JP4415924B2 - 半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置および半導体素子に関するものである。
近年、光通信及び光記録などの分野において、光半導体素子の需要が増大している。また、光半導体素子の一つである面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、高速動作が可能で且つ低消費電力であるとう特徴を有し、データ通信量の増大に伴い注目されている。また、面発光レーザは、製造工程などにおいて検査が容易であり、端面発光レーザと比較すると安価であるという利点もある。このような面発光レーザの特徴を生かすためには、製造工程において高価な生産設備を備えることなく、歩留まりの向上を図ることが望まれる。
ところで、酸化狭窄型面発光レーザは、他の方式の面発光レーザと比較して、簡便且つ高い信頼性を持った面発光レーザといえる。酸化狭窄型面発光レーザとは、共振器の少なくとも一部をなす柱状部に多層膜を形成し、その柱状部の側面から酸化して得られる酸化狭窄層によって柱状部を流れる電流の密度を向上させ、レーザ出力を効率化などするものである。酸化狭窄層は平面がドーナツ形状をしている。そして、酸化狭窄層におけるドーナツ形状の内周の半径である酸化狭窄半径は、酸化狭窄型面発光レーザの特性を決定する最も重要なパラメータである。
ここで、酸化狭窄半径の大きさは酸化時間によって決定され、その酸化量（酸化狭窄半径）は酸化時間に比例する。しかし、酸化狭窄層の組成又は膜厚のわずかな違いから、ウエハ間で酸化速度がわずかに異なり、酸化狭窄半径がわずかに異なることとなる。
そのため、酸化量を正確に制御する技術、又は酸化の進行具合をリアルタイムでモニタする技術が提案されている。例えば、酸化狭窄層を形成するための選択酸化を行う前に、ＧａＡｓの表面酸化を取り除いて、酸化の進行をより正確に進める技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、通常の共振器の形状とは別に酸化速度をモニタするためのストライプ状のパターンを配し、酸化炉中でそのパターン領域の反射率を測定して酸化の進行度合いを決定する方法も考え出されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１４４６８２号公報 特開２００４−９５９３４号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、ウエハ間における組成又は酸化層の膜厚の違いによる酸化速度の違いを吸収することができないという問題点がある。
また、上記特許文献２に記載の技術では、酸化速度監視用のパターンを設けるために、そのパターン近傍の基板上に共振器を配置することができない。なぜならば、酸化速度は周囲の組成により敏感に変化するため、パターン近傍に共振器を配置した場合、酸化速度がわずかながら変化してしまい、正確な酸化量の測定が困難になるからである。また、特許文献２に記載の技術では、基板上に酸化速度監視用のパターンを設ける必要があるので、面発光レーザ素子を形成するために使用可能な面積が限定されてしまうという問題点もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、半導体素子の構成要素となる酸化層を正確に作成することができる半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置および半導体素子の提供を目的とする。
また、本発明は、面発光レーザにおける酸化狭窄径を正確に作成することができる半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置および半導体素子の提供を目的とする。
また、本発明は、工程管理又は製造装置の複雑化及び困難化を抑えながら、均一で正確な酸化狭窄径を持つ面発光レーザを作成することができる半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置および半導体素子の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子の製造方法は、断面形状が台形の柱状部を有し、一対の電極間に配置された活性層と、前記柱状部内に形成され前記一対の電極から前記活性層に供給される電流の流域を狭くする電流狭窄層とを含み、所定の波長のレーザ光を射出する面発光レーザを構成する、半導体素子の製造方法であって、化合物半導体層を含んだ半導体基板の前記化合物半導体層の中に、前記柱状部の側面から、前記柱状部について上方から見たときに前記柱状部の斜辺の影となる領域よりも内側に至る位置まで、前記電流狭窄層の一部を構成する酸化部を酸化ガスによって形成する第１酸化工程と、前記第１酸化工程により形成された前記酸化部の寸法及び形状を測定する測定工程と、前記測定工程の後に、酸化ガスにより前記酸化部の周辺部を酸化して前記電流狭窄層の一部を構成する第２の酸化部を形成する第２酸化工程と、を含み、前記測定工程では、前記酸化部が形成された形成領域と前記第２の酸化部が形成される形成予定領域とを含んだ測定領域に前記所定の波長よりも短波長の測定用レーザ光を光学系により前記測定領域に集光させて照射するとともに、前記形成領域からの反射光量と前記形成予定領域からの反射光量との差が最大となるように前記光学系の焦点位置を調整して、前記形成領域からの反射光量と前記形成予定領域からの反射光量との差に基づいて前記酸化部の寸法及び形状を測定し、前記第２酸化工程では、前記半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向を前記第１酸化工程と異ならせるとともに、該第２酸化工程の酸化時間、前記酸化ガスの流量、該酸化ガスの温度のうちの少なくとも１つを前記測定工程の測定結果に基づいて調節することを特徴とする。
本発明によれば、酸化工程を複数回に分けて行うので、連続した１回の酸化工程を行った場合よりも、酸化結果の均一化、正確化などを向上させることができる。例えば、複数回の酸化工程におけるある酸化工程の酸化形態と他の酸化工程の酸化形態とを変えることができる。これにより、ウエハなどの半導体基板全体における各部位の酸化状態の均一化などを図ることができる。また、本発明によれば、ある酸化工程の酸化結果に基づいて、その後に行う他の酸化工程の方法・パラメータ等を制御することもできる。そこで、本発明によれば、複数回の酸化工程の全体により、半導体素子の構成要素となる電流狭窄層を正確に作成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記複数回の酸化工程が第１酸化工程と第２酸化工程とを有し、前記第１酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向と前記第２酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向とは異なることが好ましい。
本発明によれば、半導体基板の全体に対して均一に酸化処理することができる。半導体基板における酸化ガスの上流にある部位は、下流にある部位よりも酸化量が多くなる。これは、上流の方が酸化ガスの温度が高く、その温度に酸化速度が比例するからである。そして、本発明によれば、第１酸化工程と第２酸化工程とで、半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向を変えるので、半導体基板の各部における酸化ガスの上流・下流の位置関係を逆転させることなどができる。そこで、本発明は、半導体基板の全体に対して均一に酸化処理でき、半導体素子の構成要素となる酸化層を正確に作成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記第１酸化工程と第２酸化工程とは酸化ガスの流れ方向が１８０度異なることが好ましい。
本発明によれば、第１酸化工程と第２酸化工程とで、半導体基板の各部における酸化ガスの上流・下流の位置関係を正確に逆転させることができる。そこで、本発明は、半導体基板の全体に対して均一に酸化処理でき、半導体素子の構成要素となる酸化層を、正確に且つ簡便に作成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記酸化工程が半導体基板を酸化炉に入れ該酸化炉内に酸化ガスを流入させる工程を有し、前記第１酸化工程の後に前記酸化炉から半導体基板を取り出し、該第１酸化工程での該酸化炉内での該半導体基板の向きとは１８０度異なる向きとなるように、該半導体基板を該酸化炉内に配置し、その後、前記第２酸化工程を行うことが好ましい。
