(57)【要約】【課題】  下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができる面発光レーザ特性評価装置および面発光レーザ特性評価方法を実現することを目的にする。【解決手段】  本発明は、第１の基板上に下部分布反射層と活性層とが形成された下部レーザ素子の上に、上部分布反射層が形成された上部反射素子を貼り合せる面発光レーザの特性評価を行う面発光レーザ特性評価装置に改良を加えたものである。本装置は、反射部を有し、この反射部と上部反射素子を貼り合せる前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成し、この光共振器で発振されたレーザ光を装置本体に伝送する光ファイバを有することを特徴とするものである。【選択図】                    図１
2005322761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に下部分布反射層と活性層とが形成された下部レーザ素子の上に、上部分布反射層が形成された上部反射素子を貼り合せる面発光レーザの特性評価を行う面発光レーザ特性評価装置において、
反射部を有し、この反射部と前記上部反射素子を貼り合せる前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成し、この光共振器で発振されたレーザ光を装置本体に伝送する光ファイバを有することを特徴とする面発光レーザ特性評価装置。
【請求項２】
光ファイバの反射部は、前記下部レーザ素子からの光が入射される側のファイバ端面に形成される高反射膜であることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ特性評価装置。
【請求項３】
光ファイバは、前記ファイバ端面を凹面に形成したことを特徴とする請求項２記載の面発光レーザ特性評価装置。
【請求項４】
光ファイバの反射部は、コアの方向に対して垂直となる方向に形成された回折格子であることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ特性評価装置。
【請求項５】
光ファイバのコア径は、前記下部レーザ素子から出射される光のビーム径より大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の面発光レーザ特性評価装置。
【請求項６】
第１の基板上に下部分布反射層と活性層とが形成された下部レーザ素子の上に、上部分布反射層が形成された上部反射素子を貼り合せる面発光レーザの特性評価を行う面発光レーザ特性評価方法において、
光ファイバに設けられる反射部と前記上部反射素子を貼り合せる前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成するステップと、
前記光共振器で発振されたレーザ光を前記光ファイバで装置本体に伝送して前記下部レーザ素子の特性評価を行うステップと、
この特性評価によって下部レーザ素子を選別するステップと、
選別した下部レーザ素子と前記上部反射素子とを貼り合せるステップと
を有することを特徴とする面発光レーザ特性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の基板上に下部分布反射層と活性層とが形成された下部レーザ素子の上に、上部分布反射層が形成された上部反射素子を貼り合せる面発光レーザの特性評価を行う面発光レーザ特性評価装置および面発光レーザ特性評価方法に関し、詳しくは、下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができる面発光レーザ特性評価装置および面発光レーザ特性評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、特性評価を行う対象である面発光レーザの説明をする。面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）：垂直共振器型表面発光レーザ）は、半導体層を多層膜等で形成された上部分布反射層と下部分布反射層とで挟み込んだ構造を有するものである。そして、半導体層は、活性層およびこの活性層を挟み込むスペーサ層（クラッド層とも呼ばれる）を含む多層で形成されている。また、上部分布反射層と下部分布反射層とで光共振器を形成し、半導体基板の裏面または上面から半導体基板と垂直な方向にレーザ光を出射する。このような面発光レーザは、光通信用光源や光計測用光源として用いられる。
【０００３】
