JP3972534B2 - Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method - Google Patents

Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP3972534B2
JP3972534B2 JP27186799A JP27186799A JP3972534B2 JP 3972534 B2 JP3972534 B2 JP 3972534B2 JP 27186799 A JP27186799 A JP 27186799A JP 27186799 A JP27186799 A JP 27186799A JP 3972534 B2 JP3972534 B2 JP 3972534B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
precursor
region
oxidation
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP27186799A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001093896A (en
Inventor
秀生 中山
広己 乙間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd, Fujifilm Business Innovation Corp filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP27186799A priority Critical patent/JP3972534B2/en
Publication of JP2001093896A publication Critical patent/JP2001093896A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3972534B2 publication Critical patent/JP3972534B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【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。
【0002】
【従来の技術】
垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)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。
【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 et al. "Low threshold voltage 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。
【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Al0.9Ga0.1As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38周期積層した下部n型DBR(Distributed 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Al0.98Ga0.02As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DBR層、を積層する。
【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。
【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形成している。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。
【0007】
また、例えば、上記方法で作製されたVCSEL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。
【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。
【0009】
例えば、D.L.Huffaker et al. "Multiwavelength, Densely-Packed 2x2 Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Array Fabricated Using Selective Oxidation", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.8, pp.858-860, 1996には、図9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VCSELの電流−光出力特性が報告されている。図9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。
【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。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、K.M.Geib et. al. "Fabfication issues of oxide-confined VCSELs", 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AlGaAs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。
【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。
【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、電気抵抗または電流量の経時変化を追跡することができ、電気抵抗または電流量から酸化反応の進行度合いを予測して、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。
【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、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であって、前記半導体前駆体または前記半導体前駆体の近傍に配置され且つ酸化可能領域を備えたモニター用サンプルに電圧を印加する一対の電極プローブを備え、電流経路が前記半導体前駆体の酸化可能領域または前記モニター用サンプルの酸化可能領域を横切るように前記一対の電極プローブを接触させて、前記半導体前駆体または前記モニター用サンプルの酸化反応中の電気抵抗または電流量を検出する検出手段と、検出された電気抵抗または電流量に基づいて、酸化炉内の半導体前駆体の酸化反応を制御する反応制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0015】
請求項1に記載の発明では、検出手段により、酸化炉内の半導体前駆体またはモニター用サンプルの酸化反応中の電気抵抗または電流量を経時追跡することができる。また、装置内に設けられた反応制御手段により、電気抵抗または電流量が酸化反応の進行度合いにより変化することを利用して、酸化反応の進行度合いを予測し、半導体前駆体の酸化反応を適切に制御することができる。
【0016】
請求項2に記載の半導体製造装置は、請求項1に記載の発明において、前記電気抵抗または電流量を表示する表示手段をさらに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。
【0017】
請求項3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、前記半導体前駆体または前記半導体前駆体の近傍に配置され且つ酸化可能領域を備えたモニター用サンプルを酸化炉内に配置し、電流経路が前記半導体前駆体の酸化可能領域または前記モニター用サンプルの酸化可能領域を横切るように一対の電極プローブを接触させて、前記半導体前駆体または前記モニター用サンプルの酸化反応中の電気抵抗または電流量を検出し、検出された電気抵抗または電流量に基づいて、酸化炉内の半導体前駆体の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。
【0018】
請求項6に記載の半導体製造方法は、請求項3に記載の発明において、前記半導体前駆体の近傍に配置されたモニター用サンプルの電気抵抗または電流量が急激に変化したときに、半導体前駆体の酸化反応を停止することを特徴とする。
酸化可能領域の消失時における電気抵抗または電流量の変化は明確であり、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モニター用サンプルを設計し、モニター用サンプルの酸化可能領域消失時に酸化反応を停止すれば、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。
【0019】
なお、「近傍」とは、酸化炉内で半導体前駆体と同じ酸化環境を享受できる程度の距離内であることを意味する。
【0020】
【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。
【0021】
(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、半導体前駆体12に所定電圧を印加するための一対の測定用電極プローブ14、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。
【0022】
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。
【0023】
測定用電極プローブ14、16は、両プローブ間に電圧を印加したときに、電流経路が酸化可能領域12Aを横切るように半導体前駆体12に接触している。測定用電極プローブ14、16は、酸化反応の間、半導体前駆体12に接触した状態で一時的に固定することができれば、針状でもクリップのような形状でもよい。
【0024】
また、測定用電極プローブ16はスイッチ17を介して電源19に接続されており、測定用電極プローブ14は電流計15に接続され、電流計15はA/D変換器(図示せず)を介してコンピュータ18に接続されている。そして、コンピュータ18からの信号によりスイッチ17をオンにして、電源19から測定用電極プローブ14と16との間に所定電圧を印加し、そのとき流れた電流を電流計15により検出して、検出信号を出力する。電流計15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。
【0025】
コンピュータ18は、CPU32、ROM34、及びRAM36を含んで構成されており、CPU32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。
【0026】
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、電流計15からの信号を取り込み、ステップ102で電流量Iと印加電圧Vとから電気抵抗Rを演算して、ステップ104で電気抵抗Rをモニター20に表示する。
【0027】
次に、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酸化時間の二乗に比例して増加する。一方、電気抵抗Rは、酸化領域が増加するにつれて少しずつ増加し、半導体前駆体12の酸化可能領域12Aの総てが酸化されると急上昇して、その後は一定になる。従って、予めROMに記憶しておいた電気抵抗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。に対応する電気抵抗Rxを求め、電気抵抗Rが電気抵抗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ことができる。
【0028】
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に表示された電気抵抗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。ステップ106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。
【0029】
(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、半導体前駆体12の近傍に図5(B)に示すモニター用サンプル13を配置し、これを用いて電気抵抗を検出した以外は、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。
【0030】
モニター用サンプル13は、図5(B)に示すストライプ形状の酸化可能領域を有し、図5(A)に示す半導体前駆体12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、酸化炉に入れる前のモニター用サンプル13の酸化可能領域13Aの幅rmは下記式に示すように定められている。但し、NAは作製する半導体前駆体12の未酸化領域の径、r0はその酸化可能領域の径である。
m=r0−NA
酸化速度Vは一定であるから、モニター用サンプルの酸化可能領域13Aの径rmが、半導体前駆体12の酸化可能領域の径r0と未酸化領域の径NAとの差に等しくなったときに、半導体前駆体12の未酸化領域の径NAが所望の値になると同時に、モニター用サンプルの酸化可能領域13Aが消失する。
【0031】
測定用電極プローブ14、16は、電圧を印加したときに、電流経路が酸化可能領域13Aを横切るようにモニター用サンプル13に接触している。
【0032】
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、電流計15からの信号を取り込み、電流量Iを検出する。ステップ202で検出した電流量Iをモニター20に表示する。
【0033】
次に、ステップ204で反応停止条件が成立しているか否かを判別する。
モニター用サンプル13の酸化可能領域13A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酸化時間に比例して増加または減少する。一方、モニター用サンプル13を通過する電流量Iは、酸化領域が増加すると少しずつ減少し、モニター用サンプル13の酸化可能領域13Aの総てが酸化されて消失した時点で急激に減少する。従って、電流量が急変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。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に表示された電流量I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。
