JP2001196818A - Antenna integrated element - Google Patents

Antenna integrated element

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JP2001196818A
JP2001196818A JP2000003384A JP2000003384A JP2001196818A JP 2001196818 A JP2001196818 A JP 2001196818A JP 2000003384 A JP2000003384 A JP 2000003384A JP 2000003384 A JP2000003384 A JP 2000003384A JP 2001196818 A JP2001196818 A JP 2001196818A
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ground electrode
receiving element
antenna
light receiving
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Hiroshi Ito
弘 伊藤
Tadao Ishibashi
忠夫 石橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ground electrode configuration capable of being produced by a simple process, easily entering light and being effectively operated as a ground surface in an antenna integrated element in which an optical signal is entered from the backside of a substrate. SOLUTION: A backside entering type photodetector 3 and a planar antenna 2 electrically connected to the photodector 3 are formed on the front surface of the substrate 1, and a reticulated ground electrode 5 is formed on the backside of the substrate 1.

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、裏面入射型の受光
素子と平面アンテナとを集積化したアンテナ集積素子に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna integrated element in which a back-illuminated light receiving element and a planar antenna are integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】信号を電磁波として搬送する、いわゆる
無線技術は、通信や放送などの様々な分野で広く用いら
れている。
2. Description of the Related Art Wireless technologies for transmitting signals as electromagnetic waves are widely used in various fields such as communication and broadcasting.

【0003】近年、マイクロ波信号で変調した光を光フ
ァイバーで搬送し、基地局で光−電気変換を行い、アン
テナからマイクロ波として空間に放射するという、いわ
ゆる「光マイクロ波」技術が注目されている。
In recent years, a so-called “optical microwave” technique of transmitting light modulated by a microwave signal through an optical fiber, performing optical-electrical conversion at a base station, and radiating the microwave as a microwave from an antenna has attracted attention. I have.

【0004】そのようなシステムを構築する上で要の部
品となる、受光素子(光−電気変換素子)とアンテナと
を集積化した「アンテナ集積素子」の重要性が増してい
る。
[0004] The importance of an "antenna integrated element" in which a light receiving element (optical-electrical conversion element) and an antenna are integrated, which are essential parts in constructing such a system, is increasing.

【0005】アンテナ集積素子の構成例としては、受光
素子である裏面入射型フォトダイオードと平面アンテナ
との組み合わせが、広く確立された半導体プロセス技術
の適用による量産に向いているため、好適である。
As a configuration example of an antenna integrated element, a combination of a back-illuminated photodiode as a light receiving element and a planar antenna is suitable for mass production by applying a widely established semiconductor process technology.

【0006】しかしながら、平面アンテナを用いる場
合、基板上に形成されたアンテナ(通常は金属膜)の直
上が空間(通常は空気)であるため、原理的に電波は空
気より高い屈折率を有する基板裏面方向により強く放射
される。
However, when a planar antenna is used, the space (usually air) is directly above the antenna (usually a metal film) formed on the substrate, and in principle, radio waves have a higher refractive index than air. It is more strongly radiated in the back direction.

【0007】これを避け、基板表面方向に電波を有効に
放射させるためには、基板裏面に接地電極を設けて電波
を基板表面側へ反射させるなどの構造上の工夫が必要と
なる。
In order to avoid this and effectively radiate radio waves toward the substrate surface, it is necessary to devise a structure such as providing a ground electrode on the back surface of the substrate and reflecting the radio waves toward the substrate surface.

【0008】図4(a)は従来のアンテナ集積素子の一
例の断面図、(b)は下面図である。
FIG. 4A is a sectional view of an example of a conventional antenna integrated element, and FIG. 4B is a bottom view.

