JP3232998B2 - 光送受信モジュ−ル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光双方向通信に用
いられる光送受信モジュールの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの伝送損失が低下し、また半
導体レ−ザ（以下ＬＤと略す）や半導体受光素子（以下
ＰＤと略す）の特性が向上したことによって、光、特に
波長１．３μｍ、や１．５５μｍの長波長帯の光を用い
た信号（電話、ファクシミリ、テレビ画像信号など）の
通信が盛んになりつつある。これを一般に光通信とい
う。中でも最近は１本の光ファイバによって双方向に信
号を同時にやり取りするシステムが検討されている。こ
の方式の利点はファイバが１本で済むことである。

【０００３】図１はこのような方式の内、波長多重によ
る双方向通信の原理図である。これは局側、加入者側に
分波器２、４が必要である。局側では、電話やテレビの
信号をデジタル信号あるいはアナログ信号とし増幅した
後、半導体レ−ザＬＤ１を駆動し、波長λ₁ の光の強弱
の信号として、光ファイバ１に送り込む。光信号は波長
分波器２によって光ファイバ３に入り、この中を伝搬
し、加入者へと分配される。光ファイバ３は加入者であ
る各家庭、オフィス、工場などに張り巡らされている。
このように局側から、加入者側に信号が送られる方向を
下り系と呼ぶ。

【０００４】加入者側では分波器４によって下り信号を
光ファイバ５に取り出し受光素子ＰＤ２によって受信す
る。ＰＤ２は受信した光信号を電気信号に変え、増幅
し、信号処理を施し、電話の音声や、テレビ画像として
再生する。

【０００５】一方、加入者側は、電話やファクシミリの
画像信号を局側に向けて送信する。波長λ₂ の光を出す
半導体レ−ザＬＤ２を、電話信号や、画像信号によって
変調し、光ファイバ６、分波器４、光ファイバ３を通じ
て、局側へ光信号として伝送する。このように加入者側
から局側へ信号を送る方向を上り系と呼ぶ。局側は、こ
の光信号を分波器２によって光ファイバ７に取り出し、
ＰＤ１によって受信する。これを電気信号に変えて交換
機や信号処理回路に送り込む。

【０００６】このように、１本の光ファイバを使って、
２波長の光を用いて、双方向通信を行うには、局側、加
入者側のどちらにも光の波長を識別し、光路を分離する
機能素子が必要である。図１では波長分波器２、４がそ
の役割を果たす。波長分波器は、波長λ₁ とλ₂ の光
を、１本の光ファイバにまとめて導入することができ
る。反対に、１本の光ファイバを伝搬する波長λ₁ 、λ
₂ の光を異なる２本の光ファイバに排他的に分配するこ
ともできる。１本の光ファイバを使う双方向通信には、
波長分波器が不可欠である。

【０００７】波長分波器として、いくつかの種類のもの
が提案されている。２本の光ファイバを用いたもの、光
導波路を用いたもの、多層膜ミラーを用いたものなどが
ある。図２に示すものは、光ファイバまたは光導波路型
のものである。２本の光の導波部分を接近させてエバネ
ッセント結合させ、エネルギーの交換を可能にする。結
合部の距離Ｄと長さＬを適当に選ぶことによって、波長
選択性を賦与することができる。図２では異なる光ファ
イバ８、９にλ₁ 、λ₂ の光を入れて、光ファイバ１１
にλ₁ 、λ₂ の光を導くようにしている。光ファイバ１
２には何れの光も出ないようになっている。作用は可逆
的であって、光ファイバ１１にλ₁ ＋λ₂ の光を入れた
時に光ファイバ８、９に、それぞれλ₁ 、λ₂ の光を排
他的に取り出すことができる。

【０００８】さらに同じ波長分波器は図３に示すよう
に、光ファイバ１１にλ₂ の光を入れると、反対側の光
ファイバ９にのみ出るようになる。結合部１０において
排他的な波長選択がなされる。光学系の可逆性によって
双方向に同じ波長選択ができる。このような波長分波器
は局側の波長分波器にも、加入者側の波長分波器にも同
様に利用することができる。

【０００９】図４の波長分波器は、二等辺三角柱ガラス
ブロックの対角面に誘電体多層膜を蒸着し、もうひとつ
同等のガラスブロックを張り付けて正四角柱にしたもの
である。誘電体多層膜が干渉フィルタになり、張り合わ
せ面に対して４５度の角度をなす光が入射すると、波長
λ₂ の光のみが反射し、λ₁ の光は透過するようになっ
ている。このような波長選択性は誘電体膜の厚み、屈折
率を適当に選ぶ事によって実現される。その他にもいく
つかの波長分波器が提案されている。

【００１０】このように光を波長によって異なる経路に
分けてしまう素子は、波長分波器、或いは分波器、ＷＤ
Ｍ、分波・合波器と呼ばれる。光ファイバやガラスブロ
ックを用いたものは既に市販されている。

【００１１】図５は従来例に係る加入者側の光送受信モ
ジュールの構成例を示す概略図である。局側につながる
光ファイバ１６の終端は光コネクタ１７によって屋外の
光ファイバ１８に接続される。これを光ファイバ型の波
長分波器（ＷＤＭ）２１によって波長の違う１．３μｍ
光と１．５５μｍ光とに分離する。既に述べたように二
つの光ファイバの近接部２０の近接距離長さによって波
長選択性を与える事ができる。光ファイバ１８の側に
１．３μｍ光を、光ファイバ１９の側に１．５５μｍ光
を取り出すようにしている。

【００１２】光ファイバ１８は光コネクタ２２によって
ＬＤモジュール２５に接続される。ＬＤモジュールは加
入者側からのデジタル信号を電気光変換して局に向けて
送信するためのものである。光ファイバ１９は光コネク
タ２３によってＰＤモジュール２７に接続される。これ
は局側からの光信号を電気信号に変換し、加入者側で受
信するためのものである。

【００１３】図６に従来例に係る半導体発光素子モジュ
ール２８の断面図である。半導体レ−ザチップ２９とこ
れの出力をモニタするためのフォトダイオード３０を備
える。半導体レ−ザ２９はサブマウントを介してヘッダ
３２のポール３１に取り付けられる。ヘッダ３２の底部
には、フォトダイオード３０が固定される。ヘッダ３２
の底部にはリードピン３３が複数本設けられる。通し穴
３５を有する円筒形のキャップ３４が半導体レ−ザ２
９、フォトダイオード３０を囲むように、ヘッダ３２に
溶接される。ワイヤによってリードピンとチップ２９、
３０の電極が外部回路と接続されるようになっている。

【００１４】ヘッダの上にはさらに円筒形のレンズホル
ダ−３６がある。レンズホルダ−３６は中央の穴に集光
レンズ３７を有する。レンズホルダ−３６の上にはさら
に円錐形のハウジング３８が溶接される。ハウジング３
８にはフェルール３９とフェルールによって先端が固定
された光ファイバ４０が取り付けられる。半導体レ−ザ
２９、レンズ、光ファイバなどを調芯して、レンズホル
ダ−３６、ハウジング３８をそれぞれ固着する。レンズ
は集光性を高めてレ−ザと光ファイバの結合効率を高め
る。モニタ用フォトダイオードによって半導体レ−ザの
後方から出る光をモニタして、フィードバック回路によ
って駆動電流を制御する。これによって温度変動があっ
ても半導体レ−ザの出力を一定に保つことができる。

【００１５】半導体レ−ザにおいて、１．３μｍ光や
１．５５μｍ光を発光するには、基板にＩｎＰを、活性
層にＩｎＧａＡｓＰを用いる。ＩｎＧａＡｓＰの組成を
決めるパラメータは二つある。ＩｎＰ基板に整合する条
件と発光波長によってパラメータの値が決められる。

