JPH10160785A - 半導体レーザの選別方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長寿命の半導体レーザを効率良く選別する方
法及びその装置を提供すること。 【解決手段】 実際の使用条件よりも厳しい条件下で半
導体レーザを動作させる加速試験の前後における発振し
きい値の変化率より長寿命の半導体レーザを選別する
際、半導体レーザの電流−電圧特性を測定し、微分抵抗
が一定になる最小の電流値を前記発振しきい値とみなし
て選別を行うことにより、電流−光出力特性の測定を不
要とし、これによって選別前のパッケージングやモジュ
ール組み込みを不要とし、ウェハから分割しない状態で
の選別を可能とし、スループットの高い選別を可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大量に製造される
半導体レーザの中から長寿命のものを効率良く選び出す
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザの選別（スクリーニ
ングともいう）は、個々のレーザチップをヒートシンク
等へ実装し、パッケージングした後またはモジュールに
組み込んだ後に実施されるのが一般的であった。

【０００３】スクリーニングの工程は、パッケージまた
はモジュールを恒温槽等へセットし、実際の使用条件よ
りも厳しい条件下で動作させる加速試験の後、不良品を
選別除去するというものであった。例えば、７０℃の高
温下において、１００〜２００ｍＡの直流電流を１００
時間程度通電し、通電前後の素子特性の変化の大小に基
づいて選別除去するといった手法が採られていた。

【０００４】ここでの選別判定基準としては、通電前後
のレーザ発振しきい値の変化率を採用するのが一般的で
あり、該発振しきい値の変化率が１０％以上であれば不
合格と判定するといった具合である。この際、発振しき
い値は、従来、行われてきた半導体レーザの測定方法に
従って電流−光出力特性を測定し、その測定結果を解析
して決定されていた。

【０００５】しかしながら、以上説明した方法では、選
別判定で不合格となったパッケージやモジュールの部材
の費用や組み立てのための費用等が無駄になり、その
分、合格品のコストを高くしてしまうという問題があっ
た。また、この選別方法に使用する装置は、恒温槽、通
電回路及び光検出回路等を必要とするため、大がかりで
高価なものになっていた。

【０００６】一方、前述したような無駄を省くため、パ
ッケージングまたはモジュール組み込みを行わずに半導
体レーザチップのままでスクリーニングする、特許第１
４３４９２７号「ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザダイオ
ードの良否判別法」や、特許第１５４１８８９号「半導
体レーザダイオードの良否判別法」のような選別方法も
提案されている。

【０００７】前記方法では、金メッキされたステムにり
ん青銅のバネまたは金メッキされた銅片でレーザチップ
を固定し、加速試験及び電流−光出力特性の測定を行う
ので、パッケージングまたはモジュール組み込みの必要
がない。

【０００８】しかしながら、半導体レーザチップ単体で
の取り扱いは容易でなく、半導体レーザチップを金メッ
キされたステム上に固定する工程は格段に能率が悪い。
さらに、この工程中に半導体レーザの表面を損傷してし
まうこともしばしば発生していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、特許第１
４３４９２７号や特許第１５４１８８９号に記載された
選別方法では、パッケージングやモジュール組み込みの
無駄はなくなるが、スクリーニングのスループットが低
い上、素子を破損する可能性も高かったので、実際に半
導体レーザの製造ラインに取り込むのは困難であった。

【００１０】また、前述した特許の公報には選別装置に
ついての具体的な記載はないが、電流−光出力特性の測
定には通電回路としてパルス電流通電回路を使用するこ
とが記載されている。従って、選別装置としては、恒温
槽、パルス電流通電回路及び光検出回路等を必要とし、
格段に大がかりで高価なものになることが予想される。

【００１１】また、パッケージングやモジュール組み込
みの後に行う方法でも、その前に行う方法でも、発振し
きい値を決定するために電流−光出力特性を測定しなけ
ればならないので、例え端面をドライエッチング等によ
り形成し、ウェハを分割しない状態でレーザ発振が可能
な素子であっても、各半導体レーザをチップに分割した
後でなければ、スクリーニングを行うことができなかっ
た。

