JP2009076669A - Active layer evaluation method and optical semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体基板上に形成された活性層を含むコア層の偏光特性を高感度に測定する。
【解決手段】半導体基板1の上面に形成された活性層を含むコア層7へ励起光12を照射し、出射するフォトルミネッセンス光20のTEモードとTMモードの強度比を測定して活性層の偏光特性を分析する活性層の評価方法において、コア層7上にコア層7と屈折率が異なる半導体層8を形成して、半導体基板1、コア層7及び半導体層8からなるスラブ型光導波路を構成する。フォトルミネッセンス光がコア層に閉じ込められて光導波路を構成するので、長い励起領域で光増幅がなされる結果、各モードの光強度差が拡大され、光強度差が高感度に測定される。
【選択図】図3Polarization characteristics of a core layer including an active layer formed on a semiconductor substrate are measured with high sensitivity.
A core layer including an active layer formed on an upper surface of a semiconductor substrate is irradiated with excitation light, and an intensity ratio of the TE mode and TM mode of the emitted photoluminescence light is measured to measure the intensity of the active layer. In the active layer evaluation method for analyzing polarization characteristics, a semiconductor layer 8 having a refractive index different from that of the core layer 7 is formed on the core layer 7, and a slab type optical waveguide comprising the semiconductor substrate 1, the core layer 7, and the semiconductor layer 8. Configure. Since the photoluminescence light is confined in the core layer to form the optical waveguide, light amplification is performed in a long excitation region. As a result, the light intensity difference in each mode is expanded, and the light intensity difference is measured with high sensitivity.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は活性層を含む光導波路を備えた光半導体装置に用いられる活性層の評価方法及びその光半導体装置の製造方法に関し、とくに、活性層の偏光特性を精密に評価することができる活性層の評価方法及びその評価方法を活性層の形成条件の調整に用いる光半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating an active layer used in an optical semiconductor device having an optical waveguide including an active layer and a method for manufacturing the optical semiconductor device, and in particular, an active layer capable of precisely evaluating the polarization characteristics of the active layer. The present invention relates to a method for manufacturing an optical semiconductor device using the evaluation method for adjusting the formation conditions of an active layer.
活性層を含む導波路を利用する光半導体装置、例えばストライプ状の導波路を用いて光増幅をする半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)では、装置の特性の偏光依存性(偏光特性)、例えば増幅特性の偏光依存性が小さいことが望まれる。例えば、光通信用に使用されている半導体光増幅器では、TEモードとTMモードの増幅率の差が1dB以下であることが要求されている。このため、偏光依存性が小さな活性層を製造し、評価する方法が必要とされている。 In an optical semiconductor device using a waveguide including an active layer, for example, a semiconductor optical amplifier (SOA: Semiconductor Optical Amplifier) that performs optical amplification using a striped waveguide, the polarization dependence (polarization characteristics) of the characteristics of the device, For example, it is desired that the polarization characteristic of the amplification characteristic is small. For example, a semiconductor optical amplifier used for optical communication is required to have a difference in gain between the TE mode and the TM mode of 1 dB or less. Therefore, there is a need for a method for producing and evaluating an active layer having a small polarization dependency.
他方、活性層に量子ドットを含む量子ドット活性層を用いた光半導体装置、例えば半導体光増幅器は、パターン効果が小さくかつ広い利得帯域を有するという優れた増幅特性を有することから、今後の実用化に向けて開発が進められている。しかし、量子ドットは形成条件によっては強い偏光依存性を有することがあり、かかる量子ドットを用いた光半導体装置の特性は大きな偏光依存性を有するものとなる。 On the other hand, optical semiconductor devices using a quantum dot active layer containing quantum dots in the active layer, for example, semiconductor optical amplifiers, have excellent amplification characteristics such as a small pattern effect and a wide gain band. Development is underway. However, quantum dots may have a strong polarization dependency depending on the formation conditions, and the characteristics of an optical semiconductor device using such quantum dots have a large polarization dependency.
量子ドットの偏光特性は、形状、大きさ、歪み、材料等に強く依存する。しかし、これら形状等は、量子ドットの形成条件を制御することで、所望の形状等に近くなるように制御することができる。例えば、下層と格子定数が異なる半導体材料を薄く堆積させ、下層上にその半導体材料からなる偏平な島状半導体を形成し、かかる島状半導体を積層して立方体に近い形状を有する量子ドットを形成する方法では、材料、温度、堆積量及び積層数等の形成条件を制御することで、所望の偏光特性を有する量子ドットを作製することができる。(例えば非特許文献1を参照。)
上述したように、光半導体装置の活性層は、偏光依存性が十分に小さいことが要求される。このため、光半導体装置の製造において、半導体基板上に活性層を堆積した後、堆積した活性層の偏光特性を測定して評価し、規定の偏光特性を満たすことを確認する工程が採用されている。かりに、規定の偏光特性を満たさない場合は、測定値に基づき活性層の形成条件(即ち堆積条件)を偏光特性が規定値に近づくように変更し、再び活性層の形成(即ち堆積)及び偏光特性の測定・評価を繰り返す。この繰り返しは、偏光特性が充足される活性層が形成されるまで続けられる。これにより,確実に規定の偏光特性を満たす活性層が製造される。
The polarization characteristics of quantum dots strongly depend on the shape, size, strain, material, and the like. However, these shapes and the like can be controlled to be close to a desired shape and the like by controlling the formation conditions of the quantum dots. For example, a semiconductor material having a lattice constant different from that of the lower layer is deposited thinly, a flat island-shaped semiconductor made of the semiconductor material is formed on the lower layer, and the quantum dots having a shape close to a cube are formed by stacking such island-shaped semiconductors. In this method, quantum dots having desired polarization characteristics can be manufactured by controlling formation conditions such as material, temperature, deposition amount, and number of stacked layers. (For example, refer
As described above, the active layer of the optical semiconductor device is required to have a sufficiently small polarization dependency. For this reason, in the manufacture of an optical semiconductor device, a process of depositing an active layer on a semiconductor substrate, measuring and evaluating the polarization characteristics of the deposited active layer, and confirming that the prescribed polarization characteristics are satisfied is adopted. Yes. However, if the prescribed polarization characteristics are not satisfied, the active layer formation conditions (ie, deposition conditions) are changed based on the measured values so that the polarization characteristics approach the prescribed values, and the active layer formation (ie, deposition) and polarization are again performed. Repeat measurement and evaluation of characteristics. This repetition is continued until an active layer that satisfies the polarization characteristics is formed. As a result, an active layer that reliably satisfies the prescribed polarization characteristics is manufactured.
以下、半導体基板上に堆積した活性層の偏光特性を評価する従来の活性層の評価方法について説明する。 A conventional active layer evaluation method for evaluating the polarization characteristics of the active layer deposited on the semiconductor substrate will be described below.
図8は従来の評価試料構造説明図であり、活性層の評価がなされる試料の積層構造を表している。なお、図8(a)は半導体基板の上面に形成された活性層を含むコア層の断面構造を、図8(b)は図8(a)の上下方向(半導体基板上面の垂直方向)に沿う屈折率分布を表している。 FIG. 8 is a diagram for explaining the structure of a conventional evaluation sample, and shows a laminated structure of a sample on which an active layer is evaluated. 8A shows the cross-sectional structure of the core layer including the active layer formed on the upper surface of the semiconductor substrate, and FIG. 8B shows the vertical direction of FIG. 8A (the vertical direction of the upper surface of the semiconductor substrate). The refractive index distribution along is shown.
