DE4325320C2 - Method for determining the reliability of a laser diode - Google Patents

Method for determining the reliability of a laser diode

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Bestimmen der Zuverlässigkeit einer Laserdiode, bei denen das 1/f-Rauschen dieser Laserdiode durch Messungen des Rauschstromes bestimmt wird.The present invention relates to methods for determining the Reliability of a laser diode in which the 1 / f noise this laser diode determined by measurements of the noise current becomes.

Ein Verfahren dieser Art ist in der Druckschrift "1/f-Noise Used as a Reliability Test for Diode Lasers", L.K.J. Vandamme, L.J. van Ruyven, Noise in Physical Systems and 1/f Noise, Proceedings of the 7th International Conference on Noise in Physical Systems and the 3rd International Conference on 1/f Noise, Montpellier, May 17-20, 1983, Verlag North Holland, 1983, Seiten 245-247, offenbart. In der Fig. 2 dieser Schrift ist das 1/f-Rauschen zweier Laserdioden in dem Bereich des Durchlaßstromes von 10-5 bis 15-2 Ampere dargestellt.A method of this kind is described in the publication "1 / f-Noise Used as a Reliability Test for Diode Lasers", LKJ Vandamme, LJ van Ruyven, Noise in Physical Systems and 1 / f Noise, Proceedings of the 7th International Conference on Noise in Physical Systems and the 3rd International Conference on 1 / f Noise, Montpellier, May 17-20, 1983, Verlag North Holland, 1983, pages 245-247. 2 of this document shows the 1 / f noise of two laser diodes in the range of the forward current from 10 -5 to 15 -2 amperes.

In einer weiteren Druckschrift von L.K.J. Vandamme, R. Alabedra, M. Zommiti, "1/f Noise as a Reliability Estimation for Solar Cells", in Solid-State Electronics, Vol. 26, No. 7, 1983, pp. 671-674, sind 1/f-Rauschmessungen von Solarzellen beschrieben, anhand denen Aussagen über die Zuverlässigkeit dieser Solarzellen gemacht werden.In another publication by L.K.J. Vandamme, R. Alabedra, M. Zommiti, "1 / f Noise as a Reliability Estimation for Solar Cells ", in Solid State Electronics, Vol. 26, No. 7, 1983, pp. 671-674, are 1 / f noise measurements from solar cells described, based on which statements about the reliability of these solar cells are made.

Diese bekannten Verfahren reichen nicht aus, um eindeutige Aussagen über die Zuverlässigkeit einer Laserdiode machen zu können.These known methods are not sufficient to be clear Statements about the reliability of a laser diode make can.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen ohne hohen technischen Aufwand in kurzer Zeit die Zuverlässigkeit einer Laserdiode bestimmt werden kann.The invention is therefore based on the object of methods of the type mentioned at the beginning, with those without high technical effort in a short time the reliability of a Laser diode can be determined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved by the features of Claims 1 and 4 solved. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die erfindungsgemäßen Verfahren beruhen auf elektrischen Messungen. Aufwendige optische Messungen werden ebenso vermieden wie langdauernde Belastungstests. Ziel der Verfahren ist es, bereits auf dem Halbleiter-Wafer direkt nach der Herstellung der Laserdioden Aussagen über ihre Zuverlässigkeit machen zu können.The methods according to the invention are based on electrical ones Measurements. Elaborate optical measurements are also made avoided like long-term stress tests. goal of The process is already on the semiconductor wafer directly after the manufacture of the laser diodes, statements about their To be able to make reliability.

Die Verfahren werden anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigt:The methods are exemplary with reference to the drawings explained. It shows:

Fig. 1 einen Meßaufbau zur Bestimmung des Rauschstromes einer Laserdiode und Fig. 1 shows a measurement setup for determining the noise current of a laser diode and

Fig. 2 gemessene Rauschströme bei verschiedenen Frequenzen als Funktion des Durchlaßstromes. Fig. 2 measured noise currents at different frequencies as a function of the forward current.

