JP2006059856A - Device and method for evaluating thermal resistance of semiconductor laser - Google Patents

Device and method for evaluating thermal resistance of semiconductor laser Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the facilitation and efficiency of an evaluation step for thermal resistance of semiconductor laser without lowering calculation accuracy of a thermal resistance value. <P>SOLUTION: While semiconductor laser is CW-driven at driving currents I<SB>1</SB>and I<SB>2</SB>having current values different from each other, respectively, the temperature dependencies of oscillation wavelengths λ<SB>1</SB>and λ<SB>2</SB>at the respective driving currents I<SB>1</SB>and I<SB>2</SB>are evaluated. Differences between respective temperatures T<SB>1</SB>and T<SB>2</SB>when the oscillation wavelengths λ<SB>1</SB>and λ<SB>2</SB>at the respective driving currents I<SB>1</SB>and I<SB>2</SB>become λ<SB>a</SB>are used to obtain ΔT, and furthermore, the consumption power Pdis1 of the semiconductor laser at the temperature T<SB>1</SB>and driving current I<SB>1</SB>, and the consumption power Pdis2 thereof at the temperature T<SB>2</SB>and driving current I<SB>2</SB>, are obtained, and ΔT is divided by ΔPdis=Pdis1-Pdis2, so as to obtain the resulted value as a thermal resistance Rth. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体レーザの熱抵抗評価装置および熱抵抗評価方法に関し、特に、面発光レーザの熱抵抗評価方法に適用して好適なものである。   The present invention relates to a thermal resistance evaluation apparatus and a thermal resistance evaluation method for a semiconductor laser, and is particularly suitable for application to a thermal resistance evaluation method for a surface emitting laser.

長波長（通信波長）帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒｓ）は、メトロ系通信網や１０ギガビットイーサネット（登録商標）用の低消費電力化された光源として期待され、研究開発が盛んに行われている。ここで、長波長帯面発光レーザは、短波長帯面発光レーザに比べて熱伝導率が低い結晶材料が用いられるため、熱抵抗（単位消費電力当たりの活性層の温度変化）が１０００℃／Ｗ以上の高い値を有する。このような高い熱抵抗は、面発光レーザを電流駆動する際に、比較的低い電流値においても、熱ロールオーバーによる光出力の低下をもたらすため、実用上の障害となっている。このため、電流注入が行われる半導体分布ブラッグ反射層の構造の最適化や、活性層に直接電流を注入する構造や、熱伝導率が高いＧａＡｓ系分布ブラッグ反射層との貼り合わせ構造（非特許文献１）などが提案されている。   Long wavelength (communication wavelength) vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) are expected as light sources with low power consumption for metro communication networks and 10 Gigabit Ethernet (registered trademark), and research and development are thriving. Has been done. Here, since the long wavelength band surface emitting laser uses a crystalline material having a lower thermal conductivity than the short wavelength band surface emitting laser, the thermal resistance (temperature change of the active layer per unit power consumption) is 1000 ° C. / It has a high value of W or higher. Such a high thermal resistance is a practical obstacle because it causes a decrease in light output due to thermal rollover even when a surface-emitting laser is current-driven even at a relatively low current value. For this reason, optimization of the structure of the semiconductor distributed Bragg reflection layer where current injection is performed, a structure in which current is directly injected into the active layer, and a bonding structure with a GaAs-based distributed Bragg reflection layer with high thermal conductivity (non-patented) Document 1) has been proposed.

一方、面発光レーザの熱抵抗を低減させるだけでなく、面発光レーザの熱抵抗を定量的に評価することも重要である。ここで、半導体レーザの熱抵抗Ｒｔｈ、以下の（１）式で定義することができる。
Ｒｔｈ＝ΔＴ／Ｐｄｉｓ＝ΔＴ／（ＶＩ−Ｐｏｕｔ） （１）
ただし、ΔＴは、半導体レーザの発熱による活性層の温度上昇分、Ｐｄｉｓは、半導体レーザの消費電力、Ｐｏｕｔは、半導体レーザからの光出力、Ｖは、半導体レーザを駆動する電圧、Ｉは、半導体レーザを駆動する電流である。 On the other hand, it is important not only to reduce the thermal resistance of the surface emitting laser, but also to quantitatively evaluate the thermal resistance of the surface emitting laser. Here, the thermal resistance Rth of the semiconductor laser can be defined by the following equation (1).
Rth = ΔT / Pdis = ΔT / (VI−Pout) (1)
Where ΔT is the temperature rise of the active layer due to heat generation of the semiconductor laser, Pdis is the power consumption of the semiconductor laser, Pout is the optical output from the semiconductor laser, V is the voltage for driving the semiconductor laser, and I is the semiconductor This is the current that drives the laser.

（１）式におけるΔＴの評価方法としては様々な方法があるが（非特許文献２）、ＣＷ（連続発振）と活性層の発熱の影響を無視できるパルス発振（デューティ比０．１％）による発振波長の差から、（１）式の活性層の温度上昇分ΔＴを見積もることが一般的に行われている。
しかしながら、端面発光型レーザの熱抵抗は５０℃／Ｗ程度であるのに対し、面発光レーザの熱抵抗は１０００℃／Ｗ以上ある。このため、面発光レーザでは、パルス駆動におけるパルス幅を小さくしても、活性層の発熱の影響を完全に除去することができず、熱抵抗値が過小評価されることがあった。 There are various methods for evaluating ΔT in equation (1) (Non-patent Document 2), but CW (continuous oscillation) and pulse oscillation (duty ratio 0.1%) that can ignore the effect of heat generation of the active layer are used. In general, the temperature rise ΔT of the active layer in the equation (1) is estimated from the difference in oscillation wavelength.
However, the thermal resistance of the edge emitting laser is about 50 ° C./W, whereas the thermal resistance of the surface emitting laser is 1000 ° C./W or more. For this reason, in the surface emitting laser, even if the pulse width in pulse driving is reduced, the influence of heat generation in the active layer cannot be completely removed, and the thermal resistance value is sometimes underestimated.

このため、面発光レーザでは、発振波長λの消費電力依存性（λ−Ｐｄｉｓ特性）および温度依存性（λ−Ｔ特性）をＣＷ駆動にてそれぞれ評価し、以下の（２）式を用いて熱抵抗値を見積もることが行われていた（非特許文献３）。
Ｒｔｈ＝ΔＴ／ΔＰｄｉｓ＝（Δλ／ΔＰｄｉｓ）／（Δλ／ΔＴ） （２）
Ｙ．Ｏｈｉｓｏ，Ｈ．Ｏｋａｍｏｔｏ“Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍｏｄｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ １．５５−μｍ Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ−Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ”ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１４，ＮＯ．６，ＪＵＮＥ ２００２，７３８−７４０ Ｊｏａｎｎｅ Ｓ．Ｍａｎｎｉｎｇ“Ｔｈｅｒｍａｌ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｏｄｅ ｌａｓｅｒｓ：Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ”Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．５２(２)，Ｍａｙ １９８１，３１７９−３１８４ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｈ．Ｍａｃｄｏｕｇａｌ，Ｊｏｎ Ｇｅｓｋｅ，Ｃｈａｏ−Ｋｕｎ Ｌｉｎ，Ａａｒｏｎ Ｅ．Ｂｏｎｄ，ａｎｄ Ｐ．ＤａｎｉｅｌＤａｐｋｕｓ“Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ＶＣＳＥＬ’ｓ ｗｉｔｈ ＡｉＯx−ＧａＡｓ ＤＢＲ’ｓ”ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１０，ＮＯ．１，ＪＡＮＵＡＲＹ １９９８，１５−１７ For this reason, in the surface emitting laser, the power consumption dependency (λ-Pdis characteristic) and the temperature dependency (λ-T characteristic) of the oscillation wavelength λ are evaluated by CW driving, and the following equation (2) is used. The thermal resistance value has been estimated (Non-Patent Document 3).
Rth = ΔT / ΔPdis = (Δλ / ΔPdis) / (Δλ / ΔT) (2)
Y. Ohiso, H .; Okamoto “Single Transform Mode Operation of 1.55-μm Buried Heterostructure Vertical-Cavity-Surface-Emitting Lasers” IEEE PHOTOTONICS TECHNOLOGY LET. 14, NO. 6, JUNE 2002, 738-740 Joanne S. Manning “Thermal impedance of diode lasers: Comparison of experimental methods and a theoretic model” J. Appl. phys. 52 (2), May 1981, 3179-3184 Michael H.M. McDougal, Jon Geske, Chao-Kun Lin, Aaron E .; Bond, and P.M. Daniel Dapkus "Thermal Impedance of VCSEL's with AiOx-GaAs DBR's" IEEE PHOTOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 10, NO. 1, JANUARY 1998, 15-17

