JP5040563B2 - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、分布帰還型の半導体光デバイスを実装してなるアナログ伝送用の光モジュールの製造方法に関する。

従来の光モジュールの製造方法としては、例えば特許文献１記載のものが知られている。この光モジュールの製造方法では、半導体レーザ（半導体光デバイス）が実装された後に、ＣＳＯ（複合２次歪み）が検査される。
特開平８−２６４８９７号公報

ところで、例えばＣＡＴＶ等の用途を持つアナログ伝送用の分布帰還型半導体光デバイスにおいては、その構造に起因する複数の半導体光デバイスの間での複合２次歪みのばらつきが問題となる。そのため、上記の光モジュールの製造方法のように、実装後にＣＳＯを検査する場合、実装された光モジュールが必ずしもアナログ伝送用の仕様を満たすとは限らず、歩留まりの確保が困難である。

そこで、本発明は、歩留まりを向上させることができる光モジュールの製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、半導体光デバイスにおける複合２次歪みと電流対光出力特性との間に一定の相関関係があることを見出した。そこで、この相関関係を半導体光デバイスの実装前に予め把握することができれば、半導体光デバイスが実装された光モジュールの歩留まりを向上させることができるという知見を得て、本発明を想到するに至った。

本発明に係る光モジュールの製造方法は、分布帰還型の半導体光デバイスを実装してなるアナログ伝送用の光モジュールの製造方法であって、半導体光デバイスの複合２次歪みに関する相関関係を予め導出する導出工程と、導出工程にて導出された相関関係に基づいて、実装用の半導体光デバイスの複合２次歪みが最小となる駆動電流値を判別する判別工程と、判別工程にて判別された駆動電流値で駆動するように、実装用の半導体光デバイスを実装する実装工程と、を備え、導出工程は、一の半導体光デバイスの電流対光出力特性の微分効率曲線を一定温度下で取得し、この微分効率曲線における所定の電流値以上での近似直線の傾きを算出する第１工程と、一の半導体発光デバイスの電流値に対する複合２次歪み曲線を一定温度下で取得する第２工程と、複数の半導体光デバイスにおいて第１及び第２工程を実施し、近似直線の傾きと、複合２次歪みが最小となる駆動電流値との相関関係を導出する第３工程と、を含み、判別工程は、実装用の半導体光デバイスの電流対光出力特性の微分効率曲線を一定温度下で取得し、この微分効率曲線における所定の電流値以上での近似直線の傾きを算出する第４工程と、導出工程にて導出された相関関係を参照することにより、実装用の半導体光デバイスにおける近似直線の傾きから、実装用の半導体光デバイスの複合２次歪みが最小となる駆動電流値を判別する第５工程と、を含むこと特徴とする。

この光モジュールの製造方法によれば、半導体光デバイスにおける微分効率曲線の所定の電流値以上での近似直線の傾きと、複合２次歪みが最小となる駆動電流値（以下、「最適駆動電流値」という）との相関関係が予め導出される。そして、実装用の半導体光デバイスが光モジュールに実装される前に、実装用の半導体光デバイスの微分効率特性が取得され、導出工程にて導出された相関関係を参照することにより、微分効率特性における所定の電流値以上での近似直線の傾きから実装用の半導体光デバイスの最適駆動電流値が判別される。従って、低出力が要求される光モジュールには最適駆動電流値が小さい半導体光デバイスを実装したものを採用したり、高出力が要求される光モジュールには最適駆動電流値が大きい半導体光デバイスを実装したものを採用したりすることが可能となる。つまり、所望の光出力に最適（複合２次歪みが最小）となる半導体光デバイスが選別されて光モジュールに実装されることになり、光モジュールの歩留まりを向上させることが可能となる。

本発明によれば、光モジュールの歩留まりを向上させることが可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明の一実施形態に係る光モジュール製造方法により製造された光モジュールを示す斜視図である。この光モジュールは、例えばＣＡＴＶの伝送システムに用いられるアナログ伝送用のものであり、特に、局から利用者宅へ向かう伝送路（下り伝送路）に用いられる。図１に示すように、光モジュール１は、バタフライ型のハウジング２の内部に、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザであるＬＤチップ（半導体光デバイス：ＤＦＢ）３が実装されて構成され、光ファイバ４が接続されている。また、この光モジュール１には、図示しないアイソレータ及びレンズ部品が組み込まれている。