In der Fig. 1 sind ein aktives Tiefpaßfilter LP, eine zu untersuchende Laserdiode DUT und ein Transimpedanz- Verstärker TV in einem abschirmenden Gehäuse S angeordnet. Eine hochstabile Gleichstromquelle PS speist die Laserdiode DUT in Durchlaßrichtung. Dieser Durchlaßstrom fließt außerdem durch das Tiefpaßfilter LP und einen Widerstand R von z. B. 50 Ohm. Ein Kondensator C koppelt den Transimpedanz-Verstärker TV mit dem Gleichstromkreis der Laserdiode DUT. Der Wechselspannungs-Eingangswiderstand des Transimpedanz-Verstärkers TV ist gegenüber dem Widerstand R sehr klein, um den Rauschstrom der Laserdiode DUT zu detektieren. Das Tiefpaßfilter LP bewirkt eine Siebung des Durchlaßstromes.In FIG. 1, an active low-pass filter LP, a laser diode to be tested DUT and a transimpedance amplifier in a TV shielding housing S are arranged. A highly stable direct current source PS feeds the laser diode DUT in the forward direction. This forward current also flows through the low-pass filter LP and a resistor R of z. B. 50 ohms. A capacitor C couples the transimpedance amplifier TV to the DC circuit of the laser diode DUT. The AC input resistance of the transimpedance amplifier TV is very small compared to the resistor R in order to detect the noise current of the laser diode DUT. The low-pass filter LP filters the forward current.

Der Rauschstrom wird von dem Transimpedanz-Verstärker TV in eine Rauschspannung umgewandelt und verstärkt. Diese Rauschspannung wird anschließend in einer Filtereinheit FU mit einer Bandbreite von 1 Hz frequenzselektiv gefiltert. In einer Auswerteeinheit AE wird dieses Signal verarbeitet, um die Zuverlässigkeit der Laserdiode DUT zu bestimmen.The noise current is from the transimpedance amplifier TV in converted and amplified a noise voltage. This Noise voltage is then in a filter unit FU a bandwidth of 1 Hz frequency-selective filtered. In a Evaluation unit AE this signal is processed to the To determine the reliability of the laser diode DUT.

In der Fig. 2 sind Meßkurven dargestellt, die an einer beispielhaften Laserdiode DUT im Bereich des Durchlaßstromes ID von 10 bis 30 mA gemessen wurden. Auf der Ordinate ist der Logarithmus des Rauschstromes IN aufgetragen. Die Meßkurven 1 bis 5 gehen aus Messungen bei den Frequenzen 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz und 100 kHz hervor. Der Schwellstrom der Laserdiode liegt bei 15 mA. Bei den Meßkurven 1 und 2 der tiefen Rauschfrequenzen ist ein starker Abfall des Rauschstromes IN um diesen Wert zu erkennen. Dies ist ein wichtiges Merkmal für eine Laserdiode mit hoher Zuverlässigkeit.In FIG. 2, traces are shown, which were measured on an exemplary laser diode DUT within the range of the forward current I D of 10 up to 30 mA. The logarithm of the noise current I N is plotted on the ordinate. The measurement curves 1 to 5 result from measurements at the frequencies 10 Hz, 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz and 100 kHz. The threshold current of the laser diode is 15 mA. A significant drop in the noise current I N around this value can be seen in the measurement curves 1 and 2 of the low noise frequencies. This is an important feature for a high reliability laser diode.

Bei den Meßkurven 4 und 5 der hohen Rauschfrequenzen ist im Bereich des Durchlaßstromes ID von 15 mA eine ausgeprägte Spitze zu erkennen. Dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal für eine Laserdiode mit hoher Zuverlässigkeit. Der Rauschstrom auf der Flanke in Richtung höheren Stromes fällt auf Werte von unter 70% des Rauschstromes der Spitze ab.In the case of the measurement curves 4 and 5 of the high noise frequencies, a pronounced peak can be seen in the range of the forward current I D of 15 mA. This is another important feature for a laser diode with high reliability. The noise current on the edge in the direction of the higher current drops to values below 70% of the noise current of the peak.

Im Bereich des Schwellstromes beginnt die kohärente Lichtabstrahlung der Laserdiode DUT. Damit verbunden sind starke Änderungen im Rauschverhalten der Laserdiode. Bei Frequenzen unter etwa einem Kilohertz wird das Rauschen im wesentlichen durch elektrische Vorgänge in der Laserdiode verursacht, bei Frequenzen darüber im wesentlichen durch optische Vorgänge. The coherent begins in the area of the threshold current Light emission from the laser diode DUT. Are connected with it major changes in the noise behavior of the laser diode. At At frequencies below about one kilohertz, the noise in the essentially due to electrical processes in the laser diode caused at frequencies above that essentially by optical processes.  

