JPH05243685A - Semiconductor laser and its characteristic testing method - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To make it possible to test the characteristics of each of the laser elements as it is in the state of a semiconductor wafer. CONSTITUTION:A laser element 29 is provided with a first clad layer 22, a guide layer 23, an active layer 24, a second clad layer 25, and a cap layer 26 which are laminated on a semiconductor substrate 21 in that order, and at the same time, has a grating structure having a waving interface 27 between the first clad layer 22 and the guide layer 23. For this laser element, the waving interface 27 of the grating structure is formed by a given cycle which is determined by the transmission refractive index of the entire element through each of the layers as well as by the intrinsic emissive wavelength of the material for the active layer 24. Then, the laser light generated by the active layer 24 is lead out from the surface of the element in a state of a semiconductor wafer 28 where a number of laser elements 29 are formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ及びその特
性検査方法に関し、光集積回路や光ＩＣメモリ等に使用
される半導体レーザ、及びその半導体レーザの製造にお
いて特性をチェックする特性検査方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser and a characteristic inspection method therefor, and more particularly to a semiconductor laser used for an optical integrated circuit, an optical IC memory and the like, and a characteristic inspection method for checking the characteristic in manufacturing the semiconductor laser.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体レーザには、例えば、半導体自体
のへき開面を利用したＦＰ〔ファブリ・ペロー〕型やグ
レーティング構造を有するＤＦＢ〔分布帰還〕型のもの
がある。2. Description of the Related Art Semiconductor lasers include, for example, an FP (Fabry-Perot) type utilizing a cleavage plane of a semiconductor itself and a DFB [distributed feedback] type having a grating structure.

【０００３】ＦＰ型半導体レーザは、図４に示すように
半導体基板（1）上に、屈折率が異なる第１クラッド層
（2）、活性層（3）、第２クラッド層（4）及びキャッ
プ層（5）を積層し、その端面にへき開面（6）を形成し
た構造を有するものである。この半導体レーザでは、そ
の表裏面に形成した電極〔図示せず〕により活性層
（3）に所定の電流を注入することによってその活性層
（3）で生成されたレーザ光をへき開面（6）から側方に
導出させるようにしている。As shown in FIG. 4, the FP type semiconductor laser includes a first clad layer (2), an active layer (3), a second clad layer (4) and a cap having different refractive indexes on a semiconductor substrate (1). It has a structure in which layers (5) are laminated and a cleavage plane (6) is formed on the end face thereof. In this semiconductor laser, the laser light generated in the active layer (3) is cleaved by injecting a predetermined current into the active layer (3) by electrodes (not shown) formed on the front and back surfaces thereof. I'm trying to get it out to the side.

【０００４】また、ＤＦＢ型半導体レーザは、図５に示
すように半導体基板（11）上に、第１クラッド層（1
2）、ガイド層（13）、活性層（14）、第２クラッド層
（15）及びキャップ層（16）を積層し、第１クラッド層
（12）とガイド層（13）の間に干渉露光法による波状界
面（17）のグレーティング構造を有するものである。こ
の半導体レーザでは、上述したＦＰ型のようにその端面
にへき開面（6）を形成することなく、グレーティング
構造による内部反射でもって、表裏面に形成した電極
〔図示せず〕により活性層（14）に所定の電流を注入す
ることによってその活性層（14）で生成されたレーザ光
を端面（18）から側方に導出させるようにしている。Further, as shown in FIG. 5, the DFB type semiconductor laser has a first cladding layer (1) on a semiconductor substrate (11).
2), a guide layer (13), an active layer (14), a second clad layer (15) and a cap layer (16) are laminated, and interference exposure is performed between the first clad layer (12) and the guide layer (13). It has a grating structure of a wavy interface (17) by the method. In this semiconductor laser, an active layer (14) is formed by electrodes (not shown) formed on the front and back surfaces by internal reflection due to the grating structure without forming a cleavage plane (6) on the end face unlike the FP type described above. ), A laser beam generated in the active layer (14) is guided laterally from the end face (18).

