JP2001093897A - Device and method for manufacturing semiconductor - Google Patents

Device and method for manufacturing semiconductor

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JP2001093897A
JP2001093897A JP27255999A JP27255999A JP2001093897A JP 2001093897 A JP2001093897 A JP 2001093897A JP 27255999 A JP27255999 A JP 27255999A JP 27255999 A JP27255999 A JP 27255999A JP 2001093897 A JP2001093897 A JP 2001093897A
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秀生 中山
Akira Sakamoto
朗 坂本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for manufacturing a semiconductor for properly controlling oxidation reaction by secularly tracing the progress level of the oxidation reaction with respect to aging changes. SOLUTION: A semiconductor precursor 12 in an oxidizing furnace 10 is irradiated with a light from a white light source 14, reflected light from the semiconductor precursor 12 during oxidation reaction is detected by a reflected light detecting means 16, and reflectivity, mean reflectivity, rate of change of the reflectivity, or rate of change of the mean reflectivity is calculated by a computer 18 based on the detected reflected lights, and the calculation result is displayed at a monitor 20. Also, the oxidation reaction is controlled based on the calculation result, and one part of the region capable of oxidizing the semiconductor precursor 12 is selectively oxidized and a semiconductor can be manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置及
び半導体製造方法に係り、詳しくは、半導体前駆体の酸
化可能領域の一部を選択的に酸化して半導体を製造する
半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method, and more particularly, to a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor. It relates to a manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】垂直共振器型面発光レーザ(VCSE
L:Vertical Cavity Surface EmittingLaser)は、端
面発光型にくらべて、製造コストが低いこと、製造の歩
留まりが高いこと、2次元集積化が容易なこと、等の多
くの利点を有していることから、光通信、光情報処理、
光記録など、多くの分野で用いることが期待されてい
る。
2. Description of the Related Art A vertical cavity surface emitting laser (VCSE)
L: Vertical Cavity Surface EmittingLaser has many advantages, such as lower production cost, higher production yield, and easier two-dimensional integration, as compared with the edge-emitting type. , Optical communication, optical information processing,
It is expected to be used in many fields such as optical recording.

【0003】VCSELは、その基本構造から数種類の
タイプに分類されるが、しきい電流値、応答速度、消費
電力等、レーザ特性の観点から最も有望視されているの
は、選択酸化型VCSELと呼ばれているものである。
例えば、K. D. Choquette etal. "Low threshold volta
ge vertical-cavity lasers fabricated by selective
oxidation" Electron. Lett., Vol.30, pp.2033-2044,
1994等の文献に記載されているように、AlAs選択酸
化型VCSELは以下のようにして製造される。
[0003] VCSELs are classified into several types based on their basic structure. The most promising in terms of laser characteristics, such as threshold current value, response speed, and power consumption, are selective oxidation type VCSELs. Is what is called.
For example, KD Choquette etal. "Low threshold volta
ge vertical-cavity lasers fabricated by selective
oxidation "Electron. Lett., Vol. 30, pp. 2033-2044,
As described in the literature such as 1994, the AlAs selective oxidation type VCSEL is manufactured as follows.

【0004】まず、有機金属気相成長(MOCVD)法
により、n型GaAs基板上にGaAsとAl0.9Ga
0.1Asをそれぞれの膜厚が媒質内波長の1/4となる
ように交互に38周期積層した下部n型DBR(Distri
buted Bragg Reflector)層、InGaAs量子井戸活
性層3層とGaAsスぺーサー層で構成された膜厚が媒
質内波長となるアンドープ活性領域、膜厚が媒質内波長
の1/4のAl0.98Ga 0.02As電流狭窄層、GaAs
とAl0.9Ga0.1Asをそれぞれの膜厚が媒質内波長の
1/4となるように交互に25周期積層した下部n型D
BR層、を積層する。
First, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method
GaAs and Al on the n-type GaAs substrate0.9Ga
0.1As each film thickness becomes 1/4 of the wavelength in the medium
N-type DBR (Distri
buted Bragg Reflector) layer, InGaAs quantum well active
The film thickness of the three conductive layers and the GaAs spacer layer is
The undoped active region is the wavelength in the medium and the film thickness is the wavelength in the medium
1/4 of Al0.98Ga 0.02As current confinement layer, GaAs
And Al0.9Ga0.1As is the film thickness of each medium
Lower n-type D laminated alternately 25 periods so as to become 1/4
A BR layer.

【0005】次に、上記結晶層を反応性イオンエッチン
グにより、深さ5μm、一辺が105μmのメサ形状に
すると、Al0.98Ga0.02As電流狭窄層の側面が露出
する。この露出面からAl0.98Ga0.02As電流狭窄層
を、中心の数μmを残して選択的に酸化する。最後に、
電極としてTi/AuとAuGe/Ni/Auを上面と
下面にそれぞれ蒸着し、選択酸化型VCSELが完成す
る。
Next, when the crystal layer is formed into a mesa shape having a depth of 5 μm and a side of 105 μm by reactive ion etching, the side surface of the Al 0.98 Ga 0.02 As current confinement layer is exposed. From this exposed surface, the Al 0.98 Ga 0.02 As current confinement layer is selectively oxidized except for a few μm at the center. Finally,
Ti / Au and AuGe / Ni / Au are deposited as electrodes on the upper and lower surfaces, respectively, to complete the selective oxidation type VCSEL.

【0006】以上の通り、選択酸化型VCSELは、結
晶成長後にAlAsあるいはAlGaAsの選択酸化プ
ロセスを用いて電流狭窄構造を作りこむ特徴を持ってい
る。その結果、結晶成長はすべて平坦面上で行われ、特
性の良い結晶層を用いることができる。また、インプラ
型で発生する活性層に与えるダメージの心配はない。
As described above, the selective oxidation type VCSEL has a feature of forming a current confinement structure by using a selective oxidation process of AlAs or AlGaAs after crystal growth. As a result, all the crystal growth is performed on the flat surface, and a crystal layer with good characteristics can be used. Further, there is no need to worry about damage to the active layer caused by the implantation.

【0007】また、例えば、上記方法で作製されたVC
SELに両面の電極を通して電流を注入すると、注入さ
れた電流は、酸化されなかったメサ形状の中心数μmだ
けに狭窄され、900μAという低しきい電流値を示す
など、選択酸化型VCSELは優れたレーザ特性を有し
ている。
Further, for example, the VC manufactured by the above method is used.
When a current is injected into the SEL through the electrodes on both sides, the injected current is confined to only a few μm of the center of the mesa shape that has not been oxidized, and exhibits a low threshold current value of 900 μA. Has laser characteristics.

【0008】選択酸化型VCSELでは、酸化されずに
残ったAlAsあるいはAlGaAs層をアパーチャ
(開口)と称している。選択酸化型VCSELは、低し
きい電流値など、優れたレーザ特性を有しているが、各
種レーザ特性はアパーチャ径に大きく左右される。
In the selective oxidation type VCSEL, the AlAs or AlGaAs layer remaining without being oxidized is called an aperture. The selective oxidation type VCSEL has excellent laser characteristics such as a low threshold current value, but various laser characteristics largely depend on the aperture diameter.

【0009】例えば、D.L.Huffaker et al. "Multiwave
length, Densely-Packed 2x2 Vertical-Cavity Surface
-Emitting Laser Array Fabricated Using Selective O
xidation", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.8, p
p.858-860, 1996には、図11に示すように、アパーチ
ャー径が2、2.5、3、3.5μmの選択酸化型VC
SELの電流−光出力特性が報告されている。図11か
ら分かるように、しきい電流値、効率がアパーチャー径
に依存して大きく異なるデータとなっている。また、図
には示されていないが、最大光出力もアパーチャー径に
依存する。また、選択酸化型VCSELのシングルモー
ド最大光出力あるいは横モードはアパーチャー径に大き
く依存するという報告もある。
For example, DLHuffaker et al. "Multiwave
length, Densely-Packed 2x2 Vertical-Cavity Surface
-Emitting Laser Array Fabricated Using Selective O
xidation ", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 8, p.
p.858-860, 1996, as shown in FIG. 11, the selective oxidation type VC having an aperture diameter of 2, 2.5, 3, 3.5 μm.
The current-light output characteristics of SEL have been reported. As can be seen from FIG. 11, the threshold current value and the efficiency are greatly different data depending on the aperture diameter. Although not shown, the maximum light output also depends on the aperture diameter. There is also a report that the single mode maximum optical output or the transverse mode of the selective oxidation type VCSEL greatly depends on the aperture diameter.

