KR960008579B1

KR960008579B1 - 광전자집적회로소자

Info

Publication number: KR960008579B1
Application number: KR1019920013846A
Authority: KR
Inventors: 고로 사사끼
Original assignee: 스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤; 쿠라우찌 노리타카
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1996-06-28
Also published as: EP0751636A2; EP0525807A2; EP0525807A3; CA2074985A1; CA2074985C; DE69231527D1; EP0751636B1; DE69219687T2; EP0751636A3; DE69219687D1; DE69231527T2; EP0525807B1; US5432470A

Abstract

내용 없음.

Description

광전자집적회로

제1도는 종래의 광전자집적회로(optoelectronic integrated circuit : OEIC) 어레이의 일반적인 회로도.

제2도는 종래의 제1의 OEIC어레이의 개략적인 회로도.

제3도는 종래의 제2의 OEIC어레이의 개략적인 회로도.

제4도는 종래의 제2의 OEIC어레이에서 누화가 발생하는 원리를 설명하기 위한 회로도.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 의한 OEIC어레이의 개략적인 회로도.

제6도는 접속된 저항소자의 저항치를 매개변수로 하는 누화의 주파수특성을 도시한 그래프.

제7도는 본 발명의 제1실시예에 의한 OEIC어레이의 일예의 회로도.

제8도는 제7도의 변형예를 도시한 회로도.

제9도는 본 발명의 제2실시예에 의한 OEIC어레이의 회로도.

제10도는 본 발명의 제3실시예에 의한 OEIC어레이의 회로도.

제11도는 본 발명의 제4실시예에 의한 OEIC어레이의 회로도.

제12도는 제11도의 변형예를 도시한 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,30 : OEIC어레이(광전자집적회로소자)

11,31 : 공통전원노드 12,32 : 전원공급단자

13 : 전원공급배선 14 : 전원

AMP₁: 제1채널의 증폭기 D₁₁∼D₁₆: 제1채널의 레벨시프트다이오드

O/P₁: 제1채널의수신출력신호 PD₁: 제1채널의 포토다이오드

Q₁₁∼Q₁₅: 제1채널의 트랜지스터 R : 저항소자

R₁₁∼R₁₄: 제1채널의 저항

V_C1: 각 채널의 레벨시프트단 및 이미터폴로워단에 공급되는 전원

V_C2, V_D2: 각채널의 증폭단에 공급되는 전원

V_D1: 각 채널의 레벨시프트단 및 소스폴로워단에 공급되는 전원

본 발명은 광파이버통신의 수광부등에 이용되는 광전자집적회로소자에 관한 것이다.

종래, 광파이버통신의 수광부등에 사용되는 광전자집직회로소자(이하 OEIC어레이로 칭함)로서는, 문헌 Optical Fiber Communication Conference, Tuesday, February 19, 1991, Lecture No. Tub2, High-speed eight-channel optoelectronic integrated receiver arrays comprising GalnAs PIN PDs and AllnAs/GaInAs HEMTs에 개시되어 있으며. 그의 개략적인 회로도가 제1도에 도시되어 있다.

이 OEIC어레이(40)는 8채널의 수광회로가 모놀리식으로 집적된 것이며, 각 채널은 수신된 광신호를 전기신호로 변환하는 포토다이오드(PD(PD₁∼PD₈))와, 저항, 고전자이동도 트랜지스터를 가지고 상기 전기신호를 증폭하는 증폭기(AMP)로 구성된다.

이와같은 종래의 OEIC어레이 (40)에 있어서는, 각 전치증폭기(AMP)의 전원노드(41)가 서로 접속되어 동일의 전위를 가지고 있다. 이와 같은 회로구성 때문에, 어느 한 채널에 입력된 신호가 다른 채널로 누설하는 소위 누화가 -30dB 정도로 높은 레벨을 가지는 것이 문제로 되고 있었다.

이러한 누화의 원인은 다음과 같은 것이라고 생각된다. 즉, 이 OEIC어레이(40)의 내부회로와 외부회로에는 직류성분의 임피던스를 저감하기 위하여 큰덴서 (C₁), (C₂)가 삽입되어 있으며, 전원회로 전체는 이 콘덴서 (C₁), (C₂)를 통해서 접지되어 있다. 한편, 전원공급단자(42)에는 한정된 길이의 전원배선(44)을 통해서 전원(43)으로부터 전류가 통상 공급된다. 이 전원배선(44)은 분포상수로서 인덕턴스(L)를 가지고 있으며, 이 인덕턴스(L)와 큰덴서 (C₂)가 특정 주파수에서 공진하고, 이 공진주파수에서, 전원공급단자(42)와 접지간의 임피던스는 무한대로 된다. 여기에서, 어느 한 채널에 신호가 입력되면, 이 신호에 대응하는 출력전압이 출력단자(45)에 발생하고, 부하(46)에 신호전류가 긍급된다. 이 신호전류는 전원(43)에 의해 공급된다.

이 전원(43)으로부터의 신호전류가 공급될때에, 상기 전원공급단자(42)와 접지간의 임피던스와 이곳을 흐르는 전류치와의 곱과 동일한 전압이 전원공급단자(42)에서 발생한다.

따라서, 상기 공진주파수에서 전원공급단자(42)와 접지간의 임피던스가 무한대이기 때문에, 입력되는 신호전류에 대응하는 매우 큰 전압변동이 발생한다. 일반적으로, 전치증폭기(AMP)는 전원전압의 변동에 대응하는 변동출력전압을 가진다. 그 결과, 이 공진주파수에서 한 채널에 입력된 전기신호에 의해 공통 전원배선을 통해 전체의 다른 채널의 출력전압의 변동이 초래되는 큰 전원전압의 변동을 일으킨다. 이에 의해 누화발생원인이 된다.

