JPH07105574B2 - 半導体装置の試験方法 - Google Patents
半導体装置の試験方法Info
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- JPH07105574B2 JPH07105574B2 JP2195096A JP19509690A JPH07105574B2 JP H07105574 B2 JPH07105574 B2 JP H07105574B2 JP 2195096 A JP2195096 A JP 2195096A JP 19509690 A JP19509690 A JP 19509690A JP H07105574 B2 JPH07105574 B2 JP H07105574B2
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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、一体型レーザダイオード及びフオトダイオー
ドを有する半導体構造体に関するものであり、フオトダ
イオードは全ウエーハの製造プロセスにおける試験及び
レーザビームのモニタリングを規定する。フオトダイオ
ード構造体は、関連するダイオードレーザの光線の遠視
野強度分布を測定するためにあり、モード安定性に関す
るレーザのウエーハ上でのスクリーニングを可能にす
る。
ドを有する半導体構造体に関するものであり、フオトダ
イオードは全ウエーハの製造プロセスにおける試験及び
レーザビームのモニタリングを規定する。フオトダイオ
ード構造体は、関連するダイオードレーザの光線の遠視
野強度分布を測定するためにあり、モード安定性に関す
るレーザのウエーハ上でのスクリーニングを可能にす
る。
半導体レーザダイオードが広く情報処理システムにおい
て応用されてきたのは、そのコンパクトなサイズのため
及びその技術が関連する電子回路機構のレーザダイオー
ドと適合性があるためである。半導体レーザダイオード
は、通信、光メモリ及び光ビーム印刷のような分野で利
用されている。
て応用されてきたのは、そのコンパクトなサイズのため
及びその技術が関連する電子回路機構のレーザダイオー
ドと適合性があるためである。半導体レーザダイオード
は、通信、光メモリ及び光ビーム印刷のような分野で利
用されている。
デバイス性能の向上及び製造コスト削減を目ざす際、オ
プトエレクトニツクデバイスの集積化への強い傾向があ
る。多くの例では、ダイオードレーザ及びモニタフオト
ダイオードは一体化され、フオトダイオードは通常レー
ザダイオードの後端面と向い合い、モニタするために用
いられ、レーザの出力を安定化させる。
プトエレクトニツクデバイスの集積化への強い傾向があ
る。多くの例では、ダイオードレーザ及びモニタフオト
ダイオードは一体化され、フオトダイオードは通常レー
ザダイオードの後端面と向い合い、モニタするために用
いられ、レーザの出力を安定化させる。
このような一体型レーザダイオード／フオトダイオード
構造体は、多くの出版物に記述されており、代表的には
以下があげられる。
構造体は、多くの出版物に記述されており、代表的には
以下があげられる。
N.Bouadmaらによる「イオンビームエツチングを用いた
光検出器をモノリシツクに集積したGaAs/AlGaAsリツジ
導波管レーザ（GaAs/AlGaAs Ridge Waveguide Laser mo
nolithically integrated with a Photodetector using
Ion Beam Etching）」、（Electronics Letters30号19
87年７月、Vol.23、No.16、pp855〜857）はモニタリン
グフオトダイオードと一体化されたレーザダイオードに
ついて記述している。レーザダイオード及びフオトダイ
オードは、それぞれイオンビームエツチング工程で製造
された垂直のエツチング面を有する。この傾斜したフオ
トダイオード面は寄生光再注入を低下させるが、フオト
ダイオードの均一な感度プロフアイルには全く影響しな
い。
光検出器をモノリシツクに集積したGaAs/AlGaAsリツジ
導波管レーザ（GaAs/AlGaAs Ridge Waveguide Laser mo
nolithically integrated with a Photodetector using
Ion Beam Etching）」、（Electronics Letters30号19
87年７月、Vol.23、No.16、pp855〜857）はモニタリン
グフオトダイオードと一体化されたレーザダイオードに
ついて記述している。レーザダイオード及びフオトダイ
オードは、それぞれイオンビームエツチング工程で製造
された垂直のエツチング面を有する。この傾斜したフオ
トダイオード面は寄生光再注入を低下させるが、フオト
ダイオードの均一な感度プロフアイルには全く影響しな
い。
内田らによる「反応性イオンビームエツチングによつて
製造された一体型AlGaAs2ビームLD−PD配列（Integrate
d AlGaAs Two-Beam LD-PD Array fabricated by Reacti
ve Ion Beam Etching）」、（Electronics Letters22号
1986年５月、Vol.22、No.11、pp585〜587）は、モノリ
シツク集積したレーザダイオード／フオトダイオード配
列を開示している。これは、平行の複数ビームを有し、
各レーザダイオードと関係するフオトダイオードによつ
て制御可能な光源を与える。レーザダイオード及びフオ
トダイオードは互いに平行な垂直面を有し、約20μｍ幅
の溝の反応性イオンエツチングによつて形成される。高
い結合効率が達成される。
製造された一体型AlGaAs2ビームLD−PD配列（Integrate
d AlGaAs Two-Beam LD-PD Array fabricated by Reacti
ve Ion Beam Etching）」、（Electronics Letters22号
1986年５月、Vol.22、No.11、pp585〜587）は、モノリ
シツク集積したレーザダイオード／フオトダイオード配
列を開示している。これは、平行の複数ビームを有し、
各レーザダイオードと関係するフオトダイオードによつ
て制御可能な光源を与える。レーザダイオード及びフオ
トダイオードは互いに平行な垂直面を有し、約20μｍ幅
の溝の反応性イオンエツチングによつて形成される。高