しかしながら、（２）式を用いて熱抵抗値を見積もる方法では、λ−Ｐｄｉｓ特性およびλ−Ｔ特性とを別々に測定し、各直線の傾きからΔλ／ΔＰｄｉｓとΔλ／ΔＴとをそれぞれ導出する必要がある。このため、（２）式を用いて熱抵抗値を見積もる方法は、工程が煩雑で効率が悪いという問題があった。
そこで、本発明の目的は、熱抵抗値の算出精度を低下させることなく、熱抵抗の評価工程の簡便化および効率化を図ることが可能な半導体レーザの熱抵抗評価装置および熱抵抗評価方法を提供することである。 However, in the method of estimating the thermal resistance value using equation (2), the λ-Pdis characteristic and the λ-T characteristic are measured separately, and Δλ / ΔPdis and Δλ / ΔT are derived from the slopes of the respective straight lines, respectively. There is a need. For this reason, the method of estimating the thermal resistance value using the equation (2) has a problem that the process is complicated and the efficiency is low.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermal resistance evaluation apparatus and a thermal resistance evaluation method for a semiconductor laser capable of simplifying and improving the efficiency of the thermal resistance evaluation process without reducing the calculation accuracy of the thermal resistance value. Is to provide.

上述した課題を解決するために、請求項１記載の半導体レーザの熱抵抗評価装置によれば、第１の駆動電流にて半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する第１の温度依存性評価手段と、第２の駆動電流にて前記半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する第２の温度依存性評価手段と、前記第１の駆動電流と前記第２の駆動電流の発振波長が同一となる時の各温度の差から、前記半導体レーザの活性層の温度上昇分を評価する温度上昇評価手段と、前記第１の駆動電流における第１の消費電力と前記第２の駆動電流における第２の消費電力との差から、前記温度上昇評価手段にて評価された温度上昇分だけ前記活性層の温度を上昇させるために必要な第３の消費電力を評価する消費電力評価手段と、前記温度上昇評価手段にて評価された温度上昇分を前記第３の消費電力で除した値を熱抵抗として算出する熱抵抗算出手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, according to the thermal resistance evaluation apparatus for a semiconductor laser according to claim 1, the temperature dependency of the oscillation wavelength is evaluated while the semiconductor laser is CW-driven with the first drive current. Temperature dependence evaluating means, second temperature dependence evaluating means for evaluating temperature dependence of oscillation wavelength while CW driving the semiconductor laser with a second drive current, the first drive current, Temperature rise evaluation means for evaluating the temperature rise of the active layer of the semiconductor laser from the difference in temperature when the oscillation wavelength of the second drive current is the same, and the first consumption of the first drive current Third power consumption required to raise the temperature of the active layer by the temperature rise evaluated by the temperature rise evaluation means from the difference between the power and the second power consumption in the second drive current Power consumption evaluation means , Characterized in that it comprises a thermal resistance calculation means for calculating a value obtained by dividing the temperature rise which is evaluated by the temperature rise evaluation means by said third power consumed as heat resistance.

また、請求項２記載の半導体レーザの熱抵抗評価装置によれば、前記第１の駆動電流をＩ1、前記第２の駆動電流をＩ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ1、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ１、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ２、前記活性層の温度上昇分をΔＴ、前記第１の消費電力をＰｄｉｓ１、前記第２の消費電力をＰｄｉｓ２、前記第３の消費電力をΔＰｄｉｓとすると、前記熱抵抗Ｒｔｈは、
Ｒｔｈ＝ΔＴ／ΔＰｄｉｓ＝（Ｔ1−Ｔ2）／（Ｐｄｉｓ２−Ｐｄｉｓ１）
＝（Ｔ1−Ｔ2）／［（Ｖ2Ｉ2−Ｐｏｕｔ２）−（Ｖ1Ｉ1−Ｐｏｕｔ１）
で与えられることを特徴とする。 According to a thermal resistance evaluation apparatus for a semiconductor laser according to claim 2, the first laser current is I 1 , the second drive current is I 2 , and the first drive current I 1 is used for the semiconductor laser. When the semiconductor laser is CW driven, the driving voltage is V 1 , the driving voltage when the semiconductor laser is CW driven by the second driving current I 2 is V 2 , and the semiconductor laser is CW driven by the first driving current I 1. the optical output power when driven Pout1, said second drive current I 2 in the light output power when a semiconductor laser was CW drive Pout2, the temperature rise of the active layer [Delta] T, the first power consumption Is Pdis1, the second power consumption is Pdis2, and the third power consumption is ΔPdis, the thermal resistance Rth is
Rth = ΔT / ΔPdis = (T 1 −T 2 ) / (Pdis 2 −Pdis 1)
= (T 1 -T 2) / [(V 2 I 2 -Pout2) - (V 1 I 1 -Pout1)
It is given by.

また、請求項３記載の半導体レーザの熱抵抗評価方法によれば、第１の駆動電流にて半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する工程と、第２の駆動電流にて前記半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する工程と、前記第１の駆動電流と前記第２の駆動電流の発振波長が同一となる時の各温度の差から、前記半導体レーザの活性層の温度上昇分を評価する工程と、前記第１の駆動電流における第１の消費電力と前記第２の駆動電流における第２の消費電力との差から、前記温度上昇分だけ前記活性層の温度を上昇させるために必要な第３の消費電力を評価する工程と、前記活性層の温度上昇分を前記第３の消費電力で除した値を熱抵抗として算出する工程とを備えることを特徴とする。   According to the method for evaluating the thermal resistance of the semiconductor laser according to claim 3, the step of evaluating the temperature dependence of the oscillation wavelength while the semiconductor laser is CW driven with the first drive current, and the second drive current From the step of evaluating the temperature dependence of the oscillation wavelength while driving the semiconductor laser by CW, and the difference between the temperatures when the oscillation wavelengths of the first drive current and the second drive current are the same, From the step of evaluating the temperature rise of the active layer of the semiconductor laser and the difference between the first power consumption in the first drive current and the second power consumption in the second drive current, only the temperature rise Evaluating a third power consumption required to raise the temperature of the active layer; and calculating a value obtained by dividing a temperature rise of the active layer by the third power consumption as a thermal resistance. It is characterized by providing.

また、請求項４記載の半導体レーザの熱抵抗評価方法によれば、前記第１の駆動電流をＩ1、前記第２の駆動電流をＩ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ1、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ１、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ２、前記活性層の温度上昇分をΔＴ、前記第１の消費電力をＰｄｉｓ１、前記第２の消費電力をＰｄｉｓ２、前記第３の消費電力をΔＰｄｉｓとすると、前記熱抵抗Ｒｔｈは、
Ｒｔｈ＝ΔＴ／ΔＰｄｉｓ＝（Ｔ1−Ｔ2）／（Ｐｄｉｓ２−Ｐｄｉｓ１）
＝（Ｔ1−Ｔ2）／［（Ｖ2Ｉ2−Ｐｏｕｔ２）−（Ｖ1Ｉ1−Ｐｏｕｔ１）
で与えられることを特徴とする。 According to the method for evaluating thermal resistance of a semiconductor laser according to claim 4, the first laser current is I 1 , the second drive current is I 2 , and the first drive current I 1 is used for the semiconductor laser. When the semiconductor laser is CW driven, the driving voltage is V 1 , the driving voltage when the semiconductor laser is CW driven by the second driving current I 2 is V 2 , and the semiconductor laser is CW driven by the first driving current I 1. the optical output power when driven Pout1, said second drive current I 2 in the light output power when a semiconductor laser was CW drive Pout2, the temperature rise of the active layer [Delta] T, the first power consumption Is Pdis1, the second power consumption is Pdis2, and the third power consumption is ΔPdis, the thermal resistance Rth is
Rth = ΔT / ΔPdis = (T 1 −T 2 ) / (Pdis 2 −Pdis 1)
= (T 1 -T 2) / [(V 2 I 2 -Pout2) - (V 1 I 1 -Pout1)
It is given by.

