特許 7492881 測定システムおよび測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-22

(45)【発行日】2024-05-30

(54)【発明の名称】測定システムおよび測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20240523BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20240523BHJP

   G01J 1/00 20060101ALI20240523BHJP

【ＦＩ】

G01M11/00 T

H01L21/66 B

G01J1/00 C

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020131884

(22)【出願日】2020-08-03

(65)【公開番号】P2022028468

(43)【公開日】2022-02-16

【審査請求日】2023-07-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000153018

【氏名又は名称】株式会社日本マイクロニクス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100070024

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 宣行

(72)【発明者】

【氏名】奥田 通孝

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】成田 寿男

(72)【発明者】

【氏名】原子 翔

(72)【発明者】

【氏名】福士 樹希也

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 友和

(72)【発明者】

【氏名】竹谷 敏永

【審査官】小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０１７１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０６８４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４７８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３４４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００１４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－０６７０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１８１３１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６２４８６０４（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｍ １１／００ － Ｇ０１Ｍ １１／０８

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０１Ｊ １／００ － Ｇ０１Ｊ １／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光半導体素子から出力される出射光をコア部および前記コア部の外周に配置されたクラッド部により構成された光プローブの入射端面で受光する測定方法であって、
前記光半導体素子と前記入射端面との間隔を所定の作動距離に設定し、
前記出射光の光軸と交差する平面に沿って前記光半導体素子と前記光プローブの相対的な位置を変化させて、複数の位置で前記出射光の入射強度をそれぞれ測定し、
前記相対的な位置の変化と前記入射強度との関係を示す入射強度パターンを取得し、
前記入射強度のピーク値の変動が所定の範囲内に収まる平坦部が前記入射強度パターンに含まれるように前記作動距離を設定する
ことを特徴とする測定方法。

【請求項2】

前記平坦部に含まれる複数の前記入射強度の平均値を算出することを特徴とする請求項１に記載の測定方法。

【請求項3】

前記出射光の光軸の近傍の位置における前記入射強度について前記平均値を算出することを特徴とする請求項２に記載の測定方法。

【請求項4】

前記入射強度パターンから、前記出射光の放射角を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定方法。

【請求項5】

前記入射強度パターンから、前記入射端面における前記出射光の入射範囲と、前記光プローブの前記コア部のみ伝搬する前記出射光の有効入射範囲とを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定方法。

【請求項6】

前記入射端面が曲面の前記光プローブを用いて前記入射強度を測定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定方法。

【請求項7】

前記相対的な位置を変化させる移動方向の辺の長さがａ、前記移動方向と交差する方向の長さがｂである発光部を有する前記光半導体素子について、
前記光プローブの前記コア部のみ伝搬する前記出射光の有効入射範囲をＳｅ、前記作動距離をＷＤ、前記入射強度パターンにおいて前記入射強度が０より大きい移動距離をＤｍとして、
前記出射光の放射角γを、
γ＝２×ｔａｎ^-1[｛Ｄｍ－（ａ＋２Ｓｅ）｝／２ＷＤ]
の式を用いて算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測定方法。

【請求項8】

前記入射強度パターンにおける前記入射強度のピーク値の平均強度をＰａとして、
前記出射光の入射エネルギー密度Ｅｄ、前記入射端面での前記出射光の入射範囲の面積Ｓｗを、
Ｅｄ＝Ｐａ／（π×Ｓｅ）²
Ｓｗ＝（ａ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２））×（ｂ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２））
の式を用いて算出することを特徴とする請求項７に記載の測定方法。

【請求項9】

受光器により直接測定した前記出射光の入射強度真値を用いて前記入射強度を補正することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の測定方法。

【請求項10】

光半導体素子から出力される出射光を測定する測定システムであって、
前記出射光を曲面である入射端面で受光する光プローブと、
前記光プローブを保持する光プローブヘッドと、
前記光プローブヘッドおよび前記光半導体素子の少なくともいずれかを移動させる駆動装置と
を備え、
前記駆動装置は、前記出射光の光軸と交差する平面に沿って前記光半導体素子と前記光プローブの相対的な位置を変化させ、
複数の位置で前記出射光の入射強度をそれぞれ測定し、前記相対的な位置の変化と前記入射強度との関係を示す入射強度パターンを取得する
ことを特徴とする測定システム。

【請求項11】

前記光半導体素子に電気信号を送信する電気プローブを更に備え、
前記電気プローブにより前記光半導体素子を通電しながら、前記相対的な位置を変化させる
ことを特徴とする請求項１０に記載の測定システム。

【請求項12】

前記光プローブが、コア部および前記コア部の外周に配置されたクラッド部により構成され、
前記光プローブは、
作動距離ＷＤ、前記入射端面の曲率半径Ｒ、前記出射光の放射角γ、前記クラッド部に透過せずに前記コア部を伝搬する前記出射光の前記入射端面における有効入射半径Ｓｅ、前記入射端面における前記出射光の入射範囲半径Ｓｒ、前記出射光が入射した位置における前記コア部の屈折率ｎｒ、前記入射端面が平面である場合の開口数ＮＡ０、前記コア部の前記出射光の屈折角β、前記出射光が入射した位置における中心半角ωが、
Ｓｅ＝Ｒ×ｓｉｎ（ω）
Ｓｒ＝ＷＤ×ｔａｎ（γ／２）
ω＝±ｓｉｎ^-1（Ｂ²／（Ａ²＋Ｂ²））^1/2
β＝ｓｉｎ^-1（ＮＡ０／ｎｒ））
ただし、
Ａ＝ｎｒ×ｃｏｓ（β）－ｃｏｓ（γ／２）
Ｂ＝ｎｒ×ｓｉｎ（β）－ｓｉｎ（γ／２）
の関係を満たすことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の測定システム。

【請求項13】

前記出射光を直接受光し、前記出射光を電気信号に光電変換する光電変換素子を更に備えることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光半導体素子の特性測定に使用される測定システムおよび測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ウェハに形成した状態で光半導体素子の特性を測定するために、光半導体素子が出力する出射光を伝搬する光プローブを有する測定システムを用いて、光半導体素子とテスタなどの測定装置を接続する。光半導体素子の正確な特性を取得するためには、精度の高い測定が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－４７８８８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光半導体素子の特性を高い精度で測定するには、測定システムによって正確な測定値を安定して取得することが必要である。本発明は、光半導体素子の正確な測定値を安定して短時間で測定できる測定システムおよび測定方法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】

【0005】

本発明の一態様によれば、光半導体素子からの出射光の光軸と交差する平面に沿って光半導体素子と光プローブの相対的な位置を変化させる測定方法が提供される。複数の位置で出射光の入射強度をそれぞれ測定し、相対的な位置の変化と入射強度との関係を示す入射強度パターンを取得する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、光半導体素子の測定精度を向上させることが可能な測定システムおよび測定方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る測定システムに使用する光プローブの構成を示す模式図である。

