JP6828364B2 - 半導体受光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、半導体受光モジュールに関するものである。
従来、例えば、特開平３−０５９６０７号公報に開示されているように、半導体受光モジュールの光軸を調整する技術が知られている。この公報では、半導体受光素子としてアバランシェフォトダイオードを用いている。以下、アバランシェフォトダイオードを単に「ＡＰＤ」と略称することがある。
一般に、半導体受光モジュールは、ＡＰＤなどの半導体受光素子、レンズ、およびレセプタクルが組み立てられたものである。レセプタクルが内蔵する光ファイバからレンズを介して半導体受光素子の受光面へと光信号が伝達される。
ＡＰＤは光電流を増倍する機能を持っている。しかしＡＰＤ受光面内において増倍率は一定ではない。具体的にはＡＰＤ受光面の中心と外周とで増倍率が異なっており、ＡＰＤ受光面内には増倍率の分布が存在する。これに関し、上記特開平３−０５９６０７号公報は、ＡＰＤ受光面と平行な方向、つまり面方向における光軸の調整を適切に行うための方法を開示している。
特開平３−０５９６０７号公報
半導体受光素子とレンズはいわゆるＣＡＮパッケージ等の形態でパッケージ化され、半導体受光パッケージとして提供される。このような半導体受光パッケージとレセプタクルとが接続されることで、半導体受光モジュールが提供される。半導体受光モジュールの使用時には、レセプタクルに対して光コネクタが着脱可能に接続される。
半導体受光モジュールの構造的仕様の一つに、モジュール長がある。モジュール長は、半導体受光パッケージのステム底面とレセプタクル先端との間の長さ、あるいは、半導体受光パッケージのステム底面とレセプタクルの固定用フランジとの間の長さとして定義される。このモジュール長は、半導体受光モジュールの実装スペースおよび固定構造に関係する。従来は、先に半導体受光モジュールのモジュール長を決めて、このモジュール長に合わせて、内部構造の仕様つまりレンズの焦点距離およびＡＰＤチップ−レンズ間距離を設計していた。このため、仕様モジュール長が異なる場合には、レンズ、およびＡＰＤチップ−レンズ間距離の設計を変更する必要があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、仕様モジュール長が異なる場合にもなるべく設計変更をしなくともよいように改良された半導体受光モジュールを提供することを目的とする。
本開示にかかる半導体受光モジュールは、
表面を有するステムと、
前記ステムの前記表面に設けられた半導体受光素子と、
前記ステムの前記表面において前記半導体受光素子を覆うレンズ付キャップと、
前記レンズ付キャップのレンズに被せられた本体部を有し、前記レンズ付キャップの反対側から前記本体部を貫通して前記レンズに達する開口が設けられたホルダと、
光ファイバの端面を露出させるための先端部を有し、前記先端部が前記ホルダの前記開口に差し込まれたレセプタクルと、
を備え、
前記ホルダは、前記レセプタクルを前記ホルダに固定するように構築された固定手段を、さらに備え、
前記固定手段は前記固定を解除して前記レセプタクルを前記光ファイバの前記光軸方向に移動させることで、前記光ファイバの光軸において前記レンズの中心部と前記光ファイバの前記端面との間の距離を調節するように構築され、
前記ホルダには、前記本体部の側面から前記開口に達するネジ穴が設けられており、
前記固定手段は、前記ネジ穴に取り付けられネジ先が前記レセプタクルの側面と当接する固定ネジを含む。
本発明によれば、レセプタクルを光軸方向へ可動式にしたので、半導体受光モジュールの組立て後であってもモジュール長を調節することができる。
本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールの内部構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の平面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の断面図である。 本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルを示すグラフである。 本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルと受光面上のビームサイズとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の平面図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の断面図である。 本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルを示すグラフである。 