(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024084128
(43)【公開日】2024-06-24
(54)【発明の名称】劈開された半導体構造を不動態化する方法
(51)【国際特許分類】
H01S 5/028 20060101AFI20240617BHJP
H01L 21/301 20060101ALI20240617BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20240617BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240617BHJP
H01L 21/318 20060101ALI20240617BHJP
H01L 21/316 20060101ALI20240617BHJP
H01S 5/02 20060101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
H01S5/028
H01L21/78 U
H01L21/304 645
H01L21/304 645A
H01L21/205
H01L21/318 B
H01L21/316 B
H01S5/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023199564
(22)【出願日】2023-11-27
(31)【優先権主張番号】22212687
(32)【優先日】2022-12-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】521513384
【氏名又は名称】コンプテック ソリューションズ オーユー
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＰＴＥＫ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＯＹ
【住所又は居所原語表記】Ｖｏｉｍａｋａｔｕ １４ ２０５２０ Ｔｕｒｋｕ Ｆｉｎｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100127188
【弁理士】
【氏名又は名称】川守田 光紀
(72)【発明者】
【氏名】マケラ ヤーッコ
(72)【発明者】
【氏名】ローン ヨウコ
(72)【発明者】
【氏名】アロンソ ビセンテ カルボ
【テーマコード（参考）】
5F045
5F058
5F063
5F157
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F045AA04
5F045AA15
5F045AA18
5F045AB02
5F045AB04
5F045AB32
5F045AB33
5F045AC11
5F045AC16
5F058BB02
5F058BC02
5F058BC08
5F058BF06
5F058BF17
5F058BF29
5F058BG01
5F058BG02
5F058BG03
5F058BG04
5F058BJ07
5F063AA04
5F063AA15
5F063BA07
5F063BA33
5F063BA43
5F063BA44
5F063CB28
5F063DD78
5F157AA02
5F157AA14
5F157AA23
5F157AA78
5F157AA84
5F157AA99
5F157AB14
5F157BG02
5F157BG05
5F157BG14
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5F157BG35
5F157BG37
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5F157BH18
5F157BH21
5F173AL06
5F173AP61
5F173AP66
5F173AP82
5F173AQ10
5F173AR68
(57)【要約】 （修正有）
【課題】端面発光レーザデバイスとして利用するために劈開された半導体構造を不動態化する方法を提供する。
【解決手段】端面発光レーザデバイスとして利用するために劈開された半導体構造２０２を不動態化する方法及びシステムは、第１チャンバ及び第２チャンバを有するエンクロージャと、所与の構造を受け取って移送する移送アームと、第２チャンバ内で所与の構造をその上に取り付ける固定具とを提供することと；第１チャンバ内で、第１ファセット２０２Ａを画定する劈開された半導体構造をその中の移送アーム上に装填することと；移送アームを使用して劈開された半導体構造を移送することと；劈開された半導体構造の第１ファセットを洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと；劈開された半導体構造の第１ファセットを酸化源からの酸化剤に曝露して、劈開された半導体構造の第１ファセット上に秩序酸化物層を形成することと、を更に含む。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】端面発光レーザデバイスとして利用するために劈開された半導体構造２０２を不動態化する方法及びシステムは、第１チャンバ及び第２チャンバを有するエンクロージャと、所与の構造を受け取って移送する移送アームと、第２チャンバ内で所与の構造をその上に取り付ける固定具とを提供することと；第１チャンバ内で、第１ファセット２０２Ａを画定する劈開された半導体構造をその中の移送アーム上に装填することと；移送アームを使用して劈開された半導体構造を移送することと；劈開された半導体構造の第１ファセットを洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと；劈開された半導体構造の第１ファセットを酸化源からの酸化剤に曝露して、劈開された半導体構造の第１ファセット上に秩序酸化物層を形成することと、を更に含む。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法であって、前記方法は、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバと、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ所与の構造を受け取って移送する移送アームと、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、前記第２のチャンバ内で前記所与の構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することと、
・ 前記第１のチャンバ内で、その中の前記移送アーム上に第１のファセットを画定する前記劈開された半導体構造を装填することと、
・ 前記劈開された半導体構造を前記第２のチャンバ内の前記固定具上に取り付けるために、前記移送アームを使用して、前記劈開された半導体構造を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ移送することと、
・ 前記劈開された半導体構造の前記第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の前記固定具を操作することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと、
・ 前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを加熱するために、その中の前記固定具を操作することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する加熱源からの熱エネルギーに曝露することと、
・ 前記劈開された半導体構造の前記第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の前記固定具を操作することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、
を含む、方法。
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバと、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ所与の構造を受け取って移送する移送アームと、前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、前記第２のチャンバ内で前記所与の構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することと、
・ 前記第１のチャンバ内で、その中の前記移送アーム上に第１のファセットを画定する前記劈開された半導体構造を装填することと、
・ 前記劈開された半導体構造を前記第２のチャンバ内の前記固定具上に取り付けるために、前記移送アームを使用して、前記劈開された半導体構造を前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへ移送することと、
・ 前記劈開された半導体構造の前記第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の前記固定具を操作することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと、
・ 前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを加熱するために、その中の前記固定具を操作することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する加熱源からの熱エネルギーに曝露することと、
・ 前記劈開された半導体構造の前記第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の前記固定具を操作することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、
を含む、方法。
【請求項2】
前記第１のファセットを前記酸化源からの前記酸化剤に曝露する前に、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを、前記第１のファセットに対向する堆積源からのＩＩＩ族原子に、その中の前記固定具を操作することによって曝露して、前記ＩＩＩ族原子を前記劈開された半導体構造の前記第１のファセット上に堆積させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記劈開された半導体構造の前記第１のファセット上に形成された前記秩序酸化物層の上のＳｉ、ａ－Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘのうちの少なくとも１つの層を堆積させることを更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記洗浄ビームは、水素、アルゴン、キセノン、又はそれらの混合物の原子ビーム、イオン化希ガス及び／又は窒素を含むイオンビームのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記加熱源によって提供される前記熱ビームは、レーザ照射、赤外線放射のうちの少なくとも１つである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記酸化剤は、分子酸素、酸素プラズマ、オゾン、ＮＯｘ、ＣＯのうちの少なくとも１つを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