面発光レーザは、例えば、第１の基板である半導体基板上に下部分布反射層、活性層、上部分布反射層を一体に形成するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他の例としては、半導体基板上に下部分布反射層（例えば、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射）層）と活性層とを形成して下部レーザ素子（ハーフＶＣＳＥＬとも呼ばれる）を作成する。そして、この下部レーザ素子とは別に、第２の基板（例えば、Ｓｉ基板）上に上部分布反射層（例えば、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる誘電体多層膜ミラー）を形成して上部反射素子を作成する。そして、上部反射素子を、下部レーザ素子の活性層の上側に接合層で貼り合せ、下部レーザ素子の下部ＤＢＲ層と上部反射素子の誘電体多層膜ミラーとで光共振器を形成するものがある（例えば、特許文献２、３参照）。また、上部反射素子は、ＭＥＭＳ（micro electro-mechanical systems：可動部品と電子回路を半導体微細加工技術によって集積した微小な電気機械システム）であり、電圧を加えることにより発生する静電気力を駆動力として誘電体多層膜ミラーを上下に移動させ、発振波長を可変にすることができる。
【０００５】
図３は、このような面発光レーザ（一体に形成されたもの）の特性評価を行う従来の面発光レーザ特性評価装置の一例を示す構成図である（例えば、特許文献４参照）。図３において、面発光レーザ１０は、半導体基板１１上に下部ＤＢＲ層１２、活性層１３、上部ＤＢＲ層１４、上部電極１５が設けられ、基板１１の裏面に下部電極１６が設けられる。上部電極１５と下部電極１６との間に電圧が印加されると上部電極１５から、上部ＤＢＲ層１４、上部スペーサ層（図示せず）、活性層１３、下部スペーサ層（図示せず）、下部ＤＢＲ層１２及び基板１１を通り下部電極１６まで電流が流れる。このとき、バンドギャップの最も狭い活性層１３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、前述の光共振器で光増幅されレーザ光として出射される。
【０００６】
微動台２０は、面発光レーザ１０を固定し、水平面上のｘ軸、ｙ軸、垂直方向のｚ軸、ｘｙに沿ったあおり角θｘ、θｙを微細に調整でき、面発光レーザ１０を所定の位置に移動したり、出射角を調整する。
【０００７】
光ファイバ３０は、ファイバ端面が面発光レーザ１０の発光面に近接配置され、面発光レーザ１０からのレーザ光を特性評価装置本体５０に伝送する。光ファイバ用微動台４０は、光ファイバ３０を固定し、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向に微細に移動できるようになっており、光ファイバ３０のファイバ端を面発光レーザ１０の任意の距離、位置まで接近させる。
【０００８】
装置本体５０は、電流源５１、測定器５２を有し、電流源５１は、面発光レーザ１０に電流を出力する。測定器５２は、光ファイバ３０によって伝送されるレーザ光の測定（光パワーや光スペクトラム等）を行い、面発光レーザ１０の特性評価を行う。例えば、発振波長の特性や、電流源５１が出力する電流と面発光レーザ１０の光パワーとから発光特性（いわゆる、Ｉ−Ｌ特性）を評価する。
【０００９】
続いて、図４は、貼り合せタイプの面発光レーザの特性評価を行う従来の面発光レーザ特性評価装置のその他の例を示す構成図である。ここで、図３と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。図４において、被評価対象として、面発光レーザ１０の代わりに面発光レーザ６０が、微動台２０に固定される。面発光レーザ６０は、下部レーザ素子６０ａと上部反射素子６０ｂとが貼り合わされている。下部レーザ素子６０ａは、半導体基板（第１の基板）６１上に下部ＤＢＲ層６２、活性層６３、上部電極６４が設けられ、基板６１の裏面に下部電極６５が設けられる。
【００１０】
上部反射素子６０ｂは、Ｓｉ基板（第２の基板）６６の下側（基板６６の加工時には表面となるが、貼り合わせ後の図４中の方向で説明する）に誘電体多層膜ミラー６７が設けられ、上面にＭＥＭＳ駆動用の電極６８が設けられ、電流源５１より電圧が印加され、電流が流れる。そして、接合層６９は、例えばハンダであり、下部レーザ素子６０ａの上部電極６４と上部反射素子６０ｂの基板６６とを接合する。
【００１１】