本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルと受光面上のビームサイズとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の平面図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルを示すグラフである。 本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュールの内部構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュールをレンズ側から見た図である。 本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルを示すグラフである。 本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュールが有する半導体受光素子の光軸方向における感度プロファイルと受光面上のビームサイズとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１の変形例にかかる半導体受光モジュールの構成を示す図である。
実施の形態１．
図１および図２は、本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０の構成を示す図である。半導体受光モジュール１０は、ステム１２と、ステム１２に被せられたキャップ１４と、キャップ１４に重ねられたホルダ１６と、ホルダ１６に差し込まれたレセプタクル１８とを備えている。レセプタクル１８の側周面には、固定用フランジ１７が設けられている。ステム１２の底面からレセプタクル１８の端部までの長さＡと、ステム１２の底面から固定用フランジ１７の位置までの長さＢとを、それぞれ半導体受光モジュール１０のモジュール長の仕様として定めることができる。
図２は、半導体受光モジュール１０を、固定ネジ２０の差込方向とは垂直な方向すなわち図１の矢印Ｓ方向から見た場合において、レセプタクル１８の中心軸と平行な平面に沿ってホルダ１６を切断した断面図である。ホルダ１６は、キャップ１４のレンズ３５に被せられた本体部を有している。ホルダ１６の本体部には、キャップ１４の反対側から本体部を貫通してレンズ３５に達する開口１６ａが設けられている。固定ネジ２０が、ホルダ１６に設けられたネジ穴１６ｂに差し込まれ、固定ネジ２０におけるネジ本体部２０ａのネジ先がレセプタクル１８の側面に当接している。
図３は、本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０の内部構成を説明するための図である。ステム１２は表面１２ａを有している。表面１２ａには、サブマウント３３およびプリアンプ３４が実装されている。サブマウント３３の上には、本実施形態における半導体受光素子であるアバランシェフォトダイオード３２が実装されている。以下、アバランシェフォトダイオード３２を、ＡＰＤ３２と略称することがある。キャップ１４は、ステム１２の表面１２ａにおいてＡＰＤ３２、サブマウント３３、およびプリアンプ３４等のパッケージ内部品を覆っている。キャップ１４内は封止されており、これによりいわゆるＣＡＮパッケージが提供される。キャップ１４は筒状であり、円筒の側面部および側面部の端部を塞ぐ蓋部を備えている。蓋部にはレンズ３５が設けられている。レンズ３５は、一例として、屈折率が１．５であり、直径が１．５ｍｍのボールレンズを用いることができる。なお、ステム１２と、ステム１２の表面１２ａ上に実装された部品と、キャップ１４と、レンズ３５とが組み立てられたものが、ＣＡＮパッケージ３０である。ＣＡＮパッケージ３０は、ホルダ１６およびレセプタクル１８とは別に個別部品として提供されることもある。
レセプタクル１８は筒状かつ棒状であり、その内部には細長い空間が形成されている。レセプタクル１８の内部には、光ファイバ４０が収納されている。レセプタクル１８の両端のうち一方の端には、先端部１８ａが設けられている。先端部１８ａから、レセプタクル１８内の光ファイバ４０の端面が露出する。先端部１８ａは、ホルダ１６の開口１６ａに差し込まれている。なお、実施の形態１では図３に示すようにレセプタクル１８の図示を簡略化しているが、実用化されている公知のレセプタクルでは、一般に、レセプタクルの内部にアライメントスリーブが設けられ、このアライメントスリーブ内に光ファイバ内蔵スタブが配置されている。実施の形態１においてもこのような公知のレセプタクルを用いることができる。なお、光ファイバ４０は一例としてシングルモードファイバである。
レセプタクル１８を軸方向に動かすことで、光軸上におけるレンズ３５の中心と光ファイバ４０の端面との距離Ｚが変化する。距離Ｚが変化すると、ＡＰＤ３２の受光部３２ａ上に集光されるビームのサイズを変化させることができる。このようにして、光ファイバ４０の位置を調節し、光軸方向における調芯を行うことができる。