제2도는 제1도의 OEIC어레이(40)에 대응하는 회로의 상세구조를 도시한다.

이 OEIC어레이에 있어서는, 8채널의 모놀리식으로 집적되어 있다 이 8채널증 제1채널은 PIN형 포토다이오드(PD₁)와, 저항(R₁₁)∼(R₁₄), 고전자이동도 트랜지스터(HEMT)(Q₁₁)∼(Q₁₅)로 구성되어 있다. 이중에서 트랜지스터 (Q₁₁) 및 저항(R₁₂)은 증폭단을 구성하고 있다. 또, 트랜지스터 (Q₁₂)∼(Q₁₅) 및 저항(R₁₃), (R₁₄)은 2단 구성의 소스폴로워를 구성하고 있다. 나머지의 채널도 상기 제1채널과 동일한 구성을 가진다.

이런 종류의 종래의 OEIC어레이의 다른 예가, Electronics Letters, Vol.26, pp. 1833∼1834, October 1990, Monolithic Integration of an InP/lnGaAs Four-Channel Transimpedance Optical Receiver Array에 개시되어 있으며, 그의 회로도를 개략적으로 제3도에 도시하였다.

이 OEIC어레이에 있어서는, 수광기를 구성하는 4채널이 모놀리식으로 집적되어 있다. 상기 4채널증에서 제1채널은, PIN형 포토다이오드(PD₁), 입력저항(R_f1), 접합형 트랜지스터 (Q₁₁)∼(Q₁₉) 및 레벨시프트다이오드(LSD₁)로 구성되어 있다. 트랜지스터(Q₁₁)∼(Q₁₃)는 포토다이오드(PD₁)에 의해 광전변환된 전기신호를 증폭하는 증폭단을 구성하고 있다. 또, 트랜지스터(Q₁₄), (Q₁₅) 및 다이오드(LSD₁)는 증폭단으로부터 출력된 증폭신호의 직류전압을 시프트하는 레벨시프트단을 구성하고 있다. 트랜지스터(Q₁₆)∼(Q₁₉)는 수광출력(O/P₁)의 팬아웃(fan out)을 확보하기 위한 소스폴로워를 구성하고 있다. 나머지 채널도 상기 제1채널과 마찬가지외 회로구성을 가진다.

제3도의 종래의 OEIC어레이에 있어서는, 각 채널에 공통인 전원배선을 통하여 각 전치증폭기의 증폭단 및 레벨시프트단에 전원(V_DD1)이 공급되고 있다. 또한, 각 채널에 공통인 다른 전원배선을 통해서 소스폴로워단에 전원(V_DD2)이 공급되고 있다. 제2도의 종래의 OEIC어레이에 있어서는, 각 채널에 공통인 전원배선을 통해서 각 전치증폭기의 단전체에 전원(V_DD2)이 공급되고 있다. 이와 같이 구성된 상기 종래의 OEIC어레이에 있어서는, 입력신호에 기인해서 레벨시프트단 및 소스폴로워단에 후술하는 바와 같이 큰 변조전류가 생긴다. 따라서, 이 변조전류에 의해서 이들 각 단에 대한 전원은 큰 전원전압변동을 일으킨다.

이 전원전압변동은 이들 단에 접속된 각 채널의 공통전원에 영향을 준다. 즉, 한 채널의 입력신호에 의해 생긴 전원전압변동을 다른 채널의 전원에 영향을 주므로, 다른 채널의 출력단자에 전압변동을 초래한다. 따라서, 각 채널간에 누화가 발생한다. 그 결과, 이 누화에 의해서, 각 채널의 수광회로의 최소수신감도가 열화하는 문제가 발생한다.

이러한 누화의 주원인은 다음과 같다.

제2도에 도시한 HEMT를 이용한 OEIC어레이에 대해서, 제4도를 참조해서 이하 설명한다. 여기서는, 예를 들면, 제1채널에 입력된 광신호가 포토다이오드(PD₁)에 의해 전기신호로 변환되고, 증폭단 및 폴로워단으로 이루어진 전치증폭기로 상기 전기신호를 증폭할때 입력신호에 의해서 변조전류(△Im₁)가 발생하는 것으로 가정한다. 이 변조전류(△Im₁)의 90%가 소스폴로워단에서 발생한다. 그래서, 이 변조전류(△Im₁)가 저항(R_P)의 배선을 통해 흐름으로써 전압변동(V_D)을 발생한다. 이 배선저항(R_P)은 각 전치증폭기에 공통으로 전원을 공급하기 위한 전원단자(V_DD)부에 등가적으로 표시된다. 상기 변조전류(△Im₁)는 이 배선저항을 통해 흐르므로, 전압변동(V_D(=△Im₁×Rp))을 발생한다. 이 전압변동(V_D)은 그대로 다른 채널의 전치증폭기의 전원전압변동으로 된다. 일반적으로, 전원전압이 변동하며, 전치증폭기의 출력전압이 변동된다. 따라서, 한 채널에 광신호가 입력되면, 다른 채널의 전치증폭기의 전원전압이 변동되고, 이 변동된 전원전압이 서로 다른 채널의 출력전압을 변동시켜서 누화가 발생된다.

또한 접합형 트랜지스터를 사용한 제3도의 OEIC어레이에 있어서도, 입력신호에 기인한 변조전류가 발생된다. 이 변조전류의 90%는 레벨시프트단이나 소스폴로워단에서 발생한다. 각 전치증폭기의 증폭단과 레벨시프트단에 공통전원배선을 통해서 전원전압(V_DD1)이 공급된다. 따라서, 한 전치증폭기의 레벨시프트단에 변조전류가 발생할때에, 상기한 바와 같은 공통전원배선에 전압변동(△V_D)이 발생한다. 이 전압변동(△V_D)은 이 공통전원배선을 통해서 다른 채널의 전치증폭기의 전원전압을 변동시킨다. 즉, 한 채널에 입력된 광신호가 다른 채널의 출력전압을 변동시키므로 누화가 발생한다.

