JP2004006496A

JP2004006496A - Light receiving element

Info

Publication number: JP2004006496A
Application number: JP2002159566A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Umezawa; 梅沢　俊匡; Takahiro Kudo; 工藤　貴裕; Shinji Iio; 飯尾　晋司; Morio Wada; 和田　守夫
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a light receiving element wherein manufacturing is easy and high speed operation and miniaturization are enabled. <P>SOLUTION: The light receiving element on which a photodiode is mounted is provided with the photodiode wherein a transmission line is formed on a light receiving side and a high frequency substrate block. In the block, transmission lines which turn back direction of transmission by an acute angle are formed on an upper and a side surfaces, a recess which has the same depth as thickness of the photodiode is formed on the side surface part, and the photodiode is mounted. The transmission line of the photodiode is connected with the transmission line on the side surface of the high frequency substrate block by using wires. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
本発明は、フォトダイオードを実装した受光素子に関し、特に制作が容易で高速化及び小型化が可能な受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年インターネットの普及に伴い多くの情報量を送受信する必要性が上がってきた。このような多くの情報量を送受信する技術としてＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：波長分割多重）が存在する。
【０００３】
このようなＷＤＭを用いた通信は光ファイバを用いた光通信であり、受信側では光信号を電気信号に変換する高速のフォトダイオード等の高速の光電気変換素子が必要になる。
【０００４】
また、現在のＷＤＭの伝送速度は”２．５Ｇｂｐｓ（ｂｉｔｓ　ｐｅｒ　ｓｅｃｏｎｄ）”や”１０Ｇｂｐｓ”であるが、次世代通信技術として”４０Ｇｂｐｓ”が注目されている。
【０００５】
”２．５Ｇｂｐｓ”や”１０Ｇｂｐｓ”の光通信を行う場合には、周波数帯がマイクロ波帯であるため、光電気変換素子であるフォトダイオードを受光素子内に比較的容易に実装できるものの、”４０Ｇｂｐｓ”の光通信の場合にはミリ波帯域であるため、フォトダイオードを受光素子内に実装することの困難性が増大する。
【０００６】
図６はこのような従来の受光素子の一例を示す断面図である。図６において１は光信号が伝播する光ファイバ、２はマイクロミラー、３は”４０Ｇｂｐｓ”の動作が可能な表面入射型のフォトダイオード、４は高周波の伝送線路、５はボンディング用のワイヤである。
【０００７】
光ファイバ１の出射光はマイクロミラー２で反射されフォトダイオード３の受光面に入射され、フォトダイオード３の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード３の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【０００８】
ここで、図６に示す従来例の動作を説明する。図６中”ＯＬ０１”に示す光ファイバ１の出射光はマイクロミラー２に入射され、図６中”ＲＬ０１”に示すマイクロミラー２における反射光はフォトダイオード３の受光面に入射される。
【０００９】
フォトダイオード３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００１０】
また、図７はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図７において３，４及び５は図６と同一符号を付してあり、６は光信号が伝播し先端部が斜めにカットされた光ファイバである。
【００１１】
光ファイバ６の出射光はフォトダイオード３の受光面に入射され、フォトダイオード３の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード３の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【００１２】
ここで、図７に示す従来例の動作を説明する。図７中”ＴＬ１１”に示す光ファイバ６内を伝播する光は、図７中”ＲＦ１１”に示す反射面（光ファイバ６の先端部が斜めにカットされた部分）で反射され、図７中”ＲＬ１１”に示すような反射光としてフォトダイオード３の受光面に入射される。
【００１３】
フォトダイオード３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００１４】
また、図８はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図８において４及び５は図６と同一符号を付してあり、１ａは光信号が伝播する光ファイバ、７は逆メサにエッチングされた表面入射型のフォトダイオードである。
【００１５】
光ファイバ１ａの出射光はフォトダイオード７の側面に入射され、フォトダイオード７の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード７の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【００１６】
ここで、図８に示す従来例の動作を説明する。図８中”ＯＬ２１”に示す光ファイバ１ａの出射光は、フォトダイオード７の側面において図８中”ＡＧ２１”に示すファセット角で屈折し、図８中”ＲＬ２１”に示すような屈折光としてフォトダイオード７の受光面に入射される。
【００１７】
同様に、図８中”ＯＬ２２”に示す光ファイバ１ａの出射光は、フォトダイオード７の側面において図８中”ＡＧ２１”に示すファセット角で屈折し、図８中”ＲＬ２２”に示すような屈折光としてフォトダイオード７の受光面に入射される。
【００１８】
フォトダイオード７に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００１９】
