(57)【要約】【課題】  活性強度が高く、かつ、発振波長の設定精度が高い化合物半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  １以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物の第１半導体層にエネルギー波を照射し、前記第１半導体層の第１結晶状態を検出する検出工程と、前記第１結晶状態を有する第１半導体層をアニーリングし、第２結晶状態を有する第２半導体層へと改質するアニール工程とを備えた化合物半導体装置の製造方法とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物の第１半導体層にエネルギー波を照射し、前記第１半導体層の第１結晶状態を検出する検出工程と、前記第１結晶状態を有する第１半導体層をアニーリングし、第２結晶状態を有する第２半導体層へと改質するアニール工程とを備える
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記アニール工程が、前記第１結晶状態に対応するアニール条件を、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶状態毎にあらかじめ設定されたアニール条件から選択し、前記第１半導体層をアニーリングする
ことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エネルギー波が励起光であり、前記第１結晶状態が、前記第１半導体層から射出される蛍光の第１発光波長であり、前記第２結晶状態が、前記第２半導体層から射出される蛍光の第２発光波長である
ことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エネルギー波が照射光であり、前記第１結晶状態が前記第１半導体層の吸収スペクトルの第１吸収端であり、前記第２結晶状態が前記第２半導体層の吸収スペクトルの第２吸収端である
ことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記アニーリングが熱アニーリングであり、前記あらかじめ設定されたアニール条件が加熱温度と加熱時間であることを特徴とする請求項２記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記アニール工程において、前記熱アニーリング中の加熱温度が一定であり、かつ、前記熱アニーリングにかかる加熱時間が、前記加熱時間をｔ1とし、１以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を前記一定の加熱温度で加熱した時間に対する、前記半導体層の最大発光強度の経時変化率を表す経時関数をｆ（ｔ）とし、以下の式（１）で規定される基礎加熱時間をｔ2とするとき、前記加熱時間ｔ1が前記基礎加熱時間ｔ2よりも長い関係を満たす
ことを特徴とする請求項５記載の化合物半導体装置の製造方法。
【数１】
2005033188.tif 000005
【請求項７】
前記アニール工程と前記検出工程とを同時に行う
ことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記アニール工程のアニーリングが熱アニーリングである
ことを特徴とする請求項７記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記アニール工程のアニーリングがレーザアニーリングである
ことを特徴とする請求項７記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記アニール工程のアニーリングが電流アニーリングである
ことを特徴とする請求項７記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２吸収端の標準偏差が１６ｍｅＶである
ことを特徴とする請求項４記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記アニール工程のアニーリングが熱アニーリングであり、
前記第１半導体層がその上に積層されているＩＩＩ−Ｖ族化合物基板から吸収スペクトルを測定し、熱アニーリング中の前記第１半導体層の温度をモニタする
ことを特徴とする請求項４記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２発光波長の標準偏差が０．０２μｍである
ことを特徴とする請求項３記載の化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
数％の窒素と、窒素以外のＶ族元素（ヒ素、リン、アンチモン等）とをＶ族組成としたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料は、低損失な光ファイバー通信を実現しうる１．３１μｍあるいは１．５５μｍの発光波長域、または、さらに長波長側の発光波長域などの近赤外発光活性が得られやすい混晶材料である。
【０００３】
しかしながらこの混晶材料系の半導体層では、窒素の原子半径（０．０７０ｎｍ）や電気陰性度（３．５）が、その他のＶ族元素（ヒ素、リン、アンチモン等）の原子半径（ヒ素：０．１１８ｎｍ、リン：０．１１０ｎｍ、アンチモン：０．１３６ｎｍ）や電気陰性度（ヒ素：２．４、リン：２．５、アンチモン：２．１）から大きく異なっているため、層を構成する元素間の非混和性が強い。このため、このような窒素で混晶化された半導体層は、その結晶状態が劣化しやすい。
【０００４】
したがって、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物混晶層を半導体レーザ素子の活性層とすると、近赤外域で発光する素子が得られるものの、活性層の結晶状態が劣化しやすいことにより、その発光効率が大幅に低下してしまう。例えば、活性層の組成を１％程度の窒素で混晶化すると、半導体レーザ素子の発振閾値電流密度が数倍から数十倍に増加し、素子の発光効率が数分の１から数十分の１にまで低下する。
【０００５】
ここで、活性層をアニーリングすると、組成元素間の非混和性に起因する半導体層の結晶欠陥や非発光センタを回復できることが知られている。ところが、窒素は半導体層の成長温度下の加熱により半導体の結晶構造から脱離し、その結晶の原子配列を変化させやすい。このため、このような少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる活性層をアニーリングすると、半導体レーザ素子の発光ピーク波長が短波長側にシフトしてしまい、素子の発振波長の設定精度が低下する。
【０００６】
そこで、半導体レーザ素子の発光ピーク波長の設定精度を高めるため、アニーリングによって発光ピーク波長が短波長側にシフトする量を予測しておき、この予測シフト量が設定目標波長に加わるように活性層の組成を設計する技術（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２―２８９９６８号公報(第２頁)
【０００８】
しかしながら、本発明者が検討したところ、この技術に従って製造された化合物半導体レーザ素子は発光ピーク波長のばらつき（設定精度の誤差）が大きく、設定目標の発振波長を再現よく得ることができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するものであり、最大発光強度が高く、かつ、発振波長の設定精度が高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の化合物半導体装置の製造方法は、１以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物の第１半導体層にエネルギー波を照射し、前記第１半導体層の第１結晶状態を検出する検出工程と、前記第１結晶状態を有する第１半導体層をアニーリングし、第２結晶状態を有する第２半導体層へと改質するアニール工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