【0009】半導体等からなる基板11の表面にフォト
ダイオード等の受光素子13と、金属膜からなる平面ア
ンテナ12が形成されており、両者は配線14で電気的
に接続されている。一方、基板11の裏面には、金属膜
からなる接地電極15が形成されている。この接地電極
15には受光素子13ヘ信号光を入射させるため(すな
わち、光の遮りが生じないようにするため)に、穴16
が形成されている。
A light receiving element 13 such as a photodiode and a planar antenna 12 made of a metal film are formed on a surface of a substrate 11 made of a semiconductor or the like. On the other hand, a ground electrode 15 made of a metal film is formed on the back surface of the substrate 11. A hole 16 is formed in the ground electrode 15 so that signal light enters the light receiving element 13 (that is, in order to prevent light from being blocked).
Are formed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】図4に示した従来のア
ンテナ集積素子においては、接地電極15の穴16の中
心位置は、受光素子13の中心位置と概ね一致させる必
要がある。したがって、接地電極15の形成工程におい
て、基板11の表面に形成された受光素子13に対して
正確な位置合わせを行う必要がある。これには特殊な装
置と手順が必要となり、コスト、生産性の面で課題があ
った。
In the conventional antenna integrated device shown in FIG. 4, the center position of the hole 16 of the ground electrode 15 needs to be substantially coincident with the center position of the light receiving element 13. Therefore, in the process of forming the ground electrode 15, it is necessary to accurately position the light receiving element 13 formed on the surface of the substrate 11. This required special equipment and procedures, and had problems in cost and productivity.

【0011】また、通常は、受光素子13の寸法にまで
入射信号光をレンズを用いて絞り込む構成が用いられる
ので、入射信号光は基板11の裏面位置では受光素子1
3の寸法よりもかなり広がっている。したがって、接地
電極15に形成された穴16の寸法は、受光素子13の
寸法よりもかなり大きくする必要があった。このこと
は、特に基板11の厚さが厚くなった場合に深刻であ
り、極端な場合には、穴16の寸法が電波の波長と同程
度となり、実質的に接地面として機能しなくなってしま
うという課題もあった。
Usually, a configuration is used in which the incident signal light is narrowed down to the size of the light receiving element 13 using a lens.
It is considerably wider than the size of 3. Therefore, the size of the hole 16 formed in the ground electrode 15 needs to be considerably larger than the size of the light receiving element 13. This is particularly serious when the thickness of the substrate 11 is increased. In an extreme case, the size of the hole 16 becomes substantially the same as the wavelength of the radio wave, and the hole 16 does not substantially function as a ground plane. There was also a problem.

【0012】本発明の課題は、上述の従来技術における
問題点を解消するものであって、光信号を基板裏面から
入射させる構成のアンテナ集積素子において、簡易な工
程で製作でき、光入射が容易で、かつ、接地面としても
有効に働く接地電極構成を有するアンテナ集積素子を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art. In an antenna integrated device having a structure in which an optical signal is incident from the back surface of a substrate, the antenna can be manufactured by a simple process and light incidence is easy. Another object of the present invention is to provide an antenna integrated element having a ground electrode configuration that effectively functions as a ground plane.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のアンテナ集積素子は、基板の表面上に形成
された、裏面入射型の受光素子および前記受光素子と電
気的に接続された平面アンテナとを少なくとも含んでな
り、かつ、前記基板の裏面に、網目状の接地電極が形成
されていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an antenna integrated element according to the present invention is provided on a front surface of a substrate and is electrically connected to the back-illuminated light-receiving element and the light-receiving element. And at least a planar antenna, and a mesh-like ground electrode is formed on the back surface of the substrate.

【0014】このような構成により、光入射が容易で、
かつ、接地面としても有効に働く接地電極を、特殊な装
置を用いることなく簡易な工程で製作することができる
アンテナ集積素子を提供することができる。
With such a configuration, light can be easily incident,
In addition, it is possible to provide an antenna integrated element that can manufacture a ground electrode that effectively functions as a ground plane by using a simple process without using a special device.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面
で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings described below, those having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.

【0016】図1(a)は本発明の実施の形態の断面
図、(b)は下面図である。
FIG. 1A is a sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a bottom view.

【0017】半導体等からなる基板1の表面にフォトダ
イオード等の受光素子3と、金属膜等からなる平面アン
テナ2が形成されており、両者は配線4で電気的に接続
されている。フォトダイオードとしては、例えば、特開
平9−275224号公報に記載された高出力フォトダ
イオードが好適である。なお、平面アンテナ2を構成す
る金属膜の一部を配線としても用いることにより、配線
4の形成工程を省略することもできる。
A light receiving element 3 such as a photodiode and a planar antenna 2 made of a metal film or the like are formed on a surface of a substrate 1 made of a semiconductor or the like. As the photodiode, for example, a high-output photodiode described in JP-A-9-275224 is suitable. Note that the step of forming the wiring 4 can be omitted by using a part of the metal film constituting the planar antenna 2 as the wiring.

