JP2017168626A - 面発光半導体レーザを作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りの有無に関係無くウエハ生産物に温度の面内均一性を高めることを可能にする面発光型半導体レーザを製造する方法を提供する。【解決手段】この作製方法は、ガス流路の上流から下流への方向に配列された第１部分６１ａ及び第２部分６１ｂと、第１部分６１ａを加熱するための第１ヒータ６２ａ及び第２部分６１ｂを加熱するための第２ヒータ６２ｂとを有する処理装置ＯＸＤを準備する。ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含みウエハ生産物ＳＰの表面に到達するＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を含むウエハ生産物ＳＰを第２部分６１ｂに置いた後に、第１ヒータ６２ａ及び第２ヒータ６２ｂに通電する。ウエハ生産物ＳＰを処理装置ＯＸＤに置いた後、酸化剤を含まない第１ガスを処理装置ＯＸＤに供給する。第１ガスを停止すると共に酸化剤を含む第２ガスを処理装置ＯＸＤに供給して、ウエハ生産物ＳＰを処理する。処理装置ＯＸＤにおいて第２ガスを停止する。【選択図】図６

Description

本発明は、面発光半導体レーザを作製する方法に関する。

特許文献１は、面発光型半導体レーザおよびその製造方法を開示する。

特許第５０３４６６２号公報

垂直共振型面発光レーザは、垂直共振を可能にする半導体ポストを含み、この半導体ポストは、複数の分布ブラッグ反射器それぞれのための半導体積層、及びこれらの半導体積層の間に設けられる活性層のための量子井戸構造を含む。垂直共振型面発光レーザの作製では、これら多層構造を提供できる半導体多層膜を含むエピタキシャル基板が作製される。エピタキシャル基板の厚い半導体多層膜をエッチングして、半導体ポストのアレイをウエハ上に形成する。これらの半導体ポストは酸化炉において酸化されて、垂直共振型面発光レーザのための電流狭窄構造が半導体ポストに形成される。電流狭窄構造は、垂直共振型面発光レーザの性能に深く関連している。電流狭窄構造を半導体ポストに形成する酸化工程では、ウエハが、温度制御されたホットプレートの支持面上に置かれると共に、酸化雰囲気に曝される。発明者の知見によれば、このような酸化方式における電流狭窄構造のばらつきは、ホットプレートの支持面における温度分布よりも大きい。発明者は、様々な実験によって、エピタキシャル基板の反りが電流狭窄構造のばらつきの原因の一つであることを発見した。垂直共振型面発光レーザのための厚い半導体多層膜は、エピタキシャル基板に反りを引き起こす。

本発明の一側面は、このような事情を鑑みて為されたものであり、反りの有無に関係無くウエハ生産物における温度の面内均一性を高めることを可能にする面発光型半導体レーザを製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る面発光半導体レーザを作製する方法は、ガス流路の上流から下流への方向に配列された第１部分及び第２部分と、前記第１部分を加熱するための第１ヒータ及び前記第２部分を加熱するための第２ヒータとを有する処理装置を準備する工程と、面発光半導体レーザのためのウエハ生産物を準備する工程と、前記ウエハ生産物を前記処理装置の前記第２部分に置く工程と、前記ウエハ生産物を前記処理装置に置いた後に、前記第１ヒータに通電すると共に前記第２ヒータに通電する工程と、前記ウエハ生産物を前記処理装置に置いた後に、前記処理装置に第１ガスを供給する工程と、前記処理装置において前記第１ガスを停止すると共に前記処理装置に第２ガスを供給して、前記ウエハ生産物を処理する工程と、前記処理装置において前記第２ガスを停止する工程と、を備え、前記第１ガスは、酸化剤を含まず、前記第２ガスは、酸化剤を含み、前記ウエハ生産物は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層が前記ウエハ生産物の表面に到達している。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明の一側面によれば、反りの有無に関係無くウエハ生産物に温度の面内均一性を高めることを可能にする面発光型半導体レーザを製造する方法が提供される。

図１は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図２は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図３は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図４は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図５は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図６は、図５に示された処理装置の一例を模式的に示す図面である。 図７は、図５に示された処理装置の別の例を模式的に示す図面である。 図８は、ガスフロー並びに第１ヒータ及び第２ヒータの温度プロファイルを示すタイムチャートである。 図９は、ウエハ生産物の反り及びウエハ生産物の面内温度分布を模式的に示す図面である。 図１０は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１１は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図１２は、本実施形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。

