JP2005167348A - 光受信装置、光送受信装置及び光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 低コスト化が図れる光受信装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 光信号を伝送する光ファイバ７０を保持する受信側保持台２６０と、光ファイバ７０と光結合した状態で、受信側保持台２６０上に設けられたＰＤ２１０と、ＰＤ２１０が検出した光信号を増幅するプリアンプ２５０とを備え、受信側保持台２６０上の、光ファイバ７０、ＰＤ２１０に干渉しない残余領域にキャパシタ２２０，２３０が設けられている。受信側保持台２６０は半導体基板、つまりＳｉ基板２６６を用いると共に、Ｓｉ基板２６６の表面に、半導体製造プロセスにより、酸化層２２５，２３５と、金属層とが形成され、キャパシタ２２０，２３０が、基板の表面２２４，２３４と、酸化層２２５，２３５と、金属層の一部である電極パターン２２６，２３６とで構成される。
【選択図】 図７

Description

本発明は、光通信における双方向伝送に用いられる光受信装置、光送受信装置及び光モジュールに関する。

近年、センター局から映像情報などの大量の情報を一般家庭まで光ファイバを用いて伝送する光加入者系システムが提案されている。このシステムでは、一般家庭とセンター局間で光ファイバ内を伝播する光信号を受信する光受信装置が必要となる。
光受信装置としては、光信号を受信して電気信号に変換する受光素子、例えば、フォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）と、ＰＤで検出された電気信号を増幅するためのプリアンプと、前記プリアンプに接続されたコンデンサとを備えたものがある（特許文献１）。なお、このコンデンサは、プリアンプへのノイズカット用である。

この光受信装置では、光ファイバを保持する保持台がリードベース上にマウントされている。この保持台の上面にはＰＤが実装され、一方、プリアンプ及びコンデンサはリードベース上に実装されている。なお、ＰＤは保持台上の配線パターンに接続され、また、プリアンプ及びコンデンサはリードベース上の配線パターンに接続されている。
コンデンサには、所謂、平板コンデンサが用いられており、例えば、平板コンデンサの一方の電極が銀ペーストにより、また他方の電極がワイヤにより、それぞれ配線パターンに接続されている。
特開２００３−１８８４５３号公報（図１３〜図１６）

ところで、光加入者系システムにおいては、光受信装置がセンター局と加入者との双方に必要となり、システムを広く普及させるためには、光受信装置の低価格化は不可欠である。
しかしながら、上述した光受信装置では、平板コンデンサをリードベースに実装する構造を採用しているため、コンデンサ自体のコスト、実装工程の費用等を含めた製造コストが高く、システムの普及の妨げとなっている。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、低コスト化が図れる光受信装置、光送受信装置及び光モジュールを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る光受信装置は、光信号を伝送する導波路構造体を保持する保持台と、前記導波路構造体と光結合した状態で、前記保持台上に設けられた受光素子と、前記受光素子が検出した光信号を増幅する増幅器とを備え、前記保持台上の、導波路構造体、受光素子に干渉しない残余領域に、電極、絶縁層、電極をこの順で積層したキャパシタが設けられ、当該キャパシタが、前記増幅器に接続されて、ノイズの濾過を行う構成とされていることを特徴している。

また、本発明に係る光受信装置は、リードベースにマウントされて導波路構造体の端部を保持する保持台と、前記導波路構造体と光結合した状態で、前記保持台上に設けられた発光素子とを有する光送信装置と、前記リードベースにマウントされた上記構成の光受信装置とを備え、前記光受信装置の保持台は、前記導波路構造体の端部の上流側に配されると共に、当該導波路構造体内を伝播する光信号を分岐させる波長分岐手段を備えることを特徴としている。

一方、本発明に係る光モジュールは、入力されたデジタル電気信号を光信号に変換して導波路構造体を介して送信すると共に、導波路構造体から受信した光信号をデジタル電気信号に変換して出力する光モジュールであって、
上記構成の光送受信装置と、前記入力されたデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換するＤ−Ａコンバータと、前記アナログ電気信号に基づいて前記光送受信装置の発光素子を駆動するドライバと、前記光送受信用の増幅器から出力された電気信号をアナログの２値化信号に変換するプストアンプと、前記２値化信号をデジタル電気信号に変換して出力するＡ−Ｄコンバータとを備えることを特徴としている。

本発明に係る光受信装置では、例えば、半導体プロセスを利用すれば、基板上にキャパシタを形成でき、キャパシタのコスト及び形成工程の費用等を含めた全体コストを低減させることができる。

以下、本発明に係る光モジュールの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
１．光モジュールの全体構成について
本発明の実施の形態における光モジュールの全体構成を示す概略図である。
本実施の形態に係る光モジュールは、光導波路構造体として光ファイバを用い、光ファイバ内を伝播する光信号の伝送速度が、１００［Ｍｂｐｓ］以上で、上り信号の波長が１．３１［μｍ］、下り信号の波長が１．５５［μｍ］である光加入者系システム用である。

