(57)【要約】【課題】  本発明は、半導体レーザの発振波長がパワーの変化によって変動することを利用することにより、高温測定する環境と等価な状態を作り、半導体レーザが高温環境で動作した場合と同じ信号レベルの変動を、室温環境下で高温動作時の評価を検出できるようにした光ピックアップ用光集積装置の検査方法を提供するものである。【解決手段】  本発明の光ピックアップ用光集積装置１の検査方法は、発光素子４と、該発光素子４からの出射光を反射・透過させるハーフミラー面７を有するプリズム５と、該プリズム５下の複数の受光素子６［６α、６Ｉ、６Ｊ］とを備えた光ピックアップ用光集積装置１の検査方法であって、室温下で、前記発光素子４から高出力で出射光を出射し、前段と後段の前記受光素子で検出される光量の比で定義される戻り光の前後光量比Ｋｆにより、高温環境下の動作時と同等の良否判定を行うことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子からの出射光を反射・透過させるハーフミラー面を有するプリズムと、該プリズム下の複数の受光素子とを備えた光ピックアップ用光集積装置の検査方法であって、
室温下で、前記発光素子から高出力で出射光を出射し、
前段と後段の前記受光素子で検出される光量の比で定義される、戻り光の前後光量比Ｋｆにより、高温環境下の動作時と同等の良否判定を行う
ことを特徴とする光ピックアップ用光集積装置の検査方法。
【請求項２】
読み出し時に相当する前記前後光量比Ｋｆと、書き込み時に相当する前後光量比Ｋｆの比により、前記良否判定する
ことを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ用光集積装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ピックアップ用光集積装置の検査方法、特に室温環境下における検査で高温動作時の評価を検知できる光ピックアップ用光集積装置の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光磁気ディスクを含む光ディスクの記録再生には、光ピックアップ用光集積装置２１としてレーザカプラが用いられている。図８にＭＤ（ミニディスク：光磁気ディスク）用の光集積装置を示す。この光集積装置２１は、シリコン半導体基板２２上にサブマウント基板２３を介して発光部であるレーザ素子２４が配置され、このレーザ素子２４に対向して半導体基板２２上に接着層（図示せず）を介してプリズム２５が配置され、さらにプリズム２５直下の半導体基板２２の表面に信号検出用の光検出素子となるフォトディテクタＩＣ、すなわちフォトダイオード素子からなる複数の受光部２６［２６α、２６Ｉ、２６Ｊ］が形成されてなる。プリズム２５は、レーザ素子２４から出射したレーザ光を反射し、光学記録媒体である例えば光ディスク３０で反射した戻り光を透過する例えば４５°をなすハーフミラー面２７を有する。サブマウント基板２３は、シリコン半導体基板で形成されている。
【０００３】
この光集積装置２１では、レーザ素子２４から出射されたレーザ光Ｌ１がプリズムのハーフミラー面２７で反射して垂直方向に立ち上がり、対物レンズ２９を介して光ディスク３０に照射される。光ディスク３０で反射した戻り光Ｌ２は、同じ光路を経てプリズム２５のハーフミラー面２７よりプリズム２５内に透過して受光部２６［２６α、２６Ｉ、２６Ｊ］にて受光検出される。
【０００４】
特許文献１には、非冷却型半導体レーザーモジュールの変調歪およびＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio:ＣＮ比）の温度特性を、Ｉ−Ｌ曲線により選別する検査方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−９０１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した光ピックアップ用光集積装置２１、いわゆるレーザカプラでは、製品を保証するために様々な特性を測定している。この動作を保証する仕様は、ユーザー側との間で取り交わしが行われており、特にレーザカプラの動作温度は、低温（−１０℃）から高温（＋６０℃）の環境変化にも耐えうる設計とされている。しかしながら、レーザカプラの生産ラインの品質検査では、初期故障品を選別するためのスクリーニング検査を除き、生産性や効率を優先としているため室温での特性評価のみで行われている。