図8(a)を参照して、評価試料は、半導体基板1の上面に、活性層5の上下を光ガイド層2、6により挟んだ構造のコア層7が形成されている。活性層5は、中間層4と量子ドット3より構成される。この半導体基板1はへき開され、そのへき開面にコア層7の端面が表出している。
Referring to FIG. 8A, in the evaluation sample, the
図8(b)を参照して、光ガイド層2、6の屈折率は、半導体基板1より大きく、一方活性層5より僅かに小さい。従って、コア層7は、その上下の半導体基板1及び空気より大きな屈折率を有し、スラブ型の光導波路層として機能する。
Referring to FIG. 8B, the refractive index of the
かかる量子ドット3は例えば次のようにして製造される。半導体基板1及び下層の光ガイド層2と大きく異なる格子定数を有する半導体材料を偏平な島状に堆積させ、その上に半導体基板1に近い格子定数を有する中間層4を堆積する。さらに、島状の半導体材料と中間層4とを交互に複数層積層することで、偏平な島状の半導体材料が垂直に積層した柱状の量子ドット4が形成される。
Such quantum dots 3 are manufactured as follows, for example. A semiconductor material having a lattice constant significantly different from that of the
このような柱状の量子ドット4は、形成条件を制御することで、水平方向の幅と垂直方向の高さの寸法をほぼ等しい立方体状に形成することができる。かかる立方体状の量子ドットは、水平偏光と垂直偏光の両方に対してほぼ等しい特性を有する。このため、光半導体装置を構成する光導波路のコア層7の一部にかかる量子ドット4を含む活性層5を用いることで、偏光依存性が小さな光半導体装置が実現される。
Such columnar
図9は従来の評価方法説明図であり、試料を照射する励起光とコア層から放射されるフォトルミネッセンス光を表している。 FIG. 9 is an explanatory view of a conventional evaluation method, showing excitation light for irradiating a sample and photoluminescence light emitted from the core layer.
図9を参照して、従来の活性層の評価方法では、図9を参照して、半導体基板1上に形成されたコア層7に、上方からコア層7に垂直に励起光12(レーザ光)を入射してコア層7中の活性層5(図8の活性層5)を励起する。そして、へき開面から放射される活性層5からのフォトルミネッセンス光20の偏光特性を測定する。(例えば、非特許文献2を参照。)。
Referring to FIG. 9, in the conventional method for evaluating an active layer, referring to FIG. 9, excitation light 12 (laser light) is vertically applied to
励起光12は、レーザ光を拡幅しコリメータを通して平行ビームとした後、スリットを通過させて細長い長方形状の断面を有する光ビームに整形される。この励起光12は、長辺がへき開面に垂直になるように、半導体基板1上面に垂直方向の入射方向12aから照射される。
The
励起光12により励起された活性層5は、励起光12の形状に従い細長い長方形領域が励起される。この励起された長方形領域を含むコア層7は、横閉じ込め効果を有する導波路として機能する。このため、フォトルミネッセンス光20は、コア層7内を長方形領域の長辺に沿って伝播し増幅され、へき開面からそのへき開面に垂直に放射される。
In the active layer 5 excited by the
放射されたフォトルミネッセンス光20は、コア層7(又は活性層5)に垂直な偏光方向20Mを有するTMモードと、コア層7に平行な偏光方向20Eを有するTEモードとの光強度がそれぞれ測定され、フォトルミネッセンス光20の偏光特性が評価される。
The emitted
この従来の評価方法では、活性層5を細長く励起する。その結果、活性層5で発生したフォトルミネッセンス光20は、励起されたコア層7を伝播して増幅される。励起される長方形領域の長辺の長さをL、光ゲインをgとすると、増幅されたフォトルミネッセンス光の強度は(exp(gL)−1)/gに比例する。その結果、TEモードとTMモードとで光ゲインに差があると、両モード間の光強度の差は、励起される領域の長さLに対して指数関数的に拡大する。このため、励起光を単に円形断面や短い長方形とする場合に較べて、活性層5のTEモードとTMモードの光ゲインの差異が顕著にフォトルミネッセンス光の強度差として現れる。従って、活性層5の偏光特性を精密に評価することができる。
In this conventional evaluation method, the active layer 5 is excited to be elongated. As a result, the
評価の結果、TMモード又はTEモードの一方の発光が強すぎる場合は、それに応じて活性層の形成条件を調整して活性層を再度形成し、再び活性層の偏光特性を評価する。評価の結果、偏光特性が規格範囲内にあれば、その活性層の形成性条件により光半導体装置用の活性層を半導体基板上に形成する。これにより、確実に偏光依存性を満たす光半導体装置が製造される。
上述したように、従来の活性層の偏光特性の評価方法では、半導体基板上に活性層を含むコア層が形成された試料をそのまま評価用の試料として用いていた。このコア層は、実際の製品である光半導体装置を製造する際に、上部に厚いクラッド層が形成されて光半導体装置の光導波路のコア層を構成するもので、このままでは光を閉じ込めるに十分な厚さを有していない。 As described above, in a conventional method for evaluating the polarization characteristics of an active layer, a sample in which a core layer including an active layer is formed on a semiconductor substrate is used as it is as a sample for evaluation. When manufacturing an optical semiconductor device, which is an actual product, this core layer forms a core layer of an optical waveguide of an optical semiconductor device by forming a thick cladding layer on the upper portion, and this is sufficient to confine light. Does not have a sufficient thickness.
例えば、活性層の厚さは、InAsの島をInGaAsP中間層(サイドバリア層)を挟んで10層程度に積層した柱状量子ドットの厚さ、例えば10nm程度であり、その上に形成される光ガイド層(又は活性層を保護するキャップ層)の厚さは例えば200nm程度である。従って、活性層及びその上下の光ガイド層からなるコア層の厚さは、高々1μm程度以下に過ぎない。 For example, the thickness of the active layer is the thickness of a columnar quantum dot in which InAs islands are stacked in about 10 layers with an InGaAsP intermediate layer (side barrier layer) interposed therebetween, for example, about 10 nm, and light formed thereon The thickness of the guide layer (or the cap layer that protects the active layer) is, for example, about 200 nm. Accordingly, the thickness of the core layer composed of the active layer and the upper and lower light guide layers is at most about 1 μm or less.
このように薄いコア層内の活性層を励起してフォトルミネッセンス光を発生すると、伝播する光の大部分が半導体基板内に放散される放射モードとなり、コア層に閉じ込められる光は少ない。このため、細長い長方形領域を励起しても、長方形領域全長にわたる十分な光増幅がなされない。これでは、活性層が有する光ゲインの偏光依存性(異なる偏光に対する光ゲインの差)が、励起領域の長さと共に指数関数的に拡大しないため、異なる偏光を有するフォトルミネッセンス光の間の強度差が小さい。従って、フォトルミネッセンス光の偏光依存性の観測から、活性層又はコア層の偏光依存性を精密に評価することが難しいという問題がある。 When the photoluminescence light is generated by exciting the active layer in the thin core layer in this way, most of the propagating light is in a radiation mode that is diffused into the semiconductor substrate, and the light confined in the core layer is small. For this reason, even if an elongated rectangular region is excited, sufficient light amplification over the entire length of the rectangular region is not performed. In this, the polarization dependence of the optical gain of the active layer (difference in optical gain for different polarizations) does not grow exponentially with the length of the excitation region, so that the intensity difference between photoluminescent light with different polarizations Is small. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately evaluate the polarization dependency of the active layer or the core layer from the observation of the polarization dependency of the photoluminescence light.
さらに、従来の活性層の評価方法では、レーザ光を拡幅した後、スリットを通して細長い長方形ビームからなる励起光を形成していた。しかし、レーザ光はガウシアンビームであるため、励起光の光強度分布も又ガウシアン分布となる。このため、励起光は長方形断面の長辺に沿って大きな強度分布を有する。 Further, in the conventional method for evaluating the active layer, after the laser beam is widened, excitation light composed of a long and narrow rectangular beam is formed through the slit. However, since the laser light is a Gaussian beam, the light intensity distribution of the excitation light also has a Gaussian distribution. For this reason, the excitation light has a large intensity distribution along the long side of the rectangular cross section.
このような強度分布を有する励起光を用いると、有効に励起される領域が領域中央付近に限られるため、フォトルミネッセンス光の実効的な増幅距離が短くなる。このため、活性層の精密な偏光依存性の評価が困難になるという問題がある。 When excitation light having such an intensity distribution is used, an effective excitation region is limited to the vicinity of the center of the region, so that an effective amplification distance of photoluminescence light is shortened. For this reason, there is a problem that it is difficult to accurately evaluate the polarization dependency of the active layer.