窒素をその組成に含む半導体層の積層構造体（成長ウエハ）は、製造時に半導体層の窒素組成比を厳密に制御することが難しく、かつ、窒素組成比の変化量に対する半導体層のバンドギャップエネルギー（Ｅｇ）の変動量が非常に大きい。このため、成長ウエハの蛍光の発光波長や吸収スペクトルの吸収端のばらつきが製造段階で顕著に発生してしまう。しかしながら、本発明の製造方法にかかるこの構成であると、あらかじめ設定した条件を用いて、または、半導体層の結晶状態をモニタしながら、成長ウエハをアニーリング（半導体層の結晶構造を整列化させる改質操作）するため、その発光波長や吸収端を厳密に制御し、設定目標値へと収斂させることができる。
【００１２】
ここで、上記『エネルギー波』とは、例えば励起光、照射光、電子線、放射線などの波動性を有する外部エネルギーを意味する。また、上記『アニーリング』としては、原子の固相拡散をうながして結晶欠陥や非発光センタを減少させる方法であればよく、例えば熱アニール、レーザアニール、電流アニール等を用いることができる。
【００１３】
また、本発明の化合物半導体装置の製造方法は、１以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物の第１半導体層にエネルギー波を照射し、前記第１半導体層から射出される蛍光の第１発光波長または吸収スペクトルの第１吸収端を検出する検出工程と、前記第１発光波長に対応するアニール条件を、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の発光波長毎にあらかじめ設定されたアニール条件から選択し、前記アニール条件で前記第１半導体層をアニーリングすることにより、前記第１半導体層を、第２発光波長または第２吸収端を有する第２半導体層に改質するアニール工程とを備える構成とすることができる。
【００１４】
この構成であると、あらかじめアニール条件が設定されているため、成長ウエハの発光波長または吸収端が設定目標値となるアニール条件を、容易に、かつ、短時間に設定できる。したがって、この構成であると、設定目標の発光波長に収斂した半導体レーザ素子を高い歩留まりで製造することができる。
【００１５】
上記本発明の化合物半導体装置の製造方法は、さらに、あらかじめ設定されたアニール条件が加熱温度と加熱時間である熱アニーリングを用い、熱アニーリング中の加熱温度が一定であり、かつ、熱アニーリングにかかる加熱時間が、この加熱時間をｔ1とし、１以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を前記一定の加熱温度で加熱した時間に対する、前記半導体層の最大発光強度の経時変化率を表す経時関数をｆ（ｔ）とし、以下の式（１）で規定される基礎加熱時間をｔ2とするとき、加熱時間ｔ1が基礎加熱時間ｔ2よりも長い関係を満たす構成とすることができる。
【数２】
2005033188.tif 000002
【００１６】
この構成であると、第１半導体層のアニーリングにかかる加熱時間ｔ1を、基礎加熱時間ｔ2よりも長く設定しているため、発光強度の低下を引き起こしている原因である第１半導体層の結晶欠陥や非発光センタが、熱エネルギーによる原子の固相拡散によって埋められて減少し、その減少率がほぼ飽和（回復率９０％以上）するほど回復させることができる。これにより、成長ウエハの最大発光強度が最大限に増加する。
【００１７】
また、本発明の化合物半導体装置の製造方法は、１以上のＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物の第１半導体層にエネルギー波を照射し、前記第１半導体層から射出される蛍光の第１発光波長または吸収スペクトルの第１吸収端を検出する検出工程と、前記第１半導体層をアニーリングするアニール工程とを同時に行い、前記第１半導体層を、第２発光波長または第２吸収端を有する第２半導体層に改質する構成とすることができる。
【００１８】
この構成であると、改質操作対象の半導体層の結晶状態をモニタしつつ、アニーリングすることにより、当該半導体層を一層確実に所定の結晶状態とすることができるため、成長ウエハの発光波長や吸収端を一層厳密に制御し、設定目標値へと一層確実に収斂させることができる。
【００１９】
また、本発明の化合物半導体装置の製造方法は、さらに、前記アニール工程のアニーリングが熱アニーリングであり、前記第１半導体層がその上に積層されているＩＩＩ−Ｖ族化合物基板から吸収スペクトルを測定し、熱アニーリング中の前記第１半導体層の温度をモニタする構成とすることができる。
【００２０】
この構成であると、半導体層の結晶状態を検出するために用いる照射光を利用して化合物基板の吸収端のフォトンエネルギーを測定することにより、アニーリング中の試料温度をモニタすることができるため、特別な温度検出機材をアニール装置に組み込んでおく必要がなくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の化合物半導体装置の製造方法であると、活性強度が強く、かつ、設定目標の発振波長を高精度に有する化合物半導体装置を高い作製歩留まりで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
[実施の形態１]
本実施の形態１は、本発明にかかる化合物半導体装置の製造方法により製造された半導体レーザ素子である。
この半導体レーザ素子１００は、図１の断面模式図に示すように、
Ａ）ｎ型ＧａＡｓ基板(厚さ：１００μｍ)１１と、
Ｂ）この基板の(１００)面上に設けられたｎ型ＧａＡｓバッファー層（層厚：０．５μｍ）１２と、
Ｃ）このバッファー層の上に設けられたｎ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ下部クラッド層（層厚：１μｍ）１３と、
Ｄ）この下部クラッド層の上に設けられたアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ下部ガイド層（層厚：０．１５μｍ）１４ａと、
Ｅ）この下部ガイド層の上に設けられたＧａ０．６４Ｉｎ０．３６Ｎ０．０１Ａｓ０．９９井戸層（活性層）(厚厚：８ｎｍ)１５と、
Ｆ）この井戸層の上に設けられたアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ａｓ上部ガイド層（層厚：０．１５μｍ）１４ｂと、
Ｇ）この上部ガイド層の上に設けられたｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．６５Ａｓ上部クラッド層（層厚：１μｍ）１６と、
Ｈ）この上部クラッド層の上に設けられたｐ型ＧａＡｓコンタクト層（層厚：０．５μｍ）１７およびポリイミド電流狭窄層１８と
からなる積層構造体であり、さらに、ＡｕＧｅ電極金属１９ａとＡｕＺｎ電極１９ｂとが設けられている。
【００２３】
上記構成の半導体レーザ素子を、各半導体層を構成する原子（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ）源として、固体原料（金属Ａｌ、金属Ｇａ、金属Ｉｎ、金属Ａｓ）や、高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）プラズマにより活性化した窒素ガス（Ｎ2ガス）を用いて、分子線エピタキシャル成長(Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ)法により作製した。
【００２４】
