(57)【要約】【課題】簡易な方法でより正しい評価を行うことができる半導体光増幅器の評価方法を提供すること。【解決手段】対向する２つの端面を有し、一方の端面から入力された光を活性導波路内で光増幅して出力する半導体光増幅器の評価方法であって、活性導波路で発生した光がレーザ発振するように端面反射率が設定された対向する２つの端面を有する評価用半導体光素子を製造し、前記製造した評価用半導体光素子の特性を測定し、前記測定した評価用半導体光素子の特性に基づいて半導体光増幅器を評価することを含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの端面を有し、一方の端面から入力された光を活性導波路内で光増幅して出力する半導体光増幅器の評価方法であって、
活性導波路で発生した光がレーザ発振するように端面反射率が設定された対向する２つの端面を有する評価用半導体光素子を製造し、
前記製造した評価用半導体光素子の特性を測定し、
前記測定した評価用半導体光素子の特性に基づいて半導体光増幅器を評価する
ことを含むことを特徴とする半導体光増幅器の評価方法。
【請求項２】
前記評価用半導体光素子のレーザ発振する際のしきい値における片道増幅利得が、前記半導体光増幅器の実使用時における増幅利得と略等しくなるように、前記評価用半導体光素子を製造する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項３】
半導体ウェハに前記半導体光増幅器を所定の製造工程によって製造し、
前記評価用半導体光素子を、前記半導体ウェハと同じ特性を有する半導体ウェハに、前記所定の製造工程と略同じ製造工程によって製造する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項４】
前記評価用半導体光素子を、前記半導体光増幅器の製造に用いた半導体ウェハに前記所定の製造工程によって製造する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項５】
前記評価用半導体光素子の２つの端面のうち一方の端面の反射率が高反射率であり、他方の端面の反射率が低反射率となるように前記評価用半導体光素子を製造する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項６】
前記評価用半導体光素子の活性導波路が、前記他方の端面において前記他方の端面に対して傾斜しているように前記評価用半導体光素子を製造する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項７】
前記評価用半導体光素子の２つの端面の間の距離が、前記半導体光増幅器の２つの端面の間の距離と略同じになるように、前記評価用半導体光素子を製造する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項８】
前記半導体光増幅器は、連続光を増幅するために用いられるものである
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項９】
前記製造した評価用半導体光素子の信頼性に関する特性を測定し、
前記測定した評価用半導体光素子の特性に基づいて半導体光増幅器の信頼性を評価する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項１０】
前記評価用半導体光素子を前記半導体光増幅器の実使用時における温度よりも高い温度である加速条件下で加速劣化させる加速通電を行い、
前記評価用半導体光素子の駆動電流変化率を測定する
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項１１】
前記加速通電の間に間欠的に、前記半導体光増幅器の実使用時における光出力及び温度である実使用条件下にて、前記評価用半導体光素子の駆動電流変化率を測定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【請求項１２】
予め、事前測定用の前記評価用半導体光素子を前記半導体光増幅器の実使用時における光出力及び実使用時よりも高い温度である加速条件下で加速劣化させる事前の加速通電を行い、前記事前の加速通電の間に間欠的に、前記半導体光増幅器の実使用時における光出力及び温度である実使用条件下にて、前記事前測定用の評価用半導体光素子の駆動電流変化率を測定することで、
前記実使用条件下での前記評価用半導体光素子の実駆動電流変化率と、前記加速条件下での前記評価用半導体光素子の加速駆動電流変化率との相関関係を取得し、
