JPH1152199A - Optical signal transmission and reception module - Google Patents
Optical signal transmission and reception moduleInfo
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- JPH1152199A JPH1152199A JP9225877A JP22587797A JPH1152199A JP H1152199 A JPH1152199 A JP H1152199A JP 9225877 A JP9225877 A JP 9225877A JP 22587797 A JP22587797 A JP 22587797A JP H1152199 A JPH1152199 A JP H1152199A
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Abstract
Description
【0001】[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。特に光伝
送路、受光素子、レンズ、発光素子を有し送信と受信と
が排他的になされるようにしたピンポン伝送型の光送受
信モジュールに関する。つまり信号伝送は双方向である
が、送信と受信が同時にはなされず、相補的に行われる
ような伝送形式を対象とする。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of an optical transceiver module used for optical two-way communication. In particular, the present invention relates to a ping-pong transmission type optical transmission / reception module having an optical transmission path, a light receiving element, a lens, and a light emitting element, so that transmission and reception are exclusively performed. That is, signal transmission is bidirectional, but transmission and reception are not performed at the same time, and the transmission is performed in a complementary manner.
【0002】[0002]
【従来の技術】光ファイバの伝送損失が低下し、また半
導体レーザ(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。2. Description of the Related Art Due to a reduction in transmission loss of an optical fiber and an improvement in characteristics of a semiconductor laser (hereinafter abbreviated as LD) and a semiconductor light receiving element (hereinafter abbreviated as PD), light, particularly wavelength 1.3 μm or 1. Communication of signals (telephone, facsimile, television image signal, and the like) using light in a long wavelength band of .55 μm is becoming popular. This is generally called optical communication.
In particular, recently, a system for simultaneously exchanging signals in two directions using one optical fiber has been studied. The advantage of this method is that only one fiber is required.
【0003】図1はこのような方式のうち一波長(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、半導体レーザ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。FIG. 1 shows one wavelength (λ) of such a system.
FIG. This requires the optical demultiplexers 2 and 4 on the station side and the subscriber side. The office side amplifies the telephone or facsimile (FAX) signal as a digital signal or an analog signal, and then drives the semiconductor laser LD1 to send the signal to the optical fiber 1 as a signal of the intensity of the light having the wavelength λ. The optical signal enters the optical fiber 3 by the optical splitter 2, propagates through the optical fiber 3, and is distributed to the subscriber. The optical fiber 3 is laid around subscribers such as homes, offices, factories and the like. The direction in which a signal is sent from the station side to the subscriber side in this way is called a downlink system.
【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。On the subscriber side, the down signal is taken out to the optical fiber 5 by the optical demultiplexer 4 and received by the light receiving element PD2. The PD 2 converts the received optical signal into an electric signal, amplifies the signal, performs signal processing, and reproduces it as a telephone voice or a FAX signal.
【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
導体レーザ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、P
D1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。On the other hand, the subscriber transmits a telephone or facsimile image signal to the office. The semiconductor laser LD2 that emits light having the wavelength λ is modulated by a telephone signal or an image signal, and transmitted as an optical signal to the office through the optical fiber 6, the optical demultiplexer 4, and the optical fiber 3. The direction in which a signal is sent from the subscriber side to the station side in this way is called an uplink system. The station side extracts this optical signal to the optical fiber 7 by the optical demultiplexer 2, and
Received by D1. This is converted into an electric signal and sent to the exchange or signal processing circuit. Here at one wavelength, going up,
Downlink signal transmission cannot be performed simultaneously. Therefore, uplink and downlink signals are transmitted alternately at different times. This is called ping-pong transmission.
【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。Thus, using one optical fiber,
In order to perform two-way communication using light of one wavelength, both the station side and the subscriber side need a functional element for separating an optical path. In FIG. 1, the optical demultiplexers 2 and 4 play the role. The optical demultiplexer can collectively introduce the light having the wavelength λ into one optical fiber. Conversely, light having a wavelength λ propagating through one optical fiber can be distributed to two different optical fibers. An optical demultiplexer is indispensable for two-way communication using one optical fiber.
【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。Several types of optical demultiplexers have been proposed. There are a type using two optical fibers, a type using an optical waveguide, and a type using a multilayer mirror. FIG. 2 shows an optical fiber or optical waveguide type. The two light waveguide portions are brought closer to each other and evanescently coupled to enable energy exchange. By appropriately selecting the distance D and the length L of the coupling section, it is possible to impart a light demultiplexing / combining function. In FIG. 2, the light entered into the optical fiber 8 comes out to the optical fiber 11 as P3. However, about half of the light is transferred to the fiber 12 and becomes unused light. Conversely, when the light P4 is input from the fiber 11, the light becomes approximately half the amount of light and exits from the fibers 8 and 9.
【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、もう一つ同等のガラス
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。[0008] Such an optical demultiplexer can be used for an optical demultiplexer on the station side as well as an optical demultiplexer on the subscriber side. The optical demultiplexer of FIG. 3 is obtained by depositing a dielectric multilayer film on a diagonal surface of an isosceles triangular prism glass block, and attaching another equivalent glass block to form a square prism. The dielectric multilayer film serves as an interference filter. When light having an angle of 45 degrees with respect to the bonding surface is incident, about half of the light is reflected and the remaining light is transmitted. Such a light demultiplexing function is realized by appropriately selecting the thickness and the refractive index of the dielectric film. Several other optical demultiplexers have been proposed.
【0009】このように光をある強度比(例えば1:
1)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お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。As described above, the light is transmitted at a certain intensity ratio (for example, 1:
Elements that are divided into different paths in 1) are called optical demultiplexers and demultiplexers / multiplexers. Those using optical fibers or glass blocks are already commercially available. What should be emphasized about the function of the above-mentioned elements is that half the amount of light is wasted in any case. This is unavoidable because of the single wavelength and the reversibility of light.
【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に半導体レーザ(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。FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of a conventional optical transmission / reception module on the subscriber side. The end of the optical fiber 16 connected to the office is connected to an outdoor optical fiber 18 by an optical connector 17. This is separated into upstream light and downstream light by an optical fiber type optical splitter 21. As described above, it is possible to provide a function of splitting light 1: 1 according to the length of the proximity distance between the proximity portions 20 of the two optical fibers. The upstream light of the semiconductor laser (LD) is put into the optical fiber 18 and the downstream light is taken out from the optical fiber 19 side.
The signal is received by a photodiode (PD).
【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。The optical fiber 18 is connected to an LD module 25 by an optical connector 22. The LD module is for converting a digital signal from the subscriber into an optical signal and transmitting it to the station. The optical fiber 19 is connected to the PD module 27 by the optical connector 23. This is for converting an optical signal from the station side into an electric signal and receiving it on the subscriber side. There is also an example using an optical demultiplexer called a beam splitter. For example, EP4632
14-B1 and the like.
【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。半導体レーザチップ29とこ
れの出力をモニタする為のフォトダイオード30を備え
る。半導体レーザ29はサブマウントを介してヘッダ3
2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3
5を有する円筒形のキャップ34が半導体レーザ29、
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。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor light emitting element module 28 according to a conventional example. A semiconductor laser chip 29 and a photodiode 30 for monitoring the output of the semiconductor laser chip 29 are provided. The semiconductor laser 29 is connected to the header 3 via a submount.
2 is attached to the pole 31. The photodiode 30 is fixed on the upper surface of the header 32. A plurality of lead pins 33 are provided at the bottom of the header 32. Through hole 3
5, a cylindrical cap 34 having a semiconductor laser 29,
It is welded to the header 32 so as to surround the photodiode 30. Lead pins and chips 29, 30 by wire
Are connected to an external circuit.
【0013】ヘッダの上にはさらに円筒形のレンズホル
ダー36がある。レンズホルダー36は中央の穴に集光
レンズ37を有する。レンズホルダー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。半導体レーザ
29、レンズ、光ファイバなどを調芯して、レンズホル
ダー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ー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ーザの
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
ても半導体レーザの出力を一定に保つことができる。Above the header is a cylindrical lens holder 36. The lens holder 36 has a condenser lens 37 in the center hole. A conical housing 38 is further welded onto the lens holder 36. Housing 3
At 8 is attached a ferrule 39 and an optical fiber 40 whose tip is fixed by the ferrule. The semiconductor laser 29, the lens, the optical fiber, and the like are aligned, and the lens holder 36 and the housing 38 are fixed. The lens enhances the light collecting property to increase the coupling ratio between the laser and the optical fiber. Light emitted from behind the semiconductor laser is monitored by the monitoring photodiode, and the drive current is controlled by the feedback circuit. Thus, the output of the semiconductor laser can be kept constant even if there is a temperature change.
【0014】本発明は、半導体レーザの構造だけでな
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
ズホルダー46が集光レンズ47を保持している。ハウ
ジング48がレンズホルダー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。The present invention relates not only to the structure of a semiconductor laser but also to the structure of a photodiode. Therefore, the light receiving element module according to the conventional example will also be described. FIG.
FIG. 2 is a sectional view of a light receiving element module according to a conventional example. P
A D chip 41 is fixed on a disk-shaped header 42. The header 42 has a plurality of lead pins 43. The lens holder 46 holds the condenser lens 47. A housing 48 is welded to the upper part of the lens holder 46. A ferrule 49 to which the tip of the optical fiber 50 is fixed is inserted into the housing 48.
【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。The tip of the optical fiber 50 is cut obliquely. Light emitted from the optical fiber 50 is condensed by a lens and enters the light receiving element 41. In order to receive 1.3 μm light or 1.55 μm light as a light receiving element (PD),
PDs using nP as a substrate and InGaAs as a light receiving layer are often used. As described above, the present invention has a lot to do with the structure of the light receiving element. Therefore, the structure of the conventional light receiving element will be described in more detail.
【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。FIG. 7 is a sectional view of a conventional semiconductor light receiving element chip. On the n-InP substrate 52, n-InP
P buffer layer 53, n-InGaAs light receiving layer 54, n-
The InP window layer 55 is epitaxially grown. n-I
The central portion of the nP window layer 55 and the InGaAs light receiving layer 54 is a zinc diffusion region 56. A ring-shaped p-electrode 57 is formed on this p-type region. An n-electrode 61 is formed on the n-InP substrate 52. An area surrounded by the p-electrode 57 is covered with an antireflection film 58.
The outside of the p-electrode 57 is protected by a passivation film 59. Signal light enters from the side of the InP window layer where the antireflection film 58 is located, is absorbed by the InGaAs light absorption layer, and is converted into an electric signal.
【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、立ち下がり部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。FIG. 8 is a graph showing the sensitivity characteristics of such a light receiving element. The horizontal axis is wavelength (μm), and the vertical axis is sensitivity (A / W). The sensitivity graph shows the rising part P,
A flat portion Q and a falling portion R are included. In this example, the wavelength range showing high sensitivity ranges from 1.0 μm to 1.6 μm. The high sensitivity range is determined by the material of the light absorbing layer. This case is determined by the material characteristics of the InGaAs light receiving layer 54. A photodiode having such a wide sensitivity characteristic has been used in a conventional light receiving element module. The light emitted from the optical fiber spreads in a substantially circular shape. Therefore, a light receiving element having a circular light receiving surface is used.
【0018】[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。A conventional optical transmitting / receiving module combining an optical demultiplexer, a semiconductor light emitting element and a light receiving element is composed of three main parts as shown in FIG. Having three parts increases the size and price. In addition, there is a problem that it is difficult to use for long-distance communication because light loss occurs at a branching filter or a coupling portion of an optical fiber. Therefore, there is a problem that it is difficult to spread the optical transmission / reception module to general households.
【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。Several modules for bidirectional communication without using an optical demultiplexer have been proposed. Japanese Patent Publication No. Hei 7-58806: This is a multimode optical fiber + surface emitting LED + light receiving element, LED, P
D. The LED is bonded directly on the PD. JP-A-57-172873: Surface-emitting LEDs and PDs are also arranged from the side closer to the multimode optical fiber. A small LED is manufactured in a part of the PD.
Housed in a package.
【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。の場合小さいレーザを
PDの中央部に設けても、殆どの光はレーザ以外の部分
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)、レー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。ではレー
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。Each of them is a multimode optical fiber and has a large diameter. The diameter of the emitted light is as large as about 100 μm. This is N. A. (Numerical aperture), so that the beam has a large cross-sectional area. In this case, even if a small laser is provided in the center of the PD, most of the light reaches the light receiving element through a portion other than the laser. Since the beam is wide (200 μm to 300 μm in diameter) and the laser chip is small, a lot of light reaches a place other than a shadow, and the light enters a light receiving element having a wide light receiving surface. Does not allow the received light to be absorbed by the laser. Since wide multimode light is propagated through the multimode optical fiber, it cannot be used for optical communication aimed at by the present invention.
【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、レー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。レーザチップは数百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。An optical fiber used for optical communication is a single mode fiber having a core diameter of 10 μm. Multimode fibers are unsuitable because they cannot transmit much information over long distances without distortion. The small core diameter makes coupling difficult and the laser must be aligned and fixed close to the core end face of the fiber. Laser chip is several hundred μm
And a width of several hundred μm, most of the light is blocked when placed in front of a single mode fiber. Even if a photodiode is placed behind it, no light reaches the photodiode. , Cannot be used for subscriber optical communication using single mode fiber.
