(57)【要約】【課題】製造歩留まりを低下させることなく，化合物半導体ウエハの評価を行うことができる，化合物半導体ウエハの評価方法を提供する。【解決手段】本発明によれば，半導体基板上方に化合物半導体積層体を有する化合物半導体ウエハの特定部位の周縁部分をエッチングして前記特定部位を柱状に加工し，この柱状の特定部位に一次イオンビームを照射して二次イオンを放出させ，放出された二次イオンの質量分析を行い，前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う工程を含む化合物半導体ウエハの評価方法が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上方に化合物半導体積層体を有する化合物半導体ウエハの特定部位の周縁部分をエッチングして前記特定部位を柱状に加工し，
この柱状の特定部位に一次イオンビームを照射して二次イオンを放出させ，
放出された二次イオンの質量分析を行い，
前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う工程を含むことを特徴とする化合物半導体ウエハの評価方法。
【請求項２】
前記化合物半導体ウエハは，母体構成元素としてＡｌを含む化合物半導体からなるＡｌ含有層を最上層に有し，
このＡｌ含有層に一次イオンビームを照射して，前記Ａｌ含有層に含まれるＡｌ原子を飛散させる工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記二次イオンの質量分析の後，前記Ａｌ含有層をウェットエッチングにより除去する工程をさらに備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記特定部位を柱状に加工した後であって一次イオンビームの照射前に，前記特定部位の周辺領域に誘電体層及びその上に導電体層を形成する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記導電体層がＡｕ層である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記化合物半導体積層体は，半導体基板側から順に，第１導電型の第１クラッド層，活性層，第２導電型の第２クラッド層を有する請求項１〜５の何れか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記二次イオンの質量分析によって得られる特定元素についての二次イオン検出数と，この特定元素の相対感度係数とから，前記特定部位に含まれる前記特定元素の原子濃度を算出する工程をさらに備える請求項１〜６の何れか１つに記載の方法。
【請求項８】
前記特定元素は，Ｈ，Ｃ又はＯである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記特定元素は，Ｓｉである請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記特定元素は，Ｍｇ又はＺｎである請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記特定元素は，前記化合物半導体積層体の構成元素である請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記化合物半導体積層体の構成元素は，Ａｌ，Ｐ，Ｇａ，Ａｓ又はＩｎである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記一次イオンビームは，セシウムイオンからなる請求項１〜１２の何れか１つに記載の方法。
【請求項１４】
前記一次イオンビームの照射前に，
前記化合物半導体ウエハをエッチングして格子状の溝からなるイオンビーム調整用標準格子を形成し，前記標準格子を利用して前記一次イオンビームの調整を行う工程をさらに備える請求項１〜１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記化合物半導体ウエハは，前記特定部位を複数個有する請求項１〜１４の何れか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記複数個の特定部位のそれぞれについて二次イオンの質量分析を行い，
前記複数個の特定部位についての前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記化合物半導体ウエハは，複数の半導体レーザ素子形成単位を有し，
前記特定部位は，各半導体レーザ素子形成単位に形成され，
各特定部位について二次イオンの質量分析が行われる請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
複数の半導体レーザ素子形成単位は，電流導波路となるリッジストライプと，
前記リッジストライプの横に，前記リッジストライプと同じ高さとなるテラス部とを備え，
前記特定部位は，前記リッジストライプの横に，前記テラス部を分断するように形成される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１導電型の基板上に，第１導電型の第１クラッド層と，
バリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層と，
第２導電型の第２クラッド層及び電流導波路となるリッジストライプを有する第２導電型の第３クラッド層と，
前記リッジストライプの側面及びその横の平坦部に誘電体層からなる電流阻止層と，
前記リッジストライプの横に，前記リッジストライプと同じ高さとなるテラス部と，
前記リッジストライプの横に，一次イオンビームの照射によって放出される二次イオンの質量分析に用いられる柱状の特定部位が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記特定部位は，前記テラス部を分断するように，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面から離れた内部領域に形成されている請求項１９に記載の素子。
【請求項２１】
前記電流阻止層は，前記特定部位を覆わず，その周辺領域に形成される請求項１９又は２０に記載の素子。
【請求項２２】
第１導電型の基板上に，第１導電型の第１クラッド層と，
バリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層と，
第２導電型の第２クラッド層及び電流導波路となるリッジストライプを有する第２導電型の第３クラッド層と，
前記リッジストライプの側面及びその横の平坦部に誘電体層からなる電流阻止層と，
前記リッジストライプの横に，前記リッジストライプと同じ高さとなるテラス部とを備え，
前記リッジストライプの横に，前記テラス部より低い高さとなるクレータ部が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２３】
前記クレータ部は，前記テラス部を分断するように，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面から離れた内部領域に形成されている請求項２２に記載の素子。
【請求項２４】
前記活性層は，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面近傍領域でのフォトルミネッセンスのピーク波長が，前記端面から離れた内部領域でのフォトルミネッセンスのピーク波長より短い請求項１９〜２３の何れか１つに記載の素子。
【請求項２５】
前記基板はＧａＡｓからなり，
前記第１クラッド層，前記活性層，前記第２クラッド層，前記第３クラッド層及び前記電流阻止層は，ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる請求項１９〜２４の何れか１つに記載の素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，二次イオン質量分析による化合物半導体ウエハの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に，半導体レーザ等の化合物半導体素子は，エピタキシャル成長による薄膜形成，フォトリソグラフィー，エッチング等の工程を反復的に行うことにより製造される。これらの製造工程を順次遂行する過程で，化合物半導体ウエハ中の不純物元素等の原子濃度及びその分布を分析することによって，製造工程の状態の監視が行われている。
【０００３】
不純物元素等の原子濃度及びその分布の分析は，通常，二次イオン質量分析装置（SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometer）用いた二次イオン質量分析によって行なわれる。
【０００４】
１．ＳＩＭＳを用いた二次イオン質量分析について
ここで，図１４を用いて，ＳＩＭＳを用いた二次イオン質量分析について説明する。図１４は，ＳＩＭＳの構成図である。
【０００５】