複数の劈開された半導体構造は前記第１のチャンバ内に装填され、そのそれぞれの側方ファセットにおいて互いの上に積み重ねられており、前記第１のファセットは前記それぞれの劈開された半導体構造内の前記対応する側方ファセットに直交しており、前記方法は、前記複数の劈開された半導体構造のうちの前記劈開された半導体構造の各々の前記第１のファセットを、前記洗浄源からの前記洗浄ビーム、前記加熱源からの前記熱ビーム、及び前記酸化源からの前記酸化剤のうちの１つ以上に曝露するように、前記第２のチャンバ内で前記固定具を操作することを更に含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記劈開された半導体構造は、その中に第２のファセットを更に画定し、前記方法は、前記半導体構造を前記エンクロージャから除去することなく、前記劈開された半導体構造の前記第２のファセットを、前記第２のチャンバ内の前記洗浄源からの前記洗浄ビーム、前記加熱源からの前記熱ビーム、及び前記酸化源からの前記酸化剤のうちの１つ以上に曝露するように、前記第２のチャンバ内で前記固定具を操作することを更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
端面発光レーザとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化するためのシステムであって、前記システムは、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバを有するエンクロージャと、
・ 前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバの各々の内部に真空状態を生成するように構成されたポンプと、
・ 前記第２のチャンバ内に取り付けられた洗浄源と、
・ 前記第２のチャンバ内に取り付けられた酸化源と、
・ 前記第２のチャンバ内に取り付けられた加熱源と、
・ 第１のファセットを画定する前記劈開された半導体構造を受け取り、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバに移送するように構成された移送アームと、
・ 前記所与の構造を前記第２のチャンバ内でその上に取り付けるように適合された固定具と、
を備え、前記固定具が、
・ 前記第１のファセットを前記洗浄源に対向して配置することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを前記洗浄源からの洗浄ビームに曝露し、
・ 前記加熱源に対向して前記第１のファセットを配置することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを前記加熱源からの熱エネルギーに曝露し、
・ 前記第１のファセットを前記酸化源に対向して配置することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを前記酸化源からの酸化剤に曝露する、
ように操作されるように構成されている、システム。
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバを有するエンクロージャと、
・ 前記第１のチャンバ及び前記第２のチャンバの各々の内部に真空状態を生成するように構成されたポンプと、
・ 前記第２のチャンバ内に取り付けられた洗浄源と、
・ 前記第２のチャンバ内に取り付けられた酸化源と、
・ 前記第２のチャンバ内に取り付けられた加熱源と、
・ 第１のファセットを画定する前記劈開された半導体構造を受け取り、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバに移送するように構成された移送アームと、
・ 前記所与の構造を前記第２のチャンバ内でその上に取り付けるように適合された固定具と、
を備え、前記固定具が、
・ 前記第１のファセットを前記洗浄源に対向して配置することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを前記洗浄源からの洗浄ビームに曝露し、
・ 前記加熱源に対向して前記第１のファセットを配置することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを前記加熱源からの熱エネルギーに曝露し、
・ 前記第１のファセットを前記酸化源に対向して配置することによって、前記第２のチャンバ内の前記劈開された半導体構造の前記第１のファセットを前記酸化源からの酸化剤に曝露する、
ように操作されるように構成されている、システム。
【請求項10】
前記加熱源は、レーザ、赤外線ランプのうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法によって形成された端面発光レーザデバイスであって、前記端面発光レーザは、
・ 指定された波長の光を生成するように適合された多重量子井戸構造を有する劈開された半導体構造と、前記半導体構造をその結晶方向に沿って劈開することによって画定される少なくとも１つのファセットであって、前記少なくとも１つのファセットは、その上に形成された前記秩序酸化物層を備える、少なくとも１つのファセットと、
を備える、端面発光レーザデバイス。
・ 指定された波長の光を生成するように適合された多重量子井戸構造を有する劈開された半導体構造と、前記半導体構造をその結晶方向に沿って劈開することによって画定される少なくとも１つのファセットであって、前記少なくとも１つのファセットは、その上に形成された前記秩序酸化物層を備える、少なくとも１つのファセットと、
を備える、端面発光レーザデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体デバイスの不動態化に関する。より具体的には、本開示は、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法に関する。
【背景】
【0002】
半導体レーザ又はダイオードレーザは、多くの用途における実装のために、電気エネルギーを光に変換するように動作可能な電気光学デバイスである。特に、ＩＩＩ－Ｖ族半導体化合物に基づく半導体レーザは、高速光記録、高速印刷、様々なネットワーク及び伝送、ドップラー光レーダ、光信号処理、高速光マイクロ波源、他の固体レーザ用ポンプ源、ファイバ増幅器、医療用途などに広く使用されている。
【0003】
複数の制御可能な特性及び多様な用途を有するそのようなダイオードレーザは、放出される光の１つ以上の所望の特性及び／又はデバイスの信頼性に対する適切な改善に対する継続的な必要性を生み出す。例えば、高出力用途では、最大量の出力パワーが動作のために望まれる。しかしながら、出力パワーは、デバイス自体への漸進的な損傷によって制限されることが多い。ここで、高出力半導体レーザの故障の主な根本原因は、高出力端面発光型レーザチップの最大出力を損なう現象である壊滅的光学ミラー損傷（ＣＯＭＤ）として知られている。ＣＯＭＤによる故障の根本的な原因は、レーザチップの出力ファセット（複数可）における表面欠陥である。半導体レーザによって放出された光は、表面によって部分的に吸収され、欠陥は、非放射性再結合中心として作用し、部分的に吸収された光によって励起された電荷キャリアの再結合に起因する熱発生の増加をもたらす。典型的には、温度が上昇すると、材料の有効バンドギャップが減少し、より多くの吸収及び非放射性再結合をもたらす。一方、温度の上昇はまた、分子結合の再分配をもたらし、これは一般に、界面における強い良好に秩序立った分子結合の不在下で、より高い欠陥密度をもたらす。更に、高出力パワーでの長時間動作は、半導体レーザの１つ以上のファセットに配置された１つ以上のミラーの劣化を引き起こすかなりの量の熱を発生させる。
【0004】
劣化の結果として、対応するミラー損傷は、半導体レーザの寿命を短くし、それによって、頻繁なレーザ交換の必要性のために運用コストを増加させる。更に、そのような効果は、正のフィードバックループを妨げ、ＣＯＭＤの光パワー閾値レベルを超えると、ファセットの急速な微小爆発をもたらす。例示的なシナリオでは、アルミニウム（Ａｌ）含有化合物半導体レーザは、酸素と相互作用する極めて高い傾向のためにＣＯＭＤに対して最も敏感であることが観察されており、酸素は、多くの場合、欠陥状態の原因である。欠陥状態を形成する自然の傾向を有するＡｌ及び酸素（Ｏ）結合とは別に、それらの熱力学的安定性に起因して、そのような欠陥を低減することも著しく困難である。その結果、表面におけるＡｌ－Ｏ結合を回避するための既知の方法の大部分は、コーティング前にファセットが酸素に曝露されるのを防止することに関する。
【0005】
上述の問題を解決するためにいくつかの試みがなされてきた。いくつかの例では、アルゴン（Ａｒ）イオンビームエッチング（正又は負のいずれか）、遠隔プラズマエッチング、又は原子状酸化水素還元が、表面酸化物層を除去するために使用され、その後、ケイ素、窒化ケイ素ＳｉＮｘ、水素化ケイ素（ＳｉＨ）、又は結晶ＺｎＳｅ堆積が行われて、欠陥状態密度が低減された表面を不動態化し、ファセットを更なる酸化から保護する。他の例では、超高真空（ＵＨＶ）システムは、一般に洗浄方法を利用し、続いて少なくとも１０ｎｍ厚の結晶不動態化層、例えばＺｎＳｅを堆積させるように構成される。更に本明細書では、試料の装填、洗浄、堆積、及びフリップなどの工程は、システムの異なるチャンバ内で行われる。しかし、システムは、工程のいずれかの間に真空の中断（又は周囲への露出）を有さない。しかしながら、それは、単一チャンバ内で実行され得るプロセス及び／又はシステムと比較して、依然として非常に複雑かつ低速である。更に、いくつかの例では、ＺｎＳｅ結晶層が保護／不動態化コーティングとして使用される。ここで、洗浄方法としての原子状水素エッチングは、エッチング自体からの欠陥発生を回避するために利用される。非Ａｌ化合物半導体の場合、このような方法は高品質の界面を提供することができる。しかしながら、原子状水素は、それ自体ではＡｌ－Ｏ結合の効率的な除去を提供しない可能性がある。更に、いくつかの例では、低エネルギー水素プラズマが、洗浄のために利用され、その後、水素化アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ：Ｈ）でオーバーコーティングされ、低エネルギーＡｒ＋イオンビーム又はプラズマを利用して、表面自然酸化物を除去し、続いてＳｉコーティングである。
【0006】
上述した全ての不動態化方法は、不動態化処理の前又はそれと同時に自然酸化物を除去することを必要とする。別の技術は、Ｅ２技術として知られる、レーザファセット上に存在するＡｌ－Ｏ結合を完全に回避することを含む。Ｅ２技術は、デバイスのファセットが、処理されたウェハから劈開されるまで、その周囲にさらされることを防止することによって、表面上の酸化物形成を回避することを含む。この劈開は、ＵＨＶ「ｉｎ－ｓｉｔｕ」で行われ、その後、デバイスは、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又はアンチモン（Ｓｂ）のいずれか１つの薄層でコーティングされ、表面コーティングは、デバイスからの光の伝搬を容易にし、同時に活性領域界面を周囲からの酸素との相互作用から保護するために、吸収端を有する必要がある。しかしながら、Ｅ２法の主な欠点の１つは、処理されたウェハをＵＨＶ内でバーに劈開する必要があることであり、これは非常に複雑なプロセスであり、非常に低いスループットを有し、非常に高価な装置を必要とする。レーザバーが「ｅｘ－ｓｉｔｕ」で、すなわちＵＨＶ外で劈開される場合、レーザファセットの酸化は不可避であり、レーザファセット上に存在する自然酸化物からの欠陥状態をもたらすことが理解されよう。