【００１６】本発明は半導体レ−ザの基本的な構造に係
るので半導体レ−ザの構造をより詳しく説明する。図７
は１．３μｍ光を発光するＬＤチップの概略模式図であ
る。ｎ型ＩｎＰ基板１０８の上にｎ型クラッド層１０
７、ＩｎＧａＡｓＰ１０６活性層、ｐ型ＩｎＰクラッド
層１０５、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０４などがエピ
タキシャル成長されている。ここでＩｎＧａＡｓＰと簡
単に書いているが実際には混晶比を与える二つのパラメ
ータｘ，ｙがあってＩｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ_1-y Ｐ_yと書く
事ができる。しかしここでは簡単のためにパラメータの
表記を省いている。ＩｎＧａＡｓＰキャップ層１０４の
上にはｐ電極１０３が設けられる。反対側のｎ−ＩｎＰ
基板１０８の底面には、ｎ電極１０９が蒸着されてい
る。

【００１７】幾つもの形態の半導体レ−ザがあって各層
の構造は様々である。例えば埋め込み型のばあいには活
性層１０６は狭いストライプ状になっていて、両側から
埋め込み層によって挟まれている。いずれの形態の場合
でも、１．３μｍ光を発光させるときは、１．３μｍ付
近に基礎吸収端を持つＩｎＰが用いられる。ｐ電極から
ｎ電極に向けてｐｎ接合を越えて電流を流すことによっ
て光が発生する。波長は活性層の基礎吸収端のバンドギ
ャップによって決まるので、この場合は１．３μｍ光が
生ずる。

【００１８】発光した１．３μｍ光は殆どが導波路とな
っている活性層に閉じこめられる。そしてチップの中を
長手方向に往復伝搬しながら誘導放出を引き起こしレ−
ザ発振を起こす。発振効率を高めるためにチップの端面
両側或いは片側に反射膜を形成するのが一般的である。
もともとＩｎＰは屈折率が高いので、チップの前端面
（光ファイバに対向する方の面）は何も付けなくても３
０％の反射率を持つ。であるから前端面は反射膜を形成
しない場合も多い。図７の例はそのようなものを示して
いる。後端面には反射膜１１０があるが前端面にはその
ようなものはない。

【００１９】後端面の反射膜１１０の反射率は８０％〜
９０％程度のものが採用される。後端面からレ−ザ光の
一部を取り出して、モニタ用のフォトダイオードによっ
てレ−ザ出力を監視する必要があるからである。反射膜
としては、ＳｉＯ₂ や、ＳｉＮ、ａ−Ｓｉ（アモルファ
スＳｉ）などが良く用いられる。このような反射膜の構
成は発光波長のみに注目して設計されている。つまり発
光波長の光は所定の反射率で反射するが、それ以外の光
に対しては別の反射率をもつ。

【００２０】本発明は、半導体レ−ザの構造だけでな
く、フォトダイオードの構造にも関する。それ故、従来
例に係る受光素子モジュールについても説明する。図８
は従来例に係る受光素子モジュールの断面図である。Ｐ
Ｄチップ４１が円盤状のヘッダ４２の上に固着されてい
る。ヘッダ４２は複数のリードピン４３を有する。レン
ズホルダ−４６が集光レンズ４７を保持している。ハウ
ジング４８がレンズホルダ−４６の上部に溶接してあ
る。ハウジング４８には光ファイバ５０の先端を固定し
たフェルール４９が差し込まれている。

【００２１】光ファイバ５０の先端は斜めに切断してあ
る。光ファイバ５０から出た光はレンズによって集光さ
れて受光素子４１に入射する。受光素子（ＰＤ）として
は、１．３μｍ光や１．５５μｍ光を受光するには、Ｉ
ｎＰを基板として、ＩｎＧａＡｓを受光層としたＰＤが
良く用いられる。先にも述べたように、本発明は受光素
子の構造に関係するところも多いので従来の受光素子の
構造についてさらに詳しく述べる。

【００２２】図９は従来例に係る半導体受光素子チップ
の断面図である。ｎ−ＩｎＰ基板５２の上に、ｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層５３、ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５４、ｎ−
ＩｎＰ窓層５５がエピタキシャル成長している。ｎ−Ｉ
ｎＰ窓層５５、ＩｎＧａＡｓ受光層５４の中央部は亜鉛
拡散領域５６になっている。このｐ−型領域の上にリン
グ状のｐ電極５７が作製されている。またｎ−ＩｎＰ基
板５２の上にｎ電極６１が形成される。ｐ電極５７によ
って囲まれる領域には反射防止膜５８が被覆してある。
またｐ電極５７の外側はパッシベ−ション膜５９によっ
て保護されている。反射防止膜５８のあるＩｎＰ窓層の
側より信号光が入射し、ＩｎＧａＡｓ光吸収層で吸収さ
れ電気信号に変換される。

【００２３】図１０はこのような受光素子の感度特性を
示すグラフである。横軸は波長（μｍ）であって、縦軸
は感度（Ａ／Ｗ）である。感度グラフは立ち上がり部
Ｐ、平坦部Ｑ、たち下がり部Ｒを含む。高い感度を示す
波長範囲はこの例では、１．０μｍ〜１．６μｍに渡っ
ている。高感度範囲は光吸収層の材料で決まる。この場
合は、ＩｎＧａＡｓ受光層５４の材料特性によって決ま
る。このように広い感度特性を持つフォトダイオードが
従来の受光素子モジュールに使われてきた。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】従来の波長分波器、半
導体発光素子、受光素子を組み合わせた光送受信モジュ
ールは３つの主要部品からなっている。３つの部品を持
つので、大型になるし、価格も高くなる。また分波器
や、光ファイバの結合部分などで光の損失が出るので長
距離通信には使い難いという難点があった。そのために
一般家庭への光送受信モジュールの普及が困難であると
いう問題があった。

【００２５】部品点数がより少なく、小型で低価額な光
送受信モジュールを提供することが本発明の第１の目的
である。光の損失の少ない光送受信モジュールを提供す
ることが本発明の第２の目的である。光加入者系の実用
化に大きく寄与することのできる光送受信モジュールを
提供することが本発明の第３の目的である。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明の光送受信モジュ
ールは、二つの波長の光λ₁ ＜λ₂ を使う光送受信モジ
ュールにおいて、ファイバに近い方から見て、前方にλ
₁ の光を発するレ−ザを、後方にλ₂ の光を感受する受
光素子を同一光軸上に設けるようにしたものである。さ
らに光ファイバとレ−ザの間に集光レンズを入れる事に
しても良い。或いはレ−ザの光量をモニタするためのフ
ォトダイオードをレ−ザのすぐ後に設置しても良い。

【００２７】

【発明の実施の形態】なぜ従来の光送受信モジュールが
大きく、高価になるのか？本発明者はその原因について
様々に考えた。従来のものは必ず波長を選択するために
光路を分離するが、ここに原因があると考えるに至っ
た。従来の物は光路分離のために波長分波器が不可欠で
あるが、これが問題である。波長分波器自体大型であっ
て高価な素子であるという事もある。しかも現在のとこ
ろ利用し得る波長分波器は、何れも消光比が不十分であ
って、不要な波長の光が混入することを防ぐことができ
ない。１．３μｍ光用の光路に１．５５μｍ光が一部混
ざってしまうとこれによって混信が起こりテレビの画質
が低下したり電話、ファクシミリなどにクロストークが
起こる。