図１４に示すように，イオン源１は，一次イオンを発生させ，イオン源１で発生した一次イオンは，引出し電極（図示せず）で加速されて一次イオンビーム１ａとなり，数段のレンズ系（一次イオン収束用レンズ２）で収束された後に，真空チャンバー３内の試料ステージ３ａ上に配置された試料ホルダー１６に保持された試料表面に照射される。試料上では，一次イオンビーム１ａのビーム径は数μｍφから数十μｍ程度の大きさとなる。一次イオンビーム１ａは，通常，そのビーム径よりも広い範囲の領域をラスタ走査される。  一次イオンビーム１ａの試料及び試料ホルダー１６の詳細については後述する。
【０００６】
試料ホルダー１６に保持された試料表面には，数ｋＶの電圧が印加されており，試料表面から数ｍｍの距離に存在するグランド電位の引出し電極４との間で強い電界が生じている。例えば，正の二次イオン４ａを検出する場合は，試料に正の電位を加えておく。
試料表面への一次イオンビーム１ａの照射によって二次イオン４ａが放出され，放出された二次イオン４ａは，試料表面と引出し電極４の間の空間で上記電界によって加速されて，イマージョンレンズ５に向かう。二次イオン４ａは，イマージョンレンズ５によって収束された後，トランスファーレンズ６によりコントラストアパーチャ７の位置で収束されて，次に，フィールドアパーチャ８を通過し，静電型エネルギー分析器９に入射する。  フィールドアパーチャ８は，通常，ラスタ走査される領域の中心部分から放出された二次イオン４ａのみが通過するように設定される。
【０００７】
静電型エネルギー分析器９に入射した二次イオン４ａは，静電型エネルギー分析器９中の静電場によって生じる静電力によって進行方向が曲げられると共にエネルギースリット１０の位置で収束され，特定の速度の二次イオン４ａのみがエネルギースリット１０を通過する。エネルギースリット１０を通過した二次イオン４ａは，磁場型質量分析器１１に入射し，磁場型質量分析器１１中の静磁場によって生じるローレンツ力を受け，静磁場の大きさ，イオンの速度及びｍ／ｚ（イオンの質量／イオンの電荷）値に応じた軌道半径で運動するように進行方向が曲げられる。
磁場型質量分析器１１には特定の速度の二次イオン４ａのみが入射しているので，軌道半径は，静磁場の大きさとｍ／ｚ値に依存して変化する。また，特定の軌道半径を有する二次イオン４ａのみが磁場型質量分析器１１を離脱することができる。従って，前記特定の軌道半径になるように静磁場の大きさを変化させることによって，所望のｍ／ｚ値を有する二次イオン４ａのみを選択的に磁場型質量分析器１１から離脱させることができる。
磁場型質量分析器１１を離脱した二次イオン４ａは，プロジェクターレンズ１２によって収束された後，図示しない静電場によって生じる静電力によって進行方向が曲げられてイオン計数管１４に入射する。イオン計数管１４では，イオン計数管１４に入射した二次イオン４ａの数が計数される。
なお，ファラデーカップ１３は，イオン計数管１４と同様に二次イオン４ａの数を計数する機能を有し、特に非常に多く二次イオン４ａの数を計数する場合に用いられ，イオン像観察用スクリーンは，二次イオン分布を観察する機能を有する。
【０００８】
２．分析される試料及び試料ホルダーついて
次に，分析される試料２２及び試料ホルダー１６ついて，図１５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は，分析される試料２２を化合物半導体ウエハ２１から分離し，イオンビーム調整用標準格子２３と共に，試料ホルダーに取り付ける工程を示す平面図である。
従来のＳＩＭＳを利用した不純物原子濃度の分析方法では，図１５（ａ），（ｂ）に示すように，製造途中の化合物半導体ウエハ２１を製造ラインから抜き取り，抜き取った化合物半導体ウエハ２１の約１ｃｍ×１ｃｍの大きさの特定部位２１ａをへき開又は切断によって分離し，この分離したものを化合物半導体ウエハ２１の評価用の試料２２とする。  特定部位２１ａは，通常，複数箇所（例えば，５箇所）設けられており，従って，複数個の試料２２がウエハ２１から分離される。また，一次イオンビーム１ａを調整するためのイオンビーム調整用標準格子２３は，別途準備される。
次に，図１５（ｃ）に示すように，分析するための複数個の試料２２と，標準格子２３を，複数の窓を持った試料ホルダー１６に固定する。
【０００９】
３．二次イオン質量分析の方法について
次に，上記試料２２の二次イオン質量分析方法について説明する。
【００１０】
まず，試料２２と標準格子２３が固定された試料ホルダー１６を試料導入室１７内に載置し，試料導入室１７を真空状態し，その後，試料ホルダー１６を真空チャンバー３内に導入し，真空チャンバー３内の試料ステージ３ａに固定する。
【００１１】
次に，一次イオンビーム１ａが標準格子２３に照射されるように試料ステージ３ａを移動させ，標準格子２３を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行う。
【００１２】
その後，一次イオンビーム１ａが，複数個の試料２２の何れか一つに照射されるように試料ステージ３ａを移動させ，一次イオンビーム１ａを試料２２表面に照射して二次イオン４ａを発生させる。
発生した二次イオン４ａは，静電型エネルギー分析器９及び磁場型質量分析器１１によって質量分離された後，イオン計数管１４に入射される。イオン計数管１４では，二次イオン４ａの個数が計数され，これによって，分析対象元素（例えば，不純物元素）の，試料２２中での原子濃度が得られる。また，分析を進めるにつれ，試料２２の表面が一次イオンビーム１ａによるスパッタエッチによって掘り進められるため，二次イオン質量分析を連続的に行うことによって，前記原子濃度の深さ方向分布を得ることができる。
【００１３】
一つの試料２２に対する分析が終わると，試料ホルダー１６にセットされた別の試料２２に一次イオンビーム１ａが照射されるように試料ステージ３ａを移動させ，前述の分析過程を反復的に遂行して，試料２２の分析を行う。
試料ホルダー１６にセットされた全ての試料２２の分析が終わると，複数個の試料２２の二次イオン質量分析の結果から化合物半導体ウエハ２１の評価を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の化合物半導体ウエハの評価方法では，製造途中の化合物半導体ウエハ２１を製造ラインから抜き取り，抜き取った化合物半導体ウエハ２１の特定部位２１ａをへき開又は切断によって分離する。このため，抜き取った化合物半導体ウエハ２１を再度製造ラインに戻して，化合物半導体素子を作製する事は難しい。そのため，前記化合物半導体ウエハ２１を抜き取ったことにより，製造歩留りが低下してしまう。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり，製造歩留まりを低下させることなく，化合物半導体ウエハの評価を行うことができる，化合物半導体ウエハの評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１６】
すなわち，本発明によれば，半導体基板上方に化合物半導体積層体を有する化合物半導体ウエハの特定部位の周縁部分をエッチングして前記特定部位を柱状に加工し，この柱状の特定部位に一次イオンビームを照射して二次イオンを放出させ，放出された二次イオンの質量分析を行い，前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う工程を含む化合物半導体ウエハの評価方法が提供される。
【００１７】
本発明の方法では，化合物半導体ウエハ（以下，「ウエハ」とも呼ぶ。）から試料を分離することなく，ウエハに形成された柱状の特定部位から放出される二次イオンの質量分析を行うことによって，ウエハの評価を行うことができる。評価に用いたウエハは，分割等されていないので製造ラインに容易に戻すことができる。従って，本発明によればウエハを無駄にすることなくウエハの評価ができるので，ウエハの評価による製造歩留まりの低下を防ぐことができる。また，ウエハを無駄にしないので，本発明の評価方法を製造ラインに組み込んで，正常なウエハのみを次の工程に送るように製造ラインを構成することができる。
また，本発明では，予め特定部位の周縁部分をエッチングすることによって特定部位を柱状に加工しているので，特定部位の周囲から二次イオンの発生を抑制することができ，高精度な評価が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態の化合物半導体ウエハの評価方法は，半導体基板上方に化合物半導体積層体を有する化合物半導体ウエハの特定部位の周縁部分をエッチングして前記特定部位を柱状に加工し，この柱状の特定部位に一次イオンビームを照射して二次イオンを放出させ，放出された二次イオンの質量分析を行い，前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
好ましくは，前記化合物半導体ウエハは，母体構成元素としてＡｌを含む化合物半導体からなるＡｌ含有層を最上層に有し，このＡｌ含有層に一次イオンビームを照射して，前記Ａｌ含有層に含まれるＡｌ原子を飛散させる工程をさらに備える。
Ａｌ含有層に一次イオンビームが照射されると，この層がスパッタリングされてＡｌ原子が飛散し，ＳＩＭＳ内に浮遊・付着する。このＡｌ原子によってＳＩＭＳ内に存在する酸素原子がゲッタリングされ，ＳＩＭＳ内の酸素原子濃度のバックグランドが下がる。従って，この実施形態によれば，酸素に対する二次イオン質量分析の測定精度が向上する。
【００２０】
好ましくは，二次イオンの質量分析の後，前記Ａｌ含有層をウェットエッチングにより除去する工程をさらに備える。
