JP2008124086A - 受光素子及びこれを搭載した光受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電体多層膜による光フィルムの出射面側に受光素子を配置した光学系において、光フィルムに斜め入射した光と受光素子の受光部との光結合を防止する。
【解決手段】 受光素子１自体に遮光膜層７を形成する。すなわち、受光素子１の入射面側に遮光膜層７を形成し、この遮光膜層７のｐ領域４に相当する位置に開口部８を設ける。この開口部８の大きさは、入射面から受光部領域のｐ領域４に至るまでの距離に基づいて、ｐ領域４に平方光かそれに近い光のみが結合するように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に使用される受光素子及びこれを搭載した光受信器に関する。

光ファイバを用いる光通信は、基幹系システムだけでなく加入者系システムにも広く利用されている。これに伴って、光通信システムに使われる光送信器及び光受信器の小型化且つ低コスト化が進められている。

また、大容量の光伝送を実現するための方式として、複数のデータ信号をそれぞれ異なる波長の光信号にし、これら複数の波長の光信号を多重化して一本の光ファイバで伝送するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）伝送方式が広く実用化されている。

ＷＤＭ伝送方式の光通信では、光受信器に波長選択機能を持たせることが一般的であり、特定の波長の光のみを受光する光受信器が特許文献１に開示されている。特許文献１の光受信器は、開口部を有したサブマウントに受光素子を搭載し、この開口部に誘電体多層膜による波長選択フィルムを固定した構成である。

特開２００３‐１４２６９９号公報

しかしながら、誘電体多層膜による光フィルタは、光入射角度が大きくなるとＰ偏光成分のアイソレーションがＳ偏光成分と比較して低下する特性を有している。このため、光フィルタのアイソレーションが劣化し、誘電体多層膜による光フィルタを斜めに入射し透過した光には、本来透過すべき波長帯以外の他波長帯の信号光が混入している恐れがある。このような誘電体多層膜のフィルタ特性を図３に示す。

特許文献１の光受信器は、上述したフィルム特性を有する誘電体多層膜の光フィルタ４１を受光素子４２の入射面側に設置しているにもかかわらず、光フィルタ４１に斜め入射した光と受光素子４２の受光部４３とが容易に光結合するので（図４参照）、必要ない波長帯の信号光が混入した光を受光してしまうという不都合があった。

そこで、本発明は、上記従来技術の不都合を改善し、誘電体多層膜による光フィルタの出射面側に受光素子を配置した光学系において、光フィルタに斜め入射した光を効率よく排除し平行光かそれに近い光のみを受光素子の受光部に光結合させることを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の受光素子は、受光部領域が光入射面の反対の面側に形成されている裏面入射型の受光素子であり、光入射面に受光部領域の位置に対応した開口部を有する遮光膜層を一体的に形成したことを特徴とする（請求項１）。

このような受光素子によれば、この受光素子の光入射側に配置した誘電体多層膜に斜め入射した光を排除し、平行光かそれに近い光のみを受光素子の受光部に光結合させることで高アイソレーションを実現できる。また、受光素子自体の入射面に遮光パターンを設けているので、従来のようなサブマウントを用いる必要が無く、小型化を維持しながら斜め入射光を遮光することができる。

また、上記の受光素子において、上述した遮光膜層の開口部が、光入射面から受光部領域に至るまでの距離に基づいた大きさであってもよい（請求項２）。このようにすると、平行光かそれに近い光のみが受光部領域と光結合するように構成することができる。

また、上記の受光素子において、上述した遮光膜層の開口部が、受光部領域の平面形状を投影した大きさであってもよい（請求項３）。このようにすることで、平行光かそれに近い光のみが受光部領域と光結合するように構成し、かつ、受光部領域の位置を容易に検出することができる。

また、上記の受光素子において、上述した遮光膜層の開口部が、受光部領域の平面形状より小さくてもよい（請求項４）。このようにすると、より平行光に近い光のみが受光部領域と光結合するように構成することができる。

また、上記の受光素子において、上述した遮光膜層は、電極であってもよい（請求項５）。このようにすると、積層材料を新たに用いることなく、従来のままの材料で製造でき、素子の小型化且つ低コスト化が実現できる。