本発明によれば、酸化炉などの製造装置に特別な改変を施すことなく、半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向を１８０度変更することができる。そして、酸化速度は、酸化炉内のステージの温度、酸化雰囲気、温度分布に強く影響される。また、酸化工程を途中で停止し、再開しても酸化速度は大きく変化せず、酸化工程を１回で行った場合と複数回に分けて行った場合とで酸化速度の変動は小さい。そこで、本発明は、複数回の酸化工程の全体によって、半導体基板の全体に対して均一に酸化処理でき、半導体素子の構成要素となる酸化層を、正確に且つ低コストで作成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記第１酸化工程と第２酸化工程との間に、前記酸化ガスによる酸化層の形成を中断する期間があることが好ましい。
本発明によれば、第１酸化工程と第２酸化工程との間に、酸化処理を中断する期間を設けているので、その中断により酸化炉内の温度が低下したときに半導体基板の向きを変えることができる。そこで、酸化炉などの酸化装置のステージ回転機構及び温度管理など、４００℃の水蒸気雰囲気下では困難な制御を用いることなく、均一な酸化処理をすることができ、均一な酸化狭窄径を持つ面発光レーザなどを得ることができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記半導体基板が化合物半導体層を有し、前記酸化層は前記酸化工程により前記化合物半導体層の中に形成することが好ましい。
本発明によれば、化合物半導体層の中に配置される酸化層を、所望の形状に正確に形成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記半導体素子が面発光レーザであり、前記酸化層は前記面発光レーザの酸化狭窄層をなすものであることが好ましい。
本発明によれば、面発光レーザにおける酸化狭窄層を、所望の形状に正確に形成することができる。したがって、所望の酸化狭窄径を有する高性能な面発光レーザを歩留まり良く製造することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記複数回の酸化工程の間に、前記酸化層の形成状態を測定する測定工程があることが好ましい。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記測定工程の測定結果に基づき、該測定工程以降に行う前記酸化工程のパラメータを調節することが好ましい。
本発明によれば、測定工程で測定された結果に基づいて、その後に行う他の酸化工程のパラメータを制御することができる。ここで、酸化工程のパラメータとしては、酸化工程の酸化時間、酸化ガスの流量、該酸化ガスの温度などを挙げることができる。また、測定工程で測定された結果に基づいて、その後に行う酸化工程の回数などを制御することもできる。これらにより、本発明は、工程管理又は製造装置の複雑化及び困難化を抑えながら均一で正確な酸化狭窄径を持つ面発光レーザなどを作成することができる。
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子の製造装置は、半導体基板が入れられる炉であって、該炉の内部に酸化ガスを噴出する噴出口を有する酸化炉と、前記酸化炉内の半導体基板の向きを、前記噴出口を基準として変える基板方向変更手段とを有することを特徴とする。
本発明によれば、基板方向変更手段により、半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向を変えることができる。したがって、半導体基板の全体に対して均一に酸化処理することができ、半導体素子の構成要素となる酸化層を正確に作成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造装置は、前記基板方向変更手段が、前記酸化炉での半導体基板の酸化工程の途中で、前記酸化炉内に配置されている半導体基板を該酸化炉内から外へ取り出し、該半導体基板の前記噴出口に対する向きを１８０度変えて該酸化炉内に再び配置するものであることが好ましい。
本発明によれば、酸化炉として既存のものを用いることができ、その酸化炉の外側に基板方向変更手段を配置することもできる。そこで、一般に高温となる酸化炉内の構造を複雑化させることを回避できる。したがって、本発明は、高精度に酸化層を形成できる製造装置を、低コストで提供することができる。
また、本発明の半導体素子の製造装置は、前記酸化炉が、前記基板方向変更手段によって半導体基板の向きが変更される前に、前記酸化ガスの噴出を停止し、該基板方向変更手段によって半導体基板の向きが変更された後に、前記酸化ガスの噴出を再開するものであることが好ましい。
本発明によれば、基板方向変更手段によって半導体基板の向きが変更されるときに、酸化ガスの流れが乱れて、酸化の均一化、正確化などが阻害されることなどを回避することができる。
また、本発明の半導体素子の製造装置は、前記基板方向変更手段が、前記酸化炉の内部に配置されており前記半導体基板を載せるステージと、前記ステージの前記噴出口に対する向きを変える回転機構と、前記半導体基板の酸化工程の途中で該酸化炉の温度が所定値以下に下げられたときに前記回転機構を動作させる制御機構とを有することが好ましい。
本発明によれば、回転機構とステージにより、酸化ガスの流れ方向に対する半導体基板の向きを変えることができる。さらに、本発明は、制御機構により酸化炉の温度が十分下がったときに回転機構を動作させることができる。そこで、高温での酸化処理中にステージの温度管理を行いながらそのステージを回転させるという高度な装置を構成する必要がない。したがって、本発明は、半導体基板の全体に対して正確に酸化層を形成できる半導体素子の製造装置を低コストで提供することができる。
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子は、前記半導体素子の製造装置を用いて製造されたことを特徴とする。
本発明によれば、所望形状の酸化層を有してなる高性能な半導体素子を低コストで提供することができる。
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子の製造方法は、前記複数回の酸化工程は、第１酸化工程と、該第１酸化工程の後に行われる第２酸化工程と、該第２酸化工程の後に行われる第３酸化工程とを有し、前記第１酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向と、前記第２酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向とは、異なり、前記第３酸化工程の前に、前記酸化層の形成状態を測定する測定工程があることを特徴とする。
本発明によれば、酸化工程を３回に分けているので、酸化工程を２回に分けた場合の各工程に比べて、第３酸化工程の酸化時間を短くすることができる。これにより、酸化時間についての誤差を少なくすることができる。また、測定工程の測定結果に基づいて第３酸化工程の酸化時間などを微調整することができ、所望形状の酸化層をより正確に形成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記第３酸化工程の酸化時間が前記第１酸化工程の酸化時間よりも短いことが好ましい。
本発明によれば、例えば、第１及び第２酸化工程により所望酸化層の大部分を形成し、第３酸化工程により酸化層の形状量についての微調整をすることができる。そこで、本発明は、酸化層の形成について、製造時間の増大を抑えながら、精密化を図ることができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記半導体素子が面発光レーザであり、前記面発光レーザは断面形状が台形の柱状部を有し、前記酸化層は前記面発光レーザの柱状部内に形成される酸化狭窄層をなすものであり、前記第１酸化工程では、前記柱状部の側面から、前記柱状部について上方から見たときに前記柱状部の斜辺の影となる領域よりも内側に至る位置まで、前記酸化層を形成することが好ましい。
