JP2002344055A - 半導体光素子の測定方法及びその装置 - Google Patents
半導体光素子の測定方法及びその装置Info
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Abstract
の状態で発光特性の測定を可能にすること。 【解決手段】 隣接する半導体光素子46,47の表面
電極462,472各々に測定用ニードル461,47
1を接触させて、第一の半導体レーザ46に順方向バイ
アスを印加して発光(発振)させ第二の半導体レーザ4
7に逆方向バイアスを印加して受光させることにより、
第一の半導体レーザ46の発光特性を第二の半導体レー
ザ47により測定する。このように、半導体レーザをバ
ー状態にへき開することなく、ウエハ上に半導体レーザ
が作製されたままの状態で、半導体レーザの発光特性の
測定ができる。
Description
定方法及びその装置に関し、より詳細には、半導体光素
子の測定における作業効率を向上させることにより半導
体光素子のコスト削減を可能にする半導体光素子の測定
方法及びその装置に関する。
を素子として、半導体レーザを例にあげて説明する。図
1〜図4は、従来の半導体レーザの作製・測定工程を示
す図で、InPウエハ基板11上にn−InPバッファ
層121、活性層122、p−InPクラッド層12
3、およびp−InGaAs(InPと格子整合)コン
タクト層124をエピタキシャル成長する。その後、フ
ォトリソグラフィーとエッチングより幅が2μm程度の
メサ構造aを加工し、そのメサ構造の両側を半絶縁性F
eドープInP電流狭窄層125で埋め込む。このよう
にして図1に示すような半導体レーザ構造12を形成す
る。
面電極142と、一体の裏面電極141を形成する。酸
化シリコン膜13は表面を保護するために形成する。従
来、半導体レーザの発光は、半導体レーザの端面から出
射される。このとき、半導体レーザの端面は平坦である
ことが要求されるため、通常、へき開によって形成され
る。へき開とは、(011)面に沿って結晶を割ること
である。これは、主に半導体レーザに用いられるせん亜
鉛鉱構造を有する化合物半導体が、(011)面で割れ
やすいことに起因する。したがって、へき開によって得
られる面は原子オーダで平坦であるため、半導体レーザ
の反射(出射)端面に適する。
に示すように、出射光を取り出すために半導体レーザを
バー状態15(出射端面が向かい合うように形成された
半導体レーザがアレイ状に配列した直方体)にへき開さ
れる。作製されたレーザの発光特性は、図4に示すよう
に、へき開により切り出されたバー状態の試料15の端
面(へき開面)から出射される発光17を受光素子16
により測定される。
子16を順次移動させることにより個々の半導体レーザ
の発光特性を測定する。この作業を、バーを交換して1
つずつ行うことになるので、ウエハ全体を測定するため
には多大な時間と労力を要する。
の半導体光素子の測定においては、半導体光素子をバー
状態にへき開することが必須であるため、その工程が増
えるとともに、測定の際にバーを順次交換して測定する
ために多大な労力と時間を要した。このことが半導体光
素子のコストの増加を招いた。
たもので、その目的とするところは、半導体発光素子を
バー状態にへき開することなく、ウエハ上に半導体発光
素子が作製されたままの状態で、半導体発光素子の発光
特性の測定が可能になり、容易に半導体発光素子の特性
の面内分布を自動的に測定できるようにした半導体光素
子の測定方法及びその装置を提供することにある。
的を達成するために、請求項1に記載の発明は、半導体
ウエハ基板上に作製された複数の半導体光素子の測定方
法において、前記半導体光素子の端面は、異方性ドライ
エッチングによりウエハ面に対して垂直に形成されたも
のであって、対向する端面を有する少なくとも2個の半
導体光素子の各電極にそれぞれ測定用ニードルを接触さ
せ、該半導体光素子のうち第一の半導体光素子の電極に
第一の測定用ニードルを接触させて順方向バイアスを印
加し、同時に第二の半導体光素子の電極に第二の測定用
ニードルを接触させて逆方向バイアスを印加することに
より、前記第一の半導体光素子の発光特性を前記第二の
半導体光素子の光電流によって測定することを特徴とす
る。(第1実施例)
に記載の発明において、前記第二の半導体光素子の受光
特性をその光電流によって測定することを特徴とする。
(第2実施例)
エハ基板上に作製された複数の半導体光素子の測定方法
において、前記半導体光素子の端面は、異方性ドライエ
ッチングによりウエハ面に対して垂直に形成されたもの
であって、光の伝播方向に並びそれぞれ対向する端面を
有する少なくとも3個の半導体光素子の各電極にそれぞ
れ測定用ニードルを接触させ、該半導体光素子のうち第
一の半導体光素子の電極に第一の測定用ニードルを接触
させて順方向バイアスを印加し、同時に第二の半導体光
素子の電極に第二の測定用ニードルを接触させて変調バ
イアスを印加し、第三の半導体光素子の電極に第三の測
定用ニードルを接触させて逆方向バイアスを印加するこ
とにより、第二の半導体光素子の変調特性を前記第三の
半導体光素子の光電流によって測定することを特徴とす
る。(第4実施例)
エハ基板上に作製された複数の半導体光素子の測定方法
において、前記半導体光素子の端面は、異方性ドライエ
ッチングによりウエハ面に対して垂直に形成されたもの
であって、対向する端面を有する第一および第二の半導
体光素子の各電極にそれぞれ測定用ニードルを接触さ
せ、該半導体光素子のうち第一の半導体光素子の電極に
第一の測定用ニードルを接触させて順方向バイアスを印
加し、同時に第二の半導体光素子の電極に第二の測定用
ニードルを接触させて逆方向バイアスを印加し、該第一
の半導体光素子に隣接するがその発光を受光できない第
三の半導体光素子の電極に第三の測定用ニードルを接触
させ順方向バイアスを印加することにより、第一の半導
体光素子の発光特性、あるいは第二の半導体光素子の受