Um die Zuverlässigkeit einer Laserdiode zu ermitteln, kann auch eine als zuverlässig erachtete Referenz-Laserdiode verwendet werden. Die Werte dieser Referenz-Laserdiode können in der Auswerteeinheit AE abgespeichert und mit den Meßkurven der zu messenden Laserdiode verglichen werden.To determine the reliability of a laser diode, too a reference laser diode considered reliable become. The values of this reference laser diode can be in the Evaluation unit AE stored and with the measurement curves of the measuring laser diode can be compared.

Eine weitere Möglichkeit, die vorgegebenen Werte zu ermitteln, besteht darin, ein größeres Ensemble von zu untersuchenden Laserdioden durchzumessen und diese Meßwerte zu mitteln. Die Mittelwerte der Meßwerte werden im wesentlichen von den zuverlässigen Laserdioden bestimmt. Von diesen Mittelwerten signifikant abweichende Laserdioden können dann als unzuverlässig aussortiert werden.Another way to determine the given values consists of a larger ensemble of subjects to be examined Measure laser diodes and average these measurements. The The mean values of the measured values are essentially derived from the reliable laser diodes. From these averages significantly different laser diodes can then be used as be sorted out unreliably.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen der Zuverlässigkeit einer Laserdiode, bei dem das 1/f-Rauschen dieser Laserdiode durch Messungen des Rauschstromes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschstrom im Bereich des Schwellstromes der Laserdiode (DUT) für mehrere Frequenzen als Funktion des Durchlaßstromes der Laserdiode gemessen wird, und daß ein bei tiefen Frequenzen auftretender Abfall des Rauschstromes als Kriterium für die Zuverlässigkeit der Laserdiode herangezogen wird.1. A method for determining the reliability of a laser diode, in which the 1 / f noise of this laser diode is determined by measurements of the noise current, characterized in that the noise current in the range of the threshold current of the laser diode (DUT) for several frequencies as a function of the forward current Laser diode is measured, and that a drop in the noise current occurring at low frequencies is used as a criterion for the reliability of the laser diode. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abfall im Rauschstrom von mindestens 3 dB im Bereich von ±20% Abweichung des Durchlaßstromes vom Schwellstrom eine Auswerteeinheit die Laserdiode als zuverlässig deklariert.2. The method according to claim 1, characterized in that at a drop in noise current of at least 3 dB in the range of ± 20% deviation of the forward current from the threshold current Evaluation unit declared the laser diode as reliable. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad des Abfalls mittels einer zuverlässigen Referenz- Laserdiode ermittelt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the Degree of waste using a reliable reference Laser diode is determined. 4. Verfahren zum Bestimmen der Zuverlässigkeit einer Laserdiode, bei dem das 1/f-Rauschen dieser Laserdiode durch Messungen des Rauschstromes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschstrom im Bereich des Schwellstromes der Laserdiode (DUT) für mehrere Frequenzen als Funktion des Durchlaßstromes der Laserdiode gemessen wird, und daß bei hohen Frequenzen eine im Rauschstrom auftretende Spitze beim Schwellstrom in einer Auswerteeinheit als Kriterium für die Zuverlässigkeit einer Laserdiode herangezogen wird. 4. Procedure for determining the reliability of a Laser diode, in which the 1 / f noise of this laser diode through Measurements of the noise current is determined, thereby characterized in that the noise current in the range of Threshold current of the laser diode (DUT) for several frequencies as Function of the forward current of the laser diode is measured, and that at high frequencies occurs in the noise current Peak at the threshold current in an evaluation unit as Criterion for the reliability of a laser diode is used.   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die Laserdiode als zuverlässig deklariert, wenn der Rauschstrom auf der Flanke in Richtung höherer Ströme auf Werte von unter 70% des Rauschstromes der Spitze abfällt.5. The method according to claim 4, characterized in that the Evaluation unit declares the laser diode as reliable, when the noise current on the edge towards higher currents drops to values below 70% of the peak noise current. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Spitze mittels einer zuverlässigen Referenz- Laserdiode ermittelt wird.6. The method according to claim 4, characterized in that the Shape of the tip by means of a reliable reference Laser diode is determined. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommessung mittels eines Transimpedanz-Verstärkers (TV) durchgeführt wird, dessen Wechselspannungs-Eingangswiderstand klein ist im Vergleich zu einem dem Transimpedanz-Verstärker am Eingang parallel geschalteten Widerstand (R).7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the current measurement by means of a Transimpedance amplifier (TV) is carried out whose AC input resistance is small compared to one parallel to the transimpedance amplifier at the input switched resistor (R).
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