JP5428485B2

JP5428485B2 - 面発光型半導体レーザ素子のバーンイン方法およびそのプログラム

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Publication number: JP5428485B2
Application number: JP2009103549A
Authority: JP
Inventors: 誠也大森
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: US8624614B2; US20100273278A1; JP2010258052A

Description

本発明は、面発光型半導体レーザ素子のバーンイン方法およびそのプログラムに関する。

半導体装置を出荷する前の合否を判定する方法の１つに、バーンイン試験と呼ばれるスクリーニング方法がある。バーンイン試験方法は、一般に、半導体装置またはウエハを高温の恒温槽に一定時間保持し、熱的ストレスを与えた状態で電気特性などを測定し、半導体装置の合否の加速選別を可能にする。さらに発光素子の場合、バーンイン試験の後、光学特性を測定する必要があり、恒温槽とは分離した光学測定用のシステムが必要となっている。

バーイン方法の効率化を図るために、ウエハレベルでバーンインする方法が行われている。例えば、ウエハ上に形成された多数のチップを同時にバーンインするために、ウエハ内にバーンイン用の配線やドライバを設けている（特許文献１を参照）。また、垂直キャビティ表面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ)が形成されたウエハをプレートに配設し熱的かつ電気的バーンイン試験を行う方法がある。この方法によれば、バーンイン試験は20（+4、-0）時間である。（特許文献２を参照）。

特開平６−２３２２２７号特表２００５-５１００４４号

本発明は、短時間で面発光型半導体レーザ素子をバーンインする方法およびそのプログラムを提供することを目的とする。

請求項１は、第１の面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与えるための負荷電流を印加するステップと、前記第１の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第１の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第１の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定するステップと、第２の面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与えるための負荷電流を印加する間に、前記光量測定ユニットを前記第２の面発光型半導体レーザ素子に移動させるステップと、前記第２の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第２の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第２の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定するステップと、前記測定結果に基づき面発光型半導体レーザ素子の合否判定を行うステップと、を有する面発光型半導体レーザ素子のバーンイン方法。
請求項２において、前記負荷電流は、面発光型半導体レーザ素子から出射される光量が増加から低下に変化するときの駆動電流よりも大きく、面発光型半導体レーザ素子が過電流により故障するときの故障電流よりも小さい。
請求項３において、前記負荷電流は、面発光型半導体レーザ素子がレーザ発振できる最大駆動電流より大きく、面発光型半導体レーザ素子が過電流により故障するときの故障電流より小さい。
請求項４において、面発光型半導体レーザ素子は、室温付近の環境温度に置かれる。
請求項５において、バーンイン方法はさらに、複数の面発光型半導体レーザ素子が形成されたウエハを室温付近の環境温度で支持部材上に取り付けるステップと、ウエハ上の複数の面発光型半導体レーザ素子の各々について前記負荷電流の印加と前記電気光学特性の測定を実行するステップとを有する。
請求項６において、バーンイン方法はさらに、単一の面発光型半導体レーザ素子を実装した面発光型半導体レーザ装置を室温付近の環境温度で支持部材上に複数取り付けるステップと、前記複数の面発光型半導体レーザ装置の各々について前記負荷電流の印加と前記電気光学特性の測定を実行するステップとを有する。
請求項７において、前記電気光学特性を測定するステップは、面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加した状態で面発光型半導体レーザ素子の光出力特性を測定する。
請求項８において、前記負荷電流は、面発光型半導体レーザ素子がレーザ発振できる最大駆動電流より大きく、面発光型半導体レーザ素子が発振しない電流である。
請求項９において、面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与える負荷手段と、前記負荷手段により負荷を与えられた面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定する測定手段と、前記負荷手段および前記測定手段を制御する制御手段とを備えたバーンイン装置が実行するプログラムであって、前記負荷手段により第１の面発光型半導体レーザ素子に負荷電流を印加させるステップと、前記測定手段により第１の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第１の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第１の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定させるステップと、前記負荷手段により第２の面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与えるための負荷電流を印加する間に、前記光量測定ユニットを前記第２の面発光型半導体レーザ素子に移動させるステップと、前記測定手段により前記第２の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第２の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第２の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定するステップと、前記測定結果に基づき面発光型半導体レーザ素子の合否判定を行うステップとを有する。
請求項１０において、前記負荷手段は、面発光型半導体レーザ素子から出射される光量が増加から低下に変化するときの駆動電流よりも大きく、面発光型半導体レーザ素子が過電流により故障するときの故障電流よりも小さい負荷電流を印加する。
請求項１１において、前記負荷手段は、面発光型半導体レーザ素子が発振しない負荷電流を印加する。

