JPH09166717A

JPH09166717A - 光受信モジュ−ル及び光送受信モジュ−ル

Info

Publication number: JPH09166717A
Application number: JP34770595A
Authority: JP
Inventors: Miki Kuhara; 美樹工原; Naoyuki Yamabayashi; 直之山林; Yasuhiro Inoguchi; 康博猪口; Yasushi Fujimura; 康藤村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】基地局に光ファイバによってつながれたＯＮ
Ｕ用光モジュールは、電話、ファクシミリなどのデジタ
ル光信号を送受信し、ＴＶのアナログ光信号を受信す
る。受信系において従来は１．３μｍ光と１．５５μｍ
光を分離するために波長分波器を必須としていた。波長
分波器を省き、ＯＮＵ用光モジュールの構造を単純化し
低コスト化する事が目的である。【解決手段】１．３μｍ光を完全に吸収し１．３μｍ光
を感受し、１．５５μｍ光を透過させるようにした第１
ＰＤと、１．５５μｍ光を感じる第２ＰＤを前後に直列
に並べる。基地局からの光信号を１．３μｍ光と１．５
５μｍ光に分離せず直列ＰＤに入射させる。第１ＰＤに
よって１．３μｍ光を、第２ＰＤによって１．５５μｍ
光を検出する。加入者側からの送信光は別の光ファイバ
によって送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２種類の波長の光
を用い双方向通信を行う光通信システムにおいて、二つ
のフォトダイオードを組み合わせて２種類の波長の光を
分離できるようにした光受信モジュール、もしくは二つ
のフォトダイオードと光源を組み合わせて２種類の光を
分離できしかも送信も出来るようにした光送受信モジュ
ールに関する。

【０００２】初めに双方向光通信について説明する。光
ファイバの伝送損失が低減し、半導体レ−ザ（以下ＬＤ
と略すことがある）や半導体受光素子（ＰＤと略す事も
ある）の特性が向上した。このため光信号を用いた通信
の試みが盛んになされている。これを光通信という。特
に、１．３μｍと１．５５μｍの長波長の光を用いた光
信号による通信の研究が精力的に行われている。例え
ば、電話、ファクシミリ、テレビなどの信号を光信号に
よって伝送する試みである。

【０００３】光通信にも多様な様態がある。特に最近
は、電話、ファクシミリのように双方向に信号をやり取
りする低速のデジタル通信と、アナログのＴＶ信号を有
線で伝送する光ＣＡＴＶの高速アナログ通信を１本の光
ファイバによって同時に行うシステムの可能性が検討さ
れている。この方式の利点は、光ファイバが１本で済む
事である。

【０００４】図１はこのような双方向通信の原理図であ
る。局側１では、電話やファクシミリのデジタル信号
は、１．３μｍ帯のレ−ザ７によって光信号に変換す
る。ＴＶのアナログ信号は、１．５５μｍ帯の半導体レ
−ザ６によって光信号に変換する。これらの１．３μｍ
帯（デジタル）信号と、１．５５μｍ帯（アナログ）を
波長分波器８によって合一した後、１本の光ファイバに
よって送り出す。家庭の近くまで光のまま伝送し、光分
配器２において例えば１６本に分割する。光分配器２か
ら各家庭（加入者側端末３）を１本の光ファイバ１０に
よって結ぶ。このようにするのは、基地局１の光ファイ
バ本数を減らし、設備コストを下げる為である。このよ
うに各家庭へ光によって信号伝送するシステムを光加入
者系という。

【０００５】このようにして伝送されてきた光信号は、
加入者側端末（ＯＮＵと呼ぶ：OPTICAL NETWORK UNITの
略）において電気信号に変換される。変換機構を説明す
る。加入者側端末３の波長分波器４において、デジタル
信号を担う１．３μｍ光と、アナログ信号を担う１．５
５μｍ光を分離する。分離された１．５５μｍ光は、ア
ナログ信号を正確に再現するフォトダイオード（ＰＤ）
５に入射する。光信号が電気信号に変換される。電気信
号は信号処理部において各種の信号処理が施されてＴＶ
セットに導かれる。

【０００６】デジタル信号を運ぶ１．３μｍ光は、デジ
タルＰＤ９によって電気信号に変換される。これは信号
処理部による処理を経て電話・ファクシミリ等に導かれ
る。基地局（局側）から送信された信号が家庭の電話や
ファクシミリによって受信される。以上を下り系とい
う。

【０００７】電話やファクシミリは双方向通信であるか
ら、端末から局へ信号を送る機能も必要である。電話や
ファクシミリからの送信信号は信号処理部による処理を
受けて、デジタルＬＤ１２によって光信号に変換され
る。この光信号はもう１本の上り用の光ファイバに入り
光分配器で他の信号に合体し、局側１に送信される。局
側１では１．３μｍ帯を受光する受光素子１４によって
デジタル信号が光／電気変換される。これを上り系とい
う。

【０００８】例えば、Mitsuru Kawabata, Shuji Suzuk
i;"Capacity enlargement in a low-speed PON system
by using multi-rate burst transmission", 6-th inte
rnational Workshop on Optical Access Networks Octo
ber 16-19, 1994 Kyoto,Japan, conference Proceeding
s, p2.4-1〜2.4-5 (1994) は双方向光通信による光加
入者網の提案をしている。これは送信受信の信号を１本
の光ファイバによって伝送し波長分波器によって波長の
異なる光を分離している。

【０００９】以上まとめると、このようなＯＮＵシステ
ムには、１．３μｍ光と、１．５５μｍ光とを分離する
波長分波器４と、光／電気変換のためのＰＤ５、９、電
気／光変換のためのＬＤ１２が必要である。これらを組
み合わせたものをＯＮＵ用光モジュールという。本発明
はこのＯＮＵ用光モジュールの構成形態の改良に関す
る。

【００１０】

【従来の技術】初めにＯＮＵ用光モジュールの従来技術
を説明する。図１において最も重要な要素部品は波長分
波器である。波長分波器は２本の光ファイバのコアの部
分をサブミクロンの間隔で接近させて融着し、２波長の
光が１本の光ファイバに合流したり、逆に２波長の光を
分離したりできるものである。光ファイバ融着以外にも
幾つかの波長分波器が提案されている。例えば硝子板に
多層膜をコ−テイングして、一方の光のみを反射するよ
うにしたプリズムタイプのものもある。あるいは光導波
路に分岐を設けたものもある。いずれにしても波長分波
器において、光の損失を少なくし、しかも分離すべき波
長の分離（アイソレ−ション）を高く保つには高度の技
術を必要とする。ために未だ波長分波器は高価な部品で
ある。

【００１１】さらにまた波長分波器を使用することによ
ってモジュールを小型化することが妨げられる。波長分
波器のために組み立て工数が増えるなどいくつかの問題
がある。特に加入者側に高価な波長分波器４を用いる
と、一加入者毎に費用負担をかけることになる（光分配
方式であるから局側の波長分波器８は一加入者当たり１
／１６に費用負担軽減される）。

【００１２】このようなわけで、従来のＯＮＵモジュー
ルは、複雑で高価なものになってしまう。波長分波器を
もしも省くことができれば、より簡単な構造でより安価
なモジュールとすることができる筈である。本発明は波
長分波器をなくして、より簡単でより安価な光受信モジ
ュールあるいは光送受信モジュールを提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、ＯＮＵ用光
モジュールがなぜこのように複雑な構成になるのか？も
っと単純化することはできないものであろうか？と考え
た。その結果次のことが分かった。何れのモジュール
も、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を前もって分離しな
ければならないという先入観に捕らわれており、このた
めに複雑な構成にならざるを得なかったということであ
る。より単純な構造とするためには、波長分波器を除く
必要がある。もしも１．３μｍ光と１．５５μｍ光を分
離する必要がなければ、波長分波器を省くことができ
る。これは当然である。ではどうして、従来は両波長の
光を分離しなければならなかったのか？これについて考
察しよう。

【００１４】これは実は受光素子の構造に問題があるの
である。思いもよらない事であるが受光素子がＯＮＵ用
光モジュールを複雑なものにしているのである。本発明
者は初めてこの点に思い至った。分かり難い事であるの
で、従来の受光素子の構造を説明する。