【摘要】
【0007】
本開示は、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法及びシステムを提供しようとするものである。本開示は更に、この方法によって形成された端面発光レーザデバイスを提供しようとする。本開示の目的は、先行技術において遭遇する問題を少なくとも部分的に克服する解決策を提供することである。
【0008】
一態様において、本開示の一実施形態は、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法を提供し、方法は、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバと、第１のチャンバから第２のチャンバへ所与の構造を受け取って移送する移送アームと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、第２のチャンバ内で所与の構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することと、
・ 第１のチャンバ内で、その中の移送アーム上に第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を装填することと、
・ 劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けるために、移送アームを使用して、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する加熱源からの熱エネルギーに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、を含む。
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバと、第１のチャンバから第２のチャンバへ所与の構造を受け取って移送する移送アームと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、第２のチャンバ内で所与の構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することと、
・ 第１のチャンバ内で、その中の移送アーム上に第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を装填することと、
・ 劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けるために、移送アームを使用して、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する加熱源からの熱エネルギーに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、を含む。
【0009】
別の態様において、本開示の一実施形態は、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化するシステムを提供する。このシステムは、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバを有するエンクロージャと、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々の内部に真空状態を生成するように構成されたポンプと、
・ 第２のチャンバ内に取り付けられた洗浄源と、
・ 第２のチャンバ内に取り付けられた加熱源と、
・ 第２のチャンバ内に取り付けられた酸化源と、
・ 第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を受け取り、第１のチャンバから第２のチャンバに移送するように構成された移送アームと、
・ 所与の構造を第２のチャンバ内でその上に取り付けるように適合された固定具と、
を備える。そして前記固定具が、
・ 洗浄源に対向する第１のファセットを配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを洗浄源からの洗浄ビームに曝露し、
・ 加熱源に対向して第１のファセットを配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱源からの熱エネルギーに曝露し、
・ 酸化源に対向する第１のファセットを配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露する、
ように操作されるように構成されている。
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバを有するエンクロージャと、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々の内部に真空状態を生成するように構成されたポンプと、
・ 第２のチャンバ内に取り付けられた洗浄源と、
・ 第２のチャンバ内に取り付けられた加熱源と、
・ 第２のチャンバ内に取り付けられた酸化源と、
・ 第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を受け取り、第１のチャンバから第２のチャンバに移送するように構成された移送アームと、
・ 所与の構造を第２のチャンバ内でその上に取り付けるように適合された固定具と、
を備える。そして前記固定具が、
・ 洗浄源に対向する第１のファセットを配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを洗浄源からの洗浄ビームに曝露し、
・ 加熱源に対向して第１のファセットを配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱源からの熱エネルギーに曝露し、
・ 酸化源に対向する第１のファセットを配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露する、
ように操作されるように構成されている。
【0010】
更に別の態様では、本開示はまた、上述の方法によって形成される端面発光レーザデバイスを提供し、端面発光レーザデバイスは、
・ 指定された波長の光を生成するように適合された多重量子井戸構造を有する劈開された半導体構造と、
・ 半導体構造をその結晶方向に沿って劈開することによって画定される少なくとも１つのファセットであって、少なくとも１つのファセットは、その上に形成された秩序自然酸化物層を備える、少なくとも１つのファセットと、を備える。
・ 指定された波長の光を生成するように適合された多重量子井戸構造を有する劈開された半導体構造と、
・ 半導体構造をその結晶方向に沿って劈開することによって画定される少なくとも１つのファセットであって、少なくとも１つのファセットは、その上に形成された秩序自然酸化物層を備える、少なくとも１つのファセットと、を備える。
【0011】
本開示の実施形態は、従来技術における前述の問題を実質的に排除するか、又は少なくとも部分的に対処し、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化するための改善された方法を提供する。
【0012】
本開示の追加の態様、利点、特徴、及び目的は、添付の特許請求の範囲と併せて解釈される例示的な実施形態の図面及び詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0013】
ここで、本開示の実施形態を、単なる例として、以下の図面を参照して説明する。
【図1A】本開示の実施形態による、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法に含まれる工程を列挙したフローチャートである。
【図1B】本開示の実施形態による、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法に含まれる工程を列挙した代表的なフローチャートである。
【図2A】本開示の一実施形態による、内部に複数の半導体構造を含む例示的な半導体劈開バーの代表的な図である。
【図2C】本開示の実施形態による、端面発光レーザデバイスとして利用するために劈開された半導体構造を不動態化するためのシステムの例示的な概略図である。
【図3A】本開示の１つ以上の実施形態による、その第１のファセットを洗浄する前の例示的な劈開された半導体構造の代表的な図である。
【図3B】本開示の１つ以上の実施形態による、第１のファセットを洗浄した後の例示的な劈開された半導体構造の代表的な図である。
【図3C】本開示の１つ以上の実施形態による、秩序自然酸化物層で不動態化されたその第１のファセットを有する例示的な劈開された半導体構造の代表的な図である。
【図4A】本開示の１つ以上の実施形態による、システムの例示的な積層固定具の概略図である。
【図4B】本開示の１つ以上の実施形態による、複数の劈開された半導体構造を保持する例示的な固定具の詳細図である。
【図5】本開示の１つ以上の実施形態による、劈開された半導体構造を不動態化するための例示的な第２のチャンバの概略図である。
【図6】本開示の一実施形態による、加熱源からの距離の尺度としての劈開された半導体構造における温度変化のグラフ表示である。
【図7】本開示の実施形態による、劈開された半導体構造における電圧に対する微分走査トンネル分光法ＩＶ曲線のグラフ表示である。
【実施形態の詳細説明】
【0014】
以下の詳細な説明は、本開示の実施形態及びそれらが実装され得る方法を示す。本開示を実施するいくつかのモードが開示されたが、当業者は、本開示を実施又は実践するための他の実施形態も可能であることを認識するであろう。
【0015】
一態様において、本開示の一実施形態は、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法を提供し、方法は、
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバと、第１のチャンバから第２のチャンバへ所与の半導体構造を受け取って移送する移送アームと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、第２のチャンバ内で所与の半導体構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することと、
・ 第１のチャンバ内で、その中の移送アーム上に第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を装填することと、
・ 劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けるために、移送アームを使用して、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する加熱源からの熱エネルギーに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、を含む。
・ 第１のチャンバ及び第２のチャンバと、第１のチャンバから第２のチャンバへ所与の半導体構造を受け取って移送する移送アームと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、第２のチャンバ内で所与の半導体構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することと、
・ 第１のチャンバ内で、その中の移送アーム上に第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を装填することと、