以上説明したように、本発明によれば、ＣＷ駆動された半導体レーザの発振波長の温度依存性に基づいて半導体レーザの熱抵抗値を評価することが可能となる。このため、半導体レーザの発振波長の消費電力依存性を評価する必要がなくなるとともに、パルス駆動による半導体レーザの発振波長を見積もる必要がなくなり、半導体レーザの熱抵抗が高い場合においても、熱抵抗値の算出精度を低下させることなく、熱抵抗の評価工程の簡便化および効率化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to evaluate the thermal resistance value of a semiconductor laser based on the temperature dependence of the oscillation wavelength of a CW-driven semiconductor laser. For this reason, it is not necessary to evaluate the power consumption dependency of the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and it is not necessary to estimate the oscillation wavelength of the semiconductor laser by pulse driving. Even when the thermal resistance of the semiconductor laser is high, the thermal resistance value It is possible to simplify and increase the efficiency of the thermal resistance evaluation process without reducing the calculation accuracy.

以下、本発明の実施形態に係る半導体レーザの熱抵抗評価装置および熱抵抗評価方法について、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半導体レーザの熱抵抗評価方法を示すフローチャートである。
図１において、互いに電流値の異なる駆動電流Ｉ1、Ｉ2にて半導体レーザをそれぞれＣＷ駆動しながら、各駆動電流Ｉ1、Ｉ2における発振波長λ1、λ2の温度依存性をそれぞれ評価する（ステップＳ１、Ｓ２）。ただし、λ1は、駆動電流Ｉ1で半導体レーザをＣＷ駆動した時の発振波長、λ2は、駆動電流Ｉ2で半導体レーザをＣＷ駆動した時の発振波長である。 Hereinafter, a thermal resistance evaluation apparatus and a thermal resistance evaluation method for a semiconductor laser according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a flowchart showing a thermal resistance evaluation method for a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the temperature dependence of the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 at each of the drive currents I 1 and I 2 is evaluated while the semiconductor laser is CW-driven with drive currents I 1 and I 2 having different current values. (Steps S1, S2). However, λ 1 is the oscillation wavelength when the semiconductor laser is CW-driven with the drive current I 1 , and λ 2 is the oscillation wavelength when the semiconductor laser is CW-driven with the drive current I 2 .

図２は、互いに電流値の異なる駆動電流Ｉ1、Ｉ2で面発光レーザをＣＷ駆動した時の温度と波長との関係を示す図である。
図２において、駆動電流Ｉ1にて半導体レーザをＣＷ駆動すると、温度上昇に比例して発振波長λ1が上昇する。また、駆動電流Ｉ2にて半導体レーザをＣＷ駆動すると、温度上昇に比例して発振波長λ2が上昇するとともに、発振波長λ1に対して発振波長λ2がシフトされる。ただし、Ｉ2＞Ｉ1であり、Ｉ1は閾値電流以上である。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between temperature and wavelength when the surface emitting laser is CW-driven with drive currents I 1 and I 2 having different current values.
In FIG. 2, when the semiconductor laser is CW-driven with the drive current I 1 , the oscillation wavelength λ 1 increases in proportion to the temperature rise. When the semiconductor laser is CW-driven with the drive current I 2 , the oscillation wavelength λ 2 increases in proportion to the temperature rise, and the oscillation wavelength λ 2 is shifted with respect to the oscillation wavelength λ 1 . However, I 2 > I 1 and I 1 is equal to or greater than the threshold current.

なお、駆動電流Ｉ1、Ｉ2にて半導体レーザをそれぞれＣＷ駆動した時の発振波長λ1、λ2の温度依存性は、半導体レーザが固定されるステージのステージ温度コントローラと光スペクトルアナライザを用いて評価することができる。
ここで、発振波長λ1、λ2が互いに同一となる時の発振波長のうち、任意の発振波長をλaとする。そして、λ1＝λaとなるステージ温度コントローラの温度Ｔ1と、λ2＝λaとなるステージ温度コントローラの温度Ｔ2とを、各発振波長λ1、λ2における温度依存性から求める。そして、ΔＴ＝Ｔ1−Ｔ2とすると、駆動電流Ｉ1、Ｉ2における発振波長λ1、λ2がλaとなる時の各温度Ｔ1、Ｔ2の差から、ΔＴを求める（ステップＳ３）。ここで、ΔＴは、駆動電流をＩ1からＩ2に増加させた時の活性層の温度上昇分を示している。 Note that the temperature dependence of the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 when the semiconductor laser is CW-driven with the drive currents I 1 and I 2 is determined using a stage temperature controller and an optical spectrum analyzer of the stage where the semiconductor laser is fixed. Can be evaluated.
Here, of the oscillation wavelengths when the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 are the same, an arbitrary oscillation wavelength is defined as λ a . Then, the temperature T 1 of the stage temperature controller where λ 1 = λ a and the temperature T 2 of the stage temperature controller where λ 2 = λ a are obtained from the temperature dependence at the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 . If ΔT = T 1 −T 2 , ΔT is obtained from the difference between the temperatures T 1 and T 2 when the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 at the drive currents I 1 and I 2 become λ a (step S3). Here, ΔT represents the temperature rise of the active layer when the drive current is increased from I 1 to I 2 .

次に、ステージ温度コントローラの温度がＴ1で駆動電流がＩ1の時の駆動電圧Ｖ1および光出力パワーＰｏｕｔ１を求める。そして、温度Ｔ1かつ駆動電流Ｉ1における半導体レーザの消費電力Ｐｄｉｓ１＝（Ｉ1Ｖ1−Ｐｏｕｔ１）を求める。また、ステージ温度コントローラの温度がＴ2で駆動電流がＩ2の時の駆動電圧Ｖ2および光出力パワーＰｏｕｔ２を求める。そして、温度Ｔ2かつ駆動電流Ｉ2における半導体レーザの消費電力Ｐｄｉｓ２＝（Ｉ2Ｖ2−Ｐｏｕｔ２）を求める。 Next, the driving voltage V 1 and the optical output power Pout1 when the temperature of the stage temperature controller is T 1 and the driving current is I 1 are obtained. Then, the power consumption of the semiconductor laser at temperatures T 1 and the drive current I 1 Pdis1 = Request (I 1 V 1 -Pout1). Further, the driving voltage V 2 and the optical output power Pout2 when the temperature of the stage temperature controller is T 2 and the driving current is I 2 are obtained. Then, the power consumption Pdis2 = (I 2 V 2 −Pout 2 ) of the semiconductor laser at the temperature T 2 and the driving current I 2 is obtained.

そして、駆動電流Ｉ1、Ｉ2における半導体レーザの消費電力Ｐｄｉｓ１、Ｐｄｉｓ２がそれぞれ求まると、これらの消費電力Ｐｄｉｓ１、Ｐｄｉｓ２の差から、活性層の温度をΔＴだけ上昇させるために必要な消費電力ΔＰｄｉｓを求める（ステップＳ４）。なお、消費電力ΔＰｄｉｓは、半導体レーザの光出力および駆動電圧の駆動電流依存性（Ｉ−Ｌ−Ｖ特性）から簡単に得ることができる。 When the power consumptions Pdis1 and Pdis2 of the semiconductor laser at the drive currents I 1 and I 2 are obtained, the power consumption ΔPdis required to increase the temperature of the active layer by ΔT from the difference between the power consumptions Pdis1 and Pdis2. Is obtained (step S4). The power consumption ΔPdis can be easily obtained from the optical output of the semiconductor laser and the drive current dependence (ILV characteristic) of the drive voltage.

