JP6520454B2 - 垂直共振器型面発光レーザの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、垂直共振器型面発光レーザの製造方法に関する。

垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）は、基板面と垂直方向に光共振器を形成することにより、基板面と垂直方向にレーザ光を出力するレーザ装置である。通常、ＶＣＳＥＬでは、電流を発光領域に集中させるために電流狭窄構造が形成される。

電流狭窄構造として多くの場合、ＡｌＡｓ（アルミニウム・ヒ素）層の外周側を酸化させることによって形成された開口構造が利用される。具体的には、ＡｌＡｓ層が側面に露出するようにメサ型に加工した積層体（酸化対象物）が形成された基板を４００〜５００℃の加熱水蒸気中に保持することによってＡｌＡｓ層の酸化が実行される。設計どおりに電流狭窄層を作製するためには、ＡｌＡｓ層の酸化量を精密に制御する必要がある。

たとえば、特開２００６−２２８８１１号公報（特許文献１）は、ＡｌＡｓ層の酸化量を精密に制御するための方法を開示する。具体的にこの文献の方法は、処理容器内で試料の酸化処理中に処理を中断する工程、酸化処理の中断中に処理容器に設けられた観察窓を通して試料の酸化量を検出する工程、検出した酸化量に基づいて追加酸化量を求め、その求めた追加酸化量だけ試料を追加酸化する工程を含む。試料の酸化量を検出する工程では、マイクロスコープによって試料の拡大画像が取得される。取得された拡大画像において、ＡｌＡｓ層の酸化領域と未酸化領域との境界は明瞭に認識できる。

特開２００６−３０３４１５号公報（特許文献２）は、上記の文献と同様の方法を開示している。この文献の方法では、試料表面でレーザ光を走査した際の反射光量の差に基づいて、ＡｌＡｓ層の酸化領域と未酸化領域との境界が判別される。

特開２００６−２２８８１１号公報 特開２００６−３０３４１５号公報

上記の特開２００６−２２８８１１号公報（特許文献１）に記載の製造方法では、水蒸気と窒素の混合ガスを処理容器に導入した後に、加熱ヒータがオンされ、所定の酸化温度まで試料の温度が上昇される。このため、試料の温度の上昇中にも試料の酸化がある程度進むと考えられるが、この温度上昇中の酸化の影響については何ら考慮されていない。

上記の特開２００６−３０３４１５号公報（特許文献２）に記載の製造方法では、酸化ガスが噴出されるともに所定温度に設定された酸化炉内に試料を入れることによって酸化工程が開始される。この場合、試料を酸化炉に入れた直後では試料の温度が安定していないために酸化の進行が一定にならないという問題がある。

この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、電流狭窄層を作製する際の酸化量の制御性をより高めることが可能な、垂直共振器型面発光レーザの製造方法を提供することである。

この発明は、垂直共振器型面発光レーザの製造方法であって、第１および第２の反射鏡層、活性層、ならびに電流狭窄構造となる被酸化層を含む積層体を基板上に形成するステップと、少なくとも被酸化層の側面が露出するように、積層体を加工するステップと、積層体を加工した後に、電流狭窄構造の形成のために被酸化層を側面から酸化するステップとを備える。この酸化するステップは、少なくともＮ回（Ｎ≧３）実行される。各回の酸化するステップは、加工後の積層体を昇温する第１ステップと、予め設定された酸化温度で予め設定された酸化時間の間、加工後の積層体の水蒸気酸化を行う第２ステップと、水蒸気の供給を停止して加工後の積層体を降温する第３ステップとを含む。製造方法は、さらに、第１回目から第Ｎ−１回目までの各回の酸化するステップの終了後に、各回ごとの被酸化層の酸化量を測定するステップと、第１回目から第Ｎ−１回目の各回ごとの酸化量の測定値および酸化時間の設定値に基づいて、第Ｎ回目の酸化するステップにおける第２ステップ以外での被酸化層の酸化量と、第２ステップでの被酸化層の酸化速度とを推定し、推定した酸化量および酸化速度に基づいて第Ｎ回目の酸化するステップでの酸化時間を決定するステップとを備える。

上記の製造方法によれば、第２ステップ以外、すなわち第１ステップ（昇温時）、第３ステップ（降温時）、第１ステップから第２ステップへの切替え時、および第２ステップから第３ステップへの切替え時での酸化量も考慮しているので、より正確に、第Ｎ回目の酸化するステップでの酸化時間を決定することができる。

好ましくは、酸化時間を決定するステップは、第１回目から第Ｎ−１回目の各回の酸化量の測定値と酸化時間の設定値との関係を近似直線に当て嵌めるステップと、酸化時間が０のときの近似直線の切片に基づいて、第２ステップ以外での被酸化層の酸化量を推定するステップと、近似直線の傾きに基づいて、第２ステップでの被酸化層の酸化速度を推定するステップとを含む。

上記のように直線近似を行うことによって、最低３回（Ｎ＝３）の酸化するステップで精度良く電流狭窄層の酸化を行うことができる。

好ましくは、垂直共振器型面発光レーザの製造方法は、第１回目の酸化するステップの前に被酸化層を側面から予備的に酸化するステップと、この予備的に酸化するステップの終了後に被酸化層の酸化量を測定することによって、第１回目の酸化するステップによる酸化量の測定の際の基準位置を決定するステップとをさらに備える。

上記の製造方法によれば、メサポスト加工後（酸化前）の電流狭窄層の側面に存在する自然酸化膜の影響によって、最初の酸化工程による酸化の進行量が安定しないという問題を解消することができる。

好ましくは、上記の第１ステップでは、水蒸気を供給しながら前記加工後の積層体を昇温する。第１ステップでは、必ずしも水蒸気を供給しなくてもよいが、酸化炉の内部空間の雰囲気を安定化させるために、予めこの段階で水蒸気を供給しておいても構わない。

好ましくは、第１回目から第Ｎ回目までの各回の第１ステップにおける水蒸気の供給量および温度上昇の条件は同一である。これによって、第２ステップ以外での被酸化層の酸化量の推定精度を高めることができる。

好ましくは、各酸化するステップは、密閉された酸化炉内で実行される。そして、第３ステップでは、酸化炉内を排気してから加工後の積層体が降温される。これによって、降温時の残留水蒸気による酸化の影響を考慮する必要がなくなる。