【００１５】図３は従来のモジュールに用いられるフォ
トダイオードチップの断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板６
０の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層６１、ｎ型ＩｎＧａＡ
ｓ受光層６２（光吸収層）、ｎ型ＩｎＰ窓層６３がエピ
タキシャル成長法によって形成される。ＩｎＰ窓層６３
の上部の外周部には絶縁体のパッシベーション膜６６が
設けられる。窓層６３の中央部からｎ型ＩｎＧａＡｓ受
光層６２の半ばまでｐ型不純物である亜鉛（Ｚｎ）が拡
散されている。ＩｎＧａＡｓ層の半ばにｐｎ接合ができ
る。

【００１６】亜鉛拡散領域６４の周辺部にはｐ電極６５
がオーミック接続するように設けられる。環状電極であ
る。環状電極６５によって囲まれる部分６９に光が入
る。光入射面６９には反射防止膜６７が被覆してある。
反対側のｎ型ＩｎＰ基板６０の底面にはｎ電極６８が形
成される。こちら側から光を入れないので面の全体を電
極が覆っている。

【００１７】ｐ電極６５を負に、ｎ電極６８を正にバイ
アスする。入射光がＩｎＧａＡｓ層に入ると、ここで吸
収され電子正孔対を生成する。電子はｎ電極に向かっ
て、正孔はｐ電極に向かって流れる。これが光電流であ
る。光吸収層にＩｎＧａＡｓを用いるのは、赤外光に大
きい感度を持つからである。

【００１８】図４はこの受光素子の受光感度を示す。横
軸は波長（μｍ）である。縦軸は感度（Ａ／Ｗ）であ
る。波長が１．０μｍ〜１．６μｍまでの広い範囲で高
い感度を有する。つまりこの受光素子は１．３μｍにも
１．５５μｍにも高い感度を持っている。高い感度を持
つ波長範囲は光吸収層の材料によって決まる。この場合
は、ＩｎＧａＡｓの材料特性によって決まるのである。

【００１９】またこの受光素子が高感度を持つ波長の下
限λａはＩｎＧａＡｓ吸収層６２の直上の窓層の吸収特
性によって決まる。窓層はこの場合ＩｎＰであるので、
そのバンドギャップからλａが決まる。感度を持つ波長
の上限λｂは、吸収層によって決まる。この理由を説明
する。半導体はバンドギャップＥｇによって特徴付けら
れる。入射光のエネルギーｈｃ／λがバンドギャップＥ
ｇよりも小さい場合（λ＞ｈｃ／Ｅｇ）、この光は電子
正孔対を生成できないのでそのまま透過する。理想的に
は透過率が１００％である。この光に対してこの半導体
は透明である。

【００２０】反対に、入射光のエネルギーｈｃ／λがバ
ンドギャップＥｇよりも大きい場合（λ＜ｈｃ／Ｅ
ｇ）、この光は電子正孔対を作り消滅する。つまりこの
光は吸収される。バンドギャップに相当する波長がｈｃ
／Ｅｇによって与えられる。これをλｇと表現する。バ
ンドギャップＥｇを基礎吸収端ともいう。λｇは基礎吸
収端に相当する波長ということもできる。簡単に吸収端
波長λｇということもできる。まとめると、入射光の波
長λが吸収端波長λｇよりも短い（λ＜λｇ）と完全に
吸収され、λｇより長い（λ＞λｇ）と完全に透過す
る。吸収から透過への遷移はかなり急峻である。しかし
温度によってカーブが少し鈍る。

【００２１】絶対０゜（０Ｋ）であれば、価電子帯に正
孔はなく、伝導帯に電子がないので、λｇを境に全吸収
と全透過に分かれる。しかし有限温度では熱のために、
価電子帯に正孔が、伝導帯に電子が幾らか励起されてい
る。このために、λｇの近くで透過曲線、或いは吸収曲
線がカーブを描く。受光素子は、窓層と吸収層の２種類
の半導体を組み合わせて作る。入射光は窓層を透過し、
吸収層に入るのであるから、窓層のバンドギャップＥｇ
１は、吸収層（受光層）のバンドギャップＥｇ２よりも
広くなければならない。Ｅｇ１＞Ｅｇ２である。その理
由は次のようである。

【００２２】入射光のエネルギーをＥｐ＝ｈｃ／λとす
ると、これが窓層（Ｅｇ１）を通るためにはＥｐ＜Ｅｇ
１である必要がある。これが吸収層（Ｅｇ２）によって
吸収されるためには（感度があるためには）Ｅｐ＞Ｅｇ
２でなければならない。これが両立するために、Ｅｇ１
＞Ｅｇ２である必要があるのである。つまり吸収層のバ
ンドギャップより大きいバンドギャップを持つものを窓
層に使う必要がある。窓層をＩｎＰとすると、吸収層は
それよりもバンドギャップの狭い半導体を使う必要があ
る。このために吸収層はＩｎＧａＡｓを用いる。

【００２３】窓層を通り、吸収層に至りここで吸収され
る光のみをこの受光素子は検出する事ができる。つまり
Ｅｇ１＞Ｅｐ＞Ｅｇ２の不等式を満たす光のみがこの検
出器によって検出される。同じ事を波長によって表現す
ると、λｇ１＜λ＜λｇ２であればこの光は、受光素子
によって検出されると言う事である。高感度領域の下限
λａ＝λｇ１であり、上限λｂ＝λｇ２である。ＩｎＧ
ａＡｓを吸収層に、ＩｎＰを窓層に持つ受光素子は、λ
ｇ１＜１．３μｍ＜１．５５μｍ＜λｇ２であるから、
１．３μｍ光にも１．５５μｍ光にも高感度を持つ。Ｉ
ｎＰ窓層の吸収端波長λｇ１は０．９２μｍ、ＩｎＧａ
Ａｓの吸収層の吸収端波長λｇ２は１．６７μｍであ
る。

【００２４】図１においてアナログＰＤ５にも、デジタ
ルＰＤ９にも同じ半導体の組み合わせになる受光素子を
用いる。つまり１．３μｍにも１．５５μｍにも感度を
持つ受光素子を両方に用いている。そのために、アナロ
グＰＤ５に１．３μｍ光が混ざるとこの受光素子は１．
３μｍ光をも検出してしまう。このために１．３μｍ光
がノイズになる。反対にデジタルＰＤ９に１．５５μｍ
光が混ざるとこの受光素子はこれを検出してしまい、ノ
イズになるのである。

【００２５】デジタル信号（１．３μｍ光）用のフォト
ダイオードにも、アナログ信号（１．５５μｍ光）用の
フォトダイオードにも、同様に１．３μｍと、１．５５
μｍに感度を有するフォトダイオードを使うから、１．
３μｍと１．５５μｍの光路を分離しなければならなく
なるのである。波長分波器は光路の分離のために必要に
なる。１．３μｍ光と１．５５μｍ光の光路を分離しよ
うとするからこのような複雑な構成になるのである。

【００２６】反対に光路を分けなければ格段に構造が単
純化されるはずである。１．３μｍ光と１．５５μｍ光
を同じ光路を進行させて、しかも別々に検出できれば良
いのである。このような手品のような事が果たして可能
であろうか？それが可能なのである。そもそも従来例が
空間的に１．３μｍ光と１．５５μｍ光を分離するの
は、つまり光路を分けるのは、受光素子に波長の選択性
がないからである。受光素子が１．３μｍ光も１．５５
μｍ光も感受してしまうから、光路を分離する必要があ
る。

【００２７】もしも、１．３μｍ光のみを吸収し感受し
１．５５μｍ光を通す受光素子があれば、光路を空間的
に分離する必要などないのである。このような受光素子
自身新規なものである。もしこのような受光素子が存在
すれば、この受光素子と同一光路であってこれよりも後
方の位置に、１．５５μｍ光を感受する受光素子を設け
る事によって、１．３μｍ光と１．５５μｍ光を他者の
影響を全く受けないで独立に検出することができる。本
発明の骨子はここにある。

【００２８】本発明の受光系は第１受光素子と第２受光
素子を同一光路上に直列に置き、第１受光素子は１．３
μｍ光を全て吸収し１．３μｍ光を検出し、１．５５μ
ｍ光は全て透過するようにする。第２受光素子は１．５
５μｍ光を感受する。結局本発明の重要な点は二つあ
り、ひとつは、受光素子二つを直列に配置するという事
である。もうひとつは第１受光素子が１．３μｍ光を全
部吸収し、１．５５μｍ光には感度を持たず、１．５５
μｍ光を全て透過するという事である。第１受光素子が
特別の性質を持たなければならない。その特性を箇条書
きにすると、