光モジュール１は、図１に示すように、光送受信装置１０、ドライバ２０、Ｄ−Ａコンバータ３０、ポストアンプ４０、Ａ−Ｄコンバータ５０及び電源部６０を備えている。
光送受信装置１０は光導波路構造体、例えば、光ファイバ７０に光結合され、この光ファイバ７０を介して光信号が双方向に伝送される。この光送受信装置１０は、光ファイバ７０内に光信号を送信するための光源である発光素子、例えば、半導体レーザ（以下、「ＬＤ」とする。）を有する光送信部１００と、光ファイバ７０内を伝播してきた光信号を受信するための受光素子、例えば、フォトダイオード（以下、「ＰＤ」とする。）を有する光受信部２００とからなる。

Ｄ−Ａコンバータ３０は、光モジュール１に入力されたデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換し、この変換されたアナログ電気信号はドライバ２０に出力される。ドライバ２０は、入力されたアナログ電気信号をＬＤ駆動用の信号に変調し、光送信部１００にあるＬＤを駆動させる。
ポストアンプ４０は、光受信部２００から出力された電流信号を、アナログの２値化信号に変換し、この変換されたアナログ電気信号がＡ−Ｄコンバータ５０に出力される。Ａ−Ｄコンバータ５０は、入力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換した後、光モジュール１から外部へと出力する。なお、電源部６０は、光送受信装置１０、ドライバ２０、Ｄ−Ａコンバータ３０、ポストアンプ４０及びＡ−Ｄコンバータ５０に給電する。

なお、ここでは、導波路構造体としてガラスファイバを用いているが、例えば、ポリイミド導波路、石英導波路等を利用しても良い。
２．光送受信装置について
（１）全体構成について
図２は、光送受信装置の概略を示す斜視図であり、図３は、光送受信装置を図２のＸ方向から見た図であり、また、図４は、光送受信装置を図２のＹ方向から見た図である。なお、図２〜図４は、図面の便宜上、ワイヤ等の電気的配線の図示は省略している。また、図３は、光ファイバの取り付けが分かるように光送受信装置の一部を切り欠いている。

光送受信装置１０は、図２〜図４に示すように、ベース３００上に、上述の光送信部１００と光受信部２００とがマウントされた構造をしている。ベース３００は、８本のリード３１１〜３１８と、リードベース３１０とを備え、これらの一の主面（図２〜図４では上面に相当する。）が露出するように樹脂３２０によりモールドされている。
８本のリードは、第ｎリード（ｎは、１から８までの自然数）といい、３１０番台であって、一桁の番号を「ｎ」とした符号で表す。この符号を具体的に説明すると、第３リードは、その「ｎ」が「３」であり、符号は「３１３」で表す。また、第８リード３１８は、リードベース３１０のリードである。

光ファイバ７０は、リードベース３１０の略中央を通るように配され、この光ファイバ７０の端部に光送信部１００が、また、光ファイバ７０の端部の上流側に光受信部２００がそれぞれ配設されている。
光ファイバ７０は、光送信部１００側では送信側保持台１３０により、また、光受信部２００側では受信側保持台２６０によりそれぞれ保持されている。

なお、本明細書において、光ファイバ７０が延伸する方向、つまり、図２におけるＹ方向を「長手方向」といい、光ファイバ７０の延伸方向に直交する方向、つまり、図２におけるＸ方向を「幅方向」という。
（２）光送信部について
Ａ．構成について
光送信部１００は、図２〜図４に示すように、上述の光ファイバ７０内に光信号を送信するための光源であるＬＤ１１０と、このＬＤ１１０から出射されたレーザ光の出力をモニタするフォトダイオード（以下、「モニタ用ＰＤ」という）１２０とを備え、これらＬＤ１１０及びモニタ用ＰＤ１２０は、送信側保持台１３０の表面（図２で上面）に実装されている。

光ファイバ７０は、図２〜図４に示すように、その端部側が送信側保持台１３０と押圧部材１４０により挟扼されることにより固定されている。送信側保持台１３０には、図２及び図３に示すように、その幅方向の略中央であって光受信部２００側の端面から長手方向の略半分程度まで延伸する、横断面形状が「Ｖ」字形または台形の溝１３２が形成されており、また、押圧部材１４０にも、当該部材１４０を縦断する、横断面形状が「Ｖ」字形または台形の溝１４２が形成されている。これにより、光ファイバ７０は、ＬＤ１１０に対して精度良く固定されることになる。また、光ファイバ７０は、ＬＤから出射されたレーザ光の反射減衰量を十分に抑制するために、その入射端面に、例えば、無反射処理が施されている。

送信側保持台１３０は、半導体基板、例えば、Ｎ型のシリコン基板（以下、このシリコン基板を、「Ｓｉ基板」と表す。）を用いており、このＳｉ基板の表裏面には酸化層、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）が、例えば、熱酸化法により形成されている。
また、Ｓｉ基板の上面側の酸化層上には、例えば、真空蒸着により金属層が形勢されている。この金属層の一部は、ＬＤ１１０及びモニタ用ＰＤ１２０用の配線パターンである。

