JP2022042131A - 面発光レーザの測定方法、製造方法、測定装置、および測定プログラム - Google Patents

面発光レーザの測定方法、製造方法、測定装置、および測定プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】測定時間を短縮することが可能な面発光レーザの測定方法、製造方法、測定装置、測定プログラムを提供する。【解決手段】面発光レーザを発光させる工程と、前記面発光レーザを発光させる工程において前記面発光レーザから出射される光を分岐し、分岐された光のうち一方を光強度測定部に入射し、他方をスペクトル測定部に入射することで、前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する工程と、を有する面発光レーザの測定方法。【選択図】 図1A

Description

本開示は面発光レーザの測定方法、製造方法、測定装置、および測定プログラムに関するものである。
面発光レーザ(垂直共振型面発光レーザ、VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)の製造工程では、アレイ状に並ぶ複数の面発光レーザを発光させ、特性を検査する。複数の面発光レーザに周波数の異なる電気信号を入力し、出射された光を周波数ごとに解析して光強度を測定する技術がある(例えば特許文献1)。
特開2010-16110号公報
面発光レーザの光強度とともに、光のスペクトルも測定することがある。しかし光強度の測定とスペクトルの測定とを順に行うと、測定に時間がかかってしまう。そこで、測定時間を短縮することが可能な面発光レーザの測定方法、製造方法、測定装置、および測定プログラムを提供することを目的とする。
本開示に係る面発光レーザの測定方法は、面発光レーザを発光させる工程と、前記面発光レーザを発光させる工程において前記面発光レーザから出射される光を分岐し、分岐された光のうち一方を光強度測定部に入射し、他方をスペクトル測定部に入射することで、前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する工程と、を有するものである。
本開示に係る面発光レーザの製造方法は、ウェハに複数の面発光レーザを形成する工程と、前記複数の面発光レーザに上記の測定方法を行う工程と、を有するものである。
本開示に係る面発光レーザの測定装置は、面発光レーザを発光させる発光部と、前記面発光レーザから出射される光を分岐する分岐部と、前記分岐部により分岐された光のうち一方を受光することで前記面発光レーザの光強度を測定する光強度測定部と、前記分岐された光のうち他方を受光し、前記面発光レーザのスペクトルを測定するスペクトル測定部と、を具備する。
本開示に係る面発光レーザの測定プログラムは、コンピュータに、面発光レーザを発光させる処理と、前記面発光レーザを発光させる処理によって前記面発光レーザから出射され、かつ分岐され、光強度測定部およびスペクトル測定部に入射される光を用いて前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する処理と、を実行させる。
本開示によれば測定時間を短縮することが可能である。
図1Aは実施形態に係る測定装置を例示する模式図である。 図1Bは制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。 図2はウェハを例示する平面図である。 図3は面発光レーザの製造方法を例示するフローチャートである。 図4は特性の測定方法を例示するフローチャートである。 図5Aは比較例に係る測定装置を例示する模式図である。 図5Bは比較例に係る測定装置を例示する模式図である。 図6は比較例における測定方法を例示するフローチャートである。 図7は比較例における測定方法を例示するフローチャートである。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
本開示の一形態は、(1)面発光レーザを発光させる工程と、前記面発光レーザを発光させる工程において前記面発光レーザから出射される光を分岐し、分岐された光のうち一方を光強度測定部に入射し、他方をスペクトル測定部に入射することで、前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する工程と、を有する面発光レーザの測定方法である。光強度とスペクトルとを同時に測定することで、測定時間を短縮することができる。
