JP2009187995A - 光伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】バーンイン試験や故障判定を行うことができる光伝送モジュールを提供する。
【解決手段】光伝送モジュール１０は、レーザ光を出射するＶＣＳＥＬ１８と、変調用電流供給手段４０、バーンイン用電流供給手段４２、スイッチ手段４４および故障判定手段４６を含むＩＣチップ１６とを備える。スイッチ手段４４は、リード端子２２ｂからの制御信号Ｃに応答して、通常モードのとき、変調用電流供給手段４０からの駆動電流をＶＣＳＥＬ１８へ供給し、試験モードのときバーン引用電流供給手段４２からのバーンイン用駆動電流をＶＣＳＥＬ１８に供給し、故障判定モードのとき故障判定手段４６からの測定用信号をＶＣＳＥＬ１８に供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光通信あるいは光情報処理の光源として利用される光伝送モジュールに関し、特に光伝送モジュールに含まれるレーザ素子の試験に関する。

光通信や光記録等の技術分野において、面発光型半導体レーザ（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser：以下ＶＣＳＥＬと呼ぶ）の光源への関心が高まっている。ＶＣＳＥＬは、しきい値電流が低く消費電力が小さい、次元アレイ化が可能であるといった、端面発光型半導体レーザにはない優れた特長を有する。これらの特長を生かし、光通信や光情報処理の分野において、光源として光伝送モジュールへの適応が期待されている。

従来のＶＣＳＥＬを用いた光伝送モジュールでは、ＴＯ−ＣＡＮなどの実装パッケージにＶＣＳＥＬを実装し、その段階でバーンイン試験を行って初期故障を検査し、その後に実装パッケージ状態で光伝送モジュールに組み込むのが一般的である。これは、例えば特許文献１に開示されている。

また、ＴＯ−ＣＡＮのような実装形態の取れない、例えばアレイ型のトランシーバーなどでは、ＶＣＳＥＬをサブマウントに実装し、バーンイン試験を行った後に光モジュールに組み込んでいる。このような光伝送モジュールは、例えば、特許文献２に開示されている。

他にも、ＶＣＳＥＬを用いた光伝送モジュールに関する技術がいくつかの特許文献により開示されている。特許文献３は、バーンイン試験のため保護用の直列抵抗を短絡する切り替えスイッチを設け、ケースの外部から切り替えスイッチを操作することができる光送信装置を開示している。特許文献４は、変調時と非変調時のそれぞれの劣化を検出するため、比較判定回路の接続を切り換える光ディスク光源に関する技術を開示している。特許文献５は、光出力の初期設定を受信側の信号を用いて行い、それをメモリに書き込んで保持する半導体レーザダイオードを開示している。これにより、レーザダイオードの動作特性の変化を解析し、故障予知判断を行っている。特許文献６は、簡単な構成で、良好な光軸コリメート調整とパワー調整を可能にするレーザダイオードの調整用回路に関する技術を開示している。特許文献７は、光出力の低下が半導体レーザ素子の劣化によるものか、プローブの劣化によるものかを判定することができる半導体レーザ装置を開示している。

米国特許６３０２５９６号 特開２００２−２８０６５３号 特開平２−６７８３２号 特開平４−２５５９２２号 特開平６−５０４４０５号 特開平７−３２６４８号 特開２００７−２７３２２号

光伝送モジュールにおいて、低コストを実現するため、ＶＣＳＥＬとこれを駆動する駆動回路とを同一のパッケージ内に組み込む必要がある。この場合、駆動回路とＶＣＳＥＬは、電気的に接続された状態でパッケージされる。このような形態でバーンイン試験を行うと、バーンイン試験用の駆動電流の一部が駆動回路にリークしてしまい、正確な試験条件でＶＣＳＥＬを試験することができないことがある。また、バーンイン試験用に大きな駆動電流をＶＣＳＥＬに供給する場合には、バーンイン試験用駆動電流から駆動回路を保護しないと破損するおそれがあった。

さらに、ＶＣＳＥＬの故障判定を行うためには、μＡ以下の微小な電流を測定する必要があり、この電流の一部が駆動回路にリークしてしまうと、十分なＳ／Ｎ比を得ることが難しくなってしまう。このため、本来は正常なＶＣＳＥＬであるにもかかわらず、誤って不良と判定してしまうおそれがあった。

本発明は、従来の課題を解決するために、バーンイン試験や故障判定を行うことができる光伝送モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る光伝送モジュールは、レーザ光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子に第１の駆動電流を供給するための第１の駆動手段と、前記第１の駆動手段と前記半導体発光素子との間に接続されたスイッチ手段と、前記半導体発光素子、前記第１の駆動手段および前記スイッチ手段を収容するパッケージとを有し、前記スイッチ手段は、少なくとも前記第１の駆動手段から出力された第１の駆動電流を受け取る第１の入力と、前記半導体発光素子を試験するための第２の駆動電流を受け取る第２の入力と、前記半導体発光素子に接続された出力とを含み、前記スイッチ手段は、第１の入力または第２の入力を前記出力に接続するものである。