本発明によれば、面発光レーザの酸化狭窄層を正確に形成することができる。面発光レーザの酸化狭窄層の形成状態を確認する方法としては、顕微鏡などで柱状部を上方から観察する手法がある。この手法では、柱状部の斜辺の影となる領域に形成された酸化層を見ることが困難である。本発明によれば、前記第１酸化工程により、少なくとも柱状部の斜辺の影となる領域全部について酸化層を形成できる。そして、第２酸化工程では、柱状部の斜辺の影となる領域以外（柱状部の内側であって顕微鏡で良く見える領域）が酸化される。そこで第２酸化工程での酸化量（酸化レート）を正確に測定でき、面発光レーザの酸化狭窄層を正確に形成することができる。
また、本発明の半導体素子の製造方法は、前記測定工程において、前記第１酸化工程により形成された酸化層の端部の位置と、前記第２酸化工程により形成された酸化層の端部の位置とを、少なくとも測定し、前記第３酸化工程は前記測定工程の測定結果に基づいて酸化についてのパラメータを調節して実行することが好ましい。
本発明によれば、前記第１酸化工程により形成された酸化層の端部の位置と、前記第２酸化工程により形成された酸化層の端部の位置とが顕微鏡などで良く見える位置となる。そこで、第２酸化工程での酸化の始点と終点を正確に検出できるので、酸化量（酸化レート）を正確に測定でき、面発光レーザの酸化狭窄層を正確に形成することができる。
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子は、前記半導体素子の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。
本発明によれば、所望形状の酸化層を有してなる高性能な半導体素子を低コストで提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る半導体素子の製造方法、半導体素子の製造装置および半導体素子について、図面を参照して説明する。本実施形態では、半導体素子の一例として面発光レーザを挙げて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る面発光レーザを示す模式断面図である。この面発光レーザ１００が本発明の実施形態に係る半導体素子の製造方法を用いて製造されるものである。面発光レーザ１００は、半導体基板１１と、下部ＤＢＲ１２と、活性層１３と、酸化狭窄層（電流狭窄層）１４と、上部ＤＢＲ１５と、絶縁層１６と、第１電極１７と、第２電極１８とを有して構成されている。
半導体基板１１は、化合物半導体からなり、例えばｎ型ＧａＡｓ基板で構成される。下部ＤＢＲ１２は、半導体基板１１の上層に形成されている。下部ＤＢＲは、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えば下部ＤＢＲ１２は、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。活性層１３は、下部ＤＢＲ１２の上層に形成されている。そして、活性層１３は、例えば厚さ３ｎｍのＧａＡｓのウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓのバリア層からなり、そのウエル層が３層で構成されている量子井戸活性層を構成している。
上部ＤＢＲ１５は、活性層１３の上に設けられている。そして、上部ＤＢＲ１５は、屈折率の異なる層を交互に積層した反射層で構成されている。例えば上部ＤＢＲ１５は、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。
下部ＤＢＲ１２は、Ｓｉがドーピングされることによりｎ型半導体にされている。上部ＤＢＲ１５は、Ｃがドーピングされることによりｐ型半導体にされている。活性層１３には、不純物がドーピングされていない。これらにより、下部ＤＢＲ１２、活性層１３及び上部ＤＢＲ１５は、ｐｉｎダイオードを構成しており、面発光レーザ１００の共振器を構成している。この共振器における活性層１３及び上部ＤＢＲ１５は、半導体基板１１及び下部ＤＢＲ１２の上面に凸形状に形成された円柱形状の柱状部を構成している。なお、下部ＤＢＲ１２も凸形状として、その下部ＤＢＲ１２における上側の一部を柱状部の一部としてもよい。この柱状部の上面及び下面が面発光レーザ１００のレーザ光出射面となる。面発光レーザ１００の柱状部の断面形状は、台形であることが好ましい。
酸化狭窄層１４は、上部ＤＢＲ１５内における下面近傍に配置されている。酸化狭窄層１４の平面形状はドーナツ形状となっている。このドーナツ形状の内周の半径が酸化狭窄半径（酸化狭窄径）である。そして、酸化狭窄層１４が、本実施形態の半導体素子の製造方法における酸化工程で形成される部分である。
酸化狭窄層１４は、例えばＡｌ酸化物を主体とする絶縁層で構成する。そして、酸化狭窄層１４は、面発光レーザ１００の共振器内で流れる電流の流域を狭くして電流密度を向上させるものである。電流密度を高くすることで、低電流でレーザ発振することができる高性能な面発光レーザ１００を構成できる。
酸化狭窄層１４は、例えば活性層１３の近傍に酸化されやすい層（主にＡｌを多く含む層、例えば、Ａｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層）を設け、４００℃程度の高温の水蒸気（酸化ガス）を用いた酸化反応で形成できる。これにより、円柱形状の柱状部における酸化されやすい層がその柱状部の側面から酸化されて行き、その酸化された部分がドーナツ形状の絶縁体となり、酸化狭窄層１４となる。
絶縁層１６は、下部ＤＢＲ１２及び活性層１３などから第２電極１８を絶縁するための層である。第１電極１７は、面発光レーザ１００のカソード電極をなすものである。第２電極１８は、面発光レーザ１００のアノード電極をなすものである。
図２は、本発明の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す模式平面図である。そして図２は、図１に示す面発光レーザ１００における酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程を示している。ウエハ１は、図１の半導体基板１１に相当する。また、ウエハ１には、既に面発光レーザ１００の共振器をなす下部ＤＢＲ１２、活性層１３及び上部ＤＢＲ１５が形成されているものとする。そして、活性層１３と及び上部ＤＢＲ１５が下部ＤＢＲ１２から凸状に突き出た円柱形の柱状部も、ウエハ１に形成されているものとする。このような柱状部は、微小な大きさであり、ウエハ１の上面全体の各部位に多数形成されているものとする。換言すれば、ウエハ１の上面において多数の面発光レーザ１００の共振器が形成されるものとする。
図２に示す酸化ガスは、ウエハ１に対して酸化処理を施すためのガスである。すなわち酸化ガスは、酸化狭窄層１４を形成するためのガスである。例えば、４００℃位の水蒸気を酸化ガスとすることができる。そして、酸化ガスはウエハ１の側面に向けて吹き付けられており、その酸化ガスの流れ方向はウエハ１の平面方向と平行となっている。
図２の左側は第１酸化工程を示し、図２の右側は第２酸化工程を示している。第１酸化工程は１回目の酸化処理であり、第２酸化工程は２回目の酸化処理である。そして、図２におけるウエハ１に描かれている濃淡は、各部位の酸化の程度（酸化速度又は酸化量）を示している。色の濃い方が酸化速度が速く、薄い方が酸化速度が遅いことを示している。したがって、図２の左側では、ウエハ１の平面全体において、酸化ガスの流れの上流側（図面上側）ほど酸化速度が速く、下流側（図面下側）に行くほど酸化速度が遅くなっている。
これは、図１のように、酸化ガスが図面上側から下側に流れた場合、水蒸気の濃度及び温度の勾配が発生してしまうからである。すなわち、酸化速度は、酸化雰囲気（水蒸気の濃度）及び温度（水蒸気の温度、ステージの温度等）に強く影響を受け、水蒸気濃度及び温度にほぼ比例するからである。これにより、図２の左側に示す第１酸化工程のみで酸化工程を終了した場合（従来の酸化工程の場合）、酸化速度の速い部位（色の濃い部位）の柱状部の酸化狭窄径は、酸化速度の遅い部位の柱状部の酸化狭窄径よりも小さくなる。