ホルダ１６は、固定ネジ２０を備えている。固定ネジ２０は、レセプタクル１８をホルダ１６に固定するとともに、ネジを緩めたときにレセプタクル１８の固定を解除して先端部１８ａを開口１６ａに差し込む深さを調節する機能を備えている。固定ネジ２０は、単なる固定だけではなく、先端部１８ａがある程度の範囲内で開口１６ａに任意の深さまで差し込まれた状態で、レセプタクル１８を固定するものである。ホルダ１６には、本体部の側面から開口１６ａに達するネジ穴１６ｂが設けられている。固定ネジ２０は、ネジ穴１６ｂに取り付けられ、固定ネジ２０におけるネジ本体部２０ａのネジ先がレセプタクル１８の側面と当接する。固定ネジ２０を締めることで簡単にレセプタクル１８を固定することができる。また、固定ネジ２０を緩めれば、レセプタクル１８の固定が解除されるので、レセプタクル１８を軸方向に動かすことができ、モジュール長を再び調整することが可能となる。
レセプタクル１８を可動式にしたので、半導体受光モジュール１０の組立て後であってもモジュール長を調節することができる。すなわち、開口１６ａの適当な深さまで先端部１８ａを差し込んだ状態でレセプタクル１８をホルダ１６に固定することができるので、レセプタクル１８を軸方向に可動とした半導体受光モジュール１０が提供される。これにより、半導体受光モジュール１０の全長を異なる長さに調節することができる。先端部１８ａの位置を調節すると受光部３２ａ上に集光されたビームのサイズを変化させることもできるので、受光部３２ａの垂直方向に対する調芯を半導体受光モジュール１０の組立て後にも行うことができる。つまり、構造上はレセプタクル１８の外形以上のサイズの内径を持つ開口１６ａにレセプタクル１８が差し込まれており、きつく嵌め合わされないで僅かなクリアランスがある。レセプタクル１８は開口１６ａ内を進退可能となっている。固定ネジ２０を締め付けるとネジ先がレセプタクル１８側面に当たり、レセプタクル１８側面がホルダ１６開口１６ａの内面に押し付けられることでレセプタクル１８が固定される。
図４は、本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０が有するＡＰＤ３２の平面図である。ＡＰＤ３２は、面入射型であり、受光部３２ａを備えている。ＡＰＤ３２は、窓層１３０と、ｐ電極１３１と、受光部３２ａとを備える。ｐ電極１３１は、窓層１３０の上に設けられ、円環部およびこの円環と接続した棒状部とを備えている。図示しないが、棒状部の先端にはワイヤが接続される。図５の断面図を用いて後述するように、窓層１３０よりも図５紙面奥側には、複数の半導体層が設けられている。受光部３２ａは、この窓層１３０および複数の半導体層からなる積層体のうち、ｐ電極１３１の円環部から露出した部分である。
図５は、本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０が有するＡＰＤ３２の断面図である。半導体基板１３６の上に、吸収層１３４と、増倍層１３３と、窓層１３０と、ｐ電極１３１とが積層されている。なお、図示を省略しているが、半導体基板１３６の下側つまり裏面側にはｎ電極が設けられており、このｎ電極がサブマウント３３に半田付け等により固定されている。
図４および図５を参照しつつ受光部３２ａの形状を説明すると、まず、ＡＰＤ３２を平面視した場合における受光部３２ａの直径φＡ１は、４０ｕｍである。受光部３２ａの中心に入射した光は、窓層１３０の下方に位置する増倍層１３３に入射する。受光部３２ａは、中央増倍部３２ａ１と周辺増倍部３２ａ２とに区分される。ＡＰＤ３２を平面視した場合における中央増倍部３２ａ１の直径φＡ２は２０ｕｍである。中央増倍部３２ａ１の外側が周辺増倍部３２ａ２であり、周辺増倍部３２ａ２は円環状である。ＡＰＤ３２に逆電圧を印加した際には、中央増倍部３２ａ１の増倍率が周辺増倍部３２ａ２の増倍率よりも１．２倍高い。
受光部３２ａの面内に増倍率分布を持たせる方法は既に公知の技術を用いればよいので詳細説明は省略するが、例えば以下の２種類の方法を用いてもよい。
一つ目の方法として、受光部３２ａ内における増倍層１３３のキャリア濃度を制御する方法がある。増倍層１３３は、中央増倍部３２ａ１を構成する増倍層中央部１３３ａと周辺増倍部３２ａ２を構成する増倍層周辺部１３３ｂとを備える。増倍層中央部１３３ａと増倍層周辺部１３３ｂとで互いにキャリア濃度を変えることにより、実施の形態１のような増倍率分布を実現可能である。
