JP2001021446A

JP2001021446A - 半導体レーザ特性の測定装置及び測定方法

Info

Publication number: JP2001021446A
Application number: JP11193659A
Authority: JP
Inventors: Sadaaki Ueda; 禎亮上田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザ素子の特性を効率的かつ高精
度で測定可能な半導体レーザ特性の測定装置及び測定方
法を提供する。【解決手段】半導体レーザ特性の測定装置は、半導体
レーザ素子を載置するテストステージと、テストステー
ジに載置された半導体レーザ素子に電力を供給するため
の電力供給部と、供給された電力に基づいて半導体レー
ザ素子から出射されるレーザ光の出力を測定する光出力
測定部と、前記レーザ光の偏光を測定する偏光測定部と
を備え、これら測定部のそれぞれがレーザ光を受光する
受光素子を有し、テストステージは、半導体レーザ素子
から出射されるレーザ光がそれぞれの受光素子で受光さ
れるようテストステージを変位させるステージ変位手段
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、録音再生用ＭＤ
や、光磁気ディスク等の光ピックアップに用いられる半
導体レーザ素子の特性測定装置及び測定方法に関するも
ので、特に、光磁気効果（カー効果及びファラデー効
果）、すなわち、直線偏向の光を磁化しているものに当
てるとその反射光の偏光が回転する現象を利用して信号
を読み出す光ピックアップに用いられる半導体レーザ素
子の光出力及び偏光比等の特性を測定する装置及び測定
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザ素子の特性測定装置
の一例を図７に示す。半導体レーザ素子特性測定装置１
００では、テストステージ１０１上にチップ状態の半導
体レーザ素子Ｓを搭載し、テストコレット１０２により
半導体レーザ素子Ｓをテストステージ１０１との間で挟
み込んで半導体レーザ素子Ｓの表面及び裏面に形成され
たアノード及びカソードの各電極とコンタクトを得た
後、半導体レーザ素子Ｓに通電し、そのときの光出力を
受光素子１０３で検出する。

【０００３】しかし、この光出力測定では、光出力特性
のみが測定され、半導体レーザ素子Ｓの偏光比は測定で
きない。通常、半導体レーザ素子Ｓの偏光比の測定は、
半導体レーザ素子Ｓの主出射面の光を、偏光ビームスプ
リッター等の偏光素子（図示しない）に導いてＴＥ及び
ＴＭ成分に分離し、それぞれの成分の光量を測定して得
られたＴＥ／ＴＭ比を偏光比として評価している。この
とき、レーザ光を有効に偏光素子に導くため、半導体レ
ーザ素子Ｓの主出射面と偏光素子の間にレンズを設けて
いる。このため、光出力測定用の受光素子と偏光比測定
用の受光素子とを半導体レーザ素子Ｓの主出射面側に配
置する必要があり、これら受光素子または半導体レーザ
素子Ｓを移動させて主出射面と受光素子とを対面させる
移動機構が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、半導体レーザ素
子Ｓは、一辺が数１００μｍ程度と非常に小さいため、
テストコレット１０２が半導体レーザ素子Ｓの電極１０
４とコンタクトをとるには、精度の高い位置決めが必要
であり、さらに、この位置決めは光出力測定部及び偏光
比測定部の双方で必要となる。また、半導体レーザ素子
Ｓを光出力測定部から偏光比測定部に移動させるための
移動機能が必要となるため、高価で複雑な測定装置とな
ってしまう。また、受光素子側を移動する場合には、偏
光比測定部に配設された光学系が、移動時の振動で光軸
ずれ等を発生させ、測定誤差の原因となる。

【０００５】そのため、従来の偏光比測定では、チップ
状態の半導体レーザ素子Ｓを、移動及び固定の操作が容
易なパッケージに組み込み、次いで、このパッケージを
移動及び固定させている。しかし、偏光比測定で半導体
レーザ素子Ｓが不良となった場合には、組み込んだパッ
ケージの材料及び組み込みの作業が無駄になってしま
う。したがって、被検体としての半導体レーザ素子Ｓ
は、チップ状態、または、レーザチップがＳｉやＳｉＣ
等のサブマウント上に接着されたような、チップに近い
状態で測定に供せられるのが望ましい。

