JP3106434B2 - 光電子集積回路 - Google Patents

光電子集積回路

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JP3106434B2 JP03194525A JP19452591A JP3106434B2 JP 3106434 B2 JP3106434 B2 JP 3106434B2 JP 03194525 A JP03194525 A JP 03194525A JP 19452591 A JP19452591 A JP 19452591A JP 3106434 B2 JP3106434 B2 JP 3106434B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ通信の受光部
分等に用いられる光電子集積回路(OEICアレイ)に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のOEICアレイとして
は、以下の文献の1833〜1834ページに開示され
たものがあり、その概略構成は図2の回路図に示され
る。
【0003】Electronics Letter
s,vol.26,No.22,25th Octob
er 1990 「MONOLITHIC INTEG
RATION OF AN InP/InGaAs F
OUR−CHANNEL TRANSIMPEDANC
E OPTICAL RECEIVER ARRAY」
このOEICアレイにおいては光受信器を構成する4チ
ャネルのチャネルがモノリシックに集積されている。そ
のうちの1つである第1チャネルは、PINホトダイオ
ードPD1、入力抵抗Rf1、接合形トランジスタQ11
19およびレベルシフトダイオードLSD1から構成さ
れている。このうちのトランジスタQ11〜Q13は、ホト
ダイオードPD1で光電変換された電気信号を増幅する
増幅段を構成している。また、トランジスタQ14,Q15
およびダイオードLSD1は、増幅段から出力された増
幅信号の直流電圧レベルを変換するレベルシフト段を構
成している。また、トランジスタQ16〜Q19は、光受信
出力O/P1のファンアウトを確保するためのソースホ
ロワ段を構成している。他の第2,第3,第4チャネル
もこの第1チャネルと同様な回路構成になっている。な
お、同図において第2,第3チャネルの図示は省略して
いる。
【0004】また、以下の文献に開示されたOEICア
レイもあり、その概略構成は図3の回路図に示される。
【0005】Optical Fiber Commu
nication Conference,Tuesd
ay,Feburary 19,1991,Lectu
reNo.TuB2 「High−speed eig
ht−channel optoelectronic
integrated receiver arra
ys comprising GaInAs pin
PDs and AlInAs/GaInAs HEM
Ts」このOEICアレイにおいては8チャネルのチャ
ネルがモノリシックに集積されている。そのうちの1つ
である第1チャネルは、PINホトダイオードPD1
抵抗R11〜R14および高電子移動度トランジスタ(HE
MT)Q11〜Q15から構成されている。このうちのトラ
ンジスタQ11および抵抗R12は増幅段を構成している。
また、トランジスタQ12〜Q15および抵抗R13,R14
2段構成のソースホロワ段を形成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の各OEICアレイにおいては、各チャネル間のクロ
ストークにより、各光受信回路の最小受信感度が劣化す
る問題があった。
【0007】このクロストークが発生する主要な原因
は、図3に示されるHEMTを用いたOEICアレイに
おいては、次のように考えられる。つまり、このOEI
Cを簡略図示した図4に示されるように、例えば第1チ
ャネルに入力された光信号がホトダイオードPDnで電
気信号に変換され、増幅段およびソースホロワ段から構
成されるプリアンプで増幅される際に、入力信号に起因
した変調電流ΔIm1が発生したとする。この変調電流Δ
m1が抵抗Rpの配線を流れることにより、電圧変動Δ
Dが生じる。この配線抵抗Rpは、各プリアンプに共通
に電源供給するための電源端子VDD部に図示のように等
価的に表され、これに上記の変調電流ΔIm1が流れるこ
とによって電圧変動ΔVD(=ΔIm1×Rp)が生じる。
従って、ある1つのチャネルに生じた望ましくない電圧
変動ΔVDは、共通の電源配線を介して他の全てのチャ
ネルに影響を与える。すなわち、各チャネル間において
クロストークが発生する。
【0008】また、図2に示される接合形トランジスタ
を用いたOEICアレイにおいても、各プリアンプに電
源供給する共通の電源配線に上記と同様な電圧変動ΔV
Dが生じ、各チャネル間において同様にクロストークが
発生する。
【0009】上述した変調電流ΔIm1は、同一半導体チ
ップ内にモノリシックに集積されたコンデンサによって
グランドにバイパスされる。しかし、チップ内に集積す
