(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの電気的特性を測定する一方、該半導体ウェーハの主表面に、半導体結晶格子により回折現象を起こしうる一定波長の入射線ビームを入射させたときの、半導体単結晶からの特定結晶面に由来する回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と前記電気的特性との回折線／特性関係を決定するとともに、評価対象となる半導体ウェーハに対し前記入射線ビームを入射させて前記回折線の測定を行ない、その測定結果と前記回折線／特性関係とに基づいて、当該評価対象となる半導体ウェーハの電気的特性を推定する方法であって、
前記回折線／特性関係における前記回折線の測定情報として、前記入射線ビームの前記半導体単結晶への入射角度と、回折線強度との関係を示す回折プロファイルを測定したときの、その回折プロファイルに表れる前記特定結晶面に由来する回折線強度ピークの測定情報が使用され、
前記特定結晶面として、前記回折プロファイルを測定したときの最強の回折線強度ピークを示すものが使用され、
前記半導体ウェーハは単結晶又は混晶であって、該半導体ウェーハを粉末化した試料を用いて前記入射線ビームによる回折プロファイルを測定したときの、該回折プロファイルに表れる最強の回折線強度ピークに対応する面指数が、前記主表面の面指数と一致するものであり、該面指数の結晶面が前記特定結晶面として採用されるとともに、
前記半導体ウェーハは発光素子製造用の化合物半導体ウェーハであり、前記電気的特性は、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度であり、
前記化合物半導体ウェーハは、発光層部が形成前又は形成途中のものであることを特徴とする半導体ウェーハの測定方法。
【請求項２】
前記入射線ビームはＸ線ビームであることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの測定方法。
【請求項３】
前記回折線の測定情報は、前記回折線強度ピークの幅、ピーク高さ、ピーク面積及びピーク角度位置の少なくともいずれかを反映した数値パラメータより表されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体ウェーハの測定方法。
【請求項４】
前記回折線の測定情報は、予め固定的に定められた入射角度位置に対応する回折線強度により表されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの測定方法。
【請求項５】
半導体ウェーハの電気的特性を測定する一方、該半導体ウェーハの主表面に、半導体結晶格子により回折現象を起こしうる一定波長の入射線ビームを入射させたときの、半導体単結晶からの特定結晶面に由来する回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と前記電気的特性との回折線／特性関係を決定するとともに、評価対象となる半導体ウェーハに対し前記入射線ビームを入射させて前記回折線の測定を行ない、その測定結果と前記回折線／特性関係とに基づいて、当該評価対象となる半導体ウェーハの電気的特性を推定する方法であって、
前記半導体ウェーハは発光素子製造用の化合物半導体ウェーハであり、前記電気的特性は、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度であり、
前記化合物半導体ウェーハは、発光層部が形成前又は形成途中のものであることを特徴とする半導体ウェーハの測定方法。
【請求項６】
前記化合物半導体ウェーハは、ＧａＰ又はＧａＡｓの単結晶基板を含むものであり、前記発光層部は、それら単結晶基板上にエピタキシャル成長されるＧａＡｓＰ混晶層であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの測定方法。
【請求項７】
前記化合物半導体ウェーハの特定結晶面は｛４００｝面であることを特徴とする請求項６記載の半導体ウェーハの測定方法。