請求項１、２によれば、面発光型半導体レーザ素子を外部加熱してバーンインする方法と比較して、バーンインによる処理時間を短縮させることができる。
請求項３によれば、面発光型半導体レーザ素子を外部加熱してバーンインする方法と比較して、バーンインによる処理時間を更に短くすることができる。
請求項４によれば、面発光型半導体レーザ素子を高温にする加熱手段を有する場合と比較して低コストのバーンイン方法を提供することができる。
請求項５によれば、ウエハレベルの低コストのバーンイン方法を提供することができる。
請求項６、７によれば、面発光型半導体レーザ素子のバーンインと電気光学特性の測定を効率良く行うことができる。
請求項８によれば、ウエハ上の複数の面発光型半導体レーザ素子のバーンイン処理時間を更に短縮することができる。
請求項９、１０によれば、面発光型半導体レーザ素子を外部加熱してバーンインするプログラムと比較して、バーンイン処理時間を短縮することができる。
請求項１１によれば、面発光型半導体レーザ素子にレーザが発振するストレス電流を印加する場合と比較して、光量の測定精度の低下を防止することができる。

典型的な選択酸化型の面発光型半導体レーザの構成を示す断面図である。図２は、面発光型半導体レーザ素子と光出力変化と時間との関係を示す図である。面発光型半導体レーザ素子の駆動電流とレーザ温度（推定）との関係を示すグラフである。面発光型半導体レーザ素子の駆動電流と光出力変化の関係を示すグラフである。本発明の実施例に係るバーンインシステムの構成を示す図である。図５に示す制御部の機能ブロック図である。本実施例のウエハバーンイン方法のフローチャートである。ウエハレベルのバーンインを行うときの制御部の処理プログラムの例を説明する図である。本発明の第２の実施例のバーンインシステムの構成を示す図である。面発光型半導体レーザ素子を実装したモジュールの構成例を示す概略断面図である。本発明の第３の実施例のバーンインシステムの構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本実施の好ましい形態では、選択酸化型の面発光型半導体レーザ素子（以下、Vertical Cavity Surface Emitting Laser、略してＶＣＳＥＬという）をウエハレベルでバーンインし、ＶＣＳＥＬの異常または故障を短時間かつ低コストでスクリーニングする。なお、図面のスケールは、発明の特徴を分かり易くするために強調しており、必ずしも実際のデバイスのスケールと同一ではないことに留意すべきである。

図１Ａは、典型的な選択酸化型のＶＣＳＥＬの構成例を示す断面図である。ＶＣＳＥＬ１０は、ｎ型のＧａＡｓ基板１０２上に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層１０４、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ型反射鏡）１０６、活性領域１０８、ｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１０、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１１２を積層して構成される。上部ＤＢＲ１１２の最上層をｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４とし、最下層を電流狭窄層１１０とすることができる。また、基板１０２の裏面には、ｎ側電極１５０が形成される。

基板１０２上には、上部ＤＢＲ１１２から下部ＤＢＲ１０６の一部に至るまで半導体層をエッチングすることにより、レーザ光の発光部として機能する円筒状のポスト（柱状構造）Ｐが形成される。ポストＰと溝で隔てられたパッド形成領域１１８には電極パッド１３４が形成される。電流狭窄層１１０は、ポストＰの側面から外縁を選択的に酸化された酸化領域１１０Ａと酸化領域１１０Ａによって包囲された円形状の導電領域を含み、導電領域内に電流および光を閉じ込める。

ポストＰの頂部の一部を含む基板上にＳｉＮｘ等の層間絶縁膜１２０が形成される。ポストＰの頂部において、層間絶縁膜１２０には環状のコンタクトホールが形成され、コンタクトホールを介してｐ側の上部電極１３０がコンタクト層１１４に電気的に接続される。ｐ側の上部電極１３０は、金またはチタン／金から構成され、その中央にレーザ光の出射領域を規定する円形状の開口１３２が形成されている。図１の例では、開口１３２は層間絶縁膜１２０によって塞がれ、コンタクト層１１４が外部に露出されないように保護されているが、開口１３２は、必ずしも層間絶縁膜１２０により塞がれず、露出されていてもよい。パッド形成領域１１８には、層間絶縁膜１２０を介して円形状の電極パッド１３４が形成され、電極パッド１３４は、引き出し配線１３６を介してｐ側の上部電極１３０に接続される。

図１Ｂに示すＶＣＳＥｌ１０Ａは、基板裏面にｎ側電極１５０を形成する代わりに、基板表面にｎ側電極１５０Ａを形成し、表面実装またはフリップチップ実装を可能にする。ＶＣＳＥＬ１０Ａの基板１０２Ａは、真性ＧａＡｓ半導体基板を用いることができ、その基板１０２Ａ上にｎ型のＧａＡｓ層１０４Ａが形成される。基板表面からＧａＡｓ層１０４Ａに至るまでトレンチが形成され、トレンチは導電部材１５２によって充填される。ｎ側電極１５０Ａは、導電部材１５２上に形成され、これによりＧａＡｓ層１０４Ａに電気的に接続される。これ以外の構成は、図１Ａに示すＶＣＳＥＬ１０と同様である。

