JP2006073877A - 半導体レーザ素子の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
安定な光出力特性を有し、かつ、実際のピックアップに使用した場合に雑音発生を抑えることができる半導体レーザ素子を簡易に選別することができる半導体レーザ素子の検査方法を提供すること。
【解決手段】
本発明の半導体レーザ素子の検査方法は、半導体レーザ素子の電流−光出力特性における変曲点での光出力値と、所定の基準値と比較することにより、素子の良否を判断することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

この発明は、半導体レーザ素子の検査方法に関する。

半導体レーザは、光ディスク装置の光源および光通信の光源等として、情報機器、システム等に幅広く使用されている。このような装置の光ピックアップに用いられる半導体レーザは、光ディスク盤面からの反射戻り光によって雑音が発生するため、この雑音の発生を抑えることが重要な課題となっている。

雑音低減の一つの方法として、半導体レーザを高周波で駆動する方法が知られている。しかしながら、この方法では、高周波重畳モジュール等を新たに設けなければならないため、コストが高くなり、さらに電磁波雑音を放射するというＥＭＣの問題も生じる。

他の方法として、半導体レーザとして自励発振レーザ（セルフパルセーション）を用いる方法がある。自励発振レーザは、上記した高周波駆動の場合と同様に低雑音特性を有する。更に、自励発振レーザを用いる場合には高周波重畳モジュール等の新たなモジュールを設ける必要がなく、低コストで、かつ電磁波雑音も発生しないという優れた特徴がある。そこで、実際に使用する光出力・温度範囲で確実に自励発振するレーザが望まれている。

自励発振レーザの自励発振動作は、レーザ共振器内に可飽和吸収体を導入し、その可飽和吸収量を制御することによって得ることができる。これは、例えば、特許文献１に開示されている。

しかし、同一構造を意図して作った素子でも、結晶成長層の厚さ、組成、ドーピングなどの面内分布やロットごとのばらつき、エッチングの面内分布などの様々な要因で可飽和吸収量がばらついてしまい、自励発振特性などの素子の特性もウエハ面内での位置やロットの違いによってばらついてしまう。

この可飽和吸収量が少ないと自励発振特性が得られず、また多すぎると自励発振特性は得られるが、電流−光出力特性に変曲点が現れる場合がある。即ち、光吸収量が多いとレーザ発振にいたらず更に電流を増やすことで一挙にレーザ発振し、電流−光出力特性に変曲点が現れる場合がある。図１は、この電流−光出力特性に変曲点がある場合を示している。
特開平６−１９６８１０号公報

半導体レーザを光ディスクに搭載する場合を想定して、温度や光出力などの実際の使用条件範囲で確実に自励発振する素子を得るために、この可飽和吸収量が出来るだけ多くなるようにしたい。しかし、可飽和吸収量が多くなると電流−光出力（Ｉ−Ｐ）特性に変曲点が現れやすくなり、また先に述べたように様々な要因で可飽和吸収量がばらつき、個々の素子で変曲点の光出力もばらつきがでる。

この変曲点は、図１からもわかるように電流と光出力の関係が急激に変化している点である。このため、変曲点近傍では、電流の変化量に対する光出力の変化量（つまり、図１のグラフの傾き）が急激に変化し、光出力が不安定になる。

この光出力が不安定な変曲点近傍で、半導体レーザを実際のピックアップに使用した場合、光ディスク盤面からの反射戻り光や温度変化等により光出力が不安定となり雑音発生の要因となる。そのため、実際のピックアップでは、半導体レーザは、通常、変曲点近傍を避けて、変曲点での光出力よりも高い光出力で使用される。しかし、先に述べたように変曲点での光出力は、素子個々によりばらついており、このばらつきを抑えることが困難なので、上記雑音発生を抑えることも困難であった。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、安定な光出力特性を有し、かつ、実際のピックアップに使用した場合に雑音発生を抑えることができる半導体レーザ素子を簡易に選別することができる半導体レーザ素子の検査方法を提供するものである。

