JP2003215039A - PHOTOLUMINESCENCE MEASURING APPARATUS AND Si FILTER - Google Patents
PHOTOLUMINESCENCE MEASURING APPARATUS AND Si FILTERInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、InPあ
るいはGaAsなどの基板上に形成されたダブルヘテロ
構造を持つ光素子用結晶において、1μm付近で発光す
るInGaAsP層や歪MQW層などの内部発光層を直接
励起し、そこからの発光スペクトルをできるだけ測定試
料の組成に近い短波長側まで、高感度に検出することが
できるフォトルミネッセンス測定装置装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal light emission such as an InGaAsP layer or a strained MQW layer that emits light in the vicinity of 1 μm in an optical element crystal having a double hetero structure formed on a substrate such as InP or GaAs. The present invention relates to a photoluminescence measuring device capable of directly exciting a layer and detecting an emission spectrum from the layer to a short wavelength side as close as possible to the composition of a measurement sample with high sensitivity.
【0002】また、該フォトルミネッセンス測定装置に
用いられるSiフィルターに関するものである。It also relates to a Si filter used in the photoluminescence measuring device.
【0003】[0003]
【従来の技術】InP基板上に成長された結晶の強励起
状態でのフォトルミネッセンス測定(PL)は波長1.
06μmで発振するYAGレーザを励起光源とするのが
一般的であった。特に長波長帯用の半導体レーザの結晶
では活性層がInP層で挟まれた、いわゆるダブルヘテ
ロ(DH)構造となっているために、InP層を通過し
て活性層を直接励起できるYAGレーザを用いたPLは
活性層の結晶品質を非破壊で、直接評価できる手段とし
て、非常に有効であった。強励起により、活性層で電流
注入に近いキャリアーの発生状態を作れるので、そこか
らの発光強度やPLスペクトルより、レーザ加工後のし
きい値や発振波長の予測が可能となる。結晶成長後のレ
ーザ作製プロセスが時間のかかる工程であることより、
この非破壊測定による検査はプロセスのロスを軽減でき
るので、工程の歩留まりをあげることに大いに寄与する
ものである。2. Description of the Related Art Photoluminescence measurement (PL) in a strongly excited state of a crystal grown on an InP substrate has a wavelength of 1.
A YAG laser that oscillates at 06 μm was generally used as the excitation light source. Particularly, in a crystal of a semiconductor laser for a long wavelength band, the active layer has a so-called double hetero (DH) structure in which the active layer is sandwiched by InP layers. Therefore, a YAG laser capable of directly exciting the active layer through the InP layer is used. The PL used was very effective as a means for directly evaluating the crystal quality of the active layer in a nondestructive manner. Since strong excitation can create a carrier generation state close to current injection in the active layer, it is possible to predict the threshold value and oscillation wavelength after laser processing from the emission intensity and PL spectrum from that state. Since the laser manufacturing process after crystal growth is a time-consuming step,
Since the inspection by the nondestructive measurement can reduce the process loss, it greatly contributes to increase the process yield.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
強励起のYAGを光源としたDH層のPL測定は長波長
帯半導体レーザ用結晶の評価には非常に有用であった。
しかしながら、従来の装置では励起波長とそれをカット
するためのフィルターとの兼ね合いから、1.1μmの
所に検出波長の限界があり、導波路組成など1.1μm
より短いところの発光特性は評価できない状況であっ
た。活性層、光信号制御層、及び光導波層の組成評価を
同時に行うことは将来の集積型光素子を開発する際に必
須の技術となってくる。そのための高性能な評価装置の
実現のためには解決しなければならない壁が多くある
が、本装置はそれらの課題を抜本的に解決する手段を提
供することを目的とするものである。As described above,
PL measurement of the DH layer using strongly excited YAG as a light source was very useful for evaluation of crystals for long wavelength band semiconductor lasers.
