(57)【要約】【課題】高速短パルス駆動においても光出力値を正確に測定できる半導体レーザの電流−光出力特性の経時変化を検査する方法とその装置を提供する。【解決手段】パルス電流により駆動される半導体レーザ素子１の電流−光出力特性の経時変化を検査する半導体レーザの検査装置１０において、半導体レーザ素子１にパルス電流を出力する駆動回路２０が、所定時刻からボトム時刻Ｔｂまでパルス電流をボトムレベルに設定して、ボトム時刻Ｔｂ前の所定時間の間、前記半導体レーザ素子１よりボトムレベルのパルス光を放射させることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定期間にわたってパルス電流を入力して半導体レーザ素子を連続的に駆動させ、前記所定期間内に複数期間設定された各計測期間において、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光がトップレベルにあるトップ時刻とボトムレベルにあるボトム時刻の両時刻におけるパルス光の波高値を測定する半導体レーザ素子の検査方法において、
所定時刻から前記ボトム時刻まで前記パルス電流をボトムレベルに設定し、前記ボトム時刻前の所定時間の間、前記半導体レーザ素子よりボトムレベルのパルス光を放射させることを特徴とする半導体レーザ素子の検査方法。
【請求項２】
前記複数の計測期間内において前記パルス光の波高値を複数回ずつ測定し、測定された複数の波高値の平均値を該計測期間におけるパルス光の波高値と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検査方法。
【請求項３】
半導体レーザ素子にパルス電流を出力する駆動回路と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光の波高値を検出する光計測回路とを備え、前記駆動回路が所定期間にわたってパルス電流を入力して前記半導体レーザ素子を連続的に駆動させ、前記所定期間内に複数期間設定された各計測期間において、前記パルス光がトップレベルにあるトップ時刻とボトムレベルにあるボトム時刻の両時刻におけるパルス光の波高値を前記光計測回路が測定する半導体レーザ素子の検査装置において、
前記駆動回路は、所定時刻から前記ボトム時刻まで前記パルス電流をボトムレベルに設定し、前記ボトム時刻前の所定時間の間、前記半導体レーザ素子よりボトムレベルのパルス光を放射させることを特徴とする半導体レーザ素子の検査装置。
【請求項４】
前記光計測回路は、前記複数の計測期間内において前記パルス光の波高値を複数回ずつ測定し、測定された複数の波高値の平均値を該計測期間におけるパルス光の波高値とすることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス駆動された半導体レーザ素子の出力特性の経時変化および経時劣化を検査する方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、光ディスクドライブの分野においては、記録・再生用光源としてパルス駆動される半導体レーザ素子が使用されている。このような半導体レーザ素子では、記録時に光ディスクにピットと呼ばれる記録マークを形成するため、数百ｍＷ程度の比較的強いレーザ光を出力し、再生時に記録ピットを破壊することなく情報を読み出すことができるように数ｍＷ程度の記録時よりも弱いレーザ光を出力するようになっている。
【０００３】
ところで、製造された半導体レーザ素子の中には、半導体結晶中に欠陥が含まれている素子や製造プロセス中に損傷を受けた素子などの不良素子が存在する場合がある。このような不良素子は、通電直後の初期特性評価では問題がなくても、使用中の比較的早い時期に特性劣化するものが多い。そのため、製造最終工程において、製造された半導体レーザ素子を抜き取りで２００時間〜１０００時間程度の長期間にわたって寿命評価したり、１００時間以内の比較的短期間にわたって連続的に駆動させて選別したりする、いわゆるエージング検査が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、このようなエージング検査では、実使用条件に即した条件で連続的に被検査素子を駆動させ続けて電流−光出力特性の経時変化（劣化）について検査するが、近年、光ディスクドライブの記録量の高密度化や記録速度の高速化に伴って、記録・再生用光源である半導体レーザ素子が１００ｎｓ以下の高速かつ短いパルス幅のパルス電流により高速短パルス駆動されており、そのため、次のような問題がある。