ＶＣＳＥＬの特徴として、端面発光型半導体レーザのようなＣＯＤ（カタストロフィックオプチカルダメージ）破壊がないため、電流上限による光量劣化のほとんどは、熱破壊になる。また、電流注入による発熱は、ＶＣＳＥＬを形成しているポストＰに集中する特徴がある。従って、ＶＣＳＥＬへのストレス印加条件は、ＶＣＳＥＬ温度とＶＣＳＥＬを構成している各物質の耐熱性との兼ね合いで決まる性質がある。ＶＣＳＥＬに良く用いられている物質で融点の低い物質は、ｐ側のＡｕ電極（融点は約１０００℃）であり、Ａｕ電極とＡｌＧａＡｓまはたＡｌＧａ層の合金温度がＡｕ電極単体より低融点（約６００℃）である。

一方、ＶＣＳＥＬの実使用範囲の注入電流範囲上限における発光部の温度上昇は６０℃が上限であるため、正常素子を熱的に破壊するには、温度的に５４０℃以上のマージンがある。従って、熱的に脆弱な素子をバーンインスクリーニングする方法として、高い電流注入による破壊は極めて有効である。特に、ＡｌＡｓ層やＡｌＧａＡｓ層を選択酸化する酸化型のＶＣＳＥＬは、アモルファス状の酸化層（電流狭窄層）をポストＰ内に形成しており、酸化層上下にあるＡｌＧａＡｓ層との格子定数が合わないため、格子欠陥が発生する。このため、バーンインスクリーニングとしてのもうひとつの要件は、ＡｌＡｓの選択酸化温度より高い温度に該当する注入電流であることが好ましい。電流狭窄層の酸化温度は、約３４０度近傍である。また、活性層にある微小な欠陥部などは電流が流れやすいため電流注入による温度上昇が早く、高い温度に該当する電流注入すると短時間で光出力は劣化する。さらに、ＶＣＳＥＬの故障モードとして、上部Ａｕ電極と下部ＡｌＧａＡｓ層部に異常が見られる場合もあり、電流注入により６００℃まで発光温度を上昇させることで、Ａｕ電極とＡｌＧａＡｓのオーミック性不良素子もスクリーニングしてもよい。

次に、ＶＣＳＥＬのバーンインについて説明する。図２は、ＶＣＳＥＬと光出力変化と時間との関係を示す図であり、縦軸は光量、横軸は時間である。ＶＣＳＥＬが室温環境（２５℃）で通常動作されたときの光量をＰｏとし、光量Ｐｏが２ｄＢ低下したとき、ＶＣＳＥＬが故障したと定義する。ＶＣＳＥＬの使用可能な期間Ｔｃは、ＶＣＳＥＬの故障が発生する平均故障時間ＭＴＴＦ（Means Time To Failure）までとなる。バーンイン期間Ｔｂは、例えば、平均故障時間ＭＴＴＦ×０．１と定義することができ、バーンイン期間ＴｂにＶＣＳＥＬにストレスを与えることで、ＶＣＳＥＬの初期に発生するランダムな故障を検出することができる。ＶＣＳＥＬの初期故障は、光量Ｐｏがゼロになるようないわゆる頓死である。頓死を引き起こす故障モードは、例えば、選択酸化またはエピタキシャル成長のときに活性層に生じる結晶欠陥、ポストＰを覆う保護膜の割れ、剥がれ、キズによる応力変化、ｐ側上部電極とコンタクト層間の局部的なジュール熱による合金化等による表面膜質変化などである。

本実施例のバーンイン方法は、室温環境に置かれたＶＣＳＥＬに高いストレス電流を与えることでＶＣＳＥＬを急激な熱的な負荷を与える。ストレス電流は、後述するように、ＶＣＳＥＬのサーマルロールオーバを生じさせる電流よりも大きく、ＶＣＳＥＬが故障に至る故障電流よりも小さい範囲である。このようなストレス電流を印加することで、バーンイン期間Ｔｂは２秒以下となった。

図３は、レーザ温度（ポストＰの内部温度）とＶＣＳＥＬに注入される駆動電流Ｉｏｐとの関係を推定したグラフである。レーザ温度は、駆動電流Ｉｏｐの増加とともに高くなる。ＶＣＳＥＬの光量Ｐｏが２ｄＢ低下したときの駆動電流、すなわち故障電流は、４８．１ｍＡであり、このときのレーザ温度は、約８１０℃である。このとき、ポストＰ上部のｐ側Ａｕ電極の溶断が始まっていると考えられる。従って、バーンインによるストレス電流は、レーザ温度が８１０℃よりも小さくなる電流値が選択されることになる。