【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、半導体レーザ素子の特性を効率的かつ高精
度で測定可能な半導体レーザ特性の測定装置及び測定方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
レーザ素子を載置するテストステージと、テストステー
ジに載置された半導体レーザ素子に電力を供給するため
の電力供給部と、供給された電力に基づいて半導体レー
ザ素子から出射されるレーザ光の出力を測定する光出力
測定部と、前記レーザ光の偏光を測定する偏光測定部と
を備え、これら測定部のそれぞれがレーザ光を受光する
受光素子を有し、テストステージは、半導体レーザ素子
から出射されるレーザ光がそれぞれの受光素子で受光さ
れるようテストステージを変位させるステージ変位手段
を有することを特徴とする半導体レーザ特性の測定装置
が提供される。

【０００８】すなわち、レーザ光の出力を測定するため
に光出力測定部の受光素子に向けられていたテストステ
ージ上の半導体レーザ素子は、テストステージを変位さ
せることにより、レーザ光の偏光を測定する偏光測定部
の受光素子に向けられるので、半導体レーザ素子をテス
トステージ上に一度、位置決めしておけば、その後、半
導体レーザ素子自体を移動したり固定したりする操作が
不要となり、偏光測定のために半導体レーザ素子Ｓをパ
ッケージに組み込むことも不要となる。また、テストス
テージを変位するだけで、予め設定された光軸上で半導
体レーザ素子の主出射面と受光素子とを対向させること
ができるので、精度の高い位置決めが可能となる。ま
た、従来のように、偏光測定部の受光素子及び光出力測
定部の受光素子を、半導体レーザ素子の主出射面側に配
置する制約から開放されるので、各部の配置設計におけ
る自由度が高まり、装置の小型化が可能となる。

【０００９】この発明におけるテストステージ変位手段
とは、テストステージに載置された半導体レーザ素子の
主出射面が、少なくとも、光出力測定部の受光素子の受
光面と偏光測定部の受光素子の受光面とに交互に向けら
れるよう、テストステージの姿勢または位置を可逆的に
変える機構を意味する。テストステージの変位の形態に
は、回転と、任意の方向における直線または曲線上の往
復が挙げられる。

【００１０】前者の形態によるテストステージ変位手段
の構成としては、テストステージを一平面上で回転させ
る構成が挙げられる。このような回転によるテストステ
ージの変位を利用した装置構成としては、光出力測定部
の受光素子の受光面と偏光測定部の受光素子の受光面と
を一平面上の異なる２つの角度位置に配置し、ステッピ
ングモータでテストステージを前記２つの角度位置に交
互に向ける構成が挙げられる。これら２つの受光面を、
テストステージを含む１つの軸上の対向位置に配置すれ
ば、直線状で小型の半導体レーザ特性測定装置を構成す
ることができる。

【００１１】後者の形態によるテストステージ変位手段
の構成としては、テストステージを水平または垂直方向
に往復移動させる構成が挙げられる。このような往復に
よるテストステージの変位を利用した装置構成として
は、光出力測定部及び偏光測定部が互いに平行な光軸を
形成するようそれぞれの受光素子の受光面を配置し、テ
ストステージが前記の各光軸上に交互に位置するよう、
テストステージを両光軸と所定の角度を有する方向、例
えば、両光軸に直交する方向に往復移動させる構成が挙
げられる。これら２つの光軸が１つの平面上で接近する
ようそれぞれの受光面を配置すれば、全長が短くて小型
の半導体レーザ特性測定装置を構成することができる。

