JP2001189468A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュールに関
する。[0001] The present invention relates to an optical module.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、光送信装置において、レーザダイ
オード（半導体発光素子）にレーザ光を放射させ、光フ
ァイバに放射光を通して情報の伝送を行う場合、レーザ
ダイオードが光ファイバに光を放射する方向に対して後
方に位置するモニタダイオード（半導体受光素子）の出
力をサンプルホールドし、伝送パルスのパワーが一定と
なるように制御する技術が知られている。この技術は、
例えば、特開昭６１−４２１８２号公報に開示されてい
る。具体的には、環境温度が変化した場合であってもレ
ーザダイオードの出力が一定になるように、レーザダイ
オードの出力の一部をモニタダイオードで受光し、この
光電流をモニタしてレーザダイオードの出力を制御す
る。これは、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ）と称されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a light transmitting apparatus, when a laser diode (semiconductor light emitting element) emits laser light and information is transmitted through the emitted light through an optical fiber, a direction in which the laser diode emits light to the optical fiber is used. A technique is known in which the output of a monitor diode (semiconductor light receiving element) located behind the sampler is sampled and held, and the power of the transmission pulse is controlled to be constant. This technology is
For example, it is disclosed in JP-A-61-42182. Specifically, a part of the output of the laser diode is received by a monitor diode so that the output of the laser diode becomes constant even when the environmental temperature changes, and this photocurrent is monitored to monitor the laser diode. Control the output. This is the APC (Auto Power Control)
rol).
【０００３】半導体受光素子は、ＡＰＣを行う際、十分
に機能を発揮するために大きい受光領域を必要とする。
しかし、受光領域が大きくなると半導体受光素子の接合
容量も大きくなり、半導体受光素子の高速応答が難しく
なる。このため、半導体受光素子が受光した光の平均値
を検出することによって、ＡＰＣを行う必要がある。[0005] A semiconductor light receiving element requires a large light receiving area in order to perform its function sufficiently when performing APC.
However, as the light receiving area increases, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element also increases, making it difficult to achieve high-speed response of the semiconductor light receiving element. Therefore, it is necessary to perform APC by detecting the average value of the light received by the semiconductor light receiving element.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
受光素子が受光した光の平均値を検出することによって
ＡＰＣを行う方法では、バイアス電流や変調電流をそれ
ぞれ制御することが容易ではないため、バイアス電流を
調整する必要がある長距離送信が困難となる。However, in the method of performing APC by detecting the average value of the light received by the semiconductor light receiving element, it is not easy to control the bias current and the modulation current, respectively. It is difficult to make long-distance transmissions that need to be adjusted.
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、半導体受光素子の応答を高速化し、高い
伝送レートにおいても半導体発光素子のバイアス電流及
び変調電流を制御することができる光モジュールを提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in view of the above circumstances. It is possible to increase the response speed of a semiconductor light receiving element and control the bias current and modulation current of the semiconductor light emitting element even at a high transmission rate. The purpose is to provide a module.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の光モジュ
ールの発明は、半導体発光素子と、この半導体発光素子
が放射する光を伝送する光ファイバと、半導体発光素子
が放射する光を受ける半導体受光素子と、を有する光モ
ジュールであって、半導体受光素子の接合容量が０．６
４ｐＦ以下である構成を採る。According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical module, a semiconductor light emitting device, an optical fiber for transmitting light emitted by the semiconductor light emitting device, and a semiconductor receiving light emitted by the semiconductor light emitting device. And a light receiving element, wherein a junction capacitance of the semiconductor light receiving element is 0.6.
A configuration of 4 pF or less is adopted.
【０００７】この構成により、半導体受光素子の接合容
量が従来の半導体受光素子の接合容量よりも小さくなる
ため、高速応答が可能となる。これにより、バイアス電
流や変調電流をそれぞれ制御することができる。With this configuration, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element is smaller than the junction capacitance of the conventional semiconductor light receiving element, so that a high-speed response is possible. This makes it possible to control the bias current and the modulation current, respectively.