本発明は、活性層の偏光依存性を精密に評価することができる活性層の評価方法、及びかかる評価方法を用いた偏光依存性の小さな特性を有する光半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides an active layer evaluation method capable of precisely evaluating the polarization dependency of the active layer, and a method of manufacturing an optical semiconductor device having a small polarization dependency characteristic using the evaluation method. Objective.
上述した課題を解決するための本発明の第1の構成の活性層の評価方法は、半導体基板の上面に形成された活性層を含むコア層上に半導体層を形成する。この半導体基板及び半導体層は、コア層より小さな屈折率を有し、半導体基板、コア層及び半導体層からなるスラブ型光導波路を形成する。そして、活性層へ励起光を照射して、活性層の端面から出射するフォトルミネッセンス光の偏光特性を分析する。 The active layer evaluation method of the first configuration of the present invention for solving the above-described problem forms a semiconductor layer on a core layer including an active layer formed on an upper surface of a semiconductor substrate. The semiconductor substrate and the semiconductor layer have a refractive index smaller than that of the core layer, and form a slab type optical waveguide including the semiconductor substrate, the core layer, and the semiconductor layer. Then, the active layer is irradiated with excitation light, and the polarization characteristics of the photoluminescence light emitted from the end face of the active layer are analyzed.
本第1の構成では、コア層上に半導体層を形成し、コア層より屈折率が小さな半導体基板、コア層及びコア層より屈折率が小さな半導体層から構成されるスラブ型光導波路を形成する。この構造では、コア層の上下で、屈折率差による光閉じ込めがなされる。従って、コア層を伝播するフォトルミネッセンス光は、コア層に閉じ込められて伝播しその間に光増幅される。このため、活性層の偏光特性がフォトルミネッセンス光の光増幅により拡大され、活性層の偏光特性が高感度に測定される。その結果、偏光特性を精密に評価することができる。 In the first configuration, a semiconductor layer is formed on the core layer, and a semiconductor substrate having a refractive index lower than that of the core layer, a slab type optical waveguide including a core layer and a semiconductor layer having a refractive index lower than that of the core layer are formed. . In this structure, light is confined by the refractive index difference above and below the core layer. Therefore, the photoluminescence light propagating through the core layer is confined in the core layer and propagates, and light is amplified in the meantime. For this reason, the polarization characteristic of the active layer is expanded by optical amplification of the photoluminescence light, and the polarization characteristic of the active layer is measured with high sensitivity. As a result, the polarization characteristics can be accurately evaluated.
半導体層は、半導体基板と共に、フォトルミネッセンス光をコア層内に十分に閉じ込めるだけの厚さとコア層に対する屈折率差を有する必要がある。即ち、コア層を上下から挟む半導体基板及び半導体層は、コア層を光導波路とするスラブ導波路を形成するに十分な屈折率差を有し、かつ、コア層に光閉を込めるに必要な厚さを有する。なお、コア層と、半導体基板及び半導体層の屈折率は、導波路を形成するものであれば大小関係は問わない。例えば、半導体基板及び半導体層が、コア層よりも小さな屈折率を有し、導波路を構成するものでもよい。 The semiconductor layer needs to have a thickness sufficient to confine the photoluminescence light in the core layer and a refractive index difference with respect to the core layer together with the semiconductor substrate. That is, the semiconductor substrate and the semiconductor layer sandwiching the core layer from above and below have a refractive index difference sufficient to form a slab waveguide having the core layer as an optical waveguide, and are necessary for light confinement in the core layer. Has a thickness. Note that the refractive indexes of the core layer, the semiconductor substrate, and the semiconductor layer may be of any magnitude as long as they form a waveguide. For example, the semiconductor substrate and the semiconductor layer may have a refractive index smaller than that of the core layer and constitute a waveguide.
光半導体装置のコア層上に設けられるクラッド層の半導体材料を、この半導体層として用いて、偏光特性の評価がなされる試料と半導体装置との屈折率を同一分布とすることが、半導体装置の偏光特性を正確に評価する観点から好ましい。もちろん、活性層の偏光依存性を拡大して鋭敏に測定するために、より光閉じ込め効果の大きな半導体材料を用いて半導体層を構成することもできる。 Using the semiconductor material of the clad layer provided on the core layer of the optical semiconductor device as this semiconductor layer, the refractive index of the sample to be evaluated for polarization characteristics and the semiconductor device have the same distribution. This is preferable from the viewpoint of accurately evaluating the polarization characteristics. Of course, in order to increase the polarization dependency of the active layer and perform a sharp measurement, the semiconductor layer can be formed using a semiconductor material having a greater light confinement effect.
コア層は、活性層のみから構成されていてもよい。また、活性層の上下の一方又は両方に光ガイド層を有していてもよい。さらに、活性層上に活性層を保護する薄膜が形成されていてもよい。 The core layer may be composed of only the active layer. Moreover, you may have a light guide layer in one or both of the upper and lower sides of an active layer. Furthermore, a thin film for protecting the active layer may be formed on the active layer.
活性層は、励起光により励起されて光増幅するならば、とくに構造及び材料に制限されない。例えば、量子ドットを含む活性層の他、量子井戸構造を有する活性層、さらにはバルクの活性層であってもよい。とくに、量子ドット、量子井戸構造又は歪み活性層は偏光依存性が生じやすく、これらの偏光特性を精密に評価することは、活性層の形成条件を調整して、活性層の偏光依存性を減少するために、本発明を適用するに適している。 The active layer is not particularly limited in structure and material as long as it is excited by excitation light and amplifies the light. For example, in addition to an active layer including quantum dots, an active layer having a quantum well structure or a bulk active layer may be used. In particular, quantum dots, quantum well structures, or strained active layers tend to have polarization dependence, and precise evaluation of their polarization characteristics reduces the polarization dependence of the active layer by adjusting the formation conditions of the active layer. Therefore, it is suitable for applying the present invention.
第1の構成において、励起光を、活性層の端面に垂直な長辺を有する断面長方形の光ビームとすることが望ましい。励起光をかかる断面形状とすることで、励起される領域が線分状になるので、フォトルミネッセンス光はこの線分状の領域に閉じ込められこの領域内を伝播する。従って、フォトルミネッセンス光の増幅が有効になされので、活性層の偏光依存性も十分に拡大され、活性層の偏光依存性を精密に評価することができる。なお、励起光は、長い線分状の領域を均一に励起するため、とくに線分方向の光強度分布が均一であることが望ましい。 In the first configuration, the excitation light is preferably a light beam having a rectangular cross section having a long side perpendicular to the end face of the active layer. By setting the excitation light in such a cross-sectional shape, the excited region becomes a line segment, so that the photoluminescence light is confined in this line segment region and propagates in this region. Therefore, since the amplification of the photoluminescence light is made effective, the polarization dependency of the active layer is sufficiently expanded, and the polarization dependency of the active layer can be accurately evaluated. In addition, since excitation light excites a long line segment area | region uniformly, it is desirable that especially the light intensity distribution of a line segment direction is uniform.
かかる光強度分布が均一で細長い長方形断面を有する励起光は、以下のようにして形成することができる。 Such excitation light having a uniform light intensity distribution and an elongated rectangular cross section can be formed as follows.
まず、レーザ光をビームエキスパンダを通して拡径する。次いで、ガウシアン強度分布を有する入射光を一様な強度分布に変換するビームシェイパへ拡径されたレーザ光を入射して、一様な強度分布を有する光ビームに変換する。次いで、一様な強度分布を有する光ビームをシリンドリカルレンズへ入射して、断面長方形の光ビームからなる励起光を形成する。 First, the diameter of the laser beam is expanded through a beam expander. Next, the laser light whose diameter has been expanded is incident on a beam shaper that converts incident light having a Gaussian intensity distribution into a uniform intensity distribution, and converted into a light beam having a uniform intensity distribution. Next, a light beam having a uniform intensity distribution is incident on the cylindrical lens to form excitation light composed of a light beam having a rectangular cross section.