【0034】
ステップ204で反応停止条件が成立していれば、ステップ206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。
【0035】
第1の実施の形態では、電気抵抗Rを演算し、演算した電気抵抗R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、電流量Iに基づいて酸化反応を制御してもよい。また、現時刻における電気抵抗Rnewと、同様にして求められRAMに記憶された前回の電気抵抗Roldとから電気抵抗の変化率ΔR(=Rold−Rnew)を演算し、電気抵抗の変化率ΔRに基づいて酸化反応を制御してもよい。
【0036】
第2の実施の形態では、モニター用サンプルの電流量Iを検出し、検出した電流量Iに基づいて酸化反応を制御したが、第1の実施の形態のように、電気抵抗Rに基づいて酸化反応を制御してもよい。また、電流量Iから電流量の変化率ΔIを演算し、電流量の変化率ΔIに基づいて酸化反応を制御してもよい。
【0037】
第2の実施の形態では、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。
【0038】
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。
【0039】
第1及び第2の実施の形態では、半導体前駆体またはモニター用サンプルに測定用電極プローブを接触させたが、接触抵抗を低減するために、電極材料からなるコンタクト部材を酸化工程より先に半導体前駆体またはモニター用サンプル設けておき、そこに測定用電極プローブを接触させてもよい。
【0040】
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。
【0041】
次に、本実施の形態の半導体製造装置を、図7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。
【0042】
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(Al0.9Ga0.1As/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Al0.11Ga0.89As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Al0.6Ga0.4As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/Al0.3Ga0.7As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VCSEL前駆体を得た。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(BCl3+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。
【0043】
VCSEL前駆体と同じ積層構造であり、VCSEL前駆体のアパーチャ径が所望の値になったときにAlAs層が総て酸化されて消失するように設計されたモニター用サンプルを用意した。
【0044】
メサ形状とされたVCSEL前駆体を、上記モニター用サンプルと共に、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する。
【0045】
モニター用サンプルのn型GaAs基板とp型のGaAsコンタクト層とに、測定用電極プローブを接触させ、その両端に5Vの電圧を印加して電気抵抗Rの時間変化を追跡した。電気抵抗Rは、図8に示すように、酸化反応の進行と共に少しずつ増加し、モニター用サンプルのAlAs層がすべて酸化された時点(B点)で大きく増加した。この時点で酸化反応を停止することで、所望のアパーチャー径NAを得ることができた。なお、VCSEL前駆体の電気抵抗Rの時間変化も同様の挙動を示すが、その場合は未酸化領域が形成されるように、AlAs層がすべて酸化される以前の時点(例えば、A点)で反応を停止する。
【0046】
このようにAlAs層が総て酸化されると電気抵抗が大きく変化することは、次のことからも容易に説明できる。即ち、AlAsを水蒸気下で酸化した場合にはAl23が得られる(S.Guha, Appl.Phys.Lett.Vol.68,pp.906-908)が、理科年表によると、Al23の比抵抗は1011〜1014Ω・cmである。酸化反応後のAlAs層、すなわちAl23層の膜厚は20〜40nmであるから、Al23選択酸化層の抵抗は、Al23の比抵抗(1011Ω・cm)×厚み(20nm)÷面積(メサ径を50μmとする)で求められ、少なくとも1MΩ以上となる。一方、数μmのアパーチャ径を有する選択酸化型のVCSELの直列抵抗は、数百Ωに過ぎない。これを比較すれば、AlAs層が総て酸化された時点で、電気抵抗が大きく変化することは疑う余地がない。
【0047】
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。
【0048】
ここで、下部DBR3はn型のAl0.9Ga0.1As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2×1018cm-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1×1020cm-3である。上部DBR8の周期数(層数)を下部DBR3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Al0.9Ga0.1As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。
【0049】
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。
【0050】
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、AlAs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。
【0051】
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。
【0052】
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VCSELに有効に利用できる。
【0053】
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。
【0054】
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、酸化反応中のVCSEL前駆体またはモニター用サンプルの電気抵抗(または電流量)の経時変化を追跡することができ、酸化反応の進行度合いに応じて電気抵抗(または電流量)が変化することに基づいて、酸化反応を制御することができる。その結果、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VCSELの製造プロセスの再現性を高くすることができる。
【0055】
【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、電気抵抗または電流量の経時変化を追跡することができ、電気抵抗または電流量から酸化反応の進行度合いを予測して、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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】第1の実施の形態に係る半導体製造装置における半導体前駆体の概略図である。
【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。
【図4】電気抵抗Rと未酸化領域の面積Sとの相関関係を表すグラフである。
【図5】図5(A)は半導体前駆体の概略平面図であり、(B)は(A)に示す半導体前駆体の酸化反応の制御に用いるモニター用サンプルの概略平面図である。
【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。
【図7】本発明を適用することができる選択酸化型VCSELの構成を示す概略断面図である。
【図8】実験により求めたVCSELの電気抵抗Rの時間変化を表すグラフある。
【図9】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。
【符号の説明】
10 酸化炉
12 半導体前駆体
13 モニター用サンプル
14,16 測定用電極プローブ
15 電流計
17 スイッチ
18 コンピュータ
19 電源
20 モニター
22 ヒータ
24 バルブ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
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 manufacturing method for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor.
[0002]
[Prior art]
Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) has many advantages such as lower manufacturing costs, higher manufacturing yield, and easier two-dimensional integration compared to edge emitting lasers. Therefore, it is expected to be used in many fields such as optical communication, optical information processing, and optical recording.
[0003]
VCSELs are classified into several types according to their basic structure, but the most promising from the viewpoint of laser characteristics such as threshold current value, response speed, power consumption, etc. is called selective oxidation type VCSEL. It is what. For example, as described in KD Choquette et al. “Low threshold voltage vertical-cavity lasers fabricated by selective oxidation” Electron. Lett., Vol. 30, pp. 2033-2044, 1994, etc., AlAs selective oxidation. The type VCSEL is manufactured as follows.
[0004]
First, a lower portion in which 38 cycles of GaAs and Al 0.9 Ga 0.1 As are alternately stacked on an n-type GaAs substrate so that each film thickness becomes 1/4 of the wavelength in the medium by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). An undoped active region in which the film thickness is an in-medium wavelength formed of an n-type DBR (Distributed Bragg Reflector) layer, three InGaAs quantum well active layers, and a GaAs spacer layer, and the film thickness is 1/4 of the in-medium wavelength. An Al 0.98 Ga 0.02 As current confinement layer and a lower n-type DBR layer in which GaAs and Al 0.9 Ga 0.1 As are alternately laminated for 25 periods so that the film thicknesses are each ¼ of the wavelength in the medium are laminated.
[0005]
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 leaving a few μm at the center. Finally, Ti / Au and AuGe / Ni / Au are deposited on the upper and lower surfaces as electrodes to complete the selective oxidation type VCSEL.
[0006]
As described above, the selective oxidation type VCSEL forms a current confinement structure using a selective oxidation process of AlAs or AlGaAs after crystal growth. As a result, all crystal growth is performed on a flat surface, and a crystal layer with good characteristics can be used. In addition, there is no worry of damage to the active layer generated by the implant type.
[0007]
