(57)【要約】【課題】  測定精度を維持しつつ、発光素子の内部の劣化の存在を確認できるようにする。【解決手段】  入射励起光源１３にて生成されたレーザ光を測定試料１９に入射させ、測定試料１９から発生した光励起電流をＯＢＩＣ測定器２０にて測定することにより、測定試料１９の劣化解析を行うに際して、測定試料１９のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を入射励起光として用いる。【選択図】図１
2008047631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を生成する光源と、
前記光源にて生成されたレーザ光を前記測定対象領域に照射する照射手段と、
前記レーザ光が照射された測定対象領域から発生した光励起電流を測定する測定手段とを備えることを特徴とする光励起電流評価装置。
【請求項２】
測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を発光素子の端面側から入射させるステップと、
前記レーザ光が入射された発光素子から発生した光励起電流を測定することにより、前記発光素子の両端面および内部導波路の劣化を解析するステップとを備えることを特徴とする発光素子の劣化解析方法。
【請求項３】
測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さな貫通距離の互いに異なる波長のレーザ光を発光素子の端面側から入射させるステップと、
前記レーザ光が入射された発光素子から発生した光励起電流を波長ごとに測定することにより、前記発光素子の劣化位置を解析するステップとを備えることを特徴とする発光素子の劣化解析方法。
【請求項４】
測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を発光素子の端面側から入射させるステップと、
前記レーザ光が入射された発光素子から発生した光励起電流を測定することにより、前記発光素子の両端面および内部導波路の劣化を解析し、前記発光素子をスクリーニングするステップとを備えることを特徴とする発光素子の劣化解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光励起電流評価装置および発光素子の劣化解析方法に関し、特に、測定光源として、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長の光を用いる方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信や光情報処理などで用いられている半導体レーザの劣化評価方法として、光励起電流測定（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｂｅａｍ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ：ＯＢＩＣ）法がある（非特許文献１）。
この光励起電流測定法では、電子ビーム励起電流（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｃｕｒｒｅｎｔ：ＥＢＩＣ）法やルミネッセンス（Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）法などの他の測定法と同様に、半導体レーザの欠陥や電流パスの存在を明らかにすることができる。
【０００３】
この中で、特に、光励起電流測定法は、非破壊、高感度、高空間分解能などの特徴を持ち、半導体レーザなどの光デバイスの劣化解析に有効に使用することができる。さらに、測定光源の波長を適切に選択することで、表面の透明膜を透過させ、多層膜内部で光を吸収させ、内部の膜の劣化を解析することができる。
図８は、ｐ−／ｎ−ＩｎＰ埋め込み構造を持つ半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【０００４】
図８において、ｎ−ＩｎＰ基板１０７上には、下部ＳＣＨ層１０２、活性層１０１および上部ＳＣＨ層１０３が順次積層され、下部ＳＣＨ層１０２、活性層１０１および上部ＳＣＨ層１０３はｎ−ＩｎＰ基板１０７の上層とともにメサ状にエッチングされている。なお、活性層１０１は、１．５５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層からなるＭＱＷ層および１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層からなるバリア層の積層構造にて構成することができる。下部ＳＣＨ層１０２は、１．３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層から構成することができる。上部ＳＣＨ層１０３は、１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層から構成することができる。