したがって、この発明によれば、垂直共振器型面発光レーザの電流狭窄層を作製する際の酸化量の制御性をより高めることができる。

ＶＣＳＥＬの構成を模式的に示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を模式的に示す図である。 図２のうちレーザ光の生成に関係する部分を示した断面図である。 図３の各層のＡｌ組成の分布図である。 ＶＣＳＥＬの作製プロセスにおいてメサポスト構造の形成を模式的に示す断面図である。 ＶＣＳＥＬの作製プロセスにおいて電流狭窄層の外周部の酸化を模式的に示す断面図である。 ＶＣＳＥＬの作製プロセスを示すフローチャートである。 電流狭窄層の形成に用いる半導体酸化装置の構成を示す図である。 第１の実施形態による垂直共振器型面発光レーザの製造方法において、電流狭窄層の酸化手順を示すフローチャートである。 図９の酸化工程の詳細を示すフローチャートである。 各酸化工程における温度の変化を示すタイミング図である。 図８のマイクロスコープ１３０で撮影された半導体試料１１１の拡大画像の一例を示す図である。 酸化時間と酸化幅との関係を模式的に示す図である。 各酸化時間に対する酸化幅の変化を実験的に測定した結果を示す図である。 第１回目の酸化工程からの積算の昇温／酸化時間と、積算の酸化量との関係を示す図である。 第２の実施形態による垂直共振器型面発光レーザの製造方法において、電流狭窄層の酸化手順を示すフローチャートである。 第２の実施形態の場合において、各酸化工程における温度の変化を示すタイミング図である。 第２の実施形態の場合において、図８のマイクロスコープ１３０で撮影された半導体試料１１１の拡大画像の一例を示す図である。 予備的な酸化工程からの積算の昇温／酸化時間と、積算の酸化幅との関係を示す図である。

以下、各実施形態について図面を参照して詳しく説明する。以下では、最初にＶＣＳＥＬの全体構成およびその製造方法について簡単に説明し、次に、電流狭窄層の作製方法について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない場合がある。

＜第１の実施形態＞
［ＶＣＳＥＬの構成］
図１は、ＶＣＳＥＬの構成を模式的に示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を模式的に示す図である。図３は、図２のうちレーザ光の生成に関係する部分を示した断面図である。なお、図２および図３に示す断面図は模式図である。図中の各層の厚みは実際のデバイスの厚みと比例関係になく、図２の厚みと図３の厚みも比例関係にない。

図１〜図３を参照して、ＶＣＳＥＬ１は、基板１０と、半導体多層膜反射鏡層（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）１１，１５と、クラッド層１２，１４と、活性層１３と、半導体多層膜反射鏡層１５の内部に設けられた電流狭窄層１６と、アノード電極層１９と、カソード電極層２０とを含む。

この実施形態では、基板１０としてＮ型の導電型を示すＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素）半導体基板が用いられる。基板１０の裏面にカソード電極層（裏面電極層）２０が形成される。

基板１０の主面上には、Ｎ型の導電型を示す化合物半導体で構成されたＤＢＲ層１１が形成される。ＤＢＲ層１１は、たとえばＡｌ_0.15Ｇａ_0.85ＡｓとＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとを光学膜厚λ／４（λは発振波長を表す）ずつ交互に積層した構造を含む。Ｎ型の導電型を与えるためにＳｉ（シリコン）がドーピングされており、その濃度は、たとえば２〜３×１０¹⁸［ｃｍ^-3］である。ＳｉはＧａ（Ａｌ）サイトに配位してドナーになりやすい。Ｐ型不純物は意図的にはドーピングされていない。

なお、Ａｌ_XＧａ_(1-X)Ａｓ（アルミニウム・ガリウム・ヒ素）は、ＧａＡｓとＡｌＡｓとの混晶半導体であり、Ａｌ組成（Ｘ）が高いほどエネルギーギャップが広く、屈折率は低くなる。Ａｌ組成（Ｘ）に応じて格子定数がほとんど変化しないために、あらゆるＡｌ組成（Ｘ）のＡｌ_XＧａ_(1-X)Ａｓ膜をＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長可能である。この明細書では、Ａｌ組成（Ｘ）を特定しない場合には、ＡｌＧａＡｓと記載する場合がある。

ＤＢＲ層１１の上に、レーザ光を発生する活性領域が形成される。活性領域は、クラッド層１２，１４と、クラッド層１２，１４に挟まれた光学利得を有する活性層１３とによって構成される。活性層１３およびクラッド層１２，１４は、発振波長に応じて適宜、その膜厚および材料を調整することができる。たとえば、活性層１３には、量子井戸層と障壁層とを多重に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）が形成される。活性層１３は、不純物を意図的に導入しないノンドープ領域である。

クラッド層１２，１４は、デバイスの抵抗値の設計に応じて、ノンドープにすることも部分的に不純物をドープすることもできる。本実施形態では、Ｎ型およびＰ型ＤＢＲ層１１，１５に接するクラッド層１２，１４の一部に、隣接するＤＢＲ層１１，１５と同じ導電型の不純物をドープしている。したがって、Ｐ型不純物がドープされた領域３１（以下、Ｐ型ドープ領域３１と記載する）は、上層側のＤＢＲ層１５から上層側のクラッド層１４の一部にまで至る。Ｎ型不純物がドープされた領域３０（以下、Ｎ型ドープ領域３０と記載する）は、下層側のＤＢＲ層１１から下層側のクラッド層１２の一部にまで至る。

活性領域の上に、Ｐ型の化合物半導体で構成された上層側のＤＢＲ層１５が形成される。上層側のＤＢＲ層１５は、下層側のＤＢＲ層１１とともに光共振器を構成する。ＤＢＲ層１５は、電流狭窄層１６を除いて、下層側（基板側）のＤＢＲ層１１と同様に、たとえばＡｌ_0.15Ｇａ_0.85ＡｓとＡｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓとを光学膜厚λ／４ずつ交互に積層した構造を含む。Ｐ型の導電型を与えるために、Ｃ（カーボン）がドーピングされており、その濃度は、たとえば２〜３×１０¹⁸［ｃｍ^-3］である。ＣはＡｓサイトに配位してアクセプタになりやすい。

ここで、導電型を上記と反対にして、基板１０をＰ型半導体基板にし、下層側のＤＢＲ層１１の導電型をＰ型にし、上層側のＤＢＲ層１５の導電型をＮ型としてもよい。なお、この明細書において第１および第２の導電型と記載した場合には、第１および第２の導電型のうち一方がＰ型であり、他方がＮ型である。

さらに、上層側のＤＢＲ層１５の一部に、活性領域に効率よく電流を注入し、レンズ効果をもたらす電流狭窄層１６が形成される。図３に示すように、電流狭窄層１６は中心部分の未酸化部１８とその周囲のほぼ絶縁体の酸化部１７とを有する。この構造は、電流狭窄層１６となるべき被酸化層を０．９５≦Ｘ≦１のＡｌ_XＧａ_(1-X)Ａｓで形成し（Ｘ＝１の場合、すなわちＡｌＡｓを含む）、被酸化層を含むエピタキシャル多層膜をメサポスト形状に加工した後に、加熱水蒸気雰囲気下で被酸化層を周囲から選択的に酸化させることによって得られる。中心部分の未酸化部１８のみが電流経路となるので、活性領域に効率よく電流を注入できる。