【００２９】１．３μｍ光を感受すること。１．３μｍ光を全て吸収する事。１．５５μｍ光に感度を持たない事。１．５５μｍ光を全て通す事。

【００３０】である。これ自体新規な性質である。この
ような条件を満たす受光素子はこれまで存在しなかった
と言って良い。受光素子自体新規である。新規な受光素
子と、１．５５μｍ光を検出できる受光素子を直列に組
み合わせたものが本発明の光受信モジュール及び光送受
信モジュールである。

【００３１】先に半導体のバンドギャップと光の吸収に
ついての関係を説明した。上記のと、とは本来
別異の性質である。従って全ての条件を満足するために
４つのパラメータが必要である。しかし半導体の場合は
先述の性質があるので、と、との性質はひとつ
のパラメータを指定するだけで同時に満足する事ができ
るのである。本発明者はこのような半導体の特殊性には
じめて気づいた。

【００３２】先述のように半導体はバンドギャップ以上
のエネルギーの光は吸収し、それ以下のエネルギーの光
は全て透過する。ために受光素子の感度領域の上限波長
λｂは吸収層（受光層）の吸収端波長λｇ２によって決
まり（λｂ＝λｇ２）、下限波長λａは窓層の吸収端波
長λｇ１によって決まる（λａ＝λｇ１）。

【００３３】上限波長λｂをもっと短くし、１．３μｍ
より長く、１．５５μｍより小さくする事によって、
の条件を満足できる。つまり吸収層のバンドギャップＥ
ｇ２を、１．５５μｍ光のエネルギー以上、１．３μｍ
光のエネルギー以下にする事によって、１．３μｍ光を
感受し、１．５５μｍ光に感じない受光素子とすること
ができる。１．５５μｍ光を全く吸収しないからであ
る。吸収層の吸収端波長λｇによって表現すると、

【００３４】１．３μｍ＜λｇ２＜１．５５μｍ（１）

【００３５】ということである。これが本発明を最も端
的に表現している。また厚みを適当なものにすることに
よって、１．３μｍ光を全て吸収し漏らさないようにで
きる。また基板裏のｎ電極の中央に孔を空ける事によっ
て、１．５５μｍ光を全て透過させる事ができる。これ
によっての条件をも満たす事ができる。窓層の材料も
問題である。窓層のバンドギャップＥｇ１が１．３μｍ
光より短いようにする。１．３μｍよりも短い波長が入
射してはいけないので、窓層のバンドギャップはこれよ
りも少し高いものに設定する。これは簡単に

【００３６】λｇ１＜１．３μｍ（２）

【００３７】と表現する事ができる。このように１．３
μｍを感じ１．３μｍ光を全て吸収し１．５５μｍ光を
通す第１の受光素子に、１．５５μｍ光を感受する第２
受光素子を直列につないだものが本発明の光受信モジュ
ールである。これは受信系の改良である。この改良によ
って、１．３μｍ光と１．５５μｍ光は光路を分離する
必要がないので、波長分波器が不要になる。以上の特徴
を備えた構成をシステム図によって表現すると、図２の
ようになる。非常にすっきりした構成になっている。本
発明のシステムは必要最小限の構成となっている。

【００３８】局側１には、ＴＶのアナログ信号を光信号
とするための１．５５μｍ帯のレ−ザダイオ−ド６があ
る。また電話やファクシミリの信号を送るためのデジタ
ル信号を光信号に変換する１．３μｍ帯のレ−ザ７があ
る。これらの光信号は波長分波器８によって１本の光フ
ァイバにまとめられる。二つの波長（１．３μｍ帯、
１．５５μｍ帯）の光信号が光ファイバの中を伝搬す
る。これが光分配器２によって１６のＯＮＵに分配され
る。分配された光信号が光ファイバ１０を通じて加入者
側（ＯＮＵ）のモジュールに入り、本発明の波長選択Ｐ
Ｄ１５に入射する。これが１．３μｍ帯を感受し、１．
５５μｍ帯を透過させる。つまりデジタル信号をこれに
よって検出する。

【００３９】１．５５μｍ帯光はその後ろに設けられた
１．５５μｍ帯用の受光素子１６（ＰＤ）によって感知
される。これが下り系である。ＯＮＵ３の方からの電話
やファクシミリのデジタル電気信号は１．３μｍ帯光の
信号に変換されてデジタル光信号になる。デジタル送信
信号は光ファイバ１１を通り、光分配器１３から、局側
１に導かれる。そして局側１に設けられた１．３μｍ帯
用のフォトダイオード１４によって検出される。これが
上り系である。図１の従来例に係るシステムと、図２の
本発明のシステムを比較すると、本発明の利点が一目で
分かる。ＯＮＵにおいて、従来の並列の受光素子５、９
の代わりに、本発明は独自の１．３μｍ帯受光素子１５
と、１．５５μｍ帯の受光素子１６を直列につないでい
る。

【００４０】本発明の第一の長所は加入者系の波長分波
器４を省くことができるということである。受信信号を
並列接続した二つの受光素子に分配する必要が無いから
である。簡単な構成になるので小型化、低価格化が可能
になる。光加入者系の進展を大いに促す事ができる。し
かしそれだけではない、受光素子自体に波長の選択性を
賦与しているので、１．３μｍ光の信号に１．５５μｍ
光が混信することはないし、１．５５μｍ光に１．３μ
ｍ光が入る事はない。つまりノイズを大幅に低減する事
ができ、高品質の画像、音声などを受信できるという長
所がある。

【００４１】

【発明の実施の形態】本発明の最も重要な点は第１フォ
トダイオードにある。これは１．３μｍ光を全て吸収し
１．３μｍ光を検出し、１．５５μｍ光には不感であっ
て、１．５５μｍ光を通す受光素子である。このような
フォトダイオードの構造を説明する。図５はこのような
フォトダイオード１５の断面図である。ｎ型ＩｎＰ基板
７０の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層７１、ｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰ受光層（吸収層）７２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ窓層
７３がエピタキシャル成長によって形成されている。Ｉ
ｎＧａＡｓＰ受光層７２の吸収端波長λｇ２は１．４２
μｍである。ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３の吸収端波長λｇ
１は１．１５μｍである。

【００４２】ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３とＩｎＧａＡｓＰ
受光層７２の中央部には亜鉛拡散によりｐ型領域７９が
形成される。ＩｎＧａＡｓＰ窓層７３の上面のｐ型領域
７９には環状のｐ電極７４がオーミック接続するように
設けられる。環状電極７４の外部はパッシベ−ション膜
７５によって覆われる。環状ｐ電極７４の内部は反射防
止膜７６によって被覆される。この部分が受光面８０で
ある。入射光は受光面８０の反射防止膜７６を通過し
て、ｐ型領域７９に入る。

【００４３】ｎ型ＩｎＰ基板７０の裏面は環状のｎ電極
７７がオーミック接続するように形成してある。ｎ電極
７７は基板の底面の全体を覆うのではない。周辺部のみ
に環状に形成されている。中央部には電極がなく光が通
るようになっている。光が通る部分は反射防止膜７８が
形成されている。これは１．５５μｍ帯光の出射面にな
る。

【００４４】このような受光素子は図３の従来例のもの
に比べて次の３点において異なる。窓層がＩｎＰ（λｇ＝０．９２μｍ）から、ＩｎＧａ
ＡｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）に変わっている。受光層（吸収層）がＩｎＧａＡｓ（λｇ＝１．６７μ
ｍ）から、ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）に変
わっている。

【００４５】基板の底部に１．５５μｍ光を通す広い
開口８１がある。図６は吸収層（１．３μｍ帯選択エピタキシャル層）の
光透過率を示すグラフである。横軸は波長（μｍ）であ
り、縦軸は透過率（相対％）である。吸収層のλｇが
１．４２μｍであるから、これより長い波長の光は全て
透過する。これより短い波長の光は吸収される。受光層
（吸収層７２）によって、１．３μｍ光は吸収され、
１．５５μｍ光は透過するということである。但し１．
３μｍ光が全て吸収されるには吸収層の厚みがある程度
大きくなくてはならない。

【００４６】受光素子の検出できる光の波長の上限は、
吸収層のλｇ２（１．４２μｍ）により、下限は窓層の
λｇ１（１．１５μｍ）により決まる。この受光素子は
狭い範囲（１．１５μｍ〜１．４２μｍ）の波長の光し
か感受できない。図７はこのフォトダイオードの波長感
度特性を示すグラフである。１．１５μｍ〜１．４２μ
ｍの範囲の光にしか感じないので、１．５５μｍ光は全
く検出しない。１．５５μｍ光はこのフォトダイオード
を通るのであるが感度がないので１．５５μｍ光がノイ
ズにならない。反対に１．３μｍ光を検出できる。