また、図９はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図９において４及び５は図６と同一符号を付してあり、１ｂは光信号が伝播する光ファイバ、８は導波路型のフォトダイオードである。
【００２０】
光ファイバ１ｂの出射光はフォトダイオード８の光導波路に入射され、フォトダイオード８の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード８の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【００２１】
ここで、図９に示す従来例の動作を説明する。図９中”ＯＬ３１”に示す光ファイバ１ｂの出射光は、フォトダイオード８の光導波路に入射される。そして、フォトダイオード８に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００２２】
また、図１０はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図１０において３及び４は図６と同一符号を付してあり、１ｃは光信号が伝播する光ファイバ、９は折り返し伝送線路、１０及び１１はワイヤである。
【００２３】
光ファイバ１ｃの出射光はフォトダイオード３の受光面に入射され、フォトダイオード３の近傍には折り返し伝送線路９及び伝送線路４が配置される。また、フォトダイオード３の電極と折り返し伝送線路９はワイヤ１０によって接続され、折り返し伝送線路９と伝送線路４はワイヤ１１によって接続される。
【００２４】
ここで、図１０に示す従来例の動作を説明する。図１０中”ＯＬ４１”に示す光ファイバ１ｃの出射光は、フォトダイオード３の受光面に入射される。
【００２５】
フォトダイオード３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ１０を介して折り返し伝送線路９に伝播し、折り返し伝送線路９で伝送の向きが９０度折り返され、さらに、ワイヤ１１を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６に示す従来例ではマイクロミラー２を用いた折り返しミラー型であるため、受光素子内にマイクロミラー２を実装する必要性があり、部品点数が増え、小型化が困難であると言った問題点があった。
【００２７】
また、図７に示す従来例では反射をさせるための光ファイバの先端部分の加工が困難であり、光結合効率が悪く、ハーメチックシールが困難であると言った問題点があった。
【００２８】
また、図８に示す従来例ではフォトダイオードを逆メサ構造に安定して形成することが困難であり、屈折光をうまく受光部に集光するための光学的な配置も困難であると言った問題点があった。
【００２９】
また、図９に示す従来例では光導波路に光ファイバの出射光を効率よく光結合させることが困難であり、効率よく光結合させるためのスポットサイズ変換部の集積化等が困難であると言った問題点があった。
【００３０】
また、図１０に示す従来例では折り返し伝送線路の仕様の周波数帯が”２．５ＧＢｐｓ”であり”４０ＧＢｐｓ”等の高速化が困難であると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、制作が容易で高速化及び小型化が可能な受光素子を実現することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
フォトダイオードを実装した受光素子において、
受光部側に伝送線路が形成されたフォトダイオードと、上面及び側面に伝送の向きを鋭角に折り返す伝送線路を形成し、側面部分に前記フォトダイオードの厚みと同一の深さの窪みを形成して前記フォトダイオードをマウントした高周波基板ブロックとを備え、前記フォトダイオードの伝送線路と前記高周波基板ブロックの側面の伝送線路をワイヤで接続したことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３２】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの上面に形成された伝送線路のストリップ導体の幅を変化させたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３３】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックが、
アルミナで形成されたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３４】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックが、
窒化アルミニウムで形成されたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３５】
請求項５記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記伝送線路が、
コプレーナ線路であることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３６】
請求項６記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記伝送線路が、
マイクロストリップ線路であることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３７】
請求項７記載の発明は、
請求項５若しくは請求項６記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路に終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３８】
請求項８記載の発明は、
請求項５記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体と左右の接地平面導体との間にそれぞれ終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３９】
請求項９記載の発明は、
請求項５記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体とどちらか一方の接地平面導体との間に終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００４０】
請求項１０記載の発明は、
請求項６記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体と接地平面導体との間に終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る受光素子の一実施例を示す正面図、側面図及び平面図であり、図２は本発明に係る受光素子の一実施例を示す斜視図である。
【００４２】
図１及び図２において１２はアルミナ等を用いた高周波基板ブロック、１３は表面入射型のフォトダイオード、１４はボンディング用のワイヤである。
【００４３】