光伝送モジュールはさらに、前記第２の駆動電流を受け取る第１の外部端子を含み、前記第２の入力は、前記第１の外部端子を介して前記第２の駆動電流を受け取ることができる。光伝送モジュールはさらに、前記半導体発光素子に前記第２の駆動電流を供給するための第２の駆動手段を含み、前記第２の入力は、前記第２の駆動手段から出力された第２の駆動電流を受け取ることができる。

前記スイッチ手段はさらに、前記半導体発光素子の故障を判定するための測定用信号を受け取る第３の入力を含み、前記半導体発光素子の故障を判定するとき、前記スイッチ手段は、第３の入力を前記出力に接続することができる。光伝送モジュールはさらに、前記測定用信号を受け取る第２の外部端子を含み、前記第３の入力は、前記第２の外部端子を介して前記測定用信号を受け取ることができる。光伝送モジュールはさらに、前記半導体発光素子に前記測定用信号を供給するための故障判定手段を含み、前記第３の入力は、前記故障判定手段から出力された前記測定用信号を受け取ることができる。光伝送モジュールはさらに、前記故障判定手段により故障判定された故障判定信号を出力する第３の外部端子を含むことができる。

好ましくは光伝送モジュールはさらに、前記スイッチ手段の切替を制御する制御信号を受け取る第４の外部端子を含む。好ましくは前記第１の駆動手段、前記第２の駆動手段および前記故障判定手段は、前記制御信号に応答して動作する。好ましくは、前記第１の駆動手段、前記第２の駆動手段、前記故障判定手段および前記スイッチ手段は、同一の半導体集積回路に形成されている。

本発明に係る光伝送モジュールは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子が形成された第１の基板と、前記半導体レーザ素子に第１の駆動電流を供給するための第１の駆動回路、前記第１の駆動回路と前記半導体レーザ素子との間に電気的に接続された切替回路が形成された第２の基板と、制御信号を入力する第１の外部端子とを有し、前記切替回路は、少なくとも前記第１の駆動回路からの第１の駆動電流を受け取る第１の入力と、半導体レーザ素子を試験するための第２の駆動電流を受け取る第２の入力と、前記半導体レーザ素子に電気的に接続された出力とを含み、前記切替回路は、前記第１の外部端子から入力された制御信号に応じて第１の入力または第２の入力を前記出力に接続する。

前記第２の基板はさらに、半導体レーザ素子に前記第２の駆動電流を供給するための第２の駆動回路を含み、当該第２の駆動回路は、前記制御信号に応じて第２の駆動電流を前記切替回路の第２の入力に出力することができる。

前記第２の基板はさらに、半導体レーザ素子の故障を判定するための故障判定回路を含み、前記故障判定回路は、前記制御信号に応じて測定用信号を出力し、前記切替回路は、前記故障判定回路からの前記測定用信号を受け取る第３の入力を含み、前記切替回路は、前記制御信号に基づき第３の入力を前記出力に接続することができる。光伝送モジュールは、前記故障判定回路による故障判定結果を示す故障判定信号を出力する第２の外部端子を含むことができる。

好ましくは前記第２の駆動手段から第２の駆動電流が出力されるとき、前記第１の駆動手段は、前記制御信号に応答して前記第１の駆動電流の供給を停止する。また、前記故障判定手段から前記測定用信号が出力されるとき、前記第１の駆動手段および第２の駆動手段は、前記制御信号に応答して前記第１の駆動電流および第２の駆動電流の供給を停止する。

好ましくは前記光伝送モジュールはさらに、ステムと、ステム上に内部空間を形成するキャップとを含み、前記内部空間内に第１の基板および第２の基板が実装され、前記ステムに少なくとも前記第１の外部端子が取り付けられ、前記キャップの表面には前記半導体レーザ素子のレーザ光を出射する窓が形成される。

試験は、バーンイン試験であり、この場合、第２の駆動電流は、第１の駆動電流よりも大きい。測定用信号は、順方向電流、順バイアス電圧、逆方向電流、逆バイアス電圧のいずれかを含むことができる。

