(57)【要約】  半導体発光素子が発光する光量を精度よく算出することが可能な半導体発光素子用受光モジュール及び半導体発光素子用検査装置を提供することである。  本発明の半導体発光素子用受光モジュール１は、ＬＥＤ１０１の発光中心軸上で、かつ、ＬＥＤ１０１に対向して配置され、ＬＥＤ１０１が発光する光を受光しその光量を測定するフォトディテクタ１０５と、ＬＥＤ１０１の発光する光が入射され、光をフォトディテクタ１０５へ向けて出射するレンズ部１２３と、を有し、レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１とフォトディテクタ１０５との間に配置されるとともに、その開口数が０．８６以上に形成される。
2012073346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子の発光中心軸上で、かつ、前記半導体発光素子に対向して配置され、前記半導体発光素子が発光する光を受光しその光量を測定する受光部と、
前記半導体発光素子の発光する光が入射され、光を前記受光部へ向けて出射するレンズ部と、を有し、
前記レンズ部は、前記半導体発光素子と前記受光部との間に配置されるとともに、その開口数が０．８６以上に形成される
半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項２】
前記レンズ部は、複数のレンズによって構成されるとともに、少なくとも前記半導体発光素子に一番近いレンズはフレネルレンズである
請求項１に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項３】
前記フレネルレンズの材質は、シリコンが主成分である
請求項２に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項４】
前記レンズ部よりも前記半導体発光素子側には、保護用プレートが配置されている
請求項１〜３いずれか１項に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項５】
前記受光部と前記レンズ部との間、かつ、前記半導体発光素子から発光される光の経路上に部分反射部材を有し、
前記部分反射部材によって、前記半導体発光素子から発光される光の一部を前記光路外へ導光する
請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項６】
前記受光手段と前記レンズ部との間、かつ、前記半導体発光素子から発光される光の経路上に先端が配置される光ファイバを有し、
前記光ファイバの長手方向は、前記発光中心軸に対して所定角度傾斜し、
前記光ファイバによって、前記半導体発光素子から発光される光の一部を前記光路外へ導光する
請求項１〜４いずれか１項に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項７】
前記光ファイバの先端部は、その長手方向の垂直面に対して傾斜した傾斜面となっており、
前記傾斜面は、前記レンズ部から出射された光が屈折して前記光ファイバ内部に導かれる角度である
請求項６に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項８】
前記光路外へ導光した光について波長の測定を行う波長測定部を有する
請求項５〜７いずれか１項に記載の半導体発光素子用受光モジュール。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項に記載の半導体発光素子用受光モジュールと、
前記半導体発光素子の電極に接触して電気的特性を測定するプローブ針と、を有し、
前記プローブ針は、前記半導体発光素子用受光モジュールより外側で保持される
半導体発光素子用検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップなどの半導体発光素子からの光を受光して、光量測定、波長測定等をおこなう半導体発光素子用受光モジュール及び半導体発光素子用検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、上面発光ＬＥＤ及び下面発光ＬＥＤの検査も可能とする技術が開示されている。具体的には、プローブ針の上部ばかりではなくステージ下側にも、光量検出器、波長測定用ファイバを設けている技術が開示されている。
特許文献２には、光電変換装置の受光面の中央に光ファイバ入力部を垂直に設け、発光光量と発光スペクトルを同時に測定する受光光量と発光スペクトルを同時に測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７―１９２３７号公報
【特許文献２】特開平９―１１３４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の方法においては、ＬＥＤの発光角度範囲のうち±１０°程度の範囲でしか光量測定ができず、ＬＥＤが発光する光量を精度良く算出することが困難である。
また、特許文献２に記載の方法では、発行角度を広角範囲で可能であるが、特殊な光電変換装置が必要となってしまう。【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、半導体発光素子が発光する光量を精度よく算出することが可能な半導体発光素子用受光モジュール及び半導体発光素子用検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体発光素子用受光モジュールは、半導体発光素子の発光中心軸上で、かつ、前記半導体発光素子に対向して配置され、前記半導体発光素子が発光する光を受光しその光量を測定する受光部と、前記半導体発光素子の発光する光が入射され、光を前記受光部へ向けて出射するレンズ部と、を有し、前記レンズ部は、前記半導体発光素子と前記受光部との間に配置されるとともに、その開口数が０．８６以上に形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤの発光状況の説明図である。