引き続く、いくつかの具体例を説明する。

一形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法は、（ａ）ガス流路の上流から下流への方向に配列された第１部分及び第２部分と、前記第１部分を加熱するための第１ヒータ及び前記第２部分を加熱するための第２ヒータとを有する処理装置を準備する工程と、（ｂ）面発光半導体レーザのためのウエハ生産物を準備する工程と、（ｃ）前記ウエハ生産物を前記処理装置の前記第２部分に置く工程と、（ｄ）前記ウエハ生産物を前記処理装置に置いた後に、前記第１ヒータに通電すると共に前記第２ヒータに通電する工程と、（ｅ）前記ウエハ生産物を前記処理装置に置いた後に、前記処理装置に第１ガスを供給する工程と、（ｆ）前記処理装置において前記第１ガスを停止すると共に前記処理装置に第２ガスを供給して、前記ウエハ生産物を処理する工程と、（ｇ）前記処理装置において前記第２ガスを停止する工程と、を備え、前記第１ガスは、酸化剤を含まず、前記第２ガスは、酸化剤を含み、前記ウエハ生産物は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層が前記ウエハ生産物の表面に到達している。

面発光半導体レーザを作製する方法によれば、第１ヒータに通電すると共に第２ヒータに通電しながら処理装置に第１ガスを供給して、第１ガスに第２部分においてウエハ生産物を曝す。第２部分におけるウエハ生産物は、第１ヒータによって加熱された第１ガスと第２ヒータとによってウエハ生産物の両面から加熱される。この後に、処理装置へのガス供給を第１ガスから第２ガスに切り替えてウエハ生産物を処理する。この処理では、第２ガスに含まれる酸化剤によって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層がウエハ生産物の表面から酸化される。面発光半導体レーザのための厚い半導体多層膜を備えるウエハ生産物は反っていることがある。ウエハ生産物の両面からの加熱は、反りの有無に関係無く、ウエハ生産物に温度の良好な面内均一性を提供できる。

一形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法では、前記第１ガスは、水素及びヘリウムの少なくともいずれかを含む。

面発光半導体レーザを作製する方法によれば、これらの気体は良好な熱伝導性を示す。

一形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法では、前記第２ガスは、前記酸化剤のための水蒸気を含む。

面発光半導体レーザを作製する方法によれば、加熱された水蒸気は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層にＩＩＩ族構成元素として含まれるアルミニウムの酸化物を形成できる。

一形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法では、前記処理装置は横型炉を含む。

面発光半導体レーザを作製する方法によれば、ガス流路は、横型炉において実現されることができる。

一形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法では、前記処理装置は縦型炉を含む。

面発光半導体レーザを作製する方法によれば、ガス流路は、縦型炉において実現されることができる。

一形態に係る面発光半導体レーザを作製する方法では、前記処理装置は、前記第２部分に位置するステージを含み、前記ステージは、前記第２ヒータを備え、前記ステージは、前記ウエハ生産物を支持する支持面を有する。

面発光半導体レーザを作製する方法によれば、ステージの支持面に接触するウエハ生産物の温度をステージの支持面を通して調整できる。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、面発光型半導体レーザを製造する方法に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１〜図１２を参照しながら、面発光半導体レーザを作製する方法に係る一実施例を説明する。図１〜図５、図１０〜図１２は、作製されるべき面発光半導体レーザの一素子区画を示す。この実施形態では、例えば垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を作製する。

工程Ｓ１０１では、図１に示されるように、面発光半導体レーザのためのエピタキシャル基板ＥＰを準備する。エピタキシャル基板ＥＰは、積層体１１及び基板１３を備え、積層体１１は基板１３の主面１３ａ上に設けられる。積層体１１は、第１分布ブラッグ反射器のための第１半導体積層１５、活性層のための半導体領域１７、及び第２分布ブラッグ反射器のための第２半導体積層１９を含む。第１半導体積層１５、半導体領域１７及び第２半導体積層１９は、基板１３の主面１３ａの法線軸Ｎｘの方向に配列されている。半導体領域１７は、発光のための量子井戸構造ＭＱＷを含むことができ、また、例えば、電流狭窄構造のためのＡｌ系のＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１を含むことができる。必要な場合には、エピタキシャル基板ＥＰの積層体１１は、バッファ層２３及び／又は上部コンタクト層２５を含むことができる。具体的には、バッファ層２３のための半導体層は第１半導体積層１５と基板１３との間に設けられ、上部コンタクト層２５のための半導体層は第２半導体積層１９上に設けられる。この実施例では、エピタキシャル基板ＥＰを準備するために、エピタキシャル基板ＥＰを作製する。エピタキシャル成長のための基板１３を準備する。基板１３は、半導体製のウエハを含むことができ、具体的には、ＧａＡｓウエハである。第１半導体積層１５は、第１半導体層１５ａ及び第２半導体層１５ｂを含み、第１半導体層１５ａ及び第２半導体層１５ｂは分布ブラッグ反射器を構成するように法線軸Ｎｘの方向に配列されている。第２半導体積層１９は、第３半導体層１９ａ及び第４半導体層１９ｂを含み、第３半導体層１９ａ及び第４半導体層１９ｂは、分布ブラッグ反射器を構成するように法線軸Ｎｘの方向に配列されている。積層体１１内の半導体層の成長は、例えば分子線エピタキシー法及び／又は有機金属気相成長法を用いて行われることができる。