【０００５】
そして、ｎ−ＩｎＰ基板１０７上には、メサ状にエッチングされた下部ＳＣＨ層１０２、活性層１０１および上部ＳＣＨ層１０３が埋め込まれるようにしてｐ−ＩｎＰ層１１１およびｎ−ＩｎＰ層１１２が順次積層され、ｎ−ＩｎＰ層１１２上には上部ＳＣＨ層１０３に跨るようにしてｐ−ＩｎＰクラッド層１０４が積層され、ｐ−ＩｎＰクラッド層１０４上にはキャップ層１０５が積層されている。そして、キャップ層１０５上にはｐ電極１０８が形成されるとともに、ｎ−ＩｎＰ基板１０７の裏面にはｎ電極１０９が形成されている。
【０００６】
そして、このように構成された半導体レーザは劈開され、前面から効率よく光を出射できるようにするために、半導体レーザの前端面には前面低反射（Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）膜が形成されるとともに、半導体レーザの後端面には後面高反射（Ｈｉｇｈ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＨＲ）膜が形成されている。
そして、前面低反射膜および後面高反射膜が形成された半導体レーザは、光出射率の高い前面低反射膜が前面になるようにヒートシンクにマウントされる。そして、ヒートシンクにマウントされた半導体レーザはスクリーニングされ、スクリーニング条件を満たしたものが良品として選別させる。
【０００７】
そして、このような半導体レーザに順バイアスが印加されると、ｐ−ＩｎＰ層１１１およびｎ−ＩｎＰ層１１２は逆バイアス印加状態となり、半導体レーザに注入された電流がｐ−ＩｎＰ層１１１およびｎ−ＩｎＰ層１１２にてブロックされながら、活性層１０１に効率よく電流が注入される。そして、活性層１０１に電流が注入されると、活性層１０１のバンドギャップに対応した波長の光が生成され、半導体レーザの劈開面で反射を繰り返しながらレーザ発振することができる。そして、このようにして生成されたレーザ光は、屈折率の高い活性層１０１の近傍に集中しながら導波し、前端面から外部に出射することができる。
【０００８】
そして、このような半導体レーザを長期間使用すると、活性層１０１が劣化し、磨耗故障が発生することが知られている。この磨耗故障は、半導体レーザを定格内で使用すれば、一定の寿命を確保できることから、実用上問題とはならない。
一方、高温や光出力など、半導体レーザの定格を超えて使用した場合には、寿命は保証されないため、半導体レーザの劣化機構を解明し、半導体レーザの寿命を延ばすことが重要となっている。
【０００９】
図９は、半導体レーザの低反射端面側から測定したＯＢＩＣ像の一例を示す図である。なお、励起光波長は、半導体レーザのＭＱＷ層（１．５５μｍ組成）に効率よく吸収されるように、１．５２μｍを選択した。
図９において、半導体レーザのＡＲ端面からレーザ光が入射されると、そのレーザ光は活性層１０１にて吸収され、ＯＢＩＣ像が生成される。なお、白い部分はＯＢＩＣ強度が高く、黒い部分はＯＢＩＣ強度が低く、白黒階調でＯＢＩＣ像を表示した。また、ＯＢＩＣ像の中央の白い領域は活性層１０１を含むｐｎ接合付近に対応している。
【００１０】
ここで、半導体レーザのＡＲ端面から距離ｘにおける光パワーＰｔ（ｘ）は、以下の式で表すことができる。
【００１１】
【数１】
2008047631.tif 000003
【００１２】
ただし、Ｐｉ０は入射光パワー、Γは光閉じ込め係数、α０は吸収係数である。光閉じ込め係数Γを０．１、吸収係数α０を１０４ｃｍ−１とすると、入射光パワーが１／ｅとなる貫通距離は１０μｍとなり、ＡＲ端面から１０μｍ程度の深さのＯＢＩＣを主に測定することができる。一方、励起光波長として１．５２μｍを選択した場合、ＡＲ端面から１０μｍ以上の深さでは、入射光パワーが大きく減衰するため、ＡＲ端面から１０μｍ以上の内部の劣化を検知することは困難である。
【非特許文献１】Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ．，“Ｆａｉｌｕｒｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ  Ｓｔｒａｉｎｅｄ−Ｌａｙｅｒ  Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ  Ｌａｓｅｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ＯＢＩＣ  Ｍｏｎｉｔｏｒ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ＤＥｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．２，ｐｐ．２１１，２００６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、従来の光励起電流測定法では、半導体レーザの活性層１０１に効率よく吸収されるように励起光波長が選択されるため、半導体レーザの端面付近の劣化に対してのみＯＢＩＣが低下し、劣化の存在を確認することができるが、入射光が半導体レーザの内部まで到達しないため、半導体レーザの内部の劣化の存在を確認することができないという問題があった。