い結合効率が達成される。
中野らによる「半絶縁GaAs上のレーザダイオード、フオ
トモニタ、並びにレーザ駆動及びモニタリング回路のモ
ノリシツク集積（Monolithic Integration of Laser Di
odes,and Laser Driving and Monitoring Circuits on
a semi-insulating GaAs）」、（IEEE Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT-4、No.6、1986年６月、pp574
〜582）は、電気光学デバイス及び関連する電子回路か
らなるオプトエレクトロニック集積回路（OEIC）におけ
る著者の研究報告である。レーザダイオード及びフオト
ダイオードは同じ構造であり、フオトダイオードは逆バ
イアス条件で操作れる。２つのデバイス間のギヤツプ
は、エツチング処理を用いて得ることができ、結果とし
て平行な垂直面であつた。記述されている中で第２のレ
ーザダイオード及びフオトダイオードは一体化され、一
個のデバイスの電流−光出力の特性をチエツクする。
トモニタ、並びにレーザ駆動及びモニタリング回路のモ
ノリシツク集積（Monolithic Integration of Laser Di
odes,and Laser Driving and Monitoring Circuits on
a semi-insulating GaAs）」、（IEEE Journal of Ligh
twave Technology,Vol.LT-4、No.6、1986年６月、pp574
〜582）は、電気光学デバイス及び関連する電子回路か
らなるオプトエレクトロニック集積回路（OEIC）におけ
る著者の研究報告である。レーザダイオード及びフオト
ダイオードは同じ構造であり、フオトダイオードは逆バ
イアス条件で操作れる。２つのデバイス間のギヤツプ
は、エツチング処理を用いて得ることができ、結果とし
て平行な垂直面であつた。記述されている中で第２のレ
ーザダイオード及びフオトダイオードは一体化され、一
個のデバイスの電流−光出力の特性をチエツクする。
松枝らの「AlGaAs OEIC トランスミツタ（AlGaAs OEIC
Transmitters）」、（IEEE Journal of Lightwave Tec
hnolgy,Vol.LT−５、No.10、1987年10月、pp1382〜139
0）は、オプトエレクトロニツク回路技術の態様を記述
している。電力自動制御のためのレーザダイオード及び
フオトモニタを有する水平集積構造体を示している。ど
ちらのデバイスも断面図は同じであり、エツチングされ
た狭い溝によつて分離されている。前出の参照文献のよ
うに互いに平行な垂直面である。
Transmitters）」、（IEEE Journal of Lightwave Tec
hnolgy,Vol.LT−５、No.10、1987年10月、pp1382〜139
0）は、オプトエレクトロニツク回路技術の態様を記述
している。電力自動制御のためのレーザダイオード及び
フオトモニタを有する水平集積構造体を示している。ど
ちらのデバイスも断面図は同じであり、エツチングされ
た狭い溝によつて分離されている。前出の参照文献のよ
うに互いに平行な垂直面である。
これらの周知の一体型構造体において、フオトダイオー
ドは測定された信号、即ちフオトダイオード電流を与え
ることができるだけである。この信号は、関連するレー
ザダイオードの合計のビーム出力に比例し、空間的ビー
ム強度分布に関する情報は含まない。
ドは測定された信号、即ちフオトダイオード電流を与え
ることができるだけである。この信号は、関連するレー
ザダイオードの合計のビーム出力に比例し、空間的ビー
ム強度分布に関する情報は含まない。
しかしながら、空間的ビーム強度分布の測定は、現在注
目をあびている新しい製造プロセスに対して非常に重要
である。これらのプロセスにおいて、一つのウエーハ上
にある全てのデバイスのレーザ鏡面は、エツチングによ
つて得られる。この全ウエーハの製造プロセスはウエー
ハレベルにおいて機能部をもたらす。そしてもし“ウエ
ーハ上（on-wafer）”でレーザの試験及びスクリーニン
グが可能ならば、部分的処理を大幅に削減するであろ
う。さらにこの方法は、レーザの試験及びモニタリング
を容易にする構造体、例えばフオトダイオードと共に、
レーザダイオードを製造するのに大変適している。
目をあびている新しい製造プロセスに対して非常に重要
である。これらのプロセスにおいて、一つのウエーハ上
にある全てのデバイスのレーザ鏡面は、エツチングによ
つて得られる。この全ウエーハの製造プロセスはウエー
ハレベルにおいて機能部をもたらす。そしてもし“ウエ
ーハ上（on-wafer）”でレーザの試験及びスクリーニン
グが可能ならば、部分的処理を大幅に削減するであろ
う。さらにこの方法は、レーザの試験及びモニタリング
を容易にする構造体、例えばフオトダイオードと共に、
レーザダイオードを製造するのに大変適している。
レーザを試験する際に重要となる基準がモード安定性で
あり、これは、雑音のレベル（通信システムへの応用で
重要）及びビームの広がり（出力において重要）に影響
を与える。通常は、基本モードのみのが存在し、動作及
び駆動条件の全範囲で安定していることが要求される。
好ましくないモードの変化は、結果としてレーザビーム
の遠視野における強度分布の変化となる。従つて、この
ような変化を検出することができ、試験されるレーザと
共に一体化製造される試験構造体は、ウエーハ上でのレ
ーザダイオードのスクリーニングを可能にするので、必
要とされている。
あり、これは、雑音のレベル（通信システムへの応用で
重要）及びビームの広がり（出力において重要）に影響
を与える。通常は、基本モードのみのが存在し、動作及
び駆動条件の全範囲で安定していることが要求される。
好ましくないモードの変化は、結果としてレーザビーム
の遠視野における強度分布の変化となる。従つて、この
ような変化を検出することができ、試験されるレーザと
共に一体化製造される試験構造体は、ウエーハ上でのレ
ーザダイオードのスクリーニングを可能にするので、必
要とされている。
本発明の主な目的は、基準、特にモード安定性に関する
基準に対するウエーハ上でのレーザダイオードのスクリ
ーニングを可能にし、実質的にプロセスコスト又はウエ
ーハ面積を余分にかけずに組み入れることができる試験
構造体を与えることである。
基準に対するウエーハ上でのレーザダイオードのスクリ