【0010】アパーチャーを形成する酸化プロセスに
は、USP5262360号明細書等に記載されている
ようなウェット酸化法を用いるのが一般的である。この
方法は、窒素をキャリアガスに用いて、80〜100℃
に加熱された純水をバブリングし、その水蒸気を炉に輸
送してAlAsあるいはAlGaAs層の一部だけを選
択的に酸化する方法で、酸化炉の温度は通常400から
500℃である。従来は、実際に使用する酸化炉を用い
て種々の条件でこの酸化プロセスによる酸化実験を繰り
返し行い、得られた結果を元に最適化した条件で酸化を
行い、選択酸化型VCSELを作製していた。
In the oxidation process for forming an aperture, a wet oxidation method as described in US Pat. No. 5,262,360 is generally used. This method uses nitrogen as a carrier gas,
Bubbling pure water heated in a furnace, and transporting the steam to a furnace to selectively oxidize only a part of the AlAs or AlGaAs layer. The temperature of the oxidation furnace is usually 400 to 500 ° C. Conventionally, oxidation experiments by this oxidation process are repeatedly performed under various conditions using an actual oxidation furnace, and oxidation is performed under optimized conditions based on the obtained results to produce a selective oxidation type VCSEL. Was.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、K.M.Ge
ib et. al. "Fabfication issues of oxide-confinedVC
SELs", SPIE Vol.3003, pp.69-74, 1997をはじめ多くの
報告が示すように、酸化されるAlAsあるいはAlG
aAsの酸化レートは、サンプル温度、純水バブラー温
度、窒素ガス輸送量、AlGaAs中のAlAs濃度、
更にはAlAsあるいはAlGaAs層側面に付着する
自然酸化膜の膜厚等、幾つもの因子により影響される。
SUMMARY OF THE INVENTION However, KMGe
ib et. al. "Fabfication issues of oxide-confinedVC
SELs ", SPIE Vol.3003, pp.69-74, 1997 and many other reports show that AlAs or AlG
The oxidation rate of aAs is as follows: sample temperature, pure water bubbler temperature, nitrogen gas transport rate, AlAs concentration in AlGaAs,
Further, it is affected by various factors such as the thickness of a natural oxide film attached to the side surface of the AlAs or AlGaAs layer.

【0012】このため、1度設定した条件下で酸化を行
うだけでは、メサ側面からの酸化距離をプロセス毎に再
現性良く制御し、アパーチャー径を設計値通りに形成す
ることは困難であり、その結果、VCSELのレーザ特
性は作製毎に異なり、製造歩留まりの低下を引き起こ
す、という問題があった。
[0012] For this reason, it is difficult to control the oxidation distance from the side of the mesa with good reproducibility for each process and form the aperture diameter according to the design value only by performing the oxidation under the condition set once. As a result, there has been a problem that the laser characteristics of the VCSEL differ from one production to another, which causes a reduction in the production yield.

【0013】本発明は、上記の問題点に鑑みなされたも
のであって、本発明の目的は、酸化反応の進行度合いを
経時追跡することができ、これにより酸化反応を適切に
制御することができる半導体製造装置及び半導体製造方
法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable the progress of the oxidation reaction to be tracked over time, thereby appropriately controlling the oxidation reaction. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method which can be performed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の半導体製造装置は、酸化炉内の被
測定物に光を照射する光源と、酸化反応中の被測定物か
らの反射光を検出する反射光検出手段と、該反射光検出
手段の検出信号に基づいて、反射率、平均反射率、反射
率の変化率、または平均反射率の変化率を演算する演算
手段と、を備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a light source for irradiating an object to be measured in an oxidation furnace with a light source; Reflected light detecting means for detecting reflected light from the object, and calculating means for calculating a reflectance, an average reflectance, a change rate of the reflectance, or a change rate of the average reflectance based on a detection signal of the reflected light detecting means And characterized in that:

【0015】請求項1に記載の発明では、酸化炉内の被
測定物に光を照射する光源と反射光検出手段とを備える
ことにより、酸化反応中の被測定物からの反射光を検出
することができ、演算手段により反射光検出手段の検出
信号に基づいて反射率等を演算することにより、酸化反
応中の被酸化物の反射率から酸化反応の進行度合いを知
ることができる。すなわち、酸化反応の進行度合いを経
時追跡することができる。また、これにより酸化反応を
適切に制御することができる。
According to the first aspect of the present invention, by providing a light source for irradiating the object to be measured in the oxidation furnace with light and a reflected light detecting means, the reflected light from the object to be measured during the oxidation reaction is detected. By calculating the reflectance and the like based on the detection signal of the reflected light detecting means by the calculating means, it is possible to know the degree of progress of the oxidation reaction from the reflectance of the oxide to be oxidized during the oxidation reaction. That is, the progress of the oxidation reaction can be tracked over time. In addition, the oxidation reaction can be appropriately controlled.

【0016】AlAs(あるいはAlGaAs)が酸化
された部分にはAlOxが形成されて絶縁化されると共
に、光学的な特性に影響する屈折率ならびに膜厚が変化
する。例えば、図12に示すように、酸化反応が進行す
るに従いVCSELの共振器の反射スペクトルも変化す
る。酸化されていないAlAs層を持つ共振器の反射ス
ペクトルを実線で示し、AlAs層が総て酸化されて形
成されたAlOx層を持つ共振器の反射スペクトルを破
線で示す。
[0016] with AlAs (or AlGaAs) is insulated is formed AlO x in portions oxide, the refractive index and thickness affect the optical characteristics change. For example, as shown in FIG. 12, as the oxidation reaction progresses, the reflection spectrum of the resonator of the VCSEL also changes. The reflection spectrum of a resonator having a non-oxidized AlAs layer is shown by a solid line, and the reflection spectrum of a resonator having an AlO x layer formed by oxidizing the entire AlAs layer is shown by a broken line.

【0017】共振器の構造は、アルミニウムガリウム砒
素(Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As)からな
る下部DBRと、Al0.6Ga0.4Asからなる下部スペ
ーサ層、Al0.11Ga0.89As量子井戸層およびAl
0.3Ga0.7As障壁層からなる量子井戸活性層、Al
0.6Ga0.4Asからなる上部スペーサ層とを含む活性領
域、Al0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7Asからなる
上部DBR、GaAsコンタクト層とを順次積層したも
のである。ただし、Al0.9Ga0.1Asの入るべき上部
DBR内の最下層にはAlAs層が挿入されている。A
lAs層、AlO x層は、共にその膜厚が媒質内波長の
1/4であり、AlOxの屈折率は1.7である。
The structure of the resonator is aluminum gallium arsenide.
Element (Al0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7As)
Lower DBR and Al0.6Ga0.4Lower space made of As
Sensor layer, Al0.11Ga0.89As quantum well layer and Al
0.3Ga0.7Quantum well active layer composed of As barrier layer, Al
0.6Ga0.4Active region including upper spacer layer made of As
Area, Al0.9Ga0.1As / Al0.3Ga0.7Consists of As
An upper DBR and a GaAs contact layer are sequentially laminated.
It is. Where Al0.9Ga0.1Top to enter As
An AlAs layer is inserted in the lowermost layer in the DBR. A
lAs layer, AlO xBoth layers have a film thickness of the wavelength in the medium.
1/4, AlOxHas a refractive index of 1.7.

