き出し口が半導体試料２０に向けられているため、配管６４から供給された低温窒素ガスが半導体試料２０に直接的に吹き付けられ、そのために酸化の進行が完全に又はほぼ完全に停止する。低温窒素ガスを供給することに代えて、排気用電磁弁８４を開いて容器内部空間１４から水蒸気を排気してもよい。この場合も同様に、酸化の進行が停止する。また、酸化中断中、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を閉じて水蒸気と窒素の供給を停止した状態では、低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開放すると共にフロー用電磁弁９０を開放することにより容器内部空間１４に窒素ガスの循環状態を維持してもよいし、これに代えて、低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開放すると共に排気用電磁弁８４を開放して真空源８６で容器内部空間１４を一定圧力に維持しながら窒素を排気してもよい。
【００３９】
続いて、評価処理＃２０では、酸化装置１０が遮熱板５６を含む遮熱機構５４を有する場合、制御装置１０２はモータ５８を駆動して遮熱板５６を観察窓４２の上から退避させて観察窓４２を開放する。酸化装置１０がカメラ移動機構５２を有し、酸化処理中はマイクロスコープ４４を観察窓４２から又は容器１２から離れた場所に退避させておく場合、カメラ移動機構５２を駆動し、マイクロスコープ４４を観察窓４２に対向する場所に移動させる〔＃２１：準備工程〕。次に、制御装置１０２は、昇降用モータ３８を駆動して基台１６を観察位置に上昇し、観察窓４２を挟んで半導体試料２０をマイクロスコープ４４に対向させる〔＃２２：試料上昇工程〕。続いて、マイクロスコープ４４を起動してメサ１２６の拡大画像を取得する〔＃２２：撮影工程〕。なお、マイクロスコープ４４は自動焦点機構を有するため、マイクロスコープ４４はメサ１２６に自動的に焦点合わせされる。したがって、図６に示すように、取得された拡大画像において、一次酸化された酸化領域１４０と未酸化領域１４２の境界は明瞭に認識できる。マイクロスコープ４４で撮影された画像のデータは画像処理部１０６に送信され、そこで必要な画像処理が施される。画像処理後の画像データは、必要に応じて記憶部１１６に記憶される。また、画像処理後の画像データを用いて、メサ１２６の拡大画像が表示部１０８に表示される。さらに、画像処理後の画像データは演算部１１８に送信され、そこで二次酸化の酸化量（酸化時間ｔ２）が計算される〔図２３：評価工程〕。
【００４０】
図６を参照して演算部１１８における計算の一例を簡単に説明すると、演算部１１８はまず一次酸化の酸化進行度（酸化量）を計算する。酸化進行度は、例えば、円形メサの中心を通る線上において、円形メサの外周端から環状酸化領域１４０の内周端までの距離ｄで表す。また、演算部１１８は、酸化進行度（＝距離ｄ１）と最終目標とする未酸化領域１４２の大きさ（円形メサの外周端から最終酸化位置１４４間での距離）から、二次酸化で酸化すべき量（＝Δｄ２）を計算する。次に、演算部１１８は、酸化量（距離ｄ１）を一次酸化に要した時間ｔ１で割り、時間当たりの酸化量（酸化進行係数：α＝ｄ１／ｔ１）を求める。最後に、演算部１１８は、二次酸化に必要な時間（二次酸化時間）〔ｔ２＝ｄ２／α〕を求める。
【００４１】
続いて、二次酸化処理＃３０では、二次酸化に必要な事前準備を行う〔３１：準備工程〕。例えば、制御装置１０２はカメラ移動機構５２のモータ４６，４８，５０を駆動し、マイクロスコープ４４を観察窓４２から離れた位置に退避させるか、または観察窓４２の対向領域から退避させる。また、遮熱板駆動用モータ５８を駆動し、遮熱板５６を閉鎖位置に移動し、観察窓４２を閉鎖する。次に、制御装置１０２は低温窒素供給用電磁弁８０を閉じる〔＃３２：弁制御工程〕。低温窒素ガスの供給に代えて排気用制御弁＃が開かれている場合、この排気用制御弁８４を閉じる。また、昇降機構３４のモータ３８を駆動し、基台１６を酸化位置に下降させる〔＃３３：試料移動工程〕。次に、制御装置１０２は、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を開き、水蒸気と窒素の混合ガスを内部空間１４に供給する〔＃３４：弁制御工程〕。また、一次酸化処理の終了時点でヒータ２４が停止されている場合、ヒータ２４を再び駆動する〔＃３５：ヒータ制御工程〕。これにより、被選択酸化層１３０の酸化が再開され、酸化領域１４０が内方に拡大すると共に、未酸化領域１４２が小さくなる。二次酸化処理の時間は計時されており、その時間が上述の二次酸化時間ｔ２に達すると、制御装置１０２は二次酸化処理を終了する〔＃３６：二次酸化終了判断工程〕。最後に、制御装置１０２は、二次酸化の終了を判断すると、水蒸気供給用電磁弁７０と窒素供給用電磁弁７６を閉じ〔＃３６：弁制御工程〕、ヒータ２４を停止し〔＃３７：ヒータ停止工程〕、二次酸化処理を終了する。なお、酸化処理を終了する際、低温窒素ガス供給用電磁弁８０を開放して半導体試料２０に低温窒素ガスを吹き付けることが好ましい。
【００４２】
二次酸化処理終了後のメサ１２６には、図３（Ｂ）及び図６に示すように、所定の大きさの未酸化領域１４２とその周囲を囲む酸化領域１４０が形成され、これらがそれぞれ電流注入部１５０、電流狭窄部１５２となる。このようにして電流注入部１５０と電流狭窄部１５２が形成された半導体試料２０は、その後必要な薄膜形成処理が施され、図７に示す断面の面発光レーザ１６０が形成される。この面発光レーザ１６０において、１５４はＳｉＯ２等からなる絶縁膜、１５６はポリイミド等からなる絶縁膜、１５８はｐ側電極である。
【００４３】
このように、本発明に係る酸化装置１０によれば、半導体試料２０の被選択酸化層１３０は一次酸化処理によってある程度まで酸化された後、酸化の進行を一時的に停止した状態で一次酸化量（酸化進行度）を求め、一次酸化処理の結果をフィードバックして残る二次酸化処理の酸化量（酸化時間）が決定される。したがって、最終的に形成される電流注入部の大きさは完全に又はほぼ完全に目標の大きさになる。なお、二次酸化終了時点における酸化量を目標酸化量に一致させるために、全酸化量（＝ｄ１＋ｄ２）に対する一次酸化量（ｄ１）の割合（％）〔＝ｄ１／（ｄ１＋ｄ２）〕は出来るだけ大きい値であることが望ましく、例えば、８０〜９０％、好ましくは、８５〜９５％、更に好ましくは９０〜９５％とする。
