CN112577647A - 一种半导体激光器芯片的应力测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体激光器芯片的应力测试系统及测试方法，应力测试系统包括：探测激光器；温度控制器，用以通过调节所述探测激光器的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长；分束单元，以将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流；光谱仪，所述光谱仪适于接收所述反射光并获取所述反射光的波长；电流探测单元；数据处理模块，所述数据处理模块包括禁带宽度获取单元和应力获取单元。所述半导体激光器芯片的应力测试系统能够准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小。

Description

一种半导体激光器芯片的应力测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器芯片的应力测试系统及测试方法。

背景技术

随着半导体激光器芯片相关技术的飞速发展，半导体激光器芯片的输出功率越来越大。半导体激光器芯片因其输出功率大、体积小、重量轻、电光转换效率高、波长范围广、可靠性高和寿命长等优点，引起各领域的广泛关注。半导体激光器芯片可广泛应用于通信、计算机、制造业、航天、航空、医疗、显示和印刷等行业。

然而在半导体激光器芯片的制备和封装过程中容易引入应力，如设计时引入的芯片外延层应力、芯片晶圆流片工艺中各种薄膜和研磨抛光工艺等引入的附加应力、以及芯片封装时芯片和热沉材料之间因热膨胀系数不同产生的应力。半导体激光器芯片中的应力会对半导体激光器芯片的偏振、阈值、波长等特性造成影响，从而劣化半导体激光器的光电特性，并使半导体激光器芯片的使用寿命缩短。而在获取半导体激光器芯片中的应力后能够对晶圆工艺、芯片工艺、封装工艺提供指导，从而改善半导体激光器芯片的性能。

半导体激光器芯片应力一方面影响激光器各项性能指标，测量其应力可以研究激光器应力和性能的关系；另一方面，芯片应力的测量，可以指导晶圆工艺、芯片工艺、封装工艺进行改善。所以，需要开发一种激光器芯片应力的测量方法。

目前一般通过测量晶圆的曲度来计算晶圆应力，然而由于半导体激光器芯片的腔面尺寸较小，通过测量曲度来获取应力的方法无法准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有圆晶应力测试方法无法准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小的缺陷，从而提供一种半导体激光器芯片的应力测试系统及测试方法。

本发明提供一种半导体激光器芯片的应力测试系统，包括：探测激光器；温度控制器，用以通过调节所述探测激光器的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长；分束单元，适于设置于所述探测激光器和待测半导体激光器芯片之间，以将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流；光谱仪，所述光谱仪适于接收所述反射光并获取所述反射光的波长；电流探测单元，所述电流探测单元适于探测所述光电流的大小；数据处理模块，所述数据处理模块包括禁带宽度获取单元和应力获取单元，所述禁带宽度获取单元适于根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度，所述应力获取单元适于根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。

可选的，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：功率获取单元，所述功率获取单元适于接收所述反射光并获取所述反射光的功率；所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元，所述第一数据处理子单元适于根据分束单元的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数，所述第二数据处理子单元适于根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。

可选的，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：位于所述探测激光器和所述分束单元之间的光纤，所述光纤将传输所述探测激光。

可选的，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：位置微调装置，所述位置微调装置与所述光纤的输出端相邻设置且与所述光纤的输出端相连，所述位置微调装置适于通过调节所述光纤的输出端的位置调节所述光斑的位置。

可选的，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：设置于所述探测激光器的输出端和所述光纤的输入端之间的第一准直耦合单元，所述第一准直耦合单元包括第一准直器和第一聚焦耦合镜，第一准直器位于所述探测激光器和第一聚焦耦合镜之间，第一准直器用于对所述探测激光进行准直，第一聚焦耦合镜对第一准直器准直后的所述探测激光进行聚焦并耦合至所述光纤的输入端；

位于所述光纤和所述分束单元之间的第二准直耦合单元，所述第二准直耦合单元与所述光纤的输出端相连，所述第二准直耦合单元包括第二准直器和第二聚焦耦合镜，第二准直器位于所述光纤和第二聚焦耦合镜之间，第二准直器对从光纤输出的探测激光进行准直，第二聚焦耦合镜对第二准直器准直后的探测激光进行聚焦。

可选的，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：偏压施加装置，适于对所述待测半导体激光器芯片施加偏压。

可选的，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：位置信息获取单元，所述位置信息获取单元适于获取所述光斑位置。