二つ目の方法として、窓層１３０の金属イオン拡散濃度を制御する方法もある。窓層１３０を作製するときには拡散により金属イオンを注入するのが一般的である。受光部３２ａ内で拡散深さを制御することにより、増倍率に面内分布をもたせることができる。すなわち、窓層１３０は、中央増倍部３２ａ１を構成する窓層中央部１３０ａと周辺増倍部３２ａ２を構成する窓層周辺部１３０ｂとを備える。窓層中央部１３０ａと窓層周辺部１３０ｂとで拡散深さに差をつけることで、増倍率に面内分布をもたせることができる。なお、実際には、均一な増倍率の面内分布として設計したにもかかわらず、拡散炉内の温度ばらつきによって増倍率分布を有するＡＰＤが製造されてしまうことがある。そこで、製品に組み込む前にあらかじめ増倍率分布を測定して、実施の形態１のＡＰＤ３２と同様の増倍率分布を持つものを選んで使用してもよい。
図６は、本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０が有するＡＰＤ３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルを示すグラフである。ＡＰＤ３２に、リーチスルー電圧以上ブレークダウン電圧未満の逆電圧を印加する。この状態で、光ファイバ４０をレンズ３５の直近に近づける。ＡＰＤ３２の中心とＡＰＤ３２に入射するビームの中心を合わせながら光ファイバ４０をレンズ３５から遠ざけると、光軸方向のＡＰＤ感度プロファイルは図６のようになる。図６の点線は均一な受光部３２ａ全体で均一な増倍率を持つＡＰＤ３２のＡＰＤ感度プロファイルであり、この場合と比較すると実施の形態１の方がＡＰＤ感度プロファイルの中央点Ａにおける感度ピークが狭くなる。
図７は、本発明の実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０が有するＡＰＤ３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルと受光部３２ａ上のビームサイズとの関係を示すグラフである。レンズ３５の中心と光ファイバ４０の端面との光軸上における距離Ｚが約４．４ｍｍのときにビームサイズが極小となる。距離Ｚ＝４．４ｍｍから増加または減少させると、それぞれビームサイズが大きくなる。ここで、実施の形態１にかかるＡＰＤ３２では受光部３２ａの中央部の増倍率が高くなっているため、図７のように、ＡＰＤ３２への入射光のビームサイズが絞られるＡＰＤ感度プロファイル中央部において、ＡＰＤ感度が狭いピークをもつ。破線で示す均一な増倍率分布を持つＡＰＤの場合と比較すると、ＡＰＤ感度プロファイル中央部のピーク幅が狭くなるので、ＡＰＤ感度プロファイル中央付近となる距離Ｚが得られるように安定的にレセプタクル１８を光軸方向へ調芯することができる。その結果、モジュール組立後のモジュール長ばらつきを抑える効果がある。
以上説明した実施の形態１によれば、レセプタクル１８が光軸方向に可動式となっており、固定ネジ２０を外して可動部を光軸方向に動かしつつＡＰＤ３２の感度をモニタすることにより、半導体受光モジュール１０の組立後にモジュール長を変えることができる。その結果、任意のＡＰＤ３２の感度、およびモジュール長に調節することができる。
また、ＡＰＤ３２は、受光部の中央に入射した光を増倍する中央増倍部３２ａ１と、中央増倍部３２ａ１の周辺に設けられた周辺増倍部３２ａ２とを備えている。中央増倍部３２ａ１および周辺増倍部３２ａ２は、互いに増倍率が異なる。図５で示したように、中央増倍部３２ａ１および周辺増倍部３２ａ２は、ＡＰＤ３２が備える増倍層１３３の構造を工夫することによって増倍層１３３内が異なる増倍率に区画されたものである。実施の形態１のように中央増倍部３２ａ１が周辺増倍部３２ａ２よりも高い増倍率を持つ場合、図６に実線で示したように、面内増倍率が均一である場合と比べて光軸方向ＡＰＤ感度プロファイルがより狭いピークを持つようになる。その結果、ＡＰＤ感度の極大値を得ることのできるモジュール長の範囲を狭く制限でき、モジュール長が大きくばらつくことを抑制できるという利点がある。
ここで、図１９を用いて、変形例にかかる半導体受光モジュール２１０について説明する。ホルダ１６にレセプタクル１８を固定する固定手段は、実施の形態１で例示した固定ネジ２０のみに限定されるものではない。例えば、固定ネジ２０に代えて、各種公知のクランプ機構をホルダ１６に設けるように変形されたホルダ１１６を用いてもよい。この変形例にかかるホルダ１１６は、レセプタクル１８側をクランプ部１１７とし、クランプ部１１７を固定ネジ２０および図示しないナットで締め付け固定するものである。これにより、先端部１８ａを開口１６ａに任意の深さまで挿入した後、クランプ部１１７でレセプタクル１８を締め付け固定してもよい。クランプ部１１７は、具体的には、例えば支柱クランプ機構あるいは一般に配管継手に用いられるようなリングクランプ機構によってレセプタクル１８をクランプするものであってもよい。クランプ部１１７における締結方法の例としては、ボルトおよびナットで締め付け固定するもの、ボルト頭部に折りたたみ式レバーを取り付けてナットともに締め付け固定するもの、クイックリリースレバーの開閉で簡単に締め付け固定とその解除が可能ないわゆるクイックリリースクランプなどを用いてもよい。