【００２８】そこで本発明者は全く逆に、光路を分けず
に２つ以上の波長の異なる信号を送受信できないか？と
発想の転換を図った。その結果、発光素子、受光素子に
ある工夫をすることによって、光を直進させたまま、異
なる２つ以上の波長の信号を送受信できる事に思い至っ
た。それは、第１の波長帯のλ₁ の光を発光させ、第２
の波長帯のλ₂ の光を透過するＬＤを光ファイバの端面
の前方に配置し、その後方にλ₂ の光を受光するＰＤを
配置した構造である。光が進行する一直線上に発光素子
と受光素子を配置するという誠に斬新な構成である。こ
れは半導体のバンドギャップによる波長選択性を巧妙に
利用した類例のないモジュールである。

【００２９】結晶は、電子の伝導に関して、伝導帯、禁
制帯、価電子帯などのバンドを持っている。禁制帯の幅
をバンドギャップＥｇという。バンドギャップがある程
度の広がりを持ち、フェルミ面がバンドギャップ中にあ
るものを半導体という。光を吸収すると（光子一つを吸
収すると）、価電子帯の電子が、伝導帯に励起される。
光子のエネルギーはｈνによって与えられる。これはｈ
ｃ／λとも書ける。バンドギャップより小さいエネルギ
ーの光子が入ってきても、伝導帯まで電子をたたき上げ
る事ができない。だからこのようなエネルギーの光（ｈ
ν＜Ｅｇ）は吸収されない。バンドギャップに対応する
波長（ｈｃ／Ｅｇ）より長い波長の光に対してその半導
体は透明である。

【００３０】逆にバンドギャップより高いエネルギーの
光（ｈν＞Ｅｇ）は半導体の内部で吸収される。十分な
厚さがあればそのような光は全て吸収される。だから境
界になるλｇ＝ｈｃ／Ｅｇを半導体の基礎吸収端、或い
は単に吸収端ということもある。従来の受光素子の感度
特性は図１０に示したようにかなり広い範囲に感度をも
つ。高い方の限界Ｒが、受光層５４のバンドギャップＥ
ｇｑによって決まる。低い方の限界Ｐは窓層５５のバン
ドギャップＥｇｗによって決まる。Ｅｇｗより短い波長
の光は窓層によって吸収される。つまりＥｇｑ＜ｈν＜
Ｅｇｗの光だけがフォトダイオードによって感受され
る。

【００３１】これは受光素子の場合である。発光素子の
場合は少し事情が違う。発光素子は活性層のバンドギャ
ップによって発光波長が決まってしまう。発光ダイオー
ドの場合は、バンドギャップの近傍のエネルギーで、あ
る程度の波長の広がりを持って発光する。レ−ザの場合
は誘導放出と、共振器による反射条件から発光波長がよ
り狭い範囲に局限され、しかも離散的になる。

【００３２】しかし受光素子と違って、発光素子に他の
発光体からの光を通すというような事はまず行われな
い。しかし、もしも発光素子に外部から光を入れるとし
ても、やはり半導体層のバンドギャップより短い波長の
光は吸収される。バンドギャップより長い波長の光は透
過する。本発明は発光素子に外部から光をとおし、選択
吸収、選択透過させる。これが優れて斬新である。半導
体レ−ザの場合は面と平行に光を通す。しかも光の経路
を同一にするために光は活性層に通す。すると活性層に
よる光の波長選択が行われる。活性層のバンドギャップ
より高いエネルギーの光は全て吸収され、低いエネルギ
ーの光は透過する。

【００３３】半導体レ−ザの吸収端波長をλａとする
（λａ＝ｈｃ／Ｅｇａ）。Ｅｇａはここで活性層の吸収
端である。すると二つの波長λ₁ 、λ₂ の光を用いて信
号を送受信する場合、λ₁ ≦λａ＜λ₂ とするようにす
れば、レ−ザはλ₁ の光を吸収し、λ₂ の光を透過する
ようにできる。しかしレ−ザ内部を光が通るようにし、
レ−ザから光を発するので、λ₁ ＝λａになってしま
う。であるからλ₁ を発する半導体レ−ザを光軸上に置
き、より長い波長の光λ₂ に感じる受光素子をレ−ザの
背後の光軸上に置く事によって、λ₁ による送信と、λ
₂ による受信を行うモジュールを製作する事ができる。

【００３４】このような発想から本発明がなされた。本
発明の光送受信モジュールは、二つの波長の光λ₁ ＜λ
₂ を使う光送受信モジュールにおいて、前方にλ₁ の光
を発するレ−ザを、後方にλ₂ の光を感受する受光素子
を同一光軸上に設けるようにしたものである。この他
に、集光レンズを光ファイバとレ−ザの間に設けても良
い。また半導体レ−ザの光量をモニタするフォトダイオ
ードを半導体レ−ザと受光素子の間に設けることもでき
る。光ファイバを支持したレセプタクルと、レーザとフ
ォトダイオードを一直線上に配置したモジュールとを着
脱自在に結合するようにしてもよい。

【００３５】

【実施例】

［実施例（λ₁ レ−ザ＋λ₂ フォトダイオード）］図
１１によって本発明の最も基本的な実施例を示す。簡単
のためチップの内部構造は簡略化されている。光ファイ
バの端面に対向するようにλ₁ のレ−ザを設け、さらに
λ₂ のフォトダイオードを設けている。

【００３６】加入者側では、λ₁ の光によって信号を局
側へ送信する。そこで、λ₂ を受信光、λ₁ を送信光を
呼ぶことにする。光ファイバ６２はコア６３とクラッド
よりなる。局側からλ₂ の光が送られ、加入者系におい
て受信される。光ファイバの端面に近接して、λ₁ の光
を発する半導体レ−ザ７０が設けられている。半導体レ
−ザ７０は構造を簡略化して書いてあるが、ＩｎＰ基
板、ＩｎＰクラッド層などの層７１、活性層（発光部）
７２、ＩｎＰクラッド（キャップ層を含む）層７３など
のエピタキシャル層を持つ。上方にはｐ電極７５、下方
底面にはｎ電極７４が設けられている。ｐ電極からｎ電
極に向かって電流を注入すると、λ₁ の光が誘導放出さ
れる。この活性層は、λ₂ に対して透明の材料よりな
る。だから光ファイバから送られてきた受信光λ₂ は活
性層を無損失で通り抜けることができる。

【００３７】半導体レ−ザ７０の後方には、λ₂ を受信
する受光素子８５が設けられる。これも内部構造を簡略
化して描いてあるが、ＩｎＰ基板８６（バッファ層を含
む）、ＩｎＧａＡｓ受光層８７、環状のｐ電極８８、ｎ
電極８９などを含んでいる。レ−ザ７０の背後面にはλ
₁ を完全に反射するような反射膜を設けておく。レ−ザ
はλ₁ の光を発するが後端面からは出ないので、受光素
子にはλ₂ のみが到達する。λ₁ ＜λ₂ とすることによ
ってこのような配置が可能となる。

【００３８】レ−ザがλ₁ の光を発するという事は活性
層（発光部）の吸収端波長がλ₁ だということである。
それより波長の長いλ₂ は活性層を無損失で透過でき
る。レ−ザの活性媒質を他の光の窓に利用するというよ
うな思想はこれまでになかった。本発明は初めてそのよ
うな複合的な利用の可能性を提案する。

【００３９】より具体的に述べる。λ₁ が１．３μｍ、
λ₂ が１．５５μｍであるとする。この場合、半導体レ
−ザは基板をＩｎＰとし、ＩｎＧａＡｓＰを発光層とす
るものになる。活性層（発光層）は吸収端波長が１．３
μｍである。これは１．５５μｍ光を透過する。これま
で誰も気づかなかったが、この組成からなるレ−ザは
１．５５μｍに対しては窓となり得るのである。１．５
５μｍを吸収しないからである。しかも、ＩｎＧａＡｓ
Ｐの活性層は、１．３μｍに対して光導波路として機能
し得る。つまり活性層の内部に閉じ込め発散しないよう
にする。ために、光ファイバから出た１．５５μｍは、
レ−ザの前端面から入り、活性層を伝搬して後端面から
出てゆく。

