JPH04340509A

JPH04340509A - 光受光装置

Info

Publication number: JPH04340509A
Application number: JP11182691A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Oikawa; 陽一及川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-05-16
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1992-11-26
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JP3100418B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムにおけ
る超高速用光・電子複合モジュール内に搭載される光受
光装置に係り、更に詳しくはレンズ付裏面入射型受光素
子と光ファイバとから構成される光受光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、遠距離間通信の需要に応じて、通
信システムに求められる情報伝送速度は増加する傾向に
ある。特に、光通信システムには、マルチギガビット級
の伝送速度が必要となりつつあり、この伝送速度を実現
する光通信装置の開発が要求されている。

【０００３】このような高速光伝送システムを構築する
ためには、使用される受光素子自身の高速化が不可欠で
ある。受光素子の高速化を実現するには、受光径を小さ
くし、その部分の容量を低減させる必要があるが、表面
入射型の場合は、電極の内径部から光を入射させるため
に、受光径をさほど小さくすることができない。このよ
うな欠点を克服するために、現在では、光結合をし易く
し、かつ受光径を小さくすることの可能な裏面入射型が
広く採用されている。

【０００４】図１５に、裏面入射型受光素子Ｄと光ファ
イバＦとから構成される従来の光受光装置の一例を示す
。同図において、受光素子Ｄは、例えばＩｎＰ基板１、ｎ
型ＩｎＰ層２、光吸収層３およびｐ型ＩｎＰ層４の積層
構造を有し、その最表面層であるｐ型ＩｎＰ層４上に電
極５を備えた構成からなっており、この全体がキャリア
Ｃ上に搭載されている。更に、キャリアＣには、その裏
面側からＩｎＰ基板１まで貫通する孔Ｈが形成されてお
り、この孔Ｈにテーパ先球ファイバ等の光ファイバＦの
先端部が挿入固定され、受光素子Ｄとの間で光結合がな
されている。なお、ここに示した光受光装置はワイヤボ
ンディング実装用であり、電極５上には信号出力用のワ
イヤＷが接合されている。

【０００５】また、図１６に、フリップチップボンディ
ング実装用の従来の光受光装置の一例を示す。同図にお
いて、裏面入射型受光素子Ｄは、例えばＩｎＰ基板１、
ｎ型ＩｎＰ層２、光吸収層３およびｐ型ＩｎＰ層４の積
層構造を有し、その最表面層であるｐ型ＩｎＰ層４上に
電極５を備えた構成は図Ａのものと同様であるが、更に
ＩｎＰ基板１の裏面側の光入射面にマイクロレンズ６が
設けられ、このマイクロレンズ６を介して光ファイバＦ
との光結合がなされている。また、例えば一部に電気回
路Ｃを備えたプリアンプＩＣ基板Ｐ上に、半田バンプＢ
によるフリップチップボンディングにより、電極５を電
極用バンプとして上記受光素子Ｄが接合されている。こ
こで述べたフリップチップボンディング実装は、図１５
に示したようなワイヤで接続した場合に生じる寄生リア
クタンスを除去させて、光半導体チップの高速特性を損
なうことなく実装することが可能になるので、図１６の
装置は図Ａの装置よりも更に高速化を達成することがで
きる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１７（Ａ）は従来の
表面入射型受光素子の概略構造であり、この構造に対応
した光結合位置ずれトレランスと反射率との関係を同図
（Ｂ）に示す。この図から明らかなように、表面入射型
では、入射角度θａ　を或る程度大きくしておけばトレ
ランス内において極めて小さな反射率特性が得られると
いう利点はあるが、トレランスを拡大できないという問
題があった。

【０００７】一方、図１５や図１６に示したような裏面
入射型受光素子を使用した従来の光受光装置では、受光
素子Ｄの裏面側から入射した信号光ＬＳ　が電極面（電
極５の裏面）で反射し、その反射光ＬＲ　が光ファイバ
Ｆに再度結合することにより、光の反射率が大きくなり
、伝送品質を低下させるという問題があった。

