JP3220028B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、化合物半導体層
中に酸化層を形成するための酸化工程を有する半導体装
置の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an oxidation step for forming an oxide layer in a compound semiconductor layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、化合物半導体の表面に酸化層
を形成する技術が知られている。この技術は、例えば、
化合物半導体素子の表面のパッシベーションを行なうた
めに酸化層を形成する場合や、化合物半導体発光素子の
光出力面の保護膜として酸化層を形成する場合、化合物
半導体発光素子の多層膜積層構造の一部を酸化して電流
狭窄層を形成する場合、化合物半導体発光素子の多層膜
反射鏡の一部を酸化して反射率の向上を図る場合等に使
用される。2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for forming an oxide layer on the surface of a compound semiconductor has been known. This technology, for example,
When an oxide layer is formed to passivate the surface of a compound semiconductor device, or when an oxide layer is formed as a protective film on a light output surface of the compound semiconductor light emitting device, a part of the multilayer structure of the compound semiconductor light emitting device Is used to form a current confinement layer by oxidizing the film, or to oxidize a part of the multilayer mirror of the compound semiconductor light emitting element to improve the reflectance.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】以下、従来の酸化層形
成技術の課題について、半導体面発光レーザのＡｌＡｓ
層に酸化層を形成する場合と例に採って説明する。な
お、このような半導体面発光レーザの詳細は、例えば、
K.D.Choquette et al.IEEE Photonics TechnologyLette
rs.vol.7 no.11 pg.1237-1239 1995 "Fabrication and
Performance of Selectively Oxidized Vertical-Cavit
y Lasers"等の文献に記載されている。The problems of the conventional oxide layer forming technology will be described below.
The case where an oxide layer is formed as a layer and an example will be described. For details of such a semiconductor surface emitting laser, for example,
KDChoquette et al. IEEE Photonics Technology Lette
rs.vol.7 no.11 pg.1237-1239 1995 "Fabrication and
Performance of Selectively Oxidized Vertical-Cavit
y Lasers ".
【０００４】かかる技術においては、従来より、形成さ
れた酸化層の厚みあるいは長さに大きな不均一性があ
り、再現性にも乏しいという欠点があった（例えば、N.
Ohnokiet al.First Optoelectronics and Communicatio
ns Conference(OECC'96) Technical Digest paper no.1
6D1-3,pg.64-65 July 1996,"A Study on AlAs Oxide Co
nfinement Structure for Long Wavelength Surface Em
itting Lasers" のFig.3 およびFig.4 参照）。[0004] In such a technique, there has been a defect that the thickness or the length of the formed oxide layer has a large non-uniformity and the reproducibility is poor.
Ohnokiet al. First Optoelectronics and Communicatio
ns Conference (OECC'96) Technical Digest paper no.1
6D1-3, pg.64-65 July 1996, "A Study on AlAs Oxide Co
nfinement Structure for Long Wavelength Surface Em
Itting Lasers "(see Fig. 3 and Fig. 4).
【０００５】これは、酸化層を形成する工程よりも前
に、このＡｌＡｓ層の露出面に自然酸化膜が形成されて
しまうためである。すなわち、この自然酸化膜が形成さ
れているＡｌＡｓ層にそのまま酸化工程を施してＡｌＡ
ｓ酸化層を形成すると、このＡｌＡｓ酸化層の均一性お
よび再現性が悪くなることが、既に知られている。This is because a natural oxide film is formed on the exposed surface of the AlAs layer before the step of forming the oxide layer. That is, the oxidation process is directly performed on the AlAs layer on which the natural oxide film is formed to form the AlA layer.
It is already known that the formation of the s oxide layer deteriorates the uniformity and reproducibility of the AlAs oxide layer.
【０００６】これに対して、従来、以下のような対策方
法が、既に提案されている。Conventionally, the following countermeasures have been proposed.
【０００７】第１の対策方法は、ＡｌＡｓ層の表面に自
然酸化膜が形成されるのを防止することによって、Ａｌ
Ａｓ酸化層の均一性および再現性を向上させようとする
ものである。この方法は、例えば、M.J.Ries et al.App
lied Physics Letters vol.65 no.6 pg.740-742 1994 "
Photopumped room-temperature edge- and vertical-ca
vity operation of AlGaAs-GaAs-InGaAs quantum-well
heterostructure lasers utilizing native oxide mirr
ors"に記載されている。この文献に記載された方法で
は、結晶成長したＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層との多層膜構
造に細いストライプ溝を化学エッチング法で形成した後
で溝側壁に露出したＡｌＡｓ層を酸化する際に、ＡｌＡ
ｓ層を露出させる工程と酸化工程との間の時間を短縮す
ることによって自然酸化膜の発生を抑制し、これにより
ＡｌＡｓ酸化層の均一性および再現性を図っている。The first countermeasure method is to prevent a natural oxide film from being formed on the surface of the AlAs layer, thereby preventing the AlAs layer from being formed.
The purpose is to improve the uniformity and reproducibility of the As oxide layer. This method is described, for example, in MJRies et al. App.
lied Physics Letters vol.65 no.6 pg.740-742 1994 "
Photopumped room-temperature edge- and vertical-ca
vity operation of AlGaAs-GaAs-InGaAs quantum-well
heterostructure lasers utilizing native oxide mirr
In the method described in this document, a thin stripe groove is formed in a multilayer structure of a GaAs layer and an AlAs layer on which crystals are grown by a chemical etching method, and then the AlAs layer exposed on the groove side wall is formed. When oxidizing AlA
By reducing the time between the step of exposing the s layer and the oxidation step, the formation of a natural oxide film is suppressed, thereby achieving the uniformity and reproducibility of the AlAs oxide layer.