図１、図２に示すようにメサポスト構造を有するエピタキシャル多層膜上には、防湿用の絶縁膜２１（耐湿膜とも称する）が形成されている。メサポスト上部の絶縁膜２１にはＤＢＲ層１５の上面（基板から遠い側の表面）が露出するような開口が形成される。露出したＤＢＲ層１５の上面には、アノード電極層１９（リング電極層）が接続される。アノード電極層１９にはボンディング用のパッド電極２３が接続される。パッド電極２３とＤＢＲ層１１との間には、寄生容量を低減するために絶縁層（ポリイミドパターン）２２が設けられている。

なお、図１〜図３の場合と異なるが、基板１０として半絶縁性を示すノンドープのＧａＡｓ基板を用いることもできる。この場合には、図２において、たとえば、成膜工程の段階で基板１０とＮ型ＤＢＲ層１１との間にＮ型半導体コンタクト層を形成しておく。メサポスト構造および耐湿膜２１の形成後に、耐湿膜２１およびＮ型ＤＢＲ層１１（図２のメサポスト構造の左側の部分）を貫通する掘り込みパターンを形成することによってＮ型半導体コンタクト層の上面を露出させる。この露出したＮ型半導体コンタクト層の上にカソード電極を形成することができる。

［Ａｌ組成分布］
図４は、図３の各層のＡｌ組成の分布図である。図４の縦軸はＡｌ_XＧａ_(1-X)ＡｓのＡｌ組成（Ｘ）を示し、横軸はＶＣＳＥＬの深さ方向を任意単位（ＡＵ）で示す。Ｘ＝０の場合はＧａＡｓを意味し、Ｘ＝１の場合はＡｌＡｓを意味する。

図４を参照して、ＤＢＲ層１１，１５では、Ａｌ含有量が多い低屈折率層と、Ａｌ含有量が少ない高屈折率層とが交互に積層されている。ＤＢＲ層１１，１５のうちクラッド層１２，１４に隣接する領域が第１番目の低屈折率層に相当する。図４の場合、電流狭窄層１６は、ＤＢＲ層１５の第１番目の低屈折率層内で、最も活性層１３から離間した位置に形成される。電流狭窄層１６を第１番目の低屈折率層内でより下層側（たとえば、クラッド層１４に隣接する位置）に配置してもよい。

なお、電流狭窄層１６は、ＤＢＲ層１５を構成する第１番目の低屈折率層の内部に形成されていたが、クラッド層１４の内部など、より活性層１３に近い位置に配置することも可能である。したがって、より一般的に言えば、電流狭窄層１６は、ＤＢＲ層１５の内部またはＤＢＲ層１５と活性層１３との間に配置される。あるいは、電流狭窄層１６は、活性層１３よりも基板１０側に配置することも可能であり、ＤＢＲ層１１の内部またはＤＢＲ層１１と活性層１３との間に配置してもよい。

［ＶＣＳＥＬの作製プロセス］
次にＶＣＳＥＬの作製プロセスについて説明する。

図５は、ＶＣＳＥＬの作製プロセスにおいてメサポスト構造の形成を模式的に示す断面図である。図６は、ＶＣＳＥＬの作製プロセスにおいて電流狭窄層の外周部の酸化を模式的に示す断面図である。図７は、ＶＣＳＥＬの作製プロセスを示すフローチャートである。以下、図２、図５〜図７を参照して、ＶＣＳＥＬ１の作製方法について説明する。

まず、半導体基板１０（ここでは、Ｎ型ＧａＡｓ基板）上に、多層のエピタキシャル膜１１〜１６を形成する（ステップＳ１００）。エピタキシャル膜の形成はＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）などの手法が好適である。

具体的に、ＧａＡｓ基板１０上に、まずＮ型の導電型を示すＤＢＲ層１１を形成する。次に、Ｎ型ＤＢＲ層１１の上に、クラッド層１２，１４に挟まれた形で量子井戸（ＱＷ：Quantum Well）を含む活性層１３を形成する。次に、クラッド層１４の上に、Ｐ型のＤＢＲ層１５，１５Ａを形成する。Ｐ型のＤＢＲ層１５，１５Ａの形成の途中で、電流狭窄層１６となるべき被酸化層を形成する。

図１〜図４で説明した構造の場合には、クラッド層１４に接する第１番目の低屈折率層内に電流狭窄層１６となるべき被酸化層を形成する。例えば、クラッド層１４の上にＡｌ_XＧａ_(1-X)Ａｓ層１５Ａ（ただし、Ｘ＝０．６５）を２〜３×１０¹⁸［ｃｍ^-3］程度のＣ（カーボン）を導入しながら形成し、次に、Ａｌ組成Ｘを０．９５以上に増加させることによって、被酸化層としてＡｌ_XＧａ_(1-X)Ａｓ層（ただし、０．９５≦Ｘ≦１）を２〜３×１０¹⁸［ｃｍ^-3］程度のＣ（カーボン）を導入しながら形成する。なお、電流狭窄層１６となるべき被酸化層は、酸化処理を行うときの体積収縮により歪が発生するので、歪の影響を抑えるために４０ｎｍ以下にすることが望ましい。

次に、図５に示すように、基板１０上に形成されたエピタキシャル多層膜（積層体）を、たとえばφ３０μｍのメサポスト構造に加工する（ステップＳ１０５）。メサポスト構造は、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングの手法で形成する。ドライエッチングは、少なくとも電流狭窄層１６となるべき被酸化層の側面が露出するまで行う必要があり、図５の場合には下層側のＤＢＲ層１１の上面（基板から遠い側の表面）が露出する深さまで行っている。

次に、メサポストパターンに加工されたエピタキシャル多層膜付きの基板を水蒸気雰囲気中で４００〜５００℃程度に加熱する。この結果、電流狭窄層１６となるべき被酸化膜の外周部から酸化が進行し、図６に示すような酸化部１７が形成される（ステップＳ１１０）。この酸化工程ついては後で詳しく説明する。

その後、耐湿膜２１として、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜を形成する（ステップＳ１１５）。耐湿膜２１の形成は、ＣＶＤまたはスパッタなどの手法が適用可能である。メサポストの上部の耐湿膜２１には、コンタクト電極層用の開口部が、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングの手法で形成される。