【００４４】
なお、以上の説明では、円形メサを想定して酸化量をメサ径（ｄ１，ｄ２）で求めたが、酸化量を面積で評価することもできる。この場合、最終目標となる未酸化領域の面積に対する酸化終了時点の未酸化面積の割合をもって酸化進行係数α〔＝（酸化前の選択酸化層の面積−一次酸化終了時における未酸化領域の面積）／酸化時間〕を求め、その酸化進行度に基づいて二次酸化の酸化量（酸化時間）を求める。
【００４５】
《実施の形態２》実施の形態１の説明では、酸化中に基台１６及び半導体試料２０は回転せずに一定の場所に固定したが、酸化中に基台１６の回転機構（回転昇降機構２６）を駆動して半導体試料２０を回転してもよい。この場合、各メサ１２６の空間位置が時間的に変化するため、結果的に全てのメサ１２６の被選択酸化層１３０を等しく酸化でき、製品の歩留まりが良くなる。
【００４６】
《実施の形態３》実施の形態１では、一次酸化処理の評価結果に基づいて二次酸化処理を行い、最終的な未酸化領域（電流注入部）の大きさは確認しないものとしたが、二次酸化終了後に非酸化領域の大きさを計測し、その結果に基づき、必要であれば更に追加の三次酸化処理を行っても良い。この場合、二次酸化処理後に未酸化領域を計測し、その計測結果に基づいて上述と同様の方法で三次酸化量及びそれに必要な三次酸化時間が計算され、その計算結果に基づいて三次酸化処理を行う。
【００４７】
一次酸化量と二次酸化量は同一のメサについて評価することが好ましい。酸化中に基台１６及び半導体試料２０を回転しない場合、マイクロスコープ４４の焦点を予め決められた平面座標（ＸＹ座標）に合わせれば、一次酸化量と二次酸化量を同一のメサについて計測することができる。
【００４８】
酸化中に基台１６と半導体試料２０を回転する場合、一次酸化処理の終了時点でカメラの焦点位置にあった評価対象メサが、二次酸化処理の終了した時点ではカメラの焦点位置に停止せずに別の場所に移動していることが考えられる。この問題を解消するためには、例えば、図８のフローチャートに示すように、一次酸化処理と二次酸化処理の終了後、基台１６を原点位置に復帰させる処理（＃１９，＃３７：原点復帰処理工程）を実行する。
【００４９】
原点復帰処理を実行するためには、基台１６を回転するモータ３２には、原点位置（Ｚ相）を備えたエンコーダ付のサーボモータを用いることが好ましい。具体的に、サーボモータのＺ相を利用した原点復帰工程の処理について説明する。いま、図９に示すように、駆動軸３０の中心（Ｘ−Ｙ座標系の原点）からＸ，Ｙ方向にそれぞれ所定距離（ｘ０，ｙ０）だけ移動した位置（ｒ、θ）にカメラの焦点が存在し、このカメラ焦点位置に評価対象メサ１２６が位置しており、一次酸化処理又は二次酸化処理の開始時点でサーボモータはＺ相の出力から所定パルス数出力した状態で停止しているものとする。以下の説明を簡単にするために、この所定パルス数をゼロと仮定する。この条件で、一次又は二次酸化処理の終了時点で評価対象メサがカメラの焦点位置から角度θ’だけ移動した座標（ｒ，θ＋θ’）に停止したものとする。この場合、制御装置１０２はサーボモータのＺ相が出力された時点から回転停止までのパルス数Ｎθ’を記憶する。このパルス数Ｎθ’は移動角度θ’に相当する。したがって、原点復帰工程では、制御装置１０２はサーボモータから出力されるパルス数Ｎθ’から移動角度θ’を計算し、サーボモータの回転軸を酸化処理前の角度位置に復帰させるために必要な角度（３６０°−θ’）とこの角度に対応するパルス数Ｎ（３６０°−θ’）を計算し、その計算されたパルス数Ｎ（３６０°−θ’）のパルスが出力されるまで回転軸を回転し、評価対象メサ１２６をカメラの視野１３４内に移動する。これにより、同一のメサについて一次及び二次酸化処理後の酸化量を評価できる。
【００５０】
サーボモータのＺ相を利用する方法に代わる更に簡便な方法は、駆動軸３０又はこれに駆動連結された他の回転部材（例えば、歯車）に被検出部（例えば、突起、切り欠き、読み取りマーク、磁石）を取り付ける一方、その近傍に検出器を設け、評価処理前の原点復帰処理工程で検出器が被検出部を検出するまで駆動軸３０を回転復帰させることである。なお、検出器には、光式、機械式、電磁式又はそれらを組み合わせた任意の形式の検出器を用いることができる。
【００５１】
また、原点復帰工程では、評価対象メサを確実にカメラの視野内に移動させるために、酸化時よりも遅い速度で基台及び駆動軸を回転させることが好ましい。したがって、基台１６を回転するモータ３２は、回転速度を高速と低速に切り換えることができるモータを用いることが好ましい。
【００５２】
《実施の形態４》実施の形態１では、加熱テーブル１８と試料テーブル２２を一体的に組み合わせて基台１６を構成したが、加熱テーブル１８は容器１２に固定し、試料テーブル２２だけが加熱テーブル１８に対して酸化位置（下降位置）と観察位置（上昇位置）との間を移動できるようにしてもよい。この場合、図１０に示すように、加熱テーブル１８の内側に駆動軸３０を貫通し、この貫通した駆動軸３０に試料テーブル２２を支持する。このような構成を採用した酸化装置によれば、酸化中断時及び酸化終了後に半導体試料２０をヒータ２４から離すことができるので、半導体試料２０の冷却速度が速くなり、酸化の中断及び終了を確実に行うことができる。また、試料基板内で酸化量を均一に且つ目的の値に保つことができる。
【００５３】
《他の実施形態》上述の実施形態１，２では、酸化中断時に半導体試料及びこれを支持するテーブルをその上方に配置した観察窓に向けて上昇したが、容器の側部に観察用の部屋（観察室）を設け、観察時に半導体試料とこれを支持する試料テーブルを観察室に横移動し、この観察室の天井部に設けた観察室を介して該観察室の上方に配置した観察手段で酸化量を観察して評価してもよい。この場合、横方向から装入される試料テーブルに対向する観察室天井部の高さは、装入された半導体試料と接近するように、低くしておくことが好ましい。また、以上の説明では、水蒸気や窒素等の供給及び排気を制御する弁として電磁弁を用いたが、弁の種類はこれに限るものではない。