【図２】ｃｏｓ型のＬＥＤ及びドーナツ型のＬＥＤの光量比率及び強度差比率の説明図である。
【図３】第１の実施形態の半導体発光素子用受光モジュールの説明図である。
【図４】半導体発光素子用検査装置の概要の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の第１の実施形態を、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤ１０１の発光状況の説明図である。
【０００９】
図１（ａ）に記載されているように、ＬＥＤ１０１は発光面１０１ａから光を発光する。
ここで、ＬＥＤ１０１は発光素子の一例であり、他の発光する素子であっても同様である。
なお、θは、発光面１０１ａの法線方向からの角度である。
ＬＥＤ１０１は、それぞれの角度θに対して光を放射している。
図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、角度θにおけるＬＥＤ１０１の光量分布図である。
図１（ｂ）は、θが０°の場合に光量が最も強いＬＥＤ１０１（ｃｏｓ型）の例であり、図１（ｃ）は、θが３０°近傍の場合に光量が最も強いＬＥＤ１０１（ドーナツ型）の例である。
多数のＬＥＤ１０１を製造する場合には、ある程度製造誤差が存在してしまう。
仮に、ＬＥＤ１０１のウエハに、図１（ｂ）のような特性を持ったＬＥＤ１０１を製造しようとしても、図１（ｃ）のようにθが０°ではない位置においてピークができてしまうＬＥＤ１０１が製造されてしまう。
しかし、半導体発光素子用受光モジュール１は、図１（ｂ）のような特性（ｃｏｓ型の特性）を有するＬＥＤ１０１から、図１（ｂ）のような特性（ドーナツ型の特性）を有するＬＥＤ１０１まで測定しなければならない。
実際の一例として、製造したＬＥＤ１０１のウエハから複数のＬＥＤ１０１を抜き取り、それぞれの光量分布の測定をした結果、ＬＥＤ１０１の光の強度のピークの位置（角度）はそれぞれのＬＥＤ１０１によって異なっていたものの、ピークの位置がθ＝３０°までのものにほぼ収まっていた。
このことは、製造されるほぼ全てのＬＥＤ１０１の光量の強度のピークの位置（角度）は、θ＝０°からθ＝３０°までの範囲に収まることを意味する。
つまり、ピークの位置がθ＝０°で±９０°の（立体的な）光量分布の断面がｃｏｓ型の特性を有するＬＥＤ１０１と、ピークの位置が最もずれたθ＝３０°でピークを有するドーナツ型の特性を有するＬＥＤ１０１は、同一のＬＥＤ１０１のウエハに製造される可能性のあるＬＥＤ１０１の両極端の製品であると仮定できることになる。
そうすると、θ＝３０°でピークとなるＬＥＤ１０１とθ＝０°でピークとなるＬＥＤ１０１の両極端のＬＥＤ１０１を、一定の誤差の範囲で精度よく測定できれば、この一定の誤差よりもより少ない誤差で、この両極端の範囲内のＬＥＤ１０１（θが０°〜３０°いない位置にピークを有するＬＥＤ１０１）を測定できることになる。
このことは製造されうるＬＥＤ１０１のほぼ全てを、その誤差が一定の範囲で精度よく測定できることになる。
これによって、本実施形態の課題である、ＬＥＤ１０１を精度よく測定することが可能となる。
ｃｏｓ型の特性を有するＬＥＤ１０１から、ドーナツ型の特性を有するＬＥＤ１０１まで測定するための具体的な方法は、後述する図２についての説明部分にて説明する。
【００１０】
図２は、ｃｏｓ型のＬＥＤ１０１及びドーナツ型のＬＥＤ１０１の光量比率及び強度差比率の説明図である。
【００１１】
ここで、光量比率は、θ＝０°から図示した角度θまでの範囲について受光した場合の光量を示している。
したがって、θ＝９０°となった場合の全面発光分に対する光量比率の値は１００％となる。
また、ｃｏｓ型のＬＥＤ１０１の方がドーナツ型のＬＥＤ１０１よりも高い値を示している。なぜなら、ｃｏｓ型のＬＥＤ１０１は、θ＝０°が最も強度が高く（以下、必要に応じてピーク強度ともいう）θが大きくなるに従って、強度が低くなることから、θ＝０°時点でのピーク強度を持たないｃｏｓ型の強度よりも低い窪みを有するＬＥＤ１０１よりも早く光量比率の値が大きくなるからである。
強度差比率は以下の式で計算される。
強度差比率＝（ｃｏｓ型の光量比率−ドーナツ型の光量比率）／（ｃｏｓ型の光量比率＋ドーナツ型の光量比率／２）×１００
この強度差比率は、図２のように、θ＝０°近傍で最大になっており、その後、徐々に減少している。
そして、この強度差比率が１０％以下になるのは、θ＝約６０°以上の場合である。
つまり、θ＝約６０°以上となるように光を受光すれば、たとえ、そのＬＥＤ１０１がドーナツ型でピークの位置が最も角度を有するθ＝３０°でピークを持つＬＥＤ１０１であろうと、ｃｏｓ型でピークが全くずれていないθ＝０°でピークを持つＬＥＤ１０１であろうと、１０％以下の範囲の誤差で光の強度の測定が可能ということになる。
これによって、ｃｏｓ型でピークがθ＝３０°以下の位置にあるＬＥＤ１０１（＝製造されるほぼすべてのＬＥＤ１０１）を、１０％以下の精度で測定可能となる。
なお、強度差比率はできるだけ小さいほうがよく、測定するθの値を６０°より大きく設定して、強度差比率を１０％よりもさらに小さくした方がより好適である。
