JPH0426236B2 - - Google Patents

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JPH0426236B2
JPH0426236B2 JP59158684A JP15868484A JPH0426236B2 JP H0426236 B2 JPH0426236 B2 JP H0426236B2 JP 59158684 A JP59158684 A JP 59158684A JP 15868484 A JP15868484 A JP 15868484A JP H0426236 B2 JPH0426236 B2 JP H0426236B2
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JP
Japan
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peak
semiconductor laser
sub
layer
crystal wafer
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Akio Yamaguchi
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分布帰還(distributed feedback:
DFB)型半導体レーザを製造するのに好適な方
法に関する。
〔従来の技術〕
この種の半導体レーザとして第4図に見られる
構造のものが知られている。
図は要部切断斜面図であり、1はn型InP基
板、2はコルゲーシヨン・グレーテイング
(corrugation grating)、3はn型InGaAsP導波
層、4はInGaAsP活性層、5はp型InPクラツド
層、6はp型InGaAsPキヤツプ層、7はp型InP
埋め込み層、8はn型InP埋め込み層、9はn側
電極、10はp側電極、11は劈開面、12は傾
斜面をそれぞれ示している。
このようなDFB型半導体レーザに於ける発振
波長及び発振可能温度範囲は作り付けのコルゲー
シヨン・グレーテイング2と活性層4の発光波長
との整合の如何に依つて決まり、この整合は、コ
ルゲーシヨン・グレーテイング2のピツチ及び形
状、コルゲーシヨン・グレーテイング2に接する
導波層3及びそれに接する活性層4の組成と厚さ
とに依つて大きく影響を受ける。
〔発明が解決しようとする問題点〕
現在、ウエハの段階で前記整合の度合を測定し
て予めDFB型半導体レーザの発振特性を予測す
るような評価方法は確立されていない。
従来、そのような評価が必要な場合、実際に
DFB型半導体レーザを製造し、その特性を調べ
ないとウエハの良否が判らず、本末顛倒的な状態
が続いてきた。
本発明では、DFB型半導体レーザ用のウエハ
が、基板、コルゲーシヨン・グレーテイング、導
波層、活性層、クラツド層からなつている状態に
於いて、将来、DFB型半導体レーザとして素子
化された際の発振可能性の有無と発振波長を知得
できるようにする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明に依る半導体レーザの製造方法に於いて
は、基板とコルゲーシヨン・グレーテイングと導
波層と活性層とクラツド層とからなる状態にある
分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶ウエハの前
記活性層を励起し、該活性層で発生するフオトル
ミネセンス光のうち前記各層の界面に対して垂直
方向のスペクトル成分に現れるサブ・ピークの有
無と該サブ・ピークに於けるピーク波長並びに強
度を検出する工程と、次いで、該サブ・ピークが
検出された分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶
ウエハに電流制限領域を選択的に形成する工程と
が含まれてなるか、或いは、基板とコルゲーシヨ
ン・グレーテイングと導波層と活性層とクラツド
層とからなる状態にある分布帰還型半導体レーザ
用半導体結晶ウエハの前記活性層を励起し、該活
性層で発生するフオトルミネセンス光のうち前記
各層の界面に対して垂直方向のスペクトル成分に
現れるサブ・ピークの有無と該サブ・ピークに於