In addition, for example, when current is injected into the VCSEL manufactured by the above method through the electrodes on both sides, the injected current is confined to a few μm center of the mesa shape that has not been oxidized, and a low threshold current value of 900 μA is obtained. As shown, the selective oxidation VCSEL has excellent laser characteristics.
[0008]
In the selective oxidation type VCSEL, the AlAs or AlGaAs layer remaining without being oxidized is referred to as an aperture (opening). Although the selective oxidation type VCSEL has excellent laser characteristics such as a low threshold current value, various laser characteristics greatly depend on the aperture diameter.
[0009]
For example, DLHuffaker et al. "Multiwavelength, Densely-Packed 2x2 Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Array Fabricated Using Selective Oxidation", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.8, pp.858-860, 1996 As shown in FIG. 9, the current-light output characteristics of selective oxidation VCSELs having aperture diameters of 2, 2.5, 3, and 3.5 μm have been reported. As can be seen from FIG. 9, the threshold current value and the efficiency are greatly different depending on the aperture diameter. Although not shown in the figure, the maximum light output also depends on the aperture diameter. There is also a report that the single mode maximum light output or transverse mode of the selectively oxidized VCSEL largely depends on the aperture diameter.
[0010]
In the oxidation process for forming the aperture, a wet oxidation method as described in US Pat. No. 5,262,360 is generally used. This method is a method in which pure water heated to 80 to 100 ° C. is bubbled using nitrogen as a carrier gas, and the water vapor is transported 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 using this oxidation process were repeatedly performed under various conditions using an oxidation furnace that was actually used, and oxidation was performed under optimized conditions based on the obtained results to produce a selective oxidation type VCSEL. It was.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, as reported in many reports including KMGeib et. Al. "Fabfication issues of oxide-confined VCSELs", SPIE Vol.3003, pp.69-74, 1997, the oxidation rate of oxidized AlAs or AlGaAs is It is influenced by several factors such as sample temperature, pure water bubbler temperature, nitrogen gas transport amount, AlAs concentration in AlGaAs, and the thickness of the native oxide film adhering to the side surface of AlAs or AlGaAs layer.
[0012]
For this reason, it is difficult to control the oxidation distance from the mesa side with good reproducibility for each process and to form the aperture diameter according to the design value only by performing the oxidation under the condition set once. There is a problem that the laser characteristics of the VCSEL differ from production to production and cause a reduction in manufacturing yield.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to track changes in electrical resistance or current amount over time, and to determine the progress of an oxidation reaction from the electrical resistance or current amount. The object is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method capable of predicting and appropriately controlling an oxidation reaction.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1 is a semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor, wherein the semiconductor precursor is a semiconductor manufacturing apparatus. A pair of electrode probes for applying a voltage to a monitor sample disposed in the vicinity of the body or the semiconductor precursor and having an oxidizable region, and a current path of the oxidizable region of the semiconductor precursor or the monitor sample Detecting means for detecting an electric resistance or current amount during an oxidation reaction of the semiconductor precursor or the monitoring sample by contacting the pair of electrode probes so as to cross the oxidizable region; and the detected electric resistance or current And a reaction control means for controlling the oxidation reaction of the semiconductor precursor in the oxidation furnace based on the amount.
[0015]
In the first aspect of the invention, the detection means can track the electrical resistance or the amount of current during the oxidation reaction of the semiconductor precursor or the monitoring sample in the oxidation furnace over time. In addition, the reaction control means provided in the apparatus predicts the progress of the oxidation reaction by utilizing the fact that the electrical resistance or the amount of current changes depending on the progress of the oxidation reaction, and appropriately performs the oxidation reaction of the semiconductor precursor. Can be controlled.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing apparatus according to the first aspect, further comprising display means for displaying the electrical resistance or the amount of current. By providing the display means, the operator can visually know the progress of the oxidation reaction.
[0017]
The semiconductor manufacturing method according to claim 3 is 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 vicinity of the semiconductor precursor is used. And a pair of electrode probes are arranged so that the current path crosses the oxidizable region of the semiconductor precursor or the oxidizable region of the monitoring sample. The electrical resistance or current amount during the oxidation reaction of the semiconductor precursor or the monitoring sample is detected, and the oxidation reaction of the semiconductor precursor in the oxidation furnace is performed based on the detected electrical resistance or current amount. The semiconductor is manufactured by controlling.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor manufacturing method according to the third aspect of the present invention, wherein when the electrical resistance or the amount of current of the monitoring sample disposed in the vicinity of the semiconductor precursor changes abruptly, the semiconductor precursor The oxidation reaction of is stopped.
The change in electrical resistance or current when the oxidizable region disappears is clear, and the monitor sample is designed so that the oxidizable region disappears when the area of the unoxidized region of the semiconductor precursor reaches the desired value If the oxidation reaction is stopped when the oxidizable region disappears from the monitor sample, a semiconductor precursor having an unoxidized region having a desired area can be easily obtained.