もっとも、測定するθの値を９０°にすることは、ＬＥＤ１０１が放射した光を全て受光するということであり現実的ではない。
【００１２】
では、どのようにすれば、θが約６０°となる範囲（もしくはそれ以上）まで測定することが可能となるのか以下に説明する。
具体的には、ＬＥＤ１０１から放射された光を受光するフォトディテクタ１０５（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を、ＬＥＤ１０１にできるだけ近接させることである。
また、他の方法は、フォトディテクタ１０５を大面積化させることである。
しかし、フォトディテクタ１０５を大面積化するために、例えば、１００ｍｍを超えるような太陽電池パネルを使用する例も存在するが、このような方法では、ＬＥＤ１０１の光量を調査するためのフォトディテクタ１０５必要とする性能（例えば、応答速度等）を満たすことができていない。
なお、現実には、フォトディテクタ１０５にはその表面に保護のための保護ガラスが配置されており、この保護ガラスによってフォトディテクタ１０５に入射した光はある程度反射されてしまう。
しかし、この場合であってもθ＝７０°程度の範囲まで、フォトディテクタ１０５が受光することができれば、強度差比率を１０％以下に保つことが可能である。
もっとも、このＬＥＤ１０１から放射された光を受光するフォトディテクタ１０５（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を、ＬＥＤ１０１にできるだけ近接させる方法は、配置上の問題等からフォトディテクタ１０５をＬＥＤ１０１に近接させることが困難な場合も有る。
そこで、本実施形態では、後述するように、レンズ部１２３を用いてＬＥＤ１０１から放射される光をフォトディテクタ１０５に導いている。
【００１３】
図３は、第１の実施形態の半導体発光素子用受光モジュール１の説明図である。
【００１４】
図３（ａ）のように、半導体発光素子用受光モジュール１は、本実施形態では、、ワーク１０２（試料設置台）、フォトディテクタ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１、信号処理基板１１３、通信線１１５及びスペーサ１１７を有している。
もっとも、この全てが半導体発光素子用受光モジュール１の必須の構成ではなく、少なくとも、光ファイバ１０３、フォトディテクタ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１を有していれば足りる。
なお、半導体発光素子用検査装置３（図４も参照のこと）は、半導体発光素子用受光モジュール１に加え、ＬＥＤ１０１の電気特性を検査するためのプローブ針１０９及び電気特性計測部１１９及びテスタ１５１を有している。
ＬＥＤ１０１は水平に設置されているワーク１０２上に配置されている。
このワーク１０２と対向する位置に、ホルダ１０７が、空間を隔てて配置されている。
ホルダ１０７の内部には、フォトディテクタ１０５が配置されている。
ＬＥＤ１０１、ワーク１０２及びフォトディテクタ１０５は互いに平行となる様に配置されている。
プローブ針１０９は、光量の測定及び電気特性測定時にはＬＥＤ１０１に接触して、電圧をＬＥＤ１０１に印加する。
ワーク１０２及びＬＥＤ１０１が固定されている状態でプローブ針１０９が移動して、プローブ針１０９とＬＥＤ１０１とが接触してもよい。逆に、プローブ針１０９が固定されている状態でワーク１０２及びＬＥＤ１０１が移動して、プローブ針１０９とＬＥＤ１０１とが接触してもよい。
プローブ針１０９は、電気特性計測部１１９と接続されている。
プローブ針１０９は、ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａとほぼ平行に、ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａの法線と直角方向に放射状に延在している。
【００１５】
ホルダ１０７は、遮蔽部１０７ａ、円筒形状の側面部１０７ｂを有している。
さらに、ホルダ１０７は、遮蔽部１０７ａ、円筒形状の側面部１０７ｂとの間に、円筒形状の円筒部１０７ｄ及び延在部１０７ｅを有している。
側面部１０７ｂは円筒形状を有し、θ＝０°の方向（ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａ法線方向）に延在した形状を有している。
円筒部１０７ｄは、底面（円形状）の直径の１．５倍程度の長さを有する円筒の形状を有している。そして、円筒部１０７ｄの中空空間を形成する内周面は、延在部１０７ｅがなす円柱状の中空空間を形成する内周面と一致するように形成されている。
円筒部１０７ｄの内周面及び延在部１０７ｅの内周面の直径、円筒部１０７ｄの外周面、側面部１０７ｂの内周面、側面部１０７ｂの外周面及び延在部１０７ｅの外周面の順に、直径が大きく形成されている。
遮蔽部１０７ａ、円筒部１０７ｄ、延在部１０７ｅ及び側面部１０７ｂの中心軸はθ＝０°の方向を有しており、ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａの法線と同一である（以下この同一の軸を「発光中心軸」という）。
側面部１０７ｂの内周面が形成する中空空間に、フォトディテクタ１０５が配置されている。
遮蔽部１０７ａの中心部には、円錐台形の中空部を形成する円形開口部１０７ｃが形成されている。この円形開口部１０７ｃがあることによって、ＬＥＤ１０１から放射された光をフォトディテクタ１０５が受光可能となっている。
遮蔽部１０７ａの外周面は、ＬＥＤ１０１に向かって傾斜する外周傾斜面１０７ｉから形成されている。遮蔽部１０７ａの内周面によって形成される中空空間は、傾斜面１０７ｆ、平行面１０７ｇ及び直角面１０７ｈから形成されている。