光特性を互いの光電流によって測定することを特徴とす
る。(第3実施例)
エハ基板上に作製された複数の半導体光素子の測定方法
において、前記半導体光素子の端面は、異方性ドライエ
ッチングによりウエハ面に対して垂直に形成されたもの
であって、光の伝播方向に並びそれぞれ対向する端面を
有する少なくとも3個の半導体素子の各電極にそれぞれ
測定用ニードルを接触させ、該半導体素子のうち第一と
第三の半導体光素子の電極にはそれぞれ第一と第三の測
定用ニードルを接触させて逆方向バイアスを印加し、同
時に第二の半導体光素子の電極には第二の測定用ニード
ルを接触させて順方向バイアスを印加することにより、
第二の半導体光素子の発光特性を前記第一と第三の半導
体光素子の光電流によって測定することを特徴とする。
(第5実施例)
乃至5いずれかに記載の発明において、前記隣接する複
数個の半導体光素子の各電極に接触させた複数個の測定
用ニードルを自動的に順次移動させることにより、各々
の半導体光素子の特性を順次自動的に測定することを特
徴とする。
乃至5いずれかに記載の発明において、前記半導体ウエ
ハ基板が接地されていることを特徴とする。
エハ基板上に作製された複数の半導体光素子の測定装置
において、前記半導体ウエハ基板上に隣接して互いに端
面が対向するように配列された複数の半導体光素子と、
該複数の半導体光素子の各々の電極に接触される複数の
測定用ニードルと、該複数の測定用ニードルの各々接続
され、前記複数の半導体光素子にうち一方の半導体光素
子に順方向バイアスを印加するとともに、他方の半導体
光素子に逆方向バイアスを印加する印加手段とを備え、
前記一方の半導体光素子の発光特性を前記他方の半導体
光素子の光電流から測定することを特徴とする。(第1
実施例)
に記載の発明において、前記他方の半導体光素子の受光
特性をその光電流から測定することを特徴とする。(第
2実施例)
導体光素子と光結合しないように隣接して配列された補
正用の半導体光素子と、該補正用の半導体光素子に前記
他方の半導体光素子と同等の逆方向バイアスを印加する
印加手段と、前記他方の半導体光素子に流れる光電流か
ら前記補正用の半導体光素子に流れる光電流の差分から
他方の半導体光素子の光電流を測定する測定手段とを備
えたことを特徴とする。(第3実施例)
8に記載の発明において、前記半導体光素子として互い
に同一の光軸上に隣接して配列された第一、第二、第三
の半導体光素子と、該第二の半導体光素子に順方向バイ
アスを印加するとともに、前記第一及び第三の半導体光
素子に逆方向バイアスを印加する印加手段とを備え、前
記第一及び第三の半導体光素子の光電流から前記第二の
半導体光素子の発光特性を測定することを特徴とする。
(第5実施例)
ウエハ基板上に作製された複数の半導体光素子である半
導体光変調器の測定装置において、前記半導体ウエハ基
板上に隣接して互いに同一の光軸上に隣接して配列され
た第一、第二、第三の半導体光素子と、該複数の半導体
光素子の各々の電極に接触される複数の測定用ニードル
と、該複数の測定用ニードルの各々接続され、前記第一
の半導体光素子には順方向バイアスを印加するととも
に、前記変調特性を測定する第二の半導体光素子には変
調バイアスを印加し、第三に半導体光素子には逆バイア
スを印加する印加手段とを備え、前記第三の半導体光素
子に流れる変調電流から前記第二の半導体光素子の変調
特性を測定することを特徴とする。(第4実施例)
8乃至12いずれかに記載の発明において、前記複数の
半導体光素子に接続される複数の測定用ニードルを順次
移動させる移動手段を備え、前記半導体光素子の発光特
性又は変調特性を測定することを特徴とする。
法は、半導体光素子の作製において光が出射する端面を
異方性ドライエッチングによりウエハ面に垂直に形成
し、かつ、隣接する複数の半導体光素子のうち1個ある
いは複数個の素子の電極に測定用ニードルを接触させて
順方向バイアスを印加して発光させ、同時にその他の1
個あるいは複数個の素子の電極に測定用ニードルを接触
させて受光することにより、複数個の素子のうち1個の
素子の特性を測定することを特徴とする。
たそれぞれの測定用ニードルを自動的に順次移動させる
ことにより、自動的に順次各素子の特性を測定すること
が可能になる。すなわち、半導体発光素子をバー状態に
へき開することなく、ウエハ上に半導体発光素子が作製
されたままの状態で、半導体発光素子の発光特性の自動
測定が可能になり、容易に半導体発光素子の特性のウエ
ハ面内分布を自動的に測定できる。
施例について説明する。まず、本発明における半導体光
素子の特性の測定方法について、半導体発光素子である
n型基板上に作製された半導体レーザを例にあげて説明
する。図5は、本発明における半導体レーザの発光特性
の測定方法について説明するための図で、互いに隣接し
端面が対向する関係にある第一の半導体レーザ21と第
二の半導体レーザ22を示している。ここで、活性層2
11,221には、半導体レーザに適した構造が用いら
れる。
に第一の測定用ニードル217を接触させる。同時に、
第二の半導体レーザ22の表面電極225に第二の測定
用ニードル227を接触させる。次に、第一の測定用ニ
ードル217を用いて第一の半導体レーザ21に順方向
バイアスを印加する。このとき、第一の半導体レーザ2
1における表面電極215から裏面電極202の方向に
順方向電流218が流れ、活性層211に順方向電流2
18が注入される。この順方向電流218がしきい値電
流値に達すると第一の半導体レーザ21が発光して端面
216からレーザ光25が出射される。出射した光25
は、隣接する第二の半導体レーザ22の端面226から
第二の半導体レーザの活性層221に入射する。
って活性層221内にキャリア(ホール23と電子2
4)が生成される。このとき、第二の測定用ニードル2
27を用いて第二の半導体レーザ22に逆方向バイアス
を印加すると、第二の半導体レーザ22に光励起により
生成されたキャリアによる光電流(逆方向電流)228