エピタキシャル基板ＥＰの一例。
基板１３：ＧａＡｓ。
基板１３の厚さの範囲：４００〜７００μｍ。
第１半導体積層１５：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子。
第１半導体層１５ａ：ＧａＡｓ。
第２半導体層１５ｂ：ＡｌＧａＡｓ。
半導体領域１７。
量子井戸構造ＭＱＷ：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ，ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ。
Ａｌ系のＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１：ＡｌＧａＡｓ。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１の厚さ：５〜１０ｎｍ。
ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１のＡｌ組成：０．９〜１。
第２半導体積層１９：ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子。
第３半導体層１９ａ：ＧａＡｓ。
第４半導体層１９ｂ：ＡｌＧａＡｓ。
上部コンタクト層２５：ＧａＡｓ。
バッファ層２３：ＧａＡｓ。
積層体１１の厚さの範囲：６〜８μｍ。

工程Ｓ１０２では、図２に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰにマスク３１を形成する。マスク３１は、光共振器のための半導体ポストを規定する。マスク３１の作製のために、エピタキシャル基板ＥＰの積層体１１の主面１１ａ上に、無機絶縁膜（例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物といったシリコン系無機絶縁膜）を成長すると共に、この無機絶縁膜にフォトリソグラフィ及びエッチングを適用して、半導体ポストのためのパターンを有するマスク３１を形成する。

工程Ｓ１０３では、マスク３１を用いて、積層体１１から半導体ポストを形成する。図３に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰをエッチング装置ＥＴＣＨに置く。エッチング装置ＥＴＣＨはチャンバを排気可能であって、排気ポンプを用いた真空排気によりチャンバに所望の真空度を得る。真空排気が完了した後に、プロセスガス及びエッチャントを含む第１ガスＧＡ１Ｓをチャンバに供給する。エッチャントは、ボロン塩化物を備え、また塩素を更に含むことができる。プロセスガスは、水素及び／又はヘリウムを含むことができる。エッチング装置ＥＴＣＨは、誘導結合プラズマ反応性エッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）装置を備えることができる。誘導結合プラズマ反応性エッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）装置は、チャンバ、下部電極、誘導結合コイル、第１高周波電源、及び第２高周波電源を備える。チャンバは、誘電体ドームを備え、誘導結合コイルが、チャンバの誘電体ドームの外側に設けられる。下部電極は、チャンバ内に設けられ、またエピタキシャル基板ＥＰを搭載できる。第１高周波電源が下部電極に結合される。第２高周波電源が誘導結合コイルに結合される。必要な場合には、下部電極は、エッチングの処理に置かれる基板の温度調整のための冷却器に接続される。

エピタキシャル基板ＥＰのセットアップが完了した後に、ボロン塩化物及び塩素を含むエッチングガスＧＡ０Ｓをエッチング装置ＥＴＣＨに供給して、エピタキシャル基板ＥＰのプラズマエッチングを行う。このエッチャントは、マスク３１により規定されるパターンに従って、積層体１１をエッチングする。エッチングの前半では、第２半導体積層１９及び半導体領域１７を加工する一方で、エッチングの後半では、第１半導体積層１５を加工する。所望の半導体ポスト５５を形成した後に、積層体１１のプラズマエッチングを終了する。このエッチングにより、半基板生産物ＳＰ１が形成される。半基板生産物ＳＰ１は、基板１３及び半導体構造物５３を備える。半導体構造物５３は半導体ポスト５５を備える。