ＬＥＤ１０１側から、傾斜面１０７ｆ、平行面１０７ｇ及び直角面１０７ｈの順に形成されている。
傾斜面１０７ｆは、ＬＥＤ１０１側に向かって直径が大になるように形成されており、これによって上記した円錐台形の中空部をなす円形開口部１０７ｃを形成する。
平行面１０７ｇは、上記した発光中心軸からの放射方向に向かって延在する平面を有しており、より具体的には、上記した円錐台形の中空部をなす円形開口部１０７ｃの上面の外周位置（開口面端部１０７ｊ）から底面の外周位置に相当する経方向の位置に向かって水平に延びる平面を有している。また、平行面１０７ｇの法線方向は発光中心軸と同一の方向を有している。
直角面１０７ｈは、発光中心軸を中心とした円柱形状の中空区間を形成する。
また、この傾斜面１０７ｆのフォトディテクタ１０５側の端部である開口面端部１０７ｊは、θ＝６０°以上となる位置に形成される。
【００１６】
レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１から放射された光を屈折させてフォトディテクタ１０５に導く機能を有している。
なお、図３における破線はＬＥＤ１０１の光の経路（光路）の最外側部分である。
レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１側から順に、第１のフレネルレンズ１２５ａ（第１のレンズ１２５）、第２のフレネルレンズ１２７ａ（第２のレンズ１２７）及び第３のフレネルレンズ１２９ａ（第３のレンズ１２９）から形成される。
第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａから形成されるレンズ部１２３の開口数ＮＡは０．８６以上を有している。
ここで、開口数ＮＡは、
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ  で表される（図３（ｂ）も参照のこと）。
ｎはレンズ入射前光を通過させている物質の屈折率である。
本実施形態では、ＬＥＤ１０１から放射された光は、空気内を通過するのでｎ＝１．０００３程度であるから、ＮＡ＝ｓｉｎθと考えて良い。
そして、ＬＥＤ１０１から放射された光のうちθ＝６０°以上の範囲でフォトディテクタ１０５に受光させたいのであるから、θ＝６０°を上記式に代入すると、開口数ＮＡは０．８６以上を有すれば良いことになる。
つまり、開口数ＮＡ＝０．８６以上となるようにレンズ部１２３を形成すれば、フォトディテクタ１０５をＬＥＤ１０１に近接、又は、フォトディテクタ１０５を大面積化しなくても、特性の異なる複数のＬＥＤ１０１のほぼ全てについて、精度よく測定することが可能となる。
【００１７】
もっとも、１個のレンズ部１２３で開口数ＮＡを０．８６以上とすることは困難なので、本実施形態では、レンズ部１２３は、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａから形成されている。
つまり、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａを組み合わせて１つのレンズ部１２３としてみなしたことで、開口数ＮＡが０．８６以上となるように形成されている。
【００１８】
ここで、レンズ部１２３を第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａで形成した理由は以下の理由による。
第１の理由は、フレネルレンズは薄く形成することができることから、第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となるからである。
つまり、例えば通常の凸レンズであれば、発光中心軸部分が大きく膨らんだ構造となってしまうことから、レンズ部１２３をＬＥＤ１０１に近接させることが困難となるが、フレネルレンズとしたことから第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となる。
第２の理由は、レンズ部１２３は、第１のフレネルレンズ１２５ａ、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａの３つのレンズ部材から構成されているが、これらを発光中心軸部分が膨らんだ凸レンズ等を使用してしまうと、一つ一つが大きく空間を占有してしまい、レンズ部１２３の厚みが大きくなってしまうからである。
第３の理由は、凸レンズで形成すると、レンズ部１２３第１のレンズ中心１２５ｃと第２のレンズ中心１２７ｃとの距離、及び、第２のレンズ中心１２７ｃと第３のフレネルレンズ中心１２９ｃとの距離を大きく取らなければならないからである。
つまり、このようにレンズを配置する距離が大きくなると、第１のレンズ１２５を通過した後の光はフレネルレンズを使用した場合に比べて長い距離直進することになる、同様に、第２のレンズ１２７を通過した後の光は長い距離直進することになる。そうすると、光は大きく広がって進むことになり、この広がった光をフォトディテクタ１０５の受光領域内に収める様に屈折させる為の第２のレンズ１２７および第３のレンズ１２９は大きな直径のレンズが必要となってしまう。
さらに、大きな直径の凸レンズは、発光中心軸の厚さがさらに厚くなってしまうという悪循環となってしまうからである。
以上より、複数枚のレンズを使用してレンズ部１２３を形成する場合には、フレネルレンズを用いることがより好適である。
【００１９】
フレネルレンズの材質はシリコンを主成分とすることが好適である。
