(57)【要約】【課題】半導体レ−ザ素子を選別するにあたり、突然劣化および急速劣化しうる不良素子の選別除去を確実に行うことができる方法を提供することを目的とする。【解決手段】電流を５０℃以上の高温で１０時間以上通電する第１の過程と、前記第１の過程後で、半導体レーザ素子に前記第１の電流よりも大なる最大電流値まで掃引を行ない、その電流値での光出力の低下率により選別する第２の過程と、前記第１の過程の前後に光出力特性を測定し、その測定結果を選別基準にしたがって、不良品を排除する第３の過程、からなることを特徴とする半導体レーザ素子の選別方法。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子に定格電流以上の電流を５０℃以上の高温で１０時間以上通電する第１の過程と、前記第１の過程後で、半導体レーザ素子に前記第１の電流よりも大なる最大電流値まで掃引を行ない、その電流値での光出力の低下率により選別する第２の過程と、前記第１の過程の前後に光出力特性を測定し、その測定結果を選別基準にしたがって、不良品を排除する第３の過程、からなることを特徴とする半導体レーザ素子の選別方法。
【請求項２】
前記第２の過程において掃引する最大電流値を、前記第１の過程で通電後の素子の、電流と光出力特性の関係から規定することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の選別方法。
【請求項３】
第３の過程における不良品の選別基準を、複数の半導体レーザ素子による第１の過程前後に測定する光出力特性値変化率の統計分布によって規定することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の選別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レ−ザに関する。より具体的には、良品半導体レーザの選別方法、特にＩｎＧａＡｓを活性層とする半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｓを活性層とし、０．９８μｍ前後の波長で発振する半導体レーザはＥｒドープ光ファイバーアンプの励起光源として高出力化が望まれている。しかも通信分野では高い信頼性が特に強く要求され、初期不良品を確実に排除する必要がある。従来の半導体レーザの不良品を除く方法として、定格電流値よりも大きめの電流を所定の時間与えて初期不良を除去する加速試験が一般的に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＩｎＧａＡｓを活性層とする半導体レーザでは、通常の加速試験で良品と判定されていたものでも通電中のある時点から急速に劣化して破壊状態に至る故障モードが観測されている。すなわち、その時点までは駆動電流がそれほど大きく増加することもなく正常な素子と同じ特性にみえていたものが突如として劣化してしまうのである。特に、高出力のＩｎＧａＡｓ半導体レーザでは使用中にこのような突然劣化が起こる可能性が高く、使用上の問題となっている。
本発明の目的は、半導体レ−ザ素子を選別するにあたり、突然劣化および急速劣化しうる不良素子の選別除去を確実に行うことができる方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の選別方法は、通電中に突然劣化と急速劣化が起こる可能性のある素子を確実に排除する方法であり、半導体レーザ素子に定格電流以上の電流を５０℃以上の高温で１０時間以上通電する第１の過程と、前記第１の過程後で、半導体レーザ素子に前記第１の電流よりも大なる最大電流値まで掃引を行ない、その電流値での光出力の低下率により選別する第２の過程と、前記第１の過程の前後に光出力特性を測定し、その測定結果を選別基準にしたがって、不良品を排除する第３の過程、からなることを特徴とする半導体レーザ素子の選別方法である。
さらに、前記第２の過程において掃引する最大電流値を、前記第１の過程で通電後の素子の、電流と光出力特性の関係から規定すること、第３の過程における不良品の選別基準を、複数の半導体レーザ素子による第１の過程前後に測定する光出力特性値変化率の統計分布によって規定すること、により、良品の選別を行うものである。
【０００５】
【作用】
ＩｎＧａＡｓ半導体レーザの突然劣化は端面での溶融で起こり、瞬時光学損傷（ＣＯＤ）と呼ばれる。その発生原因は、光と端面での光の相互作用によるものと推測される。光密度が一定の条件で駆動しているにもかかわらず、通電中のある時点でＣＯＤが起こるのは通電中にＣＯＤレベルが低下しているためであり、これが使用中の通電条件での光出力値まで下がったときに突然劣化が起こるものと考えられる。このとき、素子の中には、ＣＯＤレベルの低下と同時にしきい値電流の上昇やスロープ効率の低下を伴うものも存在している。
【０００６】
本発明によれば、５０℃以上の環境下で最大定格電流よりも大きい第１の過程の電流を所定の時間通電することにより、不良素子のＣＯＤレベルを強制的に低下させる。これによって、その後の不良素子の排除を光出力特性をみることで行い易くなる。そして、通電後に第２の過程の最大電流まで掃引することにより、良品にはダメージを与えない程度に不良品への負荷を与えることで、より選別が確実なものとなる。さらに、通電終了前後での光出力特性の変化率から実験より求めた選別基準に基づいて不良品を排除することにより突然劣化、急速劣化を示す可能性のある素子を確実に排除することができる。
【０００７】
第２の過程において掃引する最大電流値は、第１の過程で通電後の素子の、電流と最大光出力特性の関係を実験により規定する。最大電流値は不良素子を確実に排除でき、良品素子に対しては、劣化を引き起こす可能性のあるダメージを与えないできるだけ低いレベルが望ましい。
【０００８】
