JP2001068720A - Optical reception device - Google Patents

Optical reception device

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JP2001068720A
JP2001068720A JP23879599A JP23879599A JP2001068720A JP 2001068720 A JP2001068720 A JP 2001068720A JP 23879599 A JP23879599 A JP 23879599A JP 23879599 A JP23879599 A JP 23879599A JP 2001068720 A JP2001068720 A JP 2001068720A
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JP
Japan
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electronic circuit
photodiode
circuit
optical
layer
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JP23879599A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tsuda
裕之 津田
Tatsushi Nakahara
達志 中原
Noboru Ishihara
昇 石原
Hiroshi Terui
博 照井
Tadao Ishibashi
忠夫 石橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical reception device, which is small-sized, is low in noise and crosstalks between channel and moreover, can be amplified in a wide band and is provided with an integrated digital circuit. SOLUTION: This optical reception device is constituted by integrating photodiodes 111 on an electronic circuit 120 via insulating films 121, connecting an AuZnNi layer, which is a first electrode to come into contact with a p+ InGaAs layer of the photodiode 111, with the circuit 120 by an Au wiring through a first contact hole 124a, and connecting an AuGeNi layer, which is a second electrode to come into contact with an n+InGaAs layer of the photodiode 111, with the circuit 120 by an Au wiring through a second contact hole 124b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高速の光信号を電
気信号に変換する光受信装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical receiver for converting a high-speed optical signal into an electric signal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光受信装置は、図21に示すよう
に、空間多重光信号が、分岐素子190-1〜190-n
を介して、フォトダイオード191-1a、191-1b
〜191-na、191-nbにそれぞれ入射され、それ
ぞれ増幅器192-1a、192-1b〜192-na、
192-nbで増幅されて、一方の信号がそれぞれクロ
ック抽出回路193-1〜193-nを介して分離回路1
94-1〜194-nへ、他方の信号が直接それぞれの分
離回路194-1〜194-nへ入力されてチャネル毎に
出力されるように構成されている。
2. Description of the Related Art In a conventional optical receiving apparatus, as shown in FIG. 21, spatially multiplexed optical signals are divided into branching elements 190-1 to 190-n.
Through the photodiodes 191-1a and 191-1b
To 191-na and 191-nb, respectively, and amplifiers 192-1a and 192-1b to 192-na, respectively.
192-nb, and one of the signals is separated by the separation circuit 1 via the clock extraction circuits 193-1 to 193-n, respectively.
The other signals are directly input to the respective separation circuits 194-1 to 194-n and output for each channel.

【0003】そして、空間的に多重された光信号を電気
信号に変換する装置を構成する場合に、図中の点線で示
した枠内に集積化している。つまり、分岐素子190-
1〜190-n、フォトダイオード191-1a〜191
-nb、増幅器192-1a〜192-nbが集積化され
ている。
[0003] When a device for converting a spatially multiplexed optical signal into an electric signal is configured, it is integrated in a frame indicated by a dotted line in the figure. That is, the branch element 190-
1-190-n, photodiodes 191-1a-191
-nb and amplifiers 192-1a to 192-nb are integrated.

【0004】図22は、集積化された部分を上から見た
図で、平面光回路基板201の光導波路中に分岐が設け
られ、フォトダイオード(フォトダイオードアレイ)20
2の受光部まで光信号が導波される。この光信号は、フ
ォトダイオード202で電気信号に変換され、その電気
受信信号が伝送線路203を介して電子回路基板204
へ出力される。
FIG. 22 is a top view of the integrated portion. A branch is provided in the optical waveguide of the planar optical circuit board 201, and a photodiode (photodiode array) 20 is formed.
The optical signal is guided to the second light receiving section. This optical signal is converted into an electric signal by the photodiode 202, and the electric reception signal is transmitted through the transmission line 203 to the electronic circuit board 204.
Output to

【0005】図23は、図22の「A」部分の断面図
で、平面光回路基板201は、シリコン基板205上に
堆積されたSiO2層(下部クラッド)206、SiO2
(コア)207、SiO2層(上部クラッド)208で構成さ
れている。光導波路には、途中に溝が形成されていて、
樹脂209と反射膜210によるミラーが設けられてい
る。コア207を伝搬してきた光はこのミラーによって
光路を変換され、フォトダイオード217に入射され
る。このフォトダイオード217で光電変換された信号
は、ポリイミド211の低誘電率の層上に形成された電
気配線212、半田213及びワイヤ215、電子回路
パッド216を介して電子回路基板204に接続されて
いる。電気配線212は、一般的にはコプレーナ型伝送
線路が用いられている。
FIG. 23 is a cross-sectional view of the portion “A” of FIG. 22. The planar optical circuit substrate 201 is composed of a SiO 2 layer (lower clad) 206 and a SiO 2 layer deposited on a silicon substrate 205.
(Core) 207 and SiO 2 layer (upper cladding) 208. In the optical waveguide, a groove is formed in the middle,
A mirror made of the resin 209 and the reflection film 210 is provided. The light propagating through the core 207 has its optical path changed by this mirror and is incident on the photodiode 217. The signal photoelectrically converted by the photodiode 217 is connected to the electronic circuit board 204 via the electric wiring 212, the solder 213 and the wire 215, and the electronic circuit pad 216 formed on the low dielectric constant layer of the polyimide 211. I have. In general, a coplanar transmission line is used for the electric wiring 212.

【0006】このような構成により、InP基板214
上にフォトダイオード217を作製して光導波路と一体
化し、ワイヤ215によって電子回路パッド216へ接
続することが可能である。
With this configuration, the InP substrate 214
A photodiode 217 can be made above and integrated with the optical waveguide and connected to the electronic circuit pad 216 by a wire 215.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、半田213を取り付けるためのパッドの
寸法が100μm角程度必要であり、電子回路パッド2
16も含めてその付加的容量が200−500fF程度
となる。このためフォトダイオード217そのものの容
量を減らして高速動作させるためには、受光面の直径を
20μm程度以下にする必要がある。この結果、最大出
力電流が微弱(200μA程度)であるため、50オー
ム負荷の場合、電圧振幅は最大でも10mV程度であ
り、外部からの雑音に弱いため、雑音とチャネル間のク
ロストークの増大が避けられないという問題がある。
However, in such a configuration, the size of the pad for attaching the solder 213 is required to be about 100 μm square, and the electronic circuit pad 2 is required.
The additional capacitance including 16 is about 200-500 fF. For this reason, in order to reduce the capacity of the photodiode 217 itself and operate at high speed, the diameter of the light receiving surface needs to be about 20 μm or less. As a result, since the maximum output current is very small (about 200 μA), the voltage amplitude is about 10 mV at the maximum when the load is 50 ohms, and is weak against external noise. There is a problem that cannot be avoided.

【0008】また、後段の増幅器に対する入力容量は、
ほとんど付加的容量によって決定され、200−500
fF程度の値となって広帯域な増幅が困難であり、さら
に、後段の増幅器は、入力インピーダンスを伝送線路イ
ンピーダンスにマッチングさせる必要があり、設計の自
由度も少ないという問題がある。
[0008] The input capacitance to the subsequent amplifier is:
Mostly determined by the additional capacity, 200-500
A value of about fF makes it difficult to amplify over a wide band, and further, the amplifier at the subsequent stage needs to match the input impedance to the transmission line impedance, and has a problem that the degree of freedom in design is small.