[0019]
“Nearby” means within a distance that allows the same oxidation environment as that of the semiconductor precursor to be enjoyed in the oxidation furnace.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor manufacturing apparatus and a semiconductor manufacturing method of the present invention will be described in detail based on embodiments.
[0021]
(First embodiment)
The semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment is an apparatus for performing steam oxidation. As shown in FIG. 1, as shown in FIG. 1, an oxidation furnace 10, a square (rectangular) shape oxidizable region 12 </ b> A (white) A semiconductor precursor 12 having a cut-out portion), a pair of measurement electrode probes 14 and 16 for applying a predetermined voltage to the semiconductor precursor 12, a computer 18, and a monitor 20 as display means connected to the computer 18. Has been.
[0022]
The oxidation furnace 10 is provided with a heater 22 and an introduction pipe provided with a valve 24 for introducing water vapor. A drive circuit for the heater 22 and a drive device (not shown) for the valve 24 are respectively connected to the computer 18. It is connected to the.
[0023]
The measurement electrode probes 14 and 16 are in contact with the semiconductor precursor 12 so that the current path crosses the oxidizable region 12A when a voltage is applied between the probes. The measurement electrode probes 14 and 16 may be needle-shaped or clip-shaped as long as they can be temporarily fixed in contact with the semiconductor precursor 12 during the oxidation reaction.
[0024]
The measurement electrode probe 16 is connected to a power source 19 via a switch 17, the measurement electrode probe 14 is connected to an ammeter 15, and the ammeter 15 is connected to an A / D converter (not shown). Connected to the computer 18. Then, the switch 17 is turned on by a signal from the computer 18, a predetermined voltage is applied between the power source 19 and the measurement electrode probes 14 and 16, and the current flowing at that time is detected by the ammeter 15 to detect it. Output a signal. The detection signal output from the ammeter 15 is converted into a digital signal by an A / D converter and input to the computer 18.
[0025]
The computer 18 includes a CPU 32, a ROM 34, and a RAM 36, and the CPU 32 performs processing based on a control routine program described below stored in the ROM 34.
[0026]
A control routine executed by the computer 18 will be described with reference to FIG.
In step 100, the signal from the ammeter 15 is captured, and in step 102, the electric resistance R is calculated from the current amount I and the applied voltage V. In step 104, the electric resistance R is displayed on the monitor 20.
[0027]
Next, in step 106, it is determined whether or not a reaction stop condition is satisfied.
In the semiconductor precursor having a square (rectangular) oxidizable region as shown in FIG. 2, the oxidizable region is oxidized from each side toward the center. At this time, the oxidation rate is constant. It increases in proportion to the square of the oxidation time. On the other hand, the electric resistance R increases little by little as the oxidation region increases, and rapidly increases when all the oxidizable regions 12A of the semiconductor precursor 12 are oxidized, and thereafter becomes constant. Therefore, the area S of the desired unoxidized region is obtained using the map shown in FIG. 4 showing the correlation between the electrical resistance R stored in advance in the ROM and the area S of the unoxidized region. The electrical resistance R x may correspond to the determined reaction stopped condition can be determined to be satisfied when the electric resistance R matches the electrical resistance R x.
[0028]
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 value of the electric resistance R displayed on the monitor 20 may be viewed to determine whether or not the operator stops the reaction, and the reaction may be stopped manually. If the reaction stop condition is satisfied in step 106, 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.
[0029]
(Second Embodiment)
The semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment is the same as the first except that the monitor sample 13 shown in FIG. 5B is arranged in the vicinity of the semiconductor precursor 12 and the electrical resistance is detected using this. Since the configuration is the same as that of the embodiment, the description of the same portion is omitted.
[0030]
The monitor sample 13 has a stripe-shaped oxidizable region shown in FIG. 5B, and is oxidized when the area of the unoxidized region of the semiconductor precursor 12 shown in FIG. 5A reaches a desired value. as area 13A disappears, the width r m oxidizable region 13A of the monitor sample 13 before entering the oxidation reactor is defined as shown in the following formula. However, NA is the diameter of the unoxidized region of the semiconductor precursor 12 to be produced, and r 0 is the diameter of the oxidizable region.
r m = r 0 −NA
Since the oxidation rate V is constant, when the diameter r m oxidizable region 13A of the sample for the monitor, is equal to the difference between the diameter r 0 of the oxidized region of the semiconductor precursor 12 and size NA unoxidized region In addition, the oxidizable region 13A of the monitoring sample disappears at the same time as the diameter NA of the unoxidized region of the semiconductor precursor 12 reaches a desired value.
[0031]
The measurement electrode probes 14 and 16 are in contact with the monitor sample 13 so that the current path crosses the oxidizable region 13A when a voltage is applied.
[0032]
A control routine executed by the computer 18 will be described with reference to FIG.
In step 200, a signal from the ammeter 15 is captured and the current amount I is detected. The current amount I detected in step 202 is displayed on the monitor 20.
[0033]
Next, in step 204, it is determined whether or not a reaction stop condition is satisfied.