本発明によれば、半導体発光素子を試験するとき、スイッチ手段により半導体発光素子は第１の駆動手段から電気的に切り離されるため、半導体発光素子を正確な試験条件で試験することができ、他方、第１の駆動手段を試験用の第２の駆動電流から保護することができる。さらに、半導体発光素子の故障判定を行うとき、スイッチ手段により半導体発光素子は第１の駆動手段から電気的に切り離されるため、半導体発光素子の故障の有無を正確に判定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。ここでの光伝送モジュールは、キャンパッケージによりＶＣＳＥＬを含む電子装置を実装する例を示すが、これは一例であり、光伝送モジュールは、セラミックパッケージや樹脂パッケージを用いることができ、またＶＣＳＥＬを含む電子装置の実装形態の変更も可能である。

図１は、本発明の実施例に係る光伝送モジュールの概略構成を示す断面図である。本実施例に係る光伝送モジュール１０は、金属製の円盤状のステム１２と、ステム１２の上面に取り付けられたサブマウント１４と、サブマウント１４上に搭載されたＩＣチップ１６と、ＩＣチップ１６上に搭載されたＶＣＳＥＬ１８と、ステム１２上に固定された円筒状のキャップ２０と、ステム１２の底面側に取り付けられた導電性金属からなる複数のリード端子２２とを含んでいる。

キャップ２０の中央には、円形状の開口２０ａが形成され、開口２０ａを塞ぐように内側にガラス平板２０ｂが取り付けられている。キャップ２０およびガラス平板２０ｂは、好ましくは気密封止された内部空間をステム１２上に形成し、ＩＣチップ１６およびＶＣＳＥＬ１８を外部環境から保護する。本実施例では、キャンパッケージにガラス平板を取り付けているが、平板ガラス以外にも、球レンズ、凸レンズ、凹レンズ等の光学部材を取り付けるものであってもよい。

図２は、図１に示すＶＣＳＥＬの断面図である。本実施例は、１つの発光スポットが形成されたシングルスポットのＶＣＳＥＬを例示するが、これは一例であり、複数の発光スポットが形成されたマルチスポットのＶＣＳＥＬであってもよい。

ＶＣＳＥＬ１８は、図２に示すように、ｎ型のＧａＡｓ基板１００の裏面にｎ側電極１０２を形成し、さらに基板１００上に、ｎ型のＧａＡｓバッファ層１０４、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｎ型の下部ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ型反射鏡）１０６、活性領域１０８、周縁に酸化領域を含むｐ型のＡｌＡｓからなる電流狭窄層１１０、Ａｌ組成の異なるＡｌＧａＡｓ層を交互に重ねたｐ型の上部ＤＢＲ１１２、ｐ型のＧａＡｓコンタクト層１１４を積層している。基板上には、積層された半導体層をエッチングすることにより円筒状のポスト（またはメサ）Ｐが形成されている。

ポストＰの底部、側部および頂部の一部を覆うように基板全体にＳｉＯＮ、ＳｉＯｘ等の層間絶縁膜１１６が形成されている。ポストＰの頂部の層間絶縁膜１１６には、コンタクト層１１４を露出する円形状のコンタクトホール１１６ａが形成されている。ポストＰの頂部には、導電性材料からなるｐ側電極１１８が形成され、ｐ側電極１１８は、コンタクトホール１１６ａを介してコンタクト層１１４にオーミック接続されている。ｐ側電極１１８の中央には、レーザ光を出射するための円形状の出射窓が形成されている。出射窓は、コンタクト層１１４を露出するものであってもよいが、出射窓は、誘電体膜によりほごされていてもよい。

下部ＤＢＲ１０６と上部ＤＢＲ１１２は、共振器構造を形成し、これらの間には、活性領域１０８および電流搾取層１１０が介在される。電流搾取層１１０は、ポストＰの側面からＡｌＡｓを選択的に酸化させた酸化領域と当該酸化領域によって包囲された円形状の導電性領域を含み、導電性領域内に電流および光の閉じ込めを行う。導電性領域の中心は、ｐ側電極１１８の出射窓の中心に一致する。ｐ側電極１１８とｎ側電極１０２に順方向駆動電流を注入することで、ポストＰの出射窓から、例えば８５０ｎｍのレーザ光が基板と垂直方向に出射される。出射されたレーザー光は、ガラス平板２０ｂを透過する。

ＩＣチップ１６は、集積回路が形成されたシリコン基板を含み、集積回路は、後述するようにＶＣＳＥＬ１８を駆動する駆動回路や、ＶＣＳＥＬへの駆動電流の切換等を行うスイッチ回路等を含んでいる。さらにシリコン基板には、ＶＣＳＥＬ１８を搭載する領域に隣接して受光素子１６ａが形成されている。受光素子１６ａは、ＶＣＳＥＬ１８が出射するレーザ光の一部、すなわち、ガラス平板２０ｂで反射された反射光を受光し、これを光出力のモニタ用信号として出力する。