【0009】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、小型でかつ雑音や
チャネル間のクロストークが小さく、しかも広帯域での
増幅が可能で、ディジタル回路が集積化された光受信装
置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a digital circuit which is small in size, has small noise and crosstalk between channels, and can amplify in a wide band. Is to provide an integrated optical receiving device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を達成するために、請求項1に記載の発明は、電子回
路の表面に保護層を設けてなる電子回路基板と、該電子
回路基板上に絶縁層を介して集積化された光電変換素子
とからなり、前記保護層に、前記光電変換素子の第1の
電極を前記電子回路と結線する第1のコンタクトホール
を設けるとともに、前記光電変換素子の第2の電極を前
記電子回路と結線する第2のコンタクトホールを設けた
ことを特徴とするものである。つまり、電子回路に絶縁
層を介してフォトダイオードを集積化し、フォトダイオ
ードの第1の電極と電子回路とを、電子回路の保護膜に
設けられた第1のコンククトホールを通して結線すると
ともに、フォトダイオードの第2の電極と電子回路とを
電子回路の保護膜に設けられた第2のコンタクトホール
を通して結線して光受信装置を構成したものである。な
お、その他のフォトダイオードとしてMSMフォトダイ
オードを利用することができる。
According to the present invention, there is provided an electronic circuit board comprising a protective layer provided on a surface of an electronic circuit, the electronic circuit board comprising: A photoelectric conversion element integrated on a circuit board via an insulating layer, wherein the protection layer is provided with a first contact hole for connecting a first electrode of the photoelectric conversion element to the electronic circuit; A second contact hole for connecting a second electrode of the photoelectric conversion element to the electronic circuit is provided. That is, a photodiode is integrated into an electronic circuit via an insulating layer, and a first electrode of the photodiode and the electronic circuit are connected through a first contact hole provided in a protective film of the electronic circuit, and An optical receiver is constructed by connecting a second electrode of a diode and an electronic circuit through a second contact hole provided in a protective film of the electronic circuit. Note that an MSM photodiode can be used as another photodiode.

【0011】また、請求項2に記載の発明は、前記光電
変換素子が単一キャリア走行型のフォトダイオードであ
ることを特徴とするものである。
The invention according to claim 2 is characterized in that the photoelectric conversion element is a single carrier traveling type photodiode.

【0012】また、請求項3に記載の発明は、請求項1
又は2に記載の発明において、前記電子回路基板上に前
記絶縁層を介して設けられた半導体基板を、前記光電変
換素子を形成する部分を残して取り除く除去手段を設け
たことを特徴とするものである。
Further, the invention described in claim 3 is the first invention.
3. The invention according to claim 2, further comprising removing means for removing a semiconductor substrate provided on the electronic circuit substrate via the insulating layer, except for a portion where the photoelectric conversion element is formed. It is.

【0013】また、請求項4に記載の発明は、請求項
1、2又は3に記載の発明において、前記電子回路の初
段の入力容量をCaとし、前記光電変換素子の容量をC
dとするとき、0.5Cd<Ca<3Cdの関係を有す
ることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the invention, the first stage input capacitance of the electronic circuit is Ca, and the capacitance of the photoelectric conversion element is C.
When d, 0.5Cd <Ca <3Cd.

【0014】また、請求項5に記載の発明は、請求項1
乃至4いずれかに記載の発明において、前記光電変換素
子の直径は20ミクロン以上であることを特徴とするも
のである。
The invention described in claim 5 is the first invention.
The invention according to any one of the above-described embodiments, wherein the diameter of the photoelectric conversion element is at least 20 microns.

【0015】また、請求項6に記載の発明は、請求項1
乃至5いずれかに記載の発明において、電子回路の前段
の光路中に光増幅器を設けたものである。
[0015] The invention described in claim 6 is the first invention.
In any one of the above-described inventions, an optical amplifier is provided in an optical path at a stage preceding the electronic circuit.

【0016】さらに、光信号を電気信号に変換する光受
信装置において、光導波回路と、光路変換器と、光電変
換素子と電子回路が集積化された電子集積回路とから光
受信装置を構成したものである。
Further, in an optical receiver for converting an optical signal into an electric signal, the optical receiver comprises an optical waveguide circuit, an optical path converter, an electronic integrated circuit in which a photoelectric conversion element and an electronic circuit are integrated. Things.

【0017】さらに、光増幅器と、光導波回路と、光路
変換器と、光電変換素子と電子回路が集積化された電子
集積回路とから光受信装置を構成したものである。
Further, an optical receiver is constituted by an optical amplifier, an optical waveguide circuit, an optical path converter, and an electronic integrated circuit in which a photoelectric conversion element and an electronic circuit are integrated.

【0018】さらに、光増幅器と、波長分波光導波回路
と、光路変換器と、光電変換素子と電子回路が集積化さ
れた電子集積回路から光受信装置を構成したものであ
る。
Further, the optical receiver comprises an optical amplifier, a wavelength division optical waveguide circuit, an optical path converter, an electronic integrated circuit in which a photoelectric conversion element and an electronic circuit are integrated.

【0019】さらに、前記絶縁層と前記光電変換素子と
の問に、ミラーを具備して光受信装置を構成したもので
ある。
Further, a light receiving device is provided with a mirror provided between the insulating layer and the photoelectric conversion element.

【0020】さらに、光増幅器と、波長分波光導波回路
と、複数の光路変換器と、複数の単一キャリア走行型の
フォトダイオードと複数の電子回路が集積された電子集
積回路とから光受信装置を構成したものである。
[0020] Furthermore, light is received from an optical amplifier, a wavelength division optical waveguide circuit, a plurality of optical path converters, and an electronic integrated circuit in which a plurality of single-carrier traveling photodiodes and a plurality of electronic circuits are integrated. This is a device configuration.

【0021】さらに、電子集積回路が時間多重信号を低
速の時間多重信号に分離する分離回路を具備して光受信
装置を構成したものである。
Further, the electronic integrated circuit comprises a demultiplexing circuit for demultiplexing the time multiplexed signal into a low-speed time multiplexed signal to constitute an optical receiver.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明の光受信装置の第1実施例
を示す図で、この光受信装置は、平面光回路基板101
上に受信回路102を具備する電子回路基板126が実
装されていて、この平面光回路基板101上には、光導
波路108、分岐109等が構成されているとともに、
電気配線106やLSI電源線107が設けられてい
る。
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of an optical receiving apparatus according to the present invention.
An electronic circuit board 126 including a receiving circuit 102 is mounted thereon, and an optical waveguide 108, a branch 109, and the like are formed on the planar optical circuit board 101.
An electric wiring 106 and an LSI power supply line 107 are provided.

【0024】図22に示した従来の光受信装置と異なる
ところは、増幅器103a、103bだけでなく、クロ
ック抽出回路104、分離回路105が受信回路102
に含まれている点である。ここでは、単体の受信回路の
みの場合について説明しているが、従来の光受信装置と
同様にアレイ状に増幅器を集積化して受信回路アレイと
して構成できることも明らかである。
The difference from the conventional optical receiving apparatus shown in FIG. 22 is that not only the amplifiers 103a and 103b but also the clock extracting circuit 104 and the separating circuit 105
It is a point included in. Here, the case where only a single receiving circuit is used is described. However, it is apparent that amplifiers can be integrated into an array and configured as a receiving circuit array, similarly to a conventional optical receiving apparatus.

【0025】図2は、図1における「B」部分の断面図
で、光受信装置は、平面光回路基板101と、その上に
設けられた電子回路基板126と、電子回路基板126
上に設けられたフォトダイオード111からなってい
る。平面光回路基板101は、シリコン基板112上に
堆積されたSiO2層(下部クラッド)113、SiO2
(コア)114、SiO2層(上部クラッド)115で構成さ
れている。光導波路には、途中に溝が形成されていて、
樹脂116と反射膜117によるミラーが設けられてい
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the portion "B" in FIG. 1. The optical receiving device includes a planar optical circuit board 101, an electronic circuit board 126 provided thereon, and an electronic circuit board 126.
It consists of a photodiode 111 provided above. The planar optical circuit substrate 101 includes a SiO 2 layer (lower clad) 113 and a SiO 2 layer deposited on a silicon substrate 112.
(Core) 114 and SiO 2 layer (upper cladding) 115. In the optical waveguide, a groove is formed in the middle,
A mirror made of the resin 116 and the reflection film 117 is provided.

