WO2022009265A1 - 光給電コンバータ - Google Patents

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WO2022009265A1
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incident
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健 臼井
悦司 大村
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株式会社京都セミコンダクター
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    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers

Definitions

  • the present invention relates to an optical power supply converter that converts light input via an optical fiber cable into an electric current and outputs it.
  • Patent Document 1 In order to increase the output of the optical power supply converter, for example, as in Patent Document 1, a technique for improving the photoelectric conversion efficiency of the optical power supply converter by providing a plurality of light absorption regions having different bandgap energies is known. Further, for example, as in Patent Document 2, there is known an optical power supply converter in which light receiving units divided in an array are connected in series in order to increase the output voltage.
  • An object of the present invention is to provide an optical power supply converter capable of receiving light from a plurality of optical fiber cables and supplying light without increasing the size.
  • the optical power supply converter according to claim 1 has a semiconductor light receiving element provided with a light receiving portion on the main surface side of the semiconductor substrate, and the light incident perpendicularly to the main surface converts the current converted by the light receiving portion to the outside.
  • the semiconductor substrate has at least one inclined end face that intersects the main surface at a sharp angle, and is placed on the main surface so as to overlap light incident perpendicularly to the main surface. It is characterized in that the light incident on the inclined end surface is refracted from a parallel direction or an oblique direction so as to be incident on the light receiving portion.
  • the light vertically incident on the main surface and the light incident on the inclined end surface are superimposed on the light receiving portion and incident, and the light receiving portion converts the light into a current and supplies the light to the outside. Therefore, it is possible to receive and supply light emitted from a plurality of optical fiber cables without increasing the size of the optical power supply converter.
  • the optical power supply converter according to the second aspect of the present invention has a support substrate that supports the semiconductor light receiving element, the support substrate includes a reflection portion facing the inclined end face, and the reflection portion has the reflection portion. It is characterized in that the light incident parallel to the light incident perpendicular to the main surface is reflected and incident on the inclined end surface. According to the above configuration, the light is parallel to the light vertically incident on the main surface, and the light incident on the reflecting portion is reflected by the reflecting portion toward the inclined end face.
  • a plurality of optical fiber cables can be arranged so as to be emitted in a direction perpendicular to the main surface, and since bending of the optical fiber cables is not required, the optical fiber cables can be easily connected and can be connected compactly. Can be done.
  • the optical power supply converter of the third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect of the present invention, the support substrate is a silicon substrate and the reflection portion is formed on the (111) surface of the silicon substrate.
  • the reflective portion can be formed flat at a constant tilt angle, it is possible to secure a high incident position accuracy on the tilted end face and to form a reflective portion having a high reflectance. Therefore, since the light reflected by the high-reflectance reflecting section can be incident on the light receiving section with high accuracy, the light emitted from a plurality of optical fiber cables is received and fed without increasing the size of the optical feeding converter. be able to.
  • optical power supply converter of the present invention it is possible to receive light from a plurality of optical fiber cables and supply power without increasing the size.
  • FIG. 1 It is a main part plan view of the optical power supply converter which concerns on Example 1 of this invention. It is sectional drawing of the main part of the line II-II of FIG. It is a figure which shows the example of the optical power-feeding converter with a plurality of inclined end faces. It is a figure which shows the example of the optical power transfer converter which fixed the semiconductor light receiving element in the direction different from FIG. It is a figure which shows the optical power feed converter which provided the reflection part which concerns on Example 2.
  • FIG. It is a figure which shows the optical power-feeding converter provided with the plurality of reflection parts which concerns on Example 2.
  • FIG. It is a figure which shows the optical power feed converter which provided the reflection part which concerns on Example 3.
  • FIG. It is a figure which shows the optical power-feeding converter provided with the plurality of reflection parts which concerns on Example 3.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the optical power-feeding converter provided with the plurality of reflection parts which concerns on Example 3.
  • the optical power supply converter 1A has a semiconductor light receiving element 2 and a support substrate 3 that supports the semiconductor light receiving element 2.
  • a pair of wirings 4 and 5 are formed on the support substrate 3.
  • the semiconductor light receiving element 2 currents light (for example, infrared light in a wavelength region of 1 to 1.6 ⁇ m) emitted from emission points O1 and O2 corresponding to the positions of their emission ends via an optical fiber cable 6 or the like. Is converted to, and power is supplied to the outside via a pair of wires 4 and 5.