【００１２】テストステージ及び電力供給部が、半導体
レーザ素子との電気的接続部をそれぞれ有し、接続部の
少なくとも一方が、金または白金族の金属を含むメッキ
を施されることにより、接触抵抗を減じ、μｍオーダー
の小さい半導体レーザ素子とのコンタクト部において、
安定した電気的接触を得ることができ、半導体レーザ素
子の特性測定を高い精度で行うことができる。白金族の
金属としては、白金、ロジウムが挙げられる。電力供給
部の接続部が、複数の導体からなり、これら導体が、テ
ストステージに載置された半導体レーザ素子の一主面上
の複数の電極と着脱される構成とすることにより、電極
の形成された部位が異なる半導体レーザ素子に対応させ
ることができる。

【００１３】この発明では、偏光測定部が、半導体レー
ザ素子と受光素子との間に配置された偏光素子を有し、
偏光素子が、偏光ビームスプリッターまたはグラン−ト
ムソンプリズム（Glan-Thompson prism)で構成されるも
のが例示される。偏光素子が、グラン−トムソンプリズ
ムと、このプリズムを回転させる回転機構とを有する構
成であれば、グラン−トムソンプリズムの高い消光比
（> １０³）を活かして、より精度の高い偏光比測定が
可能となる。

【００１４】この発明の別の観点によれば、半導体レー
ザ素子をテストステージに載置し、この半導体レーザ素
子に電力を供給して半導体レーザ素子から出射されるレ
ーザ光の出力を測定し、次いで、テストステージを回転
させ、半導体レーザ素子に電力を供給して半導体レーザ
素子から出射されるレーザ光の偏光を測定する半導体レ
ーザの特性測定方法が提供される。

【００１５】この測定方法では、レーザ光の出力を測定
した後、この測定結果に基づいて半導体レーザ素子を判
定し、良品と判定された半導体レーザ素子についてのみ
レーザ光の偏光を測定することにより、無駄のない効率
的な測定が可能となる。また、レーザ光の出力を測定す
る際に、レーザ光の偏光測定時の所定光出力となる駆動
電流値を予め取得し、レーザ光の偏光を測定する際に、
取得された駆動電流値に基づいて半導体レーザ素子に電
力を供給することにより、偏光測定の際に再度、駆動電
流値を得る操作が省略されるので効率的な測定が可能と
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１から図６を参照して、
本発明の半導体レーザ特性の測定装置及び測定方法の実
施の形態を説明する。

【００１７】実施例１図１から図５に基づいて、実施例１を説明する。図１に
示すように、半導体レーザ特性測定装置１０は、半導体
レーザ素子Ｓを支持するテストステージ１と、テストス
テージ１に載置された半導体レーザ素子Ｓに電力を供給
するための電力供給部２と、供給された電力に基づいて
半導体レーザ素子Ｓから出射されるレーザ光の出力を測
定する光出力測定部３と、前記レーザ光の偏光を測定す
る偏光測定部４とから主に構成される。

【００１８】テストステージ１は、チップ状態の半導体
レーザ素子Ｓを載置可能な直径を有する円板状のステー
ジ本体１１と、ステージ本体１１を所定の角度位置に回
転させるステージ回転手段（図示しない）とからなる。
ステージ本体１１は、その上面に、導電性表面からなり
半導体レーザ素子Ｓの裏面電極に電気的に接続される接
続部１２を有し、さらにこの導電性表面上で半導体レー
ザ素子Ｓを揺動不能かつ着脱可能に固着する固着手段
（図示しない）を有する。

【００１９】ステージ回転手段は、ステージ本体１１の
裏面に回転軸が接続されたステッピングモータと、ステ
ッピングモータ制御回路からなり、ステージ本体１１を
予め設定された２つの角度位置に回転させ、それぞれの
角度位置でステージ本体１１を揺動不能に保持すること
ができる。この例では、２つの角度位置が、１８０°と
なっている。

【００２０】電力供給部２は、一端がステージ本体１１
の接続部１２に接続され、他端がテストコレット２１に
接続された電源２２と、電源２２と直列に接続された電
流計２３とからなる。テストコレット２１は、半導体レ
ーザ素子Ｓの表面電極に電気的に接続される接続部とし
ての先鋭な端部２１ａを有し、図示しない昇降機構に支
持されてステージ本体１１に載置された半導体レーザ素
子Ｓを端部２１ａでステージ本体１１との間に挟持する
ことができる。図２に示すように、半導体レーザ素子Ｓ
の表面及び裏面の電極に接続されるテストコレット２１
及びテストステージ１の表面には、金メッキ５がそれぞ
れ施されている。