(2)ウェハに配列された複数の前記面発光レーザのうち第1面発光レーザに、前記発光させる工程と前記光強度およびスペクトルを測定する工程とを行った後、前記複数の面発光レーザのうち第2面発光レーザに、前記発光させる工程と前記光強度およびスペクトルを測定する工程とを行ってもよい。複数の面発光レーザの光強度とスペクトルとを同時に測定することで、測定時間をより短縮することができる。
(3)前記光を分岐させる分岐部を前記第1面発光レーザの上に配置する工程と、前記第1面発光レーザの前記光強度およびスペクトルを測定する工程を行った後、前記分岐部を前記第2面発光レーザの上に配置する工程と、を有し、前記光強度および前記スペクトルを測定する工程は、前記分岐部により分岐された光のうち一方を前記光強度測定部に入射し、他方を前記スペクトル測定部に入射することで、前記光強度および前記スペクトルを測定する工程でもよい。分岐部と面発光レーザとの位置合わせの時間を短縮することができる。
(4)前記面発光レーザを発光させる工程は、前記面発光レーザに入力する電気信号の大きさを変化させ、大きさの異なる前記電気信号ごとに前記面発光レーザを発光させる工程であり、前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する工程は、前記電気信号が所定の大きさになった場合、前記光強度および前記スペクトルを測定する工程でもよい。電気信号を変化させた場合の特性の評価が短時間で可能である。
(5)ウェハに複数の面発光レーザを形成する工程と、前記複数の面発光レーザに上記の測定方法を行う工程と、を有する面発光レーザの製造方法である。製造工程において面発光レーザの測定時間を短縮することができる。
(6)面発光レーザを発光させる発光部と、前記面発光レーザから出射される光を分岐する分岐部と、前記分岐部により分岐された光のうち一方を受光することで前記面発光レーザの光強度を測定する光強度測定部と、前記分岐された光のうち他方を受光し、前記面発光レーザのスペクトルを測定するスペクトル測定部と、を具備する面発光レーザの測定装置である。光強度とスペクトルとを同時に測定することで、測定時間を短縮することができる。
(7)前記分岐部は前記面発光レーザの発振波長の光を所定の割合で分岐してもよい。分岐される割合および光強度の測定結果に基づいて、光強度およびスペクトルを正確に取得することができる。
(8)複数の前記面発光レーザが配列されたウェハの温度を調整する温度調整部を具備してもよい。温度調整部により温度を調整し、かつ測定時間を短くすることで、温度の変化を小さくする。温度変化による面発光レーザの特性の変化を抑制することができる。
(9)コンピュータに、面発光レーザを発光させる処理と、前記面発光レーザを発光させる処理によって前記面発光レーザから出射され、かつ分岐され、光強度測定部およびスペクトル測定部に入射される光を用いて前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する処理と、を実行させる面発光レーザの測定プログラムである。光強度とスペクトルとを同時に測定することで、測定時間を短縮することができる。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係る面発光レーザの測定方法、製造方法、測定装置、測定プログラムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
(測定装置)
図1Aは実施形態に係る測定装置100を例示する模式図である。図1Aに示すように、測定装置100は、制御部10、電流電圧源20(発光部)、ステージ22、サーモチャック24(温度調整部)、一対のプローブ26、レンズ28、31および36、ビームスプリッタ30(分岐部)、受光素子32、パワーメータ34、分光器38(スペクトル測定部)を備える。X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向は互いに直交する。
ステージ22、サーモチャック24およびウェハ50の主面はXY平面内に位置する。これらの主面の法線方向はZ軸方向である。ステージ22の上にサーモチャック24が搭載され、サーモチャック24の上にウェハ50が搭載されている。ステージ22は可動式であり、サーモチャック24およびウェハ50のXY平面内の位置およびZ軸方向の高さを変えることができる。サーモチャック24は温度調整が可能なステージであり、ウェハ50を吸着し、固定する。
