(57)【要約】【課題】耐ＣＯＤ特性を非破壊で検査することにより、耐ＣＯＤ特性が低い半導体レーザ素子を確実に排除可能な半導体レーザ素子の選別方法、および光ヘッド装置の製造方法を提供すること。【解決手段】半導体レーザ素子１０の製造後、あるいは光出射側の端面および反対側の端面にコーティング層１６、１７を形成した後、測定工程で、選別対象となる半導体レーザ素子１０の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定を行う。次に、選別工程では、逆方向電圧−逆方向電流特性の測定結果において、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流レベルが低い半導体レーザ素子１０を良品として選別する。このようにして選別された半導体レーザ素子１０はいずれも、耐ＣＯＤ特性に優れている。【選択図】図１
2007242664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選別対象となる半導体レーザ素子の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定を行う測定工程と、
当該測定結果において、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流レベルが低い半導体レーザ素子、あるいは逆方向電流を印加したときの逆方向電圧が高い半導体レーザ素子を良品として選別する選別工程と
を有す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】
請求項１において、半導体レーザ素子に逆方向電圧を印加したときに当該半導体レーザ素子に流れる逆方向電流レベルと、前記半導体レーザ素子の耐光学損傷特性との相関データに基づいて、求められる耐光学損傷特性に対応する逆方向電流レベルを上限値として設定しておき、
前記選別工程では、選別対象となる半導体レーザ素子に対する逆方向電流の測定値が前記上限値以下あるいは前記上限値未満のものを良品として選別す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３】
請求項１または２に記載する選別方法により良品として選別された半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴とする光ヘッド装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子の光学損傷（以下、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）という）に対する耐性を非破壊で検査、選別する半導体レーザ素子の選別方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤ、ＤＶＤ等の光記録媒体に対する情報の再生または／および記録を行う光ヘッド装置においては、光源としての半導体レーザ素子から出射された光を光記録媒体に集光し、情報の再生または／および記録を行う（特許文献１参照）。
【０００３】
このような半導体レーザ素子の最大光出力は、概ね、キンク、熱飽和およびＣＯＤからなる３つの要因で規定される。これらの要因のうち、キンクは、発振横モードの不安定性から生じる出力変動であり、熱飽和は、高温時の注入キャリアのオーバーフローによる発光効率の低下であり、これらの要因はいずれも、電流−出力光強度特性においてリニアな関係が成り立たなくなる制限要因である。但し、キンクおよび熱飽和はいずれも可逆的な現象であり、電流レベルを低下させれば電流−出力光強度特性が元に戻るので、キンクおよび熱飽和については半導体レーザ素子を非破壊で検査することができる。
【０００４】
これに対して、ＣＯＤは、図３に示すように、順方向の電流値を高めていくと、光出力が急に低下する非可逆的な破壊現象であり、一旦発生すると、発振閾値の上昇を伴い、初期の電流−出力光強度特性に戻ることがない。また、劣化の程度によっては、レーザ発振そのものが起きなくなってしまう。このようなＣＯＤは、レーザ出射光強度が大きくなった際に活性領域の端面で界面準位により局所的な光吸収が起こり、それが原因で、局所的な温度上昇−温度上昇に伴うバンドギャップの縮小−局所的な光吸収増加−局所的な温度上昇という悪循環が極めて短時間のうちに進行し、端面破壊（溶融）に至ることに起因すると考えられている。
【０００５】
このように、ＣＯＤはキンクおよび熱飽和と違って破壊現象であるため、全数検査での選別が不可能である。このため、従来は、抜き取ったサンプルに対して破壊検査を行うことにより、ロット単位で良否判定を行っている。
