JP3898463B2 - 半導体光素子の測定方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光素子の測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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体光素子の作製・測定の工程を素子として、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１２３、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Ｆｅ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。
【０００３】
その後、図２に示すように、分割された表面電極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。
【０００４】
そこで、半導体レーザの測定時には、図３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。
【０００５】
このとき、１つのバー試料内では、受光素子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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来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。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
また、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、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）
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体光素子の発明において、半導体ウエハ基板上に作製され、第三の半導体光素子に隣接するが第二の半導体光素子からの発光を受光できない第四の半導体光素子の電極に第四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、第二の半導体光素子の変調特性を前記第三および第四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。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２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。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３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。
【００１９】
また、請求項５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）
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５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さらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明の半導体光素子の測定方法は、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。
【００２２】
この方法によれば、素子の電極に接触させ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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実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２１１，２２１には、半導体レーザに適した構造が用いられる。
【００２４】
第一の半導体レーザ２１の表面電極２１５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２１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２１８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。
【００２５】
活性層に光２５が入射すると、光励起によって活性層２２１内にキャリア（ホール２３と電子２４）が生成される。このとき、第二の測定用ニードル２２７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２２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。
【００２６】
したがって、第二の半導体レーザ２２に流れる光電流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。
【００２７】
同様にして、受光素子（フォトダイオード）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。
【００２８】
上述した測定方法において、次のような補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Ｉｃ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。
【００２９】
そこで、第一の素子２１から第二の素子２２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。
【００３０】
次に、上述したように、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。
【００３１】
そこで、この時に、第三の測定用ニードル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。
【００３２】
次に、本発明の測定方法を半導体光変調器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。
【００３３】
光変調器の特性の測定方法において、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。
【００３４】
このように、第二の素子の変調特性を第三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。
【００３５】
[実施例１]
図８は、第一の実施例に用いる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。
【００３６】
符号３００は、ｎ−ＩｎＰ基板、３０１は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（ＩｎＰ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。
【００３７】
図９〜図１２は、第一の実施例における半導体レーザの作製・評価工程を説明する図である。ＩｎＰ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ＩｎＰ電流狭窄層４２５で埋め込む。
【００３８】
このようにして図９に示すような半導体レーザ構造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)）。
【００３９】
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４６１，４７１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。
【００４０】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、第一の実施例に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。
【００４１】
次に、測定用ニードル５６により半導体レーザ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））。
【００４２】
このようにして、半導体レーザ５１からの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。
【００４３】
同様の動作を、測定用ニードル５６をレーザ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５６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））。
【００４４】
図１５は、第一の実施例の測定により得ら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。
【００４５】
[実施例２]
図１６は、第二の実施例に用いる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.Kato et 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。
【００４６】
符号７００はｎ−ＩｎＰ基板、７０１はｎ−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−ＩｎＰクラッド層、７１３，７２３はｐ−ＩｎＧａＡｓ（ＩｎＰ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ＩｎＰ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）、ＩｎＧａＡｓ三元混晶（層厚５００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層（組成波長１．３μｍ、層厚６００ｎｍ）からなる。
【００４７】
第一の実施例と同様に、第一の素子７１の発光（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。
【００４８】
[実施例３]
図１７は、第三の実施例に用いる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。
【００４９】
符号８００はｎ−ＩｎＰ基板、８０１はｎ−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、８１４，８２４，８３４は酸化シリコン膜、８１５，８２５，８３５はＡｕＺｎＮｉのｐ型オーミック電極、８１６，８２６，８３６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。
【００５０】