このように構成された光モジュール１を製造する場合、図２に示すように、まず、ＬＤチップのＣＳＯ（Composite Second Order beat：複合２次歪み）に関する相関関係を予め導出する（導出工程：Ｓ１０）。続いて、導出された相関関係に基づいて、実装用ＬＤチップ３のＣＳＯが最小となる駆動電流値（以下、「最適駆動電流値」という）を判別する（判別工程：Ｓ２０）。そして、判別された最適駆動電流値で駆動されるように、実装用ＬＤチップ３をハウジング２に実装し（実装工程：Ｓ３０）、これにより光モジュール１が組み立てられることになる。

ここで、上述した導出工程について、図３に基づいて詳細に説明する。

導出工程においては、まず、ＬＤチップの母集団から任意に選択したＬＤチップに対してＩ／Ｌ曲線を一定温度下で取得し（Ｓ１）、このＩ／Ｌ曲線から微分効率曲線を取得する（Ｓ２）。そして、微分効率曲線の所定の駆動電流値以上での近似直線（以下、単に「近似直線」という）の傾きを算出する（Ｓ３）。

図４は、ＬＤチップのＩ／Ｌ曲線（電流対光出力特性）を測定するために用いたＩ／Ｌ曲線測定システムを示すブロック図である。図４に示すように、Ｉ／Ｌ曲線測定システム１０は、温度制御クーラ１２、コントローラ１１、制御装置１４、ミラー１５、光スペクトルアナライザ１７及び受光パワーモニタ１６を含んで構成されている。

温度制御クーラ１２は、その内部に例えばペルチェ素子が設けられ、載置されるＬＤチップ１３の温度を制御する。コントローラ１１は、ＬＤチップ１３の駆動を制御する。光スペクトルアナライザ１７は、受光されたレーザ光の発光スペクトル特性を取得する。制御装置１４には、例えばＰＣが用いられ、温度制御クーラ１２を制御すると共に、ＬＤチップ１３の駆動電流を制御するためのコントローラ１１を制御する。受光パワーモニタ１６は、例えばフォトダイオードが用いられ、受光したレーザ光の光出力を取得する。ミラー１５は、矢印Ａ方向に移動可能に構成されている。このミラー１５は、レーザ光Ｌの光路上に移動することで、レーザ光Ｌの光路を、受光パワーモニタ１６に向かう光路と光スペクトルアナライザ１７に向かう光路との間で切り替える。

このＩ／Ｌ曲線測定システム１０によれば、ＬＤチップの母集団から任意に選択された一のＬＤチップ１３を温度制御クーラ１２に載置し、制御装置１４により温度制御クーラ１２を制御し、ＬＤチップ１３の温度を一定温度（ここでは２５℃）に制御する。これと共に、ＬＤチップ１３に供給される駆動電流をコントローラ１１により制御し、ＬＤチップ１３からレーザ光を出射し、出射したレーザ光Ｌを受光パワーモニタ１６で受光する。そして、駆動電流を変化させながら、レーザ光Ｌを受光パワーモニタ１６で受光することで、ＬＤチップ１３のＩ／Ｌ曲線を取得する。

図５は、図４のＩ／Ｌ曲線測定システムにより取得されたＬＤチップの微分効率曲線及び近似直線の一例を示す線図である。図中において、実線Ｂは微分効率曲線を表し、破線Ｃは算出された近似直線を表す。図４に示すように、所定の駆動電流値Ｄ以上において微分効率曲線Ｂが１次直線近似され、近似直線Ｃが求めらる。これにより、近似直線Ｃの傾きａが算出される。なお、ここでは、所定の駆動電流値Ｄとして、ＬＤチップ１３の発光時（微分効率の立ち上がり時）の駆動電流よりも２０ｍＡ大きい駆動電流値が設定されている。

次に、ＬＤチップ１３の駆動電流値に対するＣＳＯ曲線を一定温度下で取得する（Ｓ４）。

図６は、ＬＤチップのＣＳＯ曲線を測定するために用いたＣＳＯ曲線測定システムを示すブロック図である。ＣＳＯ曲線測定システム２０は、ＬＤチップ１３をモジュール化してなる光モジュール２３を用いてＣＳＯ曲線を測定するものであり、図６に示すように、コントローラ２１と、多チャンネル信号発生器（Multi Signal Generator）２４と、を含んで構成されている。コントローラ２１は、光モジュール２３の温度及び駆動電流を制御する。多チャンネル信号発生器２４は、変調信号を多チャンネルで発生するものであり、ここでは高周波（例えば５０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚ）の信号を発生する。