【特許文献１】特開２００１−１８５８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のように、ＣＯＤについては抜き取り検査でロット保証する方法では、耐ＣＯＤ特性が低い半導体レーザ素子がロット内に混入することを防止することができない。このため、光ヘッド装置の設計時には、半導体レーザ素子の最大光出力をかなり低く設定せざるを得ないという問題点がある。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、耐ＣＯＤ特性を非破壊で検査することにより、耐ＣＯＤ特性が低い半導体レーザ素子を確実に排除可能な半導体レーザ素子の選別方法、および光ヘッド装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザ素子の選別方法では、選別対象となる半導体レーザ素子の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定を行う測定工程と、当該測定結果において、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流レベルが低い半導体レーザ素子、あるいは逆方向電流を印加したときの逆方向電圧が高い半導体レーザ素子を良品として選別する選別工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明において、半導体レーザ素子の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定とは、逆方向電圧を印加した場合の逆方向電流を測定する方法、逆方向電流を通電した場合の逆方向電圧を測定する方法のいずれでもよい。また、逆方向電圧の印加は、所定の電圧値を印加する方法、印加する電圧値を変化させる方法のいずれでもよい。また、逆方向電流の通電は、所定の電流値で通電する方法、通電する電流値を変化させる方法のいずれでもよい。
【００１０】
ＣＯＤは、静電気やサージ電流が原因でレーザ出射光強度が大きくなった際に活性領域の端面で界面準位により局所的な光吸収が起こり、それが原因で、局所的な温度上昇−温度上昇に伴うバンドギャップの縮小−局所的な光吸収増加−局所的な温度上昇という悪循環が極めて短時間のうちに進行し、端面破壊（溶融）に至る現象である。また、半導体レーザ素子のレーザ出射端面における活性層と、この出射端面上に積層形成されるコーティング層などとの界面における表面準位密度は、半導体レーザ素子の電圧−電流特性のうち、逆方向電圧−逆方向電流特性に影響を及ぼす。従って、半導体レーザ素子に逆方向電圧を印加した場合に、逆方向電流のレベルが低いものは耐ＣＯＤ特性が優れ、逆方向電流のレベルが高いものは耐ＣＯＤ特性が劣ることになる。ここに、本発明では、半導体レーザ素子の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定結果において、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流レベルが低い半導体レーザ素子、あるいは逆方向電流を印加したときの逆方向電圧が高い半導体レーザ素子を選別するので、耐ＣＯＤ特性が優れた半導体レーザ素子のみを確実、かつ、効率よく選別できる。しかも、半導体レーザ素子の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定は非破壊で行うことができる。よって、不可逆的な破壊現象であるＣＯＤについても、逆方向電圧−逆方向電流特性の測定という非破壊試験で検査できるので、半導体レーザ素子を全数検査することができる。
【００１１】
本発明においては、例えば、半導体レーザ素子に逆方向電圧を印加したときに当該半導体レーザ素子に流れる逆方向電流レベルと、前記半導体レーザ素子の耐ＣＯＤ特性との相関データに基づいて、求められる耐ＣＯＤ特性に対応する逆方向電流レベルを上限値として設定しておき、前記選別工程では、選別対象となる半導体レーザ素子に対する逆方向電流の測定値が前記上限値以下あるいは前記上限値未満のものを良品として選別する。かかる構成は、不具合品と見なされる半導体レーザ素子の耐光学損傷特性に対応する逆方向電流レベルを下限値として設定しておき、前記選別工程では、選別対象となる半導体レーザ素子に対する逆方向電流の測定値が前記下限値以上、あるいは当該下限値を超えるものを不具合として選別する方法も含む意味である。
【００１２】
本発明に係る選別方法により良品として選別された半導体レーザ素子を光源として用いて光ヘッド装置を製造すれば、光ヘッド装置において、ＣＯＤに起因する不具合の発生を防止できる。また、光ヘッド装置を設計する際、半導体レーザ素子の最大光出力を高く設定できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、不可逆的な破壊現象であるＣＯＤについても、逆方向電圧−逆方向電流特性の測定という非破壊試験で検査できるので、半導体レーザ素子を全数検査することができる。それ故、本発明に係る選別方法により良品として選別された半導体レーザ素子を光源として用いて光ヘッド装置などを製造すれば、ＣＯＤに起因する不具合の発生を防止でき、かつ、設計の際、半導体レーザ素子の最大光出力を高く設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面を参照して、本発明を適用した光ヘッド装置、半導体レーザ素子、および半導体レーザ素子の選別方法について説明する。