【０００５】
すなわち、高速短パルス駆動時の電流−光出力特性の経時変化（劣化）について検査する場合、被検査素子からのパルス光を検出するフィトダイオードの応答性能が不十分となり、図５に示すように、検出されるパルス信号の立ち下がり部分がブロードとなって、パルス光がボトムレベルにあるボトム時刻Ｔｂでのパルス光の波高値を正確に測定できないという問題がある。
【０００６】
これに対し、フォトダイオードの受光面積を小さくすることによって、フォトダイオードの応答性を高めることができるが、かかる場合、被検査素子から出力されるレーザ光の全光束を受光できなくなって、パルス光の正確な波高値を測定するのが困難になるという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−９０４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高速短パルス駆動による電流−光出力特性の経時劣化について検査する場合において、安定した受光性能を確保しつつパルス光のボトムレベルの波高値を正確に測定することができる半導体レーザ素子の検査方法とその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体レーザ素子の検査方法は、所定期間にわたってパルス電流を入力して半導体レーザ素子を連続的に駆動させ、前記所定期間内に複数期間設定された各計測期間において、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光がトップレベルにあるトップ時刻とボトムレベルにあるボトム時刻の両時刻におけるパルス光の波高値を測定する半導体レーザ素子の検査方法において、所定時刻から前記ボトム時刻まで前記パルス電流をボトムレベルに設定して、前記ボトム時刻前の所定時間の間、前記半導体レーザ素子よりボトムレベルのパルス光を放射させることを特徴とする。
【０００９】
上記した本発明の検査方法において、前記複数の計測期間内において前記パルス光の波高値を複数回ずつ測定し、測定された複数の波高値の平均値を該計測期間におけるパルス光の波高値としてもよい。
【００１０】
また、本発明の半導体レーザ素子の検査装置は、半導体レーザ素子にパルス電流を出力する駆動回路と、前記半導体レーザ素子から放射されるパルス光の波高値を検出する光計測回路とを備え、前記駆動回路が所定期間にわたってパルス電流を入力して前記半導体レーザ素子を連続的に駆動させ、前記所定期間内に複数期間設定された各計測期間において、前記パルス光がトップレベルにあるトップ時刻とボトムレベルにあるボトム時刻の両時刻におけるパルス光の波高値を前記光計測回路が測定する半導体レーザ素子の検査装置において、前記駆動回路は、所定時刻から前記ボトム時刻まで前記パルス電流をボトムレベルに設定して、前記ボトム時刻前の所定時間の間、前記半導体レーザ素子よりボトムレベルのパルス光を放射させることを特徴とする。
【００１１】
上記した本発明の検査装置において、前記光計測回路は、前記複数の計測期間内において前記パルス光の波高値を複数回ずつ測定し、測定された複数の波高値の平均値を該計測期間におけるパルス光の波高値としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体レーザ素子の高速短パルス駆動による電流−光出力特性の経時劣化について検査する場合であっても、安定した受光性能を確保しつつパルス光のボトムの波高値を正確に測定することで光出力特性を正確に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本実施形態にかかる半導体レーザ素子１の検査装置１０のブロック回路図であり、図２は同装置１０における各種信号を示すグラフ、図３は同装置１０の駆動回路２０から出力されるパルス電流を示すグラフである。
