JPH05224101A - 半導体受光装置 - Google Patents
半導体受光装置Info
- Publication number
- JPH05224101A JPH05224101A JP4034288A JP3428892A JPH05224101A JP H05224101 A JPH05224101 A JP H05224101A JP 4034288 A JP4034288 A JP 4034288A JP 3428892 A JP3428892 A JP 3428892A JP H05224101 A JPH05224101 A JP H05224101A
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- Japan
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- light
- optical fiber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体受光素子表面への入射光の光強度密度
を下げて空間電荷効果を減殺して相互変調歪を抑制す
る。 【構成】 半導体受光素子１と、光学レンズ２と、光フ
ァイバ３とから構成される半導体受光装置において、光
ファイバ３の出射端３ｂから放射された光ビームが、半
導体受光素子の表面の後方または前方で集光されるよう
にする。 【効果】 有効受光径内に集光される光ビームのスポッ
ト径が大きくなり、光吸収領域での光強度密度が低減さ
れるため、空間電荷効果の発生を防ぐことができる。ま
た半導体受光素子の後方に集光されるときには、光ファ
イバの出射端へ戻る反射光のビーム径がコア３ａの径よ
り大きくなり反射減衰を大きくすることができる。
を下げて空間電荷効果を減殺して相互変調歪を抑制す
る。 【構成】 半導体受光素子１と、光学レンズ２と、光フ
ァイバ３とから構成される半導体受光装置において、光
ファイバ３の出射端３ｂから放射された光ビームが、半
導体受光素子の表面の後方または前方で集光されるよう
にする。 【効果】 有効受光径内に集光される光ビームのスポッ
ト径が大きくなり、光吸収領域での光強度密度が低減さ
れるため、空間電荷効果の発生を防ぐことができる。ま
た半導体受光素子の後方に集光されるときには、光ファ
イバの出射端へ戻る反射光のビーム径がコア３ａの径よ
り大きくなり反射減衰を大きくすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体受光装置に関
し、特に光通信や光情報処理用等において用いられる光
ファイバ付き半導体受光装置に関する。
し、特に光通信や光情報処理用等において用いられる光
ファイバ付き半導体受光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５はこの種従来の半導体受光装置の断
面図である。同図に示されるように、半導体受光装置
は、半導体受光素子１と、光学レンズ２と、中心部にコ
ア３ａを有する光ファイバ３とから構成される。この半
導体受光装置においては、高い結合効率を保つため、光
軸１１に対する垂直面のトレランスが最大になるよう
に、光ファイバ３の出射端３ｂから放射された光ビーム
１２が光学レンズ２を介して集光される結像位置１３に
半導体受光素子１の光吸収領域の中心が位置する構造と
なっていた。
面図である。同図に示されるように、半導体受光装置
は、半導体受光素子１と、光学レンズ２と、中心部にコ
ア３ａを有する光ファイバ３とから構成される。この半
導体受光装置においては、高い結合効率を保つため、光
軸１１に対する垂直面のトレランスが最大になるよう
に、光ファイバ３の出射端３ｂから放射された光ビーム
１２が光学レンズ２を介して集光される結像位置１３に
半導体受光素子１の光吸収領域の中心が位置する構造と
なっていた。
【０００３】そして、半導体受光素子１の入射側表面に
は反射光を低減化し効率を上げるために反射防止膜が設
けられている。また、光ファイバのコアに戻る反射戻り
光をより削減するために、光ファイバ３の出射端を斜め
カットにすることがある。これは、半導体レーザ側へ反
射戻り光が入射した場合、半導体レーザの静特性、動特
性が乱され、光伝送系の信頼性が低下してしまうことに
なるためである。
は反射光を低減化し効率を上げるために反射防止膜が設
けられている。また、光ファイバのコアに戻る反射戻り
光をより削減するために、光ファイバ３の出射端を斜め
カットにすることがある。これは、半導体レーザ側へ反
射戻り光が入射した場合、半導体レーザの静特性、動特
性が乱され、光伝送系の信頼性が低下してしまうことに
なるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】半導体受光装置がアナ
ログ伝送光ＣＡＴＶ用として用いられる場合、極めて低
い相互変調歪特性が要求される。具体的には、波長１．
３μｍ、２レーザ２トーン法、入力光強度０．５ｍＷ、
光変調度５０％／ＬＤという条件下で、２次相互変調歪