ＬＤ１１０及びモニタ用ＰＤ１２０は、図２及び図３に示すように、光ファイバ７０の延伸上であって、光ファイバ７０の端面に近いほうから、ＬＤ１１０、モニタ用ＰＤ１２０の順で、送信側保持台１３０上に配設され、送信側保持台１３０の配線パターンに接続されている。
モニタ用ＰＤ１２０は、例えば、側面入射型が用いられている。このモニタ用ＰＤ１２０は、ＬＤ１１０が出射するレーザ光の波長帯において、受光感度が線形で且つ十分高いものを用いることが好ましい。

ＬＤ１１０と光ファイバ７０の端面との間には、ＬＤ１１０と光ファイバ７０との光学距離を短くするために、屈折率が整合された樹脂を充填している。ＬＤ１１０と光ファイバ７０との光学距離を短くする理由は、ＬＤ１１０から出射されたレーザ光を光ファイバ７０の入射端面で高い結合効率で結合させるためである。
Ｂ．電気系の構成
次に、光送信部の電気系の構成について説明する。

図５は、光送受信装置の等価回路構成図である。
先ず、ＬＤ１１０は、そのカソード電極が第６リード３１６に、また、アノード電極が第５リード３１５にそれぞれ接続されている。一方、モニタ用ＰＤ１２０は、そのカソード電極が第３リード３１３に、また、アノード電極が第４リード３１４にそれぞれ接続されている。

上記の第３リード３１３、第４リード３１４、第５リード３１５、第６リード３１６は、図１に示すように、ドライバ２０に接続されている。なお、モニタ用ＰＤ１２０には、逆方向のバイアスが印加される。
次に、具体的な電気的接続について説明する。
図６は、図２におけるＺ方向から見た光送受信装置の電気的配線を示す図である。

ＬＤ１１０は、例えば、両面（上下面）電極型のものであり、上面の電極（例えば、アノード電極）が金線ワイヤ（以下、単に、「ワイヤ」という。）１１２を介して第５リード３１５に接続されている。下面の電極（例えば、カソード電極）は、送信側保持台１３０の上面の配線パターン１１３に接続され、この配線パターン１１３がワイヤ１１１を介して第６リード３１６に接続されることにより、図５に示すように、ＬＤ１１０が第５リード３１５及び第６リード３１６に接続されることになる。

モニタ用ＰＤ１２０は、例えば、両面（上下面）電極型のものであり、上面の電極（例えば、アノード電極）が送信側保持台１３０の上面のパッド１２２とワイヤ１２１，１２３とを介して第３リード３１３に接続され、また、下面の電極（例えば、カソード電極）が配線パターン１２４に接続され、この配線パターン１２４がワイヤ１２５により第４リード３１４に接続されることにより、図５に示すように、モニタ用ＰＤ１２０が第３リード３１３及び第４リード３１４に接続されることになる。なお、ここで説明した具体的な電気的接続は、一例であるのは言うまでもない。

（３）光受信部について
Ａ．構成について
光受信部２００は、図２〜図４に示すように、光信号を受信して電気信号に変換する受光素子、例えば、フォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）２１０と、ＰＤ２１０が検出した電気信号を増幅するためのプリアンプ２５０と、プリアンプ２５０に並列接続されたキャパシタ２２０，２３０，２４０（図５参照）と、光ファイバ７０内を伝播する光信号を分岐させる波長分岐手段（２７０）とを備える。なお、プリアンプ２５０には、例えば、トランスインピーダンスアンプが用いられている。また、キャパシタ２２０，２３０，２４０は、プリアンプ２５０と並列に駆動電源に接続されて、ノイズの濾過を行うようになっている。

ＰＤ２１０、キャパシタ２２０，２３０，２４０は、図２〜図４に示すように、光ファイバ７０を保持する受信側保持台２６０の表面（図２で上面）における、光ファイバ７０、ＰＤ２１０に干渉しない残余領域に設けられ、プリアンプ２５０はリードベース３１０にマウントされている。
受信側保持台２６０は、送信側保持台１３０とは別に設けられ、リードベース３１０にマウントされている。この受信側保持台２６０も、送信側保持台１３０と同様に、半導体基板、例えば、Ｎ型のＳｉ基板２６６を用いており、このＳｉ基板２６６の表裏面には、例えば、二酸化シリコンである酸化層２６８（図７参照）が形成され、また、表面側の酸化層（本発明の絶縁層に相当する。）上に、例えば、金等の金属層が形成されている。この金属層の一部は、ＰＤ２１０用の配線パターンでもあり、キャパシタ２２０，２３０，２４０の電極パターン（本発明の電極（表側）に相当する。）である。