なお、ＡＰＤ３２の構造についてはプレーナ型ＡＰＤに限定されない。メサ型ＡＰＤでも受光部３２ａ内の増倍率に分布を持たせることが可能なので、ＡＰＤ３２をメサ型ＡＰＤに置換してもよい。
なお、実施の形態１では、受光部内に増倍率分布が発生しているＡＰＤ３２を用いているが、これに代えて、図６で比較例として示したような面内増倍率が均一である半導体受光素子を用いる変形を行ってもよい。この変形例の場合、実施の形態１と比べてモジュール長の調整幅を大きくすることもできる。
実施の形態２．
実施の形態２にかかる半導体受光モジュールは、ＡＰＤ３２をＡＰＤ２３２に置換した点を除き、実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０と同様の構造を備えている。実施の形態２にかかるＡＰＤ２３２は、受光部３２ａが受光部２３２ａに置換された点を除き、実施の形態１にかかるＡＰＤ３２と同様の構造を備えている。したがって、以下の説明では実施の形態１と同一または相当する構成については同一の符号を付して説明を行うとともに、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通事項は説明を簡略化ないしは省略する。
図８は、本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ２３２の平面図である。実施の形態１とは逆に、実施の形態２では、中央増倍部２３２ａ１の増倍率が周辺増倍部２３２ａ２の増倍率よりも低い。すなわちＡＰＤ２３２に逆電圧を印加した状態で周辺増倍部２３２ａ２の増倍率が中央増倍部２３２ａ１の増倍率よりも１．２倍高い。図９は、本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ２３２の断面図である。増倍層２３３は、実施の形態１の増倍層１３３とは異なり、増倍層中央部２３３ａよりも増倍層周辺部２３３ｂのほうが増倍率を高くするようにキャリア濃度が調整されている。なお、作製方法の一例として実施の形態１で調整したキャリア濃度の大小を逆とすることで実施の形態２のＡＰＤ２３２が有する増倍率分布を得ることができる。また、実施の形態１で説明した窓層１３０への拡散深さ制御を行ってもよく、窓層中央部１３０ａと窓層周辺部１３０ｂとで拡散深さに差をつけることで周辺増倍部２３２ａ２の増倍率が中央増倍部２３２ａ１の増倍率よりも１．２倍高くなるようにしてもよい。
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ２３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルを示すグラフである。ＡＰＤ２３２にリーチスルー電圧以上ブレークダウン電圧未満の逆電圧を印加し、光ファイバ４０をレンズ３５の直近に近づけてから、受光部２３２ａの中心と入射ビームの中心を合わせながら光ファイバ４０を遠ざけていく。そうすると、光軸方向のＡＰＤ感度プロファイルは図１０のようになる。図１０における点線は、比較例であり、受光部２３２ａの面内で均一な増倍率を持つＡＰＤの感度プロファイルである。点線と実線とを比較すると、実線が示す実施の形態２にかかるＡＰＤ２３２では、ＡＰＤ感度プロファイルの両端に感度ピークを持つ。実施の形態２のように周辺増倍部２３２ａ２が中央増倍部２３２ａ１よりも高い増倍率を持つ場合は、受光部２３２ａの面内で増倍率が均一である場合と異なり、光軸方向のＡＰＤ感度プロファイルが、極大値を２つ持つようになる。光軸方向にレセプタクル１８を動かした場合、モジュール長を短くしたときに２つの極大値のうち一方が得られ、モジュール長を長くしたときに２つの極大値のうち他方が得られる。これにより、感度が等しい二段階モジュール長を切替えることのできる半導体受光モジュールが提供される。
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ２３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルと受光部２３２ａ上のビームサイズとの関係を示すグラフである。図１１のように、ＡＰＤ感度プロファイル両端部へいくほど、ＡＰＤ２３２への入射光のビームサイズが広がる。ＡＰＤ感度プロファイルは全体として上方に凸形状となっており、この凸の両肩Ｂ、ＣにＡＰＤ感度の極大値が存在している。均一な増倍率分布を持つＡＰＤと比較すると、ＡＰＤ感度プロファイルの両肩Ｂ、Ｃすなわち図１０、図１１における点ＰＢおよび点ＰＣにピークを持つことになる。このため、点ＰＢまたは点ＰＣに調芯することが可能であり、このようなピークがない点線の場合と比較して、モジュール長さのばらつきを抑える効果がある。