ることの出来るバイパスコンデンサ容量は限られ、十分
に大きな容量を持たせることは出来ない。このため、発
生した変調電流の全てがバイパスされるわけではなく、
その一部しかバイパスされない。従って、除去しきれな
い変調電流が要因となって上記の電圧変動ΔVDが生
じ、上述したクロストークが発生する。また、変調電流
の全てを除去するためにコンデンサ容量を大きくする
と、半導体チップのサイズは極端に大きくなってしま
い、現実的ではない。
【0010】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、各チャネル間のクロストークに起因した
最小受信感度の劣化を有効に防止することができる光電
子集積回路を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の光電子集
積回路の発明は、受信した光信号を電気信号に変換する
受光素子と、この受光素子の出力信号を増幅するプリア
ンプと、この増幅出力が与えられる受信出力端子とから
構成されるチャネルを複数備え、各チャネルが同一半導
体基板上に集積された光電子集積回路において、各プリ
アンプへの電源供給は、各チャネル毎に独立して設けら
れた各電源端子を介して行われる構成を採る。
【0012】このように、プリアンプを動作させるため
の電源端子は各チャネル毎に独立して設けられているた
め、各プリアンプには相互に独立して電源供給が行われ
る。これにより、各チャネル間のクロストークに起因し
た最小受信感度の劣化を有効に防止することができる。
【0013】請求項2記載の発明は、請求項1記載の光
電子集積回路において、半導体基板は、GaAs又はI
nPのいずれか一方で形成されている構成を採る。
【0014】この構成により、GaAsを用いて半導体
基板を形成した場合は、0.8μm波長帯の光通信を実
現することができる。また、InPを用いて半導体基板
を形成した場合には、1.3μm、1.55μm波長帯
の光通信を実現することができる。
【0015】請求項3記載の光電子集積回路の発明は、
PIN型ホトダイオードと、高電子移動度トランジスタ
を備え前記PIN型ホトダイオードの出力信号を増幅す
るプリアンプと、この増幅出力が与えられる受信出力端
子とから構成されるチャネルを複数備え、各チャネルが
同一のInP半導体基板上に集積された光電子集積回路
において、各プリアンプへの電源供給は、各チャネル毎
に独立して設けられた各電源端子を介して行われる構成
を採る。
【0016】このように、プリアンプを動作させるため
の電源端子は各チャネル毎に独立して設けられているた
め、各プリアンプには相互に独立して電源供給が行われ
る。これにより、各チャネル間のクロストークに起因し
た最小受信感度の劣化を有効に防止することができる。
また、InP半導体基板上にPIN型ホトダイオードお
よび高電子移動度トランジスタ(HEMT)が形成され
ているため、最も優れた動作性能を実現することができ
る。
【0017】
【実施例】図1は本発明の一実施例によるOEICアレ
イの概略構成を示す回路図である。
【0018】本実施例によるOEICアレイは、チャネ
ル数に特に制限はないが、用途に応じて4〜12チャネ
ルとするのが一般的である。同図においては、第1チャ
ネルと最後の第nチャネル(n=4〜12)とが図示さ
れており、第2〜第(n−1)チャネルは省略されてい
る。これら各チャネルは同一半導体基板上にモノリシッ
クに集積されている。この半導体基板材料には0.8μ
m波長帯の光通信においてはGaAsが採用される。ま
た、1.3μm,1.55μm波長帯の光通信において
はInPが採用される。これら各チャネルの構成は次の
第1チャネルと同様な構成になっており、また、同様な
回路動作をする。
【0019】第1チャネルは、ホトダイオードPD1
抵抗R11,R12,トランジスタQ11〜Q15およびレベル
シフトダイオードD11〜D13によって構成されている。
ホトダイオードPD1にはMSM型またはPIN型ホト
ダイオードが用いられる。また、トランジスタQ11〜Q
15には、接合型電界効果トランジスタ(FET),HE
MT,MISFETまたはMESFET等が用いられ
る。これらの組み合わせの中で動作性能面において最も
優れているのは、InP半導体基板上にPIN型ホトダ
イオードおよびHEMTが形成される組み合わせであ
る。
【0020】ホトダイオードPD1および抵抗R11は光
検出段を構成し、また、トランジスタQ11および抵抗R
12は光検出段で検出された入力信号を増幅する増幅段を
構成している。また、トランジスタQ12,Q13およびダ
イオードD11〜D13はレベルシフト段を構成し、トラン
ジスタQ14,Q15はソースホロワ段を構成している。
【0021】つまり、ホトダイオードPD1に検出され
た光信号は光電流に変換され、この光電流は抵抗R11
よって電圧信号に変換される。この電圧信号は抵抗R12
を負荷とするトランジスタQ11のゲートに与えられ、所
定倍に増幅される。増幅された入力信号は次段のレベル
シフト段によってその直流レベルがシフトされる。その
