JPH1022582A - 半導体レーザのフォトルミネッセンス測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ｐ型化合物半導体基板に形成した化合物半導
体活性層のフォトルミネッセンス波長をインラインで測
定可能なＰＬ測定方法を提供することである。 【解決手段】 この発明に係る半導体レーザのフォトル
ミネッセンス測定方法は、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１に結
晶成長されたＩｎＧａＡｓＰ活性層３に、エッチング面
を形成した後に該活性層３をレーザ光Ａによって励起し
て該活性層３から発するフォトルミネッセンス光Ｐの波
長を測定するようにしてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザの
フォトルミネッセンス測定方法に関し、特にｐ型化合物
半導体基板に結晶成長された化合物半導体活性層のフォ
トルミネッセンス（以下、「ＰＬ」とも呼ぶ。）波長を
インラインで測定することが可能な半導体レーザのフォ
トルミネッセンス測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】計算機間、あるいはボード間などの装置
間の信号を高速に接続しようとする光インターコネクト
技術は、将来の広帯域光通信システムにおいて重要であ
る。特に、多チャンネル化を可能とする送信用レーザダ
イオード（ＬＤ）アレイは、光インターコネクトを実現
するキーデバイスであり、盛んに研究開発が進められて
いる。

【０００３】図１２は、駆動素子としてバイポーラトラ
ンジスタが接続されたレーザアレイの回路図を示し、同
図(a) はｐ型半導体基板を用いた場合のレーザアレイを
示し、同図(b) はｎ型半導体基板を用いた場合のレーザ
アレイを示す。図１２(a) に示すレーザアレイは、ｐ型
半導体基板上に３つの導波路を形成したものである。こ
のレーザアレイは、ｐ型半導体基板上に結晶成長された
半導体層のうち、駆動素子が接続される半導体層の導電
型がｎ型となるので、駆動素子としては、エミッタ側が
ｎ型であるｎｐｎトランジスタが接続されることとな
る。

【０００４】図１２(b) に示すレーザアレイは、ｎ型半
導体基板上に３つの導波路を形成したものである。この
レーザアレイは、ｎ型半導体基板上に結晶成長された半
導体層のうち、駆動素子が接続される半導体層の導電型
がｐ型となるので、駆動素子としては、エミッタ側がｐ
型であるｐｎｐトランジスタが接続されることとなる。

【０００５】上記のレーザアレイの動作としては、いず
れのレーザについても、トランジスタからのエミッタ電
流によって半導体レーザのｐｎ接合間に電圧が印加され
ることによりレーザ発振する。

【０００６】一般に、ｎｐｎトランジスタは、電子によ
ってスイッチング動作するため、ホール（正孔）によっ
てスイッチング動作するｐｎｐトランジスタより、その
動作速度が速い。したがって、ｐ型半導体基板を用いた
レーザアレイの場合、高速動作にすぐれたｎｐｎトラン
ジスタで駆動回路を構成することができ、レーザアレイ
と駆動回路との整合性が良いという利点がある。

【０００７】つぎに、上記のレーザアレイに使用される
半導体レーザのフォトルミネッセンス光の波長の測定方
法について説明する。図９は、上記半導体レーザの層構
造を示す模式図であり、図１１は、半導体レーザのフォ
トルミネッセンス光の波長の測定装置を示す模式図であ
る。

【０００８】図１２(b) に示したｎ型半導体基板を用い
た半導体レーザは、図９に示すように、例えば、２φ
（インチ）のｎ型ＩｎＰ半導体基板１上に、ｎ型ＩｎＰ
クラッド層（キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，厚み２μ
ｍ）２，活性層（厚み０．１μｍ）３，ｐ型ＩｎＰクラ
ッド層（キャリア濃度１×１０¹⁸cm^-3，厚み０．７μ
ｍ）４，ＩｎＧａＡｓキャップ層（厚み０．１μｍ）
５，およびＩｎＰキャップ層（厚み０．１μｍ）６をＭ
ＯＣＶＤ法で順次結晶成長してなるものである。