ーニングを可能にし、実質的にプロセスコスト又はウエ
ーハ面積を余分にかけずに組み入れることができる試験
構造体を与えることである。
もう一つの本発明の主な目的は、不均一な空間的光感度
プロフアイルを有することによつて、フオトダイオード
に衝突する光ビームの強度分布の変化と共にフオトダイ
オード電流が変化するようなフオトダイオードを、関連
するレーザダイオードと一体化させて与えることであ
る。
プロフアイルを有することによつて、フオトダイオード
に衝突する光ビームの強度分布の変化と共にフオトダイ
オード電流が変化するようなフオトダイオードを、関連
するレーザダイオードと一体化させて与えることであ
る。
別の本発明の目的は、ウエーハ上に形成された複数のレ
ーザダイオードのレーザビームのモード不安定性を検出
し、スクリーニングする方法を与えることである。
ーザダイオードのレーザビームのモード不安定性を検出
し、スクリーニングする方法を与えることである。
本発明は、これらの目的に合致し、周知の一体型レーザ
ダイオード／フオトダイオード構造体の欠点を改善する
ことに関するものである。本発明の構造体において、試
験される関連レーザダイオードと光学的に接続させ、入
射レーザ光ビームに関する空間的不均一感度をプロフア
イルを有するフオトダイオードを与えることによつてビ
ームの強度分布の変化を共に変化するフオトダイオード
電流を測定し、ウエーハ上でのレーザダイオードのスク
リーニングを可能にする。
ダイオード／フオトダイオード構造体の欠点を改善する
ことに関するものである。本発明の構造体において、試
験される関連レーザダイオードと光学的に接続させ、入
射レーザ光ビームに関する空間的不均一感度をプロフア
イルを有するフオトダイオードを与えることによつてビ
ームの強度分布の変化を共に変化するフオトダイオード
電流を測定し、ウエーハ上でのレーザダイオードのスク
リーニングを可能にする。
下文に記述される本発明の実施例において、垂直のフオ
トダイオード面を独得な形状にするか、又はレーザから
発せられる光ビームの伝搬方向に対してフオトダイオー
ド面を傾けることによつて空間的な不均一感度プロフア
イルを得る。第１の実施例では、ダイオードの面を非直
線にしてレーザ光モード領域からの距離を変化させる。
第２の実施例では、まつすぐな垂直のダイオード面を光
ビームの光軸に関していわゆるブルースタ角だけ傾け
る。
トダイオード面を独得な形状にするか、又はレーザから
発せられる光ビームの伝搬方向に対してフオトダイオー
ド面を傾けることによつて空間的な不均一感度プロフア
イルを得る。第１の実施例では、ダイオードの面を非直
線にしてレーザ光モード領域からの距離を変化させる。
第２の実施例では、まつすぐな垂直のダイオード面を光
ビームの光軸に関していわゆるブルースタ角だけ傾け
る。
本発明の利点は、この構造体が主にビーム強度分布の変
化及び横モード遷移の検出を可能にすることである。そ
して、遠視野の挙動のウエーハ上での査定及び包括的な
ウエーハ上でのレーザダイオードのスクリーニングを可
能にすることは、特に重要である。さらに、新しいダイ
オードの設計は、レーザビームのレーザダイオードへの
反射を妨げる。
化及び横モード遷移の検出を可能にすることである。そ
して、遠視野の挙動のウエーハ上での査定及び包括的な
ウエーハ上でのレーザダイオードのスクリーニングを可
能にすることは、特に重要である。さらに、新しいダイ
オードの設計は、レーザビームのレーザダイオードへの
反射を妨げる。
本発明のデバイスの具体例を詳細に記述する前に、従来
の一体型レーザダイオード／モニタフオトダイオード構
造体を本発明と比較することによつて、両者に共通する
AlGaAs/GaAs技術及びエツチング面を使用するデバイス
の一般的概念を略述する。このような従来の構造体は、
例えば前出の内田ら、中野ら及び松枝らによる参考文献
に記述されている。
の一体型レーザダイオード／モニタフオトダイオード構
造体を本発明と比較することによつて、両者に共通する
AlGaAs/GaAs技術及びエツチング面を使用するデバイス
の一般的概念を略述する。このような従来の構造体は、
例えば前出の内田ら、中野ら及び松枝らによる参考文献
に記述されている。
第7A図は、従来のレーザダイオード／フオトダイオード
構造体10の斜視図である。主成分のみが示されている。
第7B図は、同じ構造体の上面図であり、さらに簡略化さ
れている。
構造体10の斜視図である。主成分のみが示されている。
第7B図は、同じ構造体の上面図であり、さらに簡略化さ
れている。
構造体10の主成分は、レーザダイオード11及びフオトダ
イオード12である。どちらもGaAs基板13上にエピタキシ
ヤル成長した層を積み重ねて形成される。この積層体
は、どれもクラツド層の間に活性層をはさんでいる。図
を明瞭に表わすために、活性層14のみが第7A図に示され
ている。図は、レーザ鏡面16及びフオトダイオード面17
を与える溝15を形成するエツチングプロセスの完了後の
構造体を示している。完成したデバイスに電気的接続を
与えるメタライゼーシヨン層が図では省略されている。
イオード12である。どちらもGaAs基板13上にエピタキシ
ヤル成長した層を積み重ねて形成される。この積層体
は、どれもクラツド層の間に活性層をはさんでいる。図
を明瞭に表わすために、活性層14のみが第7A図に示され
ている。図は、レーザ鏡面16及びフオトダイオード面17
を与える溝15を形成するエツチングプロセスの完了後の
構造体を示している。完成したデバイスに電気的接続を
与えるメタライゼーシヨン層が図では省略されている。
第7A図において、レーザの光モード領域は、活性層14付
近に中心をおく小さな楕円で示され、横方向へは細長い
リツジ19で規定される。第7B図における矢印の束18は、
フオトダイオード面17に衝突するレーザダイオード11か
ら発せられた光ビームを表わしている。
近に中心をおく小さな楕円で示され、横方向へは細長い
リツジ19で規定される。第7B図における矢印の束18は、
フオトダイオード面17に衝突するレーザダイオード11か
ら発せられた光ビームを表わしている。
適切な動作電圧をかけることによつてデバイスが活性化
されると、結果として得られるフオトダイオード電流は
合計のビーム出力に相当し、空間的均一感度なので光ビ
ーム強度分布のどのような変化にも影響されない。フオ
トダイオード12は、レーザダイオード11の動作をモニタ
し、レーザが発せられる間はビーム出力の変化を感知