ここで用いるビームシェイパは、入射した平行光線のガウンシアンビームを透過する間に、一様な光強度分布を有する光ビームに変換する。従って、その出射光をシリンドリカルレンズを用いて線分状(細長い長方形断面状)に集光することができる。 The beam shaper used here converts a light beam having a uniform light intensity distribution while transmitting the incident Gaussian beam of parallel rays. Therefore, the emitted light can be condensed into a line segment (elongated rectangular cross section) using a cylindrical lens.
この方法によると、円形断面のレーザ光をスリットにより制限して長方形断面とする従来の励起光の形成方法に比べ、スリットによる光の損失が少ない又はないので容易に一様な光強度を有する高輝度の励起光が形成される。 According to this method, the laser light having a circular cross section is limited by the slit to form a rectangular cross section, and compared with the conventional method of forming the excitation light, there is little or no loss of light due to the slit, and thus a high light intensity that is easily uniform. Luminous excitation light is formed.
一様強度の長方形断面の励起光を形成する他の方法は、ガウシアン強度分布を有する光ビームを一様な光強度分布を有する断面正方形の光ビームに変換する拡散板を用いる方法である。 Another method of forming excitation light having a rectangular section with uniform intensity is a method using a diffusion plate that converts a light beam having a Gaussian intensity distribution into a light beam having a square section having a uniform light intensity distribution.
即ち、レーザ光をこの拡散板へ入射し、レーザ光を一様な光強度分布を有する断面正方形の光ビームに変換し、この変換された光ビームをシリンドリカルレンズへ入射して断面長方形の光ビームからなる励起光を形成する。なお、変換された光ビームが発散光である場合は、これを平行光線とした後シリンドリカルレンズに入射する。 That is, the laser beam is incident on the diffuser plate, the laser beam is converted into a light beam having a square cross section having a uniform light intensity distribution, and the converted light beam is incident on a cylindrical lens to generate a light beam having a rectangular cross section. Excitation light consisting of If the converted light beam is divergent light, it is converted into parallel rays and then incident on the cylindrical lens.
この方法でも、スリットによる損失が少ない又はないので、一様な光強度を有する光強度の大きな(高輝度の)励起光を得ることができる。 Even with this method, since there is little or no loss due to the slit, it is possible to obtain excitation light with high light intensity (high brightness) having uniform light intensity.
本発明の第2の構成は、偏光依存性が小さい優れた偏光特性を有する光半導体装置の製造方法に関し、とくに、半導体基板の上面に活性層を含むコア層を形成する工程と、活性層の偏光特性を評価する工程と、前記評価に基づき活性層の形成条件を調整する工程とを有する。 The second configuration of the present invention relates to a method of manufacturing an optical semiconductor device having excellent polarization characteristics with small polarization dependence, and in particular, a step of forming a core layer including an active layer on the upper surface of a semiconductor substrate, A step of evaluating the polarization characteristics, and a step of adjusting the formation conditions of the active layer based on the evaluation.
第2の構成では、活性層の偏光特性を評価する工程に、上述した第1の構成の活性層の評価方法を用いる。 In the second configuration, the method for evaluating the active layer having the first configuration described above is used in the step of evaluating the polarization characteristics of the active layer.
既述したように、第1の構成の活性層の評価方法により、半導体基板上に形成された活性層の偏光特性を精密に評価することができる。従って、活性層の偏光特性が所要の範囲内に確実に入るように活性層の形成条件を制御することが容易である。このため、偏光依存性が確実に所要の範囲にある光半導体装置が製造される。 As described above, the polarization characteristic of the active layer formed on the semiconductor substrate can be accurately evaluated by the active layer evaluation method having the first configuration. Therefore, it is easy to control the formation conditions of the active layer so that the polarization characteristics of the active layer fall within the required range. For this reason, an optical semiconductor device in which the polarization dependency is reliably within a required range is manufactured.
本発明によれば、活性層の偏光依存性を高感度に評価することができる。従って、偏光依存性が小さな活性層の形成条件が容易に決定されるので、偏光特性が小さな光半導体装置を確実に製造することができる。 According to the present invention, the polarization dependency of the active layer can be evaluated with high sensitivity. Therefore, since the formation conditions of the active layer having a small polarization dependency are easily determined, an optical semiconductor device having a small polarization characteristic can be reliably manufactured.
本発明の第1実施形態は光半導体装置の製造方法に関し、とくに半導体光増幅器(SOA)の製造方法に関する。 The first embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing an optical semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor optical amplifier (SOA).
図1は本発明の第1実施形態光半導体装置の製造工程図であり、半導体光増幅器の製造工程を表している。図2は本発明の第1実施形態評価試料構造説明図であり、評価すべき活性層が形成された試料30の構造を表している。なお、図2(a)は試料30の断面構造を、図2は試料30の試料上面に垂直方向の屈折率分布を表している。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of an optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and shows a manufacturing process of a semiconductor optical amplifier. FIG. 2 is an explanatory view of the structure of an evaluation sample according to the first embodiment of the present invention, and shows the structure of a
図1を参照して、本第1実施形態の工程は、活性層の形成条件を定めるための条件決定工程(S1〜S4)と、その後になされる実際の半導体装置を製造する製品製造工程(S5〜S10)とから構成される。 Referring to FIG. 1, the process of the first embodiment includes a condition determining process (S1 to S4) for determining the formation conditions of the active layer, and a product manufacturing process for manufacturing an actual semiconductor device ( S5 to S10).
図1及び図2を参照して、条件決定工程(S1〜S4)では、まず工程S1として、半導体基板1上に活性層5のテスト堆積を行なう。次いで、工程S2では、テスト堆積された活性層5上に、光半導体層8としてInPクラッド層8を堆積し、評価用の試料30を作製する。なお、クラッド層8は、上述した半導体層の1例であり、以下説明を明瞭にするため、半導体層8と同一符号を付してクラッド層8と記載する。以下、この工程S1及び工程S2の詳細を説明する。
Referring to FIGS. 1 and 2, in the condition determination step (S1 to S4), first, test deposition of active layer 5 is performed on
図2(a)を参照して、工程S1では、初めに、n型InPからなる半導体基板1上に、例えば厚さ150nmのInGaAsPからなる光ガイド層2を堆積した。次いで、活性層5を堆積し、さらにその上に例えば厚さ150nmのInGaAsPからなる光ガイド層6を堆積した。これらの活性層2及び光ガイド層2、6は、いずれもMOCVD(有機金属化学堆積法)を用いて堆積した。
Referring to FIG. 2A, in step S1, first, a
活性層5は、量子ドット3とその間を埋める中間層4とから構成される。活性層5は、極薄い(例えば単原子層以下の)InAs層の堆積と、InGaAsP層の堆積とを交互に所定回数(例えばInAs層を9層)繰り返し堆積することで形成される。
The active layer 5 is composed of quantum dots 3 and an
InAsは、下地の光ガイド層2又は中間層のInGaAsPと格子定数が大きく異なるので、薄いInAs層は島状に堆積する。その上に堆積されるInGaAsPは、島状のInAsを覆い、ほぼ平坦に堆積する。2層目以上の島状InAsは、自発的に下層の島状InAsの直上に形成される。従って、InAs層とInGaAsP層とを交互に複数回堆積することで、複数の島状InAsが薄いInGaAsP層を介して垂直に積層された量子ドット3が形成される。一方、隣接する量子ドット3の間に堆積したInGaAsP層は、平坦に堆積して量子ドット3を分離する中間層4を形成する。これにより、量子ドット3を中間層4により分離した構造の活性層5が形成される。活性層5の厚さは量子ドット3の形成条件により異なるが、例えば9回のInAs層の堆積によりほぼ高さ13nmの量子ドット3が、即ち厚さ13nmの活性層5が形成された。
Since InAs has a lattice constant significantly different from that of the underlying
次いで、工程S2では、上述したように活性層5上に例えば厚さ150nm〜350nmのInGaAsPからなる光ガイド層6を堆積した。この工程により、活性層5を光ガイド層2、6で上下から挟む構造を有するコア層7が形成される。
Next, in step S2, as described above, the light guide layer 6 made of InGaAsP having a thickness of, for example, 150 nm to 350 nm is deposited on the active layer 5. By this step, the
次いで、工程S2では、コア層7上に半導体としてInPからなるクラッド層8を、MOCVDを用いて堆積した。このクラッド層8の厚さは、コア層7への光閉じ込めに十分な厚さ、例えば3μmとする。クラッド層8が薄いと光閉じ込め効果が小さく、活性層5の偏光特性がフォトルミネッセンス光の偏光特性に十分に反映されないのみならず、クラッド層8の厚さの変動によりフォトルミネッセンス光の偏光特性の変化が生ずるので好ましくない。逆に厚すぎると堆積時間が長いという問題がある。従って、クラッド層8の厚さは、光閉じ込め効果及び測定の安定性の観点から1μm以上、堆積時間の観点から5μm以下とすることが好ましい。
Next, in step S2, a
図2(b)を参照して、上述の工程S1〜S2により製造された試料30は、InPからなる半導体基板1及びInPからなるクラッド層8に対して、コア層7の屈折率が高く、フォトルミネッセンス光はコア層7内に有効に閉じ込められられる。光ガイド層2、6は活性層5とほぼ等しい屈折率を有し、これにより光はコア層内に閉じ込められて伝播する。
Referring to FIG. 2B, the
次いで、図1を参照して、工程S3では活性層の偏光特性の評価を行なう。 Next, referring to FIG. 1, in step S3, the polarization characteristics of the active layer are evaluated.