【０００８】また、第２の対策方法は、ＡｌＡｓ層の表
面に形成された自然酸化膜を酸化工程前にエッチングで
除去することによって、ＡｌＡｓ酸化層の均一性および
再現性を向上させようとするものである。この方法は、
例えば、K.L.Lear et al.IEEE Lasers and Electro-Opt
ics Society(LEOS'95) 8th Annual Meeting Conference
Proceedings vol.2 paper no.SCL-16.7,pg.445-446 No
vember 1995,"High Efficiency Oxide Confinde Vertic
al Cavity Surface Emitting Lasers"に記載されてい
る。この文献に記載された方法では、結晶成長させたＧ
ａＡｓ層中に薄いＡｌＡｓ層を設けた積層構造をドライ
エッチングで円筒形ポスト構造に加工し、その後でこの
ポスト構造の側面に露出したＡｌＡｓ層を酸化する際
に、リン酸と過酸化水素水と純水とを混合してなるエッ
チャントを用いて自然酸化膜を予め除去することによ
り、ＡｌＡｓ酸化層の均一性および再現性を図ってい
る。[0008] A second measure is to improve the uniformity and reproducibility of the AlAs oxide layer by removing the natural oxide film formed on the surface of the AlAs layer by etching before the oxidation step. Things. This method
For example, KLLear et al. IEEE Lasers and Electro-Opt
ics Society (LEOS'95) 8th Annual Meeting Conference
Proceedings vol.2 paper no.SCL-16.7, pg.445-446 No
vember 1995, "High Efficiency Oxide Confinde Vertic
al Cavity Surface Emitting Lasers. "
The laminated structure in which a thin AlAs layer is provided in an aAs layer is processed into a cylindrical post structure by dry etching, and then, when the AlAs layer exposed on the side surface of the post structure is oxidized, phosphoric acid, a hydrogen peroxide solution, The natural oxide film is removed in advance by using an etchant obtained by mixing pure water, thereby achieving uniformity and reproducibility of the AlAs oxide layer.
【０００９】しかしながら、これらの対策方法には、以
下のような欠点があった。[0009] However, these countermeasures have the following disadvantages.
【００１０】第１の対策方法では、ＡｌＡｓ酸化層を露
出させてから酸化工程を行なうまでの時間を短縮するだ
けであるため、自然酸化膜の発生量を多少は低減できる
ものの、完全に防止することはできなかった。このた
め、ＡｌＡｓ酸化層の均一性および再現性の向上にも限
界があり、十分な効果を得ることはできなかった。特
に、生産工程において大量の試料を一括処理するような
場合には、化学エッチング工程でＡｌＡｓ酸化層を露出
させてから酸化工程を行なうまでの時間を十分には短縮
できず、このため、満足な効果を得ることは困難であっ
た。In the first countermeasure method, since the time from the exposure of the AlAs oxide layer to the start of the oxidation step is merely reduced, the amount of the natural oxide film can be reduced to some extent, but the natural oxide film is completely prevented. I couldn't do that. Therefore, there is a limit in improving the uniformity and reproducibility of the AlAs oxide layer, and a sufficient effect cannot be obtained. In particular, when a large number of samples are collectively processed in the production process, the time from exposing the AlAs oxide layer in the chemical etching process to performing the oxidation process cannot be sufficiently reduced. It was difficult to get the effect.
【００１１】一方、第２の対策方法では、被酸化層を露
出させる工程と酸化工程との時間を短縮する必要がない
ので、大量生産には適している。しかし、化学エッチン
グ法を用いて自然酸化膜をすべて除去する必要があるの
で、露出面に与えるダメージ（形状の変化）が非常に大
きくなってしまう。このため、酸化工程中に被酸化層の
露出面から内部に入り込む酸化種（水、酸素等）の量に
ばらつきが生じてしまう。すなわち、この対策方法で
は、ＡｌＡｓ酸化層の均一性・再現性の自然酸化膜によ
る悪化は防止できるものの、露出面に与えるダメージと
いう新たな悪化要因が生じるので、全体としては均一性
および再現性の向上に限界があり、十分な効果を得るこ
とはできなかった。On the other hand, the second countermeasure method is suitable for mass production because it is not necessary to reduce the time between the step of exposing the layer to be oxidized and the step of oxidizing. However, since it is necessary to remove all of the natural oxide film using a chemical etching method, damage (change in shape) to the exposed surface becomes extremely large. For this reason, the amount of oxidizing species (water, oxygen, and the like) entering from the exposed surface of the oxidized layer to the inside during the oxidation process varies. That is, this countermeasure method can prevent the deterioration of the uniformity and reproducibility of the AlAs oxide layer due to the natural oxide film, but causes a new deterioration factor of damage to the exposed surface. There was a limit to the improvement, and a sufficient effect could not be obtained.
【００１２】なお、このような課題は、ＡｌＡｓ層に酸
化層を形成する場合に限定されるものではなく、化合物
半導体層中に酸化層を形成する際には一般的に生じ得る
課題である。Note that such a problem is not limited to the case where an oxide layer is formed on an AlAs layer, but is a problem that can generally occur when an oxide layer is formed in a compound semiconductor layer.
【００１３】このため、従来より、酸化層の十分な均一
性および再現性を得ることができる半導体装置の製造方
法が嘱望されていた。For this reason, there has been a demand for a method of manufacturing a semiconductor device capable of obtaining sufficient uniformity and reproducibility of an oxide layer.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】（１）この発明は、III
族の陽イオン元素とＶ族の陰イオン元素とを有するIII-
Ｖ族化合物半導体層またはII族の陽イオン元素とVI族の
陰イオン元素とを有するII-VI 族化合物半導体層中に酸
化層を形成するための酸化工程を有する半導体装置の製
造方法に関する。Means for Solving the Problems (1) The present invention relates to III
With Group III Cation and Group V Anion III-
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an oxidation step for forming an oxide layer in a group V compound semiconductor layer or a II-VI compound semiconductor layer having a group II cation element and a group VI anion element.
