JPH09269440A

JPH09269440A - 光送受信モジュ−ル

Info

Publication number: JPH09269440A
Application number: JP8104405A
Authority: JP
Inventors: Miki Kuhara; 美樹工原; Hiromi Nakanishi; 裕美中西; Yasushi Fujimura; 康藤村; Hitoshi Terauchi; 均寺内; Mitsuaki Nishie; 光昭西江
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【目的】同一波長の光を用いて時分割し、送信と受信
を交互に行うピンポン伝送に用いられる光送受信モジュ
ールは、光路を二分する光分波器、独立のＰＤモジュー
ル、独立のＬＤモジュール、３つの光コネクタなど多数
の部品が必要であった。部品点数を減らして簡易な構造
であって安価で小型の光送受信モジュールを提供する事
が目的である。【構成】表裏面にリング電極を持ち、入射した光の一
部を吸収し光電流に変え、残りは透過する受光素子を用
いる。一部透過型の受光素子の後ろに発光素子を設け
る。伝送媒体＋一部透過型受光素子＋発光素子という直
列構造とする。発光素子の光は一部が受光素子で吸収さ
れ残りが伝送媒体に入る。伝送媒体からの伝搬光は一部
のみが光電流に変換される。

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。

【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−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内、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−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−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、ＰＤ１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、もうひとつ同等のガラ
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）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於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−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−ザチップ２９とこ
れの出力をモニタするためのフォトダイオード３０を備
える。半導体レ−ザ２９はサブマウントを介してヘッダ
３２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
３５を有する円筒形のキャップ３４が半導体レ−ザ２
９、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−３６がある。レンズホルダ−３６は中央の穴に集光
レンズ３７を有する。レンズホルダ−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−ザ
２９、レンズ、光ファイバなどを調芯して、レンズホル
ダ−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−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−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−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−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−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−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、たち下がり部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−ザを
ＰＤの中央部に設けても、殆どの光はレ−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−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−
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−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−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。

【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、一本の光ファイバで送受信を行う光送受信モジ
ュールにおいて、光ファイバに近い側から見て光ファイ
バからの出射光を受光するフォトダイオードがあり、こ
のフォトダイオードが出射光の略半分を吸収し電気信号
に変換するようにし、フォトダイオードの後方に半導体
レ−ザチップを設けこのレ−ザダイオードの光をフォト
ダイオードが約半分を吸収し残りの半分を透過し光ファ
イバに入射させるようにしたものである。

【００２４】つまり光が半分透過するような特別なフォ
トダイオードの後ろにレ−ザダイオードを設けたのが本
発明の光送受信モジュールである。本発明はまずフォト
ダイオードに著しい特徴がある。半分透過性のフォトダ
イオードを使うのである。さらに半分透過性のフォトダ
イオードとレ−ザを直列に配置したという幾何学的配置
にもう一つの特徴がある。

【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。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。全て吸収されるということ
ができる。本発明で用いるフォトダイオードはそうでは
なくて、透過型、それも半透過型のフォトダイオードを
利用する。半透過型の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、そのようなフォト
ダイオードの直後にレ−ザを設けて光送受信モジュール
とする。極めて斬新なものである。

【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−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−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−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−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−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、光ファイバ、半透過性フォトダイオー
ド、レ−ザを直列に一本の光路上に設置したものであ
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−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へ抜けて行
く。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−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−ザ７０の発光層７１が並んでい
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、集光レンズによって光を集光し、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−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−ザは発光していないのであ
る。

【００３３】つぎに送信光であるが、これは半導体レ−
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。透過レーザ光７３が光ファイバ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る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。本発明は光分波器は要らない。

【００３５】本発明はこのように半透過型フォトダイオ
ード＋レ−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。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。図９は原理図であり、実際には集光レンズがあ
る。さらに光ファイバ端面は斜めに切断してある。以下
により具体的な構造を述べる。