【０００８】請求項２記載の光モジュールの発明は、半
導体発光素子と、この半導体発光素子が放射する光を伝
送する光ファイバと、半導体発光素子が放射する光を受
ける半導体受光素子と、を有する光モジュールであっ
て、半導体受光素子の受光領域が直径８０μｍの円内に
含まれる構成を採る。An optical module according to a second aspect of the present invention includes a semiconductor light emitting device, an optical fiber for transmitting light emitted by the semiconductor light emitting device, and a semiconductor light receiving device for receiving light emitted by the semiconductor light emitting device. An optical module having a configuration in which a light receiving region of a semiconductor light receiving element is included in a circle having a diameter of 80 μm.
【０００９】このように、受光領域が直径８０μｍの円
内に含まれることによって、簡易に半導体受光素子の接
合容量を概ね０．６４ｐＦ以下とすることができる。一
般的に用いられる半導体受光素子の受光領域は、直径２
００〜３００μｍの円内にあるが、本発明は、受光領域
が直径８０μｍの円内に含まれるとすることによって、
半導体受光素子の接合容量の低減を図った。これによ
り、半導体受光素子の接合容量が従来の半導体受光素子
の接合容量よりも小さくなるため、高速応答が可能とな
り、バイアス電流や変調電流をそれぞれ制御することが
できる。As described above, since the light receiving region is included in the circle having a diameter of 80 μm, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element can be easily reduced to approximately 0.64 pF or less. The light receiving area of a generally used semiconductor light receiving element has a diameter of 2 mm.
Although the present invention is within a circle having a diameter of 100 μm to 300 μm, the present invention provides that the light receiving region is included in a circle having a diameter of 80 μm.
The junction capacitance of the semiconductor light receiving element was reduced. As a result, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element becomes smaller than the junction capacitance of the conventional semiconductor light receiving element, so that a high-speed response is possible, and the bias current and the modulation current can be controlled.
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の光モジュールにおいて、半導体受光素子に光
が入射する面上にモノシリックレンズを更に備える構成
を採る。According to a third aspect of the present invention, in the optical module according to the first or second aspect, a structure is further provided with a monolithic lens on a surface on which light enters the semiconductor light receiving element.
【００１１】この構成により、受光領域が小さい半導体
受光素子でも、モノリシックレンズによって一定の光量
を確保することができるため、十分なモニタ電流を得る
ことができる。また、モノリシックレンズが半導体受光
素子と一体化しているため、光軸調整が不要となる。さ
らに、モノリシックレンズの表面が凸状であるため、半
導体発光素子へのもどり反射光を低減させることが可能
となる。With this configuration, even with a semiconductor light receiving element having a small light receiving area, a constant amount of light can be secured by the monolithic lens, so that a sufficient monitor current can be obtained. Further, since the monolithic lens is integrated with the semiconductor light receiving element, the optical axis adjustment is not required. Further, since the surface of the monolithic lens is convex, it is possible to reduce the reflected light returning to the semiconductor light emitting device.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施の形態について説明する。なお、各図において同
一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一
致していない。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
【００１３】図１は、本発明の一実施の形態に係る光モ
ジュールを示す斜視図である。図１は、光モジュール主
要部１と、封止用樹脂体２と、アイランド３ａ及びリー
ドピン３ｂを備えるリードフレーム３との関係が明らか
になるように一部破断図となっている。完成された光モ
ジュール４では、樹脂体２の一端面からフェルール５が
突出している。封止用樹脂体２から突出しているフェル
ール５の端面には、光ファイバ６の端面６ａが現われて
いる。FIG. 1 is a perspective view showing an optical module according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a partially broken view so as to clarify the relationship between the optical module main part 1, the sealing resin body 2, and the lead frame 3 including the island 3a and the lead pin 3b. In the completed optical module 4, the ferrule 5 protrudes from one end surface of the resin body 2. An end face 6 a of the optical fiber 6 appears on an end face of the ferrule 5 protruding from the sealing resin body 2.