【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。調芯箇所が少なくて組立コスト
を節減できる光送受信モジュールを提供する事が本発明
の第4の目的である。It is a first object of the present invention to provide a small and inexpensive optical transceiver module which can be coupled to a single mode fiber and has a smaller number of components. It is a second object of the present invention to provide an optical transmitting and receiving module with low light loss. It is a third object of the present invention to provide an optical transceiver module that can greatly contribute to practical use of an optical subscriber system. It is a fourth object of the present invention to provide an optical transmitting / receiving module that can reduce assembly costs by reducing the number of alignment points.
【0023】[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、一本の光伝送路によって送受信を行う光送受信
モジュールにおいて、光伝送路に近い側から見て、レン
ズ付き受光素子と発光素子があり、光伝送路から出射さ
れた受信光をレンズ付き受光素子が受光し出射光の一部
を吸収して電気信号に変換し、発光素子から出た送信用
の光は受光素子に入り受光素子によって一部が吸収さ
れ、残りが作り作り付レンズによって集光されて光伝送
路に入射させるようにしたものである。作り付レンズを
除いては本発明者の先願である特願平8−104405
号「光送受信モジュール」と共通するところが多い。An optical transmitting / receiving module according to the present invention is an optical transmitting / receiving module for performing transmission / reception through one optical transmission line, wherein the light receiving element with the lens and the light emitting element are viewed from the side close to the optical transmission path. Yes, the light receiving element with the lens receives the received light emitted from the optical transmission path, absorbs a part of the emitted light, converts it into an electric signal, and the light for transmission out of the light emitting element enters the light receiving element and receives the light. A part of the light is absorbed, and the rest is condensed by a built-in lens to be incident on an optical transmission path. Except for the built-in lens, Japanese Patent Application No. 8-104405, which is a prior application of the present inventors.
There is much in common with the issue “Optical transceiver module”.
【0024】レンズ付きで信号光が一部透過するような
特別な受光素子と発光素子を一直線状に並べたのが本発
明の光送受信モジュールである。分岐が存在しない。受
信光と送信光が分岐によって空間的に分離されない。受
信光と送信光は同じ直線上を伝搬する。分岐が不要で送
受信光を分離しない。本発明はまず受光素子(フォトダ
イオード)に著しい特徴がある。一部透過一部吸収性の
フォトダイオードを使うのである。一部透過型であるか
らその直後に直列に発光素子を設ける事ができる。さら
に受光素子にはモノリシック(作り付)レンズを形成し
ておいてレンズによって発光素子の光を集光して光伝送
路(光ファイバ、光導波路)に入れる。受光素子が部分
透過性でレンズ付き、受光素子、発光素子を直列接続し
た、という事が本発明の特徴である。受光素子は一部吸
収、一部透過という極めて特異な性質を持つ。吸収:透
過の比率が幾らであっても良い。これは目的や発光素
子、受光素子の能力に応じて自在に決めれば良い事であ
る。しかし簡単のため以後、吸収と透過が半分ずつとし
て本発明の実施例を説明する。The light transmitting / receiving module of the present invention comprises a special light receiving element and a light emitting element which are provided with a lens and partially transmit signal light, and are arranged in a straight line. No branch exists. The reception light and the transmission light are not spatially separated by the branch. The reception light and the transmission light propagate on the same straight line. No splitting is required and the transmitted and received light is not separated. The present invention has a remarkable feature in a light receiving element (photodiode). It uses a partially transmissive and partially absorbing photodiode. Since it is partially transmissive, a light emitting element can be provided in series immediately after that. Further, a monolithic (built-in) lens is formed on the light receiving element, and the light of the light emitting element is condensed by the lens and is input into an optical transmission path (optical fiber, optical waveguide). The feature of the present invention is that the light receiving element is partially transmissive and has a lens, and the light receiving element and the light emitting element are connected in series. The light receiving element has a very unique property of partial absorption and partial transmission. Any ratio of absorption: transmission may be used. This can be determined freely according to the purpose, the capability of the light emitting element, and the capability of the light receiving element. However, for the sake of simplicity, the embodiments of the present invention will be described hereinafter with half absorption and half transmission.
【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。従来のフォトダイオードは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。
光は全て受光素子によって吸収されるということができ
る。本発明で用いる受光素子はそうではなくて、透過
型、それも半透過型の受光素子を利用する。半透過型の
受光素子(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、そのような受光素子の直後
に発光素子を設けて光送受信モジュールとする。受光素
子と発光素子を直線配置した極めて斬新なものである。
加えてフォトダイオードには集光用レンズを設け発光素
子の光を収束させて光伝送路に入射する。受光素子自ら
のためでなく発光素子の為のレンズを受光素子に作り付
けにしている。Photodiodes are classified into a front illuminated type (as shown in FIG. 7) and a back illuminated type (incident from the substrate side). In any case, the opposite side of a conventional photodiode is shielded by an electrode so that light does not leak.
It can be said that all light is absorbed by the light receiving element. Instead, the light receiving element used in the present invention uses a transmissive light receiving element, which is also a transflective light receiving element. The transflective light receiving element (photodiode) itself is novel.
The present invention is not limited to this, and a light emitting element is provided immediately after such a light receiving element to form an optical transceiver module. This is a very novel device in which the light receiving element and the light emitting element are linearly arranged.
In addition, the photodiode is provided with a condensing lens to converge light from the light emitting element to enter the optical transmission path. A lens for the light emitting element, not for the light receiving element itself, is built into the light receiving element.
【0026】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Why are conventional optical transceiver modules large and expensive? The present inventor has thought variously about the cause. Conventional optical transmission / reception modules use optical demultiplexers. Why do we need an optical demultiplexer? In order to realize two-way communication with one optical fiber, light must be divided into going and returning. Therefore, in the conventional optical transmitting and receiving module, the optical demultiplexer was essential.
【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。レーザから光ファイ
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。つまりレーザの結合効率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。In the optical fiber couplers of FIGS. 1 and 2 and the multilayer mirror of FIG. 3, the light intensity is always half or the designed branching ratio. The ratio of the amount of light that enters the optical fiber from the laser and the ratio of the amount that exits the optical fiber and enters the light receiving element is complementary. That is, the coupling efficiency T of the laser
Is increased, the light receiving efficiency R of the photodiode decreases. Because of the use of bifurcations, T
+ R = 1. There is such a thumb rule even if there is no loss. For example, T = 0.5 and R = 0.5. This is an unavoidable difficulty as long as the system uses one wavelength.
【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。Here, for the sake of simplicity, let us proceed to the case of a 1: 1 branch. Furthermore, the reason why the optical fiber optical splitter and the mirror optical splitter are used is that it is necessary to clearly distinguish the optical paths of the light emitting element and the light receiving element.
If the optical demultiplexer shown in FIGS. 1 to 3 is used, the optical path is clearly divided into two. It seems natural to split the optical path in two because the light flows in different directions.
【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。送信時にはレーザが光り、受信時にはフ
ォトダイオードだけが動作すれば良い。There is an error in common sense. Don't be preoccupied with prejudice. Is it really necessary to divide the optical path into two using the branch? It may be necessary if transmitting and receiving at the same time. However, here, it is limited to ping-pong transmission. In the case of ping-pong transmission, transmission and reception times are different. It is sufficient that the laser emits light during transmission and that only the photodiode operates during reception.
【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ー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
ものであればレー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、光伝送路、半透過性受光素子、発光素子
を直列に一本の光路上に設置したものである。従来のモ
ジュールと違うところは、非分岐直線型、受光素子半透
過型というところにある。The inventor has noticed that branching the optical path is not essential for ping-pong transmission. Even if the photodiode and the laser diode are placed in series on one optical path, the laser light should reach the optical fiber if the photodiode transmits some light. The present invention has been made based on such an idea. That is, in the present invention, the optical transmission line, the semi-transmissive light receiving element, and the light emitting element are arranged in series on one optical path. The difference from the conventional module lies in the non-branching linear type and the light-receiving element semi-transmission type.
【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、レーザダイオード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に作り付レ
ンズ74を持つ。これは受光素子の基板側をエッチング
によって半球状に形成してレンズとしたものである。受
光層(吸収層)が薄くて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。その後方にレーザダ
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、半導体レーザ70の発
光層71が並んでいる。半導体レーザ70からの送信光
は作付けレンズによって集光され効率よく光ファイバの
コアに入射する。半導体レーザや発光ダイオードの光は
発散するのでレンズがないとシングルモード光ファイバ
には入らない。本発明では、受光素子に作り付レンズを
設けているので別部材のレンズが不要になる。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、さらにチッ
プはパッケージに収容される。FIG. 9 shows the principle of the present invention. An optical fiber 62, a photodiode 64, and a laser diode 70 are arranged in series on the same optical path. The photodiode 64 has a light receiving layer 65 on a front surface 66 and a built-in lens 74 on a rear surface 67. This is a lens in which the substrate side of the light receiving element is formed in a hemispherical shape by etching. This is a semi-transmissive photodiode in which the light receiving layer (absorbing layer) is thin and half of incident light passes through. The laser diode 70 is located behind the laser diode 70. The light receiving layer 65 of the photodiode and the light emitting layer 71 of the semiconductor laser 70 are arranged on the optical path of the optical fiber. The transmission light from the semiconductor laser 70 is condensed by the crop lens and efficiently enters the core of the optical fiber. Since light from a semiconductor laser or a light emitting diode diverges, it does not enter a single mode optical fiber without a lens. In the present invention, since a built-in lens is provided in the light receiving element, a separate lens is not required. This is, of course, a conceptual diagram, and actually more specific measures are taken. The end face 69 of the optical fiber is cut obliquely, and the chip is housed in a package.
【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
体レーザ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ーザは発光していないのであ
る。First, the received light will be described. Light from the station side that has propagated through the optical fiber 62 is
Out of the end face of the N. A. The light 63 spreads at an angle determined by the (numerical aperture). This enters the light receiving layer 65 of the photodiode 64 immediately before. Here, about half of the light is absorbed. The absorbed light turns into an electrical signal. About half of the light is transmitted. The transmitted received light 68 enters the semiconductor laser 70, but there is no problem because it is ping-pong transmission and the reception time is different from the transmission time. When light is emitted from the optical fiber, the semiconductor laser does not emit light.
【0033】次に送信光であるが、これは半導体レーザ
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。透過できたレーザ光73は作り付レンズ7
4によって収束し光ファイバ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。Next, the transmitted light is emitted from the light emitting layer 71 of the semiconductor laser 70. Approximately half is absorbed by the light receiving layer 65 from the back surface 67 of the photodiode 64. This is a loss. The other half of the light exits the surface 66 into space. The transmitted laser light 73 is transmitted through the built-in lens 7.
4 converges and enters the optical fiber 62. In this way, about half of the received light is received, and about half of the transmitted light can enter the optical fiber. In each case, about half is lost.
【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一体化レンズを持つという全く新
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。分岐がないので本発
明は光分波器は要らない。作り付レンズがあるので別部
材のレンズが不要である。The basic idea of the present invention utilizes the basic physical phenomenon that light travels straightforwardly. Furthermore, a photodiode absorbs all light,
Contrary to the conventional idea that it is better to obtain a sensitivity close to 0%, the present invention absorbs only half of the incident light and performs photoelectric conversion,
The other half uses a completely new photodiode that transmits and has an integrated lens. In the conventional bidirectional module, the optical path of the light-receiving element and the light-emitting element has been captured by a firm prejudice that the optical path must be different, so the optical path was forcibly bent and an optical demultiplexer was used. Since there is no branch, the present invention does not require an optical demultiplexer. Since there is a built-in lens, a separate lens is unnecessary.
【0035】本発明はこのように半透過型フォトダイオ
ード+レー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。レンズが受光素子に一体化され調芯の
手数が不要である。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。According to the present invention, since the semi-transmissive photodiode and the laser are arranged on the axis of the optical fiber, the following effects can be obtained. One is that an optical coupler (optical demultiplexer) is not required. The other is that all components can be accommodated in one package, so that the module can be downsized. Since the lens is integrated with the light receiving element, there is no need for troublesome alignment. Furthermore, since the number of parts is small, the module is inexpensive. Inexpensiveness is most important for widespread use of optical communication, but the present invention meets such a demand.
【0036】ここで作り付レンズ(モノリシックレン
ズ)の作製方法について説明する。レンズを受光素子に
作り付けにするというものは既にいくつか提案されてい
る。しかしいずれもコスト削減のため受光素子へ集光さ
せるための独立の球レンズを省き受光素子に作り付けに
したものに過ぎない。これらは例外なく、作り付レンズ
で集光し受光素子の受光感度を高めるものであった。当
然に焦点距離は極めて短く曲率が大きい(曲率半径が小
さい)ものであった。高低の差が著しく強く湾曲した曲
面が要求された。Here, a method of manufacturing a built-in lens (monolithic lens) will be described. Some proposals have been made to incorporate a lens into a light receiving element. However, in each case, an independent spherical lens for condensing light on the light receiving element is omitted to reduce the cost, and the light receiving element is simply provided. Without exception, the light was condensed by a built-in lens to increase the light receiving sensitivity of the light receiving element. Naturally, the focal length was extremely short and the curvature was large (the radius of curvature was small). A curved surface with a remarkably strong height difference was required.