전치증폭기의 전원전압이 변동할때에 출력전압이 변동하는 이유는 다음과 같다.

즉, 제4도에 도시한 바와 같이, 각 전치증폭기는 증폭단, 레릴시프트단, 소스폴로워단을 포함한다. 레벨시프트단파 소스폴로워단의 출력전압은 거의 변동하지 않는다.

그러나, 증폭단의 출력전압은 50∼100%의 범위에서 변동하고, 전압변동에 대해서 민감하다. 이 때문에, 한 채널의 증폭기의 출력에서 전원전압변동에 기인한 전압변동이 생기면, 이 전압변동은 소스폴로워단과 레벨시프트단에 직접 영향을 준다. 즉, 전치증폭기의 전원전압이 변동하면, 출력전압이 변동된다.

이러한 요인에 의거한 누화 때문에, 상기 설명한 바와 같이, 각 채널의 수광회로의 최소수신감도가 열화된다.

상기 변조전류(△Im₁)는 동일한 반도체칩상에 모놀리식으로 집적된 콘덴서에 의해 접지로 바이패스된다.

그러나, 반도체칩상에 집적된 바이패스콘덴서는 제한된 용량만을 가지므로, 충분히 큰 용량을 콘덴서에 부여하는 것이 불가능하다. 이 때문에, 발생한 변조전류 전체가 바이패스될 수 없고 그 전류의 일부만이 바이패스될 수 있다. 따라서, 제거되지 않은 잔류의 변조전류가 상기 누화발생의 원인으로 된다. 한편, 변조전류를 전부 제거하기 위하여 콘덴서용량을 증대시키면, 반도체칩이 극단적으로 크게되어 실제 사용에 적합하지 않다.

본 발명의 목적은 채널간의 누화를 저감시킬 수 있는 복수의 모놀리식 집적채널을 포함한 광전자집적회로소자를 제공하는데 있다. 여기서 상기 누화는 한 채널유닛의 광수신회로의 동작이 다른 채널유닛의 광수신회로의 동작에 영향을 주는 현상이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1측면에 따른 광전자집적회로는, 수광한 광신호를 변환하는 수광소자와 상기 수광소자의 출력신호를 증폭하는 증폭기를 가각 포함하는 복수의 채널유닛으로 이루어진 회로이고, 상기 채널유닛은 동일의 반도체기판위에 형성되고 ; 동작전원을 전송하는 내부전원공급용 버스와 동작전원을 공급하는 외부전원에 접속된 광전자집적회로소자의 전원공급단자는 저항소자를 통하여 서로 접속되는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 인덕트와 콘덴서(커패시터)를 포함하는 회로와 외부전원회로에서 공진현상이 일어난다. 공진주파수에서 LC조합의 임피던스는 이론적으로 무한대이다.

본 발명의 상기 구성에 의해, 저항소자 R는 LC조합과 접속된다. 저항성분의 존재시에, 공진주파수에서 임피더스는 낮아진다. 이와같은 관점에서, 본 발명에 의한 OEIC어레이는 전원공급단자와 전원사이에 저항소자를 삽입함으로써, 공진시의 임피던스를 낮춘다.

본 발명의 제2측면에 따른 광전자집적회로는, 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자와, 수광소자의 출력신호를 증폭하는 증폭단회로와 채널의 출력임퍼던스를 낮게하는 이미터폴로워단을 가지는 증폭기를 포함하고, 복수의 채널유닛이 동일의 반도체기판위에 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 전압변동에 민감한 각 증폭기의 증폭단에 공급되는 전원은 이미터폴로워등의 증폭단이외의 각 전치증폭기의 증폭단에 공급되는 전원과 독립적으로 공급된다. 따라서, 어느 한 채널에 입력된 광신호에 기인하여 이미터폴로워단등에서 변조전류가 발생되면, 이미터폴로워단등에 대한 전원에 전압변동이 발생해도, 전압변동에 민감한 다른 채널유닛의 증폭단에서 공급전압이 변동되지 않는다. 따라서, 광신호가 한 채널에 공급되어도 다른 채널유닛의 출력전압이 변동되지 않으므로, 채널간의 누화가 발생하지 않는다.

본 발명의 제3측면에 따른 광전자집적회로는, 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자와, 수광소자의 출력신호를 증폭하는 증폭단회로와 출력임피던스를 낮게하는 소스폴로워단을 가지는 증폭기를 포함하고, 복수의 채널유닛은 동일의 반도체기판위에 형성된 것을 특징으로 한다. 각 채널유닛의 증폭단계 회로에 동작전원을 전송하는 내부전원공급용 버스는 다른 회로에 동작전원을 전송하는 내부전원공급용 버스와 전기적으로 분리되어 있다.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 전압변동에 민감한 각 증폭기의 증폭단에 공급되는 전원은 소스폴로워단등의 증폭단이외의 각 증폭기의 단에 공급되는 전원과 독립적으로 공급된다. 따라서, 어느 한 채널유닛에 입력된 광신호에 기인하여 임의의 소스폴로워단에서 변조전류가 발생하여 소스폴로워단의 전압공급시에 전압변동이 발생해도, 전압변동에 민감한 다른 채널의 증폭단의 공급전압에 영항을 주지 않는다. 따라서, 광신호가 어느 한 채널에 입력되어도 다른 채널유닛의 출력전압은 변동되지 않으므로, 누화가 발생하지 않는다.