が流れる。この光電流228は、第二の半導体レーザ2
2への入射光の強度、つまり、第一の半導体レーザ21
の出射光の強度(光出力)に比例する。
れる光電流228を測定することにより、第一の半導体
レーザ21の発光特性を測定することが可能になる。つ
まり、このとき、第二の半導体レーザ22は受光素子と
して振舞うことになる。この場合、第二の素子(レー
ザ)は、その構造が通常の受光素子の構造とは異なるた
め受光(測定)感度は最善ではないが、ウエハ面内にお
ける特性分布などの素子の初期特性を測定する上では十
分な感度を有する。
ド)の特性を測定することもできる。この場合、活性層
211,221には受光素子に適した構造が用いられ
る。半導体レーザの測定の場合と同様に、第一の素子の
発光(レーザ光)を第二の素子で受光して、第二の素子
の受光特性を測定する。この場合、第一の素子は、その
構造が通常の発光素子の構造とは異なるため発光出力は
最善ではないが、ウエハ面内における特性分布などの素
子の初期特性を測定する上では十分な発光出力を有す
る。
正操作を行うとさらに有用な測定法となる。すなわち、
第一の素子21に測定用ニードル217から注入された
電流218の一部が、第二の素子に流れ込み電流228
に影響を与える可能性がある。この場合、第二の素子に
より測定される電流は、電流228(I228)は入射
光25による光電流Ioだけでなく電流218の一部I
cをも含むため、Icの分だけ増加する。したがって、
第一の素子(レーザ)21の発光特性を第二の素子22
により正確に測定できない。
2へ流れ込む電流Ic分を補正する必要がある。そのた
めには、第一の素子に隣接するがその発光を受光できな
い位置にある第三の素子を用いる。図6は、本発明にお
ける測定における補正方法を説明するための図である。
本発明における半導体素子の発光特性の測定における補
正方法において、第一の素子21の表面電極215に第
一の測定用ニードル217を、第二の素子22の表面電
極225に第二の測定用ニードル227を、第三の素子
23の表面電極235に第三の測定用ニードル237を
接触させる。
ドル217を用いて第一の素子21に順方向バイアスを
印加し、第二の測定用ニードル227を用いて第二の素
子22に逆方向バイアスを印加すると、第一の素子21
のレーザ光により第二の素子22に光電流Ioが流れ
る。しかしながら、同時に、第一の素子21に流れる順
方向電流218の一部Icが第二の素子に流れ込む。
237を用いて第三の素子23に逆方向バイアスを印加
すると、第三の素子にも第二の素子に流れ込む電流Ic
と同等の電流Ic’が流れ込む。この第三の素子に流れ
るIc’(=Ic)を測定して第二の素子に流れる総電
流I228から差し引くことにより、第二の素子に流れ
る光電流Ioを求めることができ、第一の素子の特性を
正確に測定できるようになる。ここで第一の素子21と
第二の素子22の間の距離と第一の素子21と第三の素
子23の間の距離を同等にした方が測定の精度は向上す
る。
の特性の測定に応用する場合について説明する。図7
は、本発明の測定方法を応用して半導体光変調器の特性
を測定する方法を説明するための図である。互いに隣接
し、かつ、端面が対向する関係にある第一、第二、第三
の素子が示されている。この3個の素子は光の伝播方向
に並び同一の光軸上に配列されている。ここで、活性層
は半導体光変調器に適した構造が用いられる。
の素子21の表面電極215に第一の測定用ニードル2
17を、第二の素子22の表面電極225に第二の測定
用ニードル227を、第三の素子24を表面電極245
に第三の測定用ニードル247を接触させる。次に、第
一の測定用ニードル217を用いて第一の素子21に順
方向バイアスを印加し、第三の測定用ニードル247を
用いて第三の素子24に逆方向バイアスを印加する。こ
のとき、第二の素子に変調器を動作させる変調バイアス
を印加すれば、第一の素子からの発光(レーザ光)を第
二の素子により変調して、その変調光を第三の素子によ
り受光できる。
の素子により測定できる。この場合、第一、第三の素子
は、その構造が通常の発光素子、受光素子の構造とは異
なるために最善ではないが、ウエハ面内における特性分
布などの素子の初期特性を測定する上では十分な発光出
力および受光感度を有する。
n−InPウエハ基板上に作製された隣接する半導体レ
ーザの構造を示す図で、この2つの半導体レーザはそれ
ぞれの端面が対向するように配列されている。すなわ
ち、半導体レーザ31の光軸上に半導体レーザ32があ
り、半導体レーザ31からの出射光は半導体レーザ32
に光学的に結合する配列となっている。
n−InPバッファ層、311,321は発光波長が
1.3μmである活性層、312,322はp−InP
クラッド層、313,323はp−InGaAs(In
Pと格子整合)コンタクト層、314,324は酸化シ
リコン膜、315,325はAuZnNiのp型オーミ
ック電極、316,326は半絶縁性FeドープInP
電流狭窄層、302はAuGeNiのn型オーミック電
極を示す。活性層311はInGaAsP四元混晶層
(組成波長1.1μm、層厚100nm)、6層のIn
GaAsP四元混晶量子井戸層(層厚6nm)、5層の
InGaAsP四元混晶障壁層(組成波長1.1μm、
層厚10nm)、InGaAsP四元混晶層(組成波長
1.1μm、層厚100nm)からなる。
導体レーザの作製・評価工程を説明する図である。In
Pウエハ基板41上にn−InPバッファ層421、活
性層422、n−InPクラッド層423、およびp−
InGaAs(InPと格子整合)コンタクト層424
をエピタキシャル成長する。その後、フォトリソグラフ
ィーとエッチングにより幅が2μm程度のメサ構造aを
加工し、そのメサ構造の両側を半絶縁性FeドープIn
P電流狭窄層425で埋め込む。
ーザ構造42を形成する。その後、図10に示すように
分割された表面電極442と一体の裏面電極441を形
成する。酸化シリコン膜43は表面を保護するために形