ここで、一般に、酸化狭窄径が小さいものほど、面発光レーザ１００の発振可能な電流のしきい値が小さくなり、高性能な面発光レーザ１００となる。そこで、酸化速度の速い部位の面発光レーザ１００の方が、酸化速度の速い部位の面発光レーザ１００よりも、発振可能な電流のしきい値が小さいものとなる。一方、酸化速度の遅い部位の面発光レーザ１００は、酸化狭窄径が大きいので、発振可能な電流のしきい値が大きいものとなってしまう。
そこで、本実施形態では、図２に示す第１酸化工程により全酸化量の１／２について酸化処理し、その後、図２に示す第２酸化工程により、残りの１／２について酸化処理することとする。換言すれば、１つのウエハ１に対して、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程を複数回に分けて行う。
具体的には、先ず、酸化炉（図示せず）内にウエハ１を入れて、図２の左側に示す第１酸化工程を行う。これにより、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程が１／２進行したこととなる。第１酸化工程の後、酸化炉内での酸化ガスの噴出を停止して、酸化工程を中断する。次いで、酸化炉内からウエハ１を取り出し、ウエハ１の平面に直交する中心軸を基準としてそのウエハ１を１８０度回転させ、その状態で再びウエハ１を酸化炉内に入れる。これにより、酸化炉内においてウエハ１は、酸化ガスの流れ方向（噴出口）に対して１８０度回転して（前後を逆にして）配置されたこととなる。したがって、図２の右側に示すように、酸化ガスの上流に酸化量の多い部位が位置し、酸化ガスの下流に酸化量の少ない部位が位置することとなる。
この状態で、ウエハ１に対して第２酸化工程を行う。この第２酸化工程は、酸化炉での酸化ガスの噴出状態としては第１酸化工程のときと同一である。すなわち、酸化炉内での酸化ガスの噴出位置、酸化ガスの温度、流量及び酸化時間は、第１酸化工程と第２酸化工程とで同一とする。これにより、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程が完了したこととなる。
また、第２酸化工程では、第１酸化工程と同様に、ウエハ１における酸化ガスの上流側では下流側よりも酸化速度が速くなる。この酸化速度の違いは、第１酸化工程でのウエハ１の各部位についての酸化速度の分布状況と同一である。そのため、第２酸化工程では、第１酸化工程で生じたウエハ１の各部位相互の酸化速度の違いを打ち消すように、酸化が進む。そこで、第２酸化工程の完了により、ウエハ１の平面の各部位に複数形成された面発光レーザ１００の酸化狭窄層１４の酸化狭窄径は、相互に均一な大きさとなる。
これらにより、本実施形態によれば、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程を複数回に分けて行うので、連続した１回の酸化工程を行った場合よりも、酸化狭窄層１４の酸化狭窄径の均一化、正確化などを向上させることができる。すなわち、本実施形態によれば、ウエハ１の全体における各部位の酸化量の均一化を図ることができる。また、本実施形態によれば、酸化炉などの製造装置に特別な改変を施すことなく、ウエハ１に対する酸化ガスの流れ方向を１８０度変更することができる。また、本実施形態によれば、第１酸化工程と第２酸化工程とにより、ウエハ１の各部位を基準としたとき、酸化炉内のステージの温度、酸化雰囲気、温度分布の均一化を図ることができる。そこで、本実施形態は酸化工程の全体によって、ウエハ１の全体に対して均一に酸化処理でき、ウエハ１において複数形成される各面発光レーザ１００の酸化狭窄層１４を、正確に且つ低コストで作成することができる。
また、本実施形態によれば、第１酸化工程と第２酸化工程との間で、酸化処理を中断している。これにより、４００℃という高温の酸化ガスで酸化を行う工程において、酸化炉内のステージの温度管理を行いながら回転機構を導入するというような高度な装置構成を必要としない。したがって、製造装置についてのコスト上昇を抑えながら、高性能な面発光レーザ１００を簡便に作成することができる。
また、本実施形態の製造方法に用いる半導体素子の製造装置としては、ステージを回転させる回転機構を備えた酸化炉を適用してもよい。ここで、ステージは、酸化炉の内部に配置されるものであり、ウエハ１を載せる台である。そして、酸化炉の内部には酸化ガスの噴出口がある。したがって、ステージを回転機構が回転させることにより、ステージ上のウエハ１も回転し、噴出口に対するウエハ１の向きが変わることとなる。この回転機構によるステージの回転は、第１酸化工程が終了した後に酸化処理を中断して、酸化炉内の温度が十分に下がったときに行うことが好ましい。この動作は、酸化炉内又は酸化炉の外の制御機構により制御される。このようなステージの回転は常温に比較的に近い状態のときにおこなわれるので、回転機構などとして特に高温に耐性のある機構を用いる必要がなく、製造装置の低コスト化を図ることができる。
また、上記ステージ及び回転機構からなる基板方向変更手段の代わりに、他の基板方向変更手段を用いてもよい。例えば、酸化炉内に配置されているウエハ１を第１酸化工程の後に酸化炉内から外へ取り出し、ウエハ１の噴出口に対する向きを１８０度変えるように酸化炉内に再び配置するものを基板方向変更手段として適用してもよい。このような基板方向変更手段は、アーム型のロボットなどで構成することができる。また、このようなアーム型のロボットは、ウエハ１の移動・搬送に用いられる従来からあるロボットの制御プログラムを変更することで、実現することもできる。したがって、本実施形態の半導体素子の製造装置は、その製造装置自体を極めて低コストで製造でき、且つ高性能な半導体素子を製造することができる。
また、ロボットによる基板方向変更手段を用いた場合も、第１酸化工程が終了した後に酸化処理を中断して、酸化炉内の温度が十分に下がったときに、ウエハ１の方向転換を行うことが好ましい。このようにすると、ロボットのアームとして特に高温に耐性のある機構を用いる必要がなく、製造装置の低コスト化を図ることができる。
図３は、第１酸化工程により形成された酸化狭窄層１４Ａの一例を示す平面図である。図３における酸化狭窄層１４Ａの外周１４ａは、図１に示す面発光レーザ１００の柱状部（共振器）の外周（外形）に対応する。そして、酸化狭窄層１４Ａの内周１４ｂは、第１酸化工程によって酸化が外周１４ａから進んでいったときの終了地点である。したがって、酸化狭窄層１４Ａの内周１４ｂと外周１４ａとの間隔ｄ１が第１酸化工程での酸化量を示している。この酸化量ｄ１のウエハ１の上面全体での分布が図２の左側に示すように、不均一となっている。
図４は、第１酸化工程及び第２第１酸化工程により形成された酸化狭窄層１４の一例を示す平面図である。酸化狭窄層１４は、図３に示す酸化狭窄層１４Ａと、酸化狭窄層１４Ａの内側に形成された酸化狭窄層１４Ｂとで構成されている。酸化狭窄層１４Ｂは、第２第１酸化工程で形成されたものである。すなわち、酸化狭窄層１４Ｂの外周は酸化狭窄層１４Ａの内周１４ｂに相当する。そして、酸化狭窄層１４Ｂの内周１４ｃが第２酸化工程によって酸化が内周１４ｂからさらに内側へ進んでいったときの終了地点である。したがって、内周１４ｂと内周１４ｃとの間隔ｄ２が第２酸化工程での酸化量を示している。
間隔ｄ１と間隔ｄ２とはほぼ同一となる。そして、第１酸化工程での酸化量（ｄ１）のウエハ１の各部でのバラツキは、第２酸化工程での酸化量（ｄ２）によって相殺される。そこで、本実施形態によれば、第１酸化工程及び第２酸化工程が完了したときに、ウエハ１の上面全体での酸化量（ｄ１＋ｄ２）の分布を均一にすることができる。したがって、所望の酸化狭窄径をもつ酸化狭窄層１４を高精度に作成することができる。
（酸化量測定）
図５は、本実施形態の半導体素子の製造方法で用いる酸化量測定装置を示す模式図である。図６は、図５の酸化量測定装置の部分拡大図であり、面発光レーザの部分近傍を拡大したものである。この酸化量測定装置を用いた酸化量の測定は、図２に示す第１酸化工程が終了した後であって、第２酸化工程を始める前に行うのが好ましい。
まず、測定対象となる面発光レーザ１００の構造について説明する。面発光レーザ１００は、図１の面発光レーザ１００に相当するものである。面発光レーザ１００は、図２に示すように、半導体基板１０１（半導体基板１１に相当）上に形成された垂直共振器（以下、「共振器」とする）１２０を含む。共振器１２０は、半導体基板１０１上に、下部ミラー１０３（下部ＤＢＲ１２に相当）、活性層１０５（活性層１３に相当）、および上部ミラー１０８（上部ＤＢＲに相当）が順に積層されて構成されている。