すなわち、レセプタクル１８を極限まで差し込んでから遠ざけることにより点ＰＢに調芯でき、レセプタクルをできるだけ遠ざけてから徐々に差し込んでいくことにより点ＰＣに調芯することができる。このため２つのモジュール長を選択することができる。また、２つの感度ピークはそれぞれピーク幅が狭いので距離Ｚが特定の長さに決まりやすく、モジュール長の調節を正確かつ簡単に行うことができる。また、受光部２３２ａ上でビームが広がった状態で調芯を行うことにもなるので、安定的な光過入力耐性が得られる。
実施の形態３．
実施の形態３にかかる半導体受光モジュールは、ＡＰＤ３２をＡＰＤ３３２に置換した点を除き、実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０と同様の構造を備えている。実施の形態３にかかるＡＰＤ３３２は、受光部２３２ａが受光部３３２ａに置換された点を除き、実施の形態２にかかるＡＰＤ２３２と同様の構造を備えている。したがって、以下の説明では実施の形態１、２と同一または相当する構成については同一の符号を付して説明を行うとともに、実施の形態１、２との相違点を中心に説明し、共通事項は説明を簡略化ないしは省略する。
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ３３２の平面図である。ＡＰＤ３３２は、実施の形態２にかかるＡＰＤ２３２と同様に、中央増倍部３３２ａ１および周辺増倍部３３２ａ２を備える。しかし、ＡＰＤ３３２は、周辺増倍部３３２ａ２のさらに外側に、周辺増倍部３３２ａ２よりも増倍率が低い端部増倍部３３２ａ３を備える点で、実施の形態２と相違する。
図１２に示すＡＰＤ３３２の平面視において、受光部３３２ａの直径φＣ１は、４０ｕｍである。受光部３３２ａの中心から半径φＣ３＝５ｕｍの領域は中央増倍部３３２ａ１である。この中央増倍部３３２ａ１の外側における外周半径φＣ２＝１５ｕｍの円環領域は周辺増倍部３３２ａ２である。この周辺増倍部３３２ａ２のさらに外側の円環領域が端部増倍部３３２ａ３である。ＡＰＤ３３２に逆電圧を印加した状態で、周辺増倍部３３２ａ２の増倍率は、中央増倍部３３２ａ１および端部増倍部３３２ａ３の増倍率よりも１．２倍高くなる。
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ３３２の断面図である。増倍層２３３を増倍層３３３に置換した点を除いては、実施の形態２のＡＰＤ２３２と同様の構造を備えている。増倍層３３３は、中央増倍部３３２ａ１を構成する増倍層中央部３３３ａ、周辺増倍部３３２ａ２を構成する増倍層周辺部３３３ｂ、および端部増倍部３３２ａ３を構成する増倍層端部３３３ｃを備えている。増倍層中央部３３３ａ、増倍層周辺部３３３ｂ、および増倍層端部３３３ｃのキャリア濃度を調整することで、実施の形態３にかかるＡＰＤ３３２で実現すべき上記増倍率分布を得ることができる。具体的には、キャリア注入の際に使用するマスクパターンを変えることにより上記増倍率分布を実現可能である。また、窓層１３０における、窓層中央部１３０ａ、窓層周辺部１３０ｂ、および窓層端部１３０ｃで互いに拡散深さに差をつけることで所望の増倍率分布を得ても良い。
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる半導体受光モジュールが有するＡＰＤ３３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルを示すグラフである。ＡＰＤ３３２にリーチスルー電圧以上ブレークダウン電圧未満の逆電圧を印加し、光ファイバ４０をレンズ３５に近づけてから、受光部３３２ａの中心と入射ビームの中心とを合わせながら、光ファイバ４０をレンズ３５から遠ざけていく。そうすると、光軸方向のＡＰＤ感度プロファイルは図１３のようになる。点線は比較のために示すものであり、実施の形態２にかかるＡＰＤ２３２が有するＡＰＤ感度プロファイルである。点線と比較すると、実線で示した実施の形態３では感度ピークである点ＰＢ、点ＰＣからずれた位置である点ＰＤ、点ＰＥに感度ピークが形成される。円環領域の位置や幅、円環領域の増倍率を制御することにより、図１３および図１４に示すＡＰＤ感度プロファイルにおける、中央点Ａと点ＰＢとの間の任意の箇所と、中央点Ａと点ＰＣとの間の任意の箇所に、それぞれ１つずつ感度ピークを形成することができる。受光部３３２ａが有する円環状の周辺増倍部３３２ａ２の位置、大きさ、および増倍率を制御することにより、図１４のように所望の位置に感度ピークを形成することができる。また、実施の形態２と同様に、半導体受光モジュールのモジュール長を二段階に切り替えることができる。以上説明したように、周辺増倍部３３２ａ２よりも増倍率が低い端部増倍部３３２ａ３をさらに設けた場合には、端部増倍部３３２ａ３を設けない場合と比べて、２つの感度極大値である点ＰＤ、点ＰＥがより大きな値を持ち、さらに点ＰＢと点ＰＣとの間隔よりも点ＰＤ、点ＰＥの間隔が狭くなる。このように、端部増倍部３３２ａ３を設けることで、感度極大値の大きさおよび２つの感度極大値の間隔を制御することができる。