前記Ａｌ含有層は，二次イオンの質量分析後には不要であり，この層をウェットエッチングにより除去することによって，この層に付着した不純物等も一緒に除去することによって，ウエハ表面を清浄にすることができる。
【００２１】
好ましくは，前記特定部位を柱状に加工した後であって一次イオンビームの照射前に，前記特定部位の周辺領域に誘電体層及びその上に導電体層を形成する工程をさらに備える。
前記柱状の特定部位の周辺領域に誘電体層を形成することがあるが，この場合，一次イオンビームの照射によってウエハ表面に電荷が蓄積することがある。そこで，この実施形態のように，誘電体層上に導電体層（例：Ａｕ層）を形成することによって，電荷の蓄積を抑制することができ，ウエハの正確な評価が可能になる。
【００２２】
前記化合物半導体積層体は，一例では，半導体基板側から順に，第１導電型の第１クラッド層，活性層，第２導電型の第２クラッド層を有する構成である。但し，本実施形態が対象とする化合物半導体積層体は，このような構成のものに限定されず，本実施形態の方法は，例えば，活性層を有しない化合物半導体素子（例：太陽電池）などにも適用可能である。
【００２３】
好ましくは，前記二次イオンの質量分析によって得られる特定元素についての二次イオン検出数と，この特定元素の相対感度係数とから，前記特定部位に含まれる前記特定元素の原子濃度を算出する工程をさらに備える。
二次イオン検出数からウエハの評価を行うこともできるが，予め標準試料を用いて特定元素の相対感度係数を求めておき，この相対感度係数を用いて二次イオン検出数を原子濃度に変換することによって，より直感的に前記特定元素の含有量を把握することができる。
【００２４】
前記特定元素は，一例では，Ｈ，Ｃ又はＯである。
Ｈ，Ｃ又はＯ原子は，化合物半導体ウエハに混入されると，化合物半導体ウエハの特性を悪化させることがあるため，その混入を防止すべき原子であり，Ｈ，Ｃ又はＯの原子濃度を参照することによって効果的な化合物半導体ウエハの評価が可能になる。
【００２５】
前記特定元素は，一例では，Ｓｉである。
Ｓｉ原子は，化合物半導体層にｎ型導電性を付与する原子であり，Ｓｉの原子濃度を参照することによって効果的な化合物半導体ウエハの評価が可能になる。
【００２６】
前記特定元素は，一例では，Ｍｇ又はＺｎである。
Ｍｇ又はＺｎ原子は，化合物半導体層にｐ型導電性を付与する原子であり，Ｍｇ又はＺｎの原子濃度を参照することによって効果的な化合物半導体ウエハの評価が可能になる。
【００２７】
前記特定元素は，一例では，前記化合物半導体積層体の構成元素である。
この場合，化合物半導体積層体が意図した組成で形成されているかどうかを確認することができ，効果的な化合物半導体ウエハの評価が可能になる。
【００２８】
前記化合物半導体積層体の構成元素は，一例では，Ａｌ，Ｐ，Ｇａ，Ａｓ又はＩｎである。前記化合物半導体積層体は，例えば，ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰで形成されており，この場合，その構成原子は，Ａｌ，Ｐ，Ｇａ，Ａｓ又はＩｎ原子となる。
【００２９】
好ましくは，前記一次イオンビームは，セシウムイオンからなる。
セシウムイオンは，試料内部への侵入深さが浅いという特性を有するので，セシウムイオンからなる一次イオンビームを用いることによって，化合物半導体ウエハへのダメージを比較的小さくすることができる。
【００３０】
好ましくは，前記一次イオンビームの照射前に，前記化合物半導体ウエハをエッチングして格子状の溝からなるイオンビーム調整用標準格子を形成し，前記標準格子を利用して前記一次イオンビームの調整を行う工程をさらに備える。
この場合，イオンビーム調整用標準格子を別途準備する必要がなく，簡便に一次イオンビームの調整を行うことができる。
【００３１】
好ましくは，前記化合物半導体ウエハは，前記特定部位を複数個有する。また，好ましくは，前記複数個の特定部位のそれぞれについて二次イオンの質量分析を行い，前記複数個の特定部位についての前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う。
この場合，化合物半導体ウエハの複数箇所で二次イオンの質量分析を行い，複数箇所での結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行うので，化合物半導体ウエハの評価の精度が向上する。また，複数個の特定部位は，後工程であるフォトリソグラフィー等の工程におけるアライメントマーカーとして用いることができる。
【００３２】
好ましくは，前記化合物半導体ウエハは，複数の半導体レーザ素子形成単位を有し，前記特定部位は，各半導体レーザ素子形成単位に形成され，各特定部位について二次イオンの質量分析が行われる。
この場合，半導体レーザ素子毎に二次イオン質量分析が行われるので，二次イオン質量分析の結果と，半導体レーザ素子の電気／光学的特性測定結果とを一対一で対応させることができる。
好ましくは，前記特定部位は，各半導体レーザ素子形成単位に２箇所形成される。この場合，一方の特定部位で正のイオンについての二次イオン質量分析を行い，他方の特定部位で負のイオンについての二次イオン質量分析を行うことができる。
【００３３】
好ましくは，複数の半導体レーザ素子形成単位は，電流導波路となるリッジストライプと，前記リッジストライプの横に，前記リッジストライプと同じ高さとなるテラス部とを備え，前記特定部位は，前記リッジストライプの横に，前記テラス部を分断するように形成される。
この実施形態では，従来がテラス部が存在している位置に柱状の特定部位を形成するものであり，この実施形態によれば，特定部位のための領域を化合物半導体ウエハ上に別途設ける必要がない。従って，この実施形態によれば，化合物半導体ウエハの利用効率が向上する。
【００３４】
本発明は，別の観点では，第１導電型の基板上に，第１導電型の第１クラッド層と，バリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層と，第２導電型の第２クラッド層及び電流導波路となるリッジストライプを有する第２導電型の第３クラッド層と，前記リッジストライプの側面及びその横の平坦部に誘電体層からなる電流阻止層と，前記リッジストライプの横に，前記リッジストライプと同じ高さとなるテラス部と，前記リッジストライプの横に，一次イオンビームの照射によって放出される二次イオンの質量分析に用いられる柱状の特定部位が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。また，好ましくは，前記特定部位が，前記テラス部を分断するように，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面から離れた内部領域に形成される。
この素子は，一次イオンビームの照射によって放出される二次イオンの質量分析に用いられる柱状の特定部位を有しており，この特定部位において二次イオン質量分析を行うことが可能である。また，前記電流阻止層が，前記特定部位を覆わず，その周辺領域に形成されている場合，リッジストライプ等に加わる応力歪みが小さくなり，水平放射角分布のガウス関数分布からのズレ量が減少し，半導体レーザ素子の特性が向上する。
【００３５】
本発明は，さらに別の観点では，第１導電型の基板上に，第１導電型の第１クラッド層と，バリア層及びウェル層が交互に積層された多重量子井戸構造を光ガイド層で挟んでなる活性層と，第２導電型の第２クラッド層及び電流導波路となるリッジストライプを有する第２導電型の第３クラッド層と，前記リッジストライプの側面及びその横の平坦部に誘電体層からなる電流阻止層と，前記リッジストライプの横に，前記リッジストライプと同じ高さとなるテラス部とを備え，前記リッジストライプの横に，前記テラス部より低い高さとなるクレータ部が形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子を提供する。また，好ましくは，前記クレータ部は，前記テラス部を分断するように，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面から離れた内部領域に形成される。
このクレータ部は，特定部位が一次イオンビームによりスパッタエッチされることによって形成される。このクレータ部の存在により，リッジストライプ等に加わる応力歪みが小さくなり，水平放射角分布のガウス関数分布からのズレ量が減少し，半導体レーザ素子の特性が向上するという利点がある。
【００３６】
好ましくは，前記活性層は，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面近傍領域でのフォトルミネッセンスのピーク波長が，前記端面から離れた内部領域でのフォトルミネッセンスのピーク波長より短い。
この場合，活性層で発生したレーザ光が前記端面近傍領域で吸収されることが抑制され，前記端面近傍領域での発熱が抑制されるからである。
【００３７】
また，上記半導体レーザ素子は，前記基板はＧａＡｓからなり，前記第１クラッド層，前記活性層，前記第２クラッド層，前記第３クラッド層及び前記電流阻止層は，ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなる。