【０００８】また、図１８（Ａ）は図１６に示したもの
と同様な従来のレンズ付裏面入射型受光素子の概略構造
であり、この構造に対応した光結合位置ずれトレランス
と反射率との関係を同図（Ｂ）に示す。この図から明ら
かなように、レンズ付の裏面入射型では、裏面側入射面
に設けられたレンズの集光作用により、表面入射型と比
べ、光結合位置ずれトレランスを拡大できるという利点
が得られる。また、或る入射角度θａ　でレンズに入射
させるようにすれば、図１５や図１６に示したように信
号光が垂直に入射する場合と比べ、その入射光ＬＳ１が
通常は電極面で斜めに反射することにより、その反射光
ＬＲ１が光ファイバへ再度光結合されるのを或る程度防
止することはできる。しかしながら、このように或る入
射角度θａ　でレンズに入射させても、レンズの頂点か
ら或る距離Ｗａ　だけ離れた点Ｑから入射した光ＬＳ２
が電極面に対して垂直になるような場合があり、このよ
うな場合には電極面からの反射光ＬＲ２が入射光ＬＳ２
と同一経路を逆にたどって光ファイバへ再度結合される
ことになり、よって反射率の大きな領域がトレランス内
に存在してしまうという問題があった。

【０００９】本発明は、レンズ付の裏面入射型受光素子
と光ファイバとから構成される光受光装置において、広
い光結合位置ずれトレランスと光結合時の低い光反射率
とを同時に実現できるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光受光装置は、
裏面側の光入射面にレンズの設けられた裏面入射型受光
素子と、この受光素子に光結合された光ファイバとから
構成されており、受光素子の表面側の電極面からの反射
光が光ファイバへ入射するのを低減する反射光防止手段
を備えたことを特徴とするものである。

【００１１】上記反射光防止手段は、（ａ）光ファイバ
から受光素子へ信号光を斜めに入射させるようにすると
共に、信号光が受光素子の電極面へ垂直に入射しないよ
うにレンズ間口径を狭めるように構成したもの、（ｂ）
レンズの頂点から電極面までの距離をレンズの焦点距離
よりも大きく、または小さく構成したもの、（ｃ）レン
ズの頂点部分をフラットに構成したもの、（ｄ）光ファ
イバの先端部をテーパ状にすると共に、そのテーパ状部
分の先端部に傾斜した全反射面を有するように構成した
もの等により実現可能である。

【００１２】また、このような構成からなる光受光装置
を複数個アレイ状に配設し、複数の信号光を入射できる
ように構成することも可能である。この場合、アレイ状
に配設された複数個の裏面入射型受光素子として、上記
（ａ）〜（ｃ）に示した構成の受光素子の中から選択さ
れた一種類または複数種類の受光素子を使用し、またア
レイ状に配設された複数個の光ファイバとして、先端斜
め研磨ファイバおよび上記（ｄ）に示した構成の光ファ
イバの一方または両方を使用することも可能である。

【００１３】上記（ｄ）に示した構成の光ファイバの製
造方法としては、例えば以下の方法を採用可能である。すなわち、光ファイバの先端部側面に角度をつけて機械
研磨することにより先端部をテーパ状に形成し、次に、
そのテーパ状部分の表面を放電により溶融して滑らかに
した後、テーパ状部分の先端部を斜めに機械研磨して全
反射面を形成することにより、上記（ｄ）に示した構成
の光ファイバを得る。

【００１４】

【作用】本発明では、レンズ付の裏面入射型受光素子を
採用したことにより、そのレンズの集光作用で光結合位
置ずれトレランスが拡大される。また、受光素子の表面
側の電極面からの反射光が光ファイバへ入射するのを低
減する反射光防止手段を備えたことから、受光素子と光
ファイバとの光結合部分において広い光結合トレランス
が確保されるだけでなく、電極面で発生する光の反射が
大幅に低減される。

【００１５】例えば上記（ａ）の構成を採用した場合に
は、レンズ間口径が狭く、信号光がレンズ上のどの点か
ら入射した場合でも、電極面へ垂直に入射することがな
いので、トレランス内には反射率の大きな領域が存在せ
ず、よって反射率の低減が可能となる。

【００１６】上記（ｂ）の構成を採用した場合には、レ
ンズの頂点から電極面までの距離をレンズの焦点距離と
等しくしていた従来のものと違い、反射光の光ファイバ
端でのビーム径と曲率半径がファイバ出射時の大きさと
異なることになるので、反射光と光ファイバとの結合効
率が低下し、よって反射率が低減する。