【0037】本発明で受光素子に作り付けにするレンズ
はそんなものではない。このレンズは後方に離隔して存
在するレーザからの送信光を収束して前方にあるファイ
バに結合するようにしたものである。レンズによる光フ
ァイバ端面の像は、受光素子の受光層ではなくてレーザ
端面にできる。より曲率が小さく曲率半径が大きい。高
低の差は小さい。受光素子はレーザ光を半分透過するよ
うに設計されているから、受光素子はレーザに対してレ
ンズとして機能しているのである。本発明と基本的なコ
ンセプトが違うのであるが、受光素子作り付レンズの従
来例について初めに述べる。The lens provided in the light receiving element in the present invention is not such a lens. This lens converges transmission light from a laser that is separated rearward and couples it to a fiber in front. The image of the end face of the optical fiber by the lens can be formed not on the light receiving layer of the light receiving element but on the laser end face. The curvature is smaller and the radius of curvature is larger. The difference in height is small. Since the light receiving element is designed to transmit half of the laser light, the light receiving element functions as a lens for the laser. Although the basic concept is different from the present invention, a conventional example of a lens having a light receiving element will be described first.
【0038】 M.MAKIUCHI, O.WADA, T.KUMAI, H.HAMA
GUCHI, O.AOKI, Y.OIKAWA,"SMALL-JUNCTION-AREA GaInA
s/InP pin PHOTODIODE WITH MONOLITHIC MICROLENS", E
LECTRONICS LETTERS, vol.24,No.2, p109(1988)M.MAKIUCHI, O.WADA, T.KUMAI, H.HAMA
GUCHI, O.AOKI, Y.OIKAWA, "SMALL-JUNCTION-AREA GaInA
s / InP pin PHOTODIODE WITH MONOLITHIC MICROLENS ", E
LECTRONICS LETTERS, vol.24, No.2, p109 (1988)
【0039】これはInGaAsを受光層とするInP
系フォトダイオードのInP基板底面に球面の一部をな
すレンズを作製したものである。チップの寸法は200
μm×200μmである。球面レンズの曲率半径は55
μmである。レンズ開口は50μmである。曲面の中心
角は大きくて2tan-1(25/55)=50゜にもな
る。片凸レンズの焦点距離はR/(n−1)であるの
で、この場合20〜40μmの程度で極めて短い。This is an InP using InGaAs as a light receiving layer.
This is a lens in which a part of a spherical surface is formed on the bottom surface of an InP substrate of a system photodiode. Chip size is 200
μm × 200 μm. The radius of curvature of the spherical lens is 55
μm. The lens aperture is 50 μm. The central angle of the curved surface is as large as 2 tan -1 (25/55) = 50 °. Since the focal length of the uniconvex lens is R / (n-1), in this case, it is extremely short, about 20 to 40 [mu] m.
【0040】フォトレジストを基板底面に(一様厚みで
なく)レンズ状に塗布して底面をエッチングする。フォ
トレジストのない部分は一様にエッチングされてゆく。
このエッチングはフォトレジストをもエッチングする能
力がある。フォトレジストが凸レンズ状であるからフォ
トレジストの周辺近くはより深く、中央部はより浅くエ
ッチングされる。結果として凸レンズ状の隆起が生成さ
れる。このレンズは光を収束させて受光層に集中させる
ものである。集光された光は全てフォトダイオードの受
光層で吸収される。A photoresist is applied to the bottom surface of the substrate in a lens shape (not a uniform thickness), and the bottom surface is etched. Portions without photoresist are uniformly etched.
This etch has the ability to etch the photoresist as well. Since the photoresist has a convex lens shape, the vicinity of the periphery of the photoresist is etched deeper, and the center is etched shallower. The result is a convex lenticular ridge. This lens converges light and concentrates it on the light receiving layer. All the collected light is absorbed by the light receiving layer of the photodiode.
【0041】受光素子チップに作り付レンズを設けると
いう点では同じであるが、本発明とこれらの従来例とは
フォトダイオードの機能、レンズ集光の目的が異なる。
両者を劃然と区別する必要がある。Although the present embodiment is the same in that a built-in lens is provided on the light receiving element chip, the function of the photodiode and the purpose of condensing the lens are different from those of the present invention and these conventional examples.
We need to make a clear distinction between the two.
【0042】図17は従来例にかかる作り付球面レンズ
を持つ受光素子に光ファイバからの光線が入射する場合
の光線束を表す。光ファイバの端点Gからビームが出
る。ビームは円錐形に広がりながら進む。軸線をGTと
する。球面レンズbと受光面(受光層)Qが示されてい
る。受光面Qはファイバと反対側にある。受光面の上に
全面を覆うp電極がある。レンズをファイバ側にしなく
てはいけないので背面入射型のフォトダイオードとなっ
ている。光ファイバに近い方が基板でありリング状のn
電極が形成される。基板に形成したレンズの曲面はNL
bJHである。GH,GNが光ファイバの開口角(si
n-1(n2 /n1 ))一杯の広がりに該当する。開口角
はクラッド、コアの屈折率n2 、n1 によって決まる。
ここではθ=5.7゜である。開口角の半分の角度2.
9゜の広がりを持つビームをGJ、GLによって示す。FIG. 17 shows a light beam when a light beam from an optical fiber enters a light receiving element having a built-in spherical lens according to a conventional example. A beam emerges from the end point G of the optical fiber. The beam travels while spreading in a cone. Let the axis be GT. A spherical lens b and a light receiving surface (light receiving layer) Q are shown. The light receiving surface Q is on the opposite side of the fiber. There is a p-electrode covering the entire surface on the light receiving surface. Since the lens must be on the fiber side, it is a back-illuminated photodiode. The substrate closer to the optical fiber is the substrate and the ring-shaped n
An electrode is formed. The curved surface of the lens formed on the substrate is NL
bJH. GH and GN are the aperture angles (si
n −1 (n 2 / n 1 )) corresponds to a full spread. The aperture angle is determined by the refractive indices n 2 and n 1 of the cladding and the core.
Here, θ = 5.7 °. 1. Half the opening angle
Beams having a spread of 9 ° are indicated by GJ and GL.
【0043】この素子は基板側に球面の一部を持つレン
ズを作り付けている(基板をエッチングして)からGN
〜GH内の全ての光線が集光され受光面に入り全部吸収
される。レンズによって全部の光が入るので受光感度が
増進される。この例でレンズの曲率半径は100μmで
ある。受光素子と光ファイバの距離は500μmであ
る。このように受光素子の受光層に集光させるためのレ
ンズを受光素子に作り付けたものは既に提案されてい
る。図17の従来例が、図9、図11などの本発明とは
目的、機能を別異にしていることが明瞭に看取できよ
う。In this element, a lens having a part of a spherical surface is formed on the substrate side (etching the substrate).
GH are condensed and enter the light receiving surface and are all absorbed. Since all the light enters through the lens, the light receiving sensitivity is enhanced. In this example, the radius of curvature of the lens is 100 μm. The distance between the light receiving element and the optical fiber is 500 μm. As described above, a light receiving element in which a lens for condensing light on the light receiving layer of the light receiving element is already proposed. It can be clearly seen that the conventional example of FIG. 17 has a different purpose and function from those of the present invention shown in FIGS.
【0044】次に作り付レンズをどのようにして受光素
子に作るのかを述べる。図18(a)のようにInP基
80板の裏面にレジスト82を半球状に形成する。そし
てアルゴンイオンビ−ム83を照射してInP基板80
とレジスト82をイオンエッチングする。初めレジスト
82によって覆われた部分86はそのまま残る。覆われ
ない裏面部分81が一様にエッチングされてゆく。Next, how the built-in lens is formed on the light receiving element will be described. As shown in FIG. 18A, a resist 82 is formed in a hemispherical shape on the back surface of the InP base 80 plate. Then, the InP substrate 80 is irradiated with an argon ion beam 83.
Then, the resist 82 is ion-etched. The portion 86 initially covered by the resist 82 remains as it is. The uncovered back surface portion 81 is uniformly etched.
【0045】しかしエッチングはレジスト82をも削っ
て行くので図18(b)のようになる。薄くレジストで
覆われた部分も次第にレジストによる保護を失い次第に
露呈してくる。レジスト厚みが勾配をもつので、この部
分は傾斜面87となる。レジスト82が全て削られた
時、図18(c)のように半球状の隆起ができる。これ
が作り付レンズ74である。これが図14、図16のレ
ンズ74に当たる。However, since the etching also removes the resist 82, it becomes as shown in FIG. The part covered with the resist gradually loses its protection by the resist and gradually becomes exposed. Since the resist thickness has a gradient, this portion becomes an inclined surface 87. When the resist 82 is entirely removed, a hemispherical protrusion is formed as shown in FIG. This is the built-in lens 74. This corresponds to the lens 74 in FIGS.
【0046】[0046]
[実施例(図9:作り付レンズがLDを向いてい
る)]図9の実施例は、光ファイバ62の軸線上に、レ
ンズ付きフォトダイオード(PD)64、半導体レーザ
(LD)70を直列に並べている。フォトダイオード6
4は基板の上に薄い活性層(吸収層)やその他のエピタ
キシャル成長層を設けたものであるが、活性層が薄いの
で約半分の光が吸収されるだけで残りはそのまま透過す
る。活性層がInGaAs(λg=1.67μm)の場
合は活性層厚みを0.7μmとすると丁度半分の光が吸
収され半分が透過する。α=1μm-1だからである。活
性層がInGaAsP(λg=1.4μm)の場合は、
活性層厚みを1μmとすると半分透過、半分吸収という
ことになる。α=0.7μm-1だからである。大体0.
5=exp(−0.7)であるから、0.7/αが吸
収:透過=1:1の活性層厚みを与える。[Embodiment (FIG. 9: Built-in lens faces LD)] In the embodiment of FIG. 9, a photodiode (PD) 64 with a lens and a semiconductor laser (LD) 70 are connected in series on the axis of an optical fiber 62. Are arranged. Photodiode 6
Reference numeral 4 designates a thin active layer (absorbing layer) or other epitaxially grown layer provided on the substrate. Since the active layer is thin, only about half of the light is absorbed and the rest is transmitted as it is. In the case where the active layer is InGaAs (λg = 1.67 μm), if the thickness of the active layer is 0.7 μm, just half light is absorbed and half is transmitted. This is because α = 1 μm −1 . When the active layer is InGaAsP (λg = 1.4 μm),
When the thickness of the active layer is 1 μm, half transmission and half absorption are obtained. This is because α = 0.7 μm −1 . Roughly 0.
Since 5 = exp (−0.7), 0.7 / α gives an active layer thickness of absorption: transmission = 1: 1.
【0047】レー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
ままではレーザ光がファイバに入らない。そこで受光素
子に作り付けたレンズ74によってレーザの像がファイ
バ端面に結ぶようにする。受光素子のモノリシックレン
ズ74によってレーザと光ファイバの結合効率を上げる
ことができる。受光素子自体に入射する光量を増加させ
るのでなく、発光素子の光が光ファイバに入りやすいよ
うに受光素子にレンズを作り付にする。そのようなもの
は類例を見ない。Although the laser beam spreads greatly, the diameter of the single mode fiber 62 is only 10 μm, so that the laser beam does not enter the fiber as it is. Therefore, a laser image is formed on the end face of the fiber by the lens 74 formed in the light receiving element. The coupling efficiency between the laser and the optical fiber can be increased by the monolithic lens 74 of the light receiving element. Instead of increasing the amount of light incident on the light receiving element itself, a lens is provided in the light receiving element so that light from the light emitting element easily enters the optical fiber. Such is unparalleled.
【0048】図11によって作り付レンズ74の収束作
用を示す。これは半導体レーザの光を収束させて光ファ
イバ端面に入れるものである。半導体レーザ・光ファイ
バの結合効率を高めるものである。受光素子へ入る受信
光を収束させるのが目的でない。つまりレーザから見れ
ば受光素子は単にレンズに過ぎない。レーザは300μ
m×300μm×100μmであるとする。シングルモ
ード光ファイバから出射される光は5.7゜の広がり角
で広がる。一方レーザから出た光は15゜の広がり角
(半分で)をもつ。レンズはレーザの15゜の広がりビ
ームを屈折させ集光しファイバへ5.7゜で入射させる
という条件を課して曲率半径を計算した。1.3μm光
に対するInPの屈折率は3.5である。FIG. 11 shows the convergence action of the built-in lens 74. This is to converge the light of the semiconductor laser and enter the end face of the optical fiber. The purpose is to increase the coupling efficiency between the semiconductor laser and the optical fiber. The purpose is not to converge the received light entering the light receiving element. In other words, the light receiving element is merely a lens when viewed from the laser. Laser is 300μ
It is assumed that m × 300 μm × 100 μm. The light emitted from the single mode optical fiber spreads at a spread angle of 5.7 °. On the other hand, the light emitted from the laser has a divergence angle of 15 ° (half). The lens calculated the radius of curvature under the condition that the lens refracts and converges the 15 ° divergent beam of the laser and makes it incident on the fiber at 5.7 °. The refractive index of InP with respect to 1.3 μm light is 3.5.