【００３８】
ここまでに示した種々の特徴は，互いに組み合わせて本発明に採用することができる。
【００３９】
以下，本発明の種々の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は，例示であって，本発明の範囲は，図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００４０】
１．第１実施形態
本発明の第１実施形態の化合物半導体ウエハの評価方法は，半導体基板上方に化合物半導体積層体を有する化合物半導体ウエハの特定部位の周縁部分をエッチングして前記特定部位を柱状に加工し，この柱状の特定部位に一次イオンビームを照射して二次イオンを放出させ，放出された二次イオンの質量分析を行い，前記質量分析の結果に基づいて化合物半導体ウエハの評価を行う工程を含む。
以下，本実施形態に関係する種々の工程について詳細に説明する。
【００４１】
１−１．化合物半導体ウエハ作製工程
まず，評価対象の化合物半導体ウエハを作製する。この工程について，図１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は，本実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハ２５の製造工程を示す平面図であり，図１（ｂ）は，図１（ａ）のＩ−Ｉ断面図を示す。
【００４２】
図１（ａ），（ｂ）に示すように，本実施形態の化合物半導体ウエハ２５は，半導体基板２６上方に，化合物半導体積層体２７を形成することによって作製することができる。
【００４３】
半導体基板２６は，直径が，例えば，２インチであり，オリエンテーションフラット２６ａが形成されている。
【００４４】
化合物半導体積層体２７は，半導体基板２６側から順に，好ましくはバッファ層２８を介して，第１導電型の第１クラッド層２９，活性層３０，第２導電型の第２クラッド層３１を有している。さらに，化合物半導体積層体２７は，第２クラッド層３１上に，エッチングストップ層３２，第２導電型の第３クラッド層３３，第２導電型の中間層３４，第２導電型のコンタクト層３５を有している。
【００４５】
化合物半導体積層体２７に含まれる各層は，例えば，有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキシャル成長させることによって形成することができる。各層の作製時に例えばＳｉ原子を混入させることによってｎ型導電性を有する層を作製することができ，ＩＩ族原子であるＭｇ原子及びＺｎ原子を混入させることによってｐ型導電性を有する層を作製することができる。
【００４６】
各層の具体例は，例えば，表１に示す通りである。表１中のｘ，ｙ，ｚは，それぞれ，０以上１以下の値である。
【表１】
2008016728.tif 000003
【００４７】
図１（ａ）に示すように，化合物半導体ウエハ２５は，二次イオン質量分析される５箇所（ウエハ２５の中央と，中央から上下左右にずれた位置）の特定部位２５ａを有している。特定部位２５ａの形状やサイズは，特に限定されないが，一例では，化合物半導体ウエハ２５表面から見たときの形状が１００μｍ角の正方形である。
【００４８】
１−２．エッチング工程
次に，化合物半導体ウエハ２５の特定部位２５ａの周縁部分２５ｂをエッチングして特定部位２５ａを柱状に加工する。図２（ａ），（ｂ）を用いて，この工程について説明する。図２（ａ）は，本実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハ２５の製造工程の，特定部位２５ａが柱状に加工された後の状態を示す平面図であり，図２（ｂ）は，図２（ａ）のＩ−Ｉ断面図を示す。
【００４９】
図２（ａ），（ｂ）に示すように，この加工は，特定部位２５ａの周縁部分２５ｂに開口を有するマスク３７をコンタクト層３５上に形成し，このマスク３７を用いて，コンタクト層３５，中間層３４，第３クラッド層３３，エッチングストップ層３２，第２クラッド層３１，活性層３０，第１クラッド層２９及びバッファ層２８を順次エッチングすることによって行うことができる。これによって，特定部位２５ａの周辺部分２５ｂに溝が形成され，特定部位２５ａが柱状になる。
【００５０】
マスク３７は，公知のフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができ，例えば，約２０μｍ幅の正方形の開口を持ったＳｉＯ2マスクである。このようなマスクを用いた場合，本工程によって，例えば，約１００μｍ角の正方形である特定部位２５ａの周縁部分２５ｂに約２０μｍ幅の溝が形成される。
エッチングは，例えば，ドライエッチングとウェットエッチングを併用して行うことができる。マスク３７は，エッチング後に除去してもよい。
【００５１】
１−３．試料セッティング工程
次に，図３を用いて，試料セッティング工程について説明する。図３は，本実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハ２５が試料ホルダー３９に固定された状態を示す平面図である。
この工程では，図３に示すように，上記工程でエッチングを行った後の化合物半導体ウエハ２５を，試料ホルダー３９に固定する。試料ホルダー３９は，化合物半導体ウエハ２５全体を入れることができ，かつ，化合物半導体ウエハ２５を固定することができるように構成されている。試料ホルダー３９は，円形の窓３９ａを有している。窓３９ａの大きさは，好ましくは、化合物半導体ウエハ２５よりも若干小さい程度である。
化合物半導体ウエハ２５は，試料ホルダー３９の裏側から固定用プレートをバネを介し押さえつけて固定用プレートを固定することによって，試料ホルダー３９に固定される。化合物半導体ウエハ２５は，窓３９ａから外に露出している。
【００５２】
１−４．一次イオンビーム照射，二次イオン質量分析工程
次に，柱状の特定部位２５ａに一次イオンビーム１ａを照射し，一次イオンビーム１ａが照射された部分から放出される二次イオン４ａの質量分析を行う。図４を参照して，この工程について説明する。図４は，本実施形態で使用可能な二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）であるが，基本構成は，従来技術の項で図９を用いて説明した通りである。主な相違点は，試料ステージ３ａ上に固定されるのが，上述の化合物半導体ウエハ２５全体が固定された試料ホルダー３９である点である。
【００５３】
以下，本工程について詳細に説明する。
（１）一次イオンビームの調整
まず，試料ホルダー３９をＳＩＭＳに導入する前に，従来のイオンビーム調整用標準格子をＳＩＭＳ内に導入し，これを用いて，一次イオンビーム１ａの調整を行う。
【００５４】
（２）試料ホルダーのＳＩＭＳへの導入
次に，イオンビーム調整用標準格子をＳＩＭＳから取り出し，代わりに，化合物半導体ウエハ２５全体が固定された試料ホルダー３９をＳＩＭＳ内に導入する。試料ホルダー３９をＳＩＭＳ内に導入する際には，まず，試料ホルダー３９を試料導入室１７内に載置し，試料導入室１７を真空状態し，その後，試料ホルダー１６を真空チャンバー３内に導入し，真空チャンバー３内の試料ステージ３ａに固定する。
【００５５】
（３）一次イオンビーム照射
次に，一次イオンビーム（例えば，ビーム径約３０μｍφのＣｓ（セシウム）+）１ａが，化合物半導体ウエハ２５の特定部位２５ａの何れか１つに照射されるように試料ステージ１１７を移動させ，対象の特定部位２５ａに一次イオンビーム１ａを照射し，二次イオン４ａを放出させる。例えば，ウエハ２５の中央にある特定部位２５ａに一次イオンビーム１ａを照射する。一次イオンビーム１ａは，例えば１００μｍ角の範囲でラスタ走査される。
【００５６】
（４）二次イオンの質量分析
放出された二次イオン４ａには，例えば＋４．５ｋＶの電圧を印加してエネルギーを付与し，前記付与したエネルギー有する二次イオン４ａのみを静電型エネルギー分析器９を通過させ，例えばＭｇ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｐ，Ｚｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｉｎなどからなる分析対象元素の二次イオン４ａのみを磁場型質量分析器１１を通過させ，通過した二次イオン４ａをイオン計数管１４にて検出することにより，分析対象元素の二次イオン検出数が得られる。また，分析を継続すると，特定部位２５ａがスパッタエッチされながら，二次イオン質量分析が行われるので，分析対象元素の二次イオン検出数の深さ方向分布が得られる。さらに，標準試料を用いて求めた分析対象元素のそれぞれについての相対感度係数を用いて上記二次イオン検出数を原子濃度に換算する。これによって，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布が得られる。
【００５７】
１−５．複数の特定部位からの二次イオンの質量分析，ウエハ評価工程
次に，５つの特定部位２５ａのうち，既に質量分析が終わった中央の特定部位２５ａ以外の特定部位２５ａを１つ選択し，この特定部位２５ａについて同様に分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。