次に、上記の開口部に、たとえばフォトリソグラフィーおよび蒸着によってアノード電極層（コンタクト電極層）１９を形成する（ステップＳ１２０）。アノード電極層１９として、たとえば、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）、およびＡｕ（金）からなる積層膜を利用することができる。

次に、パッド電極２３下の容量低減の目的で絶縁層（ポリイミドパターン）２２を形成する（ステップＳ１２５）。その後、Ｐ型コンタクト電極層１９と接続するパッド電極２３を、たとえばフォトリソグラフィーおよびスパッタリング製膜の手法で形成する（ステップＳ１３０）。

次に、基板１０の厚みを調整した後にカソード電極層（裏面電極層）２０を形成する（ステップＳ１３５）。裏面電極層２０として、たとえば、Ａｕ、Ｇｅ、およびＮｉからなる積層膜を用いることができる。さらに、各電極層１９，２０と半導体層とのオーミックコンタクトをとるためのアニール処理を行うことによって、ＶＣＳＥＬが完成する。

［電流狭窄層の形成方法の詳細］
以下、加熱水蒸気酸化による電流狭窄層の形成方法（図７のステップＳ１１０）について詳細に説明する。

（半導体酸化装置の構成）
図８は、電流狭窄層の形成に用いる半導体酸化装置の構成を示す図である。図８を参照して、半導体酸化装置１００は、酸化炉１０１と、半導体試料１１１を支持するための基台１１０と、回転昇降機構１２０と、マイクロスコープ１３０と、画像処理部１３１と、配管１４０，１５０，１６０と、電磁弁１４３，１４４，１５１，１６１と、窒素供給源１４５と、水蒸気供給源１４６と、真空装置１５２と、制御装置１７０とを含む。

酸化炉１０１は、ステンレスなどの金属壁によって外部と仕切られた耐圧密閉容器である。酸化炉１０１の内部空間１０５の底部には、半導体試料１１１を支持するための基台１１０が設けられている。酸化炉１０１の天井壁１０３には、透明の耐熱材料によって形成された観察窓１０４が、基台１１０と対向する位置に設けられている。

基台１１０は、加熱テーブル１１３と試料テーブル１１２とを含む。加熱テーブル１１３は、電熱線またはランプヒータなどのヒータ１１４を備えており、試料テーブル１１２を介して半導体試料１１１を加熱する。加熱テーブル１１３は、回転昇降機構１２０によって回転および昇降が可能である。試料テーブル１１２は、半導体試料１１１を支持固定するとともに加熱テーブル１１３が発生した熱を半導体試料１１１に伝熱するための部材である。なお、試料テーブル１１２と加熱テーブル１１３とが一体となっている場合もある。

回転昇降機構１２０は、駆動軸１２１と、モータ１２２と、昇降機構１２３とを含む。駆動軸１２１は、容器１０１の底壁１０２を上下方向に貫通することによって、酸化炉１０１の内部で加熱テーブル１１３と接続される。モータ１２２は、酸化炉１０１の外部で駆動軸１２１と連結され、駆動軸１２１をその軸線の回りに回転させる。モータ１２２の駆動に基づいて、基台１１０は、駆動軸１２１を中心として回転する。昇降機構１２３は、モータ１２２を駆動軸１２１とともに上下方向に移動させる。図８の場合、昇降機構１２３は、モータ１２４とラックアンドピニオン（図示せず）とによって構成されるが、その他の構成、たとえば、油圧シリンダまたは空圧シリンダであってもよい。昇降機構１２３の駆動に基づいて、基台１１０は、実線で示す酸化位置（下降位置）と点線で示す観察位置（上昇位置）との間を移動する。

マイクロスコープ１３０は、顕微鏡付きのカメラであって、図示しない移動機構によって水平２方向および垂直１方向の３方向に移動可能に構成されている。マイクロスコープ１３０は、基台１１０が観察位置のときに半導体試料１１１を撮影する。撮影された画像は画像処理部１３１によって処理される。

酸化炉１０１の内部空間１０５の雰囲気を制御するために、酸化炉１０１の壁を貫通する配管１４０，１５０，１６０が設けられている。

配管１４０は、酸化炉１０１の外部で２つの配管１４１，１４２に分岐する。分岐した一方の配管１４１は、電磁弁１４３を介して窒素供給源１４５と接続される。分岐した他方の配管１４２は、電磁弁１４４を介して水蒸気供給源１４６と接続される。これによって、酸化炉１０１の内部空間１０５に水蒸気および／または窒素を供給することができる。

配管１５０は、酸化炉１０１の外部で電磁弁１５１を介して真空装置１５２と接続される。酸化炉１０１の内部空間１０５は真空装置１５２によって排気することができる。真空装置１５２は、酸化炉１０１の内部空間の残留ガスを急速に排気する場合に用いられる。

配管１６０は、電磁弁１６１と接続される。水蒸気および／または窒素の供給時には電磁弁１６１を開放状態にすることによって、水蒸気および／または窒素の循環（フロー）状態を保つことができる。

制御装置１７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを含むコンピュータをベースに構成される。制御装置１７０は、ヒータ１１４の温度制御、電磁弁１４３，１４４，１５１，１６１の開閉、モータ１２２の駆動制御、および昇降機構１２３の駆動制御、マイクロスコープ１３０の制御など、半導体酸化装置１００全体を制御する。

（酸化方法の詳細）
次に、上記の半導体酸化装置１００を用いた酸化方法の詳細について説明する。図７のステップＳ１１０で説明したように、メサポストパターンに加工されたエピタキシャル多層膜付きの基板を水蒸気雰囲気中で４００〜５００℃程度に加熱することによって、被酸化膜の外周部から酸化が進行する。

図９は、第１の実施形態による垂直共振器型面発光レーザの製造方法において、電流狭窄層の酸化手順を示すフローチャートである。電流狭窄層の形成のために、合計３回の酸化工程が実行される点に特徴がある（ステップＳ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２３５）。

図１０は、図９の酸化工程の詳細を示すフローチャートである。
図８〜図１０を参照して、最初に、半導体試料１１１が酸化炉１０１内の試料テーブル１１２上に固定される（ステップＳ２００）。制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を酸化位置（下降位置）に移動する。この状態で、制御装置１７０は、ヒータ１１４によって半導体試料１１１を加熱することによって、半導体試料１１１の温度を待機温度ＴＥＭＰ１まで上昇させる（ステップＳ２０５）。待機温度ＴＥＭＰ１は、たとえば、２００℃程度であり、水蒸気雰囲気中でも被酸化層（たとえば、ＡｌＡｓ層）の酸化がほとんど進行しない温度である。