The oxidizable region 13A of the monitor sample 13 is oxidized toward the center from two opposite sides. At this time, the oxidation rate is constant, so that the oxidized region increases or decreases in proportion to the oxidation time. On the other hand, the amount of current I passing through the monitor sample 13 gradually decreases as the oxidized region increases, and rapidly decreases when all the oxidizable regions 13A of the monitor sample 13 are oxidized and disappear. Therefore, it can be determined that the reaction stop condition is satisfied when the current amount changes suddenly. 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. In other words, the operator may determine whether or not to stop the reaction by looking at the value of the current amount I displayed on the monitor 20 and stop the reaction manually.
[0034]
If the reaction stop condition is satisfied at step 204, the semiconductor precursor 12 is carried out of the oxidation furnace 10 by a transfer device (not shown) at step 206 to stop the oxidation reaction.
[0035]
In the first embodiment, the electric resistance R is calculated, and the oxidation reaction is controlled based on the calculated electric resistance R. However, as in the second embodiment, the oxidation reaction is controlled based on the current amount I. May be. Further, the change rate ΔR (= R old −R new ) of the electric resistance is calculated from the electric resistance R new at the current time and the previous electric resistance R old obtained in the same manner and stored in the RAM. The oxidation reaction may be controlled based on the change rate ΔR.
[0036]
In the second embodiment, the current amount I of the monitoring sample is detected, and the oxidation reaction is controlled based on the detected current amount I. However, based on the electric resistance R as in the first embodiment. The oxidation reaction may be controlled. Alternatively, the current amount change rate ΔI may be calculated from the current amount I, and the oxidation reaction may be controlled based on the current amount change rate ΔI.
[0037]
In the second embodiment, the monitor sample has a stripe-shaped oxidizable region and is designed so that the oxidizable region disappears when the area of the unoxidized region of the semiconductor precursor reaches a desired value. 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, or an ellipse may be used.
[0038]
In the first and second embodiments, the apparatus for performing the steam oxidation has been described, but it goes without saying that the present invention can be applied to other oxidation methods.
[0039]
In the first and second embodiments, the measurement electrode probe is brought into contact with the semiconductor precursor or the monitor sample. However, in order to reduce the contact resistance, the contact member made of the electrode material is formed before the oxidation step. A precursor or a monitor sample may be provided, and a measurement electrode probe may be brought into contact therewith.
[0040]
In the first and second embodiments, the semiconductor precursor is carried out of the oxidation furnace by the transfer device and the oxidation reaction is stopped, but the drive circuit of the heater provided in the oxidation furnace is turned off, or water vapor The oxidation reaction may be stopped by an operation such as closing a valve for introducing.
[0041]
Next, an example in which the semiconductor manufacturing apparatus of the present embodiment is applied to the manufacturing of the selective oxidation type surface emitting semiconductor laser shown in FIG.
[0042]
On an n-type GaAs substrate 1, an n-type GaAs buffer layer 2, a lower n-type DBR3 made of n-type aluminum gallium arsenide (Al 0.9 Ga 0.1 As / Al 0.3 Ga 0.7 As), and undoped Al 0.6 Ga 0.4 As A lower spacer layer 4 made of, an undoped Al 0.11 Ga 0.89 As quantum well layer and a quantum well active layer 5 made of an undoped Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer, and an upper spacer layer 6 made of undoped Al 0.6 Ga 0.4 As. The VCSEL precursor was obtained by sequentially laminating the active region 7 including the upper DBR 8 made of p-type Al 0.9 Ga 0.1 As / Al 0.3 Ga 0.7 As and the p-type GaAs contact layer 9. However, the p-type AlAs layer 10 was inserted in the place where the lowermost Al 0.9 Ga 0.1 As in the upper DBR 8 should enter. The layer up to the active layer 5 was removed by reactive ion etching using boron trichloride and chlorine (BCl 3 + Cl 2 ) gas to form a mesa shape. Thereby, the side surface of the AlAs layer 10 was exposed.
[0043]
A monitor sample having the same laminated structure as that of the VCSEL precursor and designed so that when the aperture diameter of the VCSEL precursor reaches a desired value, the AlAs layer is entirely oxidized and disappears was prepared.
[0044]
An introduction tube for transporting water vapor obtained by bubbling pure water heated to 95 ° C. into the mesa-shaped VCSEL precursor together with the monitor sample, using nitrogen as a carrier gas, to the oxidation furnace, It is placed in the oxidation furnace of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention having a valve for opening and closing the introduction pipe and a heater, heated to 400 ° C., and part of the AlAs layer 10 is selectively selected from the exposed surface by the heated steam. Oxidize.
[0045]
A measurement electrode probe was brought into contact with the n-type GaAs substrate of the monitor sample and the p-type GaAs contact layer, and a voltage of 5 V was applied to both ends thereof to track the time change of the electric resistance R. As shown in FIG. 8, the electrical resistance R gradually increased with the progress of the oxidation reaction, and greatly increased when the AlAs layer of the monitoring sample was completely oxidized (point B). By stopping the oxidation reaction at this point, a desired aperture diameter NA could be obtained. In addition, although the time change of the electrical resistance R of the VCSEL precursor shows the same behavior, in that case, at the time before all the AlAs layers are oxidized (for example, point A) so that an unoxidized region is formed. Stop the reaction.
[0046]
The fact that the electrical resistance changes greatly when the AlAs layer is entirely oxidized can be easily explained from the following. That is, Al 2 O 3 obtained when AlAs was oxidized with water vapor (S.Guha, Appl.Phys.Lett.Vol.68, pp.906-908) is, according to Chronological Scientific Tables, Al 2 The specific resistance of O 3 is 10 11 to 10 14 Ω · cm. AlAs layer after the oxidation reaction, namely because the thickness of the Al 2 O 3 layer is 20 to 40 nm, the resistance of Al 2 O 3 selective oxidation layer has a specific resistance of Al 2 O 3 (10 11 Ω · cm) × Thickness (20 nm) ÷ area (mesa diameter is 50 μm), which is at least 1 MΩ or more. On the other hand, the series resistance of the selective oxidation type VCSEL having an aperture diameter of several μm is only several hundred Ω. If this is compared, there is no doubt that the electrical resistance changes greatly when all the AlAs layers are oxidized.