この工程を繰り返して，５つの特定部位２５ａの全てについて，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。
全ての特定部位２５ａの質量分析が終了すると，得られたデータを総合的に判断して，化合物半導体ウエハ２５の評価を行う。
【００５８】
１−６．評価後の処理
化合物半導体ウエハ２５の評価が終了し，評価されたウエハ２５が不良品であると判断されると，このウエハ２５は，製造ラインには戻されず，廃棄されるか，修復又は再生等の処理が施される。一方，評価されたウエハ２５が良品であると判断されると，このウエハ２５は，製造ラインに戻される。本実施形態では，ウエハ２５は，分割等されていないので，製造ラインに戻すことが容易である。製造ラインに戻す前に，好ましくは，表面のクリーニングが施される。
【００５９】
また，本実施形態の評価方法では，全てのウエハ２５の評価を行っても，ウエハ２５を無駄にすることはないので，本実施形態の評価方法を製造ラインに組み込み，良品のみを次の工程に送るように構成してもよい。
さらに，一次イオンビーム１ａの照射によってウエハ２５の５つの特定部位２５ａがスパッタエッチされるので，この領域に凹部が形成される。この凹部は，後のリソグラフィー工程において，アライメントマーカーとして用いることが可能である。
【００６０】
２．第２実施形態
次に，本発明の第２実施形態の化合物半導体ウエハの評価方法について説明する。第２実施形態は，第１実施形態に類似しているが，化合物半導体ウエハ２５に格子状の溝からなるイオンビーム調整用標準格子４１（図５を参照）が形成され，この標準格子４１を用いて一次イオンビーム１ａの調整が行われる点が異なっている。
以下，各工程について説明する。
【００６１】
２−１．化合物半導体ウエハ作製工程
まず，第１実施形態と同様の方法で，評価対象の化合物半導体ウエハを作製する。
【００６２】
２−２．エッチング工程
次に，ウエハ２５のエッチングにより特定部位２５ａを柱状に加工し，かつイオンビーム調整用標準格子４１をウエハ２５に形成する。図５（ａ），（ｂ）を用いて，この工程について説明する。図５（ａ）は，本実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程の，エッチングにより特定部位２５ａが柱状に加工され，かつイオンビーム調整用標準格子４１がウエハ２５に形成された後の状態を示す平面図であり，図５（ｂ）は，図５（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【００６３】
図５（ａ），（ｂ）に示すように，この工程は，特定部位２５ａの周縁部分２５ｂに開口を有し，かつ標準格子４１を形成するための格子状の開口を有するマスク３７をコンタクト層３５上に形成し，このマスク３７を用いて，コンタクト層３５，中間層３４，第３クラッド層３３，エッチングストップ層３２，第２クラッド層３１，活性層３０，第１クラッド層２９及びバッファ層２８を順次エッチングすることによって行うことができる。これによって，特定部位２５ａの周辺部分２５ｂに溝が形成されて特定部位２５ａが柱状になり，それと同時に標準格子４１が形成される。
【００６４】
マスク３７は，公知のフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができ，例えば，約２０μｍ幅の正方形の開口と，約５μｍ幅の格子状の開口を有するＳｉＯ2マスクである。このようなマスクを用いた場合，本工程によって，例えば，約１００μｍ角の正方形である特定部位２５ａの周縁部分２５ｂに約２０μｍ幅の溝が形成され，かつ，約１００μｍ角の正方形の領域に，約５μｍ幅の溝を約１０μｍピッチで有する標準格子４１がウエハ２５に形成される。
エッチングは，例えば，ドライエッチングとウェットエッチングを併用して行うことができる。マスク３７は，エッチング後に除去してもよい。
【００６５】
ここでは，１回のエッチングで，特定部位２５ａの加工と，標準格子４１の形成を同時に行ったが，例えば，特定部位２５ａの加工と，標準格子４１の形成は，別々のエッチング工程で行ってもよい。例えば，１回目のエッチングで特定部位２５ａの加工のみを行い，２回目のエッチングで標準格子４１の形成のみを行ってもよい。
【００６６】
２−３．試料セッティング工程
次に，第１実施形態と同様の方法により，上記工程でエッチングを行った後の化合物半導体ウエハ２５を，試料ホルダー３９に固定する。
【００６７】
２−４．一次イオンビーム照射，二次イオンの質量分析工程
次に，標準格子４１を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行い，その後，柱状の特定部位２５ａに一次イオンビーム１ａを照射し，一次イオンビーム１ａが照射された部分から放出される二次イオン４ａの質量分析を行う。第１実施形態でも用いた図４を用いて，この工程について説明する。
（１）試料ホルダーのＳＩＭＳへの導入
まず，第１実施形態と同様の方法により，化合物半導体ウエハ２５全体が固定された試料ホルダー３９をＳＩＭＳ内に導入する。
【００６８】
（２）一次イオンビームの調整
次に，一次イオンビーム（例えば，ビーム径約２０μｍφのＣｓ（セシウム）+）１ａが，化合物半導体ウエハ２５に形成された標準格子４１に照射されるように試料ステージ３ａを移動させ，標準格子４１を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行う。
本実施形態では，ウエハ２５に形成された標準格子４１を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行うので，イオンビーム調整用標準格子を別途準備する必要がない。従って，簡便に一次イオンビーム１ａの調整を行うことができる。
【００６９】
（３）一次イオンビームの照射
次に，第１実施形態と同様の方法により，一次イオンビーム１ａを化合物半導体ウエハ２５の特定部位２５ａの何れか１つに照射し，二次イオン４ａを放出させる。
【００７０】
（４）二次イオンの質量分析
次に，第１実施形態と同様の方法により，放出された二次イオン４ａの質量分析を行い，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。
【００７１】
２−５．複数の特定部位からの二次イオンの質量分析，ウエハ評価工程
次に，第１実施形態と同様の方法により，別の特定部位２５ａについても二次イオン質量分析を行い，５つの特定部位２５ａの全てについて，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得て，これに基づいて，ウエハ２５の評価を行う。
【００７２】
２−６．評価後の処理
次に，第１実施形態と同様の方法により，良品であると判断されたウエハ２５を製造ラインに戻す等の処理を行う。
【００７３】
２−７．実施例
ここで，本実施形態で示した方法（実験条件は，上記説明中で例示したものを採用した。）により実際に二次イオン質量分析を行って得られたＭｇ，Ｚｎの原子濃度の深さ方向分布を図６（ａ）に示す。また，従来技術の項で示した方法により，別途準備したイオンビーム調整用標準格子を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行い，その後に二次イオン質量分析を行って得られたＭｇ，Ｚｎの原子濃度の深さ方向分布を図６（ｂ）に示す。図６（ａ），（ｂ）では，Ｍｇについての結果を実線で示し，Ｚｎについての結果を点線で示した。
【００７４】
図６（ａ），（ｂ）を比較すると，本実施形態の方法では，従来技術の方法に比べて，Ｍｇ，Ｚｎの原子濃度の検出下限が下がっていることが分かる。これは，従来技術の方法では別途準備したイオンビーム調整用標準格子は、接着剤を用いて形成されているのに対し，本実施形態では，イオンビーム調整用標準格子は，ウエハ２５に形成されているので，接着剤を用いていなかったことが原因であると考えられる。接着剤を用いた場合，接着剤から分析の妨げとなるＨ，Ｃ，Ｏ原子等の軽元素がＳＩＭＳ内に拡散することによって分析を妨げることがあるが，接着剤を用いてないと，Ｈ，Ｃ，Ｏ原子等の軽元素の影響を排除することができるからである。
【００７５】
３．第３実施形態
次に，本発明の第３実施形態の化合物半導体ウエハの評価方法について説明する。第３実施形態は，第２実施形態に類似しているが，化合物半導体ウエハ２５の最上層に母体構成元素としてＡｌを含む化合物半導体からなるＡｌ含有層４３（図７ｂ）参照）が形成されている点等が異なっている。
以下，各工程について説明する。
【００７６】
３−１．化合物半導体ウエハ作製工程
まず，評価対象の化合物半導体ウエハを作製する。この工程は，第１及び第２実施形態と同様の方法で実施することができる。但し，本実施形態では，図７（ａ），（ｂ）に示すように，最上層（すなわち，第１及び第２実施形態での最上層であるコンタクト層３５の上）に，母体構成元素としてＡｌを含む化合物半導体からなるＡｌ含有層４３を形成する。図７（ａ）は，本実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，図７（ｂ）は，図７（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【００７７】