し、信号を送るように働く。通常、レーザダイオード11
の後端部において発せられる（弱い）ビームはモニタリ
ングに使用され、反対の前端における主ビームがレーザ
を放出する。
されると、結果として得られるフオトダイオード電流は
合計のビーム出力に相当し、空間的均一感度なので光ビ
ーム強度分布のどのような変化にも影響されない。フオ
トダイオード12は、レーザダイオード11の動作をモニタ
し、レーザが発せられる間はビーム出力の変化を感知
し、信号を送るように働く。通常、レーザダイオード11
の後端部において発せられる（弱い）ビームはモニタリ
ングに使用され、反対の前端における主ビームがレーザ
を放出する。
第1A図及び第1B図は、本発明に従つて設計された一体型
ダイオードレーザ／フオトダイオード構造体20の第１の
実施例を示す図である。構造体は、レーザダイオード11
の前端16A及び後端16Bとそれぞれ向い合うように配置さ
れた一対のフオトダイオード12A及び12Bからなる。どち
らも空間的不均一感度のプロフアイルを有する。
ダイオードレーザ／フオトダイオード構造体20の第１の
実施例を示す図である。構造体は、レーザダイオード11
の前端16A及び後端16Bとそれぞれ向い合うように配置さ
れた一対のフオトダイオード12A及び12Bからなる。どち
らも空間的不均一感度のプロフアイルを有する。
基本的には、レーザダイオード11及びフオトダイオード
12どちらの構造体も第7A図に示されるデバイスと同じで
ある。従つて、対応する構成要素には同じ参照番号を用
いた。二つのフオトダイオード構造体に対して、例えば
12A及び12B、15A及び15B等のような対の番号を対応する
要素に対して用いた。前端ビーム18A及び後端ビーム18B
の両方は、レーザダイオード11の試験に用いられる。
12どちらの構造体も第7A図に示されるデバイスと同じで
ある。従つて、対応する構成要素には同じ参照番号を用
いた。二つのフオトダイオード構造体に対して、例えば
12A及び12B、15A及び15B等のような対の番号を対応する
要素に対して用いた。前端ビーム18A及び後端ビーム18B
の両方は、レーザダイオード11の試験に用いられる。
第1A図の構造体20は、従来のデバイス（第1A図に示され
ている）とは大きく異なり、フオトダイオード面21及び
22が直線又は平面ではなく、独得な形状を有する。二つ
の面21及び22は相互に反対のプロフアイルを持つ。実施
例の図の中で、面21は凹面であるのに対して面22は凸面
の形状である。
ている）とは大きく異なり、フオトダイオード面21及び
22が直線又は平面ではなく、独得な形状を有する。二つ
の面21及び22は相互に反対のプロフアイルを持つ。実施
例の図の中で、面21は凹面であるのに対して面22は凸面
の形状である。
構造体20の動作原理について記述する。広がりＤを持つ
レーザビームは、距離Ｘ＝Ｓ（ｙ）に配置された高さｈ
の感度領域を有するフオトダイオードに衝突する。フオ
トダイオードの面において集められた光の分数η（ｙ）
は、水平方向ｙに沿つてＳ（ｙ）と共に のように変化する。
レーザビームは、距離Ｘ＝Ｓ（ｙ）に配置された高さｈ
の感度領域を有するフオトダイオードに衝突する。フオ
トダイオードの面において集められた光の分数η（ｙ）
は、水平方向ｙに沿つてＳ（ｙ）と共に のように変化する。
水平方向の強度プロフアイルＰ（ｙ）を伴うレーザビー
ムは、フオトダイオード電流を誘導する。
ムは、フオトダイオード電流を誘導する。
ｉ（ｙ）〜η（ｙ）×Ｐ（ｙ） 平らなフオトダイオード面を有し、Ｘ＝Soであり、ビー
ム広がりＤが小さいなら（ほとんど直角入射）、ηは一
定であり、出力信号は、 となる。
ム広がりＤが小さいなら（ほとんど直角入射）、ηは一
定であり、出力信号は、 となる。
これは、結果として得られるフオトダイオード電流が合
計ビーム出力の関数であり、強度分布には無関係である
こを意味する。これが、従来技術のデバイスで測定でき
るのである。
計ビーム出力の関数であり、強度分布には無関係である
こを意味する。これが、従来技術のデバイスで測定でき
るのである。
本発明の独得な形状の面を有する構造体において、収集
効率は距離Ｓ（ｙ）に合わせてｙに沿つて変化し、出力
電流は、 となる。
効率は距離Ｓ（ｙ）に合わせてｙに沿つて変化し、出力
電流は、 となる。
これは、出力信号がフオトダイオードの水平方向の強度
プロフアイルの形状に依存することを示している。面22
と同じように面21の形態も空間的不均一感度のセンサと
して動作し、フオトダイオード12Aは中央部で最低の感
度、フオトダイオード12Bは中央部で最高の感度とな
る。
プロフアイルの形状に依存することを示している。面22
と同じように面21の形態も空間的不均一感度のセンサと
して動作し、フオトダイオード12Aは中央部で最低の感
度、フオトダイオード12Bは中央部で最高の感度とな
る。
フオトダイオード12A又は12Bどちらか一つのみを用いる
場合、出力電流はビーム出力に比例し、ビームの形状又
はビーム強度分布にはほとんど依存しないという問題が
残る。様々なビーム出力（又はレーザ電流）に対して強
度分布の変化を試験する必要があるので、これは満足で
きない。言い換えれば、測定される遠視野依存信号は、
合計のビーム出力に対しては感度がない方がよい。
場合、出力電流はビーム出力に比例し、ビームの形状又
はビーム強度分布にはほとんど依存しないという問題が
残る。様々なビーム出力（又はレーザ電流）に対して強
度分布の変化を試験する必要があるので、これは満足で
きない。言い換えれば、測定される遠視野依存信号は、
合計のビーム出力に対しては感度がない方がよい。
相互に反対のセンサ対12A及び12Bを使用し、一つをレー
ザの前端、もう一つの後端と向い合わせることによつ
て、この問題を解決する。もしこれらのセンサを差動で
使用するなら、差分出力信号Idiff＝I12A−I12Bは好ま
しい特性を有する。即ち、合計のビーム出力に対する感
度がなくなる。
ザの前端、もう一つの後端と向い合わせることによつ
て、この問題を解決する。もしこれらのセンサを差動で
使用するなら、差分出力信号Idiff＝I12A−I12Bは好ま
しい特性を有する。即ち、合計のビーム出力に対する感
度がなくなる。
第２図は、レーザ電流ILDに対して差分信号Idiffを測定
したグラフである。利得調節手段は前端及び後端のビー
ムの出力差を調節するために設けられたものである。曲
線31は、ビーム強度分布がレーザ電流ILDの増加ととも
に変化しないビームの例である。一方、曲線32はビーム