・ 劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けるために、移送アームを使用して、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する加熱源からの熱エネルギーに曝露することと、
・ 劈開された半導体構造の第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、を含む。
【0016】
本明細書で使用される「不動態化」という用語は、半導体デバイスの内部構造を汚染物質及び酸化から保護するように構成された不動態化層の製造（又は形成）のプロセスを指す。汚染及び酸化は、半導体デバイスの電力効率を低下させる原子レベルでの欠陥をもたらし、信頼性の問題を引き起こす可能性があり、製造歩留まりを低下させ、したがってコストを増加させる。したがって、不動態化は、表面欠陥密度を前例のないレベルまで低減することを可能にし、したがって、ＩＩＩ－Ｖ族半導体ベースのデバイスの効率の上昇及び製造歩留まりの増加をもたらす。不動態化層は、例えば、劈開された半導体構造上の酸化物層及び／又は窒化物層から形成される。
【0017】
「半導体構造」という用語は、その上又はその中に半導体デバイスの要素が製作又は取り付けられる材料の層又はブロックを指す。典型的には、半導体構造は、任意の金属、非金属、半導体材料、又は金属、非金属及び半導体材料の組み合わせの層、支持基板上に堆積された任意の材料の層、又は支持構造自体であってもよい。本実施例では、半導体構造、半導体チップは、端面発光レーザデバイス、並びに他のＨＥＭＴ及びＭＥＳＦＥＴ構造を形成するのに適したＧａＡｓ又はリン化インジウム（ＩｎＰ）ベースの構造とすることができる。しかしながら、半導体構造は、本開示に従って所望のパターン（例えば、サブハーフミクロン）を生成することが望まれる任意の材料から形成されてもよい。
【0018】
半導体構造は、分子線エピタキシ又は有機金属化学蒸着などの技術を含む、形成される様々な従来の技術、集積回路、又は電子構造を使用して形成することができる。理解され得るように、半導体構造の形成に際して、半導体構造のバーは、従来の技術を介して劈開され、端面発光レーザデバイスとして利用するための方法を介して更に処理される。複数の劈開された半導体構造、レーザチップは、単一の半導体バーの一部であってもよく、半導体バー全体が所与の時間に処理されてもよく、又は好ましくは、本開示の方法及びシステムの大量生産及び効率の改善のために、複数のそのような積層された半導体バーが所与の時間に処理されてもよいことが理解されよう。
【0019】
端面発光レーザデバイスは、本開示の方法を実施することによって劈開された半導体構造を使用して製造され、それによって本開示の全ての特徴及び利点を達成する。任意選択的に、劈開された半導体構造上に製造される端面発光レーザデバイスは、目標レージング特性を提供するように適合され、「レージング特性」という用語は、半導体デバイスによって生成されるレーザのスペクトル放射特性及び／又は特性を指す。半導体デバイスの目標レージング特性は、半導体デバイスの所望のレージング作用を提供するために、入力電流、電圧、電力、キャビティ間隔などの入力を変化させることによって、実装に基づいて適合される。
【0020】
この方法は、第１のチャンバ及び第２のチャンバと、第１のチャンバから第２のチャンバへ所与の半導体構造を受け取って移送する移送アームと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、第２のチャンバ内で所与の構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することを含む。「エンクロージャ」は、所与の半導体構造を不活性に保管し、周囲からの露出を防止するためのマルチチャンバシステムを備える外部本体を指す。本明細書では、エンクロージャは、所与の半導体構造（すなわち、劈開された半導体構造）を装填又は移送することができる第１のチャンバと、所与の半導体構造を第１のチャンバ又は第２のチャンバに移送又はそこから受け取るように構成された移送アームと、を備える。更に、エンクロージャは、所与の構造を（移送されると）第２のチャンバに取り付けるように構成された固定具を備える。
【0021】
本明細書において、「移送アーム」という用語は、所与の半導体構造及び／又は固定具をエンクロージャ内の所望の位置又は向きに移送又は再配向するように構成された、手動で作動されるアーム又は自動で作動されるアーム又はロボットアームを指す。典型的には、移送アームは、第１のチャンバと第２のチャンバとの間のエンクロージャ内で移動可能かつ伸長可能なアームであり、真空完全性を維持しながら、１つのチャンバ内で半導体構造／固定具を取り上げ、それを精密な（直線）運動によって別のチャンバに移送するか、又は１つのチャンバ内で移動することを可能にする。
【0022】
「固定具」という用語は、劈開された半導体構造を確実に配置し、支持し、取り付け、その外部操作を可能にするように構成されたカスタマイズされた支持デバイスを指す。一例では、固定具は、あるタイプの治具（積層治具、プレート治具、チャネル治具など）であってもよい。別の例では、固定具は、複数の劈開された半導体構造を取り付けるように構成された金属フレームであってもよい。任意選択で、固定具は、各劈開された半導体構造の少なくとも１つのファセットが処理のために露出される開口部を有することができる。更に、固定具は、積み重ねられた劈開された半導体構造を有する他の固定具と共に取り付けられてもよく、それによって本方法に従って一緒に処理されてもよいことが理解されるであろう。有利なことに、劈開された半導体構造のそのような配置は、本方法を介して一度に並行して処理され得る半導体構造の数がより多いために、大量生産を可能にすることによって、本方法の効率を改善する。いくつかの実施形態では、複数の劈開された半導体構造を有する半導体バーは、固定具（積層治具など）内で互いの上に積層される。例えば、そのような固定具は、半導体バーを形成するために互いに積み重ねられた５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、７０、８０、９０又は１００個の劈開された（半導体）構造を含んでもよい。任意選択で、そのような複数の半導体バーは、その中のコンタクト金属の存在に起因して、劈開された半導体構造の積層を防止するために、例えばＧａＡｓ構造などのスペーシング構造によって分離されてもよい。
【0023】
方法は、第１のチャンバ内で、その中の移送アーム上に第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を装填することを更に含む。典型的には、第１のファセットを画定する劈開された半導体構造は、積層固定具（例えば、積層治具）上に装填され、それによって、更なる移送及び／又は動作のために第１のチャンバに装填される。
【0024】
従来、半導体構造は、異なる処理プロセスへの曝露のために異なるチャンバ間で移動されるように操作固定具上に取り付けられ、大気への曝露の固有のリスクを有するエンクロージャを放置することさえ必要とし得る。上述の非効率性を克服するために、本開示は、半導体構造の複数のファセットが単一のチャンバ内で露出され、洗浄され、加熱され、不動態化などされ得る新規な手法を提供する。
【0025】
方法は、劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けるために、移送アームを使用して、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送することを更に含む。いくつかの例では、動作中、劈開された半導体構造は、第１のチャンバ内に装填される前に、最初に積層固定具上に装填されてもよく、更に、積層固定具全体が劈開された半導体構造と共に、移送アームを使用して、エンクロージャ内に装填された劈開された半導体構造の更なる処理のためにエンクロージャを離れることなく（したがって大気に曝露されることなく）、第２のチャンバに移送されてもよい。特に、複数の劈開された半導体構造を有する半導体バーは、その中の複数の劈開された半導体構造の各々を同時に処理するために固定具上に取り付けられる。好ましくは、複数のそのような半導体バーは、劈開された半導体構造の同時処理のために固定具内に積み重ねられてもよく、大量生産及び高スループットを可能にする。
【0026】
本明細書では、劈開された半導体構造は、複数の劈開された半導体構造の第１のファセットが同じ方向に整列されるように固定具上に取り付けられ、方法の処理工程は、第１のファセットの各々に同様に影響を及ぼす。更に、劈開された半導体構造が第１のチャンバ内に装填されると、劈開された半導体構造は、積層固定具と共に第２のチャンバに移送され、ここで、劈開された半導体構造の第１のファセットが更に洗浄及び／又は不動態化されてもよく、その後、半導体構造の第２のファセットが同様に露出され（移送アームの操作によって）、第２のチャンバ内で加熱され、洗浄され、不動態化される。有利には、動作中に、単一のチャンバ、すなわち第２のチャンバが利用され、両方のファセット、すなわち第１のファセット及び第２のファセットが、処理中に、他のチャンバを使用することなく、又はエンクロージャを残すことなく、処理、洗浄、及び不動態化されて、方法をより高速かつ効率的にすることができる。
【0027】
１つ以上の実施形態では、固定具は、移送アームに結合され、移送アームに対して操作される複数の自由度を有するように適合され、劈開された半導体構造は、積層固定具上及び第１のチャンバ内のその上に装填される。更に、劈開された半導体構造が装填された積層固定具は、更なる処理のために、第２のチャンバ内の固定具に移送される。固定具は、移送アームに結合するように適合され、結合は、複数の自由度（ＤｏＦ）が移送アームに対して操作されることを可能にし、それによって、劈開された半導体構造の便利で効率的な移送及び装填を可能にする。一例では、移送アームに結合された固定具は、並進軸ｘ、ｙ、ｚ軸のうちの１つ以上並びに回転軸α，β及びγ－のうちの１つ以上に沿った移動の完全な自由を可能にする
【0028】
方法は、劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することを更に含む。所与の半導体構造上の汚染物質は、半導体製造中にレーザデバイスを製造する歩留まりに深刻な影響を与える可能性があり、したがって、所与の半導体構造のファセットからのそのような汚染物質の除去又は洗浄が、半導体構造の不動態化中に必要とされる可能性があることが理解されよう。したがって、劈開された半導体構造を第２のチャンバに移送する際に、劈開された半導体構造の第１のファセットは、その中の固定具を操作することによって洗浄源からの洗浄ビームに曝露される。
【0029】
本明細書では、「洗浄ビーム」という用語は、任意の可能性のある酸化物層又は他の汚染物質（例えば、塵、錆、グリースなど）の劈開された半導体構造の表面（又はファセット）を除去する（又は洗浄する）ように構成された洗浄ビーム源からの照射ビームを指す。一例では、本方法は、自然酸化物層を除去するために、表面に損傷を与えることなく洗浄することができるマイクロパルスレーザ又は高出力レーザ、すなわち高出力を有する短パルスレーザを使用することができる。ここで、高出力短パルスレーザへのパワー入力（又はピークパワー）は、より短い持続時間に対して非常に高いので、熱影響部（ＨＡＺ）は他のタイプのレーザよりも低く、洗浄プロセスは他のタイプのレーザと比較してより短い時間しかかからない。更に、有益なことに、そのような実装は、不動態化方法全体に対して１つ又は２つのレーザのみを必要とする。別の例では、本方法は、異なる波長及び出力を有する連続波長レーザを使用することができる。別の例では、本方法は、可能性のある自然酸化物層を除去するためにイオンビームを使用することができる。更に他の例では、本方法は、実施態様に基づいて、連続波長レーザ、又は異なる波長若しくは出力のパルスレーザを使用することができる。本方法は、洗浄効果を潜在的に改善するために、レーザ強度、波長、パルス持続時間、パルス幅、及び入射角などの本質的なレーザパラメータを変更することができ、実装の必要性に基づいて任意の洗浄源及び対応する洗浄ビーム技法を使用することができることが理解されよう。