ＩＣチップ１６の表面には、ＶＣＳＥＬ１８のｎ側電極１０２を接続するための電極等が形成されている。ｎ側電極１０２は、導電性接着剤、半田等、その他の接続手段により電極に電気的に接続される。なお、本実施例では、ＩＣチップ１６上にＶＣＳＥＬを搭載する例を示すが、これに限らず、サブマウント上にＩＣチップ１６とＶＣＳＥＬチップを並置するようにしてもよい。

サブマウント１４は、好ましくは、熱伝導性が高く放熱性に優れた絶縁性のセラミック基板（例えば窒化アルミニウム）が用いられる。サブマウント１４の表面には、Ti/Pt/Au等の薄膜パターンが形成され、この上にＩＣチップ１６が搭載される。

ステム１２には、複数のリード端子２２を挿入するための貫通孔（図示省略）が形成されている。各貫通孔の内壁はガラスが被膜されており、リード端子は、これによりステム１２と電気的に絶縁されている。リード端子２２の一端は、内部空間へ延在し、そこで、ＩＣチップ１６やＶＣＳＥＬ１８の対応する配線または電極にボンディングワイヤ等の接続手段を用いて電気的に接続されている。

図３は、光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。ＩＣチップ１６は、ＶＣＳＥＬ１８を駆動変調するための変調用電流供給手段４０と、ＶＣＳＥＬをバーンインテストするときにバーンイン用の駆動電流をＶＣＳＥＬ１８に供給するバーンイン用電流供給手段４２と、スイッチ手段４４と、故障判定手段４６とを含んでいる。

光伝送モジュール１０のリード端子２２ａ、２２ｂには、それぞれ駆動信号Ｄ、制御信号Ｃが印加され、リード端子２２ｃからは、故障判定手段４６によって判定された故障判定信号Ｈが出力される。制御信号Ｃは、後述するように、変調用駆動電流供給手段４０、バーンイン用電流供給手段４２、スイッチ手段４４および故障判定手段４６の動作を制御する。リード端子２２ａ、２２ｂおよび２２ｃは、それぞれＩＣチップの対応する電極に電気的に接続されている。

変調用駆動電流供給手段４０は、制御信号Ｃに応答してアクティブ状態になり、リード端子２２ａから入力された駆動信号Ｄに対応した変調用駆動電流をスイッチ手段４４の入力４４ａに出力する。バーンイン用電流供給手段４２は、制御信号Ｃに応答してアクティブ状態になり、バーンイン用駆動信号をスイッチ手段４４の入力４４ｂに出力する。故障判定手段４６は、制御信号Ｃに応答してアクティブ状態になり、故障判定のための測定用信号をスイッチ手段４４の入力４４ｃに出力する。故障判定手段４６はさらに、測定用信号を解析することでＶＣＳＥＬが故障しているか否かを判定し、その判定結果である故障判定信号Ｈをリード端子２２ｃに出力する。

スイッチ手段４４は、例えば制御信号Ｃの電圧レベルに応じて入力４４ａ、４４ｂ、４４ｃのいずれかを選択し、選択した入力を出力４４ｄに接続する。出力４４ｄは、ＶＣＳＥＬ１８のアノード側のｐ側電極１１８に接続される。

スイッチ手段４４は、制御信号Ｃが０Ｖのとき、入力４４ａを選択する。これにより、変調用電流供給手段４０から出力された駆動電流がＶＣＳＥＬ１８に供給され、ＶＣＳＥＬ１８が通常の動作モードで発光される。

制御信号Ｃが１．２Ｖのとき、スイッチ手段４４は、入力４４ｂを選択する。これにより、バーンイン用電流供給手段４２から出力されたバーンイン用駆動電流がＶＣＳＥＬ１８が供給され、ＶＣＳＥＬ１８がバーンイン試験される。バーンイン試験では、図１に示すように光伝送モジュール１０がＩＣチップ１６およびＶＣＳＥＬ１８を実装した段階で、光伝送モジュール１０が約１２０度の高温のオーブン内に保持される。ＶＣＳＥＬ１８は、通常の動作モードの駆動電流よりも約４倍のバーイン試験用の駆動電流で一定時間駆動される。バーンイン試験を行うとき、変調用電流供給手段４４はスイッチ手段４４によって電気的に切り離されているため、バーイン用駆動電流が変調用電流供給手段４４にリークすることが防止され、ＶＣＳＥＬを正確な試験条件で試験することができる。また、変調用電流供給手段４０がバーンイン用駆動電流から保護される。