【００３６】

【実施例】

［実施例（図１０：集光レンズをＰＤとＬＤの間に置
く）］図１０の実施例は、光ファイバ６２の軸線上に、
フォトダイオード（ＰＤ）６４、球レンズ７４、半導体
レ−ザ（ＬＤ）７０を直列に並べている。図９に比較す
ると、集光レンズ７４を半導体レ−ザとフォトダイオー
ドの間に追加している点が違う。フォトダイオードは広
い受光面を持つので広くビームを集めることができる。

【００３７】しかしレ−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−ザ光がファイバに入らない。そこ
で集光レンズによってレ−ザの像がファイバ端面に結ぶ
ようにする。レ−ザと光ファイバの結合効率を上げるこ
とができる。勿論半透過型の受光素子によって半分の光
が吸収されるから、理想的な場合でもレ−ザ光の半分し
か光ファイバに入らない。ここでは安価で取扱いの容易
な球レンズを例示している。これに限らず結合効率をも
っと高めたい時は非球面レンズを使うのがよい。さらに
ロッドレンズでも良いのである。

【００３８】［実施例（図１１：集光レンズをファイ
バとＰＤの間に置く）］図１１に示す第２の実施例は、
光ファイバ６２の軸線上に、集光レンズ７５、フォトダ
イオード（ＰＤ）６４、半導体レ−ザ（ＬＤ）７０を直
列に並べている。集光レンズ７５を光ファイバとフォト
ダイオードの間に設けている。この場合でもレ−ザの像
が光ファイバの端面にできるように位置合わせする。レ
−ザ光を光ファイバに入れるのが目的である。光ファイ
バからの光も絞られるから受光素子へ入りやすくなる
が、受光素子の受光面は広いからあまり絞る必要はな
い。実施例と同じように、集光レンズとしては、球レ
ンズの他に非球面レンズやロッドレンズをも使う事がで
きる。

【００３９】［実施例（図１２：モニタ用フォトダイ
オードを追加）］このレ−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−ザであ
る。レ−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−ザの後方光７７が入るので、レ−ザ光の強度を監視
することができる。むしろ従来のレ−ザモジュールは、
レ−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。またレ−ザの前に集光レンズがある
のも普通のことである。であるからそのような既存の装
置に半透過型の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作製することができる。

【００４０】［実施例（図１３：レ−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−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−ザに戻らないようにして
ある。さらに中間のフォトダイオードＰＤ６４も傾け
て、背面６７での反射光７９が斜めの光路を進み、レ−
ザ７０に入らないようにしている。戻り光を防ぎレ−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−ザには戻らない。

【００４１】［実施例（図１４：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おらず、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程度である。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】ＩｎＰ基板９０の底面には全面ではなく、
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９８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。

【００４５】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。

【００４６】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、

【００４７】Ｔ＝ｅｘｐ（ーΣαｄ）（１）

【００４８】によって表される。Σは光が通過する固体
毎に積αｄを計算し、これらの和を求めるということを
意味する。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〜１．６
μｍであるから、ＩｎＰでは殆ど吸収されず、ＩｎＧａ
Ａｓ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。

【００４９】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
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Ｉｎ
ＧａＡｓ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ＩｎＧａ
Ａｓ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３６％に下が
る。

【００５０】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
程度の極極薄い受光層を使う。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。

【００５１】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。

【００５２】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。吸収層のうえに１．５μｍの厚みのＩｎＰ窓
層を成長させた。キャリヤ濃度はｎ＝２〜３×１０¹⁵ｃ
ｍ^-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。

【００５３】次に窓層の上に、ＳｉＮｘをマスクとし
て、亜鉛Ｚｎの選択拡散を行う。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Ｉｎ
ＧａＡｓ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。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。