このように構成すると、半導体発光素子用受光モジュール１が測定可能な波長の範囲を３００ｎｍ〜１５００ｎｍと広範囲とすることが可能となる。
つまり、フレネルレンズの材質はシリコンを主成分としたことによって、レンズ部１２３を高温にも耐えられるようにすることが可能となる。そして、高温に耐えられることから、ＬＥＤ１０１が放射する光の波長が３００ｎｍ〜１５００ｎｍであっても使用可能となる。
また、アクリル等のプラスチック材料であると光によって劣化のおそれがあるが、シリコンを主成分としたことから、光による劣化が極めて小さくすることが可能となる。
さらに、シリコンが主成分であることによって、アクリル等のプラスチック材料よりも高い屈折率を実現することが可能となる。
【００２０】
なお、以上の実施形態ではレンズ部１２３を構成するレンズの数は３個であったが、これ以上であってもよい。また、１つのレンズによって開口数ＮＡ＝０．８６以上を実現できるのであれば１つのレンズであってよい。
【００２１】
第１のフレネルレンズ１２５ａは、平行面１０７ｇ及び直角面１０７ｈが形成する中空空間に嵌合される。
また、第２のフレネルレンズ１２７ａ及び第３のフレネルレンズ１２９ａの順に、円筒部１０７ｄの内周面に所定の光学距離だけ離間した位置で発光中心軸に沿って嵌合される。
【００２２】
遮蔽部１０７ａの外周傾斜面１０７ｉの外部には、電気特性計測部１１９の機能をも有するニードル保持機構１５９ａが配置されている。
このニードル保持機構１５９ａは、プローブ針１０９を保持する位置決めユニット１５９としての機能を有している。また、このニードル保持機構１５９ａは、後述するＥＳＤユニット１５５及びＨＶユニット１５３に電気的に接続されており、これらによって電気特性を計測する。
また、プローブ針１０９が移動してＬＥＤ１０１と接触する場合には、ニードル保持機構１５９ａはプローブ針１０９を移動する機能及び位置決めする機能をも有している。
このように、外周傾斜面１０７ｉの外部にニードル保持機構１５９ａを配置したことによって、ニードル保持機構１５９ａが邪魔になって第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが困難となることがない。
つまり、このような構成によって、第１のフレネルレンズ１２５ａをＬＥＤ１０１に近接させることが可能となる。
【００２３】
フォトディテクタ１０５は、ＬＥＤ１０１からの光を受光してその光量に比例した電気信号をアナログ値として出力する。
この光量を表すアナログ値は、信号線１１１を介して信号処理基板１１３に出力される。
信号処理基板１１３は、このアナログ値を増幅し、アナログ値からデジタル値にＡ／Ｄ変換する。
そして、デジタル値に変換された光量情報は、通信線を介してテスタ１５１に出力される（図４も参照のこと）。
信号処理基板１１３はスペーサ１１７を介してホルダ１０７と物理的に接続している。
【００２４】
なお、図３（ａ）では図示していないが、円形開口部１０７ｃの位置に、図４に示す光を波長測定部１２１に導光する光ファイバ１０３（導光部１０４）の先端が位置していても良い。また、光の経路中に光を導光する光ファイバ１０３の先端が位置していても良い。
【００２５】
図４は、半導体発光素子用検査装置３の概要の説明図である。
【００２６】
半導体発光素子用検査装置３は、半導体発光素子用受光モジュール１、電気特性計測部１１９及びテスタ１５１を有している。
半導体発光素子用受光モジュール１は、本実施形態では、ワーク１０２（試料設置台）、光ファイバ１０３、フォトディテクタ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１、信号処理基板１１３、通信線１１５、スペーサ１１７、波長測定部１２１を有している。
もっとも、この全てが半導体発光素子用受光モジュール１の必須の構成ではなく、少なくとも、光ファイバ１０３、フォトディテクタ１０５、ホルダ１０７、信号線１１１を有していれば足りる。
電気特性計測部１１９は、ＨＶユニット１５３、ＥＳＤユニット１５５、切替えユニット１５７及び位置決めユニット１５９を有している。
【００２７】
フォトディテクタ１０５はＬＥＤ１０１から放射された光を受光して、その光量に比例する電気信号をアナログ信号として、信号処理基板１１３に出力する。
信号処理基板１１３は、このアナログ信号を増幅し、デジタル信号に変換する。この信号処理基板１１３でデジタル信号に変換された光量情報は通信線１１５を介してテスタ１５１に出力される。
【００２８】
導光部１０４としての光ファイバ１０３は、ＬＥＤ１０１によって放射された光を波長測定部１２１に導光する。
そして、波長測定部１２１は、ＬＥＤ１０１から放射された光の波長を測定し、この波長情報をデジタル値としてテスタ１５１に出力する。
【００２９】
プローブ針１０９は、ＬＥＤ１０１の表面に物理的に接触してＬＥＤ１０１を発光させるための電圧を印加する機能を有している。
また、プローブ針１０９は位置決めユニット１５９によって位置決め固定されている。
この位置決めユニット１５９は、ワーク１０２が移動する形式のものであれば、プローブ針１０９の先端位置を一定の位置に保持する機能を有する。逆に、この位置決めユニット１５９は、プローブ針１０９が移動する形式のものであれば、プローブ針１０９の先端位置をＬＥＤ１０１が載置されるワーク１０２上の所定の位置に移動させ、その後その位置に保持する機能を有する。
【００３０】
ＨＶユニット１５３は、定格電圧を印加して、定格電圧に対するＬＥＤ１０１での各種特性を検出する役割を有している。
通常、このＨＶユニット１５３からの電圧の印加状態で、ＬＥＤ１０１が発光する光をフォトディテクタ１０５及び波長測定部１２１が測定を行う。