図４は、本実施例のバーンインによるストレス電流の設定範囲の原理を説明する図である。横軸は、ＶＣＳＥＬへ供給される駆動電流Ｉｏｐ、縦軸は、光量、電圧のスケールであり、曲線Ｋ１は、ＶＣＳＥＬから出射されるレーザ光の光量、曲線Ｋ２は、ＶＣＳＥＬの動作電圧、曲線Ｋ３は、スロープ効率である。ここで、ＶＣＳＥＬの光量が変化する状態から、ＶＣＳＥＬへの駆動電流Ｉｏｐを３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに分類することができる。

領域Ａは、ＶＣＳＥＬがレーザ発振を開始する電流値から、ＶＣＳＥＬの光量Ｐｏが増加から低下に変化するときの変化点までの電流値（サーマルロールオーバＲの変曲点の電流値）までの範囲である。領域Ａは、ＶＣＳＥＬに注入された電流が光に変換される電気光変換が支配的になる領域である。電流増加による横方向拡散電流により電気光変換効率が低下し熱になる。領域Ａは、通常動作モード、通常検査、典型的な従来のバーンインで使用される。

領域Ｂは、ＶＣＳＥＬの光量Ｐｏが増加から低下に変化するときの電流値（サーマルオールオーバＲの変曲点の電流値）から光量Ｐｏがゼロになる電流値までの範囲である。領域Ｂは、電気光変換より電気熱変換が支配的になる領域である。活性層の電気光変換が飽和し、余分な注入電流が熱に変換される。領域Ｂは、本実施例によるバーンインのストレス電流および故障検知モードで使用される。

領域Ｃは、領域Ｂの上限の電流値から故障電流値までの範囲である。電気熱変換が支配的となり、レーザ発振はしない。領域Ｃは、本実施例の極短時間室温バーンインのストレス電流で使用される。

本実施態様におけるバーンインは、２５℃の室温環境で、高いストレス電流をＶＣＳＥＬに印加することで、光出力変化の適用温度範囲の拡大を実験的に見出したものである。例えば、従来のバーンインであれば、バーンイン期間Ｔｂは、数１０ないし１００時間程度でレーザ温度を約２００度以下にするのが典型的であったが、本実施の態様では、レーザ温度を約６００度でバーンイン期間Ｔｂを２秒以下となった。

次に、本発明の実施例について説明する。図５は、本実施例のバーンインを実施するためのシステムの概略構成を示す図である。バーンインシステム２００は、電流を供給する電流源２１０と、電流原２１０から供給された電流を用いてストレス電流または測定電流を出力する電流駆動部２２０と、電流駆動部２２０に電気的に接続されたｐ側プローブピン２３０およびｎ側プローブピン２４０と、ＶＣＳＥＬが集積化されたウエハＷを載置する移動型吸着ステージ（支持部材）２５０と、移動型吸着ステージ２５０を搭載する防振動台２６０と、ＶＣＳＥＬから出射された光量を測定する移動型測定ユニット２７０と、各部を制御する制御部２８０と、ユーザからの指示等を入力する入力部２９０を備えて構成される。

電流駆動部２２０は、ＶＣＳＥＬに印加されるストレス電流を生成するストレス電流生成部２２２、ＶＣＳＥＬに印加される測定電流を生成する測定電流生成部２２４、ストレス電流または測定電流を１対のｐ側プローブピン２３０およびｎ側プローブピン２４０に供給する切替部２２６を有する。切替部２２６は、制御部２８０から切替指示信号に従いストレス電流または測定電流の出力を切替える。

ＶＣＳＥＬが形成されたウエハＷは、移動型吸着ステージ２５０上に吸着され固定される。移動型吸着ステージ２５０は、制御部２８０からの制御信号に基づき防振動台２６０上をＸ−Ｙ方向に移動し、これにより、バーンインまたは測定の対象となるＶＣＳＥＬ１０のｐ側電極およびｎ側電極が、ｐ側プローブピン２３０、ｎ側プローブピン２４０にそれぞれ位置決めされ、これらのプローブピンと電気的に接続される。また、移動型吸着ステージ２５０は、電子温度制御機能を有し、制御部２８０からの制御信号に基づきステージ２５０の温度を調整することができる。

光量測定ユニット２７０は、測定対象のＶＣＳＥＬ１０に測定電流が印加されたとき、ＶＣＳＥＬ１０から出射されたレーザ光の光量を測定し、その測定結果を制御部２８０へ出力する。光量測定ユニット２７０は、固定型であってもよいが、好ましくは、制御部２８０からの制御信号に基づきＸ−Ｙ平面を移動できるように構成される。