【００１５】
本実施形態における半導体レーザ素子の検査装置１０は、検査対象である半導体レーザ素子１を所定期間にわたってパルス駆動させ続け、定期的に該半導体レーザ素子１の電流−光出力（Ｉ−Ｐ）特性を記録することにより、連続的にパルス駆動された半導体レーザ素子１の特性変化（劣化）について検査する、いわゆる、エージング装置であって、図１に示すように、半導体レーザ素子１に入力されるパルス電流を発生する駆動回路２０と、半導体レーザ素子１より抽出した駆動電流の波高値を検出する電流検出回路３０と、パルス電流の入力を受けた半導体レーザ素子１から放射されるパルス光の波高値を検出する光計測回路５０と、これら各回路２０、３０、５０を予め定められた操作プログラムに従って制御するとともに各検出回路３０、５０から入力された検出結果を記録する制御部１２とより構成される。
【００１６】
駆動回路２０は、電圧発生回路２２およびパルス電流発生回路２４とを備えており、制御部１２から電圧発生指令の入力を受け電圧発生回路２２は、所定値の基準電圧を発生し、これをパルス電流発生回路２４に入力する。その際、制御部１２は、電流検出回路３０において検出された駆動電流の波高値が所定値になるように電圧発生回路２２で発生する基準電圧をフィードバック制御する。
【００１７】
パルス電流発生回路２４は、電圧発生回路２２より入力を受けた電圧信号を電流信号に変換する電圧−電流変換回路２６と、高速スイッチングトランジスタ等を用いて構成されたスイッチ手段２８とを備え、スイッチ手段２８をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、電圧−電流変換回路２６で変換された電流信号を裁断し、所定のパルス幅および繰り返し周期（例えば、パルス幅が１０ｎｓ〜５０ｎｓ、繰り返し周期が２０ｎｓ〜３００ｎｓ）を有する方形波パルス電流を成形する。なお、スイッチ手段２８は、制御部１２からパルス幅設定指令を受けて作動した不図示のパルス発生器から送出されるＯＮ／ＯＦＦ切り換え動作タイミングパルスによって制御されている。
【００１８】
駆動回路２０において発生されたパルス電流は、検査期間である所定期間（例えば、２００時間〜１０００時間）にわたって検査対象の半導体レーザ素子１に入力され続けることで、該半導体レーザ素子１は、連続的にパルス駆動され入力されるパルス電流に応じた波高値及びパルス幅を有するパルス光を放射する。
【００１９】
このように作動した半導体レーザ素子１を流通する駆動電流は、電流検出回路３０により、所定時間（例えば、３０００ｎｓ）経過ごとにトップレベルにおける波高値とボトムレベルにおける波高値が測定され、測定された波高値は制御部１２に入力される。
【００２０】
また、作動した半導体レーザ素子１から放射されるパルス光は、半導体レーザ素子１の近傍に配置されたＰＩＮフォトダイオードなどの受光素子を用いた光電変換手段６０により検出パルス信号に変換された後、光計測回路５０に入力される。
【００２１】
検出パルス信号が入力された光計測回路５０では、半導体レーザ素子１から放射されるパルス光の波高値を、駆動開始から所定時間（例えば、１０時間）経過ごとに計測するなど、上記の検査期間内において複数回計測を行うようになっており、これにより、上記の検査期間内にパルス光の波高値を計測する計測期間が複数期間設定されている。
【００２２】
この光計測回路５０は、検出パルス信号を増幅する増幅器５２と、増幅された検出パルス信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器５４と、デジタル変換された検出パルス信号が入力されるラッチ回路５６とを備え、タイミング回路４０からラッチタイミング信号が入力されることで、該信号が入力された時刻における検出パルス信号の波高値を測定するようになっている。
【００２３】
詳細には、ラッチ回路５６は、２段のラッチＩＣ５６ａ、５６ｂから構成され、各ラッチＩＣ５６ａ、５６ｂのそれぞれにＡ／Ｄ変換器５４によりデジタル変換された検出パルス信号が入力されており、タイミング回路４０が、制御部１２からのラッチ指令信号に基づいて、各ラッチＩＣ５６ａ、５６ｂのそれぞれに異なる時刻にラッチタイミング信号を入力することで、ラッチタイミング信号が入力された２つの時刻における検出パルス信号の波高値をそれぞれ測定する。