【００４７】図６の透過率の曲線から、この受光素子を
１．５５μｍ光が完全に透過できるという事が分かる。
これらの性質は、感度領域の上限λｂを、１．５５μｍ
より下へ移動させたことによって得られる。前記のが
この特性を与えている。吸収層のλｇ２は一般には、
１．３μｍと１．５５μｍの中間であれば良い。ここで
は一例として１．４２μｍを選んでいる。丁度中間値で
ある。

【００４８】窓層のλｇ１は一般に１．３μｍより小さ
ければ良い。ここでは１．１５μｍを選んでいる。しか
しＩｎＰのλｇ＝０．９２μｍでも差し支えない。さら
に基板の裏面の開口８０は、１．５５μｍ光を取り出す
ために不可欠である。開口を出るのは１．５５μｍ光の
みであり、１．３μｍ光は全て吸収層によって吸収され
ている。

【００４９】本発明の１．３μｍ光選択受光素子は、Ｉ
ｎＧａＡｓＰの４元混晶を用いる。三元混晶では自由に
バンドギャップを与えることができないからである。４
元混晶はＩｎ_1-x Ｇａ_x Ａｓ_1-y Ｐ_y と書く事ができ
る。組成を決めるパラメ−タが二つある。ｘとｙであ
る。バッファ層、光吸収層、窓層ともに基板であるＩｎ
Ｐに格子整合しなければならないので、これによって拘
束条件が一つ与えられる。しかしもう一つの自由度があ
るから、バンドギャップを自在に与えることができるの
である。混晶の組成とバンドギャップ、格子定数などに
ついては、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、Ｐ５６，Ｐ８７に
述べられている。バンドギャップを波長によって表すこ
ともできる（Ｅｇ＝ｈｃ／λｇ）。

【００５０】吸収層（受光層）をλｇ＝１．４２μｍと
すると、組成はｘ＝０．３４、ｙ＝０．２４に決まる。
Ｉｎ_0.66Ｇａ_0.34Ａｓ_0.76Ｐ_0.24 が吸収層の組成であ
る。こうすると１．５５μｍ光は吸収せず透過する。
１．３μｍ光は完全に吸収してしまう。窓層をλｇ＝
１．１５μｍとすると、組成はｘ＝０．１８、ｙ＝０．
６０に決定される。Ｉｎ_0.82Ｇａ_0.18Ａｓ_0.40Ｐ_0.60
が窓の組成になる。これは１．３μｍ光も、１．５５μ
ｍ光も透過する。窓であるから当然である。しかしこれ
はより短い波長の光が入らないようにしている。

【００５１】図５のＰＤチップの製造方法を説明する。
厚さ３５０μｍのＩｎＰ基板の上に、厚さ２．５μｍの
ＩｎＰバッファ層、４．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝１．４２μｍ）受光層、厚さ１．５μｍのＩｎＧａＡ
ｓＰ（λｇ＝１．１５μｍ）窓層をこの順に、液相エピ
タキシャル法によって形成する。図６はこのようにして
形成したエピタキシャルウエハの光透過率を測定した結
果を示すグラフである。１．４２μｍ以下の波長の光は
全部吸収し、これ以上の波長の光は高い透過率をもって
いる。１．４２μｍにおいて透過率は急峻な変化をす
る。

【００５２】このウエハに亜鉛（Ｚｎ）を拡散しＰＮ接
合を作る。さらにフォトリソグラフィ法によって、パッ
シベーション膜、反射防止膜、ｐ電極、ｎ電極などを形
成する。但しチップの裏面には環状にｎ電極を形成す
る。中央部を光が通る開口にする。さらにｎ電極によっ
て囲まれる裏面中央部には１．５５μｍ光に対する反射
防止膜（例えばＳｉＯ₂ ）を被覆する。表面には、１．
３μｍ光と１．５５μｍ光の両方に対する反射防止膜を
形成する（例えばＳｉＯ₂ とＳｉＮの多層膜）。

【００５３】こうして作製した本発明のＰＤを、パッケ
ージに組み込み、逆バイアスとして５Ｖの電圧を印加し
波長感度特性を測定した。図７は測定結果である。１．
３μｍ光に対して高い感度を有し、１．５５μｍ光は吸
収せず透過していることが分かる。前述の受光素子は、
液相エピタキシャル法によって薄膜層を作っているが、
その他にクロライドＶＰＥ法をも用いることができる。

【００５４】

【実施例】

［実施例１：１．３μｍ／１．５５μｍ光受信モジュー
ル］これまでは、ＯＮＵ用光モジュールの全体構成につ
いて説明した。モジュールに使われる重要な部品につい
ても説明する。図２の加入者側に用いられるＰＤモジュ
ールの構成例を、図８によって説明する。

【００５５】通常の受光素子モジュールと違い、二つの
受光素子１５、１６が内蔵されている。始めの受光素子
１５は波長選択性のある素子である。１．３μｍ帯光を
感受し、１．５５μｍ帯光はそのまま透過する。受光素
子１６は１．５５μｍ帯光を検出するためのものであ
る。通常の受光素子であってもよいし、１．５５μｍ帯
のみに感度のある受光素子でっあってもよい。円形のヘ
ッダー２０には、４本のリードピン２１、２２、２３、
…が取り付けられる。ヘッダーの隆起台２５の上に透明
のＰＤ用サブマウント２６が固定される。この上には
１．３μｍ光波長選択ＰＤチップ１５が固定される。

【００５６】ヘッダー２０の中央部には傾斜面２８が穿
たれ、ここにサブマウント２９が固定される。サブマウ
ント２９の上に、１．５５μｍ光ＰＤチップ１６が取り
付けてある。ＰＤチップ１６の入射面はビームラインに
対して傾いている。これは反射光が元の経路を戻る事が
ないようにするためである。ヘッダー２０の上面には、
断面コの字型のキャップ３１が溶接してある。キャップ
３１は、前記の１．５５μｍ光ＰＤチップ１６、１．３
μｍ光ＰＤチップ１５を囲む。キャップ３１の中央部に
は球レンズ３２が固定されている。レンズ３２の中心軸
と１．３μｍＰＤチップ１５の中心、１．５５μｍＰＤ
チップ１６の中心は同一軸線上にある。

【００５７】ヘッダー２０には、さらに円筒形のフェル
ールホルダ−３３がキャップを囲む位置に溶接される。
フェルールホルダ−３３の先端部は細径化しており、細
径部には軸線方向に通し孔３４が穿たれている。この通
し孔３４には光ファイバ３５の先端を保持するフェルー
ル３６が差し込まれて適当な高さに固定されている。端
面３７が軸直角面に対して８゜の角度をなすようにカッ
トされている。端面からの反射光が光ファイバの中を戻
り光源に戻らないようにするためである。

【００５８】フェルールホルダ−３３の細径部には円錐
形の弾性材料からなるベンドリミッタ３８が取り付けら
れる。これは光ファイバ３５のホルダ−の先端部での過
度の湾曲を防ぐ作用がある。この受光素子モジュールの
特徴は、１．３μｍ光（波長選択）ＰＤ１５と１．５５
μｍ光ＰＤ１６を直線的に並べたところにある。二つの
受光素子１５、１６はレンズ３２によって光ファイバ３
５に結合している。

【００５９】後段の１．５５μｍ光ＰＤ１６を斜めにし
ているのは反射光が光源に戻らないようにするためであ
る。この例では１．３μｍ光ＰＤ１５は軸線に対して傾
いていない。しかし１．３μｍ光ＰＤをも傾かせること
もできる。台２５の頂面に傾斜を付ければ良い。このよ
うにしても透過光が１．５５μｍ光ＰＤに入射するよう
にするのは可能である。以上の構成をもつＰＤモジュー
ルの製造方法を次に説明する。

【００６０】ヘッダー２０としては、鉄、コバール、銅
タングステンなどの金属材料が用いられる。ここでは４
本のリードピンを有するコバールのヘッダー２０を用い
る。ピンのない方の面の中央部には傾斜面２８が予め形
成されている。セラミック（アルミナＡｌ₂ Ｏ₃ ）製の
サブマウント２９を、傾斜面２８に半田剤を用いて半田
付けする。例えば半田は、金錫（ＡｕＳｎ）半田、錫鉛
（ＳｎＰｂ）半田、金ゲルマ（ＡｕＧｅ）半田などがあ
る。ここでは金錫半田を使用する。