ここで、各原料分子線の供給量および時間の調節により、上記混晶比および層厚のバッファー層１２からコンタクト層１７を基板上に積層した成長ウエハを形成した。また、半導体層の導電型を制御するドーパントを添加させる場合には、半導体層の形成時に、ｎ型ドーパントとしての固体ケイ素(Ｓｉ)またはｐ型ドーパントとして固体ベリリウム(Ｂｅ)を同時に供給した。また、井戸層（活性層）の成長温度を４６０℃とし、活性層を除く半導体層の成長温度を５２０℃とした。
【００２５】
次に、フォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて、この成長ウエハの上面が図１に示すような３μｍ幅のストライプ状のリッジ型導波路構造となるように、コンタクト層１７と上部クラッド層１６の一部をエッチングした。このリッジ型導波路構造の側面とリッジ構造部以外の上部クラッド層１６の表面にポリイミドによる電流狭窄層１８を形成した。また、この電流狭窄層１８とコンタクト層１７の表面にＡｕＺｎからなる金属電極１９ｂを、この成長ウエハの裏面にＡｕＧｅからなる電極金属１９ａを形成し、半導体レーザ素子ウエハを完成させた。
【００２６】
最後に、この半導体レーザ素子ウエハをリッジ型導波路構造と垂直な方向に劈開してレーザ共振器の端面ミラーを形成した後、分割し、本実施の形態１にかかる半導体レーザ素子１００を得た。
【００２７】
＜前駆体層から井戸層への改質＞
ここでさらに、上記Ｇａ０．６４Ｉｎ０．３６Ｎ０．０１Ａｓ０．９９井戸層（活性層）１５の形成方法について説明する。
この井戸層１５は、Ｖ族／ＩＩＩ族比を５とし、毎時間１．３０μｍの成長速度で前駆体層（未アニーリング層）を形成させた後、アニーリングによりその結晶状態を改質させ、発光ピーク波長が１．３１μｍとなるようにしたものである。
以下に、このアニーリングによる前駆体層（第１半導体層）から井戸層（第２半導体層）への改質方法について説明する。
【００２８】
〔相関表の作成〕
（１）まず、その発光ピーク波長が１．４０μｍとなるように前駆体層の組成比および層厚を設計し、基板上にバッファー層１２からコンタクト層１７までを積層させた改質前成長ウエハを５０ロット形成させた。
（２）それぞれのロットにおける改質前成長ウエハを３分割または３枚づつ作成し、第１〜第３の改質前成長ウエハを作成した。その後、第１の改質前成長ウエハを、ドライエッチング法を用いて、前駆体層の上に積層された上部ガイド層と上部クラッド層との層厚和が約０．５μｍとなるまでエッチングした。なお、このときの上部クラッド層の層厚は約０．３５μｍである。
（３）励起光源にアルゴンイオンレーザを、分光器に焦点距離が３２０ｍｍであり、グレーティングの本数が１５０本／ｍｍであり、逆線分散が１９．２ｎｍ／ｍｍであるものを用い、この５０ロットの第１の改質前成長ウエハ群から、室温（２５℃）でのフォトルミネッセンス・スペクトルを測定した。この結果、図２の度数分布表に示すように、これらの改質前成長ウエハ群は、１．４０μｍ（設計波長）を平均発光ピーク波長として有するものの、ロット毎に０．０３１μｍもの大きな標準偏差を有してしまうことが確認された。なお、図２の度数分布表は、横軸が改質前成長ウエハの室温（２５℃）での発光ピーク波長であり、縦軸がウエハ数である。
（４）発光ピーク波長が互いに異なる第１の改質前成長ウエハ群を得たロットに由来する第２の改質前成長ウエハ群に対して、アニール条件である加熱温度、加熱時間などを変更してアニーリングし、改質後成長ウエハを作成した。ここで、１のロットに由来する第２の改質前成長ウエハは、変更するアニール条件数に対応させてさらに分割したものである。次に、アニール条件を変更して作成した改質後成長ウエハ群を、ドライエッチング法を用いて、井戸層の上に積層された上部ガイド層と上部クラッド層との層厚和が約０．５μｍとなるまでエッチングした後、これらの改質後成長ウエハから室温（２５℃）でのフォトルミネッセンス・スペクトルを測定した。これらの測定結果から、アニール条件と改質前成長ウエハの発光特性との相関を求め、相関表を作成した。
【００２９】
以下、図３および図４に、この相関表の一例を示す。
図３は、第２の改質前成長ウエハを加熱温度７００℃でアニーリングした改質試験にかかる、加熱時間に対する成長ウエハの発光ピーク波長を示す相関表である。図中の小型黒三角形、小型黒四角形または小型黒菱形は、３つのロットに由来する成長ウエハから得たそれぞれの素子の発光ピーク波長である。また、図中の実線はこれらの小型黒三角形、小型黒四角形または小型黒菱形それぞれの分布に対して最小二乗法により求めた回帰直線（ウエハ１−１の近似誤差：決定係数Ｒ2＝０．９９８６、ウエハ１−２の近似誤差：決定係数Ｒ2＝０．９８７５、ウエハ１−３の近似誤差：決定係数Ｒ2＝０．９７８５）である。また、アニール時間が０秒におけるプロットは、同一ロットに由来する第１の改質前成長ウエハの発光ピーク波長である。ここに示すように、改質前成長ウエハから得た素子の発光ピーク波長は加熱時間に応じて短波長側へシフトし、そのシフト様式が線形型の経時関数（近似直線）であった。
【００３０】
図４は、第２の改質前成長ウエハを加熱温度７００℃でアニーリングした改質試験にかかる、加熱時間に対する成長ウエハの相対最大発光強度を示す相関表である。図中の小型黒三角形、小型黒四角形または小型黒菱形は、３つのロットにおける成長ウエハから得たそれぞれの素子の相対最大発光強度であり、発光ピーク波長が１．３４μｍである改質前成長ウエハでの最大発光強度を１とした。また、図中の実線はこれらの小型黒三角形、小型黒四角形または小型黒菱形それぞれの分布に対して最小二乗法により求めた４次回帰曲線（ウエハ１−１の近似誤差：決定係数Ｒ2＝０．９９９５、ウエハ１−２の近似誤差：決定係数Ｒ2＝０．９７５７、ウエハ１−３の近似誤差：決定係数Ｒ2＝０．９６４３）である。また、アニール時間が０秒におけるプロットは、同一ロットに由来する第１の改質前成長ウエハから得た素子の相対最大発光強度である。ここに示すように、改質前成長ウエハでの相対最大発光強度は加熱時間に応じて増加シフトし、そのシフト様式はエクスポネンシャル（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）型の経時関数（近似曲線）であった。
【００３１】
〔井戸層への改質〕
（１）図４に示す相関表から、アニールに対する改質前成長ウエハでの最大発光強度の経時曲線をｆ（ｔ）として、以下の式（１）で規定される基礎加熱時間ｔ2を算出した。
【数３】
2005033188.tif 000003
（２）上記相関表および初期波長に基づき、改質後成長ウエハの発光ピーク波長が１．３１μm（設定目標値）となるように、アニール条件としての加熱時間ｔ1をそれぞれ設定した。ただし、ここで設定する加熱時間ｔ1は、上記基礎加熱時間ｔ2より長いものである。
（３）これらの加熱時間ｔ1を用いて上記第３の改質前成長ウエハ群をアニーリングし、前駆体層を井戸層へと改質させた。
（４）これらの改質後成長ウエハ群を、ドライエッチング法を用いて、井戸層の上に積層された上部ガイド層と上部クラッド層との層厚和が約０．５μｍとなるまでエッチングした。なお、このときの上部クラッド層の層厚は約０．３５μｍである。
（５）その後、エッチング済みのそれぞれの改質後成長ウエハ群から、室温（２５℃）でのフォトルミネッセンス・スペクトルを測定した。この結果、図５の度数分布表に示すように、これらの改質後成長ウエハでは、設定目標どおり１．３１μｍの平均発光ピーク波長となり、さらに、ロット毎の標準偏差を０．０１５μｍにまで顕著に小さくすることができた。なお、図５の度数分布表は、横軸が井戸層を備えた成長ウエハの室温（２５℃）での発光ピーク波長であり、縦軸がロット数である。
【００３２】
ここで以下に、上記５０ロットの成長ウエハ群のうちウエハ１−１〜１−３を具体例とし、詳しいアニール条件および改質による発光特性の変化を示す。
【００３３】
（ウエハ１−１）