図2はウェハ50を例示する平面図である。ウェハ50には、複数の面発光レーザ52が二次元グリッド状に配列されている。例えば3インチのウェハ50は4万個の面発光レーザ52を有する。面発光レーザ52は例えば化合物半導体で形成され、基板上に下側クラッド層、コア層および上側クラッド層が積層されたものである。基板は例えばガリウム砒素(GaAs)で形成された半導体基板である。下側クラッド層および上側クラッド層はアルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)などで形成されている。コア層はインジウムガリウム砒素(InGaAs)などで形成され、多重量子井戸構造(MQW:Multi Quantum Well)を有する。電気信号(電流)が入力されることで、面発光レーザ52は例えば波長800nm~1000nmの光をZ軸方向に出射する。
図1Aに示す電流電圧源20は、面発光レーザのn電極およびp電極に対応して、一対のプローブ26を有する。プローブ26は金属などで形成されており、面発光レーザ52の不図示のパッドに接触する。電流電圧源20は、プローブ26を通じてウェハ50内の面発光レーザ52に電気信号(電流)を入力し、発光させる。電流電圧源20は電流を変化させることができ、例えば0~10mAの範囲で0.2mAずつ、0.5mAずつなどステップ状に電流を変化させる。
Z軸方向において、ウェハ50、レンズ28、ビームスプリッタ30、レンズ31および受光素子32が順に並ぶ。ビームスプリッタ30からX軸方向に、レンズ36および分光器38が順に並ぶ。
レンズ28は対物レンズである。レンズ31および36は集光レンズである。ビームスプリッタ30は例えば一辺が25mm~50mmのキューブ型であり、光をZ軸方向とX軸方向とに分岐させる。ビームスプリッタ30による光の分岐の割合は、光の波長によって決まる。ビームスプリッタ30は面発光レーザ52の発振波長の光を例えば1:1に分岐する。受光素子32およびパワーメータ34は光強度測定部として機能する。受光素子32は例えばフォトダイオードまたは積分球を含み、光を受光することで電気信号を出力する。パワーメータ34は受光素子32と電気的に接続され、受光素子32から入力される電気信号に基づいて光強度を検出する。レンズ36と分光器38との間は光ファイバなどで接続されている。分光器38は入力された光のスペクトルを測定する。
ウェハ50の面発光レーザ52から出射される光は、レンズ28を経てビームスプリッタ30に入射し、分岐される。分岐後の光の一方はビームスプリッタ30からZ軸方向に伝搬し、レンズ31で集光され、受光素子32に入射する。光の他方はビームスプリッタ30からX軸方向に伝搬し、レンズ36で集光され、分光器38に入射する。光を分岐することで、光強度とスペクトルとを同時に測定することができる。
制御部10は例えばパーソナルコンピュータ(Personnel Computer)などの制御装置であり、電流電圧源20、ステージ22、パワーメータ34および分光器38と電気的に接続されている。
図1Bは制御部10のハードウェア構成を示すブロック図である。図1Bに示すように、制御部10は、CPU(Central Processing Unit、中央演算処理装置)40、RAM(Random Access Memory)42、記憶装置44、インターフェース46を備える。CPU40、RAM42、記憶装置44およびインターフェース46は互いにバスなどで接続されている。RAM42はプログラムおよびデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置44は例えばROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ(SSD:Solid State Drive)、ハードディスクドライブ(HDD:Hard Disc Drive)などである。記憶装置44は、後述の測定プログラムなどを記憶する。
CPU40がRAM42に記憶されるプログラムを実行することにより、制御部10に図1Aの電気信号制御部12、位置制御部14、パワーメータ制御部16、分光器制御部18などが実現される。制御部10の各部は、回路などのハードウェアでもよい。電気信号制御部12は電流電圧源20を制御し、ウェハ50に入力する電流のオン・オフ、電流の変化などを行う。位置制御部14はステージ22を制御し、ウェハ50の位置を調整する。パワーメータ制御部16はパワーメータ34を制御し、パワーメータ34から光強度を取得する。分光器制御部18は分光器38を制御し、分光器38からスペクトルを取得する。