【００１４】
一方、半導体レーザの内部の劣化の存在を確認できるようにするため、半導体レーザの表面の電極を剥がし、半導体レーザの表面からＯＢＩＣ観察を行う方法もあるが、この方法では、活性層１０１の膜厚が数１０ｎｍ程度と薄く、活性層１０１での光吸収が小さいことから、劣化の程度の小さい、例えば、磨耗故障に分類される劣化を検知することができないという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、測定精度を維持しつつ、発光素子の内部の劣化の存在を確認することが可能な光励起電流評価装置および発光素子の劣化解析方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の光励起電流評価装置によれば、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を生成する光源と、前記光源にて生成されたレーザ光を前記測定対象領域に照射する照射手段と、前記レーザ光が照射された測定対象領域から発生した光励起電流を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２記載の発光素子の劣化解析方法によれば、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を発光素子の端面側から入射させるステップと、前記レーザ光が入射された発光素子から発生した光励起電流を測定することにより、前記発光素子の両端面および内部導波路の劣化を解析するステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３記載の発光素子の劣化解析方法によれば、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さな貫通距離の互いに異なる波長のレーザ光を発光素子の端面側から入射させるステップと、前記レーザ光が入射された発光素子から発生した光励起電流を波長ごとに測定することにより、前記発光素子の劣化位置を解析するステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４記載の発光素子の劣化解析方法によれば、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を発光素子の端面側から入射させるステップと、前記レーザ光が入射された発光素子から発生した光励起電流を測定することにより、前記発光素子の両端面および内部導波路の劣化を解析し、前記発光素子をスクリーニングするステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、測定光源として、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長の光を用いることにより、測定対象領域から発生する光励起電流の減少を抑制しつつ、測定対象領域の吸収係数を減少させることが可能となり、入射光パワーの貫通距離を大きくすることができる。このため、発光素子の内部が劣化している場合においても、入射光を劣化領域に到達させることができ、測定精度を維持しつつ、発光素子の内部の劣化の存在を確認できるようにすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る光励起電流評価装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光励起電流評価装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、光励起電流評価装置には、測定対象領域に入射されるレーザ光を生成する入射励起光源１３、入射励起光源１３にて生成されたレーザ光を平行ビームに変換するレンズ１４、レーザビームをＸＹ方向にそれぞれ走査するガルバノメータ１５ａ、１５ｂ、レーザビームを導波させるリレーレンズ１６ａ、１６ｂ、レーザビームを反射させるミラー１７、レーザビームを集光する対物レンズ１８、測定試料１９から発生した光励起電流を測定するＯＢＩＣ測定器２０、ＯＢＩＣ測定器２０にて測定された電流値を蓄積するとともに、電流値を画像表示させるコンピュータ２１が設けられている。
【００２２】
なお、入射励起光源１３は、測定対象領域のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を生成することができる。また、測定試料１９としては、半導体レーザや発光ダイオードなどを用いることができる。