図１中”ＴＨ５１”に示す厚さが、例えば”１ｍｍ”程度の高周波基板ブロック１２の上面及び側面にＣＰＷ（Ｃｏｐｌａｎａｒ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：コプレーナ線路）等のミリ波高周波伝送線路を形成する。すなわち、図１中”ＣＷ５１”に示すように、伝送の向きが鋭角、例えば、９０度折り返されるような伝送線路が形成される。
【００４４】
また、高周波基板ブロック１２の伝送線路が形成された側面部分にはフォトダイオード１３をマウントするための窪みが図１中”ＨＬ５１（図２中”ＨＬ６１”）”に示すように形成され、図１中”ＰＤ５１”に示す円形の受光面及び受光面側に形成された伝送線路が外側にくるようにフォトダイオード１３がマウントされる。
【００４５】
但し、図１中”ＨＬ５１（図２中”ＨＬ６１”）”に示す窪みの深さは図１中”ＰＷ５１（図２中”ＰＷ６１”）”に示すフォトダイオード１３の厚みと同一である。このため、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２上の伝送線路が同一平面に位置することになる。
【００４６】
そして、ワイヤ１４によって高周波基板ブロック１２上の伝送線路と、フォトダイオード１３上の伝送線路とがボンディングされ、電気的に接続が取られる。
【００４７】
この時、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２上の伝送線路が同一平面に位置するため、最短のワイヤでボンディングすることが可能になり、インダクタンスの低減に寄与する。
【００４８】
ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を説明する。図２中”ＯＬ６１”に示す光ファイバ（図示せず。）からの出射光は図２中”ＰＤ６１”に示すフォトダイオード１３の円形の受光部に入射される。
【００４９】
フォトダイオード１３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はフォトダイオード１３上の伝送線路に伝播し、ワイヤ１４を介して高周波基板ブロック１２上に形成された伝送線路で伝送の向きが９０度折り返されて伝播し、図２中”ＯＥ６１”に示すように受光素子の外部に取り出される。
【００５０】
すなわち、光ファイバのセンタ部分の加工やフォトダイオードを逆メサ構造に形成する必要がないので制作が容易になる。
【００５１】
また、図１中”ＴＨ５１”に示す高周波基板ブロック１２の厚さが”１ｍｍ”程度であり、従来例のように受光素子内にマイクロミラーを実装する必要性がないので小型化が容易である。
【００５２】
また、光ファイバ自体を受光素子内に引込む必要性がないので、ハーメチックシールが可能である。
【００５３】
さらに、光ファイバの出射光（円形）を単純にフォトダイオードの円形の受光部に入射させるだけなので、受光部の直径が光ファイバの出射光（円形）の直径よりも大きければ光学的な配置や光結合効率に問題が生じない。
【００５４】
この結果、高周波基板ブロック１２の上面及び側面に伝送の向きを鋭角、例えば、９０度折り返す伝送線路を形成し、高周波基板ブロック１２の側面部分にフォトダイオード１３の厚みと同一の深さの窪みを形成し、当該窪みにフォトダイオード１３がマウントし、高周波基板ブロック１２上の伝送線路とフォトダイオード１３上の伝送線路とをワイヤでボンディングすることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００５５】
なお、図１及び図２に示す実施例では高周波基板ブロック１２上に光電気変換された電気信号を他の伝送線路や増幅器等の素子に導くための伝送線路を形成しているが、高周波基板ブロック１２上に外部端子を直接接続するための伝送線路を形成しても構わない。
【００５６】
図３はこのような本発明に係る受光素子の他の実施例を示す正面図、側面図及び平面図であり、図４はこのような本発明に係る受光素子の他の実施例を示す斜視図である。
【００５７】
図３及び図４において１３及び１４は図１及び図２と同一符号を付してあり、１２ａはアルミナ等を用いた高周波基板ブロックである。
【００５８】
図３中”ＴＨ７１”に示す厚さが”１ｍｍ”程度の高周波基板ブロック１２ａの上面及び側面にコプレーナ線路等のミリ波高周波伝送線路を形成する。すなわち、図３中”ＣＷ７１”に示すように、伝送の向きが９０度折り返されるような伝送線路が形成される。
【００５９】
但し、高周波基板ブロック１２ａの上面の伝送線路は図３中”ＷＧ７１”に示すように、”０．２ｍｍ”程度の外部端子に直接接続するため出力端部分で伝送線路のストリップ導体の幅が広がるように形成されている。
【００６０】
また、高周波基板ブロック１２ａの伝送線路が形成された側面部分にはフォトダイオード１３をマウントするための窪みが図３中”ＨＬ７１（図４中”ＨＬ８１”）”に示すように形成され、図３中”ＰＤ７１”に示す円形の受光面及び受光面側に形成された伝送線路が外側にくるようにフォトダイオード１３がマウントされる。
【００６１】
但し、図３中”ＨＬ７１（図４中”ＨＬ８１”）”に示す窪みの深さは図３中”ＰＷ７１（図４中”ＰＷ８１”）”に示すフォトダイオード１３の厚みと同一である。このため、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２ａ上の伝送線路が同一平面に位置する。
【００６２】
そして、ワイヤ１４によって高周波基板ブロック１２ａ上の伝送線路と、フォトダイオード１３上の伝送線路とがボンディングされ、電気的に接続が取られる。
【００６３】
この時、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２ａ上の伝送線路が同一平面に位置するため、最短のワイヤでボンディングすることが可能になり、インダクタンスの低減に寄与する。
【００６４】
ここで、図３及び図４に示す実施例の動作を説明する。図４中”ＯＬ８１”に示す光ファイバ（図示せず。）からの出射光は図４中”ＰＤ８１”に示すフォトダイオード１３の円形の受光部に入射される。
【００６５】
フォトダイオード１３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はフォトダイオード１３上の伝送線路に伝播し、ワイヤ１４を介して高周波基板ブロック１２ａ上に形成された伝送線路で伝送の向きが９０度折り返されて伝播し、図４中”ＯＥ８１”に示すように受光素子の外部に取り出される。
【００６６】
また、図１〜図４の説明に際して、高周波基板ブロックとしてはアルミナを例示しているが、誘電率が”１０”程度のものであれば良く、例えば、窒化アルミニウム等であっても構わない。また、誘電率が”１２”程度である半導体基板を高周波基板として代用できる
【００６７】
また、必要に応じて、高周波基板ブロック上の伝送線路に終端抵抗を設けても構わない。図５はこのような終端抵抗を設けた受光素子の一実施例を示す正面図である。
【００６８】
図５において１２，１３，１４は図１と同一符号を付してあり、１５及び１６は抵抗値が”１００Ω”の終端抵抗である。すなわち、伝送線路のストリップ導体と左右の接地平面導体との間に”１００Ω”の２つの抵抗が並列接続されているので実質的に”５０Ω”の終端がなされたことになる。
【００６９】
勿論、”１００Ω”の抵抗が並列接続ではなく、”５０Ω”の抵抗を伝送線路のストリップ導体と左若しくは右の何れか一方の接地平面導体との間に接続しても構わない。
【００７０】