However, in the conventional device, there is a limit of the detection wavelength at 1.1 μm due to the balance between the excitation wavelength and the filter for cutting it, and the wavelength composition is 1.1 μm.
It was a situation where the light emission characteristics in the shorter part could not be evaluated. Simultaneous evaluation of the compositions of the active layer, the optical signal control layer, and the optical waveguide layer will be an indispensable technique for developing future integrated optical devices. Although there are many obstacles that must be solved to realize a high-performance evaluation device for this purpose, the present device aims to provide means for radically solving these problems.
【0005】特に、発光波長ピークが1.1μ以下にあ
るような試料からの発光スペクトルの観察をも可能たら
しめるフォトルミネッセンス測定装置及びそれに用いら
れるフィルターを提供することを目的とする。In particular, it is an object of the present invention to provide a photoluminescence measuring device and a filter used therefor, which makes it possible to observe an emission spectrum from a sample having an emission wavelength peak of 1.1 μ or less.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のフォトルミネッ
センス測定装置は、960nm以下の波長で発振するレ
ーザ光を試料に照射するためのレーザ光源と、該試料か
らの発光を受光するための受光器と、該試料と該受光器
との光路上に設けられた厚さが0.4mm以下のSiフ
ィルターと、を有することを特徴とする。A photoluminescence measuring apparatus according to the present invention comprises a laser light source for irradiating a sample with laser light oscillating at a wavelength of 960 nm or less, and a light receiver for receiving light emitted from the sample. And a Si filter having a thickness of 0.4 mm or less provided on the optical path between the sample and the light receiver.
【0007】本発明のフォトルミネッセンス測定用Si
フィルターは、Siからなり、厚さが0.4mm以下で
あることを特徴とする。Si for photoluminescence measurement of the present invention
The filter is made of Si and has a thickness of 0.4 mm or less.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】次に、実施例を挙げ、本発明をさ
らに具体的に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, the present invention will be described more specifically with reference to Examples.
【0009】図1は本発明の装置構成の概要を表した図
面である。1μmに発振波長を持つレーザ光源(例えば
半導体レーザ)1からの出力光は直接あるいは集光レン
ズを介して光ファイバー2に導かれる。光ファイバー2
から出たレーザ光はコリメータレンズ3を用いて平行化
され、ハーフミラー4を通過した後、集光レンズ5によ
り、図1のAに示すような(InP層11/発光層12
/InP基板13)構造(InP系)、あるいは図1の
Bに示すようなGaAs基板16上に形成された(Al
GaAs層15/発光層14/AlGaAs層15)構
造(GaAs系)よりなる試料(いわゆるDH構造より
なる試料)6の表面にスポットを結ぶように照射され
る。FIG. 1 is a diagram showing an outline of the apparatus configuration of the present invention. Output light from a laser light source (for example, semiconductor laser) 1 having an oscillation wavelength of 1 μm is guided to an optical fiber 2 directly or via a condenser lens. Optical fiber 2
The laser light emitted from the collimator lens 3 is collimated, passes through the half mirror 4, and then is condensed by the condenser lens 5 as shown in A of FIG. 1 (InP layer 11 / light emitting layer 12).
/ InP substrate 13) structure (InP system), or
It is formed on the GaAs substrate 16 as shown in B (Al
The GaAs layer 15 / light emitting layer 14 / AlGaAs layer 15) (GaAs type) sample (so-called DH structure sample) 6 is irradiated so as to form spots on the surface of the sample 6.
【0010】AとBの試料構成はInP系とGaAs系
が相互に入れかわってもよいが、Aタイプの場合の励起
波長はInP系が920〜960nmに、GaAs系が
870〜960nmに限定される。このようなレーザビ
ームの照射系を用いることにより、強いレーザ光出力を
保持しながら、スポット系を約1ミクロンまで絞り、試
料に照射することができる。The InP system and the GaAs system may be interchanged in the sample configurations of A and B, but the excitation wavelength in the case of the A type is limited to 920 to 960 nm for the InP system and 870 to 960 nm for the GaAs system. It By using such a laser beam irradiation system, it is possible to irradiate the sample while narrowing the spot system to about 1 micron while maintaining a strong laser beam output.