本発明の半導体レーザ素子の検査方法は、半導体レーザ素子の電流−光出力特性を測定し、測定された電流−光出力特性における変曲点での光出力値と、所定の基準値と比較することにより、素子の良否を判断することを特徴とする。

本発明によれば、変曲点での光出力値と所定の基準値を比較して、半導体レーザ素子の良否を判断する。例えば、変曲点での光出力値が上記基準値以下であれば、良品であり、上記基準値を超えれば、不良品であると判断する。この判断に基づいて、容易に良品を選別することができる。この選別された半導体レーザ素子は、変曲点での光出力が十分に小さいので、安定な光出力特性を有し、かつ、実際のピックアップに使用した場合に雑音発生を抑えることができる

本発明の半導体レーザ素子の検査方法は、半導体レーザ素子の電流−光出力特性を測定し、測定された電流−光出力特性における変曲点での光出力値と、所定の基準値と比較することにより、素子の良否を判断することを特徴とする。

変曲点での光出力値と、所定の基準値との比較は、主に次の２通りの方法で行うことができる。

１．第１の方法
第１の方法では、電流−光出力特性の微分の変化から変曲点を判定して、判定された変曲点での光出力値を所定の基準値と比較する。変曲点での光出力値は、例えば、電流−光出力特性の微分が最大になった時の光出力値とすることができる。以下、図２を用いて本方法について具体的に説明する。図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ、変曲点がある場合、ない場合の電流−光出力特性とその微分効率の一例を示すグラフである。

図２（ａ）、（ｂ）において、グラフ１は、半導体レーザ素子に加える電流値を例えば０．１ｍＡずつ増加させ、各電流値において光出力を測定して得られる。グラフ３は、グラフ１を微分することによって得られる。グラフ１の微分は、光出力の変化量を電流値の変化量で除することによって求めることができる。すなわち、光出力の測定をＮ点の電流値で行い、点ｘ（ｘは、１〜Ｎ）での電流値と光出力値をそれぞれＩ（ｘ），Ｐ（ｘ）とすると、電流−光出力（Ｉ−Ｐ）特性の任意の電流値Ｉ（ｘ）での微分ｄＰ（ｘ）／ｄＩ（ｘ）は、
ｄＰ（ｘ）／ｄＩ（ｘ）＝［Ｐ（ｘ＋１）−Ｐ（ｘ）］／［Ｉ（ｘ＋１）−Ｉ（ｘ）］
となる（但し、ｘは、１〜Ｎ−１）。

図２（ａ）と（ｂ）のグラフ３を互いに比較すると、図２（ａ）のグラフ３は、鋭い極大を有しているが、図２（ｂ）のグラフ３は、極大を有していないことが分かる。図２（ａ）のグラフ３の鋭い極大点は、微分ｄＰ（ｘ）／ｄＩ（ｘ）が最大になる点でもあり、この点が変曲点となる。従って、この点での光出力が、変曲点での光出力となる。

このようにして得られた変曲点での光出力値と、所定の基準値とを比較する。所定の基準値は、実際にピックアップで使用する光出力よりも小さい値を設定し、また使用環境等が変動しても、変曲点がピックアップの使用光出力にならないように設定する。通常読み取り用のピックアップの光出力設定は、３ｍＷ程度であるため、所定の基準値は、２ｍＷ程度以下とする。

上記比較の結果、変曲点での光出力値が上記基準値以下であれば、良品であり、上記基準値を超えれば、不良品であると判断する。この判断に基づいて、容易に良品を選別することができる。この選別された半導体レーザ素子は、変曲点での光出力が十分に小さいので、安定な光出力特性を有し、かつ、実際のピックアップに使用した場合に雑音発生を抑えることができる。

２．第２の方法
第２の方法では、変曲点での光出力値と、所定の基準値との比較は、所定の基準値をＰ１として、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３が成り立つ任意の光出力値Ｐ２，Ｐ３とし、各光出力値に対応する電流−光出力特性における３点が実質的に直線状に並ぶか否かによって行われる。第２の方法では、変曲点そのものを求めるのではなく、変曲点での光出力値が、所定の基準値より大きいか又は小さいかを判断する。半導体レーザ素子の良否を判定するには、変曲点での光出力値が所定の基準値より大きいか又は小さいかを判断すれば十分だからである。