【００１５】そして、酸化工程が、被酸化層が露出した
半導体装置を非活性ガスまたは還元性ガスが導入されて
いる第１の酸化炉内に載置し、被酸化層に形成された自
然酸化膜から、陰イオン元素と酸素とが結合してなる酸
化物を除去して、陽イオン元素と酸素とが結合してなる
酸化物のみを残す第１の工程と、第１の工程後の半導体
装置を載置した第２の酸化炉内に酸化種を導入すること
によって被酸化層を酸化する第２の工程とを備えてい
る。In the oxidizing step, the semiconductor device having the oxidized layer exposed is placed in a first oxidizing furnace into which an inert gas or a reducing gas is introduced, and the natural oxidation formed on the oxidized layer is performed. A first step of removing an oxide formed by combining an anion element and oxygen from a film to leave only an oxide formed by combining a cation element and oxygen; and a semiconductor after the first step A second step of oxidizing the layer to be oxidized by introducing an oxidizing species into a second oxidizing furnace on which the apparatus is mounted.
【００１６】（２）ここで、酸化とは、被酸化層を構成
している化合物半導体の、陰イオン元素または陰イオン
元素と酸素とからなる酸化物を除去し、陽イオン元素と
酸素とを結合させて、安定な酸化物に変えることをい
う。(2) Here, the term "oxidation" refers to removing an oxide consisting of an anion element or an anion element and oxygen of a compound semiconductor constituting a layer to be oxidized, and converting the cation element and oxygen to each other. Combining into stable oxides.
【００１７】また、酸化種とは、被酸化層の原子への酸
素原子の供給源となるものをいい、具体的には例えば水
分子、酸素分子、酸素原子、酸素イオンおよびオゾン分
子等が該当する。The oxidizing species is a source that supplies oxygen atoms to the atoms of the layer to be oxidized, and specifically includes, for example, water molecules, oxygen molecules, oxygen atoms, oxygen ions, and ozone molecules. I do.
【００１８】非活性ガスとは、被酸化層を形成する化合
物半導体材料や半導体装置の他の構成部を形成する材料
と化学反応しないガスをいい、通常の半導体装置では例
えば窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等が該当す
る。The inert gas refers to a gas which does not chemically react with a compound semiconductor material forming the layer to be oxidized or a material forming other components of the semiconductor device. In a normal semiconductor device, for example, nitrogen gas, helium gas, Argon gas and the like correspond.
【００１９】還元性ガスとは、酸素原子と結合している
原子あるいは分子から酸素原子を奪う作用のあるガスを
いい、通常の半導体装置では水素ガス等が該当する。The term "reducing gas" refers to a gas which has the effect of depriving an atom or a molecule bonded to an oxygen atom of an oxygen atom, and corresponds to a hydrogen gas or the like in an ordinary semiconductor device.
【００２０】自然酸化膜とは、被酸化層を空気中に放置
したときに被酸化膜の表面に自然に形成される酸化膜を
いい、陽イオン元素と酸素とが結合してなる酸化物と、
陰イオン元素と酸素とが結合してなる酸化物との混合体
からなる。The natural oxide film refers to an oxide film formed naturally on the surface of the oxidized film when the oxidized layer is left in the air, and an oxide formed by combining a cation element and oxygen. ,
It is composed of a mixture of an oxide formed by combining an anion element and oxygen.
【００２１】（３）上記発明において、化合物半導体と
しては、例えばＡｌＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＺｎＳｅ等が
使用できる。(3) In the above invention, for example, AlGaAs, AlAs, ZnSe, etc. can be used as the compound semiconductor.
【００２２】また、第１の工程は、酸化炉内の温度を３
５０℃〜５００℃に設定して行なわれることが望まし
い。In the first step, the temperature in the oxidation furnace is set at 3
It is preferable that the temperature is set at 50 ° C. to 500 ° C.
【００２３】さらに、第１の酸化炉と第２の酸化炉と
は、同一の酸化炉であってもよいし、異なる酸化炉であ
ってもよい。Further, the first oxidizing furnace and the second oxidizing furnace may be the same oxidizing furnace or different oxidizing furnaces.
【００２４】（４）上記発明の構成によれば、第１の工
程で自然酸化膜から、陰イオン元素と酸素とが結合して
なる酸化物を除去して、陽イオン元素と酸素とが結合し
てなる酸化物のみを残すこととしたので、第２の工程で
形成した酸化膜の均一性および再現性を向上させること
ができる。(4) According to the structure of the present invention, in the first step, the oxide formed by the combination of the anion element and oxygen is removed from the natural oxide film, and the cation element and the oxygen are bonded. Since only the resulting oxide is left, the uniformity and reproducibility of the oxide film formed in the second step can be improved.
【００２５】このように、自然酸化膜から陰イオン元素
の酸化物を除去して陽イオン元素の酸化物を残すこと
で、第２の工程で形成した酸化膜の均一性および再現性
を向上させることができる理由は、明らかではない。た
だし、本願発明者の検討によれば、第２の工程で形成す
る酸化膜の均一性および再現性を悪化させる原因が自然
酸化膜のうち陰イオン元素の酸化物にあると思われ、こ
のことがこの発明の効果を得ることができる要因になっ
ていると考えられる。また、陽イオン元素の酸化物を残
すことで、自然酸化膜を完全に取り除く場合よりも、被
酸化層表面の体積減少による形状変化が抑制されている
と思われ、このこともこの発明の効果を得ることができ
る要因になっていると考えられる。As described above, by removing the oxide of the anion element from the natural oxide film and leaving the oxide of the cation element, the uniformity and reproducibility of the oxide film formed in the second step are improved. It is not clear why this is possible. However, according to the study of the inventor of the present invention, it is considered that the cause of the deterioration of the uniformity and reproducibility of the oxide film formed in the second step is due to the oxide of the anion element in the natural oxide film. Is considered to be a factor that can obtain the effect of the present invention. In addition, it is considered that by leaving the oxide of the cation element, the shape change due to the volume reduction of the oxidized layer surface is suppressed as compared with the case where the natural oxide film is completely removed, which is also an effect of the present invention. Is considered to be a factor that can be obtained.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態の一
例について、半導体面発光レーザのＡｌＡｓ層を酸化す
ることによって電流狭窄層を形成する場合と例に採り、
図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大き
さ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度
に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する
数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解された
い。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with respect to a case where a current confinement layer is formed by oxidizing an AlAs layer of a semiconductor surface emitting laser, and
This will be described with reference to the drawings. In the drawings, the size, shape, and arrangement of each component are only schematically shown to an extent that the present invention can be understood, and numerical conditions described below are merely examples. Please understand that.