【００１４】図２は、本発明の一実施の形態に係る光モ
ジュール主要部を示す斜視図である。光モジュール主要
部１は、基体７上に、フェルール５と、光ファイバ６
と、半導体発光素子８と、半導体受光素子９と、を備え
ている。この基体７は、一体の部材からなり、例えばシ
リコン基板を用いて形成される。基体７は、その一表面
７ａ上に、光ファイバ支持溝１０と、フェルール支持溝
１１と、を備えている。半導体発光素子８は、受けた電
気信号を光信号に変換して出力するものであり、例え
ば、端面発光型の半導体レーザダイオード（ＬＤ）が適
用可能である。光ファイバ６は、この半導体発光素子８
が出射する光を受ける。FIG. 2 is a perspective view showing a main part of an optical module according to an embodiment of the present invention. The optical module main part 1 has a ferrule 5 and an optical fiber 6 on a base 7.
, A semiconductor light-emitting element 8 and a semiconductor light-receiving element 9. The base 7 is an integral member and is formed using, for example, a silicon substrate. The base 7 has an optical fiber support groove 10 and a ferrule support groove 11 on one surface 7a. The semiconductor light emitting element 8 converts a received electric signal into an optical signal and outputs the signal. For example, an edge emitting type semiconductor laser diode (LD) can be applied. The optical fiber 6 is composed of the semiconductor light emitting element 8
Receive the emitted light.
【００１５】半導体受光素子９は、半導体発光素子８が
光ファイバ６に光を放射する方向に対して後方に設けら
れたキャリア９ａ上に搭載されており、半導体発光素子
８の発光特性を監視する。ここでは、裏面入射型の半導
体受光素子を採用した例を示す。このような半導体受光
素子として、例えば、面受光型の半導体フォトダイオー
ド（ＰＤ）を用いることができる。また、後段回路の入
力インピーダンスが１００Ωであるとした場合、２．５
Ｇｂ／ｓ以上の高速応答性を実現させるためには、半導
体受光素子９の接合容量は、０．６４ｐＦ以下である必
要がある。すなわち、ＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｙａｅｒａｃｙｈｙ）の光インタ
ーフェースに関する標準化において、従来はＳＴＭ−１
で標準化されているものが１５５．５２Ｍｂ／ｓ、ＳＴ
Ｍ−４で標準化されているものが６２２．０８Ｍｂ／ｓ
の伝送レートであった。本実施の形態では、ＳＴＭ−１
６で標準化されているものが２．４８８３２Ｇｂ／ｓで
あるため、これを超える伝送レートを実現する。一般的
に、入力インピーダンスは、帯域を大きくするために５
０〜１００Ωである場合が多いので、本実施の形態では
１００Ωを想定している。このように、後段回路の入力
インピーダンスが１００Ωであるとし、ピークボトム検
出をするために半導体フォトダイオード（ＰＤ）に２．
５ＧＨｚ以上の帯域が必要であるとすると、 ｃｕｔｏｆｆ ： ｆｃ＝１／２πＣＲより、Ｃ＝１／
２πＲｆｃとなり、１００Ω、２．５ＧＨｚであるか
ら、Ｃ＜０．６４ｐＦとなる。このように、半導体受光
素子９の接合容量を０．６４ｐＦ以下とするため、本実
施の形態では、受光領域が直径８０μｍの円内に含まれ
ることとしている。一般的に用いられる半導体受光素子
の受光領域は、直径２００〜３００μｍの円内にある
が、本発明は、受光領域が直径８０μｍの円内に含まれ
るとすることによって、半導体受光素子の接合容量の低
減化を図った。これにより、半導体受光素子９の接合容
量は、０．６４ｐＦ以下となり、２．５Ｇｂ／ｓ以上の
高速応答性を実現させることを可能とした。The semiconductor light receiving element 9 is mounted on a carrier 9a provided behind the semiconductor light emitting element 8 in a direction in which the semiconductor light emitting element 8 emits light to the optical fiber 6, and monitors the light emitting characteristics of the semiconductor light emitting element 8. . Here, an example is shown in which a back-illuminated semiconductor light receiving element is employed. As such a semiconductor light receiving element, for example, a surface light receiving type semiconductor photodiode (PD) can be used. If the input impedance of the subsequent circuit is 100Ω, then 2.5
In order to realize a high-speed response of Gb / s or more, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element 9 needs to be 0.64 pF or less. That is, SDH (Synchronous)
In the standardization of the optical interface of Digital Hierarchy), conventionally, STM-1
155.52 Mb / s, ST
622.08 Mb / s standardized in M-4
Transmission rate. In the present embodiment, STM-1
6 is 2.48832 Gb / s, so a transmission rate exceeding this is realized. Generally, the input impedance is 5 to increase the bandwidth.
