JP2012142822A - 光受信装置および光送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ること。
【解決手段】基板１１０には、光伝送路１７１〜１７４が配列された光伝送路アレイ１７０が接続される。ＰＤアレイ１２０は基板１１０に搭載される。ＰＤアレイ１２０には複数のＰＤ１２１〜１２４が配列される。ＰＤ１２１〜１２４は光伝送路１７１〜１７４からの光をそれぞれ受光する。ＴＩＡ１３１〜１３４は、ＰＤ１２１〜１２４のカソードにバイアス電圧を印加する。ＴＩＡ１３１〜１３４は、ＰＤ１２１〜１２４のアノードに流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する。キャパシタ１４１〜１４４は、一端がＰＤ１２１〜１２４のカソードに接続され他端が接地されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光受信装置および光送信装置に関する。

従来、光通信において、光を受信して電気信号に変換する光受信器、または電気信号を光に変換して送信する光送信器、あるいは、小型化、低コスト化などのため、光受信器と、光送信器とを一体化した光トランシーバが用いられている（たとえば、下記特許文献１参照。）。また、光トランシーバにおいて、光信号の受光に応じて受光素子に流れる電流をモニタするモニタ回路が知られている（たとえば、下記特許文献２参照。）。

また、たとえばスーパーコンピュータやサーバなどの分野において、比較的短い距離のデータ伝送に光通信を用いる光インターコネクトが注目されている。光インターコネクトは、たとえば、コンピュータ間、基板間、基板内のチップ間、チップ内の素子間などの配線に用いられる。光インターコネクトに使用される信号の帯域は年々増加しており、今後も増加を続ける（たとえば２５［Ｇｂ／ｓ］以上）ことが予想される（たとえば、下記非特許文献１参照。）。

光通信は電気通信に比べて電磁波ノイズに強く伝送路間の干渉が少ない。このため、光インターコネクトにおいては、配線をコンパクトにするため、複数の光伝送路を狭ピッチ（たとえば０．２５［ｍｍ］）で配列した光伝送路アレイが用いられる。各光素子（発光素子や受光素子）と電気回路との間の接続には、ワイヤ接続やフリップチップ接続が用いられる。

特開２００９−２３２３８０号公報 特開２００３−１９８２７９号公報

ＩＢＴＡ（ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ Ｔｒａｄｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）、"ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ Ｒｏａｄｍａｐ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２３年１月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｆｉｎｉｂａｎｄｔａ．ｏｒｇ／ｃｏｎｔｅｎｔ／ｐａｇｅｓ．ｐｈｐ？ｐｇ＝ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＿ｏｖｅｒｖｉｅｗ＞

しかしながら、上述した従来技術では、信号の広帯域化を満足する信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ることが困難という問題がある。具体的には、各光伝送路が狭ピッチで配列されるため、各光伝送路に対応して配置される各光素子（発光素子や受光素子）のピッチも狭くなる。このため、各光素子と電気回路との間の接続ピッチも狭くなる。したがって、各光素子と電気回路とを接続する箇所において信号の広帯域化を満足する特性を得ることが困難になる。

また、各光素子と電気回路とをフリップチップ接続する場合は、アンダーフィルの流れ出しなどを考慮すると、各光素子と電気回路との接続距離を短くすることが困難である。各光素子と電気回路との接続距離が長いと、特に信号が高速である場合に、電位が不安定になり信号が劣化する。このため、信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ることが困難である。

また、各光素子と電気回路とをワイヤ接続する場合は、ワイヤ部分のインピーダンスをコントロールすることが困難であり、各光素子と電気回路との接続距離を短くすることも困難である。このため、信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ることが困難である。

開示の光受信装置および光送信装置は、上述した問題点を解消するものであり、信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、開示技術は、複数の光伝送路が配列された光伝送路アレイが接続される基板と、前記複数の光伝送路からの光をそれぞれ受光する複数のフォトダイオードが配列され、前記基板に搭載されたフォトダイオードアレイと、を備え、前記複数のフォトダイオードのそれぞれについて、前記フォトダイオードの第一電極にバイアス電圧を印加するバイアス供給部と、前記フォトダイオードの前記第一電極とは異なる第二電極に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する変換回路と、一端が前記第一電極に接続され他端が接地されたキャパシタと、を備える。

開示の光受信装置および光送信装置によれば、信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる光受信装置の一例を示す図である。 図２は、ＰＤアレイの一例を示す図である。 図３−１は、光受信装置の構成例１を示す平面図である。 図３−２は、図３−１に示した光受信装置を側面からみた断面図である。 図３−３は、図３−１に示した光受信装置を正面からみた断面図である。 図４−１は、光受信装置の構成例２を示す平面図である。 図４−２は、図４−１に示した光受信装置を側面からみた断面図である。 図５−１は、信号伝達特性のシミュレーションモデルの例１を示す参考図である。 図５−２は、信号伝達特性のシミュレーションモデルの例２を示す図である。 図６−１は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例１を示すグラフである。 図６−２は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例２を示すグラフである。 図６−３は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例３を示すグラフである。 図６−４は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例４を示すグラフである。 図６−５は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例５を示すグラフである。 図７は、実施の形態２にかかる光送信装置の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
（光受信装置の構成）
図１は、実施の形態１にかかる光受信装置の一例を示す図である。実施の形態１にかかる光受信装置１００は、光伝送路アレイ１７０に配列された光伝送路１７１〜１７４から出射される各光を受信する装置である。光伝送路１７１〜１７４は、たとえば光ファイバまたは光導波路である。図１に示すように、光受信装置１００は、基板１１０と、ＰＤアレイ１２０と、ＴＩＡ回路１３０と、キャパシタ１４１〜１４４と、ＣＰＵ１５０と、を備えている。基板１１０には、光伝送路アレイ１７０が接続される。基板１１０は、たとえばフレキシブル基板である。ピッチ１７５は、光伝送路１７１〜１７４の配列ピッチ（たとえば０．２５［ｍｍ］）を示している。