成する。次に、異方性エッチング(例えば、ドライエッ
チング)により素子間に溝45を形成するとともにレー
ザの端面を形成する(図11)。この際、異方性エッチ
ング(例えば、ドライエッチング)にはBrガスやクロ
ライト系、炭化水素系のガスを用いた反応性イオンビー
ムエッチングを用いることにより、ウエハ面に対して垂
直で、かつ平坦な端面を形成できる(参考文献:S.Oku
et al.,J.Electron.Mater.25pp.585-591(1996))。
極462,472各々に測定用ニードル461,471
を接触させて、第一の半導体レーザ46に順方向バイア
スを印加して発光(発振)させ第二の半導体レーザ47
に逆方向バイアスを印加して受光させることにより、第
一の半導体レーザ46の発光特性を第二の半導体レーザ
47により測定する(図12)。このように、半導体レ
ーザをバー状態にへき開することなく、ウエハ上に半導
体レーザが作製されたままの状態で、半導体レーザの発
光特性の測定ができる。
おいて隣接する半導体レーザの特性を自動的に測定する
方法を説明するための図で、まず、半導体レーザ51に
順方向バイアスを印加するために、測定用ニードル
(針)56を電極511に接触させる。同時に、半導体
レーザ52に逆方向バイアスを印加するために、測定用
ニードル(針)57を電極521に接触させる。
ーザ51に順方向バイアスを印加して順方向電流を注入
する。このとき、順方向バイアスを徐々に増加させて注
入電流を徐々に増加させる。この注入電流がしきい値電
流値に達すると半導体レーザ51が発光する。さらに注
入電流を注入すると、半導体レーザ51の発光強度が増
加する。同時に、測定用ニードル57により半導体レー
ザ52に逆方向バイアスを印加する。この逆方向バイア
スは通常一定値とする(図13(a))。
出射光を半導体レーザ52に受光させると、半導体レー
ザ52において光励起により発生したキャリアが光電流
として流れる。この光電流は半導体レーザ51の発光強
度に比例して変化する。つまり、半導体レーザ52を受
光素子として半導体レーザ51の発光特性を測定するこ
とができる。したがって、半導体レーザ51の注入電流
を横(x)軸、半導体レーザ52に発生する光電流を縦
(y)軸にプロットすることにより、図14に示すよう
に、半導体51の電流−光出力特性(I−L特性)を得
ることができる。
ザ52の電極521、測定用ニードル57をレーザ53
の電極531に移動させて行えば、レーザ53を受光素
子に用いてレーザ52の発光特性を測定することができ
る(図13(b))。同様の動作を、測定用ニードル5
6をレーザ53,54…、測定用ニードル57をレーザ
54,55…に順次自動的に移動させて行えば、自動的
に半導体レーザの特性のウエハ面内分布を測定すること
ができる(図13(c))。
れた半導体レーザの特性のウエハ面内分布を示す図であ
る。色の濃淡がしきい値電流の分布を表し、数値が相対
的な出力強度(最大を100とする)を表す。このよう
に、ウエハ面内の半導体レーザの特性を測定することが
できる。
るn−InPウエハ基板上に作製された隣接する半導体
導波型pinフォトダイオード構造を示す図である(参
考文献:K.Katoet al. IEEE Photon.Technol.Lett.Vol.
3(1991) p.473)。この2つの半導体導波型pinフォ
トダイオードは、それぞれの端面が対向するように配列
されている。すなわち、半導体導波型pinフォトダイ
オード71の光軸上に半導体導波型pinフォトダイオ
ード72があり、半導体導波型pinフォトダイオード
71からの出射光は半導体導波型pinフォトダイオー
ド72に光学的に結合する配列となっている。
−InPバッファ層、711,721は1.55μmを
受光する波長とする活性層、712,722はp−In
Pクラッド層、713,723はp−InGaAs(I
nPと格子整合)コンタクト層、714,724は酸化
シリコン膜、715,725はAuZnNiのp型オー
ミック電極、716,726は半絶縁性FeドープIn
P電流狭窄層、702はAuGeNiのn型オーミック
電極を示す。活性層711,721はInGaAsP四
元混晶層(組成波長1.3μm、層厚600nm)、I
nGaAs三元混晶(層厚500nm)、InGaAs
P四元混晶層(組成波長1.3μm、層厚600nm)
からなる。
発光(レーザ光)を第二の素子で受光して、第二の素子
72の受光特性を測定する。このとき、第一の素子71
に一定の電流を注入して発光させることが第一の実施例
と異なる。この場合、第一の素子の活性層711は、そ
の構造が通常の発光素子の構造とは異なるため発光出力
は最善ではないが、ウエハ面内における特性分布などの
素子の初期特性を測定する上では十分な発光出力を有す
る。さらに、第一の実施例と同様に、第一、第二の素子
に接触させた各々の測定用ニードルを自動的に移動させ
ることにより、半導体導波型pinフォトダイオードの
特性のウエハ面内における分布を自動的に測定すること
ができる。
るn−InPウエハ基板上に作製された隣接する半導体
レーザの構造を示す図で、この3つの半導体レーザのう
ち半導体レーザ81と82はそれぞれの端面が対向する
ように配列され、半導体レーザ83は隣接するがその発
光を受光できない位置に配列されている。すなわち、半
導体レーザ81の光軸上に半導体レーザ82があり、半
導体レーザ81からの出射光は半導体レーザ82に光学
的に結合する配列となっており、半導体レーザ83は半
導体レーザ81,82の光軸上に位置せず、半導体レー
ザ81からの出射光は半導体レーザ83に光学的に結合
しない配列となっている。
−InPバッファ層、811,821,831は発光波
長が1.3μmである活性層、812,822,832
はp−InPクラッド層、813,823,833はp
−InGaAs(InPと格子整合)コンタクト層、8
14,824,834は酸化シリコン膜、815,82