次に、温度上昇分ΔＴおよび消費電力ΔＰｄｉｓが求まると、以下の（３）式に示すように、ΔＴをΔＰｄｉｓで除した値を熱抵抗Ｒｔｈとして算出する（ステップＳ５）。
Ｒｔｈ＝ΔＴ／ΔＰｄｉｓ＝（Ｔ1−Ｔ2）／（Ｐｄｉｓ２−Ｐｄｉｓ１）
＝（Ｔ1−Ｔ2）／［（Ｖ2Ｉ2−Ｐｏｕｔ２）−（Ｖ1Ｉ1−Ｐｏｕｔ１） （３）
これにより、駆動電流Ｉ1、Ｉ2にてＣＷ駆動された半導体レーザの発振波長の温度依存性に基づいて半導体レーザの熱抵抗Ｒｔｈを評価することが可能となる。このため、半導体レーザの発振波長の消費電力依存性を評価する必要がなくなるとともに、パルス駆動による半導体レーザの発振波長を見積もる必要がなくなり、半導体レーザの熱抵抗Ｒｔｈが高い場合においても、熱抵抗Ｒｔｈの算出精度を低下させることなく、熱抵抗Ｒｔｈの評価工程の簡便化および効率化を図ることが可能となる。 Next, when the temperature increase ΔT and the power consumption ΔPdis are obtained, the value obtained by dividing ΔT by ΔPdis is calculated as the thermal resistance Rth as shown in the following equation (3) (step S5).
Rth = ΔT / ΔPdis = (T 1 −T 2 ) / (Pdis 2 −Pdis 1)
= (T 1 -T 2) / [(V 2 I 2 -Pout2) - (V 1 I 1 -Pout1) (3)
This makes it possible to evaluate the thermal resistance Rth of the semiconductor laser based on the temperature dependence of the oscillation wavelength of the semiconductor laser that is CW driven with the drive currents I 1 and I 2 . For this reason, it is not necessary to evaluate the power consumption dependency of the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and it is not necessary to estimate the oscillation wavelength of the semiconductor laser by pulse driving. Even when the thermal resistance Rth of the semiconductor laser is high, the thermal resistance Rth It is possible to simplify and increase the efficiency of the evaluation process of the thermal resistance Rth without reducing the calculation accuracy of.

図３は、本発明の一実施形態に係る半導体レーザの熱抵抗評価装置を示すブロック図である。
図３において、筐体１には、ＸＹＺ軸方向に移動可能な可動ステージ２が設けられ、可動ステージ２上には電子冷却装置３が配置されている。なお、電子冷却装置３としては、例えば、ペルチェ素子などを用いることができる。そして、可動ステージ２上には、熱抵抗の評価対象となる半導体レーザを固定するステージ４が配置されている。なお、ステージ４は、熱伝導率の高いＣｕやＡｌなどの金属で構成することができる。また、ステージ４上には、調芯用光ファイバ５およびＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６が、可動ステージ２の可動範囲内に並べて配置されている。また、熱抵抗の評価対象となる半導体レーザとしては、例えば、ＡｕＳｎはんだにてヒートシンク２２に固定された面発光レーザ２１を挙げることができる。 FIG. 3 is a block diagram showing a semiconductor laser thermal resistance evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the casing 1 is provided with a movable stage 2 that can move in the XYZ axis directions, and an electronic cooling device 3 is disposed on the movable stage 2. In addition, as the electronic cooling device 3, a Peltier device etc. can be used, for example. On the movable stage 2, a stage 4 for fixing a semiconductor laser to be evaluated for thermal resistance is arranged. In addition, the stage 4 can be comprised with metals, such as Cu and Al, with high heat conductivity. On the stage 4, an alignment optical fiber 5 and an IL characteristic evaluation photodiode 6 are arranged side by side within the movable range of the movable stage 2. Examples of the semiconductor laser to be evaluated for thermal resistance include a surface emitting laser 21 fixed to the heat sink 22 with AuSn solder.

そして、可動ステージ２は、可動ステージ２の移動を制御する可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７に電気ケーブルＫ１を介して接続されている。また、電子冷却装置３は、ステージ４の温度を制御するステージ温度コントローラ８に電気ケーブルＫ２を介して接続されている。
さらに、熱抵抗評価装置には、サブマウント２３を介して面発光レーザ２１に駆動電流を注入する定電流源９が設けられている。そして、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７、ステージ温度コントローラ８および定電流源９は、制御電気信号ケーブルＣ１〜Ｃ３をそれぞれ介して制御用パーソナルコンピュータ１０に接続されている。 The movable stage 2 is connected to a movable stage XYZ axis controller 7 that controls the movement of the movable stage 2 via an electric cable K1. The electronic cooling device 3 is connected to a stage temperature controller 8 that controls the temperature of the stage 4 via an electric cable K2.
Further, the thermal resistance evaluation apparatus is provided with a constant current source 9 that injects a drive current into the surface emitting laser 21 via the submount 23. The movable stage XYZ axis controller 7, the stage temperature controller 8, and the constant current source 9 are connected to the control personal computer 10 via control electric signal cables C1 to C3, respectively.

そして、調芯用光ファイバ５は、光ファイバＦ１を介して１：９カプラ１１の入力に接続され、１：９カプラ１１の出力は、光ファイバＦ２を介してフォトダイオード１２に接続されるとともに、光ファイバＦ３を介して光スペクトルアナライザ１４に接続されている。また、Ｉ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６およびフォトダイオード１２は、電気ケーブルＫ６、Ｋ５をそれぞれ介して２ｃｈ光パワーメータ１３に接続されている。そして、２ｃｈ光パワーメータ１３および光スペクトルアナライザ１４は、制御電気信号ケーブルＣ４、Ｃ５をそれぞれ介して制御用パーソナルコンピュータ１０に接続されている。   The alignment optical fiber 5 is connected to the input of the 1: 9 coupler 11 via the optical fiber F1, and the output of the 1: 9 coupler 11 is connected to the photodiode 12 via the optical fiber F2. The optical spectrum analyzer 14 is connected via an optical fiber F3. Further, the IL characteristic evaluation photodiode 6 and the photodiode 12 are connected to the 2ch optical power meter 13 via electric cables K6 and K5, respectively. The 2ch optical power meter 13 and the optical spectrum analyzer 14 are connected to the control personal computer 10 via control electric signal cables C4 and C5, respectively.

そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、制御電気信号ケーブルＣ１〜Ｃ５をそれぞれ介して、可動ステージ２の移動、可動ステージ２の温度の設定、面発光レーザ２１に注入される電流の設定、光パワーや光スペクトルの読み取り、調芯用光ファイバ５の調芯などを制御することができる。
ここで、制御用パーソナルコンピュータ１０は、図１の処理を実行させるためのプログラムを格納することができる。そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、図１の処理を実行させるためのプログラムに従って、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７、ステージ温度コントローラ８および定電流源９を制御しながら、２ｃｈ光パワーメータ１３および光スペクトルアナライザ１４による計測値を参照し、（３）式の計算を行うことにより、面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈを算出することができる。 Then, the control personal computer 10 moves the movable stage 2, sets the temperature of the movable stage 2, sets the current injected into the surface emitting laser 21, the optical power, The reading of the optical spectrum, the alignment of the alignment optical fiber 5 and the like can be controlled.
Here, the control personal computer 10 can store a program for executing the processing of FIG. Then, the control personal computer 10 controls the movable stage XYZ axis controller 7, the stage temperature controller 8 and the constant current source 9 according to the program for executing the processing of FIG. The thermal resistance Rth of the surface emitting laser 21 can be calculated by referring to the measurement value obtained by the analyzer 14 and calculating the equation (3).

そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、面発光レーザ２のλ−Ｔ特性を評価する場合、面発光レーザ２１が調芯用光ファイバ５の下に配置されるように、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７に指示して可動ステージ２を移動させることができる。また、制御用パーソナルコンピュータ１０は、面発光レーザ２のＩ−Ｌ−Ｖ特性を評価する場合、面発光レーザ２１がＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６の下に配置されるように、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７に指示して可動ステージ２を移動させることができる。   When the personal computer 10 for control evaluates the λ-T characteristic of the surface emitting laser 2, the control personal computer 10 sets the movable stage XYZ axis controller 7 so that the surface emitting laser 21 is disposed below the alignment optical fiber 5. The movable stage 2 can be moved by instructing. Further, when the control personal computer 10 evaluates the IL characteristics of the surface emitting laser 2, the movable personal computer 10 moves the movable stage so that the surface emitting laser 21 is disposed under the IL characteristics evaluation photodiode 6. The movable stage 2 can be moved by instructing the XYZ axis controller 7.

