JP3356017B2

JP3356017B2 - 光送受信モジュ−ル

Info

Publication number: JP3356017B2
Application number: JP22587797A
Authority: JP
Inventors: 美樹工原; 孝岩崎; 格斎藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: JPH1152199A

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。特に光伝
送路、受光素子、レンズ、発光素子を有し送信と受信と
が排他的になされるようにしたピンポン伝送型の光送受
信モジュールに関する。つまり信号伝送は双方向である
が、送信と受信が同時にはなされず、相補的に行われる
ような伝送形式を対象とする。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの伝送損失が低下し、また半
導体レーザ（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うち一波長（λ）
による双方向通信の原理図である。これは局側、加入者
側に光分波器２、４が必要である。局側では、電話やフ
ァクシミリ（ＦＡＸ）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、半導体レーザＬＤ１を駆動
し、波長λの光の強弱の信号として、光ファイバ１に送
り込む。光信号は光分波器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】加入者側では光分波器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、ＦＡＸ信号として
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λの光を出す半
導体レーザＬＤ２を電話信号や画像信号によって変調
し、光ファイバ６、光分波器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
信号を光分波器２によって光ファイバ７に取り出し、Ｐ
Ｄ１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。ここで一波長では、上り、
下りの信号伝送を同時にできない。そこで上り下りの信
号を異なる時刻に交互に伝送する。これをピンポン伝送
という。

【０００６】このように、１本の光ファイバを使って、
ひとつの波長の光を用いて、双方向通信を行うには、局
側、加入者側のどちらにも光路を分離する機能素子が必
要である。図１では光分波器２、４がその役割を果た
す。光分波器は、波長λ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λの光を異なる２本の光ファイバに分配す
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、光分波器が不可欠である。

【０００７】光分波器として、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、光の分
波・合波機能を賦与することができる。図２では光ファ
イバ８に入れた光が、光ファイバ１１にＰ３となって出
てくる。但し約半分の光はファイバ１２の方へ移り利用
されない光となる。逆にファイバ１１から光Ｐ４を入れ
ると、これが約半分の光量になりファイバ８と９から出
て行く。

【０００８】このような光分波器は局側の光分波器に
も、加入者側の光分波器にも同様に利用することができ
る。図３の光分波器は、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、もう一つ同等のガラス
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、約半分の光が反射
し、残りの光は透過するようになっている。このような
光分波機能は誘電体膜の厚み、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光分波器が提
案されている。

【０００９】このように光をある強度比（例えば１：
１）に異なる経路に分けてしまう素子は、光分波器、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。以上の素子の機能に
ついて強調すべき事は何れにおいても半分の光量が無駄
に失われるという事である。これは一波長であること及
び光の可逆性よりやむを得ない事である。

【００１０】図４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光
分波器２１によって上り光と下り光とに分離する。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１：１に光を分ける機能を与える事ができ
る。光ファイバ１８に半導体レーザ（ＬＤ）の上りの光
を入れ、光ファイバ１９の側より下りの光を取り出し、
フォトダイオード（ＰＤ）で受信するようにしている。

【００１１】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。その他ビームスプリッタと呼
ばれる光分波器を用いた例もある。例えばＥＰ４６３２
１４−Ｂ１などに記載される。

【００１２】図５は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。半導体レーザチップ２９とこ
れの出力をモニタする為のフォトダイオード３０を備え
る。半導体レーザ２９はサブマウントを介してヘッダ３
２のポール３１に取り付けられる。ヘッダ３２の上面に
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３
５を有する円筒形のキャップ３４が半導体レーザ２９、
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。

【００１３】ヘッダの上にはさらに円筒形のレンズホル
ダー３６がある。レンズホルダー３６は中央の穴に集光
レンズ３７を有する。レンズホルダー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。半導体レーザ
２９、レンズ、光ファイバなどを調芯して、レンズホル
ダー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ーザと光ファイバの結合率を高め
る。モニタ用フォトダイオードによって半導体レーザの
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
ても半導体レーザの出力を一定に保つことができる。

【００１４】本発明は、半導体レーザの構造だけでな
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６
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
ズホルダー４６が集光レンズ４７を保持している。ハウ
ジング４８がレンズホルダー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。

【００１５】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。

【００１６】図７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。

【００１７】図８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、立ち下がり部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。光ファイバ
から出た光はほぼ円形に広がる。このため円形の受光面
を持つ受光素子が使われる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の光分波器、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
ルは図４で示したように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。

【００１９】光分波器を用いない双方向通信用モジュー
ルはいくつか提案されている。特公平７−５８８０６号：これはマルチモード光ファ
イバ＋面発光ＬＥＤ＋受光素子というふうにＬＥＤ、Ｐ
Ｄの順に並べている。ＰＤの上に直接にＬＥＤを接着し
ている。特開昭５７−１７２７８３号：これもマルチモード光
ファイバに近い方から面発光ＬＥＤ、ＰＤと並べてい
る。ＰＤの一部に小さいＬＥＤを作製したものである。
パッケージに収容している。

【００２０】いずれもマルチモード光ファイバであり口
径が広い。出てくる光の直径は大きく１００μｍ程度も
ある。これがＮ．Ａ．（開口数）にしたがって広がるか
ら断面積の広いビームとなる。の場合小さいレーザを
ＰＤの中央部に設けても、殆どの光はレーザ以外の部分
を通り受光素子にまで到達する。ビームが広く（直径が
２００μｍ〜３００μｍ）、レーザチップは小さいので
影以外の場所に多くの光が到達し、これが広い受光面を
もつ受光素子に入射するという思想である。ではレー
ザによって受信光が吸収されないようにしている。マル
チモード光ファイバで広い多モード光を伝搬させている
から、これは本発明が目的としている光通信には用いる
事ができない。

【００２１】光通信に用いられる光ファイバはコア径が
１０μｍのシングルモードファイバである。マルチモー
ドファイバは多くの情報を歪ませることなく遠くまで伝
送できないから不適である。コア径が小さいので結合が
難しく、レーザはファイバのコア端面間近に位置合わせ
して固定しなければならない。レーザチップは数百μｍ
の厚みと、数百μｍの幅を持つから、シングルモードフ
ァイバの前に置くと殆どの光を遮ってしまう。その後ろ
にフォトダイオードを置いてもフォトダイオードには光
が到達しない。、のような構造はシングルモードフ
ァイバを使う加入者系光通信には使えない。

【００２２】シングルモードファイバに結合でき部品点
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。調芯箇所が少なくて組立コスト
を節減できる光送受信モジュールを提供する事が本発明
の第４の目的である。

【００２３】

【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、一本の光伝送路によって送受信を行う光送受信
モジュールにおいて、光伝送路に近い側から見て、レン
ズ付き受光素子と発光素子があり、光伝送路から出射さ
れた受信光をレンズ付き受光素子が受光し出射光の一部
を吸収して電気信号に変換し、発光素子から出た送信用
の光は受光素子に入り受光素子によって一部が吸収さ
れ、残りが作り作り付レンズによって集光されて光伝送
路に入射させるようにしたものである。作り付レンズを
除いては本発明者の先願である特願平８−１０４４０５
号「光送受信モジュール」と共通するところが多い。

【００２４】レンズ付きで信号光が一部透過するような
特別な受光素子と発光素子を一直線状に並べたのが本発
明の光送受信モジュールである。分岐が存在しない。受
信光と送信光が分岐によって空間的に分離されない。受
信光と送信光は同じ直線上を伝搬する。分岐が不要で送
受信光を分離しない。本発明はまず受光素子（フォトダ
イオード）に著しい特徴がある。一部透過一部吸収性の
フォトダイオードを使うのである。一部透過型であるか
らその直後に直列に発光素子を設ける事ができる。さら
に受光素子にはモノリシック（作り付）レンズを形成し
ておいてレンズによって発光素子の光を集光して光伝送
路（光ファイバ、光導波路）に入れる。受光素子が部分
透過性でレンズ付き、受光素子、発光素子を直列接続し
た、という事が本発明の特徴である。受光素子は一部吸
収、一部透過という極めて特異な性質を持つ。吸収：透
過の比率が幾らであっても良い。これは目的や発光素
子、受光素子の能力に応じて自在に決めれば良い事であ
る。しかし簡単のため以後、吸収と透過が半分ずつとし
て本発明の実施例を説明する。

【００２５】フォトダイオードは前面入射型（図７のよ
うなもの）と背面入射型（基板側から入射する）があ
る。従来のフォトダイオードはいずれにしても反対側は
電極によって遮蔽され光は漏れないようになっている。
光は全て受光素子によって吸収されるということができ
る。本発明で用いる受光素子はそうではなくて、透過
型、それも半透過型の受光素子を利用する。半透過型の
受光素子（フォトダイオード）そのものが新規である。
本発明はそれにとどまらず、そのような受光素子の直後
に発光素子を設けて光送受信モジュールとする。受光素
子と発光素子を直線配置した極めて斬新なものである。
加えてフォトダイオードには集光用レンズを設け発光素
子の光を収束させて光伝送路に入射する。受光素子自ら
のためでなく発光素子の為のレンズを受光素子に作り付
けにしている。