【０００９】そして、このｎ型ＩｎＰ半導体基板１を用
いた半導体レーザのフォトルミネッセンスの波長を測定
するには、図１１に示すように、まず、上記各層を結晶
成長したウエハ（評価サンプル）３１の表面または裏面
に波長４８８ｎｍ，出力１００ｍＷのＡｒレーザ３０を
照射する。そうすると、活性層３が励起されてフォトル
ミネッセンス光が発生するので、このフォトルミネッセ
ンス光を分光器３２を通し、ついで、ＧｅＰＩＮダイオ
ード３３で検出することにより、フォトルミネッセンス
光の波長を測定できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一方、図１２(a) に示
したｐ型半導体基板を用いた半導体レーザは、図９に示
すように、例えば、２φ（インチ）のｐ型ＩｎＰ半導体
基板１上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層（キャリア濃度１×
１０¹⁸cm^-3，厚み２μｍ）２，ＩｎＧａＡｓＰ活性層
（厚み０．１μｍ）３，ｎ型ＩｎＰクラッド層（キャリ
ア濃度１×１０¹⁸cm^-3，厚み０．７μｍ）４，ＩｎＧａ
Ａｓキャップ層（厚み０．１μｍ）５，およびＩｎＰキ
ャップ層（厚み０．１μｍ）６をＭＯＣＶＤ法で順次結
晶成長してなるものである。

【００１１】ところで、このｐ型ＩｎＰ半導体基板１を
用いた半導体レーザの場合は、ｎ型ＩｎＰ半導体基板１
を用いた半導体レーザのようにＡｒレーザをウエハの表
面または裏面に照射しても、活性層３のフォトルミネッ
センス光が観測されない。したがって、ｐ型ＩｎＰ半導
体基板１を用いた半導体レーザのフォトルミネッセンス
光の波長は、図９の構造を成長する際、同時において成
長したｎ型ＩｎＰ半導体基板を用いたモニターをｐ型Ｉ
ｎＰ半導体基板によるレーザ作製工程と同じプロセスに
流し、該モニターのフォトルミネッセンス測定を行うこ
とにより予測するか、また、以下のようにウエハをへき
開して測定される。

【００１２】すなわち、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１を用い
た半導体レーザのフォトルミネッセンス測定としては、
図１０に示すように、まず、２φ（インチ）ウエハのｐ
型ＩｎＰ半導体基板１の一部（図１０において点線で示
す部分）をへき開で切り出し、幅２〜３mm，長さ２cmの
評価サンプル３１を作成する。そして、図１１に示すよ
うに、この評価サンプル３１のへき開面に、波長４８８
ｎｍ出力，１００ｍＷのＡｒレーザ３０を照射して活性
層３を励起する。そうすると、この活性層３からフォト
ルミネッセンス光が発生し、このフォトルミネッセンス
光を分光器３２を通し、ついで、ＧｅＰＩＮダイオード
３３で検出することにより、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１を
用いた半導体レーザのフォトルミネッセンス光の波長を
測定する。

【００１３】以上のような方法を用いて２φのｐ型Ｉｎ
Ｐ半導体基板１を破壊して活性層３のフォトルミネッセ
ンス光の波長を評価する場合、破壊したｐ型ＩｎＰ半導
体基板１は、その後のプロセスを流せない。そのため、
フォトルミネッセンス測定に使用したｐ型ＩｎＰ半導体
基板１は、デバイス作製に寄与しないばかりか、プロセ
スを流れている他のｐ型ＩｎＰ半導体基板１について
も、その活性層３のフォトルミネッセンス光の波長の測
定は、デバイス作製が完了してアセンブリテストを行っ
てレーザ発振させるまで測定することができないことと
なる。

【００１４】したがって、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１を使
用した半導体レーザのレーザ特性が仕様を満たすかどう
かは、ウエハプロセスのインラインで活性層３のフォト
ルミネッセンス光の波長を測定できないため、アセンブ
リテストを行ってレーザを動作させるまでレーザ特性が
わからず、その結果として、歩留り低下の原因となり、
ｐ型ＩｎＰ半導体基板を使用した半導体レーザを量産す
る上で大きな問題となっていた。

【００１５】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたものであり、ｐ型化合物半導体基板に形成し
た化合物半導体活性層のフォトルミネッセンス波長をイ
ンラインで測定することが可能な半導体レーザのフォト
ルミネッセンス測定方法を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体レ
ーザのフォトルミネッセンス測定方法は、ｐ型化合物半
導体基板上に結晶成長された化合物半導体よりなる活性
層にエッチング面を形成し、上記エッチング面を形成し
た活性層をレーザ光によって励起し、該活性層から発す
るフォトルミネッセンス光の波長を測定することを特徴
とするものである。