そして、入射励起光源１３から出射されたレーザ光は、レンズ１４にて平行ビームに変換された後、ガルバノメータ１５ａ、１５ｂにてＸＹ方向に走査されながら、リレーレンズ１６ａ、１６ｂを介してミラー１７に導かれ、ミラー１７にて対物レンズ１８の方向に反射される。そして、対物レンズ１８に入射したレーザビームは測定試料１９に集光され、測定試料１９に照射される。そして、レーザビームが測定試料１９に照射されると、測定試料１９に光吸収され、電子・正孔ペアが生成される。そして、ｐｎ接合付近で生成した電子・正孔ペアは、空乏層の電界にて電子と正孔に分離され、光励起電流としてＯＢＩＣ測定器２０にて測定される。そして、ＯＢＩＣ測定器２０にて測定された光励起電流値は、コンピュータ２１にて蓄積されるとともに、その電流値が画像表示される。
【００２３】
ここで、測定試料１９のフォトルミネッセンスピーク波長よりも長波長で、かつ波長差が最大でも１００ｎｍよりも小さい波長のレーザ光を入射励起光として用いることにより、測定試料１９で発生する光励起電流の減少を抑制しつつ、吸収係数を急激に減少させることが可能となり、入射光パワーの貫通距離を大きくすることができる。このため、測定試料１９の内部が劣化している場合においても、入射光を劣化領域に到達させることができ、測定精度を維持しつつ、測定試料１９の内部の劣化の存在を確認できるようにすることが可能となる。
【００２４】
ここで、半導体レーザの内部に劣化がある場合、ＯＢＩＣがどのように変化するかの簡単な計算を行った。入射光パワーは活性層１にて吸収され、光励起電流Ｉｐｈは、以下の式で表すことができる。
【００２５】
【数２】
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【００２６】
ただし、Ｓは非発光再結合過程を経た後に発生した光励起電流の生存率、ηは量子効率、ｑは電子電荷、ｈはプランク定数、νは周波数である。
半導体レーザの劣化の程度を示すため、劣化前のＯＢＩＣと劣化後のＯＢＩＣとの比を正規化ＯＢＩＣ強度と仮定した。劣化していない領域の光励起電流の生存率Ｓを１とすると、正規化ＯＢＩＣ強度の計算値Ｉｃａｌは、以下の式で表すことができる。
【００２７】
【数３】
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【００２８】
ただし、Ｉｐｈ０（Ｓ＝１）は通電試験前の半導体レーザの光励起電流、Ｉｐｈ１（Ｓ＝１）は通電試験後の半導体レーザの非劣化領域の光励起電流、Ｉｐｈ２（Ｓ）は通電試験後の半導体レーザの劣化領域の光励起電流である。
図２は、光励起電流の生存率による正規化ＯＢＩＣ強度の計算結果を示す図である。なお、半導体レーザの素子長は２００μｍ、前面にＡＲ膜、後面にＨＲ膜が形成され、後面ＨＲ膜から１００μｍの位置に一様な劣化領域が存在していると仮定した。
【００２９】
図２において、（ｉ）吸収係数α０が５０００ｃｍ−１以上では、正規化ＯＢＩＣ強度の計算値Ｉｃａｌはほぼ１であり、半導体レーザの劣化を検出するのは困難である。これは、吸収係数α０が５０００ｃｍ−１では、入射光パワーが１／ｅとなる貫通距離は２０μｍとなり、入射光が劣化領域に到達しないからである。
（ｉｉ）吸収係数α０が５０００から５００ｃｍ−１では、正規化ＯＢＩＣ強度の計算値Ｉｃａｌは、吸収係数α０と光励起電流の生存率Ｓに依存して変化する。例えば、吸収係数α０が２５００ｃｍ−１では、入射光パワーが１／ｅとなる貫通距離は４０μｍとなり、入射光が劣化領域に到達するには貫通距離が不十分である。
【００３０】
（ｉｉｉ）吸収係数α０が５００ｃｍ−１以下では、正規化ＯＢＩＣ強度の計算値Ｉｃａｌは、吸収係数α０への依存度は小さく、主に光励起電流の生存率Ｓに依存して変化する。例えば、吸収係数α０が２５０ｃｍ−１では、入射光パワーが１／ｅとなる貫通距離は４００μｍとなり、入射光が劣化領域に到達するために十分な貫通距離が得られる。
すなわち、正規化ＯＢＩＣ強度の計算値Ｉｃａｌは、（ｉｉｉ）の吸収係数α０が５００ｃｍ−１以下で最も変化が大きく現れる。一方、吸収係数α０が小さすぎると、測定試料１９で発生する光励起電流が小さくなるため、光励起電流の測定には、５００ｃｍ−１に近い吸収係数α０が最適である。このような観点から、吸収係数α０は従来の（ｉ）の範囲より適度に低くすることが求められる。吸収係数α０を下げるためには、半導体のバンド端対応の波長よりも長波長を用いることが有益である。これは、活性層の膜厚の揺らぎ等によって、バンド端が裾状のバンドテイルを引き、バンド端対応の波長から長波長側にシフトするに従って、吸収係数α０は急激に減少するものの、完全な透明にはならないためである。
【００３１】
また、吸収係数α０が２５０ｃｍ−１に対応する波長はフォトルミネッセンスピーク波長（１５５０ｎｍ）の５０ｎｍ長波長側であることを考慮し、例えば、ＯＢＩＣ測定の入射光波長を１．６μｍとして、ＡＲ端面側からの１回のＯＢＩＣ測定にて、導波路内部のすべての領域の劣化を一括して解析することができる。これにより、ＨＲ端面側の観察のために、半導体レーザのＨＲ端面側が前面にくるようにマウントし直す必要がなくなる。