【0011】半導体レーザ1で発振させたレーザは、図
1のAの場合上部InP層11を通過し、発光層12
(通常はInGaAsP組成からなる)により吸収さ
れ、吸収されなかった残りはInP基板13を通過し
て、外部へ放出される。The laser oscillated by the semiconductor laser 1 passes through the upper InP layer 11 in the case of FIG.
The rest is absorbed by (usually of InGaAsP composition) and is not absorbed, and passes through the InP substrate 13 to be emitted to the outside.
【0012】図1のBの場合、端面に現れた発光層14
(例えば歪MQWからなる)にレーザが直接照射され
る。この場合、結晶組成に近い920〜960nmの強
いレーザ光は比較的内部まで侵入して大きな強度のPL
を生じる。In the case of FIG. 1B, the light emitting layer 14 appearing on the end face.
The laser is directly irradiated (made of, for example, strain MQW). In this case, the strong laser light of 920 to 960 nm, which is close to the crystal composition, penetrates into the inside relatively and has a high intensity of PL.
Cause
【0013】試料6の発光層で発生したフォトルミネッ
センス(PL)光はレーザ照射時に集光のために用いた
ものと同じレンズ5で集められ、ハーフミラー4により
光路を受光側に曲げられ、励起光をカットするためにS
iフィルター8を通過させた後、レンズ9により光ファ
イバー2’に導かれる。Siフィルターと励起波長の関
係については後ほど詳細に説明する。The photoluminescence (PL) light generated in the light emitting layer of the sample 6 is collected by the same lens 5 as that used for condensing at the time of laser irradiation, the optical path is bent to the light receiving side by the half mirror 4, and the light is excited. S to cut the light
After passing through the i-filter 8, it is guided to the optical fiber 2 ′ by the lens 9. The relationship between the Si filter and the excitation wavelength will be described in detail later.
【0014】ファイバーからの出力は光スペクトルアナ
ライザー等のスペクトル測定装置(受光器)10によ
り、試料からのPLスペクトルとして認識される。試料
6をパルスステージ7上にセットし、パソコン等を使っ
てステージを自動で動かしながら、同時にスペクトルも
自動で取り込むことにより、ピーク波長や半値幅などの
PL特性の試料面内分布を自動で測定することも可能で
あり、そのように自動化された装置が一般的である。The output from the fiber is recognized as a PL spectrum from the sample by a spectrum measuring device (light receiver) 10 such as an optical spectrum analyzer. The sample 6 is set on the pulse stage 7 and the stage is automatically moved using a personal computer, etc., and at the same time, the spectrum is also automatically acquired, so that the in-plane distribution of the PL characteristics such as the peak wavelength and the half width is automatically measured. It is also possible, and such an automated device is common.
【0015】なお、ファイバーから出たPL光を分光
後、高感度のマルチチャンネル型受光器で検出すること
により、特に多点測定においては大幅な測定時間の短縮
を図ることができる。It should be noted that by measuring the PL light emitted from the fiber by means of a highly sensitive multi-channel type photodetector after the light is dispersed, it is possible to greatly reduce the measuring time, especially in multipoint measurement.