【請求項８】
発光素子製造用の化合物半導体ウェーハの輝度を測定する一方、該化合物半導体ウェーハの主表面に、半導体結晶格子により回折現象を起こしうる一定波長の入射線ビームを入射させたときの、半導体単結晶からの特定結晶面に由来する回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と前記輝度との関係を示す回折線／特性関係を決定するとともに、
評価対象となる発光素子製造用の化合物半導体ウェーハの素子化工程の前に、当該化合物半導体ウェーハ前記入射線ビームを入射させて前記回折線の測定を行ない、その測定結果と前記回折線／特性関係とに基づいて、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度を推定するとともに、その推定結果に基づいて、該化合物半導体ウェーハを選別し、
該選別により棄却されなかった化合物半導体ウェーハに対してのみ、前記素子化工程として、該化合物半導体ウェーハへの電極形成とダイシングとを行なうとともに、
前記化合物半導体ウェーハの評価を、前記発光層部の形成工程の前又は途中にて行なうことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記化合物半導体ウェーハはＧａＰ又はＧａＡｓの単結晶基板を含むものであり、それら単結晶基板上にＧａＰ単結晶層、ＧａＡｓ単結晶層あるいはＧａＡｓＰ混晶層が少なくとも積層されることを特徴とする請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの測定方法及び発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードや半導体レーザー素子等の発光素子は、通常、化合物半導体単結晶基板上に更に複数の化合物半導体層を形成してｐ−ｎ接合を有する多層化合物半導体ウェーハを作製し、これを素子化することにより得られる。例えば、従来、赤色発光ダイオードをはじめ、橙色や黄色発光ダイオード等の間接遷移型周期律表第３族及び第５族化合物半導体を材料とする発光ダイオード、とりわけ燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX 系（ただし０．４５≦Ｘ＜１．０）発光ダイオードは、燐化ガリウムＧａＰもしくは砒化ガリウムＧａＡｓの単結晶基板上に燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰXのエピタキシャル層を複数層形成し、さらに、
このエピタキシャル層の最上層にＺｎ等のｐ型不純物を熱拡散することによりｐ−ｎ接合を形成して発光領域を設けたエピタキシャルウェーハを用いて製造される。
【０００３】
図１は、その工程の一例を示すもので、（ａ）に示すように、公知の気相成長法により、ＧａＰ（あるいはＧａＡｓ）単結晶基板４上にＧａＰ層（基板がＧａＡｓの場合はＧａＡｓ層）５がエピタキシャル成長され、さらにこのＧａＰ層５上に、混晶率ｘが層厚方向に変化するｎ型ＧａＡｓ1-X ＰX混晶率変化層６がエピタキシャル成長され、さらにこの混晶率変化層６に接して上に、混晶率ｘが一定値（ｘ＝ａ）であるＧａＡｓ1-ａ Ｐａ混晶率一定層７がエピタキシャル成長され、この混晶率一定層７の上に窒素Ｎがドープされたｎ型ＧａＡｓ1-a Ｐa層８がエピタキシャル成長されて、エピタキシャルウェーハ１が製造される。このＮがドープされたｎ型ＧａＡｓ1-a Ｐa層８は、混晶率一定層７上に隣接して形成されて添加するＮの濃度を徐々に増加させるための窒素濃度増加層８ａと、一定の窒素濃度を有する窒素濃度一定層８ｂとを有する。
【０００４】
図１（ｂ）に示すように、このようなヘテロ構造のエピタキシャルウェーハ１に、窒素濃度一定層８ｂの最表面からｐ型不純物であるＺｎを熱拡散してｐ型ＧａＡｓ1-a Ｐa層８ｃを形成し、さらに電極を取り付けて適当なサイズにダイシングし、パッケージに封入することにより素子化を行なえば、発光ダイオードが完成する。
【０００５】