下部ミラー１０３は、半導体基板１０１上に形成され、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーからなる。活性層１０５は、下部ミラー１０３上に形成され、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される多重井戸構造を有する。上部ミラー１０８は、活性層１０５上に形成され、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなる。
上部ミラー１０８は、Ｚｎがドーピングされることによりｐ型にされ、下部ミラー１０３は、Ｓｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、上部ミラー１０８、不純物がドーピングされていない活性層１０５、および下部ミラー１０３により、ｐｉｎダイオードが形成される。
また、共振器１２０には、柱状の半導体堆積体（柱状部）１１０が形成されている。柱状部１１０は、共振器１２０のうち面発光型発光素子１００のレーザ光出射側から下部ミラー１０３の途中にかけての部分が、レーザ光出射側から見て円形の形状にエッチングされて形成されている。本実施形態では、柱状部１１０の平面形状が円形である場合について説明したが、この柱状部１１０の平面形状は任意の形状をとることが可能である。ここで、柱状部１１０とは、共振器１２０の一部であって、少なくとも上部ミラー１０８、電流狭窄層１１４および活性層１０５を含む柱状の半導体堆積体のことをいう。さらに、柱状部１１０において上部ミラー１０８の上には、ｐ型ＧａＡｓからなるコンタクト層（図示せず）が形成されている。
電流狭窄層１１４（図３の酸化狭窄層１４Ａに相当）は、活性層１０５に電流を効率良く注入するために形成される。そして、電流狭窄層１１４は、図２の左側に示す第１酸化工程で形成されたものとする。この電流狭窄層１１４は、例えばｐ型ＡｌＡｓ層からなるアパーチャ部１０７と、このアパーチャ部１０７の周囲に形成された酸化部１１１とを含む。この電流狭窄層１１４を形成するためには、上部ミラー１０８中の活性層１０５近傍に、予めＡｌＡｓ層を形成しておき、このＡｌＡｓ層を側面から約４００℃程度の水蒸気雰囲気下にさらす。この工程（第１酸化工程）により、このＡｌＡｓ層が酸化される結果、酸化された部分（酸化アルミニウムを含む部分）が酸化部１１１となり、酸化されずに残った部分がアパーチャ部１０７となる。すなわち、この工程では、前記ＡｌＡｓ層が周縁部から内側へと酸化されていき、絶縁体である酸化アルミニウムが形成され、この酸化アルミニウムを含む部分が酸化部１１１となる。
前述したように、このパーチャ部１０７の径（酸化狭窄径）および形状は、素子の発光効率や発光パターン等に大きく影響することから、アパーチャ部１０７の径および形状を測定することは非常に重要である。本実施形態の酸化量測定装置では、このアパーチャ部１０７の径（酸化狭窄径）および形状を測定する例について説明する。
なお、本実施形態では、測定対象となる面発光レーザ１００が、形成途中の素子である場合を示す。より具体的にいうと、本実施形態においては、測定対象となる面発光レーザ１００は、活性層１０５に電流を注入するための一対の電極（第１電極１７、第２電極１８に相当）が形成される前の素子である場合を示す。この状態の素子に対して測定することにより、電極からの反射光の影響を受けることなく測定することができるため、アパーチャ部１０７の径および形状を正確に測定することができる。ここで、面発光レーザ１００に対して本実施形態に係る酸化量測定方法を面発光レーザ１００の形成におけるどの段階で行うかは特に限定されるわけではなく、柱状部１１０に酸化狭窄層１１４（図３の酸化狭窄層１４Ａに相当）が形成された後であればよい。
図５に示す面発光レーザ１００のアパーチャ部１０７の径（電流狭窄径）および形状（酸化層の形成状態）を本実施形態の測定方法によって測定した後、図２に示す第２酸化工程を行う。ここで、測定結果に基づいて、第２酸化工程のパラメータを調節することが好ましい。第２酸化工程のパラメータとしては、酸化工程の酸化時間、酸化ガスの流量、該酸化ガスの温度などを挙げることができる。
（面発光レーザの測定装置）
次に、本実施形態の酸化量測定装置である面発光レーザ１００の測定装置について説明する。
図５および図６に示すように、本実施の形態の測定装置は、試料ステージ２００、この試料ステージ２００を移動させる移動機構２０７、レーザ光源２０１、レーザ光を集光させるための光学系２０２、面発光レーザ１００と光学系２０２との距離を調整する距離調整機構２０８、レーザ光３０１を半導体基板１０１の表面と平行な面において２次元的に走査させる走査機構２０３、レーザ光３０１を照射した対象物からの反射光３０２の量を測定する測定機構２０４、測定機構２０４によって測定された前記反射光量の２次元的な分布を作成する解析機構２０５、および前記反射光量の２次元的な分布を表示する表示機構２０６を含む。本実施形態において、半導体基板１０１の表面は、図５におけるＸＹ平面と平行である。
試料ステージ２００は、測定対象となる面発光レーザ１００が設置されるステージであり、図６に示すように、半導体基板１０１の裏面（共振器１２０が形成されている面と反対側の面）が試料ステージ２００に接するように、面発光レーザ１００が設置される。
移動機構２０７は、図６に示すように、半導体基板１０１の表面と平行方向、すなわち図５におけるＸ−Ｙ平面と平行方向に試料ステージ２００を移動させる機構である。本実施形態の測定装置において、移動機構２０７は、Ｘ方向およびＹ方向とそれぞれ平行な方向に、試料ステージ２００を移動させる機能を有する。移動機構２０７において、移動ステージ２００の移動は、手動または自動で行なうことができる。このように試料ステージ２００を移動させることにより、Ｘ−Ｙ平面と平行な面における面発光レーザ１００の位置を調整する。
また、本実施形態にかかる測定装置には、さらに、図５に示すように、半導体基板１０１の表面と平行な面における面発光レーザ１００の位置を確認するための位置確認機構２０９が形成されている。位置確認機構２０９は、測定対象となる面発光レーザ１００を撮像して、図５におけるＸ−Ｙ平面と平行な面における面発光レーザ１００の位置を確認するために設けられる。位置確認機構２０９としては、例えばＣＣＤカメラを用いることができる。位置確認機構２０９が撮像した内容は、例えばディスプレイなどの表示機構２１０に映し出される。
移動機構２０７は、この位置確認機構２０９からの情報に基づいて、Ｘ方向およびＹ方向とそれぞれ平行な方向に移動ステージ２００を移動して、面発光レーザ１００を所定位置に設置する機構である。
レーザ光源２０１は、面発光レーザ１００に対して、柱状部１１０が形成されている側から半導体基板１０１の表面と垂直方向へとレーザ光３０１を出射する。かかるレーザ光３０１は単一波長のものを用いることができる。単一波長のレーザ光３０１を面発光レーザ１００に照射することにより得られる反射光量から、アパーチャ部１０７の形状を検知することにより、外光等の雑音成分の影響を受けにくくなり、測定の結果得られる電流狭窄層１１４の像を鮮明に得ることができる。その結果、アパーチャ部１０７の径および形状を正確に測定することができる。
また、このレーザ光源２０１から出射されるレーザ光３０１は、面発光レーザ１００に電極を形成後駆動させた場合に、該面発光レーザが発するレーザ光の波長よりも、短い波長のものを用いることができる。すなわち、本実施形態においては、アパーチャ部１０７からの反射光量と、酸化部１１１からの反射光量との差に基づいて、アパーチャ部１０７の径や形状を測定するため、わずかな反射光量でも測定が可能である。したがって、面発光レーザ１００内で光が吸収されてしまい、強度が得られにくい短波長のレーザ光を用いる場合であっても測定が可能である。短波長のレーザ光を用いることで分解能を高めることができるため、アパーチャ部１０７の径および形状を正確に測定することができる。例えば、本実施形態において、レーザ光３０１に６５０ｎｍの波長のレーザ光を用いることも可能である。
光学系２０２は、レーザ光３０１を集光させる機能を有する。本実施の形態の測定装置においては、レーザ光源２０１から出射されるレーザ光３０１を、酸化狭窄層１１４の断面へと集光させる機能を有する。