【００２６】

【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。従来の光送受信モジュールは光分波器を
使っている。光分波器はどうして必要なのか？一本の光
ファイバで双方向通信を実現するためには光を行きと帰
りに分けなければならない。そのために従来の光送受信
モジュールでは光分波器が必須であった。

【００２７】ところで図１、図２の光ファイバカップラ
においても、図３の多層膜ミラーでも、必ず光強度は半
分若しくは設計した分岐比になる。レーザから光ファイ
バに入る光の量の比と、光ファイバから出て受光素子に
入る量の比は相補的である。つまりレーザの結合効率Ｔ
を上げるとフォトダイオードの受光効率Ｒが下がる。分
岐を使うのでその幾何学的な制約から最良の場合でもＴ
＋Ｒ＝１である。無損失であってもこのようなサムルー
ルがある。例えばＴ＝０．５、Ｒ＝０．５である。これ
は一波長を使う系である限り不可避の難点である。

【００２８】ここでは簡単のために１：１の分岐になる
場合について話を進める。さらに何ゆえに光ファイバ光
分波器、ミラー光分波器を使うのかというと、発光素子
と受光素子の光路をはっきりと区別したいからである。
図１〜図３の光分波器を使えば確かに光路は明確に二分
される。流れの方向が異なる光なのであるから光路を二
分するのは当然のように思える。

【００２９】常識には誤りがある。先入観にとらわれて
はならない。本当にわざわざ分岐を使ってまで光路を二
分する必要があるのであろうか？同時的に送受信するな
らそれも必要であるかも知れない。しかしここではピン
ポン伝送に限定する。ピンポン伝送であれば送受信の時
刻が相違する。送信時にはレーザが光り、受信時にはフ
ォトダイオードだけが動作すれば良い。

【００３０】本発明者は光路を分岐することはピンポン
伝送の場合必須ではないという事に気づいた。１本の光
路の上にフォトダイオードとレーザダイオードを直列に
置いても、フォトダイオードがいくらかの光を透過する
ものであればレーザの光は光ファイバに到達するはずで
ある。このような着想に基づいて本発明がなされた。つ
まり本発明は、光伝送路、半透過性受光素子、発光素子
を直列に一本の光路上に設置したものである。従来のモ
ジュールと違うところは、非分岐直線型、受光素子半透
過型というところにある。

【００３１】図９は本発明の原理図を示す。光ファイバ
６２、フォトダイオード６４、レーザダイオード７０が
同一光路上に直列に配置されている。フォトダイオード
６４は表面６６に受光層６５を有し裏面６７に作り付レ
ンズ７４を持つ。これは受光素子の基板側をエッチング
によって半球状に形成してレンズとしたものである。受
光層（吸収層）が薄くて入射光が半分抜けていくような
半透過型フォトダイオードである。その後方にレーザダ
イオード７０が置かれている。光ファイバの光路の上に
フォトダイオードの受光層６５、半導体レーザ７０の発
光層７１が並んでいる。半導体レーザ７０からの送信光
は作付けレンズによって集光され効率よく光ファイバの
コアに入射する。半導体レーザや発光ダイオードの光は
発散するのでレンズがないとシングルモード光ファイバ
には入らない。本発明では、受光素子に作り付レンズを
設けているので別部材のレンズが不要になる。これはも
ちろん概念図であり実際には更に具体的な工夫がなされ
る。光ファイバの端面６９を斜めカットし、さらにチッ
プはパッケージに収容される。

【００３２】まず受信光について説明する。光ファイバ
６２の中を伝搬してきた局側からの光は光ファイバ６２
の端面から出て、そのＮ．Ａ．（開口数）によって決ま
る角度に広がった光６３になる。これが直前にあるフォ
トダイオード６４の受光層６５に入る。ここで約半分の
光が吸収される。吸収された光は電気信号に変わる。残
りの約半分の光は透過する。透過した受信光６８は半導
体レーザ７０に入るが、ピンポン伝送であり受信時刻と
送信時刻が異なるので問題はない。光ファイバから光が
出ているときは半導体レーザは発光していないのであ
る。

【００３３】次に送信光であるが、これは半導体レーザ
７０の発光層７１から出る。フォトダイオード６４の裏
面６７から入り受光層６５で約半分吸収される。これは
損失である。残りの約半分のパワーの光は表面６６から
空間に出る。透過できたレーザ光７３は作り付レンズ７
４によって収束し光ファイバ６２の中に入射する。この
ように受信光の約半分が受信され、送信光の約半分が光
ファイバの中へ入ることができる。いずれも約半分は損
失となる。

【００３４】本発明の基本的な思想は、光は直進すると
いう基本的な物理現象を素直に利用している。さらにフ
ォトダイオードとは全ての光を吸収し、できるだけ１０
０％に近い感度を得るものが良いという従来の発想に覆
し、本発明は入射光の半分だけを吸収し光電気変換し、
残りの半分は透過させ一体化レンズを持つという全く新
規なフォトダイオードを使っている。従来の双方向モジ
ュールは受光素子発光素子の光路を別異にしなければな
らないという牢固な先入観に捕らわれていたので無理に
光路を曲げ光分波器を使っていた。分岐がないので本発
明は光分波器は要らない。作り付レンズがあるので別部
材のレンズが不要である。

【００３５】本発明はこのように半透過型フォトダイオ
ード＋レーザを光ファイバの軸線上に並べるので、次の
様な効果がある。一つは光カップラ（光分波器）が不要
だということである。もう一つは全ての部品を一つのパ
ッケージに収容できるからモジュールを小型化できると
いう効果がある。レンズが受光素子に一体化され調芯の
手数が不要である。さらに部品点数が少ないので安価な
モジュールになる。光通信を広く普及させるには安価で
あることが最も重要であるが本発明はそのような要請に
合致する。

【００３６】ここで作り付レンズ（モノリシックレン
ズ）の作製方法について説明する。レンズを受光素子に
作り付けにするというものは既にいくつか提案されてい
る。しかしいずれもコスト削減のため受光素子へ集光さ
せるための独立の球レンズを省き受光素子に作り付けに
したものに過ぎない。これらは例外なく、作り付レンズ
で集光し受光素子の受光感度を高めるものであった。当
然に焦点距離は極めて短く曲率が大きい（曲率半径が小
さい）ものであった。高低の差が著しく強く湾曲した曲
面が要求された。

【００３７】本発明で受光素子に作り付けにするレンズ
はそんなものではない。このレンズは後方に離隔して存
在するレーザからの送信光を収束して前方にあるファイ
バに結合するようにしたものである。レンズによる光フ
ァイバ端面の像は、受光素子の受光層ではなくてレーザ
端面にできる。より曲率が小さく曲率半径が大きい。高
低の差は小さい。受光素子はレーザ光を半分透過するよ
うに設計されているから、受光素子はレーザに対してレ
ンズとして機能しているのである。本発明と基本的なコ
ンセプトが違うのであるが、受光素子作り付レンズの従
来例について初めに述べる。

【００３８】 M.MAKIUCHI, O.WADA, T.KUMAI, H.HAMA
GUCHI, O.AOKI, Y.OIKAWA,"SMALL-JUNCTION-AREA GaInA
s/InP pin PHOTODIODE WITH MONOLITHIC MICROLENS", E
LECTRONICS LETTERS, vol.24,No.2, p109(1988)

【００３９】これはＩｎＧａＡｓを受光層とするＩｎＰ
系フォトダイオードのＩｎＰ基板底面に球面の一部をな
すレンズを作製したものである。チップの寸法は２００
μｍ×２００μｍである。球面レンズの曲率半径は５５
μｍである。レンズ開口は５０μｍである。曲面の中心
角は大きくて２ｔａｎ^-1（２５／５５）＝５０゜にもな
る。片凸レンズの焦点距離はＲ／（ｎ−１）であるの
で、この場合２０〜４０μｍの程度で極めて短い。

【００４０】フォトレジストを基板底面に（一様厚みで
なく）レンズ状に塗布して底面をエッチングする。フォ
トレジストのない部分は一様にエッチングされてゆく。
このエッチングはフォトレジストをもエッチングする能
力がある。フォトレジストが凸レンズ状であるからフォ
トレジストの周辺近くはより深く、中央部はより浅くエ
ッチングされる。結果として凸レンズ状の隆起が生成さ
れる。このレンズは光を収束させて受光層に集中させる
ものである。集光された光は全てフォトダイオードの受
光層で吸収される。

【００４１】受光素子チップに作り付レンズを設けると
いう点では同じであるが、本発明とこれらの従来例とは
フォトダイオードの機能、レンズ集光の目的が異なる。
両者を劃然と区別する必要がある。