前記相関関係に基づいて、前記加速駆動電流変化率から前記実駆動電流変化率を推定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体光増幅器の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体光増幅器（ＳＯＡ）は光増幅器の一種であり、電流注入により動作し、かつ小型である点で優れている。このため、光増幅器としてＳＯＡを用いることは、光通信システムの小型化に有利である。
【０００３】
光通信用の半導体光素子には高い特性及び信頼性が要求される。このため、ＳＯＡについても、設計段階のみならず、製造したものの品質保証のための信頼性等の評価が製造工程において必須である。
【０００４】
ここで、ＳＯＡは、入力された光を光増幅するものであるため、入力光の存在があって初めて特性が発揮されることになる。ここでいう特性は、例えば一定の電流を注入した場合における利得(あるいは、一定の利得を実現するための注入電流)などとして表されるものである。ところが、ＳＯＡに光を入力させてその特性を評価することは必ずしも容易ではない。その理由は、ＳＯＡに光を入力させるには、数μｍ程度のサイズの導波路に光を結合させる必要があり、そのためには高性能な光学系を用いて高精度に光軸調芯を行う必要があるからである。このような調芯を行うためには非常に多くの工数がかかる。従って、ＳＯＡの長期エージング試験中にこのような特性評価を繰り返し行うことは現実的ではない。また、導波路に対して入力光が微小に光軸ずれすると、ＳＯＡとの結合効率が変化するため、利得の測定誤差が大きくなり利得の推定が困難になる。
【０００５】
非特許文献１には、ＳＯＡの信頼性評価について報告されている。非特許文献１では、ＳＯＡから出力されるＡＳＥ（Amplified  Spontaneous  Emission）光を測定することにより、エージング中の特性評価を行っている。この方法では、光をＳＯＡに入力することなく評価を実行できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】上岡裕之  他、「半導体光増幅器の劣化解析」信学技報R2003-12(電子情報通信学会)、第59頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１でも、ＳＯＡの増幅特性自体を評価しているわけではないので、ＡＳＥ光の測定結果からＳＯＡの増幅特性を評価するには、ＡＳＥ光とＳＯＡの増幅特性がどのような関係になるかが予め解っていることが必要である。
【０００８】
ところが、本発明者らが鋭意検討した結果、ＳＯＡの動作状態や用途によっては、ＡＳＥ光とＳＯＡの増幅特性との関係を特定し難い場合がある。このような場合では、ＡＳＥ光の測定結果からＳＯＡの増幅特性を評価することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な方法でより正しい評価を行うことができる半導体光増幅器の評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、対向する２つの端面を有し、一方の端面から入力された光を活性導波路内で光増幅して出力する半導体光増幅器の評価方法であって、活性導波路で発生した光がレーザ発振するように端面反射率が設定された対向する２つの端面を有する評価用半導体光素子を製造し、前記製造した評価用半導体光素子の特性を測定し、前記測定した評価用半導体光素子の特性に基づいて半導体光増幅器を評価することを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記評価用半導体光素子のレーザ発振する際のしきい値における片道増幅利得が、前記半導体光増幅器の実使用時における増幅利得と略等しくなるように、前記評価用半導体光素子を製造することを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、半導体ウェハに前記半導体光増幅器を所定の製造工程によって製造し、前記評価用半導体光素子を、前記半導体ウェハと同じ特性を有する半導体ウェハに、前記所定の製造工程と略同じ製造工程によって製造することを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記評価用半導体光素子を、前記半導体光増幅器の製造に用いた半導体ウェハに前記所定の製造工程によって製造することを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記評価用半導体光素子の２つの端面のうち一方の端面の反射率が高反射率であり、他方の端面の反射率が低反射率となるように前記評価用半導体光素子を製造することを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記評価用半導体光素子の活性導波路が、前記他方の端面において前記他方の端面に対して傾斜しているように前記評価用半導体光素子を製造することを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記評価用半導体光素子の２つの端面の間の距離が、前記半導体光増幅器の２つの端面の間の距離と略同じになるように、前記評価用半導体光素子を製造することを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記半導体光増幅器は、連続光を増幅するために用いられるものであることを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記製造した評価用半導体光素子の信頼性に関する特性を測定し、前記測定した評価用半導体光素子の特性に基づいて半導体光増幅器の信頼性を評価することを特徴とする。
【００１９】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記評価用半導体光素子を前記半導体光増幅器の実使用時における温度よりも高い温度である加速条件下で加速劣化させる加速通電を行い、前記評価用半導体光素子の駆動電流変化率を測定することを特徴とする。
【００２０】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、前記加速通電の間に間欠的に、前記半導体光増幅器の実使用時における光出力及び温度である実使用条件下にて、前記評価用半導体光素子の駆動電流変化率を測定することを特徴とする。
【００２１】
本発明の一態様に係る半導体光増幅器の評価方法は、予め、事前測定用の前記評価用半導体光素子を前記半導体光増幅器の実使用時における光出力及び実使用時よりも高い温度である加速条件下で加速劣化させる事前の加速通電を行い、前記事前の加速通電の間に間欠的に、前記半導体光増幅器の実使用時における光出力及び温度である実使用条件下にて、前記事前測定用の評価用半導体光素子の駆動電流変化率を測定することで、前記実使用条件下での前記評価用半導体光素子の実駆動電流変化率と、前記加速条件下での前記評価用半導体光素子の加速駆動電流変化率との相関関係を取得し、前記相関関係に基づいて、前記加速駆動電流変化率から前記実駆動電流変化率を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体光増幅器について、簡易な方法でより正しい評価を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、半導体光増幅器を備えた半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１の半導体光増幅器の構成を示す模式図である。
【図３】図３は、半導体光増幅器の製造方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、評価用半導体光素子のサンプリング位置の一例を説明する模式図である。
【図５】図５は、評価用半導体光素子の構成を示す模式図である。
【図６】図６は、評価用半導体光素子及び半導体光増幅器における光増幅の状態を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２５】
上述したように、ＳＯＡの動作状態や用途によっては、ＡＳＥ光とＳＯＡの増幅特性との関係を特定し難い場合がある。例えば、ＳＯＡの使用用途には、変調信号を増幅する用途と、ＣＷ(連続)光を増幅する用途とがある。変調信号を増幅する用途では、変調信号光を劣化させずに光増幅を行うことが重要であり、変調された信号光の時間的なパワー変化に利得が依存しないように（パターン効果が無いように）、非飽和領域（線形領域）で動作するように設計される。ここで、非飽和領域とは、ＳＯＡの利得が入力光のパワーに依存しないような動作領域である。一方、ＣＷ(連続)光を増幅する用途では、そのような考慮は必要なく、一般的に電気-光変換効率（注入電流が光に変換される効率）が高くなるように設計される。
【００２６】
非飽和領域で動作させるということは、注入電流のうち、誘導放出で消費されるものの割合を無視できる程度に小さくしておくことにより、光入力がある場合と無い場合で活性層中の注入キャリア密度の変化が無視できるようにしておくことを意味する。ところが、この状態は、電気-光変換効率が低いことをも意味する。このため、ＣＷ光増幅用のＳＯＡを高効率にするためには、変調信号増幅用の場合とは反対に、ＳＯＡが飽和領域で動作するように設計することが好ましい。飽和領域では、誘導放出によるキャリア消費が支配的であって、ＳＯＡの利得は、活性層の利得特性そのものよりもキャリアレート方程式によって決定される。
【００２７】