そして、面発光レーザ２のλ−Ｔ特性およびＩ−Ｌ−Ｖ特性を同一のステージ温度コントローラ８にて制御することにより、装置ごとに異なる微小なステージ温度の差を補正する必要がなくなり、熱抵抗の評価工程の簡略化を図りつつ、熱抵抗の評価精度を向上させることができる。
また、可動ステージ２を筐体１内に設置することにより、可動ステージ２が外気に晒されることを防止することができる。このため、ステージ温度が外気温の変動に影響されないようにすることが可能となり、熱抵抗の評価精度を向上させることができる。 Then, by controlling the λ-T characteristic and the ILV characteristic of the surface emitting laser 2 with the same stage temperature controller 8, it is not necessary to correct a minute stage temperature difference which differs for each apparatus, and the heat It is possible to improve the evaluation accuracy of the thermal resistance while simplifying the resistance evaluation process.
Moreover, by installing the movable stage 2 in the housing 1, it is possible to prevent the movable stage 2 from being exposed to the outside air. For this reason, it becomes possible to prevent the stage temperature from being affected by fluctuations in the outside air temperature, and it is possible to improve the evaluation accuracy of the thermal resistance.

すなわち、面発光レーザ２１の熱抵抗を評価する場合、ヒートシンク２２に固定された面発光レーザ２１をサブマウント２３を介してステージ４上に配置し、ヒートシンク２２に固定された面発光レーザ２１およびサブマウント２３を治具（図示せず）にてステージ４上に固定する。そして、面発光レーザ２１およびサブマウント２３を電気ケーブルＫ４、Ｋ３をそれぞれ介して定電流源９に接続する。   That is, when evaluating the thermal resistance of the surface emitting laser 21, the surface emitting laser 21 fixed to the heat sink 22 is disposed on the stage 4 via the submount 23, and the surface emitting laser 21 and the sub fixed to the heat sink 22 are arranged. The mount 23 is fixed on the stage 4 with a jig (not shown). Then, the surface emitting laser 21 and the submount 23 are connected to the constant current source 9 via electric cables K4 and K3, respectively.

そして、ステージ温度コントローラ８は、電子冷却装置３を制御することにより、ステージ４の温度を任意の温度に設定する。なお、ステージ４の温度の分解能は０．０１℃程度以上の分解能を持つことが好ましい。そして、ステージ４の温度が設定されると、制御用パーソナルコンピュータ１０は、定電流源９を動作させ、駆動電流Ｉ1にて面発光レーザ２１をＣＷ駆動させる。なお、定電流源９の電流の分解能は０．０１ｍＡ程度以上の分解能を持つことが好ましい。また、面発光レーザ２１をＣＷ駆動させた時の印加電圧をモニタできるようにする必要がある。 Then, the stage temperature controller 8 sets the temperature of the stage 4 to an arbitrary temperature by controlling the electronic cooling device 3. The temperature resolution of the stage 4 is preferably about 0.01 ° C. or higher. When the temperature of the stage 4 is set, the control personal computer 10 operates the constant current source 9 to drive the surface emitting laser 21 in CW with the drive current I 1 . The current resolution of the constant current source 9 is preferably about 0.01 mA or higher. Further, it is necessary to be able to monitor the applied voltage when the surface emitting laser 21 is CW driven.

そして、面発光レーザ２１がＣＷ駆動されると、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光２４を調芯用光ファイバ５および１：９カプラ１１を介してフォトダイオード１２に入射させる。そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、フォトダイオード１２にて検出された光出力を２ｃｈ光パワーメータ１３にてモニタしながら、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７を制御し、面発光レーザ２１から出射された光出力が最大となる位置に可動ステージ２を移動させる。   When the surface emitting laser 21 is CW-driven, the laser light 24 emitted from the surface emitting laser 21 is incident on the photodiode 12 through the alignment optical fiber 5 and the 1: 9 coupler 11. The control personal computer 10 controls the movable stage XYZ axis controller 7 while monitoring the light output detected by the photodiode 12 with the 2ch optical power meter 13, and the light emitted from the surface emitting laser 21. The movable stage 2 is moved to a position where the output is maximized.

そして、可動ステージ２の位置が定まると、制御用パーソナルコンピュータ１０は、ステージ温度コントローラ８にてステージ４の温度を変化させながら、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光２４の光スペクトルを光スペクトルアナライザ１４にて測定する。そして、ステージ４の温度が複数の点に設定された時の光スペクトルが得られると、駆動電流Ｉ1にて面発光レーザ２１をＣＷ駆動した時の発振波長λ1の温度依存性を評価する。 When the position of the movable stage 2 is determined, the control personal computer 10 changes the optical spectrum of the laser light 24 emitted from the surface emitting laser 21 while changing the temperature of the stage 4 by the stage temperature controller 8. Measure with analyzer 14. When the optical spectrum when the temperature of the stage 4 is set at a plurality of points is obtained, the temperature dependence of the oscillation wavelength λ 1 when the surface emitting laser 21 is CW-driven with the driving current I 1 is evaluated. .

そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、駆動電流Ｉ1における発振波長λ1の温度依存性を評価すると、駆動電流Ｉ2にて面発光レーザ２１をＣＷ駆動させる。そして、ステージ温度コントローラ８にてステージ４の温度を変化させながら、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光２４の光スペクトルを光スペクトルアナライザ１４にて測定する。そして、ステージ４の温度が複数の点に設定された時の光スペクトルが得られると、駆動電流Ｉ2にて面発光レーザ２１をＣＷ駆動した時の発振波長λ2の温度依存性を評価する。 Then, the control personal computer 10, upon evaluating the temperature dependence of the oscillation wavelength lambda 1 in the drive current I 1, the surface emitting laser 21 is CW driven by the driving current I 2. Then, the optical spectrum of the laser beam 24 emitted from the surface emitting laser 21 is measured by the optical spectrum analyzer 14 while the stage temperature controller 8 changes the temperature of the stage 4. When the optical spectrum when the temperature of the stage 4 is set at a plurality of points is obtained, the temperature dependence of the oscillation wavelength λ 2 when the surface emitting laser 21 is CW-driven with the driving current I 2 is evaluated. .

次に、制御用パーソナルコンピュータ１０は、面発光レーザ２１のＩ−Ｌ−Ｖ特性を評価する場合、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７を制御し、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光２４の全てがＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６に入射される位置に可動ステージ２を移動させる。なお、面発光レーザ２１がＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６の真下にくるように、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７によるリセット位置を設定するようにしてもよい。そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、面発光レーザ２１のＩ−Ｌ−Ｖ特性を評価する場合、可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７にリセット信号を送ることにより、面発光レーザ２１がＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６の真下にくるように、可動ステージ２を移動させるようにしてもよい。   Next, when the control personal computer 10 evaluates the I-LV characteristics of the surface emitting laser 21, the control personal computer 10 controls the movable stage XYZ axis controller 7 so that all of the laser light 24 emitted from the surface emitting laser 21 is emitted. The movable stage 2 is moved to a position incident on the IL characteristic evaluation photodiode 6. Note that the reset position by the movable stage XYZ-axis controller 7 may be set so that the surface emitting laser 21 comes directly under the IL characteristic evaluation photodiode 6. When the control personal computer 10 evaluates the IL-V characteristics of the surface-emitting laser 21, it sends the reset signal to the movable stage XYZ axis controller 7 so that the surface-emitting laser 21 is used for evaluating the IL characteristics. The movable stage 2 may be moved so as to be directly below the photodiode 6.

そして、面発光レーザ２１がＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６の真下に配置されると、ステージ温度コントローラ８は、ステージ温度コントローラ８にてステージ４の温度を任意に設定させるとともに、定電流源９にて面発光レーザ２１を任意の駆動電流で駆動させる。そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、Ｉ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６にて検出された光出力を２ｃｈ光パワーメータ１３にてモニタするとともに、発光レーザ２１をＣＷ駆動させた時の印加電圧をモニタすることにより、任意のステージ温度における面発光レーザ２１のＩ−Ｌ−Ｖ特性を評価することができる。   When the surface emitting laser 21 is disposed directly under the IL characteristic evaluation photodiode 6, the stage temperature controller 8 causes the stage temperature controller 8 to arbitrarily set the temperature of the stage 4, and a constant current source. In step 9, the surface emitting laser 21 is driven with an arbitrary driving current. The control personal computer 10 monitors the optical output detected by the IL characteristic evaluation photodiode 6 with the 2ch optical power meter 13 and applies the applied voltage when the light emitting laser 21 is driven in CW. By monitoring, the I-LV characteristics of the surface emitting laser 21 at an arbitrary stage temperature can be evaluated.