次に、第１回目の酸化工程が実行される（ステップＳ２１０）。具体的には、制御装置１７０は、最初に図８の電磁弁１４３，１４４，１６１を開放することによって、酸化炉１０１の内部空間１０５に窒素および水蒸気の混合ガスを循環させる（ステップＳ３００）。

酸化炉１０１の内部空間１０５の雰囲気が安定したら、制御装置１７０は、ヒータ１１４の出力を徐々に上昇させることによって、半導体試料１１１の温度を待機温度ＴＥＭＰ１から酸化温度ＴＥＭＰ２まで上昇させる（ステップＳ３０５）。上記の昇温時のプロセス条件は、３回の酸化工程のいずれでも同じにする。

制御装置１７０は、半導体試料１１１の温度が酸化温度ＴＥＭＰ２に達したら、ヒータ１１４の出力を一定に保つことによって酸化温度ＴＥＭＰ２で維持するとともに、半導体試料１１１の温度が酸化温度ＴＥＭＰ２に達してからの時間経過を測定する。これによって、設定された酸化温度ＴＥＭＰ２での半導体試料１１１の酸化が開始される（ステップＳ３１０）。なお、酸化中には、モータ１２２によって半導体試料１１１を回転させることが望ましい。これによって、半導体基板面内への水蒸気の供給を均一化することができる。

上記の昇温プロセス（ステップＳ３００，Ｓ３０５）では、必ずしも水蒸気を供給しなくてもよい。この場合、酸化炉１０１の内部空間１０５に窒素ガスのみを循環させながら（ステップＳ３００）、半導体試料１１１の温度を待機温度ＴＥＭＰ１から酸化温度ＴＥＭＰ２まで上昇させる（ステップＳ３０５）。半導体試料１１１の温度が酸化温度ＴＥＭＰ２に達したら、または酸化温度ＴＥＭＰ２に達する前に、酸化炉１０１の内部空間１０５に窒素ガスに加えてさらに水蒸気が導入される。半導体試料１１１の温度が酸化温度ＴＥＭＰ２に達するとともに水蒸気が酸化炉１０１の内部空間１０５に導入された後に、酸化時間の計測が開始される。水蒸気が内部空間１０５に導入されてから酸化時間計測を開始するまでの間にも半導体試料１１１の酸化は進行するが、この間の酸化量は後述する近似直線の切片ｂに含まれる。

制御装置１７０は、測定時間が予め設定した酸化時間Ｔｏｘ１に達したら、電磁弁１４４を閉じることによって水蒸気の供給を停止する（ステップＳ３１５）。なお、窒素の供給を継続することによって、酸化炉１０１の内部空間に残留している水蒸気は配管１６０から外部に排出される。制御装置１７０は、さらに、ヒータ１１４の出力を減少させることによって、半導体試料１１１の温度を酸化温度ＴＥＭＰ２から待機温度ＴＥＭＰ１まで下降させる（ステップＳ３２０）。降温時のプロセス条件は、３回の酸化工程でいずれも同じにする。以上によって、第１回目の酸化工程が終了する。

第１回目の酸化工程が終了すると、制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を観察位置（上昇位置）に移動する。この状態で、制御装置１７０は、マイクロスコープ１３０によって半導体基板に垂直な方向から半導体試料１１１の拡大画像を取得する。取得された拡大画像において、電流狭窄層の酸化領域と未酸化領域との境界は明瞭に認識できる。画像処理部１３１は、取得した拡大画像に基づいて、第１回目の酸化工程による酸化の進行量（酸化幅Ｗ１）を測定する（ステップＳ２１５）。

なお、酸化幅の測定方法は他の方法でも構わない。たとえば、レーザ光を半導体試料１１１の表面を走査したときの反射光の強度の相違から、図３の酸化部１７と未酸化部１８とを検出することができる。

次に、制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を酸化位置（下降位置）に移動してから、第２回目の酸化工程を実行する（ステップＳ２２０）。第２回目の酸化工程では酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化時間がＴｏｘ２に変更されるが、その他の条件は第１回目の酸化工程と同じである。

第２回目の酸化工程が終了すると、制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を観察位置（上昇位置）に移動してから、マイクロスコープ１３０によって半導体基板に垂直な方向から半導体試料１１１の拡大画像を取得する。画像処理部１３１は、取得した拡大画像に基づいて、第２回目の酸化工程による酸化の進行量（酸化幅Ｗ２）を測定する（ステップＳ２２５）。

制御装置１７０は、第１回目の酸化工程の酸化時間Ｔｏｘ１と検出された酸化幅Ｗ１、および第２回目の酸化工程の酸化時間Ｔｏｘ２と検出された酸化幅Ｗ２に基づいて、最終的に所望の未酸化部１８の寸法を得るために必要な追加の酸化幅Ｗ３を決定する。さらに、その追加の酸化幅Ｗ３を得るのに必要な酸化時間Ｔｏｘ３を決定する（ステップＳ２３０）。具体的な酸化時間の決定方法については、図１３〜図１５を参照して後述する。

その後、制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を酸化位置（下降位置）に移動してから、第３回目の酸化工程を実行する（ステップＳ２３５）。第３回目の酸化工程では酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化時間がステップ２３０で決定された酸化時間Ｔｏｘ３に変更されるが、その他の条件は第１回目および第２回目の酸化工程と同じである。

第３回目の酸化工程の終了後に半導体試料１１１は、酸化炉１０１から取り出される。なお、第１回目の酸化工程の開始から第３回目の酸化工程の終了まで酸化炉１０１の外部に半導体試料１１１を取り出さないようにすることによって、各酸化工程における酸化の進行を安定化することができる。

図１１は、各酸化工程における温度の変化を示すタイミング図である。横軸は時間を表し、縦軸は半導体試料１１１の温度を表す。図１１には、さらに、酸化炉１０１内に供給されるガスの種類も併せて示されている。

図１１を参照して、第１回目の酸化工程は、時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までに相当する。第２回目の酸化工程は、時刻ｔ２１から時刻ｔ２４までに相当する。第３回目の酸化工程は、時刻ｔ３１から時刻ｔ３４までに相当する。各酸化工程での昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３は同一であり、温度の上昇速度も同一である。各酸化工程での降温時間Ｔｄｏｗｎ１，Ｔｄｏｗｎ２，Ｔｄｏｗｎ３は同一であり、温度の降下速度も同一である。