【0026】コア114を伝搬してきた光はこのミラー
によって光路を変換され、LSI基板110上に設けら
れたフォトダイオード111に入射される。このフォト
ダイオード111で光電変換された信号は、電子回路1
20に入力される。電子回路120からの信号は、半田
119を介してポリイミド118の低誘電率の層上に形
成された電気配線106に出力され、外部装置に供給さ
れる。電気配線106は、一般的にはコプレーナ型伝送
線路が用いられている。
The light propagating through the core 114 has its optical path changed by this mirror, and is incident on the photodiode 111 provided on the LSI substrate 110. The signal photoelectrically converted by the photodiode 111 is transmitted to the electronic circuit 1
20. A signal from the electronic circuit 120 is output to the electric wiring 106 formed on the low dielectric constant layer of the polyimide 118 via the solder 119 and supplied to an external device. In general, a coplanar transmission line is used for the electric wiring 106.

【0027】また、図3(a)及び(b)に示すよう
に、受信回路102を含む電子回路120とフォトダイ
オード111は、例えばポリイミドからなる絶縁膜12
1を介して集積され、電子集積回路を構成している。フ
ォトダイオード111は、p+-InGaAs層、p+-InP
層、i-InGaAs層、n+-InP層、n+-InGaAs層で
構成されていて、その上面には低反射コーティング12
2が堆積されている。また、p+-InGaAs層とのコン
タクト(第1電極)としてAuZnNi層が利用され、n+
-InGaAs層とのコンタクト(第2電極)としてAuGe
Ni層が利用されている。また、電子回路120との配
線にはAuを利用している。電子回路120がシリコン
の場合、電子回路120の配線にはAl(アルミニウ
ム)が用いられるので、反応を押さえるためにPt/Ti
等のバリア層がAu配線とAlとの接続界面に挿入されて
いる。また、半田119との接続用の電極パッド123
が電子回路基板126上に設けられている。フォトダイ
オード111の周囲の不要な半導体基板(InP基板)
は取り除かれ、フォトダイオード111と電子回路12
0との配線は、電子回路基板126上の保護層125に
設けられたコンタクトホール124a、124b内で電
子回路120と結線される。つまり、第1電極であるA
uZnNi層は、Auにより第1のコンタクトホール124
aを通して電子回路120と接続され、第2電極である
AuGeNi層は、Auにより第2コンタクトホール124
bを通して電子回路120と接続されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the electronic circuit 120 including the receiving circuit 102 and the photodiode 111 are made of an insulating film 12 made of, for example, polyimide.
1 to constitute an electronic integrated circuit. The photodiode 111 has a p + -InGaAs layer, ap + -InP
Layer, an i-InGaAs layer, an n + -InP layer, and an n + -InGaAs layer.
2 have been deposited. An AuZnNi layer is used as a contact (first electrode) with the p + -InGaAs layer, and the n +
AuGe as a contact (second electrode) with the -InGaAs layer
An Ni layer is used. Au is used for wiring to the electronic circuit 120. When the electronic circuit 120 is made of silicon, Al (aluminum) is used for the wiring of the electronic circuit 120, so that Pt / Ti is used to suppress the reaction.
Are inserted at the connection interface between the Au wiring and Al. Further, an electrode pad 123 for connection with the solder 119
Are provided on the electronic circuit board 126. Unnecessary semiconductor substrate around the photodiode 111 (InP substrate)
Is removed, the photodiode 111 and the electronic circuit 12 are removed.
The wiring with 0 is connected to the electronic circuit 120 in the contact holes 124a and 124b provided in the protective layer 125 on the electronic circuit board 126. That is, the first electrode A
The uZnNi layer is formed of the first contact hole 124 by Au.
a, the AuGeNi layer serving as the second electrode is connected to the electronic circuit 120 through the second contact hole 124 by Au.
b, it is connected to the electronic circuit 120.

【0028】本発明の光受信装置の構成では、図23に
示したような電子回路パッドを用いた接続を行わないの
で、フォトダイオード111に本質的な容量以外の付加
的容量は、フォトダイオード111の+側の配線(図3
の左側)とグラウンド間の容量のみにすることが可能で
ある。この場合、配線Auの幅を10μm、長さを30
μmとすれば、容量の値は、高々5fFである。
In the configuration of the optical receiving apparatus of the present invention, since connection using the electronic circuit pad as shown in FIG. 23 is not performed, additional capacitance other than the intrinsic capacitance of the photodiode 111 + Wiring (Figure 3)
Left side) and the ground only. In this case, the wiring Au has a width of 10 μm and a length of 30 μm.
Assuming μm, the capacitance value is at most 5 fF.

【0029】従来の光受信装置の場合、電子回路パッド
216を用いて電子回路基板204と接続しているた
め、フォトダイオード217の100μm角パッド容量
150fFと、フォトダイオード217から電子回路パ
ッド216への配線容量20fFと、電子回路基板20
4の100μm角パッド容量150fFが付加的容量に
なり、総計320fFとなる。すなわち、付加的容量を
1/10以下にすることが可能となる。従来の構成にお
いて付加的容量を減らすためには、電子回路パッド21
6の寸法を小さくする必要があるが、半田213やワイ
ヤ215の接続部の信頼性を高めることは、100μm
角以下の寸法では不可能であった。さらに従来のもので
は、付加的インダクタンス(1−2nH程度)が加わるば
かりでなく、伝送線路を利用するために、出力インピー
ダンスは伝送線路によって規定されてしまい、通常、5
0オームに固定される。
In the case of the conventional optical receiver, since it is connected to the electronic circuit board 204 using the electronic circuit pad 216, the 100 μm square pad capacitance 150 fF of the photodiode 217 and the signal from the photodiode 217 to the electronic circuit pad 216. Wiring capacitance 20 fF and electronic circuit board 20
The 150 μF 100 μm square pad capacitance of No. 4 is an additional capacitance, for a total of 320 fF. That is, the additional capacity can be reduced to 1/10 or less. In order to reduce the additional capacitance in the conventional configuration, the electronic circuit pad 21
6, the size of the solder 213 and the connection of the wire 215 must be increased by 100 μm.
Sub-dimension dimensions were not possible. Further, in the conventional device, not only an additional inductance (about 1-2 nH) is added, but also because the transmission line is used, the output impedance is defined by the transmission line.
Fixed to 0 ohm.

【0030】次に、図2、図3に基づいて、第1実施例
における光受信装置の動作について説明する。
Next, the operation of the optical receiver according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

【0031】導波路を伝搬してきた光は、ミラーによっ
て光路を変換され、フォトダイオード111に入射され
る。戻り光を減らすために光路変換の角度は90度では
なく、70度前後、あるいは110度前後にするか、紙
面の面からずらすことが望ましい。平面光回路基板10
1のコア層114は、通常表面から15μmの深さにあ
るので、溝の端面からフォトダイオード111までの距
離は約30μmであり、フォトダイオード面での光線の
広がりは、直径が15μm程度である。
The light propagating through the waveguide is changed its optical path by a mirror and is incident on the photodiode 111. In order to reduce the returning light, it is desirable that the angle of the optical path conversion is not about 90 degrees but about 70 degrees, about 110 degrees, or shifted from the plane of the paper. Planar optical circuit board 10
Since the core layer 114 is usually at a depth of 15 μm from the surface, the distance from the end face of the groove to the photodiode 111 is about 30 μm, and the spread of the light beam on the photodiode surface is about 15 μm in diameter. .