【００６１】さらに１．５５μｍ帯に感度のあるフォト
ダイオード（受光層はＩｎＧａＡｓＰ）をサブマウント
２９の上に半田付けする。金線によって、１．５５μｍ
光ＰＤ１６のｎ電極、ｐ電極をそれぞれのリードピンに
電気的に接続する。リードピンを通じて、外部にＰＤの
電気信号を取り出す事ができる。ヘッダーの４本のリー
ドピンの内１本のピン２１は共通のグランド端子になっ
ている。以上の工程は従来のフォトダイオードの製造工
程と同じである。サブマウント、半田、ヘッダーの材料
については幾つもの種類がある。電気的な結線方法につ
いても多様なものがある。ここに示したものは一例に過
ぎない。

【００６２】これから述べるものが新規な構造部分の組
立に関する。隆起台２５があるヘッダー２０はレ−ザ用
のものなどとして既に利用されている。隆起台２５の上
に、アルミナ製（窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等でもよ
い）のサブマウント２６を取り付ける。サブマウント２
６は全面にメタライズした後、その上に金メッキする。
サブマウントには、１．５５μｍ光を透過させるための
切り欠き部が中央部にあり、そのため全体としてコの字
型になっている。切り欠き部の幅は、１．３μｍ光（波
長選択）ＰＤチップの受光面積よりも少し広くなってい
る。

【００６３】この例では、２００μｍの受光径の１．３
μｍ光ＰＤチップ１５を用いる。そこでサブマウントの
切り欠き部の幅は２５０μｍとする。切り欠き部の奥行
きはチップの寸法と同じで５００μｍとしている。ここ
では全体にメタライズしたサブマウントを使うが、部分
的にメタライズしたものでも良い。切り欠き部は角型で
なくてもよく、円形の切り欠き部を形成したものであっ
ても差し支えない。

【００６４】サブマウント２６、２９の厚みはこの例で
は何れも、５００μｍである。このようなコの字型の切
り欠き部を持つサブマウント２６を、切り欠き部が中心
軸線上に位置するように、隆起部２５の頂部に固定す
る。サブマウント２６の上に、図５に示した１．３μｍ
光波長選択ＰＤチップ１５を、チップの受光面が切り欠
き部に重なるように位置決めし、金錫半田によって半田
付けする。このサブマウント２６を、ＰＤチップ１５が
中心軸線上に位置するように、ヘッダー２０の隆起台
（ポール）２５の頂部に、錫鉛（ＳｎＰｂ）半田によっ
て半田付けする。

【００６５】全面（表面と裏面）にメタライズしたサブ
マウントを用いるので、サブマウントをヘッダーの隆起
部に半田付けすると同時にｎ電極側のグランドへの電気
的接続がなされる。この時のサブマウント２６の位置決
めは、隆起部２５の外側の隅と、サブマウントの隅が面
一になるようにする事によって簡単になされる。ｐ電
極は、隆起部２５とほぼ同じ高さまで延びているリード
ピン２３に金線によって接続する。グランドピン２１以
外の３つのピンは、絶縁体４０によって、ヘッダー２０
の通し穴に固定される。

【００６６】次に、球レンズ３２を有するキャップ３１
をヘッダー２０に押しつけ不活性ガス（例えば、窒素、
アルゴンなど）を充填した状態で、キャップをヘッダー
に溶接する。キャップの周辺部を完全に溶接することに
よってキャップ内部を気密シ−ルする。この例では、Ｂ
Ｋ−７ガラスを用いて球レンズを作り、コバールのキャ
ップに固定している。このような球レンズ付きのキャッ
プは、従来からＰＤを組み立てる時にはよく用いられて
いる。このようなキャップは電極溶接によってヘッダー
に固着できる。この実施例でも電気溶接によってキャッ
プをヘッダーに固定している。その他にＹＡＧ溶接する
こともある。

【００６７】ＰＤチップは十分広い受光面を持っている
ので、光軸と垂直な面内での位置合わせは全く不要であ
る。このような受光素子モジュールは、図２の１．３／
１．５５μｍ光受信モジュール１５、１６として利用で
きる。円筒形のＰＤモジュールは既に広く利用されてい
るが、いずれも受光素子は一つしかない。本発明は受光
素子を直列に二つ並べた受光素子モジュールを必要とす
る。このような受光素子モジュール自体新規であるか
ら、ここに詳しく説明した。

【００６８】［実施例２：光ファイバを着脱自在とした
モジュール］実施例１は光ファイバをモジュールに対し
て固定していた。光ファイバを着脱自在にすることもで
きる。レセプタクル型にすることによって光ファイバを
受信モジュールあるいは送受信モジュールに対して嵌合
離脱させることができるようになる。図９にレセプタク
ルタイプの実施例を示す。

【００６９】着脱自在とするために、レセプタクル４４
に光受信モジュールを取り付けている。光受信モジュー
ル自体は図８のものと同じである。ヘッダ２０にレン
ズ、キャップ、受光素子１５、１６を固定している。
１．３μｍ帯用波長選択性ＰＤチップ１５、１．５５μ
ｍ帯ＰＤチップ１６を取り付けたヘッダ２０の先端面に
は円筒形のＰＤ固定フランジ４１が溶接される。

【００７０】フランジ４１の前端には、円盤形のホルダ
−４３があって、ダミーとなる短い光ファイバ４２を支
持する。ダミーファイバ４２のレンズ３２に近い方の面
は斜め研磨してある。半導体レ−ザへ反射光が戻るのを
防ぐためである。ダミーファイバ４２のレンズと反対側
の端部は丸く研磨してある。

【００７１】ダミーファイバホルダ−４３、ＰＤ固定フ
ランジ４１の端面が、レセプタクル４４の端面に、中心
軸が同一直線上に並ぶように溶接される。レセプタクル
４４は円筒部と広い円形のフランジ４５を有し、フラン
ジ４５には止めネジ用穴４６が複数個穿孔されている。
円筒部の外周には雄ネジ部４７が形成してある。円筒部
の内周には耐摩耗性の優れたスリーブ４８が挿入されて
いる。これは例えばジルコニアによって作る。円筒部に
は位置決めのための凹部４９が同心円筒状に切り欠かれ
ている。

【００７２】雄型光コネクタ５０は、円筒形のハウジン
グ５１の後端から光ファイバコード５７を挿入したもの
である。ハウジング５１の外側には嵌合用の袋ナット５
３がある。ハウジング５１の前端には光ファイバの端部
５６を支持するフェルール５５が固定される。光ファイ
バ５６の先端はフェルール５５先端とほぼ面一である
が、やや丸みを帯びるように研磨されている。ハウジン
グの外周の一箇所にはキイ５４があり円周方向の嵌合位
置を決めるようになっている。キイ５４に対応する穴が
レセプタクルに設けられるが図には現れない。

【００７３】雄型光コネクタ５０をレセプタクル４４に
はめ込み、袋ナット５３を雄ネジ部４７にねじ込んでい
くことによって両者を合体させることができる。光ファ
イバ５６とダミー光ファイバ４２が接触する。光ファイ
バコード５７を伝搬してきた信号光は１．３μｍ帯光と
１．５５μｍ帯光を含む。ダミーファイバ４２を通り、
レンズ３２、ＰＤ１５至りこれに入射する。受光素子１
５は１．３μｍ帯光を吸収し、これの強さに比例する光
電流を発生する。１．５５μｍ帯光は透過する。１．５
５μｍ帯光は後ろの受光素子１６に到達する。１．５５
μｍ帯はこれに全部吸収され強度が検出される。

【００７４】この実施例は光ファイバを抜き差しできる
という利点がある。レンズと光ファイバの位置合わせは
ダミーファイバとの間においてなされている。異なる光
ファイバに対してこのモジュールを共通に利用する事が
できる。

【００７５】［実施例３：箱型パッケージに収納した
例］図１０、図１１によって箱型パッケージに受光素
子、発光素子を収納した実施例を説明する。これも光フ
ァイバの光軸の軸線上に、１．３μｍ帯波長選択受光素
子１５、１．５５μｍ帯ＰＤ１６を並べたものである。
円筒形のパッケージではなくてコバールの箱型パッケー
ジ８２、キャップ８３にこれらの素子を収納したモジュ
ールである。実際には、箱型のパッケージ本体８２の内
部にこれらの電気光学素子を取り付けた窒化アルミ（Ａ
ｌＮ）のサブマウント８４を固定する。