【0049】同じ例で、受光素子の厚みは100μm、
受光層の直径(受光径)は80μmである。作り付レン
ズの例えば曲率半径は100μmである。受光素子と光
ファイバの距離は140μm、レンズ部とレーザの間隔
は50μmとした。この構成で、感度0.45A/W、
光ファイバへの結合パワー1mW(電流30mA)を得
た。In the same example, the thickness of the light receiving element is 100 μm,
The diameter (light receiving diameter) of the light receiving layer is 80 μm. For example, the radius of curvature of the built-in lens is 100 μm. The distance between the light receiving element and the optical fiber was 140 μm, and the distance between the lens and the laser was 50 μm. With this configuration, the sensitivity is 0.45 A / W,
1 mW (current 30 mA) coupling power to the optical fiber was obtained.
【0050】これは単に一例である。図11の(b)に
よってパラメータの関係をさらに明瞭にしよう。光ファ
イバ端面中心F、受光素子平坦面中心G、受光素子レン
ズ中心H,レーザ端面中心Kは同一光軸線FK上に並ん
でいる。レンズの曲面は光軸上の点Jに中心を持ち曲率
半径がRであるとする。受光素子(レンズ)の厚みをL
とする。レンズ屈折率をnとする。レーザ端面Kとレン
ズ中心Hの距離をAとする。平坦面中心Gと光ファイバ
中心Fの距離をBとする。単純な薄肉レンズの場合は、
A-1+B-1=f-1を満たす焦点距離fが決まる。しかし
このように厚肉レンズの場合はそれほど単純でない。単
純でないが、距離A、Bについて、近軸光の場合は一義
的な関係があるはずである。ここで行うのは厚肉片平片
凸レンズの公式を求めようというものである。This is only an example. The relationship between the parameters will be further clarified by FIG. The center F of the optical fiber end face, the center G of the flat face of the light receiving element, the center H of the light receiving element lens, and the center K of the laser end face are aligned on the same optical axis FK. It is assumed that the curved surface of the lens is centered at a point J on the optical axis and has a radius of curvature R. The thickness of the light receiving element (lens) is L
And Let n be the lens refractive index. Let A be the distance between the laser end face K and the lens center H. Let B be the distance between the center G of the flat surface and the center F of the optical fiber. For simple thin lenses,
The focal length f that satisfies A -1 + B -1 = f -1 is determined. However, such a thick lens is not so simple. Although not simple, there should be a unique relationship between the distances A and B in the case of paraxial light. What is done here is to obtain the formula of a thick-walled, plano-convex lens.
【0051】[作り付レンズの公式] レーザKから光
軸と角度Ψをなすように出た光がレンズ面の点Tでレン
ズに入ったとしよう。HT=sとする。∠TJH=θと
する。つまり軸線よりθの角度をなすT点に入射してい
る。T点はHよりsだけ離れている。ここで半径JTと
角度βをなすように屈折して受光素子中を進行し、平坦
面のW点に至ったとする。WG=tとする。Wから光フ
ァイバ中心Fに向かいFに無事入射できたとする。光フ
ァイバへの入射角はφとする。Ψ、φ、θなどは十分に
小さい値であるとして線形近似する。もちろん線形近似
しなくても計算はできるが複雑になる。ここでは説明の
便宜のために線形にするのである。これらパラメータの
間に次の6つの方程式が成り立つ。[Formula of Built-in Lens] Assume that light emitted from the laser K at an angle Ψ with the optical axis enters the lens at a point T on the lens surface. Let HT = s. ∠ Let TJH = θ. That is, the light is incident on a point T which forms an angle θ with respect to the axis. The point T is separated by s from H. Here, it is assumed that the light is refracted so as to form an angle β with the radius JT, travels in the light receiving element, and reaches a point W on the flat surface. It is assumed that WG = t. It is assumed that the light was successfully incident on F from W toward the center F of the optical fiber. The angle of incidence on the optical fiber is φ.近似, φ, θ, etc. are linearly approximated as sufficiently small values. Of course, calculation can be performed without linear approximation, but it becomes complicated. Here, it is made linear for convenience of explanation. The following six equations hold between these parameters.
【0052】s=AΨ=θR (1) nβ=Ψ+θ (2) s=t+L(θ−β)(3) t=φB (4) φ=n(θ−β) (5)S = AΨ = θR (1) nβ = Ψ + θ (2) s = t + L (θ-β) (3) t = φB (4) φ = n (θ-β) (5)
【0053】(1)は二つの式を含む。これはHTの長
さsがKから見るとAΨであるし、JからみるとRθで
ある事をのべている。(2)はT点でのスネルの法則で
ある。屈折の基線JTに関して、入射角度はθ+Ψにな
るし、屈折角がβであるからこのようになる。sin関
数は線形化してある。(3)はレンズLでの光線の曲が
りによる入射点Tのズレs、出射点Wのズレtの違いを
表現している。(1) includes two equations. This indicates that the length s of the HT is AΨ when viewed from K, and Rθ when viewed from J. (2) is Snell's law at the point T. With respect to the base line JT of refraction, the incident angle is θ + Ψ, and the refraction angle is β, which is like this. The sin function has been linearized. (3) expresses the difference between the deviation s of the incident point T and the deviation t of the exit point W due to the bending of the light beam in the lens L.
【0054】レンズの中でのビーム下向き傾きは(θ−
β)であるからそれに長さLを掛けた分だけズレが減る
(s→t)のである。これが厚肉レンズである所以であ
る。(4)は光ファイバからWを見込む角度がφで距離
がBなのであるからこの積BφがWのズレtを与える。
(5)はW点でのスネルの法則である。スネルの法則以
外に4つの距離に関する条件が課される。The downward tilt of the beam in the lens is (θ−
β), the shift is reduced by the length L multiplied by the length (s → t). This is why it is a thick lens. In (4), since the angle at which W is viewed from the optical fiber is φ and the distance is B, the product Bφ gives the deviation t of W.
(5) is Snell's law at the W point. In addition to Snell's law, four distance conditions are imposed.
【0055】角度表現をφでまとめるとθ−β=φ/
n、θ=φ{n−1−(R/A)}-1であるから、
(1)、(3)、(4)に代入して、When the angle expression is summarized by φ, θ−β = φ /
n, θ = φ {n−1− (R / A)} − 1 ,
Substituting into (1), (3), and (4),
【0056】 Rφ{n−1−(R/A)}-1=φB+φL/n (6)Rφ {n−1− (R / A)} −1 = φB + φL / n (6)
【0057】を得る。φを除いて分母を払い、Is obtained. Pay the denominator except φ,
【0058】 {B+(L/n)}{n−1−(R/A)}=R (7){B + (L / n) {n-1- (R / A)} = R (7)
【0059】これが本発明のレンズの公式である。Lや
Rはレンズの配置で決まっているから、レンズとレーザ
の距離Aを決めると、その像が結ばれる点までの平坦面
からの距離Bがわかり、Bに光ファイバをおけばレーザ
光が光ファイバに入射する。すこしく複雑な形をしてい
る。L→0の極限で、f=R/(n−1)とおいた先述
の薄肉レンズの公式になる。This is the formula of the lens of the present invention. Since L and R are determined by the arrangement of the lenses, when the distance A between the lens and the laser is determined, the distance B from the flat surface to the point where the image is formed is known. Light enters the optical fiber. It has a very complicated shape. In the limit of L → 0, the formula for the thin lens described above is f = R / (n−1).
【0060】(7)式は、レンズの曲率半径Rや厚みL
が決まった時に、レンズ(受光素子)とレーザ間A、レ
ンズと光ファイバ間Bをどうすれば良いかということに
ついての指針となる。The equation (7) indicates that the radius of curvature R and the thickness L of the lens are
Is determined, it becomes a guide on what to do between the lens (light receiving element) and the laser A and between the lens and the optical fiber B.
【0061】ところがこれはレンズが既に与えられた時
にレーザと光ファイバをどこに置くべきかということを
教えてくれるだけである。レンズをどのように設計すべ
きかという事については黙して語らない。レンズを最適
設計するにはどうすれば良いのか?これはレーザの特性
や、光ファイバの開口角による。However, this only tells where to place the laser and optical fiber when the lens is already provided. I will not be silent about how to design the lens. How do you optimally design a lens? This depends on the characteristics of the laser and the aperture angle of the optical fiber.
【0062】つまりレーザが発する光の広がり角と、光
ファイバの光の広がり角、これを勘案して最適のレンズ
を決める事ができるのである。例えばあるシングルモー
ド光ファイバの場合光の広がり角の半分は5.7゜であ
る。またあるレーザでは出射光の広がり角の半分は15
゜である。もちろんレーザ光はガウシアンのように裾を
ひくのであるが大体の広がりが30゜(半分で15゜)
だという事である。That is, the optimum lens can be determined in consideration of the spread angle of the light emitted from the laser and the spread angle of the light of the optical fiber. For example, in the case of a certain single mode optical fiber, half of the spread angle of light is 5.7 °. In some lasers, the half of the spread angle of the emitted light is 15
゜. Of course, the laser beam has a skirt like Gaussian, but the spread is roughly 30 ゜ (15 ゜ in half)
That is.
【0063】そしてレーザ光をどれだけ光ファイバに導
入するのか?ということでレンズの設計の指針が決ま
る。たとえば欲張ってレーザから出た15゜に含まれる
全ての光を光ファイバに入れようとすると、レーザから
15゜の角度で出たものが光ファイバに5.7゜で入射
するための条件を与えれば良い。Then, how much laser light is introduced into the optical fiber? This determines the guidelines for lens design. For example, if all the light included in the 15 ° emitted from the laser is greedyly attempted to enter the optical fiber, a condition is given that the light emitted at an angle of 15 ° from the laser is incident on the optical fiber at 5.7 °. Good.
【0064】これによって、レーザ・レンズ距離A、曲
率半径R、レンズ・光ファイバ距離Bについてのもう一
つの式を得る。先ほど、レンズの公式(A、Bの関係を
決める)を求めたので、これと連立すれば、Aの関数と
してのRを求める事ができる。この関係は一義的である
からレンズの設計を実行する事ができるのである。As a result, another equation for the laser-lens distance A, the radius of curvature R, and the lens-optical fiber distance B is obtained. Since the lens formula (determining the relationship between A and B) was obtained earlier, R can be obtained as a function of A by cooperating with the formula. Since this relationship is unique, the design of the lens can be performed.
【0065】[レンズの設計]先ほどの計算では、φ、
θ、β、Ψなどは変数であった。今度はレーザビームの
広がり角Ψ(例えば15゜)と、光ファイバの広がり角
φ(例えば5.7゜)を固定し、Ψで出たレーザ光がφ
の角度で光ファイバに入るものとして、前記の式を再び
検討する。今度はRがパラメータであるとみなすのであ
る。(3)式がレンズの基本的な拘束条件を与えてい
る。(1)、(4)、(5)を(3)に代入して、[Design of Lens] In the above calculation, φ,
θ, β, Ψ, etc. were variables. This time, the divergence angle レ ー ザ of the laser beam (eg, 15 °) and the divergence angle φ of the optical fiber (eg, 5.7 °) are fixed, and the laser light emitted at Ψ is φ
Consider the above equation again as entering the optical fiber at an angle of? This time, it is assumed that R is a parameter. Equation (3) gives the basic constraint condition of the lens. Substituting (1), (4) and (5) into (3),
【0066】AΨ=φB+Lφ/n (8)AΨ = φB + Lφ / n (8)
【0067】を得る。ここでφ、Ψ、L、nは既知の数
である。(8)はAとBの関係を決める。R抜きで両者
の関係が決まるのはおかしいようであるが、そうでな
い。裏ではRは一定の数に決まっているのである。そう
いう意味で(8)は中間的な式であるが、これにはそれ
なりの便利さがある。Is obtained. Here, φ, Ψ, L, and n are known numbers. (8) determines the relationship between A and B. It seems strange that the relationship between the two is determined without R, but it is not. On the other hand, R is fixed to a certain number. In that sense, (8) is an intermediate expression, but it has some convenience.
【0068】これはBを決めればAが決まり、Aが決ま
ればBが決まるというものであるからである。具体的に
試してみよう。光ファイバの広がり角φ=5.7゜=
0.1(ラジアン)、Ψ=15゜=0.26(ラジア
ン)で、n=3.5であるから、例えば受光素子厚みを
L=100μmとすると、簡単にThis is because A is determined when B is determined, and B is determined when A is determined. Let's try it concretely. Optical fiber divergence angle φ = 5.7 ° =
Since 0.1 (radian), Ψ = 15 ゜ = 0.26 (radian), and n = 3.5, for example, if the thickness of the light receiving element is L = 100 μm, it is easy.