このＣＳＯ曲線測定システム２０よれば、多チャンネル信号発生器２４により高周波信号を光モジュール２３に入力する。これに併せて、コントローラ２１により光モジュール２３の温度を一定温度（ここでは２５℃）に制御すると共に駆動電流を制御し、光モジュール２３から光信号を送信する。光モジュール２３からの光信号は、ＳＭファイバ２５を介して光減衰器２６に伝送され、光受信器２７にて受信され、バンドパスフィルタ２８を介してスペクトルアナライザ２９に入力され、これにより、ＣＳＯが取得されることとなる。そして、駆動電流を変化させながらＣＳＯを取得することにより、光モジュール２３のＬＤチップ１３におけるＣＳＯ曲線を取得する。

図７は、図６のＣＳＯ曲線測定システムにより取得されたＬＤチップのＣＳＯ曲線の一例を示す線図である。図中の各点は実測された駆動電流値に対するＣＳＯ値を表し、一点鎖線ＥはＣＳＯ曲線を表す。また、図中の縦軸のＣＳＯは、基本波に対するＣＳＯの比（ｄＢｃ）を示す。図７に示すように、ＣＳＯ曲線Ｅは、２次曲線となっており、その値が極小（最良）になる駆動電流の領域が存在している。よって、このＣＳＯ曲線Ｅを取得することにより、光モジュール２３においてＣＳＯが最小となる駆動電流値Ｇ（つまり、最適駆動電流値Ｇ）を把握することができる。

次に、ＬＤチップの母集団から無作為に選出した複数のＬＤチップにおいて上記のＳ１〜Ｓ４を繰り返し実施する。そして、複数のＬＤチップにおいて取得した近似直線の傾きと最適駆動電流値とを関連付けてプロットすることにより、近似直線の傾きと最適駆動電流値との相関関係が導出されることになる（Ｓ５）。

図８は、近似直線の傾きと最適駆動電流値との相関関係の一例を示す図表である。図中の各点は、実測された複数のＬＤチップにおける近似直線の傾きと最適駆動電流値を表す。また、図中の一点鎖線Ｆは、導出された相関関係を表す。図８に示すように、複数のＬＤチップにおける近似直線の傾きと最適駆動電流値との間には、線形の相関関係Ｆが見出される。

次に、上述した判別工程について、図９に基づいて詳細に説明する。

判別工程においては、まず、上記のＩ／Ｌ曲線測定システム１０と同様なシステムにより、実装用ＬＤチップ３に対してＩ／Ｌ特性を一定温度（例えば２５℃）下で取得する（Ｓ６）。続いて、上記の導出工程のＳ２及びＳ３と同様に、取得された実装用ＬＤチップ３のＩ／Ｌ曲線から微分効率曲線を取得し（Ｓ７）、この微分効率曲線の所定の駆動電流値以上での近似直線の傾きを算出する（Ｓ８）。

上記の導出工程（Ｓ１０）にて導出された相関関係Ｆを参照することにより、実装用ＬＤチップ３における前記近似直線の傾きから、実装用ＬＤチップ３の最適駆動電流値が判別される（Ｓ９）。つまり、ＬＤチップ３の近似直線の傾きが算出されることで、予め導出された相関関係Ｆが利用されて、ＬＤチップ３の最適駆動電流値が特定されることとなる。

以上、本実施形態によれば、上述したように、ＬＤチップ１３における微分効率曲線の近似直線の傾きと、最適駆動電流値との相関関係Ｆが予め導出される。そして、実装用ＬＤチップ３が光モジュール１に実装される前に、実装用ＬＤチップ３の微分効率特性が取得され、この微分効率特性における近似直線の傾きと相関関係Ｆとから、実装用ＬＤチップ３の最適駆動電流値が判別される。

よって、低出力が要求される光モジュール１には最適駆動電流値が小さいＬＤチップ３を実装したものを採用したり、高出力が要求される光モジュール１には最適駆動電流値が大きいＬＤチップ３を実装したものを採用したりすることが可能となる。つまり、所望の光出力に最適（ＣＳＯが最小）となるＬＤチップが選別されて光モジュール１に実装されることになる。換言すると、様々な光出力タイプの光モジュールに対し、最適なＬＤチップを実装した組み立てが可能となる。

従って、本実施形態では、実装用ＬＤチップ３のモジュール組み立て前に最適駆動電流を判別することができることから、最適駆動電流値の大小に応じて、ＣＳＯが良好な光出力の光モジュールを高歩留まりで組み立てることが可能となり、その結果、光モジュール１の歩留まりを向上させることができる。