また、高周波基板ブロック上に形成した伝送線路として、コプレーナ線路を例示しているが、マイクロストリップ線路等であっても構わない。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９及び請求項１０の発明によれば、高周波基板ブロックの上面及び側面に伝送の向きを９０度折り返す伝送線路を形成し、高周波基板ブロックの側面部分にフォトダイオードの厚みと同一の深さの窪みを形成し、当該窪みにフォトダイオードがマウントし、高周波基板ブロック上の伝送線路とフォトダイオード上の伝送線路とをワイヤでボンディングすることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る受光素子の一実施例を示す正面図、側面図及び平面図である。
【図２】本発明に係る受光素子の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る受光素子の他の実施例を示す正面図、側面図及び平面図である。
【図４】本発明に係る受光素子の他の実施例を示す斜視図である。
【図５】終端抵抗を設けた受光素子の一実施例を示す正面図である。
【図６】従来の受光素子の一例を示す断面図である。
【図７】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【図８】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【図９】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【図１０】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，６　光ファイバ
２　マイクロミラー
３，７，８，１３　フォトダイオード
４　伝送線路
５，１０，１１，１４　ワイヤ
９　折り返し伝送線路
１２，１２ａ　高周波基板ブロック[0001]
The present invention relates to a light-receiving element on which a photodiode is mounted, and more particularly to a light-receiving element that can be easily manufactured and that can be operated at high speed and reduced in size.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the necessity of transmitting and receiving a large amount of information has increased with the spread of the Internet. As a technique for transmitting and receiving such a large amount of information, there is a WDM (Wavelength Division Multiplex).
[0003]
Such communication using WDM is optical communication using an optical fiber, and a high-speed photoelectric conversion element such as a high-speed photodiode for converting an optical signal into an electric signal is required on the receiving side.
[0004]
Further, the current transmission speed of WDM is “2.5 Gbps (bits per second)” or “10 Gbps”, but “40 Gbps” has attracted attention as a next-generation communication technology.
[0005]
In the case of performing “2.5 Gbps” or “10 Gbps” optical communication, since the frequency band is the microwave band, the photodiode as the photoelectric conversion element can be relatively easily mounted in the light receiving element. In the case of 40 Gbps "optical communication, since it is in the millimeter wave band, it becomes more difficult to mount the photodiode in the light receiving element.
[0006]
FIG. 6 is a sectional view showing an example of such a conventional light receiving element. In FIG. 6, 1 is an optical fiber through which an optical signal propagates, 2 is a micromirror, 3 is a front-illuminated photodiode capable of operating at "40 Gbps", 4 is a high-frequency transmission line, and 5 is a bonding wire. .
[0007]
The light emitted from the optical fiber 1 is reflected by the micromirror 2 and is incident on the light receiving surface of the photodiode 3. A transmission line 4 is disposed near the photodiode 3, and the electrode of the photodiode 3 and the transmission line 4 are connected by a wire 5. Connected.
[0008]
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 6 will be described. The outgoing light of the optical fiber 1 indicated by “OL01” in FIG. 6 is incident on the micromirror 2, and the reflected light of the micromirror 2 indicated by “RL01” in FIG. 6 is incident on the light receiving surface of the photodiode 3.