【0030】
そのような洗浄工程は、所与の半導体構造の更なる処理の前に、劈開された半導体構造の第１のファセットから任意の可能な汚染物質を除去する。有益なことに、これらの汚染物質及び自然酸化物の除去は、その上に秩序酸化物層（Ｋｏｎｔｒｏｘ（登録商標）層としても知られている、すなわち、薄い長距離秩序酸化物層）を形成し、他の酸化物膜を半導体構造の上に堆積及び成長させるために不可欠である。そうでなければ、長距離酸化物を生成することは不可能であり得ることが理解されよう。除染剤が存在する場合、長距離秩序酸化物形成は成功しない。したがって、除染剤及び自然酸化物を除去する必要がある。いくつかの例では、長距離秩序酸化物を形成するための酸素の付着は、所定の温度条件を提供することによって支援され得る。
【0031】
１つ以上の実施形態では、洗浄ビームは、水素、アルゴン、キセノン、又はそれらの混合物の原子ビーム、イオン化希ガス及び／又は窒素を含むイオンビームのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態では、本方法によって利用される洗浄ビームは、イオン化希ガス（ヘリウム、アルゴンなど）及び／又は窒素を含むイオンビーム、すなわち、任意の可能な汚染物質を除去するために劈開された半導体構造に向けられたエネルギーイオンのビームである。特に、イオン化ビームは、洗浄プロセスを最適化するために１００電子ボルト以下のエネルギーレベルを有する。他の実施形態では、本方法によって利用される洗浄ビームは、原子状水素、アルゴン、キセノン、又はそれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む原子ビーム、すなわち、任意の可能な自然酸化物層を除去するために半導体構造に向けられたエネルギー原子のビームである。
【0032】
方法は、劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する加熱源からの熱ビームに曝露することを更に含む。加熱は、酸化工程の前、間及び／又は後に適用され得ることが理解され得る。一般に、劈開された半導体構造は洗浄プロセス中に加熱されるが、酸化中又は酸化後に必ずしも加熱が必要とされない場合もある。本明細書では、固定具全体は、加熱源からの入射熱ビームを均一に収容する（又は直接面する）ために、操作又は再位置付けされてもよい。有利なことに、熱ビームの最大量は、操作に起因して劈開された半導体構造の露出された第１のファセットによって受け取られ、それによって、レーザ放射のより高い精度の制御及び増加したエネルギー効率に起因して、第１のファセットを効率的かつ正確に加熱する。
【0033】
本明細書では、「熱ビーム」という用語は、任意の可能な汚染物質（例えば、水分）の劈開された半導体構造の表面（又はファセット）を加熱又は洗浄するために所望の位置に向かって熱エネルギーを提供するように構成された熱源からの照射ビームを指す。一例では、方法は、劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、表面を損傷することなく加熱することができるマイクロパルスレーザ又は高出力レーザ、すなわち高出力を有する短パルスレーザを使用することができる。ここで、高出力短パルスレーザへのパワー入力（又はピークパワー）は、より短い持続時間に対して非常に高いので、熱影響部（ＨＡＺ）は他のタイプのレーザよりも低く、加熱プロセスは他のタイプのレーザと比較してより短い時間しかかからない。更に他の例では、本方法は、実施態様に基づいて、連続波長レーザ、又は異なる波長若しくは出力のパルスレーザを使用することができる。本方法は、加熱効果を潜在的に改善するために、レーザ強度、波長、パルス持続時間、パルス幅、及び入射角などの本質的なレーザパラメータを変更することができ、実装の必要性に基づいて任意の加熱源及び対応する加熱ビーム技法を使用することができることが理解されよう。本実施例では、加熱源は、固体レーザ、ガスレーザなどのレーザのタイプであってもよい。いくつかの例では、加熱源は、熱ビームを劈開された半導体構造の第１のファセットに向けて誘導して、更なる処理の前に潜在的に存在する汚染物質を洗浄及び／又は除去するために第１のファセットを加熱するように構成することができる。例えば、加熱は、洗浄された第１のファセット上のあらゆる水分、ガス、及び他の汚染物質を除去することができる。特に、加熱中に第２のチャンバ内で測定される温度は、加熱源によって提供される熱ビームの局所加熱効果により、既存のシステム及びプロセスとは対照的に、動作中に一定（例えば、室温）のままであってもよく、すなわち、熱ビームは、劈開された半導体構造の露出された第１のファセットのみに局在化される。有利なことに、加熱源のそのような適用を介して、劈開された半導体構造全体に加えられる熱負荷は、加熱が非露出ファセットから行われた従来技術と比較して低く、それによって、構造全体にわたる高温への露出による損傷の対応する高いリスクを防止する。
【0034】
加熱源は、熱ビームを劈開された半導体構造の第１のファセットに向けて誘導して、更なる処理の前に潜在的に存在する汚染物質を洗浄及び／又は除去するために第１のファセットを加熱する。例えば、加熱は、洗浄された第１のファセット上のあらゆる水分、ガス、及び他の汚染物質を除去することができる。加熱中に第２のチャンバ内で測定される温度は、加熱中に実質的に一定（例えば、室温）のままであり、放射（ＩＲ放射又はレーザ放射のいずれか）への曝露は、曝露された第１のファセットに局在化され、又は異なる期間にわたって変動されてもよい。例えば、劈開された半導体構造の第１のファセットは、５分間、１０分間、１５分間、２０分間、３０分間、６０分間などにわたって加熱され得る。当業者であれば、圧力、温度、及び曝露時間は、本開示の範囲を限定することなく、実装に基づいて変更され得ることを理解するであろう。
【0035】
任意選択で、熱ビームは、レーザ照射、赤外線放射のうちの少なくとも１つによって提供される。換言すれば、劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために熱ビームを提供するために利用される加熱源は、レーザ源、すなわちレーザ（例えば、固体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ）を介した照射、又は赤外源、すなわち赤外（ＩＲ）光源（ＩＲランプなど）からの放射である。ＩＲ光又はレーザ放射は、劈開された半導体構造を加熱して、劈開後に第１のファセットの表面に物理的に吸着した水分及び汚染物質（例えば、他の汚染物質の中でも、吸着粒子、Ｎ２、ＣＯ２、又はＯ２）を除去する。有利なことに、レーザ放射は、熱ビーム出力の高い精度及び精密な制御を提供し、動作中に洗浄された第１のファセットに最小の歪み及び／又は応力をもたらすが、赤外線放射は、より低いエネルギー消費のために方法の効率を改善する。
【0036】
１つ以上の実施形態では、加熱源は、第２のチャンバの外部に取り付けられ、方法は、加熱源からの熱ビームが劈開された半導体構造に到達することを可能にする透明ビューポートを提供する工程を更に含む。「ビューポート」という用語は、加熱源からの熱ビームが、劈開された半導体構造の露出された第１のファセットに到達することを可能にするように構成されたアクセスポート、すなわち、洗浄及び／又は酸化プロセスの後又はその間のアクセスポートを指す。実施の必要性に基づいて、加熱源及び／又はビーム整形器の位置は変更されてもよく、すなわち、第２のチャンバ又はエンクロージャの外部又は内部に取り付けられてもよいことが理解されよう。いくつかの例では、本方法によって使用される加熱源及び／又はビーム整形器は、実装形態の物理的専有面積を低減するために、第１のチャンバ及び／又は第２のチャンバの内部に取り付けられながら、エンクロージャの内側に配置され得る。本実施例では、本方法によって使用される加熱源及び／又はビーム整形器は、第１及び／又は第２のチャンバの外部に取り付けられた状態でエンクロージャの内側に配置されてもよく、又はエンクロージャ全体の外側に配置されてもよく、入口又はアクセスポート、すなわち透明なビューポートを通してアクセス可能であってもよい。
【0037】
方法は、劈開された半導体構造の第１のファセット上に長距離秩序酸化物層を形成するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、を更に含む。すなわち、劈開された半導体構造の洗浄された第１のファセットの加熱中又は加熱時に、本方法は、加熱された第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露して、第２のチャンバ内の固定具を操作することによって秩序酸化物層を形成する工程を更に含む。従来、既存の方法又はシステムは、ＩＩＩ－Ｖ族からの材料を利用しており、その結果、自然のアモルファス自然酸化物が得られる。しかしながら、そのような材料は、低品質酸化物を提供する無秩序な自然酸化物を提供することが知られており、それによって、より低い品質のレーザデバイスをもたらす。前述の問題を克服するために、本方法は、圧力、温度、使用される酸化剤の量、及び適用時間などの様々な動作パラメータを制御することによって、酸化工程、すなわち秩序酸化物層の形成を制御して、長距離秩序酸化物、すなわち秩序酸化物層を形成することを含む。すなわち、本方法は、半導体構造の洗浄された第１のファセットを、酸化源を使用して長距離秩序を示す秩序酸化物層に変換することを含む。
【0038】
本明細書において、「秩序酸化物層」は、任意の自然酸化物又は任意の他の酸化物などの酸化物の薄い秩序化層を指し、酸化物層は、本質的に保護的、装飾的、又は機能的であり得る。秩序酸化物層は、劈開された半導体構造の表面上の不動態化層として作用し、周囲への露出からの外部効果（腐食など）を防止する。したがって、そのような秩序酸化物層は、複数の劈開された半導体構造の積層構成内のキャリア閉じ込めを改善するために、端面発光レーザデバイスのエネルギー障壁の増加を提供する。ここで、秩序酸化物層の原子位置は、長距離秩序又は並進周期性を示す。ここで、例えば、秩序酸化物層におけるＩＩＩ－Ｖ族原子の位置は、規則的な配列で空間的に繰り返す。更に、秩序酸化物層は、本開示に対するいかなる限定もなしに、長距離秩序及び短距離秩序の両方を有する結晶層であってもよい。秩序酸化物層は、劈開された半導体構造の洗浄された第１のファセットを酸化することによって（特に、従来の堆積技法などによる任意の追加の酸化物の堆積によってではなく）形成されることが当業者によって理解されるであろう。更に、秩序酸化物層の結晶対称性は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料の結晶構造と同じであっても異なっていてもよい。いくつかのＩＩＩ－Ｖ族材料は、結晶酸化物構造に対して２つ以上の可能性を有する。異なる構造は、異なる温度、酸素ドーズ量、酸素流量、酸素分圧、及び／又は処理時間でＩＩＩ－Ｖ族半導体表面の変換を行うことによって達成することができる。本発明の劈開された半導体構造から形成された端面発光レーザデバイスは、秩序酸化物層を含む。後に詳細に説明するように、秩序酸化物層の導入は、半導体デバイスにおいて、エネルギーバンドギャップの増大を引き起こし得る。有利なことに、より高いエネルギーギャップは、端面発光レーザデバイスに、より高い温度で動作する能力を与え、さもなければ、エネルギーバンドギャップは、典型的には、従来の半導体の動作中に問題を呈する温度の上昇と共に縮小する。