【００７６】サブマウント８４には前端部に波長選択性
ある１．３μｍ用の受光素子１５を端面と平行になるよ
うに設ける。これは１．３μｍ光を受光するものであ
る。１．５５μｍ光は無損失で透過する。サブマウント
にはその後ろに軸線上の切欠８５、三角形状の切り欠き
８６がある。三角形（Ｖ溝）の切り欠き８６には集光レ
ンズ８７が固定される。Ｖ溝がレンズ８７の位置決めを
する。それに平坦部が続きさらに傾斜した隆起部が設け
られる。

【００７７】隆起部にはメタライズを介して１．５５μ
ｍ帯フォトダイオードチップ１６が取り付けられる。こ
れは１．５５μｍ帯光を検知する。パッケージ本体８２
には、４つのピン９２、９３、９４、９５がパッケージ
と絶縁して設けられている。パッケージの前方には、軸
方向の通し穴８９があって、ここに光ファイバコード９
０が挿入される。光ファイバ９１の前端が波長選択受光
素子１５に対向する。光ファイバの端部９２が斜めに研
磨されている。これは半導体レ−ザの反射光がレ−ザに
戻らないようにするためである。

【００７８】サブマウント８４にはこのように段差、
溝、隆起などが予め形成されているので容易に素子の位
置決め固定を行う事ができる。さらにサブマウント８４
の上面にはメタライズ９６、９７、９８、９９など配線
パターンが形成されている。受光素子１５のｎ電極はメ
タライズ９７に半田付けされる。メタライズ９７はワイ
ヤ１３５によってピン９５に接続される。受光素子１５
のｐ電極はワイヤ１００によってメタライズ９６に接続
され、メタライズ９６はワイヤ１３２によってピン９２
につながる。

【００７９】１．５５μｍ帯ＰＤ１６のｎ電極はメタラ
イズ９９に半田付けされる。メタライズ９９はピン９４
とワイヤによって結ばれる。ＰＤ１６のｐ側電極はワイ
ヤ１０１、メタライズ９８、ワイヤ１３３によってピン
９３に接続される。実際には、サブマウントにこれらの
チップを全て半田付けし、レンズをエポキシ樹脂によっ
て固定した後、サブマウントをパッケージに半田付けす
る。さらに金線によって、これらの素子の電極とメタラ
イズ面、ピンなどをワイヤボンデイングする。

【００８０】次に、光ファイバとパッケージの固定部は
少し緩めにしておき、別に準備したＬＤを発光させ、光
ファイバによって導いてくる。光ファイバを軸方向及び
それと直交する方向に動かしてフォトダイオードによっ
て得られる電気出力を光ファイバ位置の関数として測定
し、所望の感度が得られる位置に光ファイバを固定す
る。波長１．３μｍのＬＤでフォトダイオード１５の感
度を、１．５５μｍのＬＤでフォトダイオード１６の感
度をモニタすることができる。エポキシ樹脂によって光
ファイバを穴８９に対して固定するのである。その後、
乾燥した窒素雰囲気でキャップ８３を本体８２に接着し
た。これはシームシール法によった。

【００８１】この実施例においても二つの受光素子１
５、１６は独立に動作し、個別に作成された従来のモジ
ュールと同等以上の性能を発揮した。この実施例の特別
な効果を述べる。（１）外形が箱型であるために、プリント基板に容易に
実装する事ができる。（２）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、ＰＤの出力回路の増幅
回路をも収納することができる。（３）信号処理回路をも含めた小型化が可能になる。

【００８２】［実施例４：１．５５μｍ帯ＰＤを別のパ
ッケージに収容］図１２に第４の実施例を示す。これ
は、１．５５μｍ帯受光素子を別異のパッケージに収容
したものである。これまでに説明した実施例において
は、全て二つの受光素子を同じ容器内に納めていた。し
かしこれは本発明にとって必須の要件ではない。１．５
５μｍ帯受光素子を別の場所に設けて、１．３μｍ帯受
光素子との間を光ファイバによって繋ぐようにしても良
い。図１２において、１．３μｍ帯波長選択ＰＤ１５と
レンズ１０２を取り付けたサブマウント１０３がパッケ
ージ１０４に内包されている。パッケージ１０４はリ−
ドピン１２７、１２８を持つ。

【００８３】パッケージの中心軸線上の両端には、シン
グルモ−ドファイバ１０５、１０６が互いに対向するよ
うに設けられる。入力用の光ファイバ１０５には、１．
３μｍ帯信号と１．５５μｍ帯信号の両方が含まれる。
この光が１．３μｍ帯受光素子１５に入ると、１．３μ
ｍ光が吸収検出される。１．５５μｍ帯光はそのまま通
過して、出力用の光ファイバ１０６に入る。この光ファ
イバの終端には１．５５μｍ帯用の受光素子が設けられ
る（図示しない）。これによって１．５５μｍ帯光強度
が検出される。アナログ回路とデジタル回路を別のボ−
ドに配置するような場合、この例は自由度が高くて好適
である。

【００８４】［実施例５：２芯光ファイバを用いて送信
受信素子の両方を内包］これまでに説明したものは、受
光素子のみを一つのパッケージに収容している。実際に
は加入者側において送信のためのレ−ザも使用する。二
つの受光素子と、発光素子をもパッケージにまとめて収
納するようにしたのがこの実施例である。こうすること
によって、パッケージが１個で済み、より小型化でき、
コストを削減できる。

【００８５】図１３にその構成を示す。１．３μｍ帯用
ＰＤ１５、レンズ１０７、１．５５μｍ帯受光素子１６
が一直線上に並ぶようにサブマウント１１１の上に取り
付けられる。サブマウント１１１にはこれらの素子列と
平行にレンズ１０８、送信用半導体レ−ザ１０９、モニ
タ用受光素子１１０が設置される。半導体レ−ザ１０９
は１．３μｍ帯のデジタル光信号を発生する。

【００８６】２芯の光ファイバ１２０、１２１の終端部
がパッケージ１１３の一端に取り付けられる。パッケー
ジ１０３には受光素子、発光素子の電極と外部回路との
接続をとるためにリ−ドピン１１４、１１５、…が設け
られる。光ファイバ１２０は局からの信号を伝送する。
この信号の内、１．３μｍ帯信号は受光素子１５によっ
て感知される。１．５５μｍ帯信号は後方の受光素子１
６によって検出される。加入者側からのデジタル信号
は、半導体レ−ザ１０９によって光信号となり、光ファ
イバ１２１に入り、局側へと送信される。

【００８７】前もって、サブマウント１１１に、ＬＤ１
０９、ＰＤ１５、１６を実装しておく。そしてＬＤを発
光させて光ファイバ１２１と最適結合するように調芯す
る。２芯テ−プファイバ１２０、１２１は一体であるか
ら、１２１の位置を決めると１２０の位置も決まる。受
光素子の方は受光面積が広くトレランスが大きいので自
動的に受光位置に設定される。チップの実装方法は実施
例３と同様である。

【００８８】［実施例６：１．５５μｍ帯受光素子を分
離した例］図１４に本発明の第６の実施例を示す。実施
例５において受光素子、発光素子が全てパッケージ内部
にあった。１．５５μｍ帯受光素子を別異のパッケージ
に移したものが図１４の例である。１．３μｍ帯受光素
子１５、レンズ１０７、レンズ１０８、レ−ザ１０９、
モニタ用受光素子１１０がサブマウント１１１に実装さ
れている。下り光を伝搬させる光ファイバ１２０は、受
光素子１５に光を導く、１．３μｍ帯はここで吸収され
るが、１．５５μｍ帯光はレンズ１０７によって集光さ
れて、後方の光ファイバ１２２に入る。光ファイバ１２
２の他端に１．５５μｍ帯アナログ受光素子が設けられ
る。これは実施例４と同様に１．３μｍ帯と１．５５μ
ｍ帯の回路が分離されている場合に好都合である。

【００８９】［その他の波長帯への応用］これまで述べ
てきた実施例では、１．３μｍ帯と１．５５μｍ帯の光
の組み合わせを採用してきた。しかしながら本発明の思
想はこれらの波長の組み合わせに限定される物ではな
い。第１の波長λ１と第２の波長λ２の光によって信号
伝送する場合において全て本発明を適用することができ
る。窓層の吸収端波長をΛｗ、吸収層の吸収端波長をΛ
ｃとして、Λｗ＜λ１＜Λｃ＜λ２となるように、第１
の受光素子の材料を選択すれば良いのである。