[0009]
The optical signal incident on the photodiode 3 is photoelectrically converted into an electric signal, and the electric signal propagates to the transmission line 4 via the wire 5 and is taken out of the light receiving element.
[0010]
FIG. 7 is a sectional view showing another example of such a conventional light receiving element. In FIG. 7, 3, 4 and 5 are denoted by the same reference numerals as in FIG. 6, and 6 is an optical fiber whose optical signal propagates and whose tip is obliquely cut.
[0011]
The light emitted from the optical fiber 6 is incident on the light receiving surface of the photodiode 3, a transmission line 4 is arranged near the photodiode 3, and the electrode of the photodiode 3 and the transmission line 4 are connected by a wire 5.
[0012]
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 7 will be described. The light propagating in the optical fiber 6 indicated by “TL11” in FIG. 7 is reflected by the reflection surface (portion where the tip of the optical fiber 6 is obliquely cut) indicated by “RF11” in FIG. The light is incident on the light receiving surface of the photodiode 3 as reflected light as indicated by “RL11”.
[0013]
The optical signal incident on the photodiode 3 is photoelectrically converted into an electric signal, and the electric signal propagates to the transmission line 4 via the wire 5 and is taken out of the light receiving element.
[0014]
FIG. 8 is a sectional view showing another example of such a conventional light receiving element. 8, reference numerals 4 and 5 denote the same reference numerals as in FIG. 6, reference numeral 1a denotes an optical fiber through which an optical signal propagates, and reference numeral 7 denotes a front-illuminated photodiode etched into an inverted mesa.
[0015]
The light emitted from the optical fiber 1a is incident on the side surface of the photodiode 7, the transmission line 4 is arranged near the photodiode 7, and the electrode of the photodiode 7 and the transmission line 4 are connected by a wire 5.
[0016]
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 8 will be described. The outgoing light of the optical fiber 1a indicated by "OL21" in FIG. 8 is refracted at the facet angle indicated by "AG21" in FIG. 8 on the side surface of the photodiode 7, and is refracted as indicated by "RL21" in FIG. The light is incident on the light receiving surface of the diode 7.
[0017]
Similarly, the outgoing light of the optical fiber 1a indicated by "OL22" in FIG. 8 is refracted at the facet angle indicated by "AG21" in FIG. 8 on the side surface of the photodiode 7, and refracted as indicated by "RL22" in FIG. Light is incident on the light receiving surface of the photodiode 7 as light.
[0018]
The optical signal incident on the photodiode 7 is converted into an electric signal by photoelectric conversion, and the electric signal propagates to the transmission line 4 via the wire 5 and is taken out of the light receiving element.
[0019]
FIG. 9 is a sectional view showing another example of such a conventional light receiving element. 9, reference numerals 4 and 5 denote the same reference numerals as in FIG. 6, 1b denotes an optical fiber through which an optical signal propagates, and 8 denotes a waveguide type photodiode.
[0020]
The light emitted from the optical fiber 1b is incident on the optical waveguide of the photodiode 8, the transmission line 4 is arranged near the photodiode 8, and the electrode of the photodiode 8 and the transmission line 4 are connected by the wire 5.
[0021]
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 9 will be described. The outgoing light of the optical fiber 1 b indicated by “OL 31” in FIG. 9 enters the optical waveguide of the photodiode 8. Then, the optical signal incident on the photodiode 8 is photoelectrically converted into an electric signal, and the electric signal propagates to the transmission line 4 via the wire 5 and is taken out of the light receiving element.
[0022]
FIG. 10 is a sectional view showing another example of such a conventional light receiving element. 10, reference numerals 3 and 4 denote the same reference numerals as in FIG. 6, 1c denotes an optical fiber through which an optical signal propagates, 9 denotes a folded transmission line, and 10 and 11 denote wires.
[0023]
The light emitted from the optical fiber 1c is incident on the light receiving surface of the photodiode 3, and the folded transmission line 9 and the transmission line 4 are arranged near the photodiode 3. The electrode of the photodiode 3 and the folded transmission line 9 are connected by a wire 10, and the folded transmission line 9 and the transmission line 4 are connected by a wire 11.
[0024]
Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 10 will be described. The outgoing light of the optical fiber 1 c indicated by “OL 41” in FIG. 10 is incident on the light receiving surface of the photodiode 3.
[0025]
The optical signal incident on the photodiode 3 is photoelectrically converted into an electric signal, and the electric signal propagates to the folded transmission line 9 via the wire 10, and the transmission direction is folded at the folded transmission line 9 by 90 degrees. Further, the light propagates to the transmission line 4 via the wire 11 and is taken out of the light receiving element.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional example shown in FIG. 6 is a folded mirror type using the micromirror 2, it is necessary to mount the micromirror 2 in the light receiving element, and it is difficult to reduce the number of parts and reduce the size. There was a problem.