制御信号Ｃが３．３Ｖのとき、スイッチ手段４４は、入力４４ｃを選択する。これにより、故障判定手段４６の測定用信号がＶＣＳＥＬ１８に供給される。測定用信号は、順方向電流、順方向電圧、または逆方向電流のいずれかを含み、初期状態にあるＶＣＳＥＬの動作条件とバーイン試験後のＶＣＳＥＬの動作条件を比較し、予め定められた故障判定条件に従いＶＣＳＥＬが故障しているか否かを判定する。例えば、順方向電圧を微小に印加したときの電流値、あるいは逆方向電圧を印加したときの電流値などを測定する。この電流値は、μＡ以下の微小な電流であるが、スイッチ手段４４は、故障判定を行うとき、変調用電流供給手段４０およびバーンイン用電流供給手段４２を電気的に切り離しているため、測定用信号のリークが防止され、測定用信号のＳ／Ｎ比の劣化が防止され、ＶＣＳＥＬの故障を正確に判定することができる。また、ＩＣチップに形成された受光素子１６ａの出力信号と組み合わせて、発振しきい値電流値、一定電流値での光出力などを測定し、故障の判定に用いることもできる。

このように、光伝送モジュール外から制御信号Ｃをリード端子２２ｂに入力することで、光伝送モジュールを複数の動作モードから所望の動作モードを選択することができる。すなわち、ＶＣＳＥＬ１８を変調用駆動電流供給手段４０からの駆動電流で駆動させる通常モード、ＶＣＳＥＬ１８をバーイン用駆動電流供給手段４２からのバーンイン用駆動電流で駆動させる試験モード、ＶＣＳＥＬ１８を故障判定手段４６からの測定用信号によって駆動させＶＣＳＥＬの故障を判定する故障判定モードからいずれかのモードを選択することができる。

なお、故障判定モードは、試験モードの後に行われることが望ましいが、これに限らない。例えば、通常モードで使用しているときに、間欠的に故障判定モードに切り替え、故障判定を実施することで、ＶＣＳＥＬの劣化状態ならびに故障の予告を行うことが可能となる。

図４は、図３に示すＩＣチップの詳細な回路構成例を示す図である。ＩＣチップ１６には、駆動信号である差動入力信号を入力する入力端子５０ａ、５０ｂと、制御信号Ｃを入力する入力端子５２と、故障判定信号Ｈを出力する出力端子５４と、ＶＣＳＥＬのｐ側電極に接続されるアノード出力端子５６と、ｎ側電極に接続されるカソード出力端子５８と、電源を供給するＶｄｄ端子、接地用のＧＮＤ端子が形成されている。これらの入出力端子は、対応するリード端子２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）に電気的に接続される。

変調用電流供給回路４０Ａは、入力端子５０ａ、５０ｂから入力された差動入力信号を増幅するアンプ６０と、ＶＣＳＥＬの温度補償を行うための温度補正データを記憶した温度補正テーブル６２と、温度補正テーブル６２の温度補正データに基づきアンプ６０を制御する温度補償回路６４と、受光素子１６ａによって受光された光出力に基づき光量を補正する光量補正回路６６とを有している。アンプ６０は、差動入力信号を増幅する入力アンプ６０ａ、プリアンプ６０ｂ、および出力アンプ６０ｃの多段アンプを有する。

ＶＣＳＥＬは、動作温度が高くなると光出力が低下し、動作温度が低くなると光出力が高くなる特性を有する。このため、温度補正回路６４は、温度補正テーブル６２から動作温度に対応する温度補正データを読出し、温度補正データに応じて出力アンプ６０ｃのゲインを調整する。光量補正回路６６は、ＶＣＳＥＬの光出力が一定となるように受光素子１６ａで監視された光出力に出力アンプ６０ｃをフィードバック制御する。

制御回路７０は、入力端子５２から入力された制御信号Ｃに応答して内部制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を生成する。内部制御信号Ｃ１は、アンプ６０に供給され、内部制御信号Ｃ１がＨレベルのとき、アンプ６０はアクティブとなり、差動入力信号に応答した駆動電流を出力する。内部制御信号Ｃ１がＬレベルのとき、アンプ６０は非アクティブとなり、駆動電流の供給を停止する。

内部制御信号Ｃ２は、バーンイン駆動回路４２Ａに供給される。内部制御信号Ｃ２がＨレベルのとき、バーイン駆動回路４２Ａはアクティブととなり、バーンイン用の駆動電流を出力する。内部制御信号Ｃ２がＬレベルのとき、バーンイン駆動回路４２Ａは非アクティブとなり、バーンイン用駆動電流の供給を停止する。

内部制御信号Ｃ３は、故障判定回路４６Ａに供給される。内部制御信号Ｃ３がＨレベルのとき、故障判定回路４６Ａはアクティブとなり、測定用信号を出力する。そして、測定用信号の電流値等を解析し、ＶＣＳＥＬの故障の有無を判定し、その判定結果である故障判定信号Ｈを出力端子５４に供給する。内部制御信号Ｃ３がＬレベルのとき、故障判定回路４６Ａは非アクティブとなり、測定用信号の供給を停止する。なお、図５に、内部制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と動作モードの関係を示す。