【図2】光半導体素子からの出射光の入射範囲と有効入射範囲の位置を示す模式図である。

【図3A】光プローブの入射端面の曲率半径と作動距離の関係を示すグラフである。

【図3B】光プローブの入射端面の曲率半径と有効作動距離の関係を示すグラフである。

【図4】入射強度パターンの取得方法を説明するための模式図およびグラフである。

【図5】入射端面が平面の光プローブについて移動距離と入射強度の関係を示すグラフである。

【図6】入射端面が曲面の光プローブについて移動距離と入射強度の関係を示すグラフである。

【図7A】ＶＣＳＥＬの模式的な平面図である。

【図7B】ＶＣＳＥＬの模式的な側面図である。

【図8】ＶＣＳＥＬの入射強度パターンの取得方法を説明するための模式図およびグラフである。

【図9】本発明の実施形態に係る測定システムの構成を示す模式図である。

【図10】本発明の実施形態に測定方法を説明するためのフローチャートである。

【図11】本発明の実施形態の変形例に係る測定システムの構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

【0009】

本発明の実施形態に係る測定システムは、光半導体素子から出力される出射光を入射端面で受光する光プローブと、光プローブを保持する光プローブヘッドと、光プローブヘッドおよび光半導体素子の少なくともいずれか移動させる駆動装置を備える。駆動装置は、出射光の光軸と交差する平面に沿って光半導体素子と光プローブの相対的な位置を変化させる。実施形態に係る測定システムでは、複数の位置で出射光の入射強度をそれぞれ測定し、相対的な位置の変化と入射強度との関係を示す入射強度パターンを取得する。

【0010】

まず、本発明の実施形態に係る測定システムに使用する光プローブ１０について、図１を参照して説明する。光プローブ１０は、光半導体素子２０から出力される出射光Ｌを受光する。光プローブ１０は、コア部１１およびコア部１１の外周に配置されたクラッド部１２により構成される屈折率分布型の光導波路を有する。コア部１１の屈折率は、クラッド部１２の屈折率よりも大きい。図１は、出射光Ｌが入射する入射端面１００を含む光プローブ１０の一方の端部を示す。入射端面１００は、一定の曲率半径Ｒの凸球面である。

【0011】

図１では、光プローブ１０のコア部１１の中心軸Ｃ１０および出射光Ｌの光軸Ｃ２０と平行な方向をＺ軸方向としている。また、Ｚ軸方向に垂直な平面をＸＹ平面として、図１の紙面の左右方向をＸ軸方向、紙面に垂直な方向をＹ軸方向としている。

【0012】

図１において、コア半径Ｃｒはコア部１１の半径である。また、プローブ半径Ｄｒはクラッド部１２を含めた光プローブ１０の半径である。光プローブ１０には、光ファイバや、光ファイバとレンズを組み合わせた構成などを採用可能である。例えば、グレーデッドインデックス型（ＧＩ型）光ファイバを利用して光プローブ１０を製造できる。

【0013】

光半導体素子２０は、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などである。光半導体素子２０の出射光Ｌを出力する光信号端子（図示略）と光プローブ１０の入射端面１００は光学的に接続し、光半導体素子２０から出力した出射光Ｌが光プローブ１０の入射端面１００に入射する。

【0014】

光プローブ１０と光半導体素子２０は、Ｚ軸方向に沿って作動距離ＷＤｒだけ離間して配置されている。作動距離ＷＤｒは、光半導体素子２０から出力した出射光Ｌを光プローブ１０が受光できる範囲に設定する。出射光Ｌの入射範囲は、例えば、出射光Ｌがピーク値の１／ｅ²以上の強度で進行する方向の範囲としてもよい。

【0015】

図１に示すように、光半導体素子２０は、放射角γの出射光Ｌを出力する。光プローブ１０の入射端面１００における出射光Ｌの入射範囲の半径（以下、「入射範囲半径Ｓｒ」という。）は、以下の式（１）で表される：

Ｓｒ＝ＷＤｒ×ｔａｎ（γ／２） ・・・（１）

図１で、出射光Ｌの入射端面１００での入射範囲を、直径が２Ｓｒの範囲として示している。

【0016】

出射光Ｌがコア部１１とクラッド部１２の境界（以下において「コア境界」とも称する。）を透過せずにコア部１１を伝搬する場合の、入射端面１００における入射領域の範囲を、「有効入射範囲」と称する。有効入射範囲の外縁の中心軸Ｃ１０からの距離を「有効入射半径Ｓｅ」とする。図１で、光プローブ１０の有効入射範囲を、直径が２Ｓｅの範囲として示している。図１では、入射範囲半径Ｓｒと有効入射半径Ｓｅが重なっている場合を例示的に示している。

【0017】

入射端面１００が平坦の場合、Ｓｅ＝Ｃｄ／２である。一方、入射端面１００が曲率半径Ｒの曲面の場合、有効入射範囲は、入射端面１００の曲率半径Ｒに依存する。また、出射光Ｌの入射範囲半径Ｓｒは作動距離ＷＤｒに依存する。

【0018】

有効入射領域に入射した出射光Ｌは、コア境界を超えずに、光プローブ１０のコア部１１の内部を伝搬する。一方、出射光Ｌの入射範囲の全体が有効入射領域の内側に入らない場合、出射光Ｌの少なくとも一部が、コア境界からクラッド部１２に進行する。つまり、出射光Ｌの伝搬損失が発生する。

【0019】

入射範囲半径Ｓｒが有効入射半径Ｓｅに重なる有効作動距離ＷＤｍにおける放射角２αと、入射端面１００の開口数ＮＡは、α＝ｓｉｎ^-1（ＮＡ）の関係である。作動距離ＷＤｒが有効作動距離ＷＤｍよりも長い場合、放射角２αと放射角γはγ＜２αの関係である。

【0020】

有効作動距離ＷＤｍのときに、光軸Ｃ２０とのなす角（以下、「入射角」という。）がαの出射光Ｌについて、入射端面１００で以下の関係式が成立する：

Ｓｅ＝Ｒ×ｓｉｎ（ω）
ｓｉｎ（α＋ω）＝ｎｒ×ｓｉｎ（β＋ω）
Ａ＝ｎｒ×ｃｏｓ（β）－ｃｏｓ（α）
Ｂ＝ｎｒ×ｓｉｎ（β）－ｓｉｎ（α）
Ａ×ｓｉｎ（ω）＋Ｂ×ｃｏｓ（ω）＝０
（Ａ²＋Ｂ²）×ｓｉｎ²（ω）＝Ｂ²
ｓｉｎ²（ω）＝Ｂ²／（Ａ²＋Ｂ²）
ω＝±ｓｉｎ^-1（Ｂ²／（Ａ²＋Ｂ²））^1/2

上記の関係式で、ωは、出射光Ｌの入射端面１００の外縁での中心半角である。βはコア部１１内での出射光Ｌの屈折角であり、コア部１１を伝搬した出射光Ｌはコア境界にπ／２－βの角度で入射する。ｎｒは、出射光Ｌが入射した位置におけるコア部１１の屈折率である。

【0021】

中心軸Ｃ１０から±Ｓｅの範囲である有効入射領域に入射する出射光Ｌについて、屈折角βは以下の式（２）で定義される：

β＝ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（α０）／ｎｒ） ・・・（２）

式（２）で、α０は、光プローブ１０に使用する光ファイバの端面が平面である場合の開口数をＮＡ０として、α０＝ｓｉｎ^-1（ＮＡ０）で表される。屈折率ｎｒと中心軸Ｃ１０でのコア部１１の屈折率ｎｃとは、以下の式（３）の関係である：