【００２７】図１は、この実施の形態で作製する半導体
面発光レーザの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor surface emitting laser manufactured in this embodiment.
【００２８】図１において、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の表
面には、複数のＡｌＧａＡｓ膜１２ａとＧａＡｓ膜１２
ｂとを交互に積層してなるｎ型ＤＢＲ(Distributed Bra
gg Reflector) ミラー１２が形成されている。In FIG. 1, a plurality of AlGaAs films 12a and a plurality of GaAs films 12a are formed on the surface of an n-type GaAs substrate 11.
b) and an n-type DBR (Distributed Bra
gg Reflector) A mirror 12 is formed.
【００２９】そして、このｎ型ＤＢＲミラー１２の表面
には、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造からなる活
性層１３が設けられている。On the surface of the n-type DBR mirror 12, there is provided an active layer 13 having an InGaAs / GaAs quantum well structure.
【００３０】さらに、この活性層１３の表面には、電流
狭窄層１４が設けられている。この電流狭窄層１４は、
中央部に未酸化ＡｌＡｓからなる直径約２μｍの電流チ
ャネル部１４ａを備えており、その周囲は酸化ＡｌＡｓ
からなる電流阻止部１４ｂとなっている。なお、後述す
るように、この電流阻止部１４ｂが、この発明に係る酸
化工程で作製される。Further, on the surface of the active layer 13, a current confinement layer 14 is provided. This current confinement layer 14
A current channel portion 14a of about 2 μm in diameter made of unoxidized AlAs is provided at the center, and the periphery thereof is
The current blocking portion 14b is composed of In addition, as described later, the current blocking portion 14b is manufactured in the oxidation step according to the present invention.
【００３１】また、この電流狭窄層１４の表面には、複
数のＡｌＧａＡｓ膜１５ａとＧａＡｓ膜１５ｂとを交互
に積層してなるｐ型ＤＢＲミラー１５が形成されてい
る。On the surface of the current confinement layer 14, a p-type DBR mirror 15 formed by alternately laminating a plurality of AlGaAs films 15a and GaAs films 15b is formed.
【００３２】そして、ｎ型ＧａＡｓ基板１１の裏面には
ｎ型電極１６が、ｐ型ＤＢＲミラー１５の表面にはｐ型
電極１７が、それぞれ設けられている。An n-type electrode 16 is provided on the back surface of the n-type GaAs substrate 11, and a p-type electrode 17 is provided on the surface of the p-type DBR mirror 15.
【００３３】なお、同図に示したように、ｎ型ＤＢＲミ
ラー１２の一部、活性層１３、電流狭窄層１４、ｐ型Ｄ
ＢＲミラー１５およびｐ型電極１７は、直径約２０μｍ
の円筒形に形成されている。As shown in FIG. 3, a part of the n-type DBR mirror 12, the active layer 13, the current confinement layer 14, and the p-type D
The BR mirror 15 and the p-type electrode 17 have a diameter of about 20 μm.
Is formed in a cylindrical shape.
【００３４】次に、図１に示した半導体面発光レーザの
製造方法について、図２および図３を用いて説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor surface emitting laser shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
【００３５】まず、この製造方法における酸化工程で使
用する酸化炉の一構成例について、図２に示した模式図
を用いて説明する。First, an example of the configuration of an oxidation furnace used in the oxidation step in this manufacturing method will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG.
【００３６】同図において、試料２０が搬入される石英
チューブ２１の外周には、この石英チューブ２１内の温
度を制御するためのヒータ２２が設けられている。ま
た、この石英チューブ２１には、図示しない窒素ガス供
給源に接続されたガス導入管２４と、ガス排気管２５と
が設けられている。そして、ガス導入管２４は、バルブ
２６の前後に設けられた支管２７ａ，２７ｂを備えてい
る。ここで、支管２７ａは純水バブラー２８の吸気口に
接続されており、支管２７ｂは純水バブラー２８の排気
口に接続されている。また、これらの支管２７ａ，２７
ｂには、それぞれバルブ２９ａ，２９ｂが接続されてい
る。なお、純水バブラー２８の外周には、この純水バブ
ラー２８の温度を制御するためのヒータ２３が設けられ
ている。In the figure, a heater 22 for controlling the temperature inside the quartz tube 21 is provided on the outer periphery of the quartz tube 21 into which the sample 20 is carried. Further, the quartz tube 21 is provided with a gas introduction pipe 24 connected to a nitrogen gas supply source (not shown) and a gas exhaust pipe 25. Further, the gas introduction pipe 24 includes branch pipes 27a and 27b provided before and after the valve 26. Here, the branch pipe 27a is connected to an intake port of the pure water bubbler 28, and the branch pipe 27b is connected to an exhaust port of the pure water bubbler 28. In addition, these branch pipes 27a, 27
Valves 29a and 29b are connected to b, respectively. A heater 23 for controlling the temperature of the pure water bubbler 28 is provided on the outer periphery of the pure water bubbler 28.