ＨＶユニット１５３が検出した各種特性情報はテスタ１５１に出力される。
【００３１】
ＥＳＤユニット１５５は、ＬＥＤ１０１に一瞬の間大きな電圧をかけて静電気放電させ静電気破壊されないか等の検査を行うユニットである。
ＥＳＤユニット１５３が検出した静電破壊情報はテスタ１５１に出力される。
【００３２】
切替えユニット１５７は、ＨＶユニット１５３とＥＳＤユニット１５５との切替えを行う。
つまり、この切替えユニット１５７によって、プローブ針１０９を介してＬＥＤ１０１に印加される電圧が変更される。そして、この変更によって、ＬＥＤ１０１の検査項目が、定格電圧での各種特性を検出、又は、静電破壊の有無を検出にそれぞれ変更される。
【００３３】
テスタ１５１は、信号処理基板１１３が検出した光量情報、波長測定部１２１が検出した波長情報、ＨＶユニット１５３が検出した各種電気特性情報、ＥＳＤユニット１５３が検出した静電破壊情報の入力を受ける。
そして、テスタ１５１は、この入力からＬＥＤ１０１の特性を分析・分別を行う。
例えば、テスタ１５１は、一定の性能を有しないＬＥＤ１０１は破棄するべき旨の分別を行う。さらに、光の光量、波長毎に分別を行う。
なお、物理的な分別は、半導体発光素子用検査装置３による検査の後の工程で行われる。
【００３４】
図５は、本発明の第２の実施形態の説明図である。
【００３５】
図５の第２の実施形態は、基本的に第１の実施形態と同様であるが、以下の点で異なっている。
第１のレンズ１２５である第１のフレネルレンズ１２５ａのさらにＬＥＤ１０１側に、保護用プレート１３１が配置されている。
第３のレンズ１２９は、凸レンズによって形成されている。
位置決めユニット１５９が、プローブカード１５９ｂから形成されている。
レンズ部１２３を通過した後の光の一部が光ファイバ１０３によって波長測定部１２１に導光される。
【００３６】
図５のように、透明な保護用プレート１３１は、遮蔽部１０７ａのＬＥＤ１０１側の端面と同一の平面を形成するように形成されている。
また、保護用プレート１３１は、第１のレンズ１２５である第１のフレネルレンズ１２５ａよりもＬＥＤ１０１側に存在することによって、第１のフレネルレンズ１２５ａを保護している。
この、保護用プレート１３１は、ガラス、石英ガラス等の透明誘電体によって形成される。
このように、誘電体によって形成されることによって、ＥＳＤユニット１５５による高圧電界によってフレネルレンズが劣化することを防ぐことが可能となる。
なお、保護用プレート１３１を用いずに、ガラス、石英ガラス等の透明誘電体によるレンズを第１のレンズ１２５として用いてもよい。ガラス、石英ガラス等の透明誘電体によるレンズを第１のレンズ１２５として用いれば、保護用プレート１３１を用いなくても第１のレンズ１２５が劣化するおそれはないからである。
さらに、保護用プレート１３１は、第１のレンズ１２５と別体で構成される必要はない。つまり、保護用プレート１３１は第１のレンズ１２５のＬＥＤ１０１側表面にコーティングすることによって形成されていても良い。
【００３７】
図５のように、第３のレンズ１２９が凸レンズによって形成されていてもよい。
より具体的には、第３の凸レンズ１２９ｂの凸部は、フォトディテクタ１０５の側にその全て、又は、多くが形成されている。逆にいうと、第３の凸レンズ１２９ｂのＬＥＤ１０１側は、凸部が形成されない、又は、形成されていてもフォトディテクタ１０５側に比べてわずかに形成される。
なぜなら、第３のレンズ１２９は、フォトディテクタ１０５の側に空間的な余裕があり、こちら側には突出していても良いからである。
また、第３のレンズ１２９のＬＥＤ１０１側は、平ら又はわずかに凸形状に過ぎないため、第２のレンズ１２７との距離を近接させることが可能となるからである。
このように、第１のレンズ１２５をフレネルレンズとし、かつ、第３のレンズ１２９を凸レンズとしたことによって、フレネルレンズの薄くレンズを形成できる等の効果と、凸レンズの干渉縞を低減する等の効果とを両方生じさせることが可能となる。
【００３８】
この構成は、換言すると、ＬＥＤ１０１に最も近い第１のレンズ１２５は凸部のない平板状のフレネルレンズによって形成するということができる。
このように形成することによって、第１のレンズ１２５をできるだけＬＥＤ１０１の発光面１０１ａに近接させることが可能となる。
また、保護用プレート１３１がある場合にも、保護用プレート１３１に第１のレンズ１２５をできるだけ近接させることが可能となる。
【００３９】
図５のように、位置決めユニット１５９は、プローブカード１５９ｂであっても良い。
このようにプローブカード１５９ｂを用いたことによって、プローブカード１５９ｂごと、プローブ針１０９を交換することが可能となる。
【００４０】
図５のように、円筒部１０７ｄの内部に形成されるＬＥＤ１０１から放射された光の経路中にその先端が位置する光ファイバ１０３が配置される。
なお、光ファイバ１０３は導光部１０４の一例である。
また、図５における破線はＬＥＤ１０１の光の経路の最外側部分である。
光ファイバ１０３は、例えば入射角θが約３０°の角度となるような角度を有して配置されている。
光ファイバ１０３は、ＬＥＤ１０１側では発光中心軸に近くＬＥＤ１０１から離れるに従って発光中心軸から離れるように、円筒部１０７ｄを斜めに貫通している。
また、光ファイバ１０３は、延在部１０７ｅのＬＥＤ１０１側の面から側面部１０７ｂの外周面を貫通している。
光ファイバ１０３は、波長測定部１２１に光を導光している。
【００４１】
光ファイバ１０３の先端の面である先端面１０３ａは、光ファイバ１０３の長手方向に対してその先端面１０３ａの法線が傾斜して形成される。