【0018】一方、基板1の裏面には、金属膜等からな
る接地電極5が形成されている。金属膜としては、低抵
抗のAu(上層)と、基板との密着性を向上させるため
の薄いTi膜(下層)からなる2層構造を用いた。金属
膜の構成は、特性に影響ない範囲で、低抵抗な他の金属
種を用いたものであってもよい。この接地電極5は、図
1(b)に示すように、網目状のパタンに加工されてい
る。この網目状パタンの間隙の寸法は、概ね使用する電
波の波長の1/10以下であれば、完全な接地面として
働く。例えば、基板1の実効屈折率を3とした場合、周
波数10GHzの信号の波長は1cm程度であるから、
間隙は概ね1mm程度以下であればよい。一方、接地電
極5を構成する金属部に関しては、各部が連続的につな
がっていることが必要ではあるが、その幅に関しては、
例えば金のような低抵抗金属を用いれば、1μm程度に
まで細くすることが可能である。したがって、金属で覆
われている部分と覆われていない部分の面積比は概ね
1:500程度にすることができる。すなわち、基板1
1の裏面からの入射信号光は、この接地電極5が存在し
ていても、僅か0.2%程度しか遮られないので、実質
的に効率の低下は無視できる。すなわち、接地面として
はほぼ完全に働き、かつ、光透過性については問題のな
い接地電極5を構成することができる。なお、接地電極
5の光透過性は接地電極5のどの部分においても同等で
あることから、基板1の表面に形成された受光素子3
と、基板1の裏面に形成された網目状の接地電極5との
相対位置関係は全く考慮する必要はない。すなわち、基
板1の裏面の接地電極5の形成は、基板1の表面に形成
された受光素子3に対して位置合わせを行う必要がない
ので、特殊な装置を使用する必要が無く、例えばフォト
レジストを用いたリフトオフ法により単純に形成すれば
よい。また、入射光の遮りによる効率の若干の低下が問
題にならない場合は、接地電極5の間隙部の幅を狭くし
たり、接地電極5の幅を広くすることにより、露光精度
がさらに不要になったり、歩留まりが向上するなどの利
点がある。例えば、網目状の接地電極5の間隙幅を20
0μmと狭くし、電極幅を3μmと広くした場合であっ
ても、入射光が遮られる割合はたかだか3%程度であ
り、実質的に問題とはならない。なお、間隙部の寸法に
ついては、前述のように、使用する電波の周波数に応じ
て適宜設計すればよい。
On the other hand, a ground electrode 5 made of a metal film or the like is formed on the back surface of the substrate 1. As the metal film, a two-layer structure composed of a low-resistance Au (upper layer) and a thin Ti film (lower layer) for improving adhesion to a substrate was used. The configuration of the metal film may use another metal species having low resistance as long as it does not affect the characteristics. This ground electrode 5 is processed into a mesh-like pattern as shown in FIG. If the size of the gap of this mesh pattern is approximately 1/10 or less of the wavelength of the radio wave used, it works as a complete ground plane. For example, when the effective refractive index of the substrate 1 is 3, the wavelength of a signal having a frequency of 10 GHz is about 1 cm.
The gap may be about 1 mm or less. On the other hand, with respect to the metal part constituting the ground electrode 5, it is necessary that each part is continuously connected, but regarding the width thereof,
For example, if a low-resistance metal such as gold is used, the thickness can be reduced to about 1 μm. Therefore, the area ratio between the portion covered with the metal and the portion not covered with the metal can be approximately 1: 500. That is, the substrate 1
Even if the ground electrode 5 is present, only about 0.2% of the incident signal light from the rear surface of 1 is blocked, so that the reduction in efficiency can be substantially ignored. In other words, it is possible to configure the ground electrode 5 which functions almost completely as a ground plane and has no problem in light transmittance. Since the light transmittance of the ground electrode 5 is the same in any part of the ground electrode 5, the light receiving element 3 formed on the surface of the substrate 1
There is no need to consider the relative positional relationship between the substrate and the mesh-like ground electrode 5 formed on the back surface of the substrate 1. In other words, the formation of the ground electrode 5 on the back surface of the substrate 1 does not require positioning with respect to the light receiving element 3 formed on the front surface of the substrate 1, so that there is no need to use a special device. What is necessary is just to form simply by the lift-off method using. If a slight decrease in efficiency due to the blocking of the incident light is not a problem, the width of the gap between the ground electrodes 5 is reduced or the width of the ground electrode 5 is increased, so that the exposure accuracy becomes further unnecessary. And the yield is improved. For example, the gap width of the mesh-like ground electrode 5 is set to 20
Even when the width is narrowed to 0 μm and the electrode width is widened to 3 μm, the ratio of blocking incident light is at most about 3%, and does not cause any substantial problem. As described above, the dimensions of the gap may be appropriately designed according to the frequency of the radio wave to be used.