【0018】両反射スペクトルは、中心波長である78
0nm付近にディップを持ち、750nm付近から82
0nm付近まで高い反射率を示す。このグラフのスケー
ルでは、この波長帯域の両者のスペクトルに大きな違い
は見られない。一方、それ以外の波長帯域には、周期的
に振動するサイドローブが現れる。このサイドローブが
現れる波長では、AlAs層を持つ場合とAlOx層を
持つ場合とで反射率が大きく異なることがわかる。例え
ば、800〜1000nmの波長帯域での平均反射率
は、AlAs層を持つ場合には約0.45、AlOx
を持つ場合には約0.58である。従って、酸化反応中
の被酸化物の平均反射率を測定することができれば、酸
化反応の進行度合いを経時追跡することが可能となる。
Both reflection spectra have a center wavelength of 78.
It has a dip around 0 nm and 82 from around 750 nm.
It shows high reflectance up to around 0 nm. At the scale of this graph, there is no significant difference between the spectra in this wavelength band. On the other hand, in other wavelength bands, periodically oscillating side lobes appear. At the wavelength where this side lobe appears, it can be seen that the reflectance greatly differs between the case with the AlAs layer and the case with the AlO x layer. For example, the average reflectance in the wavelength band of 800 to 1000 nm is about 0.45 when the AlAs layer is provided, and about 0.58 when the AlO x layer is provided. Therefore, if the average reflectance of the oxide to be oxidized during the oxidation reaction can be measured, the progress of the oxidation reaction can be tracked over time.

【0019】なお、酸化された部分の膜厚変化を図13
に示すが、膜厚が±20%変化しても反射スペクトルに
は大きく影響しないことがわかる。
FIG. 13 shows the change in the thickness of the oxidized portion.
It can be seen that even if the film thickness changes by ± 20%, the reflection spectrum is not significantly affected.

【0020】請求項2記載の半導体製造装置は、請求項
1の発明において、前記被測定物は、半導体前駆体また
は半導体前駆体の近傍に配置されたモニター用サンプル
であることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first aspect, the object to be measured is a semiconductor precursor or a monitor sample arranged near the semiconductor precursor.

【0021】請求項3に記載の半導体製造装置は、請求
項1または2の発明において、前記演算手段での演算結
果を表示する表示手段を備えたことを特徴とする。表示
手段を設けることで、オペレータは視覚的に酸化反応の
進行度合いを知ることができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus according to the first or second aspect, further comprising display means for displaying a result of the calculation by the calculation means. By providing the display means, the operator can visually know the degree of progress of the oxidation reaction.

【0022】請求項4に記載の半導体製造装置は、請求
項1〜3のいずれか1項の発明において、前記演算手段
での演算結果に基づいて、反応を制御する反応制御手段
を備えたことを特徴とする。反応制御手段を設けること
で、酸化反応の進行度合いの追跡と酸化反応の制御とを
1つの装置で行うことができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor manufacturing apparatus according to any one of the first to third aspects, further comprising a reaction control unit for controlling a reaction based on a calculation result by the calculation unit. It is characterized by. By providing the reaction control means, tracking of the degree of progress of the oxidation reaction and control of the oxidation reaction can be performed by one apparatus.

【0023】請求項5に記載の半導体製造装置は、請求
項2〜4のいずれか1項の発明において、前記モニター
用サンプルは、反射率が酸化時間に比例して増加または
減少するように形成されていることを特徴とする。モニ
ター用サンプルの反射率が酸化時間に比例して増加また
は減少する場合には、反射率の経時変化を追跡すると、
酸化可能領域が消失した時点が特異点となって現れるの
で、オペレータが視覚的に反応の終点を認識し易い。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing apparatus according to any one of the second to fourth aspects, the monitor sample is formed such that the reflectance increases or decreases in proportion to the oxidation time. It is characterized by having been done. If the reflectance of the monitor sample increases or decreases in proportion to the oxidation time, tracking the change over time of the reflectance,
Since the time when the oxidizable region disappears appears as a singular point, the operator can easily visually recognize the end point of the reaction.

【0024】請求項6に記載の半導体製造方法は、半導
体前駆体の酸化可能領域の一部を選択的に酸化して半導
体を製造する半導体製造方法であって、酸化炉内の半導
体前駆体または半導体前駆体の近傍に配置されたモニタ
ー用サンプルに光を照射して、酸化反応中の半導体前駆
体または半導体前駆体の近傍に配置されたモニター用サ
ンプルからの反射光を検出し、検出した反射光に基づい
て、反射率、平均反射率、反射率の変化率、または平均
反射率の変化率を演算し、演算結果に基づいて、酸化反
応を制御して半導体を製造することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor, wherein the semiconductor precursor or the semiconductor precursor in an oxidation furnace is manufactured. The monitor sample placed near the semiconductor precursor is irradiated with light to detect reflected light from the semiconductor precursor that is undergoing the oxidation reaction or the monitor sample placed near the semiconductor precursor, and the detected reflection is detected. Based on the light, the reflectance, the average reflectance, the rate of change of the reflectance, or the rate of change of the average reflectance is calculated, and based on the calculation result, the oxidation reaction is controlled to manufacture a semiconductor. .

【0025】請求項7に記載の半導体製造方法は、請求
項6に記載の発明において、前記モニター用サンプルの
酸化可能領域消失時の反射率の変化率がゼロになること
に基づいて、酸化反応を制御することを特徴とする。半
導体前駆体の未酸化領域の面積が所望の値になったとき
に、酸化可能領域が消失するように設計されたモニター
用サンプルを用い、モニター用サンプルの反射率の変化
率がゼロになる時点で酸化反応が終了するように制御す
れば、所望の面積の未酸化領域を有する半導体前駆体を
容易に得ることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor manufacturing method according to the sixth aspect, the oxidation reaction is performed based on the fact that the rate of change in reflectance of the monitor sample when the oxidizable region disappears becomes zero. Is controlled. When the area of the unoxidized region of the semiconductor precursor reaches a desired value, using a monitor sample designed so that the oxidizable region disappears, when the rate of change in the reflectance of the monitor sample becomes zero If the control is performed so that the oxidation reaction is terminated in the above, a semiconductor precursor having an unoxidized region having a desired area can be easily obtained.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体製造装置及
び半導体製造方法を実施の形態に基づき詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method according to the present invention will be described in detail based on embodiments.

【0027】(第1の実施の形態)第1の実施の形態に
係る半導体製造装置は、水蒸気酸化を行うための装置で
あり、図1に示すように、酸化炉10、図2に示す被測
定物である正方形(矩形)形状の酸化可能領域12A
(白抜き部分)を有する半導体前駆体12、酸化炉10
内に配置された半導体前駆体12に光を照射する白色光
源14、半導体前駆体12からの反射光を検出する反射
光検出手段16、コンピュータ18、及びコンピュータ
18に接続された表示手段としてのモニター20から構
成されている。
(First Embodiment) A semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment is an apparatus for performing steam oxidation. As shown in FIG. 1, an oxidizing furnace 10 shown in FIG. Square (rectangular) oxidizable region 12A to be measured
(Precursor), semiconductor precursor 12 and oxidation furnace 10
A white light source 14 for irradiating light to the semiconductor precursor 12 disposed therein, a reflected light detecting means 16 for detecting reflected light from the semiconductor precursor 12, a computer 18, and a monitor as a display means connected to the computer 18 20.

【0028】酸化炉10には、ヒータ22と水蒸気を導
入するためのバルブ24を備えた導入管とが設けられて
おり、ヒータ22の駆動回路とバルブ24の駆動装置
(図示せず)は、それぞれコンピュータ18に接続され
ている。光源14は、チョッパー26を介して耐熱性・
耐湿性の光ファイバー28の一端に光結合され、光ファ
イバー28の他端は、酸化炉10内の半導体前駆体12
上方に固定配置され、半導体前駆体12に光を照射す
る。
The oxidation furnace 10 is provided with a heater 22 and an inlet pipe having a valve 24 for introducing steam. A driving circuit for the heater 22 and a driving device (not shown) for the valve 24 are Each is connected to a computer 18. The light source 14 has heat resistance via a chopper 26.
One end of the moisture-resistant optical fiber 28 is optically coupled to one end of the optical fiber 28 and the other end of the semiconductor precursor 12 in the oxidation furnace 10.
The semiconductor precursor 12 is fixedly disposed above and irradiates the semiconductor precursor 12 with light.