非特許文献１の方法では、ＡＳＥ光をモニタすることでＳＯＡの評価を行っているが、ＡＳＥ光は光入力が無い場合のフリーランニングの利得を強く反映するものである。このため、ＡＳＥ光をモニタすることは、非飽和領域で動作させるＳＯＡの評価には有効である。しかしながら、飽和領域で動作させるＳＯＡでは、特性が活性層の利得特性そのもののみでは決まらないため、適切ではない。
【００２８】
本発明者らは、上記の問題を解決するために、ＳＯＡの用途や使用時の動作状態にかかわらず、簡易な方法でより正しい評価を行うことができる方法を検討し、本発明を想到したのである。
【００２９】
（実施形態）
図１は、本実施形態で評価する半導体光増幅器を備えた半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。図１に示すように、半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１、基台２、１２、１３、コリメータレンズ３、光アイソレータ４、ビームスプリッタ５、７、集光レンズ６、１５、フォトダイオード（ＰＤ）８、１０、エタロンフィルタ９、ＳＯＡ１１、筐体１４及び光ファイバ１６を備えている。また、半導体レーザモジュール１００は制御器に接続している。
【００３０】
基台２、１２は、それぞれ、筐体１４内で不図示の温度調節素子に載置されている。基台２は、半導体レーザ素子１を搭載している。基台１２は、ＳＯＡ１１を搭載している。基台１３は、光アイソレータ４、ビームスプリッタ５、７、集光レンズ６、フォトダイオード（ＰＤ）８、１０、エタロンフィルタ９及び基台１２を搭載している。集光レンズ１５、光ファイバ１６は筐体１４の取付部１４ａに取り付けられている。
【００３１】
温度調節素子は、例えばペルチェ素子である。各温度調節素子は、駆動電流が供給されることによって半導体レーザ素子１及びＳＯＡ１１のそれぞれを冷却、場合によっては加熱してその温度を調節することができる。
【００３２】
基台２、１２、１３は、例えば熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋと高い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるが、ＡｌＮに限らず、ＣｕＷ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどの熱伝導率が高い材料でもよい。
【００３３】
半導体レーザ素子１は、制御器から駆動電流を供給されて、出力側１ａからＣＷ光であるレーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１の波長は、例えば光通信用に用いられる波長帯（例えば１５２０ｎｍ〜１６２０ｎｍ）内の波長である。
【００３４】
コリメータレンズ３は、半導体レーザ素子１の出力側１ａに配置されている。コリメータレンズ３は、半導体レーザ素子１から出力されたレーザ光Ｌ１を平行光に変換する。
【００３５】
光アイソレータ４は、コリメータレンズ３とビームスプリッタ５との間に配置されている。光アイソレータ４は、レーザ光Ｌ１をコリメータレンズ３側からビームスプリッタ５側に通過させるとともに、ビームスプリッタ５側から進行してきた光を遮断し、当該光が半導体レーザ素子１に入力されることを防止する。
【００３６】
ビームスプリッタ５は、レーザ光Ｌ１の大部分を透過して集光レンズ６に出力するとともに、レーザ光Ｌ１の一部（レーザ光Ｌ３）を分岐し、ビームスプリッタ７に向けて反射させる。
【００３７】
集光レンズ６は、ビームスプリッタ５から出力されたレーザ光Ｌ１を集光してＳＯＡ１１に入力させる。
【００３８】
ＳＯＡ１１は、制御器から駆動電流を供給されて、入力されたレーザ光Ｌ１を増幅して、レーザ光Ｌ２として出力する。集光レンズ１５は、レーザ光Ｌ２を集光して光ファイバ１６に入力させる。光ファイバ１６はレーザ光Ｌ２を所定の装置等まで伝送する。
【００３９】
一方、ビームスプリッタ７は、レーザ光Ｌ３を二分岐し、一方を透過してＰＤ８に出力するとともに、他方をエタロンフィルタ９に向けて反射させる。ＰＤ８は、ビームスプリッタ７から入力されたレーザ光の強度を検出し、検出された強度に応じた電流を制御器に出力する。
【００４０】
エタロンフィルタ９は、光の周波数的に周期的な透過特性を有し、その透過特性に応じた透過率で、ビームスプリッタ７が反射したレーザ光を選択的に透過して波長モニタ用のＰＤ１０に入力する。ＰＤ１０は、エタロンフィルタ９を透過したレーザ光の強度を検出し、検出された強度に応じた値の電流を制御器に出力する。
【００４１】
ＰＤ８、１０によって検出されたレーザ光の強度は、制御器による波長ロック制御（レーザ光Ｌ１を所望の波長及び強度にするための制御）に用いられる。
【００４２】