受信側保持台２６０のリードベース３１０への固着は、接着剤７４により行われる（図７参照）。なお、固着に用いる接着剤７４は、受信側保持台２６０の裏面に絶縁性の酸化層２６８が形成されているが、絶縁性のものを用いる方が好ましい。
受信側保持台２６０は、図２〜図４に示すように、その幅方向の中央より一側方寄り（図２では、プリアンプ２５０側）に、当該保持台２６０を縦断する、横断面形状が「凹」の溝２６２が形成されている。そして光ファイバ７０が、この溝２６２に敷設された状態で樹脂７２が充填されて受信側保持台２６０に保持される。

ＰＤ２１０は、光ファイバ７０内を伝播する下りの光信号（この光の波長は、ここでは、１．５５［μｍ］である。）を受信して電気信号に変換する。
波長分岐手段は、例えば、光ファイバ７０内を伝播する光信号のうち、下り信号をＰＤ２１０へ反射し、光送信部１００から送信された上り信号を透過する波長分岐板（以下、「ＷＤＭフィルタ」といい、符号「２７０」を用いる。）が用いられており、受信側保持台２６０の長手方向における略中央の位置で光ファイバ７０の軸心と直交するように、当該フィルタ２７０の上部側が光送信部１００側へと傾斜する状態で光ファイバ７０を遮るように設けられている。この受信側保持台２６０は、溝２６２に光ファイバ７０が埋め込まれ、さらに、ＰＤ２１０およびＷＤＭフィルタ２７０が実装されることで、光回路を形成していることから、いわゆる、ファイバ埋込光回路としての機能を有する。

また、ここでは、送信１.３[μｍ]および受信１.５５[μｍ]の光送受信装置を考えているが、ＷＤＭフィルタ２７０、ＬＤ１１０およびＰＤ２１０の波長特性を変更することで、全く同じ部品構成で送信１.５５[μｍ] および受信１.３[μｍ]の光送受信装置も実現することが可能である。
なお、波長分岐手段は、上述のＷＤＭフィルタ２７０に限定するものではなく、例えば、上り信号を通過させ、下り信号を反射させるハーフミラーを用いることもできる。

受信側保持台２６０の上面は、上述の溝２６２とＷＤＭフィルタ２７０とにより４つの小領域に区分され、このうちの３つの小領域に小容量のキャパシタ２２０，２３０，２４０が形成されている。なお、ＰＤ２１０は、ここでは、両面（上下面）電極型を用いており、ＰＤ２１０の下面がキャパシタ２２０，２３０の上面に実装されている。
図７は、図３のＡ−Ａ断面を矢印方向から見た拡大図である。なお、図７では、キャパシタ２４０についての表示はないが、他のキャパシタ２２０，２３０と、同じ構造をしている。

キャパシタ２２０，２３０は、Ｓｉ基板２６６の製造プロセス中に行なれる、Ｓｉ基板２６６の表面の一部（２２４，２３４）上の酸化層２２５，２３５と、この酸化層２２５，２３５の表面上に形成されている金属層の一部である電極パターン２２６，２３６とから構成される。
つまり、Ｓｉ基板２６６は、例えば、ドーパンドとして、リン、ヒ素等の不純物が添加されて、比抵抗が０．１［Ωｃｍ］より小にしており、Ｓｉ基板２６６の表面の一部（２２，２３４）と上記の電極パターン２２６，２３６とによりキャパシタ２２０，２３０の一対の電極が構成され、また、絶縁性である酸化層２２５，２３５によりキャパシタ２２０，２３０の誘電層が構成されている。

なお、キャパシタ２２０，２３０（，２４０）の電極は、図７に示すような、Ｓｉ基板２６６の表面の電極を、「Ｓｉ基板側の電極」というと共に符号「２２４」、［２３４］を用い、受信側保持台２６０の表面の電極を、「表面側の電極」というと共に符号「２２６」、「２３６」を用いることもある。
Ｓｉ基板２６６の比抵抗を０．１［Ωｃｍ］より小としているのは、Ｓｉ基板側の電極２２４，２３４はＳｉ基板２６６表面の一部であり、当然、Ｓｉ基板側電極間も導電性を有し、この部分の比抵抗が大きいと遅延成分となり、応答特性が低下するからである。

なお、キャパシタ２２０，２３０，２４０の製造方法については、後述する。
Ｂ．電気系の構成
次に、光受信部２００の電気系の等価回路について、図５を用いて説明する。
先ず、プリアンプ２５０は、その出力端子Ｂが第１リード３１１に、出力端子Ｂの反転出力である出力端子Ｃが第２リード３１２にそれぞれ接続されている。また、電源端子Ｄは、第７リード３１７に接続され、グランド端子Ｅがリードベース３１０（第８リード３１８）に接続されてグランド電位になっている。なお、第１リード３１１及び第２リード３１２は、ポストアンプ４０に接続されている（図１参照）。

ＰＤ２１０は、上述したように両面電極型が用いられており、上面のアノード電極がプリアンプ２５０の入力端子Ｆに、またカソード電極がプリアンプの電源端子Ｄと第７リード３１７との間にそれぞれ接続されている。
また、３つのキャパシタ２２０，２３０，２４０は、並列接続されており、表面側の電極がＰＤ２１０のカソード電極側に、Ｓｉ基板側の電極がプリアンプ２５０のグランド端子Ｅとリードベース３１０との間に接続されている。なお、第７リード３１７及び第８リード３１８は、電源部６０に接続されている（図１参照）。