そして、この傾斜はＬＥＤ１０１を載置するワーク１０２側に傾斜している。つまり、光ファイバ１０３の長手方向が発光中心軸に対して直角（ＬＥＤ１０１の発光面１０１ａに対して平行）になる様に配置した場合、先端面１０３ａは、フォトディテクタ１０５側を向く。
もっとも、図５に示す配置状態においては、光ファイバ１０３の傾斜はこの先端面１０３ａの傾斜よりも大きいため、先端面１０３ａはＬＥＤ１０１側を向いている。
そして、入射角と屈折角を以下の式を満たすように形成するとより好適である。
ｓｉｎ（入射角）＝ｎｓｉｎ（屈折角）
ここで、ｎは光ファイバ１０３の空気に対する屈折率である。
この式を満たすように先端面１０３ａの角度及び光ファイバ１０３の傾斜の角度を選択すれば、光ファイバ１０３の延在方向に光を真っ直ぐ導光する事ができる。
そして、光ファイバ１０３に入射した光が真っ直ぐに導光される事によって、確実に光を波長測定部１２１に導光することができる。
【００４２】
なお、光ファイバ１０３は先端に先端面１０３ａが形成され、かかる先端面１０３ａを底面とする側面が形成されている。
そして、光ファイバ１０３の内部は中心に位置するコアとこのコアを取り囲むクラッドで形成されている。コア内を光は伝播する。
【００４３】
先端面１０３ａは、ＡＰＣ（Ａｎｇｌｅ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ）研磨を行うと好適である。
ここで、ＡＰＣ研磨とは、斜め凸球面状研磨面を施した研磨方法である。このＡＰＣ研磨によって、反射減衰を抑えることが可能となる。
【００４４】
図６は、本発明の第３の実施形態の説明図である。
【００４５】
図６の第３の実施形態は、基本的に第２の実施形態と同様である。
以下の点で異なっている。
光ファイバ１０３の先端面１０３ａは光路中に配置されていない。
光ファイバ１０３は発光中心軸に対して傾斜しておらず、発光中心軸と直交している。
円筒部１０７ｄ内に、発光中心軸に対して４５°の角度を有し、光ファイバ１０３の先端面１０３ａを向いた部分反射部材１３３が配置されている。発光中心軸、部分反射部材１３３の法線、光ファイバ１０３の導光方向とは同一の平面状に形成されている。
そして、この平面上で発光中心軸と光ファイバ１０３の導光方向とは、９０°の角度を有し、部分反射部材１３３の法線は、発光中心軸と光ファイバ１０３とそれぞれ４５°の角度を有している。
この部分反射部材１３３は、例えば、厚さ１ｍｍ程度の平行平板であってよいし、プリズム状であってもよい。また、部分反射部材１３３はその全体が、光ファイバ１０３に対して４５°の角度を有している必要はなく、反射部１３３ａのみが光ファイバ１０３に対して４５°の角度を有していれば足りる。
さらに、光ファイバ１０３への入射可能であれば、部分反射部材１３３は、光ファイバ１０３と必ずしも４５°の角度である必要もない。
加えて、光ファイバ１０３も発光中心軸と９０°の角度を有している必要はなく、様々な角度を有していてもよい。
さらに、部分反射部材１３３の形状は四角形状である必然性はなく、丸型及びその他の形状であってよい。単に、光ファイバ１０３へ光を反射することができれば足りるからである。
また、図６（ａ）のように部分反射部材１３３は、円筒部の内部の全部にかかっている必要はなく、光ファイバ１０３に照射するのに必要な範囲にのみ形成されていてもよい。
この、部分反射部材１３３は、透明な材質であればどのようなものであっても利用可能である。例えば、ガラス、プラスチックであってよい。
【００４６】
簡易な構成としては、部分反射部材１３３のみによって反射させる構成（１３３ａを有しない構成）としてもよい。つまり、部分反射部材１３３の屈折率（反射率）によって光を光ファイバ１０３に反射させてもよい。
この場合には、反射の程度は、部分反射部材１３３の材質等によって変化することになる。
しかし、この部分反射部材１３３自体の反射によって反射量が十分ではない場合には、部分反射部材１３３の中央部（発光中心軸と交わる部分）に、反射部１３３ａが形成してもよい（図６（ｂ）を参照のこと）。
この反射部１３３ａは、アルミニウムや銀などの金属を蒸着等させて形成される。
円筒部１０７ｄを貫通して光ファイバ１０３が形成されている。
なお、反射部１３３ａは波長測定部１２１が必要とされる程度の光を反射すればいいのであるから、面積は小さなもので足りる。例えば、光ファイバ１０３の直径と同程度で足りる。
【００４７】
本発明の半導体発光素子用受光モジュール１は、ＬＥＤ１０１の発光中心軸上で、かつ、ＬＥＤ１０１に対向して配置され、ＬＥＤ１０１が発光する光を受光しその光量を測定するフォトディテクタ１０５と、ＬＥＤ１０１の発光する光を屈折させて、光をフォトディテクタ１０５に導くレンズ部１２３と、を有している。
レンズ部１２３は、ＬＥＤ１０１とフォトディテクタ１０５との間に配置されるとともに、その開口数が０．８６以上に形成される。
このように構成すると、フォトディテクタ１０５とＬＥＤ１０１を近接させることなく、フォトディテクタ１０５にＬＥＤ１０１から出射された光の多くを受光させることが可能となる。
その結果、様々な特性を有する（ドーナツ型でピーク位置が異なる特性を有する）複数のＬＥＤ１０１を精度良く測定することが可能となる。
【００４８】
また、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、様々な変化した構造、構成を行っていても良い。
【００４９】
本発明における半導体発光素子の一例がＬＥＤである。つまり、半導体発光素子とは、光を発光する素子であればどのようなものであっても良い。ここで、光は可視光に限定されるものではなく、例えば、赤外線、紫外線等であってよい。
本発明における受光部の一例が、フォトディテクタ１０５である。