エッチング工程により、半導体ポスト５５のアレイが作製される。エッチング装置ＥＴＣＨから生産物を取り出した後に、工程Ｓ１０４では、図４に示されるように、マスク３１を除去する。エッチングにより、エピタキシャル基板ＥＰからウエハ生産物ＳＰが作製される。ウエハ生産物ＳＰは、基板１３及び半導体構造物５３を備える。半導体構造物５３は半導体ポスト５５を備える。半導体ポスト５５は、第１分布ブラッグ反射器、活性層、及び第２分布ブラッグ反射器を含み、これらはエピタキシャル基板ＥＰにおけるエピ構造に由来する。第１分布ブラッグ反射器、活性層、及び第２分布ブラッグ反射器は、法線軸Ａｘの方向に配列される。半導体ポスト５５は、法線軸Ｎｘの方向に延在する側面５５ａと、法線軸Ｎｘの方向に交差する平面に沿って延在する上面５５ｂとを備える。側面５５ａは、第１分布ブラッグ反射器、活性層及び第２分布ブラッグ反射器のための個々の半導体層の側面を備える。これらの半導体層は、積層体１１内の第１半導体積層１５、半導体領域１７（量子井戸構造ＭＱＷ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１）、第２半導体積層１９、バッファ層２３及び上部コンタクト層２５に由来する。図４には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１に由来する化合物半導体層５１が描かれている。半導体ポスト５５は化合物半導体層５１を含む。量子井戸構造ＭＱＷが上部分布ブラッグ反射器と下部分布ブラッグ反射器との間に設けられる。化合物半導体層５１が量子井戸構造ＭＱＷと上部分布ブラッグ反射器との間に設けられる。エッチングによる半導体ポストの作製によって、面発光半導体レーザのためのウエハ生産物ＳＰが準備される。

工程Ｓ１０５では、図５に示されるように、ウエハ生産物ＳＰを酸化雰囲気において、電流狭窄構造５７を形成する。電流狭窄構造５７は、化合物半導体層５１の部分的な酸化により作製される。この酸化の一例は、以下のように行われる。ウエハ生産物ＳＰを処理装置ＯＸＤの支持台上に置く。処理装置ＯＸＤの支持台は、支持台に載置されたウエハ生産物ＳＰの裏面を加熱することができるヒータを含む。酸化剤を含まない第１ガスＧＡ１Ｓを予め加熱して、ガス流路の上流において所望の雰囲気を得る。この雰囲気は、ガス流路の下流において支持台上のウエハ生産物ＳＰのおもて面を加熱する。ウエハ生産物ＳＰはその両面から加熱される。予備的な加熱が完了した後に、プロセスガス及び酸化剤を含む第２ガスＧＡ２Ｓをチャンバに供給する。第２ガスＧＡ２Ｓを予め加熱して、ガス流路の上流において所望の雰囲気を得る。この雰囲気は、ガス流路の下流において支持台上のウエハ生産物ＳＰに触れる。ウエハ生産物ＳＰでは、半導体ポスト５５は、活性層と上部ＤＢＲ構造との間に設けられた高Ａｌ組成のＡｌＧａＡｓ層といった化合物半導体層５１を含む。酸化雰囲気に置かれたウエハ生産物ＳＰでは、このＡｌＧａＡｓ層（エッチングされたＩＩＩ−Ｖ族半導体層２１）が半導体ポスト５５の側面５５ａから酸化されて、酸化アルミニウム層５７ａが形成されて、その内側に酸化されなかった半導体ウインドウ層５７ｂ（ＡｌＧａＡｓ層）が残る。酸化アルミニウム層５７ａは、ＡｌＧａＡｓの半導体ウインドウ層５７ｂを囲む。酸化アルミニウム層５７ａは、半導体ウインドウ層５７ｂに電流を閉じ込めることを可能にする。酸化雰囲気は、例えば高温の水蒸気（例えば摂氏３００度から摂氏４００度）を含む、予備加熱の雰囲気は、例えば高温の水素及び／又はヘリウム（例えば摂氏３００度から摂氏４００度）を含む。

