(57)【要約】【課題】検査精度を向上させることのできる発光素子の検査方法および検査装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる発光素子の検査方法は、発光素子１０の欠陥を検査する検査方法であって、発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、決定した前記駆動電流を前記発光素子に順方向に注入しながら光出力を測定するステップと、前記光出力に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断するステップと、を含む。【選択図】図３
2008227463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の欠陥を検査する検査方法であって、
（ａ）発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、
（ｂ）注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、
（ｃ）決定した前記駆動電流を前記発光素子に順方向に注入しながら光出力を測定するステップと、
（ｄ）前記光出力に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断するステップと、
を含む、発光素子の検査方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ステップ（ｂ）では、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定する、発光素子の検査方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記ステップ（ａ）の前に、
発光素子を所定温度環境下に投入するステップをさらに含む、発光素子の検査方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記所定温度とは室温である、発光素子の検査方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記ステップ（ｂ）では、
測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定する、発光素子の検査方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記ステップ（ｃ）では、
前記光出力の初期値と、前記駆動電流の注入開始から所定時間経過後の光出力とを少なくとも測定し、
前記ステップ（ｄ）では、
前記所定時間経過後の光出力の前記初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、前記発光素子が欠陥を有すると判断する、発光素子の検査方法。
【請求項７】
発光素子の欠陥を検査する検査方法であって、
（ａ）発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、
（ｂ）注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、
（ｃ）決定した前記駆動電流を前記発光素子に順方向に注入しながら端子間電圧を測定するステップと、
（ｄ）前記端子間電圧に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断するステップと、を含む、発光素子の検査方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記ステップ（ｃ）では、
前記端子間電圧の初期値と、前記駆動電流の注入開始から所定時間経過後の端子間電圧とを少なくとも測定し、
前記ステップ（ｄ）では、
前記所定時間経過後の端子間電圧の前記初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、前記発光素子が欠陥を有すると判断する、発光素子の検査方法。
【請求項９】
発光素子の欠陥を検査する検査装置であって、
発光素子に電流を注入する電流注入部と、
発光素子の光出力を測定する光出力測定部と、
注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定する駆動電流決定部と、
決定した前記駆動電流を前記発光素子に注入したときの光出力の測定値に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断する欠陥判断部と、
を含む、発光素子の検査装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記駆動電流決定部は、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定する、発光素子の検査装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、
前記駆動電流決定部は、前記光出力測定部が測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定する、発光素子の検査装置。
【請求項１２】
発光素子の欠陥を検査する検査装置であって、
発光素子に電流を注入する電流注入部と、
発光素子の光出力を測定する光出力測定部と、
注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定する駆動電流決定部と、
決定した前記駆動電流を前記発光素子に注入したときの端子間電圧の測定値に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断する欠陥判断部と、