【0069】2.6A=B+28.6 (9)2.6A = B + 28.6 (9)
【0070】となるのである。例えばレーザ・レンズ間
Aを50μmとすると、受光素子・光ファイバ間BはB
=101μmとなる(ケース)。もう少し広くしてA
=64μmとすると、B=138μmとなる(ケース
)。さらに広くしてA=90μmとすると、B=20
5μmになる(ケース)。The result is as follows. For example, if the distance A between the laser and the lens is 50 μm, the distance B between the light receiving element and the optical fiber is B
= 101 μm (case). A more wide
= 64 μm, B = 138 μm (case). If A = 90 μm, B = 20
5 μm (case).
【0071】こうしてAとBが決まるので、これをレン
ズの公式(7)に入れると、曲面の曲率半径Rを計算で
きる。これによってレンズの設計ができたという事にな
る。それは(8)を(7)に代入する事によって簡単に
分かる。Since A and B are determined in this way, if these are included in the lens formula (7), the radius of curvature R of the curved surface can be calculated. This means that the lens has been designed. It can be easily understood by substituting (8) for (7).
【0072】[0072]
【数10】 (Equation 10)
【0073】となる。先ほどのパラメータを仮定する
と、φ=0.1、Ψ=0.26、n=3.5であるか
ら、Is obtained. Assuming the above parameters, φ = 0.1, Ψ = 0.26, and n = 3.5,
【0074】R=1.80A (11)R = 1.80 A (11)
【0075】となる。先述のケース〜は、 A=50μm、B=101μm、R=90μm A=64μm、B=138μm、R=115μm A=90μm、B=205μm、R=162μm である。Is obtained. In the above cases, A = 50 μm, B = 101 μm, R = 90 μm A = 64 μm, B = 138 μm, R = 115 μm A = 90 μm, B = 205 μm, R = 162 μm.
【0076】(7)、(8)、(10)式は一般性を持
つ。φやΨが幾らであっても成り立つ。Lが任意性をも
つが、これは受光素子の厚みであるから受光素子の作り
易さなどの条件から決まる。Lが決まると、もはや自由
変数はひとつしかない。Aをひとつ決めると、B、Rが
自動的に決まってしまう。こうしてレンズの最適設計が
できる。The expressions (7), (8) and (10) have generality. This holds true no matter what φ or Ψ is. L has an arbitrary property, which is a thickness of the light receiving element and is determined by conditions such as ease of manufacturing the light receiving element. Once L is determined, there is only one free variable. When one A is determined, B and R are automatically determined. Thus, the optimum design of the lens can be achieved.
【0077】上の例は、レーザの広がり角Ψ、光ファイ
バの広がり角φを与えて、レーザの殆ど全ての光が光フ
ァイバに(ここでは受光層での50%吸収は問題外とし
て)入るべきであるとして、レンズの設計をしている。
しかしレーザの全部の光が光ファイバに入らなくて良い
なら、Ψの値がより小さくなるので、Aをより広くでき
る。すると、Rも大きくできるし、Bは反対により小さ
くできるのである。レーザとは限らず発光ダイオードで
あっても同様に扱う事が出きる。その場合はΨがより広
くなるので、Bがより長くAは短くなろう。またシング
ルモード光ファイバであるからφが小さいのであるが、
これがマルチモードであるとφをより広くできるので、
Bをより短く、Aを長くできる。パッケージの寸法など
を勘案してAを決め、RとBを決めるようにする。In the above example, given the laser divergence angle レ ー ザ and the optical fiber divergence angle φ, almost all the light of the laser enters the optical fiber (here, 50% absorption in the light receiving layer is out of the question). You should have a lens design as you should.
However, if all the light of the laser does not need to enter the optical fiber, A can be made wider because the value of Ψ becomes smaller. Then, R can be increased and B can be decreased on the contrary. Not only lasers but also light emitting diodes can be handled in the same way. In that case, Ψ will be wider, so B will be longer and A will be shorter. Although φ is small because it is a single mode optical fiber,
If this is a multimode, φ can be made wider,
B can be shorter and A can be longer. A is determined in consideration of the dimensions of the package, and R and B are determined.
【0078】[実施例(図10:作り付レンズを光フ
ァイバ側に)]図10に示す第2の実施例も、光ファイ
バ62の軸線上に、レンズ付きフォトダイオード(P
D)64、半導体レーザ(LD)70を直列に並べてい
る。レンズ74が光ファイバの方を向き、受光層65が
レーザ70の方を向いている。これも半導体レーザの送
信光の半分程度が受光素子によって吸収される。受信光
の約半分しか受光素子によって感受されない。そのよう
な事情は実施例と同様である。これはレンズ74が光
ファイバ側にあるから受信光は基板を通って受光層に至
る。しかし基板はInPであってバンドギャップが広
く、受信光を吸収しない。[Embodiment (FIG. 10: Built-in lens on the optical fiber side)] The second embodiment shown in FIG.
D) 64 and a semiconductor laser (LD) 70 are arranged in series. The lens 74 faces the optical fiber, and the light receiving layer 65 faces the laser 70. Also about half of the transmission light of the semiconductor laser is absorbed by the light receiving element. Only about half of the received light is perceived by the light receiving element. Such circumstances are the same as in the embodiment. Since the lens 74 is on the optical fiber side, the received light reaches the light receiving layer through the substrate. However, the substrate is InP, has a wide band gap, and does not absorb received light.
【0079】[実施例(図12:モニタ用フォトダイ
オードを追加)]このレーザは前方光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ーザであ
る。レーザ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
レーザの後方光77が入るので、レーザ光の強度を監視
することができる。むしろ従来のレーザモジュールは、
レーザとモニタ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。であるからそのような既存の装置に
レンズ付き半透過型の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簡単に作製することができ
る。[Embodiment (FIG. 12: Addition of Monitoring Photodiode)] This laser can emit not only the front light 72 but also a part of the light 77 in the rear direction. A photodiode 85 for monitoring is provided further behind the end face 76 behind the laser 70. Since the backward light 77 of the laser enters the light receiving surface 84, the intensity of the laser light can be monitored. Rather, conventional laser modules are
Generally, the laser and the monitor PD are housed in one package. Therefore, the optical transceiver module of the present invention can be easily manufactured by adding a semi-transmission type PD with a lens to such an existing device.
【0080】[実施例(図13:レーザに戻り光が入
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、レーザ光73が端面69によって反射
されると斜め光78となりレーザに戻らないようにして
ある。さらに中間のレンズ付きフォトダイオードPD6
4も傾けて、背面レンズ74での反射光79が斜めの光
路を進み、レーザ70に入らないようにしている。戻り
光を防ぎレー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倍になるからレーザには戻らない。[Example (FIG. 13: Incline the surface so that no returning light enters the laser)] End surface 69 of optical fiber 62
Is cut obliquely so that when the laser light 73 is reflected by the end face 69, it becomes oblique light 78 so as not to return to the laser. Further, photodiode PD6 with an intermediate lens
4 is also inclined so that the reflected light 79 from the rear lens 74 travels in an oblique optical path and does not enter the laser 70. It prevents return light and prevents unstable operation of the laser. The oblique cutting angle of the optical fiber is about 4 to 8 degrees. Since the inclination of the reflected light is twice as large, it does not return to the laser.
【0081】[実施例(図14:レンズ付き半透過型
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いない。いずれかの面に
一体型のレンズを持つ。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(InGaAsの場合)〜1
μm(InGaAsPの場合)である。受光層は光の約
半分を透過するように決める。[Embodiment (FIG. 14: Structure of Transflective Photodiode with Lens: Planar Type)] One of the salient features of the present invention lies in its unique photodiode. It transmits light unlike ordinary photodiodes. Moreover, about half of the light is absorbed and detected, and about half of the light is transmitted. Both sides of the PD are not closed by the electrodes. It has an integrated lens on either side. The absorption layer (light receiving layer) is thin. The conventional light receiving element has a light receiving layer of 4 μm to 6 μm, but the light receiving layer of the present invention has a light receiving layer of about 0.7 μm (in the case of InGaAs) to 1 μm.
μm (in the case of InGaAsP). The light receiving layer is determined to transmit about half of the light.
【0082】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。FIG. 14 shows a cross section of an example of the photodiode. This is an example of an InGaAs photodiode having a sensitivity of 1.0 μm to 1.6 μm. The difference from the conventional example shown in FIG. 7 is that about 50% of the light is transmitted. On the InP substrate 90, I
nP buffer layer 91, InGaAs light receiving layer 92, InP
The window layers 93 are epitaxially grown in that order. In
The GaAs light receiving layer 92 is thinner than the conventional light receiving layer.
【0083】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。A circular p-type region 94 is formed from the center of the upper surface by zinc diffusion. A portion of the InGaAs light-receiving layer 92 which has become a p-type region and an n-type InGaAs immediately below the portion.
The layer corresponds to the light receiving layer 65 in FIGS. p-type region 9
A ring-shaped p-electrode 95 is provided on the upper surface of 4. The inside of the ring electrode 95 is a region where light is to be incident, and an antireflection film 96 is formed. Dielectric multilayer film with signal light λ
Are all reflected into the InP window layer with little reflection. The outside of the ring electrode 95 is a passivation film 97.
There is. The passivation film covers the edge of the PN junction with the window layer 93.
【0084】InP基板90の底面には凸レンズ74が
形成される。裏面全面ではなく、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9
8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。On the bottom surface of the InP substrate 90, a convex lens 74 is formed. A ring-shaped n-electrode 98 is provided which is connected not to the entire back surface but only to the outer portion. Ring n electrode 9
The area surrounded by 8 is covered with an antireflection film 99. Both the p-electrode and the n-electrode are electrodes whose central portions are open. Approximately 50% of the incident light entering from the top exits the lower opening.
【0085】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。There are two conditions for achieving this. One is the ring shape of the n-electrode, and the other is InGaAs.
This means that the s layer is made thinner (thin light receiving layer). The former can be clearly seen from the drawings. Since the thinning is difficult to understand only from the drawings and is an important feature of the present invention, it will be described in detail below.
【0086】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、Consider a case in which light enters a solid, passes through the inside, and exits on the opposite surface. The transmitted light is obtained by subtracting the reflection on the front surface of the solid, the reflection on the back surface, and the absorption inside the solid from the incident light. The reflection on the front and back surfaces can be reduced to a level that does not cause a problem by providing an antireflection film. Also in this example, the reflection on the front and back surfaces is extremely reduced by the antireflection films 96 and 99. The main loss is absorption loss inside the solid. In such a case, the light transmittance T is represented by α as the solid light absorption coefficient and d as the thickness.
【0087】T=exp(−Σαd) (12)T = exp (−Δαd) (12)
【0088】によって表される。Σは光が通過する固体
ごとに積αdを計算し、これらの和を求めるということ
を意味する。大体exp(−0.7)=0.5であるか
ら、αdが0.7になる厚みd(=0.7/α)の層は
光を半分吸収し半分透過する。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〜1.6μmであるから、InPでは殆ど吸
収されない。InGaAs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。InP基板と格子整合しなければならないからで
ある。Is represented by Σ means that the product αd is calculated for each solid through which light passes, and the sum of them is obtained. Since approximately exp (−0.7) = 0.5, a layer having a thickness d (= 0.7 / α) where αd becomes 0.7 absorbs half of the light and transmits half of the light. The window layer, substrate and buffer layer are made of InP. InP has a wider band gap than InGaAs. Light having an energy smaller than the band gap can pass through the solid as it is. Since the signal light is 1.0 μm to 1.6 μm, it is hardly absorbed by InP. It is absorbed only by the InGaAs light receiving layer (n type + p type). Therefore, it is sufficient to consider only the InGaAs light receiving layer. Here, simply InGaAs
However, the composition ratio of In and Ga is actually determined. This is because lattice matching must be performed with the InP substrate.
【0089】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
=1μm-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InGaAs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InGaAs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3
6%に下がる。For 1.3 μm light often used in optical communication, the absorption coefficient of the InGaAs light-receiving layer is α = 10 4 cm −1.
= 1 μm −1 . Conventionally, the only purpose is to increase the detection efficiency by absorbing all the light, so that an InGaAs light-receiving layer that is too thick of 4 to 6 μm has been used. Since the present invention wants a finite (about half) absorption, the thickness d must be chosen carefully. FIG. 15 is a calculation result showing a relationship between the thickness d and the transmittance T with respect to the value of α. The horizontal axis indicates the thickness d (μm) of the InGaAs light receiving layer, and the vertical axis indicates the transmittance T (%). It is about 60% at 0.5 μm, about 50% at 0.7 μm, and about 40% at 0.9 μm. 3 at 1 μm
It drops to 6%.
【0090】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(4
〜6μm)のである。本発明は従来例のフォトダイオー
ドの約、1/8程度の極々薄い受光層を使う。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。If 50% transmission and 50% absorption are desired, the InGaAs thickness may be set to d = 0.7 μm. This value is surprisingly thin. In the past, it was designed with a view to absorbing all light, so it was thick as shown on the left (4
66 μm). The present invention uses an extremely thin light-receiving layer of about 1/8 of the conventional photodiode. The photodiode having such a thin light receiving layer is excellent and new.
【0091】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。A method for manufacturing the planar photodiode shown in FIG. 14 will be described. The starting substrate is a sulfur S-doped n-type InP substrate. The thickness is 300 μm and the carrier concentration is n = 5 ×
It is 10 18 cm -3 . A high-purity InP buffer layer having a thickness of 2.5 μm was grown on the substrate.