＜−８０ｄＢｃというシステム要求値を満たす必要があ
る。
ログ伝送光ＣＡＴＶ用として用いられる場合、極めて低
い相互変調歪特性が要求される。具体的には、波長１．
３μｍ、２レーザ２トーン法、入力光強度０．５ｍＷ、
光変調度５０％／ＬＤという条件下で、２次相互変調歪
＜−８０ｄＢｃというシステム要求値を満たす必要があ
る。
【０００５】而して、図５に示した従来の半導体受光装
置では、空間電荷効果によって−８０ｄＢｃ以下という
２次相互変調歪の要求値を満足することが困難であっ
た。空間電荷効果とは、半導体受光素子の内部に部分的
に高密度に発生した電子が、内部の電界を部分的に歪め
る現象であるが、従来の半導体受光装置では、光ビーム
の結像位置に半導体受光素子の受光表面が位置していて
ここでの光ビームのスポット径が小さくなり、有効受光
径内の単位面積当たりの光強度密度が高くなるため、空
間電荷効果が顕著になり、相互変調歪が悪化していたの
である。
置では、空間電荷効果によって−８０ｄＢｃ以下という
２次相互変調歪の要求値を満足することが困難であっ
た。空間電荷効果とは、半導体受光素子の内部に部分的
に高密度に発生した電子が、内部の電界を部分的に歪め
る現象であるが、従来の半導体受光装置では、光ビーム
の結像位置に半導体受光素子の受光表面が位置していて
ここでの光ビームのスポット径が小さくなり、有効受光
径内の単位面積当たりの光強度密度が高くなるため、空
間電荷効果が顕著になり、相互変調歪が悪化していたの
である。
【０００６】また、アナログ光通信システムでは、高反
射減衰量特性（反射減衰量＜−４０ｄＢ）が要求される
が、従来の半導体受光装置ではこの要求を十分に満足さ
せることができなかった。半導体受光素子の入射側表面
の反射防止膜を多層膜構造によって構成しまた光ファイ
バ出射端を斜めカットにしても、入射側表面近くに結像
位置がある従来構造では、半導体受光素子の入射側表面
からの反射戻り光が入射経路とほば同じ経路をたどって
光ファイバに戻るため、１％程度（反射減衰量−３０ｄ
Ｂ程度）の反射光を避けることができないからである。
射減衰量特性（反射減衰量＜−４０ｄＢ）が要求される
が、従来の半導体受光装置ではこの要求を十分に満足さ
せることができなかった。半導体受光素子の入射側表面
の反射防止膜を多層膜構造によって構成しまた光ファイ
バ出射端を斜めカットにしても、入射側表面近くに結像
位置がある従来構造では、半導体受光素子の入射側表面
からの反射戻り光が入射経路とほば同じ経路をたどって
光ファイバに戻るため、１％程度（反射減衰量−３０ｄ
Ｂ程度）の反射光を避けることができないからである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体受光装置
は、半導体受光素子、光ファイバおよび前記半導体受光
素子と前記光ファイバとを光学的に結合させる光学レン
ズを備えるものであって、前記光ファイバの出射端から
放射された光ビームが前記半導体受光素子に入射する際
のビームスポットの結像位置が、前記半導体受光素子の
入射側表面に対し、前方または後方にずれていることを
特徴とするものである。
は、半導体受光素子、光ファイバおよび前記半導体受光
素子と前記光ファイバとを光学的に結合させる光学レン
ズを備えるものであって、前記光ファイバの出射端から
放射された光ビームが前記半導体受光素子に入射する際
のビームスポットの結像位置が、前記半導体受光素子の
入射側表面に対し、前方または後方にずれていることを
特徴とするものである。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１および第２の実施例
の光学配置を示す断面図である。同図において、１は、
受光表面に８０μｍφの受光径を持つＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰ系ｐｉｎフォトダイオードである半導体受光素子、
２は曲率半径６５０μｍ、屈折率１．４８２の光学レン
ズ、３は、内部中央にコア３ａを有する光ファイバであ
る。
て説明する。図１は、本発明の第１および第２の実施例
の光学配置を示す断面図である。同図において、１は、
受光表面に８０μｍφの受光径を持つＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰ系ｐｉｎフォトダイオードである半導体受光素子、
２は曲率半径６５０μｍ、屈折率１．４８２の光学レン
ズ、３は、内部中央にコア３ａを有する光ファイバであ
る。
【０００９】第１の実施例［図１の（ａ）］の光学配置
を得るには、まず半導体受光素子１を光学レンズ２から
１７００μｍの間隔を置き、光学レンズ２の光軸１１上
に受光部中心がくるように固定する。この後、光ファイ
バ３の出射端３ｂを光軸１１上にそって移動させて結像
位置１３が半導体受光素子１の入射側表面となるように
する。このとき、光学レンズ２と光ファイバ３の出射端
３ｂとの間隔は９２０μｍであり、半導体受光素子１の
入射側表面における光ビーム１２のスポット径は２０μ
