JP3210505B2 - 半導体レ―ザダイオ―ドのスクリ―ニング方法 - Google Patents
半導体レ―ザダイオ―ドのスクリ―ニング方法Info
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Description
−ドのスクリ−ニング方法に係わり、特に充分な寿命を
保証できる素子をスクリ−ニングする方法に関する。
用化が進み、コンパクトディスクプレ―ヤ,レ―ザプリ
ンタ、及びバ―コ―ドリ―ダ等の情報処理用光源とし
て、また、電話通信網,CATVサ―ビス等の大容量光
通信システム用光源として、いずれもキ―デバイスとな
っている。
極めて重大な問題であり、特に通信用システムでの場合
は社会的規模の損害を与える事になる。半導体レ―ザダ
イオ―ド素子の故障は、結晶欠陥,反射端面の反射率等
の変化及びオ―ミック電極や点欠陥等に起因した劣化等
によって発生するが、その機構は完全にはわかっていな
い。
ら施された半導体レ―ザダイオ―ド素子では、温度85
℃での駆動電流が初期値に対して1.5倍をライフエン
ドとしたとき、105 時間以上の推定寿命時間が得られ
る。
素子は、結晶成長時の微細な結晶欠陥や成長ムラ,ウエ
―ハからの素子の切り出し(チッピング)、マウント等
のストレスを受ける為、個々の素子によって劣化の進行
が異なる。この為、スクリ―ニングと呼ばれる良品の選
別を行い、充分な寿命を持つ素子のみを使用している。
劣化の進行は、発振しきい値Ithの上昇と、光出力Po
の低下に現れるため、加速劣化試験等の実施により、発
振しきい値Ithや光出力Po の変化を見ることで、その
寿命を推定できる。
―ザダイオ―ド素子を一定の条件で駆動させ、その前後
での素子の特性の変化を求め、特性変化の少ないものを
選別する方法が一般的である。特性変化を確認する場
合、一般に発振しきい値Ith,または動作電流Iopの変
化率を使用する。
知られたスクリ―ニング方法の例を示す図、図5はその
条件を示す図である。この方法は、昭和63年春季応用
物理学会(30p−ZP−7、30p−ZP−8)にお
いて紹介されている。
体レ―ザダイオ―ド素子のI−L(順電流−光出力)特
性を、環境温度(室温、たとえば25℃)で測定をおこ
なう。
厳しい環境温度Ta=70℃でACC(AUTOMATIC CURR
ENT CONTOROL :定電流動作)駆動を100時間実施す
る。定電流は直流電流で150mAから200mAの間
で通常設定されるが、本例では150mAである。
温度25℃で測定を行う。また、STEP2においては、A
PC(AUTOMATIC POWER CONTOROL:定光出力動作)駆動
で行う方法もある。
発振しきい値Ithの変化で判定する場合、STEP1とSTEP
3とで測定したI−L特性から発振しきい値(STEP1に
おける発振しきい値をIth1,STEP3における発振しき
い値をIth2とする)をそれぞれ求め、変化率dIthを
下記の(1)式より求める。
選別を行う。判定基準は一般的に、104 時間以上の長
期APC駆動試験結果と、変化率dIthとの関係により
設定される。本例の場合、変化率dIth≦10%と設定
される。
―ザダイオ―ド素子を用いることにより、MTTF(Mea
n Time To Failure :故障までの平均時間) 10万時間
以上の製品を供給できるとされていた。
素子の寿命試験を行った場合、10万時間以下で故障が
発生する素子が含まれてしまい、完全に選別しきれなか
った。かつ、従来、寿命の基準として駆動電流の1.5
倍を目安としていたが、最近のシステム側の設定とし
て、しきい値の1.5倍をライフエンドとする場合があ
る。駆動電流よりしきい値電流の方が、その絶対値が小
さいから、後者の基準の方が厳しいものとなる。
すると、判定基準を越えた不合格素子のなかには故障が
発生しない素子が認められ、良品を捨てることになる。
結局、不良品を出さないためには、従来のスクリ―ニン