室温における検査には、低温動作時あるいは高温動作時などの環境変化に対し異常な振る舞いをするレーザカプラを的確に予測し、検知して選別できるシステムが要求されている。しかし、信号レベルの温度依存性データを用いても、室温検査で高温動作時の特性悪化を予測、検知することはできない。例えば、４０℃以上の高温時でジッター特性の悪化を引き起こすレーザカプラでも、室温ではジッター特性の良いレーザカプラと略同じ信号レベルを有しており、室温検査で高温での特性悪化を検知することはできない。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑み、半導体レーザの発振波長がパワーの変化によって変動することを利用することにより、高温測定する環境と等価な状態を作り、半導体レーザが高温環境で動作した場合と同じ信号レベルの変動を、室温環境下で高温動作時の評価を検出できるようにした光ピックアップ用光集積装置の検査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光ピックアップ用光集積装置の検査方法は、発光素子と、該発光素子からの出射光を反射・透過させるハーフミラー面を有するプリズムと、該プリズム下の複数の受光素子とを備えた光ピックアップ用光集積装置の検査方法であって、室温下で、前記発光素子から高出力で出射光を出射し、前段と後段の前記受光素子で検出される光量の比で定義される戻り光の前後光量比Ｋｆにより、高温環境下の動作時と同等の良否判定を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明の光ピックアップ用光集積装置の検査方法の好ましい形態としては、読み出し時に相当する前記前後光量比Ｋｆと、書き込み時に相当する前後光量比Ｋｆの比により、前記良否判定する。
【０００９】
本発明の光ピックアップ用光集積装置の検査方法では、発光素子の発振波長が出射出力の変動に伴ってシフトすることを積極的に利用にして、測定環境温度を変えたことと等価な状態を作り出し、高温環境下の動作における良否判定を室温評価で検知できる。
すなわち、発光素子の発振波長λは、温度依存性があり高温になるに程、長波長化する。また発光素子の発振波長λは、出射出力依存性があり高出射出力になる程、温度依存性と同様に長波長化する。一方、前後光量比Ｋｆの波長依存性は、温度を上げたときと、出射出力を上げたときと、同じ振る舞いをする。
温度特性の良い光集積装置の場合、発光素子の発振周波数λがシフトしても前後光量比Ｋｆは変わらない、あるいは変化が非常に小さい。温度特性の悪い光集積装置の場合、発光素子の発振周波数λがシフトすると前後光量比Ｋｆは大きく低下する。したがって、発光素子の低出射出力時と高出射出力時との前後光量比Ｋｆを測定し、発振周波数λがシフトしたときの前後光量比Ｋｆの変化の有無を検出することにより、室温下の測定で高温動作時の光集積装置の良否判定ができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光ピックアップ用光集積装置によれば、光集積装置の段階でユーザー側で問題となる高温環境時における良否判定、例えばジッター特性の良否を室温評価で検知して選別することができる。したがって、本検査方法は、光集積装置の最終検査に導入して好適ならしめる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず、本発明の理解を容易にするために、図５に示すＭＤ用の光ピックアップ用光集積装置（以下、レーザカプラという）を用いて、代表的な信号レベルの温度依存性について説明する。図５のレーザカプラ１は、シリコン半導体基板２上にサブマウント基板３を介して発光素子であるレーザ素子４を配置し、このレーザ素子に対向して半導体基板２上に接着層（図示せず）を介してプリズム５を配置し、さらにプリズム５直下の半導体基板２の表面に信号検出用の光検出素子となるフォトディテクタＩＣ、すなわちフォトダイオード素子からなる複数、本例では３つの受光部６〔６α，６Ｉ，６Ｊ〕を形成して構成される。プリズム５は、レーザ素子４から出射したレーザ光を反射し、光学記録媒体である光ディスク（ＭＤ）で反射した戻り光を透過する例えば４５℃をなすハーフミラー面７を有する。
【００１２】