【００５４】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。

【００５５】［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。中央部は光がとおる入り口とな
るから反射防止膜１０５が形成される。ｎ型ＩｎＰ基板
１００の裏面は周辺部にリングｎ電極１０９が設けられ
る。中央部は反射防止膜１１０が形成される。

【００５６】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。

【００５７】［実施例（図１７：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７
０が固定される。

【００５８】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−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−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レンズ１２６を有
するキャップ１２４がヘッダ１１１の上面に固定され
る。

【００５９】ＰＤ６４を取り付けるためのサブマウント
１２０の例を図１７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。

【００６０】半導体レーザとしては、ＩｎＧａＡｓＰの
１．３μｍレ−ザチップを用いた。ＬＤチッサイズは３
００μｍ×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。

【００６１】レ−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。

【００６２】受光径が広いため（２００μｍφ）、ＰＤ
の固定位置の精度はそれほど要求されない。サブマウン
ト１２０の外周位置とポール１１９の外周を合わせるよ
うな位置合わせで十分である。サブマウント１２０は前
述のように（ｂ）〜（ｄ）のようなものが利用できる。
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。

【００６３】次に、光ファイバ６２と、ＬＤ７０の結合
効率を見ながらレンズ１２６付きキャップ１２４の位置
を決める。ＬＤ７０を光らせた状態で光ファイバの他端
においたパワーメータによって光量を観察する。通常得
られる最適時の結合パワーの略半分の結合パワーが得ら
れる位置を探し、ここでレンズ付きキャップ１２４を固
定する。略半分と言ってもＰＤによる吸収があるから、
ほぼ最高パワーの位置を選んでいるのである。キャップ
の固定は電気溶接によった。

【００６４】こうしてできた３つの素子がパッケージに
入ったもの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。

【００６５】［実施例（図１８：ピグテイルタイプの
モジュールの例）］図１８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−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−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−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。

【００６６】光ファイバから出た光が進行する光軸上に
ＰＤ６４とレ−ザ７０が置かれている。レ−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−１３３を水
平方向に動かし最適位置を求める。Ａ部をＹＡＧレ−ザ
溶接してホルダ−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−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−ザ溶接しフェルールをホルダ−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−１
３３、フェルール１３６を固定した。

【００６７】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０．４２Ａ／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。

【００６８】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０．２８ｍＷで
あった。この実施例では球レンズによってレ−ザ光を集
光している。同じ球レンズを使ったレ−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−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。

【００６９】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−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。

【００７０】［実施例（図１９：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１９に示す。ヘッダに
ＰＤ、ＬＤ、モニタＰＤ、レンズ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。

【００７１】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きめる。

【００７２】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−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−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−ザが結合しなく
なるからである。

【００７３】［実施例(10)（図２０：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−
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−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−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２０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。

【００７４】［実施例(11)（図２１：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２１の（ａ）はモニタＰＤがある場合を示
す。図２１の（ｂ）はモニタＰＤを省いた構造を示して
いる。

【００７５】図２２に電気回路図を表す。図２２（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−ザ７０
はアノードがケースに接地してある。

【００７６】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２２（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。

【００７７】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−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−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。以上に述べた実施例１〜１１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。

【００７８】集光レンズとして球レンズを採用してい
るが、これを非球面レンズにすれば結合効率はもっと高
まる。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０．８μｍ帯にも利用で
きる。その場合はＧａＡｓ系の半導体レ−ザと低価格の
Ｓｉフォトダイオードを使うことができる。光ファイバはマルチモードファイバであっても良い。

【００７９】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。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−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。

【００８０】

【発明の効果】今までおそらく誰も考えつかなかったで
あろう半透過型のフォトダイオードを前に、レ−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。

【００８１】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２３（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２３（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。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ＬＤ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】光ファイバ、半透過型フォトダイオード、半導
体レ−ザを一直線上に並べてなる本発明の原理を示す光
送受信モジュールの概略構成図。