[改質前]  ロット１−１由来の改質前ウエハ１−１（前駆体層含有）では、図３および図４の大型黒三角形で示すように、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．３４μｍであり、相対最大発光強度が１であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）は４５ｍｅＶであった。
[アニール条件]  図４に示す相関表に基づき、加熱温度を７００℃に、加熱時間ｔ1を７０秒に設定し、この改質前ウエハ１−１をアニーリングした。なお、このときのｄｆ（０）／ｄｔの値は０．０６７であり、基礎加熱時間ｔ2は５２秒であった。
[改質後]  ロット１−１由来の改質後ウエハ１−１（井戸層含有）では、図３および図４の大型白三角形で示すように、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３１μｍであり、相対最大発光強度が２．７４であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は１５ｍｅＶであった。
【００３４】
（ウエハ１−２）
[改質前]  ロット１−２由来の改質前ウエハ１−２（前駆体層含有）では、図３および図４の大型黒四角形で示すように、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．４０μｍであり、相対最大発光強度が０．１４２であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は５０ｍｅＶであった。
[アニール条件]  図４に示す相関表に基づき、加熱温度を７００℃に、加熱時間ｔ1を１３０秒に設定し、この改質前ウエハ１−２をアニーリングした。なお、このときのｄｆ（０）／ｄｔの値は０．０４０であり、基礎加熱時間ｔ2は６４秒であった。
[改質後]  ロット１−２由来の改質後ウエハ１−２（井戸層含有）では、図３および図４の大型白四角形で示すように、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３１μｍであり、相対最大発光強度が１．２３であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は１８ｍｅＶであった。
【００３５】
（ウエハ１−３）
[改質前]  ロット１−３由来の改質前ウエハ１−３（前駆体層含有）では、図３および図４の大型黒菱形で示すように、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．４７μｍであり、相対最大発光強度が０．０２であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は６５ｍｅＶであった。
[アニール条件]  図４の相関表に基づき、加熱温度を７００℃に、加熱時間ｔ1を１６０秒に設定し、この改質前ウエハ１−３をアニーリングした。なお、このときのｄｆ（０）／ｄｔの値は０．０１５であり、基礎加熱時間ｔ2は８０秒であった。
[改質後]  ロット１−３由来の改質後ウエハ１−３（井戸層含有）では、図３および図４の大型白菱形で示すように、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３１μｍであり、相対最大発光強度が０．５７であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は２０ｍｅＶであった。
【００３６】
このように、本発明のアニーリング方法であると、加熱時間ｔ1を上記基礎加熱時間ｔ2よりも長く設定するため、成長ウエハの最大発光強度を最大限に増加させつつ、改質による波長シフト量をより厳密に調整できることが判った。
【００３７】
また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を顕著に収斂させることができた。この理由は、発生した格子欠陥や非発光センタをアニーリングにより回復できたためであると考えられる。
【００３８】
ところで、半導体レーザ素子の発振波長の標準偏差は、１．３１μｍを中心とした０．０５０μｍ以内の範囲であることが好ましい。この理由は、石英系ファイバーを主体とする光通信ファイバーでの波長分散が極小値を取り、伝播時の光学ロスが少なくなるためである。ここで、本発明者らは、半導体レーザ素子の発振波長と発光ピーク波長とはまったく同じではないものの、その差異はごくわずかでほぼ同等とみなせることや、光通信に要求される温度環境（−４０℃〜＋８０℃）では、半導体レーザ素子の発光ピーク波長に約±２０ｍｅＶのゆらぎがあることを見出した。このゆらぎを室温（２５℃）での１．３１μｍ帯の波長に換算すると±０．０３μｍとなる。これにより、成長ウエハの発光ピーク波長の標準偏差は、１．３１μｍを中心とした±０．０２μｍ以内の範囲であることが好ましいと考えられる。本実施の形態１では、図５の度数分布表に示すように、改質後成長ウエハ群のうち９０％がこの標準偏差（０.０２μｍ）の範囲内である発光ピーク波長を有していた。
【００３９】
また、基板上にバッファー層１２からコンタクト層１７までを積層し、アニーリングにより前駆体層を改質した井戸層を備えたこのような成長ウエハを用い、上述のようにして作製した半導体レーザ素子１００では、室温（２５℃）での発光ピーク波長およびその標準偏差が、改質後成長ウエハのそれとほぼ同様に、１．３１μｍを中心とした０．０２μｍ以内の範囲となることを確認している。
【００４０】
以上から、本発明の製造方法であると、高い作製歩留まりで設定目標の発光ピーク波長を有する半導体レーザ素子が得られることが判った。
【００４１】
ここでさらに、比較例１として、従来の技術にかかる製造方法で作製した成長ウエハの発光特性の変化について検討した結果を以下に示す。
【００４２】
（比較例１）
本比較例１は、上記改質前成長ウエハを、以下に示す従来の製造方法（例えば、上記特許文献１参照。）にかかるアニール条件を用いて作製した、設定目標波長１．３１μｍの改質後成長ウエハである。この製造方法について以下に説明する。
（１）設計波長を１．３１μｍとした上記改質前成長ウエハを５０ロット用意し、室温（２５℃）でのそれぞれの発光ピーク波長を測定した。
（２）それぞれの改質前成長ウエハを、加熱温度７００℃、加熱時間１３０秒のアニール条件でアニーリングした後、上記実施の形態１と同様にして、室温（２５℃）での発光ピーク波長を測定した。
（３）上記（１）および（２）の測定結果より、上記アニール条件による波長シフト量を求めたところ、ロット間の平均波長シフト量は０．０９μｍであった。これにより、アニーリングによる発光ピーク波長のシフト量を０．０９μｍと見積もった。
（４）設定目標波長１．３１μｍに上記見積もりシフト量０．０９μｍを加算して、設計波長１．４０μｍを算出した。改質前成長ウエハの設計波長が１．４０μｍとなるように前駆体層の混晶比および層厚を設計した。この改質前成長ウエハを５０ロット用意した。
（５）これらの改質前成長ウエハを、加熱温度７００℃、加熱時間１３０秒のアニール条件でアニーリングし、改質後成長ウエハ（井戸層含有）を作製した。
【００４３】
図６に、上記比較例１の改質前成長ウエハにおける室温での発光ピーク波長の度数分布表を示す。また、図７に、上記比較例１の改質後成長ウエハ群における室温（２５℃）での発光ピーク波長の度数分布表を示す。改質前成長ウエハ群の発光ピーク波長（初期波長）は、設計波長である１．４０μｍを平均発光ピーク波長として有するものの、ロット毎に０．０３０μｍもの大きな標準偏差を有していた。さらに、改質後成長ウエハ群の発光ピーク波長は、設定目標波長である１．３１μｍを平均発光ピーク波長として有するものの、ロット毎に０．０３２μｍもの大きな標準偏差を有していた。なお、図６および図７の度数分布表では、横軸が成長ウエハの発光ピーク波長を、縦軸がロット数を示す。
【００４４】