高温時（４０℃以上）でジッター特性が悪化するものと、ジッター特性が悪化しないものの信号レベルの温度依存性を説明する。図６Ａは受光部６αで受光・検出した信号レベルαの温度依存性を示す。図６Ｂは、受光部６Ｉで受光・検出した信号レベルＩの温度依存性を示す。図６Ｃは、受光部６Ｊで受光・検出した信号レベルＪの温度依存性を示す。図６Ｄは、後述する前後光量比Ｋｆの温度依存性を示す。各図面中、実線は高温時にジッター特性が悪いレーザカプラ（×♯２５）、破線は高温時にジッター特性が良いレーザカプラ（○♯３１）である。
【００１３】
図６Ａ〜Ｃに示す各信号レベルの温度依存性データによれば、測定条件が常温２５℃のとき、レーザカプラ（×♯２５）とレーザカプラ（○♯３１）との各信号レベルα，Ｉ，Ｊ，Ｋｆは、ほぼ同じ信号レベルを示している。一方、測定条件が４０℃以上の高温のとき、特に信号レベルα，Ｋｆにおいては、レーザカプラ（×♯２５）とレーザカプラ（○♯３１）との信号レベルに違いが現れている。両レーザカプラ（×♯２５）及び（○♯３１）を比較すると、何らかの要因で強い温度特性を持つ一方のレーザカプラ（×♯２５）で、結果的に高温時のジッター特性の悪化を引き起こしている。つまり、このようなケースでは、室温検査で信号レベル変動を予測、検知することはできない。
【００１４】
また、図７Ａはレーザカプラ１のレーザ発振波長λの温度依存性のグラフ、図７Ｂはレーザ素子の動作電流値Ｉｏｐの温度依存性のグラフである。いずれも読み出し時の出射パワーにおける温度依存性であり、実線は不良品のレーザカプラ（×♯２５）、破線は良品のレーザカプラ（○♯３１）を示す。両レーザカプラ（×♯２５）、（○♯３１）とも、温度変化に対して同じような波長シフトの動きを示し、また同じような動作電流値Ｉｏｐの変化を示す。従って、発振波長λあるいは動作電流値Ｉｏｐの温度特性では、レーザカプラの良品・不良品の評価は得られない。
【００１５】
これに対し、本発明は、高温動作した場合に発生する信号レベル変動について、室温評価で検知できるようにした光ピックアップ用光集積装置の検査方法である。
【００１６】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態に係る光磁気ディスクを含む光ディスクの記録再生に用いる光ピックアップ用光集積装置の検査方法を行う構成図である。特にプリズムの反射膜を模式的に記載している。本例では、ミニディスク（ＭＤ）に用いる光ピックアップ用光集積装置、すなわちレーザカプラの検査方法について説明する。検査されるべきレーザカプラは、前述の図５のレーザカプラ１と基本的に同じ構成を有している。
【００１７】
本実施の形態のレーザカプラ１は、シリコン半導体基板２上にサブマウント基板３を介して発光部であるレーザ素子４が配置され、このレーザ素子４に対向して半導体基板２上に接着層（図示せず）を介してプリズム５が配置され、さらにプリズム５直下の半導体基板２の表面に信号検出用の光検出素子となるフォトディテクタＩＣ（ＰＤＩＣ）すなわちフォトダイオード素子からなる複数の受光部６［６α、６Ｉ、６Ｊ］が形成されてなる。プリズム５は、２軸性結晶ＫＴＰで形成され、レーザ素子４から出射したレーザ光を反射し、光学記録媒体である例えば光ディスク（図示せず）で反射した戻り光を透過する例えば４５°をなすハーフミラー面７を有する。サブマウント基板３は、シリコン半導体基板で形成されている。
プリズム５には、ハーフミラー面７に反射率Ｒ１の第１の反射膜１０、プリズム底部の一部に反射率Ｒ２の第２の反射膜１１及びプリズム上部に反射率Ｒ３の第３の反射膜１２を夫々に有する。本例では、ハーフミラー面７の第１の反射膜１０の反射率Ｒ１を５７％、プリズム底部の第２の反射膜１１の反射率Ｒ２を８０％、プリズム上部の反射防止膜１２の反射率Ｒ３を１００％とする。
【００１８】
さらに、レーザカプラ１の上方に、光ディスクに見立てた反射率Ｒｍのハーフミラー８とフォトディテクタ９が備えられている。これらレーザカプラ１、ハーフミラー８及びフォトディテクタ９によって、検査装置１３が構成される。
【００１９】
先ず、図１の検査装置１３により、検査されるべきレーザカプラ１の信号レベルα，Ｉ，Ｊ，Ｋｆの検出について説明する。信号レベルＫｆは、後述するように前段の受光部６αと後段の受光部６Ｉ，６Ｊで検出される光量の比、すなわち下記数１の（６）式で定義される戻り光の前後光量比として表される。
本例では、ハーフミラー８の反射率Ｒｍ＝１３％とし、フォトディテクタ９の受光面９ａで受けるレーザパワー（いわゆる板面パワー）Ｐ０＝０．４１５ｍＷと一定になるようにオートパワーコントロール（ＡＰＣ）制御する。