（実施例）
図６及び図７を参照しながら、図５に示された処理装置ＯＸＤを説明する。図６を参照すると、処理装置ＯＸＤの一例として、処理装置ＯＸ１Ｄが準備されている。図６は処理装置ＯＸ１Ｄを示し、処理装置ＯＸ１Ｄはいわゆる横型炉を含む。処理装置ＯＸ１Ｄは、チャンバ６１、第１ヒータ６２ａ、第２ヒータ６２ｂ、ガス導入系６３、排気系６４、第１ヒータ電源６５ａ、及び第２ヒータ電源６５ｂを備える。チャンバ６１は、ガス流路ＦＬ１Ｗの上流から下流への方向に配列された第１部分６１ａ及び第２部分６１ｂを含む。また、チャンバ６１は、ウエハを支持するためのステージ６１ｃを第２部分６１ｂに有する。この処理装置ＯＸ１Ｄにおいては、ガス流路ＦＬ１Ｗは、横型炉において実現されることができる。ガス導入系６３はチャンバ６１の上流の導入ポート６１ｄに接続されており、排気系６４はチャンバ６１の下流の排気ポート６１ｅに接続されている。第１ヒータ６２ａは、チャンバ６１の第１部分６１ａを加熱するように設けられ、第１ヒータ電源６５ａに接続されている。第２ヒータ６２ｂは、チャンバ６１の第２部分６１ｂを加熱するように設けられ、第２ヒータ電源６５ｂに接続されている。横型炉では、必要な場合に、流路ガイド６１ｆを第２部分６１ｂに設けて、ガス流路ＦＬ１Ｗにおいて、第２部分６１ｂの断面積を第１部分６１ａの断面積より小さくすることができ、流路における断面積の差がガスの流速を上昇させる。これによって水蒸気を素早くウエハ上から引き抜くことにより水蒸気ガスの対流による温度分布を抑制できるためである。ガス導入系６３は、バブリングのためのキャリアガス源６７ａ（例えば、Ｈ_２及び／又はＨｅ）と、プロセスガス源の水素源６７ｂ及び窒素源６７ｃとを備える。キャリアガス源６７ａは、純水を備えるバブラー６６の入力に接続されており、バブラー６６の出力は、第１マスフロコントローラ６８ａ（ＭＦＣ）及び第１バルブ６９を介して導入ポート６１ｄに接続される。プロセスガス源の水素源６７ｂは、第２マスフロコントローラ６８ｂ及び第２バルブ６９ｂを介して導入ポート６１ｄに接続され、窒素源６７ｃは、第３マスフロコントローラ６８ｃ及び第３バルブ６９ｃを介して導入ポート６１ｄに接続される。第１バルブ６９、第２バルブ６９ｂ及び第３バルブ６９ｃは、それぞれ、酸化剤、加熱用のガス、及びプロセスガスの切り替えに用いられる。第１マスフロコントローラ６８ａ、第２マスフロコントローラ６８ｂ及び第３マスフロコントローラ６８ｃは、個々のガス流量の設定に用いられる。

図７を参照すると、処理装置ＯＸＤの一例として、処理装置ＯＸ２Ｄが準備されている。図７は処理装置ＯＸ２Ｄを示し、処理装置ＯＸ２Ｄはいわゆる縦型炉を含む。処理装置ＯＸ２Ｄは、チャンバ７１、第１ヒータ７２ａ、第２ヒータ７２ｂ、ガス導入系７３、排気系７４、第１ヒータ電源７５ａ、及び第２ヒータ電源７５ｂを備える。チャンバ７１は、ガス流路ＦＬ２Ｗの上流から下流への方向に配列された第１部分７１ａ及び第２部分７１ｂを含む。また、チャンバ７１は、ウエハを支持するためのステージ７１ｃを第２部分７１ｂに有する。この処理装置ＯＸ２Ｄにおいては、ガス流路ＦＬ２Ｗは、縦型炉において実現されることができる。ガス導入系７３はチャンバ７１の上流の導入ポート７１ｄに接続されており、排気系７４はチャンバ７１の下流の排気ポート７１ｅに接続されている。第１ヒータ７２ａは、チャンバ７１の第１部分７１ａを加熱するように設けられ、第１ヒータ電源７５ａに接続されている。第２ヒータ７２ｂは、チャンバ７１の第２部分７１ｂを加熱するように設けられ、第２ヒータ電源７５ｂに接続されている。縦型炉では、第１ガスＧＡ１Ｓ及び第２ガスＧＡ２Ｓは、第１部分７１ａを通過する際に第１ヒータ７２ａによって加熱されて、シャワーヘッド７１ｆを介して第２部分７１ｂに供給される。ガス流路ＦＬ２Ｗは、縦型炉においては、処理されるべきウエハ生産物の主面に交差する方向に延在する。ガス導入系７３は、バブリングのためのキャリアガス源７７ａ（例えば、Ｈ_２及び／又はＨｅ）と、プロセスガス源の水素源７７ｂ及び窒素源７７ｃとを備える。キャリアガス源７７ａは、純水を備えるバブラー７６の入力に接続されており、バブラー７６の出力は、第１マスフロコントローラ７８ａ（ＭＦＣ）を及び第１バルブ７９ａを介して導入ポート７１ｄに接続される。プロセスガス源の水素源７７ｂは、第２マスフロコントローラ７８ｂ及び第２バルブ７９ｂを介して導入ポート７１ｄに接続され、窒素源７７ｃは、第３マスフロコントローラ７８ｃ及び第３バルブ７９ｃを介して導入ポート７１ｄに接続される。第１バルブ７９、第２バルブ７９ｂ及び第３バルブ７９ｃは、それぞれ、酸化剤、加熱用のガス、及びプロセスガスの切り替えに用いられる。第１マスフロコントローラ７８ａ、第２マスフロコントローラ７８ｂ及び第３マスフロコントローラ７８ｃは、個々のガス流量の設定に用いられる。