【0032】実装のトレランス及び電極部分を考慮すれ
ば、フォトダイオード111のメサ径は25μm程度が
適当である。典型的な値として空乏層(InGaAs:吸収
層)厚を2.0μmとするとフォトダイオード111の
みの容量は30fFとなる。一般に高速の受信回路では
トランスインピーダンス型の増幅回路を初段に利用す
る。近似的にこの増幅回路の電圧変換利得は、トランス
インピーダンス型の増幅回路の帰還抵抗となる。帰還抵
抗が高いほど低雑音かつ高利得になるが、帰還抵抗×入
力容量÷(増幅段のオープンループ利得)で決定されるC
R時定数が増大して帯域が制限される。本実施例の構成
では、付加的容量を含めて受信回路の入力容量は35f
Fであるのに対し、従来のものは上述したように355
fFとなる。
Considering the mounting tolerance and the electrode portion, it is appropriate that the mesa diameter of the photodiode 111 is about 25 μm. As a typical value, when the thickness of the depletion layer (InGaAs: absorption layer) is 2.0 μm, the capacitance of only the photodiode 111 is 30 fF. Generally, in a high-speed receiving circuit, a transimpedance type amplifier circuit is used in the first stage. Approximately, the voltage conversion gain of this amplifier circuit becomes the feedback resistance of the transimpedance type amplifier circuit. The higher the feedback resistance, the lower the noise and the higher the gain. However, C is determined by feedback resistance x input capacitance ル ー プ (open loop gain of the amplification stage).
The R time constant increases and the band is limited. In the configuration of this embodiment, the input capacitance of the receiving circuit including the additional capacitance is 35 f
F, whereas the conventional one is 355 as described above.
fF.

【0033】すなわち、オープンループ利得を10、C
R時定数を20psとするとき、本実施例では電圧変換
利得が5700であるが、従来のものは570であり、
実に10倍の利得を達成することが出来る。もしも、平
面光回路基板101上の配線長が動作信号波長の1/2
0よりも長い場合 (10GHzの場合は1.5mmより
も長い場合)、平面光回路基板101上の配線は伝送線
路とする必要があり、そのインピーダンスは通常50オ
ームである。この場合は、電圧変換利得は50であり、
本実施例の構成を用いれば100倍以上の利得を達成で
きる。
That is, when the open loop gain is 10, C
When the R time constant is set to 20 ps, the voltage conversion gain is 5700 in the present embodiment, whereas the conventional one is 570,
Indeed, a gain of 10 times can be achieved. If the wiring length on the planar optical circuit board 101 is 1 / of the operating signal wavelength,
If it is longer than 0 (if it is longer than 1.5 mm for 10 GHz), the wiring on the planar optical circuit board 101 must be a transmission line, and its impedance is usually 50 ohms. In this case, the voltage conversion gain is 50,
With the configuration of the present embodiment, a gain of 100 times or more can be achieved.

【0034】また、クロストークの要因として、電子回
路パッド部分での容量と電子回路基板の有限の抵抗を介
したクロストークがあるが、本実施例のように、電子回
路パッド部分がない場合は、このクロストークが存在せ
ず、高密度な受信回路アレイが可能となる。
The crosstalk is caused by the capacitance at the electronic circuit pad and the crosstalk via the finite resistance of the electronic circuit board. However, when there is no electronic circuit pad as in this embodiment, This crosstalk does not exist, and a high-density receiving circuit array can be realized.

【0035】また、本実施例では、電子回路120の初
段の入力容量をCa、フォトダイオード111の容量を
Cdとするとき、0.5Cd<Ca<3Cdという範囲
で電子回路120の初段の入力容量を設定してある。そ
の理由は、図4に示すように、電子回路120の初段の
入力容量がフォトダイオード111の容量の1.5倍程
度のとき、電子回路120の帯域が最大となることが明
らかになったからである。この入力容量は初段のFET
の寸法に比例し、通常のCMOSではゲート幅1μmあ
たり1fFである。本実施例では、フォトダイオード1
11の容量が30fFであるので、電子回路120の初
段のNMOSゲート幅を20μm、PMOSゲート幅を
40μmとした。従来のものにおいて、同様の関係があ
るかは不明であるが、もしも同じ関係が成り立つのであ
れば、最適なゲート幅は本実施例の10倍の大きさにな
ることが推定される。すなわち、FETの寸法が従来の
ものでは10倍になるので、消費電力も10倍になる可
能性がある。
In this embodiment, when the first stage input capacitance of the electronic circuit 120 is Ca and the capacitance of the photodiode 111 is Cd, the first stage input capacitance of the electronic circuit 120 is within the range of 0.5 Cd <Ca <3 Cd. Is set. The reason is that, as shown in FIG. 4, when the input capacitance at the first stage of the electronic circuit 120 is about 1.5 times the capacitance of the photodiode 111, it has been found that the band of the electronic circuit 120 is maximized. is there. This input capacitance is the first stage FET
Is 1 fF per 1 μm of gate width in a normal CMOS. In this embodiment, the photodiode 1
Since the capacitance of No. 11 is 30 fF, the first stage NMOS gate width of the electronic circuit 120 is set to 20 μm, and the PMOS gate width is set to 40 μm. It is unclear whether a similar relationship exists in the conventional device, but if the same relationship holds, it is estimated that the optimal gate width is ten times as large as that of the present embodiment. That is, since the size of the conventional FET is ten times as large, the power consumption may also be ten times.

【0036】本発明では、シリコン基板112上の電子
回路基板として、バイポーラ型LSI、CMOS型LS
I、Bi-CMOS型LSI、GaAs基板上のMESFE
T型LSI、HBT型LSI、InP基板上のHEMT
等を用途に合わせて用いることが出来る。例えば、10
Gbit/s級の受信器であれば、シリコンバイポーラ
あるいはGaAs-MESFET型のLSIが最適であ
る。シリコンバイポーラやGaAs-MESFETではIn
P-NEMTと異なり、比較的大規模の論理回路を有す
る電子回路を構成できるので、本実施例に示すように、
増幅器、クロック抽出回路、分離回路をワンチップ化す
ることが可能になる。分離回路が集積されていると、例
えば、10Gbit/sの信号を2.5Gbit/sにパ
ラレルに展開できるので、その他の装置との接続が容易
になる。
In the present invention, as an electronic circuit substrate on the silicon substrate 112, a bipolar LSI, a CMOS LS
I, Bi-CMOS LSI, MESFE on GaAs substrate
T-type LSI, HBT-type LSI, HEMT on InP substrate
Can be used according to the purpose. For example, 10
For a Gbit / s class receiver, a silicon bipolar or GaAs-MESFET type LSI is optimal. In the case of silicon bipolar or GaAs-MESFET, In
Unlike the P-NEMT, an electronic circuit having a relatively large-scale logic circuit can be configured. Therefore, as shown in this embodiment,
Amplifiers, clock extraction circuits, and separation circuits can be integrated into one chip. If the separation circuit is integrated, for example, a signal of 10 Gbit / s can be expanded in parallel to 2.5 Gbit / s, so that connection with other devices becomes easy.

【0037】また、本実施例では、電子回路120とし
て、増幅器、クロック抽出回路、分離回路を利用する構
成を示したが、その他にも、図5に示すように、分離回
路の後段にSDH(同期ディジタルハイアラーキー)、
ATM(非同期転送モード)やIP(インターネットプ
ロトコル)のプロトコル処理回路127を集積すること
が出来ることは言うまでもない。あるいは、受信回路1
02の後段にマイクロプロセッサやディジタルシグナル
プロセッサを集積することも可能である。また、短距離
の伝送の場合では、クロックを別チャネルで伝送する場
合もあり、その時にはクロック抽出回路104は不要で
ある。あるいは、マイクロプロセッサ用には、クロック
のみ受信する構成も可能である。この場合は、フォトダ
イオードは1つの受信回路あたり1個でよい。
In the present embodiment, an amplifier, a clock extraction circuit, and a separation circuit are used as the electronic circuit 120. However, as shown in FIG. Synchronous digital hierarchy),
It goes without saying that the ATM (asynchronous transfer mode) or IP (Internet Protocol) protocol processing circuit 127 can be integrated. Alternatively, the receiving circuit 1
It is also possible to integrate a microprocessor or a digital signal processor at the subsequent stage of the 02. In the case of short-distance transmission, the clock may be transmitted on another channel, and in that case, the clock extraction circuit 104 is unnecessary. Alternatively, a configuration in which only a clock is received for a microprocessor is also possible. In this case, only one photodiode is required for one receiving circuit.