[0047]
After completion of the oxidation reaction, a silicon oxynitride film 11 is deposited to a thickness of about 1 μm by plasma-assisted chemical vapor deposition at 250 ° C. so as to cover the mesa, and is emitted to the top of the mesa. A p-type electrode 12 made of a Ti / Au laminated film was formed except for the opening and connected to the p-type GaAs contact layer 9. An n-type electrode 13 was formed on the back surface of the substrate so as to cover the entire back surface.
[0048]
Here, the lower DBR 3 has an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and an Al 0.3 Ga 0.7 As layer alternately with thicknesses λ / (4n r ) (λ: oscillation wavelength, n r : refractive index of the medium). The silicon concentration of the dopant is 2 × 10 18 cm −3 . The p-type AlAs layer 10 has a thickness λ / (4n r ), and the carbon concentration of the dopant is 3 × 10 18 cm −3 . The upper DBR 8 is formed by alternately stacking a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and the same Al 0.3 Ga 0.7 As layer for 30 periods each of thickness λ / (4n r ), and the carbon concentration of the dopant is 3 × 10 18 cm −3 . Finally, the p-type GaAs contact layer 9 has a thickness of 20 nm and a carbon concentration of 1 × 10 20 cm −3 . The reason why the number of periods (number of layers) of the upper DBR 8 is made smaller than that of the lower DBR 3 is to extract outgoing light from the upper surface of the substrate with a difference in reflectance. The types of dopants are not limited to those listed here, but selenium can be used for n-type, and zinc or magnesium can be used for p-type. Although not described in detail, in order to reduce the series resistance of the element, a so-called transition region having an intermediate aluminum composition ratio is interposed between the Al 0.9 Ga 0.1 As layer and the Al 0.3 Ga 0.7 As layer in the semiconductor multilayer film. It is out. As the insulating film covering the mesa, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used.
[0049]
The obtained selective oxidation type VCSEL is configured as described above, and can oscillate a laser by passing a current between the n-type electrode 13 and the p-type electrode 12, and a laser beam having an oscillation wavelength λ of 780 nm is used as a substrate. Can be removed from the surface.
[0050]
In the above description, a VCSEL having a near infrared wavelength using AlGaAs as an active layer has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a surface emitting laser for infrared using GaAs or InGaAs and for red using InGaP or AlGaInP. Further, it can be used for blue or ultraviolet surface emitting lasers such as GaN and ZnSe, and 1.3 to 1.5 μm band surface emitting lasers such as InGaAsP. The DBR layer is not limited to a semiconductor material, and an insulating film can also be used.
Further, the example in which the AlAs layer is oxidized has been described. However, when AlGaAs is oxidized, any other material that causes an oxidation phenomenon in other semiconductor layers can be used in the same manner.
[0051]
Further, although an example in which only one AlAs layer is inserted immediately above the active layer has been described, the insertion position is not limited to just above the active layer, and the present invention can be used even if there are a plurality of AlAs layers.
[0052]
In addition, a mesa shape is not used for the oxidized VCSEL, for example, a structure in which an oxidation aperture is formed by providing an oxidation hole in a substrate has been proposed. However, the semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention are all It can be effectively used for oxidized VCSELs.
[0053]
The semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention are not only used as a measure for improving controllability when forming the aperture diameter of an oxidized VCSEL, but also when a VCSEL DBR mirror is manufactured using an oxidation process. Can also be used.
[0054]
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 temporal change in the electrical resistance (or current amount) of the VCSEL precursor or the monitor sample during the oxidation reaction can be reduced. The oxidation reaction can be controlled based on the fact that the electric resistance (or current amount) changes according to the progress of the oxidation reaction. As a result, it is possible to increase the reproducibility of the manufacturing process of the selective oxidation type VCSEL, for example, by forming the aperture diameter as designed and manufacturing a VCSEL having no variation in laser characteristics with a high yield.
[0055]
【The invention's effect】
The semiconductor manufacturing apparatus and the semiconductor manufacturing method of the present invention can track the change over time in the electrical resistance or the current amount, predict the progress of the oxidation reaction from the electrical resistance or the current amount, and appropriately control the oxidation reaction. There is an effect that it is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic view of a semiconductor precursor in the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a control routine performed by the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a correlation between an electric resistance R and an area S of an unoxidized region.
5A is a schematic plan view of a semiconductor precursor, and FIG. 5B is a schematic plan view of a monitor sample used for controlling the oxidation reaction of the semiconductor precursor shown in FIG. 5A.
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine performed by the semiconductor manufacturing apparatus according to the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a selective oxidation VCSEL to which the present invention can be applied.
FIG. 8 is a graph showing temporal changes in the electrical resistance R of the VCSEL obtained through experiments.
FIG. 9 is a graph showing the aperture diameter dependence of the current-light output characteristics of the selective oxidation type VCSEL.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oxidation furnace 12 Semiconductor precursor 13 Monitor samples 14 and 16 Measurement electrode probe 15 Ammeter 17 Switch 18 Computer 19 Power supply 20 Monitor 22 Heater 24 Valve