【００９０】さらにこれまで述べてきた実施例において
は、１．５５μｍ帯光によってＣＡＴＶのアナログ伝送
をするシステムを例にとっている。しかし１．５５μｍ
帯光はアナログ伝送に限定されない。デジタル信号の送
受信に１．５５μｍ帯を利用することも勿論可能であ
る。

【００９１】［波長多重への布石］既に１．５Ｍｂｐｓ
程度の低速の光ファイバシステムを導入した後、さらに
６２２Ｍｂｐｓの高速のシステムを重畳したいという場
合等を想定しよう。そのような場合においては、後者
（６２２Ｍｂｐｓ）の通信を１．５５μｍ帯光によって
行えば良い。

【００９２】波長多重による将来におけるシステムの拡
張をも考えると、実施例４（図１２）、実施例６（図１
４）のように、１．５５μｍ帯受光素子が別異になって
いるようなモジュ−ルを各家庭に設置しておけば良い。
パッケージの後方に続く光ファイバに１．５５μｍ帯の
ＰＤを繋ぐだけで、波長多重システムへのグレ−ドアッ
プを行うことができる。光ファイバを切断し高価な波長
分波器を新たに設置するというような面倒で費用のかか
る工事を不要とする。

【００９３】

【発明の効果】本発明は、１．３μｍ光と１．５５μｍ
光を分離してから検出しなくてはいけないという従来か
らの常識を覆し、１．３μｍ光と１．５５μｍ光の光路
を分離しないＯＮＵ用光モジュールを初めて与える。
１．５５μｍ光を感受しないで透過するように１．３μ
ｍ光ＰＤに工夫をすることによって光路分離しないで
も、１．３μｍ光、１．５５μｍ光を独立に受光できる
ようする。

【００９４】波長分波器のような素子が不要になる。本
発明は、１．３μｍ光ＰＤ自身に１．３μｍ光を吸収す
る機能を賦与するので、このような素子は不要である。
本発明は従来提案されているモジュールよりもはるかに
少ない分品点数で、組立が簡単で、しかも安価な光送受
信モジュールを提供することができる。光加入者系の普
及に大きく寄与することであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】１．３μｍ光のデジタル光信号と１．５５μｍ
光のアナログ光信号を用いる双方向通信の原理構成図。

【図２】本発明の光送受信モジュ−ル或は光受信モジュ
−ルによる、１．３μｍ光のデジタル光信号と１．５５
μｍ光のアナログ光信号を用いる双方向通信の原理構成
図。

【図３】従来例に係る近赤外用ＩｎＰ基板フォトダイオ
ードチップの断面図。光吸収層がＩｎＧａＡｓであり、
窓層がＩｎＰである。

【図４】従来例に係る近赤外用ＩｎＰ基板フォトダイオ
ードの受光感度の波長依存性を表すグラフ。

【図５】１．３μｍ光のみに感度を有し、１．５５μｍ
光は底面に通り抜けるようにした、本発明において用い
られる１．３μｍ帯選択フォトダイオードチップの断面
図。

【図６】本発明において用いる１．３μｍ帯選択フォト
ダイオードの光吸収層をなすＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝
１．４２μｍ）層の光透過率の波長依存性を示すグラ
フ。

【図７】本発明において用いる１．３μｍ帯選択フォト
ダイオードの受光感度の波長依存性を示すグラフ。

【図８】光ファイバ端を固定した本発明の第１の実施例
に係る１．３μｍ光／１．５５μｍ光受信モジュールの
断面斜視図。

【図９】光ファイバを着脱可能にした本発明の第２の実
施例に係る１．３μｍ光／１．５５μｍ光受信モジュー
ルの部分断面図。

【図１０】箱形のパッケージに二つの受光素子を収納し
た本発明の第３の実施例に係る１．３μｍ光／１．５５
μｍ光受信モジュールの横断平面図。

【図１１】箱形のパッケージに二つの受光素子を収納し
た本発明の第３の実施例に係る１．３μｍ光／１．５５
μｍ光受信モジュールの縦断正面図。

【図１２】１．３μｍ帯のみを感受し１．５５μｍ帯光
を光ファイバによって外部に取り出すようにした本発明
の第４の実施例に係る１．３μｍ光／１．５５μｍ光受
信モジュールの横断平面図。

【図１３】送信光と受信光を伝送するための２芯光ファ
イバを用いパッケージには二つの受光素子とレ−ザとを
収容した本発明の第５の実施例に係る１．３μｍ光／
１．５５μｍ光送受信モジュールの横断平面図。

【図１４】送信光と受信光を伝送するための２芯光ファ
イバを用いパッケージには１．３μｍ帯の波長選択性受
光素子とレ−ザとを収容し、光ファイバによって１．５
５μｍ帯光を外部に取り出すようにした本発明の第６の
実施例に係る１．３μｍ光／１．５５μｍ光送受信モジ
ュールの横断平面図。ジュールの概略構成図。

【符号の説明】

１局側２光分配器３加入者側４波長分波器５アナログ信号受信用１．５５μｍ帯フォトダイオ−
ド６アナログ信号送信用１．５５μｍ帯レ−ザダイオ−
ド７デジタル信号送信用１．３μｍ帯レ−ザダイオ−ド８波長分波器９デジタル信号受信用１．３μｍ帯フォトダイオ−ド１０下り系光ファイバ１１上り系光ファイバ１２デジタル信号送信用１．３μｍ帯レ−ザダイオ−
ド１３光分配器１４デジタル信号受信用１．３μｍ帯フォトダイオ−
ド１５デジタル信号受信用波長選択性１．３μｍ帯フォ
トダイオ−ド１６アナログ信号受信用１．５５μｍ帯フォトダイオ
−ド２０ヘッダー２１リードピン２２リードピン２３リードピン２５隆起部２６波長選択ＰＤチップ用サブマウント２８傾斜面２９サブマウント３１キャップ３２球レンズ３３フェルールホルダ− ３４通し孔３５シングルモード光ファイバ３６フェルール３７傾斜端面３８ベンドリミッタ４０絶縁体４１ＰＤ固定用フランジ４２ダミーファイバ４３ダミーファイバホルダ４４レセプタクル４５フランジ部４６止めねじ用穴４７雄螺部４８スリ−ブ４９凹部５０コネクタ５１ハウジング５３袋ナット５４キイ５５フェル−ル５６シングルモ−ド光ファイバ５７ファイバコ−ド６０ｎ型ＩｎＰ基板６１ｎ型ＩｎＰバッファ層６２ｎ型ＩｎＧａＡｓ受光層（光吸収層）６３ｎ型ＩｎＰ窓層６４Ｚｎ拡散領域６５ｐ電極６６パッシベーション膜６７反射防止膜６８ｎ電極６９入射領域７０ｎ型ＩｎＰ基板７１ｎ型ＩｎＰバッファ層７２ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ受光層（λｇ＝１．４２μ
ｍ）７３ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ窓層（λｇ＝１．１５μｍ）７４ｐ電極７５パッシベーション膜７６反射防止膜７７ｎ電極７８反射防止膜７９ｐ型領域８０受光面８２パッケージ本体８３キャップ８４サブマウント８５切欠８６三角切欠８７集光レンズ８８サブマウント８９通し穴９０光ファイバコード９１光ファイバ９２リ−ドピン９３リ−ドピン９４リ−ドピン９５リ−ドピン９６メタライズ９７メタライズ９８メタライズ９９メタライズ１００ワイヤ１０１ワイヤ１０２レンズ１０３サブマウント１０４パッケージ１０５シングルモ−ド光ファイバ１０６シングルモ−ド光ファイバ１０７レンズ１０８レンズ１０９レ−ザダイオ−ド１１０モニタ用受光素子１１１サブマウント１１２基板１１３パッケージ１１４リ−ドピン１１５リ−ドピン１２０光ファイバ１２１光ファイバ１２２光ファイバ１２７リ−ドピン１２８リ−ドピン１３２ワイヤ１３３ワイヤ１３５ワイヤ