ＰＤアレイ１２０（フォトダイオードアレイ）は、基板１１０に搭載されている。また、ＰＤアレイ１２０には、ＰＤ１２１〜１２４（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）が配列されている。ＰＤ１２１〜１２４は、それぞれ光伝送路１７１〜１７４から出射される光を受光し、受光した光を光電変換する。ＰＤ１２１〜１２４のアノードおよびカソードはＴＩＡ回路１３０に接続されている。

ＴＩＡ回路１３０は、ＣＰＵ１５０による制御に従って、ＰＤ１２１〜１２４によって光電変換された各電流を電圧に変換する。具体的には、ＴＩＡ回路１３０は、ＴＩＡ１３１〜１３４（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：トランスインピーダンスアンプ）を備えている。ＴＩＡ１３１〜１３４は、たとえば外部の電源から供給される電力を用いて、それぞれＰＤ１２１〜１２４のカソード（第一電極）にバイアス電圧を印加するバイアス供給部である。

また、ＴＩＡ１３１〜１３４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４へ供給するバイアス電圧の電流をモニタすることによってそれぞれＰＤ１２１〜１２４の受光状態をモニタするモニタ機能を有していてもよい。また、ＴＩＡ１３１〜１３４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４のアノード（第二電極）に流れる電流信号を電圧信号に変換する変換回路である。ＴＩＡ１３１〜１３４のそれぞれは、変換した電圧信号を後段の電気処理回路へ出力する。

また、ＰＤ１２１〜１２４のそれぞれにおいて、アノード（第二電極）とＴＩＡ１３１〜１３４（変換回路）とを接続する線路の特性インピーダンスをＴＩＡ１３１〜１３４（変換回路）の入力インピーダンスに一致させてもよい（インピーダンス整合）。線路の特性インピーダンスは、たとえば線路の太さを変えることによって調節することができる。これにより、ＰＤ１２１〜１２４とＴＩＡ１３１〜１３４との間の信号の伝達特性を向上させることができる（たとえば図６−２参照）。

キャパシタ１４１〜１４４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４のカソードに一端が接続された容量である。また、キャパシタ１４１〜１４４の他端は接地されている。これにより、ＰＤ１２１〜１２４のそれぞれのカソード側のインピーダンスを低下させ、ＰＤ１２１〜１２４からＴＩＡ１３１〜１３４へ入力される信号を安定させることができる。

ＣＰＵ１５０（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）は、たとえば外部の電源から供給される電力を用いて動作する。ＣＰＵ１５０は、たとえば外部からの制御信号に基づいてＴＩＡ回路１３０を制御する。また、ＣＰＵ１５０は、たとえばＴＩＡ１３１〜１３４によってモニタされたＰＤ１２１〜１２４の受光状態を取得し、取得した受光状態に基づくＴＩＡ回路１３０の制御を行ってもよい。

ここではＰＤ１２１〜１２４にバイアス電圧を印加するバイアス供給部としての機能をＴＩＡ１３１〜１３４によって実現する構成について説明したが、このような構成に限らない。たとえば、ＰＤ１２１〜１２４にバイアス電圧を印加するバイアス供給部をＴＩＡ１３１〜１３４とは別に設ける構成としてもよい。

図２は、ＰＤアレイの一例を示す図である。図２において、図１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、ＰＤアレイ１２０は、たとえば、アクティブエリア２１１〜２１４と、アノードパッド２２１〜２２４と、カソードパッド２３１〜２３４と、キャパシタパッド２４１〜２４４と、を有する。ピッチＰ１は、ＰＤ１２１〜１２４の配列ピッチ（たとえば０．２５［ｍｍ］）である。

アクティブエリア２１１〜２１４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４の受光領域である。アノードパッド２２１〜２２４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４のアノードに接続された電極である。アノードパッド２２１〜２２４には、それぞれＴＩＡ１３１〜１３４の信号入力部が接続される。カソードパッド２３１〜２３４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４のカソードに接続された電極である。カソードパッド２３１〜２３４には、それぞれＴＩＡ１３１〜１３４のバイアス供給部が接続される。

キャパシタパッド２４１〜２４４は、それぞれＰＤ１２１〜１２４のカソードに接続された電極である。したがって、キャパシタパッド２４１〜２４４はそれぞれカソードパッド２３１〜２３４にも接続されている。キャパシタパッド２４１〜２４４には、それぞれキャパシタ１４１〜１４４の一端が接続される。