を含む、発光素子の検査装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記駆動電流決定部は、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定する、発光素子の検査装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、
前記駆動電流決定部は、前記光出力測定部が測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定する、発光素子の検査装置。
【請求項１５】
発光素子の光出力の初期変動を除去するバーンイン方法であって、
（Ａ）発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、
（Ｂ）注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、
（Ｃ）決定した前記駆動電流を所定時間以上、発光素子に注入するステップと、
を含む、バーンイン方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記ステップ（Ｂ）では、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定する、バーンイン方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６において、
前記ステップ（Ａ）の前に、
発光素子を所定温度環境下に投入するステップをさらに含む、バーンイン方法。
【請求項１８】
請求項１５ないし１７のいずれかにおいて、
前記ステップ（Ｂ）では、
測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定する、バーンイン方法。
【請求項１９】
発光素子の光出力の初期変動を除去するバーンイン装置であって、
発光素子に電流を注入する電流注入部と、
発光素子の光出力を測定する光出力測定部と、
注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定する駆動電流決定部と、
前記駆動電流を所定時間以上、発光素子に注入する駆動電流注入部と、
を含む、バーンイン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の検査方法および検査装置、ならびにバーンイン方法およびバーンイン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、面発光型半導体レーザ等の発光素子が注目されている。一般にこのような発光素子は、結晶構造を有する複数の半導体層を成長させることによって作製される。このような発光素子の製造は極めて複雑な工程をたどるものであるため、その製造工程においては、結晶成長工程で欠陥が生じたり、機械的応力または衝撃によって微細なクラックが発生したりすることがある。このような欠陥等を有する発光素子を識別するスクリーニング方法が開発されており、たとえば特許文献１は、光発光素子の不良品を識別する方法を開示している。特許文献１においては、駆動電流として直流電流５ｍＡから２０ｍＡを供給し、８５℃から１５０℃の雰囲気下で試験を行っている。しかしながら、このような方法では光発光素子の内部に存在する欠陥による特性の劣化が顕在化しないものについては、選別できない等の問題がある。
【特許文献１】特表２００５−５００６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、検査精度を向上させることのできる発光素子の検査方法および検査装置、ならびに効率的に発光素子の光出力の初期変動を除去できるバーンイン方法およびバーンイン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法は、
発光素子の欠陥を検査する検査方法であって、
（ａ）発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、
（ｂ）注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、
（ｃ）決定した前記駆動電流を前記発光素子に順方向に注入しながら光出力を測定するステップと、
（ｄ）前記光出力に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断するステップと、
を含む。
【０００５】
本発明にかかる発光素子の検査方法によれば、発光素子に適した駆動電流により、欠陥を検出するため、検出力を格段に向上させることができる。また、発光素子に適した駆動電流で短時間に欠陥を検出することができるため、検査による発光素子の短命化を抑えることができる。
【０００６】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記ステップ（ｂ）では、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定することができる。
【０００７】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記ステップ（ｂ）と（ｃ）の間に、
発光素子を所定温度環境下に投入するステップをさらに含むことができる。
【０００８】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記所定温度とは室温であることができる。
【０００９】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記ステップ（ｂ）では、
測定した光出力が最大値となる電流に基づいて駆動電流を決定することができる。
【００１０】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記ステップ（ｂ）では、
測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定することができる。
【００１１】
本発明の第１の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記ステップ（ｃ）では、