【００３７】次に、この実施の形態に係る製造方法を用
いて図１に示した半導体面発光レーザを製造する際の製
造工程について、図３（Ａ）および（Ｂ）に示した断面
工程図を用いて説明する。Next, a manufacturing process for manufacturing the semiconductor surface emitting laser shown in FIG. 1 by using the manufacturing method according to this embodiment will be described with reference to the sectional process diagrams shown in FIGS. This will be described with reference to FIG.
【００３８】まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１１を通常の結
晶成長用の真空チャンバ内に搬入する。そして、図３
（Ａ）に示したように、このｎ型ＧａＡｓ基板１１の表
面に、ｎ型にドーピングされた複数のＡｌＧａＡｓ膜３
２ａとＧａＡｓ膜３２ｂとを、所定の膜厚で複数層ずつ
交互に積層する。なお、このＡｌＧａＡｓ膜３２ａおよ
びＧａＡｓ膜３２ｂが、ｎ型ＤＢＲミラー１２を構成す
る。First, the n-type GaAs substrate 11 is carried into a normal crystal growth vacuum chamber. And FIG.
As shown in (A), a plurality of n-type doped AlGaAs films 3 are formed on the surface of the n-type GaAs substrate 11.
A plurality of layers 2a and GaAs films 32b are alternately stacked with a predetermined thickness. Note that the AlGaAs film 32a and the GaAs film 32b constitute the n-type DBR mirror 12.
【００３９】次に、この積層構造の最上層であるＡｌ
ＧａＡｓ膜３２ａの表面に、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量
子井戸構造からなる膜３３とＡｌＡｓ膜３４とを順次形
成する。Next, the uppermost layer of this laminated structure, Al
On the surface of the GaAs film 32a, a film 33 having an InGaAs / GaAs quantum well structure and an AlAs film 34 are sequentially formed.
【００４０】そして、このＡｌＡｓ膜３４の表面に、
ｐ型にドーピングされた複数のＧａＡｓ膜３５ｂとＡｌ
ＧａＡｓ膜３５ａとを、所定の膜厚で複数層ずつ交互に
積層する。Then, on the surface of the AlAs film 34,
P-type doped GaAs films 35b and Al
A plurality of GaAs films 35a are alternately stacked with a predetermined thickness.
【００４１】続いて、最上層であるＧａＡｓ膜３５ｂ
の表面に所定の膜厚のＳｉＯ2 膜を堆積し、通常のフォ
トリソグラフィー技術を用いてパターニングすることに
より、直径約２０μｍの円形マスク３６を形成する。Subsequently, the uppermost GaAs film 35b is formed.
A circular mask 36 having a diameter of about 20 μm is formed by depositing a SiO 2 film having a predetermined thickness on the surface of the substrate and patterning the SiO 2 film using a normal photolithography technique.
【００４２】そして、図３（Ｂ）に示したように、こ
の円形マスク３６を用いたドライエッチングによってＡ
ｌＧａＡｓ膜３２ａ、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸
構造からなる膜３３、ＡｌＡｓ膜３４、ＡｌＧａＡｓ膜
３５ａおよびＧａＡｓ膜３５ｂをエッチングすることに
より、活性層１３、電流狭窄層１４およびｐ型ＤＢＲミ
ラー１５等からなる円形ポスト構造を形成する。なお、
この工程により、被酸化層である電流狭窄層１４の側面
が露出する。Then, as shown in FIG. 3B, the dry etching using the circular mask 36
By etching the lGaAs film 32a, the film 33 having an InGaAs / GaAs quantum well structure, the AlAs film 34, the AlGaAs film 35a and the GaAs film 35b, a circular shape including the active layer 13, the current confinement layer 14, the p-type DBR mirror 15, and the like. Form a post structure. In addition,
By this step, the side surface of the current confinement layer 14 which is the oxidized layer is exposed.
【００４３】続いて、図２に示したような酸化炉の石
英チューブ２１内に、バルブ２６を開き且つバルブ２７
ａ，２７ｂを閉じた状態で、ガス導入管を介して、図示
しない窒素ガス供給源から、ドライな窒素ガスを所定量
導入する。このとき、石英チューブ２１内の温度は、ヒ
ータ２２によって例えば４００℃に設定しておく。Subsequently, the valve 26 is opened and the valve 27 is opened in the quartz tube 21 of the oxidation furnace as shown in FIG.
With the a and 27b closed, a predetermined amount of dry nitrogen gas is introduced from a nitrogen gas supply source (not shown) via a gas introduction pipe. At this time, the temperature inside the quartz tube 21 is set to, for example, 400 ° C. by the heater 22.
【００４４】次に、前記工程〜により作製された
試料２０を、前記石英チューブ２１内に搬入し、例えば
４００℃の温度で１０分間熱処理する。これにより、試
料２０の電流狭窄層１４の側壁を露出させた後に（上記
工程）この露出面に形成されるＡｌＡｓ自然酸化膜か
ら、陽イオン元素であるＡｌの酸化物を脱離させること
なく、陰イオン元素であるＡｓの酸化物のみを脱離させ
ることができる。Next, the sample 20 produced in the above steps (1) to (4) is carried into the quartz tube 21 and heat-treated at a temperature of, for example, 400 ° C. for 10 minutes. As a result, after exposing the side wall of the current confinement layer 14 of the sample 20 (the above step), the Al oxide as a cation element is not desorbed from the AlAs natural oxide film formed on the exposed surface. Only the oxide of As, which is an anion element, can be eliminated.