본 발AUD의 제4측면에 따른 광전자집적회로는, 수광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자와 상기 수광소자의 출력신호를 증폭하는 증폭기를 각각 가진 복수의 채널유닛을 포함하고, 상기 복수의 채널유닛은 동일의 반도체기판위에 형성된다. 동작전원을 각 채널유닛에 전송하는 내부전원공급용 버스는 서로 전기적으로 분리되어 있고, 동작전원을 공급하는 외부전원을 연결하는 전원공급단자는 각각의 채널유닛에 배치되어 있다.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 각각의 채널유닛은 증폭기를 동작하기 위하여 서로 분리된 전원공급단자를 가진다. 각각의 증폭기에 전원이 독립적으로 공급된다.

따라서, 어느 한 채널이 동작할 경우, 다른 채널에서 전원변동이 발생하지 않으므로, 누화를 방지할 수 있다.

본 발명은 첨부도면과 이하의 상세한 설명으로부터 한층더 충분히 이해될 수 있고, 이들은, 단지 예시의 목적으로 부여된 것이고, 본 발명을 한정하는 것으로서 판단하여서는 안된다.

또한, 본 발명의 적용범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

그러나, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정예는 단지 예시의 목적으로만 부여되는 것이고, 본 발명의 기술사상과 기술적 범위내에서의 다양한 변형과 수정은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 의한 OEIC어레이의 개략적인 회로도이다.

OEIC어레이는 채널수에 특히 제한은 없으나, 용도에 따라 4채널 내지 12채널로 하는 것이 일반적이다.

제5도는 제1채널과 최후의 제n채널(4∼12채널)을 도시하고 있으며, 제2채널 내지 제n-1채널은 도시를 생략하고 있다. 이들 채널은 동일한 반도체기관위에 모놀리식으로 집적되어 있고, 각 채널은 수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 포토다이오드(PD(PD₁∼PD_m))와, 전기신호를 증폭하기 위한 저항, 고전자이동도 트랜지스터등으로 이루어진 증폭기(AMP(AMP₁∼AMPn))로 구성되어 있다.

각 채널의 증폭기(AM₁P₁)∼(AMPn) 및 포토다이오드(PD₁)∼(PD_n)는 동일한 전위를 가진 공통전원노드(11)에 의해 서로 접속되어 있다. 이 공통전원노드(11)와 전원공급단자(12)는 서로 저항소자(R)를 개재해서 접속되어 있다.

이 저항소자(R)는 반도체기관상에 금속박막을 퇴적시킴으로써 형성되어 있으나, 반도체기판에 부착된 저항으로 해도 된다. 상기 전원공급단자(12)는, 반도체기판상에 설치된 금속전극패드로서 Au(금) 와이어등의 도선에 의해 외부전원회로에 접속되어 있고, 또한 OEIC어레이(10)에 전원을 공급하기 위한 입력단자로 된다. 또한, 내부전원회로 및 외부전원회로에는 임피던스를 저감하기 위하여 콘덴서(C₁), (C₂)가 각각 배치되어 있다. 각 전원회로는 콘덴서(C₁), (C₂)를 개재해서 접지되어 있다. 각각 채널에서는 포토다이오드(PD)의 출력신호를 증폭기(AMP)로 증폭하고, 이 증폭된 신호가 출력단자(15₁)∼(15_n)로 공급된다.

다음에, 저항소자(R)의 작용에 대해서 설명한다.

한정된 길이를 가진 전원공급배선(13) 예를 들면, Au와이어를 개재해서 전원(14)으로부터 전류가 전원공급단자(12)에 공급된다. 이 전원배선(13)은 분포상수로서 인덕턴스(L)를 가진다. 여기에서, 적어도 한 포토다이오드(PD)에 광신호가 입력되면, 전원(14)에 접속된 전원공급단자(12)로부터 전원이 상기 입력신호를 수신한 채널에 공급된다. 이때에, 상기 설명한 바와 같이, 전원배선(13)의 인덕턴스(L)와 콘덴서 (C₁)는 특정주파수에서 공진하나, 이 실시예에서는, 전원공급단자(12)와 공통전원공급노드(11) 사이에 저항소자(R)가 삽입되어 있다. 일반적으로, 인덕턴스와 콘덴서가 공진하는 경우에, 저항성분이 존재하면 공진시의 임피던스가 낮아진다. 공통전원노드(11)의 전압변동은 각 전원노드와 접지간의 임피던스에 비례하므로, 전원공급단자(12)와 공통전원노드(11) 사이에 저항소자(R)를 삽입함으로써 공진시의 임피던스를 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 공통전원노드(11)의 전압변동 즉, 증폭기(AMP)의 전원전압변동이 저감되고, 다른 채널은 이 전압변동에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 그 결과 누화도 저감된다. 콘덴서(C₁)의 용량은 일반적으로 100pF이며, 콘덴서 (C₁)는 반도체 기판상에 모놀리식으로 형성될 수 있으나 반도체기판상에 외부장착된 콘덴서칩으로 배치되어도 된다. 이 콘덴서(C₁) 때문에, 전원노드(31)는 교류접지전위를 가진다. 대부분의 경우, 콘덴서(C₂)의 용량은 콘덴서(C₁)의 10배 이상이며, 콘덴서(C₂)는 일반적으로 반도체칩상의 OEIC 어레이(10)의 외부에 장착된다.

이하, 상기 저항소자(R)의 저항치에 대해서 검토하면 다음과 같다. 전원공급단자(12)와 공통전원노드(11) 사이에 저항소자(R)를 삽입하면 공진시에 임피던스가 낮아지지만, 저항소자(R)의 값을 설정된 값 이상으로 증가시킨 경우에는 공통전원노드(11)와 접지사이의 임피던스가 증가하고, 그 결자 누화가 증대된다.