[0027]
Further, in the conventional example shown in FIG. 7, there is a problem that it is difficult to process the tip portion of the optical fiber for reflection, the optical coupling efficiency is poor, and the hermetic sealing is difficult.
[0028]
In addition, in the conventional example shown in FIG. 8, it is difficult to stably form the photodiode in an inverted mesa structure, and it is also difficult to optically arrange the photodiode to converge the refracted light to the light receiving portion. There was a problem.
[0029]
Further, in the conventional example shown in FIG. 9, it is difficult to efficiently optically couple the light emitted from the optical fiber to the optical waveguide, and it is difficult to integrate a spot size converter for efficient optical coupling. There was a problem.
[0030]
Further, in the conventional example shown in FIG. 10, there is a problem that the frequency band of the specification of the folded transmission line is "2.5 GBps" and it is difficult to increase the speed to "40 GBps" or the like.
Accordingly, an object of the present invention is to realize a light receiving element that can be easily manufactured, that can be operated at high speed, and that can be reduced in size.
[0031]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In the light receiving element mounted with the photodiode,
A photodiode in which a transmission line is formed on the light receiving unit side, a transmission line in which the direction of transmission is bent at an acute angle on the upper surface and side surfaces, and a depression having the same depth as the thickness of the photodiode is formed on a side surface portion. A high-frequency substrate block on which the photodiode is mounted is provided, and the transmission line of the photodiode and the transmission line on the side surface of the high-frequency substrate block are connected by wires. . Also, hermetic sealing is possible.
[0032]
The invention according to claim 2 is
The light-receiving element according to claim 1,
By changing the width of the strip conductor of the transmission line formed on the upper surface of the high-frequency substrate block, the production is easy, and the speed and the size can be reduced. Also, hermetic sealing is possible.
[0033]
The invention according to claim 3 is
In the light receiving element according to claim 1 or 2,
The high-frequency substrate block,
By being formed of alumina, production is easy, and high speed and miniaturization are possible. Also, hermetic sealing is possible.
[0034]
The invention according to claim 4 is
In the light receiving element according to claim 1 or 2,
The high-frequency substrate block,
By being formed of aluminum nitride, production is easy, and high speed and miniaturization are possible. Also, hermetic sealing is possible.
[0035]
The invention according to claim 5 is
In the light receiving element according to claim 1 or 2,
Wherein the transmission line is
The coplanar line enables easy production, high speed and downsizing. Also, hermetic sealing is possible.
[0036]
The invention according to claim 6 is
In the light receiving element according to claim 1 or 2,
Wherein the transmission line is
The use of a microstrip line enables easy production, high speed, and miniaturization. Also, hermetic sealing is possible.
[0037]
The invention according to claim 7 is
In the light receiving element according to claim 5 or 6,
By providing the terminating resistor on the transmission line of the high-frequency board block, the production is easy, and the speed and the size can be reduced. Also, hermetic sealing is possible.
[0038]
The invention according to claim 8 is
The light-receiving element according to claim 5, wherein
Providing a terminating resistor between the strip conductor of the transmission line of the high-frequency substrate block and the left and right ground plane conductors facilitates production, speeds up and reduces the size. Also, hermetic sealing is possible.
[0039]
The invention according to claim 9 is
The light-receiving element according to claim 5, wherein
By providing a terminating resistor between the strip conductor of the transmission line of the high-frequency board block and one of the ground plane conductors, production is easy, and high speed and miniaturization are possible. Also, hermetic sealing is possible.
[0040]
The invention according to claim 10 is
The light receiving element according to claim 6, wherein
By providing a terminating resistor between the strip conductor and the ground plane conductor of the transmission line of the high-frequency board block, production is easy, and high speed and miniaturization are possible. Also, hermetic sealing is possible.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view, a side view, and a plan view showing one embodiment of the light receiving element according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of the light receiving element according to the present invention.
[0042]
1 and 2, reference numeral 12 denotes a high-frequency substrate block using alumina or the like, reference numeral 13 denotes a front-illuminated photodiode, and reference numeral 14 denotes a bonding wire.
[0043]
A millimeter-wave high-frequency transmission line such as a CPW (Coplanar Waveguide) is formed on the upper surface and the side surface of the high-frequency substrate block 12 having a thickness “TH51” of, for example, about “1 mm” in FIG. That is, as shown by "CW51" in FIG. 1, a transmission line is formed such that the transmission direction is bent at an acute angle, for example, 90 degrees.