前記光出力の初期値と、前記駆動電流の注入開始から所定時間経過後の光出力とを少なくとも測定し、
前記ステップ（ｄ）では、
前記所定時間経過後の光出力の前記初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、前記発光素子が欠陥を有すると判断することができる。
【００１２】
本発明の第２の形態にかかる発光素子の検査方法は、
発光素子の欠陥を検査する検査方法であって、
（ａ）発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、
（ｂ）注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、
（ｃ）決定した前記駆動電流を前記発光素子に順方向に注入しながら端子間電圧を測定するステップと、
（ｄ）前記端子間電圧に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断するステップと、を含むことができる。
【００１３】
本発明の第２の形態にかかる発光素子の検査方法において、
前記ステップ（ｃ）では、
前記端子間電圧の初期値と、前記駆動電流の注入開始から所定時間経過後の端子間電圧とを少なくとも測定し、
前記ステップ（ｄ）では、
前記所定時間経過後の端子間電圧の前記初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、前記発光素子が欠陥を有すると判断することができる。
【００１４】
本発明の第３の形態にかかる発光素子の検査装置は、
発光素子の欠陥を検査する検査装置であって、
発光素子に電流を注入する電流注入部と、
発光素子の光出力を測定する光出力測定部と、
注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定する駆動電流決定部と、
決定した前記駆動電流を前記発光素子に注入したときの光出力の測定値に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断する欠陥判断部と、
を含む。
【００１５】
本発明の第３の形態にかかる発光素子の検査装置において、
前記駆動電流決定部は、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定することができる。
【００１６】
本発明の第３の形態にかかる発光素子の検査装置において、
前記駆動電流決定部は、前記光出力測定部が測定した光出力が最大値となる電流に基づいて駆動電流を決定することができる。
【００１７】
本発明の第３の形態にかかる発光素子の検査装置において、
前記駆動電流決定部は、前記光出力測定部が測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定することができる。
【００１８】
本発明の第４の形態にかかる発光素子の検査装置は、
発光素子の欠陥を検査する検査装置であって、
発光素子に電流を注入する電流注入部と、
発光素子の光出力を測定する光出力測定部と、
注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定する駆動電流決定部と、
決定した前記駆動電流を前記発光素子に注入したときの端子間電圧の測定値に基づいて、前記発光素子の欠陥の有無を判断する欠陥判断部と、
を含む。
【００１９】
本発明の第４の形態にかかる発光素子の検査装置において、
前記駆動電流決定部は、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定することができる。
【００２０】
本発明の第４の形態にかかる発光素子の検査装置において、
前記駆動電流決定部は、前記光出力測定部が測定した光出力が最大値となる電流に基づいて駆動電流を決定することができる。
【００２１】
本発明の第４の形態にかかる発光素子の検査装置において、
前記駆動電流決定部は、前記光出力測定部が測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定することができる。
【００２２】
本発明の第５の形態にかかる発光素子のバーンイン方法は、
発光素子の光出力の初期変動を除去するバーンイン方法であって、
（Ａ）発光素子に電流を注入しながら当該発光素子の光出力を測定するステップと、
（Ｂ）注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定するステップと、
（Ｃ）決定した前記駆動電流を所定時間以上、発光素子に注入するステップと、
を含む。
【００２３】
本発明の第５の形態にかかる発光素子のバーンイン方法において、
前記ステップ（Ｂ）では、注入した電流および測定した光出力に基づいて前記発光素子の電流−光出力特性を求め、当該電流−光出力特性を用いて駆動電流を決定することができる。
【００２４】
本発明の第５の形態にかかる発光素子のバーンイン方法において、
前記ステップ（Ｂ）と（Ｃ）の間に、
発光素子を所定温度環境下に投入するステップをさらに含むことができる。
【００２５】
本発明の第５の形態にかかる発光素子のバーンイン方法において、
前記ステップ（Ｂ）では、
測定した光出力が最大値となる電流に基づいて駆動電流を決定することができる。
【００２６】
本発明の第５の形態にかかる発光素子のバーンイン方法において、
前記ステップ（Ｂ）では、
測定した光出力が最大値となる電流以上であって、当該光出力が前記最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定することができる。
【００２７】
本発明の第６の形態にかかる発光素子のバーンイン装置は、
発光素子の光出力の初期変動を除去するバーンイン装置であって、
発光素子に電流を注入する電流注入部と、
発光素子の光出力を測定する光出力測定部と、
注入した電流および測定した光出力に基づいて、駆動電流を決定する駆動電流決定部と、
