專利名稱：用于vcsel的故障檢測方法和故障檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于VCSEL的故障檢測方法和故障檢測設(shè)備。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體激光器中，除了使光沿著在平行于與基質(zhì)基板表面平行的方向上共振， 并沿著在該方向上發(fā)射的類型的激光器之外，還有還存在使光沿著在垂直于基質(zhì)基板表面的方向上共振，并且沿著在垂直于該基質(zhì)基板表面的方向上發(fā)射的VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)。VCSEL具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，具有利用VCSEL的系統(tǒng)的功率消耗小，甚至在電流很小時(shí)也能夠進(jìn)行高速調(diào)制，并且由于響應(yīng)針對溫度變化的特性變化小因此能夠簡化溫度控制器。VCSEL廣泛應(yīng)用于諸如Gigabit Ethernet (注冊商標(biāo))或光纖信道的光源、激光打印器和光學(xué)互連網(wǎng)的各領(lǐng)域。另一個(gè)方面，存在VCSEL可能由于ESD (靜電放電)而受損，并且趨于發(fā)生VCSEL 的光電性質(zhì)變差的故障的問題。因此，提出了檢測由于ESD引起的損壞和故障的發(fā)生的各種技術(shù)。例如，提出這樣一種技術(shù)其中檢驗(yàn)VCSEL反向偏壓時(shí)的漏電流作為判斷該VCSEL 是否因ESD而受損的手段。引用清單專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 JP-T-2008-520113

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題通常，通過進(jìn)行諸如如圖5所示的電流/光發(fā)生功率特性和電流/電壓特性，或圖 6所示的電致發(fā)光(EL)測量這樣的各種光電評(píng)價(jià)來判斷VCSEL是否由于ESD而受損。但是，由于下面的原因，存在難以從這些測量檢測受損的VCSEL的問題。(1)必需提供多種用于評(píng)價(jià)的裝置，例如半導(dǎo)體參數(shù)系統(tǒng)、光功率計(jì)、紅外攝像機(jī)或顯微鏡。(2)從VCSEL與各裝置的連接到測量結(jié)束需要大量的測量時(shí)間。(3)當(dāng)VCSEL通過用透鏡或封裝(package)密封而模塊化時(shí)，不能進(jìn)行評(píng)價(jià)。(4)在專利文獻(xiàn)1中所公開的技術(shù)中，如上所述，檢驗(yàn)VCSEL反向偏壓時(shí)的漏電流作為判斷VCSEL是否被ESD損壞的手段。但是，由于對VCSEL施加反向偏壓需要電源、電流表和用于接線的附加焊盤，因此存在系統(tǒng)變成大規(guī)模系統(tǒng)并且增加成本的問題。為此，需要檢測VCSEL中的ESD損壞的其他技術(shù)。鑒于這些情況提出本發(fā)明，并且能夠解決上述問題。本發(fā)明的目的是提供一種在短時(shí)間內(nèi)并且以低成本檢測VCSEL損壞的技術(shù)。問題的解決本發(fā)明的一種形式(mode)涉及用于VCSEL的故障檢測方法。
涉及用于VCSEL的故障檢測方法的本發(fā)明的第一方面包括獲得該VCSEL的輸出光的步驟；通過分析發(fā)光頻譜確定該輸出光的發(fā)光頻譜的峰值數(shù)目的步驟；以及當(dāng)峰值數(shù)目小于預(yù)定數(shù)目時(shí)確定在VCSEL中已經(jīng)發(fā)生故障的步驟。本發(fā)明的第二方面涉及在第一方面的故障檢測方法，所述預(yù)定數(shù)目是與該VCSEL 的激活層和形成在該激活層上下的反射器的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的數(shù)目。本發(fā)明的另一種形式涉及一種用于VCSEL的故障檢測設(shè)備。涉及用于VCSEL的故障檢測設(shè)備的本發(fā)明的第三方面構(gòu)造成獲得作為待檢查對象的VCSEL的輸出光；通過分析發(fā)光頻譜確定該輸出光的發(fā)光頻譜的峰值數(shù)目；并且當(dāng)峰值的數(shù)目小于基準(zhǔn)閾值時(shí)，確定在該VCSEL中已經(jīng)發(fā)生故障，所述基準(zhǔn)閾值是尚未發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)的VCSEL的峰值數(shù)目。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的用于VCSEL的故障檢測方法和故障檢測設(shè)備，可以提出在短時(shí)間內(nèi)并且以低成本檢測損壞的VCSEL的技術(shù)。