図８は、ガスフロー並びに第１ヒータ及び第２ヒータの温度プロファイルを示す。第１マスフロコントローラ６８ａ、第２マスフロコントローラ６８ｂ及び第３マスフロコントローラ６８ｃはそれぞれのガス流量を規定できる。第１バルブ６９ａ、第２バルブ６９ｂ及び第３バルブ６９ｃは、それぞれのガスの切り替えることができる。このような処理装置ＯＸＤを用いて、図８に示されるプロセスフローに従って、酸化雰囲気においてウエハ生産物ＳＰに電流狭窄構造５７を形成する。時刻ｔ１において、処理装置ＯＸＤにウエハ生産物ＳＰをロードして、チャンバの第２部分のステージ上に置くと共に、プロセスガス（例えば窒素）を流しながらチャンバの排気を行って所望の真空度をチャンバに提供する。

ウエハ生産物ＳＰを処理装置ＯＸＤに置いた後に、第１ヒータに通電すると共に第２ヒータに通電する。これらの通電は、具体的には以下のように行われる。時刻ｔ２において、第２ヒータに電流を流して、チャンバの第２部分及びウエハ生産物ＳＰを加熱するための第２ヒータの温度上昇を開始する。第２ヒータの温度上昇の速度は、例えば１０度／分である。

ウエハ生産物ＳＰを処理装置ＯＸＤに置いた後に、ウエハ生産物ＳＰを加熱するための第１ガスを処理装置ＯＸＤに供給する。第１ガスは、酸化剤を含まない。具体的には、時刻ｔ３において、プロセスガス（例えば窒素）を加熱用の第１ガス（例えば、Ｈ_２及び／又はＨｅ）に変更する。この変更がチャンバにおいて完了した後に、時刻ｔ４において第１ヒータに電流を流して、チャンバの第１部分を通過するガスを加熱する。ウエハ生産物ＳＰが第１部分ではなく第２部分に置かれているので、第２ヒータの温度上昇の速度は、第１ヒータの温度上昇の速度に比べて小さい。第１ヒータの温度上昇の速度は、例えば５０度／分である。ガスの切り替え（窒素から水素への切り替え）が完了する辺り又は第１ヒータの通電開始の辺りの時刻（例えば時刻ｔ５）においては、第２ヒータの温度は十分に安定している。時刻ｔ６においては、第１ヒータの温度及び第２ヒータの温度は、共に十分に安定している。

時刻ｔ７においては、ウエハ生産物ＳＰの温度は面内においてほぼ均一になっている。処理装置ＯＸＤにおいて第１ガスを停止すると共に処理装置ＯＸＤに第２ガスを供給して、ウエハ生産物ＳＰを処理する。第２ガスは、酸化剤（例えば、高温の水蒸気）を含む。具体的には、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間において、第１ヒータ及び第２ヒータの通電を維持しながら、ガスの切り替え（水素から水蒸気への切り替え）を速やかに行う。時刻ｔ８において切り替えを完了して、酸化プロセスが行われる。チャンバの第１部分において、水蒸気は所望の温度に加熱されて、チャンバの第２部分においてウエハ生産物ＳＰに触れる。全体にわって高い温度均一性のウエハ生産物ＳＰの半導体ポストに、第１部分において予め加熱された水蒸気（酸化剤）が触れて、摂氏４００度で酸化が進んでいく。第２ヒータの温度或いは酸化温度は、例えば摂氏３００〜４００度であることができる。或いは、第１ヒータの温度は、ウエハ生産物の加熱を行うことができる範囲で第２ヒータの温度と異なることができ、この範囲は、例えば第２ヒータの温度に対して＋１０及び−１０度の範囲であることができる。