【００１７】上記（ｃ）の構成を採用した場合には、フ
ラットに構成されたレンズ頂点部分に垂直に入射した光
はレンズによる集光作用を受けないことから、電極面で
の反射光の多くはファイバ外へ発散され、反射光と光フ
ァイバとの結合効率が低下するので、反射率の低減が可
能となる。しかも、フラット部分以外のレンズ周辺部で
の曲率によるレンズ効果は得られるので、ファイバの位
置ずれトレランスの拡大も可能である。

【００１８】上記（ｄ）の構成を採用した場合には、光
ファイバ内を伝搬されてきた信号光は先端部の全反射面
で全反射された後、更にテーパ部分で屈折されて受光素
子に入射する。すると、特にファイバ先端部分における
曲率半径の小さな部分を使用することにより、光ファイ
バから出射された光の互いに直交する２方向の成分に非
点収差が起こり、電極面からの反射光と光ファイバとの
結合効率が低下し、よって反射率の低減が可能になる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１に、本発明の第１実施例の概略
構成を示す。

【００２０】同図に示すように、本実施例の光受光装置
は、裏面側の光入射面にマイクロレンズ６を有するレン
ズ付の裏面反射型受光素子Ｄと、この受光素子Ｄに対し
て入射角度θａ　（≠０°）で斜め方向から信号光を入
射させるように配置された不図示の光ファイバとから構
成されている。同図には受光素子Ｄが簡略的にしか描か
れていないが、実際には図１６に示したように、例えば
ＩｎＰ基板１、ｎ型ＩｎＰ層２、光吸収層３、ｐ型Ｉｎ
Ｐ層４および電極（電極用バンプ）５からなる積層構造
を有すると共に、ＩｎＰ基板１の裏面側の光入射面にマ
イクロレンズ６が設けられている。

【００２１】更に、本実施例では、受光素子Ｄにマイク
ロレンズ６を介して入射した信号光ＬＳ　が電極面（電
極５の裏面）５ａへ垂直に入射しないように、マイクロ
レンズ６のレンズ間口径を狭めた構造となっている。こ
のような構造を実現するための入射角度θａ　とレンズ
間口径２Ｌ（Ｌはレンズ間口半径）との関係について、
入射光線のモデルを示した図２を使用し、以下に具体的
に述べる。

【００２２】図２において、受光素子Ｄへの入射角度を
θａ　、レンズ６への入射角度をθｉｂ、レンズ６から
の出射角度をθｏｂ、入射点とレンズ中心Ｏとを結ぶ直
線と電極面５ａからの垂線とがなす角度をθｓ　とする
と、レンズ６から入射した光ＬＳ　が電極面５ａに対し
て垂直になる条件は、 θｏｂ＝θｓ　　　，　　θｉｂ＝θａ　＋θｓ　であ
る。この条件で、レンズ中心Ｏから垂直光線位置までの
距離（反射点距離）Ｗを求めると、

【００２３】

【数１】

【００２４】となる。式（１）　中、Ｒはレンズ６の曲
率半径、ｎｓ　はレンズ６の屈折率である。このことか
ら、レンズ間口半径Ｌを、Ｌ＜Ｗ　　・・・・・（２）となるように設定すれば、レンズ６に入射した光ＬＳ　
が電極面５ａに対して垂直になることはない。従って本
実施例では、上記式（２）　の関係を満たすように入射
角度θａ　とレンズ間口径２Ｌを設定してある。例えば
、レンズ６の曲率半径Ｒが１００μｍで、入射角度θａ
　が３０°の場合を考えると、式（１）　より反射点距
離Ｗは２１μｍとなるので、レンズ間口半径ＬをＷ（＝
２１μｍ）よりも小さく、例えば２０μｍに設定すれば
よい。このように設定することにより、広いトレランス
を確保しつつ、しかもトレランス内には図１８（Ｂ）に
示したような反射率の大きな領域が存在しなくなり、極
めて小さな反射率を実現することができる。