強度分布がゆるやかな変化を示す。
したグラフである。利得調節手段は前端及び後端のビー
ムの出力差を調節するために設けられたものである。曲
線31は、ビーム強度分布がレーザ電流ILDの増加ととも
に変化しないビームの例である。一方、曲線32はビーム
強度分布がゆるやかな変化を示す。
これらの空間的不均一感度のプロフアイルを有するフオ
トダイオードは、レーザのモード変化を検出する。なぜ
ならモード変化が光強度分布変化を引き起こすからであ
る。これは、モード安定性の非常に重要な基準に関して
効率的にレーザを試験することができることを意味す
る。通常は、基準モードのみが存在し、デバイスの動作
及び駆動条件の全範囲で安定していることが要求され
る。
トダイオードは、レーザのモード変化を検出する。なぜ
ならモード変化が光強度分布変化を引き起こすからであ
る。これは、モード安定性の非常に重要な基準に関して
効率的にレーザを試験することができることを意味す
る。通常は、基準モードのみが存在し、デバイスの動作
及び駆動条件の全範囲で安定していることが要求され
る。
本発明の一体型レーザダイオード／フオトダイオードの
デバイスの配置をウエーハ上で製造及び試験することが
できるので、もしフオトダイオードがモニタダイオード
として次に使用されるとしても、新しい構造体はプロセ
ス及びウエーハ面積のどちらも余計に必要とせず、レー
ザダイオードの包括的な全ウエーハスクリーニングを可
能にする。
デバイスの配置をウエーハ上で製造及び試験することが
できるので、もしフオトダイオードがモニタダイオード
として次に使用されるとしても、新しい構造体はプロセ
ス及びウエーハ面積のどちらも余計に必要とせず、レー
ザダイオードの包括的な全ウエーハスクリーニングを可
能にする。
第1A図の一体型レーザダイオード／フオトダイオード構
造体の製造プロセスを以下に概説する。
造体の製造プロセスを以下に概説する。
レーザダイオード11及び二つのフオトダイオード12A及
び12Bのベースとなるエピタキシヤル成長させた多層構
造体は同じものであり、C.Harderらによる「高出力リツ
ジ導波管AlGaAs GRINSCHレーザダイオード（High-Power
Ridge-Waveguid AlGaAs GRINSCH Laser Diode）」の論
文に記述されているプロセスに従つて製造される（Elec
tronics Lerrers25号1986年９月、Vol.22、No.20、pp10
81〜1082）。層の積み重ね方法の一連の工程（それらの
すべてが第1A図に示されているわけではない）は以下の
通りである。
び12Bのベースとなるエピタキシヤル成長させた多層構
造体は同じものであり、C.Harderらによる「高出力リツ
ジ導波管AlGaAs GRINSCHレーザダイオード（High-Power
Ridge-Waveguid AlGaAs GRINSCH Laser Diode）」の論
文に記述されているプロセスに従つて製造される（Elec
tronics Lerrers25号1986年９月、Vol.22、No.20、pp10
81〜1082）。層の積み重ね方法の一連の工程（それらの
すべてが第1A図に示されているわけではない）は以下の
通りである。
例えば分子線エピタキシ（MBE）によつて、ｎ＋ドーピ
ングしたガリウムヒ素（GaAs）基板13上に層を成長させ
る。まず、基板上にｎドーピングしたGaAs緩衝層を成長
させる。次に、下側のｎ型クラツド層（Al0.45Ga0.55A
s）を与える。レーザダイオードのコアは、こう配ｎ型
領域（0.2μm Al0.45Ga0.55AsのAl0.18Ga0.82Ａへのこ
う配）、ドーピングしていない活性領域14（7nmのGaA
s）及びこう配ｐ型領域（0.2μm Al0.18Ga0.82AsのAl
0.45Ga0.55Asへのこう配）からなる。次に、上側のｐ型
クラツド層（Al0.45Ga0.55As）、ｐ＋a GaAs接触層を与
える。チタン−プラチナ−金の電極に良好なオーム接触
を作るために、この接触層のドッピング濃度を十分に高
くする。η型基板13の底面側におけるもう一方のオーム
接触は、ガリウム、金及びニツケルを合金することによ
つて得られる。
ングしたガリウムヒ素（GaAs）基板13上に層を成長させ
る。まず、基板上にｎドーピングしたGaAs緩衝層を成長
させる。次に、下側のｎ型クラツド層（Al0.45Ga0.55A
s）を与える。レーザダイオードのコアは、こう配ｎ型
領域（0.2μm Al0.45Ga0.55AsのAl0.18Ga0.82Ａへのこ
う配）、ドーピングしていない活性領域14（7nmのGaA
s）及びこう配ｐ型領域（0.2μm Al0.18Ga0.82AsのAl
0.45Ga0.55Asへのこう配）からなる。次に、上側のｐ型
クラツド層（Al0.45Ga0.55As）、ｐ＋a GaAs接触層を与
える。チタン−プラチナ−金の電極に良好なオーム接触
を作るために、この接触層のドッピング濃度を十分に高
くする。η型基板13の底面側におけるもう一方のオーム
接触は、ガリウム、金及びニツケルを合金することによ
つて得られる。
横方向に導波する必要がある場合、金属接触電極を与え
る前に構造体（第1A図に示すような）の上面に約４μｍ
の幅のリツジ19を形成することができる。これは、ま
ず、フオトレジストマスクを付着させてリツジを規定す
ることによつて行われる。続いて、１ないし２μｍの露
出した上面層をエツチングする。上側クラツド層のこう
配開始部分より0.2μｍ上の所でエツチングを停止す
る。そして、100nmの二酸化ケイ素（SiO2）を付着さ
せ、リツジ上のSiO2をはく離し除去する。
る前に構造体（第1A図に示すような）の上面に約４μｍ
の幅のリツジ19を形成することができる。これは、ま
ず、フオトレジストマスクを付着させてリツジを規定す
ることによつて行われる。続いて、１ないし２μｍの露
出した上面層をエツチングする。上側クラツド層のこう
配開始部分より0.2μｍ上の所でエツチングを停止す
る。そして、100nmの二酸化ケイ素（SiO2）を付着さ
せ、リツジ上のSiO2をはく離し除去する。
鏡溝15A及び15Bは、マスク及び係属中の欧州特許第88.8
10613.5号に詳しく記述されている方法を用いて、エツ
チングされる。簡単には、層状構造体上に三層のエツチ
ングマスクを付着させる方法である。このマスクは、堅
くベークされた底面層及びソフトにベークされた上面層
の二つの感光性樹脂層からなり、この間にアモルフアス