【００４０】レ−ザから後方に出た光は少し広がる。受
信用のフォトダイオードは通常１００μｍ〜２００μｍ
の受光径を有する。だからレ−ザ後方から出た光は殆ど
全部フォトダイオードに入射する。従って、このように
１．３μｍＬＤと、１．５５μｍＰＤを順に並べること
によって、１．３μｍによって信号を伝送し、１．５５
μｍによって信号を受信するモジュールを、波長分波器
なしで作製することができる。

【００４１】但しこのような配置にした場合、レ−ザの
１．３μｍ光が、フォトダイオードに入射しないように
する必要がある。そのために、レ−ザの後端面に１．３
μｍを反射し、１．５５μｍを通す選択性ある反射膜を
形成する。このような反射膜は１．３μｍレ−ザにおい
て、従来後端面には、１．３μｍに対して８０％〜９０
％の反射率を有する膜を被覆していた。これは屈折率の
異なる２種類以上の誘電体膜を繰り返し積層したもので
ある。層の数を増やすことによって１．３μｍを１００
％反射し、１．５５μｍを通すようにできる。選択性は
誘電体膜の厚み、屈折率によって与えられる。

【００４２】このような構成はλ₁ 、λ₂ （λ₁ ＜λ
₂ ）が何れであっても可能である。例えば１．３μｍ／
１．４６μｍ、１．４６μｍ／１．５５μｍなどの組み
合わせにも応用できる。実施例１に示したものは基本的
な構成である。双方向通信の性能をさらに高めるために
様々のバリエーションが可能である。

【００４３】［実施例（λ₁ レ−ザ＋レンズ＋λ₂ フ
ォトダイオード）］図１２に第２の実施例を示す。光フ
ァイバ６２と、半導体レ−ザ７０の間に、集光レンズ７
７を介挿している。これによって半導体レ−ザの１．３
μｍを集光して効率よく光ファイバコア６３に入射する
ようにしている。また反対に、光ファイバからの１．５
５μｍ光を活性層に効率よく導き、レ−ザ内を低損失で
通り抜ける事ができるようになる。受信光に対する感度
を高め、送信光強度を増すことができる。レンズを入れ
た以外の構成は図１１と同じである。

【００４４】［実施例（λ₁ レ−ザ＋λ₁ モニタフォ
トダイオード＋λ₂ フォトダイオード）］レ−ザダイオ
ードには、温度変動などに対して安定した出力を与える
ためにモニタ用のフォトダイオードを設ける事が多い。
例えば図６に示すようにレ−ザの背後にフォトダイオー
ドを設ける。後面からレ−ザ光の一部を取り出し、フォ
トダイオードによって受信する。光量が変動すると受光
素子によって検知し、駆動電流を反対方向に増減して光
量を一定に保持する。このようなフィードバックによる
駆動は良く知られたことである。

【００４５】本発明のモジュールにもこのような光量安
定化のためのフォトダイオードを設けたいものである。
しかしながらそのままではできない。なぜならモニタ用
のフォトダイオードをレ−ザの後ろに置く事によって光
が遮断されて、λ₂ 検出のためのフォトダイオードに光
が入らなくなるからである。図９に従来例に係る受光素
子の構造を示した。上面から光（λ₁ ＋λ₂ ）を入れた
とする。底面にある広いｎ電極のために、全く光が出て
こないようになる。

【００４６】これは単に構造的なものである。もしもＩ
ｎＰ基板の全面を覆うのではなくて、中央部が開口した
環状のｎ電極とすることによって、光を底面から取り出
せるように思える。しかしそうではない。そのように単
純な問題ではない。従来のモニタ用フォトダイオード
は、１．３μｍにも１．５５μｍにも感度を有する。図
１０に示した通りである。たとえ環状のｎ電極を底面に
形成し、光が透過するようにしたとしても、信号光であ
る１．５５μｍによる光電流と、レ−ザによる１．３μ
ｍの光電流が混ざるから、レ−ザの出力を正しく検出で
きない。また信号光の大部分を吸収してしまうという問
題がある。従来から用いられているフォトダイオードを
電極形状を改変することにより使えるというものではな
い。

【００４７】しかしモニタ用受光素子をレ−ザの後ろに
設けるのが不可能であるわけではない。それには二つの
工夫が必要になる。一つは受光素子のｎ電極を環状にす
ることである。もう一つは受光素子の各層が信号光λ₂
に関して透明であることである。つまり、各層の吸収端
波長が、λ₂ よりも小さくなるようにすれば良い。

【００４８】図１３にそのような受光素子の断面図を示
す。ｎーＩｎＰ基板９２に、ｎーＩｎＰバッファ層９
３、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ受光層９４、ｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ窓層９５がエピタキシャル成長されている。窓層９５
と受光層９４の中央部にはｐ型領域（亜鉛拡散領域）９
６が形成される。その上に環状のｐ電極９７が蒸着され
る。環状ｐ電極９７によって囲まれる中央部には入射光
に対して透明の反射防止膜９８を被覆する。ｐ電極９７
の外側には、パッシベーション膜９９を被覆する。さら
にｎ−ＩｎＰ基板９２の裏面に環状のｎ電極１０１を形
成する。中央部は開口になっている。これを反射防止膜
１０２が覆っている。

【００４９】ｎ電極が底面全面を覆うのではなく、外周
部のみを覆う環状になっている。さらに窓層がＩｎＧａ
ＡｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）になっている。従来の素
子のように窓層をＩｎＰ（λｇ＝０．９２μｍ）とする
のではない。窓層はその吸収端波長よりも短い波長の光
を遮断する作用がある。これは１．１５μｍよりも長い
波長の光のみを通すためのものである。透過できる光の
波長の下限を引き上げて透過光の波長範囲を狭くしてい
る。１．３μｍも１．５５μｍも通すことができるが、
１．１５μｍ以下のものは遮断する。

【００５０】もう一つの特徴は、受光層がＩｎＧａＡｓ
（λｇ＝１．６７μｍ）ではなくて、四元混晶のＩｎＧ
ａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）になっている事であ
る。受光層の吸収端波長が１．４２μｍであるから、こ
れより短い１．３μｍを感受できる。しかしこれより長
い１．５５μｍは感受しない。それだけでなく、１．５
５μｍはそのまま無損失で透過してしまう。これは重要
なことである。このようなフォトダイオードを１．３μ
ｍ発光半導体レ−ザの後ろに置く事によって、１．３μ
ｍ光のみを感受し、１．５５μｍをそのまま透過させる
波長選択受光素子とすることができる。１．３μｍは全
て吸収されるから、最終段の受光素子では、１．５５μ
ｍしか入らない。１．３μｍの混在によるクロストーク
の問題は回避できる。

【００５１】このような波長選択性のあるフォトダイオ
ードは、受光層（吸収層）の吸収端波長を、１．３μｍ
と１．５５μｍの中間の値にする必要がある。従来の三
元混晶ＩｎＧａＡｓでは無理である。これはパラメータ
を一つしか持たない。ＩｎＰ基板との整合性によってパ
ラメータを使ってしまうので、結局λｇ＝１．６７μｍ
のものしかできない。これは１．５５μｍよりも長いの
で、所望の波長選択性を実現する事ができない。四元混
晶Ｉｎ_1-x Ｇａ_xＡｓ_1-y Ｐ_y にすると、ＩｎＰ基板と
の格子整合条件をいれても自由パラメータがなお一つ残
る。そこで自由にバンドギャップを与える事ができる。
この実施例では、λｇ＝１．４２μｍのものを選んでい
る。これは１．３μｍと１．５５μｍの丁度中間値であ
るが、これに限らず１．３μｍより大きく１．５５μｍ
より小さい値であれば良い。