ｎｒ＝ｎｃ×（１－（Ｃ^1/2×ｒ）^２／２） ・・・（３）

式（３）で、Ｃ^1/2はコア部１１の屈折率分布定数であり、ｒは中心軸Ｃ１０から出射光Ｌが入射する位置までの半径方向の距離である。

【0022】

入射角αが大きいほど、屈折角βも大きい。屈折角βが一定の臨界角を超えると、出射光Ｌの少なくとも一部はコア部１１を反射伝搬せずにクラッド部１２に漏れ進行する。その場合、出射光Ｌの大部分はクラッド外周部で放射減衰する。曲率半径Ｒの入射端面１００の開口数ＮＡは、屈折角βが臨界角のときの入射角αと、ＮＡ＝ｓｉｎ（α）の関係である。

【0023】

次に、光プローブ１０を用いた出射光Ｌの測定方法について説明する。

【0024】

ＸＹ平面において光プローブ１０に対して光半導体素子２０が相対的に移動すると、相対的な位置の変化（以下において、「移動距離」とも称する。）に依存する入射強度のパターンが得られる。つまり、ＸＹ平面に沿って光半導体素子２０と光プローブ１０の相対的な位置を変化させて、出射光Ｌの入射強度Ｐを異なる位置で複数回測定する。これにより、相対的な位置の変化と入射強度Ｐとの関係を示す入射強度パターンを取得できる。

【0025】

例えば、光プローブ１０に対して光半導体素子２０を移動させる。しかし、光半導体素子２０に対して光プローブ１０を移動させる場合も、同様の入射強度パターンを取得できる。

【0026】

光半導体素子２０をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させた場合に、出射光Ｌの少なくとも一部が光プローブ１０に入射する入射範囲Ｄｘｙは、図２に示す２×（Ｓｅ＋Ｓｒ）である。更に、入射範囲Ｄｘｙが２×（Ｓｅ－Ｓｒ）では、出射光Ｌのすべてが光プローブ１０に入射する。出射光Ｌのすべてが光プローブ１０に入射する場合に、出射光Ｌの入射強度パターンについてピーク値が安定した強度特性が得られる。一方、入射範囲Ｄｘｙが２×（Ｓｅ－Ｓｒ）を超える領域では、光プローブ１０に入射した後に出射光Ｌが減衰する。

【0027】

図３Ａおよび図３Ｂは、入射端面１００の曲率半径Ｒと有効作動距離ＷＤｍの関係、および曲率半径Ｒと作動距離ＷＤｒの関係を示すグラフである。図３Ａは、コア半径Ｃｒ＝４４．５μｍ、ＮＡ０＝０．２９の光ファイバを光プローブ１０に使用した場合と、コア半径Ｃｒ＝３１．２５μｍ、ＮＡ０＝０．２７５の光ファイバを光プローブ１０に使用した場合の、曲率半径Ｒと作動距離ＷＤの関係を示す。

【0028】

図３Ｂは、コア径Ｃｄ＝２００、６００、１０００μｍの大口径光ファイバを光プローブ１０にそれぞれ用いた場合の、曲率半径Ｒと有効作動距離ＷＤｍの関係を示すグラフである。光ファイバの開口数ＮＡ０は０．２５である。

【0029】

有効作動距離ＷＤｍは、以下の式（４）で示される：

ＷＤｍ＝Ｓｅ／ｔａｎ（α） ・・・（４）

光半導体素子２０の出射光Ｌの放射角γが、α≧γ／２の関係を満たす場合に、入射範囲半径Ｓｒと有効入射半径Ｓｅの関係は、Ｓｅ≧Ｓｒである。この場合の作動距離ＷＤｒは、Ｒ≦Ｃｄの条件では、以下の式（５）で示される：

ＷＤｒ＝Ｓｅ／ｔａｎ（γ／２） ・・・（５）

一方、Ｒ＞Ｃｄの条件では、作動距離ＷＤｒは、以下の式（６）で示される：

ＷＤｒ＝Ｓｒ／ｔａｎ（γ／２） ・・・（６）

したがって、作動距離ＷＤについてＷＤｒ＞ＷＤｍの関係である。

【0030】

作動距離ＷＤを有効作動距離ＷＤｍよりも長く、作動距離ＷＤｒ近傍に設定することで、作動距離ＷＤが有効作動距離ＷＤｍの場合よりも、光半導体素子２０の出射光Ｌの入射端面１００における入射範囲が広がる。このため、出射光Ｌの入射強度パターンの変動の影響、光プローブ１０での反射戻り光による影響、光プローブ１０の入射端面１００の形状の歪の影響などの、入射強度パターンの変動の影響が緩和される。その結果、以下に説明するように、出射光Ｌの入射強度が安定し、かつ入射強度パターンのピーク値が平坦化する。

【0031】

図４に、光プローブ１０と光半導体素子２０の相対位置をＸ軸方向に変化させた場合の、出射光Ｌの入射強度パターンの変化を示す。

【0032】

図４の上段の図は、光プローブ１０の入射端面１００の周辺近傍の模式図である。図４の中段の図は、出射光Ｌの入射範囲（２Ｓｒ）、有効入射範囲（２Ｓｅ）および光プローブ１０のコア部１１の直径（２Ｃｒ）の位置を示す、Ｚ軸方向からみた平面図である。図４の下段の図は、入射強度パターンを示すグラフである。

【0033】

図４に示した入射強度パターンは、Ｘ軸方向に沿って光半導体素子２０が移動した場合の、Ｘ軸方向の移動距離Ｄｘと入射強度Ｐの関係を示す。図４に示したように、光半導体素子２０の移動距離Ｄｘに対する光プローブ１０の入射強度パターンの形状は、入射強度Ｐのピーク値が平坦な部分を有する台形形状である。入射強度パターンにおける入射強度Ｐがピーク値である移動距離Ｄｘ（以下、「第１移動距離Ｄｘｐ」という。）は、式（７）で示される：

Ｄｘｐ＝２×（Ｓｅ－Ｓｒ） ・・・（７）

また、入射強度パターンにおける入射強度Ｐが０より大きい移動距離Ｄｘ（以下、「第２移動距離Ｄｘ０」という。）は、式（８）で示される：

Ｄｘ０＝２×（Ｓｅ＋Ｓｒ） ・・・（８）

したがって、第１移動距離Ｄｘｐおよび第２移動距離Ｄｘ０を測定すれば、以下の式（９）および式（１０）を用いて有効入射半径Ｓｅと入射範囲半径Ｓｒを算出できる：

Ｓｅ＝（Ｄｘｐ＋Ｄｘ０）／４ ・・・（９）
Ｓｒ＝（Ｄｘ０－Ｄｘｐ）／４ ・・・（１０）

なお、入射強度Ｐとして、入射強度パターンの±（Ｓｅ－Ｓｒ）の範囲での入射強度Ｐの平均値を使用することが好ましい。入射強度Ｐの平均値を使用することにより、測定値の微小な強度変動をキャンセルし、入射強度Ｐを安定した測定値として使用できる。以下において、入射強度パターンの所定の範囲における入射強度Ｐの平均値を「平均強度Ｐａ」と称する。

【0034】

また、測定時の作動距離ＷＤを用いて、放射角γは式（１１）を用いて算出される。

【0035】

γ＝２×ｔａｎ^-1（Ｓｒ／ＷＤ） ・・・（１１）

実際に測定される入射強度パターンの形状は、台形形状に対し、ずれたパターン形状になる。しかし、実測値を元に近似直線を設定することで、第１移動距離Ｄｘｐおよび第２移動距離Ｄｘ０を設定することができる。