本发明还提供一种半导体激光器芯片的应力测试方法，包括以下步骤：

提供上述应力测试系统；提供待测半导体激光器芯片，将所述待测半导体激光器芯片设置在分束单元远离探测激光器的输出端的一侧；所述探测激光器发射探测激光；分束单元将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流；光谱仪接收所述反射光并获取所述反射光的波长；采用温度控制器调节所述入射激光器的工作环境温度以调节所述入射激光器输出探测激光的波长；采用电流探测单元探测在不同波长的探测激光下所述光电流的大小；采用禁带宽度获取单元根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度；采用应力获取单元根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。

可选的，应力测试系统还包括：功率获取单元；所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元；所述应力测试方法还包括：采用所述功率获取单元接收所述反射光并获取所述反射光的功率；采用所述第一数据处理子单元根据分束单元的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数；采用所述第二数据处理子单元根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。

可选的，采用以下公式获取光电流修订系数：

k＝I_p/P (2)

其中，P为透射光的功率，P₀为反射光的功率，R_λ为分束单元的反射率，I_p为光电流的大小，k为光电流产生系数。

可选的，所述应力测试系统还包括：位于所述探测激光器和所述分束单元之间的光纤；位置微调装置，所述位置微调装置与所述光纤的输出端相邻设置且与所述光纤的输出端相连；所述应力测试方法还包括：采用所述位置微调装置调节所述光纤的输出端的位置以调节所述光斑的位置。

可选的，所述应力测试系统还包括：偏压施加装置；所述应力测试方法还包括：采用所述偏压施加装置对所述待测半导体激光器芯片施加偏压，所述光电流在对所述待测半导体激光器芯片施加偏压的情况下获取。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试系统，包括探测激光器、温度控制器、分束单元、光谱仪、电流探测单元和数据处理模块，数据处理模块包括禁带宽度获取单元和应力获取单元。探测激光器输出的探测激光经分束单元分束为透射光和反射光，其中，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流，所述电流探测单元用于探测所述光电流的大小，而光谱仪接收反射光并获取所述反射光的波长，探测激光在反射和透射后激光的波长大小不发生变化，即光谱仪获取了所述探测激光及反射光的波长；通过温度控制器依次调节所述探测激光器的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长，所述电流探测单元获取不同探测激光波长所对应的光电流的大小；所述禁带宽度获取单元适于根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。具体的，当入射在待测半导体激光器芯片的前腔面的透射光的波长小于所述待测半导体激光器芯片的有源层中量子阱的禁带宽度所对应的波长时，待测半导体激光器芯片中产生的光电流较大；当温度控制器提高所述探测激光器的工作环境温度后，入射在待测半导体激光器芯片的前腔面的透射光的波长增大，从而使得待测半导体激光器芯片中产生的光电流减小；随着透射光的波长增大，获取到的光电流发生突变下降时，根据光电流突变位置处对应的透射光的波长能够得到待测半导体激光器芯片的有源层中量子阱的禁带宽度。待测半导体激光器芯片的有源层中量子阱的禁带宽度与应力大小满足一定的关系，所述应力获取单元适于根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。由此可见，上述半导体激光器芯片的应力测试系统能够准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小，且系统简单。

2.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试系统，还包括功率获取单元，所述功率获取单元适于接收所述反射光并获取所述反射光的功率；所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元，所述第一数据处理子单元适于根据分束单元的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数，所述第二数据处理子单元适于根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。通过所述功率获取单元和第一数据处理子单元获取光电流修订系数，以对光电流进行修订，避免了所述探测激光器的工作环境温度后所伴随的探测激光功率的降低对光电流值的大小造成的影响，提高了获取到的禁带宽度的准确性，进而提高了获取到的应力大小的准确性。

3.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试系统，还包括位置微调装置，所述位置微调装置与所述光纤的输出端相邻设置且与所述光纤的输出端相连，通过所述位置微调装置调节所述光纤的输出端的位置从而调节所述光斑的位置。通过上述温度控制器、分束单元、光谱仪、电流探测单元及禁带宽度获取单元获取不同光斑所在位置的禁带宽度，进而通过应力获取单元获取所述待测半导体激光器芯片的前腔面的不同光斑所在位置的应力。

4.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试系统，还包括设置于所述探测激光器的输出端和所述光纤的输入端之间的第一准直耦合单元和位于所述光纤和所述分束单元之间的第二准直耦合单元。探测激光从所述探测激光器的输出端输出时呈发散状态，通过第一准直器对所述探测探测激光器输出的探测激光进行准直，并通过第一聚焦耦合镜对第一准直器准直后的所述探测激光进行聚焦，使聚焦后的所述探测激光聚焦为一个较小的光斑，从而能够全部传输至所述光纤的输入端，且不造成能量损失；第二准直器对从光纤输出的探测激光进行准直，第二聚焦耦合镜对第二准直器准直后的探测激光进行聚焦从而得到一束会聚光，所述会聚光经分束单元分束后产生的透射光在待测半导体激光器芯片的前腔面汇聚形成一个较小的光斑，光斑的较小尺寸有利于提高获取所述待测半导体激光器芯片的前腔面的不同光斑所在位置的应力的精度。