前記駆動電流を所定時間以上、発光素子に注入する駆動電流注入部と、
を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
１．発光素子の検査装置および検査方法
１．１．まず、第１の実施の形態に係る発光素子の検査装置の各構成について説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る発光素子の検査装置１００の機能構成を示すブロック図である。検査装置１００は、発光素子１０を用いて検査用の発光素子に流す駆動電流を決定する。検査装置１００は、電流注入部２０と、光出力測定部３０と、光検出器３２と、電圧測定部４０と、制御部５０と、出力部８０と、記憶部９０とを含む。制御部５０は、駆動電流決定部６０および欠陥判断部７０を有する。
【００３１】
電流注入部２０は、発光素子１０を駆動させるための順方向の電流を注入する。電流注入部２０は、発光素子１０に注入する電流の大きさを変化させることができる。電流注入部２０は、たとえば制御部５０からの指示に応じて電流の大きさを変化させることができる。
【００３２】
発光素子１０は、光を出射する機能を有する半導体装置であれば、その構造は特に限定されないが、たとえば面発光型半導体レーザであることができる。図２は、発光素子１０の一例としての面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図である。面発光型半導体レーザ１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成された第１ミラー１２と、第１ミラー１２上に形成された活性層１５と、活性層１５上に形成された第２ミラー１４と、を有する。第１ミラー１２および第２ミラー１４は、複数の屈折率の異なる半導体によって構成された多層膜からなり、たとえば分布反射型多層膜ミラーであることができる。また面発光型半導体レーザ１０は、第２ミラー１４が有する活性層１５近傍の半導体層の側面を酸化することによって形成された電流狭窄層１６を有する。第１ミラー１２および第２ミラー１４は、不純物がドーピングされることによってｐ型またはｎ型の異なる導電型を有する。第１ミラー１２は、たとえばｎ型に、第２ミラー１４は、たとえばｐ型にされ、活性層１５は真性半導体からなることによって、ｐｉｎダイオードの共振器が形成される。
【００３３】
さらに面発光型半導体レーザ１０は、第１電極１８および第２電極１９を有する。第１電極１８は、第２ミラー１４の上面に形成されており、たとえばリング状の平面形状を有し、その開口部から上方に光が出射される。第２電極１９は、半導体基板１１の裏面に形成されている。第１電極１８および第２電極１９によって、面発光型半導体レーザ１０を駆動させることができる。発光素子１０は、上述したような面発光型半導体レーザに限定されず、たとえばミラーの一部が分離した外部共振器型半導体レーザであってもよい。
【００３４】
光検出器３２は、発光素子１０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、光検出器３２は、発光素子１０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、発光素子１０で生じた光の出力が検知される。光検出器３２は、たとえばｐｉｎフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードであることができる。
【００３５】
光出力測定部３０は、光検出器３２において変換された電流に基づいて光出力を測定し、測定値を示す情報を駆動電流決定部６０または欠陥判断部７０に送る。
【００３６】
電圧測定部４０は、発光素子１０の端子間電圧を測定する。即ち、電圧測定部４０は、電流注入部２０によって電流が注入されている間、発光素子１０の第１電極１８と第２電極１９との間の電圧を測定する。電圧測定部４０は、測定した端子間電圧を示す情報を欠陥判断部７０に送る。
【００３７】
駆動電流決定部６０は、電流注入部２０が発光素子１０に注入した電流の値および発光素子１０の光出力の値に基づいて、発光素子の検査のための駆動電流の大きさを決定する。具体的には、駆動電流決定部６０は、発光素子１０に注入すべき電流値を示す情報を電流注入部２０に送る。このとき駆動電流決定部６０は、複数の電流値を送ることが好ましく、当該複数の電流値は、発光素子１０に最大の光出力を生じさせる程度の電流値以上の電流値を含むことがより好ましい。光出力測定部３０は、たとえば発光素子１０に注入する電流値を徐々に上げながら光出力を測定し、光出力の測定値がその直前の測定値より小さい値になったときに、電流注入部２０が電流の注入を止めるようにしてもよい。
【００３８】
次いで駆動電流決定部６０は、光出力測定部３０から光出力の測定値を受け取り、光出力の測定値を発光素子１０に注入した電流値に対応付ける。駆動電流決定部６０は、対応づけた光出力の測定値と電流値を記憶部９０に順次格納する。なお、制御部５０が格納領域を有する場合には、駆動電流決定部６０は、対応づけた光出力の測定値と電流値を当該格納領域に格納してもよい。
【００３９】
次いで駆動電流決定部６０は、格納した光出力の測定値と電流値に基づいて、電流−光出力特性を求める。図４は、本実施の形態にかかる電流−光出力特性の一例を示す図である。図４において、横軸は電流（ｍＡ）を示し、縦軸は光出力を示し、曲線４Ａは環境温度が１００℃の場合の電流−光出力特性を示し、曲線４Ｂは環境温度が２５℃の場合の電流−光出力特性を示す。なお、光出力としては、曲線４Ｂの最大値を１として規格化した値を示す。曲線４Ａにおいて、光出力は、１２ｍＡの電流で最大となり、２３ｍＡの電流で０となっている。曲線４Ｂにおいて、光出力は、２０ｍＡの電流で最大となり、３５ｍＡの電流でほぼ０となっている。このように、光出力は電流が一定の値以上になると電流を上げても減少する。
【００４０】