制御部２８０は、好ましくは、プログラムを記憶するメモリと、メモリから読み出されたプログラムを実行する演算装置を含み、プログラムの実行により各部を制御する。図６は、制御部２８０の機能ブロック図である。制御部２８０は、バーンイン条件を設定するバーンイン条件設定部２８１、バーンインの処理順序に応じて電流駆動部２２０を制御する駆動電流制御部２８２、測定対象のＶＣＳＥＬ１０がｐ側およびｎ側プローブピン２３０、２４０に接触されるようにステージ２５０の位置を制御するステージ位置制御部２８３、ステージ２５０の温度を調整するステージ温度制御部２８４、ＶＣＳＥＬ１０からの光量を測定するとき光量測定ユニットを制御する測定ユニット制御部２８５、ストレス電流を印加する前後に測定された光量の測定値を比較する測定値比較部２８６、測定比較部２８６の比較結果に基づきＶＣＳＥＬの合否判定を行う合否判定部２８７を有する。

次に、本実施例のウエハレベルのバーンイン方法を図７のフローチャートを参照して説明する。先ず、特定のウエハＷをステージ２５０上にセットしこれを吸着する（ステップＳ１０１）。次に、バーンイン条件設定部２８１は、予めメモリに記憶されたバーンイン情報を読出し、あるいは、入力部２９０から入力されたバーンイン情報に基づきバーンイン条件を設定する。例えば、入力部２９０から、ウエハＷに集積された処理チップ数量ｎ、スクリーニング条件、ステージの設定温度Ｔａ＝２５℃などを設定する（ステップＳ１０２）。バーンイン条件設定部２８１にバーンイン条件が設定されると、必要であれば、ステージ温度制御部２８４は、バーンイン条件に基づきステージ２５０の温度を室温２５℃に設定する。

次に、ウエハ上の特定のＶＣＳＥＬ１０の電気光学特性を測定する（ステップＳ１０３）。この測定を行うために、ステージ位置制御部２８３は、ステージ２５０を移動させ、ｐ側およびｎ側プローブピン２３０、２４０をＶＣＳＥＬ１０のｐ側およびｎ側電極に電気的に接触させる。そして、電流駆動部２２０の切替部２２６は、測定電流生成部２２４で生成された測定電流をＶＣＳＥＬ１０に供給する。測定電流によって駆動されたＶＣＳＥＬ１０は、ポストＰの出射窓からレーザ光を出射する。このとき、光量測定ユニット２７０は、ＶＣＳＥＬ１０に位置合わせされており、ＶＣＳＥＬ１０から出射されたレーザ光が光量測定ユニット２７０によって測定され、この測定値は、１回目の初期値として測定値比較部２８６に記憶される（ステップＳ１０３）。

次に、設定されたバーンイン条件に従い、特定のＶＣＳＥＬ１０にストレス電流を印加する（ステップＳ１０４）。すなわち、電流駆動部２２０の切替部２２６は、ストレス電流生成部２２２で生成されたストレス電流をＶＣＳＥＬ１０に供給する。ストレス電流は、上記したように、サーマルロールオーバより高い領域Ｂまたは領域Ｃの範囲内の電流値である。ポストＰの内部温度が６００℃に該当する程度のストレス電流を印加した場合には、ストレス電流を印加する期間は約２秒である。

次に、特定のＶＣＳＥＬ１０の２回目の電気光学特性を測定する（ステップＳ１０５）。この測定は、第１回目の電気光学特性の測定と同様に行われる。２回目の測定値は、測定値比較部２８６へ供給され、測定値比較部２８６は、初期値と回目の測定値を比較し、合否判定部２８７は、測定比較部２８６による比較結果を所定の判定基準に従い合否判定をする（ステップＳ１０６）。合否判定部２８７による判定結果は、特定のＶＣＳＥＬ１０と関連付けしてメモリに記憶される（ステップＳ１０７）。

制御部２８０は、特定のＶＣＳＥＬ１０のバーンインが終了すると、ウエハ上のすべての処理チップ数量ｎに一致するか否かを判定し（ステップＳ１０８）、終了していなければ、ステップＳ１０３に進み、次のＶＣＳＥＬのバーンインを行う。この処理は、ウエハ上の処理チップ数量ｎのバーンインが終了するまで繰り返される。ウエハ上のチップ数量ｎのバーンインが終了すると、特定のウエハのスクリーニングを終了し、ウエハをステージから取り出す（ステップＳ１０９）。そして、メモリに記憶された合否判定結果に基づき、ウエハ上の異常または不良と判定されたＶＣＳＥＬにマーキングがなされる。