図3は本発明の第1実施形態評価方法を説明する斜視図であり、試料に入射する励起光及び試料から出射するフォトルミネッセンス光を表している。 FIG. 3 is a perspective view for explaining the evaluation method according to the first embodiment of the present invention, and shows excitation light incident on the sample and photoluminescence light emitted from the sample.
図3を参照して、試料30上面に形成されたクラッド層8(半導体層8)の上面に、試料30上面に垂直な入射方向12aから、励起光12が入射される。励起光12は、既述の従来の活性層の評価方法における励起光と同じ方法で作製された。即ち、レーザ光を拡幅しコリメータを通して平行ビームとした後、スリットを通過させて細長い長方形状の断面、例えば幅が約10μm、長さ400μmの長方形断面を有する光ビームに整形して励起光12とした。この励起光12は、長方形の長辺方向にガウシアン光強度分布を有している。
Referring to FIG. 3,
励起光12は、長方形断面の光ビームの長辺がへき開面1aに垂直になるように入射される。従って、クラッド層8の下のコア層7(より正確には、コア層7に含まれる活性層5)は、へき開面1aに垂直に延在する線状領域のみが励起され、この活性層5の線状領域に沿って光が伝播する光導波路が形成される。なお、この線状領域の左右は励起された領域と励起されない領域との屈折率差により、上下は半導体基板1及びクラッド層8により屈折率差による光閉じ込めがなされる。
The
励起された活性層5の線状領域には、フォトルミネッセンス光が生成される。このフォトルミネッセンス光は線状領域を伝播する間に増幅されて、へき開面1aに表出する活性層5端面から放射されるフォトルミネッセンス光20として、へき開面1aから垂直に出射される。
Photoluminescence light is generated in the linear region of the excited active layer 5. This photoluminescence light is amplified while propagating through the linear region, and is emitted perpendicularly from the cleavage plane 1a as
へき開面1aから放射されるフォトルミネッセンス光20は、活性層5の面内に平行な偏光方向20Eを有するTEモードの光と、活性層5の面内に垂直な偏光方向20Mを有するTMモードの光とを含む。工程S3では、TEモードとTMモードの光強度比を例えば偏光板と分光器を用いて測定する。これらTEモード及びTMモードの光強度は、それぞれ活性層のTEモード及びTMモードの偏光に対する光ゲインに依存する。従って、このTEモードの光とTMモードの光の光強度比を測定し、その光強度比から活性層5の偏光特性を評価することができる。
The
次いで、工程S4では、工程S3で測定された光強度比が、規定値以内であるか否かを評価する。規定値以内にあれば、後述する製品製造工程(S5〜S10)を開始する。光強度比が規定値の範囲を超える場合は、再び工程S1から工程S4までの条件決定工程を繰り返す。この工程S1〜S4の繰り返しは、工程S4で測定される光強度比が規定値以内になるまで繰り返される。 Next, in step S4, it is evaluated whether or not the light intensity ratio measured in step S3 is within a specified value. If it is within the specified value, a product manufacturing process (S5 to S10) described later is started. When the light intensity ratio exceeds the specified value range, the condition determination process from step S1 to step S4 is repeated again. The repetition of steps S1 to S4 is repeated until the light intensity ratio measured in step S4 is within a specified value.
この再度繰り返す製造決定工程(S1〜S4)では、工程S1における活性層5及び中間層の形成条件(例えば堆積温度、InAs層の堆積層厚)及びInAs層の層数、中間層4の形成条件(例えば堆積温度、中間層の組成比及び層厚)を調整して、活性層5の偏光特性が規定値に近づくように調整する。
In the manufacturing determination process (S1 to S4) repeated again, the formation conditions of the active layer 5 and the intermediate layer (for example, the deposition temperature, the deposition layer thickness of the InAs layer), the number of InAs layers, and the formation conditions of the
例えば、TEモードのフォトルミネッセンス光20でTMモードのフォトルミネッセンス光20より大きな光強度が測定されたとき、堆積温度を下げる、InAs層の堆積層厚を厚くする、又はInAs層の層数を大きくする。これらの活性層5の形成条件の調整により、量子ドットの直径に対する高さの比を大きくしてTMモードに対する光ゲインを大きくする。
For example, when a light intensity greater than that of the TM
次いで、工程S4で測定される光強度比が規定値以内、例えば±0.5dB以内になると、製品とする光半導体装置を製造する製品製造工程(S5〜S10)を開始する。この製品製造工程(S5〜S10)は、通常の光半導体装置(本実施形態では光導波路構造を有する半導体光増幅器)の製造工程と同様である。 Next, when the light intensity ratio measured in step S4 is within a specified value, for example, within ± 0.5 dB, a product manufacturing process (S5 to S10) for manufacturing an optical semiconductor device as a product is started. This product manufacturing process (S5 to S10) is the same as the manufacturing process of a normal optical semiconductor device (in this embodiment, a semiconductor optical amplifier having an optical waveguide structure).
まず工程S5では、図2を参照して、半導体基板1上に光ガイド層2、量子ドット3並びに中間層4からなる活性層5、光ガイド層6、及びクラッド層8をこの順に形成する。光ガイド層2〜光ガイド層6からなるコア層7の形成は、光強度比が規定値以内になる形成条件、即ち、直前の活性層のテスト堆積工程S1の形成条件でなされる。クラッド層8も直前の工程S2と同じ形成条件としてよい。必要ならは、クラッド層8の堆積条件、例えばクラッド層8の厚さを変えることもできる。クラッド層8の形成条件のかかる変更は、活性層5の偏光特性に重大な影響を及ぼさない。
First, in step S5, referring to FIG. 2, the
次いで、工程S6では、フォトエッチングを用いて、光ガイド層2〜クラッド層8をクラッド層8上面からエッチングして、両側に半導体基板1が表出するメサストライプを形成する。このメサストライプ中に含まれるコア層7は、半導体光増幅器の光導波路となる。
Next, in step S6, the
次いで,工程S7では、メサストライプの両側に表出する半導体基板1上に、メサストライプを埋め込む絶縁性の埋め込み層を形成する。
Next, in step S7, an insulating buried layer for embedding the mesa stripe is formed on the
次いで、工程S8では、メサストライプ及び埋め込み層上に、コンタクト層を含む平坦層を形成する。 Next, in step S8, a flat layer including a contact layer is formed on the mesa stripe and the buried layer.