Claims (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装置であって、
前記半導体前駆体または前記半導体前駆体の近傍に配置され且つ酸化可能領域を備えたモニター用サンプルに電圧を印加する一対の電極プローブを備え、電流経路が前記半導体前駆体の酸化可能領域または前記モニター用サンプルの酸化可能領域を横切るように前記一対の電極プローブを接触させて、前記半導体前駆体または前記モニター用サンプルの酸化反応中の電気抵抗または電流量を検出する検出手段と、
検出された電気抵抗または電流量に基づいて、酸化炉内の半導体前駆体の酸化反応を制御する反応制御手段と、
を備えた半導体製造装置。
A semiconductor manufacturing apparatus for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor,
A pair of electrode probes for applying a voltage to the semiconductor precursor or a sample for monitoring that is disposed in the vicinity of the semiconductor precursor and includes an oxidizable region, and a current path is the oxidizable region of the semiconductor precursor or the monitor Detecting means for detecting an electrical resistance or an amount of current during an oxidation reaction of the semiconductor precursor or the monitoring sample by bringing the pair of electrode probes into contact with each other across the oxidizable region of the operating sample ;
Reaction control means for controlling the oxidation reaction of the semiconductor precursor in the oxidation furnace based on the detected electric resistance or current amount;
A semiconductor manufacturing apparatus comprising:
前記電気抵抗または電流量を表示する表示手段をさらに備えた請求項1に記載の半導体製造装置。  The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising display means for displaying the electrical resistance or the current amount. 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、
前記半導体前駆体または前記半導体前駆体の近傍に配置され且つ酸化可能領域を備えたモニター用サンプルを酸化炉内に配置し、
電流経路が前記半導体前駆体の酸化可能領域または前記モニター用サンプルの酸化可能領域を横切るように一対の電極プローブを接触させて、前記半導体前駆体または前記モニター用サンプルの酸化反応中の電気抵抗または電流量を検出し、
検出された電気抵抗または電流量に基づいて、酸化炉内の半導体前駆体の酸化反応を制御して半導体を製造する半導体製造方法。
A semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor by selectively oxidizing a part of an oxidizable region of a semiconductor precursor,
A sample for monitoring disposed in the vicinity of the semiconductor precursor or the semiconductor precursor and having an oxidizable region is disposed in an oxidation furnace,
A pair of electrode probes are brought into contact so that a current path crosses the oxidizable region of the semiconductor precursor or the oxidizable region of the monitoring sample, so that the electrical resistance during the oxidation reaction of the semiconductor precursor or the monitoring sample or Detect the amount of current
A semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor by controlling an oxidation reaction of a semiconductor precursor in an oxidation furnace based on a detected electric resistance or current amount.
前記モニター用サンプルが、前記半導体前駆体と同じ速度で酸化される酸化可能領域を備え、前記モニター用サンプルの電流量が、酸化領域が増加すると減少し、前記酸化可能領域の総てが酸化された時点で急激に減少するように作製された請求項3に記載の半導体製造方法。 The monitor sample includes an oxidizable region that is oxidized at the same rate as the semiconductor precursor, and the amount of current in the monitor sample decreases as the oxidized region increases, and all of the oxidizable region is oxidized. The semiconductor manufacturing method according to claim 3, wherein the semiconductor manufacturing method is formed so as to rapidly decrease at a time point . 前記モニター用サンプルが、前記半導体前駆体と同じ速度で酸化される酸化可能領域を備え、前記モニター用サンプルの電気抵抗が、酸化領域が増加すると増加し、前記酸化可能領域の総てが酸化された時点で急激に増加するように作製された請求項3に記載の半導体製造方法。 The monitor sample comprises an oxidizable region that is oxidized at the same rate as the semiconductor precursor, and the electrical resistance of the monitor sample increases as the oxidized region increases, and all of the oxidizable region is oxidized. The semiconductor manufacturing method according to claim 3, wherein the semiconductor manufacturing method is formed so as to increase rapidly at a time point . 前記モニター用サンプルの電気抵抗または電流量が急激に変化したときに、前記半導体前駆体の酸化反応を停止する請求項3乃至5のいずれか1項に記載の半導体製造方法。  6. The semiconductor manufacturing method according to claim 3, wherein an oxidation reaction of the semiconductor precursor is stopped when an electrical resistance or an amount of current of the monitoring sample is rapidly changed.
JP27186799A 1999-09-27 1999-09-27 Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method Expired - Fee Related JP3972534B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27186799A JP3972534B2 (en) 1999-09-27 1999-09-27 Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27186799A JP3972534B2 (en) 1999-09-27 1999-09-27 Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001093896A JP2001093896A (en) 2001-04-06
JP3972534B2 true JP3972534B2 (en) 2007-09-05