そして、制御用パーソナルコンピュータ１０は、駆動電流Ｉ1、Ｉ2にて面発光レーザ２１をそれぞれＣＷ駆動した時の発振波長λ1、λ2の温度依存性ならびに面発光レーザ２１のＩ−Ｌ−Ｖ特性を求めると、面発光レーザ２１の活性層の温度上昇分ΔＴおよび面発光レーザ２１の消費電力ΔＰｄｉｓを算出する。そして、（３）式を用いることにより、面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈを算出する。 The control personal computer 10 determines the temperature dependence of the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 when the surface emitting laser 21 is driven in CW with the drive currents I 1 and I 2 , and the IL of the surface emitting laser 21. When the V characteristic is obtained, the temperature rise ΔT of the active layer of the surface emitting laser 21 and the power consumption ΔPdis of the surface emitting laser 21 are calculated. Then, the thermal resistance Rth of the surface emitting laser 21 is calculated by using the expression (3).

これにより、駆動電流Ｉ1、Ｉ2にて面発光レーザ２１をそれぞれＣＷ駆動した時のλ−Ｔ特性の評価結果とＩ−Ｌ−Ｖ特性が既知であれば、面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈを算出することが可能となる。このため、λ−Ｐｄｉｓ特性を評価することなく、面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈを算出することが可能となり、簡便かつ効率的に熱抵抗Ｒｔｈを評価することができる。 Accordingly, if the evaluation result of the λ-T characteristic and the I-LV characteristic when the surface emitting laser 21 is CW driven by the driving currents I 1 and I 2 are known, the thermal resistance of the surface emitting laser 21 is known. Rth can be calculated. For this reason, it becomes possible to calculate the thermal resistance Rth of the surface emitting laser 21 without evaluating the λ-Pdis characteristic, and the thermal resistance Rth can be evaluated simply and efficiently.

図４は、熱抵抗の評価対象となる面発光レーザ２１の構成例を示す断面図である。
図４において、ｎ−ＧａＡｓ基板３１上には、ｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布ブラッグ反射層３２が積層され、ｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布ブラッグ反射層３２上には、ＩｎＰ／ＧａＡｓバッファ層３３を介してｎ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３４が積層されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration example of the surface emitting laser 21 to be evaluated for thermal resistance.
In FIG. 4, an n-GaAs / AlAs distributed Bragg reflection layer 32 is stacked on an n-GaAs substrate 31, and an InP / GaAs buffer layer 33 is interposed on the n-GaAs / AlAs distributed Bragg reflection layer 32. An n-InP / InGaAsP distributed Bragg reflection layer 34 is stacked.

なお、ｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布ブラッグ反射層３２は、例えば、Ｓｉがドープされた２５対のｎ−ＧａＡｓとＡｌＡｓにて構成することができる。また、ｎ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３４、例えば、５．５対のｎ−ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰにて構成することができる。
そして、ｎ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３４上には、ＩｎＰクラッド層で挟まれたＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５が形成され、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５上には、ｐ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３６が積層されている。そして、ｐ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３６上には、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2分布ブラッグ反射層３９が積層されている。 The n-GaAs / AlAs distributed Bragg reflection layer 32 can be composed of, for example, 25 pairs of n-GaAs and AlAs doped with Si. The n-InP / InGaAsP distributed Bragg reflection layer 34, for example, 5.5 pairs of n-InP and InGaAsP can be used.
An InGaAsP multiple quantum well active layer 35 sandwiched between InP clad layers is formed on the n-InP / InGaAsP distributed Bragg reflection layer 34, and a p-InP / InGaAsP layer is formed on the InGaAsP multiple quantum well active layer 35. A distributed Bragg reflection layer 36 is laminated. On the p-InP / InGaAsP distributed Bragg reflective layer 36, a SiO 2 / TiO 2 distributed Bragg reflective layer 39 is laminated.

なお、ｐ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３６は、例えば、Ｚｎがドープされた５対のｐ−ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰにて構成することができ、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2分布ブラッグ反射層３９は、１６対のＳｉＯ2とＴｉＯ2にて構成することができる。
そして、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５の周囲のＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５およびｐ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３６が除去され、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５の周囲がＦｅ−ＩｎＰ埋め込み層３７およびｎ−ＩｎＰ層３８にて順次埋め込まれている。 The p-InP / InGaAsP distributed Bragg reflecting layer 36 can be composed of, for example, five pairs of p-InP and InGaAsP doped with Zn, and the SiO 2 / TiO 2 distributed Bragg reflecting layer 39 is 16 A pair of SiO 2 and TiO 2 can be used.
Then, the InGaAsP multiple quantum well active layer 35 and the p-InP / InGaAsP distributed Bragg reflection layer 36 around the InGaAsP multiple quantum well active layer 35 are removed, and the periphery of the InGaAsP multiple quantum well active layer 35 is an Fe—InP buried layer 37. And the n-InP layer 38 are sequentially buried.

また、ｎ−ＩｎＰ層３８上には、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５の周囲に配置されたｐ−コンタクト層４０が形成されている。また、ｎ−ＧａＡｓ基板３１の裏面には、ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層３５の周囲に配置されたｎ−コンタクト層４１が形成されるとともに、ｎ−コンタクト層４１の内側に配置された反射防止膜４２が形成されている。   On the n-InP layer 38, a p-contact layer 40 disposed around the InGaAsP multiple quantum well active layer 35 is formed. Further, an n-contact layer 41 disposed around the InGaAsP multiple quantum well active layer 35 is formed on the back surface of the n-GaAs substrate 31 and an antireflection film disposed inside the n-contact layer 41. 42 is formed.

この面発光レーザ２１の発振波長は２５℃で１５５２ｎｍを示しており、メサ面積９×９μｍ2において良好な単一横モード性を示している。ここで、熱伝導率が低いｎ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層３４に熱伝導率が高いｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布ブラッグ反射層３２を貼り付けることにより、面発光レーザの熱抵抗を低減させることができる。 The surface emitting laser 21 has an oscillation wavelength of 1552 nm at 25 ° C., and exhibits a good single transverse mode property at a mesa area of 9 × 9 μm 2 . Here, the thermal resistance of the surface emitting laser is reduced by attaching the n-GaAs / AlAs distributed Bragg reflector layer 32 having a high thermal conductivity to the n-InP / InGaAsP distributed Bragg reflector layer 34 having a low thermal conductivity. Can do.

図５は、面発光レーザ２１のλ−Ｔ特性の評価方法の具体例を示す図である。
図５において、駆動電流Ｉ1＝２ｍＡとし、図３のステージ４の温度が２０、２５、３０℃の３点において、面発光レーザ２１の光スペクトルを光スペクトルアナライザ１４にて測定した。そして、この測定結果を参照することにより、駆動電流Ｉ1にて面発光レーザ２１をＣＷ駆動した時の発振波長λ1についてのλ−Ｔ特性を評価した。 FIG. 5 is a diagram illustrating a specific example of a method for evaluating the λ-T characteristic of the surface emitting laser 21.
In FIG. 5, the optical spectrum of the surface emitting laser 21 was measured by the optical spectrum analyzer 14 at three points where the driving current I 1 = 2 mA and the temperature of the stage 4 in FIG. 3 was 20, 25, and 30 ° C. Then, by referring to this measurement result, the λ-T characteristic with respect to the oscillation wavelength λ 1 when the surface emitting laser 21 was CW-driven with the drive current I 1 was evaluated.

