(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的酸化法によりアパーチャが形成されるべき予備酸化層をもつ表面光レーザー用ウエハーが置かれるステージと、入射光を透過させる第１及び第２ウィンドウをもつファーネスと、
前記ファーネスの外部に設けられ、前記第１ウィンドウを通じて前記ステージ上に置かれた表面光レーザー用ウエハーの上面に光を照射する光源と、
前記表面光レーザー用ウエハーから反射され前記第２ウィンドウを透過して入射した光を受光して光強度を検出する光スペクトル分析器とを含んで、
前記予備酸化層に形成されるアパーチャ径の変化による共振ピーク波長の変化から前記アパーチャ径を決定できるようにしたことを特徴とする選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置。
【請求項２】
ステージと、入射光を透過させる第１及び第２ウィンドウをもつファーネスを用意し、前記ステージ上に選択的酸化法によりアパーチャが形成されるべき予備酸化層をもつ表面光レーザー用ウエハーを位置づける段階と、
前記第１ウィンドウを通じて前記ステージ上に置かれた表面光レーザー用ウエハーの上面に光を照射する段階と、
前記表面光レーザーから反射され前記第２ウィンドウを透過して入射した光を受光する段階と、
前記ファーネス内に酸化雰囲気が造成されるように酸素及び水蒸気のうち少なくともいずれか一方を注入する段階と、
前記ファーネス内に造成された酸化雰囲気により変化する前記受光段階を通じて受光された光のピーク波長の変化を検出する段階と、
検出されたピーク波長の変化に基づいて酸化雰囲気でファーネスのパワーまたは／及び酸化雰囲気を調節して酸化反応を止めることによりアパーチャ径を制御する段階とを含んで、前記予備酸化層に形成されるべきアパーチャ径の変化による共振ピーク波長の変化から前記アパーチャ径を決定できるようにしたことを特徴とする選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は選択的酸化法による表面光レーザー（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）のアパーチャ製造装置及び方法に係り、より詳細には、光スペクトル分析器を通じて共振波長の変化を観察してアパーチャ製造工程をモニターリングできるようにした選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、表面光レーザーは、端からの発光レーザー（ｅｄｇｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｌａｓｅｒ）とは異なって、半導体物質層の積層方向に向けて円形に近いビームを出射するので、出射光の形状を補正するための光学系が不要である。また、その小型化ができるので、一枚の半導体ウエハー上に複数本の表面光レーザーが集積でき、その結果、二次元の配列が容易である。このような利点から、表面光レーザーは光通信分野、電子計算機、音響映像機器、レーザープリンタ、レーザースキャナー及び医療装備などの光応用分野で広く利用できる。
【０００３】
この表面光レーザーは、電極を通じて供給された電流の流れをガイドして光出力特性を向上させるために、上部反射基層に形成された高抵抗部をもつ。この高抵抗部の形成方法は大きく陽性子、イオンなどを注入する方法と、時間を調節して電流のガイド領域を除いた周辺部分を酸化させる選択的酸化法とに分けられる。陽性子注入法による工程は注入された陽性子の分布が一様でないため、量産に際して再現性に劣るという短所がある。
【０００４】
これに対し、選択的酸化法は、上部反射基層の下部層の一部、すなわち、高抵抗領域を形成しようとする部分をＡｌ１−ｘＧａｘＡｓにより積層した状態で、一枚の基板上に成長した複数の表面光レーザーの周辺をエッチングした後、酸化雰囲気下で時間を調節すれば、前記Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓ層が外側から内側に向けて拡散酸化されてＡｌ２Ｏｘ酸化絶縁膜、すなわち、電流を制限する高抵抗部が形成され、その内側にアパーチャが形成される。
【０００５】
その一方、前記アパーチャの形成に際し、酸化領域の拡散形成は、前述した工程がなされるファーネス（炉）内の温度条件、酸化時間及び、酸素（Ｏ２）の供給量に応じて拡散レートの敏感な変化を示す。このような拡散レートの変化は、工程の繰り返しが必要な大量生産や所定のアパーチャ径が要求される場合には問題となる。
【０００６】
これを克服するためには、精度良い温度調節が可能なファーネスと、酸素（Ｏ２）または水蒸気圧の調節が必要となる。その一方、概ね±１μｍ程度のマイクロレベルの精度良い拡散酸化の長さの調節はファーネスと酸素（Ｏ２）または水蒸気圧の調節だけでは難しく、工程中に酸化されたＡｌ１−ｘＧａｘＡｓの面積を測定するか、あるいはビジョンシステムを通じて拡散酸化の長さをモニターリングしなければならないが、実際に高倍率をもつ光学系を構成するのが困難であるという問題点がある。
【０００７】