そして、上部電極６４と下部電極６５との間に電圧が印加されると上部電極６４から、上部スペーサ層（図示せず）、活性層６３、下部スペーサ層（図示せず）、下部ＤＢＲ層６２及び基板６１を通り下部電極６５まで電流が流れる。このとき、バンドギャップの最も狭い活性層６３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、下部ＤＢＲ層６２と誘電体多層膜ミラー６７とで形成される光共振器で光増幅されレーザ光として出射される（図４中、基板６１の上面側）。
【００１２】
また、ＭＥＭＳ駆動用と共用の上部電極６４と電極６８とに電流源５１により電圧を印加して誘電体多層膜ミラー６７を上下に移動させる。これによって共振器長が変化し、所望の発振波長にする。
【００１３】
【特許文献１】特許第２５４６１３３号公報
【特許文献２】特開２００４−８７９０３号公報（段落番号００１８−００４０、第１−５図）
【特許文献３】特開２００２−２８９９６９号公報（段落番号００６２−００６５、第４図）
【特許文献４】特開２００３−２３２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように面発光レーザ特性評価装置は、面発光レーザ１０、６０からのレーザ光を光ファイバ３０によって装置本体５０に伝送して特性評価を行っている。つまり、装置本体５０には、レーザ光が入力されることを想定している。
【００１５】
しかしながら、モノリシックに集積した一体形成の面発光レーザ１０に対して、貼り合せタイプの面発光レーザ６０の場合、下部レーザ素子６０ａ単体ではＬＥＤ発光しかしない。そのため、下部レーザ素子６０ａに著しく特性の悪いものがあったとしても、上部反射素子６０ｂを貼り合せてからでないと特性評価を行えないという問題があった。
【００１６】
そこで本発明の目的は、下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができる面発光レーザ特性評価装置および面発光レーザ特性評価方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
請求項１記載の発明は、
第１の基板上に下部分布反射層と活性層とが形成された下部レーザ素子の上に、上部分布反射層が形成された上部反射素子を貼り合せる面発光レーザの特性評価を行う面発光レーザ特性評価装置において、
反射部を有し、この反射部と前記上部反射素子を貼り合せる前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成し、この光共振器で発振されたレーザ光を装置本体に伝送する光ファイバを有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
光ファイバの反射部は、前記下部レーザ素子からの光が入射される側のファイバ端面に形成される高反射膜であることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
光ファイバは、前記ファイバ端面を凹面に形成したことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、
光ファイバの反射部は、コアの方向に対して垂直となる方向に形成された回折格子であることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、
光ファイバのコア径は、前記下部レーザ素子から出射される光のビーム径より大きいことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、
第１の基板上に下部分布反射層と活性層とが形成された下部レーザ素子の上に、上部分布反射層が形成された上部反射素子を貼り合せる面発光レーザの特性評価を行う面発光レーザ特性評価方法において、
光ファイバに設けられる反射部と前記上部反射素子を貼り合せる前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成するステップと、
前記光共振器で発振されたレーザ光を前記光ファイバで装置本体に伝送して前記下部レーザ素子の特性評価を行うステップと、
この特性評価によって下部レーザ素子を選別するステップと、
選別した下部レーザ素子と前記上部反射素子とを貼り合せるステップと
を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜５によれば、光ファイバに反射部を設け、この反射部と上部反射素子を貼り付ける前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成してレーザ発振させるので、上部反射素子を下部レーザ素子に貼り合せなくともレーザ発振を行える。これにより、下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができる。従って、貼り合せ前に、特性の悪い下部レーザ素子を選別することができ、面発光レーザの歩留まりが向上すると共にコストも削減することができる。