【００４２】図１７は従来例にかかる作り付球面レンズ
を持つ受光素子に光ファイバからの光線が入射する場合
の光線束を表す。光ファイバの端点Ｇからビームが出
る。ビームは円錐形に広がりながら進む。軸線をＧＴと
する。球面レンズｂと受光面（受光層）Ｑが示されてい
る。受光面Ｑはファイバと反対側にある。受光面の上に
全面を覆うｐ電極がある。レンズをファイバ側にしなく
てはいけないので背面入射型のフォトダイオードとなっ
ている。光ファイバに近い方が基板でありリング状のｎ
電極が形成される。基板に形成したレンズの曲面はＮＬ
ｂＪＨである。ＧＨ，ＧＮが光ファイバの開口角（ｓｉ
ｎ^-1（ｎ₂ ／ｎ₁ ））一杯の広がりに該当する。開口角
はクラッド、コアの屈折率ｎ₂ 、ｎ₁ によって決まる。
ここではθ＝５．７゜である。開口角の半分の角度２．
９゜の広がりを持つビームをＧＪ、ＧＬによって示す。

【００４３】この素子は基板側に球面の一部を持つレン
ズを作り付けている（基板をエッチングして）からＧＮ
〜ＧＨ内の全ての光線が集光され受光面に入り全部吸収
される。レンズによって全部の光が入るので受光感度が
増進される。この例でレンズの曲率半径は１００μｍで
ある。受光素子と光ファイバの距離は５００μｍであ
る。このように受光素子の受光層に集光させるためのレ
ンズを受光素子に作り付けたものは既に提案されてい
る。図１７の従来例が、図９、図１１などの本発明とは
目的、機能を別異にしていることが明瞭に看取できよ
う。

【００４４】次に作り付レンズをどのようにして受光素
子に作るのかを述べる。図１８（ａ）のようにＩｎＰ基
８０板の裏面にレジスト８２を半球状に形成する。そし
てアルゴンイオンビ−ム８３を照射してＩｎＰ基板８０
とレジスト８２をイオンエッチングする。初めレジスト
８２によって覆われた部分８６はそのまま残る。覆われ
ない裏面部分８１が一様にエッチングされてゆく。

【００４５】しかしエッチングはレジスト８２をも削っ
て行くので図１８（ｂ）のようになる。薄くレジストで
覆われた部分も次第にレジストによる保護を失い次第に
露呈してくる。レジスト厚みが勾配をもつので、この部
分は傾斜面８７となる。レジスト８２が全て削られた
時、図１８（ｃ）のように半球状の隆起ができる。これ
が作り付レンズ７４である。これが図１４、図１６のレ
ンズ７４に当たる。

【００４６】

【実施例】

［実施例（図９：作り付レンズがＬＤを向いてい
る）］図９の実施例は、光ファイバ６２の軸線上に、レ
ンズ付きフォトダイオード（ＰＤ）６４、半導体レーザ
（ＬＤ）７０を直列に並べている。フォトダイオード６
４は基板の上に薄い活性層（吸収層）やその他のエピタ
キシャル成長層を設けたものであるが、活性層が薄いの
で約半分の光が吸収されるだけで残りはそのまま透過す
る。活性層がＩｎＧａＡｓ（λｇ＝１．６７μｍ）の場
合は活性層厚みを０．７μｍとすると丁度半分の光が吸
収され半分が透過する。α＝１μｍ^-1だからである。活
性層がＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４μｍ）の場合は、
活性層厚みを１μｍとすると半分透過、半分吸収という
ことになる。α＝０．７μｍ^-1だからである。大体０．
５＝ｅｘｐ（−０．７）であるから、０．７／αが吸
収：透過＝１：１の活性層厚みを与える。

【００４７】レーザの光は大きく広がるのにシングルモ
ードファイバ６２の口径は１０μｍしかないので、その
ままではレーザ光がファイバに入らない。そこで受光素
子に作り付けたレンズ７４によってレーザの像がファイ
バ端面に結ぶようにする。受光素子のモノリシックレン
ズ７４によってレーザと光ファイバの結合効率を上げる
ことができる。受光素子自体に入射する光量を増加させ
るのでなく、発光素子の光が光ファイバに入りやすいよ
うに受光素子にレンズを作り付にする。そのようなもの
は類例を見ない。

【００４８】図１１によって作り付レンズ７４の収束作
用を示す。これは半導体レーザの光を収束させて光ファ
イバ端面に入れるものである。半導体レーザ・光ファイ
バの結合効率を高めるものである。受光素子へ入る受信
光を収束させるのが目的でない。つまりレーザから見れ
ば受光素子は単にレンズに過ぎない。レーザは３００μ
ｍ×３００μｍ×１００μｍであるとする。シングルモ
ード光ファイバから出射される光は５．７゜の広がり角
で広がる。一方レーザから出た光は１５゜の広がり角
（半分で）をもつ。レンズはレーザの１５゜の広がりビ
ームを屈折させ集光しファイバへ５．７゜で入射させる
という条件を課して曲率半径を計算した。１．３μｍ光
に対するＩｎＰの屈折率は３．５である。

【００４９】同じ例で、受光素子の厚みは１００μｍ、
受光層の直径（受光径）は８０μｍである。作り付レン
ズの例えば曲率半径は１００μｍである。受光素子と光
ファイバの距離は１４０μｍ、レンズ部とレーザの間隔
は５０μｍとした。この構成で、感度０．４５Ａ／Ｗ、
光ファイバへの結合パワー１ｍＷ（電流３０ｍＡ）を得
た。

【００５０】これは単に一例である。図１１の（ｂ）に
よってパラメータの関係をさらに明瞭にしよう。光ファ
イバ端面中心Ｆ、受光素子平坦面中心Ｇ、受光素子レン
ズ中心Ｈ，レーザ端面中心Ｋは同一光軸線ＦＫ上に並ん
でいる。レンズの曲面は光軸上の点Ｊに中心を持ち曲率
半径がＲであるとする。受光素子（レンズ）の厚みをＬ
とする。レンズ屈折率をｎとする。レーザ端面Ｋとレン
ズ中心Ｈの距離をＡとする。平坦面中心Ｇと光ファイバ
中心Ｆの距離をＢとする。単純な薄肉レンズの場合は、
Ａ^-1＋Ｂ^-1＝ｆ^-1を満たす焦点距離ｆが決まる。しかし
このように厚肉レンズの場合はそれほど単純でない。単
純でないが、距離Ａ、Ｂについて、近軸光の場合は一義
的な関係があるはずである。ここで行うのは厚肉片平片
凸レンズの公式を求めようというものである。

【００５１】［作り付レンズの公式］レーザＫから光
軸と角度Ψをなすように出た光がレンズ面の点Ｔでレン
ズに入ったとしよう。ＨＴ＝ｓとする。∠ＴＪＨ＝θと
する。つまり軸線よりθの角度をなすＴ点に入射してい
る。Ｔ点はＨよりｓだけ離れている。ここで半径ＪＴと
角度βをなすように屈折して受光素子中を進行し、平坦
面のＷ点に至ったとする。ＷＧ＝ｔとする。Ｗから光フ
ァイバ中心Ｆに向かいＦに無事入射できたとする。光フ
ァイバへの入射角はφとする。Ψ、φ、θなどは十分に
小さい値であるとして線形近似する。もちろん線形近似
しなくても計算はできるが複雑になる。ここでは説明の
便宜のために線形にするのである。これらパラメータの
間に次の６つの方程式が成り立つ。

【００５２】ｓ＝ＡΨ＝θＲ（１）ｎβ＝Ψ＋θ （２）ｓ＝ｔ＋Ｌ（θ−β）（３）ｔ＝φＢ（４） φ＝ｎ（θ−β）（５）

【００５３】（１）は二つの式を含む。これはＨＴの長
さｓがＫから見るとＡΨであるし、ＪからみるとＲθで
ある事をのべている。（２）はＴ点でのスネルの法則で
ある。屈折の基線ＪＴに関して、入射角度はθ＋Ψにな
るし、屈折角がβであるからこのようになる。ｓｉｎ関
数は線形化してある。（３）はレンズＬでの光線の曲が
りによる入射点Ｔのズレｓ、出射点Ｗのズレｔの違いを
表現している。

【００５４】レンズの中でのビーム下向き傾きは（θ−
β）であるからそれに長さＬを掛けた分だけズレが減る
（ｓ→ｔ）のである。これが厚肉レンズである所以であ
る。（４）は光ファイバからＷを見込む角度がφで距離
がＢなのであるからこの積ＢφがＷのズレｔを与える。
（５）はＷ点でのスネルの法則である。スネルの法則以
外に４つの距離に関する条件が課される。

【００５５】角度表現をφでまとめるとθ−β＝φ／
ｎ、θ＝φ｛ｎ−１−（Ｒ／Ａ）｝^-1であるから、
（１）、（３）、（４）に代入して、

【００５６】Ｒφ｛ｎ−１−（Ｒ／Ａ）｝^-1＝φＢ＋φＬ／ｎ（６）

【００５７】を得る。φを除いて分母を払い、

【００５８】｛Ｂ＋（Ｌ／ｎ）｝｛ｎ−１−（Ｒ／Ａ）｝＝Ｒ（７）

【００５９】これが本発明のレンズの公式である。Ｌや
Ｒはレンズの配置で決まっているから、レンズとレーザ
の距離Ａを決めると、その像が結ばれる点までの平坦面
からの距離Ｂがわかり、Ｂに光ファイバをおけばレーザ
光が光ファイバに入射する。すこしく複雑な形をしてい
る。Ｌ→０の極限で、ｆ＝Ｒ／（ｎ−１）とおいた先述
の薄肉レンズの公式になる。

【００６０】（７）式は、レンズの曲率半径Ｒや厚みＬ
が決まった時に、レンズ（受光素子）とレーザ間Ａ、レ
ンズと光ファイバ間Ｂをどうすれば良いかということに
ついての指針となる。

【００６１】ところがこれはレンズが既に与えられた時
にレーザと光ファイバをどこに置くべきかということを
教えてくれるだけである。レンズをどのように設計すべ
きかという事については黙して語らない。レンズを最適
設計するにはどうすれば良いのか？これはレーザの特性
や、光ファイバの開口角による。

【００６２】つまりレーザが発する光の広がり角と、光
ファイバの光の広がり角、これを勘案して最適のレンズ
を決める事ができるのである。例えばあるシングルモー
ド光ファイバの場合光の広がり角の半分は５．７゜であ
る。またあるレーザでは出射光の広がり角の半分は１５
゜である。もちろんレーザ光はガウシアンのように裾を
ひくのであるが大体の広がりが３０゜（半分で１５゜）
だという事である。

【００６３】そしてレーザ光をどれだけ光ファイバに導
入するのか？ということでレンズの設計の指針が決ま
る。たとえば欲張ってレーザから出た１５゜に含まれる
全ての光を光ファイバに入れようとすると、レーザから
１５゜の角度で出たものが光ファイバに５．７゜で入射
するための条件を与えれば良い。

【００６４】これによって、レーザ・レンズ距離Ａ、曲
率半径Ｒ、レンズ・光ファイバ距離Ｂについてのもう一
つの式を得る。先ほど、レンズの公式（Ａ、Ｂの関係を
決める）を求めたので、これと連立すれば、Ａの関数と
してのＲを求める事ができる。この関係は一義的である
からレンズの設計を実行する事ができるのである。

【００６５】［レンズの設計］先ほどの計算では、φ、
θ、β、Ψなどは変数であった。今度はレーザビームの
広がり角Ψ（例えば１５゜）と、光ファイバの広がり角
φ（例えば５．７゜）を固定し、Ψで出たレーザ光がφ
の角度で光ファイバに入るものとして、前記の式を再び
検討する。今度はＲがパラメータであるとみなすのであ
る。（３）式がレンズの基本的な拘束条件を与えてい
る。（１）、（４）、（５）を（３）に代入して、

【００６６】ＡΨ＝φＢ＋Ｌφ／ｎ（８）

【００６７】を得る。ここでφ、Ψ、Ｌ、ｎは既知の数
である。（８）はＡとＢの関係を決める。Ｒ抜きで両者
の関係が決まるのはおかしいようであるが、そうでな
い。裏ではＲは一定の数に決まっているのである。そう
いう意味で（８）は中間的な式であるが、これにはそれ
なりの便利さがある。

【００６８】これはＢを決めればＡが決まり、Ａが決ま
ればＢが決まるというものであるからである。具体的に
試してみよう。光ファイバの広がり角φ＝５．７゜＝
０．１（ラジアン）、Ψ＝１５゜＝０．２６（ラジア
ン）で、ｎ＝３．５であるから、例えば受光素子厚みを
Ｌ＝１００μｍとすると、簡単に

【００６９】２．６Ａ＝Ｂ＋２８．６（９）

【００７０】となるのである。例えばレーザ・レンズ間
Ａを５０μｍとすると、受光素子・光ファイバ間ＢはＢ
＝１０１μｍとなる（ケース）。もう少し広くしてＡ
＝６４μｍとすると、Ｂ＝１３８μｍとなる（ケース
）。さらに広くしてＡ＝９０μｍとすると、Ｂ＝２０
５μｍになる（ケース）。

【００７１】こうしてＡとＢが決まるので、これをレン
ズの公式（７）に入れると、曲面の曲率半径Ｒを計算で
きる。これによってレンズの設計ができたという事にな
る。それは（８）を（７）に代入する事によって簡単に
分かる。

【００７２】

【数１０】

【００７３】となる。先ほどのパラメータを仮定する
と、φ＝０．１、Ψ＝０．２６、ｎ＝３．５であるか
ら、

【００７４】Ｒ＝１．８０Ａ（１１）

【００７５】となる。先述のケース〜は、Ａ＝５０μｍ、Ｂ＝１０１μｍ、Ｒ＝９０μｍＡ＝６４μｍ、Ｂ＝１３８μｍ、Ｒ＝１１５μｍＡ＝９０μｍ、Ｂ＝２０５μｍ、Ｒ＝１６２μｍである。

【００７６】（７）、（８）、（１０）式は一般性を持
つ。φやΨが幾らであっても成り立つ。Ｌが任意性をも
つが、これは受光素子の厚みであるから受光素子の作り
易さなどの条件から決まる。Ｌが決まると、もはや自由
変数はひとつしかない。Ａをひとつ決めると、Ｂ、Ｒが
自動的に決まってしまう。こうしてレンズの最適設計が
できる。

【００７７】上の例は、レーザの広がり角Ψ、光ファイ
バの広がり角φを与えて、レーザの殆ど全ての光が光フ
ァイバに（ここでは受光層での５０％吸収は問題外とし
て）入るべきであるとして、レンズの設計をしている。
しかしレーザの全部の光が光ファイバに入らなくて良い
なら、Ψの値がより小さくなるので、Ａをより広くでき
る。すると、Ｒも大きくできるし、Ｂは反対により小さ
くできるのである。レーザとは限らず発光ダイオードで
あっても同様に扱う事が出きる。その場合はΨがより広
くなるので、Ｂがより長くＡは短くなろう。またシング
ルモード光ファイバであるからφが小さいのであるが、
これがマルチモードであるとφをより広くできるので、
Ｂをより短く、Ａを長くできる。パッケージの寸法など
を勘案してＡを決め、ＲとＢを決めるようにする。

【００７８】［実施例（図１０：作り付レンズを光フ
ァイバ側に）］図１０に示す第２の実施例も、光ファイ
バ６２の軸線上に、レンズ付きフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）６４、半導体レーザ（ＬＤ）７０を直列に並べてい
る。レンズ７４が光ファイバの方を向き、受光層６５が
レーザ７０の方を向いている。これも半導体レーザの送
信光の半分程度が受光素子によって吸収される。受信光
の約半分しか受光素子によって感受されない。そのよう
な事情は実施例と同様である。これはレンズ７４が光
ファイバ側にあるから受信光は基板を通って受光層に至
る。しかし基板はＩｎＰであってバンドギャップが広
く、受信光を吸収しない。

【００７９】［実施例（図１２：モニタ用フォトダイ
オードを追加）］このレーザは前方光７２だけでなく後
ろ方向にも一部の光７７を放出できるようなレーザであ
る。レーザ７０の後ろの端面７６のさらに後方に、モニ
タ用のフォトダイオード８５を設置する。受光面８４に
レーザの後方光７７が入るので、レーザ光の強度を監視
することができる。むしろ従来のレーザモジュールは、
レーザとモニタＰＤとが一つのパッケージに納めてある
のが一般的である。であるからそのような既存の装置に
レンズ付き半透過型のＰＤを追加することによって本発
明の光送受信モジュールを簡単に作製することができ
る。

【００８０】［実施例（図１３：レーザに戻り光が入
らないように面を傾ける）］光ファイバ６２の端面６９
を斜めに切断し、レーザ光７３が端面６９によって反射
されると斜め光７８となりレーザに戻らないようにして
ある。さらに中間のレンズ付きフォトダイオードＰＤ６
４も傾けて、背面レンズ７４での反射光７９が斜めの光
路を進み、レーザ７０に入らないようにしている。戻り
光を防ぎレーザの動作不安定化を防止する。光ファイバ
の斜め切断角は４度〜８度の程度である。反射光の傾斜
はその２倍になるからレーザには戻らない。

【００８１】［実施例（図１４：レンズ付き半透過型
フォトダイオードの構造：プレーナ型）］本発明の顕著
な特徴の一つはその特異なフォトダイオードにある。通
常のフォトダイオードと異なり光を通す。しかも約半分
の光を吸収して検出し、約半分の光を透過する。ＰＤの
両面ともに電極によって閉じていない。いずれかの面に
一体型のレンズを持つ。吸収層（受光層）が薄い。従来
の受光素子は受光層が４μｍ〜６μｍもあるが、本発明
の受光層は０．７μｍ程度（ＩｎＧａＡｓの場合）〜１
μｍ（ＩｎＧａＡｓＰの場合）である。受光層は光の約
半分を透過するように決める。