(製造方法、測定方法)
図3は面発光レーザの製造方法を例示するフローチャートである。図3に示すように、ウェハ50に複数の面発光レーザ52を形成する(ステップS1)。具体的には、有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を行い、ウェハ50に下側クラッド層、コア層および上側クラッド層などをエピタキシャル成長する。エッチングなどによって発光部となるメサを形成する。レジストパターニングおよび蒸着などで電極を形成する。面発光レーザ52を形成した後、面発光レーザ52の特性の評価を行う(ステップS2、図4)。評価の後、ウェハ50にダイシングを行う(ステップS3)。
特性の評価について詳しく説明する。図4は特性の測定方法を例示するフローチャートであり、図3のステップS2で行われる工程である。レンズ28およびビームスプリッタ30と、ウェハ50内の1つの面発光レーザ52とを位置合わせしておく、レンズ28と面発光レーザ52との距離は例えば5cmである。図4に示すように、電流電圧源20は、面発光レーザ52の電極にプローブ26を接触させる(ステップS10)。電流電圧源20からプローブ26を通じて面発光レーザ52に通電し、電気信号(電流)を入力する(ステップS12)。電流の入力により、面発光レーザ52は光を出射する。図1Aに示したように、ビームスプリッタ30は光をX軸方向とZ軸方向とに分岐させる。分岐された光は受光素子32および分光器38に入射する。
制御部10は、面発光レーザ52に入力される電流Iが所定の電流Isに等しいか否か判定する(ステップS14)。Noの場合、分光器制御部18は、電流電圧源20から分光器38へのトリガーを遮断する。分光器38にトリガーは入力されず、スペクトルの測定は実施されない。受光素子32およびパワーメータ34は光強度の測定を行う(ステップS20)。電気信号制御部12は、電流の全ステップが終了したか否か判定する(ステップS22)。Noの場合、電気信号制御部12は電流を例えば0.2mA変化させる(ステップS24)。その後、ステップS14が再び行われる。電気信号制御部12は、電流を例えば0~10mAの範囲で0.2mAずつステップ状に変化させる。
電流Iが所定の電流Isに等しい場合(ステップS14でYes)、電流電圧源20はトリガーを送信し、分光器制御部18はトリガーを遮断しない(ステップS16)。トリガーに応じて分光器38はスペクトルを測定する(ステップS18)。スペクトルの測定と並行して、受光素子32およびパワーメータ34は光強度の測定を行う(ステップS20)。
例えば0~10mAの範囲で電流の全ステップが終了したと制御部10が判定した場合(ステップS22でYes)、電流電圧源20はプローブ26を面発光レーザ52から離間させる(ステップS26)。制御部10は、ウェハ50内の測定対象の面発光レーザ52(指定チップ)に対する測定が終了したか否か判定する(ステップS28)。測定対象は、例えばウェハ50に含まれる複数の面発光レーザ52のうちすべてでもよいし、半数のチップでもよいし、6割のチップ、8割のチップなどでもよい。
Noの場合、ステージ22によってウェハ50を移動させ、次のチップ(面発光レーザ52)をレンズ28およびビームスプリッタ30の下に配置する(ステップS29)。当該チップに対してステップS10以下を行う。ウェハ50内の測定対象の面発光レーザ52に対する測定が終了した場合(ステップS28でYes)、測定は終了する。
図3に示すように、特性の測定後、ダイシングを行う(ステップS3)。1つの面発光レーザ52のチップを形成してもよいし、複数の面発光レーザ52を含むアレイチップを形成してもよい。
図5Aおよび図5Bは比較例に係る測定装置110を例示する模式図である。測定装置110はビームスプリッタ30を有さない。図5Aの例ではレンズ31および受光素子32がウェハ50の上に配置され、光を受光することができる。レンズ36はウェハ50に位置合わせされていないため、分光器38は光を受光しない。図5Bの例ではレンズ36がウェハ50の上に配置され、分光器38が光を受光する。受光素子32はウェハ50に位置合わせされておらず、光を受光しない。