【0092】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。吸収層の上に1.5μmの厚みのInP窓層
を成長させた。キャリヤ濃度はn=2〜3×1015cm
-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。On the buffer layer, a high-purity InGaAs light-receiving layer (absorption layer) was grown to a thickness of 0.7 μm. The carrier concentration of InGaAs is n = 1 × 10 15 cm
It is -3 . An InP window layer having a thickness of 1.5 μm was grown on the absorption layer. The carrier concentration is n = 2 to 3 × 10 15 cm
It is -3 . For these epitaxial growths, chloride vapor phase epitaxy (C-VPE) using chloride was used. The present invention is not limited to this, and an MO-CVD method using an organic metal may be used.
【0093】次に窓層の上に、SiNxをマスクとし
て、亜鉛Znの選択拡散をおこなう。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
InGaAs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。次にInP基板裏面にフォトリソ
グラフィとエッチングによって作り付レンズ74を作製
する。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。Next, zinc is selectively diffused on the window layer using SiNx as a mask. A p-type region 94 is formed in a portion corresponding to the center of the chip. This extends to a part of the window layer 93 and the InGaAs light receiving layer 92. A ring-shaped p-electrode 95 is formed on the periphery of the p-type region. This is AuZn
An alloy p-electrode. Next, a built-in lens 74 is formed on the back surface of the InP substrate by photolithography and etching. Further, a ring-shaped n-electrode 98 is provided on the back surface of the n-type InP substrate. This is an AuGeNi alloy electrode.
【0094】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。The portion surrounded by the p-electrode on the front surface and the portion surrounded by the n-electrode on the back surface are portions through which light is transmitted. It is necessary to prevent reflection. Λ / 4 of SiON (λ =
A 1.3 μm) antireflection film is formed inside the ring electrode. 1.3 of the photodiode thus manufactured
The transmittance T for μm was about 50% as designed.
【0095】[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。中央部は光が通る入口となるか
ら反射防止膜105が形成される。n型InP基板10
0の裏面には凸レンズ74が形成される。レンズを囲む
ように基板裏面周辺部にリングn電極109が設けられ
る。中央のレンズ部は反射防止膜110によって覆われ
る。Embodiment (FIG. 16: Structure of Transflective Photodiode: Mesa Type) FIG. 14 shows a planar type photodiode, but the present invention can of course be applied to a mesa type photodiode. FIG. 16 shows an embodiment of the mesa photodiode. On the n-type InP substrate 100,
An n-type InP buffer layer 101, an n-type InGaAs light receiving layer 102, and ap + -type InP window layer 103 are epitaxially grown. On the upper surface of the p + -type window layer 103, a p-electrode 104 on a ring is provided. Since the central portion is an entrance through which light passes, the antireflection film 105 is formed. n-type InP substrate 10
A convex lens 74 is formed on the back surface of the zero. A ring n-electrode 109 is provided around the rear surface of the substrate so as to surround the lens. The central lens portion is covered with an anti-reflection film 110.
【0096】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。In the case of the mesa type, it is called a mesa because the upper portion is narrow and resembles a plateau. In this case, a p + -type InP window layer is epitaxially grown directly on the InGaAs layer without zinc diffusion. The periphery of the epitaxial layer is removed by etching to form a mesa shape. The exposed side inclined surface is covered with a passivation film 106 of SiNx. The carrier concentration of the p + InP window layer is p = 1-5 × 1
0 18 cm -3 . The thickness of the InGaAs light receiving layer (absorption layer) is 0.7 μm. This is also about 5 μm for 1.3 μm.
The transmittance was 0%.
【0097】[実施例(図19: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に載せたレンズ付き半透
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70が固定される。[Example (FIG. 19: PD in Package)
LD- and PD-containing elements)] The disk-shaped metal header 111 has four lead pins 112, 11 protruding from the lower surface.
3, 114, and 115. The pole 119 is slightly deviated from the center of the upper surface of the header 111. A semi-transparent PD chip with lens 64 mounted on the submount 120 is fixed horizontally on the upper top surface of the pole 119. The LD attached to the submount 122 is provided on the side surface of the pole middle part.
The chip 70 is fixed.
【0098】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ーザ光の
強度をモニタする。傾斜して(12度)いるのは反射光
がレー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ガラス窓126を
有するキャップ124がヘッダ111の上面に固定され
る。A monitor PD 85 is mounted via a submount 123 directly below the LD axis and at the center of the upper surface of the header. This PD monitors the intensity of the laser light emitted downward. The inclination (12 degrees) is to prevent reflected light from returning to the laser and causing unstable operation. These three elements are arranged in series on one straight line. A cap 124 having a glass window 126 for fixing the three elements is fixed to the upper surface of the header 111.
【0099】PD64を取り付けるためのサブマウント
120の例を図19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。作り付
レンズはこれらの切り欠きや通し穴にはまりこむような
配置で実装する。FIGS. 19 (b), (c) and (d) show examples of the submount 120 for mounting the PD 64. FIG.
The submount in (b) has a notch 128 and is metallized 130 on the entire front and back surfaces. The bottom electrode n of the photodiode chip is soldered to metallization 130.
The upper p-electrode is connected to the pin 114 by a wire. Part (c) of the submount has a metallization 129 to which an n-electrode is soldered. It is further connected to the pins 115 by wires. The submount of (d) has no notch 128, and
32 is pierced to allow light to pass therethrough. The built-in lens is mounted so as to fit into these notches and through holes.
【0100】半導体レーザとしては、InGaAsPの
1.3μmレーザチップを用いた。LDチップサイズは
300μm×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。As a semiconductor laser, a 1.3 μm InGaAsP laser chip was used. The LD chip size is 300 μm × 300 μm × 100 μm (thickness).
This is fixed to an AlN submount. The photodiode is an InGaAs PD as described above. The PD chip size is 450 μm × 450 μm × 300 μm (thickness). The light receiving section is circular and has a diameter of about 200 μm.
【0101】レーザチップ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。The laser chip 70 was soldered to the AlN submount 122 with AuSn. Semi-permeable (5
0% transmission) The photodiode chip 64 is mounted on the Al 2 O 3 submount 120, and the monitor photodiode 85 is mounted on the A
It was soldered to the l 2 O 3 submount 123 with AuSn. These submounts were soldered to the header by SnPb solder in the order of monitor PD, LD, and 50% PD.
【0102】サブマウント120は前述のように(b)
〜(d)のような物が利用できる。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。As described above, the submount 120 is (b)
Things like (d) can be used. N electrode of each chip,
The p-electrodes are each connected directly to ground by solder or to pins by wires. If all three elements share the ground,
All wiring can be performed by four lead pins.
【0103】次に、ガラス窓付きキャップ124をヘッ
ダ111に固定する。ガラス窓は集光作用がないからキ
ャップについては調芯する必要がない。ヘッダ111の
中心とキャップ124の中心が大体合致する位置でキャ
ップをヘッダに溶接固定する。キャップがレンズ付きの
ものでなくガラス窓付きのものでよいのは、受光素子に
作り付レンズがあるからである。球レンズ付きでないキ
ャップは安価である。また調芯しなくて良いので取り付
けも簡単である。Next, the cap with glass window 124 is fixed to the header 111. Since the glass window has no light-collecting action, it is not necessary to align the cap. The cap is welded and fixed to the header at a position where the center of the header 111 and the center of the cap 124 substantially match. The reason why the cap may be one with a glass window instead of one with a lens is that the light receiving element has a built-in lens. Caps without ball lenses are inexpensive. Also, since there is no need for alignment, installation is easy.
【0104】こうしてできた3つの素子がパッケージに
入った物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。A package in which the three elements thus formed are contained in a package is called a transmitting / receiving device. This alone can be used as a device. However, it can also be made into a pigtail type module including a connection with an optical fiber or a receptacle type module.
【0105】[実施例(図20:ピグテイルタイプの
モジュールの例)]図20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ー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ー133の中心軸孔に差
し込む。弾性あるベンドリミッタ134がホルダー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。Embodiment (FIG. 20: Example of Pigtail Type Module) FIG. 20 is a cross-sectional view of a pigtail type optical transmission / reception module of the present invention. The ferrule holder 13 is further placed on the header 111 described above.
3 is fixed. The tip of the single mode fiber 62 is inserted and fixed in the ferrule 136, and the tip 137 is obliquely cut at 8 degrees. This ferrule 136 is inserted into the central shaft hole of the cylindrical ferrule holder 133 made of stainless steel. The elastic bend limiter 134 is
It is attached to 3. Prevents excessive bending at the root of the optical fiber.
【0106】光ファイバから出た光が進行する光軸上に
レンズ付きPD64とレーザ70が置かれている。レー
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に対しホルダー
133を水平方向に動かし最適位置を求める。A部をY
AGレーザ溶接してホルダー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ー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レーザ溶接しフェルールをホルダーに
対して固定する。このように二重の調芯を行ってから、
ホルダー133、フェルール136を固定した。A PD 64 with a lens and a laser 70 are placed on the optical axis where the light emitted from the optical fiber travels. 1.3 μm light is oscillated by the laser, and while monitoring the amount of light at the other end of the optical fiber, the holder 133 is moved in the horizontal direction with respect to the header 111 to determine the optimum position. A part is Y
The holder 133 is fixed at that position on the header by AG laser welding. Further, the optimum position is obtained by moving the ferrule 136 in the axial direction with respect to the ferrule holder 133. The part B is YAG laser welded and the ferrule is fixed to the holder. After performing double alignment in this way,
The holder 133 and the ferrule 136 were fixed.
【0107】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0.43A/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。1.31 μm light was incident on this module, and the sensitivity of the photodiode 64 was measured. When the applied voltage was 5 V, a sensitivity value of 0.43 A / W was obtained. In a normal receiving module, a sensitivity value of 0.85 A / W is normally obtained. That is, the sensitivity value was about half that of a normal PD. The result was as designed.
【0108】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0.29mWで
あった。この実施例では球レンズによってレーザ光を集
光している。球レンズを使ったレー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。レーザ光に
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。Further, a driving current of 30 mA was passed through the LD 70, and the coupling power to the optical fiber (the power emerging at the other end of the optical fiber) was measured. The result was 0.29 mW. In this embodiment, laser light is focused by a spherical lens. The standard value of the coupling power in a laser module using a spherical lens is 0.6 mW. As for laser light, half power can be taken out as compared with a normal module. This is also as designed.
【0109】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でレーザを駆
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。The above is a static property. The operation with respect to the pulse signal light was also examined. Commonly used in optical communication 1
An optical signal of 55 Mbps was used. Receiving a 155 Mbps pulse signal and driving a laser at 155 Mbps to transmit an optical signal were alternately repeated. The PD module and the LD module are connected by an optical fiber coupler, and there is no inferiority to the conventional transmission / reception system in which the LD and the PD are operated alternately. There was no problem.
【0110】[実施例(図21: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21に示す。ヘッダに
モニタPD、LD、レンズ付きPD、ガラス窓付きキャ
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。[Embodiment (FIG. 21: Example of Receptacle Type Module)] When it is desired to make an optical fiber detachable, a receptacle type is used. As shown in FIG. A cylindrical LD fixing flange 140 is further fixed to the header in which the monitor PD, LD, PD with lens, and cap with glass window are attached. A dummy fiber 142 whose end face is obliquely polished is attached to the tip of the LD fixing flange 140. The end face of the female connector 143 is welded to the tip of the LD fixing flange.
【0111】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決める。An axial hole is drilled at the center of the housing. A sleeve 148 is inserted into the hole. A male screw portion 147 is cut on the outer periphery of the housing. A ferrule 155 is inserted through the housing of the male connector 150. The tip of the single mode optical fiber is fixed to the ferrule. This tip is not cut diagonally.
Although slightly rounded, it is rotationally symmetric about the axis. The key 156 determines the relative position in the circumferential direction.
【0112】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
ファイバとレーザ、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ーザに戻らないよう
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、光ファイバとレーザが結合しなく
なるからである。The two connectors can be connected by inserting the ferrule 155 into the sleeve 148 and screwing the female thread 153 into the male thread 147. The leading end of the fiber contacts the trailing end surface of the dummy fiber. The optical fiber, laser, and PD are coupled via a dummy fiber. The purpose of using the dummy is to prevent reflected light from returning to the laser. This is because if the optical fiber 154 itself is cut obliquely, the optical fiber axis deviates from the optical axis, and if the optical fiber deviates from a predetermined direction, the optical fiber and the laser are not coupled.
【0113】[実施例(10)(図22: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、レー
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
ダイオードをレー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、送信時はレーザのモニタに
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22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。[Embodiment (10) (FIG. 22: Example of module omitting monitor PD)] Since ping-pong transmission is used, no received light exists when the laser is emitting, and the receiving photodiode is idle. Will be. The receiving photodiode can then be used for monitoring the laser. At the time of reception, it is used to detect the original received light, and at the time of transmission, it is used to monitor the laser. By making one PD perform both functions of reception and monitoring, a photodiode for monitoring can be omitted. FIG. 22 shows such an embodiment. This is effective in reducing module costs.