따라서, 이 저항소자(R)의 저항치에는 최적의 범위가 존재한다.

제6도는 저항소자(R)의 저항치를 매개변수로 한 누화의 주파수특성을 도시한 것이다. 상기 제6도로부터 알 수 있는 바와 같이, 저항소자(R)의 저항값이 1Ω∼10Ω인 경우에는, 100MHz 이하의 주파수에서 누화가 감소되고, 저항소자의 저항값이 30Ω 이상인 경우에는, 2MHz 부근에서 누화가 -30dB에 도달한다.

이상의 결과로부터 알 수 있는 바와같이, 저항소자(R)의 저항값이 1Ω∼10Ω인 경우에 최적이다.

제7도는 본 실시예에 의한 OEIC어레이(30)의 회로의 일예를 도시한 것으로서, 동도에서는 제1채널과 최후의 제n-1채널이 도시되어 있으며, 제2채널 내지 제n-1채널은 도시를 생략하고 있다. 이들 채널은 동일한 반도체기판위에 모놀리식으로 집적되어 있으며, 모든 채널은 제1채널과 동일한 구조를 가진다.

제1채널은, 포토다이오드(PD₁), 저항소자(R₁₁), (R₁₂), 트랜지스터(Q₁₁)∼(Q₁₅) 및 레벨시프트다이오드(D₁₁)∼(D₁₆)로 구성된다. 포토다이오드(PD₁)에는, InP층위에 형성된 흡광층으로서 GalnAs층을 가진 PIN형 포토다이오드가 이용되고, 트랜지스터 (Q₁₁)∼(Q₁₅)에는 N형 AlInAs층과 GaInAs층으로 이루어진 HEMT, 접합형 트랜지스터. InPlGaInAs 헤테로접합형의 헤테로접합 바이폴라트랜지스터등이 배치된다. 또한, 저항소자(R), (R₁₁), (R₁₂)는 스퍼터법등으로 형성된 금속박막저항등이 이용된다.

포토다이오드(PD₁) 및 저항소자(R₁₁)는 광검출단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₁) 및 저항소자(R₁₂)는 상기 광검출단계에서 검출된 입력신호를 증폭하는 증폭단을 구성한다. 또한, 트랜지스터(Q₁₂), (Q₁₃) 및 레벨시프트다이오드(D₁₁)∼(D₁₃)는 레벨시프트단을 구성하고, 레벨시프트다이오드(D₁₄)∼(D₁₆) 및 트랜지스터(Q₁₄), (Q₁₅)는 소스폴로워단을 구성하고 있다.

이상과 같이 구성된 OEIC어레이(30)에 있어서도, 전원공급단자(32)와 각 채널의 공통전원노드(31)는 저항소자(R)를 개재해서 서로 접속되어 있고, 이 저항소자(R)는 제5도의 회로와 마찬가지로 누화를 저감시키는 작용을 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의한 광전자집적회로소자는, 각 채널의 증폭기중에서 적어도 2개가 서로 접속되어 동일한 전위로 되는 공통전원노드를 가지고 있다. 상기 공통전원노드와 상기 광전자집적회로 소자에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자가 서로 저항소자를 개재해서 접속되어 있으므로, 상기 전원공급단자에 접속된 외부전원회로가 특정 주파수에서 공진할때에, 이 저항소자에 의해서 공진시에 임피던스를 낮출 수 있다. 따라서, 다른 채널의 증폭기에 공급된 전원전압변동도 저감됨으로써, 다른 채널의 출력에 주는 영향이 적게되어, 누화를 저감시키는 것이 가능하게 된다.

제8도는 제7도의 회로의 변형예로서, 헤테로 접합형 바이폴라트랜지스터로 이루어진 증폭기를 포함하고 있다. 포토다이오드(PD₁) 및 저항(R₁₁)은 광검출단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₁) 및 저항(R₁₂)은 증폭단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₂) 및 저항(R₁₃)은 레벨시프트단을 구성하고, 트랜지스터 (Q₁₄) 및 저항(R₁₄)은 이미터폴로워단을 구성하며, 이 회로는 제7도와 마찬가지의 효과를 제공하는 것이 가능하다.

제9도는 본 발명의 제2실시예에 의한 OEIC어레이의 회로도이다.

본 실시예에 의한 OEIC어레이는 채널수의 특별한 제한은 없으나, 용도에 따라 4∼12채널로 하는 것이 일반적이다. 제9도에서, 제1채널과 최후의 제n채널(n=4∼12)이 도시되어 있으며, 제2채널 내지 제n-1채널은 생략되어 있다. 이들 채널은 동일한 반도체칩(기판)위에 모놀리식으로 집적되어 있다. 반도체기판은, 0.8㎛ 파장대역의 광통신에 대해서는 GaAs로 형성되고, 1.3㎛ 및 1.55㎛ 파장대역의 광통신에 대해서는 InP로 형성된다. 이들 각 채널은 이하의 제1채널과 마찬가지의 구성을 가지고 또한 제1채널과 마찬가지의 회로동작을 한다.

제1채널은 포토다이오드(PD₁), 저항(R₁₁)∼(R₁₄) 및 바이폴라트랜지스터(Q₁₁)∼(Q₁₃)로 구성된다. 포토다이오드(PD₁)에는 MSM형(메탈반도체메탈형) 또는 PIN형 다이오드가 이용된다. 바이폴라트랜지스터(Q₁₁)∼(Q₁₃)에는 InP/GaInAs 헤테로 접합이나 AIGaAs/GaAs 헤테로 접합의 헤테로접합 바이폴라트랜지스터(HBT)가 이용된다. 또, InP 반도체기판상에 형성된 PIN형 포토다이오드 및 InP/GaInAs의 HBT의 조합은 동작성능면에서 가장 우수하다.