図6および図7は比較例における測定方法を例示するフローチャートである。図6のステップS30および図7のステップS48は、図4のステップS10と同じである。ステップS32およびS50はステップS12と同じであり、ステップS36およびS54はステップS22と同じである。ステップS38およびS56はステップS24と同じであり、ステップS40およびS58はステップS26と同じである。ステップS42およびS60はステップS28と同じであり、ステップS44およびS62はステップS29と同じである。図6のステップS34はステップS20と同じく光強度測定の工程である。図7のステップS52はステップS18と同じくスペクトル測定の工程である。
図6の工程では図5Aのように、レンズ31および受光素子32をウェハ50の上に配置する。図6のステップS30からS42により、ウェハ50内の指定チップに電流を入力し、面発光レーザ52の光強度を測定する。その後、図5Aから図5Bの構成へと切り替えを行い、レンズ36および分光器38をウェハ50の上に配置する(ステップS46)。図7のステップS48からS60により、ウェハ50内の指定チップに電流を入力し、面発光レーザ52のスペクトルを測定する。
図6および図7に示すように、比較例では光強度の測定とスペクトルの測定とを別の工程で行う。光強度の測定およびスペクトルの測定のそれぞれにおいて、プローブ26の接触と離間、指定チップへの移動を繰り返すため、測定に時間がかかる。
一方、本実施形態によれば、面発光レーザ52から出射される光をビームスプリッタ30で分岐させる。分岐した光を受光素子32および分光器38に入射することで、光強度とスペクトルとを測定する。光強度とスペクトルとを同時に測定することで、比較例のように測定を順に行う場合に比べて、測定時間を短縮することができる。
図2に示すように、ウェハ50には複数の面発光レーザ52が配列されている。1つの面発光レーザ52に対して光強度およびスペクトルの測定を実施した後、別の面発光レーザ52に対しても光強度およびスペクトルの測定を行う。つまり、複数の面発光レーザ52それぞれにおいて光強度およびスペクトルを同時に測定する。比較例のように複数の面発光レーザ52に光強度の測定とスペクトルの測定とを順に行う場合に比べて、測定時間が大きく短縮される。ウェハ50は例えば1万個以上の面発光レーザ52を有する。一例として、3インチのウェハ50は4万個の面発光レーザ52を有する。1万個以上のような多数の面発光レーザ52において光強度およびスペクトルの測定を同時に行うため、測定時間が大幅に短くなる。図3に示すように、ウェハ50に複数の面発光レーザ52を形成した後、ダイシング前に測定を行うことで、製造工程における検査を短時間で行うことができる。
ビームスプリッタ30、レンズ28、31および36、受光素子32、分光器38など測定に用いる光学系を、測定対象である1つの面発光レーザ52の上に配置し、光強度およびスペクトルの測定を行う。その後、ウェハ50を移動させ、測定対象である別の面発光レーザ52と光学系との位置合わせを行う。位置合わせの回数が減少するため、測定時間を短縮することができる。レンズの焦点などの調整の手間も半減する。一対のプローブ26の面発光レーザ52への接触、離間の回数も減少するため、測定時間が半減する。
受光素子32、パワーメータ34および分光器38にビームスプリッタ30を追加すればよく、コストの増加は抑制される。ビームスプリッタ30は、面発光レーザ52の発振波長の光を所定の割合で分岐する。制御部10は、分岐の割合と測定結果とに基づき、正確な光強度およびスペクトルを取得することができる。分岐の割合は1:1以外でもよい。分光器38に代えてスペクトルアナライザなどを用いてもよい。
電流電圧源20が電流を入力することで面発光レーザ52が発光する。電流を変化させ、電流が所定の大きさになった場合に、光強度およびスペクトルを測定する。電流は例えば0~10mAの範囲で0.2mAずつステップ状に変化させる。電流を変化させながら光強度を測定するLIVテストを行うことで、各電流における光強度を評価することができる。電流の全ステップで光強度を測定してもよいし、特定のステップで光強度を測定してもよい。例えば電流が所定の値Isになったときにスペクトルを測定する。電流Isを例えば8mAなど面発光レーザ52の実使用時の電流と同程度とすることで、精度の高いスペクトルを得ることができる。複数の電流においてスペクトルを測定してもよい。電流の範囲、ステップの大きさは変更してもよい。