【0019】図2および図3は、それぞれ接地電極5の
パタンの別の例を示す図である。
FIGS. 2 and 3 show another example of the pattern of the ground electrode 5, respectively.

【0020】図2は6角形の繰り返し、図3は8角形と
4角形の組み合わせの繰り返しを用いている。
FIG. 2 uses a hexagonal repetition, and FIG. 3 uses a combination of an octagon and a quadrangle.

【0021】これらのパタンを用いても、上記実施の形
態と同様の効果が得られることはもちろんである。さら
に、これ以外にも、様々な形状パタンの組み合わせを用
いることができるのは言うまでもない。
Even when these patterns are used, the same effects as those of the above embodiment can be obtained. Further, it goes without saying that other combinations of various shape patterns can be used.

【0022】以上本発明を実施の形態に基づいて具体的
に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is.

【0023】例えば、上記実施の形態では、受光素子と
してフォトダイオードの例について述べたが、他の受光
素子、例えばフォトトランジスタなどを用いてもよい。
また、受光素子3は、基板1にエピタキシャル成長され
ているものであってもよいし、ハイブリッド形成されて
いるものであってもよい。
For example, in the above-described embodiment, an example has been described in which a photodiode is used as a light receiving element. However, another light receiving element such as a phototransistor may be used.
Further, the light receiving element 3 may be one that is epitaxially grown on the substrate 1 or one that is hybrid-formed.

【0024】また、基板1については、InP、GaA
s、Si、Geなどの様々な半導体基板を用いることも
できるし、サファイア、セラミックスなどの絶縁物基板
であってもよい。
The substrate 1 is made of InP, GaAs
Various semiconductor substrates such as s, Si, and Ge can be used, and insulating substrates such as sapphire and ceramics can be used.

【0025】また、平面アンテナ2を構成する膜として
は、金属膜以外に、例えばグラファイト等の導電膜を用
いてもよい。
As a film constituting the planar antenna 2, a conductive film such as graphite may be used in addition to the metal film.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアンテナ
集積素子によれば、従来よりも簡易な工程で製作するこ
とができ、光入射が容易で、かつ、接地面としても有効
に働く接地電極を有するアンテナ集積素子を実現するこ
とができる。
As described above, according to the antenna integrated device of the present invention, the antenna can be manufactured by a simpler process than the conventional one, light can be easily incident, and the ground can effectively work as a ground plane. An antenna integrated element having electrodes can be realized.

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

【図1】(a)は本発明の実施の形態のアンテナ集積素
子の断面図、(b)は下面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view of an antenna integrated device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a bottom view.

【図2】本発明の接地電極パタンの別の例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing another example of the ground electrode pattern of the present invention.

【図3】本発明の接地電極パタンのさらに別の例を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing still another example of the ground electrode pattern of the present invention.

【図4】(a)は従来のアンテナ集積素子の一例の断面
図、(b)は下面図である。
FIG. 4A is a cross-sectional view of an example of a conventional antenna integrated element, and FIG. 4B is a bottom view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板、2…平面アンテナ、3…受光素子、4…配
線、5…接地電極、11…基板、12平面アンテナ、1
3…受光素子、14…配線、15…接地電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Planar antenna, 3 ... Light receiving element, 4 ... Wiring, 5 ... Ground electrode, 11 ... Substrate, 12 Planar antenna, 1
3: light receiving element, 14: wiring, 15: ground electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の表面上に形成された、裏面入射型の
受光素子および前記受光素子と電気的に接続された平面
アンテナとを少なくとも含んでなり、かつ、前記基板の
裏面に、網目状の接地電極が形成されていることを特徴
とするアンテナ集積素子。
1. A backlit type light receiving element formed on a surface of a substrate and a planar antenna electrically connected to the light receiving element, and a mesh-like pattern is formed on the backside of the substrate. An antenna integrated element, wherein a ground electrode is formed.
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