【００１５】
（光ヘッド装置の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は各々、半導体レーザ素子を搭載した光ヘッド装置の概略構成図、および半導体レーザ素子の概略構成図である。図１（ａ）に示すように、ＣＤおよびＤＶＤ等の光記録媒体に対する情報の再生または／および記録を行う光ヘッド装置１においては、第１および第２のレーザ光を出射可能な半導体レーザ素子１０が配置されている。この半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光は、共通の光学系を介してＣＤまたはＤＶＤ等の光記録媒体２０に導かれる。また、光記録媒体２０からの戻り光は、共通の光学系を介して光検出器２に導かれる。共通の光学系には、レーザ光から３ビームを生成する回折格子３、この回折格子３を通過してきた光を部分反射するハーフミラー４、このハーフミラー４から反射してきた光を平行光束に変換するコリメートレンズ５、このコリメートレンズ５から出射された光の進行方向を直角に折り曲げる全反射ミラー６、およびこの全反射ミラー６から反射してきた光を光記録媒体２０のディスク面に収束させる対物レンズ７などが含まれている。また、共通の光学系には、光記録媒体２０から反射してきた戻り光が対物レンズ７、全反射ミラー６、コリメートレンズ５およびハーフミラー４によって導かれてきた戻り光に非点収差を付与して光検出器２に導くセンサーレンズ９なども含まれている。
【００１６】
このような光ヘッド装置１に用いられる半導体レーザ素子１０は、概ね、ｎ型の半導体基板１１、クラッド層やガイド層を構成するｎ型半導体層１２、多重量子井戸構造からなる活性層１３、クラッド層やガイド層を構成するｐ型半導体層１４、およびコンタクト層１５がこの順に積層された構造を有している。また、半導体レーザ素子１０では、光出射側の端面１０１および反対側の端面１０２に形成された誘電体多層膜などからなるコーティング層１６、１７によって、両端面の反射率を所望の値にしたファブリペロ型の光共振器が構成されている。そして、半導体レーザ素子１０からレーザ光を出射させる際には、順方向の電流を通電する。
【００１７】
なお、半導体レーザ素子１０には、必要に応じて電子ブロック層やキャップ層が形成されるが、図１（ｂ）にはこれらの層の図示を省略してある。また、半導体レーザ素子１０は、各種外装や配線などが施されるが、図１（ｂ）にはこれらの部材の図示も省略してある。
【００１８】
このような構成の半導体レーザ素子１０の製造方法では、まず、半導体ウエーハ上にｎ型半導体層１２、活性層１３、ｐ型半導体層１４、およびコンタクト層１５を積層した後、それをへき開して、図１（ｂ）に一点鎖線で示すようなレーザバー１０５を作製する。次に、レーザバー１０５の両方の端面１０１、１０２に誘電体多層膜などからなるコーティング層１６、１７を形成して、両端面の反射率を所望の値にする。次に、レーザバー１０５を切断して半導体レーザ素子チップを構成した後、配線や外装を施す。
【００１９】
しかる後には、キンクおよび熱飽和についての非破壊検査を行う。これに対して、ＣＯＤについては、破壊現象であるため、全数を直接検査することができない。そこで、本発明では、以下に説明するように、別の評価方法で耐ＣＯＤ特性を非破壊で検査し、良品の選別を行う。すなわち、半導体レーザ素子１０の製造工程において、半導体表面の清浄度や成膜した膜の質に不具合があると、半導体／誘電体膜界面の表面準位密度が高くなって界面での光吸収が起きやすくなり、耐ＣＯＤ特性が低下する。
【００２０】
（検査、選別方法）
ＣＯＤは、レーザ出射光強度が大きくなった際に活性層１３の端面で界面準位により局所的な光吸収が起こり、それが原因で、局所的な温度上昇−温度上昇に伴うバンドギャップの縮小−局所的な光吸収増加−局所的な温度上昇という悪循環が極めて短時間のうちに進行して端面破壊（溶融）に至る現象である。また、半導体レーザ素子１０のレーザ出射端面における活性層１３とこの出射端面上に積層形成される誘電体膜（コーティング層１６、１７）などとの界面における表面準位密度は、半導体レーザ素子１０の電圧−電流特性のうち、逆方向電圧−逆方向電流特性に影響を及ぼす。従って、半導体レーザ素子１０に逆方向電圧を印加した場合に、逆方向電流のレベルが低いものは、表面準位密度が低いので、耐ＣＯＤ特性が優れ、逆方向電流のレベルが高いものは、表面準位密度が高いので、耐ＣＯＤ特性が劣ることになる。
【００２１】
そこで、本形態では、まず、半導体レーザ素子１０に逆方向電圧を印加したときに半導体レーザ素子１０に流れる逆方向電流レベルと、半導体レーザ素子１０の耐光学損傷特性との相関データに基づいて、求められる耐光学損傷特性に対応する逆方向電流レベルを上限値として設定する。
【００２２】
より具体的には、複数の半導体レーザ素子１０について、逆方向電圧−逆方向電流特性の測定を行い、図２に示すデータを得る。図２には、典型的な４つの逆方向電圧−逆方向電流特性を示してあり、実線Ｌ１で示すデータでは、逆方向電圧が電子なだれ降伏が生じる降伏電圧に達するまで、流れる逆方向電流が著しく低い。これに対して、図２に実線Ｌ２〜Ｌ４で示すデータでは、実線Ｌ１で示すデータと違って、降伏電圧の目論見値に達する以前より逆方向電流の増大が見られる。