シフト量はダイオードD11〜D13の順方向電圧によって
ほぼ決定される。最後に、ソースホロワ段によってプリ
アンプの出力インピーダンスが低減され、受信出力信号
O/P1のファンアウトが確保される。
【0022】本実施例においては、増幅段,レベルシフ
ト段およびソースホロワ段によって構成される各プリア
ンプ部には、各チャネル毎に独立して電源端子が設けら
れている。すなわち、第1チャネルには電源端子VD1
s1が設けられ、第nチャネルには電源端子VDn,VSn
が設けられている。従って、各プリアンプ間がチップ内
で接続されていない本実施例によれば、OEICアレイ
をハイブリッド基板上に実装する際には、十分大きな容
量を持つバイパスコンデンサを各プリアンプに接続する
ことが可能になる。つまり、各チャネルのそれぞれの電
源端子VDn,VSnから電源配線を取りだし、ハイブリッ
ド基板上において大容量のバイパスコンデンサを各プリ
アンプ毎に接続する。そして、これら各コンデンサを介
した後に各プリアンプの電源配線を共通電源に接続す
る。このような配線構成によれば、各プリアンプには大
容量の各バイパスコンデンサを介して電源が供給され
る。
【0023】このため、ある1つのチャネルに前述の変
調電流ΔImが発生しても、この変調電流は各プリアン
プ毎に接続された大容量のコンデンサによってバイパス
される。従って、ある1つのチャネルに発生した雑音が
他のチャネルに影響を与えることはなく、各チャネル間
のクロストークはほとんど生じなくなる。このような本
実施例による構成によれば、従来、約−30dBあった
クロストークを−40dB以下に抑制することが出来、
並列光ファイバ通信において、クロストークによる最小
受信感度の劣化を低減することが可能になる。
【0024】また、OEICアレイをハイブリッド基板
上に実装しない場合においても、各チャネルのプリアン
プにそれぞれ独立に電源供給を行うことは可能である。
このため、ある1つのチャネルのプリアンプに生じた変
調電流の影響は、従来のように各チャネルに共通の電源
配線を介して他のチャネルにまで及ぶことはない。従っ
て、各電源端子VDn,VSnを介して各プリアンプに単に
独立して電源を供給することによっても、各チャネル間
のクロストークは十分に低減される。このため、この場
合においても、上記実施例と同様な効果を奏する。ただ
し、この場合には、発生した変調電流を十分にバイパス
することは出来ない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
リアンプを動作させるための電源端子は各チャネル毎に
独立して設けられているため、各プリアンプには相互に
独立して電源供給が行われる。
【0026】このため、各チャネル間のクロストークに
起因した最小受信感度の劣化を有効に防止することが可
能なOEICアレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による光電子集積回路(OE
ICアレイ)の概略構成を示す回路図である。
【図2】従来の第1のOEICアレイの概略構成を示す
回路図である。
【図3】従来の第2のOEICアレイの概略構成を示す
回路図である。
【図4】従来の第2のOEICアレイにおいてクロスト
ークが発生する原理を説明するための回路図である。
【符号の説明】
PD1…第1チャネルのホトダイオード R11,R12…第1チャネルの抵抗 Q11〜Q15…第1チャネルのトランジスタ D11〜D13…第1チャネルのレベルシフトダイオード VD1,VS1…第1チャネルの独立した電源端子 O/P1…第1チャネルの光受信出力信号

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信した光信号を電気信号に変換する受
    光素子と、この受光素子の出力信号を増幅するプリアン
    プと、この増幅出力が与えられる受信出力端子とから構
    成されるチャネルを複数備え、前記各チャネルが同一半
    導体基板上に集積された光電子集積回路において、 前記各プリアンプへの電源供給は、前記各チャネル毎に
    独立して設けられた各電源端子を介して行われることを
    特徴とする光電子集積回路。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板は、GaAs又はInP
    のいずれか一方で形成されていることを特徴とする請求
    項1記載の光電子集積回路。
  3. 【請求項3】 PIN型ホトダイオードと、高電子移動
    度トランジスタを備え前記PIN型ホトダイオードの出
    力信号を増幅するプリアンプと、この増幅出力が与えら
    れる受信出力端子とから構成されるチャネルを複数備
    え、前記各チャネルが同一のInP半導体基板上に集積
    された光電子集積回路において、 前記各プリアンプへの電源供給は、前記各チャネル毎に
    独立して設けられた各電源端子を介して行われることを
    特徴とする光電子集積回路。
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