【0038】また、図6に示すように、フォトダイオー
ド111の位置を必ずしも同一直線上に配置する必要は
ない。この場合には、受信回路102のレイアウト上の
自由度が大きくなるという利点がある。
Further, as shown in FIG. 6, the positions of the photodiodes 111 need not always be arranged on the same straight line. In this case, there is an advantage that the degree of freedom in layout of the receiving circuit 102 is increased.

【0039】図7〜図12は、本発明の光受信装置の作
製方法について説明するための図である。フォトダイオ
ードとLSIの集積方法については、「T.Nakahara,H.T
suda,K.Tateno,S.Matsuo,and T.kurokawa ,"Hybrid in
tegration of GaAs pinphotodiodes with CMOS transim
pedance amplifier circuits,"Electron Lett.,Vo1.3
4,No.13,pp.1352-1353(1998)」に記載されている。ま
ず、図7に示すように、InP基板上にn+-InGaAs
層、n+-InP層、i-InGaAs層、p+-InP層、p+-
InGaAs層を順次にエピタキシャル成長させる。次
に、図8に示すように、電子回路基板126上の凹凸を
平坦化する。これは、ポリイミドを塗布して硬化後に研
磨することによって可能である。また、電子回路基板1
26上には予めコンタクトホール124が設けられてい
る。
7 to 12 are views for explaining a method of manufacturing the optical receiver according to the present invention. For details on how to integrate photodiodes and LSIs, see T. Nakahara, HT
suda, K. Tateno, S. Matsuo, and T. kurokawa, "Hybrid in
integration of GaAs pinphotodiodes with CMOS transim
pedance amplifier circuits, "Electron Lett., Vo1.3
4, No. 13, pp. 1352-1353 (1998) ". First, as shown in FIG. 7, n + -InGaAs is formed on an InP substrate.
Layer, n + -InP layer, i-InGaAs layer, p + -InP layer, p + -
An InGaAs layer is sequentially grown epitaxially. Next, as shown in FIG. 8, the unevenness on the electronic circuit board 126 is flattened. This is possible by applying a polyimide and polishing after curing. Also, the electronic circuit board 1
A contact hole 124 is provided on 26 in advance.

【0040】次に、図9(a)〜(c)に示すように、
InP基板のエピタキシャル層を電子回路基板126に
合わせてからポリイミドを用いて接着し(図9
(a))、200℃で仮止めする(図9(b))。その
後、不要なInP基板をエッチングする(図9
(c))。
Next, as shown in FIGS. 9A to 9C,
The epitaxial layer of the InP substrate is aligned with the electronic circuit substrate 126 and then bonded using polyimide (FIG. 9).
(A)) and temporarily fix at 200 ° C. (FIG. 9 (b)). Thereafter, unnecessary InP substrates are etched (FIG. 9).
(C)).

【0041】次に、図10(a)及び(b)に示すよう
に、エピタキシャル層を部分的にエッチングし、1−2
mm角の部分に分割する(図10(a))。このエッチ
ングのためのフォトワークの位置合わせはラフで良いの
で、両面位置合わせ型の露光器を用いて容易にエッチン
グすることが出来る。この段階で350℃まで加熱して
接着ポリイミドを完全に硬化させる。また、エピタキシ
ャル層の無い部分のポリイミドをアッシング装置によっ
て除去する。これによって、予め電子回路基板126と
同時に作られた位置合わせマークが分割溝部分から現れ
る(図10(b))。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, the epitaxial layer is partially etched to
It is divided into mm-square portions (FIG. 10A). Since the positioning of the photowork for this etching may be rough, the etching can be easily performed using a double-sided alignment type exposure device. At this stage, the adhesive polyimide is completely cured by heating to 350 ° C. In addition, a portion of the polyimide having no epitaxial layer is removed by an ashing device. As a result, an alignment mark previously formed simultaneously with the electronic circuit board 126 appears from the division groove portion (FIG. 10B).

【0042】次に、図11に示すように、電子回路基板
126上の位置合わせマークを用いてフォトワークとエ
ッチングを行い、フォトダイオードのメサ構造を製作す
る。
Next, as shown in FIG. 11, photo-working and etching are performed using the alignment marks on the electronic circuit board 126 to produce a mesa structure of the photodiode.

【0043】次に、図12に示すように、電子回路12
0とフォトダイオード111間の電気配線を形成する。
つまり、第1電極であるAuZnNi層は、Auにより第1
のコンタクトホール124aを通して電子回路120と
接続され、第2電極であるAuGeNi層は、Auにより第
2コンタクトホール124bを通して電子回路120と
接続されている。また、必要に応じて、フォトダイオー
ド111上に低反射コーティング122を形成する。
Next, as shown in FIG.
An electric wiring is formed between the photodiode 0 and the photodiode 111.
That is, the AuZnNi layer, which is the first electrode, is made of Au to form
The AuGeNi layer serving as the second electrode is connected to the electronic circuit 120 through the second contact hole 124b by Au. Further, if necessary, a low reflection coating 122 is formed on the photodiode 111.

【0044】なお、平面光回路上のミラー形成技術につ
いては、「H.Terui and K. Shuto,"Novel Micromirror
for Vertical Optical Path Conversion Formed in Sil
ica-Based PLC Using Wettability Control of Resin",
Journal of Lightwave Technology, Vol.16.No.9,pp.1
631-1639(1998)」に記載されている。
The mirror forming technology on a planar optical circuit is described in "H. Terui and K. Shuto," Novel Micromirror.
for Vertical Optical Path Conversion Formed in Sil
ica-Based PLC Using Wettability Control of Resin ",
Journal of Lightwave Technology, Vol.16.No.9, pp.1
631-1639 (1998) ".

【0045】また、ミラー形成技術を利用して製作され
た平面光回路と電子集積回路は、フリップチップ半田技
術を利用して実装される。このフリップチップ半田技術
については、「Y.Akahori, T.Ohyama, T.Yamada, K.Ka
toh, T.Ito "High-Speed Photoreceivers Using Solder
Bumps and Microstrip Lines Formed on a SiliconOpt
ical Bench ",IEEE Photonics Technology Letters, Vo
l.11,No.4,pp.454-456(1999)」に記載されている。
The planar optical circuit and the electronic integrated circuit manufactured using the mirror forming technology are mounted using the flip chip soldering technology. Regarding this flip chip soldering technology, see "Y. Akahori, T. Ohyama, T. Yamada, K. Ka
toh, T.Ito "High-Speed Photoreceivers Using Solder
Bumps and Microstrip Lines Formed on a SiliconOpt
ical Bench ", IEEE Photonics Technology Letters, Vo
l.11, No.4, pp.454-456 (1999) ".

【0046】図13は、本発明の光受信装置の第2実施
例を示す図で、第1実施例に、光増幅器128とアレイ
導波路回折格子129を追加したものである。本実施例
は波長多重信号を前提に考えているのでアレイ導波路回
折格子129を配置しているが、空間多重信号に対して
は、各チャネル毎に光増幅器128を配置する。それ以
外は第1実施例の構成と同様である。光増幅器128
は、広帯域(5THz程度)、高利得(>30dB)、高出
力(数10mW〜数W)の特性を有している。本構成で
は、可能な限り光増幅器128で増幅するので、電子回
路120への入力を大きくし、低雑音かつクロストーク
を低減できる。
FIG. 13 is a view showing a second embodiment of the optical receiver according to the present invention, wherein an optical amplifier 128 and an arrayed waveguide diffraction grating 129 are added to the first embodiment. In the present embodiment, the arrayed waveguide diffraction grating 129 is arranged because a wavelength multiplexed signal is considered, but an optical amplifier 128 is arranged for each channel for a spatially multiplexed signal. Otherwise, the configuration is the same as that of the first embodiment. Optical amplifier 128
Has characteristics of a wide band (about 5 THz), a high gain (> 30 dB), and a high output (several tens mW to several W). In this configuration, since the signal is amplified by the optical amplifier 128 as much as possible, the input to the electronic circuit 120 can be increased, and low noise and crosstalk can be reduced.