このように従来のアニーリング方法では、ロット毎の発光ピーク波長のばらつきは収斂されない。このため、上記好ましい標準偏差（０．０２μｍ）の範囲内である改質後成長ウエハは５８％しか得られず、設定目標の発光ピーク波長を有する半導体レーザ素子の作製歩留まりが低かった。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態１にかかる製造方法であると、
（１）改質前成長ウエハの発光ピーク波長に対応するアニール条件を、上記相関表から選択するので、改質後成長ウエハの発光ピーク波長を設定目標波長とするためのアニール条件を容易かつ短時間に設定でき、
（２）加熱時間ｔ1を上記基礎加熱時間ｔ2よりも長く設定してアニーリングするため、成長ウエハの発光強度を最大限に増加させつつ、改質による波長シフト量を厳密に調整でき、
（３）フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を顕著に収斂させることができるため、
最大発光強度が強く、かつ、設定目標の発光ピーク波長を高精度（波長のブレが少ない）に有する半導体レーザ素子を高い作製歩留まりで提供できる。
【００４６】
[実施の形態２]
本実施の形態２は、アニール条件を以下のように変更した以外は、上記実施の形態１と同様に作製した設定目標波長１．３１μｍの半導体レーザ素子である。
ａ）加熱温度を８００℃とした。また、この加熱温度における加熱時間と室温（２５℃）での発光ピーク波長または発光強度との相関表を作成した。
【００４７】
以下に、本実施の形態２におけるアニーリング前後の発光特性の変化を示す。なお、５０ロットの成長ウエハ群を標本に用いた。
[改質前]  改質前成長ウエハ群（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長（平均初期波長）が１．４１μｍであり、標準偏差が０．０３１μｍであった。
[改質後]  これらの改質前成長ウエハ群を得たロットに由来した改質後成長ウエハ群（井戸層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長が設定目標波長である１．３１μｍであり、標準偏差が０．０１８μｍであった。さらに、この改質後成長ウエハ群のうち８７％が、上記好ましい標準偏差（０．０２μｍ）の範囲内である発光ピーク波長を有していた。
【００４８】
ここでさらに、上記５０ロットの成長ウエハ群のうちウエハ２−１を具体例とし、詳しいアニール条件および改質による発光特性の変化を示す。
（ウエハ２−１）
[改質前]  ロット２−１由来の改質前ウエハ２−１（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．３４μｍであり、相対最大発光強度が１であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は４５ｍｅＶであった。
[アニール条件]  作成した相関表に基づき、加熱温度を８００℃に、加熱時間ｔ1を３０秒に設定し、この改質前ウエハ２−１をアニーリングした。
[改質後]  ロット２−１由来の改質後ウエハ２−１（井戸層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３１μｍであり、相対最大発光強度が２．７であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は１８ｍｅＶであった。
【００４９】
以上から、改質前成長ウエハの初期波長に基づいて規定された加熱時間ｔ1を用いる限り、加熱温度に依存せずに、成長ウエハの最大発光強度を十分に増加させつつ、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を顕著に収斂させ、かつ、改質による波長シフト量をより厳密に調整できることが判った。
【００５０】
また、このような前駆体層を改質した井戸層を備えた成長ウエハから作製した半導体レーザ素子は、改質後成長ウエハと同様に優れた発光特性が得られることを確認している。
【００５１】
ここで以下の表１において、上記実施の形態１〜２、比較例１および下記実施の形態３〜６における井戸層の構成、製造条件および作製歩留まりを示す。
【表１】
2005033188.tif 000004
【００５２】
[実施の形態３]
本実施の形態３は、設定目標波長を以下のように変更した以外は、上記実施の形態１と同様に作製した半導体レーザ素子である。
ａ）設定目標波長を１．５５μｍとし、改質前成長ウエハの発光ピーク波長（初期波長）が１．６０μｍとなるように前駆体層の混晶比および層厚を設計した。また、この初期波長における加熱時間と室温（２５℃）での発光ピーク波長または発光強度との相関表を作成した。
【００５３】
以下に、本実施の形態３におけるアニーリング前後の発光特性の変化を示す。なお、５０ロットの成長ウエハ群を標本に用いた。
[改質前]  改質前成長ウエハ群（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長（平均初期波長）が１．６０μｍであり、標準偏差が０．０３５μｍであった。
[改質後]  これらの改質前成長ウエハ群を得たロットに由来した改質後成長ウエハ群（井戸層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長が設定目標波長である１．５５μｍであり、標準偏差が０．０２５μｍであった。ところで上述したように、半導体レーザ素子の発光ピーク波長には約±２０ｍｅＶのゆらぎがあるが、これを室温（２５℃）での１．５５μｍ帯の波長に換算すると±０．０４０μｍとなる。ここで、上述したように、半導体レーザ素子の発振波長は１．４８μｍ〜１．６０μｍの範囲が好ましいことが知られており、また本発明者らは、半導体レーザ素子の発振波長と発光ピーク波長とがほぼ同等の値とみなせることを見出している。したがって成長ウエハの発光ピーク波長は１．５２μｍ〜１．５６μｍであることが好ましく、１．５５μｍを中心とした場合、−０．０３μｍ〜＋０．０１μｍの標準偏差であることが好ましいと考えられる。本実施の形態３では、改質後成長ウエハ群のうち７０％が、上記好ましい標準偏差（−０．０３μｍ〜＋０．０１μｍ）の範囲内である発光ピーク波長を有していた。
【００５４】
ここでさらに、上記５０ロットの成長ウエハ群のうちウエハ３−１を具体例とし、詳しいアニール条件および改質による発光特性の変化を示す。
（ウエハ３−１）
[改質前]  ロット３−１由来の改質前ウエハ３−１（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．６０μｍであり、相対最大発光強度が０．３であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は４５ｍｅＶであった。
[アニール条件]  作成した相関表に基づき、加熱温度を７００℃に、加熱時間ｔ1を３０秒に設定し、この改質前ウエハ３−１をアニーリングした。
[改質後]  ロット３−１由来の改質後ウエハ３−１（井戸層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．５５μｍであり、相対最大発光強度が０．５であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は３０ｍｅＶであった。
【００５５】
以上から、改質前成長ウエハの初期波長に基づいて規定された加熱時間ｔ1を用いる限り、成長ウエハの初期波長によらず、その最大発光強度を十分に増加させつつ、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を顕著に収斂させ、かつ、改質による波長シフト量をより厳密に調整して、任意の設定目標波長を有する改質後成長ウエハを作製できることが判った。
【００５６】
また、このような前駆体層を改質した井戸層を備えた成長ウエハから作製した半導体レーザ素子は、改質後成長ウエハと同様に優れた発光特性が得られることを確認している。