次に、具体的な電気的接続について図６を用いて説明する。
先ず、キャパシタ２２０，２３０，２４０のＳｉ基板側の電極（２２４，２３４）同士は、Ｓｉ基板２６６の一部（つまり電気的に接続されている）であり、また、表面側の電極（２２６，２３６）が、ワイヤ２３２，２４２によって接続されることにより、３つのキャパシタ２２０，２３０，２４０が、図５に示すような並列接続となる。

受信側保持台２６０は、各キャパシタ２２０，２３０，２４０に対応して、Ｓｉ基板２６６表面上にパッド２２８，２３８，２４８を備え、これらのパッド２２８，２３８，２４８が、グランド電位であるリードベース３１０にワイヤ２２１，２３１，２４１で接続されることにより、図５に示すように、キャパシタ２２０，２３０，２４０の一方（Ｓｉ基板側）の電極が第８リード３１８に接続されることになる。なお、受信側保持台２６０のパッド２６９は、Ｓｉ基板２６６上の酸化層上に形成されている。

また、並列状態で接続されているキャパシタ２２０，２３０，２４０の他方（ＰＤ２１０のカソード電極側）の電極は、図６に示すように、ワイヤ２３２，２４２により接続される。
ＰＤ２１０は、図７に示すように、そのカソード電極が、キャパシタ２２０，２３０の電極パターン２２６，２３６に半田２２２を介して接続され、一方のアノード電極がワイヤ２１１を介してプリアンプ２５０に接続されている。

次に、プリアンプ２５０の各端子について説明する。
先ず、出力端子Ｂがワイヤ２５１により第１リード３１１に、出力端子Ｃがワイヤ２５２により第２リード３１２に、グランド端子Ｅがワイヤ２５４によりリードベース３１０にそれぞれ接続されている。また、入力端子Ｆは、ワイヤ２１１によりＰＤ２１０の上面のアノード電極に接続されている。

プリアンプ２５０の電源端子Ｄと第７リード３１７との接続は、先ず電源端子Ｄがワイヤ２５３、２３９とパッド２６９とによりキャパシタ２３０の上面の電極パターン２３６に接続され、また、このキャパシタ２３０と並列接続されているキャパシタ２２０の上面の電極がワイヤ２１２により第７リード３１７に接続されることによりなる。
３．受信側保持台の製造について
上述したような、表面にキャパシタが形成された受信側保持台２６０の製造工程について説明する。

図８は、受信側保持台の製造工程の概略を示す図である。
先ず、製造工程は、大きく分けて５つの工程があり、各工程は、図８では左右方向に並ぶ５工程であり、各工程は左から右へと進む。そして、各工程内では上から下へと進む。各工程の図は、図３におけるＡ−Ａ断面を示している。
なお、各工程を終了した時点でのＳｉ基板の状態の平面図を最下位に示している。ここでの説明は、キャパシタ２２０，２３０，２４０の３つの合計の静電容量が５００［ｐＦ］程度となるように形成される場合である。

（１）酸化層形成工程
先ず、比抵抗が０．１［Ωｃｍ］より小さくなるように、リン、ヒ素等のドーパンドを添加して形成されたＮ型のＳｉ基板４０２を用い（図８の（ａ−１））、その表裏面の全体に、例えば、厚みが０.１５［μｍ］の酸化層４０４を熱酸化法により形成する（図８の（ａ−２））。

酸化層４０４の厚みが０.１５［μｍ］に設定されているのは、キャパシタ２２０，２３０，２４０の３つの合計の静電容量を５００［ｐＦ］程度にするためである。なお、Ｓｉ基板４０２の表裏に酸化層４０４が形成されているが、以下、説明する酸化層は表側の酸化層を指し、符号も表側の酸化層に付している。
（２）酸化層パターンニング工程
形成された酸化層４０４のうち、キャパシタの形成予定部分及びパッド予定部分をマスクするようにリソグラフィ法によってレジスト４０６をパターンニングする（図８の（ｂ−１））。そして、露出する酸化層４０４をエッチングにより除去し（図８の（ｂ−２））、酸化層４０４をマスクしていたレジスト４０６を除去する（図８の（ｂ−３））。なお、酸化層４０４の除去は、ドライエッチング或いはウェットエッチングのどちらでも良い。

（３）メタル蒸着工程
Ｓｉ基板４０２の表面及び酸化層４０４の表面に、メタル（ここでは、金）を用いて、厚みが０.４〜１.０［μｍ］の金属層４０８を、例えば、真空蒸着法、または、真空スパッタ法により形成する（図８の（ｃ−１））。この金属層４０８の厚みを、０.４〜１.０[μｍ]とするのは、良好なワイヤボンドを実現するのためである。