けるピーク波長並びに強度を検出するに際し、該
分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶ウエハの温
度を変化させ、それに伴う該垂直方向のスペクト
ル成分に於ける主ピークと該サブ・ピークのピー
ク波長の相対的ずれ並びに強度比の変化も検出す
る工程と、次いで、該サブ・ピークが検出された
分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶ウエハに電
流制限領域を選択的に形成する工程とが含まれて
いる。
このような手段が得られるに至つた経過を説明
すると次の通りである。
本発明者は、前記したようなクラツド層まで形
成された半導体結晶ウエハを用いてフオトルミネ
センスに依る測定実験を繰り返し行つていたとこ
ろ、活性層或いは活性層と導波層に於ける室温で
のフオトルミネセンス・スペクトルにしばしば主
ピークの外にサブ・ピークが観察されることを新
たに見い出した。
第1図は前記フオトルミネセンス・スペクトル
の測定結果を表す線図であり、縦軸に強度を、ま
た、横軸に波長をそれぞれ採つてある。
図に於いて、波長1.285〔μm〕のピークが活性
層の主ピークであり、波長1.325〔μm〕が活性層
のサブ・ピークである。
さらに、このようなサブ・ピークが発生する半
導体結晶ウエハを用いてDFB型半導体レーザを
作製すると、常温にて良好なDFBモードで発振
し、しかも、その発振波長はフオトルミネセン
ス・スペクトルに於けるサブ・ピークの波長と極
めて高い一致性を示すこと、また、フオトルミネ
センス・スペクトルにサブ・ピークが見られない
半導体結晶ウエハを用いてDFB型半導体レーザ
を作製すると、少なくとも常温では全く発振しな
いか、或いは、発振したとしても特性が極めて悪
いことを見出した。
本発明は以上のような実験から得られた新知見
を基にしてなされたものである。
〔作用〕
前記手段を採つた場合、半導体結晶ウエハが材
料に近い状態にある段階で、簡単なフオトルミネ
センス・スペクトルの測定を行うことに依り、こ
の半導体結晶ウエハを用いてDFB型半導体レー
ザを作製した場合に於けるDFBモード発振の可
能性の有無、並びに、その発振波長を正確に知る
ことができ、従つて、所望の発振波長で発振する
良品を歩留り良く製造することができる。
〔実施例〕
先ず、本発明を実施して評価を行うのに採用し
た試料について説明する。
その試料に於ける最終的な構造は、さきに説明
した第4図に見られるDFB型半導体レーザと同
様であり、1.3〔μm〕帯の埋め込みヘテロ構造
(buried heterostructure:BH)を有している所
謂BH−DFB型半導体レーザであるから、ここで
も第4図を参照しつつ説明する。
フオトルミネセンスを用いて評価を行う場合の
試料としては、当然のことながらDFB型半導体
レーザが完成する前の段階にある半導体結晶ウエ
ハが対象であつて、そのような半導体結晶ウエハ
は、n+型InP基板1に干渉露光法と化学エツチン
グ法とを組み合わせ、ピツチが3900〜3975〔Å〕、
深さ1000〜2000〔Å〕のコルゲーシヨン・グレー
テイング2を形成し、その上に、液相エピタキシ
ヤル成長(liquidphase epitaxy:LPE)法を適
用することに依り、λPL=1.15〜1.2〔μm〕で厚さ
が0.15〔μm〕であるn型InGaAsP導波層3、λPL
=1.285〔μm〕で厚さが0.15〔μm〕である
InGaAsP活性層4、厚さが1〜1.5〔μm〕である
p型InPクラツド層5、λPL=〜1.3〔μm〕で厚さ
が〜1〔μm〕であるp型InGaAsPキヤツプ層6
を連続成長させることに依り得られる。尚、本実
施例の半導体結晶ウエハでは、前記のコルゲーシ
ヨン・グレーテイングのピツチは1.3〔μm〕帯の
光に対して二次の回折格子が形成されるように設
定されている。また、λPLは、半導体禁制帯幅に
対応するフオトルミネセンス・スペクトル(主ピ
ーク)のピーク波長であつて、これに依り組成が
判る。
第2図は前記のような試料をフオトルミネセン
ス測定する装置の概略を表す要部説明図であり、
第4図に関して説明した部分と同部分は同記号で
指示してある。
図に於いて、21はクリプトン(Kr)レーザ