【００８２】図１４によってフォトダイオードの一例の
断面を示す。これは１．０μｍ〜１．６μｍに感度のあ
るＩｎＧａＡｓフォトダイオードの例である。図７の従
来例のものと違うのは約５０％の光が透過できるように
工夫されていることである。ＩｎＰ基板９０の上に、Ｉ
ｎＰバッファ層９１、ＩｎＧａＡｓ受光層９２、ＩｎＰ
窓層９３がその順にエピタキシャル成長している。Ｉｎ
ＧａＡｓ受光層９２は従来の受光層より薄い。

【００８３】上面中央部から円形にｐ型領域９４が亜鉛
拡散によって形成される。ＩｎＧａＡｓ受光層９２のう
ちｐ型領域になった部分とその直下のｎ型ＩｎＧａＡｓ
層が図９〜図１３の受光層６５に該当する。ｐ型領域９
４の上面にはリング状のｐ電極９５が設けられる。リン
グ電極９５の内側は光が入射するべき領域であり反射防
止膜９６が形成される。誘電体多層膜であって信号光λ
を殆ど反射しないで全てがＩｎＰ窓層に入るようにして
いる。リング電極９５の外側はパッシベ−ション膜９７
がある。パッシベ−ション膜は窓層９３とＰＮ接合の端
を覆っている。

【００８４】ＩｎＰ基板９０の底面には凸レンズ７４が
形成される。裏面全面ではなく、外郭部のみに接続され
るリング状のｎ電極９８が設けられる。リングｎ電極９
８によって囲まれる領域は反射防止膜９９によって覆わ
れている。ｐ電極、ｎ電極いずれも中心部が開口した電
極である。上部から入った入射光のほぼ５０％が下側の
開口から出て行く。

【００８５】そのようになる条件はふたつある。一つは
ｎ電極のリング形状ということ、もう一つはＩｎＧａＡ
ｓ層の薄層化（薄い受光層）ということである。前者に
ついては図面を見れば明らかに分かる。薄層化について
は図面だけでは分かりにくいしこれが本発明の重要な特
徴でもあるので、以下に詳しく説明する。

【００８６】固体に光が入射し内部を通過し反対側の面
に出て行く場合を考える。透過光は、入射光から、固体
表面の反射、裏面の反射、固体内部での吸収を差し引い
た残りである。表面裏面の反射は反射防止膜を付けるこ
とによって問題にならない程度まで下げることができ
る。この例でも反射防止膜９６、９９によって表裏面反
射は極めて小さくなっている。主要な損失は固体内部の
吸収損失である。そのような場合、光の透過率Ｔは、固
体の光吸収係数をα、厚みをｄとして、

【００８７】Ｔ＝ｅｘｐ（−Σαｄ）（１２）

【００８８】によって表される。Σは光が通過する固体
ごとに積αｄを計算し、これらの和を求めるということ
を意味する。大体ｅｘｐ（−０．７）＝０．５であるか
ら、αｄが０．７になる厚みｄ（＝０．７／α）の層は
光を半分吸収し半分透過する。窓層、基板、バッファ層
はＩｎＰによってできている。ＩｎＰはＩｎＧａＡｓよ
りもバンドギャップが広い。バンドギャップより小さい
エネルギーの光は固体をそのまま透過できる。信号光は
１．０μｍ〜１．６μｍであるから、ＩｎＰでは殆ど吸
収されない。ＩｎＧａＡｓ受光層（ｎ型＋ｐ型）でのみ
吸収される。したがって、ＩｎＧａＡｓ受光層のみを考
えに入れるだけで足りる。ここでは簡単にＩｎＧａＡｓ
と書いているが実際にはＩｎとＧａの組成比は決まって
いる。ＩｎＰ基板と格子整合しなければならないからで
ある。

【００８９】光通信によく用いられる１．３μｍ光に対
し、ＩｎＧａＡｓ受光層の吸収係数はα＝１０⁴ ｃｍ^-1
＝１μｍ^-1である。従来は全部の光を吸収し検出効率を
上げることだけを目途にしていたから、４〜６μｍの厚
すぎるＩｎＧａＡｓ受光層が用いられていた。本発明は
有限の（半分程度）の吸収にしたいので、厚みｄを慎重
に選ばなければならない。図１５は上記のαの値に対
し、厚みｄと透過率Ｔの関係を示す計算結果である。横
軸がＩｎＧａＡｓ受光層厚みｄ（μｍ）、縦軸が透過率
Ｔ（％）である。０．５μｍで約６０％、０．７μｍで
約５０％、０．９μｍで約４０％となる。１μｍでは３
６％に下がる。

【００９０】もしも５０％透過、５０％吸収としたいの
であれば、ＩｎＧａＡｓ厚みをｄ＝０．７μｍとすれば
良い。この値は驚異的に薄い。従来は全部の光を吸収す
ることを念頭にして設計されていたので左様に厚い（４
〜６μｍ）のである。本発明は従来例のフォトダイオー
ドの約、１／８程度の極々薄い受光層を使う。このよう
な薄い受光層を持つフォトダイオード自体優れて新規の
ものである。

【００９１】図１４のプレーナ型フォトダイオードの製
造方法を述べる。出発基板は硫黄Ｓドープｎ型ＩｎＰ基
板である。厚みは３００μｍ、キャリヤ濃度はｎ＝５×
１０¹⁸ｃｍ^-3である。基板の上に２．５μｍ厚みの高純
度ＩｎＰバッファ層を成長させた。

【００９２】バッファ層の上に高純度ＩｎＧａＡｓ受光
層（吸収層）を厚みが０．７μｍになるように成長させ
た。ＩｎＧａＡｓのキャリヤ濃度はｎ＝１×１０¹⁵ｃｍ
^-3である。吸収層の上に１．５μｍの厚みのＩｎＰ窓層
を成長させた。キャリヤ濃度はｎ＝２〜３×１０¹⁵ｃｍ
^-3である。これらのエピタキシャル成長は、塩化物を用
いたクロライド気相成長法（Ｃ−ＶＰＥ）を用いた。こ
れに限らず有機金属を用いたＭＯ−ＣＶＤ法を用いても
良い。

【００９３】次に窓層の上に、ＳｉＮｘをマスクとし
て、亜鉛Ｚｎの選択拡散をおこなう。チップの中央部に
当たる部分にｐ型領域９４ができる。これは窓層９３と
ＩｎＧａＡｓ受光層９２の一部に及ぶ。ｐ型領域の周縁
部にリング状のｐ電極９５を形成する。これはＡｕＺｎ
合金のｐ電極である。次にＩｎＰ基板裏面にフォトリソ
グラフィとエッチングによって作り付レンズ７４を作製
する。さらにｎ型ＩｎＰ基板の裏面にリング状のｎ電極
９８を設ける。これはＡｕＧｅＮｉ合金の電極である。

【００９４】表面のｐ電極によって囲まれた部分と、裏
面のｎ電極によって囲まれた部分は光が透過する部分で
ある。反射を防ぐ必要がある。ＳｉＯＮのλ／４（λ＝
１．３μｍ）の反射防止膜をリング電極内部に形成す
る。このようにして作製したフォトダイオードの１．３
μｍに対する透過率Ｔは設計通り約５０％になった。

【００９５】［実施例（図１６：半透過型フォトダイ
オードの構造：メサ型）］図１４はプレーナ型のフォト
ダイオードであるが、本発明はもちろんメサ型のフォト
ダイオードにも適用できる。図１６はメサ型フォトダイ
オードの実施例を示す。ｎ型ＩｎＰ基板１００の上に、
ｎ型ＩｎＰバッファ層１０１、ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層
１０２、ｐ+ 型ＩｎＰ窓層１０３がエピタキシャル成長
している。ｐ⁺ 型窓層１０３の上面にはリング上のｐ電
極１０４が設けられる。中央部は光が通る入口となるか
ら反射防止膜１０５が形成される。ｎ型ＩｎＰ基板１０
０の裏面には凸レンズ７４が形成される。レンズを囲む
ように基板裏面周辺部にリングｎ電極１０９が設けられ
る。中央のレンズ部は反射防止膜１１０によって覆われ
る。

【００９６】メサ型の場合、上部が狭くなっており、台
地に似ているからメサという。この場合は亜鉛拡散をせ
ず、ＩｎＧａＡｓ層の上に直接にｐ⁺ 型のＩｎＰ窓層を
エピタキシャル成長させる。エピタキシャル層の周囲を
エッチングによって除いてメサ形状とする。露出した側
傾斜面をＳｉＮｘのパッシベ−ション膜１０６によって
覆う。ｐ⁺ ＩｎＰ窓層のキャリヤ濃度はｐ＝１〜５×１
０¹⁸ｃｍ^-3である。ＩｎＧａＡｓ受光層（吸収層）の厚
みは０．７μｍである。これも１．３μｍに対して約５
０％の透過率になった。

