JPS63312673A

JPS63312673A - 集積型受光素子

Info

Publication number: JPS63312673A
Application number: JP62148005A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Miura; 秀一三浦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1987-06-16
Publication date: 1988-12-21

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕集積型受光素子であって、一対の受光素子を同一基板上
に隣接して形成し、それらの受光素子と端子との接続を
基板上に対称に形成したパターン配線で行うことによっ
て、２つの受光素子にそれぞれ寄生する不要成分を互い
に等価にすることを可能とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、集積型受光素子に関し、特に、ＤＢＯＲ（［
）ｕａｌ　Ｂａ１ａｎｃｅｄ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｃ
ｅｉｖｅｒ　）に使用する集積型の受光素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、レーザ光を使用した長波長帯光通信は、送信側で
はレーザ光を直接強度変調して光フアイバ内に送出し、
受信側では光ファイバを介して伝送された信号光を１つ
の受光素子で電気信号に変換して復調する直接検波方式
が一般的に利用されている。このような長波長帯光通信
方式は、扱いが簡単で安定した通信を行うことができる
長所を有しているが、信号光とその信号光に含まれる雑
音成分との分離が困難であるために雑音成分を信号光と
一緒に検波してしまう問題点がある。すなわち、従来の
長波長帯光通信方式は、信号光のＳｌＮ比が低く長距離
通信を行う場合には複数本の光フアイバケーブルおよび
複数個の中継器が必要となっている。

これに対して、近年、無中継の光フアイバケーブルで一
層長距離の通信が可能な光通信方式として、コヒーレン
ト光通信方式が提案されている。

このコヒーレント光通信方式の受信装置としては、光フ
ァイバを介して伝送されるレーザ光の強度雑音を相殺し
て低減できるＤＢＯＲが注目されている。

第１０図はコヒーレント光通信に使用するＤＢＯＲの要
部を概略的に示す図である。

第１Ｏ図に示されるように、信号光を伝送する光ファイ
バ６ａと局発光を供給する光ファイバ６ｂとは光カプラ
−７で混合され、その混合された光は２本の光ファイバ
８ａおよび８ｂを介して一対の受光素子１０および２０
に供給される。一対の受光素子１０および２０では、光
ファイバ８ａおよび８ｂを介して供給された光信号がそ
れぞれ電気信号に変換され、そして、差動合成された信
号が端子４１および４３に現出するようになされている
。ここで、端子４２は中間周波数を出力するためのもの
である。

ところで、光ファイバ８ａに供給される光と光ファイバ
８ｂに供給される光とは、１８０度の位相差を有するよ
うになされている。すなわち、光ファイバ６ａを介して
伝送された信号光（コヒーレント光）は、カプラーで混
合された後１８０度の位相差を有する２つの中間周波数
光としてそれぞれ光ファイバ８ａおよび８ｂに送出され
る。そのために、一対の受光素子ｌＯおよび２０により
電気信号に変換して差動合成される信号は、光ファイバ
８ａおよび８ｂの中間周波数光が各々の受光素子により
電気信号に変換されたものの和となる。これに対して、
局発光に含まれる強度雑音光はその位相に相関があり、
カプラーを通った後にも同位相であり、したがって、一
対の受光素子ＩＯおよび２０により電気信号に変換して
差動合成されると、信号光に混入している強度雑音光は
相殺されて低減することになる。したがって、ＤＢＯＲ
を使用したコヒーレント光通信は、信号光のＳ／Ｎ比を
向上させることが可能なので、信号光を確実に伝送でき
る１本の光フアイバケーブルを長くすることができ、よ
り少ない中継器の使用により長距離通信を行うことが可
能となる。

第１１図はＤＢＯＲに使用する従来の受光素子の一例を
示す図であり、第１１図（ａ）は受光素子としてフォト
コンダクタを使用したものを示す平面図、第１１図（ｂ
）は第１１図（ａ）の等価回路図である。

第１１図（ａ）に示されるように、ＤＢＯＲに使用する
従来の受光素子は、２つの独立したフォトコンダクタｔ
ｏｉおよび１０２を３つの端子１４１．１４２および１
４３に対して４本の接続ワイヤ１５１．１５２．１５３
および１５４により接続することにより構成されている
。