図２は、ＳＯＡ１１の構成を示す模式図である。ＳＯＡ１１は、本体部１１ａと、無反射（ＡＲ）膜１１ｂ、１１ｃとを備えている。本体部１１ａは、活性導波路１１ａａと、方向Ｄ１において対向する２つの端面１１ａｂ、１１ａｃとを備えている。ＡＲ膜１１ｂは例えば誘電体からなり、端面１１ａｂに形成されている。ＡＲ膜１１ｃは例えば誘電体からなり、端面１１ａｃに形成されている。また、ＳＯＡ１１は、活性導波路１１ａａに駆動電流を注入するための不図示の電極や、誘電体保護膜などを備えている。方向Ｄ１におけるＳＯＡ１１の長さは例えば２ｍｍであり、方向Ｄ１と直交する方向におけるＳＯＡ１１の幅は例えば３００μｍである。活性導波路１１ａａの導波路幅は例えば２μｍである。
【００４３】
活性導波路１１ａａは、電極から駆動電流を注入するとレーザ光Ｌ１の波長の光に対して光増幅作用を発揮する。これにより、ＳＯＡ１１は、例えば端面１１ａｂ側から入力されたレーザ光Ｌ１を増幅して、レーザ光Ｌ２として端面１１ａｃ側から出力する。一例として、本体部１１ａはＩｎＰからなる基板上に形成され、活性導波路１１ａａはＧａＩｎＡｓＰからなり、多重量子井戸構造を有する。また、ＳＯＡ１１の導波路構造及び電流狭窄構造は、例えば公知のＢＨ(埋め込みヘテロ)構造やリッジ構造であってよいし、他の構造であってもよい。
【００４４】
また、活性導波路１１ａａは、曲げ損失が十分に低い曲率半径で曲げられた曲がり部１１ａａ１、１１ａａ２を有する。曲がり部１１ａａ１は、端面１１ａｂ側に位置し、端面１１ａｂにおいて端面１１ａｂに対して傾斜している。曲がり部１１ａａ２は、端面１１ａｃ側に位置し、端面１１ａｃにおいて端面１１ａｃに対して傾斜している。曲がり部１１ａａ１、１１ａａ２を端面１１ａｂ、１１ａｃに対して傾斜させることで、端面反射によって望ましくないレーザ共振が発生し、ＳＯＡ１１の増幅率スペクトルに望ましくない波長リップルが生じるのを抑制又は防止することができる。ＡＲ膜１１ｂ、１１ｃと曲がり部１１ａａ１、１１ａａ２とによって、端面の反射率が非常に小さいので、ＳＯＡ１１は電流注入を行ってもレーザ発振が起こる可能性がきわめて低い。
【００４５】
ＳＯＡ１１は、レーザ光Ｌ１に対して飽和領域で動作するように設計されている。また、例えば、実使用時において、入力されるレーザ光Ｌ１のパワーが４ｍＷ（６ｄＢｍ）のときに出力されるレーザ光Ｌ２のパワーが１００ｍＷ（２０ｄＢｍ）となるように設計されている。このとき、光の増幅率は２５倍であり、利得は１４ｄＢである。
【００４６】
このような飽和領域での動作特性を実現するために、活性導波路１１ａａにおける光閉じ込め係数は、例えば５％である。ＳＯＡ１１は、このように光閉じ込め係数が高い、あるいは活性導波路１１ａａの長さ（利得長）が長いと飽和領域で動作しやすくなる。一方、光閉じ込め係数や利得長が過度の大きさであると内部損失αｉによって利得又は光出力が低下するので、光閉じ込め係数及び利得長を適切な範囲とすることが好ましい。
【００４７】
このようなＳＯＡ１１は、例えば以下のような製造工程により製造される。図３は、ＳＯＡ１１の製造方法を説明する模式図である。まず、例えばｎ型ＩｎＰからなる半導体ウェハの表面に、有機金属気相成長（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition、ＭＯＣＶＤ）法等の公知の方法で、ＧａＩｎＡｓＰからなる多重量子井戸構造の活性層やｐ型ＩｎＰ層を含む、複数の半導体層を結晶成長する。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチングを用いて、活性導波路１１ａａを規定するメサ形状を形成する。さらに、エッチングによって活性層を除去した位置に電流ブロッキングＩｎＰ層を結晶成長する。さらに、上部にｐ型ＩｎＰクラッド層とｐ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層を結晶成長する。その後、電極や誘電体保護膜等を形成して、本体部１１ａを多数形成したウェハＷを作製する。
【００４８】
つづいて、ウェハＷを劈開して、複数の本体部１１ａが一次元状に連結したバー素子ＢＥ１を作製する。ここで、各本体部１１ａの導波路は方向Ｄ１の方向に延伸しており、端面１１ａｂ、１１ａｃは方向Ｄ１の両端に位置する。
【００４９】
つづいて、端面１１ａｂ、１１ａｃにそれぞれＡＲ膜１１ｂ、１１ｃを形成する。これによりＳＯＡ１１の構造が完成する。その後、バー素子ＢＥ１を個々のＳＯＡ１１に切り分ける。以上に説明した製造工程を経て、ＳＯＡ１１が製造される。
【００５０】
その後、通常はＳＯＡ１１の特性を測定し、信頼性等を評価するが、本実施形態ではＳＯＡ１１の特性を測定する代わりに、活性導波路１１ａａで発生した光がレーザ発振するように端面反射率が設定された対向する２つの端面を有する評価用半導体光素子（以下、評価用素子と記載する場合がある）を製造し、製造した評価用素子の特性を測定し、測定した評価用素子の特性に基づいてＳＯＡ１１を評価する。