【0029】反射光検出手段16は、異なる波長帯域の
光を透過する複数(n個)のフィルタ(図示せず)と、
該フィルタの光透過側に各々配置されたフォトディテク
ター29と、から構成されている。各フォトディテクタ
ー29は、耐熱性・耐湿性の光ファイバー30の一端に
光結合され、光ファイバー30の他端は、酸化炉10内
の半導体前駆体12上方に固定配置されており、半導体
前駆体12からの反射光を検出し、検出信号を出力す
る。また、フォトディテクター29は、A/D変換器
(図示せず)を介してコンピュータ18に接続されてお
り、フォトディテクター29から出力された検出信号
は、A/D変換器によりデジタル信号に変換されてコン
ピュータ18に入力される。なお、検出信号のS/N比
が低い場合には、フォトディテクター29とA/D変換
器との間にロックインアンプ等の増幅器を挿入してもよ
い。
The reflected light detecting means 16 includes a plurality (n) of filters (not shown) that transmit light in different wavelength bands,
A photodetector 29 disposed on the light transmitting side of the filter. Each photodetector 29 is optically coupled to one end of a heat-resistant and moisture-resistant optical fiber 30, and the other end of the optical fiber 30 is fixedly disposed above the semiconductor precursor 12 in the oxidation furnace 10. And outputs a detection signal. The photo detector 29 is connected to the computer 18 via an A / D converter (not shown), and the detection signal output from the photo detector 29 is converted into a digital signal by the A / D converter. Is input to the computer 18. When the S / N ratio of the detection signal is low, an amplifier such as a lock-in amplifier may be inserted between the photo detector 29 and the A / D converter.

【0030】コンピュータ18は、CPU32、ROM
34、及びRAM36を含んで構成されており、CPU
32は、ROM34に記憶された以下に説明する制御ル
ーチンのプログラムに基づき処理を行う。
The computer 18 has a CPU 32, a ROM
And a RAM 36.
32 performs processing based on a control routine program described below stored in the ROM 34.

【0031】コンピュータ18で実行される制御ルーチ
ンを、図3を参照して説明する。ステップ100におい
て、n個のフィルタに対応して設けられた各フォトディ
テクター29からの信号を取り込み、各フォトディテク
ター29で受光した光量Ikを、予めROMに記憶され
た光源からの入射光量I0で除算して、各波長帯域での
反射率Ik/I0を求め、n個のフォトディテクターにつ
いての反射率Ik/I0を加算した加算値を個数nで除算
することにより、ステップ102で所定波長帯域での平
均反射率r(=Σ(Ik/I0)/n)を演算する。
A control routine executed by the computer 18 will be described with reference to FIG. In step 100, takes in a signal from the photodetector 29 provided corresponding to the n-number of filters, the incident light intensity I 0 from a light intensity I k of light received by each photodetector 29, stored in the ROM source , The reflectance I k / I 0 in each wavelength band is obtained, and the sum of the reflectances I k / I 0 for the n photodetectors is divided by the number n to obtain a value in step 102. Calculates the average reflectance r (= Σ (I k / I 0 ) / n) in the predetermined wavelength band.

【0032】次に、ステップ104で演算した平均反射
率rをモニター20に表示し、ステップ106で反応停
止条件が成立しているか否かを判別する。図2に示すよ
うな正方形(矩形)形状の酸化可能領域を有する半導体
前駆体では、酸化可能領域は各辺から中心に向かって酸
化されていき、このとき酸化速度は一定であるので酸化
領域は時間の二乗に比例して増加する。酸化領域の反射
率と非酸化領域の反射率は各々一定であるので、平均反
射率rは酸化領域が増加するに従って変化し(具体的に
は、時間tの二乗に比例して増加する(r∝t2))、
半導体前駆体の酸化可能領域12Aの総てが酸化される
と一定になる。従って、予めROMに記憶しておいた平
均反射率rと未酸化領域の面積sとの相関関係を表す図
4に示すマップを用いて、所望の未酸化領域の面積s。
に対応する平均反射率rxを求め、平均反射率rが平均
反射率rxと一致したときに反応停止条件が成立したと
判断する。
Next, the average reflectance r calculated in step 104 is displayed on the monitor 20, and it is determined in step 106 whether or not the reaction stop condition is satisfied. In a semiconductor precursor having a square (rectangular) shape oxidizable region as shown in FIG. 2, the oxidizable region is oxidized from each side toward the center. It increases in proportion to the square of time. Since the reflectance of the oxidized region and the reflectance of the non-oxidized region are each constant, the average reflectance r changes as the oxidized region increases (specifically, it increases in proportion to the square of time t (r ∝t 2 )),
It becomes constant when all of the oxidizable region 12A of the semiconductor precursor is oxidized. Therefore, using the map shown in FIG. 4 showing the correlation between the average reflectance r and the area s of the unoxidized region previously stored in the ROM, the area s of the desired unoxidized region is obtained.
Determine the average reflectance r x corresponding to the reaction stopped condition is determined to be satisfied when the average reflectance r matches the average reflectance r x.

【0033】または、オペレータによって停止信号がコ
ンピュータ18に入力されたときに反応停止条件が成立
したと判断するようにしてもよい。すなわち、モニター
20に表示された平均反射率rの値を見て、オペレータ
が反応を停止するか否かを判断し、マニュアル操作で反
応を停止させるようにしてもよい。ここで、反応停止条
件が成立していれば、ステップ108で図示しない搬送
装置により半導体前駆体12を酸化炉10外に搬出し
て、酸化反応を停止させる。
Alternatively, it may be determined that the reaction stop condition is satisfied when a stop signal is input to the computer 18 by the operator. That is, the operator may determine whether to stop the reaction by looking at the value of the average reflectance r displayed on the monitor 20 and stop the reaction manually. Here, if the reaction stop condition is satisfied, the semiconductor precursor 12 is carried out of the oxidation furnace 10 by a transfer device (not shown) in step 108 to stop the oxidation reaction.

【0034】(第2の実施の形態)第2の実施の形態に
係る半導体製造装置は、被測定物として、酸化の進行度
合いの追跡のためだけに半導体前駆体12の近傍に配置
されたモニター用サンプル13を用いた以外は、第1の
実施の形態と同様の構成であるので、同様の部分につい
ては説明を省略する。
(Second Embodiment) A semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment has a monitor as an object to be measured, which is arranged near the semiconductor precursor 12 only for tracking the progress of oxidation. Since the configuration is the same as that of the first embodiment except that the use sample 13 is used, the description of the same parts will be omitted.

【0035】モニター用サンプル13は、図5に示すス
トライプ形状の酸化可能領域13A(白抜き部分)を有
し、半導体前駆体の未酸化領域の面積が所望の値になっ
たときに酸化可能領域13Aが消失するように設計され
ている。図5に示すストライプ形状の酸化可能領域を有
するモニター用サンプル13では、酸化可能領域は対向
する2辺から中心に向かって酸化されていき、このとき
酸化速度は一定であるので酸化領域は時間に比例して増
加する。酸化領域の反射率と非酸化領域の反射率は各々
一定であるので、平均反射率rは、酸化領域が増加する
に従って変化し(具体的には、時間tに比例して増加す
る(r∝t))、酸化可能領域13Aの総てが酸化され
ると一定になる。
The monitor sample 13 has a stripe-shaped oxidizable region 13A (open area) shown in FIG. 5, and when the area of the unoxidized region of the semiconductor precursor reaches a desired value, the oxidizable region 13A is designed to disappear. In the monitoring sample 13 having the stripe-shaped oxidizable region shown in FIG. 5, the oxidizable region is oxidized from two opposing sides toward the center. At this time, since the oxidation rate is constant, the oxidized region takes time. Increase in proportion. Since the reflectance of the oxidized region and the reflectance of the non-oxidized region are constant, the average reflectance r changes as the oxidized region increases (specifically, increases in proportion to time t (r∝ t)), becomes constant when all of the oxidizable region 13A is oxidized.