具体的に、フォトコンダクタ１０１の電極１０１ａは接
続ワイヤ１５１により端子１４１と接続され、電極１０
１ｂは接続ワイヤ１５２により端子１４２と接続されて
いる。また、フォトコンダクタ１０２の電極１０２ａは
接続ワイヤ１５３により端子１４２と接続され、電極１
０２ｂは接続ワイヤ１５４により端子１４３と接続され
ている。これにより、第１１図（ｂ）の等価回路図に示
されるような一対の受光素子で構成された受光部が形成
される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したように、近年、信号光のＳ／Ｎ比を向上させる
ことのできるＤＢＯＲを使用したコヒーレント光通信が
注目されている。

しかし、ＤＢＯＲに使用する従来の受光素子は、第１１
図（ａ）に示されるように、２つの独立したフォトコン
ダクタ１０１および１０２と３つの端子１４１゜１４２
および１４３とは、４本の接続ワイヤ１５１．１５２゜
１５３および１５４で接続されている。そのため、４本
の接続ワイヤ１５１，１５２．１５３および１５４を対
称とすることが困難であり、フォトコンダクタ１０１と
フォトコンダクタ１０２とにそれぞれ寄生する不要成分
、すなわち、寄生キャパシタンスおよび寄生インダクタ
ンス等の値を互いに等価にすることができない。

ところで、ＤＢＯＲは１８０度の位相差を有する２つの
中間周波数光を一対のフォトコンダクタ１０１および１
０２にそれぞれ供給し、一対のフォトコンダクタ１０１
および１０２で変換された電気信号を差動合成すること
により強度雑音光を相殺して低減するものである。その
ために、一対のフォトコンダクタ１０１および１０２の
寄生キャパシタンスおよび寄生インダクタンス等の不要
成分の値が異なっていると、差動合成を行った場合に強
度雑音光を相殺して低減することができないことになる
。

本発明は、上述した従来形の集積型受光素子の有する問
題点に鑑み、一対の受光素子を同一基板上に隣接して形
成し、それらの受光素子と端子との接続を基板上に対称
に形成したパターン配線で行うことによって、２つの受
光素子のそれぞれ寄生する不要成分を互いに等価にする
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る集積型受光素子の原理を示す図で
ある。

本発明によれば、基板３上に形成された第１の受光素子
ｌと、該第１の受光素子１と同一素子で該第１の受光素
子１に隣接して前記基板３上に形成された第２の受光素
子２と、前記第１の受光素子ｌの一方の電極１ａと第１
の端子４１とを接続する第１のパターン配線５１と、前
記第１の受光素子１の他方の電極１ｂと第２の端子４２
とを接続する第２のパターン配ｖＡ５２と、前記第２の
受光素子２の一方の電極２ａと前記第２の端子４２とを
接続する第３のパターン配線５３と、前記第２の受光素
子２の他方の電ｔｆＩ２ｂと第３の端子４３とを接続す
る第４のパターン配線５４と、を備え、前記第１のパタ
ーン配線５１と前記第４のパターン配線５４、および、
前記第２のパターン配線５２と前記第３のパターン配線
５３を前記基板３上に対称に形成し、前記第１の受光素
子１と前記第２の受光素子２とにそれぞれ寄生する不要
成分を互いに等価にすることを特徴とする集積型受光素
子が提供される。

（作　用）上述した構成を有する本発明の集積型受光素子によれば
、基板３上に形成された第１の受光素子１および第２の
受光素子２は、端子４１．４２および４３に対してパタ
ーン配線５１．５２．５３および５４により接続される
。そして、これらのパターン配線５１゜５２．５３およ
び５４は基板３上に対称に形成されるので、第１の受光
素子１と第２の受光素子２とにそれぞれ寄生する不要成
分は互いに等価なものとなる。

したがって、ＤＢＯＲに本発明の集積型受光素子を使用
すれば、第１の受光素子ｌと第２の受光素子２とにそれ
ぞれ寄生する不要成分を互いに等価にすることができ、
さらに、集積型受光素子がモノリシックなので、信号光
に含まれる強度雑音光を有効に相殺して低減することが
できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る集積型受光素子の実
施例を説明する０本発明の集積型受光素子は、例えば、
ＤＢＯＲの受光素子として使用するものである。

第２図は本発明の集積型受光素子の第１の実施例を示す
図であり、第２図（ａ）はフォトコンダクタを使用した
集積型受光素子の平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
の等価回路図である。また、第３図は第２図（ａ）にお
ける■−■線に沿って切断した１つの素子の断面図であ
る。