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したい
ずれの半導体レーザも、活性層（3）又は（14）で生成
されたレーザ光をへき開面（6）又は端面（18）から側
方に導出させている。また、上記半導体レーザは、半導
体ウェーハに多数のレーザ素子を形成した上で、各レー
ザ素子ごとに切断分離することにより製造されるのが一
般的である。そのため、上述した端面発光タイプの半導
体レーザでは、その製造工程中で特性検査しようとした
場合、半導体ウェーハから個々のレーザ素子ごとに切断
分離した後でないと、特性検査することができないとい
う問題があった。By the way, in any of the above-mentioned semiconductor lasers, the laser light generated in the active layer (3) or (14) is guided laterally from the cleavage plane (6) or the end face (18). I am letting you. Further, the semiconductor laser is generally manufactured by forming a large number of laser elements on a semiconductor wafer and then cutting and separating each laser element. Therefore, in the edge-emitting type semiconductor laser described above, when an attempt is made to perform a characteristic inspection during the manufacturing process, there is a problem that the characteristic inspection cannot be performed unless it is cut and separated into individual laser elements from the semiconductor wafer. It was

【０００６】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、半導体ウェー
ハの状態のままで個々のレーザ素子について特性検査す
ることができるようにした半導体レーザ及びその特性検
査方法を提供することにある。Therefore, the present invention has been proposed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser capable of inspecting characteristics of individual laser elements in the state of a semiconductor wafer. And to provide a characteristic inspection method thereof.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明に係る半導体レーザの特性
検査方法は、半導体基板上に第１クラッド層、ガイド
層、活性層、第２クラッド層及びキャップ層を順次積層
すると共に第１クラッド層とガイド層の間に波状界面の
グレーティング構造を有するレーザ素子について、グレ
ーティング構造の波状界面を素子全体の透過屈折率と活
性層の固有発光波長から、グレーティングの反射光の一
部を半導体基板に対して垂直に反射するように所定の周
期で形成し、上記レーザ素子を多数形成した半導体ウェ
ーハの状態で、活性層で生成されたレーザ光の一部を素
子表面から導出させるようにしたことを特徴とする。As a technical means for achieving the above object, a semiconductor laser characteristic inspection method according to the present invention comprises a first clad layer, a guide layer, an active layer, and a second layer on a semiconductor substrate. For a laser device in which a clad layer and a cap layer are sequentially stacked and a grating structure with a wavy interface is provided between the first clad layer and the guide layer, the wavy interface of the grating structure is used to determine the transmission refractive index of the entire device and the intrinsic emission wavelength of the active layer. From the above, a part of the reflected light of the grating is formed at a predetermined cycle so as to be reflected perpendicularly to the semiconductor substrate, and in the state of the semiconductor wafer on which a large number of the laser elements are formed, the laser light generated in the active layer is It is characterized in that a part of it is led out from the element surface.

【０００８】尚、上記方法において、半導体ウェーハの
各レーザ素子のキャップ層を部分的に除去して溝形状な
どの窓部を形成することが望ましい。In the above method, it is desirable to partially remove the cap layer of each laser element of the semiconductor wafer to form a window portion having a groove shape or the like.

【０００９】また、本発明に係る半導体レーザは、半導
体基板上に第１クラッド層、ガイド層、活性層、第２ク
ラッド層及びキャップ層を順次積層すると共に第１クラ
ッド層とガイド層の間に波状界面のグレーティング構造
を有する半導体レーザにおいて、活性層で生成されたレ
ーザ光が表面から導出されるように、グレーティング構
造の波状界面を全体の透過屈折率と活性層の固有発光波
長から、グレーティングの反射光の一部を半導体基板に
対して垂直に反射するように所定の周期に設定したこと
を特徴とする。In the semiconductor laser according to the present invention, a first clad layer, a guide layer, an active layer, a second clad layer and a cap layer are sequentially laminated on a semiconductor substrate, and the first clad layer and the guide layer are provided between the first clad layer and the guide layer. In a semiconductor laser having a wavy interface grating structure, the wavy interface of the grating structure is determined from the overall transmission refractive index and the intrinsic emission wavelength of the active layer so that the laser light generated in the active layer is derived from the surface. It is characterized in that the predetermined period is set so that a part of the reflected light is reflected perpendicularly to the semiconductor substrate.

【００１０】尚、上記半導体レーザにおいて、キャップ
層の部分的な除去により溝形状などの窓部を形成するこ
とが望ましい。In the above semiconductor laser, it is desirable to form a window portion having a groove shape by partially removing the cap layer.

【００１１】[0011]

【作用】本発明では、グレーティング構造の波状界面を
素子全体の透過屈折率と活性層の固有発光波長から、グ
レーティングの反射光の一部を半導体基板に対して垂直
に反射するように所定の周期で形成することにより、活
性層で生成されたレーザ光を素子表面から導出すること
でもって、半導体レーザの製造において、半導体ウェー
ハを各レーザ素子ごとに切断分離することなく、半導体
ウェーハの状態のままで特性検査することが実現でき
る。According to the present invention, the wave-like interface of the grating structure is set at a predetermined period so that a part of the reflected light of the grating is reflected perpendicularly to the semiconductor substrate from the transmission refractive index of the entire device and the intrinsic emission wavelength of the active layer. By deriving the laser light generated in the active layer from the element surface by forming the semiconductor wafer in the semiconductor laser manufacturing, the semiconductor wafer remains in the state of the semiconductor wafer without being cut and separated for each laser element. Characteristic inspection can be realized with.