さらに内部制御信号Ｃ４は、スイッチ回路４４Ａに供給される。内部制御信号Ｃ４は、上記した制御信号Ｃの電圧レベルに応じて動作モードに対応するようにスイッチ回路４４Ａの切換を制御する。通常モードのとき、アンプ６０から出力された駆動電流を受け取る入力が出力４４ｄ−１、４４ｄ−２に接続される。試験モードのとき、バーンイン駆動回路４２Ａから出力された駆動電流を受け取る入力が出力４４ｄ−１、４４ｄ−２に接続される。そして、故障判定モードのとき、故障判定回路４６Ａから出力された測定用信号を受け取る入力が出力４４ｄ−１に接続される。スイッチ回路４４Ａの出力４４ｄ−１は、アノード出力端子５６に接続され、出力４４ｄ−２は、カソード出力端子５８に接続される。ＶＣＳＥＬ１８は、アノード出力端子５６およびカソード出力端子５８から供給される電圧、電流によって駆動される。

このように構成された光伝送モジュールを上記したバーンイン試験および故障判定により出荷前にスクリーンニングすることで、ＶＣＳＥＬに関する初期故障の発生を低減することができる。

初期故障検査の工程は、極力最終形態で行うことが望ましい。仮に、最終形態前にバーンインテストを行った場合には、その後の工程、特に、半導体基板から切り出されたＶＣＳＥＬチップをハンドリングする際にダメージを与える可能性があり、それに起因する初期不良を除くことができないためである。

駆動回路とＶＣＳＥＬを１つのパッケージに実装する際に、駆動回路とＶＣＳＥＬとが電気的に接続された状態を維持していると、最終形態での検査を正確に行うことができないため、最終形態へパッケージする前にＶＣＳＥＬを検査する必要がある。これは、上記の要因による初期不良を取り除くことができず、結果として出荷後に発生する初期故障を低減することが難しい。

本実施例では、スイッチ手段により駆動回路とＶＣＳＥＬとを切り離すことができるため、ＶＣＳＥＬの微弱なリーク電流などを測定することができ、パッケージした後に故障判定、あるいはバーンイン試験を行った後の故障判定の実施が可能となる。

さらに本実施例では、ノイズ源となる集積回路内部での信号伝送を、故障検査時には不要な回路で停止させるため、良好なＳ／Ｎ比で測定信号の解析が可能となり、より正確な故障の判定を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図６は、第２の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。なお、第１の実施例と同一構成については同一参照番号を付し、その説明を省略する。第２の実施例では、ＩＣチップ１６Ａが故障判定手段を含んでいない点が第１の実施例と大きく異なる。光伝送モジュール１０Ａには、外部の故障判定手段４６から供給される測定用信号を入力するためのリード端子２２ｃが設けられる。ＶＣＳＥＬの故障判定を行うとき、スイッチ手段４４は、制御信号Ｃに応答して入力４４ｃを出力４４ｄに接続する。これにより、リード端子２２ｃから入力された測定用信号がＶＣＳＥＬ１８に供給される。故障判定手段４６は、リード端子２２ｃを流れる測定用信号の電流値等を解析し、ＶＣＳＥＬに故障があるか否かを判定する。

図７は、図６に示すＩＣチップの詳細な回路構成例を示すブロック図である。同図に示すように、ＩＣチップ１６Ａには、故障判定回路４６Ａに接続された接続端子５４ａ、５４ｂが設けられる。故障判定モードが実施されるとき、測定用信号が、接続端子５４ａ、５４ｂ、スイッチ回路４４Ａを介してＶＣＳＥＬ１８に与えられる。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図８は、第３の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。第３の実施例に係る光伝送モジュール１０Ｂは、ＩＣチップ１６Ｂが変調用電流供給手段４０とスイッチ手段４４とを含み、バーンイン用電流供給手段４２と故障判定手段４６が光伝送モジュールのリード端子２２ｃに接続される。

制御信号Ｃによって通常モードが選択されたとき、変調用電流供給手段４０から出力された駆動電流がスイッチ手段４４を介してＶＣＳＥＬに供給される。通常モード以外のとき、スイッチ手段４４は、入力４４ａを出力４４ｄから切り離し、入力４４ｂを出力４４ｄに接続する。バーンイン試験を行うとき、外部のバーンイン用電流供給手段４２から出力されたバーンイン用駆動電流がリード端子２２ｃ、スイッチ手段４４を介してＶＣＳＥＬ１８に供給される。また、故障判定を行うとき、外部の故障判定手段４６から出力された測定用信号がリード端子２２ｃ、スイッチ手段４４を介してＶＣＳＥＬ１８に供給される。これにより、バーンイン試験や故障判定の際に、変調用電流供給手段４０にバーンイン駆動電流や測定用信号がリークすることが防止される。図９は、図８に示すＩＣチップの詳細な回路構成例を示す図である。なお、バーンイン駆動回路４２Ａおよび故障判定回路４６Ａは図示しないが、これらの回路からの出力は、ＩＣチップ１６Ｂの接続端子５４に接続される。