5,835はAuZnNiのp型オーミック電極、81
6,826,836は半絶縁性FeドープInP電流狭
窄層、802はAuGeNiのn型オーミック電極を示
す。
aAsP四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100
nm)、6層のInGaAsP四元混晶量子井戸層(層
厚6nm)、5層のInGaAsP四元混晶障壁層(組
成波長1.1μm、層厚10nm)、InGaAsP四
元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100nm)から
なる。
測定方法における補正方法である第三の実施例を説明す
るための図である。本発明における半導体素子の発光特
性の測定における補正方法において、第一の素子91の
表面電極911に第一の測定用ニードル901を、第二
の素子92の表面電極921に第二の測定用ニードル9
02を、第三の素子93の表面電極931に第三の測定
用ニードル903を接触させる。
ドル901を用いて第一の素子91に順方向バイアス、
第二の測定用ニードル902を用いて第二の素子92に
逆方向バイアス、第三の測定用ニードル903を用いて
第三の素子93に第二の素子92に印加した逆方向バイ
アスと同等の逆バイアスを印加する。このとき、第二の
素子92に流れる電流I92、第三の素子93に流れる
電流I93を測定した後、I92からI93を差し引い
た電流が、第一の素子91のレーザ光により第二の素子
99に流れる光電流Io(=I92−I93)となる。
ることにより、第一の素子91の発光特性を第二の素子
92を用いてより正確に測定できる。さらに、第一、第
二、第三の素子に接触させた各々の測定用ニードル90
1,902,903を自動的に順次移動させることによ
り、半導体レーザの特性のウエハ面内における分布を自
動的に正確に測定することができる。
るn−InPウエハ基板上に作製された隣接する半導体
光変調器の構造を示す図で、この3つの半導体光変調器
は光の伝播方向に並び同一の光軸上に配列されている。
すなわち、半導体光変調器101の光軸上に半導体光変
調器102,103があり、半導体光変調器101から
の出射光は半導体光変調器102に結合する配列になっ
ており、半導体光変調器102に変調されて出射された
変調器は半導体光変調器103に光学的に結合する配列
となっている。
はn−InPバッファ層、1011,1021,103
1は波長1.55μmに対する活性層、1012,10
22,1032はp−InPクラッド層、1013,1
023,1033はp−InGaAs(InPと格子整
合)コンタクト層、1014,1024,1034は酸
化シリコン膜、1015,1025,1035はAuZ
nNiのp型オーミック電極、1016,1026,1
036は半絶縁性FeドープInP電流狭窄層、100
2はAuGeNiのn型オーミック電極を示す。
InGaAsP四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚
100nm)、10層のInGaAs四元混晶量子井戸
層(層厚12nm)、9層のInAlAs三元混晶障壁
層(組成波長1.1μm、層厚7nm)、InGaAs
P四元混晶層(組成波長1.1μm、層厚100nm)
からなる。
半導体光変調器の特性を自動的に測定する方法を説明す
るための図で、まず、測定用ニードル(針)1101を
電極1111に、測定用ニードル(針)1102を電極
1121に、測定用ニードル(針)1103を電極11
31に接触させる。次に、測定用ニードル1101によ
り半導体光変調器111に一定の順方向バイアスを印加
して一定の順方向電流を注入して半導体光変調器111
を一定の発光強度で発振(発光)させる。同時に、測定
用ニードル1102により半導体光変調器112に高周
波バイアスを印加して半導体光変調器112を動作さ
せ、半導体光変調器111からの発光を変調する。
半導体光変調器113に逆方向バイアスを印加して、半
導体光変調器112からの変調光を半導体光変調器11
3に受光させると、半導体光変調器113において光励
起により発生したキャリアが変調電流として流れる。
子、半導体光変調器113を受光素子として半導体光変
調器112の変調特性を測定することができる。同様の
動作を、測定用ニードル1101を光変調器112の電
極1121、測定用ニードル1102を光変調器113
の電極1131、測定用ニードル1103を光変調器1
14の電極1141に移動させて行えば、半導体光変調
器112を発光素子、半導体光変調器114を受光素子
として半導体光変調器113の変調特性を測定すること
ができる。
光変調器113,114…、測定用ニードル1102を
光変調器114,115…、測定用ニードル1103を
光変調器115,116…に順次自動的に移動させて行
えば、自動的に半導体光変調器の特性のウエハ面内分布
を測定することができる。
するための図である。第五の実施例は第一の実施例にお
ける測定誤差を補正するためのものである。第一の実施
例において、図13(a)〜(c)に示すように、素子
52を発光させて素子53に受光させて素子52の発光
特性を測定する場合、素子52の発光特性が良好であっ
ても素子53の受光特性が劣化すると、あたかも素子5
2の特性が劣化しているような誤った測定結果が得られ
る可能性がある。
に示す。この場合には、光の伝播方向に並び、それぞれ
対向する端面をもつ3個の素子を用いる。すなわち、こ
の3個の素子は同一の光軸上に並び互いに光学的に結合
している。素子122の発光特性を測定する場合、素子
122の発光は素子123側(発光1224)だけでな
く素子121側(発光1223)にも出射する。したが
って、素子123だけでなく素子121も用いて素子1
22の発光特性を測定することにより上述のような測定
誤差が生じる可能性を低減することができる。この場
合、素子121,122,123それぞれに測定用ニー