【００２５】次に図３に、本発明の第２実施例の概略構
成を示す。本実施例の光受光装置は、図１に示した構成
に加えて、光吸収層３および電極５を含む受光部分をマ
イクロレンズ６の中心からずらして配置したものである
。この場合のオフセット距離Ｋは、図２に示した距離Ｗ
と等しくしてある。このように構成することにより、図
１に示したものよりも受光部分の大きさ（受光径）を小
さく保ったままで、電極面５ａへの垂直入射成分をなく
し、光の反射率を低減することができる。

【００２６】次に図４に、本発明の第３実施例の概略構
成を示す。本実施例の光受光装置は、レンズ付裏面入射
型受光素子Ｄにおけるレンズ６の頂点から電極面５ａま
での距離ｄｓ　がレンズ６の焦点距離ｄｓｏよりも大き
く（すなわちｄｓ　＞ｄｓｏ）、または小さく（すなわ
ちｄｓ　＜ｄｓｏ）なるように構成したものである。そ
の動作原理を、以下に図５に基づき説明する。なお、図
５において、破線部分は電極面５ａからの反射光の様子
を模式的に示したものである。

【００２７】従来は、通常、図５（Ａ）に示すように、
ｄｓ　がｄｓｏと等しくなる（ｄｓ　＝ｄｓｏ）ように
設定される。このようにすることにより、光ファイバＦ
と受光素子Ｄとの距離であるギャップｇに依らず、受光
素子Ｄでのビーム径を一定にすることができる。従って
、結合効率はレンズ間口での効率で決まり、見掛け上、
受光径がレンズ間口径にまで拡大された受光素子となる
。しかし、電極面５ａで生じる反射光の光ファイバ端で
のビーム径Ｗ３　および曲率半径Ｒ３　が光ファイバか
ら出射される光のビーム径Ｗ１　および曲率半径Ｒ１　
とほぼ等しくなるため、反射光と光ファイバとの結合効
率がほぼ　１００％になり、反射率が大きくなってしま
う。

【００２８】これに対し、図５（Ｂ）に示すようにｄｓ
　＞ｄｓｏとした場合には、反射光の光ファイバ端での
ビーム径Ｗ３　および曲率半径Ｒ３　が光ファイバ出射
時のビーム径Ｗ１　および曲率半径Ｒ１　と異なるため
、反射光と光ファイバとの結合効率が低下し、反射率を
低減することができる。ｄｓ　＜ｄｓｏとした場合にも
同様なことが言える。

【００２９】そこで、上記の動作原理を図６に基づき数
式で導出してみる。まず、反射面（電極面５ａ）を２つ
のビーム（その光電界をφ１　、φ２　とする）のオー
バラップ面として、その面での結合効率を求めると、こ
の結合効率は反射光と光ファイバとの結合効率に等しい
。光電界φ１　、φ２　による結合効率は一般に以下の
式（３）で求まる。なお、式（３）　中、φ１　＊　、
φ２　＊　はそれぞれφ１　、φ２　の複素共役を示す
。

【００３０】

【数２】

【００３１】また、オーバラップ面でのビーム径、曲率
半径をそれぞれＷ２、Ｒ２　とすると、そこでの電界φ
は、ｋ＝２πｎ／λとして、

【００３２】

【数３】

【００３３】である。φ２　はφ１　の反射光なので、
ビーム径が等しく、曲率半径の符号が反転している。す
なわち、 φ２　＝φ１　＊　　　・・・・・（５）である。そこ
で、式（４）　および（５）　を用いて式（３）　を計
算すると、

【００３４】

【数４】

【００３５】となり、結合効率ηをＷ２　、Ｒ２　で表
記できる。次に、光学系の光線マトリックス（Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ）を用いると、以下に示す良く知られた関係式（
７）　、（８）　が得られる。なお、ａ＝λ／πＷ１　
とする。

【００３６】

【数５】

【００３７】この関係式により、結合効率ηは以下の式
（９）　で表すことができる。なお、反射面での屈折率
をｎｓ　とする。

【００３８】

【数６】

【００３９】ここで、計算の一例として、図４に示した
光学系（ただし光ファイバＦとしてフラットファイバを
使用するものとする）を考える。この場合、焦点距離ｄ
ｓｏの逆数（＝１／ｄｓｏ）をＦｓ　とおいて、以下の
関係式が成り立つ。