ところで、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-X ＰX系 発光素子の発光輝度は、使用する単結晶基板５や、その上に成長するエピタキシャル層５〜８の結晶性の影響を大きく受ける。しかしながら、上記のようにして製造されたエピタキシャルウェーハによる素子の発光輝度がどの程度のものになるかは、熱拡散によりｐ型不純物の拡散を行なってｐ−ｎ接合を形成し、実際に輝度を測定してみなければわからないという問題がある。もとより、素子化工程の後、輝度測定して始めて良否が判明するというのは、もし不良との結果が出た場合に、エピタキシャル成長工程、ｐ型不純物拡散工程、さらには素子化工程の全てが水泡に帰することを意味し、損失は計り知れないものがある。
【０００６】
なかでも、素子化工程については、電極形成、ダイシング及び封入など工数も多く付加価値性が高いため、不良の選別は、少なくともこの素子化工程の前に行なうことができると、無駄が少なく経済的である。そこで、従来、メサ輝度とよばれる、本格的な素子化を必要としない簡便な輝度測定方法が、知られている（特開昭５１−１４４１８５号公報）。これは、図２（ａ）に示すように、ｐ−ｎ接合が形成されたエピタキシャルウェーハＷの主表面に円筒形の砥石を用いて円形の溝Ｇを穿ち、次いで（ｂ）に示すように、該ウェーハを導電性ゴム等で形成された通電パッド上に配置する。そして、（ｃ）に示すように、ｐ型層の表面に通電用の針状のプローブを当て、通電パッドとの間で順方向電流を流すと、ｐ−ｎ接合部にて発光するので、上記の溝Ｇに輝度検出部を挿入する形で輝度（メサ輝度）を測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記メサ輝度の測定による場合でも、ｐ型不純物の熱拡散工程は行なわなければならない。一般に、Ｚｎをｐ型不純物として用いる場合、必要なｐ型層厚さが得られるまでに要する拡散処理工程は実に３日前後にも及び、不良判定の結果、該工程が無駄になることの影響は相変わらず大きい。
【０００８】
また、メサ輝度測定は、ウェーハに溝を穿つ破壊試験であるから、試験に用いたウェーハは当然、発光素子の製造に使用することができないし、また、抜き取り試験が前提となるので良否判定はウェーハのロット単位でなされ、不良ロット判定による経済的な損失は極めて深刻である。
【０００９】
本発明の課題は、発光素子を始めとする電子デバイス用の半導体ウェーハの、輝度等の電気的特性の良否を、非破壊により簡便に判定することができる半導体ウェーハの測定方法と、それを用いた発光素子の製造方法とを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体ウェーハの測定方法の第一は、
半導体ウェーハの電気的特性を測定する一方、該半導体ウェーハの主表面に、半導体結晶格子により回折現象を起こしうる一定波長の入射線ビームを入射させたときの、半導体単結晶からの特定結晶面に由来する回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と前記電気的特性との回折線／特性関係を決定するとともに、評価対象となる半導体ウェーハに対し前記入射線ビームを入射させて前記回折線の測定を行ない、その測定結果と前記回折線／特性関係とに基づいて、当該評価対象となる半導体ウェーハの電気的特性を推定する方法であって、
前記回折線／特性関係における前記回折線の測定情報として、前記入射線ビームの前記半導体単結晶への入射角度と、回折線強度との関係を示す回折プロファイルを測定したときの、その回折プロファイルに表れる前記特定結晶面に由来する回折線強度ピークの測定情報が使用され、
前記特定結晶面として、前記回折プロファイルを測定したときの最強の回折線強度ピークを示すものが使用され、
前記半導体ウェーハは単結晶又は混晶であって、該半導体ウェーハを粉末化した試料を用いて前記入射線ビームによる回折プロファイルを測定したときの、該回折プロファイルに表れる最強の回折線強度ピークに対応する面指数が、前記主表面の面指数と一致するものであり、該面指数の結晶面が前記特定結晶面として採用されるとともに、