ｍとなる。このときの有効受光径内の光吸収領域に集光
される光強度密度は入射光強度を０．５ｍＷとして１６
０Ｗ／cm2 となる。
を得るには、まず半導体受光素子１を光学レンズ２から
１７００μｍの間隔を置き、光学レンズ２の光軸１１上
に受光部中心がくるように固定する。この後、光ファイ
バ３の出射端３ｂを光軸１１上にそって移動させて結像
位置１３が半導体受光素子１の入射側表面となるように
する。このとき、光学レンズ２と光ファイバ３の出射端
３ｂとの間隔は９２０μｍであり、半導体受光素子１の
入射側表面における光ビーム１２のスポット径は２０μ
ｍとなる。このときの有効受光径内の光吸収領域に集光
される光強度密度は入射光強度を０．５ｍＷとして１６
０Ｗ／cm2 となる。
【００１０】次に、光ファイバ３の出射端３ｂを光軸１
１上にそって光学レンズ２から１００μｍ近づけて図１
の（ａ）に示す光学配置の状態とする。このとき半導体
受光素子１の入射側表面における光ビーム１２のスポッ
ト径は５０μｍとなり、素子表面での光強度密度は、半
導体受光素子１の入射側表面に結像点を結ぶ場合に対し
て、１／６の２５Ｗ／cm2 と低減化される。
１上にそって光学レンズ２から１００μｍ近づけて図１
の（ａ）に示す光学配置の状態とする。このとき半導体
受光素子１の入射側表面における光ビーム１２のスポッ
ト径は５０μｍとなり、素子表面での光強度密度は、半
導体受光素子１の入射側表面に結像点を結ぶ場合に対し
て、１／６の２５Ｗ／cm2 と低減化される。
【００１１】第２の実施例の光学配置を得るには、図１
の（ｂ）に示すように、半導体受光素子１の表面上に結
像する光学レンズ２の物点位置１４から光ファイバ３の
出射端３ｂを１００μｍ遠ざける。このときの光強度密
度は第１の実施例と同様に２５Ｗ／cm2 となる。
の（ｂ）に示すように、半導体受光素子１の表面上に結
像する光学レンズ２の物点位置１４から光ファイバ３の
出射端３ｂを１００μｍ遠ざける。このときの光強度密
度は第１の実施例と同様に２５Ｗ／cm2 となる。
【００１２】図２は、本発明の第１、第２の実施例の効
果を説明するための光ファイバの出射端の位置Ｚと量子
効率および２次相互変調歪との関係を示すグラフであ
る。同図では、光学レンズ２の結像位置１３が半導体受
光素子１の受光表面と一致するときの光ファイバ３の出
射端３ｂの位置をＺ＝０とし、出射端３ｂの位置が光学
レンズに近づく方向を−（マイナス）、光学レンズ２か
ら遠ざかる方向を＋（プラス）で示してある。
果を説明するための光ファイバの出射端の位置Ｚと量子
効率および２次相互変調歪との関係を示すグラフであ
る。同図では、光学レンズ２の結像位置１３が半導体受
光素子１の受光表面と一致するときの光ファイバ３の出
射端３ｂの位置をＺ＝０とし、出射端３ｂの位置が光学
レンズに近づく方向を−（マイナス）、光学レンズ２か
ら遠ざかる方向を＋（プラス）で示してある。
【００１３】図２に示されるように、Ｚ＝０の状態で
は、１．３μｍの２レーザ２トーン法、入力光強度０．
５ｍＷ、光変調度５０％／ＬＤの条件下で２次相互変調
歪は、−７８ｄＢｃであるが、素子表面の光強度密度が
２５Ｗ／cm2 となるＺ＝±１００μｍの点では、−８６
ｄＢｃにまで低減されている。
は、１．３μｍの２レーザ２トーン法、入力光強度０．
５ｍＷ、光変調度５０％／ＬＤの条件下で２次相互変調
歪は、−７８ｄＢｃであるが、素子表面の光強度密度が
２５Ｗ／cm2 となるＺ＝±１００μｍの点では、−８６
ｄＢｃにまで低減されている。
【００１４】図２に示したデータから、２次相互変調歪
＜−８０ｄＢｃを満足するのは、光ファイバ３の出射端
位置を２０μｍ以上ずらした範囲に相当する。これは、
素子表面での光強度密度が１００Ｗ／cm2 以下であるこ
とに相当する。
＜−８０ｄＢｃを満足するのは、光ファイバ３の出射端
位置を２０μｍ以上ずらした範囲に相当する。これは、
素子表面での光強度密度が１００Ｗ／cm2 以下であるこ
とに相当する。
【００１５】また、第１の実施例では、像点が素子表面
の後方に移されたことにより光ファイバの出射端へ入射
する戻り光が低減化されるため、反射減衰量特性が改善
されている。
の後方に移されたことにより光ファイバの出射端へ入射
する戻り光が低減化されるため、反射減衰量特性が改善
されている。
【００１６】図３の（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３、
第４の実施例を示す断面図である。同図において、図１
に示した先の実施例の部分と同等の部分には同一の参照
番号が付されている。図３の実施例は、光ファイバ３の
出射端３ｂが斜めカットされている点を除いて図１の実
施例と同様である。図３において、反射戻り光が破線で
示されている。
第４の実施例を示す断面図である。同図において、図１
に示した先の実施例の部分と同等の部分には同一の参照
番号が付されている。図３の実施例は、光ファイバ３の
出射端３ｂが斜めカットされている点を除いて図１の実
施例と同様である。図３において、反射戻り光が破線で