【００４５】その後、酸化炉のバルブ２６を閉じると
ともに、バルブ２７ａ，２７ｂを開く。これにより、図
示しない窒素ガス供給源から供給された窒素ガスは、純
水バブラー２８を通過してから石英チューブ２１内に導
入されるようになる。このとき、純水バブラー２８内の
蓄えられた純水は、ヒータ２３によって例えば８５℃〜
９０℃に設定されている。純水バブラー２８に供給され
る窒素ガスは、この純水内を通過するので、この純水の
温度によって定まる飽和水蒸気を含んだ状態で石英チュ
ーブ２１内に供給されることとなる。そして、この水蒸
気により、試料２０の電流狭窄層１４が選択酸化され
る。この実施の形態では、このような選択酸化を１０分
間行なうことにより、電流狭窄層１４の中央から直径約
２μｍの領域を残した領域を酸化した。そして、これに
より、電流狭窄層１４に、未酸化ＡｌＡｓからなる直径
約２μｍの電流チャネル部１４ａと、酸化ＡｌＡｓから
なる電流阻止部１４ｂとを形成した。Thereafter, the valve 26 of the oxidation furnace is closed, and the valves 27a and 27b are opened. Thereby, the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply source (not shown) is introduced into the quartz tube 21 after passing through the pure water bubbler 28. At this time, the pure water stored in the pure water bubbler 28 is heated by the heater 23 to, for example, 85 ° C.
It is set to 90 ° C. Since the nitrogen gas supplied to the pure water bubbler 28 passes through the pure water, the nitrogen gas is supplied into the quartz tube 21 while containing the saturated steam determined by the temperature of the pure water. Then, the current confinement layer 14 of the sample 20 is selectively oxidized by the water vapor. In this embodiment, such selective oxidation is performed for 10 minutes to oxidize a region of the current constriction layer 14 except for a region having a diameter of about 2 μm from the center. As a result, a current channel portion 14a made of unoxidized AlAs and having a diameter of about 2 μm and a current blocking portion 14b made of oxidized AlAs were formed in the current confinement layer 14.
【００４６】その後、通常の方法により、ｎ型電極１
６およびｐ型電極１７等の形成を行ない、半導体面発光
レーザを完成した。Thereafter, the n-type electrode 1 is formed by a usual method.
6 and the p-type electrode 17 were formed to complete a semiconductor surface emitting laser.
【００４７】このように、この実施の形態では、選択酸
化を行なう工程（上記工程）の前に、ＡｌＡｓ自然酸
化膜からＡｌの酸化物を残してＡｓの酸化物のみを脱離
させる工程（上記工程）を行なうこととしている。し
たがって、このＡｌＡｓ層（電流狭窄層１４）に選択酸
化を施したときの酸化長の均一性および再現性を向上さ
せることができ、これにより半導体面発光レーザの製造
歩留の向上を図ることができる。As described above, in this embodiment, before the step of performing selective oxidation (the above-described step), the step of leaving only the oxide of As while leaving the oxide of Al from the natural oxide film of AlAs (the above-described step). Step). Therefore, it is possible to improve the uniformity and reproducibility of the oxidation length when the selective oxidation is performed on the AlAs layer (the current confinement layer 14), thereby improving the production yield of the semiconductor surface emitting laser. it can.
【００４８】また、ＡｌＡｓ層を露出させる工程（上記
工程）と選択酸化を行なう工程（上記工程）との間
の時間を短縮させる必要がないため、大量生産に適した
製造方法を提供することができる。Further, since there is no need to shorten the time between the step of exposing the AlAs layer (the above step) and the step of performing the selective oxidation (the above step), it is possible to provide a manufacturing method suitable for mass production. it can.
【００４９】なお、この実施の形態では、非活性ガスで
ある窒素ガスを用いて、自然酸化膜から、陰イオン元素
と酸素とが結合してなる酸化物のみを脱離させることと
したが、他の非活性ガス（例えばヘリウムガス、アルゴ
ンガス等）を用いてもよいし、還元性ガス（例えば水素
等）を用いてもよい。In this embodiment, only the oxide formed by combining the anion element and oxygen is desorbed from the natural oxide film using nitrogen gas which is an inert gas. Another inert gas (for example, helium gas, argon gas, or the like) may be used, or a reducing gas (for example, hydrogen or the like) may be used.
【００５０】また、この実施の形態ではＡｌＡｓ層を酸
化する場合を例に採って説明したが、この発明を他の化
合物半導体に適用した場合にも同様の効果を得られるこ
とはもちろんである。Further, in this embodiment, the case where the AlAs layer is oxidized has been described as an example, but it is needless to say that the same effect can be obtained when the present invention is applied to another compound semiconductor.
【００５１】併せて、この実施の形態では、陰イオン元
素と酸素とが結合してなる酸化物のみを自然酸化膜から
脱離させる工程での温度を４００℃としたが、この発明
はかかる工程での温度を制限するものではない。すなわ
ち、この工程は自然酸化膜から陰イオン元素の酸化物の
みを脱離させることができる温度で行なわれればよく、
その温度は化合物半導体の種類等によって適宜決定する
ことができる。ただし、一般には、３５０℃〜５００℃
であれば、陽イオン元素の酸化物を残して、陰イオン元
素の酸化物のみを脱離させることができる。In addition, in this embodiment, the temperature in the step of desorbing only the oxide formed by the combination of the anionic element and oxygen from the natural oxide film was set at 400 ° C. It does not limit the temperature at. That is, this step may be performed at a temperature at which only the oxide of the anion element can be desorbed from the natural oxide film.
The temperature can be appropriately determined depending on the type of the compound semiconductor and the like. However, generally, 350 ° C. to 500 ° C.
Then, only the oxide of the anionic element can be eliminated while leaving the oxide of the cation element.
【００５２】さらに、この発明では、自然酸化膜から陰
イオン元素の酸化物のみを脱離させる工程と選択酸化を
行なう工程とを同じ酸化炉内で行なったが、これらの工
程を別々の酸化炉で行なってもよいことはもちろんであ
る。Further, in the present invention, the step of desorbing only the oxide of the anion element from the natural oxide film and the step of performing selective oxidation are performed in the same oxidation furnace. It goes without saying that it may be performed in
【００５３】加えて、この発明を適用して半導体面発光
レーザの電流狭窄層を作製する場合を例に採って説明し
たが、化合物半導体層の酸化を行なうものであれば、他
の工程にも適用できることはもちろんである。In addition, the case where a current confinement layer of a semiconductor surface emitting laser is manufactured by applying the present invention has been described as an example. However, as long as the compound semiconductor layer is oxidized, other steps may be performed. Of course, it can be applied.