[0044]
In addition, a recess for mounting the photodiode 13 is formed on a side surface portion of the high-frequency substrate block 12 where the transmission line is formed, as shown by "HL51 (" HL61 "in FIG. 2)" in FIG. The photodiode 13 is mounted so that the circular light receiving surface indicated by the middle “PD51” and the transmission line formed on the light receiving surface side are on the outside.
[0045]
However, the depth of the depression indicated by "HL51 (" HL61 "in FIG. 2)" in FIG. 1 is the same as the thickness of the photodiode 13 indicated by "PW51 (" PW61 "in FIG. 2)" in FIG. Therefore, the transmission line on the photodiode 13 and the transmission line on the high-frequency substrate block 12 are located on the same plane.
[0046]
Then, the transmission line on the high-frequency substrate block 12 and the transmission line on the photodiode 13 are bonded by the wires 14, and are electrically connected.
[0047]
At this time, since the transmission line on the photodiode 13 and the transmission line on the high-frequency substrate block 12 are located on the same plane, bonding can be performed with the shortest wire, which contributes to a reduction in inductance.
[0048]
Here, the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described. Light emitted from an optical fiber (not shown) indicated by “OL61” in FIG. 2 is incident on a circular light receiving portion of the photodiode 13 indicated by “PD61” in FIG.
[0049]
The optical signal incident on the photodiode 13 is photoelectrically converted into an electric signal, and the electric signal propagates to the transmission line on the photodiode 13 and is formed on the high-frequency substrate block 12 via the wire 14. Then, the transmission direction is turned back at 90 degrees and propagated, and is taken out of the light receiving element as shown by "OE61" in FIG.
[0050]
That is, there is no need to process the center portion of the optical fiber or to form the photodiode in an inverted mesa structure, which facilitates production.
[0051]
Further, the thickness of the high-frequency substrate block 12 indicated by "TH51" in FIG. 1 is about "1 mm", and there is no need to mount a micromirror in the light receiving element unlike the conventional example, so that miniaturization is easy. .
[0052]
Further, since there is no need to draw the optical fiber itself into the light receiving element, a hermetic seal is possible.
[0053]
Further, since the light (circle) emitted from the optical fiber is simply made incident on the circular light receiving portion of the photodiode, if the diameter of the light receiving portion is larger than the diameter of the light (circle) emitted from the optical fiber, the optical arrangement and There is no problem in optical coupling efficiency.
[0054]
As a result, a transmission line is formed on the upper surface and the side surface of the high-frequency substrate block 12 at an acute angle, for example, 90 degrees, in which the direction of transmission is folded, and a recess having the same depth as the thickness of the photodiode 13 is formed on the side surface of the high-frequency substrate block 12. By forming the photodiode, the photodiode 13 is mounted in the recess, and the transmission line on the high-frequency substrate block 12 and the transmission line on the photodiode 13 are bonded by wires, so that production is easy, and high speed and miniaturization are possible. Become. Also, hermetic sealing is possible.
[0055]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a transmission line for guiding an electric signal obtained by photoelectric conversion to another transmission line or an element such as an amplifier is formed on the high-frequency substrate block 12. A transmission line for directly connecting external terminals may be formed on the block 12.
[0056]
FIG. 3 is a front view, a side view and a plan view showing another embodiment of such a light receiving element according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of such a light receiving element according to the present invention. FIG.
[0057]
3 and 4, reference numerals 13 and 14 denote the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, and reference numeral 12a denotes a high-frequency substrate block using alumina or the like.
[0058]
A millimeter-wave high-frequency transmission line such as a coplanar line is formed on the upper and side surfaces of the high-frequency substrate block 12a having a thickness of about 1 mm shown in FIG. That is, as shown by “CW71” in FIG. 3, a transmission line whose transmission direction is folded back by 90 degrees is formed.
[0059]
However, since the transmission line on the upper surface of the high-frequency substrate block 12a is directly connected to an external terminal of about "0.2 mm" as shown by "WG71" in FIG. 3, the width of the strip conductor of the transmission line is increased at the output end. It is formed as follows.
[0060]
In addition, a recess for mounting the photodiode 13 is formed in a side surface portion of the high-frequency substrate block 12a where the transmission line is formed, as shown in "HL71 (" HL81 "in FIG. 4)" in FIG. The photodiode 13 is mounted such that the circular light receiving surface indicated by the middle “PD71” and the transmission line formed on the light receiving surface side are on the outside.
[0061]
However, the depth of the depression indicated by "HL71 (" HL81 "in FIG. 4)" in FIG. 3 is the same as the thickness of the photodiode 13 indicated by "PW71 (" PW81 "in FIG. 4)" in FIG. Therefore, the transmission line on the photodiode 13 and the transmission line on the high-frequency substrate block 12a are located on the same plane.
[0062]
Then, the transmission line on the high-frequency substrate block 12a and the transmission line on the photodiode 13 are bonded by the wires 14, and are electrically connected.
