JP3106437B2 - 光電子集積回路素子 - Google Patents

光電子集積回路素子

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JP3106437B2 JP03227267A JP22726791A JP3106437B2 JP 3106437 B2 JP3106437 B2 JP 3106437B2 JP 03227267 A JP03227267 A JP 03227267A JP 22726791 A JP22726791 A JP 22726791A JP 3106437 B2 JP3106437 B2 JP 3106437B2
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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
等に用いる光電子集積回路素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の光電子集積回路素子(以
下、OEICアレイという)としては、以下に記す文献
に開示されたものがあり、その概略の回路図を図4に示
す。
【0003】Optical Fiber Communication Conferenc
e, Tuesday,February 19, Lecture No.TuB2 「High-speed eight-channel optoelectronic
integrated receiver arrays comprising GalnAs pin PDs and AllnAs/GalnA
s HEMTs 」このOEICアレイ40は8チャネルの光受
信回路がモノリシックに集積されたものであり、各チャ
ネルは、受信した光信号を電気信号に変換するフォトダ
イオードPD(PD1 〜PD8 )と、この電気信号を増
幅するための抵抗及び高電子移動度トランジスタ等から
構成される増幅器AMP(AMP1 〜AMP8 )とで構
成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来のOE
ICアレイ40においては、各増幅器AMPの電源節点
41が互いに接続されて同じ電位を持っており、このよ
うな回路構成のため、あるチャネルに入力された信号が
他のチャネルに漏洩するクロストークが -30デシベル程
度と大きいことが問題となっていた。
【0005】このクロストークが発生する原因は次のよ
うに考えられている。即ち、このOEICアレイ40の
内外の電源回路には交流成分に対するインピーダンスを
低減するために、コンデンサC1 及びC2 が挿入されて
おり、すべての電源回路はこのコンデンサC1 、C2
介して接地されている。一方、電源供給端子42へは、
通常、有限な長さを持つ電源配線44を介して電源43
から電流が供給される。この電源配線44は分布定数と
してのインダクタンスLを持っており、このインダクタ
ンスLとコンデンサC2 とが特定の周波数において共振
し、この共振周波数において、電源供給端子42とグラ
ンドとの間のインピーダンスは無限大となる。そこで、
1つのチャネルに信号が入力されると、その信号に対応
した出力電圧が出力端子45に発生し、負荷46に信号
電流が供給される。この信号電流は電源43より供給さ
れるが、この時、電源供給端子42には、この電源供給
端子42とグランドとの間のインピーダンスと、ここを
流れる電流値との積に等しい電圧が発生する。
【0006】従って、上述した共振周波数においては、
電源供給端子42とグランド間のインピーダンスは無限
大となっているため、電源供給端子42には、入力され
ている信号電流に対応した非常に大きな電圧変動が発生
する。一般に、増幅器AMPは電源電圧が変動するとそ
の変動に応じて出力電圧が変動する。そのため、この共
振周波数においては、1つのチャネルに入力された電気
信号が大きな電源電圧の変動を引き起こし、共通の電源
配線を介して他の全てのチャネルの出力電圧の変動を引
き起こすことになる。これがクロストークの発生する原
因となるものである。
【0007】本発明は、このようなOEICアレイにお
いて発生するクロストークを低減することを目的とする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の光電子集
積回路素子の発明は、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増
幅器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素子に
おいて、各チャネルにおける増幅器の電源節点の少なく