【００１７】また、この発明に係る半導体レーザのフォ
トルミネッセンス測定方法は、上記の半導体レーザのフ
ォトルミネッセンス測定方法において、上記エッチング
面を形成する活性層は、ストライプ形状に形成されてな
るものであることを特徴とするものである。

【００１８】さらに、この発明に係る半導体レーザのフ
ォトルミネッセンス測定方法は、上記の半導体レーザの
フォトルミネッセンス測定方法において、上記化合物半
導体よりなる活性層にエッチング面を形成する工程は、
ウエハ面内の所定箇所に、該エッチング面が形成された
活性層を、高密度に形成してテストエレメントグループ
（ＴＥＧ）領域を形成するものであることを特徴とする
ものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１におけ
る半導体レーザのフォトルミネッセンス測定方法が適用
される，ウエハプロセス中における各半導体層の断面図
を示す。

【００２０】図１において、１はｐ型ＩｎＰ半導体基
板、２は該ｐ型ＩｎＰ半導体基板１上に形成されたｐ型
ＩｎＰクラッド層、３は該ｐ型ＩｎＰクラッド層２上に
形成されたＩｎＧａＡｓＰ活性層、４は該ＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層３上に形成させたｎ型ＩｎＰクラッド層、５は
該ｎ型ＩｎＰクラッド層４上に形成されたＩｎＧａＡｓ
キャップ層、７は該ＩｎＧａＡｓキャップ層５上にスト
ライプ形状に形成されたＳｉＯ₂ マスクをそれぞれ示
し、ＩｎＧａＡｓキャップ層５，ｎ型ＩｎＰクラッド層
４，ＩｎＧａＡｓＰ活性層３，およびｐ型ＩｎＰクラッ
ド層２は、サイドエッチングされてメサストライプ形状
に形成されている。

【００２１】実施の形態１における半導体レーザのフォ
トルミネッセンス測定方法は、図１に示すように、ｐ型
ＩｎＰ半導体基板１上に結晶成長されたＩｎＧａＡｓＰ
活性層３に、メサストライプ形状のエッチング面を形成
した後に該活性層３をＡｒレーザ光Ａ（またはＡｒレー
ザ光Ｂ）によって励起して該活性層３から発するフォト
ルミネッセンス光Ｐの波長を測定するものである。すな
わち、この実施の形態１における半導体レーザのフォト
ルミネッセンス測定方法は、半導体レーザのウエハプロ
セス中のインラインで適用されるものであり、本実施の
形態１のフォトルミネッセンス測定方法を説明する前
に、まず、半導体レーザの製造方法について説明する。

【００２２】図２は、半導体レーザの製造工程における
半導体層の断面図を示す。図２において、図１と同一符
号は同一のものを示し、６はＩｎＧａＡｓキャップ層５
上に形成されたＩｎＰキャップ層、１１はｎ型ＩｎＰコ
ンタクト層を示し、また、８はｐ型ＩｎＰ層、９はｎ型
ＩｎＰ層、１０はｐ型ＩｎＰ層をそれぞれ示し、これら
ｐ型ＩｎＰ層８，ｎ型ＩｎＰ層９，およびｐ型ＩｎＰ層
１０は電流ブロック層を形成する。

【００２３】半導体レーザを製造するには、まず、図２
(a) に示すように、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１上にｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層２，ＩｎＧａＡｓＰ活性層３，ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層４，ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層５，ｎ型
ＩｎＰキャップ層６をＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）
により順次結晶成長する。そして、最表面のｎ型ＩｎＰ
キャップ層６を除去した後、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ
層５の表面に、（０１１）方向に幅８μｍのストライプ
状のＳｉＯ₂ マスク７をスパッタと写真製版技術を用い
て形成する。なお、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層５上に
ｎ型ＩｎＰキャップ層６を形成するようにしたのは、ｎ
型ＩｎＧａＡｓキャップ層５が空気中に放置されること
を防いで、ＳｉＯ₂ マスク７とｎ型ＩｎＧａＡｓキャッ
プ層５との界面の密着性をよくし、つぎに行われるエッ
チングの精度をよくするためである。

【００２４】つぎに、図２(b) に示すように、ＨＢｒ系
のエッチング液を用いてｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層
５，ｎ型ＩｎＰクラッド層４，ＩｎＧａＡｓＰ活性層
３，およびｐ型ＩｎＰクラッド層２をサイドエッチング
して、メサ高さ２．５μｍ，活性層幅約１．３μｍにな
るようにメサストライプを形成する。