【００５４】
《実施例１》
実施例１に係る面発光レーザの詳細な断面構造を図１１に示す。図示する面発光レーザ２００は、波長１．３μｍのレーザを発振するもので、３インチの大きさの面方位〈１００〉のｎ−ＧａＡｓ基板２０２上に、媒質内における発振波長の１／４倍の厚みを有し、ｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓを交互に３５．５周期積層した周期構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（「下部半導体分布ブラッグ反射鏡」；以下、単に「下部反射鏡」という。）２０４を形成した。下部反射鏡２０４の上には、アンドープＧａＡｓスペーサ層２０６、３層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層２０８と４層のＧａＡｓバリア層２１０からなる多重量子井戸活性層２１２、アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層２１４を形成した。
【００５５】
スペーサ層２１４の上には、ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（「上部半導体分布ブラッグ反射鏡」；以下、単に「上部反射鏡」という。）２１６を形成した。上部反射鏡２１６は、Ｃドープのｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚みを有し、交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）として構成した。上部反射鏡２１６と活性層２１２の間には、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層２１８を、例えば３０ｎｍの厚みをもって形成した。上部反射鏡２１６の最上部のＧａＡｓコンタクト層２２０は、電極とのコンタクトをとるためのコンタクト層を兼ねている。活性層２１２内の井戸層２０８のＩｎ組成ｘは３３％、窒素組成は１．０％とした。井戸層２０８の厚みは７ｎｍとし、ＧａＡｓ基板２０２に対して約２．１％の圧縮歪（高歪）を有している。
【００５６】
薄膜成長方法にはＭＯＣＶＤを用いた。キャリアガスはＨ２を用いた。ＧａＩｎＮＡｓ活性層の原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＡｓＨ３（アルシン）を用いた。窒素の原料には、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いた。ＤＭＨｙは低温で分解するので、６００℃以下の低温成長に適しており、特に低温成長の必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合に好ましい原料である。ＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子の活性層のような歪みが大きい場合、非平衡となる低温成長が好ましい。本実施例では、ＧａＩｎＮＡｓ層は５４０℃で成長した。
【００５７】
メサ２２２は、ウェットエッチング又はＲＩＥ、ＲＩＢＥ、ＩＣＰ法などのドライエッチングにより、少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させた状態で形成した。メサ２２２は、これを上方から見て正方形の形に形成した。その後、上述した酸化装置を用い、側面の表れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭窄部を形成した。このとき、試料テーブル（基板ホルダー）にウェハ（試料）を載せ、基台を酸化位置に配置し、所定の水蒸気を供給した。このとき、ウェハは観察窓から離れていたので、均一に酸化された。ウェハを４００℃程度の所定の酸化温度に昇温し、一次酸化を開始した。所望の酸化量になると予想される時間の前に酸化を中断した。その後、ウェハの載った加熱テーブルを観察窓に近い観察位置に上昇し、マイクロスコープにより酸化距離、酸化面積、非酸化領域の縦と横の長さ、非酸化領域の面積を観察した。そして、これらの情報をもとに一次酸化の酸化速度と、二次酸化（追加酸化）に必要な酸化距離を計算し、追加酸化時間を形成した。ウェハを再度酸化位置に戻し、追加酸化を行った。二次酸化の酸化時間が経過すると、水蒸気の供給を停止すると共に低温窒素をウェハに吹き付け、ヒータを止めて酸化を終了した。
【００５８】
以上の酸化処理により、酸化進行度の基板内面均一性が良好に保たれた状態で酸化狭窄部（電流注入部）の面積が精度良く制御できた。酸化の中断又は酸化の終了は、水蒸気供給の停止に行うことができるが、より確実に行うためには、試料基板の温度を下げることが好ましい。また、上述した実施例では酸化処理を２階に分けて行ったが、３回又はそれ以上の回数に分けて行っても構わない。
【００５９】
酸化処理の終了後、ＳｉＯ２などの絶縁膜２２４でメサ２２２を保護した後、ポリイミド２２６でエッチング部を埋め込んで平坦化した後、ｐコンタクト層２２０と光出射部のある上部反射鏡の上に存在するポリイミドとＳｉＯ２を除去し、ｐコンタクト層２２０上の光出射部以外にｐ側電極２２８を形成した。また、基板２０２の裏面にｎ側電極２３０を形成した。
【００６０】
作成した面発光型半導体レーザ素子の発振波長は約１．３μｍであった。また、ＡｌとＡｓを主成分とする被選択酸化層の選択酸化により電流狭窄部を形成したので、閾値電流が低かった。このように、被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭窄層を用いた電流狭窄構造によると、電流狭窄層を活性層に近づけて形成することで、電流の広がりが抑制され、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じこめることができる。また、酸化されることによりＡｌ酸化膜が形成される結果、屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、閾値電流も低下する。また、容易に電流狭窄構造を形成できることから、製造コストを低下できる。しかも、観察窓から離れた位置で酸化が進行することから、酸化を一旦停止して酸化速度を評価し、その評価結果に追加酸化を行ったため、酸化狭窄径は各メサについて目的の大きさで均一に形成され、歩留まりも向上した。