【図１０】光ファイバ、半透過型フォトダイオード、集
光レンズ、半導体レ−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１１】光ファイバ、集光レンズ、半透過型フォトダ
イオード、半導体レ−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１２】光ファイバ、集光レンズ、半透過型フォトダ
イオード、半導体レ−ザ、モニタフォトダイオードを一
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、集光レンズ、半透過型フォトダ
イオード、半導体レ−ザ、モニタフォトダイオードを一
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−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）。

【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受光層の厚みと、透過
率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）。

【図１７】集光レンズ、５０％透過フォトダイオード、
レ−ザ、モニタＰＤ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１８】集光レンズ、５０％透過フォトダイオード、
レ−ザ、モニタＰＤを一つのパッケージに収容しその先
にフェルールホルダ−を取り付け、パッケージと光ファ
イバとを一体化したピグテイル型光送受信モジュールの
縦断面図。

【図１９】集光レンズ、５０％透過フォトダイオード、
レ−ザ、モニタＰＤを一つのパッケージに収容しその先
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
できるようにしたレセプタクル型光送受信モジュールの
縦断面図。

【図２０】集光レンズ、５０％透過フォトダイオード、
レ−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１７のものからモニタフォトダイオードを除
去したもの。

【図２１】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２２】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２３】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、（Ｂ）が本発明の構
成図。

【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−ザモジュール２７受光素子モジュール２８半導体レ−ザモジュール２９半導体レ−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− 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− ４７レンズ４８ハウジング４９フェルール５０光ファイバ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６４５０％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−ザ７１半導体レ−ザ発光層７２レ−ザ光７３透過レ−ザ光７４集光レンズ７５集光レンズ７６レ−ザの背面７７レ−ザからの後方光７８斜め反射光７９斜め反射光８４受光層８５モニタＰＤ９０ｎ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−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レンズ１３３フェルールホルダ− １３４ベンドリミッタ１３６フェルール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/02 (72)発明者寺内均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 (72)発明者西江光昭横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【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
ヘ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、発光素子の送信光は受光素子
を通り一部が吸収され残りの光が受光素子を通り抜け伝
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】光ファイバと受光素子と発光素子とより
なる請求項１に記載の光送受信モジュール。
【請求項３】光導波路と受光素子と発光素子とよりな
る請求項１に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】光ファイバ若しくは光導波路と発光素子
の間にレンズを設けたことを特徴とする請求項２又は３
に記載の光送受信モジュール。
【請求項５】受光素子と発光素子との間にレンズを設
けたことを特徴とする請求項２又は３に記載の光送受信
モジュール。
【請求項６】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２〜５のいずれかに記載
の光送受信モジュール。
【請求項７】発光素子がＩｎＧａＡｓＰよりなる１．
３μｍ若しくは１．５μｍ帯の半導体レ−ザであり、受
光素子がＩｎＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓＰ系よりなる
ＰＩＮフォトダイオードであることを特徴とする請求項
１〜６のいずれかに記載の光送受信モジュール。
【請求項８】ＩｎＧａＡｓの受光層の厚みが約０．７
μｍであることを特徴とする請求項７に記載の光送受信
モジュール。
【請求項９】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
るピグテイル型によることを特徴とする請求項１〜８の
いずれかに記載の光送受信モジュール。
【請求項１０】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素子に対して着脱できる
レセプタクル型によることを特徴とする請求項１〜８の
いずれかに記載の光送受信モジュール。
【請求項１１】送信時に受信フォトダイオードを発光
素子光量のモニタに利用することによって、受信用フォ
トダイオードがモニタフォトダイオードを兼ねるように
したことを特徴とする請求項１〜５及び請求項７〜１０
のいずれかに記載の光送受信モジュール。
【請求項１２】受信用フォトダイオードの電気信号を
増幅する増幅器を受信用フォトダイオードと同じパッケ
ージに収容することを特徴とする請求項１〜１１のいず
れかに記載の光送受信モジュール。