【００２５】そして、図２(c) に示すように、ｐ型Ｉｎ
Ｐ埋め込み層８（キャリア濃度が８×１０¹⁷cm^-3，平坦
部の層厚０．５μｍ），ｎ型ＩｎＰ電流狭窄層９（キャ
リア濃度が７×１０¹⁸cm^-3，平坦部の層厚０．８μ
ｍ），ｐ型ＩｎＰ電流狭窄層１０（キャリア濃度が８×
１０¹⁷cm^-3，平坦部の層厚１．０μｍ）を２回目のＭＯ
ＣＶＤにより順次結晶成長する。

【００２６】最後に、図２(d) に示すように、ＳｉＯ₂
マスク７，およびｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層５をそれ
ぞれＨＦ溶液，および硝酸を用いて除去した後、ｎ型Ｉ
ｎＰコンタクト層１１（キャリア濃度が７×１０¹⁸c
m^-3，層厚１．５μｍ）をＭＯＣＶＤで結晶成長し、そ
して、図示していないが、該ｎ型ＩｎＰコンタクト層１
１上面にｎ側電極を、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１の裏面に
ｎ側電極をそれぞれ蒸着等により形成することにより、
半導体レーザが製造される。

【００２７】上記半導体レーザのＩｎＧａＡｓＰ活性層
３からは１．３μｍ帯のレーザ光を発振するものであ
り、以下に、該ＩｎＧａＡｓＰ活性層３の構造について
説明する。

【００２８】図３は、上記ＩｎＧａＡｓＰ活性層３の構
造を説明するための伝導帯のバンドギャップエネルギー
状態の模式図を示す。上記ＩｎＧａＡｓＰ活性層３は、
図３に示すように、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）に形成
されてなるものである。すなわち、このＩｎＧａＡｓＰ
活性層３は、２層のＩｎＧａＡｓＰガイド層３５間に、
５層のＩｎＧａＡｓＰ井戸層３６と４層のＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層３４とが形成されており、この４層のＩｎＧ
ａＡｓＰバリア層３４は、それぞれ５層のうち各隣接す
るＩｎＧａＡｓＰ井戸層３６間に形成されている。各層
の層厚は、バリア層３４が１５ｎｍ、ガイド層３５が６
０ｎｍ、井戸層３６が５ｎｍである。

【００２９】つぎに、上記ｐ型ＩｎＰ半導体基板を用い
た半導体レーザのフォトルミネッセンス測定について説
明する。ｐ型ＩｎＰ半導体基板１上にＩｎＧａＡｓＰ活
性層３を備えた半導体レーザは、図２(a) に示す構造に
おいて、Ａｒレーザをウエハの表面または裏面に照射し
ても、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３からのフォトルミネッセ
ンス光は観測されない。しかるに、本実施の形態１にお
ける半導体レーザのフォトルミネッセンス測定方法は、
ｐ型ＩｎＰ半導体基板１を用いた半導体レーザのフォト
ルミネッセンス測定をインラインで行うために、図２
(b) に示す構造のものを用いることとした。すなわち、
この半導体レーザのフォトルミネッセンス測定は、図１
に示すように、ＩｎＧａＡｓＰ活性層３にメサストライ
プ形状のエッチング面を形成した後にＳｉＯ₂ マスク７
の表面から波長４８８ｎｍで出力１００ｍＷのＡｒ（ア
ルゴン）レーザ光Ａを照射することにより、該ＩｎＧａ
ＡｓＰ活性層３から発するフォトルミネッセンス光Ｐの
波長を測定するようにしたものである。なお、フォトル
ミネッセンス光の測定系は、図１１に示すものと同じも
のが使用される。

【００３０】図４は、活性層３にメサストライプ形状の
エッチング面を形成した後の構造におけるフォトルミネ
ッセンス測定の結果を示したグラフである。図４におい
て、縦軸はフォトルミネッセンス光の光強度を示し、横
軸はフォトルミネッセンス光の波長を示す。