アノードパッド２２１〜２２４およびカソードパッド２３１〜２３４は、ＰＤアレイ１２０における辺Ｓ１の付近に設けられている。キャパシタパッド２４１〜２４４は、ＰＤアレイ１２０における辺Ｓ１とは反対側の辺Ｓ２の付近に設けられている。このように、ＰＤアレイ１２０は、ＰＤ１２１〜１２４のそれぞれについて、カソード（第一電極）とＴＩＡ１３１〜１３４（バイアス供給部）とを接続するためのカソードパッド２３１〜２３４（第一パッド）を辺Ｓ１（一辺）に備える。

また、ＰＤアレイ１２０は、ＰＤ１２１〜１２４のそれぞれについて、アノード（第二電極）とＴＩＡ１３１〜１３４（変換回路）とを接続するアノードパッド２２１〜２２４（第二パッド）を辺Ｓ１に備える。また、ＰＤアレイ１２０は、ＰＤ１２１〜１２４のそれぞれについて、カソードとキャパシタ１４１〜１４４とを接続するためのキャパシタパッド２４１〜２４４（第三パッド）を辺Ｓ２（一辺とは異なる辺）に備える。

これにより、キャパシタ１４１〜１４４を、ＴＩＡ１３１〜１３４（バイアス供給部および変換回路）とは異なる位置（たとえば反対側）に設けることが可能になる。このため、ＰＤ１２１〜１２４を挟ピッチで配列しても、キャパシタ１４１〜１４４を設けるスペースを確保することが容易になる。

図３−１は、光受信装置の構成例１を示す平面図である。図３−２は、図３−１に示した光受信装置を側面からみた断面図である。図３−３は、図３−１に示した光受信装置を正面からみた断面図である。ただし、図３−３においては配線の一部を省略している。図３−１〜図３−３に示すように、構成例１にかかる光受信装置１００は、フリップチップ接続によってＰＤアレイ１２０とＴＩＡ回路１３０との間を接続する構成である。ここで、基板１１０におけるＰＤアレイ１２０が設けられた面を表面と称し、基板１１０における表面の反対側の面を裏面と称する（図４−１，図４−２においても同様）。

光伝送路１７１〜１７４は、たとえば光伝送路アレイ１７０に設けられた導波路である。ＰＤアレイ１２０は、受光領域を基板１１０の側に向けて基板１１０に設けられている。グランド３０１は基板１１０の裏面に設けられたグランドである。光伝送路アレイ１７０は、基板１１０の裏面のグランド３０１に、接着層３０２を介して設けられている。光伝送路アレイ１７０のミラー３０３は、光伝送路アレイ１７０の内部に設けられている。

基板１１０およびグランド３０１の、ＰＤアレイ１２０とミラー３０３との間の部分には、レーザなどによる削除によって開口部が設けられている。ミラー３０３は、光伝送路１７１〜１７４から入射された光を反射させ、反射させた光を基板１１０およびグランド３０１の開口部へ出射する。これにより、光伝送路１７１〜１７４から入射された各光をそれぞれＰＤ１２１〜１２４に受光させることができる。なお、基板１１０が透明基板である場合は、基板１１０には開口部を設けなくてもよい。

ＰＤ１２１〜１２４の各カソードは、それぞれバンプ３１１〜３１４（バイアス供給線路）によってＴＩＡ回路１３０に接続されている。ＰＤ１２１〜１２４の各アノードは、それぞれバンプ３２１〜３２４（バイアス供給線路）によってＴＩＡ回路１３０に接続されている。スルーホール３５１〜３５４は、基板１１０の表面から、光伝送路アレイ１７０における基板１１０とは反対側の面まで形成されたスルーホールである。

キャパシタ１４１，１４３は、基板１１０の表面側に設けられている。キャパシタ１４２，１４４は、光伝送路アレイ１７０における基板１１０とは反対側の面（基板１１０の裏面側）に設けられている。ＰＤ１２１，１２３の各カソードは、それぞれバンプ３３１，３３３によってキャパシタ１４１，１４３に接続されている。ＰＤ１２２，１２４の各カソードは、それぞれバンプ３３２，３３４およびスルーホール３５２，３５４によってキャパシタ１４２，１４４に接続されている。

バンプ３４１〜３４４は、それぞれキャパシタ１４１〜１４４をグランド３０１に接続する。ここで、基板１１０の表面に設けられたキャパシタ１４１，１４３は、それぞれバンプ３４１，３４３およびスルーホール３５１，３５３を介して、基板１１０の裏面のグランド３０１に接続される。

このように、キャパシタ１４１〜１４４を、基板１１０の表面（第一面）の側と裏面（第二面）の側とに振り分けて設ける。これにより、ＰＤ１２１〜１２４を挟ピッチで配列しても、ＰＤ１２１〜１２４にそれぞれキャパシタ１４１〜１４４を接続することが可能になる。たとえば、キャパシタ１４１〜１４４に０．６［ｍｍ］×０．３［ｍｍ］のキャパシタを用いるとすると、キャパシタ１４１〜１４４を０．２５［ｍｍ］ピッチで一列に接続することはできない。これに対して、キャパシタ１４１〜１４４を基板１１０の表面の側と裏面の側とに振り分けることで、光伝送路１７１〜１７４のピッチが０．２５［ｍｍ］であってもキャパシタ１４１〜１４４を接続することができる。