포토다이오드(PD₁) 및 저항(R₁₁)은 광검출단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₁) 및 저항(R₁₂)은 광검출단에서 검출된 입력신호를 증촉하는 증폭단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₂) 및 저항(R₁₃)은 레벨시프트단을 구성하며, 트랜지스터(Q₁₃) 및 저항(R₁₄)은 이미터폴로워단을 구성한다. 이러한 구성에 있어서, 포토다이오드(PD₁)고 검출된 광신호는 광전류로 변환되고, 이 광전류는 저항(R₁₁)에 의해 전압신호로 변환된다. 이 전압신호는 저항(R₁₂)을 부하로 하는 트랜지스터(Q₁₁)의 베이스에 공급되어, 설정된 배수로 증폭된다. 증폭된 입력신호는 다음의 레벨시프트단에서 시프트된 직류레벨을 가진다. 그 시프트량은 저항(R₁₃)의 저항치에 의해 대략 결정된다. 최후로, 이미터폴로워에 의해서 증폭기의 출력임피던스는 저감되고, 수신기출력신호(O/P₁)의 팬아웃이 확보된다.

본 실시예에서는, 각 증폭기의 증폭단을 제외한 레벨시프트단 및 이미터폴로워단에 전원(VC₁)이 공통으로 공급되고, 각 증폭기의 증폭단에 전원(VC₂)이 공통으로 공급된다. 즉. 증폭단에 전원(VC₂)을 공급하기 위한 전원배선은 증폭단계이외의 다른 단에 전원(VC₁)을 공급하기 위한 전원배선으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 따라서, 전압변동에 민감한 각 증폭기의 증폭단에 공급된 전원은, 각 증폭기의 레벨시프트단 및 이미터폴로워단에 공급되는 전원과 독립적으로 행해진다. 따라서, 어느 한 채널에 입력된 광신호에 의해서 다른 채널의 출력전압이 변동하지 않는다.

즉, 어느한 증폭기의 레벨시프트단이나 이미터폴로워단에 상기 변조전류(△Im)가 발생하는 경우에도, 이 변조전류에 기인한 전압변동(△V_D)은 다른 증폭기의 증폭단에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 각 증폭기의 증폭단에 공급되는 전압공급은 안정하고. 각 증폭단에서 노이즈신호성분이 불괼요하게 증가되지 않으므로, 정확한 광통신을 행할 수 있다.

제10도는 본 발명의 제3실시예에 의한 OEIC 어레이의 회로도이다.

제9도는 제2실시예에와 다른 점은 본 실시예에 의한 OEIC 어레이가 FET트랜지스터를 사용하고 있는 점이다.

제1채널은 포토다이오드(PD₁), 저항(R₁₁). (R₁₂), 전계효과트랜지스터(FET)(Q₁₁)∼(Q₁₅) 및 레벨시브트 다이오드(D₁₁)∼(D₁₃)로 구성된다. 포토다이오드(PD₁)에는 MSM형이나 PIN형 다이오드가 사용되고, FET(Q₁₁)∼(Q₁₅)에는 접합형 FET, MEMT, MOSFET MESFET 등이 사용된다. 또 InP반도체기판상에 형성된 PIN형 포토다이오드 및 HEMT의 조합은 동작성능면에서 가장 우수하다.

포토다이오드(PD₁) 및 저항(R₁₁)은 광검출단을 구성하고, FET(Q₁₁) 및 저항(R₁₂)은 광검출단에서 검출된 입력신호를 증폭하고 증폭단을 구성하고, FET(Q₁₂), (Q₁₃) 및 다이오드(D₁₁)∼(D₁₃)는 레벨시프트단을 구성하고, FET(Q14), (Q₁₅)D는 소스폴로워단을 구성한다.

본 실시예에 있어서는, 각 증폭기의 증폭을 제외한 레벨시프트단 및 소스폴로워단에는 전원(V_D1)이 공통으로 공급되고, 각 증폭기의 증폭단에는 전원(V_D2)이 공통으로 공급된다. 따라서 전압변동에 민감한 각 증폭기의 증폭단에 공급되는 전원은 각 증폭기의 레벨시프트단 및 소스폴로워단에 공급되는 전원과 독립적으로 공급된다.

따라서, 어느한 증폭기의 레벨시프트단이나 소스폴로워단에서 상기 설명한 변조전류(△Im)가 발생하는 경우에도, 이 변조전류에 기인한 전압변동(△V_D)은 다른 증폭기의 증폭단에 영향을 미치지 않는다.

상기 제2 및 제3실시예에 의한 회로는 종래 약 -30dB이었던 누화를 -40dB이하로 억제하는 것이 가능하며, 병렬광파이버통신에서는, 누화에 기인한 최소 수신 감도의 열화를 저감하는 것이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 및 제3실시예에 의하면, 전압변동에 민감한 각 증폭기의 증폭단에 공급되는 전원은 각 증폭기의 증폭단이외의 다른 단에 공급되는 전원과 독립적으로 공급되므로, 어느 한 채널에 입력된 광신호에 의해서 다른 채널의 출력전압의 변동은 일어나지 않으며, 누화되 발생하지 않는다. 이 때문에, 본 발명에 의한 OEIC 어레이는 누화발생에 기인한 최소수신감도의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.

제11도는 본 발명의 제4실시예에 의한 OEIC 어레이의 회로도이다.

제11도에 있어서, 제1채널 및 최후의 제n채널이 도시되어 있고, 제2채널 내지 제n-1채널은 생략되어있다. 이들 채널은 동일한 반도체칩(기판)위에 모놀리식으로 집적되어 있다. 이 반도체기판재료는, 0.8㎛파장대역의 광통신에서는 GaAs로 형성되고. 13㎛ 및 1.55㎛ 파장대역의 광통신에서는 InP로 형성된다.