【0039】
１つ以上の実施形態では、酸化剤は、分子酸素、酸素プラズマ、オゾン、ＮＯｘ、ＣＯのうちの少なくとも１つを含む。酸化剤は、劈開された半導体構造の材料、方法の効率を最適化するための動作条件に基づいて選択され、本開示の範囲を限定することなく、実装に基づいて変化してもよい。例えば、他の酸素含有ガス（例えば、二酸化塩素、二酸化炭素）、他のハロゲン（例えば、塩素、フッ素、臭素など）などの任意の他の酸化剤である。本明細書では、酸素源は、空気中の酸素分子の自然酸化（例えば、紫外線放射又はコロナ放電などによる酸素の熱解離）によって、又は第２のチャンバ内の酸素プラズマを使用する原子解離によって、分子酸素及び／又はオゾン分子を生成することができる。有益なことに、秩序酸化物層形成のそのようなプロセスは、熱力学的に安定であり、更なる望ましくない酸化を防止する効果的な不動態化層を生成する。その結果、欠陥状態の数が減少し、それによって更なるＣＯＭＤが防止され、その結果、デバイス寿命が改善され、劈開された半導体の清浄な第１のファセットが、秩序酸化物層の高品質単結晶成長を得るために利用される。
【0040】
１つ以上の実施形態では、方法は、第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露する前に、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する堆積源からのＩＩＩ族原子に、その中の固定具を操作することによって曝露して、ＩＩＩ族原子を劈開された半導体構造の第１のファセット上に堆積させることを更に含む。典型的には、劈開された半導体構造の加熱された第１のファセット上に秩序酸化物層を形成する前に、本方法は、劈開された半導体構造の第１のファセット上にＩＩＩ族原子、すなわち、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びタリウム（Ｔｌ）のうちの少なくとも１つを堆積させる工程を更に含む。有利なことに、堆積された層は、追加の不動態化層として機能し、更に、周囲への露出による任意の潜在的な損傷（腐食、浸食など）を防止し、それによって、劈開された半導体構造を利用する端面発光レーザデバイスの寿命を改善する。
【0041】
１つ以上の実施形態において、方法は、劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された秩序酸化物層の上のＳｉ、ａ－Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘのうちの少なくとも１つの層を堆積させることを更に含む。典型的には、劈開された半導体構造の第１のファセット上に秩序酸化物層を形成する際に、本方法は、秩序酸化物層の上にアモルファスシリコン、又は二酸化ケイ素、又は窒化ケイ素の層を堆積する工程を更に含む。ここで、堆積された層は、不動態化に対してより高い安定性を提供するように構成された絶縁層として機能し、それによって不動態化層の劣化を防止し、そのための追加の保護を提供する。更に、秩序酸化物層の上に堆積する際に、大気からの湿度などの外部環境への露出による表面での潜在的な酸化による更なる酸化を防止し、それによって起こり得る問題を排除する。堆積層の選択は実装に基づき、本開示の範囲を限定することなく変更され得ることが理解されるであろう。例えば、サファイアは、高性能無線周波数（ＲＦ）及び放射線感受性用途に使用することができ、二酸化ケイ素は、他のマイクロエレクトロニクスデバイスにおける短チャネル効果を低減するために使用することができる。
【0042】
１つ以上の実施形態では、複数の劈開された半導体構造は第１のチャンバ内に装填され、そのそれぞれの側方ファセットにおいて互いの上に積み重ねられており、第１のファセットはそれぞれの劈開された半導体構造内の対応する側方ファセットに直交しており、方法は、複数の劈開された半導体構造のうちの劈開された半導体構造の各々の第１のファセットを、洗浄源からの洗浄ビーム、加熱源からの熱ビーム、及び酸化源からの酸化剤のうちの１つ以上に曝露するように、第２のチャンバ内で固定具を操作することを更に含む。すなわち、複数の劈開された半導体構造が第１のチャンバ内に装填される実施形態では、後続の（各スタック内の第１の構造を除く）劈開された半導体構造の各々は、そのそれぞれの側方ファセットにおいて互いの上に積み重ねられる。ここで、固定具は、複数の劈開された半導体構造を確実に配置し、支持し、取り付け、それらの外部操作を可能にするように構成される。理解更に、固定具は、積み重ねられた劈開された半導体構造を有する他の固定具と共に取り付けられてもよく、それによって、方法により共に処理されてもよいことが理解されるであろう。有利なことに、劈開された半導体構造のそのような配置は、本方法を介して一度に並行して処理され得る半導体構造の数がより多いために、大量生産を可能にすることによって、本方法の効率を改善する。いくつかの実施形態では、劈開された半導体構造は、互いの上に固定具（積層治具など）上に取り付けられ、第２のチャンバに提供される。例えば、そのような固定具は、互いに積み重ねられ、第２のチャンバに提供される、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、７０、８０、９０、又は１００個の劈開された半導体構造を含んでもよい。任意選択で、劈開された半導体構造は、例えばＧａＡｓ構造などのスペーシング構造によって分離されてもよい。更に、本方法は、第２のチャンバ内で固定具を操作すること、すなわち、劈開された半導体構造を含む固定具を再配置及び／又は再配向して、各劈開された半導体構造の第１のファセットを、洗浄源からの洗浄ビーム、加熱源からの熱ビーム、及び酸化源からの酸化剤のうちの１つ以上に曝露することを含む。
【0043】
１つ以上の実施形態では、劈開された半導体構造は、その中に第２のファセットを更に画定し、方法は、半導体構造をエンクロージャから除去することなく、劈開された半導体構造の第２のファセットを、第２のチャンバ内の洗浄源からの洗浄ビーム、加熱源からの熱ビーム、及び酸化源からの酸化剤のうちの１つ以上に曝露するように、第２のチャンバ内で固定具を操作することを更に含む。いくつかの実施態様では、劈開された半導体構造の両方の対向するファセット、すなわち第１のファセット及び第２のファセット上に不動態化層を形成して、そこでの汚染物質及びアモルファス酸化物層の形成を防止することが好ましい。ここで、第２のファセット上に不動態化層を形成するために、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の配向は、第２のファセットが洗浄源からの洗浄ビーム、加熱源からの熱ビーム、及び第２のチャンバ内の酸化源からの酸化剤のうちの１つ以上に曝露され得るように固定具を操作することによって修正される。従来の技術とは対照的に、移送アーム及び固定具の構成は、半導体構造をエンクロージャから取り外す必要なく、第２のファセットが当該プロセスに曝露されることを可能にする。
【0044】
任意選択で、本方法は、積層半導体構造の第２のファセットを露出させるように固定具を操作する工程を更に含み、固定具を操作する工程は、第２のファセットが更なる処理に露出されるように、第２のチャンバ内で、取り付けられた劈開された半導体構造を含む固定具を第１の向きから第２の異なる向きに再配向又は再配置する工程を含む。有利なことに、劈開された半導体構造の両方のファセットの不動態化は、より高いレベルの保護を提供し、したがって、洗浄されたファセット上に汚染物質が堆積することを効果的に防止し、アモルファス酸化物層の再形成を防止する。更に、劈開された半導体構造の両方のファセットを不動態化することは、高温に耐える耐性を改善し、それによって、改善されたレーザデバイス寿命をもたらす。
【0045】
本開示はまた、端面発光レーザとして利用するために劈開された半導体構造を不動態化するためのシステムを提供する。上記で開示された様々な実施形態及び変形形態は、いかなる限定もなしに必要な変更を加えて本システムに適用される。
【0046】
システムは、第１のチャンバ及び第２のチャンバを有するエンクロージャと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々の内部に真空状態を生成するように構成されたポンプとを備える。本明細書で使用される「ポンプ」は、部分真空を作り出すために、すなわち、チャンバの内部に真空状態を生成するために、密閉空間（エンクロージャ、第１のチャンバ、第２のチャンバなど）からガス分子を引き出すように構成された真空ポンプを指す。例えば、ポンプは、容積式ポンプ、再生ポンプ、エントラップメントポンプのうちの少なくとも１つから選択され得るが、これらに限定されない。
【0047】
システムは、第２のチャンバ内に取り付けられた洗浄源及び酸化源を更に備える。特に、システムは、第２のチャンバ内に洗浄源を取り付けるための第１のポートと、第２のチャンバ内に酸化源を取り付けるための第２のポートとを備える。「ポート」という用語は、エンクロージャの壁を通って延在するアパーチャ又は開口部を指し、ポートの形状、サイズ、及び曲率は、実装形態の要件に従って変更され得る。１つ以上の実施形態では、洗浄源は、無線周波数（ＲＦ）プラズマ源、イオンスパッタリング源のうちの少なくとも１つを備え、洗浄源の選択は、方法を最適化するための実装に基づいて行われる。１つ以上の実施形態において、酸化源は、高周波（ＲＦ）プラズマ源を含む。本開示の範囲を限定することなく、マスフローコントローラ、真空リークバルブなどを含むがこれらに限定されない他の酸化源も使用され得ることが理解されよう。
【0048】
１つ以上の実施形態では、システムは、第２のチャンバ内に取り付けられた加熱源を更に備える。特に、システムは、第２のチャンバ内に加熱源を取り付けるための第３のポートを備える。ここで、加熱源は、第１のファセットを加熱源に対向して配置することによって、劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱源からの熱ビームに曝露するように構成される。
【0049】
第２又は第３のポートは、有利には、加熱源又は酸化源をそれぞれ効果的に収容するように寸法決めされてもよい。１つ以上の実施形態において、加熱源は、レーザ、赤外線ランプのうちの少なくとも１つを含む。加熱源の選択は、劈開された半導体構造の材料及び加熱工程を効果的かつ効率的に実行するための条件に基づいて行うことができる。本実施形態では、加熱源は、レーザ照射、赤外線放射のうちの少なくとも１つによって、方向付けられた熱ビームを提供するように構成される。
【0050】
１つ以上の実施形態において、システムは、第２のチャンバ内に取り付けられた堆積源を更に備える。特に、システムは、堆積源を第２のチャンバ内に取り付けるための第４のポートを備え、固定具は、第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露する前に、第１のファセットを堆積源に対向して配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを堆積源からのＩＩＩ族原子に曝露するように操作されるように更に構成される。「堆積源」は、劈開された半導体構造のファセット上に材料（ＩＩＩ族原子など）の薄層を堆積するように構成されたシステム又はデバイスを指す。例えば、堆積源は熱蒸発源である。１つ以上の実施形態では、堆積源は、流出セル、電子ビーム蒸発器、（例えば、分子金属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）及び原子層堆積（ＡＬＤ）などの技術で使用されるガス前駆体のための）ガス分配ユニットのうちの少なくとも１つを含む。ここでは、第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露する前に、第１のファセットを堆積源に対向して配置することによって固定具を操作して、入ってくるＩＩＩ族原子を効果的に収容する。