【００３１】図１に示すようなＩｎＧａＡｓＰ活性層３
にメサストライプ形状のエッチング面を形成した後にＳ
ｉＯ₂ マスク７の表面からＡｒ（アルゴン）レーザ光Ａ
を照射すると、図４に示すように、１３００ｎｍ（１．
３μｍ）付近にＰＬ強度のピークが観測されることがわ
かる。このことはｐ型ＩｎＰ半導体基板を用いた場合で
も、図２(b) に示すようなＩｎＧａＡｓＰ活性層３にメ
サストライプ形状のエッチング面を形成した後の構造を
有するものを用いることにより、インラインでフォトル
ミネッセンス光の波長を測定できることを示すものであ
る。このように、図２(a) に示すようなｐ型ＩｎＰ半導
体基板１に半導体層を結晶成長しただけのものではフォ
トルミネッセンス測定ができないのに対し、図２(b) に
示すようなＩｎＧａＡｓＰ活性層３にエッチング面を形
成した構造のものではフォトルミネッセンス測定ができ
るのは、この図２(b) の構造では、活性層３がサイドエ
ッチングにより有限長の幅をもつように形成された結
果、該活性層３をＡｒレーザで励起することにより、フ
ォトルミネッセンス光発生をさせることができるからで
ある。なお、図１に示すように、Ａｒレーザ光の入射角
度を、図１に示すＢの方向にずらして活性層３を直接励
起するようにすれば、フォトルミネッセンス光の光強度
をさらに強くすることができる。

【００３２】つぎに、上記活性層３にメサストライプ形
状のエッチング面を形成した構造におけるＰＬピーク強
度の，メサ上部の幅ｌ（図１参照）依存性について説明
する。図５は、メサ上部の幅ｌを約１〜５０μｍ変化さ
せたときのＰＬピーク強度を示したグラフである。図５
において、縦軸はＰＬピーク強度を示し、横軸はメサ上
部の幅を示す。

【００３３】ＰＬピーク強度のメサ上部の幅ｌ（図１参
照）依存性については、図５に示すように、メサ上部の
幅ｌが２〜４μｍのときに最大強度が得られることがわ
かる。したがって、ＰＬピーク強度を強くするために
は、半導体レーザの製造工程において、図２(b) に示す
ＳｉＯ₂ マスク７の幅を変えるか、又は図２(b) に示す
ようなメサストライプ形状にサイドエッチングするとき
のエッチング時間を調整して、メサ上部の幅ｌを２〜４
μｍとなるようにすればよい。

【００３４】以上のことより、実施の形態１における半
導体レーザのフォトルミネッセンス測定方法は、ｐ型Ｉ
ｎＰ半導体基板１に結晶成長されたＩｎＧａＡｓＰ活性
層３にメサストライプ形状のエッチング面を形成した後
に、該活性層３をＡｒレーザ光Ａ（またはＡｒレーザ光
Ｂ）によって励起して該活性層３から発するフォトルミ
ネッセンス光Ｐの波長を測定するようにしたので、今ま
で行ってきた半導体レーザの製造工程を変更することな
く、２回目のＭＯＣＶＤ成長をする前の構造（図２(b)
に示すもの）でフォトルミネッセンス測定をして活性層
３の波長を知ることができる。したがって、このように
インラインでフォトルミネッセンス測定を行うことによ
り、レーザ特性が目標の仕様を満たすかどうかの検査を
インラインで行えるため、半導体レーザの波長に関する
歩留りを上げることができる。また、測定したい個所の
メサ上部の幅ｌを、通常１．０μｍ程度にするところを
２〜４μｍに広げておくことにより、フォトルミネッセ
ンス測定を行いやすくすることができる。

【００３５】なお、上記実施の形態１では活性層３の波
長が１．３μｍ帯のものを用いたが、本発明のフォトル
ミネッセンス測定方法は、活性層波長が１．５μｍ帯で
あっても、また、活性層３上に回折格子が形成されたも
のであっても、これを適用することが可能である。

【００３６】また、上記実施の形態１では活性層３に形
成したエッチング面は、メサストライプ形状に形成され
たものであるが、垂直形状やドット形状などその他種々
のエッチング面を有する形状に形成されたものであって
もよい。

【００３７】実施の形態２．図６は、実施の形態２にお
ける半導体レーザのフォトルミネッセンス測定方法にお
ける，ＴＥＧ領域を形成したウエハの平面図を示し、図
７は、図６に示したＴＥＧ領域の断面図を示す。図６に
おいて、１はｐ型ＩｎＰ半導体基板、１５は該ｐ型Ｉｎ
Ｐ半導体基板１上に形成されたデバイス作製領域、１６
は活性層波長測定用のＴＥＧ領域をそれぞれ示す。