【００９７】［実施例（図１９：パッケージにＰＤ、
ＬＤ、ＰＤを収容した素子）］円盤形状金属製のヘッダ
１１１は下面に突き出た４本のリードピン１１２、１１
３、１１４、１１５を有する。ヘッダ１１１の上面中央
よりやや偏奇してポール１１９がある。ポール１１９の
上頂面にはサブマウント１２０に載せたレンズ付き半透
過性ＰＤチップ６４が水平に固定される。ポール中間部
の側面には、サブマウント１２２に取り付けられたＬＤ
チップ７０が固定される。

【００９８】ＬＤの軸線の直下であってヘッダの上面中
央に、モニタＰＤ８５がサブマウント１２３を介して取
り付けられる。このＰＤは下向きに出てくるレーザ光の
強度をモニタする。傾斜して（１２度）いるのは反射光
がレーザに戻り動作不安定を招くことがないようにする
ためである。これら３つの素子は１直線上に直列に並ん
でいる。３つの素子を密封するためにガラス窓１２６を
有するキャップ１２４がヘッダ１１１の上面に固定され
る。

【００９９】ＰＤ６４を取り付けるためのサブマウント
１２０の例を図１９の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す。
（ｂ）のサブマウントは切り欠き１２８を有し、表裏全
面にメタライズ１３０してある。フォトダイオードチッ
プの底面ｎ電極がメタライズ１３０に半田づけされる。
上面のｐ電極はワイヤによってピン１１４に接続され
る。（ｃ）のサブマウントは一部にメタライズ１２９が
あり、これにｎ電極が半田付けされる。これはさらにピ
ン１１５にワイヤによって接続される。（ｄ）のサブマ
ウントは切り欠き１２８がなく、その代わりに通し孔１
３２を穿孔しここに光を通すようになっている。作り付
レンズはこれらの切り欠きや通し穴にはまりこむような
配置で実装する。

【０１００】半導体レーザとしては、ＩｎＧａＡｓＰの
１．３μｍレーザチップを用いた。ＬＤチップサイズは
３００μｍ×３００μｍ×１００μｍ（厚み）である。
これをＡｌＮサブマウントに固定する。フォトダイオー
ドは前述のようなＩｎＧａＡｓのＰＤである。ＰＤチッ
プサイズは４５０μｍ×４５０μｍ×３００μｍ（厚
さ）である。受光部は円形で直径は約２００μｍであ
る。

【０１０１】レーザチップ７０をＡｌＮのサブマウント
１２２にＡｕＳｎによって半田付けした。半透過性（５
０％透過）フォトダイオードチップ６４をＡｌ₂ Ｏ₃ サ
ブマウント１２０に、モニタフォトダイオード８５をＡ
ｌ₂ Ｏ₃ サブマウント１２３にＡｕＳｎによって半田付
けした。これらのサブマウントを、ＳｎＰｂ半田によっ
て、モニタＰＤ、ＬＤ、５０％ＰＤの順にヘッダに半田
付けした。

【０１０２】サブマウント１２０は前述のように（ｂ）
〜（ｄ）のような物が利用できる。各チップのｎ電極、
ｐ電極はそれぞれ半田によって直接にグランドに接続さ
れるか、或いはワイヤによってピンに接続される。もし
も３つの素子ともにグランドを共有することにすれば、
４本のリードピンによって全て配線することができる。

【０１０３】次に、ガラス窓付きキャップ１２４をヘッ
ダ１１１に固定する。ガラス窓は集光作用がないからキ
ャップについては調芯する必要がない。ヘッダ１１１の
中心とキャップ１２４の中心が大体合致する位置でキャ
ップをヘッダに溶接固定する。キャップがレンズ付きの
ものでなくガラス窓付きのものでよいのは、受光素子に
作り付レンズがあるからである。球レンズ付きでないキ
ャップは安価である。また調芯しなくて良いので取り付
けも簡単である。

【０１０４】こうしてできた３つの素子がパッケージに
入った物を送受信デバイスと呼ぶ。これだけでもデバイ
スとして利用できる。しかしさらにこれを光ファイバと
の結合をも含めたピグテイル型モジュールにしたり、レ
セプタクル型モジュールにしたりすることができる。

【０１０５】［実施例（図２０：ピグテイルタイプの
モジュールの例）］図２０は本発明の光送受信モジュー
ルを、ピグテイルタイプにしたものの断面図である。前
述のヘッダ１１１の上へさらにフェルールホルダー１３
３を固定している。シングルモードファイバ６２の先端
をフェルール１３６に挿入固定し、先端１３７を８度に
斜めカットしてある。このフェルール１３６をステンレ
ス製の円筒形フェルールホルダー１３３の中心軸孔に差
し込む。弾性あるベンドリミッタ１３４がホルダー１３
３に取り付けてある。光ファイバの根元での過度の曲が
りを防ぐ。

【０１０６】光ファイバから出た光が進行する光軸上に
レンズ付きＰＤ６４とレーザ７０が置かれている。レー
ザによって１．３μｍ光を発振させ、光ファイバの他端
で光量をモニタしながら、ヘッダ１１１に対しホルダー
１３３を水平方向に動かし最適位置を求める。Ａ部をＹ
ＡＧレーザ溶接してホルダー１３３をヘッダ上のその位
置に固定する。さらにフェルールホルダー１３３に対し
てフェルール１３６を軸方向に動かして最適位置を求め
る。Ｂ部をＹＡＧレーザ溶接しフェルールをホルダーに
対して固定する。このように二重の調芯を行ってから、
ホルダー１３３、フェルール１３６を固定した。

【０１０７】このモジュールに１．３１μｍ光を入射さ
せてフォトダイオード６４の感度を測定した。印加電圧
が５Ｖの時に０．４３Ａ／Ｗという感度値を得た。通常
の受信モジュールでは０．８５Ａ／Ｗという感度値が標
準的に得られる。つまり通常のＰＤの約半分の感度値で
あったということである。設計通りの結果が得られたと
いうことである。

【０１０８】さらにＬＤ７０に３０ｍＡの駆動電流を流
し、光ファイバとの結合パワー（光ファイバの他端に出
てくるパワー）を測定した。その結果は０．２９ｍＷで
あった。この実施例では球レンズによってレーザ光を集
光している。球レンズを使ったレーザモジュールでの結
合パワーの標準的な値は０．６ｍＷである。レーザ光に
関しても通常のモジュールに比べて半分のパワーを取り
出すことができる。これも設計通りである。

【０１０９】以上は静的な性質である。パルス信号光に
対する動作についても調べた。光通信で良く使われる１
５５Ｍｂｐｓの光信号を用いた。１５５Ｍｂｐｓのパル
ス信号を受信することと、１５５Ｍｂｐｓでレーザを駆
動し光信号を伝送することを交互に繰り返した。ＰＤモ
ジュールとＬＤモジュールを光ファイバカップラによっ
て結合し、ＬＤとＰＤを交互に動作させる従来法の送受
信系と比較して遜色はなかった。問題となることも無か
った。

【０１１０】［実施例（図２１：レセプタクルタイプ
のモジュールの例）］光ファイバを着脱自在としたい場
合は、レセプタクル型とする。図２１に示す。ヘッダに
モニタＰＤ、ＬＤ、レンズ付きＰＤ、ガラス窓付きキャ
ップを取り付けたものに、さらに円筒形のＬＤ固定フラ
ンジ１４０を固着する。ＬＤ固定フランジ１４０の先端
に端面が斜めに研磨されたダミーファイバ１４２が取り
付けられる。ＬＤ固定フランジの先端には、雌型コネク
タ１４３の端面が溶接される。

【０１１１】ハウジングの中心には軸方向の孔が穿孔さ
れる。その孔にスリーブ１４８が差し込まれている。ハ
ウジング外周にはオネジ部１４７が切ってある。雄型コ
ネクタ１５０のハウジングにはフェルール１５５が挿通
してある。フェルールにはシングルモード光ファイバの
先端が固定してある。この先端は斜めに切っていない。
やや丸みを付けているが軸周りに回転対称である。キイ
１５６によって円周方向の相対位置を決める。

【０１１２】フェルール１５５をスリーブ１４８に挿入
し、メネジ部１５３をオネジ部１４７にねじこむことに
よって、両コネクタを結合することができる。ファイバ
の先端は先述のダミーファイバの後端面に接触する。光
ファイバとレーザ、ＰＤがダミーファイバを介して結合
する。ダミーを使うのは反射光がレーザに戻らないよう
にするためである。光ファイバ１５４自体を斜めに切る
と、光ファイバ軸線と光軸が食い違い光ファイバが所定
の方向からずれると、光ファイバとレーザが結合しなく
なるからである。