【００１２】この時、各レーザ素子にキャップ層の部分
的な除去による窓部があれば、レーザ素子の表面からの
レーザ光の検出がより一層容易となり、特性検査の効率
の向上が図れる。At this time, if each laser element has a window portion by partially removing the cap layer, it becomes easier to detect the laser beam from the surface of the laser element, and the efficiency of the characteristic inspection can be improved.

【００１３】[0013]

【実施例】本発明の実施例を図１乃至図３に示して説明
する。Embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

【００１４】図１はＤＦＢ〔分布帰還〕型半導体レーザ
を示す。本発明の半導体レーザは、同図に示すようにＧ
ａＡｓ等の半導体基板（21）上に、それぞれ屈折率が異
なるＡｌＧａＡｓ等の第１クラッド層（22）、ガイド層
（23）、ＧａＡｓ等の活性層（24）、ＡｌＧａＡｓ等の
第２クラッド層（25）、及びＧａＡｓ等のキャップ層
（26）を積層し、第１クラッド層（22）とガイド層（2
3）との間に干渉露光法による波状界面（27）のグレー
ティング構造を有する。FIG. 1 shows a DFB (distributed feedback) type semiconductor laser. The semiconductor laser of the present invention, as shown in FIG.
On a semiconductor substrate (21) such as aAs, a first clad layer (22) such as AlGaAs having a different refractive index, a guide layer (23), an active layer (24) such as GaAs, a second clad layer such as AlGaAs ( 25) and a cap layer (26) such as GaAs are laminated to form a first clad layer (22) and a guide layer (2
It has a grating structure of the wavy interface (27) by the interference exposure method with 3).

【００１５】この半導体レーザのグレーティング構造に
おいて、その波状界面（27）の周期は、各層を通じての
全体の透過屈折率と活性層（24）の材質の固有発光波長
とで決まる。本発明では、上記透過屈折率及び固有発光
波長の条件から、例えば、活性層（24）で生成されるレ
ーザ光の波長が 0.87 μｍであれば、上記波状界面（2
7）の周期を 2400 オンク゛ストローム程度とし、また、ＩｎＰ基
板を用いたＩｎＧａＡｓＰ等による活性層を有する半導
体レーザのレーザ光の波長が 1.55 μｍであれば、波状
界面（27）の周期を 4300 オンク゛ストローム程度とする。この
ように波状界面（27）の周期を設定すると、活性層（2
4）で生成されたレーザ光は各層の積層方向、即ち、図
示上下方向に沿って導出される。この時、図示下方向に
導出されるレーザ光は半導体基板（21）がＧａＡｓで組
成されているため、その半導体基板（21）で吸収され
る。そして、図示上方向に導出されるレーザ光は半導体
レーザの表面（33）から外部に照射されることになる。In this semiconductor laser grating structure, the period of the wavy interface (27) is determined by the total transmission refractive index through each layer and the intrinsic emission wavelength of the material of the active layer (24). In the present invention, from the conditions of the transmission refractive index and the intrinsic emission wavelength, for example, when the wavelength of the laser light generated in the active layer (24) is 0.87 μm, the wavy interface (2
The period of 7) is about 2400 angstroms, and if the wavelength of the laser light of the semiconductor laser having an active layer of InGaAsP using InP substrate is 1.55 μm, the period of the wavy interface (27) is about 4300 angstroms. To do. By setting the period of the wavy interface (27) in this way, the active layer (2
The laser light generated in 4) is emitted along the stacking direction of each layer, that is, the vertical direction in the drawing. At this time, the laser light guided downward in the drawing is absorbed by the semiconductor substrate (21) because the semiconductor substrate (21) is composed of GaAs. Then, the laser light emitted in the upward direction in the drawing is irradiated to the outside from the surface (33) of the semiconductor laser.