また、キャパシタ１４１〜１４４は、ＰＤ１２１〜１２４の配列方向に、基板１１０の表面の側と裏面の側に交互に配列して設けられている。これにより、ＰＤ１２１〜１２４とキャパシタ１４１〜１４４との各接続距離を短くし、各チャネルの信号伝達特性を向上させることができる。

また、光伝送路アレイ１７０は、基板１１０の裏面に設けられている。そして、キャパシタ１４２，１４４は、光伝送路アレイ１７０における基板１１０とは反対側に設けられ、光伝送路アレイ１７０および基板１１０に形成されたスルーホール３５２，３５４を介してＰＤ１２２，１２４の各カソードに接続されている。これにより、キャパシタ１４１〜１４４を基板１１０の表面の側と裏面の側とに振り分けて設けても、キャパシタ１４１〜１４４をそれぞれＰＤ１２１〜１２４に接続することができる。

図４−１は、光受信装置の構成例２を示す平面図である。図４−２は、図４−１に示した光受信装置を側面からみた断面図である。ただし、図４−１においては光伝送路アレイ１７０およびミラー４０１を省略している。図４−１，図４−２において、図３−１〜図３−３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図４−１，図４−２に示すように、構成例２にかかる光受信装置１００は、ワイヤ接続によってＰＤアレイ１２０とＴＩＡ回路１３０との間を接続する構成である。

光伝送路１７１〜１７４は、たとえば光ファイバである。ＰＤアレイ１２０は、受光領域を基板１１０とは反対側に向けて基板１１０に設けられている。光伝送路アレイ１７０は、基板１１０の表面側に設けられている。ミラー４０１は、光伝送路アレイ１７０に接続されている。ミラー４０１は、光伝送路１７１〜１７４から入射された光を反射させ、反射させた光をそれぞれＰＤ１２１〜１２４へ出射する。これにより、光伝送路１７１〜１７４から入射された各光をそれぞれＰＤ１２１〜１２４に受光させることができる。グランド４０２は基板１１０の表面に設けられたグランドである。グランド３０１とグランド４０２とは、基板１１０に設けられたスルーホール４０３を介して接続されている。

ＰＤ１２１〜１２４の各カソードは、それぞれワイヤ４１１〜４１４（バイアス供給線路）によってＴＩＡ回路１３０に接続されている。ＰＤ１２１〜１２４の各アノードは、それぞれワイヤ４２１〜４２４（バイアス供給線路）によってＴＩＡ回路１３０に接続されている。キャパシタ１４１〜１４４の一端は、基板１１０の表面のグランド４０２に接続されている。キャパシタ１４１〜１４４の他端は、それぞれワイヤ４３１〜４３４によってＰＤ１２１〜１２４に接続されている。

ここでは、キャパシタ１４１〜１４４は、単板型または積層型のマイクロチップコンデンサである。単板型のマイクロチップコンデンサを用いる場合は、電極の面積と誘電体の誘電率によって容量Ｃが決まるため、容量Ｃを１００［ｐＦ］程度にするには電極サイズ（縦方向）を大きくする。積層型のマイクロチップコンデンサを用いる場合は、容量Ｃを１００［ｐＦ］程度にするには電極サイズ（横方向）を小さくする。

（信号伝達特性）
つぎに、光受信装置１００の信号伝達特性について説明する。ここではＰＤ１２１およびＴＩＡ１３１との間の信号伝達特性について説明するが、ＰＤ１２２〜１２４およびＴＩＡ１３２〜１３４との間の信号伝達特性についても同様である。

＜シミュレーションモデル＞
図５−１は、信号伝達特性のシミュレーションモデルの例１を示す参考図である。図５−１に示すシミュレーションモデル５００は、ＰＤ１２１およびＴＩＡ１３１を含むモデルである。図５−１は、ＰＤ１２１にキャパシタ１４１を接続していないシミュレーションモデル５００を参考として示している。ＴＩＡ１３１のバイアス供給部１３１ａは、ＰＤ１２１のカソードへ供給するバイアス電圧を出力する部分である。ＴＩＡ１３１の信号入力部１３１ｂは、ＰＤ１２１のアノードに流れる電流が入力される部分である。

バイアス供給線路５０１は、バイアス供給部１３１ａとＰＤ１２１のカソードとの間の線路のモデルである。バイアスは、バイアス供給部１３１ａからバイアス供給線路５０１を介してＰＤ１２１のカソードへ供給される。信号線路５０２は、ＰＤ１２１のアノードと信号入力部１３１ｂとの間の線路のモデルである。ＰＤ１２１が受信した信号は、信号線路５０２を介して信号入力部１３１ｂへ入力される。

図５−２は、信号伝達特性のシミュレーションモデルの例２を示す図である。図５−２において、図５−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図５−２は、ＰＤ１２１のカソードにキャパシタ１４１を接続したシミュレーションモデル５００を示している。距離Ｄ１は、ＰＤ１２１のカソードとキャパシタ１４１との間の距離を示している。容量Ｃ１は、キャパシタ１４１の容量を示している。