【００２３】
次に、図２に実線Ｌ１〜Ｌ４で示すデータを示す各半導体レーザ素子１０について、図３に示すような、順方向電流−光強度特性を計測し、ＣＯＤが発生する順方向電流値を求める。ここで、半導体レーザ素子１０に逆方向電圧を印加したときに半導体レーザ素子１０に流れる逆方向電流レベルと、半導体レーザ素子１０でＣＯＤが発生する順方向電流値との間には負の相関があり、図２に実線Ｌ１で示す特性を示す半導体レーザ素子１０は、ＣＯＤが発生する電流値が高く、図２に実線Ｌ２〜Ｌ４で示す特性を示す半導体レーザ素子１０は、ＣＯＤが発生する電流値が低い。
【００２４】
そこで、半導体レーザ素子１０に逆方向電圧を印加したときに半導体レーザ素子１０に流れる逆方向電流レベル（図２参照）と、半導体レーザ素子１０の耐ＣＯＤ特性（図３参照）との相関データに基づいて、求められる耐ＣＯＤ特性に対応する逆方向電流レベルを上限値として設定しておく。例えば、図２に実線Ｌ１で示すように、電子なだれが発生する降伏電圧が１５Ｖとすると、それより低い１４Ｖでの逆方向電流に着目し、１４Ｖの逆方向電圧を印加したときの逆方向電流の上限値を１μＡと設定する。
【００２５】
そして、測定工程では、選別対象となる半導体レーザ素子１０の逆方向電圧−逆方向電流特性の測定を行う。ここで行う逆方向電圧の印加は、所定の電圧値を印加する方法、あるいは、図２に示すように、印加する電圧値を変化させる方法のいずれでもよい。
【００２６】
次に、選別工程では、逆方向電圧−逆方向電流特性の測定結果において、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流レベルが上限値以下あるいは上限値未満の半導体レーザ素子１０のみを良品として選別する。例えば、１４Ｖの逆方向電圧を印加したときの逆方向電流の測定値が上限値（１μＡ）以下あるいは未満の半導体レーザ素子１０については、耐ＣＯＤ特性が高い良品とし、１４Ｖの逆方向電圧を印加したときの逆方向電流の測定値が上限値（１μＡ）より高い半導体レーザ素子１０については、耐ＣＯＤ特性が低い不具合品とする。
【００２７】
その結果、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流レベルが上限値以下の半導体レーザ素子１０のみが後工程に回送され、回送される半導体レーザ素子１０はいずれも、耐ＣＯＤ特性に優れた素子である。
【００２８】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態では、半導体レーザ素子１０の不可逆的な破壊現象であるＣＯＤについても、半導体レーザ素子１０に対する逆方向電圧−逆方向電流特性の測定という非破壊試験で検査するので、半導体レーザ素子１０を全数検査することができる。それ故、本形態に係る選別方法により良品として選別された半導体レーザ素子１０を光源として用いて光ヘッド装置１を製造すれば、光ヘッド装置１において、ＣＯＤに起因する不具合の発生を防止できる。また、光ヘッド装置１を設計する際、半導体レーザ素子１０の最大光出力を高く設定できる。
【００２９】
［その他の実施の形態］
上記形態においては、完成品である外装後の半導体レーザ素子１０に対して、耐ＣＯＤ特性を検査するための逆通電検査を行い、耐ＣＯＤ特性の優れた半導体レーザ素子１０のみを選別したが、端面コーティングを施された後であれば、外装前のレーザチップの状態で耐ＣＯＤ特性を検査するための逆通電検査を行ってもよい。また、レーザバー１０５の状態において、素子間の電気的な分離が施された構造であれば、２次劈開前のレーザバー１０５の状態でプローブ通電により、耐ＣＯＤ特性を検査するための逆通電検査を行ってもよい。このような方法を採用すれば、製造途中で耐ＣＯＤ特性の劣る半導体レーザ素子１０を不具合品として除去できるので、仕掛損を軽減することができる。
【００３０】
また、半導体レーザ素子１０の逆方向電圧−逆方向電流特性を測定するにあたって、逆方向電圧を印加した場合の逆方向電流を測定する方法の他、逆方向電流を通電した場合の逆方向電圧を測定する方法を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）、（ｂ）は各々、半導体レーザ素子を搭載した光ヘッド装置の概略構成図、および半導体レーザ素子の概略構成図である。
【図２】半導体レーザ素子の逆方向電圧−逆方向電流特性を示すグラフである。
【図３】半導体レーザ素子の駆動電流−光出力強度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１  光ヘッド装置
２  検出器
７  対物レンズ
１０  半導体レーザ素子
１１  半導体基板
１２  ｎ型半導体層
１３  活性層
１４  ｐ型半導体層
１５  コンタクト層
１６、１７  コーティング層
【図１】
2007242664.tif 000003
【図２】
2007242664.tif 000004
【図３】
2007242664.tif 000005