このように本実施例では、ウエハレベルのバーンインを室温環境で行うことで、ウエハ発熱とプローブピンアレイとの熱膨張差の問題が低減し、ストレスによる発熱も押さえられ。また、ウエハを高温で保持するための大型チャンバーや炉等の設備を必要とせず、光量検知機能をそのような設備から物理的、熱的に分割する必要がなくなる。さらに、特殊な専用プローブピンアレイや、専用プローブカセットも不用なため様々なマスクピンパターンに適応できる為、マスク設計上の自由度が増し、設計変更は容易になる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図８は、第２の実施例のバーンインシステムの構成を示すブロック図である。第２の実施例のシステム２００Ａは、ストレス用電源２１２と、測定用電源２１４と、ストレス用電源２１２から供給されたストレス電流を第１組のｐ側およびｎ側プローブピン２３０Ａ、２４０Ａに供給するストレス電流駆動部２２０Ａと、測定用電源２１４から供給された測定電流を第２組のｐ側およびｎ側プローブピン２３０Ｂ、２４０Ｂに供給する測定電流駆動部２２０Ｂとを備えている。第２の実施例では、１つのシステムでストレス用電源２１２と測定用電源２１４とを持ち、少なくとも２組のプローブピン２３０Ａ、２４０Ａ、２３０Ｂ、２４０Ｂを用いて、ストレス印加と光学測定と交互にカスケード処理している。

図９は、第２の実施例における制御部２８０のプログラム処理シーケンスを説明するためのタイミングチャートであり、ストレス電流を印加するタイミング、測定電流を印加して光量を測定するタイミング、および光量測定ユニットを移動するタイミングを示している。

期間ｔ１において、ステージ移動制御部２８３によりウエハ上の選択された１番目のＶＣＳＥＬが第１組のｐ側およびｎ側プローブピン２３０Ａ、２４０Ａに位置決めされ、ストレス電流駆動部２２０Ａにより１番目のＶＣＳＥＬにストレス電流が印加される。ストレス電流は、好ましくは領域Ｃの電流値（図４を参照）であり、ＶＣＳＥＬは、レーザ発振しない。

期間ｔ２において、ステージ移動制御部２８３により１番目のＶＣＳＥＬが第２組のｐ側およびｎ側プローブピン２３０Ｂ、２４０Ｂに位置決めされ、測定電流駆動部２２０Ｂにより測定電流が１番目のＶＣＳＥＬに印加され、１番目のＶＣＳＥＬは、測定電流に応答してレーザ発振する。このとき、光量測定ユニット２７０は、１番目のＶＣＳＥＬに対して位置決めされており、１番目のＶＣＳＥＬから出射されたレーザ光の光量が光量測定ユニット２７０により測定される。

次に、期間ｔ３において、ウエハ上の選択された２番目のＶＣＳＥＬが第１組のｐ側およびｎ側プローブピン２３０Ａ、２４０Ａに位置決めされ、電流駆動部２２０Ａによりストレス電流が２番目のＶＣＳＥＬに印加される。この間に、光量測定ユニット２７０は、次の期間ｔ４で２番目のＶＣＳＥＬの光量測定をすることができる位置に移動される。期間ｔ４において、２番目のＶＣＳＥＬが第２組のｐ側およびｎ側プローブピン２３０Ｂ、２４０Ｂに位置決めされ、そこで測定電流を印加され、２番目のＶＣＳＥＬから出射されたレーザ光は、光量測定ユニット２７０により測定される。このように、ストレス電流の印加と電気光学測定を連続的に交互に行うことでＶＣＳＥＬのウエハレベルのバーンインに要する処理時間を短縮している。

上記実施例では、ステージを移動させることでＶＣＳＥＬをｐ側およびｎ側プローブピンに位置決めさせたが、これ以外にも、プローブピンを移動させることで両者の位置決めを行うようにしてもよい。さらに上記実施例では、ストレス電流を供給するためのプローブピンと測定電流を供給するためのプローブピンをそれぞれ１組ずつ備える例を示したが、プローブピンの組数は、それぞれ複数組を備えるものであってもよい。つまり、ストレス電流駆動部２２０Ａは、複数組のｐ側およびｎ側プローブピンを有し、一度に複数のＶＣＳＥＬにストレス電流を印加し、測定電流駆動部２２０Ｂは、複数組のｐ側およびｎ側プローブピンを有し、一度に複数のＶＣＳＥＬに測定電流を印加し、光量測定ユニットは、一度に複数のＶＣＳＥＬから出射される光量をそれぞれ測定するようにしてもよい。

さらに上記実施例では、ストレス電流の印加と電気光学測定とを連続的に行うようにしたが、一方のＶＣＳＥＬにストレス電流を印加しているときに、他方のＶＣＳＥＬ（ストレス電流が既に印加されたもの）の電気光学測定を同時に行うようにすることも可能である。光学測定するとき、隣接するＶＣＳＥＬからの光学的クロストークが生じると測定精度が悪化することがあるが、本実施例のようにレーザ未発振のストレス電流をＶＣＳＥＬに印加すれば、隣接するＶＣＳＥＬの電気光学測定を行ったとしても光学的クロストークの影響を受けることはない。