＜フリップチップ実装の場合のシミュレーション結果＞
バイアス供給線路５０１および信号線路５０２をフリップチップ実装（図３−１〜図３−３参照）とした場合の信号伝達特性について図６−１〜図６−４により説明する。

図６−１は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例１を示すグラフである。図６−１において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は信号の伝達特性［ｄＢ］を示している。伝達特性６１１は、図５−１に示したシミュレーションモデル５００において、バイアス供給線路５０１の長さが０［ｍｍ］であると仮定した場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６１２は、バイアス供給線路５０１の長さが１［ｍｍ］である場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６１３は、バイアス供給線路５０１の長さが２［ｍｍ］である場合の信号の伝達特性を示している。

伝達特性６１１〜６１３から分かるように、バイアス供給線路５０１が短いほど、信号の伝達特性が向上する。すなわち、バイアス供給線路５０１が短いほど、広い範囲の周波数に渡って伝達特性を確保することができる（広帯域特性）。

図６−２は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例２を示すグラフである。図６−２において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は信号の伝達特性［ｄＢ］を示している。また、図６−２において、図６−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図６−２に示す伝達特性６２１は、図５−１に示したシミュレーションモデル５００において、信号線路５０２の特性インピーダンスを信号入力部１３１ｂの入力インピーダンスに合わせた場合の信号の伝達特性を示している。また、伝達特性６２１において、バイアス供給線路５０１の長さは２［ｍｍ］としている。伝達特性６１３，６２１から分かるように、信号線路５０２の特性インピーダンスをＴＩＡ１３１の入力インピーダンスに合わせることで、信号の伝達特性を向上させることができる。

図６−３は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例３を示すグラフである。図６−３において、横軸は周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸は信号の伝達特性［ｄＢ］を示している。また、図６−３においては横軸の周波数を対数表示している。また、図６−３において、図６−２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６−３に示す伝達特性６３１は、図５−２に示したシミュレーションモデル５００において、バイアス供給線路５０１に容量Ｃ１＝１［ｐＦ］のキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。

伝達特性６３２は、バイアス供給線路５０１に容量Ｃ１＝１０［ｐＦ］のキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６３３は、バイアス供給線路５０１に容量Ｃ１＝１００［ｐＦ］のキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６３３は、バイアス供給線路５０１の長さが０［ｍｍ］であると仮定した場合の伝達特性６１１とほぼ重なっている。

伝達特性６２１，６３１〜６３３から分かるように、バイアス供給線路５０１にキャパシタ１４１を接続することで信号の伝達特性を向上させることができる。また、キャパシタ１４１の容量Ｃ１を大きくするほど信号の伝達特性を向上させることができる。たとえば、キャパシタ１４１の容量Ｃ１００［ｐＦ］以上とすることで、バイアス供給線路５０１の長さが０［ｍｍ］であると仮定した場合とほぼ同等の伝達特性を得ることができる。

図６−４は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例４を示すグラフである。図６−４において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は信号の伝達特性［ｄＢ］を示している。また、図６−４に示す伝達特性６４１は、図５−２に示したシミュレーションモデル５００において、ＰＤ１２１のカソードから０［ｍｍ］の距離でキャパシタ１４１を接続したと仮定した場合の信号の伝達特性を示している。

伝達特性６４２は、ＰＤ１２１のカソードから１［ｍｍ］の距離でキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６４３は、ＰＤ１２１のカソードから２［ｍｍ］の距離でキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６４４は、ＰＤ１２１のカソードから５［ｍｍ］の距離でキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。

伝達特性６４３，６４４から分かるように、ＰＤ１２１のカソードとキャパシタ１４１との間の距離が短いほど信号の伝達特性が向上する。たとえば、伝達特性６４１，６４２から分かるように、ＰＤ１２１のカソードから１［ｍｍ］以下の距離でキャパシタ１４１を接続することで、信号の伝達特性を向上させることができる。

＜ワイヤ実装の場合のシミュレーション結果＞
つぎに、バイアス供給線路５０１および信号線路５０２をワイヤ実装（図４−１，図４−２参照）とした場合の信号の伝達特性について図６−１および図６−５により説明する。バイアス供給線路５０１および信号線路５０２をワイヤ実装（図４−１，図４−２参照）とし、バイアス供給線路５０１にキャパシタ１４１を接続しない場合の信号の伝達特性は、図６−１に示した伝達特性６１１〜６１３と同様である。

図６−５は、信号伝達特性のシミュレーション結果の例５を示すグラフである。図６−５において、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示し、縦軸は信号の伝達特性［ｄＢ］を示している。また、図６−５において、図６−１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図６−５は、バイアス供給線路５０１および信号線路５０２をワイヤ実装（図４−１，図４−２参照）とした場合の信号の伝達特性を示している。

伝達特性６５１は、バイアス供給線路５０１の長さが１［ｍｍ］であり、バイアス供給線路５０１に容量Ｃ１＝１００［ｐＦ］のキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。伝達特性６５２は、バイアス供給線路５０１の長さが２［ｍｍ］であり、バイアス供給線路５０１に容量Ｃ１＝１００［ｐＦ］のキャパシタ１４１を接続した場合の信号の伝達特性を示している。