【００２４】
具体的には、タイミング回路４０は、上記の計測期間において、検出パルス信号がトップレベルにある所定時刻に設定されたトップ時刻Ｔｔにラッチタイミング信号をラッチＩＣ５６ａに入力し、検出パルス信号がボトムレベルにある所定時刻に設定されたボトム時刻Tｂにラッチタイミング信号をラッチＩＣ５６ｂに入力する。これにより、光計測回路５０は、図２に示すように、トップ時刻Ｔｔとボトム時刻Ｔｂにおける検出パルス信号の波高値を測定し、これを制御部１２に転送する。
【００２５】
なお、トップ時刻Ｔｔは、検出パルス信号の立ち下がり前近傍のパルス波形が安定する時刻に設定することが好ましく、ボトム時刻Ｔｂは、トップ時刻Ｔｔとの間隔を短く設定すると、パルス信号の立ち下がりの裾部の影響を受けて正確な波高値を測定できないおそれがあるため、少なくとも、トップ時刻Ｔｔとの間隔を２０ｎｓ以上に設定することが好ましく、より好ましくは４０ｎｓ以上に設定する。
【００２６】
このような半導体レーザ素子の検査装置１０では、パルス光の波高値を計測する計測期間に設定されたボトム時刻Ｔｂ前の所定時間の間、駆動回路２０内のスイッチ手段２８を制御することで、トップ時刻Ｔｔからボトム時刻Ｔｂまでの間に存在する図２において破線で示すパルス列信号が間引かれ、所定時刻からボトム時刻Ｔｂまでパルス電流をボトムレベルに設定している。
【００２７】
その際、パルス電流発生回路２４においてパルス電流が生成されてからデジタル変換された検出パルス信号が光計測回路５０に入力されるまでにタイムラグが生じる場合があり、かかる場合、ボトム時刻Ｔｂから該タイムラグ分だけ早めた時刻前の所定時間の間、スイッチ手段２８を制御してパルス電流をボトムレベルに設定するようになっている。
【００２８】
ここで、図３を参照して具体例を示すと、トップ時刻Ｔｔとボトム時刻Ｔｂの間隔を４０ｎｓに設定し、トップ時刻Ｔｔ経過後ボトム時刻Ｔｂまでの間、つまり、ボトム時刻Ｔｂ前の４０ｎｓの間、スイッチ手段２８を制御してパルス電流をボトムレベルに設定する。これにより、半導体レーザ素子１に供給するパルス電流が、パルス幅／繰り返し周期：１０ｎｓ／２０ｎｓの場合、図３において破線で示すように２パルス分のパルス列信号が間引かれることとなり、パルス幅／繰り返し周期：１０ｎｓ／３０ｎｓ、１０ｎｓ／４０ｎｓ、２０ｎｓ／４０ｎｓ、３０ｎｓ／６０ｎｓのそれぞれの場合、図３において破線で示すように１パルス分のパルス信号が間引かれることとなる。これにより、ボトム時刻前の４０ｎｓの間、トップレベルの検出パルス信号が入力されることがないため、ボトム時刻における検出パルス信号の波高値を正確に測定することができる。
【００２９】
以上のように、本実施形態における半導体レーザ素子の検査装置１０では、被検査素子の駆動条件に対して光電変換手段６０の応答性能が不足して検出パルス信号のパルス波形の立ち下がり部がブロードとなる場合であっても、ボトム時刻Ｔｂ前の所定時間の間、ボトムレベルのパルス電流を被検査素子に入力することにより、ブロードな立ち下がり部分の影響を受けることなくボトム時刻における検出パルス信号の波高値を正確に測定することができる。
【００３０】
しかも、パルス信号を間引いてボトムレベルのパルス電流を入力する累積時間は、検査期間に対して極めてわずかな時間に過ぎず、エージング検査に悪影響を及ぼさないものであるため、半導体レーザ素子の実使用条件に即した適切な負荷条件を保ちながら被検査素子を連続的に駆動させることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、複数期間設定されている各計測期間において、パルス光の波高値を１回測定し、これを各計測期間におけるパルス光の波高値としているが、各計測期間においてパルス光の波高値を複数回ずつ測定し、計測された複数の波高値の平均値を各計測期間内におけるパルス光の波高値としてもよい。
【００３２】