第２図（ａ）に示されるように、集積型受光素子の第１
の実施例は、同一の基板３上に一対のフォトコンダクタ
１１および２１が隣接して形成されている。フォトコン
ダクタ２１は、第３図の断面図に示されるように、半絶
縁性のインジウム・燐（ＳｅＩｌｔＩｎｓｕｌａｔｉｎ
ｇ−１ｎＰ　：　Ｓ、１．−１ｎＰ　）基板３上にはＮ
型ガリウム・インジウム・砒素（Ｇａ１ｎＡｓ　）ｍｌ
域２１ｃが形成され、さらに、Ｇａ１ｎＡｓｐＪ域２１
ｃの両側上部には、金および金ゲルマニウムの積層体（
Ａｕ／ＡｕＧｅ：２７００人／３００人）で形成された
電極２１ａおよび２１ｂが配設されている。また、フォ
トコンダクタ１１の構成はフォトコンダクタ２１と同一
で対称とされていて、電極１１ａおよびｌｌｂはそれぞ
れ電極２１ｂおよび２１ａに対応している。

フォトコンダクタ１１の電極１１ａはパターン配線５１
により端子４１と接続され、電極１１ｂはパターン配線
５２により端子４２と接続されている。また、フォトコ
ンダクタ２１の電極２１ａはパターン配線５３により端
子４２と接続され、電極２１ｂはパターン配線５４によ
り端子４３と接続されている。このパターン配線５１．
５２．５３および５４は、金およびチタンの積層体（Ａ
ｕ／Ｔｉ　）で形成されている。また、第３図に示され
るように、パターン配線と基板３との間には、厚さ約３
０００人のシリコン窒化膜（ＳｉＪ＊膜）２１ｄが形成
されている。ここで、パターン配線５１゜５２、５３お
よび５４はＳｉ、Ｎ、膜２１ｄを介してＳ、１．−１ｎ
Ｐ基板３上に形成されているので、一般的なＮ゛型の基
板に比してパターン配線に寄生する容量が無視し得る程
度に小さく、高速動作を行えるようになされている。以
上により、第２図（ｂ）の等価回路に示されるような一
対のフォトコンダクタ１１および２１で構成された集積
型受光素子が形成される。

第２図（ａ）から明らかなように、パターン配線５１と
パターン配線５４、および、パターン配線５２パターン
配線５３は、同一の基板３上に形成された一対のフォト
コンダクタ１１および２１を結ぶ線分りの垂直二等分線
ｌについて対称となるように形成されている。これによ
り、フォトコンダクタ１１とフォトコンダクタ２１とに
それぞれ寄生する寄生キャパシタンスおよび寄生インダ
クタンス等の不要成分を互いに等価にすることができる
。さらに、集積型受光素子がモノリシックなので、本実
施例の集積型受光素子をＤＢＯＲに使用すれば、信号光
に含まれる強度雑音光を有効に相殺して低減することが
できる。

以下、第４図〜第９図は本発明の集積型受光素子の他の
３つの実施例を示すものであり、上述した第１の実施例
の受光素子（フォトコンダクタ）の代わりに他の３種類
の受光素子をそれぞれ使用したものである。これら第４
図〜第９図において、受光素子以外の構成は第２図およ
び第３図で説明したのと同様であり、また、パターン配
線５１．５２゜５３および５４の対称性についても全て
の実施例に共通であるので、以下の記載では説明を省略
する。

第４図は本発明の集積型受光素子の第２の実施例を示す
図であり、第４図（ａ）はＭＳＮフォトダイオードを使
用した集積型受光素子の平面図、第４図（ｂ）は第４図
（ａ）の等価回路図である。

また、第５図は第４図におけるｖ−■線に沿って切断し
た１つの素子の断面図である。

ＭＳＮフォトダイオード２２は、第５図の断面図に示さ
れるように、ＳＪ、−ＩｎＰ基板３上にドープ量が１０
”ｅｌｌ−３程度で厚さが約２．ｃｒｍのＮ型Ｇａ１ｎ
ＡｓＳＪ域２２ｃが形成され、さらに、Ｎ型ＧａＩｎＡ
ｓ領域２２ｃ上に金、プラチナおよびシリコン合金の積
層体（＾Ｕ／Ｐｔ／ａ−３ｉ）で形成された櫛状の電極
２２ａおよび２２ｂが交互に形成されたものである。こ
こで、Ｎ型Ｇａ１ｎＡｓ領域２２ｃ上の電極２２ａおよ
び２２ｂの間、並びに、パターン配線５１．５２．５３
および５４とＳ、１．−１ｎＰ基板３との間には、厚さ
が３０００人程度Ｏ３ｉ３Ｎ、膜２２ｄが形成されてい
る。また、ＭＳＮフォトダイオード１２の構成はＭＳＮ
フォトダイオード２２と同一で対称とされていて、電極
１２ａおよび１２ｂはそれぞれ電極２２ｂおよび２２ａ
に対応している。