第２の実施例のような処理シーケンスを実行するプログラムにより、ウエハ上の複数のＶＣＳＥＬを高速で連続的にバーンインすることが可能になる。また、１台のシステムで電気−光学特性とバーンインを可能にした構成のため、波長測定ユニット、微小電流測定ユニット、発散角度測定ユニット、高周波測定ユニット等の他の測定ユニットを組み合わせることで、バーンイン前後の動作を総合評価することができる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。第１および第２の実施例は、ウエハレベルでＶＣＳＥＬをバーンインするが、第３の実施例は、ウエハから切断されたＶＣＳＥＬを実装したモジュール（面発光型半導体レーザ装置）をバーンインする方法に関する。

図１０に、モジュールの構成例を示す。図１０Ａに示すモジュール３００Ａは、ＶＣＳＥＬのチップ３１０をサブマウント３２０上に固定し、サブマウント３２０をダイボンド剤３３０により金属ステム３４０上に固定する。導電性のリード３５０、３５２は、金属ステム３４０に形成された貫通孔（図示省略）内に挿入され、一方のリード３５０は、ＶＣＳＥＬのｎ側電極にボンディングワイヤを介して電気的に接続され、他方のリード３５２は、ｐ側電極にボンディングワイヤを介して電気的に接続される。

チップ３１０を含むステム３４０上に矩形状の中空のキャップ３６０が固定され、キャップ３６０の中央の開口内に接着剤３７２により平板ガラス３７０を固定している。平板ガラス３７０の中心は、チップ３１０の光軸とほぼ一致するように位置決めされる。チップ３１０と平板ガラス３７０との距離は、平板ガラス３７０の開口径がチップ３１０からのレーザ光の広がり角度θ以上になるように調整される。キャップ３６０内の空間は、空気や窒素等の不燃ガスで充填される。また、モジュール３００Ａは、ＶＣＳＥＬの発光状態をモニターするための受光素子や温度センサを含むものであってもよい。

図１０Ｂに示すモジュールは、リードフレームタイプである。モジュール３００Ｂは、
凹部状のモールド樹脂３８０と、モールド樹脂３８０の開口部を封止するように接着剤３７２で平板ガラス３７０が樹脂３８０に固定される。モジュールの内部にはＶＣＳＥＬ３１０が固定され、樹脂３８０の両側面からリードフレーム３９０、３９２が突出している。リードフレーム３９０、３９２は、ボンディングワイヤまたはその他の接続手段によってＶＣＳＥＬ３１０のｐ側およびｎ側電極にそれぞれ電気的に接続される。平板ガラス３７０と樹脂３８０によって形成された内部空間は、空気または窒素等の不燃ガスが充填される。

図１０Ｃに示すモジュール３００Ｃは、金属フレーム４００と、金属フレーム４００に取り付けられるキャップ４１０と、金属フレーム４００およびキャップ４１０の間に接着剤４３０によって固定され光導波路４２０とを有している。金属フレーム４００上には、フレキシブル基板４４０が取り付けられ、フレキシブル基板４４０上には、ＶＣＳＥＬ３１０がダイボンド剤を介して固定され、さらにＶＣＳＥＬ３１０を駆動するための駆動回路用のチップ４５０がダイボンド剤を介して固定される。ＶＣＳＥＬ３１０およびチップ
４５０の電極は、ボンディングワイヤによってフレキシブル基板４４０の配線パターンに接続されている。フレキシブル基板４４０の端部は、キャップ４１０より外部にまで延在し、外部引き出し電極４６０が形成されている。

図１１は、モジュールをバーンインするためのシステムの構成を示す図である。第３の実施例のシステム２００Ｂは、複数のモジュール３００を搭載したカセットまたはボード５００をステージ２５０上に取り付ける。ボード５００上には、モジュール３００の外部端子を接続する配線パターンが形成されている。また、ストレス電流駆動部２２０Ａ、測定電流駆動部２２０Ｂは、プローブピンを用いる代わりに、制御ラインをボード５００上の配線パターンに接続し、選択されたモジュール３００に対し、ストレス電流および測定電流を印加することを可能にしている。

なお、ＶＣＳＥＬを実装したモジュールをバーンインする場合、発光部の温度上昇が高いため、少なくとも発光ポスト周辺には炭化性/変色性/可燃性のある有機系材料で被覆しないことが重要である。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。第１ないし第３の実施例のバーンイン方法は、ストレス電流を印加した後に、測定電流を印加して光量を測定する電気光学特性のチェックを行うものであるが、第４の実施例は、電気光学特性の測定を行わずに電気特性の測定からＶＣＳＥＬのスクリーニングを行う。ＶＣＳＥＬの特性として、高いストレス電流を印加すると、正常なＶＣＳＥＬの動作電圧が低下する傾向があり、この現象を利用する。