【0036】第2の実施の形態において、コンピュータ
18で実行される制御ルーチンを、図6を参照して説明
する。ステップ200において、n個のフィルタに対応
して設けられた各フォトディテクター29からの信号を
取り込み、各フォトディテクター29で受光した光量I
kを、予めROMに記憶された光源からの入射光量I0
除算して、各波長帯域での現時刻の反射率Ik/I0を求
め、n個のフォトディテクターについての反射率Ik/I
0を加算した加算値を個数nで除算することにより、現
時刻における所定波長帯域での平均反射率rnew(=Σ
(Ik/I0)/n)を求める。同様にして求められRAM
に記憶された前回の所定波長帯域での平均反射率rold
から現時刻における所定波長帯域での平均反射率rnew
を減算して、ステップ202で平均反射率の変化率Δr
(=rold−rnew)を演算する。
A control routine executed by the computer 18 in the second embodiment will be described with reference to FIG. In step 200, a signal from each photodetector 29 provided corresponding to the n filters is fetched, and the amount of light I received by each photodetector 29 is obtained.
k is divided by the amount of incident light I 0 from the light source stored in the ROM in advance to obtain the reflectivity I k / I 0 at the current time in each wavelength band, and the reflectivity I k for the n photodetectors is obtained. / I
By dividing the added value obtained by adding 0 by the number n, the average reflectance r new (= Σ) in the predetermined wavelength band at the current time is obtained.
(I k / I 0 ) / n). RAM calculated similarly
The average reflectance r old in the previous predetermined wavelength band stored in
To the average reflectance r new in the given wavelength band at the current time
Is subtracted, and the change rate Δr of the average reflectance is calculated in step 202.
(= R old -r new ).

【0037】次に、ステップ204で演算した平均反射
率の変化率Δrをモニター20に表示し、ステップ20
6で反応停止条件が成立しているか否かを判別する。ス
トライプ形状の酸化可能領域13Aを有するモニター用
サンプル13では、平均反射率の変化率Δrは、酸化可
能領域13Aが消失するまでは一定であり、酸化可能領
域13Aが消失した時点で0となる。従って、平均反射
率の変化率Δr=0となったときに反応停止条件が成立
したと判断することができる。
Next, the change rate Δr of the average reflectance calculated in step 204 is displayed on the monitor 20, and
At 6, it is determined whether or not the reaction stop condition is satisfied. In the monitoring sample 13 having the stripe-shaped oxidizable region 13A, the average reflectance change rate Δr is constant until the oxidizable region 13A disappears, and becomes 0 when the oxidizable region 13A disappears. Therefore, it can be determined that the reaction stop condition has been satisfied when the average reflectance change rate Δr = 0.

【0038】または、オペレータが表示装置に表示され
たΔrの値を目視し、Δr=0となったときにスイッチ
の操作により停止信号を入力するようにし、オペレータ
によって停止信号がコンピュータ18に入力されたとき
に反応停止条件が成立したと判断するようにしてもよ
い。ここで、反応停止条件が成立していれば、ステップ
208で図示しない搬送装置により半導体前駆体12を
酸化炉10外に搬出して、酸化反応を停止させる。
Alternatively, the operator observes the value of Δr displayed on the display device and inputs a stop signal by operating a switch when Δr = 0, and the stop signal is input to the computer 18 by the operator. May be determined when the reaction stop condition is satisfied. Here, if the reaction stop condition is satisfied, the semiconductor precursor 12 is carried out of the oxidation furnace 10 by a transfer device (not shown) in step 208 to stop the oxidation reaction.

【0039】第1の実施の形態では、半導体前駆体の平
均反射率を演算し、演算した平均反射率に基づいて酸化
反応を制御したが、第2の実施の形態のように、平均反
射率の変化率を演算し、演算した平均反射率の変化率に
基づいて酸化反応を制御してもよい。また、第2の実施
の形態では、平均反射率の変化率を用いたが、第1の実
施の形態のように、反射光検出手段の検出信号に基づい
て平均反射率を演算し、演算した平均反射率に基づいて
酸化反応を制御してもよい。
In the first embodiment, the average reflectance of the semiconductor precursor is calculated, and the oxidation reaction is controlled based on the calculated average reflectance. However, as in the second embodiment, the average reflectance is controlled. May be calculated, and the oxidation reaction may be controlled based on the calculated change rate of the average reflectance. Further, in the second embodiment, the change rate of the average reflectance is used. However, as in the first embodiment, the average reflectance is calculated based on the detection signal of the reflected light detecting means, and the calculation is performed. The oxidation reaction may be controlled based on the average reflectance.

【0040】第2の実施の形態では、被測定物として、
図5に示すストライプ形状の酸化可能領域を有し、半導
体前駆体の未酸化領域の面積が所望の値になったときに
酸化可能領域が消失するように設計されたモニター用サ
ンプル13を用いたが、ストライプ形状に限られず、矩
形、円、楕円等の半導体前駆体と同様の酸化可能領域を
有するモニター用サンプルを用いてもよい。
In the second embodiment, the object to be measured is
A monitor sample 13 having a stripe-shaped oxidizable region shown in FIG. 5 and designed so that the oxidizable region disappears when the area of the unoxidized region of the semiconductor precursor reaches a desired value was used. However, the present invention is not limited to the stripe shape, and a monitor sample having an oxidizable region similar to a semiconductor precursor such as a rectangle, a circle, and an ellipse may be used.

【0041】例えば、被測定物として、半導体前駆体と
同様の正方形(矩形)形状の酸化可能領域を有するモニ
ター用サンプルを用いた場合には、平均反射率は時間の
二乗に比例して増加するので、平均反射率の変化率Δr
は被測定物の酸化の度合いが進むにつれて低下し、酸化
可能領域が消失した時点で0となる。従って、予めRO
Mに記憶しておいた平均反射率の変化率Δrと未酸化領
域の面積との相関関係を表す図7に示すマップを用い
て、所望の未酸化領域の面積s0に対応する平均反射率
の変化率Δr0を求め、平均反射率の変化率Δrが平均
反射率の変化率Δr0と一致したときに反応停止条件が
成立したと判断することができる。
For example, when a monitor sample having a square (rectangular) oxidizable region similar to the semiconductor precursor is used as the object to be measured, the average reflectance increases in proportion to the square of time. Therefore, the rate of change of the average reflectance Δr
Decreases as the degree of oxidation of the object to be measured advances, and becomes 0 when the oxidizable region disappears. Therefore, RO
Using the map shown in FIG. 7 showing the correlation between the change rate Δr of the average reflectance stored in M and the area of the unoxidized area, the average reflectance corresponding to the area s 0 of the desired unoxidized area the rate of change [Delta] r 0 determined, it can be determined that the change rate [Delta] r of the average reflectance is the average reflectance change rate [Delta] r 0 and the reaction stopped condition when a match is established.

【0042】第1及び第2の実施の形態では、光源とし
て白色光源を用いフィルターで分光して特定のスペクト
ル範囲での平均反射率を測定したが、光源はLEDでも
よく、また、レーザ光源を用い特定の波長での反射率を
測定することもできる。
In the first and second embodiments, a white light source is used as a light source and the light is spectrally separated by a filter to measure the average reflectance in a specific spectral range. However, the light source may be an LED. The reflectance at a specific wavelength used can also be measured.

【0043】第1及び第2の実施の形態では、水蒸気酸
化を行う装置について説明したが、その他の酸化方法に
もこの発明が適用できることは言うまでもない。
In the first and second embodiments, the apparatus for performing steam oxidation has been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to other oxidation methods.