距離調整機構２０８は、面発光レーザ１００と光学系２０２との距離を調整する機構である。本実施形態の測定装置において、この距離調整機構２０８は、走査機構２０３によって、レーザ光３０１を半導体基板１０１の表面と平行な面において２次元的に走査させつつ、面発光レーザ１００と光学系２０２との距離を変化させ、酸化部１１１からの反射光量とアパーチャ部１０７からの反射光量との差が最大になったところで前記距離を固定する機構を有する。
走査機構２０３は、レーザ光３０１を、図５におけるＸ−Ｙ平面と平行な面において２次元的に走査させる機構を有する。走査機構２０３としては、ガルバノスキャナが例示できる。本実施の形態において、走査機構２０３は、図５におけるＸ−Ｙ平面と平行な面のうち少なくとも柱状部１１０の断面について、レーザ光３０１を２次元的に走査させる。さらに、共振器１２０自体の形状を確認するためには、走査機構２０３は、図５におけるＸ−Ｙ平面と平行な面のうち柱状部１１０の断面よりも広い範囲について、レーザ光３０１を２次元的に走査させる。
測定機構２０４は、レーザ光３０１を照射した対象物からの反射光量を測定する機構を有する。
解析機構２０５は、レーザ光３０１を照射した対象物からの反射光量について、２次元的な分布を作成する機構を有する。本実施の形態の測定装置にかかる解析機構２０５は、図５に示すように、走査機構２０３によってレーザ光３０１を走査させた位置と、測定機構２０４によって測定された前記反射光量とに基づいて、前記反射光量の２次元的な分布を作成する。
表示機構２０６は、解析機構２０５で得られた２次元的な分布を表示する機構を有する。表示機構２０６としては、例えばディスプレイが挙げられる。
（面発光レーザの測定方法）
つづいて、図５および図６に示す測定装置を用いた、本実施形態の酸化量測定方法である面発光レーザ１００の測定方法について説明する。
まず、移動ステージ２００上に面発光レーザ１００を設置する。このとき、半導体基板１０１が移動ステージ２００側にくるように、面発光レーザ１００を設置する。つづいて、図５に示す位置確認機構２０９を用いて、測定対象となる面発光レーザ１００の位置を確認し、この位置確認機構２０９からの情報に基づいて、必要に応じて移動機構２０７を用いて、Ｘ方向およびＹ方向に移動ステージ２００を移動して、面発光レーザ１００が撮影対象の中央にくるように設置する。次に、レーザ光源２０１からレーザ光３０１を出射する。
つづいて、走査機構２０３を用いて、レーザ光３０１を、図５におけるＸ−Ｙ平面と平行な面において２次元的に走査させるとともに、距離調整機構２０８を用いて、面発光レーザ１００と光学系２０２との距離を変化させる。本実施形態の測定装置においては、面発光レーザ１００を構成する電流狭窄層１１４のうち、酸化部１１１からの反射光量とアパーチャ部１０７からの反射光量との差が最大になったところで前記距離を固定し、測定機構２０４を用いて該反射光量を測定する。この方法によれば、酸化狭窄層１１４の所定の位置に正確に焦点を合わせることが可能となる。
さらに、走査機構２０３によってレーザ光３０１を走査させた位置と、測定機構２０４によって測定された前記反射光量とに基づいて、解析機構２０５にて、前記反射光量の２次元的な分布を作成する。この２次元的な分布は、表示機構２０６に表示される。かかる分布により、アパーチャ部１０７の径および形状を認知することができる。
本実施形態の面発光レーザ１００の測定方法および測定装置によれば、レーザ光３０１を照射してその反射光量の差をデータとして取り込むことで、外光などの雑音成分の影響を受けにくくなり、鮮明な像を得ることができる。この場合、わずかな反射光量であっても、酸化部１１１からの反射光量とアパーチャ部１０７からの反射光量との差が認知できれば、アパーチャ部１０７の径等を測定することができるため、高出力の光源が不要となる。また、面発光レーザ１００に照射するレーザ光として、面発光レーザ１００が発するレーザ光の波長よりも短い波長のものを用いることができる。
また、光学系２０２を用いて酸化狭窄層１１４にレーザ光３０１を集光させることにより、酸化狭窄層１１４の像の解像度を向上させることができる。さらに、酸化狭窄層１１４の所定の位置に、レーザ光３０１を集光させることにより、半導体基板１０１の表面で反射する光等、焦点が合っていない部分からの反射光量を抑えることができるため、アパーチャ部１０７の径および形状を正確に測定することができる。
さらに、走査機構２０３を用いて、半導体基板１０１の表面と平行な面（図５におけるＸ−Ｙ平面）のうち少なくとも柱状部１１０の断面について、レーザ光３０１を２次元的に走査することにより、酸化狭窄層１１４全体の形状を正確に把握することができる。また半導体基板１０１の表面と平行な面（図５におけるＸ−Ｙ平面）のうち柱状部１１０の断面よりも広い範囲について、レーザ光３０１を２次元的に走査することにより、共振器１２０全体に占める酸化狭窄層１１４全体の形状をより正確に把握することができる。
そのうえ、レーザ光源３０１から出射したレーザ光３０１を、走査機構２０３によって、半導体基板１０１の表面と平行な面において２次元的に走査させつつ、距離調整機構２０８によって、面発光レーザ１００と光学系２０２との距離を変化させ、酸化部１１１からの反射光量とアパーチャ部１０７からの反射光量との差が最大になったところで前記距離を固定することにより、酸化狭窄層１１４に正確に焦点を合わせることができる。
（上記測定方法および測定装置を用いた酸化処理）
図５および図６に示す測定方法および測定装置を用いて、第１酸化工程で形成された酸化狭窄層１４Ａの形状及び内周１４ａ（酸化狭窄径）について測定する（図３参照）。この測定結果に基づき、目標とする酸化狭窄径（図３の内周１４ｃ）を得るのに要する酸化時間（第２酸化工程の処理時間）を算出する。そして、上記第２酸化工程を行う。
これらにより、本実施形態によれば、均一で正確な酸化狭窄径を持つ面発光レーザ１００を作成することができる。すなわち、酸化速度は、ウエハ１ごとに僅かに異なるが本実施形態によれば酸化工程の中盤で酸化速度（処理時間に対する酸化量）を検出することができる。そして、検出した酸化速度を酸化工程にフィードバックすることができる。そこで、本実施形態によれば、いずれのウエハ１においても正確な酸化狭窄径を得ることができる。
図７は、本発明の他の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す模式平面図である。図７の製造方法は、図２に示す製造方法を改良したもの又は図２に示す製造方法に対応するものと見ることができる。次に、本実施形態の製造方法を具体的に説明する。
図７は、図１に示す面発光レーザ１００における酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程を示している。ウエハ１は、図１の半導体基板１１に相当する。また、ウエハ１には、既に面発光レーザ１００の共振器をなす下部ＤＢＲ１２、活性層１３及び上部ＤＢＲ１５が形成されているものとする。そして、活性層１３と及び上部ＤＢＲ１５が下部ＤＢＲ１２から凸状に突き出た円柱形の柱状部も、ウエハ１に形成されているものとする。このような柱状部は、微小な大きさであり、ウエハ１の上面全体の各部位に多数形成されているものとする。換言すれば、ウエハ１の上面において多数の面発光レーザ１００の共振器が形成されるものとする。
図７に示す酸化ガスは、ウエハ１に対して酸化処理を施すためのガスである。すなわち酸化ガスは、酸化狭窄層１４を形成するためのガスである。例えば、４００℃位の水蒸気を酸化ガスとすることができる。そして、酸化ガスはウエハ１の側面に向けて吹き付けられており、その酸化ガスの流れ方向はウエハ１の平面方向と平行となっている。
図７の左側は第１酸化工程を示し、図７の中央付近は第２酸化工程を示し、図７の右側は第３酸化工程を示している。第１酸化工程は１回目の酸化処理であり、第２酸化工程は２回目の酸化処理であり、第３酸化工程は３回目の酸化処理である。すなわち、本実施形態では、１つのウエハ１に対して、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程を３回に分けて行う。
例えば、第１酸化工程により全酸化量の１／２について酸化処理する。その後、第２酸化工程により全酸化量の１／４について酸化処理する。その後、第３酸化工程により全酸化量の１／４について酸化処理して、図１の酸化狭窄層１４が完成する。また、第１から第３酸化工程全体の酸化時間を「１」とした場合、第１酸化工程の酸化時間を１／２、第２酸化工程の酸化時間を１／４、第３酸化工程の酸化時間を１／４とする。