駆動電流決定部６０は、このような曲線４Ａまたは曲線４Ｂにおいて、光出力が最大となる電流に基づいて、駆動電流を決定する。より具体的には、駆動電流決定部６０は、光出力が最大となる電流以上であって、光出力の最大値の７０％となる電流以下の電流を駆動電流として決定する。曲線４Ａにおいては、光出力が１２ｍＡの電流で最大となり、１８ｍＡの電流で７０％となっている。よって、駆動電流決定部６０は、１２ｍＡ〜１８ｍＡの間のいずれかの電流値、たとえば１３ｍＡを駆動電流として決定することができる。曲線４Ｂにおいては、光出力が２０ｍＡの電流で最大となり、２８ｍＡの電流で７０％となっている。よって、駆動電流決定部６０は、２０ｍＡ〜２８ｍＡの間のいずれかの電流値、たとえば２５ｍＡを駆動電流として決定することができる。
【００４１】
駆動電流決定部６０は、決定した駆動電流を示す情報を電流注入部２０に送り、電流注入部２０に駆動電流を発光素子１０に注入させる。また、駆動電流決定部６０は、決定した駆動電流や電流−光出力特性を示す情報を出力部８０に送ってもよい。
【００４２】
欠陥判断部７０は、発光素子１０に駆動電流を連続して注入したときの光出力を光出力測定部３０から受け取り、当該光出力に基づいて発光素子１０が欠陥を有するか否かを判断する。具体的には、欠陥判断部７０は、光出力の初期値と、駆動電流の注入開始から所定時間経過後の光出力とを少なくとも光出力測定部３０から受け取り、所定時間経過後の光出力の初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、発光素子１０が欠陥を有すると判断し、その旨を示す情報を出力部８０に送る。
【００４３】
また欠陥判断部７０は、発光素子１０に駆動電流を連続して注入したときの発光素子１０の端子間電圧（アノードとカソードの間の電圧）を電圧測定部４０から受け取り、当該端子間電圧に基づいて発光素子１０が欠陥を有するか否かを判断してもよい。具体的には、欠陥判断部７０は、端子間電圧の初期値と、駆動電流の注入開始から所定時間経過後の端子間電圧とを少なくとも電圧測定部４０から受け取り、所定時間経過後の端子間電圧の初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、発光素子１０が欠陥を有すると判断し、その旨を示す情報を出力部８０に送る。
【００４４】
欠陥判断部７０は、上述したように発光素子１０に駆動電流を連続して注入したときの光出力と端子間電圧の双方またはいずれか一方に基づいて発光素子１０が欠陥を有するか否かを判断することができる。光出力と端子間電圧の双方に基づいて欠陥の有無の判断をする場合には、いずれか一方のみの初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、発光素子１０が欠陥を有すると判断してもよいし、双方の初期値に対する変化率が所定値以上の場合に、発光素子１０が欠陥を有すると判断してもよい。
【００４５】
本実施の形態にかかる検査装置１００によれば、発光素子の電流−光出力特性に基づいて決定した駆動電流を発光素子１０に注入するため、発光素子１０に内在する欠陥を加速度的に成長、増殖させることができる。そして欠陥が成長、増殖することによって、光出力および端子間電圧の変化として現れることから、検査段階で欠陥を発見することができる。なお、欠陥の成長および増殖は、発光素子１０の活性層付近の温度上昇による作用と、レーザ発振に使われない電流の作用との相乗作用によって、加速度的に助長されるものであると考えられる。
【００４６】
また本実施の形態において、検査時の駆動電流は、光出力が最大となる電流以上であることが好ましいとしている。光出力が最大となる電流未満では、注入した電流のほとんどがレーザ発振に使われてしまい、検査時間内には発光素子１０に内在する欠陥を十分に成長させることができないからである。従って、本実施の形態にかかる検査方法によれば、発光素子が有する欠陥の検出力を格段に向上させることができる。
【００４７】
また本実施の形態において、検査時の駆動電流は、光出力の最大値の７０％となる電流以下であることが好ましいとしている。光出力の最大値の７０％となる電流以上の電流を注入した場合には、注入された電流のほとんどがレーザ発振以外に使われるため、新たな欠陥を発生させる引き金となってしまうおそれがあり、かえって発光素子を短命化させてしまうことになるからである。
【００４８】
また、発光素子１０は、室温環境下に配置されることが好ましい。室温とは、たとえば１０℃〜４０℃であることが好ましい。このような室温環境下で検査を行うことにより、恒温槽などの恒温設備を使用する必要がなく、省エネルギーを実現し、二酸化炭素の削減等の環境問題に対応した設備とすることができる。また設備コストを削減することができる。また、このような環境下で発光素子１０の検査を行うことにより、より高温で検査を行う場合に比べて、検査によって発光素子１０の寿命が短くなるのを抑制することができる。環境温度と寿命との関係について、図５および図６を用いて説明する。
【００４９】
図５は、面発光型半導体レーザに各温度環境下で電流を注入したときの活性層周辺の温度を示す図である。図５において、横軸は面発光型半導体レーザに注入した電流を示し、縦軸は活性層周辺の温度を示す。曲線５Ａは、環境温度２５℃における活性層周辺の温度の変化を示し、曲線５Ｂは、環境温度５０℃における活性層周辺の温度の変化を示し、曲線５Ｃは、環境温度８０℃における活性層周辺の温度の変化を示し、曲線５Ｄは、環境温度１００℃における活性層周辺の温度の変化を示す。
【００５０】
活性層周辺の温度を上昇させるためには、環境温度を上昇させる方法があるが、電流を注入することによっても活性層周辺の温度を上昇させることができる。図５によれば、たとえば曲線５Ａに示すように環境温度が低い場合であっても、注入する電流値を上げることによって、活性層周辺の温度を上昇させることができる。具体的には、曲線５Ａおよび曲線５Ｄをみると、２５℃の環境下の面発光型半導体レーザに２５ｍＡの電流を注入したときの活性層周辺の温度は、１００℃の環境下の面発光型半導体レーザに８ｍＡの電流を注入したときの活性層周辺の温度とほぼ同じであることがわかる。このように、環境温度が低い場合でも駆動電流を調節することによって、活性層周辺の温度を上昇させることができる。