示されている。
【００１７】光ファイバ３の出射端を斜めカットにした
場合には、集光される光ビームは楕円状となるが、光フ
ァイバ３の出射端を光軸１１上にそって光学レンズ２に
１００μｍ近づける［図３の（ａ）の場合］かあるいは
遠ざける［図３の（ｂ）の場合］ことにより、有効受光
径内に集光される光強度密度は、半導体受光素子１の入
射側表面に結像点を結ぶ場合に対して１／６の２５Ｗ／
cm2 と低減され、第１、第２の実施例と同じ条件下の２
レーザ２トーン法においては、これらの実施例と同様
に、２次相互変調歪は−７８ｄＢｃから−８６ｄＢｃに
低減される。
場合には、集光される光ビームは楕円状となるが、光フ
ァイバ３の出射端を光軸１１上にそって光学レンズ２に
１００μｍ近づける［図３の（ａ）の場合］かあるいは
遠ざける［図３の（ｂ）の場合］ことにより、有効受光
径内に集光される光強度密度は、半導体受光素子１の入
射側表面に結像点を結ぶ場合に対して１／６の２５Ｗ／
cm2 と低減され、第１、第２の実施例と同じ条件下の２
レーザ２トーン法においては、これらの実施例と同様
に、２次相互変調歪は−７８ｄＢｃから−８６ｄＢｃに
低減される。
【００１８】図４は、第３の実施例の効果を説明するた
めの光ファイバの出射端３ｂの位置Ｚと量子効率および
反射減衰量との関係を示すグラフである。
めの光ファイバの出射端３ｂの位置Ｚと量子効率および
反射減衰量との関係を示すグラフである。
【００１９】図３の（ａ）に示すように、光ファイバ３
の出射端を光学レンズ２に近づけることにより、光ファ
イバコア３ａに戻る半導体受光素子１の入射側表面から
の反射戻り光は、光ファイバのコア３ａの径より光ビー
ム径が広がるため、半導体受光素子１の入射側表面に結
像点を結ぶ場合に対して、反射戻り光量は低減し、量子
効率（受光感度）が最大の範囲で、反射減衰量を−４０
ｄＢ以下とすることができる。例えば、光ファイバ３の
出射端３ｂを光軸１１上にそって、光学レンズ２に１０
０μｍ近づけることにより、反射減衰量−５２ｄＢ〜５
５ｄＢを得ることができ、図４に示されるように、Ｚ＝
０の場合と比較して１５ｄＢ以上大きい反射戻り光量減
衰効果が得られる。
の出射端を光学レンズ２に近づけることにより、光ファ
イバコア３ａに戻る半導体受光素子１の入射側表面から
の反射戻り光は、光ファイバのコア３ａの径より光ビー
ム径が広がるため、半導体受光素子１の入射側表面に結
像点を結ぶ場合に対して、反射戻り光量は低減し、量子
効率（受光感度）が最大の範囲で、反射減衰量を−４０
ｄＢ以下とすることができる。例えば、光ファイバ３の
出射端３ｂを光軸１１上にそって、光学レンズ２に１０
０μｍ近づけることにより、反射減衰量−５２ｄＢ〜５
５ｄＢを得ることができ、図４に示されるように、Ｚ＝
０の場合と比較して１５ｄＢ以上大きい反射戻り光量減
衰効果が得られる。
【００２０】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、例え
ば受光素子は裏面入射型のものであってもよい。また、
受光素子はｐｉｎＰＤに代えてＡＰＤを用いてもよく、
さらにＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系以外の材料を用いた素子
であってもよい。
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、例え
ば受光素子は裏面入射型のものであってもよい。また、
受光素子はｐｉｎＰＤに代えてＡＰＤを用いてもよく、
さらにＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系以外の材料を用いた素子
であってもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光ファ
イバからの出射光が半導体受光素子の前方または後方で
結像するようにしたものであるので、本発明によれば、
有効受光径内に集光される光ビームのスポット径が大き
くなり、単位面積当たりの光強度密度が、半導体受光素
子の表面に集光される場合と比較して低減されるため、
空間電荷効果の発生を抑制することができる。その結
果、量子効率（受光感度）を最大に保持したままで、２
次相互変調歪を−８０ｄＢｃ以下とすることができる。
イバからの出射光が半導体受光素子の前方または後方で
結像するようにしたものであるので、本発明によれば、
有効受光径内に集光される光ビームのスポット径が大き
くなり、単位面積当たりの光強度密度が、半導体受光素
子の表面に集光される場合と比較して低減されるため、
空間電荷効果の発生を抑制することができる。その結
果、量子効率（受光感度）を最大に保持したままで、２
次相互変調歪を−８０ｄＢｃ以下とすることができる。
【００２２】また、光ファイバからの出射光が半導体受
光素子の後方で結像する場合には、光ファイバコアに戻
る半導体受光素子表面からの反射戻り光のビーム径が光
ファイバコア径より広がるため、光ファイバに入射され
る反射戻り光量は大きく減衰され、例えば、−４０ｄＢ