より具体的には、先ず、酸化炉（図示せず）内にウエハ１を入れて、図７に示す１回目の工程である第１酸化工程を行う。これにより、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程が１／２進行したこととなる。第１酸化工程の後、酸化炉内での酸化ガスの噴出を停止して、酸化工程を中断する。次いで、酸化炉内からウエハ１を取り出す。そして、ウエハ１に形成された酸化層の状態（大きさ等）を顕微鏡等で測定する。例えば、ウエハ１における面発光レーザの柱状部に形成された酸化狭窄層の径（酸化狭窄径）を測定する。
次いで、第１酸化工程でのウエハ１の配置を基準位置とするとともに、ウエハ１の平面に直交する中心軸を基準軸として、そのウエハ１を１８０度回転させ、その状態で再びウエハ１を酸化炉内に入れる。これにより、酸化炉内においてウエハ１は、酸化ガスの流れ方向（噴出口）に対して１８０度回転して（前後を逆にして）配置されたこととなる。したがって、この配置をした当初は、酸化ガスの上流に酸化量の多い部位が位置し、酸化ガスの下流に酸化量の少ない部位が位置することとなる。
この状態で、ウエハ１に対して２回目の工程である第２酸化工程を行う。この第２酸化工程は、酸化炉での酸化ガスの噴出状態としては第１酸化工程のときと同一である。すなわち、酸化炉内での酸化ガスの噴出位置、酸化ガスの温度、流量及び酸化時間は、第１酸化工程と第２酸化工程とで同一とする。これにより、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程がさらに１／４進行し、合わせて３／４進行したこととなる。第２酸化工程の後、酸化炉内での酸化ガスの噴出を停止して、酸化工程を中断する。次いで、酸化炉内からウエハ１を取り出す。そして、ウエハ１に形成された酸化層の状態（大きさ等）を顕微鏡等で測定する。例えば、ウエハ１における面発光レーザの柱状部に形成された酸化狭窄層の径（酸化狭窄径）を測定する。
次いで、第２酸化工程における酸化炉内でのウエハ１の配置と同じ配置となるように、ウエハ１を酸化炉内に配置する。すなわち、酸化ガスの流れ方向を基準として、第２回目と第３回目の工程ではウエハ１の向きを同一とする。
この状態で、ウエハ１に対して３回目の工程である第３酸化工程を行う。この第３酸化工程は、酸化炉での酸化ガスの噴出状態としては第１及び第２酸化工程のときと同一である。これにより、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程がさらに１／４進行し、合わせて４／４進行したこととなり、酸化狭窄層１４を形成するための酸化工程が完了したこととなる。
図８は、本実施形態における第１から第３酸化工程に形成される酸化狭窄層１４の一例を示す平面図である。先ず、第１酸化工程により酸化狭窄層１４１が形成される。酸化狭窄層１４１の外周は、図１の面発光レーザ１００の柱状部の外周に相当する。次いで、第２酸化工程により酸化狭窄層１４２が形成される。酸化狭窄層１４２は酸化狭窄層１４１の内側に形成される。次いで、第３酸化工程により酸化狭窄層１４３が形成される。酸化狭窄層１４３は酸化狭窄層１４２の内側に形成される。これらにより、酸化狭窄層１４が完成する。
これらにより、本実施形態によれば、酸化工程を３回に分けているので、図２に示すように酸化工程を２回に分けた場合の各工程に比べて、第３酸化工程の酸化時間を短くすることができる。これにより、本実施形態の製造方法によれば、酸化工程を２回に分けた場合に比べて、酸化時間についての誤差を少なくすることができる。
また、本実施形態の製造方法では、第１酸化工程の後の酸化量の測定値（例えば図８の酸化狭窄層１４１の内径）と第２酸化工程の後の酸化量の測定値（例えば図８の酸化狭窄層１４２の内径）とに基づいて、第３酸化工程の酸化時間（又はその他の酸化パラメータ）を微調整することが好ましい。このようにすると、第２酸化工程の酸化レートに基づいて、第３酸化工程の酸化時間を微調整でき、所望形状の酸化狭窄層１４をより正確に形成することができる。ここで、第２酸化工程の酸化レートは、図８における酸化狭窄層１４１の内径と酸化狭窄層１４２の内径との差、及び、第２酸化工程の酸化時間などで算出できる。
また、本実施形態の製造方法では、第１酸化工程から第２酸化工程に移る際にウエハ１の向きを１８０度回転させているが、第１酸化工程から第２酸化工程に移る際にウエハ１の向きを１２０度回転させ、さらに第２酸化工程から第３酸化工程に移る際にウエハ１の向きを１２０度回転させることとしてもよい。
また、各酸化工程の時間配分は、「１／２：１／４：１／４」に限らず、
「１／２：１／２：α」としてもよい。ここで、αは、１／２に比べて十分に小さい値（例えば１／１０以下）であることが好ましい。この場合、第３酸化工程が酸化量の微調整工程となる。
図９は、図７及び図８に示す面発光レーザの製造方法を示す模式断面図である。図９では、図１に示す面発光レーザ１００における柱状部を示している。また、図９において、図１の面発光レーザ１００の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。この面発光レーザ１００の柱状部は、断面形状が台形となっている。
図７及び図８に示す製造方法において、第１酸化工程では、柱状部の側面（位置Ａ）から柱状部内の位置Ｂまで酸化狭窄層１４１が形成される。第２酸化工程では、柱状部内の位置Ｂから位置Ｃまで酸化狭窄層１４２が形成される。第３酸化工程では、柱状部内の位置Ｃから位置Ｄまで酸化狭窄層１４３が形成され、酸化狭窄層１４が完成する。
上記製造方法において、第１酸化工程では、柱状部の側面（位置Ａ）から、柱状部について上方から見たときに柱状部の斜辺の影となる領域（位置Ａから位置Ｂ’）よりも内側の位置Ｂまで、酸化層を形成することが好ましい。
このようにすると、第２酸化工程で形成される酸化層の始点である位置Ｂと第２酸化工程で形成される酸化層の終点である位置Ｄとが、柱状部の斜辺の影となる領域（位置Ａから位置Ｂ’）以外となる。したがって、その第２酸化工程の始点（位置Ｂ）と終点（位置Ｃ）とを顕微鏡等で精度よく測定できる。そこで、第２酸化工程での酸化量（酸化レート）を正確に測定でき、面発光レーザの酸化狭窄層１４を正確に形成することができる。
図１０は、酸化狭窄層１４の形成工程を２回に分割した製造方法の一例を示す模式断面図である。図１０において、図１の面発光レーザ１００の構成要素と同一のものには同一符号を付けている。第１酸化工程では、柱状部の側面（位置Ａ）から柱状部内の位置Ｂまで酸化狭窄層１４１’が形成される。第２酸化工程では、柱状部内の位置Ｂから位置Ｃまで酸化狭窄層１４２’が形成され、酸化狭窄層１４が完成する。
この製造方法において、第１酸化工程の酸化レートを検出する場合、位置Ａから位置Ｂまでの距離を測定する必要がある。しかし、柱状部は台形であり、その側面上の位置Ａを顕微鏡等で測定することは困難となる。また、柱状部の台形の角である位置Ｂを基準として第１酸化工程の酸化量を測定することも考えられるが、位置Ｂを顕微鏡等で測定することも困難となる。したがって、図１０に示す製造方法では、第１酸化工程の酸化レートを正確に測定することが困難となり、図７から図９に示す製造方法ほど、酸化狭窄層１４を正確に形成することができない。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。上記実施形態では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系、ＧａＩｎＰ系等の半導体材料を用いることも可能である。
また、本発明が適用される面発光レーザの柱状部の断面形状は必ずしも台形である必要はなく、柱状部の上面が柱状部の底面に対して傾いていているものに対しても、本発明を適用することができる。
また、本発明が適用される面発光レーザは、柱状部を有する構造である必要もない。例えば、半導体基板上に下部ＤＢＲ１２、活性層１３及び上部ＤＢＲ１５を順次形成し、その半導体基板の上面から上部ＤＢＲ１５の層から活性層１３まで（又は下部ＤＢＲ１２の一部まで）至る穴を掘って、酸化処理して（前記穴の側面の一部から）電流狭窄層を形成する面発光レーザの製造方法がある。この面発光レーザの製造方法に本発明を適用することもできる。
また、上記の実施形態では、測定対象として柱状部を一つ有する面発光レーザを示しているが、基板面内で柱状部が複数個設けられていても本発明の形態は損なわれない。