揺電体の中間の層がはさまれている。鏡溝15A及び15Bを
規定するための上面レジスト層にリングラフイで形成さ
れたエツチングパターンは、まず中間の層に、そして底
面の層にうまく転写される。層状構造体内への鏡溝のエ
ツチング前に、その腐食を防ぐために中間層を除去す
る。パターニングした堅焼きレジスト層をマスクとして
作用させ、化学的補助イオンビームエツチングプロセス
（CAIBE）で溝をエツチングする。
10613.5号に詳しく記述されている方法を用いて、エツ
チングされる。簡単には、層状構造体上に三層のエツチ
ングマスクを付着させる方法である。このマスクは、堅
くベークされた底面層及びソフトにベークされた上面層
の二つの感光性樹脂層からなり、この間にアモルフアス
揺電体の中間の層がはさまれている。鏡溝15A及び15Bを
規定するための上面レジスト層にリングラフイで形成さ
れたエツチングパターンは、まず中間の層に、そして底
面の層にうまく転写される。層状構造体内への鏡溝のエ
ツチング前に、その腐食を防ぐために中間層を除去す
る。パターニングした堅焼きレジスト層をマスクとして
作用させ、化学的補助イオンビームエツチングプロセス
（CAIBE）で溝をエツチングする。
第1A図に示される構造体の一般的な寸法は、レーザダイ
オード11の長さが600〜800μｍ、フオトダイオードの長
さが約100μｍ、両者の幅が100〜200μｍのオーダであ
る。測定されるデバイスに対して、レーザ面及び形づく
られたフオトダイオード面の最も狭い点の間の距離は、
６μｍになるように選択された。面21のくぼみの深さ及
び面22の突起高さは５μｍであつた。例えば角をつけず
に丸くする等の他の形状も、もちろん使用できる。
オード11の長さが600〜800μｍ、フオトダイオードの長
さが約100μｍ、両者の幅が100〜200μｍのオーダであ
る。測定されるデバイスに対して、レーザ面及び形づく
られたフオトダイオード面の最も狭い点の間の距離は、
６μｍになるように選択された。面21のくぼみの深さ及
び面22の突起高さは５μｍであつた。例えば角をつけず
に丸くする等の他の形状も、もちろん使用できる。
フオトダイオードはレーザダイオードと一緒に製造され
るので、プロセスコストの追加はない。もしフオトダイ
オードをウエーハ上での試験の際の部分的スクリーニン
グのために動作させ、続いてレーザを用いて一体型モニ
タダイオードとして動作させるように設計された構造で
あるならば、ウエーハ面積を広げる必要はない。
るので、プロセスコストの追加はない。もしフオトダイ
オードをウエーハ上での試験の際の部分的スクリーニン
グのために動作させ、続いてレーザを用いて一体型モニ
タダイオードとして動作させるように設計された構造で
あるならば、ウエーハ面積を広げる必要はない。
このことは、第1A図に示す一体形構造体をウエーハ上で
適切にレイアウトすることによつて達成される。
適切にレイアウトすることによつて達成される。
第３図は、本質的には第1A図の構造体20の配置レイアウ
トの上面図である。となり合うフオトダイオード12A及
び12Bが背中合わせに合体して第３図の参照番号43及び4
7のような単一成分になつている所のみが異なる。例え
ばレーザダイオード41等をスクリーニングするために、
濃淡をつけた部分の構造体40が用いられる。これは、レ
ーザダイオード41及び必要となる差動対を与える背中合
わせの二つの機能を有するフオトダイオード42及び43か
らなる。各フオトダイオードは、連続的にレーザダイオ
ードの二つの列に作用する。一列に対して前端のセンサ
として、そして、次の列に対して後端のセンサとして作
用する。
トの上面図である。となり合うフオトダイオード12A及
び12Bが背中合わせに合体して第３図の参照番号43及び4
7のような単一成分になつている所のみが異なる。例え
ばレーザダイオード41等をスクリーニングするために、
濃淡をつけた部分の構造体40が用いられる。これは、レ
ーザダイオード41及び必要となる差動対を与える背中合
わせの二つの機能を有するフオトダイオード42及び43か
らなる。各フオトダイオードは、連続的にレーザダイオ
ードの二つの列に作用する。一列に対して前端のセンサ
として、そして、次の列に対して後端のセンサとして作
用する。
レーザダイオードが使用されている時、単一のフオトダ
イオードにはモニタリングする能力がある。その時使用
されるレーザダイオード／フオトダイオードの組み合わ
せは、レーザダイオード46及びフオトダイオード47から
なる。参照番号45と付けたこの組み合わせは、第３図で
はハツチングされて示されている。それは、へき開線
「Ｃ」に沿つてウエーハ上でデバイスを切断することに
よつて得られる。
イオードにはモニタリングする能力がある。その時使用
されるレーザダイオード／フオトダイオードの組み合わ
せは、レーザダイオード46及びフオトダイオード47から
なる。参照番号45と付けたこの組み合わせは、第３図で
はハツチングされて示されている。それは、へき開線
「Ｃ」に沿つてウエーハ上でデバイスを切断することに
よつて得られる。
第4A図及び第4B図は、本発明に従つて設計された一体型
レーザダイオード／フオトダイオード構造体の第２の実
施例を示す図である。構造体50は、ダイオードレーザ11
及びフオトダイオード51からなり、フオトダイオード51
は空間的不均一感度プロフアイルを有する。
レーザダイオード／フオトダイオード構造体の第２の実
施例を示す図である。構造体50は、ダイオードレーザ11
及びフオトダイオード51からなり、フオトダイオード51
は空間的不均一感度プロフアイルを有する。
基本的には、レーザダイオード11及びフオトダイオード
51のどちらの構造体も第7A図及び第1A図に示されるデバ
イスと同じものである。再び同じ参照番号を相当する成
分に用いた。
51のどちらの構造体も第7A図及び第1A図に示されるデバ
イスと同じものである。再び同じ参照番号を相当する成
分に用いた。
構造体50が従来のデバイスと大きく異なるのは、主に、
レーザビーム54の伝搬方向に対してフオトダイオード51
の面52を傾けていることである。傾き角Epはいわゆるブ
ルースター角と等しく、横モード（TM）偏光（傾いたフ
オトダイオード面に対して）の入射光ビームを反射させ
ず、しかも矢印56によつて示されるようなフオトダイオ
ード材料に全く投下させない角例えば反射係数が０にな
るような入射角である。
レーザビーム54の伝搬方向に対してフオトダイオード51