【0036】

光プローブ１０を介さずに、例えば光パワーメータなどの受光器を用いて光半導体素子２０の出射光Ｌを直接測定した入射強度を入射強度真値Ｐ０とすると、光プローブ１０を介して測定した入射強度Ｐと入射強度真値Ｐ０の関係は、Ｐ０＝Ｋ×Ｐで表される。ここで、Ｋは補正係数である。入射強度Ｐは、光プローブ１０を介した測定のため、その端面反射による損失、コア内導波時の放射伝搬損失などの各種損失が含まれる。このため、補正係数Ｋを用いることにより、光プローブ１０を用いた測定によって得られた入射強度Ｐを入射強度真値Ｐ０に補正できる。

【0037】

補正係数Ｋは、入射端面１００での出射光Ｌの端面反射、光プローブ１０における伝搬時の出射光Ｌの放射損失や伝搬損失、光回路構成などにより設定される各損失の総計から、光プローブ１０に設定される固有の係数である。したがって、光プローブ１０を使用して出射光Ｌを測定する場合は、事前に補正係数Ｋを設定しておいてもよい。補正係数Ｋの設定は、例えば以下のように行う。まず、光半導体素子２０の電流－出力特性Ｓ１を光パワーメータで正確に測定する。次に、光パワーメータでの測定と同じ測定条件で、光半導体素子２０の電流－出力特性Ｓ２を、光プローブ１０を使用する光回路系を用いて測定する。同じ印加電流条件における電流－出力特性Ｓ１の入射強度Ｐ１と電流－出力特性Ｓ２の入射強度Ｐ２から、光プローブ１０の補正係数Ｋは、Ｋ＝Ｐ１ ／Ｐ２として求まる。

【0038】

図５は、コア径Ｃｄ＝８９μｍ、開口数ＮＡ０＝０．２９であり入射端面が平面の光ファイバを光プローブ１０に使用した場合の、光プローブ１０と光半導体素子２０のＸ軸方向若しくはＹ軸方向の移動距離Ｄと入射強度Ｐの関係を示す。光半導体素子２０として放射角γ＝２１．５°のＶＣＳＥＬを使用した。作動距離ＷＤが２０、５０、１００、１５０、２００μｍのそれぞれの場合について、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に光半導体素子２０を移動して入射強度Ｐを測定した。

【0039】

作動距離ＷＤ＜５０μｍでは、入射強度Ｐが９００μＷ程度のピーク値が平坦な部分を有するが、入射強度Ｐのピーク値で、反射戻り光による影響で微小変動がみられる。作動距離ＷＤ＝１５０μｍでは、入射強度Ｐに平坦部が少なくなるが、入射強度の微小変動は見られない。これは、ＶＣＳＥＬによる照射径（＝２×Ｓｒ）と入射径（＝２×Ｓｅ）がほぼ等しくなったことによる。この場合、入射径はコア径に等しく、２×Ｓｅ＝Ｃｄである。作動距離ＷＤが１５０μｍ以上では、作動距離ＷＤが長くなるにつれて入射強度Ｐのピーク値は減少する。

【0040】

図５において、作動距離ＷＤ＝２０～１００μｍの範囲において、入射強度Ｐのピーク値は平坦である。しかし、作動距離ＷＤ＝２０～５０μｍの範囲では、ＶＣＳＥＬと光プローブ１０の入射端面１００との距離が短いため、出射光Ｌの入射端面１００からの反射戻り光による共振により、入射強度Ｐの微小な変動がみられる。作動距離ＷＤ＝１００μｍでは、入射強度Ｐのピーク値の範囲はほぼ平坦である。作動距離ＷＤが長いほど、反射戻り光やＶＣＳＥＬの強度分布による入射強度Ｐへの影響が緩和され、入射強度Ｐのピーク値の微小な変動は見られなくなる。

【0041】

作動距離ＷＤ＝１５０μｍの場合、Ｓｅ－Ｓｒ＝１０μｍ、Ｓｅ＋Ｓｒ＝６５μｍから、Ｓｒ＝２７．５μｍである。これより、ＶＣＳＥＬの放射角γは、γ＝２ｔａｎ^-1（２７．５／１５０）＝２０．８°である。

【0042】

図６は、コア径Ｃｄ＝８９μｍ、開口数ＮＡ０＝０．２９の光ファイバを使用した、入射端面１００の曲率半径Ｒ＝７０μｍの光プローブ１０の入射強度パターンの測定例である。図６では、作動距離ＷＤを５０μｍ～２００μｍの範囲で変化させた場合の入射強度パターンを示した。

【0043】

図６に示すように、入射端面１００が曲面の光プローブ１０では、入射強度Ｐのピーク値での微小変動が少ない。作動距離ＷＤが長くなるほど入射強度Ｐがピーク値を示す移動距離Ｄは短い。しかし、入射端面１００のレンズ効果により出射光Ｌが絞られるため、作動距離ＷＤに依存する入射強度Ｐのピーク値の変動はほとんどない。つまり、図５と比較して、作動距離ＷＤが大きい場合にも、入射端面１００が曲面の光プローブ１０では、光軸近傍の入射強度Ｐの値が減衰せず、ピーク値の平坦な領域が広い。

【0044】

作動距離ＷＤ＝２０～１００μｍの場合、入射強度パターンがＶＣＳＥＬの強度分布（ニアフィールドパターン）の影響を受けて、光軸の位置近傍を中心とする入射強度Ｐのピーク値の範囲が僅かに窪む。しかし、作動距離ＷＤ≧１５０μｍの場合、放射光の球面波広がりによる平均化により、入射強度Ｐのピーク値の範囲はほぼ平坦である。また、入射端面１００が曲面であるため、コア半径Ｃｒと有効入射半径Ｓｅは、Ｃｒ≧Ｓｅの関係である。作動距離ＷＤ＝１５０μｍの場合、Ｓe－Ｓｒ＝１８μｍ、Ｓｅ＋Ｓｒ＝３８μｍ、Ｓｒ＝２８μｍのとき、放射角γは、γ＝２×ｔａｎ^-1（２８／１５０）＝２１．２ °である。

【0045】

以上のように、光プローブ１０の入射強度パターンから、設定した作動距離ＷＤでの放射角γを容易に測定することができる。

【0046】

図７Ａおよび図７Ｂに、光半導体素子２０が多数の発光部２１で発光する大出力のＶＣＳＥＬである例を示す。図７Ａおよび図７Ｂに示した光半導体素子２０は、例えば、照明用やセンサー用の大出力のＶＣＳＥＬである。図７Ｂに示すように、光半導体素子２０はウェハ２００に形成されている。

【0047】

光半導体素子２０は、大口径の発光部２１を複数有する。発光部２１のそれぞれは、多数の発光体２２を有する。図７Ａに示すように、発光部２１は、隣接する辺の長さがそれぞれａとｂの矩形状であり、面積は「ａ×ｂ」である。つまり、光プローブ１０と光半導体素子２０の相対的な位置を変化させる移動方向（Ｘ軸方向）の辺の長さがａであり、移動方向と交差する方向（Ｙ軸方向）の長さがｂである。光半導体素子２０のサイズは数ｍｍ程度であり、構成された多数の発光体２２により、数Ｗの発光出力が得られる。光半導体素子２０は、電気信号が入力する電気信号パッド２３をそれぞれ表面に備える。なお、光半導体素子２０のグランドは裏面である。