前記半導体ウェーハは発光素子製造用の化合物半導体ウェーハであり、前記電気的特性は、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度であり、
前記化合物半導体ウェーハは、発光層部が形成前又は形成途中のものであることを特徴とする。
また、本発明の半導体ウェーハの測定方法の第二は、半導体ウェーハの電気的特性を測定する一方、該半導体ウェーハの主表面に、半導体結晶格子により回折現象を起こしうる一定波長の入射線ビームを入射させたときの、半導体単結晶からの特定結晶面に由来する回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と前記電気的特性との回折線／特性関係を決定するとともに、評価対象となる半導体ウェーハに対し前記入射線ビームを入射させて前記回折線の測定を行ない、その測定結果と前記回折線／特性関係とに基づいて、当該評価対象となる半導体ウェーハの電気的特性を推定する方法であって、
前記半導体ウェーハは発光素子製造用の化合物半導体ウェーハであり、前記電気的特性は、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度であり、
前記化合物半導体ウェーハは、発光層部が形成前又は形成途中のものであることを特徴とする。
【００１１】
なお、推定対象となる半導体ウェーハの電気的特性の種別は特に限定されないし、また、該半導体ウェーハを用いて製造されたデバイスの電気的特性であって、かつ、使用される半導体ウェーハの性状により影響を受けるものも、広義に該半導体ウェーハの電気的特性として採用可能である。具体例としては、後述の発光素子の輝度が挙げられる。
【００１２】
上記本発明の半導体ウェーハの測定方法によると、材質が同じで結晶性の異なる半導体ウェーハにつき、着目している電気的特性の測定を行なう一方、同じ半導体ウェーハの主表面に上記のような一定波長の入射線ビームを入射させて回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と半導体電気的特性との関係（回折線／特性関係）を求めておく。そして、実製品となるべき半導体ウェーハについては回折線の測定のみを行なって、その結果を、すでに求めてある回折線／特性関係と照合することにより、その半導体ウェーハの電気的特性を、実際に測定することなく推定することができる。
【００１３】
その結果、以下のような効果が達成される。
▲１▼電気的特性の測定方法が、その半導体ウェーハを用いて実際にデバイスを作製して測定しているものであったり、あるいは半導体ウェーハの状態にて測定が可能であっても、それが破壊試験となるような場合、実際に電気的特性を行なう必要がなくなるので、不良に相当する半導体ウェーハに、デバイス化に必要な工程を無駄に施したり、あるいは破壊検査のために被測定品が製品に適用できなくなるといった無駄を効果的に削減することができる。
▲２▼回折線の測定自体が非破壊試験であるから全数試験が可能であり、抜き取り試験のようなロットアウトによる大量損失も回避できる（無論、本発明においても抜き取り試験を採用することは可能であり、▲１▼の効果は達成される）。
【００１４】
入射線ビームは、半導体結晶格子により回折現象を起こしうるものであればどのようなものを用いてもよく、例えばＸ線ビーム、中性子線ビーム、電子線ビーム、ガンマ線ビーム等を使用できるが、線源を安価にかつ簡便に構成でき、かつ、ほとんどの半導体材料に普遍的に適用できるという点で、Ｘ線ビームを用いることが望ましい。
【００１５】
回折線／特性関係における回折線の測定情報としては、入射線ビームの半導体単結晶への入射角度と、回折線強度との関係を示す回折プロファイルを測定したときの、その回折プロファイルに表れる特定結晶面に由来する回折線強度ピークの測定情報を使用することができる。この方法によると、回折プロファイルをディフラクトメータ等の既存の装置により簡単に測定できる。
【００１６】