（４）半田パターンニング工程
表面の金属層４０８におけるＰＤ２１０の実装予定位置を除く部分に、マスク用のレジスト４１０をパターンニングする（図８の（ｄ−１））。そして、ＰＤ実装予定位置に半田４１２をメッキにより成形した（図８の（ｄ−２））後、マスクしていたレジスト４１０を除去する（図８の（ｄ−３））。

（５）電極パターンニング工程
最後に、金属層４０８を、キャパシタの表面側の電極となる部分及び受信側保持台の上面にパッド等なる部分をマスクするようにレジスト４１４を所定形状にパターンニングする（図８の（ｅ−１））。そして、不用な（マスクされていない）金属層４０８をエッチングにより除去し（図８の（ｅ−２））、マスクしていたレジスト４１４を除去する（図８の（ｅ−３）。

（６）他の工程
以上の工程により、Ｓｉ基板４０２の表面にキャパシタが形成され、この後、光ファイバ７０敷設用の溝２６２、さらに、ＷＤＭフィルタ挿入用の溝が、ダイシング加工され、また、ＰＤ２１０がキャパシタ２２０，２３０の電極パターン２２６，２３６に半田２２２のリフローを利用して装着される。なお、ワイヤ等による接続は、従来の公知の技術を用いて行われる。

このように、本発明に係るキャパシタ２２０，２３０，２４０は、従来の保持台の上面にＰＤ実装用の配線パターンを形成するのと、略同じ工程で形成されたことになり、従来のコンデンサの実装工程が不要となり、製造工程上安価なキャパシタを受信側保持台に設けることができる。
しかも、キャパシタ２２０，２３０，２４０を構成する１対の電極は、Ｓｉ基板２６６の上面（２２４，２３４）と配線パターンの一部の電極パターン（２２６，２３６）とで構成され、誘電層はＳｉ基板２６６の表面に形成された酸化層（２２５，２３５）で構成されるので、キャパシタ２２０，２３０，２４０を構成するための材料費をほとんど必要としない。

さらに、光ファイバ７０を保持している受信側保持台２６０にキャパシタ２２０，２３０，２４０が形成されているので、従来のように、コンデンサをリードベース上に設ける必要がなくなるので、このコンデンサ装着スペースが不要となり、リードベース３１０の小型化が可能となる。
一方、受信側保持台２６０にＳｉ基板２６６を用いているので、Ｓｉ基板２６６のダイシングによる切り出しはもとより、光ファイバ７０用の溝２６２などの加工が精度良くしかも容易に行うことができる。

４．キャパシタの電気容量について
上記構成のキャパシタの電気容量は、キャパシタの電極の面積と、電極間に在存する誘電層（酸化層）の誘電率、誘電層の厚みによって決定される。
本実施の形態では、プリアンプ２５０との関係でキャパシタの電気容量を５００［ｐＦ］程度になるようにしているため、受信側保持台２６０の表面の面積等について制限（電極の面積を２.５［ｍｍ²］としている。）を考慮し、誘電層の厚みを０.１５［μｍ］としている。

しかしながら、電極の面積及び誘電層の厚み等は上記の例に限定するものではなく、電極の面積及び誘電層の厚みを変化させても、キャパシタの電気容量を確保できる。
図９は、誘電層の面積と電気容量との関係を示している。
先ず、図９は、厚みが、０．１０［μｍ］、０．１５［μｍ］、０．２０［μｍ］の３種類の誘電層を用いた場合における、誘電層の面積と電気容量との関係を示している。なお、これらの関係は誘電層の誘電率を３．３［Ｆ／ｍ］として算出したものである。

同図に示すように、すべての誘電層の厚みにおいて、誘電層の面積が大きくなれば、電気容量も増加し、また、同じ誘電層の面積であっても、誘電層が薄くなる方が電気容量は増加する。
通常は、光送受信装置１０としての大きさ、さらには、リードベース３１０上にマウントされる受信側保持台２６０の大きさに制限があり、これらを考慮すると、誘電層の面積は、２．０［ｍｍ²］以上、３．０［ｍｍ²］以下の範囲が妥当と考えられる。したがって、誘電層の面積が上記範囲内にあると仮定すると、誘電層の膜厚が０．１２［μｍ］以下であれば、電気容量を５００［ｐＦ］以上となる。

しかしながら、誘電層の面積を３．３［ｍｍ²］程度まで大きくできるのであれば、誘電層の厚みが０．２［μｍ］程度でも、電気容量を５００［ｐＦ］となる。なお、受信側保持台２６０の大きさは、長さ（図２のＹ方向の寸法）が３［ｍｍ］、幅（図２のＸ方向の寸法）が２［ｍｍ］であり、その上面の面積が６［ｍｍ²］である。
これらのことから、誘電層の面積にも因るが、誘電層の厚みが、０．１［μｍ］以上、０．２［μｍ］以下であれば、所望の電気容量を略確保できると考えられる。

なお、狭小な面積で大きな静電容量とするために、誘電層の厚みを０．１［μｍ］未満にすると、誘電層である酸化層にピンホールが生じたり、他部材実装時の衝撃によって割れたりする等の問題が起こり易くなる。
＜変形例＞
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記の実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例を実施することができる。