5.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试方法，所述探测激光器发射探测激光，随后探测激光经分束单元分束为透射光和反射光，所述透射光在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流，所述电流探测单元用于探测所述光电流的大小，而光谱仪接收反射光并获取所述反射光的波长，探测激光在反射和透射后激光的波长大小不发生变化，即光谱仪获取了所述探测激光及反射光的波长；随后通过温度控制器依次调节所述探测激光器的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长，以获取不同探测激光波长所对应的光电流的大小；所述禁带宽度获取单元根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度，待测半导体激光器芯片的有源层中量子阱的禁带宽度与应力大小满足一定的关系，所述应力获取单元根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。该应力测试方法能够准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小。

6.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试方法，通过所述功率获取单元和第一数据处理子单元获取光电流修订系数，以对光电流进行修订，避免了所述探测激光器的工作环境温度后所伴随的探测激光功率的降低对光电流值的大小造成的影响，提高了获取到的禁带宽度的准确性，进而提高了获取到的应力大小的准确性。

7.本发明提供的半导体激光器芯片的应力测试方法，通过所述位置微调装置调节所述光纤的输出端的位置从而调节所述光斑的位置，并通过温度控制器、分束单元、光谱仪、电流探测单元及禁带宽度获取单元获取不同光斑所在位置的禁带宽度，进而通过应力获取单元获取所述待测半导体激光器芯片的前腔面的不同光斑所在位置的应力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的半导体激光器芯片的应力测试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的禁带宽度与光电流修订系数的曲线图；

图3为待测半导体激光器芯片的前腔面的不同位置的应力分布及禁带宽度分布示意图；

附图标记说明：

1－探测激光器；2－温度控制器；3－第一准直耦合单元；4－光纤；5－第二准直耦合单元；6－分束单元；7－光谱仪；8－功率获取单元；9－电流探测单元；10－位置微调装置；11－偏压施加装置；12－待测半导体激光器芯片；121－衬底；122－有源层；123－绝缘钝化层；124－第一电极。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种半导体激光器芯片的应力测试系统，参见图1，包括：

探测激光器1；

温度控制器2，用以通过调节所述探测激光器1的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长；

分束单元6，适于设置于所述探测激光器1和待测半导体激光器芯片12之间，以将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片12的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片12中产生光电流；

光谱仪7，所述光谱仪7适于接收所述反射光并获取所述反射光的波长；

电流探测单元9，所述电流探测单元9适于探测所述光电流的大小；

数据处理模块，所述数据处理模块包括禁带宽度获取单元和应力获取单元，所述禁带宽度获取单元适于根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度，所述应力获取单元适于根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。

上述半导体激光器芯片的应力测试系统，探测激光器1输出的探测激光经分束单元6分束为透射光和反射光，其中，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片12的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片12中产生光电流，所述电流探测单元9用于探测所述光电流的大小，而光谱仪7接收反射光并获取所述反射光的波长，探测激光在反射和透射后激光的波长大小不发生变化，即光谱仪7获取了所述探测激光及反射光的波长；通过温度控制器2依次调节所述探测激光器1的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长，所述电流探测单元9获取不同探测激光波长所对应的光电流的大小；所述禁带宽度获取单元适于根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。具体的，当入射在待测半导体激光器芯片12的前腔面的透射光的波长小于所述待测半导体激光器芯片12的有源层122中量子阱的禁带宽度所对应的波长时，待测半导体激光器芯片12中产生的光电流较大；当温度控制器2提高所述探测激光器1的工作环境温度后，入射在待测半导体激光器芯片12的前腔面的透射光的波长增大，从而使得待测半导体激光器芯片12中产生的光电流减小；随着透射光的波长增大，获取到的光电流发生突变下降时，根据光电流突变位置处对应的透射光的波长能够得到待测半导体激光器芯片12的有源层122中量子阱的禁带宽度。待测半导体激光器芯片12的有源层122中量子阱的禁带宽度与应力大小满足一定的关系，所述应力获取单元适于根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。由此可见，上述半导体激光器芯片的应力测试系统能够准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小，且系统简单。