以下と大きな反射減衰量を得ることができる。
光素子の後方で結像する場合には、光ファイバコアに戻
る半導体受光素子表面からの反射戻り光のビーム径が光
ファイバコア径より広がるため、光ファイバに入射され
る反射戻り光量は大きく減衰され、例えば、−４０ｄＢ
以下と大きな反射減衰量を得ることができる。
【図１】 本発明の第１および第２の実施例を示す断面
図。
図。
【図２】 光ファイバ出射端の光学レンズの物点位置か
らの偏位と量子効率および２次相互変調歪との関係を示
すグラフ。
らの偏位と量子効率および２次相互変調歪との関係を示
すグラフ。
【図３】 本発明の第３および第４の実施例を示す断面
図。
図。
【図４】 光ファイバ出射端の光学レンズの物点位置か
らの偏位と量子効率および反射減衰量との関係を示すグ
ラフ。
らの偏位と量子効率および反射減衰量との関係を示すグ
ラフ。
【図５】 従来例の断面図。
１…半導体受光素子、 ２…光学レンズ、 ３…光
ファイバ、 ３ａ…光ファイバのコア、 ３ｂ…光
ファイバの出射端、 １１…光軸、 １２…光ビー
ム、 １３…結像位置、 １４…半導体受光素子の
入射側表面が像点となる光学レンズの物点位置。
ファイバ、 ３ａ…光ファイバのコア、 ３ｂ…光
ファイバの出射端、 １１…光軸、 １２…光ビー
ム、 １３…結像位置、 １４…半導体受光素子の
入射側表面が像点となる光学レンズの物点位置。
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体受光素子、光ファイバおよび前記
半導体受光素子と前記光ファイバとを光学的に結合させ
る光学レンズを備える半導体受光装置において、前記光
ファイバの出射端から放射された光ビームが前記半導体
受光素子に入射する際のビームスポットの結像位置が、
前記半導体受光素子の入射側表面に対し、前方または後
方にずれていることを特徴とする半導体受光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4034288A JPH05224101A (ja) | 1991-08-09 | 1992-01-24 | 半導体受光装置 |
| EP93100952A EP0552792A1 (en) | 1992-01-24 | 1993-01-22 | Photoreceiver having semi-conductor light receiving element and lens |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-225092 | 1991-08-09 | ||
| JP22509291 | 1991-08-09 | ||
| JP4034288A JPH05224101A (ja) | 1991-08-09 | 1992-01-24 | 半導体受光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224101A true JPH05224101A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=26373067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4034288A Pending JPH05224101A (ja) | 1991-08-09 | 1992-01-24 | 半導体受光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05224101A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0856758A3 (en) * | 1997-02-03 | 1998-10-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Photodiode module and method of making same |
| JP2007286085A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Alps Electric Co Ltd | 光送受信モジュール |
| JP2009003007A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Mitsubishi Electric Corp | 受光素子モジュール |
| JP2010067892A (ja) * | 2008-09-12 | 2010-03-25 | Omron Corp | 受光装置およびセンサ装置 |
| WO2010140185A1 (ja) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | 三菱電機株式会社 | 光送受信モジュール及び光送受信モジュールの製造方法 |
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