【００１６】従って、本実施例の半導体レーザは面発光
の機能を有する端面発光タイプの半導体レーザであり、
図２に示すように半導体ウェーハ（28）の状態で特性検
査することが実現できる。即ち、同図に示すように多数
のレーザ素子（29）を形成した半導体ウェーハ（28）の
状態で、各レーザ素子（29）ごとに所定の電流を注入す
ることにより活性層（24）で生成されたレーザ光は、前
述したようにレーザ素子（29）の表面（33）から導出さ
れ、そのレーザ光を適宜の手段によって検出することに
より特性検査することができる。このようにレーザ光を
レーザ素子（29）の端面ではなくその表面（33）から導
出させることで、各レーザ素子（29）ごとに切断分離す
る前に半導体ウェーハ（28）の状態でもって特性検査す
ることが可能となる。尚、図中、（30）は各レーザ素子
（29）を区画するために形成されたエッチングによる溝
である。Therefore, the semiconductor laser of this embodiment is an edge emitting semiconductor laser having a surface emitting function.
As shown in FIG. 2, the characteristic inspection can be realized in the state of the semiconductor wafer (28). That is, as shown in the figure, in the state of the semiconductor wafer (28) on which a large number of laser elements (29) are formed, a predetermined current is injected into each laser element (29) to generate in the active layer (24). The generated laser light is guided from the surface (33) of the laser element (29) as described above, and the characteristics can be inspected by detecting the laser light by an appropriate means. By deriving the laser light from the surface (33) of the laser element (29) instead of the end surface of the laser element (29), the characteristics of the semiconductor wafer (28) can be inspected before cutting and separating each laser element (29). It becomes possible to do. In the figure, (30) is a groove formed by etching for partitioning each laser element (29).

【００１７】ここで、活性層（24）から上方に導出され
るレーザ光は、キャップ層（26）がＧａＡｓで組成され
ているため、そのキャップ層（26）で一部吸収され易
い。そこで、上記キャップ層（26）を除去することが考
えられるが、キャップ層（26）全体を除去すると電流の
供給が困難となるため、図３に示すように上記キャップ
層（26）の一部を除去して窓部（31）を形成する。この
窓部（31）は溝形状が好ましいが、それ以外の円形状な
どであってもよい。このようにすれば、活性層（24）か
ら上方に導出されるレーザ光がキャップ層（26）で大幅
に吸収されることなく、効率よく外部に照射される。Here, since the cap layer (26) is composed of GaAs, the laser light guided upward from the active layer (24) is likely to be partially absorbed by the cap layer (26). Therefore, it is conceivable to remove the cap layer (26), but if the entire cap layer (26) is removed, it becomes difficult to supply an electric current. Therefore, as shown in FIG. 3, a part of the cap layer (26) is removed. Are removed to form the window (31). The window portion (31) preferably has a groove shape, but may have a circular shape other than that. With this configuration, the laser light guided upward from the active layer (24) is efficiently absorbed to the outside without being largely absorbed by the cap layer (26).

【００１８】更に、同図に示すように窓部（31）と対応
する部位にＺｎ等による拡散領域（32）を形成する。窓
部（31）の表面（33）にも電極〔図示せず〕を薄く形成
する必要があり、その時、電極と接合する第２クラッド
層（25）との接触抵抗が高すぎるので、その接触抵抗を
小さくするために上記接合部位での濃度を高める必要が
ある。この必要性から、上記拡散領域（32）によって電
極と第２クラッド層（25）との接合部位での濃度を高め
て接触抵抗を小さくし、電流の供給を容易にしてレーザ
光の照射効率を向上させる。Further, as shown in the figure, a diffusion region (32) of Zn or the like is formed at a portion corresponding to the window (31). It is necessary to thinly form an electrode (not shown) on the surface (33) of the window (31), and at that time, the contact resistance with the second cladding layer (25) joined to the electrode is too high. In order to reduce the resistance, it is necessary to increase the concentration at the above junction. From this necessity, the diffusion region (32) increases the concentration at the junction between the electrode and the second clad layer (25) to reduce the contact resistance, facilitate the supply of current, and improve the irradiation efficiency of laser light. Improve.

【００１９】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、活性層で生成されたレ
ーザ光を素子表面から導出することができるため、半導
体レーザの製造において、半導体ウェーハを各レーザ素
子ごとに切断分離することなく、半導体ウェーハの状態
のままで特性検査することが実現できて工数の低減が可
能となり作業性が大幅に向上する。According to the present invention, since the laser light generated in the active layer can be derived from the device surface, it is possible to manufacture a semiconductor laser without cutting the semiconductor wafer into individual laser devices. Characteristic inspection can be realized in the state of the semiconductor wafer, and the number of man-hours can be reduced and workability is greatly improved.

【００２０】この時、各レーザ素子にキャップ層の部分
的な除去による窓部があれば、素子表面からのレーザ光
の導出がより一層容易となり、特性検査の効率の向上が
図れる。At this time, if each laser element has a window portion by partially removing the cap layer, it becomes easier to guide the laser light from the element surface, and the efficiency of the characteristic inspection can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明に係る半導体レーザの実施例を示す断面
図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor laser according to the present invention.