グ方法では、判定基準を厳しく設定して過剰基準で選別
するか、または第二スクリ―ニング等の試験を追加する
しかなかった。
通電の半導体レ―ザダイオ―ド素子を初めて駆動させた
場合に発生する寿命とは無関係の、初期劣化を含めて判
定していることにある。すなわち、半導体レ―ザダイオ
―ド素子の通電開始直後では、複数の要因による劣化が
同時に始まる。半導体レ―ザダイオ―ドの劣化は、初期
劣化,早期劣化及び長期劣化に大別される。
時の応力等による歪が主原因と考えられている。例えば
85℃から100℃という高温度雰囲気中を例にとる
と、特に急激な劣化を示すが、短時間、およそ1時間程
度でピ―クを迎える。
陥、及び結晶界面での不整合などによる素子内部の異常
因子の有無を表している。その劣化の大きさによっては
市場での事故に結びつく。この早期劣化は、通電開始
後、初期劣化が収束したあと、数百時間で支配的とな
る。
で、微少な欠陥等によるものと考えられる。従って、前
記従来例のようにACC駆動試験前後での発振しきい値
Ith変化の判定を行った場合、短寿命の因子を最も含む
早期劣化の変化量に、寿命とは無関係に初期劣化による
変化量が加わることとなり、正確な判断が出来なくな
る。
る時間までスクリ―ニングを行うことで、半導体レ―ザ
ダイオ―ドを選別しようとすると、数百時間の試験が必
要となり、実用的ではなく、かつ寿命を縮める事にな
る。
て、第二スクリ―ニング(一般的にAPC駆動試験を1
00時間程度行い、動作電流の変移を判定する)を追加
することで、早期劣化を確認する方法もあるが、試験時
間が長くなることから量産には向かない。
スクリ―ニング方法は、初期劣化,早期劣化,及び長期
劣化について、適切な劣化モ―ドを判定していないた
め、定光出力動作あるいは定電流動作試験の前後での特
性比較を行っても、複数の原因による劣化が含まれるこ
とになり正しい選別が出来ない。このようなスクリ―ニ
ング方法では充分な寿命を満足する良品を選別する事は
不可能である。
で、その目的は、十分な寿命を保証できる素子を、短時
間で選別できる半導体レ―ザダイオ―ドのスクリ―ニン
グ方法を提供することにある。
に、この発明に係わるスクリーニング方法では、第1の
温度で、未通電の素子に所定の時間だけ通電し駆動させ
る第1の通電工程と、前記第1の温度より低い温度で、
前記第1の通電工程を経た素子の特性を測定する第1の
測定工程と、前記第1の通電工程と同じ温度で、前記第
1の測定工程を経た素子に再度所定の時間だけ通電し駆
動させる第2の通電工程と、前記第1の温度より低い温
度で、前記第2の通電工程を経た素子の特性を測定する
第2の測定工程とを備える。そして、前記第2の測定工
程で得た素子の特性と、前記第2の測定工程で得た素子
の特性とを比較することで、前記素子を選別することを
特徴としている。
ニング方法によれば、第1の通電工程において、素子
に、初期劣化に起因した不良を発生させることができ
る。一方、第2の通電工程において、素子に、早期劣化
に起因した不良を発生させることができる。
比較することで、素子を短寿命とさせる因子を最も多く
含む早期劣化を、初期劣化に支配されることなく、短時
間で特定することができる。そして、早期劣化が小さい
素子を選ぶことで、条件の厳しいしきい値電流規定の場
合においても、十分な寿命を保証できる素子を選別する
ことが可能となる。
図1は、この発明の一実施例に係るスクリ―ニング方法
の概要を示す流れ図、図2は経過時間と環境温度との関
係を示す図、図3はスクリ―ニングの条件を示す図であ
る。
子を準備する。この後、図1〜図3に示すように、STEP
1において、未通電の半導体レ―ザダイオ―ド素子を環
境温度100℃でACC駆動を2時間実施する。定電流
は、直流電流で150mAから200mAの間で設定さ
れることが好ましい。
オ―ド素子のI−L(順電流−光出力)特性を環境温度
25℃で測定する。次に、STEP3において、同素子を環
境温度100℃で再びACC駆動を18時間実施する。