【0048】

ウェハ２００に形成された複数の大出力、大口径のＶＣＳＥＬについても、光プローブ１０や複数の光プローブ１０を配列した光プローブアレイを用いて、入射強度Ｐや放射角γを測定できる。図８を参照して、図７Ａおよび図７Ｂに示した大出力のＶＣＳＥＬの入射強度パターンを、光プローブ１０を用いて測定する方法を説明する。入射強度パターンは、例えば、所定の作動距離ＷＤにおいて、光プローブ１０とＶＣＳＥＬの相対的な位置をＸ軸方向に変化させることにより得られる。

【0049】

光プローブ１０は、コア径Ｃｄ、有効入射半径Ｓｅの光ファイバを使用する。出射光Ｌを光プローブ１０の入射端面１００に入射させることにより、入射強度Ｐを測定する。

【0050】

一定の作動距離ＷＤにおいて、光プローブ１０をＸ軸方向に移動させる。このとき、入射強度Ｐが０より大きい領域の両端の位置における光プローブ１０の中心軸Ｃ１０の間隔は、図８に示すように、ａ＋２Ｓｅ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２）である。また、コア部１１の間隔は、ａ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２）である。

【0051】

ここで、出射光Ｌの入射強度について、光プローブ１０をＸ軸方向に移動させることにより測定された複数個所の入射強度Ｐの平均値を平均強度Ｐａとする。平均強度Ｐａを用いて、入射エネルギー密度Ｅｄは、以下の式（１２）で算出する：

Ｅｄ＝Ｐａ／（π×Ｓｅ）² ・・・（１２）

入射端面１００での入射範囲の面積Ｓｗは、以下の式（１３）を用いて得られる：

Ｓｗ＝（ａ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２））×（ｂ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２）） ・・・（１３）

光半導体素子２０の入射強度真値Ｐ０は、式（１４）で表される：

Ｐ０＝Ｋ×Ｅｄ×Ｓｗ ・・・（１４）

式（１４）でＫは補正係数である。例えば、光パワーメータにより直接測定した入射強度真値Ｐ０と光プローブ１０を用いて測定した入射強度Ｐ１により、補正係数Ｋは式（１５）のように設定される：

Ｋ＝Ｐ０ ／Ｐ１ （Ｋ＞１） ・・・（１５）

測定に使用するすべての光プローブ１０の補正係数Ｋは、光半導体素子２０の測定の前に設定してもよい。光プローブ１０に使用する光ファイバは、測定対象の光半導体素子２０のサイズに合わせて、例えばコア径Ｃｄ＝１００μｍ～１０００μｍ程度の光ファイバから選択してもよい。また、光プローブ１０のコア部１１は、屈折率分布型とステップインデックス型のいずれでもよい。

【0052】

図８に示した入射強度パターンにおいて入射強度Ｐが０より大きい移動距離Ｄｘの実測値を移動距離Ｄｍとして、放射角γについて式（１６）が得られる：

Ｄｍ＝ａ＋２Ｓｅ＋２ＷＤ×ｔａｎ（γ／２） ・・・（１６）

式（１６）で、長さａは既知であるため、有効入射半径Ｓｅの値がわかると、設定した作動距離ＷＤについて、放射角γは式（１７）を用いて算出される：

γ＝２×ｔａｎ^-1[｛Ｄｍ－（ａ＋２Ｓｅ）｝／２ＷＤ] ・・・（１７）

上記のように、光プローブ１０又は光半導体素子２０をＸ軸方向やＹ軸方向に移動させて入射強度パターンを取得することにより、入射強度Ｐを安定的に測定できる。すなわち、入射強度パターンの入射強度Ｐのピーク値の安定領域での値、又はその平均値を取得することにより、光半導体素子２０の出射光Ｌの入射強度真値Ｐ０に近い入射強度Ｐを安定的に測定することができる。

【0053】

図９に、光プローブ１０を用いた測定システム１の例を示す。図９に示した測定システム１は、光プローブ１０をアレイ状に配置した光プローブアレイを保持する光プローブヘッド４１と、複数本の電気プローブ３０を配列して構成した電気プローブアレイを保持する電気プローブヘッド４３を備える。電気プローブ３０として、例えば、カンチレバータイプ、垂直ニードルタイプ、垂直スプリングタイプなどが使用される。光プローブ１０と電気プローブ３０のそれぞれは、Ｘ軸方向に沿ってピッチＰｒで等間隔に配置されている。Ｘ軸方向と同様にＹ軸方向に沿っても、光プローブ１０および電気プローブ３０を等間隔に配置してもよい。

【0054】

測定システム１は、ウェハ２００に形成された複数の光半導体素子２０の特性測定に使用する。ウェハ２００の主面には、光半導体素子２０がＸ軸方向に沿ってピッチＰｄで等間隔に配置されている。ピッチＰｄはピッチＰｒと同等である。光半導体素子２０の発光部の位置と、その発光部に対応する光プローブ１０の中心軸の位置との位置ずれは、測定値の誤差軽減のために例えば５μｍ以下であることが好ましい。

【0055】

光半導体素子２０を形成したウェハ２００は、ステージ５０上の所定の基準位置に合わせて搭載する。ウェハ２００は、吸着装置（図示略）によりステージ５０に固定してもよい。ステージ５０でのウェハ２００の固定には、例えば真空吸着などの手段を用いてもよいし、他の手段を用いてもよい。

【0056】

例えば、一つの光半導体素子２０について光プローブ１０と電気プローブ３０が対で配置される。このように、一つの光半導体素子２０について、光プローブ１０と電気プローブ３０を含む一つのプローブユニットを構成する。プローブユニットは、ウェハ２００に形成された光半導体素子２０の配置に対応して配置する。なお、図９では、一つの測定ユニットを構成する光プローブ１０と電気プローブ３０の本数が１本ずつである場合を例示的に示した。しかし、測定ユニットに含まれる光プローブ１０と電気プローブ３０の本数は、光半導体素子２０の構成や測定内容に応じて任意に設定する。例えば、通電用の電気プローブ３０とグランド用の電気プローブ３０をペアにして電気プローブアレイを構成してもよい。すなわち、１本の光プローブ１０に対応させて、通電用の電気プローブ３０とグランド用の電気プローブ３０の２本の電気プローブ３０を配置してもよい。

【0057】

光プローブヘッド４１は、光プローブ駆動装置４２の制御によって移動する。例えば、光プローブ駆動装置４２の制御により、光プローブ１０の入射端面１００と光半導体素子２０との作動距離ＷＤの微調整が可能である。また、電気プローブヘッド４３は、電気プローブ駆動装置４４の制御によって移動する。例えば、電気プローブ駆動装置４４の制御により、電気プローブ３０の先端と光半導体素子２０とのＺ軸方向に沿った距離の微調整が可能である。

【0058】

光プローブヘッド４１および電気プローブヘッド４３と光半導体素子２０とのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置合わせは、ステージ駆動装置５１によってステージ５０を移動させて行ってもよい。更に、ステージ駆動装置５１によってＺ軸方向を中心としてステージ５０を回転させることにより、Ｚ軸方向を中心とする回転方向（以下、「Ｚ軸回転方向」という。）について、光半導体素子２０に対して光プローブ１０と電気プローブ３０の位置を調整してもよい。