【００５２】ＩｎＧａＡｓＰ混晶の組成と、バンドギャ
ップに関しては、例えば、今井哲二他「化合物半導体デ
バイス（Ｉ）」株式会社工業調査会発行１９８４年ｐ５
６，ｐ８７に記載がある。λｇ＝１．４２μｍの場合、
ｘ＝０．３４、ｙ＝０．２４である。つまりＩｎ_0.66Ｇ
ａ_0.34Ａｓ_0.76Ｐ_0.27が具体的な組成である。このよう
にレ−ザ出力をモニタするフォトダイオードの構造自体
新規である。

【００５３】このフォトダイオードを作製するには、次
のようにする。厚さ３５０μｍのＩｎＰ基板に、厚さ
２．５μｍのＩｎＰバッファ層、厚さ４．５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）の受光層（吸収
層）、厚さ１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１
５μｍ）窓層を液相エピタキシャル成長法によって成長
させた。図１４はこのエピタキシャルウエハの透過率の
波長依存性を示すグラフである。横軸は波長、縦軸は透
過率（相対％）である。１．４２μｍを境に、それより
長い波長の光は全て通し、それより短い波長の光は全部
吸収するようになっている。このエピタキシャルウエハ
に、マスクをつけ、マスクを通して亜鉛（Ｚｎ）を熱拡
散し、ｐｎ接合を作製した。さらにフォトリソグラフィ
によって、パッシベーション膜、反射防止膜、環状ｐ電
極、環状ｎ電極などを形成した。こうして図１３に示し
たようなフォトダイオードを得る事ができる。

【００５４】既に説明したように、ｎ電極は、光が通る
ように中央部は広い開口になっており、円環状に形成し
てある。またこの開口部には、１．５５μｍに対する反
射防止膜（ＳｉＯＮ）１０２を形成した。反対側の反射
防止膜９８は、１．３μｍ、１．５５μｍの両方に対し
て反射防止作用がある。１．５５μｍに対する反射防止
膜の存在は、後段に置かれる１．５５μｍ用の受光素子
に入る光量が減衰するのを防ぐのに有用である。

【００５５】このようなウエハプロセスの後、チップ毎
に分離しパッケージに実装する。こうしてできたフォト
ダイオードに電圧５Ｖを印加し感度特性を測定した。そ
の結果を図１５に示す。横軸が波長、縦軸が感度（Ａ／
Ｗ）である。図１０の従来の物に比べて、感度範囲が狭
くなっている事が分かる。１．２μｍの近傍（Ｓ）で感
度が立ち上がる。１．２μｍ程度以下では感度がない。
これは窓層の吸収による。１．４μｍ程度（Ｕ）におい
て立ち下がる。

【００５６】これは受光層の吸収端が１．４２μｍだか
らである。感度のある部分は１．２μｍ〜１．４μｍの
極めて狭い範囲になる。つまりこのフォトダイオード
は、１．３μｍには感度があるが、１．５５μｍには感
じないということである。のみならず、１．３μｍは完
全に吸収されてしまう。だから裏面のｎ電極を抜けてで
る光は１．５５μｍだけである。このような狭い範囲だ
けに感受性があるのでこのフォトダイオードをここでは
波長選択性フォトダイオードと呼ぶ。

【００５７】ここでは液相エピタキシャルによってエピ
タキシャルウエハを作製している。しかしそれに限らな
い。エピタキシャルウエハの製造方法は任意である。ク
ロライドＶＰＥ法やＭＢＥ法によってもエピタキシャル
ウエハを作る事ができる。

【００５８】このようなフォトダイオードと先述のレ−
ザ及び１．５５μｍ用のフォトダイオードを組み合わせ
て、図１６のような光送受信モジュールを作製できる。
図１６において、光ファイバの出力端から、一直線上に
レンズ７８、１．３μｍレ−ザ７０、１．３μｍ波長選
択フォトダイオード６４、１．５５μｍフォトダイオー
ド８５が順に並んでいる。レ−ザは１．３μｍの信号を
発する。一部背面にでる光は背後のモニタ用フォトダイ
オード６４によって出力が監視される。信号光は前方に
でて集光レンズ７８によって集光され光ファイバに入
る。

【００５９】光ファイバからでた１．５５μｍ光は、レ
ンズで絞られ、レ−ザ７０、受光素子６４を素通りし、
１．５５μｍフォトダイオード８５に入る。ここで局側
から送られてきた光信号を電気信号に変換する。これ
は、レ−ザによって１．３μｍ信号を送信し、局から送
られた１．３μｍをフォトダイオード８５によって受信
するという点で、図１１、１２と共通する。特別な波長
選択フォトダイオードによってレ−ザ光のモニタもでき
るようにしている。

【００６０】［実施例（レンズ＋レ−ザ＋フォトダイ
オード＋レンズフォトダイオード）図１７には、さらに
１．５５μｍ光を集光させるためのレンズ８０を追加し
たものを示す。このようにすると、ＬＤ７０から、１．
５５μｍフォトダイオードの間が多少離れていても、十
分にフォトダイオード８５に１．５５μｍ光を集光でき
る。光学系の設計がより自由になる。

【００６１】［実施例（半導体レ−ザ自体のの改
良）］以上に説明した物は何れも、本発明のモジュール
の改良である。さらにモジュールの性能を高めるための
レ−ザ自体の改良に付いて述べる。

【００６２】通常の半導体レ−ザは、低い閾値電流を得
つつ、前端面から効率よく光を発し、後端面にはより少
なく光を発するように前端面と後端面に反射膜が形成さ
れる。これは発振波長に対する反射膜である。もともと
ＩｎＰの屈折率は３．５であって高いので、空気との境
界における反射率も高い。反射膜がなくても空気との間
の反射率は３０％にもなる。それで前端面には反射膜を
形成しない事もある。しかし後端面は８０〜９０％の反
射膜を設けるのが普通である。

【００６３】もしも本発明のモジュールに利用されるべ
き半導体レ−ザにおいても、前端面後端面に反射膜を設
けると、１．５５μｍ光の透過の妨げになる。従来から
用いられる反射膜は波長による反射率の変動が少なく、
全ての波長の光を反射してしまうからである。そのよう
な反射膜を持つ半導体レ−ザを利用すると、最後部にあ
る１．５５μｍ用受光素子に到達する１．５５μｍ光量
が著しく弱くなってしまう。

【００６４】しかし高速長距離の光通信では、光の損失
は少しでも少ない方がよい。さらに１．３μｍを反射す
るということと、１．５５μｍは透過するということは
必ずしも矛盾するものではない。そういうことに気づい
た。本発明者は、レ−ザの両端面に、１．３μｍには所
定の反射率を持ち、１．５５μｍは殆ど透過するような
膜を設けることに思い至った。つまり１．３μｍには反
射膜、１．５５μｍには反射防止膜として機能するよう
な膜を、レ−ザの両端面に設けるのである。そのような
膜が存在するのか？誘電体膜の屈折率、厚みを適当に設
計する事によってそのような膜を製作する事ができると
いう事が分かった。