【００３２】
また、入射光波長を変化させ、１．５２μｍ波長とフォトルミネッセンスピーク波長（１５５０ｎｍ）の２０ｎｍ長波長側の１．５７μｍ波長を使用し、入射光の貫通距離を変えながら劣化の有無を調べることにより、半導体レーザの劣化の位置を特定することができる。
また、劣化領域が数１０μｍから数１００μｍに渡る場合、長い劣化領域についてＯＢＩＣ測定を行うことが可能となることから、ＯＢＩＣ測定の高感度化を図ることが可能となり、半導体レーザのエイジングを行うことなく、劣化を見出すことが可能となる。
【００３３】
さらに、フォトルミネッセンスピーク波長（１５３３ｎｍ）の６７ｎｍ長波長側の１．６μｍ波長を使用することにより、エイジング前に既に内在している非発光再結合センタを高感度に検知することができ、半導体レーザのスクリーニングを行うことができる。
また、入射光波長を変化させ、１．５２μｍ波長とフォトルミネッセンスピーク波長（１５３３ｎｍ）の３７ｎｍ長波長側の１．５７μｍ波長と６７ｎｍ長波長側の１．６０μｍ波長を使用し、入射光の貫通距離を変えながら劣化の有無を調べることにより、半導体レーザの劣化の位置を特定することができる。
【００３４】
図３は、測定対象となるハイメサ構造ＳＩＢＨ半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
図３において、ｎ−ＩｎＰ基板７上には、下部ＳＣＨ層２、活性層１、上部ＳＣＨ層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４およびキャップ層５が順次積層され、下部ＳＣＨ層２、活性層１、上部ＳＣＨ層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４およびキャップ層５はｎ−ＩｎＰ基板７の上層とともにメサ状にエッチングされ、ハイメサ構造１０が形成されている。なお、活性層１は、１．５５μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層からなるＭＱＷ層および１．３μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層からなるバリア層の積層構造にて構成することができる。下部ＳＣＨ層２は、１．３μｍ組成ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層から構成することができる。上部ＳＣＨ層３は、１．３μｍ組成ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層から構成することができる。
【００３５】
なお、下部ＳＣＨ層２、活性層１、上部ＳＣＨ層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４およびキャップ層５をｎ−ＩｎＰ基板７上に形成する場合、例えば、ＭＢＥ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｂｅａｍ  ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、あるいはＡＬＣＶＤ（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などのエピタキシャル成長を用いることができる。
【００３６】
そして、ｎ−ＩｎＰ基板７上には、メサ状にエッチングされた下部ＳＣＨ層２、活性層１、上部ＳＣＨ層３、ｐ−ＩｎＰクラッド層４およびキャップ層５が埋め込まれるようにしてＳＩ（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）−ＩｎＰ層６が積層されている。そして、ＳＩ−ＩｎＰ層６上には、キャップ層５上に跨るようにしてｐ電極８が形成されるとともに、ｎ−ＩｎＰ基板７の裏面にはｎ電極９が形成されている。
【００３７】
そして、このように構成された半導体レーザは劈開され、前面から効率よく光を出射できるようにするために、半導体レーザの前端面には前面低反射（Ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＲ）膜が形成されるとともに、半導体レーザの後端面には後面高反射（Ｈｉｇｈ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＨＲ）膜が形成されている。
そして、前面低反射膜および後面高反射膜が形成された半導体レーザは、光出射率の高い前面低反射膜が前面になるようにヒートシンクにマウントされる。そして、ヒートシンクにマウントされた半導体レーザはスクリーニングされ、スクリーニング条件を満たしたものが良品として選別させる。
【００３８】