また、上記回折プロファイルに現われる回折線強度ピークを用いることで、回折線の測定情報を定量化しやすくなり、回折線／特性関係の信頼性も高めることができる。回折線の測定情報は、具体的には、回折線強度ピークの幅、ピーク高さ、ピーク面積及びピーク角度位置の少なくともいずれかを反映した数値パラメータにより表すことができるが、他の数値パラメータを用いてもよい。他方、より簡便な方法として、回折線の測定情報を、予め固定的に定められた入射角度位置に対応する回折線強度により表わすことも可能である。
【００１７】
また、測定に使用する特定結晶面の回折線としては、上記の回折プロファイルを測定したときに、最強の回折線強度ピークを示すものを使用することが、測定精度、ひいては電気的特性の推定精度を高める観点において望ましい。また、ビーム源の構成は比較的簡略で採用しやすいが、通常のビーム強度では半導体試料に対する浸透深さをそれほど大きくできないような入射線ビーム、例えばＸ線や電子線などを使用する場合は、以下のような半導体ウェーハを使用することが望ましい。すなわち、半導体ウェーハが単結晶又は混晶であって、該半導体ウェーハを粉末化した試料を用いて入射線ビームによる回折プロファイルを測定したときの、該回折プロファイルに表れる最強の回折線強度ピーク（以下、主要回折ピークという）に対応する面指数が、主表面の面指数と一致したものを使用する。これは、つまるところ、主要回折ピークを与える結晶面が、主表面と略平行となっているウェーハを用いることを意味し、ウェーハ表層付近からの回折のみであっても、比較的大きな回折線強度ピークが得られるので、測定精度を高める上で好適である。この場合、主要回折ピークを与える面指数の結晶面が前記の特定結晶面として採用されることを意味する。
【００１８】
半導体ウェーハは発光素子製造用の化合物半導体ウェーハとすることができる。この場合、電気的特性は、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度とすることができる。また、本発明の発光素子の製造方法は、発光素子製造用の化合物半導体ウェーハの輝度を測定する一方、該化合物半導体ウェーハの主表面に、半導体結晶格子により回折現象を起こしうる一定波長の入射線ビームを入射させたときの、半導体単結晶からの特定結晶面に由来する回折線の測定を行ない、該回折線の測定情報と前記輝度との関係を示す回折線／特性関係を決定するとともに、
評価対象となる発光素子製造用の化合物半導体ウェーハの素子化工程の前に、当該化合物半導体ウェーハ前記入射線ビームを入射させて前記回折線の測定を行ない、その測定結果と前記回折線／特性関係とに基づいて、該化合物半導体ウェーハを用いて製造される発光素子の輝度を推定するとともに、その推定結果に基づいて、該化合物半導体ウェーハを選別し、
該選別により棄却されなかった化合物半導体ウェーハに対してのみ、前記素子化工程として、該化合物半導体ウェーハへの電極形成とダイシングとを行なうとともに、
前記化合物半導体ウェーハの評価を、前記発光層部の形成工程の前又は途中にて行なうことを特徴とする。
【００１９】
これによると、メサ輝度のような破壊試験を用いることなく、輝度の観点から見たウェーハの良否判定ひいては選別を極めて簡単に行なうことができる。そして、化合物半導体ウェーハの評価は、発光層部を形成前又は形成途中に行なうことができる。これによると、不良判定時に、発光層部を完成させるための残余の工程を省略できるので能率的かつ経済的である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して説明する。ここでは、半導体ウェーハとして、発光素子製造用の化合物半導体ウェーハを例に取る。化合物半導体ウェーハは、例えば図１（ａ）に示すエピタキシャルウェーハ１であり、ＧａＰ（ＧａＡｓでもよい）単結晶基板４を含むものである。発光層部は、図１（ｂ）の８ｂ，８ｃの各層であり、各々、単結晶基板４の第一主表面上にエピタキシャル成長されるとともに、単結晶基板４側からｎ型層８ｂ及びｐ型層８ｃがこの順序にて積層されるＧａＡｓＰ混晶層である。以下に詳述する化合物半導体ウェーハの評価及び選別を除き、その製造工程は「従来の技術」の欄にて説明した通りであるので、詳細はここでは省略する。