【００６５】このような多層膜は、現在の蒸着法や、Ｃ
ＶＤ法の技術によって作製できる。一例を述べる。レ−
ザの前端面には、チップに付着する側から順に、 ＳｉＯ₂ ：６０６ｎｍ／ａ−Ｓｉ：２４ｎｍ／ＳｉＯ
₂ ：２１７ｎｍ という構成にする。これはプラズマＣＶＤ法によって作
製できる。この膜は、１．３μｍに対しては、３０％の
反射率になり、１．５５μｍに対しては０．５％の低反
射率になる。レ−ザの後端面には、チップ端面に付着す
る側から順に ＳｉＯ₂ ：２２０ｎｍ／ａ−Ｓｉ：５６ｎｍ／ＳｉＯ
₂ ：１０３ｎｍ／ａ−Ｓｉ：８４ｎｍ／ＳｉＯ₂ ：４７
０ｎｍ、 をプラズマＣＶＤ法によって形成する。

【００６６】これは１．３μｍに対しては８０％の反射
率を持ち、１．５５μｍに対しては０．５％の反射率で
ある。これらの膜は本発明のモジュールに使われる半導
体レ−ザの反射膜として最適である。もっとも薄膜の材
料、膜厚などにつては、これ以外にもいくつもの組み合
わせがある。このような多層膜を端面に形成したレ−ザ
を用いる事によって、より安定なＬＤ送信動作、より高
感度の受信動作を実現することができる。

【００６７】図１８はそのような半導体レ−ザの中央断
面図である。上面から順に、ｐ電極１１３、ＩｎＧａＡ
ｓＰキャップ層１１４、Ｐ−ＩｎＰクラッド層１１５、
ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１６、ｎ−ＩｎＰクラッド層１
１７、ｎ−ＩｎＰ基板１１８、ｎ電極１１９よりなる。
もちろん活性層、クラッド層などの両側には埋め込み層
などがあるが、この図には現れない。後端面には、１．
３μｍ反射１．５５μｍ透過膜１２０が設けられる。前
端面には同様に１．３μｍ反射１．５５μｍ透過膜１２
１が形成される。

【００６８】［実施例（箱型パッケージに収納した
物）］本発明の光送受信モジュールを箱型のパッケージ
に実装した実施例を図１９、図２０によって説明する。
コバールの箱型のパッケージに、図１３に示した１．３
μｍ選択受光素子６４と、図１８に示したレ−ザチップ
１２５と、１．５５μｍ受光素子８５を収容した物であ
る。

【００６９】パッケージ１２６、キャップ１２７はコバ
ールよりなる。内部にサブマウント１２８が固定され
る。サブマウント１２８には切り欠きや段差があり、部
分的にメタライズがなされている。パッケージには、適
数のピン１３１、１３２、…が設けられる。サブマウン
トの最前にはレンズ１３０が三角形の切り欠き１６４に
固定される。レンズ１３０の後ろには、レ−ザチップ１
２５がメタライズ１２９の上に固定される。さらにその
後に、１．３μｍのみに感じる波長選択性フォトダイオ
ード６４がレ−ザのモニタとしてメタライズ１６６の上
に設けられる。

【００７０】さらにその後方には、１．５５μｍ受信Ｐ
Ｄ８５がメタライズ１６７の上に固定される。光ファイ
バ１３８が、パッケージの前方の通し穴１３７に固定さ
れる。光ファイバは局側からの１．５５μｍ光を伝送し
てくる。これはレンズ１３０によって集光され半導体レ
−ザ１２５の活性層を通り抜け、モニタＰＤ６４も通り
抜ける。これが最後端の１．５５μｍフォトダイオード
８５によって感受される。

【００７１】一方、レ−ザ１２５から出た１．３μｍ光
は、レンズによって集光され光ファイバに入り、局側へ
と伝送される。レ−ザ光強度はモニタＰＤ６４によって
検知される。

【００７２】ここでは１．３μｍＬＤとして３００μｍ
×４００μｍのチップを１．３μｍＰＤとして５００μ
ｍ×５００μｍのチップと、１．５５μｍＰＤとして５
００μｍ×５００μｍのチップを用いている。１．３μ
ｍＰＤの受光径は、３００μｍ、１．５５μｍＰＤの受
光径は２００μｍである。サブマウントは窒化アルミ製
である。サブマウントは先述のようにレンズの為の切り
欠き、１．３μｍＬＤ、１．３μｍＰＤ、１．５５μｍ
ＰＤを取り付けるためのメタライズ、溝などを有する。
１．５５μｍが１．３μｍＰＤによって遮られないよう
に、１．３μｍＰＤの受光径（３００μｍ）を、１．５
５μｍＰＤの受光径（２００μｍ）よりも大きくしてい
る。

【００７３】サブマウント１２８にこれらのチップ１２
５、６４、８５を全て半田付けする。例えばＡｕ−Ｓ
ｎ、Ｓｎ−Ｐｂ半田を用いる。レンズはエポキシ樹脂に
よってサブマウントに接着する。さらにサブマウントを
パッケージの内側に半田によって固定する。次に、各チ
ップの電極パッドと、メタライズあるは、メタライズと
リードピンを、直径３０μｍの金線によってワイヤボン
デイングする。

【００７４】さらに、光ファイバとパッケージの接触部
を少し緩めにしておき、レ−ザチップ１２５を発光させ
る。光ファイバの他端で１．３μｍ光強度を観測し、結
合効率が最適になる位置で光ファイバをエポキシ系の樹
脂によってパッケージに対して固定する。その後、乾燥
した窒素雰囲気でパッケージにキャップをして密封す
る。これは例えばシームシール法による。

【００７５】この実施例では、ＬＤチップの後方に、
１．３μｍ選択モニタＰＤを、さらに後方に１．５５μ
ｍＰＤを配置することによって、１．５５μｍ光が、Ｌ
Ｄ、１．３μｍＰＤを透過し、後方の１．５５μｍＰＤ
に到達するようにできる。つまり全ての素子を直線上に
配置できる。

【００７６】その効果を確認するために、１．３μｍＬ
Ｄを発光させ、光ファイバとの結合効率を測定した。レ
−ザの前端面後端面に１．５５μｍ透過膜のない場合と
ほぼ同じ程度の結合パワーを光ファイバに入れる事がで
きた。反対に、光ファイバから１．５５μｍを出射し、
ＰＤによってこれを検知した。ＬＤ、１．３μｍＰＤが
ない場合とほぼ同じ感度を得る事ができた。つまり、Ｐ
ＤとＬＤがそれぞれ独立に動作するという事が確認され
た。

【００７７】この実施例の利点を述べる。パッケージが
箱型であるから、プリント基板に容易に実装できる。パ
ッケージの形状を大きくする事によって、パッケージ内
にレ−ザの駆動回路や、フォトダイオードの光電流の増
幅回路なども収容する事ができる。信号処理回路も含め
て全体を小型化することができる。

【００７８】以上に述べた全ての実施例において、ＰＤ
とＬＤは独立に動作し、個別に作製され波長分波器によ
って結合された従来のモジュール以上の性能を発揮す
る。本発明はこれらの実施例によって限定されるもので
はない。パッケージ、レンズ、キャップなどの形状は任
意である。二つの波長の組み合わせについても、例に述
べた、１．３μｍ／１．５５μｍの組み合わせに限らな
い。

【００７９】任意の組み合わせに適用できる。例えば、
１．４６μｍ／１．５５μｍ、０．９μｍ／１．３μｍ
などの組み合わせなども有力な候補である。何れにおい
ても、ＬＤの発光領域（λ₁ ）と、ＰＤの感度領域（λ
₂ ）が重ならないようにして、ＬＤの光をＰＤが感受せ
ず、λ₂ がレ−ザを透過するようにすれば本発明のモジ
ュールを作製し得る。光ファイバとレ−ザの結合は、以
上の例で説明した他に、光コネクタ（レセプタクル）を
用いるものであっても良い。