レーザ素子４から出射されたレーザ光Ｐ２は、プリズム５の４５°ハーフミラー面７で垂直に立ち上げられ光ディスクに見立てたハーフミラー８で反射する。反射してプリズム５側へ戻る戻り光Ｐ１は、４５°ハーフミラー面７の第１の反射膜１０を透過率（１−Ｒ１）で透過してプリズム５内へ進入、プリズム底面の第２の反射膜１１を透過率（１−Ｒ２）で透過して前段の受光部６αで受光する。次に、第２の反射膜１１で反射した光は、常光、異常光の２つの光に分離されて進み、プリズム上部の第３の反射膜１２で反射されて夫々の光が後段の受光部６Ｉ、６Ｊで受光される。受光部６α、６Ｉ，６Ｊで受光検出された各光は、電圧として出力される。
この受光部６〔６α．６Ｉ，６Ｊ〕で出力される信号レベルα，Ｉ，Ｊ、及び前後光量比Ｋｆは、数１で表すことができる。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
ここで、光ディスクに見立てたハーフミラー８に向かう出射光のレーザパワーＰ２は、数１の（１）式で示され、本例ではＰ２＝Ｐ０÷（１−Ｒｍ）＝０．４１５÷（１−０．１３）＝０．４７７ｍＷとなる。
ハーフミラー８で反射した戻り光のレーザパワーＰ１は、数１の（２）式で示され、Ｐ１＝０．４７７ｍＷ×Ｒｍ＝６２．１μＷとなる。
また、ＰＤＩＣの各受光部６α、６Ｉ、６Ｊの感度（α感度、Ｉ感度、Ｊ感度）は、レーザパワーｍＷと受光部の出力電圧ｍＶの比ｍＶ／ｍＷである。
【００２２】
受光部６［６α、６Ｉ、６Ｊ］の各出力信号は、フォーカスエラー信号やトッラクバランス信号を生成する上で重要なものであり、周辺回路におけるダイナミックレンジなどの制約のため、信号レベルの大きさについても厳しく管理または選別されている。
【００２３】
一方で、信号レベルα、Ｉ、Ｊが振れる原因は、数１の（３）式〜（５）式から分かるように、プリズム各面の反射率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、受光部６α、６Ｉ、６Ｊの感度バラツキ、およびプリズム５と受光部６との間の接着剤の樹脂内でおこる多重干渉の影響が考えられる。
そして、前述したレーザカプラ（×#２５）のような極まれに強い温度依存性を示すレーザカプラが出現する理由としては、温度変化に伴う半導体レーザの微量な発振波長シフト（図７Ａ参照）や放射角シフトに対し過敏に反応してしまうためである。例えば、プリズムの各面の反射率が波長依存性や角度依存性を持つ場合は、樹脂厚が薄いため多重干渉を引き起こしやすい状態にあることが上げられる。
【００２４】
そこで本発明に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法は、図２に示すような半導体レーザの発振波長がパワー変動に伴ってシフトすることを積極的に利用にして、測定環境温度を変えたのと等価な状態を作り出し、高温動作した場合に発生する信号レベル変動について、室温評価で検知できるようになす。
すなわち、物理的な意味は半導体レーザの出射出力を高出力（ハイパワー）にすることでレーザチップ自身の発熱が増え活性層のバンドギャップが縮小することによる長波長へのシフトであり、環境温度を高くしたことによる波長シフトと同じである。
【００２５】
図３には、パワー変動で波長シフトさせた場合と、環境温度を変えた場合でのレベル変動の様子をプロットした。パワー変動させたパワー依存性のレーザカプラ（曲線ａ１、ａ２）と環境温度を変えた温度依存性のレーザカプラ（曲線ｂ１、ｂ２）とは、同様の傾向があることが良く分かる。良品のレーザカプラ（曲線ａ１，ｂ１参照）であれば、波長が長波長側にシフトしても前後光量比Ｋｆは変動せず、あるいは変動が極めて少ない。不良品のレーザカプラ（曲線ａ２，ｂ２参照）であれば、波長が長波長側にシフトすると前後光量比Ｋｆが大きく低下する。本発明は、レーザカプラ１のレーザ素子４から出射するレーザ出力を低出力と高出力との夫々の前後光量比Ｋｆの波長依存性を検知することにより、高温動作における良否判定を室温で検知するようになす。本発明では、図３の縦軸で示すように、これまでの信号レベルの絶対値から前後の受光部（６αと６Ｉ、６Ｊ）の光量比に変えている。これは、信号レベルの絶対値が、室温においても個体差を持つため相対評価を正しく行うため前後光量比（Ｋｆ）で扱うようにした。
【００２６】
