KR20090085517A

KR20090085517A - 광 전송 모듈

Info

Publication number: KR20090085517A
Application number: KR1020090003008A
Authority: KR
Inventors: 아키라 사카모토; 가즈히로 사카이; 오사무 우에노
Original assignee: 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2009-08-07
Also published as: CN101504477B; JP2009187995A; US8195045B2; EP2086075A3; US20090196600A1; JP4645655B2; KR101223573B1; CN101504477A; EP2086075A2

Abstract

본 발명은 번인(burn-in) 시험이나 고장 판정을 행할 수 있는 광 전송 모듈을 제공하는 것을 과제로 한다.

광 전송 모듈(10)은, 레이저광을 출사하는 VCSEL(18)과, 변조용 전류 공급 수단(40), 번인용 전류 공급 수단(42), 스위치 수단(44) 및 고장 판정 수단(46)을 포함하는 IC 칩(16)을 구비한다. 스위치 수단(44)은, 리드 단자(22b)로부터의 제어 신호(C)에 응답하여, 통상 모드일 때, 변조용 전류 공급 수단(40)으로부터의 구동 전류를 VCSEL(18)에 공급하고, 시험 모드일 때 번인용 전류 공급 수단(42)으로부터의 번인용 구동 전류를 VCSEL(18)에 공급하고, 고장 판정 모드일 때 고장 판정 수단(46)으로부터의 측정용 신호를 VCSEL(18)에 공급한다.

광 전송 모듈, VCSEL, 리드 단자, 번인용 전류 공급 회로 수단

Description

광 전송 모듈{OPTICAL TRANSMISSION MODULE}

본 발명은, 광 통신 또는 광 정보 처리의 광원으로서 이용되는 광 전송 모듈 에 관한 것으로, 특히 광 전송 모듈에 포함되는 레이저 소자의 시험에 관한 것이다.

광 통신이나 광 기록 등의 기술 분야에서, 면발광형 반도체 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser: 이하 VCSEL이라고 함)의 광원에 대한 관심이 높아지고 있다. VCSEL은, 임계값 전류가 낮아 소비 전력이 작은, 차원 어레이화가 가능한 것과 같은, 단면 발광형 반도체 레이저에는 없는 우수한 특징을 갖는다. 이들의 특징을 살려서, 광 통신이나 광 정보 처리의 분야에서, 광원으로서 광 전송 모듈에의 적응이 기대되고 있다.

종래의 VCSEL을 사용한 광 전송 모듈에서는, TO-CAN 등의 실장 패키지에 VCSEL을 실장하고, 그 단계에서 번인(burn-in) 시험을 행하여 초기 고장을 검사하고, 그 후에 실장 패키지 상태로 광 전송 모듈에 일체로 구성하는 것이 일반적이다. 이것은, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있다.

또한, TO-CAN과 같은 실장 형태를 취할 수 없는, 예를 들면 어레이형의 트랜 스시버(transceiver) 등에서는, VCSEL을 서브마운트에 실장하고, 번인 시험을 행한 후에 광 모듈에 일체로 구성하고 있다. 이러한 광 전송 모듈은, 예를 들면 특허문헌 2에 개시되어 있다.

그 외에도, VCSEL을 사용한 광 전송 모듈에 관한 기술이 몇가지 특허문헌에 의해 개시되어 있다. 특허문헌 3은, 번인 시험을 위해 보호용의 직렬 저항을 단락하는 전환 스위치를 설치하고, 케이스의 외부로부터 전환 스위치를 조작할 수 있는 광 송신 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 4는, 변조시와 비변조시의 각각의 열화를 검출하기 위해서, 비교 판정 회로의 접속을 전환하는 광 디스크 광원에 관한 기술을 개시하고 있다. 특허문헌 5는, 광 출력의 초기 설정을 수신측의 신호를 이용하여 행하고, 그것을 메모리에 기입하여 유지하는 반도체 레이저 다이오드를 개시하고 있다. 이에 따라, 레이저 다이오드의 동작 특성의 변화를 해석하여, 고장 예지 판단을 행하고 있다. 특허문헌 6은, 간단한 구성으로, 양호한 광축 콜리메이트 조정과 파워 조정을 가능하게 하는 레이저 다이오드의 조정용 회로에 관한 기술을 개시하고 있다. 특허문헌 7은, 광 출력의 저하가 반도체 레이저 소자의 열화에 의한 것인지, 프로브의 열화에 의한 것인지를 판정할 수 있는 반도체 레이저 장치를 개시하고 있다.

[특허문헌 1] 미국 특허 6302596호

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2002-280653호

[특허문헌 3] 일본국 특허공개 평2-67832호

[특허문헌 4] 일본국 특허공개 평4-255922호

[특허문헌 5] 일본국 특허공표 평6-504405호

[특허문헌 6] 일본국 특허공개 평7-32648호

[특허문헌 7] 일본국 특허공개 2007-27322호

광 전송 모듈에서, 저비용을 실현하기 위해서, VCSEL과 이것을 구동하는 구동 회로를 동일한 패키지 내에 일체로 구성할 필요가 있다. 이 경우, 구동 회로와 VCSEL은, 전기적으로 접속된 상태로 패키지된다. 이러한 형태로 번인 시험을 행하면, 번인 시험용의 구동 전류의 일부가 구동 회로에 누설되어 버려, 정확한 시험 조건에서 VCSEL을 시험할 수 없는 경우가 있다. 또한, 번인 시험용으로 큰 구동 전류를 VCSEL에 공급하는 경우에는, 번인 시험용 구동 전류로부터 구동 회로를 보호하지 않으면 파손될 우려가 있었다.