【0059】

なお、ステージ５０の位置を固定し、光プローブヘッド４１および電気プローブヘッド４３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の各方向に移動させてもよい。すなわち、光プローブ駆動装置４２および電気プローブ駆動装置４４によって、光プローブ１０および電気プローブ３０の光半導体素子２０に対する相対的な位置を調整してもよい。

【0060】

上記のように、図９に示した測定システム１によれば、光プローブ１０および電気プローブ３０と光半導体素子２０の位置合わせが可能である。なお、光プローブヘッド４１の位置と電気プローブヘッド４３の位置を独立して制御できるように、測定システム１を構成してもよい。他に、光プローブヘッド４１および電気プローブヘッド４３の位置を固定し、ステージ５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｚ軸回転方向に動かして、光プローブ１０および電気プローブ３０と光半導体素子２０の相対的な位置を制御する方法も可能である。このように、光プローブ１０および電気プローブ３０と光半導体素子２０の位置合わせに、様々な調整方法を使用することができる。

【0061】

測定システム１を電気信号と光信号が伝搬し、光半導体素子２０の測定が行われる。例えば、図示を省略したテスタから出力された電気信号が、電気プローブヘッド４３に配置された接続端子（図示略）を介して、電気プローブ３０に送信される。これにより、光半導体素子２０を通電する。光半導体素子２０がＶＣＳＥＬである場合は、電気プローブ３０によってＶＣＳＥＬの上面に配置された電気信号パッドに電気信号を印加することにより、通電したＶＣＳＥＬが出射光Ｌを出力する。出射光Ｌは、光プローブ１０が受光する。

【0062】

光半導体素子２０の通電の仕方は任意に設定できる。例えば、光半導体素子２０を１個おきに順番に通電してもよいし、複数の光半導体素子２０を同時に通電してもよい。また、隣接する光半導体素子２０のクロストークを避けるために、例えば1個乃至数個分の間隔を空けて、順番又は同時に光半導体素子２０を通電してもよい。

【0063】

光プローブ１０は、光電変換モジュール４５および電気接続端子４６を有する光電変換部４７に接続する。光半導体素子２０が出力した出射光Ｌは、光プローブ１０と光学的に接続する光電変換モジュール４５に伝搬する。光電変換モジュール４５は、出射光Ｌを電気信号に変換し、変換した電気信号を電気接続端子４６に出力する。電気接続端子４６は図示を省略するテスタと電気的に接続しており、出射光Ｌから光電変換された電気信号が電気接続端子４６からテスタに送信され、計測した電流値を光出力値に変換する。

【0064】

光電変換モジュール４５には、出射光Ｌをフォトディテクタなどにより、その光信号を出力に応じほぼ直線的に電気信号に変換するタイプや、回折格子型デバイスにより出射光Ｌを分光し、その回折角方向により、出射光Ｌの波長変動特性を検出するタイプが使用できる。測定用途により、光電変換モジュール４５のタイプを使い分けることができる。また、光電変換モジュール４５の手前から出射光Ｌを分岐して、複数の種類の測定を同時に行うこともできる。光電変換部４７を用いて光プローブ１０の出力を光プローブヘッド４１の近傍で光電変換することにより、測定システム１の簡素化、測定時間の高速化、測定値の繰り返し再現性の向上が実現できる。このように、光プローブ１０および光プローブ１０を保持する光プローブヘッド４１を備えるプローブカードを用いて、光半導体素子２０の効率的な測定が可能である。

【0065】

光半導体素子２０の測定時には、光プローブ１０の入射端面１００と光半導体素子２０の作動距離ＷＤを、上記の作動距離ＷＤｒ近傍もしくは作動距離ＷＤｒ以上とする。これにより、光プローブアレイを構成する光プローブ１０のそれぞれについて、出射光Ｌの入射強度Ｐのピーク値が安定し、移動距離に対してピーク値が平坦化する。

【0066】

測定システム１は、作動距離ＷＤを一定に保って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、若しくはＸ軸方向とＹ軸方向の両方向に光プローブ１０を移動して、光電変換部４７を介して出射光Ｌの入射強度パターンを取得する。測定システム１が取得するデータは、光半導体素子２０それぞれのＸ軸方向の入射強度パターン、Ｙ軸方向の入射強度パターン、若しくはＸ軸方向とＹ軸方向の両方向の入射強度パターンである。入射強度パターンの取得のために、例えばＸ軸方向又はＹ軸方向に沿って光プローブ１０を－５０～＋５０μｍの範囲で移動させ、５μｍピッチで入射強度Ｐを取得し、複数個所の入射強度Ｐをデータ化する。測定ピッチの間隔は、測定する光半導体素子２０のサイズ、出射光Ｌの放射角γ、測定時間などに応じて設定してもよい。

【0067】

このように、測定システム１により、図４や図８に示したような光半導体素子２０の入射強度パターンを、ウェハ２００に形成した光半導体素子２０のそれぞれについて取得する。そして、入射強度パターンにより、光半導体素子２０ごとに入射強度Ｐと放射角γを算出する。入射強度パターンのピーク値が安定して平坦な領域における平均強度Ｐａを用いることにより、正確な入射強度Ｐと放射角γを算出できる。

【0068】

すなわち、測定システム１は、入射強度パターンを取得することにより、光軸Ｃ２０の位置の１箇所の測定での入射強度Ｐではなく、ピーク値の入射強度Ｐの平均値として平均強度Ｐａを取得する。平均強度Ｐａは、光軸Ｃ２０の近傍位置での複数個所、例えば３箇所での入射強度Ｐの平均値とする。平均強度Ｐａを使用することにより、測定時での光半導体素子２０の入射強度の変動、光プローブ１０の入射端面１００の形状の歪などに起因する入射強度パターンの微小変動が抑制できる。このため、入射強度Ｐの安定した測定が可能である。

【0069】

以下に、１０のフローチャートを参照して、測定システム１を用いた測定方法の例を説明する。光プローブアレイや電気プローブアレイを有する測定システム１によれば、複数の光半導体素子２０を同時又は短時間で測定することができる。

【0070】

ステップＳ１０において、複数の光半導体素子２０を形成したウェハ２００を、測定システム１のステージ５０上の所定の位置に搭載、密着固定する。

【0071】

ステップＳ２０において、電気プローブ３０のそれぞれを、光半導体素子２０の電気信号パッド上に接触させる。このとき、光プローブ１０の中心軸Ｃ１０の位置を、光半導体素子２０の発光部の位置と平面視でほぼ一致させる。

【0072】

次に、ステップＳ３０において、光半導体素子２０と入射端面１００とのＺ軸方向に沿った間隔を、所定の作動距離に設定する。具体的には、入射強度パターンにおいて出射光Ｌの入射強度Ｐのピーク値の変動が所定の範囲内に収まる平坦部が含まれるように、作動距離を設定する。例えば、光プローブ１０と光半導体素子２０の間隔が作動距離ＷＤｒ近傍となるように、光プローブ１０のＺ軸方向の位置を調整する。