【００６１】
酸化領域の観察は、タングステンランプ等の光源から出射された光の反射光をマイクロスコープを介してＣＣＤカメラ又はビジコンカメラで受光し、テレビモニタにメサ拡大画像を表示した。表示された画像上で酸化領域と非酸化領域及びその境界はそれらの反射率の違いから明瞭に写し出された。
【００６２】
酸化領域と非酸化領域の反射率の波長依存性を図１２に示す。この図に示すように、波長１．３μｍ近傍の領域（高反射帯域）では酸化領域と非酸化領域の反射率に殆ど相違はないが、その領域を挟む両側の波長領域で両者の反射率は明らかに異なる傾向を示す。観察する波長としては、高反射帯域より短波長側ではＤＢＲの材料による光吸収が生じるために好ましくないが、高反射帯域より長波長側では吸収の問題はなく、酸化領域の反射率が高い。したがって、高反射帯域よりも長波長側の波長に感度を有するカメラを用いることが好ましい。現在市販されている各撮像装置についてみると、波長の短い面発光レーザは近赤外に感度のあるＣＣＤカメラを用いることができる。本実施例のように、１．３μｍの面発光レーザでは、より長波長側に感度のある赤外ビジコンカメラが好ましい。また、赤外レーザ光をスキャンしてカメラで受光するいわゆる共焦点レーザ顕微鏡は解像度を極めて高くすることができることから好ましく、レーザの波長を適切に選択することで利用可能である。
【００６３】
《実施例２》
他の断面構造を有する面発光レーザを図１３に示す。図示する面発光レーザは、面方位〈１１０〉方向に傾斜角２°をもって傾斜したｎ−（１００）ＧａＡｓ基板３０２上に、ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓを媒質内における発振波長の１／４倍の厚みで交互に、例えば、３５．５周期積層した周期構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（第１反射鏡：ｎ側ＤＢＲ）３０４を形成した（図１３では詳細は省略）。ｎ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓの間には、Ａｌ組成を一方の値から他方の値に徐々に変化させた、厚み２０ｎｍの組成傾斜層（図示せず）を挿入し、傾斜層を含めて媒質内における発振波長の１／４倍の厚みとした。このような構成を採用することにより、ＤＢＲに電流を流す場合、両者のバンド不連続を滑らかにすることができ、高抵抗化を抑制できる。第１反射層３０４の上には更に、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ下部スペーサ（クラッド）層３０６，波長が７８０ｎｍとなる３層のＡｌＧａＡｓ井戸層と４層のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ障壁層からなる量子井戸活性層３０８、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ上部スペーサ（クラッド）層３１０を形成した。更にその上に、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３）を交互に、例えば２５周期積層した周期構造のｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（第２反射鏡：ｐ側ＤＢＲ）３１２を形成した（図１３では詳細は省略）。第２反射層３１２にも、第１反射鏡３０４と同様に組成傾斜層を挿入した。最上部には、電極との接触をとるｐ−ＧａＡｓコンタクト層３１４を形成した。第１反射鏡と第２反射鏡の間は、発振波長の１波長分の長さ（いわゆるラムダキャビティ）とした。
【００６４】
結晶成長は、ＭＯＣＶＤにより行った。原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＡｓＨ３（アルシン）を用い、ｎ型のドーパントとしてＨ２Ｓｅ（セレン化水素）を用い、ｐ型のドーパントとしてＣＢｒ４を用いた。キャリアガスにはＨ２を用いた。ＭＯＣＶＤ法は、原料ガス供給量を制御することで、組成傾斜層のような構造を容易に形成できるので、ＤＢＲを含む面発光レーザの結晶成長法として、ＭＢＥ法に比べて適している。また、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、原料ガスの供給流量や供給時間を制御すればよいので、量産性に優れている。
【００６５】
ｐ側ＤＢＲ中で活性層に近い低屈折率の一部をＡｌＡｓ被選択酸化層３１６とした。そして、所定の大きさのメサ３１８を、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層３１６の側面を露出させた状態で形成し、上述と同様に、側面の露出したＡｌＡｓ被選択酸化層３１６をその周囲から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭窄部３２０とこれに囲まれた電流注入部３２２を形成した。次に、ポリイミド３２４でエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐコンタクト層３１４と光出射部３２６のある上部反射鏡上のポリイミド層を除去し、ｐコンタクト層３１４上の光出射部３２６以外にｐ側電極３２８を形成し、基板３０２の裏側にｎ側電極３３０を形成した。このような構成により、波長７８０ｎｍの面発光レーザが得られた。
【００６６】
なお、本実施例では、被選択酸化層としてＡｌＡｓ層を用いたが、Ｇａ等の他の元素を含むこともあり得る。また、ＤＢＲを構成するＡｌＧａＡｓ層よりもＡｌ組成を大きくし、酸化速度を被選択酸化層よりも速くしてもよい。また、活性層の材料を変えることができ、ＡｌとＡｓを含む半導体層を選択的に酸化して電流狭窄構造とする形式の面発光レーザにも本発明は適用可能である。さらに、端面型半導体レーザなど、面発光レーザに限らず、ＡｌとＡｓを含む半導体層を選択的に酸化して電流狭窄構造とする形式の半導体素子の製造にも本発明は適用可能である。