また、ダミー試片に対し、拡散酸化の長さの測定を通じて得た酸化時間データに基づいてアパーチャを調節できるが、この場合には再現性が低下するという問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、選択的酸化法によりアパーチャを形成するとき、光スペクトル分析器を使ってアパーチャ径の変化による共振波長の変化を測定して酸化度を制御することにより、精度良いアパーチャの形成が可能になる選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置及び方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置は、選択的酸化法によりアパーチャが形成されるべき予備酸化層をもつ表面光レーザー用ウエハーが置かれるステージと、入射光を透過させる第１及び第２ウィンドウをもつファーネスと、前記ファーネスの外部に設けられ、前記第１ウィンドウを通じて前記ステージ上に置かれた表面光レーザー用ウエハーの上面に光を照射する光源と、前記ファーネスの外部に設けられ、前記表面光レーザー用ウエハーから反射され前記第２ウィンドウを透過して入射した光を受光して光の光強度変化を出力する光スペクトル分析器とを含んで、前記予備酸化層に形成されるアパーチャ径の変化による共振ピーク波長の光強度変化から前記アパーチャ径を決定できるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記目的を達成するために、本発明に係る選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造方法は、ステージと、入射光を透過させる第１及び第２ウィンドウをもつファーネスを用意し、前記ステージ上に選択的酸化法によりアパーチャが形成されるべき予備酸化層をもつ表面光レーザー用ウエハーを位置づける段階と、前記第１ウィンドウを通じて前記ステージ上に置かれた表面光レーザー用ウエハーの上面に光を照射する段階と、前記表面光レーザー用ウエハーから反射され前記第２ウィンドウを透過して入射した光を受光する段階と、前記ファーネス内に酸化雰囲気が造成されるように酸素及び水蒸気のうち少なくともいずれか一方を注入する段階と、前記ファーネス内に造成された酸化雰囲気により変化する前記受光段階を通じて受光された光のピーク波長の変化を検出する段階と、検出されたピーク波長の変化に基づいて酸化雰囲気でファーネスのパワー及び／または酸化雰囲気を調節して酸化反応を止めることによりアパーチャ径を制御する段階とを含んで、前記予備酸化層に形成されるべきアパーチャ径の変化による共振ピーク波長の光強度変化から前記アパーチャ径を決定できるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１を参照するに、表面光レーザーは、基板上に順次積層されて形成された下部反射層１１と、活性層１３と、部分酸化によってアパーチャが形成される予備酸化層１５と、上部反射基層１７及び、上部電極層１９を含んでなる。
【００１３】
前記基板は、例えばｎ型不純物を含む半導体物質からなっており、この基板上に同一の工程により複数の表面光レーザーが同時に形成される。その一方、図１には、一本の表面光レーザーが例に取られて示されている。前記下部反射基層１１は、前記基板と同一型の不純物が積層されてなる。前記上部反射基層１７は、前記下部反射基層１１と反対型の不純物を含む同じ種類の不純物半導体物質からなっている。前記上部反射基層１７及び下部反射基層１１は、前記上部電極１９及び図示しない下部電極を通じて印加された電流により電子及び正孔の流れを誘導する。前記活性層１３は、電子及び正孔の再結合によるエネルギー遷移によって光を生成する領域であって、単一または多重の量子-井戸構造、超格子構造などをもつ。
【００１４】
前記予備酸化層１５は前記上部反射基層１７と前記活性層１３との間に形成され、ｐ型Ａｌ１−ｘＧａｘＡｓからなっている。この予備酸化層１５は、図２に示された選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置によって、活性層１３で生成された光が透過する所定領域のアパーチャを除いた周辺領域が絶縁酸化膜Ａｌ２Ｏｘとなる。
【００１５】
図２を参照するに、本実施形態によるアパーチャ製造装置は、所定の温度及び圧力条件を満足し、かつ酸化雰囲気が造成できる空間であって、表面光レーザーのアパーチャを製造するためのウエハーが置かれるファーネス２０と、前記ウエハー１０の上面に光を照射する光源３１及び、光源３１から照射され前記ウエハーから反射された光を受光して光の強度変化を出力する光スペクトル分析器４１を含んでなる。
【００１６】
前記ファーネス２０は、表面光レーザー用ウエハー１０が置かれるステージ２１と、入射光を透過させる第１及び第２ウィンドウ２３及び２５を具備する。ここで、前記第１及び第２ウィンドウ２３及び２５は光を透過させると共に、ファーネス２０の内部を密封できる透明部材である。このファーネス２０の内部は選択的にＨ２Ｏ、Ｏ２などが含まれた酸化雰囲気の造成が可能なものであって、前記光スペクトル分析器４１で検出された信号に基づきファーネスのパワー及び／又は参加雰囲気を調節してアパーチャ径を制御できる。
【００１７】