【0073】

その後、ステップＳ４０において、電気プローブ３０に所定の電流を流して光半導体素子２０に通電し、光半導体素子２０を発光させる。このとき、発光している光半導体素子２０間の迷光、クロストークによる影響を避けるため、１個おきに光半導体素子２０を通電し発光するよう、通電する光半導体素子２０の間隔をあけてもよい。また、電気プローブ３０に所定の電流を通電した際、その入射強度が最大になるよう、光半導体素子２０と光プローブ１０の中心軸Ｃ１０の位置を再調整してもよい。

【0074】

そして、ステップＳ５０において、Ｚ軸方向に沿った作動距離を一定に保ちながら、ＸＹ平面に沿って、光半導体素子２０と光プローブ１０の相対的な位置を変化させる。このとき、異なる位置で出射光Ｌの入射強度をそれぞれ測定する。例えば、Ｘ軸方向に沿って数十μｍ程度の範囲で光プローブアレイを移動させながら、その範囲の複数の位置で入射強度Ｐを測定し、入射強度パターンを取得する。Ｙ軸方向についてもＸ軸方向と同様に光プローブアレイを移動させ、複数の位置での入射強度Ｐを測定し、入射強度パターンを取得してもよい。その後、電気プローブ３０による光半導体素子２０の通電を停止する。

【0075】

次に、ステップＳ６０において、入射強度パターンから平均強度Ｐａを算出する。このとき、入射強度パターンにおける出射光Ｌのピーク値が平坦である範囲に含まれる入射強度Ｐについて平均値を算出する。例えば、光軸Ｃ２０の近傍の複数の位置で取得した入射強度Ｐの平均値を平均強度Ｐａとして算出し、この平均強度Ｐａを出射光Ｌの入射強度とする。また、入射強度パターンの形状を用いて、光プローブ１０や光半導体素子２０のパラメータを算出する。例えば、電流に対する光半導体素子２０の出力特性、スロープ効率、スレッシュホールド電流値などである。また、光プローブ１０の有効入射範囲や出射光Ｌの入射範囲を算出する。すなわち、入射強度パターンの形状から、近似的に台形形状とみなせるため、入射強度パターンの形状の４か所の位置から式（９）および式（１０）を用いて有効入射半径Ｓｅや入射範囲半径Ｓｒを算出する。更に、式（１１）を用いるなどして放射角γを算出する。

【0076】

その後、ステップＳ７０において、すべての光半導体素子２０について測定したか否かを判定する。測定していない光半導体素子２０があれば、ステップＳ２０に戻る。そして、通電してない残りの光半導体素子２０について発光させ、上記と同様に入射強度パターンを取得する。すべての光半導体素子２０を測定していれば、処理を終了する。

【0077】

以上の測定により、ウェハ２００に形成したすべての光半導体素子２０について、入射強度パターンを取得できる。入射端面１００が曲面である光プローブ１０を用いることにより、出射光Ｌについて入射強度Ｐのピーク値が安定して平坦な入射強度パターンを取得できる。

【0078】

なお、補正係数Ｋを用いて、測定システム１により取得された入射強度Ｐを補正してもよい。これにより、光パワーメータなどの受光器による測定と同様な、信頼性の高い測定真値が得られる。

【0079】

測定システム１によれば、光半導体素子２０の出射光Ｌの出射強度特性、放射角γを算出できる。また、入射強度パターンの形状から、光プローブ１０の中心軸Ｃ１０と光半導体素子２０の光軸Ｃ２０とのずれが大きい場合などに、光プローブ１０と光半導体素子２０の位置補正も可能である。そして、位置補正した光プローブ１０と光半導体素子２０の正確な位置関係で、光半導体素子２０を測定できる。例えば、光半導体素子２０の電流強度（ＩＰ）特性を取得する。また、光プローブ１０と光半導体素子２０の位置関係を補正した後、ステージ５０の温度を制御することにより、ウェハ２００に搭載した光半導体素子２０の各種温度特性データを取得できる。

【0080】

なお、光半導体素子２０の通電の仕方は、様々な方法から任意で選択してよい。例えば、光半導体素子２０を１ずつ順番に通電してもよいし、複数の光半導体素子２０を一括でまとめて通電してもよい。

【0081】

また、Ｘ軸方向とＹ軸方向の両方向に光プローブ１０を移動させて入射強度パターンを取得してもよいし、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のいずれか一方向のみに光プローブ１０を移動させて入射強度パターンを取得してもよい。

【0082】

上記のように、測定システム１は、光半導体素子２０を通電しながら、光プローブ１０と光半導体素子２０の相対的な位置を変化させて、入射強度Ｐを測定する。このため、光プローブヘッド４１の位置と電気プローブヘッド４３の位置を独立して制御できるように、測定システム１を構成してもよい。

【0083】

ところで、入射強度パターンを使用しない測定の場合には、光半導体素子２０と光プローブ１０との間の数μｍの位置偏差により、又は、光半導体素子２０の入射強度パターンの変動特性、光プローブ１０の入射端面１００の歪や変形により、測定精度が低下する。つまり、測定位置が適正であったとしても入射強度Ｐについて０．１～０．３ｄＢ程度の変動が生じ、この変動が光半導体素子２０の測定精度に直接影響を及ぼす。また、そうした変動の少ない光プローブ１０を製作するためには、光プローブ１０入射端の研磨プロセス、球状加工プロセス、放電プロセスなどによる光ファイバの微細な端部の精密加工と検査が必要である。それにより、光ファイバの精密加工を検査するための形状歪測定、トレランス測定による確認が必要であり、その測定評価に手間がかかる。また、光半導体素子２０のニアフィールドに強度分布がある場合、光軸から数μｍずれると入射強度Ｐに減衰変動が生じる。したがって、光半導体素子２０の入射強度Ｐの真値を求める際に、事前に光プローブ１０の損失特性について把握する必要がある。

【0084】

これに対し、測定システム１では、ウェハ２００上の光半導体素子２０の測定時の出力変動要因を削減し、出射光Ｌの出力を安定化させられ、測定再現性が向上する。また、光プローブ１０の入射端面１００の製作を容易にして、測定システム１による測定値の安定性、精度が向上できる。

【0085】

入射端面１００が曲面の光プローブ１０は、例えば以下のように製作する。まず、光プローブ１０の入射端面１００を、所定の曲率半径Ｒに設定した曲面に加工する。曲率半径Ｒは、例えば数十μｍ～数ｍｍ程度である。次いで、入射端面１００を局部的に１０００～１５００℃程度に加熱することにより、入射端面１００を溶融し、凸型メニスカスにより滑らかな曲面に加工する。局部加熱方法として、高周波放電による加熱、ＣＯ₂レーザーの照射による加熱などがある。その他、端面の局部精密研削、研磨などによる機械加工による方法でも同様に加工可能である。

【0086】

測定システム１による測定では、光半導体素子２０と光プローブ１０の入射端面１００の間の作動距離ＷＤを最適化することにより、入射強度パターンを安定化し、位置ずれによる入射強度の変動を低減する。また、光半導体素子２０の入射強度の測定時に光プローブ１０をＸＹ平面において僅か±数十μｍ程度移動させながら、入射強度Ｐを測定する。そのようにして取得した入射強度パターンにおいて、入射強度Ｐのピーク値の平均をとることにより、測定値が安定する。その結果、入射強度Ｐの測定精度を向上、安定化させた。つまり、入射強度Ｐのピーク値の平均を算出することにより、光プローブ１０と光半導体素子２０の位置ずれに起因する入射強度Ｐの変動を低減し、測定値の安定性、再現性により信頼性が向上する。