제1채널은 포토다이오드(PD₁), 저항(R₁₁), (R₁₂), 트랜지스터 (Q₁₁), (Q₁₅) 및 레벨시프트다이오드(D₁₁)∼(D₁₃)로 구성된다 포토다이오드(PD₁)에는 MS형 또는 PIN형 포토다이오드가 사용되고, 트랜지스터(Q₁₁)∼(Q₁₅)에는 접합형 전계효과트랜지스터(FET), HEMT, MISFET, MESFET 등이 사용된다. 또, InP 반도체 기판상에 PIN형 포토다이오드 및 HEMT를 조합해서 형성하면 동작성능에 있어 가장 우수하다.

포토다이오드(PD₁) 및 저항(R₁₁)은 광검출단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₁) 및 저항(R₁₂)은 광검출단에서 검출된 입력신호를 증폭하는 증폭단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₂), (Q₁₃) 및 다이오드(D₁₁)∼(D₁₃)는 레벨시프트단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₄), (Q₁₅)는 소스폴로워단을 구성한다.

본 실시예에 있어서는, 증폭단, 레벨시프트단 및 소스폴로워단으로 구성되는 각 각각의 채널에는 전원단자가 설치되어 있다. 즉, 제1채널에는 전원단자(V_D1)(V_s1)가 설치되고, 제 n채널에는 전원단자(V_Dn), (V_sn)가 설치되어 있다. 따라서, 각 증폭기가 동일한 칩상에서 서로 접속되어 있지 않된 본 실시예에 의한 OEIC 어레이를 하이브리드기판상에 실장하는 경우, 충분히 큰용량을 가진 바이패스콘덴서를 각 증폭기에 접속하는 것이 가능하다. 즉, 각 전원단자(V_Dn), (V_sn)로부터 전원배선을 인출하여 하이브리드기판상에서 큰 용량이 바이패스콘덴서에 각 증폭기를 접속한다. 이들 콘덴서를 개재해서 공통전원에 각 채널의 전원배선을 접속한다. 이와같은 배선구성에 의해, 각 증폭기에는 큰 용량의 각 바이패스콘덴서를 통하여 전원이 공급된다.

이 때문에, 어느 한 채널에서 상기 변주전류(△Im)가 발생해도, 이 변조전류는 각 증폭기마다 큰 용량의 콘덴서에 의해서 바이패스된다. 따라서, 어느 한 채널에 발생된 노이즈가 다른 채널에 영향을 미치지 않으므로, 각 채널간의 누화는 거의 발생하지 않는다. 이와 같은 본 실시예에 의한 구성에 의하면, 종래 약 -30dB이었던 누화를 -40dB이하로 억제하는 것이 가능하며, 병렬광파이버통신에서, 최소수신감도의 열화를 저감하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 OEIC 어레이를 하이브리드기판상에 실장하는 않은 경우에도, 각 증폭기에 전원을 독립적으로 공급하는 것은 가능하다. 이 때문에, 종래와 같이 더 어느 한 채널의 증폭기에 발생된 변조전류가 각 채널에 공통인 전원배선을 통하여 다른 채널에까지 미치는 일이 본 발명에 의한 OEIC 어레이에서는 발생하지 않는다. 따라서, 각 전원단자(V_Dn), (V_Ds)를 통하여 간단히 각 증폭기에 전원을 공급하는 것에 의해서도, 각 채널간의 누화를 충분히 저감시킬 수 있다. 이 경우에도, 상기 실시예와 마찬가지의 효과를 제공할 수 있으나, 발생된 변조전류를 충분히 바이패스하는 것은 불가능하다.

제12도는 제11도의 FET트랜지스터 대신에 헤테로접합바이폴라트랜지스터를 사용한 점을 제외하고, 제11도와 마찬가지로 구성된 회로를 도시한 것이다. 동도에서. 포토다이오드(PD₁) 및 저항(R₁₁)은 광검출수단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₁) 및 저항(R₁₂)은 증폭단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₂) 및 저항(R₁₃)은 레벨시프트단을 구성하고, 트랜지스터(Q₁₄) 및 저항(R₁₄)은 이미터폴로워단을 구성한다.

이상 설명한 바와 같이, 제4실시예에 의하면, 각 증폭기를 동작시키기 위한 전원단자가 각 채널상에 설치되어 있으므로, 각 증폭기애 독립적으로 전원을 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 각 채널간의 누화에 기인한 수신감도의 열화를 효과적으로 최소화하는 것이 가능한 OEIC 어레이를 제공할 수 있다.

이상 설명한 본 발명으로부터, 본 발명을 각종 방식으로 변형할 수 있음은 명백하다. 이러한 변형은 본 발명의 기술사상과 기술적범위로부터 일탈하는 것으로 간주되어서는 않되고, 당업자에게 명백한 모든 변형이 이하의 특허청구의 범위내에 포함되도록 의도되어 있다.