実施の形態４．
実施の形態４にかかる半導体受光モジュール４１０は、レンズ３５に遮光マスク４３５を設けた点を除き、実施の形態２にかかる半導体受光モジュール１０と同様の構造を備えている。したがって、以下の説明では実施の形態２と同一または相当する構成については同一の符号を付して説明を行うとともに、実施の形態２との相違点を中心に説明し、共通事項は説明を簡略化ないしは省略する。
図１５は、本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュール４１０の内部構成を説明するための図である。レンズ３５に遮光マスク４３５が設けられている。図１６は、本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュール４１０をレンズ側から見た図である。つまり、図１６は、光ファイバ４０の中心およびレンズ３５の中心を通る光軸と平行にレンズ３５の表面を視た平面視を図示したものである。図１６の平面視において、遮光マスク４３５は、レンズ３５の外周を覆い且つレンズ３５の中央を露出させる。実施の形態４では、遮光マスク４３５がレンズ３５の中心から０．４ｍｍ以上外側の領域を覆っている。遮光マスク４３５は、一例としてはクロムコーティング等により形成しても良い。遮光マスク４３５の材料は、光ファイバ４０で伝達される光信号の波長に対して光透過率の低い材料であればよい。また、実施の形態４ではレンズ３５として球面レンズを用いているので、反射光が拡散され、戻り光の影響は小さいと考えられる。
図１７は、本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュール４１０が有するＡＰＤ３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルを示すグラフである。図１８は、本発明の実施の形態４にかかる半導体受光モジュール４１０が有するＡＰＤ３２の光軸方向におけるＡＰＤ感度プロファイルと受光部３２ａ上のビームサイズとの関係を示すグラフである。レンズ３５から光ファイバ４０を遠ざけていくと、レンズ３５表面におけるビーム径が大きくなる。やがて、ビーム径が遮光マスク４３５の開口領域よりも大きなサイズになると、光が通りにくくなる。図１８に示す通り距離Ｚが約４．７ｍｍを超えるとビームの一部が遮光マスク４３５にかかる。遮光マスク４３５にビームの一部がかかるほどに距離Ｚを大きくして光ファイバ４０を遠ざけた側の領域を、図１８に遮光領域として図示している。この遮光領域ではＡＰＤ感度をより大きく下げることができるので、ＡＰＤ感度プロファイルの２つのピークに大小をつけることができる。つまり図１７、図１８に示す範囲における最大値が点ＰＢ１の１つのみとなる。
実施の形態４の効果を説明する。まず先端部１８ａの位置をレセプタクル１８の軸方向に沿って調節すると、距離Ｚを調節できる。これにより受光部３２ａ上に集光されたビームのサイズを変化させることができる。ここで、距離Ｚを増加させて光ファイバ４０をレンズ３５から遠ざけていくと、やがてレンズ３５の表面におけるビーム径が遮光マスク４３５にかかるほどに大きくなる。その結果、光ファイバ４０がレンズ３５から一定距離以上遠ざけられた側では、遮光マスク４３５がない場合と比べてＡＰＤ感度がより大きく減少する。ＡＰＤ感度を監視しながらレセプタクル１８の位置を調節した場合に、光ファイバ４０がレンズ３５に対して近いのか遠いのかを正確に区別することができる。よって光軸方向への調芯を正確に行うことができる。すなわち、実施の形態４では、図１７に示すように、光軸方向ＡＰＤ感度プロファイルが、異なる大きさの２つの感度極大値である点ＰＢ１および点ＰＣ１を持つようになる。モジュール長を短くした側で大きい極大値である点ＰＢ１が得られ、モジュール長を長くした側で小さい極大値である点ＰＣ１が得られる。したがって、ＡＰＤ感度を計測しながらモジュール長の調節を行う際に、モジュール長の調節方向を把握しやすくなる。
なお、遮光マスク４３５は、レンズ３５の表面に遮光材料をコーティングする方法以外にも、例えば、レンズ３５と光ファイバ４０との間に環状の遮光部材を配置することによってビームの一部を遮るようにすることで同様の遮光機能を実現しても良い。
なお、実施の形態４にかかる遮光マスク４３５は、実施の形態２にかかる半導体受光モジュールに限らず、実施の形態１にかかる半導体受光モジュール１０または実施の形態３にかかる半導体受光モジュールに適用してもよい。