【符号の説明】
【００５０】
１…半導体発光素子用受光モジュール、３…半導体発光素子用検査装置、１０１…ＬＥＤ（半導体発光素子）、１０１ａ…発光面、１０３…光ファイバ、１０３ａ…先端面、１０４…導光部、１０５…フォトディテクタ（受光部）、１０７…ホルダ、１０９…プローブ針、１２１…波長測定部、１２３…反射部、１２５…第１のレンズ、１２５ａ…第１のフレネルレンズ、１２７…第２のレンズ、１２７ａ…第２のフレネルレンズ、１２９…第３のレンズ、１２９ａ…第３のフレネルレンズ、１２９ｂ…第３の凸レンズ、１３１…保護用プレート、１３３…部分反射部材、１３３ａ…反射部、１５１…テスタ
【図１】
2012073346.tif 000003
【図２】
2012073346.tif 000004
【図４】
2012073346.tif 000005
【図３】
2012073346.tif 000006
【図５】
2012073346.tif 000007
【図６】
2012073346.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード素子の発光中心軸上で、かつ、前記発光ダイオード素子に対向して配置され、前記発光ダイオード素子から放射される光を受光しその光量を測定する受光部と、
前記発光ダイオード素子から放射される光が入射され、該入射光を前記受光部へ向けて出射するレンズ部と、を有し、
前記レンズ部は、前記発光ダイオード素子と前記受光部との間に双方と空間を隔てて配置されるとともに、その開口数が０．８６以上に形成され、かつ、複数のレンズによって構成されるとともに、少なくとも前記発光ダイオード素子に一番近いレンズはフレネルレンズである
発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項２】
前記フレネルレンズの材質は、シリコンが主成分である
請求項１に記載の発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項３】
前記レンズ部よりも前記発光ダイオード素子側には、保護用プレートが配置されている
請求項１または２に記載の発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項４】
前記受光部と前記レンズ部との間、かつ、前記発光ダイオード素子から発光される光の経路上に部分反射部材を有し、
前記部分反射部材によって、前記発光ダイオード素子から発光される光の一部を前記光の経路外へ導光する
請求項１〜３いずれか１項に記載の発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項５】
前記受光手段と前記レンズ部との間、かつ、前記発光ダイオード素子から発光される光の経路上に先端が配置される光ファイバを有し、
前記光ファイバの長手方向は、前記発光中心軸に対して所定角度傾斜し、
前記光ファイバによって、前記発光ダイオード素子から発光される光の一部を前記光の経路外へ導光する
請求項１〜３いずれか１項に記載の発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項６】
前記光ファイバの先端部は、その長手方向の垂直面に対して傾斜した傾斜面となっており、
前記傾斜面は、前記レンズ部から出射された光が屈折して前記光ファイバ内部に導かれる角度である
請求項５に記載の発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項７】
前記光の経路外へ導光した光について波長の測定を行う波長測定部を有する
請求項４〜６いずれか１項に記載の発光ダイオード素子用受光モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載の発光ダイオード素子用受光モジュールと、
前記発光ダイオード素子の電極に接触して電気的特性を測定するプローブ針と、を有し、
前記プローブ針は、前記発光ダイオード素子用受光モジュールより外側で保持される
発光ダイオード素子用検査装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、チップなどの発光ダイオード素子からの光を受光して、光量測定、波長測定等をおこなう発光ダイオード素子用受光モジュール及び発光ダイオード素子用検査装置に関する。 
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、発光ダイオード素子が発光する光量を精度よく算出することが可能な発光ダイオード素子用受光モジュール及び発光ダイオード素子用検査装置を提供することである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の発光ダイオード素子用受光モジュールは、発光ダイオード素子の発光中心軸上で、かつ、前記発光ダイオード素子に対向して配置され、前記発光ダイオード素子から放射される光を受光しその光量を測定する受光部と、前記発光ダイオード素子から放射される光が入射され、該入射光を前記受光部へ向けて出射するレンズ部と、を有し、前記レンズ部は、前記発光ダイオード素子と前記受光部との間に双方と空間を隔てて配置されるとともに、その開口数が０．８６以上に形成され、かつ、複数のレンズによって構成されるとともに、少なくとも前記発光ダイオード素子に一番近いレンズはフレネルレンズである。
【国際調査報告】
2012073346.tif 000009
2012073346.tif 000010
2012073346.tif 000011
2012073346.tif 000012