次いで、工程S9では、コンタクト層上及び半導体基板1の裏面(下面)に、それぞれ電極を形成して、半導体光増幅器が製造される。
Next, in step S9, electrodes are formed on the contact layer and on the back surface (lower surface) of the
次いで、工程S10では、製造された半導体光増幅器の偏光特性を含む特性評価を行い、不良品を除いて出荷される。以上の工程を経て本第1実施形態に係る光半導体装置(半導体光増幅器)が製造される。 Next, in step S10, characteristic evaluation including polarization characteristics of the manufactured semiconductor optical amplifier is performed, and the semiconductor optical amplifier is shipped excluding defective products. Through the above steps, the optical semiconductor device (semiconductor optical amplifier) according to the first embodiment is manufactured.
本第1実施形態では、条件決定工程(S1〜S4)の工程S2で、光半導体装置のクラッド層8と同じInPからなるクラッド層8を形成した。しかし、製品となる光半導体装置のクラッド層8と異なる半導体材料からなるクラッド層8を形成してもよく、また、製品となる光半導体装置のクラッド層8と異なる厚さのクラッド層8を形成してもよい。
In the first embodiment, the
また、本実施例ではコア層7が半導体基板1及びクラッド層8より大きな屈折率を有する場合について説明したが、逆にコア層7が半導体基板1及びクラッド層8より小さな屈折率を有することで導波路構造を形成する場合でもよい。
In this embodiment, the case where the
本発明の第2実施形態は、第1実施形態で用いられた励起光に代えて、均一な光強度分布を有する長方形断面(線状断面)の光ビームを励起光として用いる光半導体装置の製造方法に関する。なお、本第2実施形態は、第1実施形態と励起光の作製方法が異なりかつ励起光の光強度分布が均一である他は、第1実施形態形態と同様である。従って、説明を簡明にするため、以下に工程S3及びS5のみ説明する。 In the second embodiment of the present invention, instead of the excitation light used in the first embodiment, an optical semiconductor device using a light beam having a rectangular cross section (linear cross section) having a uniform light intensity distribution as excitation light is used. Regarding the method. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the method for producing excitation light is different from that of the first embodiment and the light intensity distribution of the excitation light is uniform. Therefore, only steps S3 and S5 will be described below for the sake of simplicity.
図4は本発明の第2実施形態励起光作製装置構成図であり、励起光の作製方法及び作製装置の主要な構成を表している。なお、図4中の円内の図(A)〜(D)は、それぞれ図4に示す位置A〜Dにおける光ビームの断面形状を表している。 FIG. 4 is a block diagram of an excitation light production apparatus according to a second embodiment of the present invention, and shows the main configuration of the excitation light production method and production apparatus. 4A to 4D represent the cross-sectional shapes of the light beams at positions A to D shown in FIG. 4, respectively.
図4を参照して、Arレーザ13から放射されたレーザ光13aは、ビームエキスパンダ14に入射される。ビームエキスパンダ14は、図4(A)を参照して、入射する細いガウシアンビームからなるレーザ光13aを拡幅して、ガウシアン光強度分布を有する大口径の平行光線とする。かかビームエキスパンダ14として、周知の光学系を有する例えはニューポート社製のビームエキスパンダ(製品記号ZB−128X)を用いることができる。
Referring to FIG. 4, the laser light 13 a emitted from the Ar laser 13 is incident on the
次いで、拡幅され平行光とされたレーザ光13aは、ビームシエイバ15に入射される。ビームシエイバ15は、入射された平行ガウシアンビームを、図4(B)を参照して、均一な光強度分布を有する円形断面の平行光ビーム15aに変換する。かかる機能を有するビームシエイバ15として、例えばニューポート社製のビームシエイバ(製品記号GBS−NIR−H)を用いることができる。
Next, the laser beam 13 a that has been widened and made into parallel light is incident on the
次いで、円形断面の平行光ビーム15aを、シリンドリカルレンズ16を通過させて、図4(C)を参照して、図4の紙面に垂直方向に集光し、紙面面内を上下に伸びる線状(細幅の長方形断面)の光ビーム16aに変換する。なお、図4(C)の光ビーム16aの形状は、理解を容易にするため,シリンドリカルレンズ16の焦点近くの断面形状を表している。
Next, the parallel light beam 15a having a circular cross section passes through the
次いで、凸レンズ17を用いて、図4(D)を参照して、光ビーム16を、幅約10μm、長さ約400μmの細長の長方形断面を有する励起光12に縮小して、その励起光12を試料30表面に投射する。
Next, referring to FIG. 4D, the
試料30は、第1実施形態の試料30と同様であり、クラッド層8表面に励起光12が照射されるように配置される。
The
励起光12が照射されたコア層7の線状の領域を伝播し増幅されたフォトルミネッセンス光20は、コア層7の端面(へき開面1a)から放射される。このフォトルミネッセンス光20は、凸レンズ25により平行光線にされ、偏光板26に入射する。偏光板26は、TEモード又はTMモードのフォトルミネッセンス光を交互に透過する。偏光板26を透過したフォトルミネッセンス光20は、凸レンズ27により光ファイバ28の先端に集光され、光ファイバに導入される。そして、分光器29に導入され、スペクトル強度が測定される。最後に、TEモードとTMモードの光強度比から活性層5(コア層7)の偏光特性が規格を満たすか否かを判定する。
The
本発明の第3実施形態は、第2実施形態の励起光の形成に用いられたビームエキスパンダ14及びビームシエイパ15に代えて、拡散板を用いる光半導体装置の製造方法に関する。
The third embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing an optical semiconductor device using a diffuser plate in place of the
図5は本発明の第3実施形態励起光作製装置構成図であり、励起光の作製方法及び作製装置の主要な構成を表している。なお、図5中の円内の図(E)〜(G)は、それぞれ図5に示す位置E〜Gにおける光ビームの断面形状を表している。 FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a pumping light producing apparatus according to a third embodiment of the present invention, and shows the main configuration of the pumping light producing method and the producing apparatus. In addition, the figure (E)-(G) in the circle | round | yen in FIG. 5 represents the cross-sectional shape of the light beam in the position EG shown in FIG.
図5及び図5(a)を参照して、Arレーザ14から放射されたレーザ光13aは、拡散板18に入射される。拡散板18は、細いガウシアンビームからなるレーザ光13aを、均一な光強度分布を有するほぼ正方形断面の光ビームに変換する。この変換された光ビームは10度程度角度で広がっている。かかる機能を有する拡散板は、例えばソーラボ社の拡散板(製品名Engineered Diffusers:製品記号ED1−S20)を用いることができる。
With reference to FIGS. 5 and 5A, the laser beam 13 a emitted from the
次いで、広がる変換された光ビームを凸レンズ17を用いて平行ビーム17aとする。この平行ビーム17aは、図5(F)を参照して、ほぼ正方形断面の均一な光強度を有している。
Next, the widened converted light beam is converted into a parallel beam 17 a using the
次いで、シリンドリカルレンズ16を用いて、平行ビーム17aを図5の紙面に垂直方向に集光し、図5(G)を参照して、細長い長方形断面の励起光12に変換し、試料30表面に照射する。なお、必要ならば、第1実施形態と同様に、励起光12をさらに凸レンズで集光して光強度の大きな励起光を形成することもできる。
Next, using the
その後のフォトルミネッセンス光20のTEモード及びTMモードの光強度比の測定は、第2実施形態と同様にしてなされる。
Subsequent measurement of the light intensity ratio of the TE mode and the TM mode of the
図6は本発明の効果説明図であり、本発明の第1実施形態及び第2実施形態において観測されたフォトルミネッセンス光のTEモード及びTMモードのスペクトルを表している。なお、図6(a)は第2実施形態の、図6(b)は第1実施形態のスペクトルであり、比較のために、図6(c)に従来の活性層の評価方法で測定されたスペクトルを示した。 FIG. 6 is an explanatory diagram of the effect of the present invention, and represents the TE mode and TM mode spectra of the photoluminescence light observed in the first and second embodiments of the present invention. 6A shows the spectrum of the second embodiment, and FIG. 6B shows the spectrum of the first embodiment. For comparison, FIG. 6C shows the spectrum measured by the conventional active layer evaluation method. Spectrum was shown.