【００４０】

【数７】

【００４１】なお、上記式（１０）の最上式の右辺にお
ける左から第１番目のマトリクスは距離ｄｓ　の移動を
表し、第２番目のマトリクスはレンズ面での集光を表し
、第３番目のマトリクスは距離ｇの移動を表している。すると、式（１０）から、光線マトリックス成分（Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ）は以下のようになる。ここでＫは、焦点距
離ｄｓｏに対するチップの厚みｄｓ　の比（＝ｄｓ　／
ｄｓｏ）である。

【００４２】　　　　Ａ＝１−Ｋ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（１１）　　
　　Ｂ＝（１−Ｋ）・ｇ＋Ｋ・ｄｓｏ／ｎｓ　　　　　
　　・・・・・（１２）　　　　Ｃ＝−１／ｄｓｏ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・・・（１３）　　　　Ｄ＝−ｇ／ｄｓｏ＋１／ｎｓ
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（１４
）ここで、図５（Ａ）に示したような従来の場合は、Ｋ
＝１となる。この場合において、計算を容易にするため
にｇがｄｓｏ／ｎｓ　に等しい場合についての結合効率
η（Ｋ＝１）　とオーバラップ面でのビーム径Ｗ２（Ｋ
＝１）を求めると、　　　　η（Ｋ＝１）　＝１　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（１５）
　　　　Ｗ２（Ｋ＝１）＝ａ・ｄｓｏ／ｎｓ　　　　　
　　　　　　　　　　　　・・・・・（１６）となる。そこで次に、図５（Ｂ）に示したようにＫが１以外の場
合での結合効率η（Ｋ≠１）の改善量Δη（＝η（Ｋ≠
１）／η（Ｋ＝１））とビーム径Ｗ２（Ｋ　≠１）の増
加量ΔＷ２　（　＝Ｗ２（Ｋ　≠１）／Ｗ２（Ｋ＝１）
）を求めると、　　　　Δη＝１／（１＋Ｐ２）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（１７
）　　　　ΔＷ２　＝（１＋Ｐ２）１／２　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・・・（１８）　　　
　　　ただしＰ＝π・（ｎｓ　／λ）・Ｗ１　２　・（
１−Ｋ）／ｄｓｏとなる。従って、式（１８）で示され
る受光部でのビーム径Ｗ２　が受光径よりも大きくなら
ない範囲内で、Ｋを１よりも大きくするか、または小さ
くすることにより、式（１７）で示されるような反射率
の改善が見込まれる。

【００４３】なお、上記の計算例では、フラットファイ
バとの結合の場合を示したが、これに限らず、テーパ先
球ファイバ、先端斜め研磨ファイバ、ファイバと個別の
レンズとからなる光学系等を使用した場合であっても、
同様な効果を得ることができる。

【００４４】次に図７に、本発明の第４実施例の概略構
成を示す。本実施例の光受光装置は、レンズ付裏面入射
型受光素子Ｄにおけるレンズ６の頂点部分をフラットに
構成したものである。このような構造とすることにより
、レンズ６の中心部分のフラット面６ａに垂直に入射し
た光はレンズ６による集光作用を受けないことから、電
極面５ａでの反射光の多くは光ファイバＦの外部へ発散
され、反射光と光ファイバとの結合効率が低下するので
、反射率を低減することができる。しかも、フラット部
分以外のレンズ周辺部での曲率によるレンズ効果は得ら
れるので、ファイバの位置ずれトレランスを拡大するこ
ともできる。

【００４５】ここで、結合効率計算の一例として、図７
に示した光学系（ただし光ファイバＦとしてフラットフ
ァイバを使用するものとする）を考える。この場合、以
下の関係式が成り立つ。

【００４６】

【数８】

【００４７】なお、上記式（１９）の最上式の右辺にお
ける左から第１番目のマトリクスは距離ｄｓ　の移動を
表し、第２番目のマトリクスは屈折率ｎｓ　の受光素子
中への入射を表し、第３番目のマトリクスは距離ｇの移
動を表している。すると、式（１９）から、光線マトリ
ックス成分（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は以下のようになる。