１．受信側保持台について
上記実施の形態では、受信側保持台２６０用の基板として、Ｎ型のＳｉ基板２６６で構成していたが、他の半導体基板を用いても良い。例えば、ホウ素等のドーパンドを添加したＰ型のＳｉ基板を用いても良い。但し、Ｓｉ基板の比抵抗を０．１［Ωｃｍ］より小にするように添加するドーパンドの構成を調製する必要がある。

また、受信側保持台用の基板はシリコンの単結晶であっても良い。
図１０は、受信側保持台を単結晶のＳｉ基板を用いてキャパシタを構成した場合の概略図である。
受信側保持台５００は、単結晶のＳｉ基板５０２を用いて構成されている。このＳｉ基板５０２の表面であってキャパシタを形成する部分には、リン、ヒ素等のＮ型の不純物を拡散させてＮ型拡散層５０４が形成されている。これにより、Ｓｉ基板５０２の表面を導電性にできる。

なお、ここでは、Ｎ型拡散層５０４の比抵抗が、０．１［Ωｃｍ］より小になるように、不純物であるヒ素を高濃度で、例えば、１０¹⁹atms／ｃｍ³ 導入している。
Ｎ型拡散層５０４を含めたＳｉ基板５０２の表面には、実施の形態と同様に、絶縁性の酸化層５０６が成形され、さらに酸化層５０６の表面に金などの金属層が形成されている。なお、金属層の一部が電極パターン５０８となる。これら、Ｎ型拡散層５０４、酸化層５０６、電極パターン５０８とにより、キャパシタ５１０が構成される。

本例に示すように、Ｓｉ基板５０２に高抵抗なものを利用しても、導電特性を有するような拡散層を利用すれば、実施の形態と同様にキャパシタを構成できる。なお、この例では、拡散層にＮ型を利用したが、例えば、ホウ素等を導入したＰ型で構成しても良い。
２．キャパシタの誘電層について
上記の実施の形態では、キャパシタの誘電層を酸化層（ＳｉＯ₂）で構成したが、他の材料であっても良い。他の材料としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）がある。

図１１は、誘電層としてＳｉＮを用いた場合の誘電層の面積と電気容量との関係を示している。
図１１は、図９と同様に、厚みが、０．１０［μｍ］、０．１５［μｍ］、０．２０［μｍ］の３種類における誘電層の面積と電気容量との関係を示している。なお、この場合も、誘電層の誘電率を４．７［Ｆ／ｍ］として算出したものである。

誘電層にＳｉＮを用いた場合も、ＳｉＯ₂を用いた場合と同様に、受信側保持台２６０の大きさ等の制限から誘電層の面積は、２．０［ｍｍ²］以上、３．０［ｍｍ²］以下とすると、誘電層の厚みが０．１７［μｍ］以下であれば、電気容量を５００［ｐＦ］以上となる。
しかしながら、誘電層の面積が３．０［ｍｍ²］程度まで大きくできるのであれば、誘電層の厚みが０．２５［μｍ］以上でも、電気容量を５００［ｐＦ］となる。

これらのことから、誘電層の面積にも因るが、誘電層の厚みも、ＳｉＯ₂と同様に、０．１［μｍ］以上、０．２［μｍ］以下であれば、所望の電気容量を略確保できると考えられる。
なお、ＳｉＮは、その比誘電率が高く、堆積法により形成するため、ピンホールが発生しないように、その厚みを、例えば、０.１５［μｍ］以上することが好ましい。

３．保持台について
第１の実施の形態においては、受信側保持台２６０を構成するＳｉ基板２６６の裏面側には、酸化層２６８を残した状態にしているが、この酸化層２６８を除去しても良いし、さらには、最初から形成しなくても良い。
裏面に酸化層を有しないＳｉ基板では、例えば、導電性の接着剤を用いてリードベースにマウントすると、Ｓｉ基板がグランド電位になるので、ワイヤ２２１，２３１，２４１を省略することもできる。

４．キャパシタの接続について
上記実施の形態では、並列状態で接続された３個のキャパシタにおける一方の電極側をＰＤ２１０のカソード電極と共に、プリアンプの電源端子Ｄと第７リード３１７との間に接続しているが、他の接続方法であっても良い。
例えば、並列状態で接続された３個のキャパシタをＰＤのアノード電極に接続し、このＰＤのカソード電極を、プリアンプの電源端子Ｄと第７リード３１７との間に接続して良い。このような接続にしても、プリアンプへのノイズ濾過は可能であり、また、受信側保持台の製造方法も上記実施の形態で説明した方法を用いることができる。

５．キャパシタについて
実施の形態では、キャパシタの数を３個としているが、個数を特に限定するものではない。実施の形態では、受信側保持台２６０の上面の面積、そしてキャパシタ２２０，２３０，２４０としての必要な電気容量から３個となっている。
しかしながら、ノイズフィルタとして、新たにキャパシタを追加する場合などがある。この場合は、受光側保持台の上面に新たなキャパシタを形成するスペースがあれば問題ないが、そのスペースがない場合には、例えば、他のキャパシタの誘電層の厚みを薄くしたり、誘電率の高い誘電層を用いたりすることでキャパシタの小型化を図り、スペースを確保すれば良い。