Ａｌ含有層４３は，例えば，有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によりエピタキシャル成長させることによって形成することができる。Ａｌ含有層４３は，一例では，ＡｌxＧａyＡｓ層（ｘ，ｙは，それぞれ，０以上１以下）である。
【００７８】
３−２．エッチング工程
次に，ウエハ２５のエッチングにより特定部位２５ａを柱状に加工し，かつイオンビーム調整用標準格子４１をウエハ２５に形成する。この工程は，第２実施形態と同様の方法で実施することができる。但し，本実施形態では，ドライエッチング又はウェットエッチングにより，Ａｌ含有層４３のエッチングも行う。エッチング後の状態を図８（ａ），（ｂ）に示す。図８（ａ）は，本実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程の，エッチングにより特定部位２５ａが柱状に加工され，かつイオンビーム調整用標準格子４１が形成された後の状態を示す平面図であり，図８（ｂ）は，図８（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【００７９】
３−３．試料セッティング工程
次に，第２実施形態と同様の方法により，上記工程でエッチングを行った後の化合物半導体ウエハ２５を，試料ホルダー３９に固定する。
【００８０】
３−４．一次イオンビーム照射，二次イオンの質量分析工程
次に，標準格子４１を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行い，その後，柱状の特定部位２５ａに一次イオンビーム１ａを照射して二次イオン４ａを放出させ，放出される二次イオン４ａの質量分析を行う。第１実施形態でも用いた図４を用いて，この工程について説明する。
【００８１】
（１）試料ホルダーのＳＩＭＳへの導入
まず，第２実施形態と同様の方法により，化合物半導体ウエハ２５全体が固定された試料ホルダー３９をＳＩＭＳ内に導入する。
【００８２】
（２）一次イオンビームの調整
次に，第２実施形態と同様の方法により，一次イオンビーム１ａの調整を行う。但し，本実施形態では，最上層にＡｌ含有層４３が形成されているので，この調整の際に，Ａｌ含有層４３がスパッタリングされて，Ａｌ含有層４３に含まれるＡｌ原子がＳＩＭＳ内に飛散し，ＳＩＭＳ内の酸素原子をゲッタリングし，ＳＩＭＳ内の酸素原子濃度を低下させる。
【００８３】
（３）一次イオンビームの照射
次に，第２実施形態と同様の方法により，一次イオンビーム１ａを化合物半導体ウエハ２５の特定部位２５ａの何れか１つに照射し，二次イオン４ａを放出させる。但し，本実施形態では，特定部位２５ａの最上層のＡｌ含有層４３に最初に一次イオンビーム１ａが照射され，Ａｌ含有層４３がスパッタリングにより除去された後，その下層の化合物半導体層から二次イオン４ａが放出される。なお，Ａｌ含有層４３がスパッタリングされると，Ａｌ含有層４３に含まれるＡｌ原子がＳＩＭＳ内に飛散し，ＳＩＭＳ内の酸素原子をゲッタリングし，ＳＩＭＳ内の酸素原子濃度を低下させる。
【００８４】
（４）二次イオンの質量分析
次に，第２実施形態と同様の方法により，放出された二次イオン４ａの質量分析を行い，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。本実施形態では，例えば，放出された二次イオン４ａに，−４．５ｋＶの電圧を印加してエネルギーを付与し，Ｈ，Ｃ，Ｏ，Ｓｉなどからなる分析対象元素の二次イオンの質量分析を行う。
【００８５】
３−５．複数の特定部位からの二次イオンの質量分析，ウエハ評価工程，
次に，第１及び第２実施形態と同様の方法により，別の特定部位２５ａについても二次イオン質量分析を行い，５つの特定部位２５ａの全てについて，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得て，これらの結果に基づいて，ウエハ２５の評価を行う。
【００８６】
３−６．評価後の処理
評価後の処理は，第１及び第２実施形態と基本的に同様の方法により行うことができるが，本実施形態では，ウエハ２５の評価後にもはや不要となったＡｌ含有層４３をウェットエッチングにより除去してもよい。これによって，ウエハ２５の表面の汚れも一緒の除去することができる。
【００８７】
３−７．実施例
ここで，第３実施形態で示した方法（実験条件は，上記説明中で例示したものを採用した。）により，Ａｌ含有層４３を有するウエハ２５について実際に二次イオン質量分析を行って得られた酸素（Ｏ）の原子濃度の深さ方向分布を図９（ａ）に示すまた，従来技術の項で示した方法により，Ａｌ含有層４３を有しないウエハ２５について二次イオン質量分析を行って得られた酸素（Ｏ）の原子濃度の深さ方向分布を図９（ｂ）に示す。図９（ａ），（ｂ）中の破線は，ＧａＡｓ層及びＡｌＧａＩｎＰ層での酸素原子の検出下限を表している。
【００８８】
図９（ａ），（ｂ）を比較すると，本実施形態の方法の結果である図９（ａ）では，試料表面近傍以外では酸素の原子濃度は検出下限以下であるのに対し，従来技術の方法の結果である図９（ｂ）では，第３クラッド層３３，中間層３４，コンタクト層３５において，酸素が検出限界以上の原子濃度で検出されている。従来技術の方法では，試料２２は，一次イオンビーム１ａのラスタ走査領域よりも大きいので，一次イオンビーム１ａがラスタ走査領域外表面にも照射されて，照射された部位に存在する表面酸化膜から酸素の二次イオンが放出されたのに対し，本実施形態の方法では，特定部位２５ａの大きさが一次イオンビーム１ａのラスタ走査領域と同程度であり，かつ特定部位２５ａの周縁部分２５ｂに溝を形成しているため，ラスタ走査領域外表面に存在する表面酸化膜から酸素の二次イオンが放出されなかったためであると考えられる。
【００８９】
また，図９（ａ），（ｂ）を比較すると，図９（ａ）では，図９（ｂ）よりも，第１クラッド層２９，第２クラッド層３１及び第３クラッド層３３の各層での酸素原子濃度の検出下限が大きく低下している。これは，本実施形態では，一次イオンビーム１ａの調整時や，特定部位２５ａでの二次イオン質量分析の最初の段階で，ウエハ２５の最上層のＡｌ含有層４３がスパッタリングされて，Ａｌ含有層４３に含まれるＡｌ原子がＳＩＭＳ内に飛散し，ＳＩＭＳ内の酸素原子をゲッタリングし，ＳＩＭＳ内の酸素原子濃度を低下させたことに起因すると考えられる。
【００９０】
４．第４実施形態
本発明の第４実施形態の化合物半導体ウエハの評価方法は，基本的に第２実施形態に類似しているが，本実施形態が対象する化合物半導体ウエハは，複数の半導体レーザ素子形成単位を有しており，二次イオン質量分析を行う特定部位は，各半導体レーザ素子形成単位に形成されている点が主に異なっている。
以下，本実施形態の各工程について説明する。
【００９１】
４−１．化合物半導体ウエハ作製工程
まず，評価対象の化合物半導体ウエハを作製する。この工程は，第１及び第２実施形態と同様の方法で行うことができる。但し，半導体基板２６には，直径が，例えば，３インチのものを用いる。また，各層の具体的な組成や膜厚は，例えば，表２及び表３の通りにする。
【表２】
2008016728.tif 000004
【００９２】
【表３】
2008016728.tif 000005
【００９３】
４−２．不純物拡散工程
次に，図１０（ａ），（ｂ）を用いて，本実施形態の不純物拡散工程について説明する。図１０（ａ）は，本実施形態での評価対象である半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，図１０（ｂ）は，図１０（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
この工程では，図１０（ａ），（ｂ）に示すように，公知のフォトリソグラフィー技術を用いて，完成後の半導体レーザ素子のレーザ共振器端面近傍領域となるコンタクト層３５上に，後工程で形成されるリッジストライプ５０（図１１（ａ），（ｃ）を参照）に対して直交する方向にストライプ状の不純物拡散源層４６を形成し，さらに，ウエハ全面を覆うように誘電体層４７を形成する。
【００９４】
不純物拡散源層４６は，例えば，幅６０μｍのＺｎxＯy（ｘ，ｙは１以上）層であり，例えば，１３００μｍピッチで形成する。誘電体層４７は，例えば，ＳｉxＯy（ｘ，ｙは１以上）膜である。
【００９５】
次に，上記工程後のウエハ２５に対してアニール処理を行う。アニール処理は，例えば，窒素雰囲気下で温度５１０℃，保持時間２時間の条件で行うことができる。この処理によって，不純物拡散源層４６からの不純物原子（例：Ｚｎ原子）が活性層３０にまで拡散し，その結果，レーザ共振器端面（すなわち，リッジストライプ５０方向に垂直な端面）近傍領域での活性層３０のフォトルミネッセンスのピーク波長が，前記端面から離れた内部領域での活性層３０のフォトルミネッセンスのピーク波長より短くなる。
この後，不純物拡散源層４６及び誘電体層４７を除去する。
【００９６】
４−３．エッチング工程
次に，図１１（ａ）〜（ｃ）を用いて，本実施形態の不純物拡散工程について説明する。図１１（ａ）は，本実施形態での評価対象である半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，図１１（ｂ）は，図１１（ａ）のＩ−Ｉ断面図であり，図１１（ｃ）は，図１１（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００９７】