【００５７】
[実施の形態４]
本実施の形態４は、積層構造の成長方法を以下のように変更した以外は、上記実施の形態１と同様に作製した設定目標波長１．３１μｍの半導体レーザ素子である。
ａ）減圧有機金属気相成長法（減圧ＭＯＣＶＤ法）を用いて上記実施の形態１の積層構造を形成した。ここで、ＩＩＩ族源（ガリウム源、アルミニウム源、インジウム源）として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族源（ヒ素源、窒素源）として、アルシン（ＡｓＨ3）とジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を用いた。また、この減圧ＭＯＣＶＤ法で作製した成長ウエハにおける加熱時間と室温（２５℃）での発光ピーク波長または発光強度との相関表を作成した。
【００５８】
以下に、本実施の形態４におけるアニーリング前後の発光特性の変化を示す。なお、５０ロットの成長ウエハ群を標本に用いた。
[改質前]  改質前成長ウエハ群（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長（平均初期波長）が１．４０μｍであり、標準偏差が０．０３１μｍであった。
[改質後]  これらの改質前成長ウエハ群を得たロットに由来した改質後成長ウエハ群（井戸層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長が設定目標波長である１．３１μｍであり、標準偏差が０．０２１μｍであった。さらに、この改質後成長ウエハ群のうち８０％が、上記好ましい標準偏差（０．０２μｍ）の範囲内である発光ピーク波長を有していた。
【００５９】
ここでさらに、上記５０ロットの成長ウエハ群のうちウエハ４−１を具体例とし、詳しいアニール条件および改質による発光特性の変化を示す。
（ウエハ４−１）
[改質前]  ロット４−１由来の改質前ウエハ４−１（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．４０μｍであり、相対最大発光強度が１であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は４５ｍｅＶであった。
[アニール条件]  作成した相関表に基づき、加熱温度を７００℃に、加熱時間ｔ1を７５秒に設定し、この改質前ウエハ４−１をアニーリングした。
[改質後]  ロット４−１由来の改質後ウエハ４−１（井戸層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３１μｍであり、相対最大発光強度が２．７であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は２０ｍｅＶであった。
【００６０】
以上から、改質前成長ウエハの初期波長に基づいて規定された加熱時間ｔ1を用いる限り、積層構造の成長方法によらず、成長ウエハの最大発光強度を十分に増加させつつ、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を顕著に収斂させ、かつ、改質による波長シフト量をより厳密に調整できることが判った。
【００６１】
また、このような前駆体層を改質した井戸層を備えた成長ウエハから作製した半導体レーザ素子は、改質後成長ウエハと同様に優れた発光特性が得られることを確認している。
【００６２】
[実施の形態５]
本実施の形態５は、井戸層の組成を以下のように変更した以外は、上記実施の形態１と同様に作製した設定目標波長１．３１μｍの半導体レーザ素子である。
ａ）井戸層（前駆体層）の組成をＧａＮＡｓＳｂとした。ここで、各半導体層を構成する原子（Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｂ）源としては、固体原料（金属Ａｌ、金属Ｇａ、金属Ａｓ、金属Ｓｂ）や、高周波（ＲＦ）プラズマにより活性化した窒素ガス（Ｎ2ガス）を用いた。また、この組成の前駆体層を有する成長ウエハにおける加熱時間と室温（２５℃）での発光ピーク波長または発光強度との相関表を作成した。
【００６３】
以下に、本実施の形態５におけるアニーリング前後の発光特性の変化を示す。なお、５０ロットの成長ウエハ群を標本に用いた。
[改質前]  改質前成長ウエハ群（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長（平均初期波長）が１．４０μｍであり、標準偏差が０．０３０μｍであった。
[改質後]  これらの改質前成長ウエハ群を得たロットに由来した改質後成長ウエハ群（井戸層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長が設定目標波長である１．３１μｍであり、標準偏差が０．０２１μｍであった。さらに、この改質後成長ウエハ群のうち８０％が、上記好ましい標準偏差（０．０２μｍ）の範囲内である発光ピーク波長を有していた。
【００６４】
ここでさらに、上記５０ロットの成長ウエハ群のうちウエハ５−１を具体例とし、詳しいアニール条件および改質による発光特性の変化を示す。
（ウエハ５−１）
[改質前]  ロット５−１由来の改質前ウエハ５−１（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．４０μｍであり、相対最大発光強度が１であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は４５ｍｅＶであった。
[アニール条件]  作成した相関表に基づき、加熱温度を７００℃に、加熱時間ｔ1を１４０秒に設定し、この改質前ウエハ５−１をアニーリングした。
[改質後]  ロット５−１由来の改質後ウエハ５−１（井戸層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３１μｍであり、相対最大発光強度が１．３であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は１５ｍｅＶであった。
【００６５】
以上から、改質前成長ウエハの初期波長に基づいて規定された加熱時間ｔ1を用いる限り、少なくとも窒素を含む２以上のＶ族元素を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体井戸層の組成によらず、成長ウエハの最大発光強度を十分に増加させつつ、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を顕著に収斂させ、かつ、改質による波長シフト量をより厳密に調整できることが判った。
【００６６】
また、このような前駆体層を改質した井戸層を備えた成長ウエハから作製した半導体レーザ素子は、改質後成長ウエハと同様に優れた発光特性が得られることを確認している。
【００６７】
[実施の形態６]
本実施の形態６は、本発明にかかる化合物半導体装置の製造方法により設定目標波長１．３１μｍで製造された半導体レーザ素子であり、上記実施の形態１と同様の構造を有しているが、前駆体層から井戸層への改質方法が異なる。
【００６８】
＜前駆体層から井戸層への改質＞
図１の断面模式図で示す半導体レーザ素子１００におけるＧａ０．６４Ｉｎ０．３６Ｎ０．０１Ａｓ０．９９井戸層（活性層）１５の形成方法について説明する。
この井戸層１５は、Ｖ族／ＩＩＩ族比を５とし、毎時間１．３０μｍの成長速度で前駆体層（未アニーリング層）を形成させた後、アニーリングによりその結晶状態を改質させ、発光ピーク波長が１．３１μｍとなるようにしたものである。
以下に、このアニーリングによる前駆体層（第１半導体層）から井戸層（第２半導体層）への改質方法について説明する。
【００６９】
まず、実施の形態１〜実施の形態５と同様に、その発光ピーク波長が１．４０μｍとなるように前駆体層の組成比および層厚を設計し、基板上にバッファー層１２からコンタクト層１７までを積層させた改質前成長ウエハを５０ロット形成させた。