【００３８】この発明に係る実施の形態２における半導
体レーザのフォトルミネッセンス測定方法は、図１に示
すような層構造を備え、図６に示すように、ｐ型ＩｎＰ
半導体基板１のウエハ面内に、メサストライプ形状のエ
ッチング面が形成された活性層３を、高密度に形成し
て、複数のＴＥＧ領域１６が形成されてなり、該ＴＥＧ
領域１６にＡｒレーザを照射することにより該ＴＥＧ領
域１６に形成された活性層３を励起し、該活性層３から
発するフォトルミネッセンス光の波長を測定するもので
ある。

【００３９】上記デバイス作製領域１５は、円盤状のｐ
型ＩｎＰ半導体基板１に長方形形状に２ヵ所形成されて
いる。このデバイス作製領域１５は、図２(b) に示すメ
サストライプが３００μｍピッチで形成されている。一
方、上記ＴＥＧ領域１６は、１ｍｍ幅の帯状にｐ型Ｉｎ
Ｐ半導体基板１の中央に形成された領域と、５ｍｍ角の
大きさでｐ型ＩｎＰ半導体基板１の周囲に４ヵ所形成さ
れた領域とからなる。このＴＥＧ領域１６は、図７に示
すように、デバイス作製領域１５とは異なり、図２(b)
に示した構造のメサストライプ間隔Ｗが５０μｍピッチ
で形成されている。

【００４０】上記実施の形態１では図２(b) に示した構
造を用いて活性層３のフォトルミネッセンス波長をイン
ラインで測定できることを説明したが、メサストライプ
の１本１本を測定するのは、Ａｒレーザ光をメサストラ
イプ上に確実に当てる必要があり、このようにメサスト
ライプの１本１本を測定することは、インラインでフォ
トルミネッセンス波長を評価することを考えると効率的
でない。

【００４１】しかるに、実施の形態２における半導体レ
ーザのフォトルミネッセンス測定方法によれば、ＴＥＧ
領域１６は、メサストライプ間隔Ｗを５０μｍピッチに
して、メサストライプ形状のエッチング面が形成された
活性層３が高密度に形成されてなるので、Ａｒレーザ光
のスポットサイズが数百μｍ程度であることから、活性
層３のフォトルミネッセンス波長測定時には複数本のメ
サストライプにおける活性層３を同時に励起して、フォ
トルミネッセンス強度を強くすることができ、しかも、
Ａｒレーザ光のスポット内に少なくとも１本のメサスト
ライプが入るので、測定点の位置決め精度は、ストライ
プ１本を測定する時よりも格段にゆるくなり、いわゆる
カセット−トゥ−カセットでフォトルミネッセンス光の
波長を自動測定することが可能となる。また、ＴＥＧ領
域１６は、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１のウエハ面内の所定
箇所に複数形成されてなるので、基板面内のフォトルミ
ネッセンス波長を知ることができ、フォトルミネッセン
ス波長の基板面内分布を測定することができる。

【００４２】つぎに、図８は、図６に示したｐ型ＩｎＰ
半導体基板１よりなるウエハ中心から取り出したレーザ
の発振波長と、インラインでウエハ中心部をフォトルミ
ネッセンス測定して得られたフォトルミネッセンスピー
ク波長との相関図を示す。図８において、例えば、点Ｐ
１は、インラインでのウエハ中心におけるフォトルミネ
ッセンス波長が１２９０ｎｍであった場合、同じ部分の
アセンブリ後のレーザの発振波長が１３０１ｎｍであっ
たことを示す。このようにして複数のサンプルについて
フォトルミネッセンス測定を行って相関関係を調べたと
ころ、同じＰＬピーク波長の場合、レーザの発振波長の
ばらつきは斜線ａと斜線ｂの範囲に収まることが分か
る。このばらつきＷは、レーザ波長にして約３ｎｍと非
常に少ない。したがって、ｐ型ＩｎＰ半導体基板を用い
たある種のレーザ波長を有する半導体レーザに関して、
図８に示すような相関関係を予め調べておくことによ
り、インラインでフォトルミネッセンス測定した際に目
標とする仕様のレーザ波長を発振可能な半導体レーザが
得られるか否かをインラインで検査することができ、歩
留りを向上することができる。

【００４３】なお、上記実施の形態２において、図７に
示すように、ＴＥＧ領域のメサ幅間隔Ｗを５０μｍとす
る場合について示したが、この間隔Ｗは、ＴＥＧ領域１
６に照射するレーザのスポットサイズより狭い範囲で適
宜変更することが可能である。