【0044】第1及び第2の実施の形態では、搬送装置
により半導体前駆体を酸化炉外に搬出して酸化反応を停
止させたが、酸化炉に備えられたヒータの駆動回路をオ
フにする、または水蒸気を導入するためのバルブを閉じ
る等の操作により、酸化反応を停止させてもよい。
In the first and second embodiments, the semiconductor precursor is carried out of the oxidation furnace by the transfer device to stop the oxidation reaction. However, the drive circuit of the heater provided in the oxidation furnace is turned off. Alternatively, the oxidation reaction may be stopped by an operation such as closing a valve for introducing steam.

【0045】次に、本実施の形態の半導体製造装置を、
図8に示す選択酸化型の面発光型半導体レーザの製造に
適用した例を示す。
Next, the semiconductor manufacturing apparatus of this embodiment is
9 shows an example applied to the manufacture of the selective oxidation type surface emitting semiconductor laser shown in FIG.

【0046】n型GaAs基板1上に、n型GaAsバ
ッファー層2と、n型のアルミニウムガリウム砒素(A
0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As)からなる下部
n型DBR3と、アンドープのAl0.6Ga0.4Asから
なる下部スペーサ層4、アンドープのAl0.11Ga0.89
As量子井戸層およびアンドープのAl0.3Ga0.7As
障壁層からなる量子井戸活性層5、アンドープのAl
0.6Ga0.4Asからなる上部スペーサ層6とを含む活性
領域7と、p型のAl0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7
Asからなる上部DBR8と、同じくp型のGaAsコ
ンタクト層9とを順次積層し積層体を得た。ただし、上
部DBR8内の最下層のAl0.9Ga0.1Asの入るべき
周期の所には、p型のAlAs層10を挿入した。この
積層体の活性層5までを、三塩化ホウ素と塩素(BCl
3+Cl2)ガスを用いた反応性イオンエッチングにより
除去してメサ形状とした。これにより、AlAs層10
の側面が露出した。
An n-type GaAs buffer layer 2 and an n-type aluminum gallium arsenide (A
lower n-type DBR 3 made of l 0.9 Ga 0.1 As / Al 0.3 Ga 0.7 As), lower spacer layer 4 made of undoped Al 0.6 Ga 0.4 As, undoped Al 0.11 Ga 0.89
As quantum well layer and undoped Al 0.3 Ga 0.7 As
Quantum well active layer 5 composed of a barrier layer, undoped Al
An active region 7 including an upper spacer layer 6 made of 0.6 Ga 0.4 As, and a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As / Al 0.3 Ga 0.7
An upper DBR 8 made of As and a p-type GaAs contact layer 9 were sequentially laminated to obtain a laminate. However, a p-type AlAs layer 10 was inserted at a place where the lowermost layer Al 0.9 Ga 0.1 As in the upper DBR 8 should enter. Up to the active layer 5 of this laminate, boron trichloride and chlorine (BCl
3 + Cl 2 ) gas was removed by reactive ion etching using a gas to form a mesa shape. Thereby, the AlAs layer 10
The sides were exposed.

【0047】メサ形状とされた積層体を、95℃に加熱
された純水をバブリングして得られた水蒸気を、窒素を
キャリアガスに用いて酸化炉に輸送する導入管、該導入
管を開閉するためのバルブ、及びヒータを備えた本発明
の半導体製造装置の酸化炉内に戴置して400℃に加熱
し、加熱水蒸気によりAlAs層10の一部を露出面か
ら選択的に酸化した。
An inlet pipe for transporting steam obtained by bubbling pure water heated to 95 ° C. to the oxidation furnace using nitrogen as a carrier gas, and opening and closing the inlet pipe. Of the AlAs layer 10 was placed in an oxidizing furnace of a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention equipped with a valve and a heater for heating to 400 ° C., and a portion of the AlAs layer 10 was selectively oxidized from the exposed surface by heated steam.

【0048】ここで、実際に作製したいVCSELにお
けるアパーチャ径とモニター用サンプルの反射率との関
係を予め定量的に求めておくことは容易で、またそうす
ることでより正確なアパーチャ径の制御が可能となる。
例えば、以下のようにして、実際に作製したいVCSE
Lにおけるアパーチャ径とモニター用サンプルの反射率
との関係を実験により求めることができる。
Here, it is easy to quantitatively determine in advance the relationship between the aperture diameter of the VCSEL to be actually manufactured and the reflectance of the monitor sample, and by doing so, it is possible to control the aperture diameter more accurately. It becomes possible.
For example, as shown below,
The relationship between the aperture diameter at L and the reflectance of the monitor sample can be determined by experiment.

【0049】上述のVCSEL積層構造を持ち、ストラ
イプ状にエッチングされたモニター用サンプルを作製し
た。ストライプ幅は約15μm、ストライプ周期は約1
00μmで、反射スペクトルを測定するエリア(〜5m
m角)全体に周期的にストライプが形成されている。処
理時間を変えて酸化反応を行い、ストライプ幅に対して
酸化された部分の割合が異なるサンプルを作製し、各サ
ンプルを赤外線顕微鏡で観察して未酸化領域の幅(VC
SELのアパーチャ径に相当する)を測定し、各サンプ
ルの波長920nmの光に対する反射率を測定した。未
酸化領域の幅は処理時間に正比例して狭くなり、反射率
は処理時間に正比例して増加した。
A monitor sample having the above-mentioned VCSEL laminated structure and etched in a stripe shape was prepared. The stripe width is about 15 μm, and the stripe period is about 1
00 μm, the area for measuring the reflection spectrum (〜5 m
(m square) stripes are periodically formed over the entirety. Oxidation reaction was carried out by changing the treatment time to prepare samples in which the ratio of the oxidized portion to the stripe width was different. Each sample was observed with an infrared microscope and the width of the unoxidized region (VC
(Corresponding to the aperture diameter of the SEL), and the reflectance of each sample with respect to light having a wavelength of 920 nm was measured. The width of the unoxidized area narrowed in direct proportion to the processing time, and the reflectivity increased in direct proportion to the processing time.

【0050】また、実際に作製したいVCSELにおけ
るアパーチャ径とモニター用サンプルの反射率との関係
を、計算により予測することもできる。被測定物とし
て、図9Aに示すような正方形(矩形)形状の酸化可能
領域を有するモニター用サンプルAと、図9Bに示すス
トライプ形状の酸化可能領域を有するモニター用サンプ
ルBとを想定し、AlAs層全てが酸化されるまでの波
長920nmの光に対する反射率とアパーチャ径の経時
変化を計算した。反射率は、1)メサ底部、2)酸化部
(メサ内)、3)未酸化部(メサ内)の3箇所について
測定し、各部の面積比率を考慮した下記式に基づいて算
出したトータルの反射率である。
The relationship between the aperture diameter of the VCSEL to be actually manufactured and the reflectance of the monitor sample can be predicted by calculation. As an object to be measured, a monitor sample A having a square (rectangular) oxidizable region as shown in FIG. 9A and a monitor sample B having a stripe-shaped oxidizable region shown in FIG. Changes with time in the reflectance and the aperture diameter for light having a wavelength of 920 nm until all the layers were oxidized were calculated. The reflectivity was measured at three locations: 1) mesa bottom, 2) oxidized portion (in the mesa), and 3) unoxidized portion (in the mesa), and calculated based on the following formula in consideration of the area ratio of each portion. The reflectance.

【0051】 R(トータルの反射率)=R11+R22+R331:メサ底部の反射率 R2:酸化部の反射率 R3:未酸化部の反射率 S1:メサ底部の面積比率 モニター用サンプルAでは、S1=1−(B/L)2 モニター用サンプルBでは、S1=1−B/L S2:酸化部の面積比率 モニター用サンプルAでは、S2=(B2−A2)/L2 モニター用サンプルBでは、S2=(B−A)/L S3:未酸化部の面積比率 モニター用サンプルAでは、S3=A2/L2 モニター用サンプルBでは、S3=A/L なお、モニター用サンプルAでは、A=B−2vtの関
係が成立する。
R (total reflectance) = R1S1+ RTwoSTwo+ RThreeSThree R1: Reflectivity R at the bottom of the mesaTwo: Reflectance of oxidized part RThree: Reflectance of unoxidized part S1: Area ratio of mesa bottom In sample A for monitor, S1= 1− (B / L)Two  In monitor sample B, S1= 1-B / LSTwo: Area ratio of oxidized part In monitor sample A, STwo= (BTwo-ATwo) / LTwo  In monitor sample B, STwo= (BA) / LSThree: Area ratio of unoxidized part In monitor sample A, SThree= ATwo/ LTwo  In monitor sample B, SThree= A / L In the sample A for monitoring, the relation of A = B-2vt
The engagement is established.