とも2つが互いに接続された共通電源節点と、外部から
電源の供給を受ける電源供給端子と、電源供給端子と共
通電源節点とを接続する抵抗素子とを備える構成を採
る。また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光電
子集積回路素子において、抵抗素子は、1Ωから10Ω
の間のいずれかの抵抗値を有する構成を採る。
【0009】外部の電源回路に存在するインダクタンス
LとコンデンサCとが特定の周波数において共振する
が、一般に、インダクタンスと容量とが共振した場合、
抵抗分が存在すると、共振時のインピーダンスは低くな
る。そこで、本発明に係る光電子集積回路素子では、電
源供給端子と共通電源節点との間に抵抗素子を挿入し、
共振時のインピーダンスを低減させる。これにより、共
通電源節点によって互いに接続される他のチャネルの各
増幅器に加わる電源電圧の変動も抑えられるため、他の
チャネルの出力に与える影響は小さくなり、クロストー
クを低減することが可能となる。また、抵抗素子の抵抗
値を増大させると、周波数が100MHz以下における
クロストークが増大し、抵抗値が30Ω以上となると2
MHz付近におけるクロストークは−30dBに達す
る。このため、本発明では、抵抗素子は、1Ωから10
Ωの間のいずれかの抵抗値を有する構成を採る。これに
より、クロストークの低減を図ることが可能となる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0011】図1に本実施例に係る概略的な回路図を示
す。OEICアレイ10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。同図は、第1チャネルと最後の第nチャネル
(4〜12)を図示しており、途中の第2〜第n−1チ
ャネルは省略して図示している。これら各チャネルは同
一の半導体基板上にモノリシックに集積しており、各チ
ャネルは、受信した光信号を電気信号に変換するフォト
ダイオードPD(PD1 〜PDn )と、この電気信号を
増幅するための抵抗及び高電子移動度トランジスタ等か
ら構成される増幅器AMP(AMP1 〜AMPn)とで
構成される。
【0012】各チャネルの増幅器AMP1 〜AMPn
びフォトダイオードPD1 〜PDn は、同じ電位となる
共通電源節点11で互いに接続されており、この共通電
源節点11と電源供給端子12との間は抵抗素子Rを介
して接続されている。なお、この電源供給端子12は、
外部の電源回路に接続され、OEICアレイ10内に電
源を供給するための入力端子となる。また、内外の電源
回路には交流成分に対するインピーダンスを低減するた
めに、コンデンサC1 及びC2 が挿入されており、各電
源回路はこのコンデンサC1 、C2 を介して接地されて
いる。また、各チャネルでは、フォトダイオードPDか
らの出力信号を増幅器AMPで増幅し、この増幅出力が
対応する各出力端子151 〜 15n に与えられる。
【0013】次に、抵抗素子Rの作用について説明す
る。
【0014】電源供給端子12には、通常、有限な長さ
を持つ電源配線13を介して電源14から電流が供給さ
れる。この電源配線13は分布定数としてのインダクタ
ンスLを持つものである。そこで、少なくとも1つのフ
ォトダイオードPDに光信号が入力されると、入力信号
を受けた各チャネルには、電源14に接続された電源供
給端子12から電源電流が供給される。この時、電源配
線13のインダクタンスLとコンデンサC2 とが特定の
周波数において共振することは前述した通りであるが、
本実施例では、電源供給端子12と共通電源節点11と
の間に抵抗素子Rを挿入している。一般に、インダクタ
ンスと容量とが共振した場合に、抵抗分が存在すると共
振時のインピーダンスは低くなる。そこで、共通電源節
点11の電圧変動は、各電源節点とグランドとの間のイ
ンピーダンスに比例するので、上述のように電源供給端
子12と共通電源節点11との間に抵抗素子Rを挿入す
ることにより、共振時のインピーダンスを低く抑えるこ
とができる。従って、共通電源節点11の電圧の変動、
即ち増幅器AMPの電源電圧の変動は低減され、他のチ
ャネルの出力に与える影響は小さくなり、これによりク
ロストークも低減されるものである。
【0015】次に、この抵抗素子Rの抵抗値について検
討する。電源供給端子12と共通電源節点11との間に
抵抗素子Rを挿入すると、共振時のインピーダンスは低
くなるが、抵抗素子Rの値を一定の値を越えて増大させ
た場合には、共通電源節点11とグランドの間のインピ
ーダンスが増大し、この結果、クロクトークが増大する
ことになる。従って、この抵抗素子Rの抵抗値には最適
な値の範囲が存在することになる。
【0016】図2に抵抗素子Rの値をパラメータとした