In many cases, the value is 0 to 100Ω, and therefore, in the present embodiment, 100Ω is assumed. As described above, it is assumed that the input impedance of the post-stage circuit is 100Ω, and that 2.times.
If a band of 5 GHz or more is required, cutoff: fc = 1 / 2πCR, C = 1 /
Since 2πRfc and 100Ω and 2.5 GHz, C <0.64 pF. As described above, in order to reduce the junction capacitance of the semiconductor light receiving element 9 to 0.64 pF or less, in the present embodiment, the light receiving region is included in a circle having a diameter of 80 μm. The light receiving region of a generally used semiconductor light receiving element is within a circle having a diameter of 200 to 300 μm. However, the present invention is based on the assumption that the light receiving region is included in a circle having a diameter of 80 μm. Was reduced. As a result, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element 9 becomes 0.64 pF or less, and high-speed response of 2.5 Gb / s or more can be realized.
【００１６】また、半導体受光素子９の光の入射面上に
は、モノリシックレンズ９ｂが設けられている。半導体
受光素子９の受光面積が小さくなると光量が不足するた
め、モノリシックレンズ９ｂを設け、半導体受光素子９
に入射する実効的な光量を確保している。これにより、
充分なモニタ電流を得ることができる。なお、半導体受
光素子９は、戻り反射光が半導体発光素子８に入射しな
いよう、半導体受光素子９の入射面が、対向する半導体
発光素子８の放射面に対して斜めになるように配置され
ている。A monolithic lens 9b is provided on the light incident surface of the semiconductor light receiving element 9. When the light receiving area of the semiconductor light receiving element 9 becomes small, the light quantity becomes insufficient.
An effective light amount incident on the light source is secured. This allows
A sufficient monitor current can be obtained. The semiconductor light receiving element 9 is arranged such that the incident surface of the semiconductor light receiving element 9 is oblique to the radiation surface of the opposed semiconductor light emitting element 8 so that the return reflected light does not enter the semiconductor light emitting element 8. I have.
【００１７】図３は、本発明の一実施の形態に係る光モ
ジュールにおける半導体発光素子と半導体受光素子との
位置関係を示す図である。ここで例示する半導体受光素
子９は、裏面入射型の受光素子であり、光の入射面上に
は、モノリシックレンズ９ｂが設けられている。また、
モノリシックレンズ９ｂと対向する面には、ｐｎ接合を
含む受光領域９ｃが設けられている。この受光領域９ｃ
は、直径８０μｍの円内に含まれるように設計されてい
る。半導体発光素子８が出射した光は、モノリシックレ
ンズ９ｂにより集光され、受光領域９ｃに到達する。受
光領域９ｃでは光電変換が行われる。FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a semiconductor light emitting element and a semiconductor light receiving element in an optical module according to one embodiment of the present invention. The semiconductor light receiving element 9 exemplified here is a back-illuminated light receiving element, and a monolithic lens 9b is provided on the light incident surface. Also,
On a surface facing the monolithic lens 9b, a light receiving region 9c including a pn junction is provided. This light receiving area 9c
Is designed to be contained within a circle having a diameter of 80 μm. The light emitted from the semiconductor light emitting element 8 is collected by the monolithic lens 9b and reaches the light receiving region 9c. Photoelectric conversion is performed in the light receiving region 9c.