ドル1201,1202,1203を接触させ、122
に順方向電流を注入するのと同時に、素子121と12
3に逆方向バイアスを印加する。
22の発光を素子121と素子123で受光してそれぞ
れの光電流を測定する。一般的に素子の受光特性が劣化
する場合、その素子に発生する光電流は著しく低減し、
増加することはほとんどない。したがって、上記の素子
121と素子123それぞれについて測定される光電流
を比較して、光電流量の多い方を正常な値として採用す
れば、受光用の素子の劣化による測定誤差を低減でき
る。
ける測定した場合素子121あるいは123を発光させ
て素子122の受光特性を測定する場合において、素子
121の発光を用いた場合の素子122の受光特性と素
子123の発光を用いた場合の素子122の受光特性を
比較することにより、素子121あるいは素子123の
発光特性の劣化により生じる素子122の受光特性の測
定誤差の低減に適用できる。
素子のウエハ面内分布の自動測定装置の構成図である。
符号1301は試料台、1302は試料台を自動で移動
させるための駆動装置、1310はウエハ、1311,
1312,1313は各素子、1321,1322は測
定用ニードル、1331,1332は測定用電流計、1
341,1342は電源、1350はA/Dコンバー
タ、1360は制御用パソコンである。
1341により測定用ニードル1321を通して素子1
311の順方向電流を注入する。この注入電流は電流計
1331により測定され、A/Dコンバータ1350を
通して、パソコン1360にデータとして記録される。
一方、電源1342により測定用ニードル1322を通
して素子1312に逆バイアスを印加する。このとき、
素子1311の発光により素子1312内に生じる光電
流は電流計1332により測定されA/Dコンバータ1
350を通して、パソコン1360にデータとして記録
される。同時にウエハ内での素子1311に位置は駆動
装置1302を通してパソコン1360にデータとして
記録される。
自動測定のために、パソコン1360により駆動装置1
302制御して試料台1301を自動的に移動させ、測
定用ニードル1321が素子1312、測定用ニードル
1322が素子1313に接するようにする。この後、
上述したように素子1312への注入電流、発光特性す
なわち素子1313に発生する光電流、素子1312の
位置をパソコン1360に記録する。以上をウエハ13
10面内において繰り返すことにより、ウエハ面内にお
ける素子特性の分布を測定することが可能になる。
を一定量の注入電流により一定の発光強度で発振させる
ことにより、第二の実施例への適用も可能である。ま
た、上述した自動測定は、測定用ニードルを3本、電流
計、電源を3台用いることにより、第三、第四、第五の
実施例への適用も可能である。
半導体レーザの場合で説明したが、発光ダイオードにつ
いても可能である。また、化合物半導体としてIII−
V族化合物半導体であるInP、InGaAsPの場合
で説明したが、その他のIII−V族化合物半導体であ
るGaAs、InGaAs、AlAs、AlGaAs、
AlInGaAs、AlGaInP、GaN、AlGa
N、GaInNAsなど、II−VI族化合物半導体で
あるZnS、CdSe、ZnSSeなどの場合でも可能
である。また、半絶縁性結晶を用いた埋め込み型素子の
場合で説明したが、pn接合を用いた埋め込み型素子に
ついても可能である。
が、リッジ型の素子についても可能である。また、本実
施例では1.3μm波長帯の場合で説明したが、1.5
μmなどの他の波長帯を有する素子構造についても可能
である。また、活性層には6層の井戸層と5層の障壁層
を有する多重量子井戸構造を用いたが井戸層数、障壁層
数に限りはなく、また多重量子構造をもたないダブルヘ
テロ構造(たとえば活性層が単一の組成のInGaAs
P四元混晶層からなるダブルヘテロ構造)を用いてもか
まわない。p型基板の場合でも、積層構造の伝導型をn
基板の場合に対して逆にすれば、本発明を適用できるこ
とは言うまでもない。
導体光素子の端面は、異方性ドライエッチングによりウ
エハ面に対して垂直に形成されたものであって、対向す
る端面を有する少なくとも2個の半導体光素子の各電極
にそれぞれ測定用ニードルを接触させ、半導体光素子の
うち第一の半導体光素子の電極に第一の測定用ニードル
を接触させて順方向バイアスを印加し、同時に第二の半
導体光素子の電極に第二の測定用ニードルを接触させて
逆方向バイアスを印加することにより、第一の半導体光
素子の発光特性を前記第二の半導体光素子の光電流によ
って測定するようにしたので、半導体発光素子をバー状
態にへき開することなく、ウエハ上に半導体発光素子が
作製されたままの状態で、半導体発光素子の発光特性の
測定が可能になり、容易に半導体発光素子の特性の面内
分布を自動的に測定できる。したがって、半導体レーザ
の測定の工程が簡略化されるため労力と時間を削減でき
る。このことが半導体発光素子のコストの低減を可能に
する。
(その1)である。
(その2)である。
(その3)である。
(その4)である。
定方法を説明するための図(その1)である。
定方法を説明するための図(その2)である。
定方法を説明するための図(その3)である。
た隣接する半導体レーザの構造を示す図である。
定工程を示す図(その1)である。
測定工程を示図(その2)であるす。
測定工程を示図(その3)であるす。
測定工程を示す図(その4)である。
の特性を自動的に測定する方法を説明するための図で、
(a)は第1の手順、(b)は第2の手順、(c)第3
の手順をそれぞれ示す図である。
ーザの電流−光出力特性を示す図である。
ーザの特性のウエハ面内分布を示す図である。
上に作製された隣接する半導体導波型pinフォトダイ
オードの構造を示す図である。
上に作製された隣接する半導体レーザの構造を示す図で
ある。
ける補正方法である第三の実施例を説明するための図で
ある。
上に作製された隣接する半導体光変調器の構造を示す図
である。
