JP2012122919A

JP2012122919A - アレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置

Info

Publication number: JP2012122919A
Application number: JP2010275365A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nakamura; 中村　　聡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-28

Abstract

【課題】素子の電極に傷つけることなく、通電により発熱するレーザ素子からの排熱を促進できるアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置を提供する。
【解決手段】主面１ａに設けられた共通電極と、主面１ａに対向する主面１ｂに設けられた複数の個別電極３と、各個別電極３に対応した複数の発光点Ｑとを有するアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置であって、共通電極と電気接触するための共通コンタクト部材２０と、各個別電極３と電気接触するための電極パターン層３３を有する個別コンタクト部材３０とを備え、電極パターン層３３は、熱伝導性かつ電気絶縁性の基板３２上に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光点（エミッタ）を有するアレイ型半導体レーザ素子の通電試験を行うための装置に関する。

半導体レーザ素子の特性（例えば、光出力、波長）は、素子の温度に大きく影響されるため、通電試験時の素子温度をコントロールすることは、安定した特性試験を実施する上で重要である。

近年、各種レーザの高出力化要求に伴い、半導体レーザ素子についても高出力化したものが開発されている。特に高出力が要求される分野においては、発光点毎にレーザ素子を切り出さず、複数の発光点を有するアレイ型素子が用いられることが多い。

半導体レーザ素子の生産工程においては、他の半導体デバイスと同様、ウエハプロセス完了後、チップ分割やパッケージングを行う後工程の開始前に素子単体で素子特性を試験することが一般的である。

従来、素子電極に対して、単一のプロービングピンまたは複数配列したプロービングピンを接触させた状態で給電することにより、通電試験を実施している。プロービングピンが接触する素子電極の反対面は、一般に、共通の給電用電極が設けられる。また、素子を温度制御するため、給電電極内に温度制御器が設けられている。
例えば、特許文献１では、素子電極へのコンタクト方法として、プロービングピンを用いる方法が提案されている。また、特許文献２では、プロービングピンの代替として、絶縁性フィルム上に形成された電極パターンを使用することが提案されている。

特開２００２−４０１０１号公報特開２００５−１３４２２４号公報

しかしながら、特許文献１は、プロービングピンの接触によって、素子電極にプロービング痕が残ることがある。電極表面に凹凸が存在すると、組立時にワイヤ接続を行う場合は、接合不良を引き起こす。また、はんだ接合を行う場合は、接合後に応力の集中点となり、長期信頼性の観点で懸念材料となることが知られている。さらに、プロービングピンだけでは電極からの排熱が不充分である。プロービングピンの接触だけでは、電極面からプロービングピンへの伝熱量はわずかであるため、特に高発熱素子の場合、素子排熱が不十分で、試験結果が不安定になる可能性が高い。

また、特許文献２は、プロービングピンを使用しないため、電極のプロービング痕は回避できる。しかし、電極パターンを絶縁性フィルム上に設けているため、電極面からの排熱が困難であり、特許文献１と同様に、高発熱素子の場合、素子排熱が不十分で、試験結果が不安定になる可能性が高い。

このように高光出力対応半導体レーザ素子の場合、素子単体の試験において大電流を印加する必要があるが、通電に伴い素子が発熱するため、素子を試験に適した温度に制御することが、安定した試験を行う上で重要となる。また、高光出力対応半導体レーザ素子はパッケージに実装された状態では、従来の半導体レーザ素子に比べ素子温度が高温となるため、はんだ等の接合面内に応力の集中点があれば、長期信頼性の観点で懸念材料となることが知られている。

本発明の目的は、素子の電極に傷つけることなく、通電により発熱するレーザ素子からの排熱を促進できるアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、第１主面に設けられた共通電極と、第１主面に対向する第２主面に設けられた複数の個別電極と、各個別電極に対応した複数の発光点とを有するアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置であって、
共通電極と電気接触するための第１コンタクト部材と、
各個別電極と電気接触するための電極パターン層を有する第２コンタクト部材とを備え、前記電極パターン層は、熱伝導性かつ電気絶縁性の基板上に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、個別電極と電気接触するプローブを電極パターン層として形成しているため、電極での接触痕や凹凸の発生を防止することができる。また、電極パターン層を熱伝導性かつ電気絶縁性の基板上に形成することによって、レーザ素子の通電試験時に素子の排熱が促進されるため、素子の温度を適切に保ちながら通電試験を実施することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。アレイ型半導体レーザ素子の一例を示す斜視図である。共通コンタクト部材の内部にコンプライアンス機構を設けた例を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は、アレイ型半導体レーザ素子の一例を示す斜視図である。

アレイ型半導体レーザ素子１では、活性層の両側にＮ型半導体層およびＰ型半導体層を備えた積層構造が単一のレーザ素子として構成され、こうしたレーザ素子が半導体基板上に直線状に複数配列している。半導体基板の一方の主面１ａ（図３の下面）には、各レーザ素子の共通電極が設けられ、主面１ａに対向する他方の主面１ｂ（図３の上面）には、各レーザ素子を個別に通電するための複数の個別電極３が設けられる。アレイ型半導体レーザ素子１の光出射端面には、各レーザ素子ごとに複数の発光点Ｑが配列しており、個別電極３に電圧を印加すると、個別電極３に対応した発光点Ｑから光が放射される。