【０１１３】［実施例(10)（図２２：モニタＰＤを省略
したモジュールの例）］ピンポン伝送であるから、レー
ザが発光しているときは受信光は存在せず、受信フォト
ダイオードは遊んでいることになる。そこで受信フォト
ダイオードをレーザのモニタに使うことができる。受信
時は本来の受信光の検出に、送信時はレーザのモニタに
利用するのである。一つのＰＤに、受信とモニタの二役
をさせることにより、モニタ用のフォトダイオードを省
略することができる。図２２にそのような実施例を示
す。モジュールのコストを削減するのに有効である。

【０１１４】［実施例(11)（図２３：増幅器を内蔵する
モジュールの例）］受信用フォトダイオードの近くに増
幅器を設け光電流を増幅する。図２１に示す。フォトダ
イオードで生じた光電流をピンを通して外部に取り出す
のではなくて、近接位置に設けた増幅器１６０によって
増幅してから外部に出す。増幅器１６０はＳｉのアンプ
チップを例えば利用できる。これをフォトダイオード６
４と同じサブマウント１２０に載せて置く。ＰＤの電極
と増幅器の電極をＡｕ線によって接続する。光電流をす
ぐに増幅するからノイズの少ない出力信号を得ることが
できる。図２３の（ａ）はモニタＰＤがある場合を示
す。図２３の（ｂ）はモニタＰＤを省いた構造を示して
いる。

【０１１５】［増幅器と組み合わせた電気回路］図２
４に電気回路図を表す。図２４（ａ）はモニタＰＤのあ
る場合の回路例を示す。受信ＰＤのカソードはＶ_PDピン
につながる。Ｖ_PDには例えば５Ｖの逆バイアスを掛け
る。アノードは増幅器１６０に入力する。増幅器は電源
端子Ｖ_CCとグランド端子によって駆動される。電源電圧
Ｖ_CCは３．３Ｖ、５．５Ｖなどである。増幅した出力は
ＯＵＴ端子に出てくる。レーザ７０はアノードがケース
に接地してある。

【０１１６】カソードは負電圧に引かれてＬＤに駆動電
流が流れるようになっている。モニタＰＤもカソードは
ケースに接続され、他方のモニタＯＵＴによって光電流
が検出される。単純な回路である。図２４（ｂ）はモニ
タＰＤを省略した場合の回路例を示す。受信ＰＤの光電
流が増幅器１６０によって増幅される。それは同じであ
るが、さらにカソード側にモニタＯＵＴ端子がつながれ
る。さらに負荷抵抗Ｒ_PDを介して逆バイアス電圧がＶ_PD
から印加される。

【０１１７】このようにモニタ用の抵抗を使ってＯＵＴ
の電圧降下からレーザ出力を求める方法の他に、増幅器
の出力をモニタ出力と受信光出力に切り分け、受信光、
レーザ光強度の信号のいずれをも増幅器から取る方法も
ある。

【０１１８】［実施例(12)：箱型パッケージに実装した
もの］ピグテイル型、レセプタクル型のモジュールにつ
いて説明した。そのようなピンと軸線が平行な長手タイ
プの他に、本発明は横型パッケージに収納する事もでき
る。図２５には箱型パッケージに送受信モジュールを収
容したものを示す。図２５（ａ）はファイバ６２、ＰＤ
６４、ＬＤ７０のみの平面図である。シングルモードフ
ァイバ６２の軸線上にレンズ付き半透過型ＰＤ６４と、
レーザ７０がある。このＰＤはＩｎＧａＡｓＰが活性層
であるからα＝０．７μｍ^-1で、吸収と透過を５０％ず
つとするには厚みを１μｍとする。ＰＤの受光層６５が
光ファイバに近接した方に、レンズがレーザ側にある。
これはもちろん反対にしても良い。図２５（ｂ）はパッ
ケージに収容している状態を示す。

【０１１９】パッケージは箱型のセラミックである。下
ハウジング１７１、上ハウジング１７２の組み合わせに
なる。箱型ハウジングは４つのピンを持つ。ＰＤアノー
ドピン１７３、ＰＤカソードピン１７４、ＬＤカソード
ピン１７５、ＬＤアノードピン１７６などである。ハウ
ジングにはメタライズ１７７、１７８、１７９などが印
刷されている。ＰＤのカソードやアノードはこれらのメ
タライズとメッキによってピンに接続される。

【０１２０】ＬＤ７０もメタライズの上に固定される。
ＬＤのアノードはワイヤ１８０でピン１７６に接続され
る。素子の寸法は既に述べた例と同じである。ファイバ
・受光素子間距離は１４０μｍ、受光素子の厚みは１０
０μｍ、磁束密度のレンズの曲率半径は１００μｍ、受
光素子レンズ頂点とレーザの距離は５０μｍ、レーザ長
さは３００μｍである。パッケージの全長は２ミリ以下
である。全体が非常にコンパクトになり、部品点数も少
なく低コストで量産性の高いモジュールとなる。

【０１２１】以上に述べた実施例１〜１２はあくまで本
発明の限られた実施例に過ぎない。その他に尚いくつか
のバリエーションが有り得る。その幾つかを述べる。

【０１２２】（１）受光層がＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝
１．４μｍ）の受光素子を使うときは、α＝７０００ｃ
ｍ^-1＝０．７μｍ^-1であるから、受光層厚みを１．０μ
ｍとした時、吸収：透過＝１：１となる。これは１．３
μｍを感受し、１．５５μｍを感じない受光素子にな
る。

【０１２３】（２）光の波長は１．３μｍを例としたが
これに限らない。１．５５μｍ光でも良い。また０．８
μｍ帯にも利用できる。その場合はＧａＡｓ系の半導体
レーザと低価格のＳｉフォトダイオードを使うことがで
きる。Ｓｉはバンドギャップが広いので基板部分は０．
８μｍを透過する。受光層の部分で光が吸収されるが５
０％透過となるように厚みを薄くする。

【０１２４】（３）光ファイバはマルチモードファイバ
であっても良い。マルチモードであるとφがより大きい
ので、Ｂをより狭くし、Ａとバランスを取り易くなる。

【０１２５】（４）光結合の相手は、光ファイバに限ら
ない。光導波路であっても良い。光導波路によって複雑
な処理をされて出てきた光を、本発明の光送受信モジュ
ールに結合させることも可能である。

【０１２６】（５）フォトダイオードの透過率は５０％
として説明してきたがそれに限らない。そのシステムに
おいて、レーザ光の強い方が良いのか、フォトダイオー
ドの感度を優先するべきか？によって透過率を数％から
９０数％までの幅で選択することができる。このように本発明は幅広い応用を含む実用性の高い発明
である。

【０１２７】

【発明の効果】今までおそらく誰も考えつかなかったで
あろう半透過型のレンズ付きフォトダイオードを前に、
レーザをその後ろに配置することにより、本発明は光送
受信モジュールから高価でかさばる光カップラとレンズ
を省くことに成功した。フェルールも１本で足りる。さ
らにパッケージも一つ省き一つだけで良いことになる。
光カップラ、フェルール、パッケージ、レンズはいずれ
も高価な部品であるだけにこれらを省くことによるコス
ト低減効果は顕著である。

【０１２８】これによって、光による双方向通信、特に
光加入者系に不可欠の光送受信モジュールを低価格で量
産することを可能にする。図２３は本発明と従来例との
構造の違いを如実に物語る。図２６（Ａ）は従来例のモ
ジュールの構成である。光ファイバによるカップラ（光
分波器）２１と、独立のＬＤモジュール２５、独立のＰ
Ｄモジュール２７、３つの光コネクタ１７、２２、２３
が必要である。それに対し、本発明は図２６（Ｂ）に示
すが、光分波器は要らないし、光コネクタは一つ、フェ
ルールも一つ、モジュールは一つ、パッケージも一つで
済む。しかもレンズが要らない。レンズ調芯も不要とな
る。著しい改善である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一つの波長λの光を送受信に利用する双方向光
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２：１の光
分波器であって、一方の１入力からＰ１の光を入れる
と、他方の１本に出力光Ｐ３として出力され、同じ光フ
ァイバに送信光Ｐ４を入れると初めの光ファイバの一方
にＰ２として伝搬されることを概略構成図。

【図３】ガラスブロックを使った光分波器の構成図。

【図４】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５】従来例に係る半導体発光素子モジュールの縦断
面図。

【図６】従来例に係る半導体受光素子モジュールの縦断
面図。

【図７】従来例に係るフォトダイオードチップの中央縦
断面図。

【図８】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９】ＰＤの受光層が光ファイバに向くように、光フ
ァイバ、レンズ付き半透過型フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）、半導体レーザ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１０】ＰＤの受光層がレーザを向くように、光ファ
イバ、レンズ付き半透過型フォトダイオード（ＰＤ）、
半導体レーザ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１１】光ファイバ、レンズ付き半透過型フォトダイ
オード、半導体レーザを一直線上に並べてなる本発明の
第１実施例の各部品の寸法の一例を示す光送受信モジュ
ールの概略構成図。（ａ）は寸法例を示す平面図。
（ｂ）は寸法パラメータの定義を示す線図である。