Family

ID=17506013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27186799A Expired - Fee Related JP3972534B2 (en) 1999-09-27 1999-09-27 Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3972534B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5729147B2 (en) * 2011-06-06 2015-06-03 株式会社デンソー Manufacturing method of surface emitting laser element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001093896A (en) 2001-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3783411B2 (en) Surface emitting semiconductor laser
JP4636575B2 (en) Semiconductor device and method having tunnel contact hole source
MacDougal et al. Design and fabrication of VCSELs with Al/sub x/O/sub y/-GaAs DBRs
JP4062983B2 (en) Surface emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof
Yang et al. Influence of mirror reflectivity on laser performance of very-low-threshold vertical-cavity surface-emitting lasers
US20070091966A1 (en) Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
US20050185688A1 (en) Surface emitting semiconductor laser, and method and apparatus for fabricating the same
US8488644B2 (en) Semiconductor laser element and manufacturing method thereof
JP3713956B2 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
KR20060048158A (en) Surface emitting semiconductor laser, and its manufacturing method, and manufacturing method of electron device
JP2008028424A (en) Surface emitting semiconductor laser
JP4141172B2 (en) Surface emitting semiconductor laser device manufacturing method, surface emitting semiconductor laser device, and optical transmission system
JP4362682B2 (en) Surface emitting semiconductor laser, manufacturing method thereof, and manufacturing apparatus
Oh et al. Single-mode operation in an antiguided vertical-cavity surface-emitting laser using a low-temperature grown AlGaAs dielectric aperture
US7817691B2 (en) Light emitting device
JPH04199589A (en) Visible light plane emission laser device
JP3972534B2 (en) Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method
JP6004063B1 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
JP3876886B2 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
JP3546628B2 (en) Surface-emitting type semiconductor laser device
JP4492553B2 (en) Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method
JP4845055B2 (en) Surface emitting laser device manufacturing method and surface emitting laser device
JP2001093897A (en) Device and method for manufacturing semiconductor
US20070054437A1 (en) Optical element and its manufacturing method
JP2009231603A (en) Production method of surface-emitting semiconductor laser

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040507

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060328

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070410

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070424

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070522

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070604

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100622

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110622

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110622

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120622

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130622

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130622

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140622

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees