JP2007220826A

JP2007220826A - 半導体レーザ素子の検査方法

Info

Publication number: JP2007220826A
Application number: JP2006038513A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakabayashi; 隆志中林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-02-15
Also published as: JP4677922B2

Abstract

【課題】寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子を適切に選別する。
【解決手段】被検査半導体レーザ素子の特性を測定し、その素子に所定の光出力Ｐ_Ｄを発光させ、その後、被検査素子の特性を再測定する。発光の前後における特性の変動度が大きな被検査素子を、寿命時間の短い不良品として選別する。
【選択図】図３

Description

この発明は、半導体レーザ素子を検査して、寿命時間の短い不良品を選別する方法に関する。

半導体レーザ素子を検査して不良品を選別する様々な方法が知られている。例えば、下記の非特許文献１に開示される方法は、絶対最大定格前後の定電流モード（ＡＣＣモード）または定光出力モード（ＡＰＣモード）でレーザ素子を連続駆動し、９６時間が経過した時点で特性が顕著に変動する素子を不良品として選別する。この方法では、特性の変動を加速するため、１００℃や７０℃といった高温下でレーザ素子を駆動する。

また、下記の特許文献１に開示される方法は、３０℃以上の高温下で半導体レーザ素子の最大光出力を測定することにより、そのレーザ素子のＣＯＤレベルを求め、ＣＯＤレベルの低いレーザ素子を不良品と判定する。ここで、ＣＯＤレベルとは、レーザ素子の共振器端面の光学損傷（Catastrophic Optic Damage：ＣＯＤ）による光出力の上限を意味する。

更に、下記の特許文献２には、半導体レーザ素子を高温状態と低温状態に交互に保持する熱サイクルを実行しながらレーザ素子に駆動電流を供給し、突然劣化を起こす半導体レーザ素子を不良品として取り除くスクリーニング方法が開示されている。
特開平１１−２６８６９号公報特開２０００−７７７９３号公報テルコーディア・テクノロジー（Telcordia Technolgies）、「ＧＲ−４６８−ＣＯＲＥ」、１９９８年１２月１日、４−１１〜４−１２

ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰからなる活性層を有する半導体レーザ素子に関しては、高温下で大電流を供給することで、寿命時間の短い不良品の特性が十分に変動する。このため、素子への通電の前後における特性の変動を調べれば、不良品を選別することができる。しかし、ＩｎＰ基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＡｓからなる活性層を有する半導体レーザ素子に関しては、高温下で大電流を供給しても、寿命時間の短い不良品の特性を十分に変動させることは難しいことが分かった。

そこで、本発明は、寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子を適切に選別することの可能な半導体レーザ素子の検査方法を提供することを課題とする。

本発明は、半導体レーザ素子を検査する方法に関する。この方法は、半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力と半導体レーザ素子の寿命時間との相関に基づいて、寿命時間の所定の値に対応する光出力を決定するステップと、被検査半導体レーザ素子の特性を測定するステップと、この特性の測定の後、被検査半導体レーザ素子に前記決定された光出力を発光させるステップと、前記決定された光出力の発光の後、被検査半導体レーザ素子の前記特性を再測定するステップと、前記決定された光出力の発光の前後に測定された特性から、その特性の変動度を求めるステップと、この変動度を所定の閾値と比較し、その比較の結果に応じて被検査半導体レーザ素子を選別するステップを備えている。

本発明者の知見によれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子では、電流よりも光出力による劣化が支配的である。つまり、大きな駆動電流を素子に供給するよりも、大きな光出力を素子に発光させた方が、劣化が起こりやすい。駆動電流が一定のとき、半導体レーザ素子の光出力は素子の温度が高いほど低下するので、非特許文献１の方法では、半導体レーザ素子の光出力はあまり大きくない。したがって、非特許文献１の方法では、寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子の特性を効率良く変動させることができず、その素子を不良品として選別することは難しい。

これに対し、本発明では、半導体レーザ素子に所定の光出力を発光させ、発光の前後における特性の変動度を調べる。この所定の光出力は、半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力と半導体レーザ素子の寿命時間との相関に基づいて決定される。半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力は、半導体レーザ素子の光出力に対する耐性を示しており、この耐性が高いほど、長期にわたって劣化が起こりにくい。このため、上記の相関に基づいて決定された光出力を発光したときに特性を大きく変動させる半導体レーザ素子は、光出力に対する耐性が低く、所定の時間（寿命時間の所定の値）が経過するまでに劣化を起こしやすい。したがって、この決定された光出力の発光の前後における特性の変動度に基づいて、所定の時間よりも寿命時間の短い素子を選別することができる。

光出力の発光は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子の主要な劣化要因なので、寿命の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子の特性は、上記の相関に基づいて決定された光出力の発光により効率良く変動する。したがって、本発明によれば、寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子を適切に選別することができる。

光出力を決定するステップは、複数のサンプル半導体レーザ素子からなる第１及び第２の母集団を用意し、第１の母集団中の各サンプル半導体レーザ素子に同一の光出力を発光させ、その発光の開始から突然劣化が起こるまでに要する時間を寿命時間として測定し、この寿命時間の度数分布を求めると共に、第２の母集団中の各サンプル半導体レーザ素子について、当該サンプル半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力を測定し、当該光出力の度数分布を求めるステップと、寿命時間の度数分布と光出力の度数分布との相関を求めるステップと、この相関に基づいて、寿命時間の所定の値に対応する光出力を決定するステップを含んでいてもよい。この手順により、半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力と半導体レーザ素子の寿命時間との相関を適切に求めることができる。

被検査半導体レーザ素子に前記決定された光出力を発光させるステップは、被検査半導体レーザ素子にパルス電流を供給して、前記決定された光出力を発光させてもよい。パルス電流を使用することで、被検査半導体レーザ素子の発熱を抑え、より大きな光出力を得ることができる。通常、前記決定された光出力は被検査半導体レーザ素子の実使用時の光出力よりも大きくなるが、素子の発熱を抑えることで、このような大きな光出力を得ることが容易になる。

このパルス電流は、１μｓｅｃ以下のパルス幅を有していることが好ましい。一般に、半導体レーザ素子の熱時定数は１ＭＨｚ前後である。したがって、パルス幅が１μｓｅｃ以下だと、半導体レーザ素子の発熱が電流の変動に追従できなくなる。この結果、半導体レーザ素子の発熱を確実に抑えることができる。

上記の特性の好ましい例としては、被検査半導体レーザ素子の閾値電流、被検査半導体レーザ素子のスロープ効率、被検査半導体レーザ素子に所定の順方向電圧を印加したときに被検査半導体レーザ素子を流れる順方向電流、被検査半導体レーザ素子に所定の逆方向電圧を印加したときに被検査半導体レーザ素子を流れる逆方向電流を挙げることができる。

半導体レーザ素子の突然劣化は、素子に含まれる活性層中の結晶欠陥の量が増えることにより起こると考えられる。短い時間で突然劣化を起こす半導体レーザ素子は、もともと結晶欠陥が増えやすい性質を有している。このような半導体レーザ素子は、負荷に対して弱いため、発光によって結晶欠陥を増やしやすい。上記で例示した特性は、活性層中の結晶欠陥の量を敏感に反映する。したがって、これらの特性の変動度を調べることで、寿命の短い半導体レーザ素子を良好に選別することができる。

本発明の検査方法は、寿命の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子を適切に選別することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本発明に係る半導体レーザ素子の検査方法の原理を説明する。ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓＰからなる活性層を有するＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ素子では、電流による劣化が支配的と考えられている。そのため、高温下で大電流をレーザ素子に流す従来の検査方法は、寿命時間の短いＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ素子の特性を効率良く変動させて、その選別を可能にする。

しかし、本発明者は、ＩｎＰ基板上に形成されたＡｌＧａＩｎＡｓからなる活性層を有するＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子では、電流よりも光出力による劣化が支配的であることを見出した。高温下でレーザ素子に電流を供給する従来の方法では、レーザ素子が発する光出力はあまり大きくない。したがって、従来の方法では、寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子の特性を効率良く変動させることができず、そのようなレーザ素子の選別は難しい。

そこで、本発明者は以下の考察を行った。半導体レーザ素子の寿命試験では、半導体レーザ素子を連続的に駆動し、その光出力が一定になるように、半導体レーザ素子に供給する駆動電流を制御する。寿命試験を行うと、半導体レーザ素子の劣化は、徐々に特性が劣化する摩耗故障と、特性が突然大きく劣化する突然劣化に大別されることが分かる。

ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子では、摩耗故障によって必要な特性が得られなくなるまでに十分に長い時間がかかる。したがって、ＡｌＧａＩｎＡｓ系素子の平均寿命時間を縮めているのは、必要な寿命時間が経過する前に発生する突然劣化である。

突然劣化は、半導体レーザ素子の活性層中の結晶欠陥の量がある水準以上に増加したために、レーザ素子の発光時に活性層や共振器端面が破壊されることにより発生すると考えられる。結晶欠陥は、時間の経過とともに増加するだけでなく、半導体レーザ素子に大きな駆動電流を流したり大きな光出力を発光させたりといったように、半導体レーザ素子に高い負荷を加えることによっても増加する。したがって、半導体レーザ素子に十分に大きな光出力を発光させれば、結晶欠陥の量が瞬時に水準を超え、劣化が起きることになる。

半導体レーザ素子に劣化を起こす最小の光出力を「臨界出力」と呼ぶことにする。臨界出力は、素子の光出力に対する耐性を表している。寿命試験における突然劣化は、臨界出力の値が素子の連続的な発光によって徐々に低下していき、寿命試験での光出力以下になったときに発生する。そして、短い時間で突然劣化を起こす素子は、それが製造された時点で既に、光出力に対する耐性が低いと考えられる。

図１は、半導体レーザ素子の臨界出力と時間との関係の一例を示すグラフである。素子を連続的に駆動すれば、時間の経過するにつれて結晶欠陥が増えるので、図１に示されるように、臨界出力は徐々に低下していき、より低い光出力で突然劣化が生じるようになる。

なお、図１では、臨界出力が時間に対して線形に変化しているが、非線形に変化する場合もある。しかし、いずれの場合でも、臨界出力は時間の経過とともに低下し、より低い光出力で突然劣化が生じるようになる。

図１の実線は、相対的に長い寿命時間を有する半導体レーザ素子の臨界出力を示し、破線は、より寿命時間の短い半導体レーザ素子の臨界出力を示している。臨界出力が寿命試験における半導体レーザ素子の光出力Ｐ０以下になると、突然劣化が起こる。素子の発光開始から突然劣化が起こる時点までに経過した時間ｔ１、ｔ２を、半導体レーザ素子の寿命時間とみなすことができる。

図１に示されるように、寿命時間の短い半導体レーザ素子は、初期の状態において光出力に対する耐性、すなわち臨界出力が低い。つまり、初期状態において、寿命時間の短い素子の臨界出力Ｐ２は、寿命時間の長い素子の臨界出力Ｐ１よりも低い。これは、短い時間で突然劣化を起こす寿命時間の短い半導体レーザ素子は、もともと結晶欠陥が増えやすい性質を有しているためである。このような半導体レーザ素子は、負荷に対して弱いため、光出力の発光によって結晶欠陥を増やしやすい。したがって、光出力を半導体レーザ素子に発光させ、その発光の前後における結晶欠陥の増加量を調べることで、半導体レーザ素子の寿命時間の長短を判別することができる。結晶欠陥の増加は、半導体レーザ素子の様々な特性に反映される。発光によって結晶欠陥が増加するほど、特性の変動度は大きい。

本実施形態に係る方法は、上記の原理に基づいて半導体レーザ素子を検査する。まず、図２を参照しながら、検査中に半導体レーザ素子に発光させる光出力Ｐ_Ｄを決定する方法を説明する。図２は、光出力Ｐ_Ｄの決定方法を示すフローチャートである。

本実施形態では、この光出力Ｐ_Ｄを、半導体レーザ素子の寿命時間と上述した臨界出力との相関に基づいて決定する。まず、複数のサンプル半導体レーザ素子（以下、単に「サンプル」と呼ぶ）からなる第１の母集団を用意し、各サンプルに対して寿命試験を行う（ステップＳ２０２）。サンプルとしては、後で検査すべき半導体レーザ素子と同等とみなせるものを使用する。例えば、検査すべき素子と同じ製造方法で製造された素子をサンプルとして使用することができる。

この寿命試験では、サンプルを連続的に駆動し、その光出力が所定の一定値になるように駆動電流を自動的に制御する。突然劣化が生じると、光生成効率が低下するため、それを補おうとして駆動電流が急激に上昇する。したがって、駆動電流の大きさを監視することで、突然劣化が起きた時点を知ることができる。本実施形態では、サンプルの発光開始から突然劣化が起こるまでに経過した時間を、そのサンプルの寿命時間とみなす。

一般に、半導体レーザ素子の寿命試験を短時間で終えるためには、素子の実使用時に加えられる負荷よりも高い負荷（例えば、電流負荷、温度負荷、光密度負荷）を素子に加えることが有効である。実使用時の寿命時間に対する高負荷時の寿命時間の短縮率は、通常の信頼性試験により素子の活性化エネルギーを求めるなどの手法により求めることができる。この短縮率と、高負荷時に求めた寿命時間とから、実使用時の寿命時間を算出することができる。

本実施形態では、寿命試験の時間短縮のため、高温下で測定した寿命時間から室温（２５℃）下での寿命時間を求める。室温下での寿命時間を求めるのは、後述する半導体レーザ素子の特性の測定（ステップＳ４０２及びＳ４０６）を室温下で行うからである。

具体的には、第１の母集団を二つ以上の小集団に分け、小集団ごとに異なる温度下で上記の寿命試験を行う。これらの温度は、室温よりも十分に高く、例えば７０℃や８５℃である。各小集団中の各サンプルについて測定された寿命時間から、各温度下での寿命時間の度数分布（ヒストグラム）を求める。本実施形態では、寿命時間の測定値を正規分布でフィッティングすることにより度数分布を求める。各温度下での度数分布から、例えば外挿法により、室温下での寿命時間の度数分布を算出することができる。

次に、別の複数のサンプルからなる第２の母集団を用意し、各サンプルの臨界出力を測定する（ステップＳ２０４）。具体的には、室温下で各サンプルに駆動電流を供給して発光させ、各サンプルの活性層中の結晶欠陥の量を反映する特性を測定する。これらのサンプルも、後で検査すべき半導体レーザ素子と同等とみなせる素子である。

測定するのに適した特性として、半導体レーザ素子の閾値電流やスロープ効率が挙げられる。これらの特性は、素子の活性層における結晶欠陥の量を敏感に反映する。結晶欠陥が増えると、閾値電流が増加し、スロープ効率が低下する。また、半導体レーザ素子に所定の順方向電圧を印加したときにその素子を流れる順方向電流や、半導体レーザ素子に所定の逆方向電圧を印加したときにその素子を流れる逆方向電流も、活性層中の結晶欠陥の量を敏感に反映する。例えば、正常な半導体レーザ素子に順方向に０．２Ｖの電圧を印加すると、通常、１ｎＡ程度の順方向電流が流れるが、半導体レーザ素子が劣化すると、１０ｎＡ程度まで増加する場合がある。また、正常な半導体レーザ素子に逆方向に２Ｖの電圧を印加すると、通常、１０ｎＡ程度の逆方向電流が流れるが、半導体レーザ素子が劣化すると、５０ｎＡ程度まで増加する場合がある。

ステップＳ２０４では、室温下で各サンプルの光出力を徐々に上昇させながら特性を測定する。発光による劣化が起こるまで特性はほとんど変動しないが、劣化が起こると特性が変動する。そこで、本実施形態では、特性の変動度が所定の閾値を超えたときに劣化が起こったと判断し、そのときの光出力を臨界出力とみなす。この変動度は、発光開始時の特性値に対する現在の特性値の比であってもよいし、発光開始時から現在までの特性値の変動量であってもよい。そして、各サンプルについて測定された臨界出力から、臨界出力の度数分布を求める。本実施形態では、臨界出力の測定値を正規分布でフィッティングすることにより度数分布を求める。

なお、ステップＳ２０２とＳ２０４は、逆の順序で実施してもよいし、並行して実施してもよい。

図３は、こうして測定された寿命時間の度数分布２０及び臨界出力の度数分布２２を示す概略図である。図３において、縦軸は寿命時間、横軸は臨界出力を表す。上述のように、寿命試験において短い経過時間で突然劣化を起こす半導体レーザ素子は、初期の状態において、光出力に対する耐性が低い。逆に、光出力に対する耐性が高い素子ほど、寿命試験において突然劣化を起こすまでの時間が長い。このように、寿命時間と臨界出力との間には相関がある。

そこで、度数分布２０及び２２を用いて、寿命時間と臨界出力との相関関数を決定する（ステップＳ２０６）。本実施形態では、図３に示されるように、相関関数を一次関数２４とみなす。以下では、この一次関数２４を「寿命出力相関関数」と呼ぶ。寿命出力相関関数２４は、例えば、二つの度数分布のピーク値同士の交点と、二つの度数分布のピーク値に対し標準偏差（σ_ｔ、σ_ｐ）を加算または減算した値同士の交点とを結ぶ直線として決定される。

次に、良品として選別したい半導体レーザ素子の寿命時間の下限ｔ_Ｄを任意に定め、寿命出力相関関数２４によってこの寿命時間ｔ_Ｄに対応付けられる臨界出力の値Ｐ_Ｄを算出する（ステップＳ２０８）。このＰ_Ｄが、半導体レーザ素子の検査において当該素子に発光させる光出力の値である。以下では、ｔ_Ｄを「保証寿命時間」、Ｐ_Ｄを「検査出力」と呼ぶことにする。

以下では、図４を参照しながら、半導体レーザ素子の検査方法を具体的に説明する。図４は、この検査方法を示すフローチャートである。

まず、室温（２５℃）の下で、被検査半導体レーザ素子の所定の特性を測定する（ステップＳ４０２）。測定する特性は、活性層中の結晶欠陥の量を反映するものとする。好ましい特性の例としては、上述した閾値電流、スロープ効率、順方向電流、及び逆方向電流が挙げられる。

次に、室温下で被検査素子に駆動電流を供給し、検査出力Ｐ_Ｄを発光させる（ステップＳ２０４）。被検査素子の寿命時間が保証寿命時間ｔ_Ｄよりも短い場合、この検査出力Ｐ_Ｄは被検査素子の特性を十分に大きく変動させることになる。

検査出力Ｐ_Ｄは、通常、被検査素子の実使用時最大光出力よりも大きい。ここで、図５を参照しながら、実使用時最大光出力について説明する。図５は、様々な温度下における半導体レーザ素子の光出力と駆動電流との関係を例示している。ここで、符号１０は低温（−２０℃）、１２は室温（２５℃）、１４は高温（８５℃）での光出力と電流との関係を示している。

光通信用の半導体レーザ素子は、通常、オートパワーコントロール（以下、「ＡＰＣ」）回路に接続されて使用される。ＡＰＣ回路は、レーザ素子の光出力を監視し、これが所定の目標値になるようにレーザ素子用の駆動回路をフィードバック制御して、温度によらず一定の光出力を実現する。このような半導体レーザ素子の出力制御がオートパワーコントロールと呼ばれる。

半導体レーザ素子にディジタル光信号を生成させる場合、ＡＰＣ回路によって一定に制御されるのは、レーザ素子の平均出力となる。ＡＰＣ回路は、通常、消光比も温度によらず一定に制御するので、結果として、１レベル（オンレベル）の光出力も、温度によらず一定に制御される。図５では、この１レベルの光出力がＰ_ＯＮで表されている。このように、所定の使用温度範囲でオートパワーコントロールが行われる際、一定に保たれる１レベルの光出力Ｐ_ＯＮを実使用時最大光出力と呼ぶ。

図５に示されるように、半導体レーザ素子は高温になるほどその光出力が低下するので、所定の温度範囲でオートパワーコントロールを行う場合、光出力は高温下で生成可能な大きさに制限される。その結果、低温下では、レーザ素子が生成可能な最大の光出力よりも小さい光出力が生成されることになる。

上述のように、ステップＳ４０４では、通常、実使用時最大光出力Ｐ_ＯＮを超える光出力Ｐ_Ｄを被検査素子に発光させる。更に述べると、Ｐ_Ｄは被検査素子の最大定格光出力を超えることも多い。このような高い光出力を得るため、ステップＳ４０４では、２５℃以下の温度下で被検査素子を駆動することが好ましい。

被検査素子に供給する駆動電流は、ＣＷ（連続波）電流であってもよいが、パルス電流であると好適である。パルス電流を使用すると、素子自身の発熱が抑制されるので、大きな光出力を得やすくなる。

このパルス電流のパルス幅は１μｓｅｃ以下であることが好ましい。半導体レーザ素子の熱時定数は、通常、１ＭＨｚ程度である。従って、パルス幅を１μｓｅｃ以下にすれば、被検査素子の発熱はパルス電流に追従できない。この結果、被検査素子の発熱を確実に抑えることができる。