【0047】しかしながら、従来の光受信装置の構成で
は、フォトダイオード部の付加的容量が大きいため、小
径のフォトダイオードが不可欠であった。そのため10
GHzの帯域を確保するためには、フォトダイオードの
直径は20μm以下にする必要があった。典型的な20
μm径のフォトダイオードの最大出力電流は徴弱(20
0μA程度)であり、従来の光受信装置の構成では、光
増幅器の出力レベルをチャネルあたり0.3mW程度以
上にすることが出来なかった。ところが、フォトダイオ
ード111を集積した電子集積回路では、付加的な容量
が少ない分、フォトダイオード111の直径を60μm
径まで大きくすることが出来る。すなわち、最大出力電
流を2mA、光増幅器128の出力レベルをチャネルあ
たり3mW程度まで増加させることが可能になる。増幅
器や整合回路などのアナログ回路とクロック抽出回路な
どのディジタル回路を集積する場合の最も困難な点は、
ディジタル回路からの雑音によってアナログ回路が誤動
作することである。
However, in the configuration of the conventional optical receiver, a small-diameter photodiode is indispensable because the additional capacity of the photodiode section is large. So 10
In order to secure a band of GHz, the diameter of the photodiode has to be 20 μm or less. Typical 20
The maximum output current of a μm diameter photodiode is weak (20
0 μA), and with the configuration of the conventional optical receiver, the output level of the optical amplifier could not be increased to about 0.3 mW or more per channel. However, in an electronic integrated circuit in which the photodiode 111 is integrated, the diameter of the photodiode 111 is 60 μm
It can be as large as the diameter. That is, it is possible to increase the maximum output current to 2 mA and the output level of the optical amplifier 128 to about 3 mW per channel. The most difficult point when integrating analog circuits such as amplifiers and matching circuits and digital circuits such as clock extraction circuits is
An analog circuit malfunctions due to noise from a digital circuit.

【0048】本発明のようにフォトダイオード111の
出力を大きくし、耐雑音性を高めることはディジタル回
路とアナログ回路の集積に非常に有効である。受信回路
アレイのクロストークは、主として増幅器の入力側に電
源線等を通して回り込む他チャネルの出力の帰還によっ
て生じる。本実施例のように、入力側の電流及び電圧振
幅が大きい場合、相対的にこれらの出力の帰還量は少な
くなるので、受信回路の雑音やクロストークは少なくな
る。
It is very effective to increase the output of the photodiode 111 and improve the noise resistance as in the present invention in integrating digital circuits and analog circuits. Crosstalk of the receiving circuit array is mainly caused by feedback of the output of another channel which goes around the input side of the amplifier through a power supply line or the like. When the current and voltage amplitudes on the input side are large as in this embodiment, the feedback amount of these outputs is relatively small, so that noise and crosstalk of the receiving circuit are reduced.

【0049】図14は、意図的に雑音を印加した場合の
受信回路の誤り率の出力電流依存性を計算した結果を示
す図である。電流が200μAを超えると誤り率が10
-12以下になることが明らかになった。すなわち、フォ
トダイオードの径を25μm以上とすれば、誤動作が測
定限界以下になると予想される。
FIG. 14 is a diagram showing the result of calculating the output current dependency of the error rate of the receiving circuit when noise is intentionally applied. If the current exceeds 200 μA, the error rate becomes 10
It was found to be below -12 . That is, if the diameter of the photodiode is 25 μm or more, it is expected that the malfunction will be less than the measurement limit.

【0050】このようにして、本実施例ではディジタル
回路を光電変換回路と同じ基板上に集積しても誤動作が
少ないようにすることが可能になった。クロック抽出回
路104と分離回路105が集積されれば、低速の電気
信号に変換して出力できるため、出力信号の取り出しや
他の装置への接続が容易になる。例えば、1/4の速度
に分離すれば、他の装置までの接続可能な距離が16倍
になる。
As described above, in this embodiment, even if the digital circuit is integrated on the same substrate as the photoelectric conversion circuit, it is possible to reduce the malfunction. If the clock extraction circuit 104 and the separation circuit 105 are integrated, they can be converted into low-speed electric signals and output, so that output signals can be easily extracted and connected to other devices. For example, if the speed is divided into 1/4, the connectable distance to another device is increased 16 times.

【0051】また、本実施例の構成において、上部クラ
ッド層115の厚を増やすか平面光回路基板101と電
子回路基板126とを取り付ける半田バンプの大きさを
大きくし、フォトダイオード111と導波路端の距離を
増やして大口径のフォトダイオード111に均一に光が
入射するように作製することが可能である。
In the structure of the present embodiment, the thickness of the upper cladding layer 115 is increased or the size of the solder bump for attaching the planar optical circuit board 101 and the electronic circuit board 126 is increased, so that the photodiode 111 and the waveguide end are removed. Can be manufactured so that light can be uniformly incident on the large-diameter photodiode 111 by increasing the distance.

【0052】図15及び図16は、本発明の光受信装置
の第3実施例を示す図で、図16は図15の「C」部分
における断面のLSI基板の構成図である。
FIGS. 15 and 16 show a third embodiment of the optical receiver of the present invention. FIG. 16 is a view showing the configuration of the LSI substrate in a cross section taken along the line "C" in FIG.

【0053】本実施例では、上述した第2実施例に対し
て、フォトダイオードを単一キャリア走行型フォトダイ
オード(UTC-フォトダイオード: Uni-Traveling-Car
rierPhoto Diode)111aとしたものである。UTC-
フォトダイオード111aの構造は、「T.Ishibashi,
S.Kodama, N.Shimizu,and T.Furuta, "High-Speed Resp
onse of Uni-Traveling Carrier Photodiodes, "Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.36,Part l,No.lO,pp.6263、(1997)」に
記載されている。
In the present embodiment, a photodiode is a single carrier traveling type photodiode (UTC-photodiode: Uni-Traveling-Car) in comparison with the second embodiment described above.
rierPhoto Diode) 111a. UTC-
The structure of the photodiode 111a is described in "T. Ishibashi,
S. Kodama, N. Shimizu, and T. Furuta, "High-Speed Resp
onse of Uni-Traveling Carrier Photodiodes, "Jpn.J.
Appl. Phys. Vol. 36, Part 1, No. lO, pp. 6263, (1997) ".

【0054】UTC-フォトダイオード111aは、p+
-InGaAs層、p+-InGaAsP層、i-InP層、n+-
InP層、n-InP層、n+-InP層、n+-InGaAsP
層から構成されている。また、UTC-フォトダイオー
ド111aは、ドリフト速度が高速な電子のみを走行さ
せる構造であるため、空間電荷効果による空乏層内の電
界の低下が少なく、通常のフォトダイオードに比較して
同じ受光面積(同じ容量)で10倍程度の電流を流すこと
が可能である。すなわち、増幅器なしで2−3Vの出力
を得ることが可能であるので、整合回路130a、13
0bでインピーダンスマッチングとレべルシフトを行
い、直接、論理回路を駆動することができる。第2実施
例と比較して、さらに入力の電流-電圧振幅が大きいた
め、受信回路の雑音やクロストークも一層少なくなると
いう利点がある。
The UTC-photodiode 111a has p +
-InGaAs layer, p + -InGaAsP layer, i-InP layer, n + -
InP layer, n-InP layer, n + -InP layer, n + -InGaAsP
It is composed of layers. In addition, since the UTC-photodiode 111a has a structure in which only electrons having a high drift speed travel, the reduction of the electric field in the depletion layer due to the space charge effect is small. It is possible to flow about 10 times the current with the same capacity). That is, since it is possible to obtain an output of 2-3 V without an amplifier, the matching circuits 130a and 13
At 0b, impedance matching and level shift are performed, and the logic circuit can be directly driven. Compared with the second embodiment, since the input current-voltage amplitude is further larger, there is an advantage that noise and crosstalk of the receiving circuit are further reduced.