【００５１】
本実施形態では、評価用素子を、ＳＯＡ１１の製造に用いた半導体ウェハに、ＳＯＡ１１の製造工程と略同じ製造工程によって製造する。特に本実施形態では、半導体ウェハにＳＯＡ１１の本体部１１ａの構造を製造するのと同時に、評価用素子の構造も製造する。後述するように、評価用素子の端面にはＳＯＡ１１とは異なる膜を形成するので、バー素子にした時にバー素子内の素子の全てが評価用半導体光素子の構造になるようにする。例えば、評価用半導体光素子の構造を含むバー素子は、図４に一例を示すように、ウェハＷの図面上部Ｐ１および下部Ｐ２の位置からサンプリングする。
【００５２】
以下、評価用素子の構成を、図５を参照して説明する。評価用素子２０は、本体部２０ａと、高反射（ＨＲ）膜２０ｂと、低反射（ＬＲ）膜２０ｃとを備えている。本体部２０ａは、活性導波路２０ａａと、方向Ｄ２において対向する２つの端面２０ａｂ、２０ａｃとを備えている。ＨＲ膜２０ｂは例えば誘電体からなり、端面２０ａｂに形成されている。ＬＲ膜２０ｃは例えば誘電体からなり、端面２０ａｃに形成されている。また、評価用素子２０は、活性導波路２０ａａに駆動電流を注入するための不図示の電極や、誘電体保護膜などを備えている。方向Ｄ２における評価用素子２０の長さは例えば２ｍｍであり、方向Ｄ２と直交する方向における評価用素子２０の幅は例えば３００μｍである。活性導波路２０ａａの導波路幅は例えば２μｍである。
【００５３】
活性導波路２０ａａは、電極から駆動電流を注入するとレーザ光Ｌ１の波長の光に対して光増幅作用を発揮する。さらに、ＨＲ膜２０ｂ及びＬＲ膜２０ｃは、端面２０ａｂ、２０ａｃが、活性導波路２０ａａで発生した光を反射してレーザ発振させるような端面反射率となるように構成されている。これにより、評価用素子２０は駆動電流を注入するとファブリーペロー型の半導体レーザ素子として動作する。評価用素子２０の導波路構造及び電流狭窄構造はＳＯＡ１１と同じであることが好ましい。
【００５４】
また、活性導波路２０ａａは、曲げ損失が十分に小さい曲率半径で曲げられた曲がり部２０ａａ１を有する。曲がり部２０ａａ１は、端面２０ａｃ側に位置し、端面２０ａｃにおいて端面２０ａｃに対して傾斜している。曲がり部２０ａａ１を端面２０ａｃに対して傾斜させると、その傾斜角度を調整することによって、端面２０ａｃの端面反射率を調整できる。すなわち、端面２０ａｃの端面反射率は、ＬＲ膜２０ｃの構成と曲がり部２０ａａ１の端面２０ａｃに対する傾斜角度とで設定されている。例えば、端面２０ａｂの端面反射率は９８％以上の略１００％であり、端面２０ａｃの端面反射率は０．１６％である。この場合、レーザ光は端面２０ａｃ側から出力する。
【００５５】
ここで、図６を参照して、評価用素子２０及びＳＯＡ１１における光増幅の状態を説明する。図６(ａ)は、評価用素子２０における光増幅の状態を示している。横軸は評価用素子２０内の方向Ｄ２における位置を示している。ＨＲはＨＲ膜２０ｂの位置を示し、ＬＲはＬＲ膜２０ｃの位置を示している。
【００５６】
評価用素子２０では、端面２０ａｂの端面反射率は９８％以上であり、端面２０ａｃの端面反射率は０．１６％とする。このとき反射による光の減衰は約−２８ｄＢである。すると、評価用素子２０の活性導波路２０ａａにおける往復の利得が２８ｄＢになったときにレーザ発振が起こる。例えばＬＲの位置において０．１６ｍＷ（−８ｄＢｍ）のパワーの光Ｌ１０が、活性導波路２０ａａをＨＲまで伝搬すると、その片道での利得は１４ｄＢであり、そのパワーはＨＲの位置で４ｍＷ（６ｄＢｍ）となる。さらにこの光は略１００％反射されて光Ｌ１１となって活性導波路２０ａａを伝搬し、ＬＲまで伝搬するまでにさらに１４ｄＢの利得を受けて、レーザ光Ｌ１２となって１００ｍＷ（２０ｄＢｍ）のパワーで出力する。すなわち、評価用素子２０のレーザ発振する際のしきい値における片道増幅利得は１４ｄＢであり、往復で２８ｄＢである。
【００５７】
一方、図６（ｂ）は、ＳＯＡ１１における光増幅の状態を示している。横軸はＳＯＡ１１内の方向Ｄ１における位置を示している。ＡＲはそれぞれＡＲ膜１１ｂ、１１ｃの位置を示している。
【００５８】
上述したように、ＳＯＡ１１は、実使用時においては、パワーが４ｍＷ（６ｄＢｍ）のレーザ光Ｌ１３が入力されると、レーザ光Ｌ１４のように活性導波路１１ａａを伝搬しながら１４ｄＢの利得を受け、パワーが１００ｍＷ（２０ｄＢｍ）のレーザ光Ｌ１５として出力されるように設計されている。
【００５９】
このように、実使用素子としてのＳＯＡ１１で要求される光出力となるように、評価用素子２０に駆動電流を与えると、評価用素子２０の内部的な利得及び光出力が実使用素子とほぼ同じになる。評価用素子２０では、ＬＲ側からＨＲ側に後ろ向きに伝搬する光Ｌ１０が存在することが実使用素子と異なるところであるが、利得が１４ｄＢで増幅率が２５倍と大きい場合には、ＨＲ側からＬＲ側に前向きに伝搬する光Ｌ１１に比べて無視できる程度にパワーが小さい。このため、評価用素子２０の動作中の内部光分布やキャリア密度分布は実使用素子であるＳＯＡ１１とほぼ同じになる。