在本实施例中，探测激光器1为单模激光器，且探测激光器1输出的探测激光的波长与待测半导体激光器芯片12输出的激光的波长接近，具体的，所述探测激光器1输出的探测激光的波长可小于待测半导体激光器芯片12输出的激光的波长。当待测半导体激光器芯片12输出的激光的波长为940nm时，则可以选择输出的激光的波长为940nm左右的单模激光器作为探测激光器1。所述探测激光器1包括散热单元及设置于所述散热单元上的探测激光器1芯片，所述散热装置可以为热沉材料。

在本实施例中，所述待测半导体激光器芯片12包括衬底121、设置在所述衬底121上的有源层122、设置在所述有源层122上的绝缘钝化层123、设置在所述绝缘钝化层123上的第一电极124及设置在所述衬底121远离所述有源层122的一侧表面的第二电极，所述有源层122包括量子阱层。其中，所述前腔面为所述有源层的一侧表面。所述衬底121的材质为硅，所述量子阱层的材料包括但不限于AlGaAs、GaAs、GaN、InGaN、InGaAs、InGaAsP、InGaAsN或InGaAlAs，所述绝缘钝化层123的材质为二氧化硅。

本实施例中的温度控制器2为基于半导体制冷片(TEC)的温度控制器，即TEC温度控制器，所述TEC温度控制器与所述探测激光器1相邻设置；优选的，所述TEC温度控制器设置于所述散热单元远离所述探测激光器芯片的一侧表面。

本实施例中的所述分束单元6为分束镜，所述分束镜包括分束膜层，所述分束镜通常倾斜设置，以使所述探测激光照射至所述分束膜层后能够分束为透射光和反射光。

本实施例中的所述电流探测单元9可以为电流表。所述电流表通过第一导线和第一探针与所述第一电极124实现电学连接，所述电流表通过第二导线和第二探针与所述第二电极实现电学连接，以获取待测半导体激光器芯片12产生的光电流的大小。具体的，所述第一导线与第一探针电学连接，所述第一导线远离所述第一探针的一端与所述电流表电学连接，所述第一探针远离所述第一导线的一端与所述第一电极124电学连接；所述第二导线与第二探针电学连接，所述第二导线远离所述第二探针的二端与所述电流表电学连接，所述第二探针远离所述第二导线的二端与所述第二电极电学连接。

在本实施例中，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：功率获取单元8，所述功率获取单元8适于接收所述反射光并获取所述反射光的功率。

具体的，本实施例中的功率获取单元8可以为功率计。

作为第一种可选的实施方式，所述光谱仪7设置于所述分束单元6的一侧，且位于所述反射光的传输方向上，用以接收反射光并获取所述反射光的波长；所述功率计设置于所述光谱仪7的任意一侧。在对待测半导体激光器芯片12进行应力测试的过程中，首先测量所述反射光的波长，随后移动所述功率计，使其位于所述反射光的传输方向上，从而接收反射光并获取所述反射光的功率。

作为第二种可选的实施方式，所述功率计设置于所述分束单元6的一侧，且位于所述反射光的传输方向上，用以接收反射光并获取所述反射光的功率；所述光谱仪7设置于所述功率计的任意一侧。在对待测半导体激光器芯片12进行应力测试的过程中，首先测量所述反射光的功率，随后移动所述光谱仪7，使其位于所述反射光的传输方向上，从而接收反射光并获取所述反射光的波长。

作为第三种可选的实施方式，参见图1，所述功率计为热堆功率计，所述功率计设置于所述分束单元6的一侧，且位于所述反射光的传输方向上，用以接收反射光并获取所述反射光的功率；所述光谱仪7设置于所述热堆功率计的一侧，且所述光谱仪7的光接收端位于所述热堆功率计的斜上方。当反射光照射至所述热堆功率计的表面时，在所述热堆功率计的表面发生漫反射从而产生光信号，所述光谱仪7的光接收端接收所述光信号从而获取所述反射光的功率。

所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元，所述第一数据处理子单元适于根据分束单元6的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数，所述第二数据处理子单元适于根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。通过所述功率获取单元8和第一数据处理子单元获取光电流修订系数，以对光电流进行修订，避免了所述探测激光器1的工作环境温度后所伴随的探测激光功率的降低对光电流值的大小造成的影响，提高了获取到的禁带宽度的准确性，进而提高了获取到的应力大小的准确性。

在本实施例中，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括位于所述探测激光器1和所述分束单元6之间的光纤4，所述光纤4将传输所述探测激光。