の面52を傾けていることである。傾き角Epはいわゆるブ
ルースター角と等しく、横モード（TM）偏光（傾いたフ
オトダイオード面に対して）の入射光ビームを反射させ
ず、しかも矢印56によつて示されるようなフオトダイオ
ード材料に全く投下させない角例えば反射係数が０にな
るような入射角である。
このことは第５図のグラフに例証されている。第５図
は、TM偏光レーザ光の入射角に対する空気/GaAs界面の
反射Ｒ及び透過Ｔを示すグラフである。GaAsの波長λ＝
0.84μｍに対してブルースター角Epは74.4°である。角
度は「光学データプロセス（Optical Data Processin
g）」の便覧を用いて決定することができる（A.R.Shulm
an）による。John Wiley＆Sons社、1970年、pp92〜9
4）。
は、TM偏光レーザ光の入射角に対する空気/GaAs界面の
反射Ｒ及び透過Ｔを示すグラフである。GaAsの波長λ＝
0.84μｍに対してブルースター角Epは74.4°である。角
度は「光学データプロセス（Optical Data Processin
g）」の便覧を用いて決定することができる（A.R.Shulm
an）による。John Wiley＆Sons社、1970年、pp92〜9
4）。
第５図のグラフから、正確なブルースター角Epにおける
透過が最大になることは明らかである。第4B図示におけ
る矢印54の束によつて示されるようなレーザビームと同
様に、レーザビームの広がりは、結果として光をブルー
スター角と異なる角度で入射させることになる。フオト
ダイオード構造体への傾いたフオトダイオード面を通る
この光の透過は減少し、結果としてフオトダイオードは
空間的不均一感度分布を有することになる。言い換えれ
ば、構造体50はビーム強度分布の変化を検出できる。第
1A図の実施例の構造体20のように、この不均一フオトダ
イオード特性を、単一横モードからより高い次数のモー
ドへの切り換えを検出するのに用いることができる。従
つて、構造体50はウエーハ上での試験を可能にする。
透過が最大になることは明らかである。第4B図示におけ
る矢印54の束によつて示されるようなレーザビームと同
様に、レーザビームの広がりは、結果として光をブルー
スター角と異なる角度で入射させることになる。フオト
ダイオード構造体への傾いたフオトダイオード面を通る
この光の透過は減少し、結果としてフオトダイオードは
空間的不均一感度分布を有することになる。言い換えれ
ば、構造体50はビーム強度分布の変化を検出できる。第
1A図の実施例の構造体20のように、この不均一フオトダ
イオード特性を、単一横モードからより高い次数のモー
ドへの切り換えを検出するのに用いることができる。従
つて、構造体50はウエーハ上での試験を可能にする。
第５図のグラフにおけるTE0及びTE1は、それぞれ基準モ
ード及び第一次モードに対する合計出力に関して規格化
した強度分布のカーブである。カーブTE0から、基準モ
ードは傾いたフオトダイオード面をほぼ完全に透過して
いることがわかる。第一次モードのカーブTE1は、傾き
角において強度分布が最小値をとる。もしこの角度がブ
ルースター角に近いなら、フオトダイオード面を通る全
体の光の透過は、第一次モードより基準モードの方がは
るかに大きい。測定されるフオトダイオード電流はフオ
トダイオード導波管につなげられる光ビーム出力に比例
するので、横モード遷移が起こる時はいつでもフオトダ
イオード電流において明らかな変位点（Kink）や階段状
となる。これは、ブルースター角に傾いた面を有するフ
オトダイオード51（第4A図）のフオトダイオード電流I
PD及び単一モードのリツジレーザの端において一体化さ
れた平行面を有するフオトダイオード12（第7A図）のフ
オトダイオード電流IPDを、レーザ駆動電流ILDの関数と
して測定することによつて確証される。第６（Ａ）図
は、デバイスの一般的挙動がモード変化を起こさないこ
とを示している。平行面をもつフオトダイオード12にお
けるIPDの増加は直線的であり（カーブ71）、ブルース
ター角の面をもつフオトダイオード51の増加はほぼ直線
に近い（カーブ72）。カーブ72の挙動は、出力の増加に
伴うレーザビームの遠視野で見られるビームの拡がりに
相当する。第６（Ｂ）図は、レーザがモード・ジヤンプ
を起こす所を測定したものである。予想通り、ブルース
ター角に傾いた面を有するフオトダイオード51からの信
号74は明らかなステツプを有するが、平行面を有するフ
オトダイオード12からの信号73は、ほとんど認識できな
い位の小さな変位点のみを示す。
ード及び第一次モードに対する合計出力に関して規格化
した強度分布のカーブである。カーブTE0から、基準モ
ードは傾いたフオトダイオード面をほぼ完全に透過して
いることがわかる。第一次モードのカーブTE1は、傾き
角において強度分布が最小値をとる。もしこの角度がブ
ルースター角に近いなら、フオトダイオード面を通る全
体の光の透過は、第一次モードより基準モードの方がは
るかに大きい。測定されるフオトダイオード電流はフオ
トダイオード導波管につなげられる光ビーム出力に比例
するので、横モード遷移が起こる時はいつでもフオトダ
イオード電流において明らかな変位点（Kink）や階段状
となる。これは、ブルースター角に傾いた面を有するフ
オトダイオード51（第4A図）のフオトダイオード電流I
PD及び単一モードのリツジレーザの端において一体化さ
れた平行面を有するフオトダイオード12（第7A図）のフ
オトダイオード電流IPDを、レーザ駆動電流ILDの関数と
して測定することによつて確証される。第６（Ａ）図
は、デバイスの一般的挙動がモード変化を起こさないこ
とを示している。平行面をもつフオトダイオード12にお
けるIPDの増加は直線的であり（カーブ71）、ブルース
ター角の面をもつフオトダイオード51の増加はほぼ直線
に近い（カーブ72）。カーブ72の挙動は、出力の増加に
伴うレーザビームの遠視野で見られるビームの拡がりに
相当する。第６（Ｂ）図は、レーザがモード・ジヤンプ
を起こす所を測定したものである。予想通り、ブルース
ター角に傾いた面を有するフオトダイオード51からの信
号74は明らかなステツプを有するが、平行面を有するフ
オトダイオード12からの信号73は、ほとんど認識できな
い位の小さな変位点のみを示す。
ブルースター角のフオトダイオード面52に衝突する時に
フオトダイオード51への透過光に平行なリツジ導波路53
と共に与えられるフオトダイオード51（第4A図及び第4B