【図２】本発明の特性検査方法の実施例を説明するため
のもので、半導体ウェーハを示す断面図FIG. 2 is a cross-sectional view showing a semiconductor wafer for explaining an embodiment of a characteristic inspection method of the present invention.

【図３】図１の半導体レーザの変形例を示す部分斜視図3 is a partial perspective view showing a modified example of the semiconductor laser of FIG.

【図４】半導体レーザの従来例を説明するためのもの
で、ＦＰ〔ファブリ・ペロー〕型半導体レーザを示す断
面図FIG. 4 is a cross-sectional view showing an FP [Fabry-Perot] type semiconductor laser for explaining a conventional example of a semiconductor laser.

【図５】半導体レーザの従来例を説明するためのもの
で、ＤＦＢ〔分布帰還〕型半導体レーザを示す断面図FIG. 5 is a cross-sectional view showing a DFB [distributed feedback] type semiconductor laser for explaining a conventional example of a semiconductor laser.

【符号の説明】 21 半導体基板 22 第１クラッド層 23 ガイド層 24 活性層 25 第２クラッド層 26 キャップ層 27 波状界面 28 半導体ウェーハ 29 レーザ素子 31 窓部[Explanation of reference symbols] 21 Semiconductor substrate 22 First clad layer 23 Guide layer 24 Active layer 25 Second clad layer 26 Cap layer 27 Wavy interface 28 Semiconductor wafer 29 Laser element 31 Window

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 半導体基板上に第１クラッド層、ガイド
層、活性層、第２クラッド層及びキャップ層を順次積層
すると共に第１クラッド層とガイド層の間に波状界面の
グレーティング構造を有するレーザ素子について、グレ
ーティング構造の波状界面を素子全体の透過屈折率と活
性層の固有発光波長で決まる所定の周期で形成し、上記
レーザ素子を多数形成した半導体ウェーハの状態で、活
性層で生成されたレーザ光を素子表面から導出させるよ
うグレーティングの周期を調整したことを特徴とする半
導体レーザの特性検査方法。1. A laser having a grating structure having a wavy interface between a first cladding layer, a guide layer, an active layer, a second cladding layer and a cap layer, which are sequentially laminated on a semiconductor substrate. Regarding the device, the wavy interface of the grating structure was formed in the active layer in the state of the semiconductor wafer in which a large number of the laser devices were formed by forming the wavy interface in a predetermined cycle determined by the transmission refractive index of the entire device and the intrinsic emission wavelength of the active layer. A method of inspecting characteristics of a semiconductor laser, characterized in that a period of a grating is adjusted so that a laser beam is emitted from a device surface. 【請求項２】 請求項１記載の半導体ウェーハの各レー
ザ素子のキャップ層を部分的に除去して窓部を形成する
ようにしたことを特徴とする半導体レーザの特性検査方
法。2. A method for inspecting characteristics of a semiconductor laser, wherein the cap layer of each laser element of the semiconductor wafer according to claim 1 is partially removed to form a window portion. 【請求項３】 請求項２記載の窓部が溝形状であること
を特徴とする半導体レーザの特性検査方法。3. A method for inspecting characteristics of a semiconductor laser, wherein the window portion according to claim 2 has a groove shape. 【請求項４】 半導体基板上に第１クラッド層、ガイド
層、活性層、第２クラッド層及びキャップ層を順次積層
すると共に第１クラッド層とガイド層の間に波状界面の
グレーティング構造を有する半導体レーザにおいて、活
性層で生成されたレーザ光が表面から導出されるよう
に、グレーティング構造の波状界面を全体の透過屈折率
と活性層の固有発光波長で決まる所定の周期に設定した
ことを特徴とする半導体レーザ。4. A semiconductor having a first clad layer, a guide layer, an active layer, a second clad layer, and a cap layer sequentially laminated on a semiconductor substrate and having a wavy interface grating structure between the first clad layer and the guide layer. In the laser, the wavy interface of the grating structure is set to a predetermined period determined by the overall transmission refractive index and the intrinsic emission wavelength of the active layer so that the laser light generated in the active layer is derived from the surface. Semiconductor laser. 【請求項５】 請求項４記載のキャップ層の部分的な除
去により窓部を形成したことを特徴とする半導体レー
ザ。5. A semiconductor laser having a window formed by partially removing the cap layer according to claim 4. 【請求項６】 請求項５記載の窓部を溝形状としたこと
を特徴とする半導体レーザ。6. A semiconductor laser, wherein the window portion according to claim 5 has a groove shape.