更に、上記の受光素子において、上述した遮光膜層は、光入射面に蒸着されたものであってもよい（請求項６）。このようにすると、素子自体に遮光パターンを形成するので、小型化を維持したままで、いつでも斜め入射光を遮光することができる。

また、上記の受光素子において、上述した遮光膜層の開口部に反射防止膜を形成してもよい（請求項７）。このようにすると、入射面の表面の反射を防止し、透過率を向上させることができる。

次に、本発明の光受信器は、光通信用の光受信器であり、上述した受光素子（請求項１乃至７のいずれか一項に記載の受光素子）を本体に装備したことを特徴とする（請求項８）。このような光受信器は、斜め入射光を排除して平行光かそれに近い光のみを受光する受光素子を搭載しているので、誘電体多層膜の光フィルタを備えた場合、この光フィルタに斜めに入射した光が受光素子に受光されることは無い。また、従来のようなサブマウントを装備する必要が無いので、小型化及び低コスト化を図ることができる。

本発明は以上のように構成され機能するため、これにより、誘電体多層膜の出射面側に受光素子を配置した光学系の場合に、誘電体多層膜に斜め入射した光と受光部領域との光結合を防止し、平行光かそれに近い光のみが受光部領域と光結合するので、高アイソレーションを実現できる。また、受光素子自体の入射面に遮光パターンを設けているので、従来のようなサブマウントを用いる必要が無く、小型化を図ることができる。

以下、本発明における一実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の受光素子１の構成を示す断面図である。

図１に示すように、受光素子１は裏面入射型であり、ｎ型基板２の一方の面２Ａ（図１における上面）上にｎ型受光層３がエピタキシャル成長してある。本実施形態では、ｎ型基板２としてのｎ−ＩｎＰ基板２上に、ｎ型受光層３としてのｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層３をエピタキシャル成長させて設けている。

このｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層３の中央部にはＺｎ拡散により受光部領域としてｐ領域４が形成されている。ｐ領域４の境界線がＰＮ結合である。ｐ領域４のほぼ全面をｐ電極５が覆っており、ｐ電極５以外の部分は表面保護膜６が積層されている。

そして、ｎ−ＩｎＰ基板２の光入射側面（図１における下面）に、中央部分に開口部８を有したｎ電極７が蒸着されており、このｎ電極７は、斜め入射光を遮るための遮光膜層としても機能している。また、この開口部８にＳｉＯ２等の反射防止膜９が設けられている。この反射防止膜９を設けることにより、入射面の表面の光反射を防止し、透過率を向上させて、より多くの光を取り込むことができる。

ｐ電極５とｎ電極７との間にｎ電極７を正、ｐ電極５を負とした逆バイアス電圧をかけると、ＰＮ結合付近の空乏層が大きくなり、ｎ−ＩｎＰ基板２からｐ電極５に向けて電界が発生する。信号光ａが反射防止膜７から入射すると、ｎ−ＩｎＰ基板２、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層３を透過して空乏層に到達し、電子正孔対を生成する。空乏層でできた電子はｎ領域へ移動し、正孔はｐ領域へ移動して光電流が流れる。

ｎ電極７には、中央部分に受光部領域のｐ領域４の平面形状に応じた大きさの開口部８が形成されている。この開口部８の大きさは、光入射面から受光部領域のｐ領域４に至るまでの距離に基づいて、平行光又はそれに近い光のみがｐ領域４と光結合するように計算して設定されている。具体的に、開口部８の大きさは、図３の光フィルムのアイソレーション特性を示すグラフにおいてフラットな部分に相当する入射角９０±１０度の光のみがｐ領域４に到達できるように計算された大きさであり、実際には、ｐ領域４の平面形状を投影したほぼ等しい大きさ（受光径５０μｍ〜８０μｍ）若しくはｐ領域４の平面形状より小さい形状である。

ここで、本実施形態では、ｎ電極７が、斜め入射光を遮るための遮光膜層としても機能するような構成であるが、これに限らず、ｎ−ＩｎＰ基板２の光入射側面の一部にｎ電極７を形成し、ｎ電極７以外の部分に遮光膜層を形成し、この遮光膜層が開口部を有した構成としてもよい。この場合の開口部も上述したｎ電極７の開口部８と同様の大きさに設定される。