또한, VCSEL의 고장 판정을 행하기 위해서는, μA이하의 미소한 전류를 측정 할 필요가 있고, 이 전류의 일부가 구동 회로에 누설되어 버리면, 충분한 S/N비를 얻는 것이 어려워져 버린다. 이 때문에, 본래는 정상인 VCSEL임에도 불구하고, 잘못하여 불량으로 판정해버릴 우려가 있었다.

본 발명은, 종래의 과제를 해결하기 위해서, 번인 시험이나 고장 판정을 행할 수 있는 광 전송 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 광 전송 모듈은, 레이저광을 출사하는 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자에 제 1 구동 전류를 공급하기 위한 제 1 구동 수단과, 상기 제 1 구동 수단과 상기 반도체 발광 소자의 사이에 접속된 스위치 수단과, 상기 반도체 발광 소자, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 스위치 수단을 수용하는 패키지를 가지며, 상기 스위치 수단은, 적어도 상기 제 1 구동 수단으로부터 출력된 제 1 구동 전류를 수취하는 제 1 입력과, 상기 반도체 발광 소자를 시험하기 위한 제 2 구동 전류를 수취하는 제 2 입력과, 상기 반도체 발광 소자에 접속된 출력을 포함하고, 상기 스위치 수단은, 제 1 입력 또는 제 2 입력을 상기 출력에 접속하는 것이다.

광 전송 모듈은 또한, 상기 제 2 구동 전류를 수취하는 제 1 외부 단자를 포함하고, 상기 제 2 입력은, 상기 제 1 외부 단자를 통하여 상기 제 2 구동 전류를 수취할 수 있다. 광 전송 모듈은 또한, 상기 반도체 발광 소자에 상기 제 2 구동 전류를 공급하기 위한 제 2 구동 수단을 포함하고, 상기 제 2 입력은, 상기 제 2 구동 수단으로부터 출력된 제 2 구동 전류를 수취할 수 있다.

상기 스위치 수단은 또한, 상기 반도체 발광 소자의 고장을 판정하기 위한 측정용 신호를 수취하는 제 3 입력을 포함하고, 상기 반도체 발광 소자의 고장을 판정할 때, 상기 스위치 수단은, 제 3 입력을 상기 출력에 접속할 수 있다. 광 전송 모듈은 또한, 상기 측정용 신호를 수취하는 제 2 외부 단자를 포함하고, 상기 제 3 입력은, 상기 제 2 외부 단자를 통하여 상기 측정용 신호를 수취할 수 있다. 광 전송 모듈은 또한, 상기 반도체 발광 소자에 상기 측정용 신호를 공급하기 위한 고장 판정 수단을 포함하고, 상기 제 3 입력은, 상기 고장 판정 수단으로부터 출력된 상기 측정용 신호를 수취할 수 있다. 광 전송 모듈은 또한, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장 판정된 고장 판정 신호를 출력하는 제 3 외부 단자를 포함할 수 있다.

바람직하게는 광 전송 모듈은 또한, 상기 스위치 수단의 전환을 제어하는 제어 신호를 수취하는 제 4 외부 단자를 포함한다. 바람직하게는 상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 고장 판정 수단은, 상기 제어 신호에 응답하여 동작한다. 바람직하게는, 상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단, 상기 고장 판정 수단 및 상기 스위치 수단은, 동일한 반도체 집적 회로에 형성되어 있다.

본 발명에 따른 광 전송 모듈은, 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 소자가 형성된 제 1 기판과, 상기 반도체 레이저 소자에 제 1 구동 전류를 공급하기 위한 제 1 구동 회로, 상기 제 1 구동 회로와 상기 반도체 레이저 소자의 사이에 전기적으로 접속된 전환 회로가 형성된 제 2 기판과, 제어 신호를 입력하는 제 1 외부 단자를 가지며, 상기 전환 회로는, 적어도 상기 제 1 구동 회로로부터의 제 1 구동 전류를 수취하는 제 1 입력과, 반도체 레이저 소자를 시험하기 위한 제 2 구동 전류를 수취하는 제 2 입력과, 상기 반도체 레이저 소자에 전기적으로 접속된 출력을 포함하고, 상기 전환 회로는, 상기 제 1 외부 단자로부터 입력된 제어 신호에 따라 제 1 입력 또는 제 2 입력을 상기 출력에 접속한다.

상기 제 2 기판은 또한, 반도체 레이저 소자에 상기 제 2 구동 전류를 공급하기 위한 제 2 구동 회로를 포함하고, 그 제 2 구동 회로는, 상기 제어 신호에 따라 제 2 구동 전류를 상기 전환 회로의 제 2 입력에 출력할 수 있다.

상기 제 2 기판은 또한, 반도체 레이저 소자의 고장을 판정하기 위한 고장 판정 회로를 포함하고, 상기 고장 판정 회로는, 상기 제어 신호에 따라 측정용 신호를 출력하고, 상기 전환 회로는, 상기 고장 판정 회로로부터의 상기 측정용 신호 를 수취하는 제 3 입력을 포함하고, 상기 전환 회로는, 상기 제어 신호에 의거하여 제 3 입력을 상기 출력에 접속할 수 있다. 광 전송 모듈은, 상기 고장 판정 회로에 의한 고장 판정 결과를 나타내는 고장 판정 신호를 출력하는 제 2 외부 단자를 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 제 2 구동 회로로부터 제 2 구동 전류가 출력될 때, 상기 제 1 구동 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 구동 전류의 공급을 정지한다. 또한, 상기 고장 판정 수단으로부터 상기 측정용 신호가 출력될 때, 상기 제 1 구동 회로 및 제 2 구동 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 구동 전류 및 제 2 구동 전류의 공급을 정지한다.

바람직하게는 상기 광 전송 모듈은 또한, 스템(stem)과, 스템 위에 내부 공간을 형성하는 캡(cap)을 포함하고, 상기 내부 공간 내에 제 1 기판 및 제 2 기판이 실장되고, 상기 스템에 적어도 상기 제 1 외부 단자가 장착되고, 상기 캡의 표면에는 상기 반도체 레이저 소자의 레이저광을 출사하는 창이 형성된다.