【0052】図10からも分かるように、時間に比例し
てアパーチャー径(線Cで表す)は小さくなり、モニタ
ー用サンプルの反射率(線Aで表す)は放物線を描いて
増加し、モニター用サンプルの反射率(線Bで表す)は
直線的に増加する。また、この結果は、実験により求め
たデータともよく一致した。
As can be seen from FIG. 10, the aperture diameter (represented by the line C) decreases in proportion to the time, and the reflectance (represented by the line A) of the monitor sample increases by drawing a parabola. The reflectivity of the sample (represented by line B) increases linearly. In addition, this result was in good agreement with data obtained by experiments.

【0053】上記関係に基づいて、モニター用サンプル
の反射率が所望のアパーチャー径に対応する値になった
ときに、積層体を酸化炉から搬出し、酸化反応を終了し
た。
Based on the above relationship, when the reflectance of the monitor sample reached a value corresponding to the desired aperture diameter, the laminate was taken out of the oxidation furnace and the oxidation reaction was terminated.

【0054】酸化反応終了後は、さらに、前記メサを覆
うように、250℃でのプラズマ支援化学気層成長法に
てシリコン酸窒化膜11を約1μmの厚さで着膜し、前
記メサ上部に、出射口を除いてTi/Auの積層膜から
なるp型電極12を形成し、p型GaAsコンタクト層
9と接続した。基板裏面には、裏面全体を覆うようにn
型電極13を形成した。
After completion of the oxidation reaction, a silicon oxynitride film 11 is further deposited to a thickness of about 1 μm by plasma-assisted chemical vapor deposition at 250 ° C. so as to cover the mesa. Then, a p-type electrode 12 made of a laminated film of Ti / Au was formed except for the emission port, and connected to the p-type GaAs contact layer 9. On the back surface of the substrate, n
A mold electrode 13 was formed.

【0055】ここで、下部DBR3はn型のAl0.9
0.1As層と同Al0.3Ga0.7As層とを各々厚さλ
/(4nr)(λ:発振波長,nr:媒質の屈折率)づつ
交互に40.5周期積層して形成されたもので、ドーパ
ントのシリコン濃度は2×10 18cm-3である。p型の
AlAs層10は厚さλ/(4nr)で、ドーパントの
カーボン濃度は3×1018cm-3である。上部DBR8
はp型のAl0.9Ga0.1As層と同Al0.3Ga0.7As
層とを各々厚さλ/(4nr)づつ交互に30周期積層
して形成されたもので、ドーパントのカーボン濃度は3
×1018cm-3である。最後にp型のGaAsコンタク
ト層9は膜厚20nmで、カーボン濃度は1×1020
-3である。上部DBR8の周期数(層数)を下部DB
R3のそれよりも少なくしているのは、反射率に差をつ
けて出射光を基板上面より取り出すためである。ドーパ
ントの種類についてはここに挙げたものに限らず、n型
ならばセレン、p型ならば亜鉛やマグネシウムなどを用
いることも可能である。また詳しくは述べないが素子の
直列抵抗を下げるため、半導体多層膜中にはAl0.9
0.1As層とAl0.3Ga0.7As層の間に、その中間
のアルミ組成比を有するいわゆる遷移領域を挟んでい
る。メサを覆う絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒
化膜なども用いることができる。
Here, the lower DBR 3 is made of n-type Al.0.9G
a0.1Al with As layer0.3Ga0.7Each of the As layers and the thickness λ
/ (4nr) (Λ: oscillation wavelength, nr: Refractive index of medium)
It is formed by alternately laminating 40.5 cycles.
Silicon concentration of 2 × 10 18cm-3It is. p-type
The AlAs layer 10 has a thickness of λ / (4nr), Of the dopant
Carbon concentration is 3 × 1018cm-3It is. Upper DBR8
Is p-type Al0.9Ga0.1Al with As layer0.3Ga0.7As
And each of the layers has a thickness λ / (4nr) 30 cycles alternately
The carbon concentration of the dopant is 3
× 1018cm-3It is. Finally, p-type GaAs contact
The layer 9 has a thickness of 20 nm and a carbon concentration of 1 × 1020c
m-3It is. The number of cycles (the number of layers) of the upper DBR 8 is changed to the lower DB
What makes R3 less than that of R3
This is because the emitted light is extracted from the upper surface of the substrate. Dopa
The types of components are not limited to those listed here.
Use selenium for p-type, zinc or magnesium for p-type
It is also possible. Although not described in detail,
To reduce the series resistance, Al0.9G
a0.1As layer and Al0.3Ga0.7Between the As layers
So-called transition region with an aluminum composition ratio of
You. The insulating film covering the mesa is made of silicon oxide or silicon nitride.
An oxide film or the like can also be used.

【0056】得られた選択酸化型VCSELは、以上の
ように構成され、n型電極13とp型電極間12に電流
を流すことによりレーザ発振を行うことができ、発振波
長λ:780nmのレーザ光を基板表面から取り出すこ
とができる。
The obtained selective oxidation type VCSEL is configured as described above, and can perform laser oscillation by flowing a current between the n-type electrode 13 and the p-type electrode 12. The laser having an oscillation wavelength λ: 780 nm Light can be extracted from the substrate surface.

【0057】上記では、活性層にAlGaAsを用いた
近赤外波長のVCSELを例に説明したが、GaAsも
しくはInGaAsを用いた赤外用、InGaPもしく
はAlGaInPを用いた赤色用の面発光レーザにも適
用できる。更には、GaN系やZnSe系等の青色もし
くは紫外線面発光レーザ、InGaAsP系等の1.3
〜1.5μm帯面発光レーザにも利用できることはもち
ろんである。DBR層として半導体材料に限定されるこ
となく、絶縁膜を用いることも可能である。また、Al
As層を酸化する例について説明したが、AlGaAs
を酸化する場合、さらにはその他の半導体層でも酸化現
象が発生する材料にはすべて同様に利用できる。
In the above description, a VCSEL having a near infrared wavelength using AlGaAs for the active layer has been described as an example. However, the present invention is also applicable to a surface emitting laser for infrared using GaAs or InGaAs, and for red using InGaP or AlGaInP. it can. Further, a blue or ultraviolet surface emitting laser such as a GaN-based or ZnSe-based laser, or a 1.3-based laser such as an InGaAsP-based laser.
Of course, it can also be used for a surface emitting laser having a band of 1.5 μm. The DBR layer is not limited to a semiconductor material, but may be an insulating film. Also, Al
The example in which the As layer is oxidized has been described.
In the case of oxidizing the same, all other materials that cause an oxidation phenomenon in the semiconductor layer can be similarly used.

【0058】また、AlAs層が活性層直上に1層だけ
挿入されている例について説明したが、挿入位置は活性
層直上に限らず、また、AlAs層の数は複数であって
も本発明は利用できる。
Although an example in which only one AlAs layer is inserted directly above the active layer has been described, the present invention is not limited to the position where the AlAs layer is inserted just above the active layer, and the present invention is applicable even if the number of AlAs layers is plural. Available.

【0059】また、酸化型VCSELにはメサ形状を用
いず、例えば、基板に酸化用穴を設けて酸化アパーチャ
ーを形成する構造も提案されているが、本発明の半導体
製造装置及び半導体製造方法は、すべての酸化型VCS
ELに有効に利用できる。
In addition, a structure has been proposed in which an oxide aperture is formed by providing an oxidation hole in a substrate without using a mesa shape in an oxidized VCSEL. However, the semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention have been proposed. , All oxidized VCS
It can be used effectively for EL.