活性層８１１，８２１，８３１は、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層（組成波長１．１μｍ、層厚１００ｎｍ）、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。
【００５１】
図１８は、第一の実施例に示した本発明の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９０２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。
【００５２】
次に、上述したように、第一の測定用ニードル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。
【００５３】
このように第三の素子９３を用いて補正することにより、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９０１，９０２，９０３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。
【００５４】
[実施例４]
図１９は、第四の実施例に用いる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。
【００５５】
符号１０００はｎ−ＩｎＰ基板、１００１はｎ−ＩｎＰバッファ層、１０１１，１０２１，１０３１は波長１．５５μｍに対する活性層、１０１２，１０２２，１０３２はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０１３，１０２３，１０３３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ＡｕＺｎＮｉのｐ型オーミック電極、１０１６，１０２６，１０３６は半絶縁性ＦｅドープＩｎＰ電流狭窄層、１００２はＡｕＧｅＮｉのｎ型オーミック電極を示す。
【００５６】
活性層１０１１，１０２１，１０３１は、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）、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層（組成波長１．１μｍ、層厚１００ｎｍ）からなる。
【００５７】
図２０は、第四の実施例において隣接す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１１３１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。
【００５８】
このとき、測定用ニードル１１０３により半導体光変調器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１１３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。
【００５９】
つまり、半導体光変調器１１１を発光素子、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１１４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。
【００６０】
同様の動作を、測定用ニードル１１０１を光変調器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。
【００６１】
[実施例５]
図２１は、第五の実施例を説明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５２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。
【００６２】
この問題を解決するための測定法を図２１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１２２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１２３に逆方向バイアスを印加する。
【００６３】
第一の実施例と同様の作用により、素子１２２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。
【００６４】
また、第五の実施例は、第二の実施例にお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。
【００６５】
図２２は、第一の実施例における半導体光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、１３４１，１３４２は電源、１３５０はＡ／Ｄコンバータ、１３６０は制御用パソコンである。
【００６６】
素子１３１１の特性の測定において、電源１３４１により測定用ニードル１３２１を通して素子１３１１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１３５０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。
【００６７】
次に、ウエハ１３１０面内における素子の自動測定のために、パソコン１３６０により駆動装置１３０２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１３１０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。
【００６８】
また、上述した自動測定は、素子１３１１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。
【００６９】
なお、本実施例では半導体発光素子として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、ＡｌＧａＮ、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。
【００７０】
また、埋め込み型の素子の場合で説明したが、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、１．５μｍ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ＩｎＧａＡｓＰ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。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その１）である。
【図２】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その２）である。
【図３】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その３）である。
【図４】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その４）である。
【図５】本発明における半導体発光素子の発光特性の測定方法を説明するための図（その１）である。
【図６】本発明における半導体発光素子の発光特性の測定方法を説明するための図（その２）である。
【図７】本発明における半導体発光素子の発光特性の測定方法を説明するための図（その３）である。
【図８】第一の実施例を説明するための図で、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。
【図９】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その１）である。
【図１０】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示図（その２）であるす。
【図１１】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示図（その３）であるす。
【図１２】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その４）である。
【図１３】第一の実施例に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、（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。
【図１４】第一の実施例の測定により得られた半導体レーザの電流−光出力特性を示す図である。
【図１５】第一の実施例の測定により得ら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。
【図１６】第二の実施例に用いる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フォトダイオードの構造を示す図である。
【図１７】第三の実施例に用いる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ある。
【図１８】第一の実施例に示した本発明の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。
【図１９】第四の実施例に用いる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ある。
【図２０】第四の実施例において隣接す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ある。
【図２１】第五の実施例を説明するための図である。
【図２２】第一の実施例における半導体光素子のウエハ面内分布の自動測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１１ ｎ−ＩｎＰ基板
１２ ｎ−ＩｎＰウエハ基板上に作製された半導体レーザ構造
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
９１１，９２１，９３１，９４１，９５１，９６１，９７１，９８１ 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（ＩｎＰ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ＩｎＰ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
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光素子の測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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体光素子の作製・測定の工程を素子として、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１２３、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Ｆｅ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。