시험은, 번인(burn-in) 시험이고, 이 경우, 제 2 구동 전류는, 제 1 구동 전류보다도 크다. 측정용 신호는, 순방향 전류, 순바이어스 전압, 역방향 전류, 역바이어스 전압 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 반도체 발광 소자를 시험할 때, 스위치 수단에 의해 반도체 발광 소자는 제 1 구동 수단으로부터 전기적으로 분리되기 때문에, 반도체 발광 소자를 정확한 시험 조건에서 시험할 수 있고, 한편, 제 1 구동 수단을 시험용의 제 2 구동 전류로부터 보호할 수 있다. 또한, 반도체 발광 소자의 고장 판정을 행할 때, 스위치 수단에 의해 반도체 발광 소자는 제 1 구동 수단으로부터 전기적으로 분리되기 때문에, 반도체 발광 소자의 고장의 유무를 정확하게 판정할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 여기서의 광 전송 모듈은, 캔 패키지에 의해 VCSEL을 포함하는 전자 장치를 실장하는 예를 나타내지만, 이것은 일례이며, 광 전송 모듈은, 세라믹 패키지나 수지 패키지를 사용할 수 있고, 또한 VCSEL을 포함하는 전자 장치의 실장 형태의 변경도 가능하다.

[실시예]

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 광 전송 모듈의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 광 전송 모듈(10)은, 금속제의 원반 형상의 스템(12)과, 스템(12)의 상면에 장착된 서브 마운트(14)와, 서브 마운트(14) 위에 탑재된 IC 칩(16)과, IC 칩(16) 위에 탑재된 VCSEL(18)과, 스템(12) 위에 고정된 원통 형상의 캡(20)과, 스템(12)의 저면(底面)측에 장착된 도전성 금속으로 이루어지는 복수의 리드 단자(22)를 포함하고 있다.

캡(20)의 중앙에는, 원형상의 개구(20a)가 형성되고, 개구(20a)를 막도록 내측에 유리 평판(20b)이 장착되어 있다. 캡(20) 및 유리 평판(20b)은, 바람직하게는 기밀 밀봉된 내부 공간을 스템(12) 위에 형성하여, IC 칩(16) 및 VCSEL(18)을 외부 환경으로부터 보호한다. 본 실시예에서는, 캔 패키지에 유리 평판을 장착하 고 있지만, 평판 유리 이외에도, 구(球) 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈 등의 광학 부재를 장착하는 것이라도 좋다.

도 2는, 도 1에 나타낸 VCSEL의 단면도이다. 본 실시예는, 1개의 발광 스폿이 형성된 싱글 스폿의 VCSEL을 예시하지만, 이것은 일례이며, 복수의 발광 스폿이 형성된 멀티 스폿의 VCSEL이라도 좋다.

VCSEL(18)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, n형의 GaAs 기판(100)의 이면에 n측 전극(102)을 형성하고, 또한 기판(100) 위에, n형의 GaAs 버퍼층(104), Al 조성이 다른 AlGaAs층을 교대로 겹친 n형의 하부 DBR(Distributed Bragg Reflector: 분포 브래그형 반사경)(106), 활성 영역(108), 둘레에 산화 영역을 포함하는 p형의 AlAs로 이루어지는 전류 협착층(110), Al 조성이 다른 AlGaAs층을 교대로 겹친 p형의 상부 DBR(112), p형의 GaAs 콘택트층(114)을 적층하고 있다. 기판 위에는, 적층된 반도체층을 에칭함으로써 원통 형상의 포스트(또는 메사)(P)가 형성되어 있다.

포스트(P)의 저부, 측부 및 정상부의 일부를 덮도록 기판 전체에 SiON, SiOx 등의 층간 절연막(116)이 형성되어 있다. 포스트(P)의 정상부의 층간 절연막(116)에는, 콘택트층(114)을 노출하는 원형상의 콘택트 홀(116a)이 형성되어 있다. 포스트(P)의 정상부에는, 도전성 재료로 이루어지는 p측 전극(118)이 형성되고, p측 전극(118)은, 콘택트 홀(116a)을 통하여 콘택트층(114)에 오믹(Ohmic) 접속되어 있다. p측 전극(118)의 중앙에는, 레이저광을 출사하기 위한 원형상의 출사 창이 형성되어 있다. 출사 창은, 콘택트층(114)을 노출하는 것이라도 좋지만, 출사 창은, 유전체막에 의해 보호되어 있어도 좋다.

하부 DBR(106)과 상부 DBR(112)은, 공진기 구조를 형성하고, 이들 사이에는, 활성 영역(108) 및 전류 착취층(110)이 개재된다. 전류 착취층(110)은, 포스트(P)의 측면으로부터 AlAs를 선택적으로 산화시킨 산화 영역과 그 산화 영역에 의해 포위된 원형상의 도전성 영역을 포함하고, 도전성 영역 내에 전류 및 광의 제한을 행한다. 도전성 영역의 중심은 p측 전극(118)의 출사 창의 중심에 일치한다. p측 전극(118)과 n측 전극(102)에 순방향 구동 전류를 주입함으로써, 포스트(P)의 출사 창으로부터, 예를 들면 850nm의 레이저광이 기판과 수직 방향으로 출사된다. 출사된 레이저광은, 유리 평판(20b)을 투과한다.