【００２１】
また、貼り合せた後に初めて特性評価を行い特性が悪かった場合、下部レーザ素子の特性が悪いのか、上部反射素子の特性が悪いのか原因を特定することが困難である。しかし、下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができるので、貼り合せた後に面発光レーザの特性が悪くとも原因を特定しやすい。
【００２２】
請求項３によれば、ファイバ端面が凹面に形成されるので、下部レーザ素子から出射された光のビーム径が、下部レーザ素子からの距離が離れるに従って大きくなったとしても、高反射膜で反射した光を効率よく下部レーザ素子に集光することができる。従って、回折損失の低減を図ることができる。
【００２３】
請求項５によれば、光ファイバのコア径が、下部レーザ素子から出射される光のビーム径より大きいので、厳密な位置調整をして調芯しなくとも、レーザ発振した光が光ファイバーに効率よく結合する。
【００２４】
請求項６によれば、光ファイバに設けられる反射部と上部反射素子を貼り合せる前の下部レーザ素子の下部分布反射層とで光共振器を形成し、この光共振器で発振されたレーザ光を光ファイバで装置本体に伝送して下部レーザ素子の特性評価を行う。そして、特性評価によって下部レーザ素子を選別してから、上部反射素子を貼り合せる。これにより、下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができる。従って、貼り合せ前に、特性の悪い下部レーザ素子を選別することができ、面発光レーザの歩留まりが向上すると共にコストも削減することができる。
【００２５】
また、貼り合せた後に初めて特性評価を行い特性が悪かった場合、下部レーザ素子の特性が悪いのか、上部反射素子の特性が悪いのか原因を特定することが困難である。しかし、下部レーザ素子単体の特性評価を行うことができるので、貼り合せた後に面発光レーザの特性が悪くとも原因を特定しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す構成断面図である。ここで、図４と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図１において、面発光レーザ６０は、下部レーザ素子６０ａのみが微動台２０に固定される。つまり、接合層６９によって上部反射素子６０ｂを張り合わせる前の下部レーザ素子６０ａ単体が微動台２０に固定される。従って、電流源５１は、上部電極６４、下部電極６５のみに電流を出力する。
【００２７】
光ファイバ３０の代わりに光ファイバ７０が設けられる。光ファイバ７０は、光ファイバ用微動台４０に固定される。また、光ファイバ７０は、下部レーザ素子６０ａからの光が入射される側のファイバ端面に高反射膜７１がコーティングされ、その他のファイバ端が各測定器５２に接続される。高反射膜７１は、反射部であり、面発光レーザ６０の発振波長付近で高反射率を持つように設計されている。なお、光ファイバ７０のコア径は、どのような大きさでもよいが、下部レーザ素子６０ａから出射される光のビーム径よりも大きい方がより望ましい。
【００２８】
このような装置の動作を説明する。
微動台２０および微動台４０を調整して、光ファイバー７０のファイバ端面に形成された高反射膜７１を、面発光レーザ６０の発光面上の所望の距離まで接近させる。これによって、下部ＤＢＲ層６２と高反射膜７１とで光共振器が形成される。
【００２９】
続いて、電流源５１から上部電極６４と下部電極６５との間に電圧が印加されると上部電極６４から、上部スペーサ層（図示せず）、活性層６３、下部スペーサ層（図示せず）、下部ＤＢＲ層６２及び基板６１を通り下部電極６５まで電流が流れる。このとき、バンドギャップの最も狭い活性層６３において正孔と電子の結合が生じて光が発光し、下部ＤＢＲ層６２と高反射膜７１とで形成される光共振器で光増幅され、レーザ発振する。そして、レーザ発振したレーザ光は、光ファイバ７０の高反射膜７１を透過して光ファイバ７０によって装置本体５０の各測定器５２に伝送される。
【００３０】
そして、測定器５２が光ファイバ７０からのレーザ光や電流源５１の出力値から面発光レーザ６０の下部レーザ素子６０ａ単体の特性評価を行う。
【００３１】
さらに、この特性評価によって、下部レーザ素子６０ａのうちで特性の悪いものを除去し、選別を行う。そして、選別した特性のよい下部レーザ素子６０ａと上部反射素子６０ｂとを接合層６９で貼り合せる。さらに、光ファイバ７０を図４に示す光ファイバ３０に交換し、図４と同様に、貼り合せ後の面発光レーザ６０の特性評価を行う。