【００４４】実施の形態３．実施の形態３における半導
体レーザのフォトルミネッセンス測定方法は、図１に示
す構造において、レーザ光源として、レーザの波長が
１．０８μｍ（１０８０ｎｍ）であるＹＡＧレーザを用
い、ｐ型ＩｎＰ半導体基板１の裏面側からレーザ光を照
射して活性層３を励起し、該活性層３のフォトルミネッ
センス測定をするようにしたものである。

【００４５】上記実施の形態１，２では、波長４８８ｎ
ｍのＡｒレーザ光を用いてメサストライプの上部から活
性層３を励起してフォトルミネッセンス測定を行ってい
た。これはｐ型ＩｎＰ半導体基板１，およびｐ型ＩｎＰ
クラッド層２のＩｎＰ層のバンドギャップは波長に直す
と９２０ｎｍに相当し、この９２０ｎｍより短い波長の
Ａｒレーザ光（波長４８８ｎｍ）をｐ型ＩｎＰ半導体基
板１（厚さ３５０μｍ）の裏面側から入射すると、該Ｉ
ｎＰ層１，２で多くの光吸収をうけて、活性層３にＡｒ
レーザ光がとどかず、該活性層３を励起するに至らない
ためである。

【００４６】しかるに、この実施の形態３における半導
体レーザのフォトルミネッセンス測定方法は、レーザ光
源として、ＩｎＰ層１，２のバンドギャップの波長９２
０ｎｍより長い波長の光であるＹＡＧレーザ（波長１０
８０ｎｍ）を用いるので、ＹＡＧレーザ光はＩｎＰ層
１，２に光吸収されることなく通り、活性層３を励起す
ることが可能である。したがって、実施の形態３におけ
る半導体レーザのフォトルミネッセンス測定方法によれ
ば、ＩｎＰ層１，２（バンドギャップの波長９２０ｎ
ｍ）による吸収をうけず、かつ活性層３を励起すること
のできるレーザ光源であるＹＡＧレーザ（レーザ光の波
長が１０８０ｎｍ）を用いることにより、ｐ型ＩｎＰ半
導体基板１の裏面側からＹＡＧレーザ光を入射して活性
層３のフォトルミネッセンス測定を行うことが可能であ
る。

【００４７】

【発明の効果】この発明に係る半導体レーザのフォトル
ミネッセンス測定方法によれば、ｐ型化合物半導体基板
上に結晶成長された化合物半導体よりなる活性層にエッ
チング面を形成し、上記エッチング面を形成した活性層
をレーザ光によって励起し、該活性層から発するフォト
ルミネッセンス光の波長を測定するものであり、これに
より、従来から行ってきた半導体レーザの製造工程を変
更することなく、２回目のＭＯＣＶＤ成長する前の構造
でフォトルミネッセンス測定して活性層の波長を知るこ
とができ、このようにインラインでフォトルミネッセン
ス測定を行うことによりレーザ特性が目標の仕様を満た
すかどうかの検査をインラインで行えるため、半導体レ
ーザの波長に関する歩留りを上げることができるという
効果がある。

【００４８】また、この発明に係る半導体レーザのフォ
トルミネッセンス測定方法によれば、上記の半導体レー
ザのフォトルミネッセンス測定方法において、上記エッ
チング面を形成する活性層は、ストライプ形状に形成さ
れてなるものであるので、上記の場合と同様に、インラ
インでフォトルミネッセンス測定することができ、レー
ザ特性が目標の仕様を満たすかどうかの検査をインライ
ンで行えるため、半導体レーザの波長に関する歩留りを
上げることができるという効果がある。

【００４９】さらに、この発明に係る半導体レーザのフ
ォトルミネッセンス測定方法は、上記の半導体レーザの
フォトルミネッセンス測定方法において、上記化合物半
導体よりなる活性層にエッチング面を形成する工程は、
ウエハ面内の所定箇所に、該エッチング面が形成された
活性層を、高密度に形成してテストエレメントグループ
（ＴＥＧ）領域を形成するものであり、これにより、Ｔ
ＥＧ領域に照射されるレーザ光のスポットサイズが数百
μｍ程度であることから、活性層のフォトルミネッセン
ス波長測定時には複数本のストライプにおける活性層を
同時に励起して、フォトルミネッセンス強度を強くする
ことができ、しかも、レーザ光のスポット内に少なくと
も１本のストライプが入るので測定点の位置決め精度も
ストライプ１本を測定する時より格段にゆるくなり、い
わゆるカセット−トゥ−カセットでフォトルミネッセン
ス光の波長を自動測定することが可能となり、加えて、
ＴＥＧ領域が、ｐ型ＩｎＰ半導体基板のウエハ面内の所
定箇所に複数形成されてなるので、フォトルミネッセン
ス波長の基板面内分布を測定することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１における半導体レーザのフォト
ルミネッセンス測定方法が適用される，ウエハプロセス
中における半導体層構造を示す断面図である。