被検査素子に光出力Ｐ_Ｄを発光させた後は、室温下で被検査素子の上記の特性を再び測定する（ステップＳ４０６）。続いて、発光の前後において、測定した特性に変動があるか否かを判断する（ステップＳ４０８）。具体的には、発光の前後に取得した測定値から特性の変動度を算出し、その変動度が所定の閾値を超えるか否かを判断する。この変動度は、発光前の特性値に対する発光後の特性値の比であってもよいし、発光の前後における特性値の変動量であってもよい。

発光の前後における特性の変動度が閾値以下の場合は、特性に変動がないと判断される（ステップＳ４０８にてＮｏ）。この場合、被検査素子は、保証寿命時間ｔ_Ｄ以上の寿命時間を有する良品として選別される（ステップＳ４１０）。一方、変動度が閾値を超える場合は、特性に変動があると判断される（ステップＳ４０８にてＹｅｓ）。この場合、被検査素子は、保証寿命時間ｔ_Ｄよりも寿命時間の短い不良品として選別される（ステップＳ４１２）。なお、駆動電流を増加しても光出力が検査出力Ｐ_Ｄに達しなかった被検査素子も不良品として選別される。

このように、寿命時間の短い被検査素子に検査出力Ｐ_Ｄを生成させると、結晶欠陥の量が比較的大きく増加し、それに応じて、被検査素子の特性が比較的大きく変動する。したがって、所定の閾値に対する特性変動度の大小に応じて、被検査素子が保証寿命ｔ_Ｄ以上の寿命時間を有するか否かを判定し、被検査素子を適切に選別することができる。

一般的な半導体レーザ素子は、以下の工程を経て組み立てられる。すなわち、（１）ウェハプロセス、（２）バー形成、（３）端面コーティング、（４）チップ化、（５）プロービング検査、（６）キャリアへのダイボンド、（７）ワイヤボンド、（８）初期特性検査、（９）ＡＣＣモードもしくはＡＰＣモード、またはその双方でのスクリーニング、（１０）初期特性検査である。（５）プロービング検査は、（４）チップ化の前に実施される場合もある。また、プロービング検査が省略される場合もある。（８）及び（１０）の初期特性検査のいずれか一方は省略される場合がある。本実施形態の検査方法は、上記の組み立て工程の中の（５）プロービング検査、（８）初期特性検査、または（１０）初期特性検査に良好に適用することができる。

以下では、本実施形態に係る検査の具体例を挙げる。この例では、実使用時最大光出力が１０ｍＷの１．３μｍ帯光通信用半導体レーザ素子を検査する。（８）初期特性検査において、２５℃または０℃の温度下で被検査素子を２０ｍＷまで発光させる。この発光の前後に、発光時と同じ温度下で、被検査素子に２Ｖの逆方向電圧を印加し、逆方向電流を測定する。発光後に逆方向電流が発光前に比べて５倍以上に増加した被検査素子、または発光後に逆方向電流が５０ｎＡ以上になった被検査素子を不良品として選別する。

以下では、本実施形態の利点を説明する。本実施形態では、検査すべき半導体レーザ素子に所定の検査出力Ｐ_Ｄを発光させ、発光の前後における素子の特性の変動度を調べる。この検査出力Ｐ_Ｄは、半導体レーザ素子の連続駆動によって突然劣化が起こるのに要する時間（すなわち寿命時間）と、半導体レーザ素子に瞬間的に劣化を起こす最小の光出力（すなわち臨界出力）との相関に基づいて決定される。臨界出力は、半導体レーザ素子の発光動作に対する耐性を示しており、臨界出力が大きい素子ほど、長期にわたって発光させても突然劣化が起こりにくい。したがって、寿命時間と臨界出力との相関に基づいて保証寿命ｔ_Ｄに対応付けられた検査出力Ｐ_Ｄを発光したときに特性を大きく変動させる半導体レーザ素子は、保証寿命ｔ_Ｄが経過するまでに突然劣化を起こしやすい。このため、検査出力Ｐ_Ｄの発光の前後における特性の変動度に基づいて、保証寿命ｔ_Ｄ以上の寿命時間を有する良品と保証寿命ｔ_Ｄ未満の寿命時間を有する不良品とを選別することができる。

光出力の発光は、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体レーザ素子の主要な劣化要因なので、寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系素子の特性は、上記の相関に基づいて決定された検査出力Ｐ_Ｄの発光により効率良く変動する。したがって、本実施形態の検査方法によれば、寿命時間の短いＡｌＧａＩｎＡｓ系素子を適切に選別することができる。