さらに、光モジュール１の駆動電流が仕様として設定されている場合には、この設定された駆動電流にて最適となるＬＤチップを選定して実装することができる。この点からも、光モジュール１の歩留まりを向上させることが可能となる。

さらに、一般的な光モジュール製造方法でのＬＤチップ３単体でのＣＳＯ特性検査には、膨大な設備投資が必要になり、且つ光ファイバの調芯が要されるためにタクトタイムが増加してしまうため、組み立て後にＣＳＯ特性を検査する必要がある。これに対し、本実施形態では、上述したように、実装用ＬＤチップ３のモジュール組み立て前に最適駆動電流を判別することができる。つまり、ＬＤチップ３単体でのＣＳＯ特性検査の必要がない。従って、設備投資を抑制できると共に、タクトタイムを短縮することが可能となる。

なお、本実施形態では、上述したように、実装用ＬＤチップ３のモジュール組み立て前に最適駆動電流を判別することができるため、光モジュールの組み立て後のＣＳＯ特性検査（スクリーニング検査）も不要になる。

ここで、説明した光モジュール製造方法で製造した光モジュール１と、従来の光モジュール製造方法で製造した光モジュールとの歩留まりを比較した。その結果、従来の光モジュール製造方法では、歩留まり６０％であったのに対し、本実施形態の光モジュール製造方法では歩留まり９９％となった。これにより、上記効果、すなわち光モジュール１の歩留まりを向上させることができるという効果を確認することができた。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、判別工程において、近似直線の傾きを算出する工程（Ｓ１〜Ｓ３）の後に、ＣＳＯ曲線を取得する工程（Ｓ４）を実施したが、これらの工程は順不同であり、いずれの工程を先に実施してもよい。

本発明の一実施形態に係る光モジュール製造方法により製造された光モジュールを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光モジュール製造方法を示すフローチャートである。 図２の導出工程を示すフローチャートである。 ＬＤチップのＩ／Ｌ曲線を測定するために用いたＩ／Ｌ曲線測定システムを示すブロック図である 図４のＩ／Ｌ曲線測定システムにより取得されたＬＤチップの微分効率曲線及び近似直線の一例を示す線図である。 ＬＤチップのＣＳＯ曲線を測定するために用いたＣＳＯ曲線測定システムを示すブロック図である。 図６のＣＳＯ曲線測定システムにより取得されたＬＤチップのＣＳＯ曲線の一例を示す線図である。 近似直線の傾きと最適駆動電流値との相関関係の一例を示す図表である。 図２の判別工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１，２３…光モジュール、３…実装用ＬＤチップ、１３…ＬＤチップ（半導体光デバイス）、Ｂ…微分効率曲線、Ｃ…近似直線、Ｅ…ＣＳＯ曲線（複合２次歪み曲線）、Ｆ…相関関係。

Claims (1)

1. 分布帰還型の半導体光デバイスを実装してなるアナログ伝送用の光モジュールの製造方法であって、
   半導体光デバイスの複合２次歪みに関する相関関係を予め導出する導出工程と、
   前記導出工程にて導出された前記相関関係に基づいて、実装用の半導体光デバイスの複合２次歪みが最小となる駆動電流値を判別する判別工程と、
   前記判別工程にて判別された駆動電流値で駆動するように、前記実装用の半導体光デバイスを実装する実装工程と、を備え、
   前記導出工程は、
   一の半導体光デバイスの電流対光出力特性の微分効率曲線を一定温度下で取得し、この微分効率曲線における所定の電流値以上での近似直線の傾きを算出する第１工程と、
   前記一の半導体発光デバイスの電流値に対する複合２次歪み曲線を前記一定温度下で取得する第２工程と、
   複数の半導体光デバイスにおいて前記第１及び第２工程を実施し、前記近似直線の傾きと、複合２次歪みが最小となる駆動電流値との前記相関関係を導出する第３工程と、を含み、
   前記判別工程は、
   前記実装用の半導体光デバイスの電流対光出力特性の微分効率曲線を一定温度下で取得し、この微分効率曲線における所定の電流値以上での近似直線の傾きを算出する第４工程と、
   前記導出工程にて導出された前記相関関係を参照することにより、前記実装用の半導体光デバイスにおける前記近似直線の傾きから、前記実装用の半導体光デバイスの複合２次歪みが最小となる駆動電流値を判別する第５工程と、を含むこと特徴とする光モジュールの製造方法。
   
   
   
   
   

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