次に、駆動電流Ｉ2＝８ｍＡとし、図３のステージ４の温度が２０、２５、３０℃の３点において、面発光レーザ２１の光スペクトルを光スペクトルアナライザ１４にて測定した。そして、この測定結果を参照することにより、駆動電流Ｉ2にて面発光レーザ２１をＣＷ駆動した時の発振波長λ2についてのλ−Ｔ特性を評価した。
ここで、発振波長λ1、λ2が互いに同一となる時の発振波長のうち、任意の発振波長λa＝１５５２．５ｎｍとすると、駆動電流Ｉ1では、発振波長λa＝１５５２．５ｎｍとなる時の温度Ｔ1は３０．０℃、駆動電流Ｉ2では、発振波長λa＝１５５２．５ｎｍとなる時の温度Ｔ2は２０．０℃となる。この結果、面発光レーザ２１の活性層の温度上昇分ΔＴは１０．０℃となる。 Next, the optical spectrum of the surface emitting laser 21 was measured with the optical spectrum analyzer 14 at three points where the driving current I 2 = 8 mA and the temperature of the stage 4 in FIG. Then, by referring to this measurement result, the λ-T characteristic with respect to the oscillation wavelength λ 2 when the surface emitting laser 21 was CW-driven with the drive current I 2 was evaluated.
Here, of the oscillation wavelengths when the oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 are the same, if the arbitrary oscillation wavelength λ a = 1552.5 nm, the drive current I 1 has the oscillation wavelength λ a = 1552.5 nm. At this time, the temperature T 1 is 30.0 ° C., and at the driving current I 2 , the temperature T 2 when the oscillation wavelength λ a = 1552.5 nm is 20.0 ° C. As a result, the temperature rise ΔT of the active layer of the surface emitting laser 21 is 10.0 ° C.

次に、図３の可動ステージＸＹＺ軸コントローラ７をリセットし、面発光レーザ２１がＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６の真下にくるように可動ステージ２を移動させる。そして、ステージ４の温度Ｔ1＝３０．０℃かつ駆動電流Ｉ1＝２ｍＡの時の駆動電圧Ｖ1と光出力Ｐｏｕｔ１を評価した後、ステージ４の温度Ｔ2＝２０．０℃かつ駆動電流Ｉ2＝８ｍＡの時の駆動電圧Ｖ2と光出力Ｐｏｕｔ２を評価した。この時、駆動電圧Ｖ1＝１．４７１Ｖ、光出力Ｐｏｕｔ１＝０．００３２ｍＷ、駆動電圧Ｖ2＝２．２７９Ｖ、光出力Ｐｏｕｔ２＝０．０６５３ｍＷであった。この結果、活性層の温度をΔＴだけ上昇させるために必要な消費電力ΔＰｄｉｓは０．０１５２３Ｗとなる。従って、（３）式により、面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈとして６５７℃／Ｗという値が得られた。 Next, the movable stage XYZ axis controller 7 of FIG. 3 is reset, and the movable stage 2 is moved so that the surface emitting laser 21 is directly below the photodiode 6 for IL characteristic evaluation. Then, after evaluating the drive voltage V 1 and the optical output Pout1 when the stage 4 temperature T 1 = 30.0 ° C. and the drive current I 1 = 2 mA, the stage 4 temperature T 2 = 20.0 ° C. and the drive current The drive voltage V 2 and the optical output Pout2 when I 2 = 8 mA were evaluated. At this time, the drive voltage V 1 = 1.471 V, the optical output Pout 1 = 0.0032 mW, the drive voltage V 2 = 2.279 V, and the optical output Pout 2 = 0.0653 mW. As a result, the power consumption ΔPdis required to raise the temperature of the active layer by ΔT is 0.01523 W. Therefore, a value of 657 ° C./W was obtained as the thermal resistance Rth of the surface emitting laser 21 from the equation (3).

一方、λ−Ｐｄｉｓ特性およびλ−Ｔ特性とを別々に測定して求めた面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈは、６５２℃／Ｗであった。この結果、本実施形態による熱抵抗Ｒｔｈの評価方法は、簡便かつ効率よく行うことが可能であるにもかかわらず、従来の方法による評価と非常によく一致することが判った。また、通常の面発光レーザの熱抵抗Ｒｔｈが１０００℃／Ｗ以上であることを考えると、今回得られた熱抵抗Ｒｔｈは６５７℃／Ｗと低くなっている。これは、今回の測定に用いた面発光レーザ２１が、熱伝導率の高いＧａＡｓ系ＤＢＲを薄膜化Ｗａｆｅｒ−ｆｕｓｉｏｎ技術により貼り合わせた構造であることに起因している。   On the other hand, the thermal resistance Rth of the surface emitting laser 21 obtained by separately measuring the λ-Pdis characteristic and the λ-T characteristic was 652 ° C./W. As a result, it has been found that the evaluation method of the thermal resistance Rth according to the present embodiment agrees very well with the evaluation by the conventional method, although it can be performed simply and efficiently. Considering that the thermal resistance Rth of a normal surface emitting laser is 1000 ° C./W or more, the thermal resistance Rth obtained this time is as low as 657 ° C./W. This is due to the fact that the surface emitting laser 21 used in this measurement has a structure in which a GaAs DBR having a high thermal conductivity is bonded by a thinned Wafer-fusion technique.

なお、上述した実施形態では、面発光レーザ２１の熱抵抗Ｒｔｈを評価する方法について説明したが、端面発光型半導体レーザの熱抵抗Ｒｔｈを評価に適用するようにしてもよい。この場合、半導体レーザから出射されるレーザ光の出射方向は垂直方向から水平方向に変わるため、これに応じて図３の調芯用光ファイバ５およびＩ−Ｌ特性評価用フォトダイオード６の配置位置を変化させればよい。   In the above-described embodiment, the method for evaluating the thermal resistance Rth of the surface-emitting laser 21 has been described. However, the thermal resistance Rth of the edge-emitting semiconductor laser may be applied to the evaluation. In this case, since the emission direction of the laser light emitted from the semiconductor laser changes from the vertical direction to the horizontal direction, the arrangement positions of the alignment optical fiber 5 and the IL characteristic evaluation photodiode 6 in FIG. Can be changed.

本発明は、メトロ系通信網や１０ギガビットイーサネット（登録商標）用の低消費電力化された光源として期待されている長波長帯面発光レーザなどの熱抵抗の評価に利用することができ、熱抵抗値の算出精度を低下させることなく、熱抵抗の評価工程の簡便化および効率化を図ることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for evaluation of thermal resistance of long-wavelength surface emitting lasers and the like that are expected as low-power consumption light sources for metro communication networks and 10 Gigabit Ethernet (registered trademark). It is possible to simplify and increase the efficiency of the thermal resistance evaluation process without reducing the calculation accuracy of the resistance value.

本発明の一実施形態に係る面発光レーザの熱抵抗評価方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the thermal resistance evaluation method of the surface emitting laser which concerns on one Embodiment of this invention. 互いに電流値の異なる駆動電流で面発光レーザをＣＷ駆動した時の温度と波長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between temperature and wavelength when a surface emitting laser is CW-driven with drive currents having different current values. 本発明の一実施形態に係る面発光レーザの熱抵抗評価装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the thermal resistance evaluation apparatus of the surface emitting laser which concerns on one Embodiment of this invention. 熱抵抗の評価対象となる面発光レーザの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the surface emitting laser used as the evaluation object of thermal resistance. 面発光レーザのλ−Ｔ特性の評価方法の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the evaluation method of (lambda) -T characteristic of a surface emitting laser.