【００１２】本発明の目的は、１）パッケージングまた
はモジュール組み込み前の選別を可能とし、２）スルー
プットが高く製造ラインへの導入が可能であり、３）ウ
ェハから分割しない状態でも選別が可能であり、さらに
は４）光検出回路が不要で小さくかつ低価格な装置を構
成可能とする半導体レーザの選別方法及びその装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述した目的を従来の選
別方法が達成できなかったのは、発振しきい値の決定の
ために電流−光出力特性の測定を必要としていたからで
ある。本発明の半導体レーザの選別方法は、発振しきい
値を電流−光出力特性の解析から求めるのではなく、半
導体レーザの微分抵抗が最初に一定になる電流値とする
ことに特徴がある。

【００１４】この選別方法を用いると電流−光出力特性
の測定が不要になるため、１）電流−光出力特性の測定
を容易にするために、パッケージングまたはモジュール
組み込み後に選別を行う必要がなく、２）スループット
が高く製造ラインへの導入が可能であり、３）ウェハか
ら分割しない状態でも選別が可能であり、さらには４）
光検出回路が不要で小さくかつ低価格な装置が構成可能
となる。

【００１５】良く知られているように、半導体レーザが
レーザ発振を開始すると活性層内のキャリヤ密度は注入
電流の大きさに依らず一定になる。これは電子及びホー
ルの偽フェルミレベルが一定になることを表している。
ところで、活性層を挟むダブルヘテロ接合に印加される
電圧は、電子の偽フェルミレベルとホールの偽フェルミ
レベルとの差に相当する。従って、レーザ発振を開始す
ると注入電流の大きさに拘らずダブルヘテロ接合に印加
される電圧が一定になるので、ダブルヘテロ接合の微分
抵抗は零になる。このため、半導体レーザの微分抵抗は
レーザ発振を開始すると急激に減少し、電極のコンタク
ト抵抗とクラッド層の抵抗だけになる。

【００１６】これらの残留抵抗はオーム性抵抗で常に一
定の値であるため、注入電流が発振しきい値以上の領域
において半導体レーザの微分抵抗は一定値を示す。即
ち、発振しきい値は微分抵抗が一定になる最小の電流と
一致するので、電流−光出力特性を測定しなくても求め
ることが可能になる。

【００１７】微分抵抗の微分、即ち電流−電圧特性の２
次微分は、発振しきい値以前では大きな負の値をとり、
発振しきい値を過ぎると零となる。従って、電流−電圧
特性の２次微分を観察すると、発振しきい値を精度良く
測定できる。

【００１８】以上のように本発明の選別方法では、加速
試験後に電流−電圧特性の測定のみを行えば良いので、
電流−電圧特性の測定のために半導体レーザから出力光
を取り出す必要がない。従って、既に述べたようにウェ
ハから分割しなくてもレーザ発振が可能な半導体レーザ
については、ウェハから分割する以前に選別を行うこと
が可能になる。このようなウェハまたは一部分割後の半
導体レーザバーのまま、半導体レーザのスクリ−ニング
を行うことは、選別の効率を著しく上げる。

【００１９】また、本発明の半導体レーザの選別装置
は、半導体レーザに電流を注入するための針と、半導体
レーザに電流を注入する手段と、微分抵抗が一定になる
最小の電流値を求める手段と、半導体レーザを昇温する
手段とを備えたことを特徴とする。

【００２０】半導体レーザの昇温手段と、微分抵抗が一
定になる最小の電流値を求める手段とを備えているの
で、本発明による選別方法を能率的に行うことができ
る。また、針を複数個設けると、ウェハまたはバー状態
の半導体レーザを一度に多数測定することができ、さら
に能率的になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は半導体レーザにおける各種
の特性を示すもので、図中、１は電流−光出力特性曲
線、２は電流−電圧特性曲線、３は電流−微分抵抗特性
曲線をそれぞれ表している。同図より、微分抵抗が一定
になる最初の電流値４が発振しきい値電流５に一致して
いることが良く分かる。