【0016】(従来例及び参考例)図2と図3は本発明
の優位性を説明するために同じシステムを用いて、従来
のYAG励起でPLスペクトル測定した場合(図2:従
来例)と、980nmで発振する半導体レーザを用いて
測定した場合(図3:参考例)の結果である。いずれの
場合もスペクトルの正確な測定のためには励起光をカッ
トするためのSiフィルターの吸収特性(図4)が重要
なポイントになってくる。YAG励起において、PLス
ペクトルを励起光を完全にカットした状態で得ようとす
ると、厚さ20mmのSiが必要となる。それに対し
て、980nmのレーザ励起の場合、厚さ2mmで完全
に励起光がカットされる。Siの厚さは図4に示したよ
うにその吸収特性に敏感に反映される。ここで用いたS
iは両面が鏡面研磨されており、吸収端より長波長側で
の透過特性はほぼフラットとなっている。これは多層膜
のようなフィルターが干渉特性を持っているのと比較し
て、スペクトル補正が容易に行えるので、厚さの特性と
併せて、実用的に優位な特質である。(Conventional Example and Reference Example) FIGS. 2 and 3 show the case where PL spectra were measured by conventional YAG excitation using the same system to explain the superiority of the present invention (FIG. 2: Conventional example). , A result when measured using a semiconductor laser oscillating at 980 nm (FIG. 3: reference example). In either case, the absorption characteristic of the Si filter for cutting the excitation light (FIG. 4) is an important point for accurate spectrum measurement. In YAG excitation, in order to obtain a PL spectrum with excitation light completely cut off, Si having a thickness of 20 mm is required. On the other hand, in the case of 980 nm laser excitation, the excitation light is completely cut off with a thickness of 2 mm. The thickness of Si is sensitively reflected in its absorption characteristics as shown in FIG. S used here
Both sides of i are mirror-polished, and the transmission characteristics on the long wavelength side from the absorption edge are almost flat. This is a characteristic that is practically superior in combination with the characteristic of thickness because the spectrum can be easily corrected as compared with the case where a filter such as a multilayer film has an interference characteristic.
【0017】(実施例)図1のAの構成において、98
0nmよりもより短波長側の920〜960nmで発振
するレーザを励起光源として用い、厚さ0.4mmの両
面鏡面研磨されたSiをフィルターとしてスペクトル測
定を行うと、図5のような発光波長ピークが1.1μm
以下にあるような試料からの発光スペクトルの観察も容
易となる。図4より明らかように励起波長とSiフィル
ターの厚さは非常に限られた波長範囲でその特性を十分
発現できることがわかる。すなわち、励起波長920〜
960nmに対して、Siフィルターの厚さは0.1〜
0.4mmで非常に有効となる。波長特性と併せて、こ
れらのレーザからの高出力(100〜500mW励起)
特性を利用することにより、レーザ構造を有するDH結
晶のPL発光特性をデバイス特性の推定に反映させるこ
とができる。(Embodiment) In the configuration of A of FIG.
Using a laser oscillating at 920 to 960 nm, which is shorter than 0 nm, as an excitation light source, and performing a spectrum measurement with a 0.4-mm-thick double-sided mirror-polished Si filter, an emission wavelength peak as shown in FIG. Is 1.1 μm
It becomes easy to observe the emission spectrum from the sample as described below. As is clear from FIG. 4, the excitation wavelength and the thickness of the Si filter can sufficiently exhibit their characteristics in a very limited wavelength range. That is, the excitation wavelength 920 to 920
The thickness of the Si filter is 0.1 to 960 nm.
Very effective at 0.4 mm. High output from these lasers (100-500 mW excitation) combined with wavelength characteristics
By utilizing the characteristics, the PL emission characteristics of the DH crystal having the laser structure can be reflected in the estimation of the device characteristics.
【0018】例えば、PL強度とレーザの発振しきい値
は図6に示すようになる。すなわち、PL強度が強い程
結晶の質が良いためにしきい値は小さくなる。For example, the PL intensity and the laser oscillation threshold value are as shown in FIG. That is, the higher the PL intensity, the better the quality of the crystals, and the smaller the threshold value.
【0019】図1のBの構成においても同様の励起光源
とSiフィルターの組み合わせで図7に示したような1
μm付近のPLスペクトルを観察できる。Also in the configuration of FIG. 1B, the same combination of the excitation light source and the Si filter is used as shown in FIG.