温度変化によって面発光レーザ52の特性が変化することがある。図1Aに示すサーモチャック24によりウェハ50の温度を制御する。実施形態によれば、比較例に比べ測定時間が半減するため、ウェハ50の温度の変化がより小さくなる。温度変化による面発光レーザ52の特性の変化を抑制し、精度の高い測定が可能である。
以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 制御部
12 電気信号制御部
14 位置制御部
16 パワーメータ制御部
18 分光器制御部
20 電流電圧源
22 ステージ
24 サーモチャック
26 プローブ
28、31、36 レンズ
30 ビームスプリッタ
32 受光素子
34 パワーメータ
38 分光器
40 CPU
42 RAM
44 記憶装置
46 インターフェース
50 ウェハ
52 面発光レーザ
100、110 測定装置

Claims (9)

  1. 面発光レーザを発光させる工程と、
    前記面発光レーザを発光させる工程において前記面発光レーザから出射される光を分岐し、分岐された光のうち一方を光強度測定部に入射し、他方をスペクトル測定部に入射することで、前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する工程と、を有する面発光レーザの測定方法。
  2. ウェハに配列された複数の前記面発光レーザのうち第1面発光レーザに、前記発光させる工程と前記光強度およびスペクトルを測定する工程とを行った後、
    前記複数の面発光レーザのうち第2面発光レーザに、前記発光させる工程と前記光強度およびスペクトルを測定する工程とを行う請求項1に記載の面発光レーザの測定方法。
  3. 前記光を分岐させる分岐部を前記第1面発光レーザの上に配置する工程と、
    前記第1面発光レーザの前記光強度およびスペクトルを測定する工程を行った後、前記分岐部を前記第2面発光レーザの上に配置する工程と、を有し、
    前記光強度および前記スペクトルを測定する工程は、前記分岐部により分岐された光のうち一方を前記光強度測定部に入射し、他方を前記スペクトル測定部に入射することで、前記光強度および前記スペクトルを測定する工程である請求項2に記載の面発光レーザの測定方法。
  4. 前記面発光レーザを発光させる工程は、前記面発光レーザに入力する電気信号の大きさを変化させ、大きさの異なる前記電気信号ごとに前記面発光レーザを発光させる工程であり、
    前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する工程は、前記電気信号が所定の大きさになった場合、前記光強度および前記スペクトルを測定する工程である請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の面発光レーザの測定方法。
  5. ウェハに複数の面発光レーザを形成する工程と、
    前記複数の面発光レーザに請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の測定方法を行う工程と、を有する面発光レーザの製造方法。
  6. 面発光レーザを発光させる発光部と、
    前記面発光レーザから出射される光を分岐する分岐部と、
    前記分岐部により分岐された光のうち一方を受光することで前記面発光レーザの光強度を測定する光強度測定部と、
    前記分岐された光のうち他方を受光し、前記面発光レーザのスペクトルを測定するスペクトル測定部と、を具備する面発光レーザの測定装置。
  7. 前記分岐部は前記面発光レーザの発振波長の光を所定の割合で分岐する請求項6に記載の面発光レーザの測定装置。
  8. 複数の前記面発光レーザが配列されたウェハの温度を調整する温度調整部を具備する請求項6または請求項7に記載の面発光レーザの測定装置。
  9. コンピュータに、
    面発光レーザを発光させる処理と、
    前記面発光レーザを発光させる処理によって前記面発光レーザから出射され、かつ分岐され、光強度測定部およびスペクトル測定部に入射される光を用いて前記面発光レーザの光強度およびスペクトルを測定する処理と、を実行させる面発光レーザの測定プログラム。
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