図１０は、本発明の第４の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。第４の実施例に係る光伝送モジュール１０Ｃは、スイッチ手段４４がＩＣチップ１６Ｃに形成されず、ＩＣチップ１６Ｃと別個に形成される。スイッチ手段４４は、図１に示すサブマウント上にＩＣチップ１６と離間して配置され、例えば、制御信号Ｃに応答して切換動作する電磁リレーを用いることができる。それ以外の構成は、第３の実施例と同様である。

図１１は、本発明の第５の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。第５の実施例に係る光伝送モジュール１０Ｄは、リード端子２２ｃから供給されるバーンイン用駆動電流や測定用信号がスイッチ手段４４に入力されずに、直接にＶＣＳＥＬ１８のアノード電極（ｐ側電極）に接続されている。光伝送モジュール１０Ｄにおいて、通常モードが実施されるとき、駆動信号Ｄがリード端子２２ａを介して変調用電流供給手段４０に入力され、変調用電流供給手段４０は、駆動電流を出力する。スイッチ手段４４は、リード端子２２ｃから入力された制御信号Ｃに応答し、変調用電流供給手段４０から出力された駆動電流を受け取る入力４４ａを出力４４ｄに接続し、ＶＣＳＥＬ１８を駆動させる。スイッチ手段４４は、通常モード以外のとき、変調用電流供給手段４０の出力に接続された入力４４ａを出力４４ｄから切り離す。これにより、バーンイン試験および故障判定の際に、バーイン用駆動電流や測定用信号が変調用電流供給手段４０と電気的に干渉するのを防止する。

図１２は、本発明の第６の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。第６の実施例に係る光伝送モジュール１０Ｅは、第４の実施例と同様にＩＣチップ１６Ｃがスイッチ手段を含んでいない。さらに光伝送モジュール１０Ｅは、制御信号Ｃを入力するリード端子２２ｂを備えていない。スイッチ手段４４は、例えばジャンパースイッチ、ディップスイッチなどから構成され、光伝送モジュール１０Ｅ内に実装される。バーンイン試験または故障判定を行うとき、光伝送モジュール１０Ｅの外部からスイッチ手段４４の切換を行い、リード端子２２ｃに接続された入力４４ｂと出力４４ｄとを接続させる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施例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発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係る光伝送モジュールは、光通信等の各分野で使用される通信用モジュールとして利用することができる。

本発明の実施例に係る光伝送モジュールの概略断面図である。 図１に示すＶＣＳＥＬの構成を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。 図３に示す光伝送モジュールの詳細な回路構成を示す図である。 内部制御信号と動作モードの関係を示すテーブルである。 本発明の第２の実施例に係る光モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。 図６に示す光伝送モジュールの詳細な回路構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。 図８に示す光伝送モジュールの詳細な回路構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施例に係る光伝送モジュールの機能的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０：光伝送モジュール １２：ステム
１４：サブマウント １６：ＩＣチップ
１６ａ：受光素子 １８：ＶＣＳＥＬ
２０：キャップ ２０ａ：開口
２０ｂ：ガラス平板 ２２：リード端子
４０：変調用電流供給手段 ４２：バーンイン用電流供給回路手段
４４：スイッチ手段 ４６：故障判定手段
６０：アンプ ６２：温度補正テーブル
６４：温度補正回路 ６６：光量補正回路
７０：スイッチ制御回路 ７２：スイッチ
８０：バーンイン駆動回路 ９０：故障判定回路

Claims (20)