【００２２】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。

【００２３】図２は加速試験による微分抵抗の変化の例
を示すもので、同図(a) 及び(b) はそれぞれ異なる試料
（半導体レーザ）における特性を示している。同図(a)
及び(b) において、１１ａ，１１ｂは試験前の微分抵抗
特性曲線を、１２ａ，１２ｂは試験後の微分抵抗特性曲
線を示している。ここで、加速試験は、温度を８５℃一
定に保ち、２００ｍＡの電流を７２時間連続注入して行
った。

【００２４】電流−微分抵抗（Ｉ−ｄＶ／ｄＩ）特性を
みると、同図(a) の試料ではその特性がほとんど変化し
ていないが、同図(b) の試料では微分抵抗が最初に一定
になる電流値、即ち発振しきい値が上昇している。前述
した加速試験の前後における発振しきい値の上昇分が１
０％以内の試料については、長期信頼性も保証されると
考えられる。

【００２５】図２(a) に示したような、加速試験の前後
で微分抵抗にほとんど変化がなかった数１０個の試料に
ついて長期通電試験を行った結果を図３に示す。ここで
は、８５℃の環境において、それぞれの試料の光出力が
１０ｍＷ一定に保持され得る動作電流の経時変化を示し
ている。この変化率から、これらの試料の寿命は１０万
時間に及ぶと推定され、本発明の選別方法が妥当である
ことが理解される。

【００２６】以上の説明では微分抵抗を測定した。微分
抵抗は電流値が発振しきい値に近づくに従って急激に減
少するが、発振しきい値を過ぎると一転して変化がなく
なる。このため、微分抵抗の電流微分、即ち電圧を電流
で２階微分（２次微分）したものは、発振しきい値以前
では大きな負の値をとり、発振しきい値を過ぎると零と
なる。従って、電流−電圧特性の２次微分を観察する
と、発振しきい値を精度良く測定できる。さらに電流−
電圧特性の３階微分をとると、発振しきい値で極大値を
とることになり、発振しきい値を極めて精度良く決定で
きる。

【００２７】図４は本発明の半導体レーザの選別装置の
構成及びこれを用いた選別のようすを示すものである。

【００２８】図中、２１は複数の半導体レーザであり、
共振器長３００〜６００μｍの各半導体レーザ２１が約
２５０〜４００μｍの幅をもって横に隣接し、バーを形
成している。２２は複数の針であり、前記複数の半導体
レーザ２１にそれぞれ接触して電流を注入するもので、
各針２２の先端は半径１０μｍ程度の球面を形成してい
る。また、各針２２にはスプリング（図示せず）が組み
込まれており、約１０ｇの荷重が半導体レーザ２１にか
かるようになっている。

【００２９】また、２３は銅ブロック、２４はペルチェ
素子であり、これらは半導体レーザ２１を搭載・保持す
るとともにその温度を一定にする機能を持っている。こ
こで、半導体レーザ２１は銅ブロック２３に接着される
わけではなく、自身の重さと針２２の荷重により銅ブロ
ック２３と電気的に接触する。

【００３０】微分抵抗測定装置２５は、針２２及び銅ブ
ロック２３を介して半導体レーザ２１に所定の電流を注
入し、該注入電流を所定の電流値から所望の微小量ずつ
変化させる電源と、半導体レーザ２１の両端に印加され
た電圧を読み取って数値化する電圧計と、設定された注
入電流値及び測定された電圧値から半導体レーザ２１の
微分抵抗を計算し、発振しきい値を決定する電子計算機
とからなっている。

【００３１】この計算機のプログラムを変更すれば、電
流−電圧特性の１次微分、即ち微分抵抗に代えて２次微
分または３次微分を計算することは容易である。また、
計算機と電圧計に代えて微小交流信号源と位相弁別検波
器を用いても、電流−電圧特性の１次微分、２次微分ま
たは３次微分を測定することができる。