The PL spectrum around μm can be observed.
【0020】非破壊評価(図1のAの場合)においては
InP系(InP/発光層/InP)DH結晶では92
0〜960nmの励起波長と0.1〜0.4mmのSi
フィルターを使用し、GaAs系(AlGaAs/発光
層/AlGaAs)DH結晶では870〜960mmL
D及び0.1〜0.4mmのSiフィルターを使用す
る。In the non-destructive evaluation (in the case of A in FIG. 1), InP-based (InP / light-emitting layer / InP) DH crystal was 92.
Excitation wavelength of 0-960 nm and Si of 0.1-0.4 mm
Using a filter, GaAs-based (AlGaAs / light-emitting layer / AlGaAs) DH crystal 870-960 mmL
Use a D and 0.1-0.4 mm Si filter.
【0021】なお、励起波長920nm以下であれば
0.1mmのSiフィルターを用いることができる。If the excitation wavelength is 920 nm or less, a 0.1 mm Si filter can be used.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明のフォトルミネッセンス測定装置
によれば、次のような効果が上げられる。According to the photoluminescence measuring device of the present invention, the following effects can be obtained.
【0023】これまで結晶評価が困難であった1.0〜
1.1μmで発光のピークを持つ、例えばInP上に形
成されたダブルヘテロ構造のフォトルミネッセンス評価
を行うことが可能となる。It has been difficult to evaluate crystals up to 1.0 to
It becomes possible to perform photoluminescence evaluation of a double hetero structure formed on InP, for example, which has an emission peak at 1.1 μm.
【0024】なお、受光器としてマルチチャンネル型受
光器を用いた場合には、特に多点測定においては大幅な
測定時間の短縮を図ることができる。When a multi-channel type photodetector is used as the photodetector, the measurement time can be greatly shortened, especially in multipoint measurement.
【0025】また、本発明装置は、試料として、発光波
長ピークが1.1μm以下にある試料(例えば、InP
/InGaAsP/InPやAlGaAs/歪MQW/
AlGaAsよりなるダブルへテ口構造を有する試料)
の測定に対して特に顕著な効果を発揮する。In addition, the device of the present invention uses a sample having an emission wavelength peak of 1.1 μm or less (for example, InP) as a sample.
/ InGaAsP / InP or AlGaAs / Strain MQW /
A sample having a double edge structure made of AlGaAs)
It has a particularly remarkable effect on the measurement of.
【0026】本発明のフォトルミネッセンス測定用Si
フィルターによれば、上記フォトルミネッセンス測定装
置を実現させることができる。Si for photoluminescence measurement of the present invention
According to the filter, the photoluminescence measuring device can be realized.
【0027】Siフィルターは、両面が鏡面研磨されて
おり、吸収端より長波長側での透過特性はフラットとす
ることによりスペクトル補正を容易に行うことが可能と
なる。Both sides of the Si filter are mirror-polished, and the transmission characteristics on the long wavelength side from the absorption edge are flat, whereby the spectrum can be easily corrected.
【0028】[0028]
【図1】実施例に係る装置構成の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a device configuration according to an embodiment.
【図2】YAG励起の1.55DH結晶のPLスペクト
ル図である。FIG. 2 is a PL spectrum diagram of a YAG-excited 1.55DH crystal.
【図3】980LD励起による1.55DH結晶のPL
スペクトル図である。FIG. 3 PL of 1.55 DH crystal excited by 980 LD
It is a spectrum figure.
【図4】種々の厚さのSi板フィルターの透過スペクト
ル図である。FIG. 4 is a transmission spectrum diagram of Si plate filters having various thicknesses.
【図5】950LD励起による1.08DHのPLスペ
クトル図である。FIG. 5 is a PL spectrum diagram of 1.08 DH by 950 LD excitation.
【図6】PL強度とLDしきい値との関係を示すグラフ
である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between PL intensity and LD threshold.