【００２１】
またここでは、化合物半導体ウェーハを発光素子としたときの輝度を、推定すべき電気的特性として、Ｘ線回折を用いてエピタキシャルウェーハ１（化合物半導体ウェーハ）の評価及び選別を行なう。この評価は、ｐ型ＧａＡｓ1-a Ｐa層８ｃ（ｐ型層）を形成するためのＺｎ（ｐ型ドーパント）拡散工程よりも前に行なう。評価の結果、不良と選別されたウェーハについては、長時間にわたるＺｎ拡散工程をもはや施す必要がなくなり、無駄を省くことができる。なお、単結晶基板４の性状、例えば結晶性によっても得られる発光素子の輝度は影響を受けるので、図１（ａ）において、エピタキシャル層５〜８の成長前の段階、すなわちＧａＰ又はＧａＡｓの単結晶基板上にＧａＰ単結晶基板層、ＧａＡｓ単結晶層あるいはＧａＡｓＰ混晶層が少なくとも積層された段階で、単結晶基板４の評価を行ない、不適な単結晶基板４を排除してしまう方法も可能である。また、エピタキシャル層５〜８の形成を始めとするいくつかの工程について、各工程が終了する毎に評価を行なうこと、例えば、単結晶基板４の段階と、エピタキシャル層５〜８を形成し終わった段階（Ｚｎ拡散前）とのそれぞれについて評価を行なうことも可能である。以下は、エピタキシャル層５〜８の形成が終了したエピタキシャルウェーハ１を評価対象ウェーハとする場合にて、説明を代表させる。
【００２２】
評価を行なうには、例えば以下のようにする。まず、結晶性が異なると思われる種々のエピタキシャルウェーハ１を用意し、各々図２を用いてすでに説明した方法により、電気的特性としてのメサ輝度を測定する。次に、各エピタキシャルウェーハ１の、エピタキシャル層５〜８が形成されている主表面にＸ線ビームを入射することによりＸ線回折測定を行なう。
【００２３】
Ｘ線回折測定は、図３に示すような公知のディフラクトメータ（回折測定装置）を用いて行なうことができる。ウェーハＷは、ホルダに取り付けられるとともに、固定的に配置されたＸ線ビーム源からの入射線ビームが、ウェーハＷの第一主表面、すなわち、発光層部を形成するための、エピタキシャル層５〜８の形成側の主表面に所定の入射角度θにて入射されるようになっている。なお、Ｘ線ビーム源は、公知のＸ線管と、そのＸ線管から放出されるＸ線のスペクトルから、特定波長λを有する特性Ｘ線（蛍光Ｘ線ともいう）のみをＸ線ビームとして抽出するためのモノクロメータとを含む。
【００２４】
また、ウェーハＷからの回折線は、公知の計数管等にて構成された検出器により検出される。ウェーハＷを保持するホルダは、図示しない駆動部により一定角速度ωにて駆動され、位置固定のＸ線ビーム源からの入射線ビームの入射角度θが一定速度で変化する。他方、検出器は可動ベース上に取り付けられており、受けるべき回折線の入射線ビームの方向に対する角度が常に２θとなるように、ガイドに沿ってホルダと連動して移動するようになっている。これにより、ウェーハＷに対する入射線ビーム及び受けるべき回折線の角度が、常に互いに等しい値θを取るようになる。
【００２５】
回折線強度は、検出器による計数値により測定され、入射線ビームの入射角度θに対する回折線強度（一般には２θの値が用いられる）の分布を描画することにより、図４（ｂ）に示すような回折プロファイルが得られる。入射線が回折線強度ピーク（以下、単に回折ピークともいう）を形成するための条件は、図４（ａ）に示す通りである。すなわち、ある結晶面指数（ｈｋｌ）が回折ピークを生ずるための条件は、その結晶面の面間隔をｄｈｋｌ、入射線ビームの波長をλ、入射角度をθとして、
λ＝２ｄｈｋｌｓｉｎθ（Braggの回折条件）‥‥▲１▼
を満足する場合である。ただし、半導体の結晶構造毎に定まる構造因子の値が、消滅則により実質的にゼロとなってしまう指数の結晶面は、▲１▼の関係を満足していても強い回折は生じない。
【００２６】