【0114】[実施例(11)(図23: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23の(a)はモニタPDがある場合を示
す。図23の(b)はモニタPDを省いた構造を示して
いる。[Embodiment (11)] (FIG. 23: Example of Module with Built-in Amplifier) An amplifier is provided near a receiving photodiode to amplify a photocurrent. As shown in FIG. Instead of taking out the photocurrent generated by the photodiode to the outside through the pin, the photocurrent is amplified by an amplifier 160 provided at a close position and then output to the outside. The amplifier 160 can use, for example, a Si amplifier chip. This is photodiode 6
4 and placed on the same submount 120. The electrodes of the PD and the electrodes of the amplifier are connected by an Au wire. Since the photocurrent is immediately amplified, an output signal with less noise can be obtained. FIG. 23A shows a case where there is a monitor PD. FIG. 23B shows a structure in which the monitor PD is omitted.
【0115】[増幅器と組み合わせた電気回路] 図2
4に電気回路図を表す。図24(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VPDピン
につながる。VPD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VCCとグランド端子によって駆動される。電源電圧
VCC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。レーザ70はアノードがケース
に接地してある。[Electric Circuit Combined with Amplifier] FIG.
4 shows an electric circuit diagram. FIG. 24A shows a circuit example when there is a monitor PD. The cathode of the receiving PD is connected to the VPD pin. A reverse bias of, for example, 5 V is applied to V PD . The anode inputs to amplifier 160. The amplifier is driven by a power supply terminal V CC and a ground terminal. The power supply voltage V CC is 3.3 V, 5.5 V, or the like. The amplified output appears at the OUT terminal. The laser 70 has the anode grounded to the case.
【0116】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24(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RPDを介して逆バイアス電圧がVPD
から印加される。The cathode is pulled by a negative voltage so that a drive current flows through the LD. The cathode of the monitor PD is also connected to the case, and the photocurrent is detected by the other monitor OUT. It is a simple circuit. FIG. 24B shows a circuit example when the monitor PD is omitted. The photocurrent of the receiving PD is amplified by the amplifier 160. It is the same, but the monitor OUT terminal is connected to the cathode side. Furthermore the load resistance R reverse bias voltage via the PD is V PD
Is applied.
【0117】このようにモニタ用の抵抗を使ってOUT
の電圧降下からレー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、
レー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。As described above, OUT is set using the monitor resistor.
In addition to the method of obtaining the laser output from the voltage drop, the output of the amplifier is divided into the monitor output and the reception light output, and the reception light,
There is also a method of taking both of the laser light intensity signals from the amplifier.
【0118】[実施例(12):箱型パッケージに実装した
もの]ピグテイル型、レセプタクル型のモジュールにつ
いて説明した。そのようなピンと軸線が平行な長手タイ
プの他に、本発明は横型パッケージに収納する事もでき
る。図25には箱型パッケージに送受信モジュールを収
容したものを示す。図25(a)はファイバ62、PD
64、LD70のみの平面図である。シングルモードフ
ァイバ62の軸線上にレンズ付き半透過型PD64と、
レーザ70がある。このPDはInGaAsPが活性層
であるからα=0.7μm-1で、吸収と透過を50%ず
つとするには厚みを1μmとする。PDの受光層65が
光ファイバに近接した方に、レンズがレーザ側にある。
これはもちろん反対にしても良い。図25(b)はパッ
ケージに収容している状態を示す。[Embodiment (12): Mounted in a Box Type Package] The pigtail type and receptacle type modules have been described. In addition to such a longitudinal type in which the pin and the axis are parallel, the present invention can be housed in a horizontal package. FIG. 25 shows a box-type package in which a transmitting / receiving module is housed. FIG. 25A shows a fiber 62 and a PD.
64 is a plan view of only the LD 70. A semi-transmissive PD 64 with a lens on the axis of the single mode fiber 62,
There is a laser 70. Since InGaAsP is an active layer, the PD has a thickness of α = 0.7 μm −1 and a thickness of 1 μm in order to make absorption and transmission 50% each. The lens is on the laser side when the light receiving layer 65 of the PD is closer to the optical fiber.
This may of course be reversed. FIG. 25 (b) shows a state of being housed in a package.
【0119】パッケージは箱型のセラミックである。下
ハウジング171、上ハウジング172の組み合わせに
なる。箱型ハウジングは4つのピンを持つ。PDアノー
ドピン173、PDカソードピン174、LDカソード
ピン175、LDアノードピン176などである。ハウ
ジングにはメタライズ177、178、179などが印
刷されている。PDのカソードやアノードはこれらのメ
タライズとメッキによってピンに接続される。The package is a box-shaped ceramic. A combination of the lower housing 171 and the upper housing 172 is provided. The box housing has four pins. The PD anode pin 173, the PD cathode pin 174, the LD cathode pin 175, the LD anode pin 176, and the like. Metallized 177, 178, 179, etc. are printed on the housing. The cathode and anode of the PD are connected to pins by metallization and plating.
【0120】LD70もメタライズの上に固定される。
LDのアノードはワイヤ180でピン176に接続され
る。素子の寸法は既に述べた例と同じである。ファイバ
・受光素子間距離は140μm、受光素子の厚みは10
0μm、磁束密度のレンズの曲率半径は100μm、受
光素子レンズ頂点とレーザの距離は50μm、レーザ長
さは300μmである。パッケージの全長は2ミリ以下
である。全体が非常にコンパクトになり、部品点数も少
なく低コストで量産性の高いモジュールとなる。The LD 70 is also fixed on the metallization.
The LD anode is connected to pin 176 by wire 180. The dimensions of the element are the same as in the example already described. The distance between the fiber and the light receiving element is 140 μm, and the thickness of the light receiving element is 10
The radius of curvature of the lens having a magnetic flux density of 0 μm is 100 μm, the distance between the apex of the light receiving element lens and the laser is 50 μm, and the laser length is 300 μm. The total length of the package is less than 2 mm. The whole becomes very compact, the number of parts is small, and the module becomes low cost and has high productivity.
【0121】以上に述べた実施例1〜12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。The first to twelfth embodiments described above are only limited embodiments of the present invention. There are still some other variations. Here are some of them.
【0122】(1)受光層がInGaAsP(λg=
1.4μm)の受光素子を使うときは、α=7000c
m-1=0.7μm-1であるから、受光層厚みを1.0μ
mとした時、吸収:透過=1:1となる。これは1.3
μmを感受し、1.55μmを感じない受光素子にな
る。(1) The light receiving layer is made of InGaAsP (λg =
When using a light receiving element of 1.4 μm), α = 7000c
Since m −1 = 0.7 μm −1 , the thickness of the light receiving layer is set to 1.0 μm.
When m, absorption: transmission = 1: 1. This is 1.3
The light receiving element senses μm and does not sense 1.55 μm.
【0123】(2)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0.8
μm帯にも利用できる。その場合はGaAs系の半導体
レーザと低価格のSiフォトダイオードを使うことがで
きる。Siはバンドギャップが広いので基板部分は0.
8μmを透過する。受光層の部分で光が吸収されるが5
0%透過となるように厚みを薄くする。(2) The light wavelength is 1.3 μm as an example, but is not limited to this. The light may be 1.55 μm. 0.8
It can also be used in the μm band. In that case, a GaAs-based semiconductor laser and a low-cost Si photodiode can be used. Since the bandgap of Si is wide, the substrate portion is 0.1 mm.
Transmits 8 μm. Light is absorbed by the light-receiving layer, but 5
The thickness is reduced to achieve 0% transmission.
【0124】(3)光ファイバはマルチモードファイバ
であっても良い。マルチモードであるとφがより大きい
ので、Bをより狭くし、Aとバランスを取り易くなる。(3) The optical fiber may be a multi-mode fiber. In the multi mode, φ is larger, so that B becomes narrower and it becomes easier to balance with A.
【0125】(4)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。(4) The partner of optical coupling is not limited to an optical fiber. It may be an optical waveguide. The light that has been subjected to complicated processing by the optical waveguide can be coupled to the optical transceiver module of the present invention.
【0126】(5)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、レー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。(5) The transmittance of the photodiode is 50%
However, the present invention is not limited to this. Is stronger laser light better in the system, or should the photodiode sensitivity be prioritized? The transmittance can be selected in a range from several percent to 90 several percent. Thus, the present invention is a highly practical invention including a wide range of applications.
【0127】[0127]
【発明の効果】今までおそらく誰も考えつかなかったで
あろう半透過型のレンズ付きフォトダイオードを前に、
レー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とレンズ
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、レンズはいずれ
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。In front of a photodiode with a semi-transmissive lens, which no one would have ever thought of,
By placing the laser behind it, the present invention has succeeded in eliminating the need for expensive and bulky optical couplers and lenses from the optical transceiver module. One ferrule is enough. In addition, one package can be omitted.
Since the optical coupler, ferrule, package, and lens are all expensive components, the cost reduction effect by omitting them is remarkable.
【0128】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26(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26(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。しかもレンズが要らない。レンズ調芯も不要とな
る。著しい改善である。As a result, it becomes possible to mass-produce low-cost optical transceiver modules that are indispensable for bidirectional optical communication, particularly for optical subscriber systems. FIG. 23 illustrates the difference in structure between the present invention and the conventional example. FIG. 26A shows the configuration of a conventional module. Optical fiber coupler (optical demultiplexer) 21, independent LD module 25, independent P
D module 27, three optical connectors 17, 22, 23
is necessary. On the other hand, as shown in FIG. 26B, the present invention does not require an optical splitter, and requires only one optical connector, one ferrule, one module, and one package. Moreover, no lens is required. Lens alignment is not required. This is a significant improvement.
【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。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating bidirectional optical communication using light of one wavelength λ for transmission and reception.
【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。FIG. 2 shows a 2: 1 optical demultiplexer using an optical fiber or an optical waveguide. When light of P1 is input from one input of one, it is output as output light P3 to the other, and the same light is output. FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating that when a transmission light P4 is input to a fiber, the transmission light is propagated as P2 to one of the first optical fibers.
【図3】ガラスブロックを使った光分波器の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of an optical demultiplexer using a glass block.
【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。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an optical transmission / reception module on the subscriber side in optical subscriber communication according to a conventional example.
【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。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a semiconductor light emitting element module according to a conventional example.
【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。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a semiconductor light receiving element module according to a conventional example.
【図7】従来例に係るフォトダイオードチップの中央縦
断面図。FIG. 7 is a central longitudinal sectional view of a photodiode chip according to a conventional example.
【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。FIG. 8 is a graph showing a wavelength sensitivity characteristic of a photodiode chip according to a conventional example.
【図9】PDの受光層が光ファイバに向くように、光フ
ァイバ、レンズ付き半透過型フォトダイオード(P
D)、半導体レー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。FIG. 9 shows an optical fiber and a semi-transmissive photodiode with a lens (P) such that the light receiving layer of the PD faces the optical fiber.
D) is a schematic configuration diagram of the optical transceiver module according to the first embodiment of the present invention in which semiconductor lasers are arranged in a straight line.
【図10】PDの受光層がレーザを向くように、光ファ
イバ、レンズ付き半透過型フォトダイオード(PD)、
半導体レー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。FIG. 10 shows an optical fiber, a semi-transmissive photodiode (PD) with a lens,
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical transceiver module according to a second embodiment of the present invention in which semiconductor lasers are arranged in a straight line.
【図11】光ファイバ、レンズ付き半透過型フォトダイ
オード、半導体レーザを一直線上に並べてなる本発明の
第1実施例の各部品の寸法の一例を示す光送受信モジュ
ールの概略構成図。(a)は寸法例を示す平面図。
(b)は寸法パラメータの定義を示す線図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical transceiver module showing an example of dimensions of each component of the first embodiment of the present invention in which an optical fiber, a semi-transmissive photodiode with a lens, and a semiconductor laser are arranged in a straight line. (A) is a top view which shows the example of a dimension.
(B) is a diagram showing a definition of a dimension parameter.
【図12】光ファイバ、レンズ付き半透過型フォトダイ
オード、半導体レーザ、モニタPD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。FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical transceiver module according to a third embodiment of the present invention in which an optical fiber, a semi-transmissive photodiode with a lens, a semiconductor laser, and a monitor PD are arranged in a straight line.
【図13】光ファイバ、レンズ付き半透過型フォトダイ
オード、半導体レーザ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ー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。FIG. 13 is a book in which an optical fiber, a semi-transmissive photodiode with a lens, and a semiconductor laser are arranged in a straight line, the end face of the optical fiber is cut obliquely, and the photodiode is tilted so that reflected light does not return to the laser. FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an optical transceiver module according to a fourth embodiment of the present invention.
【図14】本発明において用いるレンズ付きプレーナ型
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)。上下にリング電極があり、InP基板の底面
にレンズが形成されている。FIGS. 14A and 14B are a central longitudinal sectional view and a top view of a planar type transflective photodiode with a lens used in the present invention. FIGS. There are ring electrodes above and below, and a lens is formed on the bottom surface of the InP substrate.
【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(λg=1.6μm)
受光層の厚みd(μm)と、透過率T(%)の関係に関
する計算結果を示すグラフ。FIG. 15 shows a graph of 1.0 μm used in an embodiment of the present invention.