降温期間（時刻ｔ１３から時刻ｔ１４まで、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４まで、時刻ｔ３３から時刻ｔ３４まで）と、酸化幅を測定するために待機温度ＴＥＭＰ１に維持されている期間（時刻ｔ１４から時刻ｔ２１まで、時刻ｔ２４から時刻ｔ３１まで）とでは、酸化炉１０１の内部空間１０５内に窒素が供給されている。窒素の供給に代えて、図８の真空装置１５２を用いることによって酸化炉１０１の内部空間１０５を排気状態にするようにしてもよい。この場合は、各酸化工程での降温時間Ｔｄｏｗｎ１，Ｔｄｏｗｎ２，Ｔｄｏｗｎ３を同一にする必要がなく、温度の降下速度も同一にする必要がない。

図１２は、図８のマイクロスコープ１３０で撮影された半導体試料１１１の拡大画像の一例を示す図である。図１２では、メサポスト形状が円柱状の例が示されているが、メサポストの断面形状は円に限らず、正方形または長方形など、どのような形状であっても構わない。

図１２（Ａ）は、第１回目の酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。第１回目の酸化工程では、メサポスト構造の端部５０から、酸化部と未酸化部との境界５１まで酸化が進行する。このときの酸化幅はＷ１である。

図１２（Ｂ）は、第２回目の酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。第２回目の酸化工程では、第１回目の酸化工程における酸化部と未酸化部との境界５１からさらに酸化幅Ｗ２だけ酸化が進行する。

図１２（Ｃ）は、第３回目の酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。第３回目の酸化工程では、第２の回目の酸化工程における酸化部と未酸化部との境界５２からさらに酸化幅Ｗ３だけ酸化が進行する。最終的に、メサポスト構造の端部５０から、酸化部と未酸化部との境界５３までの酸化幅はＷ１＋Ｗ２＋Ｗ３になる。

［酸化時間の決定方法］
次に、図９のステップＳ２３０における酸化時間の決定方法について説明する。

図１３は、酸化時間と酸化幅との関係を模式的に示す図である。図１３では、第１回目の酸化工程における酸化時間Ｔｏｘ１と検出された酸化幅Ｗ１、第２回目の酸化工程における酸化時間Ｔｏｘ２と検出された酸化幅Ｗ２、および第３回目の酸化工程における酸化時間Ｔｏｘ３と検出された酸化幅Ｗ３とがプロットされている。図１３に示すように酸化時間Ｔｏｘ１，Ｔｏｘ２，Ｔｏｘ３と酸化幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３との関係は、傾きａおよび切片ｂを有する直線で近似することができる。

近似直線の傾きａおよび切片ｂは、第１回目および第２回目の酸化工程における酸化の進行量（すなわち、酸化時間Ｔｏｘ１，Ｔｏｘ２に対する酸化幅Ｗ１，Ｗ２）から、
ａ＝（Ｗ１−Ｗ２）／（Ｔｏｘ１−Ｔｏｘ２） …(1)
ｂ＝Ｗ１−ａ×Ｔｏｘ１＝Ｗ２−ａ×Ｔｏｘ２ …(2)
に従って求めることができる。

上記の傾きａは、第１回目および第２回目の酸化工程における電流狭窄層の酸化速度を意味している。したがって、水蒸気の供給量および酸化温度ＴＥＭＰ２が第３回目の酸化工程においても同じであれば、第３回目の酸化工程における電流狭窄層の酸化速度も同じ酸化速度ａを有することが推定される。

上記の切片ｂは、第１回目および第２回目の各酸化工程における酸化温度ＴＥＭＰ２以外の温度での酸化量、すなわち昇温時の酸化量と降温時の残留水蒸気による酸化量の和を意味している。したがって、水蒸気の供給量、昇温時間、降温時間、温度の上昇速度、および温度の下降速度などが第３回目の酸化工程においても同じであれば、第３回目の酸化工程における酸化温度ＴＥＭＰ２以外の温度での酸化量も同じ酸化量ｂを有することが推定される。

よって、所望の未酸化部１８の寸法を得るために必要な追加の酸化幅をＷ３（酸化部１７の設計寸法からＷ１＋Ｗ２を減算することによって求められる）とすると、第３回目の酸化工程の酸化時間Ｔｏｘ３は、
Ｗ３＝ａ×Ｔｏｘ３＋ｂ …(3)
の関係式を満たすことがわかる。すなわち、酸化時間Ｔｏｘ３は、
Ｔｏｘ３＝（Ｗ３−ｂ）／ａ …(4)
によって求めることができる。

なお、酸化温度ＴＥＭＰ２における酸化が終了した時点で、真空装置１５２を用いて酸化炉１０１内を急速に排気するようにすれば、降温期間における残留水蒸気による酸化の影響を考慮する必要がなくなる。すなわち、上記の切片ｂは昇温時における酸化量のみを意味していることになる。

図１４は、各酸化時間に対する酸化幅の変化を実験的に測定した結果を示す図である。図１４では、３通りの酸化温度Ａ，Ｂ，Ｃの場合の実験結果が示されている。いずれの酸化温度の場合も、酸化時間と酸化幅とは直線で近似できることが実証されている。

図１５は、第１回目の酸化工程からの積算の昇温／酸化時間と、積算の酸化量との関係を示す図である。図１５では、降温期間の残留水蒸気による酸化の影響は無視できるものとしている。

図１５を参照して、各酸化工程の昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３は全て同一である。この場合、各酸化工程の昇温期間ごとに酸化幅ｂだけ酸化が進行する。ただし、半導体試料１１１の温度が待機温度ＴＥＭＰ１に近いときにはほとんど酸化は進行せず、半導体試料１１１の温度が酸化温度ＴＥＭＰ２に近づくほど酸化が進行するので、昇温時の酸化量ｂと昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３とは比例関係にない。

一方、各酸化工程の酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化量ｗ１，ｗ２，ｗ３は、酸化時間Ｔｏｘ１，Ｔｏｘ２，Ｔｏｘ３と比例関係にある（比例定数ａ）。マイクロスコープ１３０によって検出された酸化幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化量ｗ１，ｗ２，ｗ３に昇温時の酸化量ｂを加算することによってそれぞれ求めることができる。

［第１の実施形態の効果］
以上のとおり、第１の実施形態によれば、第１回目と第２回目の酸化工程の各々における酸化時間と酸化量の測定値に基づいて、酸化時間と酸化量との関係を表す近似直線の傾きおよび切片が決定される。決定した傾きおよび切片を用いて第３回目の酸化工程における酸化時間を決定するので、制御性良く電流狭窄層を作製することができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、第１の実施形態における第１回目の酸化工程の前に予備的な酸化工程が追加される。すなわち、電流狭窄層の形成のために合計４回の酸化工程が実行される点に特徴がある。この場合、予備的な酸化工程は、第１回目の酸化工程による酸化量の測定の基準位置を決定するためだけに実行され、予備的な酸化工程による酸化幅の測定値は、酸化時間と酸化幅との関係を表す近似直線の係数（傾き）ａおよび切片ｂを求めるためには用いられない。この理由は、メサポスト加工後（酸化前）の電流狭窄層の側面に存在する自然酸化膜の影響によって、最初の酸化工程による酸化の進行量が安定しない場合があるからである。以下、第２の実施形態の場合の電流狭窄層の形成方法（被酸化層の酸化方法）について詳細に説明する。なお、半導体酸化装置は、第１の実施形態と同じものが用いられる。