クロストークの周波数特性を示す。図において、抵抗素
子Rの値を1[Ω]〜10[Ω]とすると、500[MH
z]以上でクロストークが改善されることがわかる。ま
た、この抵抗値を増大させると、100[MHz] 以下で
のクロストークが増大し、抵抗値が30[Ω]以上にな
ると2[MHz] 付近でのクロストークは−30[dB]に
達する。以上の結果より、抵抗素子Rの抵抗値として
は、1[Ω]〜10[Ω]の範囲が最適であることがわ
かる。
【0017】また、図3に本実施例に係るOEICアレ
イ30の具体的な回路構成の一例を示す。同図において
は、第1チャネルと最後の第nチャネルを図示してお
り、途中の第2〜第n−1チャネルは省略して図示して
いる。これら各チャネルは同一の半導体基板上にモノリ
シックに集積しており、各チャネルの構成は、以下に記
す第1チャネルと同様な構成である。
【0018】第1チャネルは、フォトダイオードP
1 、抵抗素子R11,R12、トランジスタQ11〜Q15
レベルシフトダイオードD11〜D16から構成される。フ
ォトダイオードPD1 には、InP基板上に形成された
GaInAs層を光吸収層とするPIN型フォトダイオ
ードが用いられ、トランジスタQ11〜Q15には、N型A
lInAs層とGaInAs層からなるHEMT、接合
型トランジスタ或いはInP/GaInAsヘテロ接合
を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ等が用いら
れる。また、抵抗素子R,R11,R12は、スパッタ法等
で形成した金属薄膜抵抗等が用いられる。
【0019】フォトダイオードPD1 及び抵抗素子R11
は光検出段を構成し、トランジスタQ11及び抵抗素子R
12は、この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
びレベルシフトダイオードD11〜D13はレベルシフト段
を構成し、レベルシフトダイオードD14〜D16及びトラ
ンジスタQ14、Q15はソースフォロワ段を構成してい
る。
【0020】以上のように構成されるOEICアレイ3
0においても、電源供給端子32と各チャネルの共通電
源節点31とは、抵抗素子Rを介して接続されており、
この抵抗素子Rの働きによって、先に説明した図1に示
す回路と同様にクロストークを低減することができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る光電子
集積回路素子は、各チャネルの増幅器の電源節点のう
ち、少なくとも2つが互いに接続されて同電位となる共
通電源節点を有し、この共通電源節点と前記光電子集積
回路素子に電源を供給するための電源供給端子との間を
抵抗素子を介して接続するので、前記電源供給端子に接
続される外部の電源回路が特定の周波数において共振し
た際に、この抵抗素子によって共振時のインピーダンス
を低減することができる。従って、前記共通電源節点に
よって互いに接続される他のチャネルの各増幅器に加わ
る電源電圧の変動も抑えられ、これにより他のチャネル
の出力に与える影響は小さくなり、クロストークを低減
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係るOEICアレイの概略的
な構成を示す回路図である。
【図2】接続する抵抗素子の抵抗値をパラメータとした
クロストークの周波数特性を示すグラフである。
【図3】本実施例に係るOEICアレイの一例を示す回
路図である。
【図4】従来のOEICアレイの概略的な構成を示す回
路図である。
【符号の説明】
10…OEICアレイ(光電子集積回路素子)、11…
共通電源節点、12…電源供給端子、13…電源配線、
R…抵抗素子、PD1 …第1チャネルのフォトダイオー
ド、AMP1 …第1チャネルの増幅器。

Claims (2)

    (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増幅器と
    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素子にお
    いて、 前記各チャネルにおける増幅器の電源節点の少なくとも
    2つが互いに接続された共通電源節点と、 外部から電源の供給を受ける電源供給端子と、 前記電源供給端子と前記共通電源節点とを接続する抵抗
    素子とを備えることを特徴とする光電子集積回路素子。
  2. 【請求項2】 前記抵抗素子は、1Ωから10Ωの間の
    いずれかの抵抗値を有することを特徴とする請求項1記
    載の光電子集積回路素子。
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