先ず、図５または図８に示すシステムにおいて、ステージ２５０上の選択されたＶＣＳＥＬにｐ側およびｎ側プローブピンを介して一定の光出力を得るための高いストレス電流を印加する。ストレス電流は、サーマルロールオーバＲよりも高い電流であり、好ましくは、図４に示す領域Ｂの範囲である。ストレス電流を印加している間にＶＣＳＥＬの動作電圧を測定する。次に、測定された動作電圧を予め決められたしきい値と比較し、しきい値よりも小さい場合には、正常なＶＣＳＥＬと判定し、しきい値以上であれば、ＶＣＳＥＬを不良と判定する。

第４の実施例は、光量測定ユニットを必須としないため、より低コストなバーンイン方法を提供することができる。但し、第４の実施例のバーンイン方法は、第１ないし第３の実施例のバーンイン方法と組み合わせて利用されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であり、例えば通電される時間をMTTF程度まで延長し破壊試験を行ってもよい。

１０、１０Ａ：ＶＣＳＥＬ
２００、２００Ａ、２００Ｂ：バーンインシステム
２１０：電流源
２１２：ストレス用電源
２１４：測定用電源
２２０：電流駆動部
２３０、２３０Ａ、２３０Ｂ：ｐ側プローブピン
２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ：ｎ側プローブピン
３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ：モジュール
Ｒ：サーマルロールオーバ

Claims

第１の面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与えるための負荷電流を印加するステップと、
前記第１の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第１の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第１の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定するステップと、
第２の面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与えるための負荷電流を印加する間に、前記光量測定ユニットを前記第２の面発光型半導体レーザ素子に移動させるステップと、
前記第２の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第２の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第２の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定するステップと、
前記測定結果に基づき面発光型半導体レーザ素子の合否判定を行うステップと、
を有する面発光型半導体レーザ素子のバーンイン方法。
前記負荷電流は、面発光型半導体レーザ素子から出射される光量が増加から低下に変化するときの駆動電流よりも大きく、面発光型半導体レーザ素子が過電流により故障するときの故障電流よりも小さい、請求項１に記載のバーンイン方法。
前記負荷電流は、面発光型半導体レーザ素子がレーザ発振できる最大駆動電流より大きく、面発光型半導体レーザ素子が過電流により故障するときの故障電流より小さい、請求項１に記載のバーンイン方法。
面発光型半導体レーザ素子は、室温付近の環境温度に置かれる、請求項１ないし３いずれか１つに記載のバーンイン方法。
バーンイン方法はさらに、
複数の面発光型半導体レーザ素子が形成されたウエハを室温付近の環境温度で支持部材上に取り付けるステップと、
ウエハ上の複数の面発光型半導体レーザ素子の各々について前記負荷電流の印加と前記電気光学特性の測定を実行するステップと、
を有する請求項１ないし４いずれか１つに記載のバーンイン方法。
バーンイン方法はさらに、
単一の面発光型半導体レーザ素子を実装した面発光型半導体レーザ装置を室温付近の環境温度で支持部材上に複数取り付けるステップと、
前記複数の面発光型半導体レーザ装置の各々について前記負荷電流の印加と前記電気光学特性の測定を実行するステップと、
を有する請求項１ないし４いずれか１つに記載のバーンイン方法。
前記電気光学特性を測定するステップは、面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加した状態で面発光型半導体レーザ素子の光出力特性を測定する、請求項１ないし６いずれか１つ記載のバーンイン方法。
前記負荷電流は、面発光型半導体レーザ素子がレーザ発振できる最大駆動電流より大きく、面発光型半導体レーザ素子が発振しない電流である、請求項１に記載のバーンイン方法。
面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与える負荷手段と、前記負荷手段により負荷を与えられた面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定する測定手段と、前記負荷手段および前記測定手段を制御する制御手段とを備えたバーンイン装置が実行するプログラムであって、
前記負荷手段により第１の面発光型半導体レーザ素子に負荷電流を印加させるステップと、
前記測定手段により第１の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第１の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第１の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定させるステップと、
前記負荷手段により第２の面発光型半導体レーザ素子に熱的負荷を与えるための負荷電流を印加する間に、前記光量測定ユニットを前記第２の面発光型半導体レーザ素子に移動させるステップと、
前記測定手段により前記第２の面発光型半導体レーザ素子に測定電流を印加するとき、前記第２の面発光型半導体レーザ素子に位置決めされた光量測定ユニットにより前記第２の面発光型半導体レーザ素子の電気光学特性を測定するステップと、
前記測定結果に基づき面発光型半導体レーザ素子の合否判定を行うステップと、
を有するプログラム。
前記負荷手段は、面発光型半導体レーザ素子から出射される光量が増加から低下に変化するときの駆動電流よりも大きく、面発光型半導体レーザ素子が過電流により故障するときの故障電流よりも小さい負荷電流を印加する、請求項９に記載のプログラム。
前記負荷手段は、面発光型半導体レーザ素子が発振しない負荷電流を印加する、請求項９または１０に記載のプログラム。