【0055】図17は、本発明の光受信装置の第4実施
例を示す図で、本実施例の構成は第1から第3実施例に
おいて、絶縁層121とフォトダイオードとの問にミラ
ー131を設けたものである。これは、UTC-フォト
ダイオード111aを含むエピタキシャル基板とLSI
基板110を張り合わせる前に、エピタキシャル基板上
にミラー131を蒸着して作ることが出来る。また、本
構成では、フォトダイオードへの入射光の内、吸収され
なかった光がミラー131によって再び吸収層を透過す
るため、走行時間を長くすることなく、フォトダイオー
ドの光電変換効率を高くすることが可能である。さら
に、本構成では、フォトダイオードの変換効率が高まる
ため、光入力強度を少なくすることが出来る。
FIG. 17 is a view showing a fourth embodiment of the optical receiver according to the present invention. The structure of this embodiment is different from that of the first to third embodiments in that the mirror 131 is different from the insulating layer 121 and the photodiode. Is provided. This is an epitaxial substrate including UTC-photodiode 111a and an LSI.
Before bonding the substrate 110, the mirror 131 can be formed on the epitaxial substrate by vapor deposition. In addition, in this configuration, the light that has not been absorbed among the light incident on the photodiode is transmitted again through the absorption layer by the mirror 131, so that the photoelectric conversion efficiency of the photodiode can be increased without increasing the traveling time. Is possible. Furthermore, in this configuration, the conversion efficiency of the photodiode is increased, so that the light input intensity can be reduced.

【0056】図18は、本発明の光受信装置の第5実施
例を示す図で、図19は、図18の「D」部分の断面図
である。本実施例は、UTC-フォトダイオードアレイ
102aを平面光回路基板101に実装した構成であ
る。UTC−フォトダイオードアレイ102aは高出力
であるため、従来のフォトダイオードを実装するものに
比較して雑音の影響が少ないという利点がある。なお、
図18において、130-1a〜130-2bは整合回
路、104-1、104-2はクロック抽出回路、105
-1、105-2は分離回路である。また、図19におけ
るコア層114aとしてSiO2-Ta25を用いている。
FIG. 18 is a view showing a fifth embodiment of the optical receiving apparatus according to the present invention, and FIG. 19 is a sectional view of a portion "D" in FIG. This embodiment has a configuration in which the UTC-photodiode array 102a is mounted on the planar optical circuit board 101. Since the UTC-photodiode array 102a has a high output, there is an advantage that the influence of noise is less than that of a conventional photodiode mounted. In addition,
In FIG. 18, 130-1a to 130-2b are matching circuits, 104-1 and 104-2 are clock extracting circuits, and 105
Reference numerals -1 and 105-2 denote separation circuits. Further, SiO 2 -Ta 2 O 5 is used as the core layer 114a in FIG.

【0057】図20は、本発明の光受信装置の第6実施
例を示す図で、本実施例は、保持基板132上に平面光
回路基板101を載せた逆の構造である。接着剤133
は、屈折率を光ファイバ134のコアの有効屈折率に合
わせてある。この構成によれば、電子回路の回路規模が
大きくなった場合に有効である。
FIG. 20 is a view showing a sixth embodiment of the optical receiver according to the present invention. This embodiment has an inverted structure in which the planar optical circuit board 101 is mounted on the holding substrate 132. Adhesive 133
Has the refractive index matched to the effective refractive index of the core of the optical fiber 134. This configuration is effective when the circuit size of the electronic circuit is increased.

【0058】このように、上述した第1実施例から第6
実施例に示した本発明の光受信装置は、高速の光インタ
ーコネクト装置や伝送装置、LAN装置などに利用する
ことができる。
As described above, the sixth embodiment is similar to the sixth embodiment.
The optical receiver of the present invention shown in the embodiment can be used for a high-speed optical interconnect device, a transmission device, a LAN device, and the like.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
子回路の表面に保護層を設けてなる電子回路基板と、電
子回路基板上に絶縁層を介して集積化された光電変換素
子とからなり、保護層に、光電変換素子の第1の電極を
電子回路と結線する第1のコンタクトホールを設けると
ともに、光電変換素子の第2の電極を電子回路と結線す
る第2のコンタクトホールを設けたので、寄生容量やイ
ンダクタンスを極めて小さくして光電変換素子を集積で
きるため、低雑音で設計の自由度の大きい光受信装置を
構成できる。
As described above, according to the present invention, an electronic circuit board having a protective layer provided on the surface of an electronic circuit, and a photoelectric conversion element integrated on the electronic circuit board via an insulating layer are provided. A first contact hole for connecting the first electrode of the photoelectric conversion element to the electronic circuit, and a second contact hole for connecting the second electrode of the photoelectric conversion element to the electronic circuit. With the provision, the photoelectric conversion element can be integrated with extremely small parasitic capacitance and inductance, so that an optical receiving device with low noise and high design flexibility can be configured.

【0060】また、寄生容量が小さいので同等の入力容
量になるフォトダイオードの径が大きくなり、フォトダ
イオードの飽和出力が増大するため、光増幅器を利用し
て入力信号を増幅した後の、高パワーの光信号を波形の
劣化無く光電変換することができ、入力段の電圧振幅が
大きくなる。これによって、雑音の多いディジタル回路
を集積することが可能となる。すなわち、ディジタル回
路によって高速の電気信号を低速電気信号に分離して出
力することが出来るので後段の配線が容易になる。
Further, since the parasitic capacitance is small, the diameter of the photodiode having the same input capacitance becomes large, and the saturation output of the photodiode increases, so that the high power after amplifying the input signal using the optical amplifier is used. Can be photoelectrically converted without deterioration of the waveform, and the voltage amplitude of the input stage increases. This makes it possible to integrate a noisy digital circuit. That is, a high-speed electric signal can be separated into a low-speed electric signal and output by the digital circuit, so that the subsequent wiring becomes easy.

【0061】さらに、アレイ構成では、フォトダイオー
ドと電子回路の接続部の容量が少ないため、入力段での
クロストークが少ない。もちろん、光増幅器で増幅され
た信号を入力に用いれば、入力段の電圧振幅が大きくな
り、クロストーク耐力も増大する。また、フォトダイオ
ードをUTC-フォトダイオードとして、入力光信号強
度をさらに高めて一層クロストークの少ないデイジタル
回路を集積しやすい構造にすることが出来る。
Furthermore, in the array configuration, since the capacitance at the connection between the photodiode and the electronic circuit is small, crosstalk at the input stage is small. Of course, if the signal amplified by the optical amplifier is used for input, the voltage amplitude at the input stage increases, and the crosstalk tolerance also increases. Further, it is possible to further increase the input optical signal strength by using the photodiode as a UTC-photodiode so that a digital circuit with less crosstalk can be easily integrated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光受信装置の第1実施例を示す構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of an optical receiver according to the present invention.

【図2】図1のB部分の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a portion B in FIG.

【図3】(a)及び(b)は、図2における電子集積回
路の断面図及び上面図である。
3A and 3B are a cross-sectional view and a top view of the electronic integrated circuit in FIG.

【図4】本発明の第1実施例におけるフォトダイオード
の容量を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the capacitance of the photodiode in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例の変更例を示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a modification of the first embodiment of the present invention.

【図6】第1実施例の他の変更例を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing another modification of the first embodiment.

【図7】本発明の第1実施例における電子集積回路の作
製方法を説明するための図(その1)である。
FIG. 7 is a diagram (part 1) for explaining the method of manufacturing the electronic integrated circuit in the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1実施例における電子集積回路の作
製方法を説明するための図(その2)である。
FIG. 8 is a diagram (part 2) for explaining the method of manufacturing the electronic integrated circuit in the first embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1実施例における電子集積回路の作
製方法を説明するための図(その3)で、(a)は基板
同士の位置合わせの図で、(b)は接着状態を示す図
で、(c)はエッチング状態を示す図である。
FIGS. 9A and 9B are views for explaining a method of manufacturing an electronic integrated circuit according to the first embodiment of the present invention (part 3), wherein FIG. 9A is a view of alignment between substrates, and FIG. FIG. 3C is a diagram showing an etched state.