【００３２】
このように、光ファイバ７０のファイバ端面に高反射膜７１を設け、この高反射膜７１と上部反射素子６０ｂを貼り付ける前の下部レーザ素子６０ａの下部ＤＢＲ層６２とで光共振器を形成してレーザ発振させるので、上部反射素子６０ｂを下部レーザ素子６０ａに貼り合せなくともレーザ発振を行える。これにより、下部レーザ素子６０ａ単体の特性評価を行うことができる。従って、貼り合せ前に、特性の悪い下部レーザ素子６０ａを選別することができ、面発光レーザ６０の歩留まりが向上すると共にコストも削減することができる。
【００３３】
また、貼り合せた後に初めて特性評価を行い特性が悪かった場合、下部レーザ素子６０ａの特性が悪いのか、上部反射素子６０ｂの特性が悪いのか原因を特定することが困難である。しかし、下部レーザ素子６０ａ単体の特性評価を行うことができるので、貼り合せた後に面発光レーザ６０の特性が悪くとも原因を特定しやすい。
【００３４】
また、微動台４０によって光ファイバ７０の位置を調整することによって、共振器長を任意に設定できるので、発振波長を任意に設定することが可能となる。
【００３５】
さらに、光ファイバ７０のコア径が、下部レーザ素子６０ａから出射される光のビーム径より大きいので、厳密な位置調整をして調芯しなくとも、レーザ発振した光が光ファイバー７０に効率よく結合する。
【００３６】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。
図１に示す装置において、平面なファイバ端面に高反射膜７１をコーティングする構成を示したが、光ファイバ７０のファイバ端面を球面状の凹面に加工し、高反射膜７１をコーティングしてもよい。例えば、図２に示すように構成してもよい。ここで、図１と同一のものは同一符号を付し説明を省略するとともに、図示も省略する。図２において、光ファイバ７０のファイバ端面が凹面に加工され、この凹面にそって高反射膜７１がコーティングされる。
【００３７】
このような装置の動作は、図１に示す装置とほぼ同様だが、異なる部分を説明する。一般的に下部レーザ素子６０ａから出射される光は、ガウスビームで近似され、距離が離れるに従ってビーム径が大きくなる。ここで、ファイバ端面が基板６１と平行だと、反射されるごとに一定の割合で光が横に逃げ、効率よく下部レーザ素子６０ａに戻らない。一方、ファイバ端面が凹面に形成されるので、下部レーザ素子６０ａから出射された光のビーム径が、下部レーザ素子６０ａからの距離が離れるに従って大きくなったとしても、高反射膜７１で反射した光が効率よく下部レーザ素子６０ａに集光される。従って、回折損失の低減を図ることができる。
【００３８】
また、ファイバ端面を凹面でなく、逆に凸面に形成してもよい。このように凹面または凸面に形成すると、レーザ光の横モードの選択を行うことができる。
【００３９】
さらに、図１に示す装置において、光ファイバ７０のファイバ端面に高反射膜７１をコーティングして反射部を形成する構成を示したが、光ファイバ７０の代わりに光ファイバーグレーティングを用いてもよい。つまり、光ファイバーグレーティングの回折格子が反射部となり、この回折格子と下部ＤＢＲ層６２とで光共振器が構成される。なお、光ファイバーグレーティングは、例えば、光ファイバに紫外線照射等の方法で屈折率分布を設けて、コアの方向に対して垂直となる方向に回折格子を形成したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施例を示した構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示した構成図である。
【図３】従来の面発光レーザ特性評価装置の一例を示した構成図である。
【図４】従来の面発光レーザ特性評価装置のその他の例を示した構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
２０  微動台
４０  光ファイバ用微動台
５０  装置本体
５１  測定器
５２  電流源
６０  面発光レーザ
６０ａ  下部レーザ素子
６１  半導体基板（第１の基板）
６２  下部ＤＢＲ層（下部分布反射層）
６３  活性層
７０  光ファイバ
７１  高反射膜（反射部）
【図１】
2005322761.tif 000003
【図２】
2005322761.tif 000004
【図３】
2005322761.tif 000005
【図４】
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