そして、このような半導体レーザに順バイアスが印加されると、半導体レーザに注入された電流がＳＩ−ＩｎＰ層６にてブロックされながら、活性層１に効率よく電流が注入される。そして、活性層１に電流が注入されると、活性層１のバンドギャップに対応した波長の光が生成され、半導体レーザの劈開面で反射を繰り返しながらレーザ発振することができる。そして、このようにして生成されたレーザ光は、屈折率の高い活性層１の近傍に集中しながら導波し、前端面から外部に出射することができる。
【００３９】
図４（ａ）は本発明の一実施形態に係る測定光源を用いたＯＢＩＣスキャン像を示す図、図４（ｂ）は本発明の一実施形態に係る測定光源を用いた垂直方向ＯＢＩＣプロファイルを示す図である。
なお、ＯＢＩＣ測定を行うに当たっては、雰囲気温度９５℃、５ｍＷ一定出力の条件で図３の半導体レーザのエイジングを行った。そして、７５００時間の通電試験後の動作電流の相対増加率が３．５％の半導体レーザを用いて、ＡＲ端面側からＯＢＩＣ測定を行った。また、励起光波長は、半導体レーザの活性層１のフォトルミネッセンスピーク波長（１．５５μｍ）より５０ｎｍ長波長側の１．６０μｍ波長を使用した。
【００４０】
図４（ａ）において、半導体レーザのＡＲ端面からレーザ光が入射されると、そのレーザ光は活性層１にて吸収され、ＯＢＩＣ像が生成される。なお、白い部分はＯＢＩＣ強度が高く、黒い部分はＯＢＩＣ強度が低く、白黒階調でＯＢＩＣ像を表示した。また、ＯＢＩＣ像の中央の白い領域は活性層１を含むｐｎ接合付近に対応している。
ここで、活性層１の１．５５μｍ組成であっても励起光波長１．６０μｍで光吸収があり、ＯＢＩＣ像が観察された。また、励起光波長が１．５７μｍであっても、ＯＢＩＣ像は同じ位置に現れた。
【００４１】
しかしながら、励起光波長が１．６５μｍでは、ＯＢＩＣ像は得られなかった。これは、活性層１のフォトルミネッセンスピーク波長（１．５５μｍ）より１００ｎｍ長波長側の１．６５μｍ波長では、光吸収率が大きく下がり、光励起電流を検知できなかったためと考えられる。
また、図４（ｂ）において、正規化ＯＢＩＣのピーク強度は、通電試験前と比べ０．９５倍に低下し、活性層１が劣化していることが判った。
【００４２】
図５は、本発明の一実施形態に係る正規化ＯＢＩＣ強度の波長依存性を示す図である。なお、（Ａ）は７５００時間の通電試験後の動作電流の相対増加率が３．５％の半導体レーザの特性、（Ｂ）は７５００時間の通電試験後の動作電流の相対増加率が１．２％の半導体レーザの特性を示す
図５において、励起光波長が１．５２μｍでは、通電試験前後で正規化ＯＢＩＣ強度に変化はない。これは、ＡＲ端面付近に劣化がないためである。
【００４３】
一方、励起光波長が１．５７μｍと１．６０μｍでは、正規化ＯＢＩＣ強度が低下し、活性層１が劣化したことを示している。これらの２つの波長の中で、１．５７μｍでは、（Ａ）、（Ｂ）の素子で違いはないものの、１．６０μｍでは、（Ａ）の素子の正規化ＯＢＩＣ強度が（Ｂ）の素子の正規化ＯＢＩＣ強度よりも下がっている。１．５７μｍ（活性層１のフォトルミネッセンスピーク波長との差Δλ＝２０ｎｍ）と、１．６０μｍ（Δλ＝５０ｎｍ）との吸収係数α０をそれぞれ２５００ｃｍ−１と２５０ｃｍ−１とすると、入射光パワーが１／ｅとなる貫通距離はそれぞれ４０μｍ、４００μｍとなり、１．６０μｍ波長では、半導体レーザの全長２００μｍのＯＢＩＣが得られるためである。これらの結果は、半導体レーザの劣化領域が素子内部のＨＲ側に分布していることを示している。
【００４４】
一方、半導体レーザは、レーザ光を効率よく外部に取り出せることができるようにするために、ＡＲ端面側が前面になるようにマウントされる。そして、本実施形態のＯＢＩＣ測定では、ＡＲ端面にレーザ光を照射しながら、半導体レーザの導波路全体の劣化を評価することができる。これにより、ＨＲ端面側の観察のために、半導体レーザのＨＲ端面側が前面にくるようにマウントし直す必要がなくなり、半導体レーザの劣化解析を効率よく行うことが可能となる。
【００４５】
このように、上述した実施形態によれば、ＯＢＩＣ測定において、半導体レーザの活性層１のフォトルミネッセンスピーク波長（１．５５μｍ）より５０ｎｍ長波長側の励起光波長を使用することにより、活性層１の内部の劣化評価が可能となるとともに、異なる波長を組み合わせることで、劣化位置を推定することが可能となる。
また、素子長が長い場合においても、入射波長を長くすることで吸収係数α０を下げ、貫通距離を伸ばすことが可能となることから、活性層１の内部の劣化の有無とその位置を特定することができる。
【００４６】
図６は、本発明の一実施形態に係る光出力と電圧の駆動電流依存性を示す図である。なお、（Ｃ）、（Ｄ）ともに通電試験前の半導体レーザの特性を示す。
図６において、双方の素子とも、閾値電流は９ｍA、閾値電圧は０．８Ｖで同じである。閾値電流が等しいことから、これら２つの素子の利得はほぼ等しく、活性層は良好であることを示している。
【００４７】