【０００３】
その後、図２に示すように、分割された表面電極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。
【０００４】
そこで、半導体レーザの測定時には、図３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。
【０００５】
このとき、１つのバー試料内では、受光素子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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来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。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
また、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、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）
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体光素子の発明において、半導体ウエハ基板上に作製され、第三の半導体光素子に隣接するが第二の半導体光素子からの発光を受光できない第四の半導体光素子の電極に第四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、第二の半導体光素子の変調特性を前記第三および第四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。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２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。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３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。
【００１９】
また、請求項５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）
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５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さらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明の半導体光素子の測定方法は、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。
【００２２】
この方法によれば、素子の電極に接触させ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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実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２１１，２２１には、半導体レーザに適した構造が用いられる。
【００２４】
第一の半導体レーザ２１の表面電極２１５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２１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２１８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。
【００２５】
活性層に光２５が入射すると、光励起によって活性層２２１内にキャリア（ホール２３と電子２４）が生成される。このとき、第二の測定用ニードル２２７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２２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。
【００２６】
したがって、第二の半導体レーザ２２に流れる光電流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。
【００２７】
同様にして、受光素子（フォトダイオード）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。
【００２８】
上述した測定方法において、次のような補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Ｉｃ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。
【００２９】
そこで、第一の素子２１から第二の素子２２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。
【００３０】
次に、上述したように、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。
【００３１】
そこで、この時に、第三の測定用ニードル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。
【００３２】
次に、本発明の測定方法を半導体光変調器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。
【００３３】
光変調器の特性の測定方法において、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。
【００３４】
このように、第二の素子の変調特性を第三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。
【００３５】
[実施例１]
図８は、第一の実施例に用いる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。
【００３６】
符号３００は、ｎ−ＩｎＰ基板、３０１は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（ＩｎＰ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。
【００３７】
図９〜図１２は、第一の実施例における半導体レーザの作製・評価工程を説明する図である。ＩｎＰ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ＩｎＰ電流狭窄層４２５で埋め込む。
【００３８】
このようにして図９に示すような半導体レーザ構造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)）。
【００３９】
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４６１，４７１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。
【００４０】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、第一の実施例に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。
【００４１】
次に、測定用ニードル５６により半導体レーザ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））。
【００４２】
このようにして、半導体レーザ５１からの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。
【００４３】
同様の動作を、測定用ニードル５６をレーザ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５６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））。
【００４４】
図１５は、第一の実施例の測定により得ら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。
【００４５】
[実施例２]
図１６は、第二の実施例に用いる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.Kato et 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。
【００４６】
符号７００はｎ−ＩｎＰ基板、７０１はｎ−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−ＩｎＰクラッド層、７１３，７２３はｐ−ＩｎＧａＡｓ（ＩｎＰ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ＩｎＰ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）、ＩｎＧａＡｓ三元混晶（層厚５００ｎｍ）、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層（組成波長１．３μｍ、層厚６００ｎｍ）からなる。
【００４７】
第一の実施例と同様に、第一の素子７１の発光（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。
【００４８】
[実施例３]
図１７は、第三の実施例に用いる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。
【００４９】
符号８００はｎ−ＩｎＰ基板、８０１はｎ−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、８１４，８２４，８３４は酸化シリコン膜、８１５，８２５，８３５はＡｕＺｎＮｉのｐ型オーミック電極、８１６，８２６，８３６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。
【００５０】
活性層８１１，８２１，８３１は、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層（組成波長１．１μｍ、層厚１００ｎｍ）、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。
【００５１】
図１８は、第一の実施例に示した本発明の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９０２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。
【００５２】