【００５４】[0054]
【実施例】次に、この発明の実施例として、この発明を
適用して酸化を行なった試料の評価試験の結果を説明す
る。Next, as examples of the present invention, the results of evaluation tests on samples oxidized by applying the present invention will be described.
【００５５】試料の作製 まず、この実施例に用いた試料の構造および作製方法に
ついて、簡単に説明する。図４（Ａ）は、この実施例で
使用した試料の構造を模式的に示す断面図である。[0055] Preparation of Sample First, the structure and manufacturing method of the samples used in this embodiment will be described briefly. FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the structure of a sample used in this example.
【００５６】同図に示したように、この実施例で使用す
る試料は、通常の結晶成長法を用いて、まずＧａＡｓ基
板４１にＡｌＡｓ膜４２およびＧａＡｓ膜４３を交互に
積層してなる積層部４４を形成し、次にこの積層部４４
の表面にＳｉＯ2 膜４５を形成し、その後、通常のエッ
チング技術を用いて溝４６を形成することにより作製し
た。As shown in the figure, the sample used in this embodiment is formed by a conventional crystal growth method, in which a GaAs substrate 41 is formed by alternately laminating an AlAs film 42 and a GaAs film 43. 44, and then the laminated portion 44
Was formed by forming a SiO 2 film 45 on the surface of the substrate and then forming a groove 46 using a normal etching technique.
【００５７】なお、図４（Ａ）では、簡単化のために積
層部４４を構成するＡｌＡｓ膜４２およびＧａＡｓ膜４
３を４層ずつ示したが、実際には２０層ずつ形成した。
また、各積層部４４のピッチは３５０μｍ、各溝４６の
幅は５μｍとした。そして、ＡｌＡｓ膜４２の膜厚は６
７μｍ、ＧａＡｓ膜４３の膜厚は５５μｍとした。In FIG. 4A, for simplicity, the AlAs film 42 and the GaAs film 4 constituting the laminated portion 44 are shown.
Although 3 was shown for each four layers, actually 20 layers were formed.
The pitch of each laminated portion 44 was 350 μm, and the width of each groove 46 was 5 μm. The thickness of the AlAs film 42 is 6
7 μm, and the thickness of the GaAs film 43 was 55 μm.
【００５８】試料の酸化 次に、図４（Ａ）に示した試料に対して、以下のように
して本発明を適用した選択酸化を行なうことにより、実
施例試料を作製した。 Oxidation of Sample Next, the sample shown in FIG. 4A was subjected to selective oxidation to which the present invention was applied in the following manner to prepare an example sample.
【００５９】(a) まず、図２に示したような酸化炉の石
英チューブ２１内に、バルブ２６を開き且つバルブ２７
ａ，２７ｂを閉じた状態で、ガス導入管を介して、図示
しない窒素ガス供給源から、ドライな窒素ガスを所定量
導入した。このとき、石英チューブ２１内の温度は、４
００℃に設定した。(A) First, in the quartz tube 21 of the oxidation furnace as shown in FIG.
With the a and 27b closed, a predetermined amount of dry nitrogen gas was introduced from a nitrogen gas supply source (not shown) via a gas introduction pipe. At this time, the temperature in the quartz tube 21 is 4
It was set to 00 ° C.
【００６０】(b) 次に、作製した試料を石英チューブ２
１内に搬入し、４００℃の温度で１０分間熱処理した。
これにより、この実施例試料に対し、ＡｌＡｓ膜４２に
形成された自然酸化膜からＡｌ酸化物を脱離させること
なくＡｓ酸化物のみを脱離させることができる。(B) Next, the prepared sample is placed in a quartz tube 2
1 and heat-treated at a temperature of 400 ° C. for 10 minutes.
As a result, only the As oxide can be desorbed from the sample of this example without desorbing the Al oxide from the natural oxide film formed on the AlAs film 42.
【００６１】(c) 続いて、石英チューブ２１内の温度を
４００℃に維持した状態で、この酸化炉のバルブ２６を
閉じるとともにバルブ２７ａ，２７ｂを開くことによ
り、実施例試料のＡｌＡｓ膜４２の選択酸化を６０分間
行なった。これにより、図４（Ｂ）に示したように、各
ＡｌＡｓ膜４２は、中央部付近の未酸化ＡｌＡｓ膜４８
を残して、酸化層４７となった。(C) Subsequently, while maintaining the temperature in the quartz tube 21 at 400 ° C., the valve 26 of the oxidation furnace is closed and the valves 27 a and 27 b are opened, whereby the AlAs film 42 of the embodiment sample is formed. Selective oxidation was performed for 60 minutes. As a result, as shown in FIG. 4B, each AlAs film 42 is formed by the unoxidized AlAs film 48 near the center.
To form an oxide layer 47.
【００６２】続いて、比較例試料として、自然酸化膜に
対する処理をまったく行なわない試料を作製した。この
比較例試料は、図４（Ａ）に示した構造の試料に対し
て、上記工程(a) および(c) のみを行なうことによって
作製した。これにより、この比較例試料の各ＡｌＡｓ膜
４２も、図４（Ｂ）に示したように、中央部付近の未酸
化ＡｌＡｓ膜４８を残して、酸化層４７となった。Subsequently, as a comparative sample, a sample in which no treatment was performed on the natural oxide film was manufactured. This comparative sample was manufactured by performing only the above steps (a) and (c) on a sample having the structure shown in FIG. As a result, each AlAs film 42 of this comparative example sample also became an oxide layer 47 except for the unoxidized AlAs film 48 near the center as shown in FIG. 4B.