第３の過程における不良品の選別基準は、複数の半導体レーザ素子による第１の過程通電前後に測定する光出力特性値、例えば通電前のしきい値電流Ｉｔｈ（Ｓｔａｒｔ）と通電後の値Ｉｔｈ（Ｅｎｄ）から求められる変化率ｄＩｔｈ＝｛Ｉｔｈ（Ｅｎｄ）−Ｉｔｈ（Ｓｔａｒｔ）｝／Ｉｔｈ（Ｅｎｄ）の統計分布によって規定する。例えば、正規確率紙にプロットしたときに変化率が主分布から大きめにずれはじめるポイントを判定の基準とする。この考え方はＣＯＤレベルの低下と同様に、不良素子における劣化速度が早めに進行するものを排除するというものである。素子によってはワイブルプロットなど正規分布以外の分布を適用したほうが望ましい場合もありうる。
【０００９】
【実施例】
図１は、本発明の選別方法の対象となる半導体レーザの断面構造を示すものである。まずこの構造を説明する。ｎ−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ導波層４、ＩｎＧａＡｓ量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＡｓサイドバリア層、ｐ−ＡｌＧａＡｓキャリアブロック層からなる活性層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓ導波層ａ６、ｐ−ＡｌＧａＡｓ導波層ｂ７、ｎ−　ＡｌＧａＡｓ電流ブロック層８、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層９により形成される。さらにｐ−コンタクト層とｐ−電極、さらにｎ−ＧａＡｓ基板側にｎ−電極が形成されている。また、端面近傍ストライプ領域にｎ−電流狭窄層２５μｍが存在し、電流が流れない構造となっており、これにより端面劣化が起こり難くなっている。ストライプ幅は４μｍ、共振器長１．８ｍｍ、チップ前面２％の低反射膜、後面に９６％の高反射膜が施されている。また、チップはｐサイドダウンでＣｕＷサブマウント上にボンディングし、さらにステム上のヒートシンク上に接合、キャン封止をした上で、実験に用いた。
【００１０】
次に、このような半導体レーザに対して適用する本発明の一実施例である選別方法を説明する。まず、室温での定格動作電流が７００ｍＡである５０個の前記構造の半導体レーザ素子を用意し、第２の過程である通電前の光出力特性を２５℃で１．５Ａまでステップ電流３ｍＡのＣＷ駆動で全数測定した。このとき、１．５Ａまでの掃引でＣＯＤを起こした素子は１素子もみられなかった。そして第１の過程である環境温度７５℃電流値９５０ｍＡの定電流で３００時間連続通電し、その後第２の過程である通電後での光出力特性を２５℃で２．０ＡまでＣＷで全数測定した。
【００１１】
このとき、素子によってはＣＯＤレベルが低下し、２．０Ａに至るまでにＣＯＤを起こす素子が６素子存在した。これらの素子はこの段階で不良品素子として排除される。図２にこれら不良と判定された素子の電流−光出力特性を示す。図３には、２．０Ａまでの電流でＣＯＤを示さなかった素子の光出力特性の一部を示す。図２と図３より、実施例で用いた半導体レーザ素子における第２の過程において掃引する最大電流値を〜１．５Ａに設定するのが適切であることがわかった。
【００１２】
さらに第３の過程として、前述の通電前後に全数素子の光出力特性を測定した結果からしきい値電流、スロープ効率の変化率％を算出し、正規確率紙上にプロットした。ここで、しきい値電流とスロープ効率は光出力レベルが３０ｍＷから３００ｍＷまでの範囲の測定点からの最小二乗法により、求めている。その結果の一例であるしきい値電流の場合を図４に示す。この図からしきい値変化率の主分布から変化率が大きい方に分布している素子を不良素子として排除するのが適切と判断でき、この場合の選別基準値は＋３％となる。
以上の第２の過程および第３の過程により選別された結果をまとめると以下のようになる。
第２の過程　　　　最大光出力１．５Ａ
不良基準　　　　　　　ＣＯＤ有
実績　　　　　　　　　　　６／５０
第３の過程　　しきい値電流変化率　　スロープ効率変化率
不良基準　　　　　　＋３％以上　　　　　　　　　　　　　　−２％以下
実績　　　　　　　　　　　１５／５０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１２／５０
第２及び第３を合わせた過程
不良品判定数　　１８／５０　　　　　　良品判定数　　　３２／５０
ここで、例えば６／５０とは全５０素子中６素子が不良素子と判定されたことをあらわす。また、いずれかの基準で不良と判定されたものは排除するものとしている。
【００１３】
この結果良品素子として５０素子中３２素子を、単一横モード５００ｍＷ光出力を一定にした試験を５０℃の環境温度下で行った。図５に示すように５００ｍＷという高出力にもかかわらず、５０℃という高温の状態で５０００時間以上安定して推移しており、これらの選別法の有効性を確認できた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体レ−ザ素子を選別するにあたり、突然劣化および急速劣化しうる不良素子の選別除去を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の選別方法が適用される半導体レ−ザの一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例である選別方法で不良品と判定された半導体レ−ザの光出力特性を示す図である。
【図３】本発明の一実施例である選別方法で良品と判定された半導体レ−ザの光出力特性を示す図である。
【図４】本発明の一実施例である選別方法で良品と不良品を判別するための半導体レ−ザのしきい値電流の通電前後の変化率分布を示す図である。
【図５】本発明の一実施例である選別方法で良品と判定された半導体レ−ザの定光出力でのエージング特性を示す図である。
【図１】
2004047568.tif 000002
【図２】
2004047568.tif 000003
【図３】
2004047568.tif 000004
【図４】
2004047568.tif 000005
【図５】
2004047568.tif 000006