在本实施例中，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括位置微调装置10，所述位置微调装置10与所述光纤4的输出端相邻设置且与所述光纤4的输出端相连，所述位置微调装置10适于通过调节所述光纤4的输出端的位置调节所述光斑的位置。通过所述位置微调装置10调节所述光纤4的输出端的位置从而调节所述光斑的位置。通过上述温度控制器2、分束单元6、光谱仪7、电流探测单元9及禁带宽度获取单元获取不同光斑所在位置的禁带宽度，进而通过应力获取单元获取所述待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同光斑所在位置的应力。

具体的，所述位置微调装置10包括步进电机，所述步进电机与所述光纤4的输出端相连。所述步进电机内设置有步进驱动器和控制单元，所述步进驱动器用以接收脉冲信号，所述控制单元可以预设所述步进电机移动的方向和距离。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，所述步进电机驱动所述光纤4的输出端定向移动一个步长，相应的，光斑按照一定的方向移动一定的距离。进一步地，所述待测半导体激光器芯片12前腔面的横向尺寸一般为100μm－200μm，因此选用步距角较小的微米级的步进电机，以精确控制在待测半导体激光器芯片12的前腔面形成的光斑位置。

在本实施例中，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括：设置于所述探测激光器1的输出端和所述光纤4的输入端之间的第一准直耦合单元3，所述第一准直耦合单元3包括第一准直器和第一聚焦耦合镜，第一准直器位于所述探测激光器1和第一聚焦耦合镜之间，第一准直器用于对所述探测激光进行准直，第一聚焦耦合镜对第一准直器准直后的所述探测激光进行聚焦并耦合至所述光纤4的输入端；位于所述光纤4和所述分束单元6之间的第二准直耦合单元5，所述第二准直耦合单元5与所述光纤4的输出端相连，所述第二准直耦合单元5包括第二准直器和第二聚焦耦合镜，第二准直器位于所述光纤和第二聚焦耦合镜之间，第二准直器对从光纤输出的探测激光进行准直，第二聚焦耦合镜对第二准直器准直后的探测激光进行聚焦。探测激光从所述探测激光器1的输出端输出时呈发散状态，通过第一准直器对所述探测探测激光器1输出的探测激光进行准直，并通过第一聚焦耦合镜对第一准直器准直后的所述探测激光进行聚焦，使聚焦后的所述探测激光聚焦为一个较小的光斑，从而能够全部传输至所述光纤4的输入端，且不造成能量损失；第二准直器对从光纤输出的探测激光进行准直，第二聚焦耦合镜对第二准直器准直后的探测激光进行聚焦从而得到一束会聚光，所述会聚光经分束单元分束后产生的透射光在待测半导体激光器芯片的前腔面汇聚形成一个较小的光斑，光斑的较小尺寸有利于提高获取所述待测半导体激光器芯片的前腔面的不同光斑所在位置的应力的精度。

进一步地，所述光纤4的输出端、第二准直器和第二聚焦耦合镜依次连接，以使所述位置微调装置10驱动所述光纤4的输出端移动时，从所述光纤4的输出端输出的探测激光能够照射在第二准直器上，且从第二准直器输出的所述探测激光能够照射至所述第二聚焦耦合镜的输入端。

需要理解的是，在本实施例中，所述待测半导体激光器芯片12的放置位置与第二聚焦耦合镜的聚焦能力相关，所述待测半导体激光器芯片12适于放置在所述第二聚焦耦合镜的焦点位置，以在所述待测半导体激光器芯片12的前腔面年形成较小的光斑。

在本实施例中，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括偏压施加装置11，适于对所述待测半导体激光器芯片12施加偏压，所述光电流在对所述待测半导体激光器芯片12施加偏压的情况下获取。

进一步地，所述偏压施加装置11通过第三导线与所述第一电极124实现电学连接，所述偏压施加装置11通过第四导线与所述第二电极实现电学连接；所述偏压施加装置11可以为吉时利源表；所述偏压为反向偏压，反向偏压大小可以为－2V。

在本实施例中，所述半导体激光器芯片的应力测试系统还包括位置信息获取单元(图中未示出)，所述位置信息获取单元适于获取所述光斑位置；所述位置信息获取单元与所述数据处理模块电学连接，以将获取到的所述光斑位置传输至所述数据处理模块，从而获取在待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的应力分布。