多結晶もしくは粉末の化合物半導体に対して上記のような回折プロファイルを測定すると、構造因子がゼロとならない各結晶面に対応した、複数回折ピークが現われる。これは、種々の方位の結晶が入り混じっているために、各結晶面について、ビームの入射角度が▲１▼の関係を満たす角度θとなっている結晶粒を選ぶ形で回折が生ずるためである。しかし、本実施形態のように、一定の結晶方位を持った化合物半導体混晶（あるいは単結晶）からなるエピタキシャル層にＸ線を入射させた場合、Ｘ線浸透深さがそれほど大きくならないことから、図４（ｂ）に示すように、エピタキシャル層の主表面が、ある入射角度θＤにて▲１▼の関係を満足する面指数｛ｈｋｌ｝Ｄの結晶面（特定結晶面に相当する）となっている場合にのみ、回折プロファイルにてその角度θＤの位置に強い回折線強度ピークが現われることとなる。本実施形態では、多結晶もしくは粉末の化合物半導体にて最強の回折線強度ピーク（主要回折ピーク）を与える結晶面｛ｈｋｌ｝Ｄがエピタキシャル層の主表面と略平行となっているエピタキシャルウェーハを用いている。具体的には、エピタキシャル層はＧａＡｓＸＰ１−Ｘ混晶層であり、｛ｈｋｌ｝Ｄは｛４００｝面に相当する。
【００２７】
図５は、上記の回折ピークを拡大して示すものであり、回折線の測定状態を、この回折ピークの幅Ｗ（ここでは、一般的な半値幅を用いているが、必要であればピーク高さＩのどこに位置する幅を用いてもよい）、ピーク高さＩ（バックグラウンドからの高さとする）、ピーク面積Ｓ、あるいはピーク角度位置２θＩのいずれかを反映した数値パラメータ（以下、これらを総称する場合は、ピークプロファイルパラメータという）により表すことができる。例えば、図１０は、結晶性の相違する２つのウェーハの各｛４００｝面の回折ピークを示すものであるが、Ｗ、Ｉ、Ｓ及び２θＩの全てにおいて異なるものとなっている。具体的にいえば、結晶性が悪いウェーハＢのほうが、結晶性の良好なウェーハＡよりもブロードである。そして、図中には、それらウェーハのメサ輝度を図２に示す方法により測定した結果を示しているが、ウェーハＡの方が、明らかに高輝度となっていることがわかる。
【００２８】
図１１は、さらにいくつかのエピタキシャルウェーハについて、｛４００｝面のピーク半値幅とメサ輝度との測定を行ない、回折線／特性関係としてプロットした結果を示すが、ピーク半値幅が小さくなるほどメサ輝度は大きくなり、しかも両者の間には非常に明確な直線関係が成立していることがわかる。また、図１２はピーク角位置とメサ輝度との関係を、図１３はピーク高さとメサ輝度との関係を同様にプロットしたものである。半値幅ほどの直線性は有さないが良好な相関関係が見られ、回折線／特性関係として使用可能であることがわかる。
【００２９】
従って、図６に示すように、ピークプロファイルパラメータと輝度（メサ輝度）との関係を予め測定しておくことにより、以降は、輝度の未知なエピタキシャルウェーハについてピークプロファイルパラメータの測定のみを行ない、さらに、図６を一種の検量線として用いることにより、測定されたピークプロファイルパラメータに対応する輝度を読み取れば、実際に測定を行なわなくとも輝度の値を推定することができる。そして、例えば推定される輝度の値に範囲（例えば下限値）を定めておき、範囲外の輝度が推定されたものは不良として選別・除外し、発光素子を製造するための以降の工程には流さないようにすることができる。
【００３０】
なお、図７に示すように、いずれも強度ピーク位置がθＦであり、ピーク高さのみ異なるピークプロファイルＰ１とＰ２については、θＦにおいて、当然に異なる回折線強度ＩＡ，ＩＢを示すこととなり、ピーク形状のより鋭いピークプロファイルＰ１のほうが輝度は高い値を示す。一方、図１０に示すように、結晶性低下によりピーク位置がシフトし、シフト量が大きくなるほど輝度が低下する場合もあるが、そのようにピーク位置がシフトしたプロファイルＰ３についても、θＦにおける回折線強度ＩＣは低くなり、輝度の低下傾向と整合する。従って、より簡便な方法として、回折線の測定状態を、予め固定的に定められた入射角度位置θＦに対応する回折線強度Ｉにより表すことも可能である。この回折線強度Ｉが大きいほど、輝度は高い値になるものとして推定を行なう。
【００３１】