Claims

수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 제1수광소자 와 상기 제1수광소자의 출력신호를 증폭하는 제1증폭기를 가지는 제1수광회로와, 수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 제2수광소자와 상기 제2수광소자의 출력신호를 증폭하는 제2증폭기를 가지고, 또한 상기 제1수광회로와 함께 동일의 반도체기판위에 형성된 제2수광회로와, 전원을 공급하기 위해 외부전원장치에 접속 가능한 전원공급단자와, 상기 제1수광회로와 상기 제2수광회로에 동작전원을 공급하는 공통전원 배선수단과, 저항소자의 한쪽 단부는 상기 전원공급단자에 접속되고 상기 저항소자의 다른쪽 단부는 상기 공통전원 공급배선수단에 접속되는 저항소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는 각각 헤테로접합 바이폴라트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 제1증폭기와 상기 제2증폭기는 각가 접합바이폴라트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 저항소자는 반도체기관위의 금속박막인 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 저항소자는 1∼1OΩ의 저항값을 것을 특징으로 하는 팡전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 전원공급단자는 단자배선수단에 의해 외부전원과 접속되는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 제1수광소자와 상기 제1수광소자의 출력신호를 증폭하는 제1증폭단회로, 상기 제1증폭단회로로부터 출력된 신호의 직류레벨을 변경하는 제1레벨시프트단회로, 출력임피던스를 낮추는 제1이미터폴로워단회로를 가진 제1의 후단회로로 이루어진 제1증폭기와를 포함하는 제1수광회로와, 수신한 광신호률 전기신호로 변환하는 제2수팡소자와 상기 제2수광소자의 출력신호를 증폭하는 제2증폭단회로, 상기 제2증폭단회로로부터 출력된 신호의 직류레벨을 변경하는 제2레벨시프트단 회로, 출력임피던스를 낮추는 제2이미터폴로단워회로를 가진 제2의 후단회로로 이루어진 제2증폭기와를 포함하고, 상기 제1수광회로와 함께 동일의 반도체기판위에 형성된 제2수광회로와, 제1증폭단회로와 제2증폭단회로에 동작전원을 공급하기 위해 제1증폭단회로와 제2증폭단회로에 접속되는 제1전원공급 배선수단과, 제1의 후단회로와 제2의 후단회로에 동작전원을 공급하기 위해 제1의 후단회로와 제2의 후단회로에 접속되고, 상기 제1전원공급배선수단과 전기적으로 분리된 제2전원공급배선수단을 포함한 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제7항에 있어서, 상기 제1전원공급배선수단은 제1외부배선수단을 통하여 제1전원에 접속된 제1전원공급단자에 접속되고, 상기 제2전원공급배선수단은 제2외부배선수단을 통하여 제2전원에 접속된 제2전원공급단자에 접속된 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 제1수광소자와 상기 제1수광소자의 출력신호를 증폭하는 제1증폭단회로, 상기 제1증폭단회로로부터 출력된 신호의 직류레벨을 변경하는 제1레벨시프트단회로, 출력임피던스를 낮추는 제1소스폴로워단회로를 가진 제1의 후단회로로 이루어진 제1증폭기와를 포함하는 제1수광회로와, 수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 제2수광소자와 상기 제2수광소자의 출력신호를 증폭하는 제2증폭단회로, 상기 제2증폭단회로로부터 출력된 신호의 직류레벨을 변경하는 제2레벨시프트단회로, 출력임피던스를 낮추는 제2소스폴로워단회로를 가진 제2의 후단회로로 이루어진 제2증폭기와를 포함하고, 상기 제1수광회로와 함께 동일의 반도체기판위에 형성된 제2수광회로와, 제1증폭회로와 제2증폭단회로에 동작전원을 공급하기 위해 제1증폭단회로와 제2증폭단회로에 접속되는 제1전원공급배선수단과, 제1의 후단회로와 제2의 후단회로에 동작전원을 공급하기 위해 제1의 후단회로차 제2의 후단회로에 접속되고, 상기 제1전원공급배선수단과 전기적으로 분리된 제2전원공급배선수단을 포함한 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제9항에 있어서, 상기 제1전원공급배선수단은, 제1외부배선수단을 통하여 제1전원에 접속된 제1전원긍급단자에 접속되고, 상기 제2전원공급배선수단은 제2외부배선수단을 통하여 제2전원에 접속된 제2전원공급단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
동일의 기판위에 형성된 4개 내지 12개의 수강회로로 구성되고, 상기 수광회로의 각각은, 수신한 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자와, 상기 수광소자의 출력신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 수광회로에 동작전원을 공급하는 전원공급배선수단을 포함하고, 상기 수광회로의 각각의 전원공급배선수단은 다른 수광회로의 전원공급배선수단과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제11항에 있어서, 상기 증폭기는 상기 수광소자의 출력을 증폭하는 증폭단회로와, 상기 증폭단회로의 출력의 직류레벨을 시프트하는 레벨시프트단회로와, 상기 증폭기의 출력임피던스를 낮추는 소스폴로어단회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제11항에 있어서, 상기 증폭기는, 상기 수광소자의 출력을 증폭하는 증폭단회로와, 상기 증폭단회로의 출력의 직류레벨의 시프트하는 레벨시프트단회로와, 상기 증폭기의 출력임피던스를 낮추는 이미터폴로워단회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제11항에 있어서, 상기 전원공급배선수단은 외부배선수단을 통하여 전원에 접속된 전원공급단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 반도체기판은 InP 기판이고, 상기 제1,제2수광소자는 PIN형 포토다이오드이고, 상기 제1, 제2증폭기의 각각은 헤테로 접합바이폴라트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제1항에 있어서, 상기 반도체기판은 InP 기판이고, 상기 제1, 제2수광소자는 PIN형 포토다이오드이고, 상기 제1, 제2증폭기의 각각은 고전자이동도 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적 회로소자.
제7항에 있어서, 상기 반도체기판은 InP 기판이고, 상기 제1, 제2수광소자는 PIN형 포토다이오드이고, 상기 제1, 제2중폭기의 각각은 고전자이동도 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적 회로소자.
제9항에 있어서, 상기 반도체기판은 InP 기판은, 상기 제1, 제2수광소자는 PIN형 포토다이오드이고, 상기 제1, 제2증폭기의 각각은 고전자이동도 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.
제11항에 있어서, 상기 반도체기판은 InP 기판이고. 상기 수광소자는 PIN형 포토다이오드이고, 상기 증폭기는 고전자이동도 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자집적회로소자.