进一步地，所述位置信息获取单元还包括显微镜，通过显微镜对所述待测半导体激光器芯片12的前腔面进行测量，以得出所述待测半导体激光器芯片12的前腔面的横向宽度。

本实施例还提供一种半导体激光器芯片的应力测试方法，采用上述半导体激光器芯片的应力测试系统进行应力测试，包括以下步骤：

提供上述应力测试系统；提供待测半导体激光器芯片12，将所述待测半导体激光器芯片12设置在分束单元6远离探测激光器1的输出端的一侧；所述探测激光器1发射探测激光；分束单元6将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光在待测半导体激光器芯片12的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片12中产生光电流；光谱仪7接收所述反射光并获取所述反射光的波长；采用温度控制器2调节所述入射激光器的工作环境温度以调节所述入射激光器输出探测激光的波长；采用电流探测单元9探测在不同波长的探测激光下所述光电流的大小；采用禁带宽度获取单元根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度；采用应力获取单元根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。

上述半导体激光器芯片的应力测试方法中，所述探测激光器1发射探测激光，随后探测激光经分束单元6分束为透射光和反射光，所述透射光在待测半导体激光器芯片12的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片12中产生光电流，所述电流探测单元9用于探测所述光电流的大小，而光谱仪7接收反射光并获取所述反射光的波长，探测激光在反射和透射后激光的波长大小不发生变化，即光谱仪7获取了所述探测激光及反射光的波长；随后通过温度控制器2依次调节所述探测激光器1的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长，以获取不同探测激光波长所对应的光电流的大小；所述禁带宽度获取单元根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度，待测半导体激光器芯片12的有源层122中量子阱的禁带宽度与应力大小满足一定的关系，所述应力获取单元根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。该应力测试方法能够准确得出半导体激光器芯片的腔面中任意一个位置的应力大小。

在本实施例中，应力测试系统还包括：功率获取单元8；所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元；所述应力测试方法还包括：采用所述功率获取单元8接收所述反射光并获取所述反射光的功率；采用所述第一数据处理子单元根据分束单元6的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数；采用所述第二数据处理子单元根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。通过所述功率获取单元8和第一数据处理子单元获取光电流修订系数，以对光电流进行修订，避免了所述探测激光器1的工作环境温度后所伴随的探测激光功率的降低对光电流值的大小造成的影响，提高了获取到的禁带宽度的准确性，进而提高了获取到的应力大小的准确性。

可选的，采用以下公式获取光电流修订系数：

k＝I_p/P (2)

其中，P为透射光的功率，P₀为反射光的功率，R_λ为分束单元6的反射率，I_p为光电流的大小，k为光电流产生系数。

在本实施例中，所述应力测试系统还包括：位于所述探测激光器1和所述分束单元6之间的光纤4；位置微调装置10，所述位置微调装置10与所述光纤4的输出端相邻设置且与所述光纤4的输出端相连；所述应力测试方法还包括：采用所述位置微调装置10调节所述光纤4的输出端的位置以调节所述光斑的位置。

在本实施例中，所述应力测试系统还包括：偏压施加装置11；所述应力测试方法还包括：采用所述偏压施加装置11对所述待测半导体激光器芯片12施加偏压，所述光电流在对所述待测半导体激光器芯片12施加偏压的情况下获取。

需要理解的是，所述应力测试系统还包括自动控制模块，以使应力测试方法实现自动连续化控制。

下面将具体详细的对半导体激光器芯片的应力测试方法进行描述。

本实施例提供一种半导体激光器芯片的应力测试方法，包括以下步骤：

S1、获取待测半导体激光器芯片12的量子阱层材料的禁带宽度和应力的关系，并储存在所述应力获取单元中；

S2、获取待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的禁带宽度；

S3、通过所述应力获取单元获取待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的应力。

在步骤S1中，所述量子阱层材料的禁带宽度和应力的关系可以从文献中获取，获取方式包括但不限于上述方式；

在步骤S2中，获取待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的禁带宽度包括以下步骤：

S21、获取待测半导体激光器芯片12的前腔面的一位置的禁带宽度；

具体的，在步骤S21中，获取待测半导体激光器芯片12的前腔面的一位置的禁带宽度的步骤包括以下步骤：

S211、通过偏压施加装置11对所述待测半导体激光器芯片12施加偏压；

S212、开启探测激光器1，探测激光器1输出探测激光；所述探测激光经第一准直器进行准直，准直后的所述探测激光经第一聚焦耦合镜进行聚焦并耦合至所述光纤4的输入端，从光纤4输出的探测激光经第二准直器进行准直，准直后的探测激光经第二聚焦耦合镜进行聚焦；经第二聚焦耦合镜聚焦后的探测激光照射至分束装置，并由分束装置分束为透射光和反射光，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片12的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片12中产生光电流，该光斑位置记为位置x₁；