半導体レーザ素子の電流−光出力特性は、通常、変曲点以外では実質的に直線状である。このため、変曲点での光出力値が所定の基準値よりも小さい場合、Ｐ１〜Ｐ３の間には変曲点はなく、Ｐ１，Ｐ２及びＰ３にそれぞれ対応する３点は、電流−光出力特性において実質的に直線状に並ぶ。一方、変曲点での光出力値が所定の基準値よりも大きい場合、Ｐ１とＰ３の差を十分に大きくすると、変曲点は、Ｐ１〜Ｐ３の間にある。このとき、Ｐ１，Ｐ２及びＰ３にそれぞれ対応する３点は、電流−光出力特性において直線状に並ばない。従って、Ｐ１，Ｐ２及びＰ３にそれぞれ対応する電流−光出力特性における３点が実質的に直線状に並ぶか否かを判断することによって、変曲点での光出力値が、所定の基準値より大きいか又は小さいかを判断することができる。

上記３点が実質的に直線状に並ぶか否かは、上記３点のうちの指定した２点間のデータから近似直線を求め、残りの点についての電流値と前記直線との交点の光出力値を求め、求めた光出力値と前記残りの点の光出力値との光出力差で判定することができる。指定した２点間のデータから近似直線を求める方法としては、（１）指定した２点（例えばＰ１及びＰ２，Ｐ１及びＰ３，又はＰ２及びＰ３）を通る直線を求める方法、（２）指定した２点間の複数のデータ（例えばＰ１及びＰ２間の複数のデータ，又はＰ２及びＰ３間の複数のデータ）から最小二乗法により近似直線を求める方法などがある。いずれの場合であっても、上記３点のうちの残りの点が求めた直線上に載っているかどうかで、上記３点が実質的に直線状に並ぶか否かを判定することができる。

以下、図３及び４を用いて、指定した２点間の複数のデータから最小二乗法により近似直線を求める場合を例にとって、本方法をさらに具体的に説明する。図３及び４において、（ａ），（ｂ）は、それぞれ、変曲点での光出力値が、所定の基準値より大きい場合、及び小さい場合の電流−光出力特性と近似曲線の一例を示すグラフである。図３は、指定した２点がＰ１及びＰ２に対応する場合についてのものであり、図４は、指定した２点がＰ２及びＰ３に対応する場合についてのものである。以下、それぞれの場合について詳述する。

２−１．指定した２点がＰ１及びＰ２に対応する場合
まず、図３（ａ），（ｂ）で示すように、所定の光出力の基準値をＰ１として、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３が成り立つ３点の光出力値を指定する。

次に、この中のＰ１，Ｐ２点間の電流値と光出力値Ｉ（ｘ），Ｐ（ｘ）のデータより近似直線を求める。近似直線は、光出力Ｐ＝電流Ｉ×ａ＋ｂとおいた場合、最小二乗法より、ａ，ｂは以下のように求められる。

ａ＝［Ｎ×Σ（Ｉ（ｘ）＋Ｐ（ｘ）−ΣＩ（ｘ）×ΣＰ（ｘ））／［Ｎ×ΣＩ（ｘ）²−（ΣＩ（ｘ））²］；
ｂ＝［Ｐ（ｘ）−ａ×ΣＩ（ｘ）］／Ｎ；
ここで、Ｎ：指定した２点間のデータ数、Ｉ（ｘ）：指定した２点間の任意の電流値、Ｐ（ｘ）：電流値Ｉ（ｘ）時の光出力値である。

次に、指定した光出力値Ｐ３時の電流値Ｉ３と、求めた近似直線との交点となる光出力Ｐｘを求める。このとき、指定した光出力Ｐ３と近似直線の交点より求めた光出力Ｐｘとの差ΔＰｏは、ΔＰｏ＝Ｐｘ−Ｐ３となる。