圖1是示出典型的氧化物型多模VCSEL的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是示出激活層和振蕩頻譜之間的典型關(guān)系的概念示意3(a)和3(b)是示出VCSEL的發(fā)光頻譜的曲線圖，其中圖3 (a)示出沒有ESD損壞的VCSEL的發(fā)光頻譜，而圖3 (b)示出有ESD損壞的VCSEL的發(fā)光頻譜。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的檢測ESD損壞的系統(tǒng)的示意圖。圖5是示出根據(jù)常規(guī)技術(shù)的VCSEL的典型的發(fā)光功率特性的曲線圖。圖6是示出根據(jù)常規(guī)技術(shù)的EL圖像的示意圖。附圖標(biāo)記清單10 通信模件20 =VCSEL30 光纖50 光學(xué)頻譜分析器
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考

執(zhí)行本發(fā)明的方式(下文中叫做“實(shí)施例”)。提出一種技術(shù)，其中當(dāng)將向前方向和相反方向上的ESD施加于VCSEL并且該VCSEL的內(nèi)部被損壞時(shí)，只是通過測量該VCSEL的發(fā)光頻譜就能夠正確地檢測被損壞的VCSEL，而不用進(jìn)行各種常規(guī)的光電評(píng)價(jià)。典型的氧化物型多模VCSEL (multi-mold VCSEL)的結(jié)構(gòu)示于圖1中。該VCSEL在激活層上具有選擇性地氧化的電流限制孔，并且上下半導(dǎo)體分布布拉格反射器(DBR)布置在電流限制孔的上面和激活層的下面，該激活層具有多量子阱(MQW)的結(jié)構(gòu)。表示該激活層和振蕩頻譜之間的關(guān)系的概念示意圖示于圖2中。如該圖所示，MQW用作使中心波長在邊模(side mode)中光的振蕩的重要部分。已知，當(dāng)施加ESD時(shí)，光電性質(zhì)將變得比以前更差。作為進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，獲得了在輸出光的中心波長和邊模中呈現(xiàn)變化的知識(shí)。沒有ESD損壞的VCSEL和有ESD損壞的VCSEL的發(fā)光頻譜(也叫做“振蕩頻譜”) 示于圖3(a)和圖3(b)中。在圖3中，(a)示出ESD損壞之前的多模VCSEL的發(fā)光頻譜，并且獲得示出與激活層(MQW)的結(jié)構(gòu)和上下反射器(DBR)的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的若干個(gè)峰值的發(fā)光頻譜。在這種情況下，存在三個(gè)峰值。另一方面，如圖3(b)所示，當(dāng)有ESD損壞的VCSEL在激活層中具有損壞時(shí)，獲得示出比最初的峰值數(shù)目少的峰值的發(fā)光頻譜。在這種情況下，存在兩個(gè)峰值。當(dāng)存在能夠檢測發(fā)光頻譜的系統(tǒng)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)ESD損壞的存在。檢測上面提到的現(xiàn)象的系統(tǒng)示于圖4中。如該圖所示，不需要復(fù)雜的測量，能夠通過利用已知的光學(xué)頻譜分析器50作為檢測系統(tǒng)來檢測發(fā)光頻譜的變化。具體說，從具有VCSEL 20的通信組件10輸出的光通過利用光纖30連接于光學(xué)頻譜分析器50。光學(xué)頻譜分析器50分析該發(fā)光頻譜， 并且如圖3所示，輸出分析結(jié)果。作為該分析的結(jié)果，當(dāng)發(fā)光頻譜的峰值少于預(yù)定數(shù)目時(shí)， 判定在該VCSEL 20中發(fā)生了由于ESD引起的損壞。用作閾值的所述預(yù)定數(shù)目設(shè)定成比預(yù)先測量的峰值數(shù)目更小的數(shù)目。即，預(yù)先獲得所用的VCSEL 20的輸出光的發(fā)光頻譜，并且計(jì)數(shù)峰值的數(shù)目。當(dāng)通過取得待檢測的VCSEL 20的輸出光并且取得該輸出光的發(fā)光頻譜所獲得的峰值數(shù)目小于預(yù)先獲取的峰值數(shù)目時(shí)，判定存在故障。在生產(chǎn)通信模件10的安裝過程中，很難明確在什么過程發(fā)生ESD并且對VCSEL 20 造成損壞。因此，當(dāng)VCSEL 20是模件化產(chǎn)品時(shí)，篩查(screen)損壞的VCSEL 20是最有效的。當(dāng)VCSEL 20模件化并且根據(jù)諸如IV (電流/電壓)特性的電氣特性篩查時(shí)，該模件的內(nèi)部是復(fù)雜的。當(dāng)VCSEL 20根據(jù)IL(電流/光輸出)特性篩查時(shí)，該VCSEL 20本身的發(fā)光密度不能被測量，因?yàn)樵谀＜臓顟B(tài)中存在模件的輸出損失。