S213、通过电流探测单元9探测所述光电流的大小I₁，通过光谱仪7获取所述反射光的波长λ₁，通过功率获取单元8获取所述反射光的功率P₁；

S214、通过温度控制器2调节所述探测激光器1的工作环境温度以调节所述入射激光器输出探测激光的波长；

S215、重复步骤S213－S214，并将获取到的反射光的波长记为λ_n+1，获取到的光电流的大小记为I_n+1，n为温度控制器2调节所述温度的次数；

S216、通过禁带宽度获取单元将上述获取到的波长和光电流进行分析；

具体的，所述第一数据处理子单元根据分束单元6的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数；采用以下公式获取光电流修订系数：

k＝I_p/P (2)

其中，P为透射光的功率，P₀为反射光的功率，R_λ为分束单元6的反射率，I_p为光电流的大小，k为光电流产生系数。

随着透射光的波长增大，获取到的光电流逐渐减小，光电流修订系数也随之减小；参见图2，当光电流修订系数发生突变下降时，光电流修订系数突变位置处对应的透射光的波长即为待测半导体激光器芯片12的有源层122中量子阱的禁带宽度所对应的波长λ_Eg1，所述第二数据处理子单元即可得到所述有源区对应所述光斑所在位置x₁的禁带宽度Eg₁，具体的，Eg₁＝1240/λ_Eg1，单位为eV。

S22、通过所述位置微调装置10调节所述光纤4的输出端的位置从而调节所述光斑的位置x₂，重复步骤S213－S216，禁带宽度获取单元获取调节后的光斑所在位置的禁带宽度Eg₂；

S23、重复步骤S23，禁带宽度获取单元依次获取不同光斑所在位置(x₃、x₄……x_N+1)的禁带宽度(Eg₃、Eg₄……Eg_N+1)，N为光斑位置调节次数。

在步骤S3中，所述应力获取单元将步骤S2获取的不同光斑位置的禁带宽度(Eg₁、Eg₂……Eg_N+1)利用步骤S1获取的待测半导体激光器芯片12的量子阱层材料的禁带宽度和应力的关系进行计算，从而得到不同光斑位置的应力。

进一步地，在半导体激光器芯片的应力测试方法中，还包括通过所述位置信息获取单元所述光斑位置；所述位置信息获取单元将获取到的所述光斑位置传输至所述数据处理模块，以获取在待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的应力分布。

具体的，所述位置信息获取单元的工作模式如下：

首先，通过所述电流测试单元判断所述透射光是否照射在待测半导体激光器芯片12的前腔面的有源区：当所述电流测试单元中获取所述光电流时，即证明所述透射光照射在待测半导体激光器芯片12的前腔面的有源区；当所述电流测试单元中没有获取到所述光电流时，即证明透射光没有照射在待测半导体激光器芯片12的前腔面的有源区，需要进一步对位置微调装置10进行调节，直至所述电流测试单元获取到所述光电流，该位置位于待测半导体激光器芯片12的前腔面的边缘，记为初始光斑位置，并记录电流探测单元9获取的光电流大小及禁带宽度获取单元获取的禁带宽度；

然后，通过所述位置微调装置10逐次调节所述光纤4的输出端的位置，并记录每次调节所述光纤4的输出端的位置后电流探测单元9获取的光电流大小及禁带宽度获取单元获取的禁带宽度；随着调节位置微调装置10，所述电流测试单元突然无法获取到光电流，说明此时透射光已经无法照射至所述待测半导体激光器芯片12的前腔面，所述光斑的移动距离即为所述待测半导体激光器芯片12的前腔面的横向距离；

最后，将获取到的光电流大小的个数记为n，将所述待测半导体激光器芯片12的前腔面的横向距离与光电流大小的个数进行计算，以得到在光斑的移动方向上光斑单次移动的距离大小，从而获取到相对于初始光斑位置每次移动的产生的光斑的相对位置。

所述光斑的相对位置与禁带宽度获取单元获取的禁带宽度相对应，从而可以通过所述数据处理模块获取在光斑移动方向上待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的禁带宽度，最终获取在光斑移动方向上待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的应力分布。

示例性的，如图3所示，当待测半导体激光器芯片12的量子阱层的材料为InGaAs时，在工艺流片过程中，绝缘钝化层123和第一电极124边缘产生压应力。通过上述半导体激光器芯片的应力测试方法得出待测半导体激光器芯片12的前腔面的不同位置的应力分布和禁带宽度分布，测试结果如图3所示。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，包括：

探测激光器；

温度控制器，用以通过调节所述探测激光器的工作环境温度调节所述入射激光器输出探测激光的波长；

分束单元，适于设置于所述探测激光器和待测半导体激光器芯片之间，以将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光适于在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流；