【図7】920LD励起による1μm帯歪MQW結晶の
PLスペクトル図である。FIG. 7 is a PL spectrum diagram of a 1 μm band strain MQW crystal excited by 920 LD.
1 半導体レーザ(レーザ光源)(920〜1000n
mで発振)
2、2’ 光ファイバー
3 レンズ
4 ハーフミラー
5 集光レンズ
6 試料
7 パルスステージ
8 Siフィルター
9 レンズ
10 光スペクトルアナライザーなどの発光スペクトル
測定装置(受光器)
11 InP層
12、14 発光層
13 InP基板
15 AlGaAs層
16 GaAs基板
A InP/発光層/InP構造
B AlGaAs/発光層/AlGaAs構造1 Semiconductor laser (laser light source) (920-1000n
2) 2'Optical fiber 3 Lens 4 Half mirror 5 Condenser lens 6 Sample 7 Pulse stage 8 Si filter 9 Lens 10 Optical emission spectrum measuring device (photodetector) such as optical spectrum analyzer 11 InP layer 12, 14 Light emitting layer 13 InP substrate 15 AlGaAs layer 16 GaAs substrate A InP / light emitting layer / InP structure B AlGaAs / light emitting layer / AlGaAs structure
Claims (7)
光を試料に照射するためのレーザ光源と、該試料からの
発光を受光するための受光器と、該試料と該受光器との
光路上に設けられた厚さが0.4mm以下のSiフィル
ターと、を有することを特徴とするフォトルミネッセン
ス測定装置。1. A laser light source for irradiating a sample with laser light oscillating at a wavelength of 960 nm or less, a light receiver for receiving light emitted from the sample, and an optical path between the sample and the light receiver. A photoluminescence measuring device, comprising: a Si filter having a thickness of 0.4 mm or less.
であることを特徴とする請求項1記載のフォトルミネッ
センス測定装置。2. The photoluminescence measuring device according to claim 1, wherein the photodetector is a multi-channel photodetector.
m以下にある試料であることを特徴とする請求項1又は
2記載のフォトルミネッセンス測定装置。3. The sample has an emission wavelength peak of 1.1 μm.
The photoluminescence measuring device according to claim 1, wherein the photoluminescence measuring device is a sample having a size of m or less.
りなるダブルへテ口構造を有する試料であること特徴と
する請求項1乃至3のいずれか1項記載のフォトルミネ
センス測定装置。4. The photoluminescence measuring device according to claim 1, wherein the sample is a sample having a double heterostructure consisting of InP / light emitting layer / InP.
MQW)/AlGaAs又はGaAs/発光層/GaA
sよりなるダブルへテ口構造の材料に発光層のみを励起
するように測定される試料であること特徴とする請求項
1乃至3のいずれか1項記載のフォトルミネセンス測定
装置。5. The sample is AlGaAs / light emitting layer (strain MQW) / AlGaAs or GaAs / light emitting layer / GaA.
4. The photoluminescence measuring device according to claim 1, wherein the sample is a sample having a double heterostructure consisting of s and is measured so as to excite only the light emitting layer.
あることを特徴とするフォトルミネッセンス測定用Si
フィルター。6. Si for photoluminescence measurement, which is made of Si and has a thickness of 0.4 mm or less.
filter.
されており、吸収端より長波長側での透過特性はフラッ
トとなっていることを特徴とする請求項6記載のフォト
ルミネッセンス測定用Siフィルター。7. The Si filter for photoluminescence measurement according to claim 6, wherein both surfaces of the Si filter are mirror-polished, and the transmission characteristics on the long wavelength side from the absorption edge are flat. .
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---|---|---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN100405042C (en) * | 2004-11-10 | 2008-07-23 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Method for nondestructively detecting direct linkage quality of indium phosphide and gallium arsenide base material |
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2002
- 2002-01-22 JP JP2002012981A patent/JP2003215039A/en active Pending
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