【図10】本発明の第1実施例における電子集積回路の
作製方法を説明するための図(その4)で、(a)はチ
ップの分割状態を示す図で、(b)はアッシング状態を
示す図である。
FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining a method of manufacturing an electronic integrated circuit according to the first embodiment of the present invention (part 4), wherein FIG. 10A shows a divided state of a chip and FIG. FIG.

【図11】本発明の第1実施例における電子集積回路の
作製方法を説明するための図(その5)である。
FIG. 11 is a view (No. 5) for explaining the method of manufacturing the electronic integrated circuit in the first embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第1実施例における電子集積回路の
作製方法を説明するための図(その6)である。
FIG. 12 is a view (No. 6) for explaining the method of manufacturing the electronic integrated circuit in the first embodiment of the present invention.

【図13】本発明の光受信装置の第2実施例を示す構成
図である。
FIG. 13 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical receiver of the present invention.

【図14】本発明の第2実施例におけるフォトダイオー
ドの出力電流を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining an output current of a photodiode according to the second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の光受信装置の第3実施例を示す構成
図である。
FIG. 15 is a configuration diagram showing a third embodiment of the optical receiver of the present invention.

【図16】第2実施例における電子集積回路の断面図で
ある。
FIG. 16 is a sectional view of an electronic integrated circuit according to a second embodiment.

【図17】本発明の光受信装置の第4実施例を示す構成
図である。
FIG. 17 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the optical receiver of the present invention.

【図18】本発明の光受信装置の第5実施例を示す構成
図である。
FIG. 18 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the optical receiver according to the present invention.

【図19】図18のD部分の断面図である。FIG. 19 is a sectional view of a portion D in FIG. 18;

【図20】本発明の光受信装置の第6実施例を示す構成
図である。
FIG. 20 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of the optical receiver according to the present invention.

【図21】従来の光受信装置の構成図である。FIG. 21 is a configuration diagram of a conventional optical receiving device.

【図22】図21の集積化部分を上から見た図である。FIG. 22 is a top view of the integrated portion of FIG. 21;

【図23】図22のA部分の断面図である。FIG. 23 is a sectional view of a portion A in FIG. 22;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 平面光回路基板 102 受信回路 103 増幅器 104 クロック抽出回路 105 分離回路 106 電気配線 107 LSI電源線 108 光導波路 109 分岐 111 フォトダイオード 111a 単一キャリア走行型フォトダイオード(UT
C-フォトダイオード) 112 シリコン基板 113 SiO2層(下部クラッド) 114 SiO2層(コア) 115 SiO2層(上部クラッド) 116 樹脂 117 反射膜 118 ポリイミド 119 半田 120 電子回路 121 絶縁膜 122 低反射コーテイング 123 電極パッド 124a 第1のコンタクトホール 124b 第2のコンタクトホール 125 保護層 126 電子回路基板 127 プロトコル処理回路 128 光増幅器 129 アレイ導波路回折格子 130 整合回路 131 ミラー 132 保持基板 133 接着剤 134 光ファイバ 201 平面光回路基板 202 受信回路(アレイ) 203 伝送線路 204 電子回路基板 205 シリコン基板 206 SiO2層(下部クラッド) 207 SiO2層(コア) 208 SiO2層(上部クラッド) 209 樹脂 210 反射膜 211 ポリイミド等 212 電気配線 213 半田 214 InP基板 215 ワイヤ 216 電子回路パッド 217 フォトダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Planar optical circuit board 102 Receiving circuit 103 Amplifier 104 Clock extraction circuit 105 Separation circuit 106 Electrical wiring 107 LSI power supply line 108 Optical waveguide 109 Branch 111 Photodiode 111a Single carrier traveling type photodiode (UT
C-photodiode) 112 Silicon substrate 113 SiO 2 layer (lower clad) 114 SiO 2 layer (core) 115 SiO 2 layer (upper clad) 116 Resin 117 Reflective film 118 Polyimide 119 Solder 120 Electronic circuit 121 Insulating film 122 Low reflection coating 123 electrode pad 124a first contact hole 124b second contact hole 125 protective layer 126 electronic circuit board 127 protocol processing circuit 128 optical amplifier 129 arrayed waveguide diffraction grating 130 matching circuit 131 mirror 132 holding substrate 133 adhesive 134 optical fiber 201 Planar optical circuit board 202 Receiver circuit (array) 203 Transmission line 204 Electronic circuit board 205 Silicon substrate 206 SiO 2 layer (lower clad) 207 SiO 2 layer (core) 208 SiO 2 layer (upper clad) 209 Resin 210 Reflective film 211 Polyimide etc. 212 Electrical wiring 213 Solder 214 InP substrate 215 Wire 216 Electronic circuit pad 217 Photo diode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石原 昇 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 照井 博 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 石橋 忠夫 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 5F049 MA04 MB07 NA03 NA04 NB01 PA20 QA02 RA02 SE05 SS04 SZ01 TA11 TA14 UA20 5K002 AA03 BA07 BA31 CA13 CA21 FA01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Noboru Ishihara 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Hiroshi Terui 2-3-3, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Tadao Ishibashi 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-Term within Nippon Telegraph and Telephone Corporation 5F049 MA04 MB07 NA03 NA04 NB01 PA20 QA02 RA02 SE05 SS04 SZ01 TA11 TA14 UA20 5K002 AA03 BA07 BA31 CA13 CA21 FA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子回路の表面に保護層を設けてなる電
子回路基板と、該電子回路基板上に絶縁層を介して集積
化された光電変換素子とからなり、前記保護層に、前記
光電変換素子の第1の電極を前記電子回路と結線する第
1のコンタクトホールを設けるとともに、前記光電変換
素子の第2の電極を前記電子回路と結線する第2のコン
タクトホールを設けたことを特徴とする光受信装置。
1. An electronic circuit board comprising a protective layer provided on a surface of an electronic circuit, and a photoelectric conversion element integrated on the electronic circuit board via an insulating layer. A first contact hole for connecting a first electrode of the conversion element to the electronic circuit is provided, and a second contact hole for connecting a second electrode of the photoelectric conversion element to the electronic circuit is provided. Optical receiving device.
【請求項2】 前記光電変換素子は、単一キャリア走行
型のフォトダイオードであることを特徴とする請求項1
に記載の光受信装置。
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion device is a single carrier traveling type photodiode.
The optical receiving device according to claim 1.
【請求項3】 前記電子回路基板上に前記絶縁層を介し
て設けられた半導体基板を、前記光電変換素子を形成す
る部分を残して取り除く除去手段を設けたことを特徴と
する請求項1又は2に記載の光受信装置。
3. A removing means for removing a semiconductor substrate provided on said electronic circuit board via said insulating layer, except for a portion where said photoelectric conversion element is formed. 3. The optical receiver according to 2.
【請求項4】 前記電子回路の初段の入力容量をCaと
し、前記光電変換素子の容量をCdとするとき、 0.5Cd<Ca<3Cd の関係を有することを特徴とする請求項1、2又は3に
記載の光受信装置。
4. The relationship of 0.5 Cd <Ca <3 Cd when the first stage input capacitance of the electronic circuit is Ca and the capacitance of the photoelectric conversion element is Cd. Or the optical receiver according to 3.
【請求項5】 前記光電変換素子の直径は20ミクロン
以上であることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに
記載の光受信装置。
5. The optical receiver according to claim 1, wherein the diameter of the photoelectric conversion element is 20 μm or more.
【請求項6】 前記電子回路の前段の光路中に光増幅器
を設けたことを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記
載の光受信装置。
6. The optical receiver according to claim 1, wherein an optical amplifier is provided in an optical path at a stage preceding the electronic circuit.
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