本実施形態では、被検査素子を高温下で発光させる必要がない。むしろ、高い検査出力Ｐ_Ｄを得るために、低温下で被検査素子を駆動することが好ましい。通常は、２５℃以下の温度下で検査出力Ｐ_Ｄを得ることができる。

本実施形態では、特性の測定（ステップＳ４０２）、発光（ステップＳ４０４）及び特性の再測定（ステップＳ４０６）を一定の温度下で実行する。このため、被検査素子の発光の前後で温度を変更する必要がないので、簡便な手順により短時間で検査を実施することができる。

ステップＳ４０２及びＳ４０６で測定する特性として、上述した閾値電流、スロープ効率、順方向電流または逆方向電流を選択すれば、寿命時間の短い半導体レーザ素子を更に良好に選別することができる。これらの特性は、活性層中の結晶欠陥の量を敏感に反映するので、これらの特性の変動度を調べることにより、検査出力Ｐ_Ｄの発光による結晶欠陥の増加を確実に検出することができる。この結果、素子の選別を良好に行うことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

被検査素子を発光させるステップＳ４０４は、特性を測定するステップＳ４０２及びＳ４０６と異なる温度下で実施してもよい。ただし、上述のように、一定温度下でステップＳ４０２〜Ｓ４０６を実施すれば、検査がより簡便になる。また、上記実施形態では、ステップＳ４０２〜Ｓ４０６を室温下で実施するが、他の温度下で実施してもよい。ただし、被検査素子に高い検査出力Ｐ_Ｄを発光させるためには、ステップＳ４０４を２５℃以下の温度で実施することが好ましい。

半導体レーザ素子の臨界出力と時間との関係の例を示すグラフである。検査中に半導体レーザ素子に発光させる光出力の決定方法を示すフローチャートである。寿命時間及び臨界出力の度数分布を示す概略図である。実施形態に係る半導体レーザ素子の検査方法を示すフローチャートである。様々な温度下における半導体レーザ素子の光出力と駆動電流との関係を示す図である。

符号の説明

２０…寿命時間の度数分布、２２…臨界出力の度数分布、２４…寿命出力相関関数。

Claims

半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力と半導体レーザ素子の寿命時間との相関に基づいて、前記寿命時間の所定の値に対応する光出力を決定するステップと、
被検査半導体レーザ素子の特性を測定するステップと、
前記特性の測定の後、前記被検査半導体レーザ素子に前記決定された光出力を発光させるステップと、
前記決定された光出力の発光の後、前記被検査半導体レーザ素子の前記特性を再測定するステップと、
前記決定された光出力の発光の前後に測定された前記特性から、前記特性の変動度を求めるステップと、
前記変動度を所定の閾値と比較し、その比較の結果に応じて前記被検査半導体レーザ素子を選別するステップと、
を備える半導体レーザ素子の検査方法。
前記光出力を決定するステップは、
複数のサンプル半導体レーザ素子からなる第１及び第２の母集団を用意し、前記第１の母集団中の各サンプル半導体レーザ素子に同一の光出力を発光させ、その発光の開始から突然劣化が起こるまでに要する時間を前記寿命時間として測定し、この寿命時間の度数分布を求めると共に、前記第２の母集団中の各サンプル半導体レーザ素子について、当該サンプル半導体レーザ素子が劣化を起こす光出力を測定し、当該光出力の度数分布を求めるステップと、
前記寿命時間の度数分布と前記光出力の度数分布との相関を求めるステップと、
この相関に基づいて、前記寿命時間の所定の値に対応する前記光出力を決定するステップと、
を含んでいる、請求項１に記載の半導体レーザ素子の検査方法。
前記被検査半導体レーザ素子に前記決定された光出力を発光させるステップは、前記被検査半導体レーザ素子にパルス電流を供給して、前記決定された光出力を発光させる、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子の検査方法。
前記パルス電流は１μｓｅｃ以下のパルス幅を有している、請求項３に記載の半導体レーザ素子の検査方法。
前記特性は、前記被検査半導体レーザ素子の閾値電流、前記被検査半導体レーザ素子のスロープ効率、前記被検査半導体レーザ素子に所定の順方向電圧を印加したときに前記被検査半導体レーザ素子を流れる順方向電流、または前記被検査半導体レーザ素子に所定の逆方向電圧を印加したときに前記被検査半導体レーザ素子を流れる逆方向電流である、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ素子の検査方法。