図6(b)を参照して、コア層7上に半導体層8(クラッド層8)が形成された試料30を、ガウシアン型の光強度分布を有する励起光12により励起する本発明の第1実施形態では、光半導体装置の使用波長領域、1500nm〜1560μmにおけるTEモードの光強度(図6中の曲線ロ)とTMモードの光強度(図6中の曲線イ)の光強度比は、ほぼ3dBと測定された。
Referring to FIG. 6B, the
一方、図6(c)を参照して、半導体層8(クラッド層8)が形成されていない試料を用いる従来の活性層の評価方法では、同一波長範囲のTEモードとTMモードの光強度比は0.2dB以下であった。なお、試料は、半導体層8(クラッド層8)の有無を除き、第1実施形態と同一層構造を有している。また、励起光は第1実施形態と同じものを用いた。 On the other hand, referring to FIG. 6C, in the conventional active layer evaluation method using a sample in which the semiconductor layer 8 (cladding layer 8) is not formed, the light intensity ratio between the TE mode and the TM mode in the same wavelength range. Was 0.2 dB or less. The sample has the same layer structure as in the first embodiment except for the presence or absence of the semiconductor layer 8 (cladding layer 8). Further, the same excitation light as that in the first embodiment was used.
このように、同一の活性層5乃至コア層7を有する試料を用いたにも拘わらず、従来の活性層の評価方法では偏光依存性が0.2dB以下と評価され、本第1実施形態では3dBという大きな偏光依存性が測定された。このように、本第1実施形態によれば、従来の活性層の評価方法に比べ、同一の励起光を用いても、活性層の偏光特性をより鋭敏に測定することができる。
As described above, in spite of using a sample having the same active layer 5 to
さらに、本発明の第1実施形態によれば、従来の活性層の評価方法に比べて、測定されるフォトルミネッセンス光の光強度が約20dB程大きい。従って、S/N比が高く、光強度を精密に測定することができる。 Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the light intensity of the measured photoluminescence light is about 20 dB higher than that of the conventional method for evaluating an active layer. Therefore, the S / N ratio is high and the light intensity can be measured accurately.
かかる本発明の第1実施形態と従来の活性層の評価方法とに見られるフォトルミネッセンス光の違いは、以下に説明するように、フォトルミネッセンス光の伝播モードの相違に起因すると本発明の発明者は考察している。 The difference in the photoluminescence light seen in the first embodiment of the present invention and the conventional active layer evaluation method is caused by the difference in the propagation mode of the photoluminescence light, as will be described below. Is considering.
図7は本発明の評価試料内の光伝搬モード説明図であり、計算で求められた試料内を伝播するフォトルミネッセンス光の光強度分布を表している。図7(a)は本発明の第1実施形態に用いた試料、図7(b)は従来の活性層の評価方法に用いた試料の光強度分布である。図7(a)及び図7(b)の試料は、それぞれ図6(b)及び図6(c)の試料と同じ、即ち、半導体層8(クラッド層8)の有無が相違するのみである。なお、図7の横軸は、試料表面から半導体基板1方向への距離を表す。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the light propagation mode in the evaluation sample of the present invention, and shows the light intensity distribution of the photoluminescence light propagating through the sample obtained by calculation. FIG. 7A shows the light intensity distribution of the sample used in the first embodiment of the present invention, and FIG. 7B shows the light intensity distribution of the sample used in the conventional active layer evaluation method. The samples of FIGS. 7A and 7B are the same as the samples of FIGS. 6B and 6C, respectively, that is, only the presence or absence of the semiconductor layer 8 (cladding layer 8) is different. . 7 represents the distance from the sample surface to the
図7(a)を参照して、本発明の第1実施形態の試料では、屈折率が小さな半導体基板1上に屈折率が大きなコア層7が形成され、そのコア層7の上面に屈折率が小さな半導体層8が形成されている。
Referring to FIG. 7A, in the sample of the first embodiment of the present invention, a
この構造では、フォトルミネッセンス光は、その光強度を図7(a)中に曲線ハで示すように,大部分が屈折率の大きなコア層7内に閉じ込められ、半導体基板1及び半導体層8内にはあまり侵入しない。これは、フォトルミネッセンス光が、コア層7内を光導波路とする伝播モードで進行することを示している。
In this structure, the photoluminescence light is mostly confined in the
このように、活性層内(即ちコア層内)に閉じ込められたフォトルミネッセンス光は、細長い長方形の励起領域にそって伝播するため、光導波路として機能する長い励起領域を伝播する間に光増幅される。その光増幅により、活性層の偏光依存性も拡大されるので、図6(b)を参照して、フォトルミネッセンス光のTEモード及びTMモード間の光強度も拡大される。また、出射するフォトルミネッセンス光の光強度も大きい。 In this way, since the photoluminescence light confined in the active layer (that is, in the core layer) propagates along the long and narrow rectangular excitation region, it is amplified while propagating through the long excitation region that functions as an optical waveguide. The Since the optical amplification also increases the polarization dependency of the active layer, the light intensity between the TE mode and the TM mode of the photoluminescence light is also expanded with reference to FIG. Moreover, the light intensity of the emitted photoluminescence light is high.
これに対して、従来の活性層の評価方法に用いられる試料では、コア層7上に半導体層8が設けられず、直接空気に晒されている。なお、コア層7を保護するため、薄い(例えば200〜300nm)保護層を設けることもある。
On the other hand, in the sample used for the conventional evaluation method of the active layer, the
かかる試料では、図7(b)を参照して、フォトルミネッセンス光(その光強度を図中の曲線ニとして表示している。)は、光強度のピークはコア層7にあるものの、光強度分布は大きく半導体基板1内に侵入している。これは、フォトルミネッセンス光が、半導体基板1内に放散されて伝播する放射モードでコア層7内を伝播することを示している。
In such a sample, with reference to FIG. 7 (b), the photoluminescence light (the light intensity is shown as a curve d in the figure) has a light intensity peak in the
この放射モードではコア層7を伝播するフォトルミネッセンス光の減衰が大きく、光増幅がなされない。このため、図6(c)を参照して、活性層の偏光特性が、フォトルミネッセンス光のTEモード及びTMモード間の光強度差として現れない。また、同一の励起光を用いても、出射するフォトルミネッセンス光強度は小さい。
In this radiation mode, the photoluminescence light propagating through the
次に、図6(a)を参照して、第2実施形態により観測されたフォトルミネッセンス光のTEモードとTMモードの光強度差は、ほぼ6dBに達する。この光強度差は、図6(b)に示す第1実施形態での光強度差、ほぼ3dBの2倍ほど大きい。従って、第2実施形態形態では、第1実施形態より活性層の偏光依存性を精密に測定することができる。 Next, referring to FIG. 6A, the light intensity difference between the TE mode and the TM mode of the photoluminescence light observed according to the second embodiment reaches approximately 6 dB. This light intensity difference is about twice as large as the light intensity difference in the first embodiment shown in FIG. Therefore, in the second embodiment, the polarization dependency of the active layer can be measured more precisely than in the first embodiment.