[0063]
At this time, since the transmission line on the photodiode 13 and the transmission line on the high-frequency substrate block 12a are located on the same plane, bonding can be performed with the shortest wire, which contributes to a reduction in inductance.
[0064]
Here, the operation of the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 will be described. Light emitted from an optical fiber (not shown) indicated by “OL81” in FIG. 4 is incident on a circular light receiving portion of the photodiode 13 indicated by “PD81” in FIG.
[0065]
The optical signal incident on the photodiode 13 is photoelectrically converted into an electric signal, and the electric signal propagates to a transmission line on the photodiode 13 and is transmitted via a wire 14 to a transmission line formed on the high-frequency substrate block 12a. Then, the transmission direction is turned back by 90 degrees and propagated, and is taken out of the light receiving element as shown by "OE81" in FIG.
[0066]
In the description of FIGS. 1 to 4, alumina is exemplified as the high-frequency substrate block. However, any material having a dielectric constant of about 10 may be used, and for example, aluminum nitride or the like may be used. Further, a semiconductor substrate having a dielectric constant of about “12” can be used as a high-frequency substrate.
If necessary, a terminating resistor may be provided on the transmission line on the high-frequency substrate block. FIG. 5 is a front view showing an embodiment of a light receiving element provided with such a terminating resistor.
[0068]
In FIG. 5, reference numerals 12, 13, and 14 denote the same reference numerals as in FIG. 1, and reference numerals 15 and 16 denote terminating resistors having a resistance value of "100Ω". That is, since two resistors of "100 Ω" are connected in parallel between the strip conductor of the transmission line and the left and right ground plane conductors, the termination of "50 Ω" is substantially achieved.
[0069]
Of course, the resistance of “100Ω” may be connected in parallel between the strip conductor of the transmission line and either the left or right ground plane conductor instead of the parallel connection.
[0070]
Although a coplanar line is illustrated as a transmission line formed on the high-frequency substrate block, a microstrip line or the like may be used.
[0071]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
According to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth aspects of the present invention, a transmission line is formed on the upper surface and the side surface of the high-frequency substrate block so as to turn the transmission direction by 90 degrees, A recess having the same depth as the thickness of the photodiode is formed on the side surface of the high-frequency substrate block, the photodiode is mounted in the recess, and the transmission line on the high-frequency substrate block and the transmission line on the photodiode are bonded with a wire. By doing so, production is easy, and high speed and miniaturization are possible. Also, hermetic sealing is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view, a side view, and a plan view showing one embodiment of a light receiving element according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing one embodiment of a light receiving element according to the present invention.
FIG. 3 is a front view, a side view, and a plan view showing another embodiment of the light receiving element according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the light receiving element according to the present invention.
FIG. 5 is a front view showing one embodiment of a light receiving element provided with a terminating resistor.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional light receiving element.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a conventional light receiving element.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of a conventional light receiving element.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of a conventional light receiving element.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of the conventional light receiving element.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b, 1c, 6 Optical fiber 2 Micro mirror 3, 7, 8, 13 Photodiode 4 Transmission line 5, 10, 11, 14 Wire 9 Folded transmission line 12, 12a High frequency substrate block

Claims

In the light receiving element mounted with the photodiode,
A photodiode having a transmission line formed on the light receiving unit side,
A high-frequency board block on which the photodiode is mounted by forming a transmission line on which the transmission direction is folded at an acute angle on the upper surface and side surfaces, forming a depression having the same depth as the thickness of the photodiode on the side surface portion,
A light receiving element, wherein a transmission line of the photodiode and a transmission line on a side surface of the high-frequency substrate block are connected by a wire.

2. The light receiving element according to claim 1, wherein a width of a strip conductor of a transmission line formed on an upper surface of the high frequency substrate block is changed.

The high-frequency substrate block,
The light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element is formed of alumina.

The high-frequency substrate block,
The light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element is formed of aluminum nitride.

Wherein the transmission line is
The light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element is a coplanar line.

Wherein the transmission line is
The light receiving element according to claim 1, wherein the light receiving element is a microstrip line.

7. The light receiving element according to claim 5, wherein a terminating resistor is provided on the transmission line of the high frequency substrate block.

6. The light receiving element according to claim 5, wherein a terminating resistor is provided between the strip conductor of the transmission line of the high frequency substrate block and the left and right ground plane conductors.

6. The light receiving element according to claim 5, wherein a terminating resistor is provided between the strip conductor of the transmission line of the high-frequency substrate block and one of the ground plane conductors.

7. The light receiving element according to claim 6, wherein a terminating resistor is provided between the strip conductor and the ground plane conductor of the transmission line of the high frequency substrate block.