上述したように、本実施形態の受光素子１は、受光素子１自体に遮光膜層を形成したことで、大きさを変えず小型化を維持しながら斜め入射光を遮光することができ、常に平行光かそれに近い光のみを受光することとなる。

次に、本実施形態の受光素子１の入射面側に誘電体多層膜２１を配置した場合について説明する。

図２は、本実施形態の受光素子１の入射面側に誘電体多層膜２１を配置した光受信器２０を示す図である。図２に示すように、光受信器２０は、誘電体多層膜による光フィルタ２１と、受光素子１とこれを保持するキャリア２２とから構成されている。この光受信器２０において、誘電体多層膜２１に斜め入射した光Ａは、受光素子１自体に形成された遮光膜層（ｎ電極）７によって遮光されるか透過してもｐ領域４とは光結合できない。一方、誘電体多層膜２１にほぼ垂直に入射した平行光かそれに近い光Ｂは、ｐ領域４に到達して光結合する。

以上のように本実施形態の受光素子１は、光入射面に遮光膜層（ｎ電極）７を一体的に形成しており、この遮光膜層（ｎ電極）７に設けた開口部８の大きさの設定により、平行光かそれに近い光のみが受光部領域のｐ領域４と光結合する。このため、図２のような誘電体多層膜の出射面側に受光素子を配置した光学系に本実施形態の受光素子１を用いた場合、誘電体多層膜に斜め入射した光とｐ領域４との光結合を防止し、平行光かそれに近い光のみを光結合させて、高アイソレーションを実現できる。また、受光素子１自体の入射面に遮光パターンを設けているので、従来のようなサブマウントを取り付ける必要が無く、光モジュールの構造の簡略化や部品点数の削減が可能となり、モジュールの小型化且つ低コスト化が実現できる。

さらに、本実施形態の受光素子１は、受光部領域（ｐ領域４）の位置を示す開口部を設けた遮光膜層が、製造段階で入射面に形成されるので、開口部８の位置を確認することで容易に受光部領域の位置を検出することができる。光モジュールの製造においてパッシブアライメント実装を行う際に、本実施形態の受光素子１であれば、開口部８の位置を確認して実装することで正確な実装が可能である。

本発明にかかる一実施形態の受光素子の構成を示す断面図である。 図１に開示した実施形態の受光素子を搭載した光受信器を示す説明図である。 誘電体多層膜のアイソレーション特性を示す図である。 従来の受光素子を用いた光学系を示す説明図である。

符号の説明

１ 受光素子
２ ｎ型ＩｎＰ基板
３ ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層
４ ｐ領域（受光部領域）
５ ｐ電極
６ 表面保護膜
７ ｎ電極（遮光膜層）
８ 開口部
９ 反射防止膜
ａ 信号光
２０ 光受信器
２１ 誘電体多層膜

Claims (8)

1. 受光部領域が光入射面の反対の面側に形成されている裏面入射型の受光素子において、
   前記光入射面に前記受光部領域の位置に対応した開口部を有する遮光膜層を一体的に形成したことを特徴とする受光素子。
2. 前記請求項１に記載の受光素子において、
   前記遮光膜層の開口部が、前記光入射面から前記受光部領域に至るまでの距離に基づいた大きさであることを特徴とする受光素子。
3. 前記請求項１に記載の受光素子において、
   前記遮光膜層の開口部が、前記受光部領域の平面形状を投影した大きさであることを特徴とする受光素子。
4. 前記請求項１に記載の受光素子において、
   前記遮光膜層の開口部が、前記受光部領域の平面形状より小さいことを特徴とする受光素子。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか一項に記載の受光素子において、
   前記遮光膜層は、電極であることを特徴とする受光素子。
6. 前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の受光素子において、
   前記遮光膜層は、前記光入射面に蒸着されたものであることを特徴とする受光素子。
7. 前記請求項１乃至６のいずれか一項に記載の受光素子において、
   前記遮光膜層の開口部に反射防止膜を形成したことを特徴とする受光素子。
8. 前記請求項１乃至７のいずれか一項に記載の受光素子を光通信用の光受信器本体に装備したことを特徴とする光受信器。

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