また、本発明に係る半導体素子は、光を用いる電子機器などに対して広く適用できる。すなわち、本発明に係る光半導体素子を備えた応用回路又は電子機器としては、光インターコネクション回路、光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線ＲＦ回路、携帯電話、無線ＬＡＮなどが挙げられる。
また、本発明に係る半導体素子は面発光レーザのような光半導体素子に限定されるものではなく、本発明は酸化膜を有する各種半導体素子に適用することができる。また、本発明は、光半導体素子を含めて各種の半導体素子の製造方法及び製造装置に適用することができる。
本発明の実施形態に係る面発光レーザを示す模式断面図である。 本発明の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す模式平面図である。 同上製造方法の第１酸化工程で作られた酸化狭窄層の平面図である。 同上製造方法の第１及び第２酸化工程で作られた酸化狭窄層の平面図である。 同上製造方法で用いる酸化量測定装置を示す模式図である。 同上の酸化量測定装置の部分拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る面発光レーザの製造方法を示す模式平面図である。 同上製造方法の各工程で作られた酸化狭窄層の平面図である。 同上製造方法を示す模式断面図である。 面発光レーザの製造方法の他の例を示す模式断面図である。
符号の説明
１…ウエハ、１１…半導体基板、１２…下部ＤＢＲ、１３…活性層、１４…酸化狭窄層（電流狭窄層）、１５…上部ＤＢＲ、１６…絶縁層、１７…第１電極、１８…第２電極、１００…面発光レーザ

Claims (10)

  1. 断面形状が台形の柱状部を有し、一対の電極間に配置された活性層と、前記柱状部内に形成され前記一対の電極から前記活性層に供給される電流の流域を狭くする電流狭窄層とを含み、所定の波長のレーザ光を射出する面発光レーザを構成する、半導体素子の製造方法であって、
    化合物半導体層を含んだ半導体基板の前記化合物半導体層の中に、前記柱状部の側面から、前記柱状部について上方から見たときに前記柱状部の斜辺の影となる領域よりも内側に至る位置まで、前記電流狭窄層の一部を構成する酸化部を酸化ガスによって形成する第１酸化工程と、
    前記第１酸化工程により形成された前記酸化部の寸法及び形状を測定する測定工程と、
    前記測定工程の後に、酸化ガスにより前記酸化部の周辺部を酸化して前記電流狭窄層の一部を構成する第２の酸化部を形成する第２酸化工程と、を含み、
    前記測定工程では、前記酸化部が形成された形成領域と前記第１酸化工程において酸化されずに残った部分である未酸化部とを含んだ測定領域に前記所定の波長よりも短波長の測定用レーザ光を光学系により前記測定領域に集光させて照射するとともに、前記形成領域からの反射光量と前記未酸化部からの反射光量との差が最大となるように前記光学系の焦点位置を調整して、前記形成領域からの反射光量と前記未酸化部からの反射光量との差に基づいて前記酸化部の寸法及び形状を測定し、
    前記第２酸化工程では、前記半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向を前記第１酸化工程と異ならせるとともに、該第２酸化工程の酸化時間、前記酸化ガスの流量、該酸化ガスの温度のうちの少なくとも１つを前記測定工程の測定結果に基づいて調節することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2. 前記第１酸化工程と第２酸化工程とで、酸化ガスの流れ方向が１８０度異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
  3. 前記第１酸化工程及び前記第２酸化工程は、半導体基板を酸化炉に入れ、該酸化炉内に酸化ガスを流入させる工程を有し、
    前記第１酸化工程の後に、前記酸化炉から半導体基板を取り出し、該第１酸化工程での該酸化炉内での該半導体基板の向きとは１８０度異なる向きとなるように、該半導体基板を該酸化炉内に配置し、その後、前記第２酸化工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
  4. 前記第２酸化工程の後に、酸化ガスにより前記第２の酸化部の周辺部を酸化して前記電流狭窄層の一部を構成する第３の酸化部を形成する第３酸化工程を有し、
    前記第３酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向が、前記第１酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向と異なっているとともに、前記第２酸化工程における半導体基板に対する酸化ガスの流れ方向と異なっており、
    前記第３酸化工程の前に、前記第２の酸化部の寸法及び形状を測定する第２の測定工程があることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
  5. 前記第３酸化工程の酸化時間は、前記第１酸化工程の酸化時間よりも短いことを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
  6. 前記測定工程では前記第１酸化工程により形成された前記酸化部の端部の位置を少なくとも測定し、かつ前記第２の測定工程では前記第２酸化工程により形成された前記第２の酸化部の端部の位置を少なくとも測定し、
    前記第３酸化工程は、前記測定工程の測定結果及び前記第２の測定工程の測定結果に基づいて、酸化についてのパラメータを調節して実行することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体素子の製造方法。
  7. 断面形状が台形の柱状部を有し、一対の電極間に配置された活性層と、前記柱状部内に形成され前記一対の電極から前記活性層に供給される電流の流域を狭くする電流狭窄層とを含み、前記電流狭窄層がアパーチャ部と該アパーチャ部の周囲に形成された酸化部とを有し、所定の波長のレーザ光を射出する面発光レーザを構成する、半導体素子の製造装置であって、
    半導体基板が入れられる炉であって、該炉の内部に酸化ガスを噴出する噴出口を有する酸化炉と、
    前記酸化炉内の半導体基板の向きを、前記噴出口を基準として変える基板方向変更機構と、
    前記酸化部の寸法及び形状を測定する測定装置と、を有し、
    前記測定装置は、
    前記酸化部が形成された形成領域と前記アパーチャ部とを含んだ測定領域に前記所定の波長よりも短波長の測定用レーザ光を照射する照射光学系と、
    前記形成領域からの反射光量と前記アパーチャ部からの反射光量とを測定する測定機構と、
    前記形成領域からの反射光量と前記アパーチャ部からの反射光量との差に基づいて前記酸化部の寸法及び形状を測定する解析機構と、を含んでいることを特徴とする半導体素子の製造装置。
  8. 前記基板方向変更機構は、前記酸化炉での半導体基板の酸化工程の途中で、前記酸化炉内に配置されている半導体基板を該酸化炉内から外へ取り出し、該半導体基板の前記噴出口に対する向きを１８０度変えて該酸化炉内に再び配置するものであることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の製造装置。
  9. 前記酸化炉は、前記基板方向変更機構によって半導体基板の向きが変更される前に、前記酸化ガスの噴出を停止し、該基板方向変更機構によって半導体基板の向きが変更された後に、前記酸化ガスの噴出を再開するものであることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体素子の製造装置。
  10. 前記基板方向変更機構は、前記酸化炉の内部に配置されており前記半導体基板を載せるステージと、前記ステージの前記噴出口に対する向きを変える回転機構と、前記半導体基板の酸化工程の途中で該酸化炉の温度が所定値以下に下げられたときに前記回転機構を動作させる制御機構とを有することを特徴とする請求項７又は９に記載の半導体素子の製造装置。
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