【００２１】光出力測定部３は、半導体レーザ素子Ｓの
主出射面ｓ1 から出射されるレーザ光を受光する受光素
子３１と、受光素子３１が受光した光出力を測定する光
出力計３２とからなる。偏光測定部４は、レンズ４１、
偏光素子４２及び受光素子４３が一光軸上に配置され、
さらに、この光軸の延長上に、テストステージ１の回転
軸及び光出力測定部３の受光素子３１が位置する。レン
ズ４１は、半導体レーザ素子Ｓの光出力等の特性に応じ
て開口数（Numerical Aperture、以下ではＮＡと称す
る) を調整できるよう光軸上を移動可能に配置される。
この例では、半導体レーザ素子Ｓ側が高ＮＡ（＞０．
１）となり、受光素子４３との距離を確保するために、
偏光素子４２側が低ＮＡ（＜０．０５）となるレンズ構
成となっている。

【００２２】偏光素子４２は、図示しない回転機構を備
えた公知のグラン−トムソンプリズムで構成される。受
光素子４３が、偏光素子４２を通ったレーザ光を受光
し、図示しない演算回路が、検出された光出力を最大値
（ＴＥ成分）及び最小値（ＴＭ成分）となる出力値に分
離し、さらにこれらからＴＥ／ＴＭ比を偏光比として算
出する。

【００２３】以下に、本発明の半導体レーザ特性の測定
装置１０を用いた半導体レーザ特性の測定方法の一例を
説明する。まず、図１に示すように、ステージ本体１１
にチップ状態の半導体レーザ素子Ｓを、その主出射面ｓ
1 が光出力測定用の受光素子３１に向くように載置す
る。次いで、テストコレット２１でステージ本体１１と
の間に半導体レーザ素子Ｓを挟み込み、半導体レーザ素
子Ｓの表面電極及び裏面電極とのコンタクトを得る。こ
の接続状態を保持しながら、半導体レーザ素子Ｓに通電
し、受光素子３１を介して主出射光量を測定して光出力
測定値を得る。このとき、偏光比を測定する光出力の駆
動電流値Ｉｏｐを同時に取得する。なお、この光出力測
定において不良品と判定された半導体レーザ素子Ｓは、
偏光比測定に移行する前に、ステージ本体１１から取り
除かれ、新たな半導体レーザ素子Ｓがステージ本体１１
に載置される。

【００２４】次に、図３に示すように、テストコレット
２１を上昇させ、次いで、光出力測定用の受光素子３１
に向いているステージ本体１１を図中の矢印方向に１８
０°回転させる。次に、テストコレット２１を下降さ
せ、新たに半導体レーザ素子Ｓとのコンタクトを得る。
なお、テストコレット２１で半導体レーザ素子Ｓをステ
ージ本体１１との間に挟み込んだまま、ステージ本体１
１とテストコレット２１を同時に回転させることも可能
である。

【００２５】次いで、光出力測定時に得られた駆動電流
値Ｉｏｐで半導体レーザ素子Ｓを駆動させる。半導体レ
ーザ素子Ｓの主出射面ｓ1 から出射されたレーザ光は、
レンズ４１及び偏光素子４２を通って受光素子４３に入
射される。このとき、偏光素子４２を回転させてＴＥ及
びＴＭ成分を分離する。グラン−トムソンプリズムを用
いたＴＥ及びＴＭ成分の分離は、図５に示すように、偏
光素子４２を回転させて、受光素子４３の出力が、最大
値（ＴＥ成分）及び最小値（ＴＭ成分）となる出力値を
見出し、この最大値及び最小値の比を算出して偏光比を
得る。次いで、偏光比測定の結果に基づいて不良品と判
定された半導体レーザ素子Ｓを選別し排除する。