酸化を停止させるために、処理装置ＯＸＤにおいて第２ガスを停止する。具体的には、時刻ｔ９において、第１ヒータ及び第２ヒータの通電を維持しながら、ガスの切り替え（水蒸気から窒素への切り替え）を速やかに行う。第２ガスを停止して酸化を停止させた後に、ウエハ生産物ＳＰの温度を下げる。時刻ｔ１０において第１ヒータの温度を除去に下げるために第１ヒータの電流を低減する。第１ヒータの温度降下の速度は、例えば５０度／分である。第１ヒータの温度降下に伴って、第１部分を流れるガスの温度を低くなる。このガスは、第２部分において加熱されるけれども、第２部分に置かれたウエハ生産物ＳＰの温度を下げるように働く。次いで、時刻ｔ１１において、第２ヒータの温度を徐々に下げるように第２ヒータの電流を低減する。第２ヒータの温度降下の速度は、例えば１０度／分である。第２ヒータの温度降下に伴って、第２部分に置かれたウエハ生産物ＳＰの温度が下がっていく。時刻ｔ１２において、第１及び第２ヒータの温度は室温、例えば２５℃になる。時刻ｔ１３において、酸化されたウエハ生産物ＳＰをアンロードする。

ウエハ生産物ＳＰでは、ＩＩＩ族構成元素として高いアルミニウム組成（例えば０．９以上）を含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層がウエハ生産物の表面に到達している。具体的には、半導体ポスト５５は、このＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を含み、この化合物半導体層５１の側面は、高温の水蒸気（酸化剤）に触れる。半導体ポスト５５の内部に徐々に酸化されて、半導体の構成元素のＡｌはアルミニウムの酸化物に変化していく。ウエハ生産物ＳＰの温度及び酸化時間によって酸化の進捗が制御される。これ故に、ウエハ生産物ＳＰの面内の温度均一性が、酸化プロセスにおいて重要な因子である。

処理装置ＯＸＤは、第２部分６１ｂ、７１ｂに位置するステージ６１ｃ、７１ｃを含み、このステージ６１ｃ、７１ｃは、第２ヒータ６２ｂ、７２ｂを備えることができる。ステージ６１ｃ、７１ｃは、ウエハ生産物ＳＰを支持する支持面を有する。ステージ６１ｃ、７１ｃの支持面に接触するウエハ生産物ＳＰの温度をステージ６１ｃ、７１ｃの支持面を通して調整できる。しかしながら、ウエハ生産物ＳＰは、制御できない反りを有する。図９は、ウエハ生産物の反り及び面内温度分布を示す図面である。図９の（ａ）部は、酸化炉のステージ上に置かれたウエハ生産物Ｗ（ウエハの直径は７６ｍｍ）を示す平面図である。図９の（ｂ）部及び（ｃ）部は、それぞれ、酸化炉のステージ上に置かれたウエハ生産物Ｗの主面に直交する２断面における反りＷＰを模式的に示す断面図である。反りＷＰは約３０μｍ程度である。図９の（ｄ）部は、ステージ（ステージ温度、摂氏４００度）から加熱されたウエハ生産物Ｗの温度分布を模式的に示す図面である。ウエハ生産物Ｗの中心エリアＲＩＮにおいては、温度は摂氏４００度程度であり、ウエハ生産物Ｗの中心から５０μｍより外側エリアＲＯＵＴにおいては、温度は摂氏３９０度程度である。

本実施形態の作製方法によれば、第１ヒータ６２ａ、７２ａに通電すると共に第２ヒータ６２ｂ、７２ｂに通電しながら、処理装置ＯＸＤ（ＯＸ１Ｄ、ＯＸ２Ｄ）に第１ガスを供給して、この第１ガスにウエハ生産物ＳＰを第２部分６１ｂ、７１ｂにおいて曝す。第２部分６１ｂ、７１ｂにおけるウエハ生産物ＳＰは、第１ヒータ６２ａ、７２ａによって加熱された第１ガスと第２ヒータ６２ｂ、７２ｂとによって該ウエハ生産物ＳＰの両面から加熱されて、該ウエハ生産物ＳＰの温度が調整される。この後に、処理装置ＯＸＤへのガス供給を第１ガスから第２ガスに切り替えてウエハ生産物ＳＰを処理する。この処理では、第２ガスに含まれる酸化剤（例えばスチーム）によって、化合物半導体層５１がウエハ生産物ＳＰの表面から酸化される。面発光半導体レーザのための厚いウエハ生産物ＳＰ（第１半導体積層１５、半導体領域１７、第２半導体積層１９を備える）は反っていることがある。ウエハ生産物ＳＰの両面からの加熱は、反りの有無に関係無く、ウエハ生産物ＳＰに温度の良好な面内均一性を提供できる。