からなる励起光源、22は周波数が200〔Hz〕であ
るチヨツパ、23は温度可変のX−Yステージ、
24は半導体結晶ウエハからなる試料、25はコ
ンデンサ・レンズ、26はフイルタ、27は分光
器、28はInAsセルで構成された光電変換器、
29はロツク・イン増幅器、30はレコーダをそ
れぞれ示している。尚、フオトルミネセンス測定
するに先立ち、試料24の測定部分に於けるp型
InGaAsPキヤツプ層6は例えばHF:HNO3
1:1なるエツチヤントを用いて除去しておくも
のとする。
さて、試料24の測定部分に励起光源21から
の波長が6764〔Å〕で試料24上での励起光強度
が〜50〔W/cm2〕であるクリプトン・レーザを用
いてp型InPクラツド層5から励起し、試料24
からの垂直方向のフオトルミネセンス光を焦点距
離f=100〔mm〕のコンデンサ・レンズ25で集光
し、フイルタ26で或る程度の雑音を除去してか
ら分光器27に入力してフオトルミネセンス・ス
ペクトルを測定し、これを光電変換器28で電気
信号に変換し、この電気信号を200〔Hz〕のチヨツ
パ22からの信号に同期するロツク・イン増幅器
29で増幅し、その出力信号をレコーダ30に入
力して第1図に見られるようなフオトルミネセン
ス・スペクトルの測定線図を描かせることができ
るものである。尚、測定時に試料24の角度を変
えるとサブ・ピークが主ピークに対して相対的に
移動するので注意する必要がある。
前記のようにしてフオトルミネセンス測定を行
つて、サブ・ピークを生じた半導体結晶ウエハに
二酸化シリコン膜からなるストライプ状のマスク
を形成し、幅2〜3〔μm〕のストライプ部分が
残るように表面からn+型InP基板1に達するメ
サ・エツチングを行い、再びLPE法を適用する
ことに依り電流制限及び光閉じ込めの為に厚さ〜
1〔μm〕であるp型InP埋め込み層7及び厚さ
1.5〜2〔μm〕のn型InP埋め込み層8を形成し
てn型InGaAsP活性層4を埋め込み、BH−
DFB型半導体レーザ用の半導体結晶ウエハとな
し、これにAu・Ge/Niからなるn側電極9及び
Ti/Pt/Auからなるp側電極10を形成してか
らダイに分割した。この場合、共振器長は400〔μ
m〕であり、フアブリ・ペロー・モードの発振を
抑制する為、共振器の片面は斜めにエツチングし
て傾斜面12としてある。
このようにして作製したDFB型半導体レーザ
に於けるDFBモードの発振波長と半導体結晶ウ
エハ時に於けるフオトルミネセンス・スペクトル
のサブ・ピークのピーク波長とは、それ等の差が
±50〔Å〕以内で良く一致した。
第3図はDFBモードの発振波長とフオトルミ
ネセンス・スペクトルに於けるサブ・ピークのピ
ーク波長との関係を表した線図である。
図では、縦軸にDFBモードの発振波長λDFBを、
また、横軸にフオトルミネセンス・スペクトルに
於けるサブ・ピークのピーク波長λPLsubをそれぞ
れ採つてある。
通常、コルゲーシヨン・グレーテイング2に於
けるピツチにはウエハ面内でのバラツキが約〜20
〔Å〕程度存在するので、その場所に依るバラツ
キの精度に依つて半導体結晶ウエハの段階で予め
DFB型半導体レーザとしての発振波長を予測す
ることができる。
また、フォトルミネセンスの測定時に第2図に
見られる温度可変X−Yステージ23の作用に依
り、試料24の温度を変化させると、サブ・ピー
クのピーク波長λPLsubが主ピークのピーク波長λPL
に対して相対的に移動するので、DFBモードで
発振可能な温度範囲を推定することができる。
〔発明の効果〕
本発明に依る分布帰還型半導体レーザの製造方
法に於いては、基板とコルゲーシヨン・グレーテ
イングと導波層と活性層とクラツド層とからなる
状態にある分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶
ウエハの前記活性層を励起し、該活性層で発生す
るフオトルミネセンス光のうち前記各層の界面に
対して垂直方向のスペクトル成分に現れるサブ・
ピークの有無と該サブ・ピークに於けるピーク波
長並びに強度を検出する工程と、次いで、該サ
ブ・ピークが検出された分布帰還型半導体レーザ
用半導体結晶ウエハに電流制限領域を選択的に形
成する工程とが含まれてなるか、或いは、基板と
コルゲーシヨン・グレーテイングと導波層と活性