【００３２】加速試験は、前記銅ブロック２３の温度を
８５℃一定に保ち、微分抵抗測定装置２５によって２０
０ｍＡの電流を７２時間連続注入して行った。

【００３３】この加速試験の前後で、微分抵抗測定装置
２５により、発振しきい値の変化を求めた。発振しきい
値の上昇分が１０％以内のものについては長期信頼性も
保証されるので、それら良品チップのみを次のマウント
工程へまわした。

【００３４】本発明の選別方法によれば、半導体レーザ
をパッケージングしたり、モジュールに組み込む必要が
ないので、このように半導体レーザを搭載する台を加熱
するだけで加速試験が可能であり、恒温槽に収納する必
要がなく、装置の寸法を小さくでき、価格を抑えること
ができる。また、例え恒温槽を使用する場合でも、電流
−電圧測定のための試料台及び針を収納するだけで良い
ので、同じく装置の寸法を小さくでき、価格も低くでき
る。

【００３５】なお、図４ではバー状態の半導体レーザを
選別する装置を示したが、針が２次元アレイ状に配置さ
れた装置ではウェハ状態の半導体レーザのチップスクリ
ーニングが可能であり、図４の場合と同等のスクリーニ
ングが実施できた。但し、この場合、チップはそれぞれ
溝等で電気的に分離されたものを使用した。これによっ
てドライエッチング等で光共振器が形成され、ウェハ状
態にある半導体レーザのスクリーニングが可能になっ
た。また、以上の説明では、複数の針を用いたが、単数
であっても良く、また、半導体レーザはチップ状態であ
っても良いことはいうまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１）パッケージングまたはモジュール組み込み前の選別
除去が可能になり、２）スループットが高く製造ライン
への導入が可能であり、３）ウェハから分割しない状態
でも選別が可能であり、これによってパッケージングま
たはモジュールに組み込んだ半導体レーザの価格を格段
に低くすることが可能となる。また、光検出回路が不要
になるので、小さくかつ低価格な選別装置を構成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体レーザにおける各種の特性を示す図

【図２】加速試験による微分抵抗の変化の例を示す図

【図３】本発明方法により選別された半導体レーザの長
期通電試験の結果を示す図

【図４】本発明の半導体レーザの選別装置の構成及びこ
れを用いた選別のようすを示す図

【符号の説明】

２１…半導体レーザ、２２…針、２３…銅ブロック、２
４…ペルチェ素子、２５…微分抵抗測定装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザを加速試験する工程と、前
   記加速試験により発振しきい値が上昇した素子を選別除
   去する工程とからなる半導体レーザの選別方法におい
   て、 前記半導体レーザの微分抵抗が一定になる最小の電流値
   を前記発振しきい値とみなすことを特徴とする半導体レ
   ーザの選別方法。
2. 【請求項２】 前記微分抵抗が一定になる最小の電流値
   を、電流−電圧特性の２次微分から求めることを特徴と
   する請求項１記載の半導体レーザの選別方法。
3. 【請求項３】 半導体レーザが、分割前の半導体レーザ
   ウェハまたは一部分割後の半導体レーザバー内の複数の
   半導体レーザであることを特徴とする請求項１または２
   記載の半導体レーザの選別方法。
4. 【請求項４】 分割前の半導体レーザウェハまたは一部
   分割後の半導体レーザバーまたは個々に分割された半導
   体レーザのチップに接触して電流を注入する針と、 該針を介して半導体レーザに電流を注入する手段と、 半導体レーザの微分抵抗が一定になる最小の電流値を求
   める手段と、 半導体レーザを昇温する手段とを備えたことを特徴とす
   る半導体レーザの選別装置。
5. 【請求項５】 前記針として、前記半導体レーザウェハ
   または半導体レーザバー内の複数の半導体レーザに個別
   に接触する複数の針を用いたことを特徴とする請求項４
   記載の半導体レーザの選別装置。