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの波長帯λ１、λ２（λ１＜λ２）
の光による双方向通信を行うために用いる光受信モジュ
ールにおいて、受信する第１の波長帯λ１に感度を有し
それより長い第２の波長帯λ２の光を透過させる第１の
フォトダイオードと、その透過する波長帯λ２を受光す
る第２のフォトダイオードとよりなり、前記第１のフォ
トダイオードを構成する半導体層の基礎吸収端のバンド
ギャップエネルギーＥｇ１が前記第２のフォトダイオー
ドの基礎吸収端のバンドギャップエネルギーＥｇ２より
も大きく、かつ受信すべき光の進行方向に沿って順に、
前記第１のフォトダイオード、さらにその後方に前記第
２のフォトダイオードが配置された事を特徴とする光受
信モジュール。
【請求項２】２つの波長帯λ１、λ２（λ１＜λ２）
の光による双方向通信を行うために用いる光受信モジュ
ールにおいて、受信する第１の波長帯λ１に感度を有し
それより長い第２の波長帯λ２の光を透過させる第１の
フォトダイオードと、その透過する波長帯λ２の光を後
段に送るための光ファイバとよりなり、前記第１のフォ
トダイオードを構成する半導体層の基礎吸収端のバンド
ギャップエネルギーＥｇ１が後段で受信するために用い
るフォトダイオードの基礎吸収端のバンドギャップエネ
ルギーＥｇ２より大きく、かつ受信すべき光の進行方向
に沿って順に、前記第１のフォトダイオード、さらにそ
の後方に前記光ファイバが配置された事を特徴とする光
受信モジュール。
【請求項３】リードピンを有するパッケージと、パッ
ケージの中心軸線上に固定された第１のフォトダイオー
ドと、パッケージの中心軸線上において第１のフォトダ
イオードよりも後方に固定された第２のフォトダイオー
ドと、透明の窓又はレンズを有しパッケージに取り付け
られ二つのフォトダイオードを気密封止するキャップ
と、光ファイバの先端を保持するフェル−ルと、キャッ
プを囲んでパッケージに固定されフェルールを固定する
フェルールホルダ−と、第１と第２のフォトダイオード
の電極とリードピンを接続するワイヤとよりなる事を特
徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項４】リードピンを有するパッケージと、パッ
ケージの中心軸線上に固定された第１のフォトダイオー
ドと、パッケージの中心軸線上において第１のフォトダ
イオードよりも後方に固定された第２のフォトダイオー
ドと、透明の窓又はレンズを有しパッケージに取り付け
られ二つのフォトダイオードを気密封止するキャップ
と、光ファイバコネクタと嵌合するようにキャップを囲
んでパッケージに固定されたレセプタクルと、第１と第
２のフォトダイオードの電極とリードピンを接続するワ
イヤとよりなる事を特徴とする請求項１に記載の光受信
モジュール。
【請求項５】リードピンを有するパッケージと、パッ
ケージの中心軸線上に固定された第１のフォトダイオー
ドと、パッケージの中心軸線上において第１のフォトダ
イオードよりも後方に固定された第２のフォトダイオー
ドと、第１、第２のフォトダイオードの間に設けられた
レンズと、パッケージに取り付けられ二つのフォトダイ
オードを気密封止するキャップと、第１のフォトダイオ
ードの受光面に対向する向きにパッケージに固定された
光ファイバと、第１と第２のフォトダイオードの電極と
リードピンを接続するワイヤとよりなる事を特徴とする
請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項６】リードピンを有するパッケージと、パッ
ケージの中心軸線上に固定された第１のフォトダイオー
ドと、パッケージの中心軸線上において第１のフォトダ
イオードよりも後方に固定されたレンズを有しパッケー
ジに取り付けられフォトダイオードを気密封止するキャ
ップと、中心軸線においてパッケージに固定された光入
射用の光ファイバと、光出射用の光ファイバと、フォト
ダイオードの電極とリードピンを接続するワイヤとより
なる事を特徴とする請求項２に記載の光受信モジュー
ル。
【請求項７】第１の受信用フォトダイオードが、１．
３μｍ帯に感度を有し、１．５５μｍ帯に感度を有せず
その光を透過するものとし、第２のフォトダイオードが
１．５５μｍに感度を有する事を特徴とする請求項１〜
６の何れかに記載の光受信モジュール。
【請求項８】第１の受信用フォトダイオードチップが
ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）の受光層を持つ
ことを特徴とする請求項７記載の光受信モジュール。
【請求項９】第１の受信用フォトダイオードチップ
が、ＩｎＰ基板の上にＩｎＰバッファ層、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λｇ＝１．４２μｍ）受光層、ＩｎＧａＡｓＰ（λ
ｇ＝１．１５μｍ）窓層またはＩｎＰ（λｇ＝０．９２
μｍ）窓層からなり、ｐ／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いることを特徴
とする請求項７又は８に記載の光受信モジュール。
【請求項１０】第１の受信用フォトダイオードチップ
の光の入射面に１．３μｍ〜１．５５μｍ帯の光を透過
させ反射を防ぐ反射防止膜を形成し、基板面に１．５５
μｍ帯を透過させ反射を防ぐ反射防止膜を形成したこと
を特徴とする請求項９に記載の光受信モジュール。
【請求項１１】２つの波長帯λ１、λ２（λ１＜λ
２）の光による双方向通信を行うために用いる光送受信
モジュールにおいて、受信する第１の波長帯λ１に感度
を有しそれより長い第２の波長帯λ２の光を透過させる
第１のフォトダイオードと、その透過する波長帯λ２を
受光する第２のフォトダイオードと，第１の波長帯λ１
で発光する半導体レ−ザとよりなり、前記第１のフォト
ダイオードを構成する半導体層の基礎吸収端のバンドギ
ャップエネルギーＥｇ１が前記第２のフォトダイオード
の基礎吸収端のバンドギャップエネルギーＥｇ２よりも
大きく、かつ第１の光ファイバより入射してきた受信す
べき光の進行方向に沿って順に、前記第１のフォトダイ
オード、さらにその後方に前記第２のフォトダイオード
が配置されており、さらに半導体レ−ザの発光光が第２
の光ファイバを通じて送信されるように配置された事を
特徴とする光送受信モジュール。
【請求項１２】２つの波長帯λ１、λ２（λ１＜λ
２）の光による双方向通信を行うために用いる光送受信
モジュールにおいて、受信する第１の波長帯λ１に感度
を有しそれより長い第２の波長帯λ２の光を透過させる
第１のフォトダイオードと、その透過する波長帯λ２の
光を後段に送るための第３の光ファイバと、第１の波長
帯λ１で発光する半導体レ−ザとよりなり、前記第１の
フォトダイオードを構成する半導体層の基礎吸収端のバ
ンドギャップエネルギーＥｇ１が前記第２のフォトダイ
オードの基礎吸収端のバンドギャップエネルギーＥｇ２
よりも大きく、かつ第１の光ファイバより入射してきた
受信すべき光の進行方向に沿って順に、前記第１のフォ
トダイオード、さらにその後方に前記第３の光ファイバ
が配置されており、さらに半導体レ−ザの発光光が第２
の光ファイバを通じて送信されるように配置された事を
特徴とする光送受信モジュール。
【請求項１３】第１光ファイバと第２光ファイバが、
２芯平行光ファイバであることを特徴とする請求項１１
または１２に記載の光送受信モジュール。
【請求項１４】第１の受信用フォトダイオードが、
１．３μｍ帯に感度を有し、１．５５μｍ帯に感度を有
せずその光を透過するものとし、第２のフォトダイオー
ドが１．５５μｍに感度を有し、半導体レ−ザが１．３
μｍ帯の光を発光する事を特徴とする請求項１１〜１３
の何れかに記載の光送受信モジュール。
【請求項１５】第１の受信用フォトダイオードチップ
がＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．４２μｍ）の受光層を持
つことを特徴とする請求項１４記載の光送受信モジュー
ル。
【請求項１６】第１の受信用フォトダイオードチップ
が、ＩｎＰ基板の上にＩｎＰバッファ層、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（λｇ＝１．４２μｍ）受光層、ＩｎＧａＡｓＰ（λ
ｇ＝１．１５μｍ）窓層またはＩｎＰ（λｇ＝０．９２
μｍ）窓層からなり、ｐ／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いることを特徴
とする請求項１１〜１５に記載の光送受信モジュール。
【請求項１７】第１の受信用フォトダイオードチップ
の光の入射面に１．３μｍ〜１．５５μｍ帯の光を透過
させ反射を防ぐ反射防止膜を形成し、基板面に１．５５
μｍ帯を透過させ反射を防ぐ反射防止膜を形成したこと
を特徴とする請求項１６に記載の光送受信モジュール。