図３（ａ）からわかるように、変曲点での光出力が、所定の光出力の基準値Ｐ１を超える場合、ΔＰｏの値が大きくなる。また、図３（ｂ）のように、変曲点での光出力が、所定の光出力の基準値Ｐ１以下の場合、ΔＰｏの値は非常に小さくなる。従って、このΔＰｏの値が所定の基準値を超えるか否かによって、変曲点での光出力が所定の光出力の基準値Ｐ１を超えるか否かを判断することができる。

２−２．指定した２点がＰ２及びＰ３に対応する場合
まず、図４（ａ），（ｂ）で示すように、所定の光出力の基準値をＰ１として、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３が成り立つ３点の光出力値を指定する。次に、２−１と同様の方法により、Ｐ２，Ｐ３点間の電流値と光出力値Ｉ（ｘ），Ｐ（ｘ）データより近似直線を求める。

次に、指定した光出力値Ｐ１時の電流値Ｉ１と、求めた近似直線との交点となる光出力Ｐｘを求める。このとき、指定した光出力Ｐ１と近似直線の交点より求めた光出力Ｐｘとの差ΔＰｏは、ΔＰｏ＝Ｐｘ−Ｐ１となる。

図４（ａ）からわかるように、変曲点での光出力が、所定の光出力の基準値Ｐ１を超える場合、ΔＰｏの値が大きくなる。また、図４（ｂ）のように、変曲点での光出力が、所定の光出力の基準値Ｐ１以下の場合、ΔＰｏの値は非常に小さくなる。従って、このΔＰｏの値が所定の基準値を超えるか否かによって、変曲点での光出力が所定の光出力の基準値Ｐ１を超えるか否かを判断することができる。

上記のいずれの方法によっても、変曲点での光出力値と、所定の基準値との比較を行うことができ、半導体レーザ素子の良否を判断することができる。

本発明の方法は、主に、自励発振型半導体レーザ素子の検査に適したものであるが、変曲点の存在が問題となるその他の半導体レーザ素子に対しても同様に適用することができる。また、本発明の方法は、ＤＶＤ用、ＣＤ用、青色レーザ等で適応でき、また、ＣＤ／ＤＶＤ２波長型レーザでも同様に検査できる。

変曲点がある場合の電流−光出力特性を示すグラフである。 （ａ）変曲点がある場合、（ｂ）ない場合の電流−光出力特性とその微分効率の一例を示すグラフである。 変曲点での光出力値が、所定の基準値より（ａ）大きい場合、及び（ｂ）小さい場合の電流−光出力特性と近似曲線の一例を示すグラフであり、指定した２点がＰ１及びＰ２に対応する場合についてのものである。 変曲点での光出力値が、所定の基準値より（ａ）大きい場合、及び（ｂ）さい場合の電流−光出力特性と近似曲線の一例を示すグラフであり、指定した２点がＰ２及びＰ３に対応する場合についてのものである。

Claims (7)

1. 半導体レーザ素子の電流−光出力特性を測定し、
   測定された電流−光出力特性における変曲点での光出力値と、所定の基準値と比較することにより、素子の良否を判断することを特徴とする半導体レーザ素子の検査方法。
2. 変曲点は、電流−光出力特性の微分の変化から判定することを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 電流−光出力特性の微分が最大になった時の光出力を変曲点の光出力とする請求項２に記載の検査方法。
4. 変曲点での光出力値と、所定の基準値との比較は、
   所定の基準値をＰ１として、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３が成り立つ任意の光出力値Ｐ２，Ｐ３とし、各光出力値に対応する電流−光出力特性における３点が実質的に直線状に並ぶか否かによって行われる請求項１に記載の検査方法。
5. 前記３点が実質的に直線状に並ぶか否かは、
   前記３点のうちの指定した２点間のデータから近似直線を求め、残りの点についての電流値と前記直線との交点の光出力値を求め、求めた光出力値と前記残りの点の光出力値との光出力差で判定することを特徴とする請求項４に記載の検査方法。
6. 前記３点のうちの指定した２点は、Ｐ１及びＰ２、又はＰ２及びＰ３に対応する請求項５に記載の検査方法。
7. 所定の基準値は、２ｍＷ以下である請求項１に記載の検査方法。

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