【００６０】
このように、評価用素子２０のレーザ発振する際のしきい値における片道増幅利得が、ＳＯＡ１１の実使用時における増幅利得と略等しくなるようにすると、評価用素子２０はＳＯＡ１１の実使用時の動作状態を好適に模擬するものとなる。そこで、この評価用素子２０の特性を測定することで、ＳＯＡ１１を評価すれば、ＳＯＡ１１の特性を測定する際の困難を回避でき、簡易な方法でより正しい評価を行うことができる。ただし、評価用素子２０のしきい値における片道増幅利得とＳＯＡ１１の実使用時における増幅利得が異なっていても、評価用素子２０がＳＯＡ１１の実使用時の動作状態を模擬することができる程度であればよい。
【００６１】
評価用素子２０の２つの端面２０ａｂ、２０ａｃの間の距離（評価用素子２０の長さ）は、ＳＯＡ１１の２つの端面１１ａｂ、１１ａｃの間の距離（ＳＯＡ１１の長さ）と略同じことが好ましい。２つの距離が略同じであれば、評価用素子２０の利得長とＳＯＡ１１の利得長とが略同じ長さとなり、また熱抵抗や電流注入密度も略同じになるので、評価用素子２０はＳＯＡ１１の実使用時の動作状態をより好適に模擬することができる。ただし、２つの距離が異なっていても、評価用素子２０がＳＯＡ１１の実使用時の動作状態を模擬することができる程度であればよい。その他、素子の幅や電極形状等についても、評価用素子２０とＳＯＡ１１とで同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。
【００６２】
なお、上述したように、評価用素子２０では、ＳＯＡ１１とは異なり、活性導波路２０ａａが端面２０ａｂに対して垂直になっている。その理由は、端面２０ａｂでは光を高反射率で反射させた方が、有効に活性導波路２０ａａに結合させることができるためである。一方、低反射率の端面２０ａｃ側で曲がり部２０ａａ１を端面２０ａｃに対して傾斜させているのは、上述したように、反射された光の活性導波路２０ａａへの結合を調整することで、反射率を調整するためである。このようにして反射率を調整する理由は以下の通りである。例えば上述したように、端面２０ａｃの端面反射率を０．１６％にする場合、ＬＲ膜２０ｃのみで端面反射率を実現しようとすると、１％を下回るような低い反射率のＬＲ膜２０ｃを安定して形成することは難しく、製造ばらつきによって反射率が０．１６％から外れてしまう。そうすると、評価用素子２０のしきい値における片道増幅利得が所望の値と変わってしまうので、評価用素子２０の特性を評価しても、ＳＯＡ１１の適切な評価ができなくなる可能性がある。そこで、ＬＲ膜２０ｃの反射率は１％程度の、安定して形成できる反射率の設計とする。そして、曲がり部２０ａａ１の端面２０ａｃに対する傾斜角度を調整することで、端面反射率を０．１６％とすれば、評価用素子２０のしきい値における片道増幅利得を安定的に所望の値とすることができる。なお、ＬＲ膜２０ｃの反射率が高すぎると、出力光の評価がしづらくなる(活性導波路２０ａａに結合しない反射光のパワーが全体に占める割合が大きくなる)ので、ＬＲ膜２０ｃの反射率は制御性が良い範囲で低いことが望ましい。
【００６３】
また、曲がり部２０ａａ１の端面２０ａｃに対する傾斜角度は、実使用素子であるＳＯＡ１１における曲がり部１１ａａ２の端面１１ａｃに対する傾斜角度と一致させてもよいし、異なっていてもよい。
【００６４】
ＳＯＡ１１の評価としては、増幅特性の評価や、エージング試験等で長時間使用による劣化を評価する信頼性評価等があり、いずれの評価についても評価用素子２０の試験結果を用いて行うことができる。例えば、評価用素子２０はＳＯＡとしてではなくレーザ素子として動作するので、その試験結果は、例えば長期通電試験による劣化率測定以外にも、製造ロットの特性の情報を与える。ここで、製造ロットは、例えば同一のウェハＷから製造されたものである。例えば、評価用素子２０の内部吸収損失について考えると、ＳＯＡ１１から出力されるＡＳＥ光を測定しても、内部吸収損失が大きくても小さくても測定されるＡＳＥ光に大きな差が見られない。しかし、レーザ素子である評価用素子２０の場合、内部吸収損失が大きいと効率が大きく低下するので、同じ値の駆動電流を流しても出力光のパワーは小さくなる。このように、評価用素子２０の特性測定によって、その製造ロットの信頼性以外の特性を評価することも可能である。
【００６５】