第2実施形態と第1実施形態の構成の相違は、励起光の作製方法のみであり、他は試料を含め同一である。即ち、第2実施形態では、励起光の細長い長方形断面のほぼ全面にわたり光強度分布は均一である。このため、励起領域の全長にわたり均等に励起されるので、長い励起領域が光増幅器として機能する。既述したように、TEモードとTMモードの光強度差は、光増幅器として機能する励起領域の長さに対して指数関数的に拡大するので、両モードの光強度差が大きくなる。 The difference between the configurations of the second embodiment and the first embodiment is only the method for producing the excitation light, and the others are the same including the sample. That is, in the second embodiment, the light intensity distribution is uniform over almost the entire surface of the elongated rectangular section of the excitation light. For this reason, since it excites uniformly over the full length of an excitation area | region, a long excitation area | region functions as an optical amplifier. As described above, the light intensity difference between the TE mode and the TM mode expands exponentially with respect to the length of the pumping region that functions as an optical amplifier, so that the light intensity difference between both modes increases.
一方、第1実施形態では、励起光はガウシアン光強度分布を有するため、長い励起領域の一部が強く励起され、長い励起領域を均一な強さで励起することができない。このため、光増幅器として有効に機能する領域が短いので、TEモードとTMモードに対する光強度差が第2実施形態より小さい。なお、製品製造工程で製造された光半導体装置の偏光特性は、厚いクラッド層8を有し、かつ均一に励起される第2及び第3実施形態による評価が最も良く一致した。
On the other hand, in the first embodiment, since the excitation light has a Gaussian light intensity distribution, a part of the long excitation region is strongly excited, and the long excitation region cannot be excited with uniform intensity. For this reason, since the area | region which functions effectively as an optical amplifier is short, the optical intensity difference with respect to TE mode and TM mode is smaller than 2nd Embodiment. In addition, the polarization characteristics of the optical semiconductor device manufactured in the product manufacturing process matched best with the evaluations according to the second and third embodiments having the
このように、均一な光強度分布を有する励起光を用いる第2実施形態では、ガウシアン光強度分布を有する励起光を用いる第1実施形態よりさらに高感度の偏光依存性の評価がなされる。なお、第2実施形態と同様に均一な光強度分布を有する励起光を用いる第3実施形態でも、図6(a)に示す第2実施形態と同様の光強度差が測定された。 As described above, in the second embodiment using the excitation light having a uniform light intensity distribution, the polarization dependency is evaluated with higher sensitivity than in the first embodiment using the excitation light having the Gaussian light intensity distribution. In the third embodiment using excitation light having a uniform light intensity distribution as in the second embodiment, the same light intensity difference as in the second embodiment shown in FIG. 6A was measured.
本発明を光半導体装置、例えば半導体光増幅器の製造方法に適用することで、偏光依存性が小さな光半導体装置を確実に製造することができる。 By applying the present invention to an optical semiconductor device, for example, a method for manufacturing a semiconductor optical amplifier, an optical semiconductor device with small polarization dependence can be reliably manufactured.
1 半導体基板
1a へき開面
2、6 光ガイド層
3 量子ドット
4 中間層
5 活性層
7 コア層
8 クラッド層(半導体層)
12 励起光
12a 入射方向
13 レーザ
13a レーザ光
14 ビームエキスパンダ
15 ビームシェイパ
15a、16a、17a 光ビーム
16 シリンドリカルレンズ
17 凸レンズ
18 拡散板
20 フォトルミネッセンス光
20E、20M 偏光方向
21 空気
25、27 レンズ
26 偏光板
28 光ファイバ
29 分光器
30 試料
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体基板は前記コア層の屈折率より小さな屈折率を有し、
前記コア層上に前記コア層の屈折率より小さな屈折率を有する半導体層を形成して、前記半導体基板、前記コア層及び前記半導体層からなるスラブ型光導波路を形成したことを特徴とする活性層の評価方法。 A step of forming a core layer including an active layer on a semiconductor substrate; and a polarization characteristic of photoluminescence light emitted from an end surface of the active layer by irradiating the upper surface of the semiconductor substrate with excitation light for exciting the active layer And an active layer evaluation method comprising:
The semiconductor substrate has a refractive index smaller than that of the core layer;
An activity characterized in that a semiconductor layer having a refractive index smaller than that of the core layer is formed on the core layer to form a slab type optical waveguide comprising the semiconductor substrate, the core layer, and the semiconductor layer. Layer evaluation method.
次いで、ガウシアン強度分布を有する入射光を一様な強度分布に変換するビームシェイバへ拡径された前記レーザ光を入射して、前記レーザ光を一様な強度分布を有する光ビームに変換する工程と、
次いで、前記一様な強度分布を有する光ビームをシリンドリカルレンズへ入射して、断面長方形の光ビームからなる前記励起光を形成する工程とを有することを特徴とする請求項3記載の活性層の評価方法。 Expanding the laser beam through a beam expander; and
Next, the incident laser light having a Gaussian intensity distribution is incident on a beam shaver that converts the incident light into a uniform intensity distribution, and the laser light is converted into a light beam having a uniform intensity distribution. ,
4. The active layer according to claim 3, further comprising a step of entering the light beam having the uniform intensity distribution into a cylindrical lens to form the excitation light composed of a light beam having a rectangular cross section. Evaluation methods.
前記レーザ光を一様な光強度分布を有する断面正方形の光ビームに変換する工程と、
前記一様な光強度分布を有する断面正方形の光ビームをシリンドリカルレンズへ入射して、断面長方形の光ビームからなる前記励起光を形成する工程とを有することを特徴とする請求項3記載の活性層の評価方法。 A laser beam is incident on a diffusion plate that converts a light beam having a Gaussian intensity distribution into a light beam having a uniform cross-section having a uniform light intensity distribution.
Converting the laser beam into a square-shaped light beam having a uniform light intensity distribution;
4. The activity according to claim 3, further comprising: injecting a light beam having a square cross section having a uniform light intensity distribution into a cylindrical lens to form the excitation light including the light beam having a rectangular cross section. Layer evaluation method.
前記活性層の偏光特性を評価する工程に、請求項1〜5の何れかに記載の活性層の評価方法を用いることを特徴とする光半導体装置の製造方法。 Manufacturing an optical semiconductor device comprising: a step of forming a core layer including an active layer on an upper surface of a semiconductor substrate; a step of evaluating polarization characteristics of the active layer; and a step of adjusting formation conditions of the active layer based on the evaluation In the method
An optical semiconductor device manufacturing method using the active layer evaluation method according to claim 1 in the step of evaluating the polarization characteristics of the active layer.
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|---|---|---|---|---|
| JP2010171257A (en) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Fujitsu Ltd | Evaluating method for semiconductor laminated structure, and manufacturing method for optical semiconductor device |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10261583A (en) * | 1997-03-18 | 1998-09-29 | Nikon Corp | Illumination optical system for alignment |
| JP2005091182A (en) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Hitachi Ltd | Pattern defect inspection apparatus and pattern defect inspection method |
| JP2006114612A (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device |
| JP2006278839A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sharp Corp | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP3126647U (en) * | 2006-08-24 | 2006-11-02 | 株式会社島津製作所 | Laser excitation type photoluminescence measuring device |
| JP2007042840A (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Fujitsu Ltd | Quantum dot optical semiconductor device manufacturing method |
| JP2007152420A (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Aisin Seiki Co Ltd | Method for removing film on substrate |
| JP2007227568A (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP2007242748A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
2007
- 2007-09-20 JP JP2007244185A patent/JP2009076669A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10261583A (en) * | 1997-03-18 | 1998-09-29 | Nikon Corp | Illumination optical system for alignment |
| JP2005091182A (en) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Hitachi Ltd | Pattern defect inspection apparatus and pattern defect inspection method |
| JP2006114612A (en) * | 2004-10-13 | 2006-04-27 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device |
| JP2006278839A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sharp Corp | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP2007042840A (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Fujitsu Ltd | Quantum dot optical semiconductor device manufacturing method |
| JP2007152420A (en) * | 2005-12-08 | 2007-06-21 | Aisin Seiki Co Ltd | Method for removing film on substrate |
| JP2007227568A (en) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP2007242748A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JP3126647U (en) * | 2006-08-24 | 2006-11-02 | 株式会社島津製作所 | Laser excitation type photoluminescence measuring device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010171257A (en) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Fujitsu Ltd | Evaluating method for semiconductor laminated structure, and manufacturing method for optical semiconductor device |
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