1. レーザ光を出射する半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子に第１の駆動電流を供給するための第１の駆動手段と、
   前記第１の駆動手段と前記半導体発光素子との間に接続されたスイッチ手段と、
   前記半導体発光素子、前記第１の駆動手段および前記スイッチ手段を収容するパッケージとを有し、
   前記スイッチ手段は、少なくとも前記第１の駆動手段から出力された第１の駆動電流を受け取る第１の入力と、前記半導体発光素子を試験するための第２の駆動電流を受け取る第２の入力と、前記半導体発光素子に接続された出力とを含み、
   前記スイッチ手段は、第１の入力または第２の入力を前記出力に接続する、
   光伝送モジュール。
2. 光伝送モジュールはさらに、前記第２の駆動電流を受け取る第１の外部端子を含み、前記第２の入力は、前記第１の外部端子を介して前記第２の駆動電流を受け取る、請求項１に記載の光伝送モジュール。
3. 光伝送モジュールはさらに、前記半導体発光素子に前記第２の駆動電流を供給するための第２の駆動手段を含み、前記第２の入力は、前記第２の駆動手段から出力された第２の駆動電流を受け取る、請求項１に記載の光伝送モジュール。
4. 前記スイッチ手段はさらに、前記半導体発光素子の故障を判定するための測定用信号を受け取る第３の入力を含み、前記半導体発光素子の故障を判定するとき、前記スイッチ手段は、第３の入力を前記出力に接続する、請求項１に記載の光伝送モジュール。
5. 光伝送モジュールはさらに、前記測定用信号を受け取る第２の外部端子を含み、前記第３の入力は、前記第２の外部端子を介して前記測定用信号を受け取る、請求項５に記載の光伝送モジュール。
6. 光伝送モジュールはさらに、前記半導体発光素子に前記測定用信号を供給するための故障判定手段を含み、前記第３の入力は、前記故障判定手段から出力された前記測定用信号を受け取る、請求項１に記載の光伝送モジュール。
7. 光伝送モジュールはさらに、前記故障判定手段により故障判定された故障判定信号を出力する第３の外部端子を含む、請求項６に記載の光伝送モジュール。
8. 光伝送モジュールはさらに、前記スイッチ手段の切替を制御する制御信号を受け取る第４の外部端子を含む、請求項１ないし９いずれか１つに記載の光伝送モジュール。
9. 前記第１の駆動手段、前記第２の駆動手段および前記故障判定手段は、前記制御信号に応答して動作する、請求項１、３、または６に記載の光伝送モジュール。
10. 前記第１の駆動手段、前記第２の駆動手段、前記故障判定手段および前記スイッチ手段は、同一の半導体集積回路に形成されている、請求項１、３、または６に記載の光伝送モジュール。
11. レーザ光を出射する半導体レーザ素子が形成された第１の基板と、
    前記半導体レーザ素子に第１の駆動電流を供給するための第１の駆動回路、前記第１の駆動回路と前記半導体レーザ素子との間に電気的に接続された切替回路が形成された第２の基板と、
    制御信号を入力する第１の外部端子とを有し、
    前記切替回路は、少なくとも前記第１の駆動回路からの第１の駆動電流を受け取る第１の入力と、半導体レーザ素子を試験するための第２の駆動電流を受け取る第２の入力と、前記半導体レーザ素子に電気的に接続された出力とを含み、
    前記切替回路は、前記第１の外部端子から入力された制御信号に応じて第１の入力または第２の入力を前記出力に接続する、
    光伝送モジュール。
12. 前記第２の基板はさらに、半導体レーザ素子に前記第２の駆動電流を供給するための第２の駆動回路を含み、当該第２の駆動回路は、前記制御信号に応じて第２の駆動電流を前記切替回路の第２の入力に出力する、請求項１１に記載の光伝送モジュール。
13. 前記第２の基板はさらに、半導体レーザ素子の故障を判定するための故障判定回路を含み、前記故障判定回路は、前記制御信号に応じて測定用信号を出力し、前記切替回路は、前記故障判定回路からの前記測定用信号を受け取る第３の入力を含み、前記切替回路は、前記制御信号に基づき第３の入力を前記出力に接続する、請求項１１または１２に記載の光伝送モジュール。
14. 光伝送モジュールは、前記故障判定回路による故障判定結果を示す故障判定信号を出力する第２の外部端子を含む、請求項１３に記載の光伝送モジュール。
15. 前記第２の駆動手段から第２の駆動電流が出力されるとき、前記第１の駆動手段は、前記制御信号に応答して前記第１の駆動電流の供給を停止する、請求項１２に記載の光伝送モジュール。
16. 前記故障判定手段から前記測定用信号が出力されるとき、前記第１の駆動手段および第２の駆動手段は、前記制御信号に応答して前記第１の駆動電流および第２の駆動電流の供給を停止する、請求項１３に記載の光伝送モジュール。
17. 前記光伝送モジュールはさらに、ステムと、ステム上に内部空間を形成するキャップとを含み、前記内部空間内に第１の基板および第２の基板が実装され、前記ステムに少なくとも前記第１の外部端子が取り付けられ、前記キャップの表面には前記半導体レーザ素子のレーザ光を出射する窓が形成される、請求項１１に記載の光伝送モジュール。
18. 前記試験は、バーンイン試験である、請求項１または１１に記載の光伝送モジュール。
19. 前記第２の駆動電流は、前記第１の駆動電流よりも大きい、請求項１８に記載の光伝送モジュール。
20. 前記測定用信号は、順方向電流、順バイアス電圧、逆方向電流、逆バイアス電圧のいずれかを含む、請求項４または１３に記載の光伝送モジュール。

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