【００７０】
この改質前ウエハを、透過スペクトルを測定しながらアニーリングできるアニール装置（詳しくは後述する）の内部に配置し、５０ロットの成長ウエハから、前駆体層（第１半導体層）と井戸層（第２半導体層）とにおける、室温（２５℃）でのフォトルミネッセンス・スペクトルを測定した。
【００７１】
ここで、本実施の形態６におけるアニーリング前後の発光特性の変化を示す。
[改質前]  改質前成長ウエハ群（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長（平均初期波長）が１．４１μｍであり、標準偏差が０．０３０μｍであった。
[改質後]  これらの改質前成長ウエハ群を得たロットに由来した改質後成長ウエハ群（井戸層含有）では、室温（２５℃）での平均発光ピーク波長が設定目標波長である１．３１μｍであり、標準偏差が０．０１１μｍであった。さらに、この改質後成長ウエハ群のうち９５％が、上述した好ましい標準偏差（０．０２μｍ）の範囲内の発光ピーク波長を有していた。
【００７２】
ここでさらに、上記５０ロットの成長ウエハ群のうちウエハ６−１を具体例とし、詳しいアニール条件および改質による発光特性の変化を示す。
【００７３】
（ウエハ６−１）
[改質前]  ロット６−１由来の改質前ウエハ６−１（前駆体層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長（初期波長）が１．３９μｍであり、相対最大発光強度が１であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は４５ｍｅＶであった。
【００７４】
[改質前吸収スペクトル]  改質前ウエハ６−１をアニール炉（詳しくは後述する）の内部に設置し、室温（２５℃）での透過スペクトルを測定した。この透過スペクトルからフォトンエネルギーＥと吸収係数αの相関を求めたところ、前駆体層の吸収による吸収係数のステップ（吸収端）がＥ＝０．８９０ｅＶ（図９、大型黒四角形）付近に観測された。この前駆体層の吸収端のフォトンエネルギー（Ｅ＝０．８９０ｅＶ）は、前駆体層のエネルギーギャップに相当する。
ところで、このウエハ６−１の発光ピーク波長は１．３９μｍであり、この発光ピーク波長に相当するフォトンエネルギーはＥ＝０．８９２ｅＶとなる。ここで、前駆体層の吸収端のフォトンエネルギーと発光ピーク波長に相当するフォトンエネルギーとの間には２ｍｅＶの違いがあるが、これは、次に述べる設定目標吸収端フォトンエネルギーの許容範囲に比べてきわめて小さく、両者の差異はわずかであるため、この材料系の場合には、吸収端フォトンエネルギーと発光ピーク波長に相当するフォトンエネルギーとは、ほぼ一致しているとみなすことができる。
【００７５】
[設定目標吸収端フォトンエネルギーの設定]  アニール後の設定目標値は１．３１μｍであり、これをフォトンエネルギーに換算するとＥ＝０．９４７ｅＶとなる。
また、実施の形態１でも述べたように、半導体レーザ素子の発振波長の標準偏差は、１．３１μｍを中心とした０．０５０μｍ以内の範囲であることが好ましく、これを室温（２５℃）でのフォトンエネルギーに換算するとＥ＝±３６ｍｅＶとなる。しかしながら本発明者らの検討により、光通信に要求される温度環境（−４０℃〜＋８０℃）では、半導体レーザ素子の発光ピーク波長に±２０ｍｅＶのゆらぎがあることが見出されたため、成長ウエハの吸収端の標準偏差は、Ｅ＝０．９４７ｅＶを中心とした±１６ｍｅＶ以内の範囲であることが好ましいと考えられる。したがって、アニール後の設定目標吸収端フォトンエネルギーを、Ｅ＝０．９４７ｅＶ±０．０１６ｅＶとした。なお、この設定目標吸収端のエネルギーは、室温（２５℃）での値である。
【００７６】
[吸収端エネルギーの温度校正]  一般に、半導体のバンドギャップエネルギーは温度依存性を示すことが知られている。改質前ウエハ６−１について、１０Ｋ（−２６３℃）から８００Ｋ（５２７℃）までにおける、前駆体層の吸収端のフォトンエネルギーを求めたところ、図９の小型黒四角形で示すように、およそ２３０Ｋから８００Ｋでは吸収端のフォトンエネルギーは、温度に対してほぼリニアに変化し、近似式Ｅｇ＝−３．４ｘ１０−４Ｔ＋０．９９２、によってその温度特性を近似することができた。なお、この材料系では、８００Ｋ（５２７℃）でのアニーリングによって前駆体層の吸収端のフォトンエネルギーが変化しないことをあらかじめ確認してある。
ここで、吸収端のフォントエネルギーが温度依存的にリニアに変化することに基づき、室温（２５℃）での設定目標吸収端のエネルギーＥ＝０．９４７ｅＶ（図９、黒菱形）から、１０２３Ｋ（７５０℃）における設定目標吸収端のエネルギーＥ＝０．６９９ｅＶ（図９、白菱形）を算出した。
【００７７】
[アニール条件]  加熱温度を７５０℃に設定し、図８で示すアニール装置を用いて、透過スペクトル（結晶状態）を測定しながら改質前ウエハ６−１をアニーリングした。
【００７８】
ここで以下に、透過スペクトル（結晶状態）を測定しながらアニーリングする方法について詳しく説明する。図８は、アニール装置の構成を示す模式図である。
このアニール装置は、真空排気装置と気体窒素ガスパージ装置とを備えたアニール炉と、透過スペクトルを測定する光学系とを備えており、図８で示すように、アニール炉２７の内部に配置された試料２５は、試料台２４を用いて空中に保持される。また、熱アニーリングのための過熱にはアニールランプ２６が用いられる。
また、このアニール装置では、付属する光学系によってアニーリングと同時に透過スペクトルを測定することができる構造を有しており、次のようにして透過スペクトルが測定される。
まず、白色光源２１から発射された白色光が集光レンズ２２によって集光された後、アニール炉２７の下側に設けられた光学窓２３を透過し、試料表面に集光、照射される。試料表面に照射された光は、試料２５を透過し、アニールランプ２６の間を通って試料表面近くまで伸びた耐熱光ファイバー２８の内部に導入される。耐熱光ファイバー２８に導入された光は、反対側の端面より放出され、集光レンズ２９で集光された後、スリット３０を通過して分光器３１に導入される。この分光器３１で分光された光をＣＣＤ３２に導入し、波長ごとの強度を読み取ることにより、透過スペクトルが得られる。
なお、白色光源には重水素タングステンハロゲンランプを用い、分光器には焦点距離が３２０ｍｍであり、グレーティングの本数が１５０本／ｍｍであり、逆線分散が１９．２ｎｍ／ｍｍであるものを用いた。
【００７９】
このようなアニール装置を用い、透過スペクトル（結晶状態）を測定しながら改質前ウエハ６−１を以下のようにしてアニーリングした。まず、試料台２４に試料を配置しない状態でアニール装置の内部をアニール温度（７５０℃）まで昇温し、透過スペクトルの参照スペクトルを測定した。次に、試料台２４に改質前ウエハ６−１を搭載し、ウエハの透過スペクトルを測定しながら、７５０℃の加熱温度でアニーリングし、改質操作対象の半導体層における吸収端のフォトンエネルギーがＥ＝０．６９９ｅＶとなるまでアニーリングした。
【００８０】
[改質後]  このロット６−１由来の改質後ウエハ６−１（井戸層含有）では、室温（２５℃）での発光ピーク波長が１．３０μｍであり、相対最大発光強度が２．４であった。また、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は１６ｍｅＶであった。
【００８１】
以上から、本実施の形態６にかかるアニーリング方法であると、改質操作対象の半導体層の結晶状態をモニタしつつ、アニーリングしているため、当該半導体層を一層確実に所定の結晶状態とすることができるため、成長ウエハの最大発光強度を十分に増加させつつ、フォトルミネッセンス・スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）を一層顕著に収斂させ、かつ、改質による波長シフト量を一層厳密に調整できることが判った。なお、このような前駆体層を改質した井戸層を備えた成長ウエハから作製した半導体レーザ素子は、改質後成長ウエハと同様に優れた発光特性が得られることを確認している。