【図１２】光ファイバ、レンズ付き半透過型フォトダイ
オード、半導体レーザ、モニタＰＤを一直線上に並べて
なる本発明の第３実施例に係る光送受信モジュールの概
略構成図。

【図１３】光ファイバ、レンズ付き半透過型フォトダイ
オード、半導体レーザを一直線上に並べてなり、光ファ
イバの端面を斜めに切り、フォトダイオードを傾けるこ
とにより反射光がレーザに戻らないようにした本発明の
第４実施例に係る光送受信モジュールの概略構成図。

【図１４】本発明において用いるレンズ付きプレーナ型
半透過型フォトダイオードの中央縦断面図（Ａ）と上面
図（Ｂ）。上下にリング電極があり、ＩｎＰ基板の底面
にレンズが形成されている。

【図１５】本発明の実施例において用いる、１．０μｍ
〜１．６μｍの波長で使用できるＩｎＧａＡｓフォトダ
イオードにおいて、ＩｎＧａＡｓ（λｇ＝１．６μｍ）
受光層の厚みｄ（μｍ）と、透過率Ｔ（％）の関係に関
する計算結果を示すグラフ。

【図１６】本発明において用いるレンズ付きメサ型半透
過型フォトダイオードの中央縦断面図（Ａ）と上面図
（Ｂ）。上下にリング電極があり、ＩｎＰ基板の底面に
レンズが形成されている。

【図１７】受光素子の受光層へ光を収束させるためのレ
ンズを受光素子基板に作り付けにした従来例のレンズ付
き受光素子の光線の収束を示す概略光線図。

【図１８】受光素子基板に作り付レンズを作る方法を説
明する工程図。（ａ）は半球状にレジストを塗布形成し
た段階を示す。（ｂ）は基板をイオンエッチングしてい
る途中を示す図。（ｃ）はエッチングが終了しレンズ状
の隆起が残った状態を示す図。

【図１９】窓ガラス、５０％透過レンズ付きＰＤ、レー
ザ（ＬＤ）、モニタＰＤを直線状に並べ一つのパッケー
ジに収容した本発明のモジュールの縦断面図（ａ）、サ
ブマウントの平面図（ｂ）、別のサブマウントの平面図
（ｃ）、他のサブマウントの平面図（ｄ）。

【図２０】ガラス窓、レンズ付き５０％透過フォトダイ
オード、レーザ、モニタＰＤを一つのパッケージに一直
線状に収容しその先にフェルールホルダーを取り付け、
パッケージと光ファイバとを一体化した本発明のピグテ
イル型光送受信モジュールの縦断面図。

【図２１】ガラス窓、レンズ付き５０％透過ＰＤ、レー
ザ、モニタＰＤを一つのパッケージに直線状に収容しそ
の先に着脱可能なコネクタを設けて光ファイバを自在に
着脱できるようにした本発明のレセプタクル型光送受信
モジュールの縦断面図。

【図２２】ガラス窓、レンズ付き５０％透過フォトダイ
オード、レーザを一つのパッケージに収容したモジュー
ルの縦断面図（ａ）、サブマウントの平面図（ｂ），別
のサブマウントの平面図（ｃ），他のサブマウントの平
面図（ｄ）。図１９のものからモニタフォトダイオード
を除去したもの。

【図２３】フォトダイオードの光電流を増幅する増幅器
を内蔵する光送受信モジュールの縦断面図。（ａ）はモ
ニタＰＤを備えた例であり、（ｂ）はモニタＰＤのない
例である。

【図２４】図２１のモジュールの電気回路例図。（ａ）
モニタ受光素子を持つ例、（ｂ）がモニタ受光素子を持
たない例。

【図２５】箱型パッケージに本発明の光送受信モジュー
ルを収容した実施例を示す。（ａ）は光ファイバ、受光
素子、レーザだけの平面図。（ｂ）は光ファイバ、受光
素子、レーザを箱型パッケージに収容した状態の縦断面
図。

【図２６】従来例と本考案のモジュールの構成の繁簡の
比較図。（Ａ）が従来例の構成図、分岐がありＬＤとＰ
Ｄが分離している。レンズは２個必要である。（Ｂ）が
本発明の構成図。ＬＤとＰＤが同一直線上にある。独立
のレンズは不要である。

【符号の説明】

１光ファイバ２光分波器３光ファイバ４光分波器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光ファイバ光分波器２２光コネクタ２３光コネクタ２５半導体レーザモジュール２７受光素子モジュール２８半導体レーザモジュール２９半導体レーザチップ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レンズホルダー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（窓）４６レンズホルダー４７レンズ４８ハウジング４９フェルール５０光ファイバ５１光ファイバの端面５２ｎ−ＩｎＰ基板５３ｎ−ＩｎＰバッファ層５４ｎ−ＩｎＧａＡｓ受光層５５ｎ−ＩｎＰ窓層５６亜鉛拡散領域（ｐ型領域）５７ｐ電極５８反射防止膜５９パッシベーション膜６０入射光６１ｎ電極６２光ファイバ６３光ファイバからの受信光６４レンズ付き半透過型フォトダイオード６５受光層６６フォトダイオードの前面６７フォトダイオードの裏面６８透過受信光６９光ファイバの端面７０半導体レーザ７１半導体レーザ発光層７２レーザ光７３透過レーザ光７４作り付けレンズ７５集光レンズ７６レーザの後端面７７レーザからの後方光７８斜め反射光７９斜め反射光８０ＩｎＰ基板８１レジストで覆われない裏面８２レジスト８３イオンビ−ム８４受光層８５モニタＰＤ８６レジストで覆われた裏面８７エッチングによって形成された曲面９０ｎ型ＩｎＰ基板９１ｎ型ＩｎＰバッファ層９２ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層９３ｎ型ＩｎＰ窓層９４ｐ型領域９５ｐ電極９６反射防止膜９７パッシベ−ション膜９８ｎ電極９９反射防止膜１００ｎ型ＩｎＰ基板１０１ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層１０３ｐ⁺ 型ＩｎＰ窓層１０４ｐ電極１０５反射防止膜１０６パッシベ−ション膜１０９ｎ電極１１０反射防止膜１１１ヘッダ１１２ピン１１９ポール１２０ＰＤ用サブマウント１２２レーザ用サブマウント１２３モニタフォトダイオードサブマウント１２４キャップ１２６ガラス窓１３３フェルールホルダー１３４ベンドリミッタ１３６フェルール

フロントページの続き (56)参考文献特開平８−18510（ＪＰ，Ａ) 特開平８−201648（ＪＰ，Ａ) 特開平８−327858（ＪＰ，Ａ) 特開平９−139512（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/42 H01L 31/0232

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの波長λの光を送受信に用い時間を
分割して送信と受信を交互に行うようにした光送受信モ
ジュールであって、外部から信号光を伝送し或いは外部
へ信号光を伝送する光ファイバ或いは光導波路からなる
伝送媒体と、伝送媒体の軸線上に設置され表裏面に電極
を有し作り付けレンズを持ち薄い受光層を持ち入射した
波長λの光の一部を吸収し残りを透過する受光素子と、
受光素子の後方において前記伝送媒体の軸線上に設置さ
れ波長λの光を発生させる発光素子とよりなり、受光素
子の屈折率をｎ、受光素子の厚みをＬ、受光素子・発光
素子の間隔をＡ、光ファイバ・受光素子の間隔をＢ、発
光素子ビーム広がり角を２Ψ、光ファイバビーム広がり
角を２φとして、光ファイバ端を基準として、ＡΨ＝φ
Ｂ＋Ｌφ／ｎで決まる位置に受光素子が位置決めされ、
発光素子の送信光は受光素子へ入り一部が吸収され残り
の光が受光素子を通り抜け作り付けレンズによって集光
され伝送媒体に入射するようにしたことを特徴とする光
送受信モジュール。
【請求項２】発光素子の後方にモニタ用受光素子を配
置したことを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジ
ュール。
【請求項３】レンズ付き受光素子がＩｎＧａＡｓ受光
層をもち、ＩｎＧａＡｓ（λｇ＝１．６７μｍ）の受光
層の厚みが約０．７μｍであ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。
【請求項４】レンズ付き受光素子がＩｎＧａＡｓＰ受
光層をもち、ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４μｍ）の受
光層の厚みが約１．０μｍであ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。
【請求項５】光ファイバと、受光素子、発光素子との
結合系が光ファイバをこれらの光学素子に対して固定す
る集光レンズを持たないピグテイル型によることを特徴
とする請求項１〜４の何れかに記載の光送受信モジュー
ル。
【請求項６】光ファイバと、受光素子、発光素子との
結合系が光ファイバをこれらの素子に対して着脱できる
集光レンズを持たないレセプタクル型によることを特徴
とする請求項１〜４の何れかに記載の光送受信モジュー
ル。