本実施の形態の検査方法は、光ディスクの読出し時のレーザ出力が低く、光ディスクへの書き込み時のレーザ出力が高い（読出し時の１０倍程度）ことを利用して、読出し時のレーザ出力による前後光量にＫｆ１と書き込み時のレーザ出力による前後光量比Ｋｆ２との比（ＲＷＫｆ）、すなわちＫｆ１／Ｋｆ２の値（％）をもって、良否判定を行う。
すなわち、レーザカプラ１を、読み取り時の低出力で動作させて受光部６α、６Ｉ、６Ｊの各信号レベルα、Ｉ、Ｊを数１の式（３）式〜（５）式をもとに求める。このα、Ｉ、Ｊを（６）式より読み取り時の前後光量比Ｋｆ１として表す。
次に、レーザカプラ１を、書き込み時の高出力で動作させて受光部６α、６Ｉ、６Ｊの各信号レベルα、Ｉ、Ｊを数１の（３）式〜（５）式をもとに求める。このα、Ｉ、Ｊを（６）式より書き込み時の前後光量比Ｋｆ２として表す。そして、この読み出し時及び書き込み時のＫｆ１／Ｋｆ２の比を求める。
【００２７】
図４は、この読み出し時のＫｆ１と書き込み時のＫｆ２の比（ＲＷＫｆ：Ｋｆ１／Ｋｆ２）を用いて本実施に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法で良品不良品を判別した正規分布図の一例である。母数ｎ＝９９個の光ピックアップ用光集積装置を検査したものである。
横軸ＲＷＫｆが１０６％〜１１６％の位置に９６個の良品が分布し、横軸ＲＷＫｆの１３６％の位置に３個の不良品が分布している。ＲＷＫｆは、読み出し（Read）のローパワー時と書き込み（Write）のハイパワー時の前後光量比Ｋｆの変化率をみることにより、異常値を選別することができる。すなわち、パワー依存を示すものは温度依存に準じた分布であるのため、温度依存の不良品を選別することができる。
【００２８】
本発明に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法によれば、高温動作した場合に発生する信号レベル変動について、室温評価で検知でき、選別を実現するための有効な手段であるといえる。
【００２９】
本発明に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法は、ＭＤ向けのハイパワー半導体レーザだからこそ実現可能な手法であることは言うまでもないが、今後、光ピックアップの半導体レーザが赤外光から短くなり、可視光のＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷという書き込み型であっても高速化や高出力化の方向にあるため、常温で高温動作と同様な検査を行う基本概念は必ず有効活用できる。この検査方法は、さまざまな光集積装置に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】波長とパワー依存性を示すグラフである。
【図３】前後光量比Ｋｆと波長依存性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法の一実施の形態を示す良品不良品を判別した正規分布図である。
【図５】本発明に係る光ピックアップ用光集積装置の検査方法の説明に供する光集積装置の一例を示す構成図である。
【図６】Ａ  信号レベルαの温度依存性を示すグラフである。            Ｂ  信号レベルＩの温度依存性を示すグラフである。            Ｃ  信号レベルＪの温度依存性を示すグラフである。            Ｄ  前後光量比Ｋｆの温度依存性を示すグラフである。
【図７】Ａ  レーザ発振波長λの温度依存性を示すグラフである。            Ｂ  動作電流値Ｉｏｐの温度依存性を示すグラフである。
【図８】従来の光集積装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・レーザカプラ、２・・シリコン半導体基板、３・・サブマウント基板、４・・レーザ素子、５・・プリズム、６〔６α，６Ｉ，６Ｊ〕・・受光部、７・・ハーフミラー面、８・・ハーフミラー、９・・フォトディテクタ、１０・・第１の反射膜、１１・・第２の反射膜、１２・・第３の反射膜、１３・・検査装置、２１・・光ピックアップ用光集積装置、２２・・シリコン半導体基板、２３・・サブマウント基板、２４・・レーザ素子、２５・・プリズム、２６［２６α、２６Ｉ、２６Ｊ］・・受光部、２７・・ハーフミラー面、２９・・対物レンズ、３０・・光ディスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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