【００２６】このように、上記実施例では、半導体レー
ザ素子Ｓの光出力測定及び偏光比測定が、半導体レーザ
素子Ｓをチップ状態にしたままで行えるので、良否の判
定を効率的に行うことができる。また、テストステージ
１及びテストコレット２１の、半導体レーザ素子Ｓの電
極との各接続部には、接触抵抗の低い金属メッキが施さ
れているので、半導体レーザ素子Ｓの電極が数１００μ
ｍオーダーの小さい面積であっても、安定した電気的接
触が得られるので、より精度の高い測定が可能となる。

【００２７】実施例２図６に基づいて、実施例２を説明する。実施例１では、
半導体レーザ素子Ｓの電極が素子の表裏両面にあるもの
を測定の対象として扱ったが、この例では、接続部が素
子の表面に形成された２つの電極を有する半導体レーザ
素子Ｓを測定する半導体レーザ特性の測定装置及び測定
方法を説明する。

【００２８】半導体レーザ特性の測定装置２０は、半導
体レーザ素子Ｓのアノード８及びカソード９がともに半
導体レーザ素子Ｓの上面にある場合に、このアノード８
及びカソード９に対応する２本のテストコレット２５、
２１を備えた点が、前記した半導体レーザ特性の測定装
置１０と異なる。したがって、他の各部の説明は省略す
る。

【００２９】テストコレット２１、２５は、それぞれが
金メッキを施した先鋭な端部２１ａ、２５ａを有し、双
方が互いに接触しないように、図示しない昇降機構に支
持され、ステージ本体１１に載置された半導体レーザ素
子Ｓを端部２１ａ、２５ａの２点でステージ本体１１と
の間に挟持することができる。なお、電力供給部２は、
電源２２及び電流計２３からなる回路が、テストコレッ
ト２１、２５の各端部に接続されてなる。

【００３０】半導体レーザ素子Ｓの光出力測定を行う際
は、テストコレット２１、２５を前記した昇降機構にて
下降させ、各端部２１ａ、２５ａとステージ本体１１と
の間で半導体レーザ素子Ｓのカソード９、アノード８と
のコンタクトを得て測定を行う。次いで、偏光比測定を
行う際は、テストコレット２１、２５を半導体レーザ素
子Ｓに接触させたままで、テストコレット２１、２５を
ステージ本体１１と一緒に回転させ、この状態で偏光比
測定を行う。あるいは、光出力測定後、一旦、テストコ
レット２１、２５を上昇させて半導体レーザ素子Ｓとの
コンタクトを解除し、ステージ本体１１を１８０°回転
させた後、偏光比測定前に、再度、テストコレット２
１、２５と半導体レーザ素子Ｓのコンタクトをとり、次
いで、テストコレット２１、２５の極性を入れ替えて偏
光比測定を行う。

【００３１】

【発明の効果】この発明では、レーザ光の出力を測定す
るために光出力測定部の受光素子に向けられていたテス
トステージ上の半導体レーザ素子は、テストステージを
変位させることにより、レーザ光の偏光を測定する偏光
測定部の受光素子に向けられるので、半導体レーザ素子
をテストステージ上に一度、位置決めしておけば、その
後、半導体レーザ素子自体を移動したり固定したりする
操作が不要となり、偏光測定のために半導体レーザ素子
Ｓをパッケージに組み込むことも不要となる。また、テ
ストステージを変位するだけで、予め設定された光軸上
で半導体レーザ素子の主出射面と受光素子とを対向させ
ることができるので、精度の高い位置決めが可能とな
る。また、従来のように、光出力測定部の受光素子及び
偏光測定部の受光素子を、半導体レーザ素子の主出射面
側に配置する制約から解放されるので、各部の配置設計
における自由度が高まり、装置の小型化が可能となる。