【0087】

また、測定システム１を用いた測定では、大口径サイズの光半導体素子２０に対して、所定の作動距離で光プローブ１０をＸ軸方向やＹ軸方向に移動させながら入射強度パターンを取得する。そして、入射強度パターンから、光プローブ１０に入射する出射光Ｌの入射エネルギー密度を算出する。併せて、入射強度パターンを用いて光半導体素子２０の放射角γを測定算出する。

【0088】

更に、測定システム１は、ウェハ状態で光半導体素子２０の入射強度を測定するために、電気プローブ３０と光電変換部４７を搭載する。これにより、測定システム１は、光プローブ１０が測定する光半導体素子２０の出力値を測定できる。

【0089】

以上に説明したように、実施形態に係る測定システム１によれば、光プローブ１０の製作が容易であり、かつ、任意のサイズの光半導体素子２０を安定して測定できる。また、測定システム１は、光プローブ１０を用いたｍ×ｎの多芯の光プローブアレイ（ｍ、ｎ≧２）、および、光プローブ１０と同数若しくは倍数の電気プローブ３０を有する電気プローブアレイを用いた、多チャネル光／電気プローブカード測定系である。測定システム１によれば、複数の光半導体素子２０の安定した入射強度Ｐと放射角γの測定を併せて行うことができる。これにより、ウェハ２００上の複数の光半導体素子２０の測定の簡素化と時間短縮化を実現する。また、光プローブ１０の補正係数Ｋを取得して、入射強度真値Ｐ０と光プローブ１０の測定による入射強度Ｐを比較でき、測定システム１を用いた測定結果を用いて、光半導体素子２０の要求仕様に対する良否判定がウェハ状態において可能である。このため、測定システム１は光半導体素子２０の歩留まり改善に寄与する。これらにより、光プローブ１０の製作プロセスの簡素化が可能で、および測定値の精度の再現性、信頼性の向上した測定系が実現できる。

【0090】

（変形例）
図１１に示した変形例に係る測定システム１ａは、図９に示した測定システム１に追加して、光プローブ１０から一定の距離だけ離れた位置に光電変換素子６０を配置した構成である。測定システム１ａでは、光電変換素子６０は、光電変換素子６０に最近接の光プローブ１０から、距離ｍＰｄだけ離間して配置されている。距離ｍＰｄは、例えば、隣接する光半導体素子２０からの出射光Ｌによる迷光やクロストークによる影響を回避できる距離に設定する。

【0091】

光電変換素子６０には、シリコンフォトディテクタなどの、変換特性にリニアリティがあり、変換特性が安定な光電変換素子を使用する。また、光電変換素子６０には、条件に合ったサイズの光電変換素子を使用する。例えば、光半導体素子２０の出射光Ｌを直接受光できるサイズの光電変換素子を使用する。例えば、光電変換素子６０のサイズは、入射光のスポットサイズにより０．５～数ｍｍ角程度である。また、光電変換素子６０は、測定の効率化のため、光電変換素子をアレイ状に構成配置したものでもよい。

【0092】

光電変換素子６０は、光プローブ１０からある程度離した位置に、増幅回路６１と共に配置する。増幅回路６１は、光電変換素子６０の出力する電気信号を増幅、安定化させる。光電変換素子６０を有する測定システム１ａにより、光プローブ１０により光半導体素子２０を測定する前に、光半導体素子２０からの出射光Ｌを所定の電流値で測定する。光半導体素子２０の通電は、例えばカンチレバー型の電気プローブ３１により電流を印加して行う。先ず光電変換素子６０により、ウェハ２００上のｎ個の光半導体素子２０に所定の電流値を印加し、その出射光Ｌの入射強度真値Ｐ０を、ステージ５０を移動させ測定、記録する。このため、光電変換素子６０により測定した出射光Ｌの入射強度を入射強度真値Ｐ０として扱えるよう、光電変換素子６０は予め校正しておいてもよい。

【0093】

測定システム１ａによる測定では、ウェハ２００に配置したｎ個の光半導体素子２０について、光電変換素子６０によって所定の電流値で入射強度真値Ｐ０を測定する。その後、入射強度真値Ｐ０を測定した光半導体素子２０について、光プローブ１０をＸ軸方向やＹ軸方向に移動させながら、光電変換素子６０による測定と同じ電流値で光半導体素子２０を通電し、出射光Ｌの入射強度Ｐを測定する。光電変換素子６０を用いて取得した入射強度真値Ｐ０と光プローブ１０を用いて取得した入射強度Ｐ１を比較することにより、ｎ本の光プローブ１０のそれぞれについて補正係数Ｋを取得できる。補正係数Ｋは、Ｋ＝Ｐ０ ／Ｐ１により求まる。また、光プローブ１０それぞれの光軸上の２か所以上の電流値測定により、光半導体素子２０のＩＬ特性、スロープ効率、スレッシュホールド電流値などを測定することができる。

【0094】

上記のように、測定システム１ａによれば、測定システム１ａを製造する前に個々の光プローブ１０について補正係数Ｋを取得する工程を省略して、測定システム１ａを製造した後に補正係数Ｋを取得できる。このため、測定システム１ａを製造時の光プローブ１０の検査の手間を省くことができる。

【0095】

また、測定システム１ａによれば、光プローブ１０を一定の時間使用した後などに、定期的に光プローブ１０の補正係数Ｋを再測定することにより、測定システム１ａを校正できる。その結果、測定システム１ａによる正確な測定を維持でき、測定値の信頼性を向上することができる。

【0096】

（その他の実施形態）
上記のように本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【0097】

例えば、上記では、光プローブアレイと電気プローブアレイを個々に移動可能に構成し、光プローブ１０と光半導体素子２０の相対位置の変化に関し、光半導体素子２０の位置を固定し、光プローブ１０を移動させる場合について説明した。しかし、光プローブ１０の位置を固定し、電気プローブ３０と光半導体素子２０を移動させてもよい。このように、光プローブ１０と光半導体素子２０の相対位置を変化させる方法は任意に選択でき、いずれの方法も本発明の実施形態に含まれる。

【0098】

また、上記では光プローブ１０が光ファイバ構造である場合を説明したが、光プローブ１０は光ファイバ構造に限らない。例えば、光プローブ１０を光導波路構造にした場合は、断面構造が矩形であってもよいし、アレイ構造、光プローブ１０の先端にレンズを装着した構造であってもよい。

【0099】

また、光プローブ１０と電気プローブ３０が一体構成であってもよい。その場合、電気プローブ３０を柔軟性のあるカンチレバー構造としてもよい。そして、電気プローブ３０の柔軟性により、光半導体素子２０の電気信号パッドと電気プローブ３０との接続を保持した状態でステージ５０を移動させ、光プローブ１０と光半導体素子２０の相対的な位置を変化させ測定してもよい。

【0100】

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。

【符号の説明】

【0101】

１…測定システム
１０…光プローブ
１１…コア部
１２…クラッド部
２０…光半導体素子
２１…発光部
２２…発光体
３０…電気プローブ
４１…光プローブヘッド
４２…光プローブ駆動装置
４３…電気プローブヘッド
４４…電気プローブ駆動装置
５０…ステージ
５１…ステージ駆動装置
６０…光電変換素子
１００…入射端面
２００…ウェハ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】