以上により、第４図（ｂ）の等価回路に示されるような
一対のＭＳＮフォトダイオード１２および２２で構成さ
れた集積型受光素子が形成される。

第６図は本発明の集積型受光素子の第３の実施例を示す
図であり、第６図（ａ）はフォトトランジスタを使用し
た集積型受光素子の平面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ
）の等価回路図である。また、第７図は第６図における
■−■線に沿って切断した１つの素子の断面図である。

フォトトランジスタ２３は、第７図の断面図に示される
ように、Ｓ、１．−ＩｎＰ基板３上にＰ型ＧａＩｎＡｓ
４Ｎ域２３ｃが形成され、また、Ｇａ１ｎＡｓｊｌ域２
３ｃ上には金および金ゲルマニウムの積層体（＾ｕ／Ａ
ｕＧｅ）で形成された櫛状の電極２３ａおよび２３ｂが
交互に形成されている。さらに、電極２３ａおよび２３
ｂの下方のＰ型Ｇａ１ｎＡｓｅＪｌ域２３ｃ内には、そ
れぞれＮ型Ｇａ１ｎＡｓ領域２３ｅが形成されている。

ここで、Ｐ型ＧａＩｎＡｓ領域２３ｃ上の電極２３ａお
よび２３ｂの間、並びに、パターン配線５１．５２．５
３および５４とＳ、！、−１ｎＰ基板３との間には、厚
さが３０００人程度Ｏ３ｉＪｎ膜２３ｄが形成されてい
る。また、フォトトランジスタ■３の構成はフォトトラ
ンジスタ２３と同一で対称とされていて、電極１３ａお
よび１３ｂはそれぞれ電極２３ｂおよび２３ａに対応し
ている。

以上により、第６図（ｂ）の等価回路に示されるような
一対のフォトトランジスタ１３および２３で構成された
集積型受光素子が形成される。

第８図は本発明の集積型受光素子の第４の実施例を示す
図であり、第８図、（ａ）はＰＩＮフォトダイオードを
使用した集積型受光素子の平面図、第８図（ｂ）は第８
図（ａ）の等価回路図である。

また、第９図は第８図におけるＩＸ−ＩＸ線に沿って切
断した１つの素子の断面図である。

ＰＩＮフォトダイオード２４は、第９図の断面図に示さ
れるように、Ｓ、１．−ＩｎＰ基板３上にはＮ゛型Ｉｎ
Ｐ゛領域２４ｈが形成され、このＮ゛型１ｎＰ領域２４
ｈ内にはＮ−型１ｎＰ領域２４ｇ、　Ｎ−型Ｇａｏ、　
ｎｔＩｎｏ、　５ｓＡｓｓｉ域２４ｆおよびＮ型１ｎＰ
　ｊｉｌ域２４ｅがそれぞれ形成されている。Ｎ型１ｎ
Ｐ　領域２４ｅの中央部である受光領域には、Ｚｎ拡散
領域２４ｃが形成されている。電極２４ａは金および金
ゲルマニウムの積層体（Ａｕ／ＡｕＧｅ　）より成り、
Ｎ４型ＩｎＰ　８５域２４ｈ、　Ｎ−型１ｎＰ領域２４
ｇ、Ｎ−型Ｇａｓ、　ａｗｉｎｇ、　５ｓＡｓｓｌ域２
４ｆおよびＮ型１ｎＰ領域２４ｅの端部が接触するよう
なＳ、Ｉ、−１ｎＰ基板３上に形成されている。この電
極２４ａには、パターン配線５３が接続されている。ま
た、電極２４ｂは金、亜鉛および金の積層体（＾ｕ／Ｚ
ｎ／Ａｕ　）より成るドーナッツ形状の電極で、Ｚｎ拡
散領域２４ｃの周囲に接続するようになされている。こ
の電極２４ｃには、パターン配ｖＡ５４が接続されてい
る。ここで、電極２４ａおよび２４ｂの周囲、並びに、
パターン配線５１，５２．５３および５４と８．１／−
１ｎＰ基板３との間には、５ｉＪ４膜２４ｄが形成され
ている。また、ＰＩＮフォトダイオード１４の構成はＰ
ＩＮフォトダイオード２４と同一であり、電極１４ａお
よび１４ｂはそれぞれ電極２４ａおよび２４ｂに対応し
ている。