一方、（Ｃ）の素子の光出力は（Ｄ）の素子の光出力よりも高く、（Ｃ）の素子の動作電圧は（Ｄ）の素子の動作電圧よりも高くなっている。これは、（Ｄ）の素子では、（Ｃ）の素子に比べて抵抗が低くなったものの、スロープ効率が低くなったことから、熱によるものではないと考えられる。（Ｄ）の素子では、活性層への電流閉じ込めが不十分で、動作電圧が増加するに従ってリーク電流が増加したためと考えられる。
【００４８】
そして、このような通電試験前の（Ｃ）、（Ｄ）の素子の劣化を判定するために、励起光波長を変化させながらＯＢＩＣ測定を行った。
図７は、本発明の一実施形態に係る正規化ＯＢＩＣ強度の波長依存性を示す図である。なお、図６の（Ｃ）の素子の正規化ＯＢＩＣ強度を１として、（Ｄ）の素子の正規化ＯＢＩＣ強度をプロットした。
【００４９】
図７において、励起光波長が１．５２μｍでは、（Ｃ）、（Ｄ）の素子で正規化ＯＢＩＣ強度に変化はない。これは、ＡＲ端面付近に劣化がないためである。
一方、励起光波長が活性層のフォトルミネッセンスピーク波長より長波長側にシフトするに従って、正規化ＯＢＩＣ強度が低下している。これは、半導体レーザのＨＲ側に正規化ＯＢＩＣ強度を低下させる要因があり、活性層にて光吸収された電子・正孔は非発光再結合によって減少したと考えられる。これは、活性層の側面の埋め込み界面に問題がある結果、印加電圧が高くなると、リーク電流が増加するためと考えられる。１．６０μｍ波長で正規化ＯＢＩＣ強度が最も減少しているのは、半導体レーザの全長２００μｍのＯＢＩＣが得られ、劣化が高感度に検知されたためと考えられる。
【００５０】
このように、上述した実施形態によれば、ＯＢＩＣ測定において、半導体レーザの通電試験を行う前においても、活性層のフォトルミネッセンスピーク波長（１５３３ｎｍ）より３７ｎｍ長波長側と６７ｎｍ長波長側の励起光波長を使用することにより、活性層の内部の劣化評価が可能となり、ＡＣＣ試験なしでも素子のスクリーニングが可能となるとともに、劣化位置を推定することが可能となる。
【００５１】
また、素子長が長い場合においても、入射波長を長くすることで吸収係数α０を下げ、貫通距離を伸ばすことが可能となることから、ＡＣＣ試験なしで、活性層の内部の劣化の有無とその位置を特定することができる。
なお、活性層１の形状はＭＱＷ（多重量子井戸）の他、バルク、量子細線、量子ドットなどでもよく、また、上下の閉じ込めを所望の値にするために分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）や、屈折率を徐々に変化させた傾斜屈折率閉じ込め構造（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ）としてもよい。さらに、半導体レーザの材料に関しても、ＩｎＰおよびＧａＩｎＡｓＰの組み合わせに限定されることなく、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＡｓＰなど他の半導体材料を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態に係る光励起電流評価装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光励起電流の生存率による正規化ＯＢＩＣ強度の計算結果を示す図である。
【図３】測定対象となるハイメサ構造ＳＩＢＨ半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の一実施形態に係る測定光源を用いたＯＢＩＣスキャン像を示す図、図４（ｂ）は本発明の一実施形態に係る測定光源を用いた垂直方向ＯＢＩＣプロファイルを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る正規化ＯＢＩＣ強度の波長依存性を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る光出力と電圧の駆動電流依存性を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る正規化ＯＢＩＣ強度の波長依存性を示す図である。
【図８】ｐ−／ｎ−ＩｎＰ埋め込み構造を持つ半導体レーザの概略構成を示す断面図である。
【図９】半導体レーザの低反射端面側から測定したＯＢＩＣ像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  活性層
２  下部ＳＣＨ層
３  上部ＳＣＨ層
４  ｐ−ＩｎＰクラッド層
５  キャップ層
６  ＳＩ−ＩｎＰ層
７  ｎ−ＩｎＰ基板
８  ｐ電極
９  ｎ電極
１０  ハイメサ構造
１３  入射励起光源
１４  レンズ
１５ａ、１５ｂ  ガルバノメータ
１６ａ、１６ｂ  リレーレンズ
１７  ミラー
１８  対物レンズ
１９  測定試料
２０  ＯＢＩＣ測定器
２１  コンピュータ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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