次に、上述したように、第一の測定用ニードル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。
【００５３】
このように第三の素子９３を用いて補正することにより、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９０１，９０２，９０３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。
【００５４】
[実施例４]
図１９は、第四の実施例に用いる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。
【００５５】
符号１０００はｎ−ＩｎＰ基板、１００１はｎ−ＩｎＰバッファ層、１０１１，１０２１，１０３１は波長１．５５μｍに対する活性層、１０１２，１０２２，１０３２はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０１３，１０２３，１０３３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ＡｕＺｎＮｉのｐ型オーミック電極、１０１６，１０２６，１０３６は半絶縁性ＦｅドープＩｎＰ電流狭窄層、１００２はＡｕＧｅＮｉのｎ型オーミック電極を示す。
【００５６】
活性層１０１１，１０２１，１０３１は、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）、ＩｎＧａＡｓＰ四元混晶層（組成波長１．１μｍ、層厚１００ｎｍ）からなる。
【００５７】
図２０は、第四の実施例において隣接す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１１３１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。
【００５８】
このとき、測定用ニードル１１０３により半導体光変調器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１１３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。
【００５９】
つまり、半導体光変調器１１１を発光素子、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１１４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。
【００６０】
同様の動作を、測定用ニードル１１０１を光変調器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。
【００６１】
[実施例５]
図２１は、第五の実施例を説明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５２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。
【００６２】
この問題を解決するための測定法を図２１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１２２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１２３に逆方向バイアスを印加する。
【００６３】
第一の実施例と同様の作用により、素子１２２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。
【００６４】
また、第五の実施例は、第二の実施例にお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。
【００６５】
図２２は、第一の実施例における半導体光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、１３４１，１３４２は電源、１３５０はＡ／Ｄコンバータ、１３６０は制御用パソコンである。
【００６６】
素子１３１１の特性の測定において、電源１３４１により測定用ニードル１３２１を通して素子１３１１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１３５０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。
【００６７】
次に、ウエハ１３１０面内における素子の自動測定のために、パソコン１３６０により駆動装置１３０２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１３１０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。
【００６８】
また、上述した自動測定は、素子１３１１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。
【００６９】
なお、本実施例では半導体発光素子として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、ＡｌＧａＮ、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。
【００７０】
また、埋め込み型の素子の場合で説明したが、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、１．５μｍ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ＩｎＧａＡｓＰ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。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その１）である。
【図２】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その２）である。
【図３】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その３）である。
【図４】従来の半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その４）である。
【図５】本発明における半導体発光素子の発光特性の測定方法を説明するための図（その１）である。
【図６】本発明における半導体発光素子の発光特性の測定方法を説明するための図（その２）である。
【図７】本発明における半導体発光素子の発光特性の測定方法を説明するための図（その３）である。
【図８】第一の実施例を説明するための図で、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。
【図９】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その１）である。
【図１０】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示図（その２）であるす。
【図１１】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示図（その３）であるす。
【図１２】第一の実施例における半導体レーザの作製・測定工程を示す図（その４）である。
【図１３】第一の実施例に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、（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。
【図１４】第一の実施例の測定により得られた半導体レーザの電流−光出力特性を示す図である。
【図１５】第一の実施例の測定により得ら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。
【図１６】第二の実施例に用いる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フォトダイオードの構造を示す図である。
【図１７】第三の実施例に用いる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ある。
【図１８】第一の実施例に示した本発明の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。
【図１９】第四の実施例に用いる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ある。
【図２０】第四の実施例において隣接す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ある。
【図２１】第五の実施例を説明するための図である。
【図２２】第一の実施例における半導体光素子のウエハ面内分布の自動測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１１ ｎ−ＩｎＰ基板
１２ ｎ−ＩｎＰウエハ基板上に作製された半導体レーザ構造
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
９１１，９２１，９３１，９４１，９５１，９６１，９７１，９８１ 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（ＩｎＰ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ＩｎＰ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 (6)
- 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。
- 半導体ウエハ基板上に作製され、第三の半導体光素子に隣接するが第二の半導体光素子からの発光を受光できない第四の半導体光素子の電極に第四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、第二の半導体光素子の変調特性を前記第三および第四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請求項１に記載の半導体光素子の測定方法。
- 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または２に記載の半導体光素子の測定方法。
- 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３いずれかに記載の半導体光素子の測定方法。
- 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。
- 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さらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の半導体光素子の測定装置。
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