【００４８】　　　　Ａ＝１　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・（２０）
　　　　Ｂ＝ｇ＋ｄｓ　／ｎｓ　＝ｇ＋Ｋ・ｄｓｏ／ｎ
ｓ　　　・・・・・（２１）　　　　Ｃ＝０　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　・・・・・（２２）　　　　Ｄ＝１／ｎｓ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・・・（２３）そこで、前記実施例において比
較した従来の通常設計状態（Ｋ＝１、ｇ＝ｄｓｏ／ｎｓ
　）と、上記の本実施例の場合とを比較し、結合効率η
の改善量Δηとビーム径Ｗ２　の増加量ΔＷ２　を求め
ると、　　　　Δη＝１／（１＋４Ｑ　）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　・・・・・（２４）　　　　ΔＷ２
　＝（４＋１／Ｑ　）１／２　　　　　　　　　　　　
　　　・・・・・（２５）　　　　　　ただしＱ＝（ｄ
ｓｏ・（λ／ｎｓ　）／（π／Ｗ１　２　））１／２　
となる。従って、式（２５）で示される受光部でのビー
ム径Ｗ２　が受光径よりも大きくならない範囲内で、レ
ンズ６の焦点距離ｄｓｏを選ぶことにより、式（２４）
で示されるような反射率の改善が見込まれる。

【００４９】なお、上記の計算例では、フラットファイ
バとの結合の場合を示したが、これに限らず、テーパ先
球ファイバ、先端斜め研磨ファイバ、ファイバと個別の
レンズとからなる光学系等を使用した場合であっても、
同様な効果を得ることができる。

【００５０】次に図８に、本発明の第５実施例の概略構
成を示す。本実施例の光受光装置は、以上に述べたいず
れかの実施例のものと同様な構成のレンズ付裏面入射型
受光素子Ｄと、この受光素子Ｄに対して光結合された先
端斜め研磨ファイバＦとから構成されている。このよう
な構成とすることにより、光結合部の部品点数を大幅に
低減しながら、広い光結合トレランスを得ることができ
る。また、先端斜め研磨ファイバＦは受光面に対してほ
ぼ水平に配置可能なので、フラットパッケージ化に向い
ており、パッケージ高さを低くすることができる。更に
、以上の実施例において述べたのと同様な反射率低減効
果をも合わせ持つことができる。

【００５１】次に図９に、本発明の第６実施例の概略構
成を示す。本実施例では、光ファイバＦにおける先端部
をテーパ状にすると共に、そのテーパ部分１１の先端部
分を更に斜めに研磨して全反射面１２を有するように構
成し、このように構成された光ファイバ（テーパ状先端
斜め研磨ファイバ）Ｆからの出射光が前記いずれかの実
施例のレンズ付裏面入射型受光素子Ｄ（図９では省略）
に入射するようにしたものである。

【００５２】ここで、本実施例で採用するテーパ状先端
斜め研磨ファイバＦの利点を、従来の先端斜め研磨ファ
イバと比較することにより明らかにする。まず図１０に
、従来の先端斜め研磨ファイバにおける研磨角度θ０　
に対するファイバ出射角度θｉ　の関係を示す。同図に
明らかなように、全反射させるための最大研磨角度は４
５°にはならず、それよりも小さい４３°になる。製造
誤差を考慮すると、最大の研磨角度は４０°程度が限界
である。従って、ファイバ出射角度θｉ　が０°になる
ことはなく、１５°程度になってしまい、受光素子面で
のビーム形状が楕円形になってしまう。一方、図１１に
、本実施例のテーパ状先端斜め研磨ファイバにおけるテ
ーパ角度θｔ　に対するファイバ出射角度θｉ　の関係
の一例を示す。本実施例の光ファイバでは、全反射面１
２で一旦全反射された光が、テーパ面１１ａで更に屈折
されて出射角度が変化する。例えばテーパ角度θｔを３
０°にすることにより、出射角度θｉ　を０°にするこ
とも可能になる。しかも、テーパ角度θｔ　を適宜設定
することにより出射角度θｉ　をマイナスにすることも
でき、従来のものと比べ光学系においてフレキシビリテ
ィを著しく増大させることができる。更に、図１２に示
すように、全反射面１２の研磨位置を適宜変えることに
より、先端部分での光線が感じる曲率半径Ｒを任意に変
化させることも可能である。本実施例によれば、前記第
５実施例で得られた効果に加えて、以上の効果が得られ
る。