IC 칩(16)은 집적 회로가 형성된 실리콘 기판을 포함하고, 집적 회로는 후술하는 바와 같이 VCSEL(18)을 구동하는 구동 회로나, VCSEL로의 구동 전류의 전환 등을 행하는 스위치 회로 등을 포함하고 있다. 또한, 실리콘 기판에는, VCSEL(18)을 탑재하는 영역에 인접하여 수광 소자(16a)가 형성되어 있다. 수광 소자(16a)는 VCSEL(18)이 출사하는 레이저광의 일부, 즉, 유리 평판(20b)에서 반사된 반사광을 수광하고, 이것을 광 출력의 모니터용 신호로서 출력한다.

IC 칩(16)의 표면에는, VCSEL(18)의 n측 전극(102)을 접속하기 위한 전극 등이 형성되어 있다. n측 전극(102)은 도전성 접착제, 땜납 등, 그 밖의 접속 수단에 의해 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 본 실시예에서는, IC 칩(16) 위에 VCSEL을 탑재하는 예를 나타내지만, 이것에 한정되지 않고, 서브 마운트 위에 IC 칩(16)과 VCSEL 칩을 나란히 설치하도록 해도 좋다.

서브 마운트(14)는, 바람직하게는, 열전도성이 높고 방열성이 우수한 절연성 의 세라믹 기판(예를 들면 질화알루미늄)이 사용된다. 서브 마운트(14)의 표면에는, Ti/Pt/Au 등의 박막 패턴이 형성되고, 이 위에 IC 칩(16)이 탑재된다.

스템(12)에는, 복수의 리드 단자(22)를 삽입하기 위한 관통 구멍(도시 생략)이 형성되어 있다. 각 관통 구멍의 내벽은 유리가 피막되어 있고, 리드 단자는, 이에 따라 스템(12)과 전기적으로 절연되어 있다. 리드 단자(22)의 일단(一端)은, 내부 공간으로 연장되고, 그래서, IC 칩(16)이나 VCSEL(18)이 대응하는 배선 또는 전극에 본딩 와이어 등의 접속 수단을 이용하여 전기적으로 접속되어 있다.

도 3은, 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도이다. IC 칩(16)은, VCSEL(18)을 구동 변조하기 위한 변조용 전류 공급 수단(40)과, VCSEL을 번인 테스트할 때에 번인용의 구동 전류를 VCSEL(18)에 공급하는 번인용 전류 공급 수단(42)과, 스위치 수단(44)과, 고장 판정 수단(46)을 포함하고 있다.

광 전송 모듈(10)의 리드 단자(22a, 22b)에는, 각각 구동 신호(D), 제어 신호(C)가 인가되고, 리드 단자(22c)로부터는, 고장 판정 수단(46)에 의해 판정된 고장 판정 신호(H)가 출력된다. 제어 신호(C)는, 후술하는 바와 같이, 변조용 구동 전류 공급 수단(40), 번인용 전류 공급 수단(42), 스위치 수단(44) 및 고장 판정 수단(46)의 동작을 제어한다. 리드 단자(22a, 22b, 22c)는, 각각 IC 칩의 대응하는 전극에 전기적으로 접속되어 있다.

변조용 구동 전류 공급 수단(40)은, 제어 신호(C)에 응답하여 액티브 상태가 되어, 리드 단자(22a)로부터 입력된 구동 신호(D)에 대응한 변조용 구동 전류를 스위치 수단(44)의 입력(44a)에 출력한다. 번인용 전류 공급 수단(42)은, 제어 신 호(C)에 응답하여 액티브 상태가 되어, 번인용 구동 신호를 스위치 수단(44)의 입력(44b)에 출력한다. 고장 판정 수단(46)은, 제어 신호(C)에 응답하여 액티브 상태가 되어, 고장 판정을 위한 측정용 신호를 스위치 수단(44)의 입력(44c)에 출력한다. 고장 판정 수단(46)은 또한, 측정용 신호를 해석함으로써 VCSEL이 고장인지의 여부를 판정하고, 그 판정 결과인 고장 판정 신호(H)를 리드 단자(22c)에 출력한다.

스위치 수단(44)은, 예를 들면 제어 신호(C)의 전압 레벨에 따라서 입력(44a, 44b, 44c) 중 어느 하나를 선택하고, 선택한 입력을 출력(44d)에 접속한다. 출력(44d)은, VCSEL(18)의 애노드(anode)측의 p측 전극(118)에 접속된다.

스위치 수단(44)은, 제어 신호(C)가 0V일 때, 입력(44a)을 선택한다. 이에 따라, 변조용 전류 공급 수단(40)으로부터 출력된 구동 전류가 VCSEL(18)에 공급되어, VCSEL(18)이 통상의 동작 모드에서 발광된다.

제어 신호(C)가 1.2V일 때, 스위치 수단(44)은, 입력(44b)을 선택한다. 이에 따라, 번인용 전류 공급 수단(42)으로부터 출력된 번인용 구동 전류가 VCSEL(18)이 공급되어, VCSEL(18)이 번인 시험된다. 번인 시험에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 광 전송 모듈(10)이 IC 칩(16) 및 VCSEL(18)을 실장한 단계에서, 광 전송 모듈(10)이 약 120도의 고온의 오븐 내에 유지된다. VCSEL(18)은, 통상의 동작 모드의 구동 전류보다도 약 4배의 번인 시험용의 구동 전류로 일정 시간 구동된다. 번인 시험을 행할 때, 변조용 전류 공급 수단(44)은 스위치 수단(44)에 의해 전기적으로 분리되어 있기 때문에, 번인용 구동 전류가 변조용 전류 공급 수 단(40)에 누설되는 것이 방지되어, VCSEL을 정확한 시험 조건에서 시험할 수 있다. 또한, 변조용 전류 공급 수단(40)이 번인용 구동 전류로부터 보호된다.