この工程では，図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように，コンタクト層３５上にマスク３７を形成し，マスク３７を用いてエッチングストップ層３２に到達するように，コンタクト層３５，中間層３４，第３クラッド層３３を順次エッチングする。エッチングは，ドライエッチングとウェットエッチングを併用して行うことができる。マスク３７は，エッチング後に除去する。
【００９８】
マスク３７は，図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように，リッジストライプ（ストライプ状のリッジ）５０，柱状の特定部位２５ａ，格子状の溝からなるイオンビーム調整用標準格子４１，テラス部（リッジストライプ横平坦部）４９に対応したパターンを有しており，このマスクを用いたエッチングにより，リッジストライプ５０，特定部位２５ａ，標準格子４１及びテラス部４９が形成される。
【００９９】
マスク３７は，例えば，公知のフォトリソグラフィー技術を用いて，ＳｉＯ2で形成することができる。
リッジストライプ５０は，例えば，約１μｍ幅のリッジで約２００μｍピッチで形成され，リッジの横には２０μｍ幅の溝が形成されている。
また，特定部位２５ａは，例えば，ウエハ２５表面から見た時の形状が約８０μｍ角の正方形の領域で，リッジストライプ５０の長手方向に約１３００μｍピッチで形成されている。
特定部位２５ａ及びテラス部４９は，一例では，リッジストライプ５０の両側に存在している。特定部位２５ａ及びテラス部４９が位置する側を区別するときは，一方の側の特定部位２５ａ及びテラス部４９をそれぞれ，特定部位Ｒ２５ａ，テラス部Ｒ４９として参照し，他方の側の特定部位２５ａ及びテラス部４９をそれぞれ，特定部位Ｌ２５ａ，テラス部Ｌ４９として参照する（図１２を参照）。
また，特定部位２５ａ及びテラス部４９の周縁部分には，例えば約２０μｍ幅の溝が形成されている。
また，標準格子４１は，例えば，前記化合物半導体ウエハ２５の中心位置に形成されており，約２００μｍ角の正方形の領域に，約５μｍ幅の溝が約１０μｍピッチで形成されている。
【０１００】
図１１（ａ），（ｂ）には，上記の「４−２．不純物拡散工程」において，不純物拡散源層４６からの不純物が拡散されて形成された不純物拡散領域４６ａも示している。ウエハ２５は，後工程において，図１１（ｂ）の点線Ａ−Ａの位置でへき開され，へき開面が，レーザ共振器端面になる。このため，不純物拡散領域４６ａは，完成後の半導体レーザ素子のレーザ共振器端面近傍に位置する。また，特定部位２５ａは，リッジストライプ５０の横に，テラス部４９を分断するように，前記リッジストライプの長手方向に垂直な端面（すなわち，レーザ共振器端面）から離れた内部領域に形成される。
【０１０１】
４−４．誘電体層及び導電体層形成工程
次に，図１２，図１３（ａ）〜（ｃ）を用いて，誘電体層及び導電体層形成工程について説明する。図１２は，本実施形態での評価対象である半導体ウエハの製造工程を示す，図１１（ａ）の点線のハッチングが施された四角の半導体レーザ素子形成単位５１に対応する部位の斜視図である。最終的に，１つの半導体レーザ素子形成単位が１つの半導体レーザ素子になる。１つの半導体レーザ素子形成単位につき，２つの特定部位Ｌ２５ａ，Ｒ２５ａが存在していることが分かる。
【０１０２】
図１３（ａ），（ｂ）は，それぞれ，図１２の直線Ｉ−Ｉ，直線ＩＩ−ＩＩを含むＸＹ平面の断面図である。図１３（ｃ）は，図１２の直線ＩＩＩ−ＩＩＩを含むＹＺ平面の断面図である。
【０１０３】
まず，公知のフォトリソグラフィー技術を用いて，レーザ共振器内部領域のリッジストライプ５０の側面，レーザ共振器端面近傍領域のリッジストライプ５０の上面及び側面，テラス部Ｒ４９，Ｌ４９の上面及び側面に，誘電体層５３を形成する。従って，誘電体層５３は，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを覆わず，その周辺領域に形成される。この誘電体層５３は，電流阻止層として機能する。誘電体層５３は，例えば，ＳｉxＯy（ｘ，ｙは１以上）で形成することができる。
【０１０４】
次に，前記化合物半導体ウエハ２５表面にＡｕ原子を含む多層膜構造のｐ型電極５４〜５６を形成する。ｐ型電極５４〜５６は，具体的には，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａ，標準格子４１の領域を除いた前記化合物半導体ウエハ２５の表面に，Ａｕ原子を含むｐ型電極５４を形成した後，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａ，標準格子４１及びレーザ共振器端面近傍領域の表面を除いたウエハ表面に，Ａｕメッキ電極５５を形成し，さらに，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａ，標準格子４１を除いたウエハ表面に，Ａｕ原子を含むｐ型電極５６を形成することによって形成することができる。
これによって，ｐ型電極５４〜５６からなる導電体層が，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを覆わず，その周辺領域に形成される。
【０１０５】
次に，前記化合物半導体ウエハ２５の裏面にｎ型電極５８を形成し，本実施形態の評価対象の半導体ウエハの作製が完了する。
【０１０６】
４−５．試料セッティング工程
次に，第２実施形態と同様の方法により，上記工程後の化合物半導体ウエハ２５を，試料ホルダー３９に固定する。
【０１０７】
４−６．一次イオンビーム照射，二次イオンの質量分析工程
次に，標準格子４１を用いて一次イオンビーム１ａの調整を行い，その後，特定部位２５ａに一次イオンビーム１ａを照射して二次イオン４ａを放出させ，放出される二次イオン４ａの質量分析を行う。第１実施形態でも用いた図４を用いて，この工程について説明する。
【０１０８】
（１）試料ホルダーのＳＩＭＳへの導入
まず，第２実施形態と同様の方法により，化合物半導体ウエハ２５全体が固定された試料ホルダー３９をＳＩＭＳ内に導入する。
【０１０９】
（２）一次イオンビームの調整
次に，第２実施形態と同様の方法により，一次イオンビーム１ａの調整を行う。
【０１１０】
（３）一次イオンビームの照射，二次イオンの質量分析（１回目）
次に，第２実施形態と同様の方法により，一次イオンビーム１ａを化合物半導体ウエハ２５の特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａの一方（例えば，特定部位Ｒ２５ａ）に照射し，二次イオン４ａを放出させる。但し，本実施形態では，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａのサイズに併せて，一次イオンビーム１ａを８０μｍ角でラスタ走査する。
【０１１１】
次に，第２実施形態と同様の方法により，放出された二次イオン４ａの質量分析を行い，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。例えば，放出された二次イオン４ａに，−４．５ｋＶの電圧を印加してエネルギーを付与し，Ｓｉなどからなる分析対象元素の二次イオンの質量分析を行い，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。
【０１１２】
（４）一次イオンビームの照射，二次イオンの質量分析（２回目）
次に，同様の方法で，一次イオンビーム１ａを化合物半導体ウエハ２５の特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａの他方（例えば，特定部位Ｌ２５ａ）に照射し，二次イオン４ａを放出させる。
次に，同様の方法で，放出された二次イオン４ａの質量分析を行い，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。例えば，放出された二次イオン４ａに，＋４．５ｋＶの電圧を印加してエネルギーを付与し，Ｍｇ，Ａｌ，Ｐ，Ｚｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｉｎなどからなる分析対象元素の二次イオンの質量分析を行い，分析対象元素の原子濃度の深さ方向分布を得る。
【０１１３】
（５）評価工程
上記（３），（４）により，１つの半導体レーザ素子形成単位に対する評価が完了し，次は，別の半導体レーザ素子形成単位に対する評価を行う。この工程を繰り返すことによって，ウエハ２５に存在する複数の半導体レーザ素子形成単位のそれぞれの評価を行うことができる。また，この評価によって得られたデータは，形成される半導体レーザ素子と１対１で対応させることができるので，二次イオン質量分析の結果と，半導体レーザ素子の電気／光学的特性とを直接対比することができる。また，本実施形態では，通常はテラス部４９が形成されている領域に特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを形成しており，二次イオン質量分析のためにウエハ上に特別な領域を設ける必要がない。従って，本実施形態によれば，ウエハ２５を全く無駄にすることなく，ウエハ２５の評価が可能になる。