図６−１および図６−５の伝達特性６１１〜６１３，６５１，６５２から分かるように、バイアス供給線路５０１にキャパシタ１４１を接続することで、信号の伝達特性を向上させることができる。たとえば、バイアス供給線路５０１の長さが２［ｍｍ］であり、バイアス供給線路５０１にキャパシタ１４１を接続した場合の伝達特性６５２は、バイアス供給線路５０１の長さが１［ｍｍ］である場合の伝達特性６１２とほぼ同じ特性となる。

＜キャパシタによる伝達特性の向上＞
つぎに、キャパシタ１４１によって信号の伝達特性が向上する理由について説明する。キャパシタ１４１を設けない場合（図５−１参照）は、電位が安定する部分がＴＩＡ１３１となる。このため、信号の伝達特性を劣化させる要因となる線路長は、たとえばバイアス供給線路５０１および信号線路５０２の各長さの合計となる。

これに対して、ＰＤ１２１のカソード付近にキャパシタ１４１を設ける場合（図５−２参照）は、キャパシタ１４１によってＰＤ１２１のカソード側の電位が安定するため、信号の伝達特性を劣化させる要因となる線路長は、たとえば信号線路５０２の長さとなる。このように、キャパシタ１４１を設けることで、伝達特性を劣化させる要因となる線路長が短くなり、信号の伝達特性を向上させることができる。

このように、実施の形態１にかかる光受信装置１００によれば、ＰＤアレイ１２０のＰＤ１２１〜１２４においてカソード側にキャパシタ１４１〜１４４を接続することで、カソード側のインピーダンスを低下させることができる。このため、ＰＤ１２１〜１２４を狭ピッチで配列しても広帯域特性を確保することができる。

（実施の形態２）
（光送信装置の構成）
図７は、実施の形態２にかかる光送信装置の一例を示す図である。実施の形態２にかかる光送信装置７００は、光伝送路アレイ７７０に配列された光伝送路７７１〜７７４へ入射する各光を生成する装置である。光伝送路７７１〜７７４は、たとえば光ファイバまたは光導波路である。図７に示すように、光送信装置７００は、基板７１０と、ＬＤアレイ７２０と、駆動回路７３０と、キャパシタ７４１〜７４４と、ＣＰＵ７５０と、を備えている。基板７１０には、光伝送路アレイ７７０が接続される。基板７１０は、たとえばフレキシブル基板である。ピッチ７７５は、光伝送路７７１〜７７４の配列ピッチ（たとえば０．２５［ｍｍ］）を示している。

ＬＤアレイ７２０（レーザダイオードアレイ）は、基板７１０に搭載されている。また、ＬＤアレイ７２０には、ＬＤ７２１〜７２４（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：レーザダイオード）が配列されている。ＬＤ７２１〜７２４のそれぞれは、たとえばＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ：垂直共振器面発光レーザ）である。ＬＤ７２１〜７２４は、アノードへ供給されるバイアス電圧およびカソードへ入力される電流信号を用いて、それぞれ光伝送路７７１〜７７４へ入射する光を生成する。ＬＤ７２１〜７２４のアノードおよびカソードは駆動回路７３０に接続されている。

駆動回路７３０は、ＣＰＵ７５０による制御に従って、入力された電圧信号を電流信号に変換する。具体的には、駆動回路７３０は、駆動部７３１〜７３４（Ｄｒｖ）を備えている。駆動部７３１〜７３４は、たとえば外部の電源から供給される電力を用いて、それぞれＬＤ７２１〜７２４のアノード（第一電極）にバイアス電圧を印加するバイアス供給部である。また、駆動部７３１〜７３４のそれぞれは、前段の電気処理回路から入力された電圧信号を電流信号に変換する変換回路である。駆動部７３１〜７３４は、変換した電流信号をそれぞれＬＤ７２１〜７２４のカソード（第二電極）へ出力する。

また、ＬＤ７２１〜７２４のそれぞれにおいて、カソード（第二電極）と駆動部７３１〜７３４（変換回路）とを接続する線路の特性インピーダンスを駆動部７３１〜７３４（変換回路）の出力インピーダンスに一致させてもよい（インピーダンス整合）。これにより、駆動部７３１〜７３４とＬＤ７２１〜７２４との間の信号の伝達特性を向上させることができる。

キャパシタ７４１〜７４４は、それぞれＬＤ７２１〜７２４のアノードに一端が接続された容量である。また、キャパシタ７４１〜７４４の他端は接地されている。これにより、ＬＤ７２１〜７２４のそれぞれのアノード側のインピーダンスを低下させ、駆動部７３１〜７３４からＬＤ７２１〜７２４へ入力される信号を安定させることができる。ＣＰＵ７５０は、たとえば外部の電源から供給される電力を用いて動作する。ＣＰＵ７５０は、たとえば外部からの制御信号に基づいて駆動回路７３０を制御する。

ここではＬＤ７２１〜７２４にバイアス電圧を印加するバイアス供給部としての機能を駆動部７３１〜７３４によって実現する構成について説明したが、このような構成に限らない。たとえば、ＬＤ７２１〜７２４にバイアス電圧を印加するバイアス供給部を駆動部７３１〜７３４とは別に設ける構成としてもよい。