【0060】また、本発明の半導体製造装置及び半導体
製造方法は、酸化型VCSELのアパーチャー径を形成
するときの制御性向上策として利用することのみなら
ず、VCSELのDBRミラーを酸化工程を用いて作製
する時などにも利用できる。
Further, the semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention can be used not only as a measure for improving controllability when forming the aperture diameter of the oxidized VCSEL, but also by using the DBR mirror of the VCSEL using an oxidizing process. It can also be used when manufacturing.

【0061】以上の通り、本発明の半導体製造装置及び
半導体製造方法を選択酸化型VCSELの製造に適用す
れば、VCSEL共振器の反射率を経時観察すること
で、酸化距離すなわちアパーチャー径を酸化反応中に測
定することが可能となり、アパーチャー径を設計値通り
に形成し、レーザ特性にばらつきのないVCSELを歩
留まり良く製造することができるなど、選択酸化型VC
SELの製造プロセスの再現性を高くすることができ
る。
As described above, when the semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention are applied to the manufacture of a selective oxidation type VCSEL, the oxidation distance, that is, the aperture diameter can be determined by observing the reflectance of the VCSEL resonator over time. The selective oxidation type VC can be measured during the process, the aperture diameter can be formed as designed, and VCSELs without variation in laser characteristics can be manufactured with high yield.
The reproducibility of the SEL manufacturing process can be improved.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明の半導体製造装置及び半導体製造
方法は、酸化反応の進行度合いを経時追跡することがで
き、これにより酸化反応を適切に制御することができ
る、という効果を奏する。
According to the semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention, the degree of progress of the oxidation reaction can be tracked over time, whereby the oxidation reaction can be appropriately controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態に係る半導体製造装置の構成
を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment.

【図2】第1の実施の形態に係る半導体製造装置におけ
る被測定物の概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of an object to be measured in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態に係る半導体製造装置で行わ
れる制御ルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control routine performed in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment.

【図4】未酸化領域の面積と平均反射率との相関関係を
表すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a correlation between an area of an unoxidized region and an average reflectance.

【図5】第2の実施の形態に係る半導体製造装置におけ
る被測定物の概略図である。
FIG. 5 is a schematic view of an object to be measured in a semiconductor manufacturing apparatus according to a second embodiment.

【図6】第2の実施の形態に係る半導体製造装置で行わ
れる制御ルーチンを示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control routine performed in the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment.

【図7】未酸化領域の面積と平均反射率の変化率との相
関関係を表すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a correlation between the area of an unoxidized region and the rate of change in average reflectance.

【図8】本発明を適用することができる選択酸化型VC
SELの構成を示す概略断面図である。
FIG. 8 shows a selective oxidation type VC to which the present invention can be applied.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of an SEL.

【図9】VCSELのアパーチャ径と反射率の時間変化
を計算するために用いた被測定物のモデルを表す概略図
である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a model of an object to be measured used for calculating a temporal change of an aperture diameter and a reflectance of a VCSEL.

【図10】計算により求めたVCSELのアパーチャ径
と反射率の時間変化を表すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the change over time in the aperture diameter and the reflectance of the VCSEL obtained by calculation.

【図11】選択酸化型VCSELの電流−光出力特性の
アパーチャ径依存性を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing aperture diameter dependence of current-light output characteristics of a selective oxidation type VCSEL.

【図12】AlAsとAlOxの反射スペクトルの相違
を比較するためのスペクトル図である。
FIG. 12 is a spectrum diagram for comparing the difference between the reflection spectra of AlAs and AlO x .

【図13】AlAsの酸化による膜厚変化が反射スペク
トルに与える影響を示すためのスペクトル図である。
FIG. 13 is a spectrum diagram showing an influence of a change in film thickness due to oxidation of AlAs on a reflection spectrum.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 酸化炉 12 半導体前駆体 13 モニター用サンプル 14 白色光源 16 反射光検出手段 18 コンピュータ 20 モニター 22 ヒータ 24 バルブ 26 チョッパー 28、30 光ファイバー 29 フォトディテクター DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oxidation furnace 12 Semiconductor precursor 13 Monitor sample 14 White light source 16 Reflection light detection means 18 Computer 20 Monitor 22 Heater 24 Valve 26 Chopper 28, 30 Optical fiber 29 Photodetector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M106 AA01 AA13 BA04 CA70 DH04 DH12 DH31 5F045 AA20 AB31 AF05 CA12 GB04 5F073 AA65 AA72 AB17 AB28 BA02 BA06 CA04 CA05 CA07 CA12 CA14 CA22 DA27  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M106 AA01 AA13 BA04 CA70 DH04 DH12 DH31 5F045 AA20 AB31 AF05 CA12 GB04 5F073 AA65 AA72 AB17 AB28 BA02 BA06 CA04 CA05 CA07 CA12 CA14 CA22 DA27

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化炉内の被測定物に光を照射する光源
と、 酸化反応中の被測定物からの反射光を検出する反射光検
出手段と、 該反射光検出手段の検出信号に基づいて、反射率、平均
反射率、反射率の変化率、または平均反射率の変化率を
演算する演算手段と、 を備えた半導体製造装置。
1. A light source for irradiating an object to be measured in an oxidation furnace with light, reflected light detecting means for detecting reflected light from the object being oxidized, and a detection signal based on the detection signal of the reflected light detecting means. Calculating means for calculating the reflectance, the average reflectance, the change rate of the reflectance, or the change rate of the average reflectance.
【請求項2】 前記被測定物は、半導体前駆体または半
導体前駆体の近傍に配置されたモニター用サンプルであ
る請求項1に記載の半導体製造装置。
2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the object to be measured is a semiconductor precursor or a monitor sample arranged near the semiconductor precursor.
【請求項3】 前記演算手段での演算結果を表示する表
示手段を備えた請求項1または2に記載の半導体製造装
置。
3. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising display means for displaying a calculation result by said calculation means.
【請求項4】 前記演算手段での演算結果に基づいて、
反応を制御する反応制御手段を備えた請求項1〜3のい
ずれか1項に記載の半導体製造装置。
4. On the basis of a calculation result of the calculation means,
The semiconductor manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising reaction control means for controlling a reaction.
【請求項5】 前記モニター用サンプルは、反射率が酸
化時間に比例して増加または減少するように形成されて
いる請求項2〜4のいずれか1項に記載の半導体製造装
置。
5. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the monitor sample is formed so that the reflectance increases or decreases in proportion to the oxidation time.
【請求項6】 半導体前駆体の酸化可能領域の一部を選
択的に酸化して半導体を製造する半導体製造方法であっ
て、 酸化炉内の半導体前駆体または半導体前駆体の近傍に配
置されたモニター用サンプルに光を照射して、酸化反応
中の半導体前駆体または半導体前駆体の近傍に配置され
たモニター用サンプルからの反射光を検出し、 検出した反射光に基づいて、反射率、平均反射率、反射
率の変化率、または平均反射率の変化率を演算し、 演算結果に基づいて、酸化反応を制御して半導体を製造
する半導体製造方法。
6. A semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor, wherein the semiconductor manufacturing method is disposed in the oxidation furnace or in the vicinity of the semiconductor precursor. The monitor sample is irradiated with light to detect reflected light from the semiconductor precursor undergoing the oxidation reaction or the monitor sample arranged near the semiconductor precursor, and the reflectance and the average are determined based on the detected reflected light. A semiconductor manufacturing method for calculating a reflectance, a change rate of a reflectance, or a change rate of an average reflectance, and controlling an oxidation reaction based on a calculation result to manufacture a semiconductor.
【請求項7】 前記モニター用サンプルの酸化可能領域
消失時の反射率の変化率がゼロになることに基づいて、
酸化反応を制御する請求項6に記載の半導体製造方法。
7. Based on the fact that the rate of change of the reflectance of the monitor sample when the oxidizable region disappears becomes zero,
7. The method according to claim 6, wherein the oxidation reaction is controlled.
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