【００５１】
次に、駆動電流と環境温度が面発光型半導体レーザの寿命に与える影響について説明する。
【００５２】
図６は、面発光型半導体レーザに各温度環境下で電流を注入したときの寿命を示す図である。図６において、横軸は面発光型半導体レーザの駆動電流を示し、縦軸は面発光型半導体レーザの寿命を示す。曲線６Ａは、環境温度１００℃における寿命を示し、曲線６Ｂは、環境温度２５℃における寿命を示す。図６によれば、駆動電流が同じ場合、環境温度２５℃における寿命は、環境温度１００℃における寿命の約１０００倍であるため、発光素子１０の検査は、低温で行うことが好ましい。たとえば環境温度１００℃、駆動電流２５ｍＡとした場合、面発光型半導体レーザの寿命は約１００時間であるから、検査時間を２０時間とすると、寿命の２０％を検査に使うことになってしまう。これに対し、環境温度２５℃、駆動電流２５ｍＡとした場合、面発光型半導体レーザの寿命は約１０００００時間であるから、検査時間を２０時間とすると、寿命の０．０２％を検査に使うのみである。このように、環境温度を低くすることによって、寿命に対する検査時間の割合を著しく減少させることができる。
【００５３】
１．２．次に、発光素子の検査方法をステップの順に説明する。
【００５４】
図３は、本実施の形態にかかる発光素子１０の検査方法を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、発光素子１０を所定温度環境下に投入する（ステップＳ１００）。所定温度環境下とは、室温であることが好ましく、たとえば１０℃〜４０℃であることが好ましい。室温は、恒温槽などの恒温設備を使用しない温度であればよい。また、複数の発光素子を所定環境温度下に投入し、当該複数の発光素子について、以下のステップを行ってもよい。
【００５６】
次に、検査装置１００は、発光素子１０に順方向の電流を注入しながら、発光素子１０の光出力を測定する（ステップＳ１０２）。
【００５７】
次に、検査装置１００は、電流−光出力特性に基づいて駆動電流を決定する（ステップＳ１０４）。ここで決定される駆動電流は、光出力が最大となる電流以上であって、光出力の最大値の７０％となる電流以下であることが好ましい。
【００５８】
次に、発光素子１０に上述したステップＳ１０４で決定した駆動電流を注入する（ステップＳ１０６）。駆動電流の注入時間は、所定時間であってもよいし、後述する光出力または端子間電圧の変動が所定値以下になるまでの時間であってもよい。
【００５９】
次に、発光素子１０に駆動電流を注入したときの光出力および端子間電圧を測定する（ステップＳ１０８）。測定は、発光素子１０に駆動電流を注入している間行われる。
【００６０】
次に、測定した光出力および端子間電圧の初期値に対する、所定時間経過後の光出力および端子間電圧の変化率を算出する（ステップＳ１１０）。変化率の算出は、光出力および端子間電圧の双方であってもよいし、いずれか一方であってもよい。
【００６１】
次に、算出した変化率が所定値以上の場合に、発光素子１０が欠陥を有すると判断する（ステップＳ１１２）。ここでは、光出力の変化率または端子間電圧の変化率が大きいほど、内在する欠陥が成長、増殖したと判断できる。
【００６２】
１．３．実験例
本実施の形態にかかる検査方法について、以下のような検証実験を行った。
【００６３】
まず、面発光型半導体レーザの電流−光出力特性を作成した。作成した電流−光出力特性は、図４の曲線４Ｂに示す。この曲線４Ｂに基づいて、駆動電流を２５ｍＡに決定した。
【００６４】
静電気による電気的ストレスを面発光型半導体レーザに与えて欠陥を生成したサンプルを３つ準備した。各サンプルに２５℃の環境下で２５ｍＡの駆動電流を注入しながら、光出力および端子間電圧を測定した。測定結果を図７および図８に示す。
【００６５】
図７は、面発光型半導体レーザに駆動電流を注入したときの光出力を示す図である。図７において、横軸は駆動電流の注入時間を示し、縦軸は光出力を示す。光出力としては、曲線７Ｄの初期値を１として規格化した値を示す。曲線７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは、いずれも電気的ストレスを与えられた面発光型半導体レーザの光出力を示す。
【００６６】
曲線７Ｂでは、光出力の初期値が約０．７５であったが、徐々に低下し、２時間経過後には０になった。曲線７Ｃでは、光出力の初期値が約０．９であったが、徐々に低下し、２時間経過後には０になった。曲線７Ｄでは、光出力の初期値が約１．０であったが、徐々に低下し、２時間経過後には約０．２になり、その後さらに低下して７時間経過後には０になった。即ちすべてのサンプルにおいて、２時間経過後または７時間経過後には全く発光しなくなった。
【００６７】
図７によれば、電流−光出力特性に基づいて決定した駆動電流である２５ｍＡの電流をサンプルに注入したことによって、サンプルの特性が短時間に劣化させられたことが確認された。これは、サンプルに内在する欠陥の成長、増殖が助長されたため、短時間に劣化したものと考えられる。
【００６８】
図８は、面発光型半導体レーザに駆動電流を注入したときの端子間電圧を示す図である。図８において、横軸は駆動電流の注入時間を示し、縦軸は端子間電圧を示す。端子間電圧としては、曲線８Ａの初期値を１として規格化した値を示す。曲線８Ａは、電気的ストレスを与えていない比較用サンプルの端子間電圧を示し、曲線８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは、いずれも電気的ストレスを与えられた面発光型半導体レーザの端子間電圧を示す。
【００６９】
曲線８Ａにおいて端子間電圧は、１０時間経過後においても初期値とほぼ同じ電圧であった。曲線８Ｂにおいて端子間電圧の初期値は約１．０であったが、徐々に増加し、１０時間経過後には１．０４であった。曲線８Ｃにおいて端子間電圧の初期値は約１．０１であったが、徐々に増加し、１０時間経過後には１．０４であった。曲線８Ｄにおいて端子間電圧の初期値は約１．０３であったが、徐々に増加し、１０時間経過後には１．０８であった。