【００８２】
ところで、改質前ウエハ６−１の室温（２５℃）における透過スペクトルを測定する際に、その透過スペクトルからフォトンエネルギーＥと吸収係数αの相関を求めたところ、改質操作対象の半導体層をその上に積層しているｎ型ＧａＡｓ基板において、その吸収スペクトルの吸収端がＥ＝１．４５９ｅＶ（図９、大型黒三角形）付近に観測された。このｎ型ＧａＡｓ基板の吸収端の温度依存性（図９、小型黒三角形）を調べたところ、ＧａＡｓ基板の温度依存を表す関係式（図９、破線）、Ｅ＝１．５１９−５．４０５ｘ１０−４Ｔ２／（Ｔ＋２０４）、を高エネルギー側（短波長側）にずらした関係式、Ｅ＝１．５５５−５．４０５ｘ１０−４Ｔ２／（Ｔ＋２０４）、によって近似できることが判った。
【００８３】
この近似関係式を用いることにより、例えばｎ型ＧａＡｓ基板の吸収端のフォトンエネルギーがＥ＝１．０９４ｅＶを示していれば、試料がアニール温度７５０℃（１０２３Ｋ）に調熱されている状態であることをモニタすることができる。このように、半導体層の結晶状態を検出するために用いる照射光を利用して、ｎ型ＧａＡｓ基板の吸収端のフォトンエネルギーを測定することにより、アニーリング中の試料温度をモニタすることができ、特別な温度検出機材をアニール装置に組み込んでおく必要がなくなるため好ましい。
【００８４】
〔その他の事項〕
（１）上記実施の形態１〜５にかかるアニール条件の相関は、改質試験する成長ウエハ数（標本数）およびその改質条件を増加させるほどより正確となり、設定目標の発振波長を得るためのアニール条件を選択する精度が向上する。しかしながら上述したように、成長ウエハの発光波長が加熱時間に対してほぼ線形にシフトするため、少ない標本数でも相関を作成してアニール条件を設定できる。ただし、相関精度を高く維持するためには、最小二乗法により算出した近似関数（回帰直線または回帰曲線）の近似誤差の指標（決定係数）Ｒ2が０．８５０以上であることが好ましい。
（２）上記実施の形態では、本発明にかかる化合物半導体装置の一例である半導体レーザ素子を示したが、本発明の製造方法により、活性（発光、受光）領域を有する化合物半導体装置として、活性強度が高く、かつ、設定目標の発振波長を高精度に有する、発光ダイオードやスーパールミネッセントダイオードなどの発光素子、光電変換素子などの受光素子を、高い作製歩留まりで提供することができる。
（３）上記実施の形態１〜５では、１回のアニーリングによって前駆体層を井戸層に改質させた場合を示したが、第１半導体層からのフォトルミネッセンス・スペクトルの検出工程と、第１半導体層を第２半導体層へと改質するアニール工程とを２度以上繰り返すことにより、一次前駆体層、二次前駆体層などを経て段階的に井戸層へと改質させることもできる。また、この繰り返し間隔（段階幅）を狭く設定することにより、アニーリングと略連続して半導体層の発光ピーク波長の短波長シフトを検出して、素子の発光ピーク波長が目標波長となるように調整することができる。
（４）上記実施の形態１〜５では、第１半導体層からの発光検出方法として、励起光（光エネルギー）を用いたフォトルミネッセンスの検出方法を示したが、エネルギー波を半導体層に照射して、それに対応するルミネッセンスを検出する方法であればこれに限らない。例えば、電子ビームを用いたカソードルミネッセンスの検出方法などを用いることができる。
（５）上記実施の形態１〜５では、半導体層の結晶状態として発光波長を検出する方法を示したが、そのバンドギャップエネルギーを反映した半導体層の物理的性質が検出できる方法であれこれに限らない。例えば、透過スペクトルの検出などの方法を用いることができる。また、上記実施の形態１〜５では、発光波長の一例として発光ピーク波長を示したが、一義的に定義できる発光波長であればよく、例えばフォトルミネッセンス・スペクトル関数に変極点を与える発光波長などを用いることができる。
（６）上記実施の形態６では、半導体層の結晶状態をモニタする方法として、吸収端を検出する方法を示したが、そのバンドギャップエネルギーを反映した半導体層の物理的性質を検出できる方法であればこれ以外にも、例えば、発光スペクトルを検出する方法等を用いることもできる。
（７）上記実施の形態１〜６では、アニール方法として熱アニーリングを示したが、原子の固相拡散をうながして結晶欠陥や非発光センタを減少させる方法であれこれに限るものではない。例えば、レーザを用いたレーザアニーリングや電流を流すことによる電流アニーリングを用いることもできる。また、発光スペクトルを用いて半導体層の結晶状態を検出する場合には、熱アニーリングよりもレーザアニーリングや電流アニーリングを用いる方が、結晶が無用に温度上昇することを抑えられ、発光スペクトルの検出が容易となるため好ましい。
（８）上記実施の形態１〜５では、基板上にバッファー層１２からコンタクト層１７までを積層させた成長ウエハを、ドライエッチング法を用いて、前駆体層の上に積層された上部ガイド層と上部クラッド層との層厚和が約０．５μｍとなるまでエッチングした後にフォトルミネッセンス・スペクトルを検出する場合を示したが、前駆体層上に上部ガイド層と約０．３５μｍの上部クラッド層を積層した成長ウエハからの検出を除外するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上説明したように、本発明によると、活性強度が強く、かつ、設定目標の発振波長を高精度に有する化合物半導体装置を高い作製歩留まりで提供することができ、半導体レーザ素子の製造にも利用できるため、その産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明の製造方法により作製された半導体レーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、レーザ出射端面方向からの断面を示す。
【図２】図２は、改質前成長ウエハ群の室温での発光ピーク波長の一例を示す度数分布表である。
【図３】図３は、成長ウエハの発光ピーク波長と加熱時間との関係を示す相関表の一例である。
【図４】図４は、成長ウエハの最大発光強度と加熱時間との関係を示す相関表の一例である。
【図５】図５は、本発明の製造方法で改質された改質後成長ウエハ群の室温での発光ピーク波長の一例を示す度数分布表である。
【図６】図６は、改質前成長ウエハ群の室温での発光ピーク波長の別例を示す度数分布表である。
【図７】図７は、従来の技術にかかる製造方法で改質された改質後成長ウエハ群の室温での発光ピーク波長の一例を示す度数分布表である。
【図８】図８は、透過スペクトルの測定とアニーリングとを同時に行うことができるアニール装置の一例を示す模式図である。
【図９】図９は、改質操作対象の半導体層と、当該半導体層をその上に積層するｎ型ＧａＡｓ基板とにおける吸収スペクトルの吸収端と温度の相関を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１１  基板
１２  バッファー層
１３  下部クラッド層
１４ａ  下部ガイド層
１５  井戸層
１４ｂ  上部ガイド層
１６  上部クラッド層
１７  コンタクト層
１８  電流狭窄層
１９ａ  ＡｕＧｅ電極金属
１９ｂ  ＡｕＺｎ電極金属
１００  半導体レーザ
２１  白色光源
２２  集光レンズ
２３  光学窓
２４  試料台
２５  試料
２６  アニールランプ
２７  アニール炉
２８  耐熱光ファイバー
２９  集光レンズ
３０  スリット
３１  分光器
３２  ＣＣＤ
【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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