제어 신호(C)가 3.3V일 때, 스위치 수단(44)은 입력(44c)을 선택한다. 이에 따라, 고장 판정 수단(46)의 측정용 신호가 VCSEL(18)에 공급된다. 측정용 신호는 순방향 전류, 순방향 전압, 또는 역방향 전류 중 어느 하나를 포함하고, 초기 상태에 있는 VCSEL의 동작 조건과 번인 시험 후의 VCSEL의 동작 조건을 비교하여, 미리 정해진 고장 판정 조건에 따라 VCSEL이 고장인지의 여부를 판정한다. 예를 들면, 순방향 전압을 미소(微小)하게 인가했을 때의 전류값, 또는 역방향 전압을 인가했을 때의 전류값 등을 측정한다. 이 전류값은, μA이하의 미소한 전류이지만, 스위치 수단(44)은, 고장 판정을 행할 때, 변조용 전류 공급 수단(40) 및 번인용 전류 공급 수단(42)을 전기적으로 분리하고 있기 때문에, 측정용 신호의 누설이 방지되고, 측정용 신호의 S/N비의 열화가 방지되어, VCSEL의 고장을 정확하게 판정할 수 있다. 또한, IC 칩에 형성된 수광 소자(16a)의 출력 신호와 조합시켜서, 발진 임계값 전류값, 일정 전류값으로의 광 출력 등을 측정하여, 고장의 판정에 이용할 수도 있다.

이와 같이, 광 전송 모듈 외로부터 제어 신호(C)를 리드 단자(22b)에 입력함으로써 광 전송 모듈을 복수의 동작 모드로부터 원하는 동작 모드를 선택할 수 있다. 즉, VCSEL(18)을 변조용 구동 전류 공급 수단(40)으로부터의 구동 전류로 구동시키는 통상 모드, VCSEL(18)을 번인용 구동 전류 공급 수단(42)으로부터의 번인용 구동 전류로 구동시키는 시험 모드, VCSEL(18)을 고장 판정 수단(46)으로부터의 측정용 신호에 의해 구동시켜 VCSEL의 고장을 판정하는 고장 판정 모드로부터 어느한 모드를 선택할 수 있다.

또한, 고장 판정 모드는, 시험 모드 후에 행해지는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 통상 모드에서 사용하고 있을 때에, 간헐적으로 고장 판정 모드로 전환하고, 고장 판정을 실시함으로써 VCSEL의 열화 상태 및 고장의 예고를 행하는 것이 가능해진다.

도 4는, 도 3에 나타낸 IC 칩의 상세한 회로 구성예를 나타낸 도면이다. IC 칩(16)에는, 구동 신호인 차동 입력 신호를 입력하는 입력 단자(50a, 50b)와, 제어 신호(C)를 입력하는 입력 단자(52)와, 고장 판정 신호(H)를 출력하는 출력 단자(54)와, VCSEL의 p측 전극에 접속되는 애노드 출력 단자(56)와, n측 전극에 접속되는 캐소드 출력 단자(58)와, 전원을 공급하는 Vdd 단자, 접지용의 GND 단자가 형성되어 있다. 이들의 입출력 단자는, 대응하는 리드 단자(22(22a, 22b, 22c))에 전기적으로 접속된다.

변조용 전류 공급 회로(40A)는, 입력 단자(50a, 50b)로부터 입력된 차동 입력 신호를 증폭하는 앰프(60)와, VCSEL의 온도 보정을 행하기 위한 온도 보정 데이터를 기억한 온도 보정 테이블(62)과, 온도 보정 테이블(62)의 온도 보정 데이터에 의거하여 앰프(60)를 제어하는 온도 보정 회로(64)와, 수광 소자(16a)에 의해 수광된 광 출력에 의거하여 광량을 보정하는 광량 보정 회로(66)를 갖고 있다. 앰프(60)는, 차동 입력 신호를 증폭하는 입력 앰프(60a), 프리앰프(60b), 및 출력 앰프(60c)의 다단 앰프를 갖는다.

VCSEL은, 동작 온도가 높아지면 광 출력이 저하하고, 동작 온도가 낮아지면 광 출력이 높아지는 특성을 갖는다. 이 때문에, 온도 보정 회로(64)는, 온도 보정 테이블(62)로부터 동작 온도에 대응하는 온도 보정 데이터를 판독하고, 온도 보정 데이터에 따라 출력 앰프(60c)의 게인을 조정한다. 광량 보정 회로(66)는, VCSEL의 광 출력이 일정해지도록 수광 소자(16a)로 감시된 광 출력에 출력 앰프(60c)를 피드백 제어한다.

제어 회로(70)는, 입력 단자(52)로부터 입력된 제어 신호(C)에 응답하여 내부 제어 신호(C1, C2, C3, C4)를 생성한다. 내부 제어 신호(C1)는, 앰프(60)에 공급되어, 내부 제어 신호(C1)가 H레벨일 때, 앰프(60)는 액티브가 되고, 차동 입력 신호에 응답한 구동 전류를 출력한다. 내부 제어 신호(C1)가 L레벨일 때, 앰프(60)는 비액티브가 되어, 구동 전류의 공급을 정지한다.

내부 제어 신호(C2)는, 번인 구동 회로(42A)에 공급된다. 내부 제어 신호(C2)가 H레벨일 때, 번인 구동 회로(42A)는 액티브가 되어, 번인용의 구동 전류를 출력한다. 내부 제어 신호(C2)가 L레벨일 때, 번인 구동 회로(42A)는 비액티브가 되어, 번인용 구동 전류의 공급을 정지한다.

내부 제어 신호(C3)는, 고장 판정 회로(46A)에 공급된다. 내부 제어 신호(C3)가 H레벨일 때, 고장 판정 회로(46A)는 액티브가 되어, 측정용 신호를 출력한다. 그리고, 측정용 신호의 전류값 등을 해석하여, VCSEL의 고장의 유무를 판정하고, 그 판정 결과인 고장 판정 신호(H)를 출력 단자(54)에 공급한다. 내부 제어 신호(C3)가 L레벨일 때, 고장 판정 회로(46A)는 비액티브가 되어, 측정용 신호의 공급을 정지한다. 또한, 도 5에, 내부 제어 신호(C1, C2, C3)와 동작 모드의 관계를 나타낸다.