但是，根據(jù)上面提到的檢測發(fā)光頻譜的峰值數(shù)目的技術(shù)，能夠只是通過測量發(fā)光頻譜來檢測VCSEL20的ESD損壞。因此，利用非常簡單并且不昂貴的檢查進(jìn)行所述篩查成為可能。即，通過僅僅測量發(fā)光頻譜能夠檢測損壞的VCSEL 20，而不需要獲得電流/光輸出功率特性、獲得電流/電壓特性和進(jìn)行EL測量。因此，在短時(shí)間內(nèi)能夠通過一種故障檢測設(shè)備(例如，光學(xué)頻譜分析器50)進(jìn)行測量是可能的。即使VCSEL是一種封閉的模件，也能夠進(jìn)行測量，并且非常有效的裝運(yùn)檢查也成為可能。根據(jù)上面的實(shí)施例說明了本發(fā)明。該實(shí)施例是說明性的，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對這些部件和其組合能夠進(jìn)行各種修改并且這些修改也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可以將從發(fā)光頻譜的分析結(jié)果計(jì)算峰值數(shù)目的裝置設(shè)置在光學(xué)分析器50 中，并且當(dāng)峰值數(shù)目變成少于用戶設(shè)定的閾值時(shí)，可以給出存在故障的警告。更具體地說， 可以利用使用FET輸入的運(yùn)算放大器(或比較器)來模擬公知的峰值檢測電路的功能。由于在通信模件10裝運(yùn)之后，也可以假定因ESD引起的損壞，因此，通過在裝運(yùn)通信模件10 時(shí)，將峰值的數(shù)目列出在檢查結(jié)果表中，可以將該峰值的數(shù)目用于通信模件10被安裝之后的損壞診斷。還能夠設(shè)置記錄檢測歷史的裝置并且根據(jù)峰值數(shù)目的變化來確定損壞的嚴(yán)重性。還能夠在峰值數(shù)目的變化主要取決于激活層(MQW)的數(shù)目并且這種特性預(yù)先是已知的時(shí)候，根據(jù)激活層的數(shù)目設(shè)定作為閾值的所述預(yù)定數(shù)目。雖然已經(jīng)參考實(shí)施例詳細(xì)地說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明的精
5神實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠進(jìn)行各種改進(jìn)和修改。 本申請基于2009年11月2日提交的日本專利申請(專利申請No. 2009-251731)，
其內(nèi)容結(jié)合于此供參考。
權(quán)利要求
1.一種用于VCSEL的故障檢測方法，包括 獲得所述VCSEL的輸出光的步驟；通過分析所述輸出光的發(fā)光頻譜確定該輸出光的該發(fā)光頻譜的峰值數(shù)目的步驟；以及當(dāng)所述峰值數(shù)目小于預(yù)定數(shù)目時(shí)，判定在所述VCSEL中已經(jīng)發(fā)生故障的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于VCSEL的故障檢測方法，其中，所述預(yù)定數(shù)目是與所述VCSEL 的激活層和形成在所述激活層上下的反射器的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的數(shù)目。
3.一種用于VCSEL的故障檢測設(shè)備，構(gòu)造成獲得作為待檢查對象的VCSEL的輸出光； 通過分析所述輸出光的發(fā)光頻譜確定該輸出光的該發(fā)光頻譜的峰值數(shù)目；并且當(dāng)所述峰值數(shù)目小于基準(zhǔn)閾值時(shí)，判定在所述VCSEL中已經(jīng)發(fā)生故障，該基準(zhǔn)閾值是在沒有發(fā)生故障時(shí)呈現(xiàn)的VCSEL的峰值數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于在短時(shí)間內(nèi)以低成本檢測損壞的VCSEL的方法。尚未遭受ESD損壞的多模VCSEL呈現(xiàn)示出了與激活層和上下反射器(DBR)的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的若峰值數(shù)目的發(fā)光頻譜。另一方面，已經(jīng)遭受ESD損壞并且具有損壞的激活層的VCSEL呈現(xiàn)出了示出比最初峰值數(shù)目少的峰值，例如兩個(gè)或更少的峰值，的發(fā)光頻譜。因此，發(fā)光頻譜分析器分析該發(fā)光頻譜，并且當(dāng)峰值的數(shù)目等于或少于預(yù)定數(shù)目，例如兩個(gè)或更少時(shí)，確定已經(jīng)發(fā)生ESD損壞。
文檔編號(hào)H01S5/183GK102598438SQ20108004853
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者中田敦, 山形智枝美, 田中聰 申請人:矢崎總業(yè)株式會(huì)社