実施例の説明から、作製方法の説明に戻る。

工程Ｓ１０６では、電流狭窄構造を形成した後に、図１０に示されるように、パッシベーション膜５９を全面に成長する。パッシベーション膜５９は、例えばプラズマＣＶＤ法により成長されることができ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ又はＳｉＯ_２といったシリコン系無機絶縁膜を備える。パッシベーション膜５９は、当該面発光半導体レーザが出射する光の波長に対して、パッシベーション膜５９が高反射膜になるように調整された膜厚を有することができる。

工程Ｓ１０７では、パッシベーション膜５９を成長した後に、図１１に示されるように、電極形成のための開口をエッチング及びフォトリソグラフィによりパッシベーション膜５９に形成する。本実施例では、パッシベーション膜５９は、バッファ層上に設けられた第１開口５９ａと、半導体ポスト５５の上面５５ｂに設けられた第２開口５９ｂとを備える。

工程Ｓ１０８では、パッシベーション膜５９を成長した後に、図１２に示されるように、第１開口５９ａ及び第２開口５９ｂにそれぞれ第１電極６０ａ及び第２電極６０ｂを形成する。第１電極６０ａ及び第２電極６０ｂの各々は、ＴＩ／Ｐｔ／Ａｕ積層構造を備えることができる。半導体チップに作製された面発光半導体レーザは、図１２に示される外観を有する。

これらの工程により、面発光半導体レーザが作製される。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

以上説明したように、本実施形態によれば、反りの有無に関係無くウエハ生産物に温度の面内均一性を高めることを可能にする面発光型半導体レーザを製造する方法が提供される。

１１…積層体、ＥＰ…エピタキシャル基板、１３…基板、１５…第１半導体積層、１５ａ…第１半導体層、１５ｂ…第２半導体層、１７…半導体領域、ＭＱＷ…量子井戸構造、１９…第２半導体積層、１９ａ…第３半導体層、１９ｂ…第４半導体層、２３…バッファ層、２５…上部コンタクト層、ＯＸＤ、ＯＸ１Ｄ、ＯＸ２Ｄ…処理装置、５１…化合物半導体層、５５…半導体ポスト、５７…電流狭窄構造、５７ａ…酸化アルミニウム層、５７ｂ…半導体ウインドウ層。

Claims (6)

1. 面発光半導体レーザを作製する方法であって、
   ガス流路の上流から下流への方向に配列された第１部分及び第２部分と、前記第１部分を加熱するための第１ヒータ及び前記第２部分を加熱するための第２ヒータとを有する処理装置を準備する工程と、
   面発光半導体レーザのためのウエハ生産物を準備する工程と、
   前記ウエハ生産物を前記処理装置の前記第２部分に置く工程と、
   前記ウエハ生産物を前記処理装置に置いた後に、前記第１ヒータに通電すると共に前記第２ヒータに通電する工程と、
   前記ウエハ生産物を前記処理装置に置いた後に、前記処理装置に第１ガスを供給する工程と、
   前記処理装置において前記第１ガスを停止すると共に前記処理装置に第２ガスを供給して、前記ウエハ生産物を処理する工程と、
   前記処理装置において前記第２ガスを停止する工程と、
   を備え、
   前記第１ガスは、酸化剤を含まず、前記第２ガスは、酸化剤を含み、
   前記ウエハ生産物は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層を含み、前記ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体層が前記ウエハ生産物の表面に到達している、面発光半導体レーザを作製する方法。
2. 前記第１ガスは、水素及びヘリウムの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載された面発光半導体レーザを作製する方法。
3. 前記第２ガスは、前記酸化剤のための水蒸気を含む、請求項１又は請求項２に記載された面発光半導体レーザを作製する方法。
4. 前記処理装置は横型炉を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザを作製する方法。
5. 前記処理装置は縦型炉を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザを作製する方法。
6. 前記処理装置は、前記第２部分に位置するステージを含み、
   前記ステージは、前記第２ヒータを備え、
   前記ステージは、前記ウエハ生産物を支持する支持面を有する、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された面発光半導体レーザを作製する方法。

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