또한, 내부 제어 신호(C4)는 스위치 회로(44A)에 공급된다. 내부 제어 신호(C4)는, 상기한 제어 신호(C)의 전압 레벨에 따라 동작 모드에 대응하는 바와 같이 스위치 회로(44A)의 전환을 제어한다. 통상 모드일 때, 앰프(60)로부터 출력된 구동 전류를 수취하는 입력이 출력(44d-1, 44d-2)에 접속된다. 시험 모드일 때, 번인 구동 회로(42A)로부터 출력된 구동 전류를 수취하는 입력이 출력(44d-1, 44d-2)에 접속된다. 그리고, 고장 판정 모드일 때, 고장 판정 회로(46A)로부터 출력된 측정용 신호를 수취하는 입력이 출력(44d-1)에 접속된다. 스위치 회로(44A)의 출력(44d-1)은 애노드 출력 단자(56)에 접속되고, 출력(44d-2)은 캐소드 출력 단자(58)에 접속된다. VCSEL(18)은, 애노드 출력 단자(56) 및 캐소드 출력 단자(58)로부터 공급되는 전압, 전류에 의해 구동된다.

이와 같이 구성된 광 전송 모듈을 상기한 번인 시험 및 고장 판정에 의해 출하 전에 스크리닝(screening)함으로써 VCSEL에 관한 초기 고장의 발생을 저감할 수 있다.

초기 고장 검사의 공정은, 가능한 최종 형태로 행하는 것이 바람직하다. 가령, 최종 형태 전에 번인 테스트를 행한 경우에는, 그 후의 공정, 특히, 반도체 기판으로부터 잘라낸 VCSEL 칩을 핸들링할 때에 손상을 줄 가능성이 있어, 그에 기인하는 초기 불량을 제거할 수 없기 때문이다.

구동 회로와 VCSEL을 1개의 패키지에 실장할 때에, 구동 회로와 VCSEL이 전 기적으로 접속된 상태를 유지하고 있으면, 최종 형태에서의 검사를 정확하게 행할 수 없기 때문에, 최종 형태로 패키지하기 전에 VCSEL을 검사할 필요가 있다. 이것은, 상기의 요인에 의한 초기 불량을 제거할 수 없어, 결과적으로 출하 후에 발생하는 초기 고장을 저감하는 것이 어렵다.

본 실시예에서는, 스위치 수단에 의해 구동 회로와 VCSEL을 분리할 수 있기 때문에, VCSEL의 미약한 누설 전류 등을 측정할 수 있고, 패키지한 후에 고장 판정, 또는 번인 시험을 행한 후의 고장 판정의 실시가 가능해진다.

또한, 본 실시예에서는, 노이즈원(源)이 되는 집적 회로 내부에서의 신호 전송을, 고장 검사시에는 불필요한 회로로 정지시키기 때문에, 양호한 S/N비로 측정 신호의 해석이 가능해져, 보다 정확한 고장 판정을 행할 수 있다.

다음에 본 발명의 제 2 실시예에 관하여 설명한다. 도 6은, 제 2 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도이다. 또한, 제 1 실시예와 동일 구성에 관해서는 동일 참조 번호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 제 2 실시예에서는, IC 칩(16A)이 고장 판정 수단을 포함하고 있지 않은 점이 제 1 실시예와 크게 다르다. 광 전송 모듈(10A)에는, 외부의 고장 판정 수단(46)으로부터 공급되는 측정용 신호를 입력하기 위한 리드 단자(22c)가 설치된다. VCSEL의 고장 판정을 행할 때, 스위치 수단(44)은, 제어 신호(C)에 응답해서 입력(44c)을 출력(44d)에 접속한다. 이에 따라, 리드 단자(22c)로부터 입력된 측정용 신호가 VCSEL(18)에 공급된다. 고장 판정 수단(46)은, 리드 단자(22c)를 흐르는 측정용 신호의 전류값 등을 해석하여, VCSEL에 고장이 있는지의 여부를 판정한다.

도 7은, 도 6에 나타낸 IC 칩의 상세한 회로 구성예를 나타낸 블록도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, IC 칩(16A)에는, 고장 판정 회로(46A)에 접속된 접속 단자(54a, 54b)가 설치된다. 고장 판정 모드가 실시될 때, 측정용 신호가, 접속 단자(54a, 54b), 스위치 회로(44A)를 통하여 VCSEL(18)에 부여된다.

다음에 본 발명의 제 3 실시예에 관하여 설명한다. 도 8은, 제 3 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도이다. 제 3 실시예에 따른 광 전송 모듈(10B)은, IC 칩(16B)이 변조용 전류 공급 수단(40)과 스위치 수단(44)을 포함하고, 번인용 전류 공급 수단(42)과 고장 판정 수단(46)이 광 전송 모듈의 리드 단자(22c)에 접속된다.

제어 신호(C)에 의해 통상 모드가 선택되었을 때, 변조용 전류 공급 수단(40)으로부터 출력된 구동 전류가 스위치 수단(44)을 통해서 VCSEL에 공급된다. 통상 모드 이외일 때, 스위치 수단(44)은, 입력(44a)을 출력(44d)으로부터 분리하여, 입력(44b)을 출력(44d)에 접속한다. 번인 시험을 행할 때, 외부의 번인용 전류 공급 수단(42)으로부터 출력된 번인용 구동 전류가 리드 단자(22c), 스위치 수단(44)을 통해서 VCSEL(18)에 공급된다. 또한, 고장 판정을 행할 때, 외부의 고장 판정 수단(46)으로부터 출력된 측정용 신호가 리드 단자(22c), 스위치 수단(44)을 통해서 VCSEL(18)에 공급된다. 이에 따라, 번인 시험이나 고장 판정시에, 변조용 전류 공급 수단(40)에 번인 구동 전류나 측정용 신호가 누설되는 것이 방지된다. 도 9는, 도 8에 나타낸 IC 칩의 상세한 회로 구성예를 나타낸 도면이다. 또한, 번인 구동 회로(42A) 및 고장 판정 회로(46A)는 도시하지 않지만, 이들의 회로로부터 의 출력은, IC 칩(16B)의 접속 단자(54)에 접속된다.