なお、ピークプロファイルパラメータの測定は、上記実施形態においては半導体ウェーハに対する入射線ビームの入射位置を固定して行なったが、同じ半導体ウェーハの主表面上において、位置を変えてピークプロファイルパラメータを測定し、その各測定位置近傍のウェーハ部分の輝度を個別に推定するようにしてもよい。これにより、１つの半導体ウェーハから製造される発光素子の、輝度のばらつきを知ることができ、例えばその程度が甚だしいものを不良として除外することができる。
【００３２】
また、さらに進んでは、図８（ａ）に示すように、Ｘ−Ｙテーブル上にウェーハＷを置き、Ｘ線ビーム源からのビームの入射位置を二次元的に走査しながらピークプロファイルパラメータの測定を行なうことも可能である。これにより、（ｂ）に示すように、ウェーハＷ上の各座標位置（ｘｉ，ｙｊ）（ｉ＝１，２，３‥；ｊ＝１，２，３‥）におけるピークプロファイルパラメータの値の分布（ひいては推定される輝度の値）を詳しく調べることができる。このような測定結果は、例えばコンピュータを用いた公知の画像処理により、図９（ａ）に示すようなマッピング画像として表示させることができる。これを見れば、ウェーハ中にてどの部分の輝度特性が良好であるかを一目で識別でき、また、その良好な部分を選択的に用いて発光素子を製造するといった、歩留まり向上等のためのきめ細かい工夫を行なうことも可能となる。また、マッピング画像は、ダイシング後の各発光素子チップ領域に区分して出力すればより便利であるし、図９（ｂ）に示すように、例えば発光素子チップ領域毎に、ピークプロファイルパラメータあるいは輝度の値による良否判定を行なわせ、その判定結果を各領域に表示させれば、どの領域の部分が発光素子チップとして利用可能であるかを、一目で判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＡｓＰ発光素子を製造するためのエピタキシャルウェーハの一例を、製造工程とともに示す模式図。
【図２】発光素子製造用のエピタキシャルウェーハにおけるメサ輝度の測定方法を示す説明図。
【図３】本発明の半導体ウェーハの測定方法に使用するＸ線ディフラクトメータの概念を示す模式図。
【図４】Ｘ線回折の原理と、得られる回折プロファイルとを模式的に示す図。
【図５】回折プロファイルに現われる回折線強度ピークを、ピークプロファイルパラメータの設定例とともに示す模式図。
【図６】回折線／特性関係としての、ピークプロファイルパラメータと輝度との関係を模式的に示す図。
【図７】特定値に固定された角度での回折線強度を、ピークプロファイルパラメータとして用いる例を示す説明図。
【図８】ウェーハ主表面上にて入射線ビームを二次元的に走査しながらピークプロファイルパラメータを測定する例を示す説明図。
【図９】図８のピークプロファイルパラメータを二次元マッピングする例を示す説明図。
【図１０】結晶性の相違する２つのＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの｛４００｝面の回折ピークを示すプロファイル。
【図１１】ＧａＡｓＰエピタキシャルウェーハの｛４００｝面の回折ピーク半値幅と、メサ輝度との関係を示すグラフ。
【図１２】同じく｛４００｝面ピーク角位置とメサ輝度との関係を示すグラフ。
【図１３】同じく｛４００｝面ピーク高さとメサ輝度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１  エピタキシャルウェーハ（化合物半導体ウェーハ）
８ｂ，８ｃ  ＧａＡｓ1-a Ｐa層（発光層部）
【図１】
0003772342.tif 000002
【図２】
0003772342.tif 000003
【図３】
0003772342.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003772342.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003772342.tif 000008
【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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