【００６７】
《適用例１》
図１４は、面発光レーザを一列に配置した面発光レーザアレイチップ４００を示す。図示する面発光レーザアレイチップ４００を構成する面発光レーザ４０２を上述の製造方法により製造されたものであり、電流狭窄部に囲まれた電流注入部の内径は５μｍであり、横モードがシングルモードで動作するものである。なお、本適用例において、面発光レーザ４０２はｐ型ＧａＡｓ半導体基板上に形成されており、上面にｎ側個別電極４０４、裏面にｐ側共通電極（図示せず）が配置されている。なお、図面上、面発光レーザ４０２は一次元（一列）配置されているが、二次元（複数列）配置してもよい。このように、上述した面発光レーザを用いた面発光レーザアレイチップでは、各レーザが面発光型であるために容易に配列でき、しかも通常の半導体プロセスで一体的に形成できるので、素子が極めて精度良く配置される。したがって、製品の歩留まりが飛躍的に向上し、製造時間を大幅に短縮できるので、低コストの面発光レーザアレイが提供できる。
【００６８】
《適用例２》
図１５は、面発光レーザを用いて構成された光送信モジュール５００を示す。図示するように、光通信モジュール５００は、適用例１で説明した面発光レーザアレイチップ５０２と多数の光導波路５０４で構成されており、各光導波路５０４の端面（光入力部）を面発光レーザに対向し、この面発光レーザから出射される光が光導波路５０４に入力されるようにしてある。光導波路５０４としては、例えば光ファイバが利用できる。また、光ファイバとしては、例えばシリカファイバを用いることができる。図示する実施の形態では、面発光レーザは波長１．３μｍの光を出射するシングルモード素子を用い、光導波路である光ファイバにはシングルモードファイバを用いている。
【００６９】
このように構成された光通信モジュール５００によれば、発光手段として面発光レーザを用いているので、高速の並列伝送が可能となり、大量のデータを同時に伝送できる。また、各面発光レーザはその酸化狭窄部及び電流注入部の大きさが均一に形成されているので、光通信モジュール５００における駆動回路の駆動電流設定が容易になるとともに、高信頼性の光通信モジュール５００及び光通信システムを安価に提供できる。
【００７０】
図示する適用例では面発光レーザと光ファイバを一対一に対応させているが、発振波長の異なる複数の面発光レーザを一次元又は二次元に配置し、波長多重送信することにより、伝送速度を更に増大することが可能である。また、面発光レーザの活性層をＧａＡｓ量子井戸層としてその発振波長８５０ｎｍとし、マルチモードファイバと組み合わせることができる。
【００７１】
《適用例３》
図１６は、面発光レーザを用いて構成された光通信（送受信）モジュール６００を示す。図示するように、光通信モジュール６００は、実施例２の製造方法によって製造された面発光レーザ６０２と、受信用フォトダイオード６０４と、アクリル系プラスチックファイバ６０６を組み合わせて構成されている。なお、面発光レーザ６０２はマルチモード素子であり、その発振波長は７８０ｎｍである。
【００７２】
このように構成された光通信モジュール６００によれば、上述の製造方法によって面発光レーザ６０２を安価に製造できることに加えてプラスチックファイバ６０６が安価であることから、安価な光通信システムを構成することができる。また、プラスチックファイバ６０６はそのファイバ径が大きいことから他のファイバとのカップリングが容易であるので、通信システムの構成が容易になる。従って、一般家庭やオフィスなどの室内用の通信システムや狭い機器内の通信システムに好適に利用できる。
【００７３】
なお、アクリル系プラスチックファイバを用いた光伝送では、その吸収損失性を考慮して、発振波長が６５０ｎｍの面発光レーザの使用が検討されているが、高温特性が悪いことから実用には至っていない。したがって、現在では発光ダイオードが発光源に利用されているが、これは高速変調が困難であり、１Ｇｂｐｓを超える高速伝送を実現するためには、新たな半導体レーザの開発が不可欠であった。このような状況において、本発明の製造方法によって製造される発振波長７８０ｎｍの面発光レーザは、発振波長が６５０ｎｍの面発光レーザに比べて活性層利得が大きく、高出力であり、かつ高温特性に優れているため、発熱が少なく且つ冷却無しで使える低コストのシステムを実現できる。
【００７４】
また、上記光通信モジュールを含む光通信システムは、光ファイバを用いたＬＡＮ等におけるコンピュータ等の機器間の伝送のみならず、機器内のボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間等のデータ伝送用光インターコネクションとして、特に短距離通信に用いることができる。
【００７５】
ところで、近年、ＬＳＩ等の処理能力が一段と向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度がボトルネックとなっている。しかし、上述の光通信モジュールを用いることにより、システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクションに変更する場合、例えば、コンピュータシステムのボード間、ボード内のＬＳＩ間、ＬＳＩ内の素子間を接続すれば、超高速のコンピュータシステムを実現できる。
【００７６】
また、複数のコンピュータシステム等を上記光送信モジュールや光通信（送受信）モジュールを用いて接続すれば、超高速ネットワークシステムを構築できる。特に、面発光レーザは、端面発光型レーザに比べて桁違いに消費電力が少なく且つ二次元配置が容易に行えることから、並列伝送型の光通信システムに適している。
【００７７】
《適用例４》
図１７は、面発光レーザを用いて構成された画像形成装置７００の概略構成を示す。画像形成装置７００は、例えば、電子写真法による複写機、プリンタ、ファクシミリ、またはそれらの機能を複合的に搭載した複合機であり、静電潜像坦持体である感光体７０２と、一様に帯電された感光体７０２の外周面に光を露光する露光系７０４を備えている。露光系７０４は、作成する画像に対応した光を出力する光源７０６と、光源７０６から出力された光を反射しながら感光体７０２に走査するポリゴンミラー７０８と、ポリゴンミラー７０８で反射された光を感光体７０２に結像するレンズ系７１０を備えており、光源７０６に面発光レーザアレイ７１２が用いられている。