【図２】 半導体レーザの製造工程を示す断面図であ
る。

【図３】 １．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ活性層の構造
を説明するためのバンドギャップを示すチャート図であ
る。

【図４】 ＩｎＧａＡｓＰ活性層にメサストライプ形状
のエッチング面を形成した後の構造におけるフォトルミ
ネッセンス測定の結果を示したグラフである。

【図５】 図１に示すメサ上部の幅ｌを約１〜５０μｍ
変化させたときのＰＬピーク強度を示したグラフであ
る。

【図６】 実施の形態２における半導体レーザのフォト
ルミネッセンス測定方法が適用されるウエハを示す平面
図である。

【図７】 図６に示したウエハのＴＥＧ領域の断面図で
ある。

【図８】 図６に示したｐ型ＩｎＰ半導体基板１のウエ
ハ中心から取り出したレーザの発振波長とインラインで
ウエハ中心部をＰＬ測定して得られたＰＬピーク波長と
の相関を示すグラフである。

【図９】 ＰＬ測定に使用される評価サンプルの半導体
層構造を示す模式図である。

【図１０】 ｐ型ＩｎＰ半導体基板を用いた半導体レー
ザを、へき開によりフォトルミネッセンス測定するとき
に使用される評価サンプルを示す模式図である。

【図１１】 半導体レーザのフォトルミネッセンス光の
波長を測定する測定装置を示す模式図である。

【図１２】 駆動素子としてバイポーラトランジスタが
接続されたレーザアレイの回路図であり、同図(a) はｐ
型半導体基板を用いた場合のレーザアレイを示し、同図
(b) はｎ型半導体基板を用いた場合のレーザアレイを示
す。

【符号の説明】

１ ｐ型ＩｎＰ半導体基板、２ ｐ型ＩｎＰクラッド
層、３ ＩｎＧａＡｓＰ活性層、４ ｎ型ＩｎＰクラッ
ド層、５ ＩｎＧａＡｓキャップ層、６ ＩｎＰキャッ
プ層、７ ＳｉＯ₂ マスク、８ ｐ型ＩｎＰ層、９ ｎ
型ＩｎＰ層、１０ｐ型ＩｎＰ層、１１ ｎ型ＩｎＰコン
タクト層、１５ デバイス作製領域、１６ ＴＥＧ領
域、３０ Ａｒレーザ、３１ 評価サンプル、３２ 分
光器、３３ ＧｅＰＩＮダイオード、３４ ＩｎＧａＡ
ｓＰバリア層、３５ ＩｎＧａＡｓＰガイド層、３６
ＩｎＧａＡｓＰ井戸層、Ａ Ａｒレーザ光、Ｂ Ａｒレ
ーザ光、Ｐ フォトルミネッセンス光、ｌ メサ上部
幅、Ｗ メサ上部間隔、Ｔｒ１ 駆動素子（ｎｐｎトラ
ンジスタ）、Ｔｒ２ 駆動素子（ｐｎｐトランジス
タ）、ＬＤ１ レーザアレイ（ｐ型基板）、ＬＤ２ レ
ーザアレイ（ｎ型基板）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐ型化合物半導体基板上に結晶成長され
   た化合物半導体よりなる活性層にエッチング面を形成
   し、 上記エッチング面を形成した活性層をレーザ光によって
   励起し、該活性層から発するフォトルミネッセンス光の
   波長を測定することを特徴とする半導体レーザのフォト
   ルミネッセンス測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザのフォト
   ルミネッセンス測定方法において、 上記エッチング面を形成する活性層は、ストライプ形状
   に形成されてなるものであることを特徴とする半導体レ
   ーザのフォトルミネッセンス測定方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体レーザ
   のフォトルミネッセンス測定方法において、 上記化合物半導体よりなる活性層にエッチング面を形成
   する工程は、ウエハ面内の所定箇所に、該エッチング面
   が形成された活性層を、高密度に形成してテストエレメ
   ントグループ（ＴＥＧ）領域を形成するものであること
   を特徴とする半導体レーザのフォトルミネッセンス測定
   方法。