本実施形態の変更例として図４に示すように、計測期間内において複数Ｎ個（例えば、１００個）のトップ時刻Ｔｔ１、Ｔｔ２、…Ｔｔ１００と、ボトム時刻Ｔｂ１、Ｔｂ２、…Ｔｂ１００を設定し、各ボトム時刻Ｔｂ１〜Ｔｂ１００前の所定時間の間、ボトムレベルのパルス電流を被検査素子に入力して、複数Ｎ個のトップ時刻Ｔｔ１、Ｔｔ２、…Ｔｔ１００の波高値の平均値を該計測期間内におけるトップレベルの波高値とし、複数Ｎ個のボトム時刻Ｔｂ１、Ｔｂ２、…Ｔｂ１００の波高値の平均値を該計測期間内におけるボトムレベルの波高値とする。
【００３３】
このように、各計測期間において、パルス光の波高値を複数Ｎ回ずつ計測し、これらの平均値を該計測期間におけるパルス光の波高値とすることで、偶発誤差の影響を抑えより正確なパルス光の波高値を計測することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、半導体レーザ素子１の駆動電流の波高値が所定値となるように駆動回路２０から出力されるパルス電流をフィードバック制御する、いわゆるＡＣＣ（Auto Current Control）制御を検査期間にわたって行い、パルス光のトップレベル及びボトムレベルの波高値の経時変化を記録することで被検査素子のエージング検査を行っているが、光検出回路５０において検出されるパルス光の波高値が所定値になるようにフィードバック制御する、いわゆるＡＰＣ（Auto Power Control）制御を検査期間にわたって行い、駆動電流の波高値の経時変化を記録することで被検査素子のエージング検査を行ってもよい。
【００３５】
すなわち、光計測回路５０は、入力された検出パルス信号のトップ時刻Ｔｔとボトム時刻Ｔｂにおける波高値を所定時間（例えば、３０００ｎｓ）経過ごとに測定し、これを制御部１２に入力することで、制御部１２が、光検出回路５０において検出されるトップ時刻Ｔｔとボトム時刻Ｔｂにおけるパルス光の波高値が所定値になるように電圧発生回路２２で発生する基準電圧をフィードバック制御する。この場合、光計測回路５０が検出パルス信号の波高値を検出する所定時間（３０００ｎｓ）が計測期間となり、この計測期間においてボトム時刻Ｔｂ前の所定時刻の間、ボトムレベルのパルス電流を半導体レーザ素子１に入力する。
【００３６】
そして、電流検出回路３０は、駆動開始から所定時間（例えば、１０時間）経過ごとに半導体レーザ素子１から抽出した駆動電流のトップレベルにおける波高値とボトムレベルにおける波高値をそれぞれ測定することで、駆動電流のトップレベルとボトムレベルにおける波高値の経時変化を記録することで被検査素子のエージング検査を行う。
【００３７】
このように被検査素子のエージング検査をＡＰＣ（Auto Power Control）制御によって行う場合、ボトム時刻における検出パルス信号の波高値を正確に測定することができるため、被検査素子の実使用条件に即した適切な負荷条件にフィードバック制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体レーザ素子の検査装置のブロック回路図である。
【図２】半導体レーザ素子の検査装置における各種信号を示すグラフである。
【図３】パルス電流発生回路から出力されるパルス電流の具体例を示すグラフである。
【図４】本発明の変更例にかかる半導体レーザ素子の検査装置のパルス電流発生回路から出力されるパルス電流を示すグラフである。
【図５】半導体レーザ素子から放射されるパルス光を光電変換して得られたパルス信号を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１…半導体レーザ素子
１０…検査装置
１２…制御部
２０…駆動回路
２２…電圧発生回路
２３…比較回路
２４…パルス電流発生回路
２６…電圧−電流変換回路
２８…スイッチ手段
３０…電流計測回路
５０…光計測回路
５２…増幅器
５４…Ａ／Ｄ変換器
５６…ラッチ回路
６０…光電変換手段
【図１】
2007214197.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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