【００７８】
図１８（Ａ）に示すように、面発光レーザアレイ７０６は、発振波長７８０ｎｍの面発光レーザ７１２を二次元配置して構成されている。具体的に説明すると、本実施の形態では、１６個の半導体レーザ７１２が、図面の横方向（主走査方向：感光体の軸方向）に所定の間隔（４０μｍ）をあけて４列、また各縦方向列（副走査方向：感光体の回転方向）に４個づつ配置されている。また、一つの縦方向列とこれに隣接する縦方向列の間では、図面上右側に位置する縦方向列の半導体レーザが副走査方向に１０μｍづつ移動させてあり、これにより、図１８（Ｂ）に示すように、感光体の副走査方向に実質的に１０μｍの間隔をあけた１６個のスポット７１４が形成されるようにしてある。
【００７９】
このような構成を備えた画像形成装置７００によれば、二次元配置された複数の面発光レーザ７１２から出力される複数のレーザビームを感光体７０２に同時に照射できる。したがって、一つのレーザ発振光源を用いた画像形成装置に比べて、非常に高速で画像を形成できる。また、面発光レーザは二次元集積に適していることから、従来の端面発光型レーザアレイに比べて、ビーム数を容易に増やすことができる。上記の例によれば、副走査方向に約１０μｍの間隔で各ドットを形成でき、これは２４００ｄｐｉに相当する。さらに、主走査方向の書き込み間隔は、面発光レーザの発光タイミングを調整することで容易に制御できる。さらにまた、実施形態の面発光レーザアレイによれば１６ドットを同時に書き込み可能であることから、印字速度を極めて高速化することができる。当然、縦方向及び横方向に配置する面発光レーザの数を増やせば、更に高速印字が可能である。そして、面発光レーザの間隔を調整することで、副走査方向の間隔を調整でき、２４００ｄｐｉよりも更に高密度で高精細の印字が可能になる。特に、上述の製造方法によって製造された面発光レーザはその酸化狭窄径が均一であることから、目的径のスポットを形成できる。
【００８０】
《他の適用例》
適用例４では面発光レーザを画像書き込み用の光源に用いたが、面発光レーザはＣＤ等の記録媒体に対する記録用及び再生用の光源として利用することもできる。特に、上述の製造方法によれば面発光レーザは、端面発光型半導体レーザよりも低価格で製造できるとともに、端面発光型半導体レーザに比べて消費電力が少ないという利点を有することから、消費電力が問題となる携帯型の光ピックアップ装置に特に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る半導体酸化装置の構成を示す縦断面図。
【図２】図１に示す半導体酸化装置の制御系の構成を示す機能ブロック図。
【図３】図１に示す半導体酸化装置で酸化処理される試料（基板）〔酸化前〕の部分断面図〔図３（Ａ）〕、半導体酸化装置で酸化処理された試料〔酸化後〕の部分断面図〔図３（Ｂ〕。
【図４】図１の半導体酸化装置を用いた半導体素子製造方法を示すフローチャート。
【図５】被酸化部位の酸化プロセスを説明する図。
【図６】図５と共に被酸化部位の酸化プロセスを説明する図。
【図７】酸化後の試料を用いて構成された半導体レーザの構成を示す断面図。
【図８】図１の半導体酸化装置を用いた半導体素子製造方法の他の形態を示すフローチャート。
【図９】原点復帰処理を説明する図。
【図１０】他の形態の半導体酸化装置の構成を示す縦断面図。
【図１１】実施例１に係る面発光レーザの構造を示す断面図。
【図１２】実施例１で説明する酸化狭窄型面発光レーザの酸化領域と非酸化領域の反射率の波長依存性を示す図。
【図１３】実施例２に係る面発光レーザの構造を示す断面図。
【図１４】面発光レーザを用いて構成された面発光レーザアレイチップの平面図。
【図１５】面発光レーザを用いて構成された光送信モジュールを示す図。
【図１６】面発光レーザを用いて構成された光通信モジュールを示す図。
【図１７】面発光レーザを用いて構成された画像形成装置の概略構成を示す図。
【図１８】図１７の画像形成装置における露光用光源の拡大平面図。
【図１９】従来の酸化装置の概略構成を示す縦断面図。
【図２０】従来の他の酸化装置の概略構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００８２】
１０：半導体酸化装置、１２：容器、１４：内部空間、１６：基台、１８：加熱テーブル、２０：半導体試料、２２：試料テーブル（基板ホルダ）、２４：ヒータ、２６：回転昇降機構、２８：底壁、３０：駆動軸、３２：モータ、３４：昇降機構、３６：固定部、３８：モータ、４０：天井壁、４２：観察窓、４４：カメラ、４６，４８，５０：モータ、５２：カメラ移動機構、５４：固定台、５６：遮熱板、５８：モータ、６０：遮熱機構、６２：第１の配管、６４：第２の配管、６６：第３の配管、６８：分岐管、７０：電磁弁、７２：水蒸気供給源、７４：分岐管、７６：電磁弁、７８：窒素供給源、８０：電磁弁、８２：低温窒素ガス供給源、８４：電磁弁、８６：真空源、８８：第４の配管、９０：電磁弁、１００：制御系、１０２：制御装置、１０４：中央処理装置、１０６：画像処理部、１０８：表示部（モニタ）、１１０：モータ制御部、１１２：電磁弁制御部、１１４：ヒータ制御部、１１６：記憶部、１１８：演算部、１２６：メサ、１３０：被選択酸化層、１４０：酸化領域、１４２：未酸化領域、１５０：電流狭窄部、１５２：電流注入部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な容器と、
半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、
上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、
上記基台に支持された半導体試料に対向可能に上記容器の壁に設けられた観察窓と、
上記容器の外部に上記観察窓を介して上記基台上の半導体試料と対向可能に設けられた観察手段と、