【００８０】

【発明の効果】本発明は、λ₁ を発光しλ₂ を透過する
レ−ザを光ファイバの出射端面近くに設け、その後方に
λ₂ の光を受信するＰＤを配置する。光は分岐する事な
く、直線上を伝搬する。波長分波器は不要である。従来
３個の主要部品（分波器、ＬＤモジュール、ＰＤモジュ
ール）を必要としていた光送受信モジュールが、わずか
１個の光送受信モジュールによって構成することができ
る。

【００８１】図２１に本発明の光送受信モジュールの使
用形態を略示する。波長分波器がなく、２系統にもなら
ない。小型化でき、部品点数が少なくなる。製造工数も
少ないので低価格化が可能になる。波長分波器がないの
で、波長分波器による損失がない。ファイバの接続点が
ないのでファイバ接続による損失もない。性能の優れた
光送受信モジュールを提供する事ができる。

【００８２】以上に述べたものは、二つの波長の光のみ
を利用する光通信系であって、発光素子、受光素子を一
直線上に配置して波長分波器を省いたものである。しか
し本発明の線形構造はより多くの波長λ₁ ＜λ₂ ＜λ₃
…＜λ_n のものにも適用できる。λ₁ を発する半導体レ
−ザ、λ₂ 、λ₂ 、λ₃ 、…、λ_n を選択的に受光する
受光素子をこの順に一直線上に並べて配置して、λ_j の
光はレ−ザと、λ_j-1までの受光素子によって吸収され
ず、λ_j のフォトダイオードによって初めて吸収され感
知されるようにする。つまりフォトダイオードの感度領
域を極めて狭くして、選択性を与える。

【００８３】光ファイバから送られたλ₂ 〜λ_n の信号
をそれぞれの専用のフォトダイオードによって検出する
ようにできる。ｎ個の波長の異なる光を分離し統合する
ためにはすくなくともｎ−１個の波長分波器が必要であ
る。しかも波長分波器は１：（ｎー１）のような複数波
長の分離を完全に行うことはできないから、信号の混合
を完全に防ぐのは難しい。本発明は半導体の吸収端によ
る波長選択性を利用するから、波長分波器のような不完
全分離、混信の問題を解決できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】波長多重双方向光通信を説明する概略図。

【図２】光ファイバまたは光導波路を用いた波長分波器
であって同方向の２入力から異なる波長λ₁ 、λ₂ を入
れると２出力の内の一つからλ₁ ＋λ₂ が出力される事
を示す概略構成図。

【図３】光ファイバまたは光導波路を用いた波長分波器
であって対向する２入力から異なる波長λ₁ 、λ₂ を入
れると他の端部からλ₂ が出力され、λ₂ の入力端にλ
₁ が出力されることを示す概略構成図。

【図４】ガラスブロックを使った波長分波器の構成図。

【図５】従来例に係る、光加入者系通信において、加入
者側の光送受信モジュールの構成例図。

【図６】従来例に係る半導体発光素子モジュールの断面
図。

【図７】従来例に係るＬＤチップの中央縦断面図。

【図８】従来例に係る半導体受光素子モジュールの縦断
面図。

【図９】従来例に係るフォトダイオードチップの縦断面
図。

【図１０】従来例に係るフォトダイオードチップの波長
感度特性グラフ。

【図１１】光ファイバ、λ₁ 用半導体レ−ザ、λ₂ 用受
光素子を一直線上に並べてなる本発明の第１実施例に係
る光送受信モジュールの概略構成図。

【図１２】光ファイバ、集光レンズ、λ₁ 用半導体レ−
ザ、λ₂ 用受光素子を一直線上に並べてなる本発明の第
２実施例に係る光送受信モジュールの概略構成図。

【図１３】本発明の光送受信モジュールにおいて、半導
体レ−ザの後背部に設けられ１．５５μｍを通しつつ、
１．３μｍ用半導体レ−ザの光量をモニタするために用
いる波長選択フォトダイオードチップの概略断面図。

【図１４】本発明において、１．５５μｍを透過し、
１．３μｍ発光半導体レ−ザの出力をモニタするフォト
ダイオードを作製する際の出発材料となるエピタキシャ
ルウエハの波長透過率特性グラフ。

【図１５】本発明において用いる、１．３μｍ選択性フ
ォトダイオードの波長感度特性グラフ。

【図１６】光ファイバ、集光レンズ、λ₁ 用半導体レ−
ザ、λ₁ 用受光素子、λ₂ 用受光素子を一直線上に並べ
てなる本発明の第３の実施例に係る光送受信モジュール
の概略構成図。

【図１７】光ファイバ、集光レンズ、λ₁ 用半導体レ−
ザ、λ₁ 用受光素子、集光レンズ、λ₂ 用受光素子を一
直線上に並べてなる本発明の第４の実施例に係る光送受
信モジュールの概略構成図。

【図１８】本発明において用いる１．３μｍ半導体レ−
ザの中央縦断面図。

【図１９】光ファイバ、集光レンズ、λ₁ 用半導体レ−
ザ、λ₁ 用受光素子、λ₂ 用受光素子を一直線上に並べ
て箱型パッケージに収納してなる本発明の第６の実施例
に係る光送受信モジュールの横断平面図。

【図２０】光ファイバ、集光レンズ、λ₁ 用半導体レ−
ザ、λ₁ 用受光素子、λ₂ 用受光素子を一直線上に並べ
て箱型パッケージに収納してなる本発明の第６の実施例
に係る光送受信モジュールの縦断側面図。

【図２１】本発明の光送受信モジュールを用いた加入者
側の構成略図。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ 波長分波器 ３ 光ファイバ ４ 波長分波器 ５ 光ファイバ ８ 光ファイバ ９ 光ファイバ １０ 近接部 １３ ガラスブロック １４ ガラスブロック １５ 多層膜ミラー １６ 光ファイバ １７ 光コネクタ １８ 光ファイバ ２１ 光ファイバＷＤＭ ２２ 光コネクタ ２３ 光コネクタ ２５ 半導体レ−ザモジュール ２７ 受光素子モジュール ２８ 半導体レ−ザモジュール ２９ 半導体レ−ザチップ ３０ フォトダイオードチップ ３１ ポール ３２ ヘッダ ３３ リードピン ３４ キャップ ３５ 通し穴 ３６ レンズホルダ− ３７ レンズ ３８ ハウジング ３９ フェルール ４０ 光ファイバ ４１ 受光素子チップ ４２ ヘッダ ４３ リードピン ４４ キャップ ４５ 開口 ４６ レンズホルダ− ４７ レンズ ４８ ハウジング ４９ フェルール ５０ 光ファイバ ５２ ｎ−ＩｎＰ基板 ５３ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ５４ ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層 ５５ ｎ−ＩｎＰ窓層 ５６ 亜鉛拡散層 ５７ ｐ電極 ５８ 反射防止膜 ５９ パッシベーション膜 ６０ 入射光 ６２ 光ファイバ ６３ コア ６４ 波長選択性フォトダイオード ７１ 半導体レ−ザ基板 ７２ レ−ザ活性層 ７４ ｎ−電極 ７５ ｐ−電極 ７８ 集光レンズ ７９ 集光レンズ ８０ 集光レンズ

フロントページの続き (72)発明者 藤村 康 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 中西 裕美 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (56)参考文献 特開 平３−268523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−18277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−170978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−24832（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−501246（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／33317（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/10 - 31/12 H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/00 - 10/30