図７においては、ＬＤ７２１〜７２４のアノードにバイアス電圧を供給するアノード駆動型の光送信装置７００について説明したが、ＬＤ７２１〜７２４のカソードにバイアス電圧を供給するカソード駆動型の光送信装置７００を構成してもよい。カソード駆動型の光送信装置７００においては、ＬＤ７２１〜７２４のカソードにキャパシタ７４１〜７４４を設ける。すなわち、キャパシタ７４１〜７４４は、ＬＤ７２１〜７２４におけるバイアス電圧が供給される側の電極（第一電極）に接続すればよい。

また、カソード駆動型の光送信装置７００においては、ＬＤ７２１〜７２４のそれぞれにおいて、アノード（第二電極）と駆動部７３１〜７３４とを接続する線路の特性インピーダンスを駆動部７３１〜７３４の出力インピーダンスに一致させるとよい。すなわち、ＬＤ７２１〜７２４における電流信号が供給される電極（第二電極）と駆動部７３１〜７３４とを接続する線路の特性インピーダンスを駆動部７３１〜７３４の出力インピーダンスに一致させればよい。これにより、駆動部７３１〜７３４とＬＤ７２１〜７２４との間の信号の伝達特性を向上させることができる。

光送信装置７００は、たとえば、図３−１〜図３−３または図４−１，図４−２に示した光受信装置１００において、ＰＤ１２１〜１２４に代えてＬＤ７２１〜７２４を設けることによって実現することができる。したがって、光送信装置７００のシミュレーションモデルは、光受信装置１００のシミュレーションモデル５００（図５−１〜図５−２）と同様に考えることができる。このため、光送信装置７００の信号伝達特性は、光受信装置１００の信号伝達特性（図６−１〜図６−５）と同様に考えることができる。

たとえば、信号線路５０２の特性インピーダンスを駆動部７３１の出力インピーダンスに合わせることで（インピーダンス整合）、信号の伝達特性を向上させることができる。また、ＬＤ７２１におけるバイアス電圧が供給される電極（第一電極）にキャパシタ７４１を接続することで、伝達特性を劣化させる要因となる線路長が短くなり、信号の伝達特性を向上させることができる。

また、図３−１〜図３−３に示した光受信装置１００と同様に、キャパシタ７４１〜７４４は、基板７１０の表面（第一面）の側と裏面（第二面）の側とに振り分けて設けるとよい。これにより、ＬＤ７２１〜７２４を挟ピッチで配列しても、ＬＤ７２１〜７２４にそれぞれキャパシタ７４１〜７４４を接続することが可能になる。また、キャパシタ７４１〜７４４は、ＬＤ７２１〜７２４の配列方向に、基板７１０の表面の側と裏面の側に交互に配列して設けるとよい。これにより、ＬＤ７２１〜７２４とキャパシタ７４１〜７４４との各接続距離を短くし、各チャネルの信号伝達特性を向上させることができる。

また、図１に示した光受信装置１００と、図７に示した光送信装置７００と、を備える光通信装置を構成してもよい。この場合は、ＣＰＵ１５０とＣＰＵ７５０は一つのＣＰＵによって実現してもよい。また、光受信装置１００と光送信装置７００とで電源を共通にしてもよい。また、光伝送路アレイ１７０および光伝送路アレイ７７０を一つの光伝送路アレイによって実現してもよい。

このように、実施の形態２にかかる光送信装置７００によれば、ＬＤアレイ７２０のＬＤ７２１〜７２４における第一電極にキャパシタ７４１〜７４４を接続することで、第一電極側のインピーダンスを低下させることができる。このため、ＬＤ７２１〜７２４を狭ピッチで配列しても広帯域特性を確保することができる。

以上説明したように、光受信装置および光送信装置によれば、信号の広帯域化を満足する広帯域特性を得ることができる。上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）複数の光伝送路が配列された光伝送路アレイが接続される基板と、
前記複数の光伝送路からの光をそれぞれ受光する複数のフォトダイオードが配列され、前記基板に搭載されたフォトダイオードアレイと、
を備え、前記複数のフォトダイオードのそれぞれについて、
前記フォトダイオードの第一電極にバイアス電圧を印加するバイアス供給部と、
前記フォトダイオードの前記第一電極とは異なる第二電極に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する変換回路と、
一端が前記第一電極に接続され他端が接地されたキャパシタと、
を備えることを特徴とする光受信装置。

（付記２）前記フォトダイオードアレイは、前記複数のフォトダイオードのそれぞれについて、
前記第一電極と前記バイアス供給部とを接続するための第一パッドと、前記第二電極と前記変換回路とを接続するための第二パッドと、を一辺に備え、
前記第一電極と前記キャパシタとを接続するための第三パッドを前記一辺とは異なる辺に備えることを特徴とする付記１に記載の光受信装置。

（付記３）前記第二電極と前記変換回路とを接続する線路の特性インピーダンスを前記変換回路の入力インピーダンスに一致させたことを特徴とする付記１または２に記載の光受信装置。