【００６３】試料の評価 その後、このようにして作製した実施例試料と比較例試
料とを、それぞれＳｉＯ2 膜４５側から観察し、酸化長
Ｌ（すなわちＡｌＡｓ膜４２の露出面４９から未酸化Ａ
ｌＡｓ膜４８との境界面までの長さ、図４（Ｂ）参照）
を測定した。その結果を、表１に示す。After the evaluation of the sample, the example sample and the comparative example sample manufactured in this manner were observed from the SiO 2 film 45 side, respectively, and the oxidation length L (that is, the unoxidized A was measured from the exposed surface 49 of the AlAs film 42).
(Length to the interface with the As film 48, see FIG. 4B)
Was measured. Table 1 shows the results.
【００６４】[0064]
【表１】 [Table 1]
【００６５】表１からわかるように、実施例試料は、比
較例試料と比べて、酸化長のばらつきを２０分の１にす
ることができた。このことにより、この発明によって酸
化長の均一性および再現性を向上できることが確認され
た。As can be seen from Table 1, the variation of the oxidized length of the example sample was reduced to 1/20 as compared with the comparative example sample. This confirms that the present invention can improve the uniformity and reproducibility of the oxidation length.
【００６６】[0066]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、酸化層の十分な均一性および再現性を得ること
ができる半導体装置の製造方法を提供することができ
る。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of obtaining sufficient uniformity and reproducibility of an oxide layer.
【図１】この発明の実施の形態で作製する半導体面発光
レーザの構造断面図である。FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor surface emitting laser manufactured according to an embodiment of the present invention.
【図２】この発明の実施の形態に係る製造方法で使用す
る酸化炉の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of an oxidation furnace used in a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【図３】（Ａ）、（Ｂ）ともに、この発明の実施の形態
に係る製造方法の工程断面図である。FIGS. 3A and 3B are process cross-sectional views of a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
【図４】（Ａ）、（Ｂ）ともに、この発明の実施例を説
明するための模式的断面図である。FIGS. 4A and 4B are schematic cross-sectional views for explaining an embodiment of the present invention.
【符号の説明】 １１：ｎ型ＧａＡｓ基板 １２：ｎ型ＤＢＲミラー １２ａ：ＡｌＧａＡｓ膜 １２ｂ：ＧａＡｓ膜 １３：活性層 １４：電流狭窄層 １４ａ：電流チャネル部 １４ｂ：電流阻止部 １５：ｐ型ＤＢＲミラー １５ａ：ＡｌＧａＡｓ膜 １５ｂ：ＧａＡｓ膜 １６：ｎ型電極 １７：ｐ型電極 ２１：石英チューブ ２２，２３：ヒータ ２４：ガス導入管 ２５：ガス排気管 ２６，２９ａ，２９ｂ：バルブ ２７ａ，２７ｂ：支管 ２８：純水バブラー[Description of Signs] 11: n-type GaAs substrate 12: n-type DBR mirror 12a: AlGaAs film 12b: GaAs film 13: active layer 14: current confinement layer 14a: current channel portion 14b: current blocking portion 15: p-type DBR mirror 15a: AlGaAs film 15b: GaAs film 16: n-type electrode 17: p-type electrode 21: quartz tube 22, 23: heater 24: gas introduction tube 25: gas exhaust tube 26, 29a, 29b: valve 27a, 27b: branch tube 28 ： Pure water bubbler
Claims (6)
元素とを有するIII-Ｖ族化合物半導体層またはII族の陽
イオン元素とVI族の陰イオン元素とを有するII-VI 族化
合物半導体層中に酸化層を形成するための酸化工程を有
する半導体装置の製造方法において、 前記酸化工程が、 被酸化層が露出した半導体装置を、非活性ガスまたは還
元性ガスが導入されている第１の酸化炉内に載置し、こ
の被酸化層に形成された自然酸化膜から、陰イオン元素
と酸素とが結合してなる酸化物を除去して、陽イオン元
素と酸素とが結合してなる酸化物のみを残す第１の工程
と、 この第１の工程後の前記半導体装置を載置した第２の酸
化炉内に酸化種を導入することによって、前記被酸化層
を酸化する第２の工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。1. A group III-V compound semiconductor layer comprising a group III cation element and a group V anion element or a group II-VI compound comprising a group II cation element and a group VI anion element In a method for manufacturing a semiconductor device having an oxidation step for forming an oxide layer in a semiconductor layer, the oxidizing step includes the step of introducing an inactive gas or a reducing gas into the semiconductor device with the oxidized layer exposed. 1 is placed in an oxidation furnace, and an oxide formed by combining an anion element and oxygen is removed from a natural oxide film formed on the layer to be oxidized. A first step of leaving only the oxide consisting of: an oxidizing species introduced into a second oxidizing furnace on which the semiconductor device is mounted after the first step, thereby oxidizing the oxidized layer. 2. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: .
ＡｌＡｓまたはＺｎＳｅからなる層であることを特徴と
する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer is formed of AlGaAs,
2. The method according to claim 1, wherein the layer is made of AlAs or ZnSe.
を３５０℃〜５００℃に設定して行なわれることを特徴
とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方
法。3. The method according to claim 1, wherein the first step is performed by setting the temperature in the oxidation furnace to 350 ° C. to 500 ° C.
が同一の酸化炉であることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 1, wherein the first oxidation furnace and the second oxidation furnace are the same oxidation furnace.
が異なる酸化炉であることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the first oxidizing furnace and the second oxidizing furnace are different oxidizing furnaces.
り、且つ、前記化合物半導体層がこの半導体発光素子の
電流狭窄層であることを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is a semiconductor light emitting device, and said compound semiconductor layer is a current confinement layer of said semiconductor light emitting device. Manufacturing method.
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