도 1O은, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도이다. 제 4 실시예에 따른 광 전송 모듈(10C)은, 스위치 수단(44)이 IC 칩(16C)에 형성되지 않고, IC 칩(16C)과 별개로 형성된다. 스위치 수단(44)은, 도 1에 나타낸 서브 마운트 위에 IC 칩(16)과 이간해서 배치되고, 예를 들면 제어 신호(C)에 응답해서 전환 동작하는 전자 릴레이를 사용할 수 있다. 그 이외의 구성은, 제 3 실시예와 같다.

도 11은, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도이다. 제 5 실시예에 따른 광 전송 모듈(10D)은, 리드 단자(22c)로부터 공급되는 번인용 구동 전류나 측정용 신호가 스위치 수단(44)에 입력되지 않고, 직접적으로 VCSEL(18)의 애노드 전극(p측 전극)에 접속되어 있다. 광 전송 모듈(10D)에서, 통상 모드가 실시될 때, 구동 신호(D)가 리드 단자(22a)를 통하여 변조용 전류 공급 수단(4O)에 입력되고, 변조용 전류 공급 수단(40)은, 구동 전류를 출력한다. 스위치 수단(44)은, 리드 단자(22c)로부터 입력된 제어 신호(C)에 응답하여, 변조용 전류 공급 수단(40)으로부터 출력된 구동 전류를 수취하는 입력(44a)을 출력(44d)에 접속하고, VCSEL(18)을 구동시킨다. 스위치 수단(44)은, 통상 모드 이외일 때, 변조용 전류 공급 수단(40)의 출력에 접속된 입력(44a)을 출력(44d)으로부터 분리한다. 이에 따라, 번인 시험 및 고장 판정시에, 번인용 구동 전류나 측정용 신호가 변조용 전류 공급 수단(4O)과 전기적으로 간섭하는 것을 방지한다.

도 12는, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나 타낸 블록도이다. 제 6 실시예에 따른 광 전송 모듈(10E)은, 제 4 실시예와 마찬가지로 IC 칩(16C)이 스위치 수단을 포함하고 있지 않다. 또한, 광 전송 모듈(10E)은, 제어 신호(C)를 입력하는 리드 단자(22b)를 구비하고 있지 않다. 스위치 수단(44)은, 예를 들면 점퍼 스위치, 딥 스위치 등으로 구성되며, 광 전송 모듈(10E) 내에 실장된다. 번인 시험 또는 고장 판정을 행할 때, 광 전송 모듈(10E)의 외부로부터 스위치 수단(44)의 전환을 행하여, 리드 단자(22c)에 접속된 입력(44b)과 출력(44d)을 접속시킨다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명했지만, 본 발명은, 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에서, 각종 변형·변경이 가능하다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명에 따른 광 전송 모듈은, 광 통신 등의 각 분야에서 사용되는 통신용 모듈로서 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 전송 모듈의 개략 단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 VCSEL의 구성을 나타낸 개략 단면도.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도.

도 4는 도 3에 나타낸 광 전송 모듈의 상세한 회로 구성을 나타낸 도면.

도 5는 내부 제어 신호와 동작 모드의 관계를 나타낸 테이블.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도.

도 7은 도 6에 나타낸 광 전송 모듈의 상세한 회로 구성을 나타낸 블록도.

도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도.

도 9는 도 8에 나타낸 광 전송 모듈의 상세한 회로 구성을 나타낸 블록도.

도 1O은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도.

도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도.

도 12는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 광 전송 모듈의 기능적인 구성을 나타낸 블록도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 광 전송 모듈 12 : 스템

14 : 서브 마운트 16 : IC 칩

16a : 수광 소자 18 : VCSEL

20 : 캡 20a : 개구

20b : 유리 평판 22 : 리드 단자

40 : 변조용 전류 공급 수단

42 : 번인용 전류 공급 회로 수단

44 : 스위치 수단 46 : 고장 판정 수단

60 : 앰프 62 : 온도 보정 테이블

64 : 온도 보정 회로 66 : 광량 보정 회로

70 : 스위치 제어 회로 72 : 스위치

80 : 번인 구동 회로 90 : 고장 판정 회로

Claims

레이저광을 출사하는 반도체 발광 소자와,

상기 반도체 발광 소자에 제 1 구동 전류를 공급하기 위한 제 1 구동 수단과,

상기 제 1 구동 수단과 상기 반도체 발광 소자의 사이에 접속된 스위치 수단과,

상기 반도체 발광 소자, 상기 제 1 구동 수단 및 상기 스위치 수단을 수용하는 패키지를 가지며,

상기 스위치 수단은, 적어도 상기 제 1 구동 수단으로부터 출력된 제 1 구동 전류를 수취하는 제 1 입력과, 상기 반도체 발광 소자를 시험하기 위한 제 2 구동 전류를 수취하는 제 2 입력과, 상기 반도체 발광 소자에 접속된 출력을 포함하고,

상기 스위치 수단은, 제 1 입력 또는 제 2 입력을 상기 출력에 접속하는 광 전송 모듈.
제 1 항에 있어서,

광 전송 모듈은 또한, 상기 제 2 구동 전류를 수취하는 제 1 외부 단자를 포함하고, 상기 제 2 입력은, 상기 제 1 외부 단자를 통하여 상기 제 2 구동 전류를 수취하는 광 전송 모듈.
제 1 항에 있어서,