［酸化方法について］
図１６は、第２の実施形態による垂直共振器型面発光レーザの製造方法において、電流狭窄層の酸化手順を示すフローチャートである。図１６のフローチャートは、予備的な酸化工程（酸化時間Ｔｏｘ０）の実行するステップＳ２０６と、予備的な酸化工程の終了後にマイクロスコープ１３０を用いて酸化幅Ｗ０を測定するステップＳ２０７とが追加された点で、第１の実施形態の場合の図９のフローチャートと異なる。以下では、図９のフローチャートと異なる点を主に説明し、共通する点については説明を繰り返さない。

図８および図１６を参照して、最初に、半導体試料１１１が酸化炉１０１内の試料テーブル１１２上に固定され（ステップＳ２００）、半導体試料１１１の温度が待機温度ＴＥＭＰ１まで上昇した後に（ステップＳ２０５）、予備的な酸化工程（酸化時間Ｔｏｘ０）が実行される（ステップＳ２０６）。酸化工程の詳細は、図１０で説明したものと同様であるので説明を繰り返さない。予備的な酸化工程は、第１回目の酸化工程による酸化幅Ｗ１の測定の際の基準位置を決定するために実行される。

予備的な酸化工程が終了すると、制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を観察位置（上昇位置）に移動する。その状態で、制御装置１７０は、マイクロスコープ１３０によって半導体基板に垂直な方向から半導体試料１１１の拡大画像を取得する。画像処理部１３１は、取得した拡大画像に基づいて、予備的な酸化工程による酸化の進行量（酸化幅Ｗ０）を測定する（ステップＳ２０７）。

次に、制御装置１７０は、昇降機構１２３を駆動することによって、基台１１０を酸化位置（下降位置）に移動してから、第１回目の酸化工程を実行する（ステップＳ２１０）。第１回目の酸化工程以降の手順は、図９の場合と同じであるので説明を繰り返さない。なお、予備的な酸化工程の開始から第３回目の酸化工程の終了まで酸化炉１０１の外部に半導体試料１１１を取り出さないようにすることによって、第１〜第３回目の酸化工程における酸化の進行を安定化することができる。

図１７は、第２の実施形態の場合において、各酸化工程における温度の変化を示すタイミング図である。横軸は時間を表し、縦軸は半導体試料１１１の温度を表す。図１７には、さらに、酸化炉１０１内に供給されるガスの種類も併せて示されている。

図１７を参照して、予備的な酸化工程は時刻ｔ１から時刻ｔ４までに相当する。予備的な酸化工程の昇温時間Ｔｕｐ０および温度の上昇速度は、第１から第３回目の酸化工程での昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３および温度の上昇速度と同じである必要はない。同様に、予備的な酸化工程の降温時間Ｔｄｏｗｎ０および温度の下降速度は、第１から第３回目の酸化工程での降温時間Ｔｄｏｗｎ１，Ｔｄｏｗｎ２，Ｔｄｏｗｎ３および温度の下降速度と同じである必要はない。さらに、予備的な酸化工程における酸化温度は、図１７の場合には第１〜第３回目の酸化工程での酸化温度ＴＥＭＰ２と同じにしているが、必ずしも同じにする必要はない。なお、第１〜第３回目の酸化工程のタイミング図は図１１の場合と同様であるので説明を繰り返さない。

図１８は、第２の実施形態の場合において、図８のマイクロスコープ１３０で撮影された半導体試料１１１の拡大画像の一例を示す図である。

図１８（Ａ）は、予備的な酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。予備的な酸化工程では、メサポスト構造の端部５０から、酸化部と未酸化部との境界５０Ａまで酸化が進行する。このときの酸化幅はＷ０である。

図１８（Ｂ）は、第１回目の酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。第１回目の酸化工程では、予備的な酸化工程における酸化部と未酸化部との境界５０Ａからさらに酸化幅Ｗ１だけ酸化が進行する。

図１８（Ｃ）は、第２回目の酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。第２回目の酸化工程では、第１回目の酸化工程における酸化部と未酸化部との境界５１からさらに酸化幅Ｗ２だけ酸化が進行する。

図１８（Ｄ）は、第３回目の酸化工程の終了後における半導体試料１１１の拡大画像の例を示す。第３回目の酸化工程では、第２回目の酸化工程における酸化部と未酸化部との境界５２からさらに酸化幅Ｗ３だけ酸化が進行する。最終的に、メサポスト構造の端部５０から、酸化部と未酸化部との境界５３までの酸化幅はＷ０＋Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３になる。

［酸化時間の決定方法］
次に、図１６のステップＳ２３０における第３回目の酸化工程における酸化時間の決定方法について説明する。酸化時間の決定方法は、基本的には図１３に関連して説明した方法と同じである。ただし、第３回目の酸化時間における追加の酸化幅Ｗ３は、酸化部１７の設計寸法からＷ０＋Ｗ１＋Ｗ２を減算することによって求められる。酸化幅Ｗ３に対応する酸化時間Ｔｏｘ３が前述の式（４）に従って求められる点は、第１の実施形態の場合と同じである。

図１９は、予備的な酸化工程からの積算の昇温／酸化時間と、積算の酸化幅との関係を示す図である。図１９では、降温期間の残留水蒸気による酸化の影響は無視できるものとしている。

図１９を参照して、第１〜第３回目の酸化工程の昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３は全て同一である。この場合、第１〜第３回目の酸化工程において、昇温期間ごとに共通の酸化幅ｂだけ酸化が進行する。ただし、半導体試料１１１の温度が待機温度ＴＥＭＰ１に近いときにはほとんど酸化は進行せず、半導体試料１１１の温度が酸化温度ＴＥＭＰ２に近づくほど酸化が進行するので、昇温時の酸化量ｂと昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３とは比例関係にない。

一方、第１〜第３回目の酸化工程において、酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化量ｗ１，ｗ２，ｗ３は、酸化時間Ｔｏｘ１，Ｔｏｘ２，Ｔｏｘ３と比例関係にある（比例定数ａ）。検出された酸化幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化量ｗ１，ｗ２，ｗ３に昇温時の酸化量ｂを加算することによってそれぞれ求めることができる。