【0051】
１つ以上の実施形態では、システムは、第２のチャンバ内に取り付けられた監視機器を更に備える。特に、システムは、第２のチャンバ内に監視機器を取り付けるための第５のポートを備え、固定具は、第１のファセットを監視機器に対向して配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを露出させて、監視機器による表面結晶構造の監視を可能にするように操作されるように更に構成される。典型的には、表面結晶構造を監視及び分析するために、システムは、第２のチャンバ内に監視機器を取り付けるように構成された第５のポートを備え、効果的な監視及び分析のために、劈開された半導体構造の第１のファセットが監視機器に対向して配置されるように固定具が操作される。
【0052】
１つ以上の実施形態では、監視機器は、高エネルギー電子回折（ＲＨＥＥＤ）機器、低エネルギー電子回折（ＬＥＥＤ）機器、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）機器、残留ガス分析（ＲＧＡ）機器のうちの少なくとも１つを備える。一般に、本方法は、表面結晶構造を効果的に監視するために、撮像機器（例えば、高解像度カメラ、光検出及び測距機器、ハイパースペクトル撮像機器など）、回折機器（例えば、ＬＥＥＤ）、分光法機器（例えば、ＡＥＳ）などの任意の適切な監視技術又はデバイスを使用することができる。そのような監視機器は、ファセットの詳細な分析を提供し、それによって、システムが、システム及び方法を最適化するために、その中の意味のある観察を導出することを可能にする。例えば、劈開された半導体構造又は端面発光レーザデバイスの性能に対する温度の影響を監視するためである。
【0053】
システムは、第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を、第１のチャンバから第２のチャンバに受け取って移送するように構成された移送アームと、所与の構造を第２のチャンバ内でその上に取り付けるように適合された固定具と、を更に備え、固定具は、第１のファセットを洗浄源に対向して配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを洗浄源からの洗浄ビームに曝露し、第１のファセットを加熱源に対向して配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱源からの加熱ビームに曝露し、第１のファセットを酸化源に対向して配置することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを酸化源からの酸化剤に曝露するように操作されるように構成される。
【0054】
システムは、エンクロージャ内の条件を制御するゲートバルブと、第１のチャンバから第２のチャンバへの半導体構造の移送のために移送アーム及び固定具ｉの各々にコマンド信号を送信することによって、固定具を操作し、移送アーム及び固定具の移動及び／又は位置を制御するように構成されたコントローラと、を更に備える。コントローラは、ゲートバルブ、移送アーム、及び／又は固定具に動作可能に結合されてもよい。ここで、ゲートバルブは、コントローラが、第１のチャンバから第２のチャンバへの半導体構造の移送のためにゲートバルブを開くコマンド信号を送信しない限り、エンクロージャの状態を維持するように構成される。
【0055】
本明細書で使用される「コントローラ」という用語は、移送アーム及び／又は固定具を制御するための情報及び／又は信号を記憶、処理、及び／又は共有するように構成されたプログラム可能及び／又はプログラム不可能な構成要素を含む構造及び／又はモジュールを指す。コントローラは、ディスプレイ、制御ボタン又はジョイスティック、プロセッサ、メモリなどの要素を有してもよい。
【0056】
本開示はまた、先の段落で説明した方法及び／又はシステムによって不動態化された半導体構造を利用する端面発光レーザを提供する。端面発光レーザは、指定された波長の光を生成するように適合された多重量子井戸構造を有する劈開された半導体構造と、半導体構造をその結晶方向に沿って劈開することによって画定された少なくとも１つのファセットとを含み、少なくとも１つのファセットは、その上に形成された秩序酸化物層を含む。
【0057】
１つ以上の実施形態では、劈開された半導体構造は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体材料を含み、秩序酸化物層は、長距離秩序を有する構造を形成するＩＩＩ族及びＶ族酸化物結合を含む。１つ以上の実施形態では、秩序酸化物層の厚さは１０ｎｍ未満である。
【図面の詳細な説明】
【0058】
図１を参照すると、本開示の実施形態による、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造を不動態化する方法１００に含まれる工程を列挙したフローチャートである。示されるように、方法１００は、工程１０２、１０４、１０６、１０８、及び１１０を含む。列挙された工程１０２、１０４、１０６、１０８、及び１１０は、必ずしも順番に実行されなくてもよい。
【0059】
工程１０２において、この方法１００は、第１のチャンバ及び第２のチャンバと、第１のチャンバから第２のチャンバへ所与の構造を受け取って移送する移送アームと、第１のチャンバ及び第２のチャンバの各々がその内部に真空状態を提供するように適合された状態で、第２のチャンバ内で所与の構造をその上に取り付けるための固定具と、を有するエンクロージャを提供することを含む。ここでは、第１及び第２のチャンバの各々の内部に真空状態が提供されて（ポンプなどを介して）、劈開された半導体構造の処理中の周囲への外部曝露を防止し、その損傷（ＣＯＭＤ、腐食などによる）を防止する。
【0060】
工程１０４において、方法１００は、第１のチャンバ内で、その中の移送アーム上に第１のファセットを画定する劈開された半導体構造を装填することを更に含む。
【0061】
工程１０６において、方法１００は、劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けるために、移送アームを使用して、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送することを更に含む。劈開された半導体構造を装填すると、方法１００は、劈開された半導体構造を第１のチャンバから第２のチャンバへ移送アームを介して移送し、それにより、更なる処理工程のために、劈開された半導体構造を第２のチャンバ内の固定具上に取り付けることを更に含む。
【0062】
工程１０８において、方法１００は、劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成された可能性のある自然酸化物層を除去するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する洗浄源からの洗浄ビームに曝露することを更に含む。劈開された半導体構造を第２のチャンバ内に移送する際に、方法１００は、劈開された半導体構造の第１のファセット上に形成される可能性のある自然酸化物層を除去するために、劈開された半導体構造の第１のファセット上の固定具を操作し、第１のファセットを洗浄ビームに曝露することによって、劈開された半導体構造の第１のファセットを洗浄する工程を更に含み、固定具は、洗浄源を第１のファセットに対向して位置決めするように操作される。
【0063】
工程１１０において、方法１００は、劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する加熱源からの熱ビームに曝露することを更に含む。本明細書では、劈開された半導体構造の第１のファセットを洗浄する際、洗浄する間、又は洗浄する前に、及び第２のチャンバ内で劈開された半導体構造の第１のファセットを酸化剤に曝露する際、曝露する間、又は曝露する前に、第１のファセットを加熱源からの熱ビームに曝露して、例えば、更なる処理の前に第１のファセットから水分などの任意の残留汚染物質を除去し、かつ／又は酸化プロセスを補足する。
【0064】
そして、工程１１２において、方法１００は、劈開された半導体構造の第１のファセット上に秩序酸化物層を形成するために、その中の固定具を操作することによって、第２のチャンバ内の劈開された半導体構造の第１のファセットを、第１のファセットに対向する酸化源からの酸化剤に曝露することと、を更に含む。劈開された半導体構造の第１のファセットを加熱する際に、方法１００は、劈開された半導体構造の第１のファセット上の不動態化層として機能する秩序酸化物層を形成して、ＣＯＭＤ、腐食などの周囲環境への露出による潜在的な損傷を防止し、それによって端面発光レーザデバイスの寿命及び信頼性を改善することを更に含む。
【0065】
図１Ｂを参照すると、本開示のいくつかの実施形態による、劈開された半導体構造を不動態化するための方法１００の代表的なフローチャートが示されている。図示のように、加熱工程、すなわち工程１１０は、方法１００の様々な段階（又は工程）で実行することができる。具体的には、装填された半導体構造２０２を第２のチャンバ２０８上に移送した後、加熱工程１１０は、第１のファセット２０２Ａを洗浄しながら（すなわち、洗浄工程１０８中に）、又はその上に秩序酸化物層２３６を形成しながら（酸化工程１１２）同時に実行されてもよく、及び／又は加熱工程１１０は、第１のファセット２０２Ａの洗浄（すなわち、洗浄工程１０８後）及び秩序酸化物層２３６の形成の前又は後に実行されてもよい。
【0066】
図２Ａを参照すると、本開示の一実施形態による、複数の劈開された半導体構造２０２を含む例示的な半導体バー２０１の代表的な図が示されている。図示のように、半導体バー２０１は、互いに隣接して配置された複数の劈開された半導体構造２０２を含む。更に、図示のように、各劈開された半導体構造２０２は、第１のファセット２０２Ａ及び第２のファセット２０２Ｂを有する。ここで、半導体バー２０１は、（上述した）方法１００に従って処理され、劈開された半導体構造２０２は、第１のファセット２０２Ａ及び／又は第２のファセット２０２Ｂを上述した露光プロセスに配置するように積層され、劈開された半導体構造２０２の均一な処理を可能にする。別の言い方をすれば、露出された第１のファセット２０２Ａは、常に、すなわち洗浄工程２０８及び／又は酸化工程２１２の前、間、又は後に加熱することができる。
【0067】
図２Ｂを参照すると、本開示の実施形態による、例示的な劈開された半導体構造２０２のうちの１つの代表的な図が示されている。示されるように、劈開された半導体構造２０２は、その両側に第１のファセット２０２Ａ及び第２のファセット２０２Ｂを提供する。更に、劈開された半導体構造２０２は、ＣＯＭＤ、腐食などからの潜在的な損傷から保護するために、第１及び第２のファセット２０２Ａ、２０２Ｂの各々の上に堆積された堆積された不動態化層２３０（例えば、ＩＩＩ族原子層）を含む。更に、劈開された半導体構造２０２は、周囲への露出からの更なる保護のために、第１及び第２のファセット２０２Ａ、２０２Ｂの各々の上に堆積された第１の層２３２を備え、それによって、劈開された半導体構造２０２を損傷から効果的に保護する。例えば、堆積された第１の層２３２は金属コーティングである。別の例では、堆積された第１の層２３２はミラーコーティングである。