層とクラツド層とからなる状態にある分布帰還型
半導体レーザ用半導体結晶ウエハの前記活性層を
励起し、該活性層で発生するフオトルミネセンス
光のうち前記各層の界面に対して垂直方向のスペ
クトル成分に現れるサブ・ピークの有無と該サ
ブ・ピークに於けるピーク波長並びに強度を検出
するに際し、該分布帰還型半導体レーザ用半導体
結晶ウエハの温度を変化させ、それに伴う該垂直
方向のスペクトル成分に於ける主ピークと該サ
ブ・ピークのピーク波長の相対的ずれ並びに強度
比の変化も検出する工程と、次いで、該サブ・ピ
ークが検出された分布帰還型半導体レーザ用半導
体結晶ウエハに電流制限領域を選択的に形成する
工程とが含まれている。
このような構成を採ることに依り、分布帰還型
半導体レーザを作成する為の材料である半導体結
晶ウエハの段階で簡単なフオトルミネセンス測定
を行い、分布帰還型半導体レーザを作成した場合
に於ける特性の良否を正確に予測することができ
る。従つて、製品に仕立て上げてから、発振しな
かつたり、或いは、所望の発振波長が得られない
などの事態を起こることを回避でき、製造歩留り
は著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図はフオトルミネセンス・スペクトルに於
ける主ピークとサブ・ピークとの関係を説明する
為の線図、第2図は本発明を実施する装置の概略
を表す要部説明図、第3図はフオトルミネセン
ス・スペクトルに於けるDFBモードの発振波長
とサブ・ピークのピーク波長との関係を説明する
為の線図、第4図はDFB型半導体レーザの要部
切断斜面図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はn型InP基板、2はコルゲー
シヨン・グレーテイング、3はn型InGaAsP導
波層、4はInGaAsP活性層、5はp型InPクラツ
ド層、6はp型InGaAsPキヤツプ層、7はp型
InP埋め込み層、8はn型InP埋め込み層、9は
n側電極、10はp側電極、11は劈開面、12
は傾斜面、21は励起光源、22はチヨツパ、2
3はX−Yステージ、24は試料、25はコンデ
ンサ・レンズ、26はフイルタ、27は分光器、
28は光電変換器、29はロツク・イン増幅器、
30はレコーダをそれぞれ示している。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板とコルゲーシヨン・グレーテイングと導
    波層と活性層とクラツド層とからなる状態にある
    分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶ウエハの前
    記活性層を励起し、該活性層で発生するフオトル
    ミネセンス光のうち前記各層の界面に対して垂直
    方向のスペクトル成分に現れるサブ・ピークの有
    無と該サブ・ピークに於けるピーク波長並びに強
    度を検出する工程と、 次いで、該サブ・ピークが検出された分布帰還
    型半導体レーザ用半導体結晶ウエハに電流制限領
    域を選択的に形成する工程と が含まれてなることを特徴とする分布帰還型半導
    体レーザの製造方法。 2 基板とコルゲーシヨン・グレーテイングと導
    波層と活性層とクラツド層とからなる状態にある
    分布帰還型半導体レーザ用半導体結晶ウエハの前
    記活性層を励起し、該活性層で発生するフオトル
    ミネセンス光のうち前記各層の界面に対して垂直
    方向のスペクトル成分に現れるサブ・ピークの有
    無と該サブ・ピークに於けるピーク波長並びに強
    度を検出するに際し、該分布帰還型半導体レーザ
    用半導体結晶ウエハの温度を変化させ、それに伴
    う該垂直方向のスペクトル成分に於ける主ピーク
    と該サブ・ピークのピーク波長の相対的ずれ並び
    に強度比の変化も検出する工程と、 次いで、該サブ・ピークが検出された分布帰還
    型半導体レーザ用半導体結晶ウエハに電流制限領
    域を選択的に形成する工程と が含まれてなることを特徴とする分布帰還型半導
    体レーザの製造方法。
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