また、従来は、所定規格の電気容量のコンデンサを用いて、並列・直列接続して所望の電気容量としていたが、受信側保持台の上面を利用してキャパシタを構成する場合、電気容量は電極面積、誘電層の材質及びその厚み等により適宜決定することができ、容易に所望の電気容量を得ることができる。

本発明は、安価な光送受信装置、光受信装置及び光モジュールに利用できる。

実施の形態における光モジュールの全体構成図である。 実施の形態における光送受信装置の概略斜視図である。 図２における光受信装置をＸ方向から見た図であり、光ファイバの保持状態が分かるように一部切り欠いている。 図２における光受信装置をＹ方向から見た図である。 光送受信装置の等価電気回路図である。 図２における光受信装置をＺ方向から見た図である。 図３のＡ−Ａ断面を矢印方向から見た拡大図である。 受信側保持台の製造工程の概略を示す図である。 誘電層の面積と電気容量との関係を示す図である。 受信側保持台を単結晶のＳｉ基板を用いてキャパシタを構成した場合の概略図である。 誘電層としてＳｉＮを用いた場合の誘電層の面積と電気容量との関係を示す図である。

符号の説明

１ 光モジュール
１０ 光送受信装置
２０ ドライバ
３０ Ｄ−Ａコンバータ
４０ ポストアンプ
５０ Ａ−Ｄコンバータ
６０ 電源部
７０ 光ファイバ
１００ 光送信部
１１０ ＬＤ
１２０ モニタ用ＰＤ
１３０ 送信側保持台
２００ 光受信部
２１０ ＰＤ
２２０，２３０，２４０ キャパシタ
２５０ プリアンプ
２６０ 受信側保持台
２６６ Ｓｉ基板
２６８ 酸化層
５００ 受信側保持台
５０２ Ｓｉ基板
５０４ Ｎ型拡散層
５０６ 酸化層
５１０ キャパシタ

Claims (9)

1. 光信号を伝送する導波路構造体を保持する保持台と、
   前記導波路構造体と光結合した状態で、前記保持台上に設けられた受光素子と、
   前記受光素子が検出した光信号を増幅する増幅器とを備え、
   前記保持台上の、導波路構造体、受光素子に干渉しない残余領域に、電極、絶縁層、電極をこの順で積層したキャパシタが設けられ、当該キャパシタが、前記増幅器に接続されて、ノイズの濾過を行う構成とされていることを特徴とする光受信装置。
2. 前記保持台上の残余領域は、導波路構造体、受光素子の存在によって、複数の小領域に分割されており、各小領域に小容量のキャパシタが設けられていると共に、少なくとも１の小容量のキャパシタの電極に受光素子が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記保持台は半導体基板で構成され、当該半導体基板の表面に、半導体製造プロセスにより、絶縁層と、配線パターン用の金属層とが形成され、
   当該半導体基板、絶縁層、金属層により前記キャパシタが構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信装置。
4. 前記半導体基板の電気抵抗率が、０．１Ωｃｍより小であることを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
5. 当該半導体基板は、シリコン基板であって、前記絶縁層は、当該シリコン基板の表面に形成された酸化層であることを特徴とする請求項４に記載の光受信装置。
6. 前記半導体基板は、単結晶のシリコン基板であって、当該基板における前記キャパシタを構成する領域には、電気抵抗率が０．１Ωｃｍより小の拡散層が形成され、当該拡散層と、前記絶縁層、前記金属層により前記キャパシタが構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
7. 前記保持台がリードベース上にマウントされていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光受信装置。
8. リードベースにマウントされて導波路構造体の端部を保持する保持台と、前記導波路構造体と光結合した状態で、前記保持台上に設けられた発光素子とを有する光送信装置と、
   前記リードベースにマウントされた、請求項１〜６の何れか１項に記載の光受信装置とを備え、
   前記光受信装置の保持台は、前記導波路構造体の端部の上流側に配されると共に、当該導波路構造体内を伝播する光信号を分岐させる波長分岐手段を備えることを特徴とする光送受信装置。
9. 入力されたデジタル電気信号を光信号に変換して導波路構造体を介して送信すると共に、導波路構造体から受信した光信号をデジタル電気信号に変換して出力する光モジュールであって、
   請求項８に記載の光送受信装置と、
   前記入力されたデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換するＤ−Ａコンバータと、
   前記アナログ電気信号に基づいて前記光送受信装置の発光素子を駆動するドライバと、
   前記光送受信用の増幅器から出力された電気信号をアナログの２値化信号に変換するプストアンプと、
   前記２値化信号をデジタル電気信号に変換して出力するＡ−Ｄコンバータと
   を備えることを特徴とする光モジュール。

Images