ACC駆動の定電流はSTEP1と同一電流値である。
L特性を環境温度25℃で測定を行う。このようなプロ
グラムで試験を行った後、STEP5において、発振しきい
値Ithの変化で判定する場合、STEP2とSTEP4とで測定
したACC開始から2時間後、及び20時間後のI−L
特性から発振しきい値(STEP2において求められた発振
しきい値をIth(2H),STEP4において求められた発振し
きい値をIth(20H) とする)をそれぞれ求め、変化率
(dIth)を、下記の(2)式より求める。
の値を判定して選別を行う。即ち、変化率dIthの値
が、判定基準の範囲内ならば良品と判定し、判定基準の
範囲外ならば不良品と判定する。判定基準の例として
は、104 時間以上の長期APC駆動試験結果と、変化
率dIthとの関係により設定される。本例の場合、変化
率dIth≦5%と設定される。
STEP1における通電時間を2時間に設定した根拠は、第
2の通電工程STEP3における通電時間のしきい値変化率
と長期APC駆動時のしきい値変化率との相関が最も強
くなったからである。
℃,駆動電流200mAでのACC駆動試験という条件
の下で、第1の通電工程における通電時間を2時間と設
定したが、ACC駆動試験の環境温度を変えることによ
って、この通電時間は変わってくるため、特に2時間と
いう値に限定されるものではない。
ても良い。このようにスクリ―ニングされた半導体レ―
ザダイオ―ド素子を用いることにより、MTTFが数十
万時間以上の製品を供給できる。
オ―ド素子のスクリ―ニングにおいて、初期劣化が支配
的な第1の通電工程での特性変化と、早期劣化が支配的
な第2の通電工程での特性変化とを区別することが可能
となるため、第2の通電工程前後での半導体レ―ザダイ
オ―ド素子の特性変化を求めることにより、短寿命の因
子を最も多く含む早期劣化の小さい素子を選別すること
が可能となる。
みを評価できることから、従来のように早期劣化による
変化量が、初期劣化による変化量を上回るまで素子を駆
動させる必要がなくなり、短時間でスクリ―ニングが可
能となる。
1.5倍に対してはもちろん、最近の、しきい値の1.
5倍をライフエンドとする厳しい場合についても十分に
対応が可能であり、本発明に係るスクリ―ニング方法を
用いることによって、MTTFで数十万時間の寿命を持
つ半導体レ―ザダイオ―ド素子を選別することが可能で
ある。
ば、十分な寿命を保証できる半導体レ―ザダイオ―ド
を、短時間で選別できる半導体レ―ザダイオ―ドのスク
リ―ニング方法を提供できる。
グ方法の概要を示す流れ図。
グ方法の経過時間と環境温度との関係を示す図。
グ方法の条件を示す図。
環境温度との関係を示す図。
図。
Claims (3)
- 【請求項1】 第1の温度で、未通電の素子に所定の時
間だけ通電し駆動させる第1の通電工程と、前記第1の温度より低い温度で、前記第1の通電工程を
経た素子の特性を測定する第1の測定工程と、 前記第1の通電工程と同じ温度で、前記第1の測定工程
を経た 素子に再度所定の時間だけ通電し駆動させる第2
の通電工程と、前記第1の温度より低い温度で、前記第2の通電工程を
経た素子の特性を測定する第2の測定工程と、 前記第1の測定工程で得た 素子の特性と、前記第2の測
定工程で得た素子の特性とを比較することで、前記素子
を選別する工程とを具備することを特徴とする半導体レ
ーザダイオードのスクリーニング方法。 - 【請求項2】 前記第1の温度より低い温度は、室温で
あることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザダ
イオードのスクリーニング方法。 - 【請求項3】 前記第1の通電工程における通電時間
は、前記第2の通電工程における通電時間よりも短いこ
とを特徴とする請求項1および請求項2いずれかに記載
の半導体レーザダイオードのスクリーニング方法。
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