予備的な酸化工程における昇温時の酸化量ｃは、昇温時間Ｔｕｐ０が第１回目以降の酸化工程における昇温時間Ｔｕｐ１，Ｔｕｐ２，Ｔｕｐ３と同じであったとしても、第１回目以降の酸化工程における酸化量ｂと等しくならない場合がある。この理由は、メサポスト加工後（酸化前）の電流狭窄層の側面に存在する自然酸化膜の影響によって、予備的な酸化工程による酸化の進行量が安定しないからである。また、予備的な酸化工程における酸化温度ＴＥＭＰ２での酸化についても開始直後の酸化は自然酸化膜の影響を受けると考えられるので、酸化量ｗ０が酸化時間Ｔｏｘ０と比例しない場合があり得る。

そこで、第２の実施形態では、第１回目の酸化工程での酸化量の測定の基準位置を決定するだけのために、予備的な酸化工程が実行される。酸化時間と酸化幅との関係を表す近似直線の係数（傾き）ａおよび切片ｂは、予備的な酸化工程の実行後の第１回目および第２回目の酸化工程での酸化時間および酸化幅を用いて計算される。これによって、第３回目の酸化工程における酸化時間Ｔｏｘ３を、第１の実施形態の場合よりも精度良く決定することができる。

［変形例］
上記の実施形態では、ＤＢＲ層１１，１５、クラッド層１２，１４、活性層１３、および電流狭窄層１６となるべき被酸化層を含む積層体をメサポスト状に加工した。これに代えてリセス構造に積層体を加工してもよい。リセス構造の場合も、電流狭窄層１６となるべき被酸化層の側面から酸化が進行することによって、未酸化部を取り囲むように酸化部が形成される。

上記の実施形態では、予備的な酸化工程を除いて合計３回の酸化工程を実行しているが、３回を超える酸化工程を実行してもよい。たとえば、Ｎ回（Ｎ≧３）の酸化工程が実行される場合には、第１回から第Ｎ−１回目までの酸化工程における酸化時間をそれぞれＴｏｘ１，Ｔｏｘ２，…，ＴｏｘＮ−１とし、第１回から第Ｎ−１回目までの酸化工程における酸化の進行度（酸化幅）をそれぞれＷ１，Ｗ２，…，ＷＮ−１とする。これらＮ−１個の酸化時間と、対応するＮ−１個の酸化幅との関係を、傾きａおよび切片ｂを有する直線で近似する。データ点が多くなるほど直線近似の精度を高めることができるので、所望の酸化量を得るために必要な第Ｎ回目の酸化工程における酸化時間ＴｏｘＮの決定精度を高めることができる。

今回開示された各実施形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ＶＣＳＥＬ、１０ 基板、１１，１５ 半導体多層膜反射鏡層（ＤＢＲ層）、１２，１４ クラッド層、１３ 活性層、１６ 電流狭窄層、１７ 酸化部、１８ 未酸化部、１９ コンタクト電極層（アノード電極層）、２０ 裏面電極層（カソード電極層）、２１ 耐湿膜（絶縁膜）、２２ ポリイミドパターン、２３ パッド電極、２５ 高抵抗領域、３０ Ｎ型ドープ領域、３１ Ｐ型ドープ領域、１００ 半導体酸化装置、１０１ 酸化炉、１０４ 観察窓、１０５ 内部空間、１１０ 基台、１１１ 半導体試料、１１２ 試料テーブル、１１３ 加熱テーブル、１１４ ヒータ、１２０ 回転昇降機構、１２１ 駆動軸、１２２，１２４ モータ、１２３ 昇降機構、１３０ マイクロスコープ、１３１ 画像処理部、１４５ 窒素供給源、１４６ 水蒸気供給源、１５２ 真空装置、１７０ 制御装置。

Claims (5)

1. 垂直共振器型面発光レーザの製造方法であって、
   第１および第２の反射鏡層、活性層、ならびに電流狭窄構造となる被酸化層を含む積層体を基板上に形成するステップと、
   少なくとも前記被酸化層の側面が露出するように、前記積層体を加工するステップと、
   前記積層体を加工した後に、電流狭窄構造の形成のために前記被酸化層を側面から酸化するステップとを備え、
   前記酸化するステップは、少なくともＮ回（Ｎ≧３）実行され、
   各回の前記酸化するステップは、
   前記加工後の積層体を昇温する第１ステップと、
   予め設定された酸化温度で予め設定された酸化時間の間、前記加工後の積層体の水蒸気酸化を行う第２ステップと、
   水蒸気の供給を停止して前記加工後の積層体を降温する第３ステップとを含み、
   前記製造方法は、さらに、
   第１回目から第Ｎ−１回目までの各回の前記酸化するステップの終了後に、各回ごとの前記被酸化層の酸化量を測定するステップと、
   第１回目から第Ｎ−１回目の各回ごとの前記酸化量の測定値および前記酸化時間の設定値に基づいて、第Ｎ回目の前記酸化するステップにおける前記第２ステップ以外での前記被酸化層の酸化量と、前記第２ステップでの前記被酸化層の酸化速度とを推定し、前記推定した酸化量および酸化速度に基づいて第Ｎ回目の前記酸化するステップでの酸化時間を決定するステップと、
   第１回目の前記酸化するステップの前に前記被酸化層を側面から予備的に酸化するステップと、
   前記予備的に酸化するステップの終了後に前記被酸化層の酸化量を測定することによって、第１回目の前記酸化するステップによる酸化量の測定の際の基準位置を決定するステップとを備える、垂直共振器型面発光レーザの製造方法。
2. 前記酸化時間を決定するステップは、
   第１回目から第Ｎ−１回目の各回の前記酸化量の測定値と前記酸化時間の設定値との関係を近似直線に当て嵌めるステップと、
   前記酸化時間が０のときの前記近似直線の切片に基づいて、前記第２ステップ以外での前記被酸化層の酸化量を推定するステップと、
   前記近似直線の傾きに基づいて、前記第２ステップでの前記被酸化層の酸化速度を推定するステップとを含む、請求項１に記載の垂直共振器型面発光レーザの製造方法。
3. 前記第１ステップでは、水蒸気を供給しながら前記加工後の積層体を昇温する、請求項１または２に記載の垂直共振器型面発光レーザの製造方法。
4. 第１回目から第Ｎ回目までの各回の前記第１ステップにおける水蒸気の供給量および温度上昇の条件は同一である、請求項３に記載の垂直共振器型面発光レーザの製造方法。
5. 各前記酸化するステップは、密閉された酸化炉内で実行され、
   前記第３ステップでは、前記酸化炉内を排気してから前記加工後の積層体が降温される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直共振器型面発光レーザの製造方法。

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