In an InGaAs photodiode that can be used at a wavelength of about 1.6 μm, InGaAs (λg = 1.6 μm)
9 is a graph showing calculation results regarding the relationship between the thickness d (μm) of the light receiving layer and the transmittance T (%).
【図16】本発明において用いるレンズ付きメサ型半透
過型フォトダイオードの中央縦断面図(A)と上面図
(B)。上下にリング電極があり、InP基板の底面に
レンズが形成されている。16A and 16B are a central longitudinal sectional view and a top view of a mesa-type transflective photodiode with a lens used in the present invention. There are ring electrodes above and below, and a lens is formed on the bottom surface of the InP substrate.
【図17】受光素子の受光層へ光を収束させるためのレ
ンズを受光素子基板に作り付けにした従来例のレンズ付
き受光素子の光線の収束を示す概略光線図。FIG. 17 is a schematic ray diagram showing light beam convergence of a conventional light-receiving element with a lens in which a lens for converging light to a light-receiving layer of the light-receiving element is provided on a light-receiving element substrate.
【図18】受光素子基板に作り付レンズを作る方法を説
明する工程図。(a)は半球状にレジストを塗布形成し
た段階を示す。(b)は基板をイオンエッチングしてい
る途中を示す図。(c)はエッチングが終了しレンズ状
の隆起が残った状態を示す図。FIG. 18 is a process chart for explaining a method of forming an assembling lens on a light receiving element substrate. (A) shows a stage in which a hemispherical resist is applied and formed. (B) is a diagram showing a state during ion etching of the substrate. (C) is a diagram showing a state in which etching has been completed and lens-like protrusions have remained.
【図19】窓ガラス、50%透過レンズ付きPD、レー
ザ(LD)、モニタPDを直線状に並べ一つのパッケー
ジに収容した本発明の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)。FIG. 19 is a vertical sectional view (a) of a module of the present invention in which a window glass, a PD with a 50% transmission lens, a laser (LD), and a monitor PD are linearly arranged and housed in one package, and a plan view of a submount ( b), a plan view of another submount (c), and a plan view of another submount (d).
【図20】ガラス窓、レンズ付き50%透過フォトダイ
オード、レーザ、モニタPDを一つのパッケージに一直
線状に収容しその先にフェルールホルダーを取り付け、
パッケージと光ファイバとを一体化した本発明のピグテ
イル型光送受信モジュールの縦断面図。[FIG. 20] A glass window, a 50% transmission photodiode with a lens, a laser, and a monitor PD are linearly housed in one package, and a ferrule holder is attached to the tip of the linear window.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a pigtail type optical transceiver module of the present invention in which a package and an optical fiber are integrated.
【図21】ガラス窓、レンズ付き50%透過PD、レー
ザ、モニタPDを一つのパッケージに直線状に収容しそ
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本発明のレセプタクル型光送受信
モジュールの縦断面図。FIG. 21 is a view showing the present invention in which a glass window, a 50% transmission PD with a lens, a laser, and a monitor PD are linearly housed in a single package, and a detachable connector is provided at the end thereof so that an optical fiber can be freely attached and detached. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the receptacle type optical transceiver module of FIG.
【図22】ガラス窓、レンズ付き50%透過フォトダイ
オード、レー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19のものからモニタフォトダイオード
を除去したもの。FIG. 22 is a longitudinal sectional view of a module in which a glass window, a 50% transmission photodiode with a lens, and a laser are housed in one package (a), a plan view of a submount (b), and a plan view of another submount (c). ), Plan view of another submount (d). The monitor photodiode is removed from that of FIG.
【図23】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。FIG. 23 is a longitudinal sectional view of an optical transmitting and receiving module including an amplifier for amplifying a photocurrent of a photodiode. (A) is an example provided with a monitor PD, and (b) is an example without a monitor PD.
【図24】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。24 is an example of an electric circuit of the module of FIG. 21. (A)
An example in which a monitor light receiving element is provided, and FIG.
【図25】箱型パッケージに本発明の光送受信モジュー
ルを収容した実施例を示す。(a)は光ファイバ、受光
素子、レーザだけの平面図。(b)は光ファイバ、受光
素子、レーザを箱型パッケージに収容した状態の縦断面
図。FIG. 25 shows an embodiment in which the optical transceiver module of the present invention is housed in a box-type package. (A) is a plan view of only an optical fiber, a light receiving element, and a laser. (B) is a longitudinal sectional view of a state where the optical fiber, the light receiving element, and the laser are housed in a box-shaped package.
【図26】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、分岐がありLDとP
Dが分離している。レンズは2個必要である。(B)が
本発明の構成図。LDとPDが同一直線上にある。独立
のレンズは不要である。FIG. 26 is a simplified comparison diagram of a conventional example and a module of the present invention. (A) is a configuration diagram of a conventional example, which has a branch and LD and P
D is separated. Two lenses are required. (B) is a configuration diagram of the present invention. LD and PD are on the same straight line. No separate lens is required.
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 半導体レーザモジュール 27 受光素子モジュール 28 半導体レーザモジュール 29 半導体レーザチップ 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 レンズホルダー 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 レンズホルダー 47 レンズ 48 ハウジング 49 フェルール 50 光ファイバ 51 光ファイバの端面 52 n−InP基板 53 n−InPバッファ層 54 n−InGaAs受光層 55 n−InP窓層 56 亜鉛拡散領域(p型領域) 57 p電極 58 反射防止膜 59 パッシベーション膜 60 入射光 61 n電極 62 光ファイバ 63 光ファイバからの受信光 64 レンズ付き半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 半導体レーザ 71 半導体レーザ発光層 72 レーザ光 73 透過レーザ光 74 作り付けレンズ 75 集光レンズ 76 レーザの後端面 77 レーザからの後方光 78 斜め反射光 79 斜め反射光 80 InP基板 81 レジストで覆われない裏面 82 レジスト 83 イオンビ−ム 84 受光層 85 モニタPD 86 レジストで覆われた裏面 87 エッチングによって形成された曲面 90 n型InP基板 91 n型InPバッファ層 92 n型InGaAs受光層 93 n型InP窓層 94 p型領域 95 p電極 96 反射防止膜 97 パッシベ−ション膜 98 n電極 99 反射防止膜 100 n型InP基板 101 n型InPバッファ層 102 n型InGaAs受光層 103 p+ 型InP窓層 104 p電極 105 反射防止膜 106 パッシベ−ション膜 109 n電極 110 反射防止膜 111 ヘッダ 112 ピン 119 ポール 120 PD用サブマウント 122 レーザ用サブマウント 123 モニタフォトダイオードサブマウント 124 キャップ 126 ガラス窓 133 フェルールホルダー 134 ベンドリミッタ 136 フェルールDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber 2 Optical splitter 3 Optical fiber 4 Optical splitter 5 Optical fiber 8 Optical fiber 9 Optical fiber 10 Proximity part 13 Glass block 14 Glass block 15 Multilayer mirror 16 Optical fiber 17 Optical connector 18 Optical fiber 21 Optical fiber Optical splitter 22 Optical connector 23 Optical connector 25 Semiconductor laser module 27 Light receiving element module 28 Semiconductor laser module 29 Semiconductor laser chip 30 Photodiode chip 31 Pole 32 Header 33 Lead pin 34 Cap 35 Through hole 36 Lens holder 37 Lens 38 Housing 39 Ferrule Reference Signs List 40 optical fiber 41 light receiving element chip 42 header 43 lead pin 44 cap 45 opening (window) 46 lens holder 47 lens 48 housing 49 ferrule 50 Fiber 51 End face of optical fiber 52 n-InP substrate 53 n-InP buffer layer 54 n-InGaAs light receiving layer 55 n-InP window layer 56 zinc diffusion region (p-type region) 57 p electrode 58 antireflection film 59 passivation film 60 incident Light 61 n electrode 62 optical fiber 63 received light from optical fiber 64 transflective photodiode with lens 65 light receiving layer 66 front face of photodiode 67 back face of photodiode 68 transmitted received light 69 end face of optical fiber 70 semiconductor laser 71 semiconductor laser Emitting layer 72 Laser light 73 Transmitted laser light 74 Built-in lens 75 Condensing lens 76 Back end face of laser 77 Back light from laser 78 Oblique reflected light 79 Oblique reflected light 80 InP substrate 81 Back surface not covered with resist 82 Resist 83 Ion beam Mu 8 Light-receiving layer 85 Monitor PD 86 Back surface covered with resist 87 Curved surface formed by etching 90 n-type InP substrate 91 n-type InP buffer layer 92 n-type InGaAs light-receiving layer 93 n-type InP window layer 94 p-type region 95 p-electrode 96 Anti-reflection film 97 Passivation film 98 n-electrode 99 Anti-reflection film 100 n-type InP substrate 101 n-type InP buffer layer 102 n-type InGaAs light receiving layer 103 p + type InP window layer 104 p-electrode 105 anti-reflection film 106 passivation Film 109 n-electrode 110 anti-reflection film 111 header 112 pin 119 pole 120 PD submount 122 laser submount 123 monitor photodiode submount 124 cap 126 glass window 133 ferrule holder 134 bend limiter 36 ferrule
Claims (11)
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
を有し作り付レンズを持ち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へ入り一部が吸収され残りの光が受
光素子を通り抜け作り付けレンズによって集光され伝送
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。1. An optical transmitting and receiving module for transmitting and receiving alternately by dividing time by using light of one wavelength λ for transmission and reception, and transmitting signal light from the outside or transmitting the signal light to the outside. A transmission medium consisting of an optical fiber or an optical waveguide to be transmitted, and an electrode disposed on the axis of the transmission medium, having electrodes on the front and back surfaces, having a built-in lens, having a thin light receiving layer, and absorbing a part of the incident light of wavelength λ. A light-receiving element that transmits the rest, and a light-emitting element that is disposed on the axis of the transmission medium behind the light-receiving element and generates light having a wavelength of λ, and transmission light from the light-emitting element enters the light-receiving element and is partially absorbed. An optical transmission / reception module, wherein the remaining light passes through a light receiving element and is condensed by a built-in lens to enter a transmission medium.
素子とよりなることを特徴とする請求項1に記載の光送
受信モジュール。2. The optical transceiver module according to claim 1, comprising an optical fiber, a light receiving element with a lens, and a light emitting element.
子とよりなることを特徴とする請求項1に記載の光送受
信モジュール。3. The optical transceiver module according to claim 1, comprising an optical waveguide, a light receiving element with a lens, and a light emitting element.
置したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の光送受信モジュール。4. The optical transmitting / receiving module according to claim 1, wherein a monitoring light receiving element is arranged behind the light emitting element.
3μm若しくは1.5μm帯の半導体レーザであり、レ
ンズ付き受光素子が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1〜4のいずれかに記載の光送受信モジュー
ル。5. A light-emitting element comprising InGaAsP.
A semiconductor laser of 3 μm or 1.5 μm band, and the light receiving element with a lens is made of InGaAs or InGaAsP.
The optical transceiver module according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical transceiver module is a PIN photodiode composed of a series.
受光層の厚みが約0.7μmであることを特徴とする請
求項5に記載の光送受信モジュール。6. The optical transceiver module according to claim 5, wherein the thickness of the light receiving layer of InGaAs (λg = 1.67 μm) is about 0.7 μm.
受光層の厚みが約1.0μmであることを特徴とする請
求項5に記載の光送受信モジュール。7. The optical transceiver module according to claim 5, wherein the thickness of the light receiving layer of InGaAsP (λg = 1.4 μm) is about 1.0 μm.
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1〜7の
いずれかに記載の光送受信モジュール。8. The method according to claim 1, wherein the coupling system between the optical fiber, the light receiving element and the light emitting element is a pigtail type fixing the optical fiber to the optical element. Optical transceiver module.
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1〜7のい
ずれかに記載の光送受信モジュール。9. The optical transmission / reception according to claim 1, wherein the coupling system between the optical fiber, the light receiving element and the light emitting element is a receptacle type in which the optical fiber can be attached to and detached from these elements. module.
量のモニタに利用することによって、受信用受光素子が
モニタ用受光素子を兼ねるようにしたことを特徴とする
請求項1〜3及び請求項5〜9のいずれかに記載の光送
受信モジュール。10. The light receiving element for reception is used for monitoring the light quantity of the light emitting element at the time of transmission, so that the light receiving element for reception also serves as the light receiving element for monitoring. 10. The optical transceiver module according to any one of 5 to 9.
増幅する増幅器を受光用受光素子と同じパッケージに収
容することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記
載の光送受信モジュール。11. The optical transceiver module according to claim 1, wherein an amplifier for amplifying an electric signal of the receiving photodiode is housed in the same package as the light receiving element for light receiving.
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-
1997
- 1997-08-06 JP JP22587797A patent/JP3356017B2/en not_active Expired - Lifetime
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CN106165109A (en) * | 2014-03-26 | 2016-11-23 | 日本电气株式会社 | Light receiving element, optical module and optical receiver |
JPWO2015146108A1 (en) * | 2014-03-26 | 2017-04-13 | 日本電気株式会社 | Light receiving element, optical module and optical receiver |
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