【００１８】モノリシックレンズの製造方法は、以下の
通りである。すなわち、半導体結晶層上の全面に熱軟化
性の有機物質皮膜を形成し、その熱軟化性の有機物質皮
膜を選択的に除去して略円状にパターンニングする。次
に、その熱軟化性の有機物質皮膜をベーキングして表面
が略球面の一部をなして突出するマスクとなし、次にそ
の全面を粒子の物理的衝撃によるエッチング法でその熱
軟化性有機物質皮膜が完全に除去されるまでエッチング
し、上記半導体結晶層表面の一部を略球面の一部をなし
て突出する形状に加工する。The method for manufacturing a monolithic lens is as follows. That is, a heat-softening organic material film is formed on the entire surface of the semiconductor crystal layer, and the heat-softening organic material film is selectively removed to perform substantially circular patterning. Next, the heat-softening organic material film is baked to form a protruding mask whose surface forms a part of a substantially spherical surface, and then the entire surface is etched by physical impact of particles to form the heat-softening organic material film. Etching is performed until the material film is completely removed, and a part of the surface of the semiconductor crystal layer is processed into a shape protruding from a part of a substantially spherical surface.
【００１９】なお、半導体受光素子９のチップ厚とモノ
リシックレンズ９ｂの曲率との関係、及びモノリシック
レンズ９ｂにより集光される光のスポット径との関係、
さらにモノリシックレンズ９ｂと受光領域９ｃとの関係
で、図３中、レンズ径Ｌは、概ね１００〜２００μｍで
あり、また、レンズの厚さｄは、概ね１０〜３０μｍで
あり、半導体受光素子９の厚さＤは、概ね１００〜３０
０μｍとされる。The relationship between the chip thickness of the semiconductor light receiving element 9 and the curvature of the monolithic lens 9b, and the relationship between the spot diameter of the light condensed by the monolithic lens 9b,
Further, in relation to the monolithic lens 9b and the light receiving region 9c, in FIG. 3, the lens diameter L is approximately 100 to 200 μm, and the lens thickness d is approximately 10 to 30 μm. The thickness D is generally 100 to 30
0 μm.
【００２０】このように、本発明の一実施の形態に係る
光モジュールによれば、半導体受光素子の受光領域を、
直径８０μｍの円内に含まれることとしたため、半導体
受光素子の高速応答が可能となる。従って、半導体発光
素子の光出力のピーク・ボトムをそれぞれ検出できるよ
うになり、高い伝送レートにおいても、バイアス電流及
び変調電流をそれぞれ調整・制御することが可能とな
る。また、半導体受光素子の光入射面上にモノリシック
レンズ９ｂを設けたため、受光領域が小さい半導体受光
素子でも、実効的な光量を確保することができ、十分な
モニタ電流を得ることができる。また、半導体受光素子
と一体化しているため、光軸調整が不要となる。さら
に、モノリシックレンズ９ｂの表面が凸状であるため、
半導体発光素子へのもどり反射光を低減させることが可
能となる。As described above, according to the optical module of the embodiment of the present invention, the light receiving area of the semiconductor light receiving element is
Since they are included in a circle having a diameter of 80 μm, high-speed response of the semiconductor light receiving element is possible. Therefore, the peak and bottom of the optical output of the semiconductor light emitting element can be respectively detected, and the bias current and the modulation current can be respectively adjusted and controlled even at a high transmission rate. Further, since the monolithic lens 9b is provided on the light incident surface of the semiconductor light receiving element, an effective light amount can be secured even with a semiconductor light receiving element having a small light receiving area, and a sufficient monitor current can be obtained. In addition, since it is integrated with the semiconductor light receiving element, optical axis adjustment becomes unnecessary. Furthermore, since the surface of the monolithic lens 9b is convex,
Light reflected back to the semiconductor light emitting element can be reduced.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、半導体発光素子と、この半導体発光素子が放射する
光を伝送する光ファイバと、半導体発光素子が放射する
光を受ける半導体受光素子と、を有する光モジュールで
あって、半導体受光素子の接合容量が０．６４ｐＦ以下