【００７０】
図８によれば、電流−光出力特性に基づいて決定した駆動電流である２５ｍＡの電流をサンプルに注入したことによって、サンプルの特性が短時間に劣化させられたことが確認された。これは、サンプルに内在する欠陥の成長、増殖が助長されたため、短時間に劣化したものと考えられる。
【００７１】
以上の結果から、本実施の形態にかかる検査方法を適用することで、適切な駆動電流を決定し、当該駆動電流を注入したときの端子間電圧または光出力から、発光素子が欠陥を有するか否かを判断できることが確認された。
【００７２】
本実施の形態にかかる発光素子の検査装置および検査方法の説明は以上であるが、これに限定されるわけではない。例えば、本実施の形態では、１つの発光素子について検査を行っているが、これにかえて、同時に複数の発光素子を検査してもよいし、駆動電流の決定のための発光素子が同一生産ロット内の１つで、欠陥の有無を判断するための発光素子が同一生産ロット内の複数であってもよい。
【００７３】
２．発光素子のバーンイン装置およびバーンイン方法
２．１．次に、第２の実施の形態に係るバーンイン装置の各構成について説明する。
【００７４】
図９は、第２の実施の形態に係る発光素子のバーンイン装置２００の機能構成を示すブロック図である。バーンイン装置２００は、発光素子１１０の特性の初期変動を、一定時間駆動することにより取り除く機能を有する。バーンイン装置２００は、電流注入部１２０と、光出力測定部１３０と、光検出器１３２と、制御部１５０と、出力部１８０と、記憶部１９０とを含む。制御部５０は、駆動電流決定部１６０および時間測定部１７０を有する。
【００７５】
電流注入部１２０は、発光素子１１０を駆動させるための順方向の電流を注入する。電流注入部１２０は、発光素子１１０に注入する電流の大きさを変化させることができる。電流注入部１２０は、たとえば制御部１５０からの指示に応じて電流の大きさを変化させることができる。
【００７６】
発光素子１１０は、光を出射する機能を有する半導体装置であれば、その構造は特に限定されないが、たとえば面発光型半導体レーザであることができる。面発光型半導体レーザの一例としては、図２に示した発光素子１０の一例と同様のものを用いることができる。
【００７７】
光検出器１３２は、発光素子１１０で生じた光の出力をモニタする機能を有する。具体的には、光検出器１３２は、発光素子１１０で生じた光を電流に変換する。この電流の値によって、発光素子１１０で生じた光の出力が検知される。光検出器３２は、たとえばｐｉｎフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードであることができる。
【００７８】
光出力測定部１３０は、光検出器１３２において変換された電流に基づいて光出力を測定し、測定値を示す情報を駆動電流決定部１６０に送る。
【００７９】
駆動電流決定部１６０は、電流注入部１２０が発光素子１１０に注入した電流の値および発光素子１１０の光出力の値に基づいて、発光素子の検査のための駆動電流の大きさを決定する。具体的には、駆動電流決定部１６０は、発光素子１１０に注入すべき電流値を示す情報を電流注入部１２０に送る。このとき駆動電流決定部１６０は、複数の電流値を送ることが好ましく、当該複数の電流値は、発光素子１１０に最大の光出力を生じさせる程度の電流値以上の電流値を含むことがより好ましい。光出力測定部１３０は、たとえば発光素子１１０に注入する電流値を徐々に上げながら光出力を測定し、光出力の測定値がその直前の測定値より小さい値になったときに、電流注入部１２０が電流の注入を止めるようにしてもよい。
【００８０】
次いで駆動電流決定部１６０は、光出力測定部１３０から光出力の測定値を受け取り、光出力の測定値を発光素子１１０に注入した電流値に対応付ける。駆動電流決定部１６０は、対応づけた光出力の測定値と電流値を記憶部１９０に順次格納する。なお、制御部１５０が格納領域を有する場合には、駆動電流決定部１６０は、対応づけた光出力の測定値と電流値を当該格納領域に格納してもよい。
【００８１】
次いで駆動電流決定部１６０は、格納した光出力の測定値と電流値に基づいて、電流−光出力特性を求める。電流−光出力特性の一例は、図４に示すとおりである。図４に示す内容は、上述したとおりである。
【００８２】
駆動電流決定部１６０は、図４における曲線４Ａまたは曲線４Ｂにおいて、光出力が最大となる電流に基づいて、駆動電流を決定する。より具体的には、駆動電流決定部１６０は、光出力が最大となる電流以上であって、光出力が前記最大値の７０％となる電流以下となる電流以下の電流を駆動電流として決定する。曲線４Ａにおいては、光出力が１２ｍＡの電流で最大となっている。よって、駆動電流決定部１６０は、１２ｍＡ以上のいずれかの電流値、たとえば１３ｍＡを駆動電流として決定することができる。曲線４Ｂにおいては、光出力が２０ｍＡの電流で最大となり、２８ｍＡの電流で７０％となっている。よって、駆動電流決定部１６０は、２０ｍＡ〜２８ｍＡの間のいずれかの電流値、たとえば２５ｍＡを駆動電流として決定することができる。
【００８３】
駆動電流決定部１６０は、決定した駆動電流を示す情報を電流注入部１２０に送り、電流注入部１２０に駆動電流を発光素子に注入させる。また、駆動電流決定部１６０は、決定した駆動電流や電流−光出力特性を示す情報を出力部１８０に送ってもよい。
【００８４】
なお、駆動電流決定部１６０は、駆動電流を決定するために用いた発光素子１１０と同一生産ロット内のものであれば、異なる発光素子に対して駆動電流を注入させてもよい。また駆動電流決定部１６０は、電流注入部１２０に、複数の発光素子に対して同時に駆動電流を注入させてもよい。
【００８５】