【０１１４】
なお，全ての半導体レーザ素子形成単位の評価を行ってもよく，一部の半導体レーザ素子形成単位のみの評価を行ってもよい。二次イオン質量分析が行われると，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａがスパッタエッチングされて除去され，テラス部Ｒ４９，Ｌ４９よりも高さが低いクレータ部が形成されるので，一部の半導体レーザ素子形成単位のみの評価を行った場合には，評価後には，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを有する半導体レーザ素子形成単位と，クレータ部を有する半導体レーザ素子形成単位がウエハ２５上に存在することになる。
【０１１５】
４−７．チップ分割
前記二次イオン質量分析による評価を行った後は，ウエハ２５の表面をクリーニングし，例えば６０μｍ幅の不純物拡散領域４６ａのほぼ中央にスクライブラインを入れてウエハ２５を共振器の長さと同じ幅を有する複数のバーに分割し，バーの両側の光出射に反射膜をコーティングし，その後，バーをチップに分割することによって，例えば長さ１３００μｍの共振器のレーザ共振器端面部に約３０μｍの窓領域及び電流非注入領域を有する半導体レーザ素子を作製することができる。
一部の半導体レーザ素子形成単位のみの評価を行った場合，本工程により，特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを有する半導体レーザ素子と，クレータ部を有する半導体レーザ素子が形成される。
【０１１６】
４−８．実施例
本実施形態の方法（実験条件は，上記説明中で例示したものを採用した。）で作製された特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを有する半導体レーザ素子（本実施形態の半導体レーザ素子）について，７０℃，ＣＷ１００ｍＷで信頼性試験を行った。
また，比較のために，図１２のテラス部Ｒ４９，Ｌ４９を２つに分断する特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａを有せず，テラス部Ｒ４９，Ｌ４９がリッジストライプ５０方向の全体に渡って形成されている点を除いては，図１２と同じ構造を有する半導体レーザ素子（従来技術の半導体レーザ素子）についても，同じ条件で信頼性試験を行った。
その結果，本実施形態の半導体レーザ素子と従来技術の半導体レーザ素子は，共に，平均寿命が約５０００時間であった。従って，寿命に関して，本実施形態の半導体レーザ素子は，少なくとも，従来の従来技術の半導体レーザ素子と同程度の性能を有することが分かった。
【０１１７】
次に，本実施形態の半導体レーザ素子と従来技術の半導体レーザ素子について，ＣＷ１００ｍＷでの発振波長（λ），及びＣＷ１００ｍＷでの水平放射角（θ//）を測定した。その結果は，両者ともに６６０ｎｍ，１０度で同じであった。
また，水平放射角分布のガウス関数分布からのズレ量（水平放射角分布データとガウス関数の差の最大値と水平放射角分布ピーク値の比）は，従来技術の半導体レーザ素子に比べて，本実施形態の半導体レーザ素子の方が小さくなっていた。これは，本実施形態の半導体レーザ素子では，リッジストライプ５０の横にテラス部Ｒ４９，Ｌ４９を２つに分断する特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａが形成されており，かつこれらの特定部位Ｒ２５ａ，Ｌ２５ａには誘電体層５３及びｐ型電極５４〜５６が形成されていないため，化合物半導体積層体２７とリッジストライプ５０への応力歪が低減したためであると考えられる。
【０１１８】
以上の実施形態で示した種々の特徴は，互いに組み合わせることができる。１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合，そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して，単独で又は組み合わせて，本発明に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】（ａ）は，本発明の第１実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ）は，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】（ａ）は，本発明の第１実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ）は，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハが試料ホルダーに固定された状態を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態で使用可能な二次イオン質量分析装置の構成図である。
【図５】（ａ）は，本発明の第２実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ）は，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図６】（ａ）は，本発明の第２実施形態で示した方法で二次イオン質量分析を行って得られたＭｇ及びＺｎの原子濃度の深さ方向分布を示し，（ｂ）は，従来技術の項で示した方法で二次イオン質量分析を行って得られたＭｇ及びＺｎの原子濃度の深さ方向分布を示す。（ａ），（ｂ）中，実線，点線は，それぞれ，Ｍｇ，Ｚｎについての結果を示す。
【図７】（ａ）は，本発明の第３実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ）は，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図８】（ａ）は，本発明の第３実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ）は，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図９】（ａ）は，本発明の第３実施形態で示した方法で二次イオン質量分析を行って得られた酸素の原子濃度の深さ方向分布を示し，（ｂ）は，従来技術の項で示した方法で二次イオン質量分析を行って得られた酸素の原子濃度の深さ方向分布を示す。
【図１０】（ａ）は，本発明の第４実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ）は，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。
【図１１】（ａ）は，本発明の第４実施形態が評価対象とする化合物半導体ウエハの製造工程を示す平面図であり，（ｂ），（ｃ）は，それぞれ，（ａ）中のＩ−Ｉ断面図，ＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図１２】本実施形態での評価対象である半導体ウエハの製造工程を示す，図１１（ａ）の点線のハッチングが施された四角の領域５１に対応する部位の斜視図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）は，それぞれ，図１２の直線Ｉ−Ｉ，直線ＩＩ−ＩＩを含むＸＹ平面の断面図である。（ｃ）は，図１２の直線ＩＩＩ−ＩＩＩを含むＹＺ平面の断面図である。
【図１４】二次イオン質量分析装置の構成図である。
【図１５】質量分析される試料をウエハから分離し，イオンビーム調整用標準格子と共に，試料ホルダーに取り付ける工程を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１：イオン源  １ａ：一次イオンビーム  ２：一次イオン収束用レンズ  ３：真空チャンバー  ３ａ：試料ステージ  ４：引出し電極  ４ａ：二次イオン  ５：イマージョンレンズ  ６：トランスファーレンズ  ７：コントラストアパーチャ  ８：フィールドアパーチャ  ９：静電型エネルギー分析器  １０：エネルギースリット  １１：磁場型質量分析器  １２：プロジェクターレンズ  １３：ファラデーカップ  １４：イオン計数管  １５：イオン像観察用スクリーン  １６：試料ホルダー  １７：試料導入室  ２１：化合物半導体ウエハ  ２１ａ：特定部位  ２２：試料  ２３：イオンビーム調整用標準格子  ２５：化合物半導体ウエハ  ２６：半導体基板  ２６ａ：オリエンテーションフラット  ２７：化合物半導体積層体  ２８：バッファ層  ２９：第１クラッド層  ３０：活性層  ３１：第２クラッド層  ３２：エッチングストップ層  ３３：第３クラッド層  ３４：中間層  ３５：コンタクト層  ３７：マスク  ３９：試料ホルダー  ３９ａ：窓  ４１：イオンビーム調整用標準格子  ４３：Ａｌ含有層  ４６：不純物拡散源層  ４７：誘電体層  ４９：テラス部  ５０：リッジストライプ  ５１：半導体レーザ素子形成単位  ５３：誘電体層  ５４〜５６：ｐ型電極  ５８：ｎ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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