（付記４）前記複数のフォトダイオードに接続された複数の前記キャパシタは、前記フォトダイオードアレイが搭載された前記基板の第一面の側と、前記基板の前記第一面とは反対の第二面の側と、に振り分けて設けられていることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記５）前記複数のキャパシタは、前記複数のフォトダイオードの配列方向に、前記第一面の側と前記第二面の側に交互に振り分けて設けられていることを特徴とする付記４に記載の光受信装置。

（付記６）前記光伝送路アレイは、前記基板の前記第二面に設けられ、
前記複数のキャパシタのうちの前記第二面の側のキャパシタは、前記光伝送路アレイにおける前記基板とは反対側に設けられ、前記光伝送路アレイに形成されたスルーホールを介して前記第一電極に接続されることを特徴とする付記４または５に記載の光受信装置。

（付記７）前記第一電極と前記バイアス供給部とはフリップチップ接続されることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記８）前記第一電極と前記バイアス供給部とはワイヤ接続されることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記９）複数の光伝送路が配列された光伝送路アレイが接続される基板と、
前記複数の光伝送路へそれぞれ入射する光を生成する複数のレーザダイオードが配列され、前記基板に搭載されたレーザダイオードアレイと、
を備え、前記複数のレーザダイオードのそれぞれについて、
前記レーザダイオードの第一電極にバイアス電圧を印加するバイアス供給部と、
入力された電圧信号を電流信号に変換し、変換した電流信号を前記レーザダイオードの前記第一電極とは異なる第二電極へ入力する変換回路と、
一端が前記第一電極に接続され他端が接地されたキャパシタと、
を備えることを特徴とする光送信装置。

１００ 光受信装置
１７０，７７０ 光伝送路アレイ
１７１〜１７４，７７１〜７７４ 光伝送路
１１０，７１０ 基板
１２０ ＰＤアレイ
１２１〜１２４ ＰＤ
１３０ ＴＩＡ回路
１３１〜１３４ ＴＩＡ
１４１〜１４４，７４１〜７４４ キャパシタ
１５０，７５０ ＣＰＵ
１７５，７７５，Ｐ１ ピッチ
２１１〜２１４ アクティブエリア
２２１〜２２４ アノードパッド
２３１〜２３４ カソードパッド
２４１〜２４４ キャパシタパッド
Ｓ１，Ｓ２ 辺
３０１，４０２ グランド
３０２ 接着層
３０３，４０１ ミラー
３１１〜３１４，３２１〜３２４，３３１〜３３４，３４１〜３４４ バンプ
３５１〜３５４，４０３ スルーホール
４１１〜４１４，４２１〜４２４，４３１〜４３４ ワイヤ
５００ シミュレーションモデル
５０１ バイアス供給線路
５０２ 信号線路
１３１ａ バイアス供給部
１３１ｂ 信号入力部
Ｄ１ 距離
Ｃ１ 容量
６１１〜６１３，６２１，６３１〜６３３，６４１〜６４４，６５１，６５２ 伝達特性
７００ 光送信装置
７２０ ＬＤアレイ
７３０ 駆動回路
７２１〜７２４ ＬＤ
７３１〜７３４ 駆動部

Claims (5)

1. 複数の光伝送路が配列された光伝送路アレイが接続される基板と、
   前記複数の光伝送路からの光をそれぞれ受光する複数のフォトダイオードが配列され、前記基板に搭載されたフォトダイオードアレイと、
   を備え、前記複数のフォトダイオードのそれぞれについて、
   前記フォトダイオードの第一電極にバイアス電圧を印加するバイアス供給部と、
   前記フォトダイオードの前記第一電極とは異なる第二電極に流れる電流信号を電圧信号に変換して出力する変換回路と、
   一端が前記第一電極に接続され他端が接地されたキャパシタと、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
2. 前記フォトダイオードアレイは、前記複数のフォトダイオードのそれぞれについて、
   前記第一電極と前記バイアス供給部とを接続するための第一パッドと、前記第二電極と前記変換回路とを接続するための第二パッドと、を一辺に備え、
   前記第一電極と前記キャパシタとを接続するための第三パッドを前記一辺とは異なる辺に備えることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記第二電極と前記変換回路とを接続する線路の特性インピーダンスを前記変換回路の入力インピーダンスに一致させたことを特徴とする請求項１または２に記載の光受信装置。
4. 前記複数のフォトダイオードに接続された複数の前記キャパシタは、前記フォトダイオードアレイが搭載された前記基板の第一面の側と、前記基板の前記第一面とは反対の第二面の側と、に振り分けて設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光受信装置。
5. 複数の光伝送路が配列された光伝送路アレイが接続される基板と、
   前記複数の光伝送路へそれぞれ入射する光を生成する複数のレーザダイオードが配列され、前記基板に搭載されたレーザダイオードアレイと、
   を備え、前記複数のレーザダイオードのそれぞれについて、
   前記レーザダイオードの第一電極にバイアス電圧を印加するバイアス供給部と、
   入力された電圧信号を電流信号に変換し、変換した電流信号を前記レーザダイオードの前記第一電極とは異なる第二電極へ入力する変換回路と、
   一端が前記第一電極に接続され他端が接地されたキャパシタと、
   を備えることを特徴とする光送信装置。

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