器の特性を自動的に測定する方法を説明するための図で
ある。
面内分布の自動測定装置の構成図である。
ザ構造 121 n−InPバッファ層 122 活性層 123 p−InPクラッド層 124 p−InGaAs(InPと格子整合)コンタ
クト層 125 半絶縁性FeドープInP電流狭窄層 13 酸化シリコン膜 141 AuGeNiのn型オーミック裏面電極 142 AuZnNiのp型オーミック表面電極 15 半導体レーザのバー 16 測定用受光装置 17 半導体レーザバーから出射されるレーザ光 18 半導体レーザバーに電流注入するための測定用ニ
ードル 19 試料ホルダー 200 n−InP基板 201 n−InPバッファ層 21,22 第一,第二の半導体レーザ 211,221 発光波長が1.3μmである活性層 212,222 n−InPクラッド層 213,223 p−InGaAs(InPと格子整
合)コンタクト層 214,224 酸化シリコン膜 215,225 AuZnNiのp型オーミック電極 216,226 半導体レーザの端面 217,227 半導体レーザに電流を注入するための
測定用ニードル 218 第一の半導体レーザに注入される順方向電流 228 光励起により第二の半導体レーザに生成される
光電流(逆方向電流) 202 AuGeNiのn型オーミック裏面電極 25 第一の半導体レーザのレーザ光 300 n−InP基板 301 n−InPバッファ層 311,321 発光波長が1.3μmである活性層 312,322 p−InPクラッド層 313,323 p−InGaAs(InPと格子整
合)コンタクト層 314,324 酸化シリコン膜 315,325 AuZnNiのp型オーミック電極 316,326 半絶縁性FeドープInP電流狭窄層 302 AuGeNiのn型オーミック裏面電極 41 n−InP基板 42 n−InPウエハ基板上に作製された半導体レー
ザ構造 421 n−InPバッファ層 422 活性層 423 p−InPクラッド層 424 p−InGaAs(InPと格子整合)コンタ
クト層 425 半絶縁性FeドープInP電流狭窄層 43 酸化シリコン膜 441 AuGeNiのn型オーミック裏面電極 442 AuZnNiのp型オーミック表面電極 45 隣接する半導体レーザ間にドライエッチングによ
り形成された溝 46,47 それぞれ隣接する第一、第二の半導体レー
ザ 461,471 半導体レーザに電流を注入するための
測定用ニードル 462,472 AuZnNiのp型オーミック表面電
極 463,473 酸化シリコン膜 48 AuGeNiのn型オーミック裏面電極 51,52,53,54,55 各々第一、第二、第
三、第四、第五のレーザ 511,521 測定用ニードル(針) 512,522 表面電極 700 n−InP基板 701 n−InPバッファ層 711,721 1.55μmを受光する波長とする活
性層 712,722 p−InPクラッド層 713,723 p−InGaAs(InPと格子整
合)コンタクト層 714,724 酸化シリコン膜 715,725 AuZnNiのp型オーミック電極 716,726 半絶縁性FeドープInP電流狭窄層 702 AuGeNiのn型オーミック電極 800 n−InP基板 801 n−InPバッファ層 811,821,831 発光波長が1.3μmである
活性層 812,822,832 p−InPクラッド層 813,823,833 p−InGaAs(InPと
格子整合)コンタクト層 814,824,834 酸化シリコン膜 815,825,835 AuZnNiのp型オーミッ
ク電極 816,826,836 半絶縁性FeドープInP電
流狭窄層 802 AuGeNiのn型オーミック電極 91,92,93,94,95,96,97,98 各
素子 911,921,931,941,951,961,9
71,981 各素子の表面電極 901,902,903 測定用ニードル 1000 n−InP基板 1001 n−InPバッファ層 1011,1021,1031 波長1.55μmに対
応する活性層 1012,1022,1032 p−InPクラッド層 1013,1023,1033 p−InGaAs(I
nPと格子整合)コンタクト層 1014,1024,1034 酸化シリコン膜 1015,1025,1035 AuZnNiのp型オ
ーミック電極 1016,1026,1036 半絶縁性FeドープI
nP電流狭窄層 1002 AuGeNiのn型オーミック電極 111,112,113,114 各半導体光変調器 1111,1121,1131,1141 各素子の表
面電極 1101,1102,1103 測定用ニードル 121,122,123,124 各半導体光変調器 1211,1221,1231,1241 各素子の表
面電極 1201,1202,1203 測定用ニードル 1223,1224 素子122の発光 1301 試料台 1302 試料台を自動で移動させるための駆動装置 1310 ウエハ 1311,1312,1313 各素子 1321,1322 測定用ニードル 1331,1332 測定用電流計 1341,1342 電源 1350 A/Dコンバータ 1360 制御用パソコン
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体ウエハ基板上に作製された複数の
半導体光素子の測定方法において、前記半導体光素子の
端面は、異方性ドライエッチングによりウエハ面に対し
て垂直に形成されたものであって、対向する端面を有す
る少なくとも2個の半導体光素子の各電極にそれぞれ測
定用ニードルを接触させ、該半導体光素子のうち第一の
半導体光素子の電極に第一の測定用ニードルを接触させ
て順方向バイアスを印加し、同時に第二の半導体光素子
の電極に第二の測定用ニードルを接触させて逆方向バイ
アスを印加することにより、前記第一の半導体光素子の
発光特性を前記第二の半導体光素子の光電流によって測