以上により、第８図（ｂ）の等価回路に示されるような
一対のＰＩＮフォトダイオード１４および２４で構成さ
れた集積型受光素子が形成される。

上述した４つの実施例は、集積型受光素子として、フォ
トコンダクタ、ＭＳＮフォトダイオード、フォトトラン
ジスタおよびＰＩＮフォトダイオードを使用したもので
あるが、本発明の集積型受光素子は上記した４種類の受
光素子に限定されるものではない。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明に係る集積型受光素子は
、一対の受光素子を同一基板上に隣接して形成し、それ
らの受光素子と端子との接続を基板上に対称に形成した
パターン配線で行うことによって、２つの受光素子のそ
れぞれ寄生する不要成分を互いに等価にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る集積型受光素子の原理を示す図、第２図は本発明の集積型受光素子の第１の実施例を示す
図、第３図は第２図における■−■線に沿って切断した１つ
の素子の断面図、第４図は本発明の集積型受光素子の第２の実施例を示す
図、第５図は第４図における■−■線に沿って切断した１つ
の素子の断面図、第６図は本発明の集積型受光素子の第３の実施例を示す
図、第７図は第６図における■−■線に沿って切断した１つ
の素子の断面図、第８図は本発明の集積型受光素子の第４の実施例を示す
図、第９図は第８図におけるＩＸ−ＩＸ線に沿って切断した
１つの素子の断面図、第１０図はコヒーレント光通信に使用するＤＢＯＲの要
部を概略的に示す図、第１１図はＤＢＯＲに使用する従来の受光素子の一例を
示す図である。（符号の説明） ■・・・第１の受光素子、２・・・第２の受光素子、３・・・基板、１１．２１・・・フォトコンダクタ、１２．２２・・・ＭＳＮフォトダイオード、１３．２３
・・・フォトトランジスタ、１４．２４・・・ＰＩＮフ
ォトダイオード、４１．４２．４３・・・端子、５１．５２．５３．５４・・・パターン配線。

Claims

【特許請求の範囲】１、基板（３）上に形成された第１の受光素子（１）と
、該第１の受光素子（１）と同一素子で該第１の受光素子
（１）に隣接して前記基板（３）上に形成された第２の
受光素子（２）と、前記第１の受光素子（１）の一方の電極（１ａ）と第１
の端子（４１）とを接続する第１のパターン配線（５１
）と、前記第１の受光素子（１）の他方の電極（１ｂ）と第２
の端子（４２）とを接続する第２のパターン配線（５２
）と、前記第２の受光素子（２）の一方の電極（２ａ）と前記
第２の端子（４２）とを接続する第３のパターン配線（
５３）と、前記第２の受光素子（２）の他方の電極（２ｂ）と第３
の端子（４３）とを接続する第４のパターン配線（５４
）と、を備え、前記第１のパターン配線（５１）と前記第４の
パターン配線（５４）、および、前記第２のパターン配
線（５２）と前記第３のパターン配線（５３）を前記基
板（３）上に対称に形成し、前記第１の受光素子（１）
と前記第２の受光素子（２）とにそれぞれ寄生する不要
成分を互いに等価にすることを特徴とする集積型受光素
子。２、前記第１のパターン配線（５１）と前記第４のパタ
ーン配線（５４）、および、前記第２のパターン配線（
５２）と前記第３のパターン配線（５３）は、前記第１
の受光素子（１）と前記第２の受光素子（２）とを結ぶ
線分（Ｌ）の垂直二等分線（ｌ）について対称となって
いる特許請求の範囲第１項に記載の素子。３、前記第１および第２の受光素子（１、２）は、フォ
トコンダクタで構成されている特許請求の範囲第１項に
記載の素子。４、前記第１および第２の受光素子（１、２）は、ＭＳ
Ｍフォトダイオードで構成されている特許請求の範囲第
１項に記載の素子。５、前記第１および第２の受光素子（１、２）は、フォ
トトランジスタで構成されている特許請求の範囲第１項
に記載の素子。６、前記第１および第２の受光素子（１、２）は、ＰＩ
Ｎフォトダイオードで構成されている特許請求の範囲第
１項に記載の素子。７、前記第１、第２、第３および第４のパターン配線（
５１、５２、５３、５４）は、前記基板（３）上に蒸着
された金属パターンで形成されている特許請求の範囲第
１項に記載の素子。