【００５３】しかも、図１２に示したように全反射面１
２の研磨位置を変えて先端部分の曲率半径Ｒを小さくす
ることにより、ｘ方向のビーム成分を絞り、ｘ、ｙ方向
のビーム成分に非点収差を起こさせるようにすれば、電
極面からの反射光と光ファイバＦとの結合効率が、通常
の先端斜め研磨ファイバを用いた場合よりも低下するの
で、反射率の低減が可能になる。従って、このようにし
た場合には、受光素子Ｄとして、反射率低減効果を持た
ない従来の裏面入射型受光素子を用いても、十分に反射
率を低減させることができる。

【００５４】次に、図９に示したようなテーパ状先端斜
め研磨ファイバの製造方法の一例を、図１３に基づき説
明する。まず図１３（Ａ）に示すように、通常のテーパ
先球ファイバを形成する場合と同様な手法により、すな
わち研磨治具Ｊ１　に光ファイバＦの先端部側面をあて
ながら光ファイバＦ全体を回転させる手法により、ファ
イバ先端部分を所望のテーパ角度θｔ　でテーパ状に研
磨し、テーパ部分１１を形成する。この状態では、テー
パ面１１ａは上記の機械研磨により荒れているので、続
いて図１３（Ｂ）に示すように放電電極Ｅからの放電に
より、テーパ面１１ａを溶融して滑らかにする。次に図
１３（Ｃ）に示すように、光ファイバＦを回転させずに
、そのテーパ部分１１の先端部を研磨治具Ｊ２　で斜め
に研磨していき、その研磨面での直径（図中のＤ）をモ
ニタしながら所望の研磨角度θ０　の全反射面１２を形
成する。以上の工程により、図９に示したテーパ状先端
斜め研磨ファイバが得られる。

【００５５】この製造方法によれば、図１３（Ｂ）に示
した放電による溶融工程を経ることにより、テーパ面１
１ａでの荒れをなくし、テーパ面１１ａから出射される
光がこの面で生じる損失を最低限に抑えることができる
。

【００５６】次に図１４に、本発明の第７実施例の概略
構成を示す。本実施例の受光装置は、個々のレンズ付裏
面入射型受光素子Ｄを複数個アレイ状に一体形成してな
る受光素子アレイＤＡ　を備えると共に、個々の受光素
子Ｄとそれぞれ光結合された光ファイバ（図には先端斜
め研磨ファイバを示す）Ｆを複数個アレイ状に配置して
なる光ファイバアレイＦＡ　を備えた構成である。個々
の受光素子Ｄとしては、以上に述べたいずれかの実施例
の受光素子が使用されており、全て同一種類のものを使
用してもよく、或いはそれぞれ異なる種類のものを使用
してもよい。また、個々の光ファイバＦとしては、図に
示したような従来の先端斜め研磨ファイバの他に、図９
に示したようなテーパ状先端斜め研磨ファイバを使用し
てもよい。このような構造とすることにより、アレイ状
の光結合を容易にし、しかもこれと同時に光の反射率を
低減させることが可能になる。

【００５７】

【発明の効果】本発明の光受光装置によれば、裏面入射
型受光素子と光ファイバとの光結合部分において、広い
光結合トレランスを確保しつつ、電極面で発生する光の
反射を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成図である。