【0068】
図２Ｃを参照すると、本開示の実施形態による、端面発光レーザデバイスとして利用するための劈開された半導体構造２０２（図２Ａ及び図２Ｂ）を不動態化するためのシステム２００の例示的な概略図が示されている。示されるように、システム２００は、第１のチャンバ２０６と、第２のチャンバ２０８と、第１のチャンバ２０６及び第２のチャンバ２０８の各々の内部に真空状態を（例えば、超高真空（ＵＨＶ）レベルまで）生成するように構成されたポンプ２１０とを有するエンクロージャ２０４を備える。システム２００は、複数の劈開された半導体構造２０２を保持するように構成された積層固定具２３４を更に備える。システム２００は、第２のチャンバ２０８内に洗浄源２１４を取り付けるための第１のポート２１２と、第２のチャンバ２０８内に酸化源２１８を取り付けるための第２のポート２１６と、を更に備える。システム２００は、第１のチャンバ２０６が開かれているときに第２のチャンバ２０８内の超高真空（ＵＨＶ）レベルが失われるのを防止するために、第１のチャンバ２０６を第２のチャンバ２０８から隔離するためのゲートバルブ２３８を更に備える。典型的には、ゲートバルブ２３８は、第２のチャンバ２０８内の真空レベル又は条件の損失を防止するために、第１のチャンバ２０６が開かれるときに、第１のチャンバ２０６を第２のチャンバ２０８から隔離するように構成される。ゲートバルブ２３８は、複数の劈開された半導体構造２０２をその中に有する半導体バー２０１を装填するために第１のチャンバ２０６が開かれ得るときに、第２のチャンバ２０８が真空レベル又は条件を失わないように閉じられる。
【0069】
システム２００は、第２のチャンバ２０８内に取り付けられた加熱源２２２を更に備える。特に、示されるように、システム２００は、第２のチャンバ２０８内に加熱源２２２を取り付けるための第３のポート２２０を備える。ここで、固定具２２６は、第１のファセット２０２Ａを加熱源２２２に対向して配置することによって、第２のチャンバ２０８内の劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを加熱源２２２からの熱ビームに曝露するように操作されるように構成される。ここで、熱ビームは、洗浄及び／又は酸化プロセス中、その前、又はその後のいずれかに加熱源２２２によって提供されてもよい。図示のように、加熱源２２２は、第２のチャンバ２０８の外部に取り付けられたレーザなどの前面照射源である。したがって、システム２００は、加熱源２２２からの熱ビームが、劈開された半導体構造２０２に効率的に到達することを可能にするために、透明なビューポート２２１（図５に示す）を備える。更に、システム２００は、加熱源２２２からの熱ビームを、第２のチャンバ２０８内に取り付けられた劈開された半導体構造２０２の露出したファセットに向けられるように成形するためのビーム整形器２２３（図５に示す）を備える。
【0070】
更に、図２Ｃに示されるように、システム２００は、劈開された半導体構造２０２を第１のチャンバ２０６から第２のチャンバ２０８に受け取って移送するように構成された移送アーム２２４と、所与の構造２０２を第２のチャンバ２０８内でその上取り付けるように適合された固定具２２６と、を更に備え、固定具２２６は、第１のファセット２０２Ａを洗浄源２１４に対向して配置することによって第２のチャンバ２０８内の劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａ（図２Ａ及び図２Ｂに示すように）及び／又は第２のファセット２０２Ｂ（図２Ａ及び図２Ｂに示すように）を洗浄源２１４からの洗浄ビームに曝露し、第１のファセット２０２Ａを酸化源２１８に対向して配置することによって、第２のチャンバ２０８内の劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを酸化源２１８からの酸化剤に曝露するように操作されるように構成される。いくつかの例では、システム２００は、劈開された半導体構造２０２が最初にシステム２００に装填され得る第１のチャンバ２０６内に配置された取り付け治具又は積層治具２３４を更に備え、劈開された半導体構造２０２は、そこから移送アーム２２４によって第１のチャンバ２０６から第２のチャンバ２０８に搬送されて、その中の固定具２２６に装填され得る。
【0071】
システム２００は、第２のチャンバ２０８内に取り付けられた堆積源２４２を更に備える。特に、図示のように、システム２００は、第２のチャンバ２０８内に堆積源２４２を取り付けるための第４のポート２４０を備える。ここで、固定具２２６は、第１のファセット２０２Ａを酸化源２１８からの酸化剤に曝露する前に、第１のファセット２０２Ａを堆積源２４２に対向して配置することによって、第２のチャンバ２０８内の劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを堆積源２４２からのＩＩＩ族原子に曝露するように操作されるように構成される。システム２００は、監視機器（図示せず）を更に備える。監視機器は、第２のチャンバ２０８内の劈開された半導体構造２０２の表面の観察及び／又は監視のための可視性を提供するために利用されるように輪郭形成される。この目的のために、図５に示すように、システム２００は、外部に取り付けられた監視機器を使用して第２のチャンバ２０８内部の劈開された半導体構造２０２を観察することができるように、透明なビューポートの形態の第５のポート２４４を更に備える。
【0072】
図３Ａを参照すると、第１のファセット２０２Ａを洗浄する前の例示的な劈開された半導体構造２０２の代表的な図が示されている。示されるように、第１のファセット２０２Ａは、その上に結晶層２２８を備え、結晶層２２８は、ＩＩＩ族からＶ族原子を介して形成される。更に、第１のファセット２０２Ａは、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを汚染するアモルファス酸化物層３０２を有する。したがって、劈開された半導体構造２０２を第２のチャンバ２０８に移送する際に、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａは、そのアモルファス酸化物層３０２を除去するように固定具２２６を操作することによって、洗浄源２１４からの洗浄ビームに曝露される。有益なことに、そのような洗浄工程は、更なる処理の前に、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａからアモルファス酸化物層３０２を迅速、正確、かつ効率的に除去する。
【0073】
図３Ｂを参照すると、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを洗浄した後の例示的な劈開された半導体構造２０２の代表的な図が示されている。示されるように、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを洗浄すると、アモルファス酸化物層３０２は、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａから除去され、その後、必要に応じて他の堆積又は洗浄技術で処理されてもよい。
【0074】
図３Ｃを参照すると、劈開された半導体構造２０２の第１のファセット２０２Ａを洗浄した後の例示的な劈開された半導体構造２０２の代表的な図が示されており、その上に秩序酸化物層２３６が形成されている。ここで、酸化源２１８は、第１のファセット２０２Ａ上に形成された結晶層２２８上への制御された酸化を介して秩序酸化物層２３６を形成するように構成され、固定具２２６は、秩序酸化物層２３６を生成するために酸化源２１８からの酸化剤を露出するように操作されるように構成される。
【0075】
図４Ａを参照すると、本開示の１つ以上の実施形態による、例示的な積層固定具２３４の概略図が示されている。示されるように、積層固定具２３４は、複数の劈開された半導体構造２０２をその中に保持又は積層するように構成される。積層固定具２３４は、クランプ４０２を互いに押し付け、複数の半導体構造２０２をクランプ４０２間に「挟まれた」状態に保つために適切な圧力を加えるように構成されたねじ又はばね４００のいずれかを備える。図４Ｂを参照すると、第２のチャンバ２０８内に複数の劈開された半導体構造２０２を保持する例示的な固定具２２６の詳細図が示されている。示されるように、複数の劈開された半導体構造２０２の各々は、劈開された半導体構造２０２の各々の接点を分離及び保護するためにスペーシング要素４０４によって離間され、その結果、２つの隣接する劈開された半導体構造２０２の接点は、それらが溶融する可能性があるなど、互いに直接接触しない。スペーシング要素４０４は、ＧａＡｓ、サファイアなどであってもよい。
【0076】
図５を参照すると、本開示の１つ以上の実施形態による、劈開された半導体構造２０２を不動態化するための例示的な第２のチャンバ２０８の概略図が示されている。示されるように、複数の劈開された半導体構造２０２は、第２のチャンバ２０８内の固定具２２６上に搭載される。ここで、固定具２２６を操作することによって、洗浄源２１４は、劈開された半導体構造２０２の露出されたファセットからアモルファス酸化物層（図３Ａに示されるアモルファス酸化物層３０２など）を除去するために、所与のファセット（第１のファセット２０２Ａなど）に露出される。更に、固定具２２６を操作することによって、堆積源２４２は、劈開された半導体構造２０２の露出されたファセット上に不動態化層（図２Ｂに示される不動態化層２３０など）を形成するために、所与のファセット（第１のファセット２０２Ａなど）に露出される。更に、固定具２２６を操作することによって、加熱源２２２は、劈開された半導体構造２０２の露出されたファセットを加熱して上述のプロセスを支援するために、所与のファセット（第１のファセット２０２Ａなど）に露出される。本明細書では、加熱源２２２は、洗浄及び／又は酸化プロセスの前、後、又は間のいずれかで使用されてもよい。
【0077】
図６を参照すると、本開示の一実施形態による、加熱源からの距離の尺度としての劈開された半導体構造２０２における温度変化のグラフ表現６００が示されている。図示のように、ｘ軸及びｙ軸は、それぞれ、加熱源からの距離（メートル単位）及び温度（摂氏度単位）を示す。ここで、温度は距離の増加と共に減少するので、温度は距離と反比例の関係に従うことが観察される。
【0078】
図７を参照すると、本開示の一実施形態による、劈開された半導体構造２０２を使用して形成された端面発光レーザデバイスにおける電圧に対する微分走査トンネリング分光法ＩＶ曲線のグラフ表示７００が示されている。図示のように、ｘ軸及びｙ軸は、それぞれ、差分ＩＶ（すなわち、ΔＩ／ΔＶ）及び電圧（ボルト単位）を示す。ここで、動作時にエネルギーバンドギャップが観測される。端面発光レーザデバイス又は劈開された半導体構造２０２は、秩序自然酸化物層２３６を含む。上述したように、秩序自然酸化物層２３６などの）秩序自然酸化物層の導入は、半導体デバイスにおけるエネルギーバンドギャップの増加を引き起こす。より高いエネルギーギャップは、端面発光レーザデバイスに、より高い温度で動作する能力を与え、エネルギーバンドギャップは、典型的には、従来の半導体の使用中に問題を呈する温度の上昇と共に縮小する。例えば、ワイドバンドギャップ材料は、端面発光レーザデバイスがより大きな電圧を切り替えることを可能にする。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【外国語明細書】