時間測定部１７０は、電流注入部１２０が駆動電流を発光素子に注入する時間が所定時間に達したか否かを判断し、所定時間に達したと判断した場合には、駆動電流の注入を止める指示を電流注入部１２０に送る。時間測定部１７０は、たとえば注入開始から２４時間経過後に、駆動電流の注入を止める指示を電流注入部１２０に送ることができる。また、時間測定部１７０は、駆動電流を注入している間、光出力測定部１３０から光出力を受け取り、その時間あたりの変化率が一定値以内になったと判断した時点で、駆動電流の注入を止める指示を電流注入部１２０に送ってもよい。
【００８６】
本実施の形態にかかるバーンイン装置２００によれば、発光素子の電流−光出力特性に基づいて決定した駆動電流を発光素子１１０に注入するため、発光素子１１０の初期特性変動を短時間で安定化させることができる。
【００８７】
また、発光素子１１０は、室温環境下に配置されることが好ましい。室温とは、たとえば１０℃〜４０℃であることが好ましい。このような室温環境下でバーンインを行うことにより、恒温槽などの恒温設備を使用する必要がなく、コストを削減することができる。また、このような環境下で発光素子１１０のバーンインを行うことにより、より高温でバーンインを行う場合に比べて、バーンインによって発光素子１１０の寿命が短くなるのを抑制することができる。
【００８８】
２．２．次に、第２の実施の形態にかかるバーンイン方法をステップの順に説明する。
【００８９】
図１０は、第２の実施の形態にかかるバーンイン方法を示すフローチャートである。
【００９０】
まず、発光素子１１０および当該発光素子１１０と同じ生産ロットの複数の発光素子を所定温度環境下に投入する（ステップＳ２００）。所定温度環境下とは、室温であることが好ましく、たとえば１０℃〜４０℃であることが好ましい。室温は、恒温槽などの恒温設備を使用しない温度であればよい。
【００９１】
次に、バーンイン装置２００は、発光素子１１０に順方向の電流を注入しながら、発光素子１０の光出力を測定する（ステップＳ２０２）。
【００９２】
次に、バーンイン装置２００は、電流−光出力特性に基づいて駆動電流を決定する（ステップＳ２０４）。ここで決定される駆動電流は、光出力が最大となる電流以上である電流以下であって、光出力が前記最大値の７０％となる電流以下であることが好ましい。
【００９３】
次に、発光素子に上述したステップＳ２０４で決定した駆動電流を注入する（ステップＳ２０６）。駆動電流の注入時間は、たとえば２４時間であることができる。
【００９４】
２．３．実験例
第２の実施の形態にかかるバーンイン方法について、以下のような検証実験を行った。
【００９５】
面発光型半導体レーザに対し、バーンインを行っている（駆動電流を注入している）間の光出力の変化率を測定した。なお、測定は、２５℃環境下に面発光型半導体レーザを配置した場合と、１００℃環境下に面発光型半導体レーザを配置した場合とについて行った。
【００９６】
図１１は、第２の実施の形態にかかる駆動電流で面発光型半導体レーザを駆動したときの光出力の経時変化を示す図である。図１１において、横軸は、駆動電流の注入時間を示し、縦軸は光出力の初期値に対する変化率を示す。
【００９７】
図１１によれば、第２の実施の形態にかかる駆動電流を注入することで、面発光型半導体レーザの初期変動を短時間で取り除き、安定化できることが確認された。
【００９８】
また図１１によれば１００℃環境下に面発光型半導体レーザを配置した場合の測定結果は、２５℃環境下に面発光型半導体レーザを配置した場合の測定結果に比べて、変化率が早い時期に一定になっている。しかし、２５℃環境下においても２０時間後には変化率が一定となっている。即ち、室温環境であっても注入する駆動電流を選択することにより、ほぼ１日の試験を行うことによって、初期変動を取り除き、安定化することが確認された。なお、環境温度と発光素子の寿命との関係は、１．１．で図６を用いて説明したように、環境温度を低くすることによって、寿命に対する検査時間の割合を著しく減少させることができる。従って、環境温度は、発光素子の寿命と、発光素子の生産タクトタイムとを考慮しながら適宜設定することが好ましい。
【００９９】
第２の実施の形態にかかるバーンイン装置およびバーンイン方法の説明は以上である。
【０１００】
３．上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】第１の実施の形態にかかる発光素子の検査装置の機能構成を示すブロック図。
【図２】発光素子１０の一例としての面発光型半導体レーザを模式的に示す断面図。
【図３】第１の実施の形態にかかる発光素子の検査方法を示すフローチャート。
【図４】面発光型半導体レーザの電流−光出力特性の一例を示す図。
【図５】面発光型半導体レーザを駆動させたときの活性層周辺の温度を示す図。
【図６】面発光型半導体レーザを駆動させたときの環境温度毎の寿命を示す図。
【図７】面発光型半導体レーザを駆動させたときの光出力を示す図。
【図８】面発光型半導体レーザを駆動させたときの端子間電圧を示す図。
【図９】第２の実施の形態にかかるバーンイン装置の機能構成を示すブロック図。
【図１０】第２の実施の形態にかかるバーンイン方法を示すフローチャート。
【図１１】面発光型半導体レーザを駆動したときの光出力の経時変化を示す図。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  発光素子、１１  半導体基板、１２  第１ミラー、１４  第２ミラー、１５  活性層、１６  電流狭窄層、１７  出射面、１８  第１電極、１９  第２電極、２０  電流注入部、３０  光出力測定部、３２  光検出器、４０  電圧測定部、５０  制御部、６０  駆動電流決定部、７０  欠陥判断部、８０  出力部、９０  記憶部、１００  検査装置、１１０  発光素子、１２０  電流注入部、１３０  光出力測定部、１４０  電圧測定部、１５０  制御部、１６０  駆動電流決定部、１７０  時間測定部、１８０  出力部、１９０  記憶部、２００  バーンイン装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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