前記光源３１は前記ファーネスの外部に設けられ、前記第１ウィンドウ２３を通じて前記ステージ２１上に置かれた表面光レーザー用ウエハー１０の上面に光を照射する。そして、前記光スペクトル分析器４１は前記ファーネス２０の外部に設けられ、前記表面光レーザー１０の表面から反射され前記第２ウィンドウ２５を透過して入射した光を受光して光の強度変化を出力する。ここで、光強度変化は、前記表面光レーザー用ウエハー１０がファブリ-ペロットエタロン共振系をなすため、外部に位置づけられた光源３１から入射した光によっても発振することになる。したがって、前記光源３１で光を照射する場合、前記表面光レーザー用ウエハー１０から反射された後、前記光スペクトル分析器４１に入射した光は特定波長に対して反射率が低下するピークをもつ。このピーク波長は、前記表面光レーザー用ウエハー１０の酸化条件によって変化する。すなわち、予備酸化層（図１の１５）が酸化されて図３Ａに示されたように予備酸化層がＡｌ１−ＸＧａＸＡＳ層となった状態で、図３Ｂに示されたように所定の長さｌだけ酸化されてＡｌ２Ｏｘが形成されれば、表面光レーザー用ウエハー１０の上部反射基層と下部反射基層との間に形成された共振器の屈折率及び機械的な収縮により光学厚さ（＝ｎ×ｄ）（ｎ：屈折率、ｄ：物理的な厚さ）が変化する。
【００１８】
これにより、図４に示されたように、光スペクトル分析器４１を通じて検出される波長を調べてみるとき、波形Iから波形IIへとシフトされる。すなわち、共振ピーク波長を調べてみるとき、酸化が進行しながら酸化前に比べて波長が短くなる。したがって、設定された共振ピーク波長をλBとしたとき、共振ピーク波長λAの酸化が進行しながら前記設定波長と等しくなるときに酸化を止めることで、予備酸化層１５の酸化を制御できる。
【００１９】
以下、図１、図２及び図５を参照して、本発明の望ましい実施形態による選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造方法について詳細に説明する。先ず、ステージ２１と、入射光を透過させる第１及び第２ウィンドウ２３及び２５をもつファーネス２０を用意し、前記ステージ２１上に選択的酸化法によりアパーチャが形成されるべき予備酸化層１５をもつ表面光レーザー用ウエハー１０を位置づける（Ｓ１０）。次に、前記第１ウィンドウ２３を通じて前記ステージ２１上に置かれた表面光レーザー用ウエハー１０の上面に光を照射し（Ｓ２０）、前記表面光レーザー用ウエハー１０から反射され前記第２ウィンドウ２５を透過して入射した光を受光する（Ｓ３０）。そして、前記ファーネス２０内に酸化雰囲気が造成されるように 酸素（Ｏ２）及び／または水蒸気（Ｈ２Ｏ）を注入して酸化雰囲気を造成する（Ｓ４０）。そして、光スペクトル分析器４１を通じて、前記ファーネス内に造成された酸化雰囲気により変化する受光された光のピーク波長の変化を検出する（Ｓ５０）。
【００２０】
このとき、検出されたピーク波長は酸化進行度によって変化するが、この変化する検出ピーク波長が、所望のアパーチャ径に対応する設定波長と同一の波長に変化したかどうかを判別する（Ｓ６０）。次に、ピーク波長が設定波長と等しくなれば、酸化雰囲気で前記表面光レーザー用ウエハーに供給されるパワーまたは酸化雰囲気を調節して（Ｓ７０）、それ以上酸化が進行することを止めることで、選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造が完了する。
【００２１】
【発明の効果】
前述したように、本発明に係る選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置及び方法は、光スペクトル分析器を通じてアパーチャ径の変化による共振波長の変化を測定して酸化度を制御しながらアパーチャを製造することにより、アパーチャ径の精度良い制御が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な選択的酸化法によりアパーチャが形成された表面光レーザーの概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態による選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造装置の概略図である。
【図３Ａ】酸化前のアパーチャの概略平面図である。
【図３Ｂ】酸化後のアパーチャの概略平面図である。
【図４】光スペクトル分析器を通じて観察したアパーチャ径の変化による共振ピーク波長の光強度変化を示したグラフである。
【図５】本発明の実施形態による選択的酸化法による表面光レーザーのアパーチャ製造方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０    表面光レーザーウエハー
１５    予備酸化層
２０    ファーネス
２１    ステージ
２３    第１ウィンドウ
２５    第２ウィンドウ
３１    光源
４１    光スペクトル分析器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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