광 전송 모듈은 또한, 상기 반도체 발광 소자에 상기 제 2 구동 전류를 공급하기 위한 제 2 구동 수단을 포함하고, 상기 제 2 입력은, 상기 제 2 구동 수단으로부터 출력된 제 2 구동 전류를 수취하는 광 전송 모듈.
제 1 항에 있어서,

상기 스위치 수단은 또한, 상기 반도체 발광 소자의 고장을 판정하기 위한 측정용 신호를 수취하는 제 3 입력을 포함하고, 상기 반도체 발광 소자의 고장을 판정할 때, 상기 스위치 수단은, 제 3 입력을 상기 출력에 접속하는 광 전송 모듈.
제 4 항에 있어서,

광 전송 모듈은 또한, 상기 측정용 신호를 수취하는 제 2 외부 단자를 포함하고, 상기 제 3 입력은, 상기 제 2 외부 단자를 통하여 상기 측정용 신호를 수취하는 광 전송 모듈.
제 5 항에 있어서,

광 전송 모듈은 또한, 상기 반도체 발광 소자에 상기 측정용 신호를 공급하기 위한 고장 판정 수단을 포함하고, 상기 제 3 입력은, 상기 고장 판정 수단으로부터 출력된 상기 측정용 신호를 수취하는 광 전송 모듈.
제 6 항에 있어서,

광 전송 모듈은 또한, 상기 고장 판정 수단에 의해 고장 판정된 고장 판정 신호를 출력하는 제 3 외부 단자를 포함하는 광 전송 모듈.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

광 전송 모듈은 또한, 상기 스위치 수단의 전환을 제어하는 제어 신호를 수취하는 제 4 외부 단자를 포함하는 광 전송 모듈.
제 1 항, 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단 및 상기 고장 판정 수단은, 상기 제어 신호에 응답하여 동작하는 광 전송 모듈.
제 1 항, 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 제 1 구동 수단, 상기 제 2 구동 수단, 상기 고장 판정 수단 및 상기 스위치 수단은, 동일한 반도체 집적 회로에 형성되어 있는 광 전송 모듈.
레이저광을 출사하는 반도체 레이저 소자가 형성된 제 1 기판과,

상기 반도체 레이저 소자에 제 1 구동 전류를 공급하기 위한 제 1 구동 회로, 상기 제 1 구동 회로와 상기 반도체 레이저 소자의 사이에 전기적으로 접속된 전환 회로가 형성된 제 2 기판과,

제어 신호를 입력하는 제 1 외부 단자를 가지며,

상기 전환 회로는, 적어도 상기 제 1 구동 회로로부터의 제 1 구동 전류를 수취하는 제 1 입력과, 반도체 레이저 소자를 시험하기 위한 제 2 구동 전류를 수취하는 제 2 입력과, 상기 반도체 레이저 소자에 전기적으로 접속된 출력을 포함하고,

상기 전환 회로는, 상기 제 1 외부 단자로부터 입력된 제어 신호에 따라 제 1 입력 또는 제 2 입력을 상기 출력에 접속하는 광 전송 모듈.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 기판은 또한, 반도체 레이저 소자에 상기 제 2 구동 전류를 공급하기 위한 제 2 구동 회로를 포함하고, 그 제 2 구동 회로는, 상기 제어 신호에 따라 제 2 구동 전류를 상기 전환 회로의 제 2 입력에 출력하는 광 전송 모듈.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 제 2 기판은 또한, 반도체 레이저 소자의 고장을 판정하기 위한 고장 판정 회로를 포함하고, 상기 고장 판정 회로는, 상기 제어 신호에 따라 측정용 신호를 출력하고, 상기 전환 회로는, 상기 고장 판정 회로로부터의 상기 측정용 신호를 수취하는 제 3 입력을 포함하고, 상기 전환 회로는, 상기 제어 신호에 의거하여 제 3 입력을 상기 출력에 접속하는 광 전송 모듈.
제 13 항에 있어서,

광 전송 모듈은, 상기 고장 판정 회로에 의한 고장 판정 결과를 나타내는 고장 판정 신호를 출력하는 제 2 외부 단자를 포함하는 광 전송 모듈.
제 12 항에 있어서,

상기 제 2 구동 회로로부터 제 2 구동 전류가 출력될 때, 상기 제 1 구동 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 구동 전류의 공급을 정지하는 광 전송 모듈.
제 13 항에 있어서,

상기 고장 판정 수단으로부터 상기 측정용 신호가 출력될 때, 상기 제 1 구동 회로 및 제 2 구동 회로는, 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제 1 구동 전류 및 제 2 구동 전류의 공급을 정지하는 광 전송 모듈.
제 11 항에 있어서,

상기 광 전송 모듈은 또한, 스템(stem)과, 스템 위에 내부 공간을 형성하는 캡(cap)을 포함하고, 상기 내부 공간 내에 제 1 기판 및 제 2 기판이 실장되고, 상기 스템에 적어도 상기 제 1 외부 단자가 장착되고, 상기 캡의 표면에는 상기 반도체 레이저 소자의 레이저광을 출사하는 창이 형성되는 광 전송 모듈.
제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 시험은, 번인(burn-in) 시험인 광 전송 모듈.
제 18 항에 있어서,

상기 제 2 구동 전류는, 상기 제 1 구동 전류보다도 큰 광 전송 모듈.
제 4 항 또는 제 13 항에 있어서,

상기 측정용 신호는, 순방향 전류, 순바이어스 전압, 역방향 전류, 역바이어스 전압 중 어느 하나를 포함하는 광 전송 모듈.