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の波長帯λ_１の送信光と、それより
   長い第２の波長帯λ_２の受信光（λ_１＜λ_２）とを用い
   て双方向通信を行う光送受信モジュールにおいて、第１
   波長帯λ_１で送信光を発光する半導体レーザと、半導体
   レーザの後方にあって電極を環状とし受光層の吸収端波
   長を第２波長帯λ_２より短く第１波長帯λ_１より長くし
   てあり第１波長帯λ_１に感度を有し第２波長帯λ_２を透
   過させるモニタ用フォトダイオードと、モニタ用フォト
   ダイオードの後方に設けられ第２波長帯λ_２に感度を有
   する受信用フォトダイオードとよりなり、送信光を発生
   する半導体レーザの基礎吸収端のバンドギャップエネル
   ギーＥｇ_１が受信用フォトダイオードの受光層のバンド
   ギャップエネルギーＥｇ_２より大きく、受信すべき光の
   進行方向にそって、半導体レーザ、モニタ用フォトダイ
   オード、受信用フォトダイオードがこの順に配置され、
   光ファイバから出た第２波長帯λ_２の受信光が半導体レ
   ーザの発光層とモニタ用フォトダイオードをほぼ無損失
   で透過して後方のλ_２受信用のフォトダイオードに到達
   し、半導体レーザから前方に出た第１波長帯の送信光λ
   _１は光ファイバへ入射し、半導体レーザから後方に出た
   第１波長帯の光λ_１はモニタ用フォトダイオードによっ
   て吸収されてλ_２受信用フォトダイオードには入射しな
   いようにしてある事を特徴とする光送受信モジュール。
2. 【請求項２】 送信光を１．３μｍ帯、受信光を１．５
   ５μｍ帯とし、送信用半導体レーザが１．３μｍ帯で発
   光し、受信用フォトダイオードが１．５５μｍ帯に感度
   を有し、モニタ用フォトダイオードが１．３μｍ帯に感
   度を有し１．５５μｍ帯には感度を持たない事を特徴と
   する請求項１に記載の光送受信モジュール。
3. 【請求項３】 モニタ用フォトダイオードチップが、Ｉ
   ｎＰ基板の上にＩｎＰバッファ層、ＩｎＧａＡｓＰ（λ
   ｇ＝１．４２μｍ）受光層、ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝
   １．１５μｍ）窓層もしくはＩｎＰ（λｇ＝０．９２μ
   ｍ）窓層からなり、ｐ電極、ｎ電極が光の透過を妨げな
   いように中心部を除いた部分に形成されており１．５５
   μｍ光に感度をもたないことを特徴とする請求項２に記
   載の光送受信モジュール。
4. 【請求項４】 半導体レーザがＩｎＰを基板として、Ｉ
   ｎＧａＡｓＰを発光層として１．３μｍ帯の光を発し、
   その前面、後面ともに１．３μｍ帯に対しては所定の反
   射率を有し、１．５５μｍ帯の光に対しては反射防止と
   なる膜が形成されている事を特徴とする請求項２又は３
   に記載の光送受信モジュール。
5. 【請求項５】 半導体レーザの両端面に形成された膜に
   おいて、前面膜は、ＬＤチップ側から順に、ＳｉＯ_２：
   ６０６ｎｍ／ａ−Ｓｉ：２４ｎｍ／ＳｉＯ_２：２１７ｎ
   ｍの層を形成することによって、１．３μｍに対して略
   ３０％の反射率を、１．５５μｍに関しては１％以下の
   低反射率をもつものとし、後面膜は、ＬＤチップ側から
   順に、ＳｉＯ_２：２２０ｎｍ／ａ−Ｓｉ：５６ｎｍ／Ｓ
   ｉＯ_２：１０３μｍ／ａ−Ｓｉ：８４ｎｍ／ＳｉＯ_２：
   ４７０ｎｍを形成することによって、１．３μｍに対し
   て略８０％の反射率を、１．５５μｍに対しては１％以
   下の低反射率を持つようにした事を特徴とする請求項４
   に記載の光送受信モジュール。
6. 【請求項６】 受信用フォトダイオードがＩｎＰを基板
   とし、ＩｎＧａＡｓを受光層とする事を特徴とする請求
   項１又は２に記載の光送受信モジュール。
7. 【請求項７】 光ファイバと、集光レンズと、１．３μ
   ｍ発光半導体レーザチップと、１．３μｍ帯選択モニタ
   用フォトダイオードと、１．５５μｍ受信用フォトダイ
   オードがこの順にサブマウントの上に固定され、さらに
   全体が金属製の箱型パッケージに収納され、金属製のキ
   ャップによって気密封止されたことを特徴とする請求項
   ２〜６の何れかに記載の光送受信モジュール。
8. 【請求項８】 第１の波長帯λ_１の送信光と、それより
   順に長くなる第２、第３、…第ｎの波長帯λ_２、λ_３、
   …、λ_ｎ（λ_１＜λ_２＜λ_３＜…＜λ_ｎ）を含む（ｎ−
   １）の受信光とを用いて双方向通信を行う光送受信モジ
   ュールにおいて、第１波長帯λ_１で送信光を発光する半
   導体レーザと、半導体レーザの後方にあって電極を環状
   とし受光層の吸収端波長λｇ_１を第２波長帯λ_２より短
   く第１波長帯λ_１より長く（λ_１＜λｇ_１＜λ_２）して
   あり第１波長帯λ_１に感度を有し第２波長帯λ_２に感度
   がなくこれら波長の光を透過させるモニタ用フォトダイ
   オードと、モニタ用フォトダイオードの後方に設けられ
   電極を環状とし受光層の基礎吸収端波長λｇ_２がλ_２と
   λ_３の間に（λ_２＜λｇ_２＜λ_３）あって第２波長帯λ
   _２のみに選択的に感度を有するλ_２受信用フォトダイオ
   ードと、λ_２受信用フォトダイオードの後方に設けられ
   電極を環状とし受光層の基礎吸収端波長λｇ_３がλ_３と
   λ_４の間に（λ_３＜λｇ_３＜λ_４）あって第３波長帯λ
   _３のみに選択的に感度を有するλ_３受信用フォトダイオ
   ードと、…、λ_ｎ−２受信用フォトダイオードの後方に
   設けられ電極を環状とし受光層の基礎吸収端波長λｇ
   _ｎ−１がλ_ｎ−１とλ_ｎの間に（λ_ｎ−１＜λｇ_ｎ−１
   ＜λ_ｎ）あって第ｎ−１波長帯λ_ｎ−１のみに選択的に
   感度を有するλ_ｎ−１受信用フォトダイオードと、第ｎ
   波長帯λ_ｎに感度を有するλ_ｎ受信用フォトダイオード
   とよりなり、送信光を発生する半導体レーザの基礎吸収
   端のバンドギャップエネルギーＥｇ_１が、λ_２受信用フ
   ォトダイオードの受光層のバンドギャップエネルギーＥ
   ｇ_２より大きく、受信すべき光の進行方向にそって、半
   導体レーザ、モニタ用フォトダイオード、λ_２受信用フ
   ォトダイオード、λ_３受信用フォトダイオード、…、λ
   _ｎ−１受信用フォトダイオード、λ_ｎ受信用フォトダイ
   オードがこの順に配置され、光ファイバから出た第ｊ波
   長帯λ_ｊの受信光（ｊ＝２，３，…，ｎ）が半導体レー
   ザの発光層とモニタ用フォトダイオード、λ_２〜λ
   _ｊ−１受信用フォトダイオードをほぼ無損失で透過して
   後方のλ_ｊ受信用のフォトダイオードに到達し、半導体
   レーザから前方に出た第１波長帯の送信光λ_１は光ファ
   イバへ入射し、半導体レーザから後方に出た第１波長帯
   の光λ_１はモニタ用フォトダイオードによって吸収され
   てλ_２受信用フォトダイオードには入射しないようにし
   てある事を特徴とする光送受信モジュール。