定することを特徴とする半導体光素子の測定方法。 - 【請求項2】 前記第二の半導体光素子の受光特性をそ
の光電流によって測定することを特徴とする請求項1に
記載の半導体光素子の測定方法。 - 【請求項3】 半導体ウエハ基板上に作製された複数の
半導体光素子の測定方法において、前記半導体光素子の
端面は、異方性ドライエッチングによりウエハ面に対し
て垂直に形成されたものであって、光の伝播方向に並び
それぞれ対向する端面を有する少なくとも3個の半導体
光素子の各電極にそれぞれ測定用ニードルを接触させ、
該半導体光素子のうち第一の半導体光素子の電極に第一
の測定用ニードルを接触させて順方向バイアスを印加
し、同時に第二の半導体光素子の電極に第二の測定用ニ
ードルを接触させて変調バイアスを印加し、第三の半導
体光素子の電極に第三の測定用ニードルを接触させて逆
方向バイアスを印加することにより、第二の半導体光素
子の変調特性を前記第三の半導体光素子の光電流によっ
て測定することを特徴とする半導体光素子の測定方法。 - 【請求項4】 半導体ウエハ基板上に作製された複数の
半導体光素子の測定方法において、前記半導体光素子の
端面は、異方性ドライエッチングによりウエハ面に対し
て垂直に形成されたものであって、対向する端面を有す
る第一および第二の半導体光素子の各電極にそれぞれ測
定用ニードルを接触させ、該半導体光素子のうち第一の
半導体光素子の電極に第一の測定用ニードルを接触させ
て順方向バイアスを印加し、同時に第二の半導体光素子
の電極に第二の測定用ニードルを接触させて逆方向バイ
アスを印加し、該第一の半導体光素子に隣接するがその
発光を受光できない第三の半導体光素子の電極に第三の
測定用ニードルを接触させ順方向バイアスを印加するこ
とにより、第一の半導体光素子の発光特性、あるいは第
二の半導体光素子の受光特性を互いの光電流によって測
定することを特徴とする半導体光素子の測定方法。 - 【請求項5】 半導体ウエハ基板上に作製された複数の
半導体光素子の測定方法において、前記半導体光素子の
端面は、異方性ドライエッチングによりウエハ面に対し
て垂直に形成されたものであって、光の伝播方向に並び
それぞれ対向する端面を有する少なくとも3個の半導体
素子の各電極にそれぞれ測定用ニードルを接触させ、該
半導体素子のうち第一と第三の半導体光素子の電極には
それぞれ第一と第三の測定用ニードルを接触させて逆方
向バイアスを印加し、同時に第二の半導体光素子の電極
には第二の測定用ニードルを接触させて順方向バイアス
を印加することにより、第二の半導体光素子の発光特性
を前記第一と第三の半導体光素子の光電流によって測定
することを特徴とする半導体光素子の測定方法。 - 【請求項6】 前記隣接する複数個の半導体光素子の各
電極に接触させた複数個の測定用ニードルを自動的に順
次移動させることにより、各々の半導体光素子の特性を
順次自動的に測定することを特徴とする請求項1乃至5
いずれかに記載の半導体光素子の測定方法。 - 【請求項7】 前記半導体ウエハ基板が接地されている
ことを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の半導
体光素子の測定方法。 - 【請求項8】 半導体ウエハ基板上に作製された複数の
半導体光素子の測定装置において、前記半導体ウエハ基
板上に隣接して互いに端面が対向するように配列された
複数の半導体光素子と、該複数の半導体光素子の各々の
電極に接触される複数の測定用ニードルと、該複数の測
定用ニードルの各々接続され、前記複数の半導体光素子
にうち一方の半導体光素子に順方向バイアスを印加する
とともに、他方の半導体光素子に逆方向バイアスを印加
する印加手段とを備え、前記一方の半導体光素子の発光
特性を前記他方の半導体光素子の光電流から測定するこ
とを特徴とする半導体光素子の測定装置。 - 【請求項9】 前記他方の半導体光素子の受光特性をそ
の光電流から測定することを特徴とする請求項8に記載
の半導体光素子の測定装置。 - 【請求項10】 前記半導体光素子と光結合しないよう
に隣接して配列された補正用の半導体光素子と、該補正
用の半導体光素子に前記他方の半導体光素子と同等の逆
方向バイアスを印加する印加手段と、前記他方の半導体
光素子に流れる光電流から前記補正用の半導体光素子に
流れる光電流の差分から他方の半導体光素子の光電流を
測定する測定手段とを備えたことを特徴とする請求項8
に記載の半導体光素子の測定装置。 - 【請求項11】 前記半導体光素子として互いに同一の
光軸上に隣接して配列された第一、第二、第三の半導体
光素子と、該第二の半導体光素子に順方向バイアスを印
加するとともに、前記第一及び第三の半導体光素子に逆
方向バイアスを印加する印加手段とを備え、前記第一及
び第三の半導体光素子の光電流から前記第二の半導体光
素子の発光特性を測定することを特徴とする請求項8に
記載の半導体光素子の測定装置。 - 【請求項12】 半導体ウエハ基板上に作製された複数
の半導体光素子である半導体光変調器の測定装置におい
て、前記半導体ウエハ基板上に隣接して互いに同一の光
軸上に隣接して配列された第一、第二、第三の半導体光
素子と、該複数の半導体光素子の各々の電極に接触され
る複数の測定用ニードルと、該複数の測定用ニードルの
各々接続され、前記第一の半導体光素子には順方向バイ
アスを印加するとともに、前記変調特性を測定する第二
の半導体光素子には変調バイアスを印加し、第三に半導
体光素子には逆バイアスを印加する印加手段とを備え、
前記第三の半導体光素子に流れる変調電流から前記第二
の半導体光素子の変調特性を測定することを特徴とする
半導体光素子の測定装置。 - 【請求項13】 前記複数の半導体光素子に接続される
複数の測定用ニードルを順次移動させる移動手段を備
え、前記半導体光素子の発光特性又は変調特性を測定す
ることを特徴とする請求項8乃至12いずれかに記載の
半導体光素子の測定装置。
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