【図２】レンズ付裏面入射型受光素子における入射光線
のモデル図である。

【図３】本発明の第２実施例の概略構成図である。

【図４】本発明の第３実施例の概略構成図である。

【図５】上記第３実施例の原理説明図であり、同図（Ａ
）はｄｓ　＝ｄｓ０の場合を示し、同図（Ｂ）はｄｓ　
＞ｄｓ０の場合を示している。

【図６】反射光と光ファイバの結合効率を導出するため
の説明に使用する図である。

【図７】本発明の第４実施例の概略構成図である。

【図８】本発明の第５実施例の概略構成図である。

【図９】本発明の第６実施例の概略構成図である。

【図１０】従来の先端斜め研磨ファイバにおける研磨角
度θ０　に対するファイバ出射角度θｉ　の関係を示す
図である。

【図１１】上記第６実施例に係るテーパ状先端斜め研磨
ファイバにおけるテーパ角度θｔ　に対するファイバ出
射角度θｉ　の関係の一例を示す図である。

【図１２】上記第６実施例に係るテーパ状先端斜め研磨
ファイバにおける研磨位置による先端曲率半径の変化を
示す図である。

【図１３】上記第６実施例に係るテーパ状先端斜め研磨
ファイバの製造方法の一例を示す図である。

【図１４】本発明の第７実施例の概略構成図である。

【図１５】従来のワイヤボンディング実装用の裏面入射
型受光素子の断面構成図である。

【図１６】従来のフリップチップボンディング実装用の
レンズ付裏面入射型受光素子の断面構成図である。

【図１７】従来の表面入射型受光素子における光結合ト
レランスと光の反射率特性を示す図である。

【図１８】従来のレンズ付裏面入射型受光素子における
光結合トレランスと光の反射率特性を示す図である。

【符号の説明】

１　　ＩｎＰ基板２　　ｎ型ＩｎＰ層３　　光吸収層４　　ｐ型ＩｎＰ層５　　電極５ａ　　電極面６　　マイクロレンズ１１　　テーパ部分１１ａ　　テーパ面１２　　全反射面Ｄ　　受光素子Ｆ　　光ファイバＤＡ　　　受光素子アレイＦＡ　　　光ファイバアレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面側の入射面にレンズ（６）の設けられ
た裏面入射型受光素子（Ｄ）と、該受光素子（Ｄ）に光
結合された光ファイバ（Ｆ）とから構成される光受光装
置において、前記受光素子（Ｄ）の電極面（５ａ）から
の反射光が前記光ファイバ（Ｆ）へ入射するのを低減す
る反射光防止手段を備えたことを特徴とする光受光装置
。
【請求項２】前記反射光防止手段は、前記光ファイバ（
Ｆ）から前記受光素子（Ｄ）へ信号光を斜めに入射させ
るようにすると共に、該信号光が前記受光素子（Ｄ）の
前記電極面（５ａ）へ垂直に入射しないように前記レン
ズ（６）のレンズ間口径を狭めるように構成したもので
あることを特徴とする請求項１記載の光受光装置。
【請求項３】前記反射光防止手段は、前記受光素子（Ｄ
）における前記レンズ（６）の頂点から前記電極面（５
ａ）までの距離を前記レンズ（６）の焦点距離よりも大
きく、または小さく構成したものであることを特徴とす
る請求項１記載の光受光装置。
【請求項４】前記反射光防止手段は、前記受光素子（Ｄ
）における前記レンズ（６）の頂点部分をフラットに構
成したものであることを特徴とする請求項１記載の光受
光装置。
【請求項５】前記反射光防止手段は、前記光ファイバ（
Ｆ）における先端部をテーパ状にすると共に、該テーパ
状部分（１１）の先端部に傾斜した全反射面（１２）を
設けるように構成したものであることを特徴とする請求
項１記載の光受光装置。
【請求項６】前記裏面入射型受光素子（Ｄ）および前記
光ファイバ（Ｆ）からなる請求項１記載の光受光装置を
複数個アレイ状に配設した構成からなることを特徴とす
る光受光装置。
【請求項７】前記アレイ状に配設された複数個の裏面入
射型受光素子として請求項２乃至４に記載の受光素子の
中から選択された一種類または複数種類の受光素子を使
用し、前記アレイ状に配設された複数個の光ファイバと
して先端斜め研磨ファイバおよび請求項５に記載の光フ
ァイバの一方または両方を使用することを特徴とする請
求項６記載の光受光装置。
【請求項８】光ファイバ（Ｆ）の先端部側面に角度をつ
けて機械研磨することにより該先端部をテーパ状に形成
し、次に、該テーパ状部分（１１）の表面を放電により
溶融して滑らかにした後、該テーパ状部分の先端部を斜
めに機械研磨して全反射面（１２）を形成することによ
り請求項５記載の光ファイバを得ることを特徴とする光
ファイバの製造方法。