上記基台と観察手段との距離を調整する調整手段を備えたことを特徴とする半導体酸化装置。
【請求項２】
上記基台が加熱器を備えた加熱テーブルと上記加熱テーブル上に配置されて上記半導体試料を支持する試料テーブルを備えており、上記調整手段が上記加熱テーブルと上記試料テーブルを一体的に移動させる基台移動機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体酸化装置。
【請求項３】
上記基台が加熱器を備えた加熱テーブルと上記加熱テーブル上に配置されて上記半導体試料を支持する試料テーブルを備えており、上記調整手段が上記試料テーブルを移動させる基台移動機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体酸化装置。
【請求項４】
密閉可能な容器と、
半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、
上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、
上記基台に支持された半導体試料の上方に位置する容器壁に設けられた観察窓と、
上記容器の外側にあって上記観察窓を介して上記基台に対向する観察手段と、
上記基台又は観察手段若しくはそれらの両方を上下方向に移動させる昇降機構を備えていることを特徴とする半導体酸化装置。
【請求項５】
密閉可能な容器と、
半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、
上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、
上記容器の壁に設けられた観察窓と、
上記基台上に支持された上記半導体試料が上記観察窓に接近した観察位置と上記観察窓から離間する退避した退避位置との間で上記基台を移動させる移動機構と、
上記容器の外側にあって上記観察位置にある上記半導体試料と上記観察窓を介して対向する観察手段を備えたことを特徴とする半導体酸化装置。
【請求項６】
上記供給部からの水蒸気の供給を停止して上記半導体試料の酸化を中断する手段と、
上記観察手段で得られた像をもとに上記半導体試料特定部位の酸化進行度を求め、上記酸化進行度に基づいて追加酸化量を求める手段と、
上記追加酸化量だけ上記半導体試料特定部位を追加酸化する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項７】
上記観察手段がマイクロスコープであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
上記観察手段が自動焦点機能を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する真空装置を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項１０】
上記酸化の中断中に上記容器内部で上記基台に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス供給部を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項１１】
上記半導体試料が酸化狭窄型面発光レーザ用のウェハであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項１２】
アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、
上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、
上記酸化処理の中断中に上記半導体層の酸化進行度を観察する工程を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、
上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、
上記酸化処理が中断されている間に、上記半導体素子が収容されている容器に設けた観察窓を介して上記容器内のメサと上記容器外の観察手段を接近させて対向させる工程と、
上記観察手段で観察された上記電流狭窄部の大きさ又は上記電流狭窄部に囲まれた電流注入部の大きさから酸化進行度を求める工程と、
上記酸化進行度から追加酸化量を求める工程と、
上記追加酸化量だけ上記半導体層を追加酸化する工程を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
上記メサと上記観察手段を接近させて対向させる工程は、上記メサを上記観察窓に接近させる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する工程を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
上記酸化の中断中に上記容器内部に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける工程を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
上記半導体素子が酸化狭窄型の面発光レーザであることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
密閉可能な容器と、
半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、
上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、
上記基台に支持された半導体試料に対向可能に上記容器の壁に設けられた観察窓と、
上記容器の外部に上記観察窓を介して上記基台上の半導体試料と対向可能に設けられた観察手段と、
上記基台と観察手段との距離を調整する調整手段を備えたことを特徴とする半導体酸化装置。
【請求項２】
上記基台が加熱器を備えた加熱テーブルと上記加熱テーブル上に配置されて上記半導体試料を支持する試料テーブルを備えており、上記調整手段が上記加熱テーブルと上記試料テーブルを一体的に移動させる基台移動機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体酸化装置。