１０、２１０、４１０ 半導体受光モジュール、１２ ステム、１２ａ 表面、１４ キャップ、１６、１１６ ホルダ、１６ａ 開口、１６ｂ ネジ穴、１７ 固定用フランジ、１８ レセプタクル、１８ａ 先端部、２０ 固定ネジ、２０ａ ネジ本体部、３０ ＣＡＮパッケージ、３２ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、３２ａ、２３２ａ、３３２ａ 受光部、３２ａ１、２３２ａ１、３３２ａ１ 中央増倍部、３２ａ２、２３２ａ２、３３２ａ２ 周辺増倍部、３３２ａ３ 端部増倍部、３３ サブマウント、３４ プリアンプ、３５ レンズ、４０ 光ファイバ、１１７ クランプ部、１３０ 窓層、１３０ａ 窓層中央部、１３０ｂ 窓層周辺部、１３０ｃ 窓層端部、１３１ ｐ電極、１３３、２３３、３３３ 増倍層、１３３ａ、２３３ａ、３３３ａ 増倍層中央部、１３３ｂ、２３３ｂ、３３３ｂ 増倍層周辺部、３３３ｃ 増倍層端部、１３４ 吸収層、１３６ 半導体基板、４３５ 遮光マスク

Claims (8)

  1. 表面を有するステムと、
    前記ステムの前記表面に設けられた半導体受光素子と、
    前記ステムの前記表面において前記半導体受光素子を覆うレンズ付キャップと、
    前記レンズ付キャップのレンズに被せられた本体部を有し、前記レンズ付キャップの反対側から前記本体部を貫通して前記レンズに達する開口が設けられたホルダと、
    光ファイバの端面を露出させるための先端部を有し、前記先端部が前記ホルダの前記開口に差し込まれたレセプタクルと、
    を備え、
    前記ホルダは、前記レセプタクルを前記ホルダに固定するように構築された固定手段を、さらに備え、
    前記固定手段は前記固定を解除して前記レセプタクルを前記光ファイバの光軸方向に移動させることで、前記光ファイバの光軸において前記レンズの中心部と前記光ファイバの前記端面との間の距離を調節するように構築され、
    前記ホルダには、前記本体部の側面から前記開口に達するネジ穴が設けられており、
    前記固定手段は、前記ネジ穴に取り付けられネジ先が前記レセプタクルの側面と当接する固定ネジを含む半導体受光モジュール。
  2. 前記半導体受光素子は、アバランシェフォトダイオードであり、
    前記半導体受光素子は、受光部の中央に入射した光を増倍する中央増倍部と、前記中央増倍部の周辺に設けられた周辺増倍部とを備え、
    前記中央増倍部および前記周辺増倍部は互いに増倍率が異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体受光モジュール。
  3. 前記中央増倍部の増倍率は、前記周辺増倍部の増倍率よりも高い請求項２に記載の半導体受光モジュール。
  4. 前記中央増倍部の増倍率は、前記周辺増倍部の増倍率よりも低い請求項２に記載の半導体受光モジュール。
  5. 前記周辺増倍部のさらに外側に、前記周辺増倍部よりも増倍率が低い端部増倍部をさらに備える請求項４に記載の半導体受光モジュール。
  6. 前記光ファイバの中心および前記レンズの中心を通る光軸と平行に前記レンズの表面を視た平面視において、前記レンズの外周を覆い且つ前記レンズの中央を露出させる遮光マスクを、
    さらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体受光モジュール。
  7. 表面を有するステムと、
    前記ステムの前記表面に設けられた半導体受光素子と、
    前記ステムの前記表面において前記半導体受光素子を覆うレンズ付キャップと、
    前記レンズ付キャップのレンズに被せられた本体部を有し、前記レンズ付キャップの反対側から前記本体部を貫通して前記レンズに達する開口が設けられたホルダと、
    光ファイバの端面を露出させるための先端部を有し、前記先端部が前記ホルダの前記開口に差し込まれたレセプタクルと、
    を備え、
    前記ホルダは、前記レセプタクルを前記ホルダに固定するように構築された固定手段を、さらに備え、
    前記固定手段は前記固定を解除して前記レセプタクルを前記光ファイバの光軸方向に移動させることで、前記光ファイバの光軸において前記レンズの中心部と前記光ファイバの前記端面との間の距離を調節するように構築され、
    前記固定手段は、前記本体部に設けられ、前記開口に差し込まれた前記レセプタクルの前記先端部の側周面を囲うように構築されたクランプ部を含み、
    前記クランプ部は、前記クランプ部の締め付けに応じて前記レセプタクルが前記ホルダに固定されるとともに、前記クランプ部を緩めたときに前記固定が解除されるように構築されたことを特徴とする半導体受光モジュール。
  8. 前記クランプ部は、リングクランプ機構を含む請求項７に記載の半導体受光モジュール。
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