通電試験装置は、アレイ型半導体レーザ素子１の個々の発光点Ｑを独立に点灯したり、あるいは所望の電流を共通に印加して同時点灯することにより、電気的特性及び光特性を試験するための装置である。

図１に示すように、通電試験装置は、アレイ型半導体レーザ素子１の共通電極と電気接触するための共通コンタクト部材２０と、各個別電極３と電気接触するための電極パターン層３３を有する個別コンタクト部材３０とを備えており、電極パターン層３３は、熱伝導性かつ電気絶縁性の基板３２の上に形成されている。基板３２は、支持プレート３１に戴置される。

共通コンタクト部材２０は、金属などの導電性材料で形成され、可動クランプ機構によって保持されており、リード線（不図示）を経由して駆動回路および測定装置のコモン端子と電気接続される。一方、電極パターン層３３は、複数のリードパターンで構成され、各リードパターンの一端にはアレイ型半導体レーザ素子１の個別電極３の配置と適合したコンタクト部分がそれぞれ形成される。各リードパターンの他端は、リード線（不図示）を経由して駆動回路のドライブ端子および測定装置のプローブ端子と電気接続される。また、発光点Ｑの前方には、光強度や光強度分布を計測するための受光素子（不図示）が設置される。

本実施形態では、個別電極３にプローブを接触させる際、熱伝導性かつ電気絶縁性の基板３２上に形成した電極パターン層３３をプローブとして使用することによって、電極での接触痕や凹凸の発生を防止するとともに、通電試験時の素子排熱を促進し、安定した素子特性試験を実現している。

基板３２は、表面に電極パターン層３３を容易に形成できる点で、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＳｉＣ（炭化ケイ素）で形成することが好ましい。

共通コンタクト部材２０または個別コンタクト部材３０には、アレイ型半導体レーザ素子１を吸着するための吸着機構を設けてもよい。こうした吸着機構は、アレイ型半導体レーザ素子１の位置ずれを防止する機能を有し、例えば、アレイ型半導体レーザ素子１の主面に面する多数の開口と、各開口と連通した連通孔と、連通孔と真空ポンプとを接続するためのカプラなどで構成される。

また、共通コンタクト部材２０または個別コンタクト部材３０には、アレイ型半導体レーザ素子１との接触面のあおり角が可変になるコンプライアンス機構を設けてもよい。

図４は、共通コンタクト部材２０の内部にコンプライアンス機構を設けた例を示す断面図である。共通コンタクト部材２０は、可動クランプ機構によって保持される電極本体２３と、アレイ型半導体レーザ素子１の共通電極と接触する電極チップ２２と、電極本体２３と電極チップ２２を揺動自在に連結する弾性体２４などで構成される。こうした構成により、個別コンタクト部材３０および共通コンタクト部材２０がアレイ型半導体レーザ素子１を所定の圧力で挟持した場合、加工誤差等に起因した主面１ａ，１ｂのあおり角を吸収することができ、その結果、共通電極との接触の安定化が図られる。

また、共通コンタクト部材２０または個別コンタクト部材３０には、加熱器及び／又は冷却器を含む温度制御器と、温度計測用の温度センサとを設けてもよい。こうした構成により、通電試験時の素子発熱に起因した温度変動を抑制でき、素子温度の安定化が図られる。

また、通電試験装置は、電極パターン層３３のコンタクト部分と個別電極３との位置合わせを確実に行うための位置決め機構を備えてもよい。こうした位置決め機構として、治具を用いた機械的位置合わせ、あるいは撮像カメラおよび画像処理を用いた電気的位置合わせ等が採用できる。

なお本実施形態では、アレイ型半導体レーザ素子の素子単体試験について例示したが、単一発光点（シングルエミッタ）の半導体レーザ素子のダイシング前特性試験（バーテスト工程／チップテスト工程）にも本発明は適用可能である。

１アレイ型半導体レーザ素子、１ａ，１ｂ主面、３個別電極、
２０共通コンタクト部材、２２電極チップ、２３電極本体、
２４弾性体、３０個別コンタクト部材、３１支持プレート、３２基板、
３３電極パターン層、Ｑ発光点。

Claims

第１主面に設けられた共通電極と、第１主面に対向する第２主面に設けられた複数の個別電極と、各個別電極に対応した複数の発光点とを有するアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置であって、
共通電極と電気接触するための第１コンタクト部材と、
各個別電極と電気接触するための電極パターン層を有する第２コンタクト部材とを備え、前記電極パターン層は、熱伝導性かつ電気絶縁性の基板上に形成されていることを特徴とするアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置。
基板は、ＡｌＮまたはＳｉＣで形成されることを特徴とする請求項１記載のアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置。
第１コンタクト部材または第２コンタクト部材には、アレイ型半導体レーザ素子を吸着するための吸着機構が設けられることを特徴とする請求項１記載のアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置。
第１コンタクト部材または第２コンタクト部材には、アレイ型半導体レーザ素子との接触面のあおり角が可変になるコンプライアンス機構が設けられることを特徴とする請求項１記載のアレイ型半導体レーザ素子の通電試験装置。