【００３２】さらに、本発明により偏光比測定が、レー
ザチップ、もしくは、レーザチップがＳｉやＳｉＣ等の
サブマウント上に接着された状態の半導体レーザ素子に
対して行えるので、従来のようにパッケージに組み込む
必要がなくなる。このため、半導体レーザ素子の組み込
みに使用するパッケージ及び組み込みに要する作業が不
要となり、測定に要する人・物・時間が大幅に節減され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における光出力測定時の半導
体レーザ特性測定装置の概略を説明するための平面図。

【図２】本発明の実施例１における半導体レーザ素子の
電気的接続部を説明するための平面図。

【図３】本発明の実施例１におけるテストステージ回転
時の半導体レーザ特性測定装置の概略を説明するための
平面図。

【図４】本発明の実施例１における偏光測定時の半導体
レーザ特性測定装置の概略を説明するための平面図。

【図５】偏光比測定の手順を説明するためのグラフ。

【図６】本発明の実施例２における光出力測定時の半導
体レーザ特性測定装置の概略を説明するための平面図。

【図７】従来例における光出力測定時の半導体レーザ特
性測定装置の概略を説明するための平面図。

【符号の説明】

１テストステージ２電力供給部３光出力測定部４偏光測定部５金メッキ８アノード電極９カソード電極１１ステージ本体２１テストコレット２５テストコレット３１光出力測定用受光素子４２偏光素子４３偏光比測定用受光素子Ｓ半導体レーザ素子ｓ1 主出射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ素子を載置するテストステ
ージと、テストステージに載置された半導体レーザ素子
に電力を供給するための電力供給部と、供給された電力
に基づいて半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の
出力を測定する光出力測定部と、前記レーザ光の偏光を
測定する偏光測定部とを備え、これら測定部のそれぞれがレーザ光を受光する受光素子
を有し、テストステージは、半導体レーザ素子から出射
されるレーザ光がそれぞれの受光素子で受光されるよう
テストステージを変位させるステージ変位手段を有する
ことを特徴とする半導体レーザ特性の測定装置。
【請求項２】テストステージ及び電力供給部が、半導
体レーザ素子との電気的接続部をそれぞれ有し、接続部
の少なくとも一方が、金または白金族の金属を含むメッ
キを施されてなる請求項１に記載の半導体レーザ特性の
測定装置。
【請求項３】電力供給部の接続部が、複数の導体から
なり、これら導体が、テストステージに載置された半導
体レーザ素子の一主面上の複数の電極と着脱される請求
項２に記載の半導体レーザ特性の測定装置。
【請求項４】偏光測定部が、半導体レーザ素子と受光
素子との間に配置された偏光素子を有し、偏光素子が、
偏光ビームスプリッターまたはグラン−トムソンプリズ
ムで構成されてなる請求項１から３のいずれか１つに記
載の半導体レーザ特性の測定装置。
【請求項５】偏光素子が、グラン−トムソンプリズム
と、このプリズムを回転させる回転機構を有する請求項
４に記載の半導体レーザ特性の測定装置。
【請求項６】ステージ変位手段が、テストステージを
一平面上で回転させる請求項１から５のいずれか１つに
記載の半導体レーザ特性の測定装置。
【請求項７】半導体レーザ素子をテストステージに載
置し、この半導体レーザ素子に電力を供給して半導体レ
ーザ素子から出射されるレーザ光の出力を測定し、次い
で、テストステージを回転し、さらに、半導体レーザ素
子に電力を供給して半導体レーザ素子から出射されるレ
ーザ光の偏光を測定する半導体レーザの特性の測定方
法。
【請求項８】レーザ光の出力を測定した後、この測定
結果に基づいて半導体レーザ素子を判定し、良品と判定
された半導体レーザ素子についてのみレーザ光の偏光を
測定する請求項７に記載の半導体レーザ特性の測定方
法。
【請求項９】レーザ光の出力を測定する際に、レーザ
光の偏光測定時の所定光出力となる駆動電流値を予め取
得し、レーザ光の偏光を測定する際に、取得された駆動
電流値に基づいて半導体レーザ素子に電力を供給する請
求項７または８に記載の半導体レーザ特性の測定方法。