である構成を採る。このため、半導体受光素子の接合容
量が従来の半導体受光素子の接合容量よりも小さくなる
ため、高速応答が可能となる。これにより、バイアス電
流や変調電流をそれぞれ制御することができる。As is apparent from the above description, the present invention provides a semiconductor light emitting device, an optical fiber for transmitting light emitted by the semiconductor light emitting device, and a semiconductor light receiving device for receiving light emitted by the semiconductor light emitting device. Wherein the junction capacitance of the semiconductor light receiving element is 0.64 pF or less. For this reason, the junction capacitance of the semiconductor light receiving element is smaller than the junction capacitance of the conventional semiconductor light receiving element, so that a high-speed response is possible. This makes it possible to control the bias current and the modulation current, respectively.
【図１】本発明の一実施の形態に係る光モジュールを示
す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an optical module according to an embodiment of the present invention.
【図２】上記実施の形態に係る光モジュール主要部の斜
視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part of the optical module according to the embodiment.
【図３】上記実施の形態に係る光モジュールにおける半
導体発光素子と半導体受光素子との位置関係を示す図で
ある。FIG. 3 is a diagram showing a positional relationship between a semiconductor light emitting element and a semiconductor light receiving element in the optical module according to the embodiment.
１…光モジュール主要部、２…樹脂体、３…リードフレ
ーム、３ａ…アイランド、３ｂ…リードピン、４…光モ
ジュール、５…フェルール、６…光ファイバ、７…基
体、８…半導体発光素子、９…半導体受光素子、９ａ…
キャリア、９ｂ…モノシリックレンズ、１０…光ファイ
バ支持溝、１１…フェルール支持溝。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical module main part, 2 ... Resin body, 3 ... Lead frame, 3a ... Island, 3b ... Lead pin, 4 ... Optical module, 5 ... Ferrule, 6 ... Optical fiber, 7 ... Base, 8 ... Semiconductor light emitting element, 9 ... Semiconductor light receiving element, 9a ...
Carrier, 9b monolithic lens, 10 optical fiber support groove, 11 ferrule support groove.
Claims (3)
が放射する光を伝送する光ファイバと、前記半導体発光
素子が放射する光を受ける半導体受光素子と、を有する
光モジュールであって、 前記半導体受光素子の接合容量が０．６４ｐＦ以下であ
ることを特徴とする光モジュール。1. An optical module comprising: a semiconductor light emitting device; an optical fiber for transmitting light emitted by the semiconductor light emitting device; and a semiconductor light receiving device for receiving light emitted by the semiconductor light emitting device. An optical module, wherein a junction capacitance of a light receiving element is 0.64 pF or less.
が放射する光を伝送する光ファイバと、前記半導体発光
素子が放射する光を受ける半導体受光素子と、を有する
光モジュールであって、 前記半導体受光素子の受光領域が直径８０μｍの円内に
含まれることを特徴とする光モジュール。2. An optical module comprising: a semiconductor light emitting device; an optical fiber for transmitting light emitted by the semiconductor light emitting device; and a semiconductor light receiving device for receiving light emitted by the semiconductor light emitting device. An optical module, wherein the light receiving region of the light receiving element is included in a circle having a diameter of 80 μm.
にモノシリックレンズを更に備えることを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の光モジュール。3. The optical module according to claim 1, further comprising a monolithic lens on a surface on which light enters the semiconductor light receiving element.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2000000373A JP2001189468A (en) | 2000-01-05 | 2000-01-05 | Optical module |
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