図参照）の測定を、カーブ72及び74が反映していること
に注目されたい。リツジ53の軸及び傾いたフオトダイオ
ード面52に垂直な線のなす角αは、15.6°であつた。レ
ーザダイオード及びフオトダイオードの距離は比較的長
かつた（ビーム軸上で40μｍ）が、最適化されない。距
離を短くすると、測定感度が全体に増加する。
フオトダイオード51への透過光に平行なリツジ導波路53
と共に与えられるフオトダイオード51（第4A図及び第4B
図参照）の測定を、カーブ72及び74が反映していること
に注目されたい。リツジ53の軸及び傾いたフオトダイオ
ード面52に垂直な線のなす角αは、15.6°であつた。レ
ーザダイオード及びフオトダイオードの距離は比較的長
かつた（ビーム軸上で40μｍ）が、最適化されない。距
離を短くすると、測定感度が全体に増加する。
本発明は、モード安定性に関してウエーハ上でレーザダ
イオードをスクリーニングするために、不均一な空間的
感度プロフアイルを有するフオトダイオードを、関連す
るレーザダイオードと一体化させて与えることができ
る。
イオードをスクリーニングするために、不均一な空間的
感度プロフアイルを有するフオトダイオードを、関連す
るレーザダイオードと一体化させて与えることができ
る。
第1A図は、本発明に従う一体型レーザダイオード／フオ
トダイオード構造体の斜視図である。 第1B図は、第1A図の構造体の上面図である。 第２図は、レーザ電流ILDに対する差動信号Idiffのグラ
フである。 第３図は、第1A図の構造体の配置レイアウトの上面図で
ある。 第4A図は、本発明に従う第二の一体型レーザダイオード
／フオトダイオード構造体の斜視図である。 第4B図は、第4A図の構造体の上面図である。 第５図は、TM偏光レーザ光の入射角に対する空気/GaAs
界面の反射Ｒ及び透過Ｔを示すグラフ並びに、基準モー
ド及び第一次モードの合計出力を規格化した強度のグラ
フである。 第６図は、（Ａ）従来技術の第7A図に示される構造体及
び（Ｂ）本発明の第4A図に示される構造体のIPD／ILDの
グラフである。 第7A図は、従来の一体型レーザダイオード／フオトダイ
オード構造体の斜視図である。 第7B図は、第7A図の構造体の上面図である。 11、41、46……レーザダイオード、12、42、43、47、51
……フオトダイオード、13……基板、14……活性層、16
……レーザ鏡面、17、21、22、52……フオトダイオード
面、18……光ビーム、19、53……リツジ。
トダイオード構造体の斜視図である。 第1B図は、第1A図の構造体の上面図である。 第２図は、レーザ電流ILDに対する差動信号Idiffのグラ
フである。 第３図は、第1A図の構造体の配置レイアウトの上面図で
ある。 第4A図は、本発明に従う第二の一体型レーザダイオード
／フオトダイオード構造体の斜視図である。 第4B図は、第4A図の構造体の上面図である。 第５図は、TM偏光レーザ光の入射角に対する空気/GaAs
界面の反射Ｒ及び透過Ｔを示すグラフ並びに、基準モー
ド及び第一次モードの合計出力を規格化した強度のグラ
フである。 第６図は、（Ａ）従来技術の第7A図に示される構造体及
び（Ｂ）本発明の第4A図に示される構造体のIPD／ILDの
グラフである。 第7A図は、従来の一体型レーザダイオード／フオトダイ
オード構造体の斜視図である。 第7B図は、第7A図の構造体の上面図である。 11、41、46……レーザダイオード、12、42、43、47、51
……フオトダイオード、13……基板、14……活性層、16
……レーザ鏡面、17、21、22、52……フオトダイオード
面、18……光ビーム、19、53……リツジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オツト・フエーゲリ スイス国シイー・エイチ8803リツシユリコ ン、バーンホーフシユトラーセ94番地 (56)参考文献 特開 昭59−103394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−125658（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−80887（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−195191（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板と、光ビームを放出するために
前記半導体基板上に鏡面を有するレーザダイオード手段
と、前記半導体基板上で前記レーザダイオード手段に光
学的に結合され、かつエッチングされた垂直面を有し、
前記レーザダイオード手段によって放出された前記光ビ
ームに応じて光電流を発生する少なくとも一つのフオト
ダイオード手段とを備え、前記フオトダイオード手段の
エッチングされた垂直面は、空間的不均一感度プロフア
イルを有する半導体装置において、 動作時、前記フオトダイオード手段は前記レーザダイオ
ードによって放出された光ビームに応じて光電流を発生
し、 前記レーザダイオードに作動電圧を連続的に印加させる
ことによって、光ビームを放出させ、 光学的に結合された前記フオトダイオード手段を付勢し
て、前記光ビームを光電流に変換し、前記光ビームの遠
視野強度分布の関数である振幅を有するテスト信号を与
えるようにしたことを特徴とする半導体装置の試験方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89810577.0 | 1989-07-27 | ||
| EP89810577A EP0410067B1 (en) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | Integrated semiconductor diode laser and photodiode structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03179792A JPH03179792A (ja) | 1991-08-05 |
| JPH07105574B2 true JPH07105574B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=8203169
Family Applications (1)
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