【請求項３】
上記基台が加熱器を備えた加熱テーブルと上記加熱テーブル上に配置されて上記半導体試料を支持する試料テーブルを備えており、上記調整手段が上記試料テーブルを移動させる基台移動機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体酸化装置。
【請求項４】
密閉可能な容器と、
半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、
上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、
上記基台に支持された半導体試料の上方に位置する容器壁に設けられた観察窓と、
上記容器の外側にあって上記観察窓を介して上記基台に対向する観察手段と、
上記基台又は観察手段若しくはそれらの両方を上下方向に移動させる昇降機構を備えていることを特徴とする半導体酸化装置。
【請求項５】
密閉可能な容器と、
半導体試料を支持するために上記容器の内部に設けられた基台と、
上記半導体試料の特定部位を酸化するために上記容器の内部に水蒸気を供給する供給部と、
上記容器の壁に設けられた観察窓と、
上記基台上に支持された上記半導体試料が上記観察窓に接近した観察位置と上記観察窓から離間する退避した退避位置との間で上記基台を移動させる移動機構と、
上記容器の外側にあって上記観察位置にある上記半導体試料と上記観察窓を介して対向する観察手段を備えたことを特徴とする半導体酸化装置。
【請求項６】
上記供給部からの水蒸気の供給を停止して上記半導体試料の酸化を中断する手段と、
上記観察手段で得られた像をもとに上記半導体試料特定部位の酸化進行度を求め、上記酸化進行度に基づいて追加酸化量を求める手段と、
上記追加酸化量だけ上記半導体試料特定部位を追加酸化する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項７】
上記観察手段がマイクロスコープであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
上記観察手段が自動焦点機能を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する真空装置を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項１０】
上記酸化の中断中に上記容器内部で上記基台に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス供給部を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項１１】
上記半導体試料が酸化狭窄型面発光レーザ用のウェハであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の半導体酸化装置。
【請求項１２】
アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、
上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、
上記酸化処理の中断中に上記半導体層の酸化進行度を観察する工程を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
アルミニウムと砒素を含む半導体層を備えたメサを含む半導体試料を水蒸気の雰囲気内に配置し、上記半導体層を上記メサの外周側面に現れる上記半導体層の周端から半径方向内側に向かって且つ上記半導体層の中央部を残して酸化することにより上記半導体層に電流狭窄部とこれに囲まれた電流注入部を形成する半導体素子の製造方法において、
上記半導体層の酸化処理中に少なくとも一回は上記酸化処理を中断する工程と、
上記酸化処理が中断されている間に、上記半導体素子が収容されている容器に設けた観察窓を介して上記容器内のメサと上記容器外の観察手段を接近させて対向させる工程と、
上記観察手段で観察された上記電流狭窄部の大きさ又は上記電流狭窄部に囲まれた電流注入部の大きさから酸化進行度を求める工程と、
上記酸化進行度から追加酸化量を求める工程と、
上記追加酸化量だけ上記半導体層を追加酸化する工程を備えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
上記メサと上記観察手段を接近させて対向させる工程は、上記メサを上記観察窓に接近させる工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
上記酸化の中断中に上記容器内部の雰囲気ガスを真空排気する工程を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
上記酸化の中断中に上記容器内部に支持されている上記半導体試料に不活性ガスを吹き付ける工程を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
上記半導体素子が酸化狭窄型の面発光レーザであることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−２２８８１１（Ｐ２００６−２２８８１１Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７８０５（Ｐ２００５−３７８０５）
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【出願人】（３０２０１８１７８）株式会社エピクエスト (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１５日（２００５．２．１５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【出願人】（３０２０１８１７８）株式会社エピクエスト (6)
【Ｆターム（参考）】
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