以下、ＳＯＡ１１の信頼性評価のための評価用素子２０のエージング試験について説明する。まず、評価用素子２０は、例えばＴＯ−ＣＡＮなどの通電試験に適した形態に組み立てられ、このＴＯ−ＣＡＮを必要に応じてバーンインし、その後駆動電流を注入して光出力一定制御（ＡＰＣ）を行いながら光出力と駆動電流値を測定し、長期通電試験を行う。光出力は例えば実使用条件と同一である１００ｍＷであり、温度（環境温度）は実使用条件の５０℃に比べて高い８０℃であり、通電時間は例えば１０００時間である。評価用素子２０が劣化すると駆動電流値が上昇する。従って駆動電流変化率（駆動電流の初期値に対する増加の割合）が評価用素子２０の劣化の指標となる。
【００６６】
評価用素子２０をＡＰＣで動作させると、実使用素子であるＳＯＡ１１と同様に駆動電流が決まる。そこで、エージング試験では評価用素子２０をＡＰＣで駆動することによってエージングを行う。エージング試験は、ＳＯＡ１１の実使用時における光出力及び温度である実使用条件下で実施してもよいが、可能な限り短い時間で長期通電時の劣化率を推定するために、加速劣化させるように、実使用時の温度よりも高い温度の条件下（加速条件下）で実施されることが通例である。この加速通電を実施するとき、評価用素子２０の光出力は実使用時のＳＯＡ１１の光出力に合わせた値にすることが望ましい。しかし、高温では評価用素子２０の温度特性が影響して実使用時の光出力が得られない場合があるので、実使用時よりもやや低い光出力でエージング試験を実施してもよい。
【００６７】
エージングを実使用条件よりも高い温度で行う場合に、間欠的に実使用時の温度で測定を行うと、より正確に実使用時の動作条件における駆動電流変化率を測定することができる。ただし、このような温度を変化させる工程は煩雑であり、全てのエージング試験で実施するのは工数の観点から望ましくない。そこで、予め、或る評価用素子２０を事前測定用の評価素子として、これに対してＳＯＡ１１の実使用時における光出力及び実使用時よりも高温の加速条件下で加速劣化させる事前の加速通電を行い、この事前の加速通電の間に間欠的に、ＳＯＡ１１の実使用時における光出力及び温度である実使用条件下にて、事前測定用の評価素子の駆動電流変化率を測定する。これにより、予め、高温での駆動電流変化率（加速駆動電流変化率）と、実使用時の温度での駆動電流変化率（実駆動電流変化率）の相関関係を測定により取得しておく。そして、その後、他の評価用半導体光素子２０に対しては、その相関関係に基づいて設定した相関係数を用いて、加速駆動電流変化率を実駆動電流変化率に変換することによって、加速駆動電流変化率から実駆動電流変化率を推定すると、簡便な試験で精度の高い結果を得ることができる。
【００６８】
このように、同一のウェハＷからＳＯＡ１１と評価用素子２０とを製造し、評価用素子２０の特性を測定することで、そのウェハＷから製造した実使用素子としてのＳＯＡ１１の製造ロットの劣化率（駆動電流変化率）を推定し、評価することができる。
【００６９】
なお、上記実施形態では、評価用素子２０は、ＳＯＡ１１の製造に用いた半導体ウェハに、ＳＯＡ１１の製造工程と略同じ製造工程によって製造し、そこからサンプリングしている。しかし、評価用素子２０を、ＳＯＡ１１の製造に用いた半導体ウェハと同じ特性を有する別の半導体ウェハに、ＳＯＡ１１の製造工程と略同じ製造工程によって製造してもよい。例えば、ＳＯＡ１１の製造に用いる半導体ウェハと評価用素子２０の製造に用いる半導体ウェハとが同じ製造ロットであれば、２つの半導体ウェハは同じ特性と見なせる。このように、別の半導体ウェハを用いて製造した評価用素子２０であっても、ＳＯＡ１１の実使用時の動作状態を好適に模擬するものとすることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  半導体レーザ素子
１ａ  出力側
２、１２、１３  基台
３  コリメータレンズ
４  光アイソレータ
５、７  ビームスプリッタ
６、１５  集光レンズ
８、１０  フォトダイオード（ＰＤ）
９  エタロンフィルタ
１１  半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１１ａ、２０ａ  本体部
１１ａａ、２０ａａ  活性導波路
１１ａａ１、１１ａａ２、２０ａａ１  曲がり部
１１ａｂ、１１ａｃ、２０ａｂ、２０ａｃ  端面
１１ｂ、１１ｃ  ＡＲ膜
１４  筐体
１４ａ  取付部
１６  光ファイバ
２０  評価用素子
２０ｂ  ＨＲ膜
２０ｃ  ＬＲ膜
１００  半導体レーザモジュール
ＢＥ１  バー素子
Ｄ１、Ｄ２  方向
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５  レーザ光
Ｌ１０、Ｌ１１  光
Ｐ１  上部
Ｐ２  下部
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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