光谱仪，所述光谱仪适于接收所述反射光并获取所述反射光的波长；

电流探测单元，所述电流探测单元适于探测所述光电流的大小；

数据处理模块，所述数据处理模块包括禁带宽度获取单元和应力获取单元，所述禁带宽度获取单元适于根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度，所述应力获取单元适于根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，还包括：功率获取单元，所述功率获取单元适于接收所述反射光并获取所述反射光的功率；

所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元，所述第一数据处理子单元适于根据分束单元的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数，所述第二数据处理子单元适于根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，还包括：位于所述探测激光器和所述分束单元之间的光纤，所述光纤将传输所述探测激光。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，还包括：位置微调装置，所述位置微调装置与所述光纤的输出端相邻设置且与所述光纤的输出端相连，所述位置微调装置适于通过调节所述光纤的输出端的位置调节所述光斑的位置。

5.根据权利要求3所述的半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，还包括：

设置于所述探测激光器的输出端和所述光纤的输入端之间的第一准直耦合单元，所述第一准直耦合单元包括第一准直器和第一聚焦耦合镜，第一准直器位于所述探测激光器和第一聚焦耦合镜之间，第一准直器用于对所述探测激光进行准直，第一聚焦耦合镜对第一准直器准直后的所述探测激光进行聚焦并耦合至所述光纤的输入端；

位于所述光纤和所述分束单元之间的第二准直耦合单元，所述第二准直耦合单元与所述光纤的输出端相连，所述第二准直耦合单元包括第二准直器和第二聚焦耦合镜，第二准直器位于所述光纤和第二聚焦耦合镜之间，第二准直器对从光纤输出的探测激光进行准直，第二聚焦耦合镜对第二准直器准直后的探测激光进行聚焦。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，还包括：偏压施加装置，适于对所述待测半导体激光器芯片施加偏压。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片的应力测试系统，其特征在于，还包括：位置信息获取单元，所述位置信息获取单元适于获取所述光斑位置。

8.一种半导体激光器芯片的应力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供如权利要求1至7任意一项所述的应力测试系统；

提供待测半导体激光器芯片，将所述待测半导体激光器芯片设置在分束单元远离探测激光器的输出端的一侧；

所述探测激光器发射探测激光；

分束单元将所述探测激光分束为透射光和反射光，所述透射光在待测半导体激光器芯片的前腔面形成光斑以在待测半导体激光器芯片中产生光电流；

光谱仪接收所述反射光并获取所述反射光的波长；

采用温度控制器调节所述入射激光器的工作环境温度以调节所述入射激光器输出探测激光的波长；

采用电流探测单元探测在不同波长的探测激光下所述光电流的大小；

采用禁带宽度获取单元根据光电流与所述反射光的波长的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度；

采用应力获取单元根据所述禁带宽度获取所述光斑所在位置的应力。

9.根据权利要求8所述的半导体激光器芯片的应力测试方法，其特征在于，应力测试系统还包括：功率获取单元；所述禁带宽度获取单元包括第一数据处理子单元和第二数据处理子单元；

所述应力测试方法还包括：采用所述功率获取单元接收所述反射光并获取所述反射光的功率；采用所述第一数据处理子单元根据分束单元的反射率、反射光的功率和所述光电流的大小获取光电流修订系数；采用所述第二数据处理子单元根据光电流修订系数与所述反射光的波长之间的变化关系获取所述有源区对应所述光斑所在位置的禁带宽度。

10.根据权利要求9所述的半导体激光器芯片的应力测试方法，其特征在于，采用以下公式获取光电流修订系数：

k＝I_p/P (2)

其中，P为透射光的功率，P₀为反射光的功率，R_λ为分束单元的反射率，I_p为光电流的大小，k为光电流产生系数。

11.根据权利要求8所述的半导体激光器芯片的应力测试方法，其特征在于，所述应力测试系统还包括：位于所述探测激光器和所述分束单元之间的光纤；位置微调装置，所述位置微调装置与所述光纤的输出端相邻设置且与所述光纤的输出端相连；

所述应力测试方法还包括：采用所述位置微调装置调节所述光纤的输出端的位置以调节所述光斑的位置。

12.根据权利要求8所述的半导体激光器芯片的应力测试方法，其特征在于，所述应力测试系统还包括：偏压施加装置；

所述应力测试方法还包括：采用所述偏压施加装置对所述待测半导体激光器芯片施加偏压，所述光电流在对所述待测半导体激光器芯片施加偏压的情况下获取。

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