符号の説明Explanation of symbols

１ 筐体
２ 可動ステージ
３ 電子冷却装置
４ ステージ
５ 調芯用光ファイバ
６ Ｉ−Ｌ特性評価用フォトダイオード
７ 可動ステージＸＹＺ軸コントローラ
８ ステージ温度コントローラ
９ 定電流源
１０ 制御用パーソナルコンピュータ
１１ １：９カプラ
１２ フォトダイオード
１３ ２ｃｈ光パワーメータ
１４ 光スペクトルアナライザ
２１ 面発光レーザ
２２ ヒートシンク
２３ サブマウント
２４ レーザ光
Ｆ１〜Ｆ３ 光ファイバ
Ｋ１〜Ｋ６ 電気ケーブル
Ｃ１〜Ｃ５ 制御電気信号ケーブル
３１ ｎ−ＧａＡｓ基板
３２ ｎ−ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布ブラッグ反射層
３３ ＩｎＰ／ＧａＡｓバッファ層
３４ ｎ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層
３５ ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸活性層
３６ ｐ−ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射層
３７ Ｆｅ−ＩｎＰ埋め込み層
３８ ｎ−ＩｎＰ層
３９ ＳｉＯ2／ＴｉＯ2分布ブラッグ反射層
４０ ｐ−コンタクト層
４１ ｎ−コンタクト層
４２ 反射防止膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing | casing 2 Movable stage 3 Electronic cooling device 4 Stage 5 Alignment optical fiber 6 Photodiode for IL characteristic evaluation 7 Movable stage XYZ axis controller 8 Stage temperature controller 9 Constant current source 10 Control personal computer 11 1: 9 Coupler 12 Photodiode 13 2ch optical power meter 14 Optical spectrum analyzer 21 Surface emitting laser 22 Heat sink 23 Submount 24 Laser light F1 to F3 Optical fiber K1 to K6 Electrical cable C1 to C5 Control electrical signal cable 31 n-GaAs substrate 32 n- GaAs / AlAs distributed Bragg reflective layer 33 InP / GaAs buffer layer 34 n-InP / InGaAsP distributed Bragg reflective layer 35 InGaAsP multiple quantum well active layer 36 p-InP / InGaAsP distributed layer Tsu grayed reflective layer 37 Fe-InP burying layer 38 n-InP layer 39 SiO 2 / TiO 2 distributed Bragg reflection layer 40 p-contact layer 41 n-contact layer 42 antireflection film

Claims (4)

第１の駆動電流にて半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する第１の温度依存性評価手段と、
第２の駆動電流にて前記半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する第２の温度依存性評価手段と、
前記第１の駆動電流と前記第２の駆動電流の発振波長が同一となる時の各温度の差から、前記半導体レーザの活性層の温度上昇分を評価する温度上昇評価手段と、
前記第１の駆動電流における第１の消費電力と前記第２の駆動電流における第２の消費電力との差から、前記温度上昇評価手段にて評価された温度上昇分だけ前記活性層の温度を上昇させるために必要な第３の消費電力を評価する消費電力評価手段と、
前記温度上昇評価手段にて評価された温度上昇分を前記第３の消費電力で除した値を熱抵抗として算出する熱抵抗算出手段とを備えることを特徴とする半導体レーザの熱抵抗評価装置。 First temperature dependence evaluating means for evaluating the temperature dependence of the oscillation wavelength while CW driving the semiconductor laser with the first driving current;
Second temperature dependency evaluating means for evaluating the temperature dependency of the oscillation wavelength while CW driving the semiconductor laser with a second drive current;
A temperature rise evaluation means for evaluating the temperature rise of the active layer of the semiconductor laser from the difference in temperature when the oscillation wavelengths of the first drive current and the second drive current are the same;
From the difference between the first power consumption at the first drive current and the second power consumption at the second drive current, the temperature of the active layer is set by the temperature rise evaluated by the temperature rise evaluation means. Power consumption evaluation means for evaluating the third power consumption necessary for increasing;
A thermal resistance evaluation device for a semiconductor laser, comprising: thermal resistance calculation means for calculating, as thermal resistance, a value obtained by dividing the temperature rise evaluated by the temperature rise evaluation means by the third power consumption. 前記第１の駆動電流をＩ1、前記第２の駆動電流をＩ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ1、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ１、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ２、前記活性層の温度上昇分をΔＴ、前記第１の消費電力をＰｄｉｓ１、前記第２の消費電力をＰｄｉｓ２、前記第３の消費電力をΔＰｄｉｓとすると、前記熱抵抗Ｒｔｈは、
Ｒｔｈ＝ΔＴ／ΔＰｄｉｓ＝（Ｔ1−Ｔ2）／（Ｐｄｉｓ２−Ｐｄｉｓ１）
＝（Ｔ1−Ｔ2）／［（Ｖ2Ｉ2−Ｐｏｕｔ２）−（Ｖ1Ｉ1−Ｐｏｕｔ１）
で与えられることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの熱抵抗評価装置。 The first driving current is I 1 , the second driving current is I 2 , the driving voltage when the semiconductor laser is CW-driven with the first driving current I 1 is V 1 , and the second driving current is The driving voltage when the semiconductor laser is CW driven with I 2 is V 2 , the optical output power when the semiconductor laser is CW driven with the first driving current I 1 is Pout 1, and the second driving current I 2 The optical output power when the semiconductor laser is driven in CW is Pout2, the temperature rise of the active layer is ΔT, the first power consumption is Pdis1, the second power consumption is Pdis2, and the third power consumption is Is ΔPdis, the thermal resistance Rth is
Rth = ΔT / ΔPdis = (T 1 −T 2 ) / (Pdis 2 −Pdis 1)
= (T 1 -T 2) / [(V 2 I 2 -Pout2) - (V 1 I 1 -Pout1)
The thermal resistance evaluation apparatus for a semiconductor laser according to claim 1, wherein 第１の駆動電流にて半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する工程と、
第２の駆動電流にて前記半導体レーザをＣＷ駆動しながら発振波長の温度依存性を評価する工程と、
前記第１の駆動電流と前記第２の駆動電流の発振波長が同一となる時の各温度の差から、前記半導体レーザの活性層の温度上昇分を評価する工程と、
前記第１の駆動電流における第１の消費電力と前記第２の駆動電流における第２の消費電力との差から、前記温度上昇分だけ前記活性層の温度を上昇させるために必要な第３の消費電力を評価する工程と、
前記活性層の温度上昇分を前記第３の消費電力で除した値を熱抵抗として算出する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザの熱抵抗評価方法。 Evaluating the temperature dependence of the oscillation wavelength while CW driving the semiconductor laser with a first drive current;
Evaluating the temperature dependence of the oscillation wavelength while CW driving the semiconductor laser with a second drive current;
Evaluating the temperature rise of the active layer of the semiconductor laser from the difference in temperature when the oscillation wavelengths of the first drive current and the second drive current are the same;
From the difference between the first power consumption in the first drive current and the second power consumption in the second drive current, a third required for raising the temperature of the active layer by the temperature rise A process of evaluating power consumption;
And a step of calculating, as a thermal resistance, a value obtained by dividing the temperature rise of the active layer by the third power consumption. 前記第１の駆動電流をＩ1、前記第２の駆動電流をＩ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ1、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の駆動電圧をＶ2、前記第１の駆動電流Ｉ1で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ１、前記第２の駆動電流Ｉ2で前記半導体レーザをＣＷ駆動した時の光出力パワーをＰｏｕｔ２、前記活性層の温度上昇分をΔＴ、前記第１の消費電力をＰｄｉｓ１、前記第２の消費電力をＰｄｉｓ２、前記第３の消費電力をΔＰｄｉｓとすると、前記熱抵抗Ｒｔｈは、
Ｒｔｈ＝ΔＴ／ΔＰｄｉｓ＝（Ｔ1−Ｔ2）／（Ｐｄｉｓ２−Ｐｄｉｓ１）
＝（Ｔ1−Ｔ2）／［（Ｖ2Ｉ2−Ｐｏｕｔ２）−（Ｖ1Ｉ1−Ｐｏｕｔ１）
で与えられることを特徴とする請求項３記載の半導体レーザの熱抵抗評価方法。 The first driving current is I 1 , the second driving current is I 2 , the driving voltage when the semiconductor laser is CW-driven with the first driving current I 1 is V 1 , and the second driving current is The driving voltage when the semiconductor laser is CW driven with I 2 is V 2 , the optical output power when the semiconductor laser is CW driven with the first driving current I 1 is Pout 1, and the second driving current I 2 The optical output power when the semiconductor laser is driven in CW is Pout2, the temperature rise of the active layer is ΔT, the first power consumption is Pdis1, the second power consumption is Pdis2, and the third power consumption is Is ΔPdis, the thermal resistance Rth is
Rth = ΔT / ΔPdis = (T 1 −T 2 ) / (Pdis 2 −Pdis 1)
= (T 1 -T 2) / [(V 2 I 2 -Pout2) - (V 1 I 1 -Pout1)
4. The method for evaluating the thermal resistance of a semiconductor laser according to claim 3, wherein:
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