  • the semiconductor light receiving element 2 is formed on the light absorption region 11a in the InGaAs layer 11 formed on the main surface 10a side and the InGaAs layer 11 with the (100) surface of the semiconductor substrate 10 which is an n-InP substrate as the main surface 10a.
  • a light receiving unit 15 (photodiode) having a p-type diffusion region 12a in the formed n-InP layer 12 is provided.
  • the n-InP layer 12 is covered with a dielectric film 13 (for example, a SiN film, a SiO2 film, etc.).
  • the p-type diffusion region 12a is formed by doping a predetermined region of the n-InP layer 12 with Zn, for example, and the region of the InGaAs layer 11 in contact with the p-type diffusion region 12a corresponds to the light absorption region 11a.
  • the p-type diffusion region 12a is formed, for example, in a regular octagon shape when viewed from the main surface 10a side, but may be formed in a polygonal shape including a rectangle or a circle.
  • the semiconductor light receiving element 2 has an annular electrode 16 formed so as to border the p-type diffusion region 12a and connected to the p-type diffusion region 1a, and a substrate electrode 17 connected to the semiconductor substrate 10 outside the annular electrode 16.
  • the annular electrode 16 is connected to the wiring 4, and the substrate electrode 17 is connected to the wiring 5. Then, a part of the light traveling in the semiconductor substrate 10 and incident on the light absorption region 11a of the light receiving portion 15 is converted into an electric current and supplied to the outside from the wirings 4 and 5 via the annular electrode 16 and the substrate electrode 17. Will be done.
  • the semiconductor light receiving element 2 is fixed with the main surface 10a side facing the support substrate 2. Then, light is incident on the main surface 10a perpendicularly from the emission point O1 on the back surface 10b side of the semiconductor substrate 10 facing the main surface 10a, and reaches the light absorption region 11a.
  • the semiconductor substrate 10 has an inclined end surface 10c formed so as to intersect the main surface 10a at an acute angle.
  • the intersection angle ⁇ 1 with respect to the main surface 10a of the inclined end surface 10c can be set to an arbitrary acute angle, and here, for example, 62 °.
  • the inclined end face 10c is formed by tilting the dicing blade in a posture usually perpendicular to the main surface 10a when dicing the semiconductor substrate 10 in the wafer state with the dicing blade.
  • Light is incident on the inclined end surface 10c in parallel with the main surface 10a, and the light is refracted by the inclined end surface 10c to reach the light absorption region 11a.
  • the inclined end face 10a is formed on a rough surface having fine irregularities having a height (depth) equal to or higher than the wavelength of the incident light by dicing, and the reflection of the incident light is reduced.
  • the emission point O1 of the optical fiber cable that emits light perpendicularly incident on the main surface 10a is a semiconductor light receiving element 2 so that the entire light is incident on the light absorption region 11a in consideration of the emission angle of the emitted light.
  • An appropriate separation distance is set from.
  • the position of the emission point O2 of the optical fiber cable that emits the light incident on the inclined end surface 10c is such that the entire light is absorbed in the light absorption region 11a in consideration of the divergence angle of the emitted light and the refraction angle at the inclined end surface 10c. Is set appropriately to reach.
  • the refraction angle on the optical axis is 8.4 °
  • the position is 150 ⁇ m away from the semiconductor light receiving element 2 so as to be incident on the light absorption region 11a.
  • the emission point O2 is set. In this way, the light incident on the inclined end surface 10c is made to reach the light absorption region 11a so as to overlap the light vertically incident on the main surface 10a, and the amount of light received by the light receiving unit 15 is increased, thereby increasing the optical power supply converter 1A. Increase the output current without increasing the output current.
  • the semiconductor substrate 10 may include not only the inclined end surface 10c but also a plurality of inclined end surfaces such as an inclined end surface 10d for incident light from the emission point O3.
  • the amount of light received by the light receiving unit 15 can be further increased to further increase the output current without increasing the optical power supply converter 1A.
  • the rectangular semiconductor light receiving element 2 can have four inclined end faces corresponding to the four sides at the maximum, but it is made into a polygon shape such as a hexagon or an octagon and is inclined corresponding to each side of the polygon. It can also be configured so that light is incident on each end face.
  • the semiconductor light receiving element 2 may be fixed to the support substrate 3 on the back surface 10b side with, for example, an epoxy-based adhesive 18.
  • the light vertically incident on the main surface 10a from the emission point O1 is incident on the inside of the annular electrode 16 from the dielectric film 13 side and reaches the light absorption region 11a.
  • the light incident parallel to the main surface 10a from the emission point O2 is refracted by the inclined end surface 10c and reaches the light absorption region 11a.
  • the amount of light received by the light receiving unit 15 can be increased to increase the output current without increasing the optical power supply converter 1A. Further, as in FIG. 3, it is also possible to further increase the output current of the optical power supply converter 1A by injecting light from a plurality of inclined end faces 10c, 10d and the like. Although not shown, the annular electrode 16 and the substrate electrode 17 are connected to the wiring terminals corresponding to the wirings 4 and 5 by wire bonding.
  • the optical power supply converter 1B obtained by modifying a part of the first embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the parts common to those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • a plurality of optical fiber cables are usually routed in a bundled state and connected to an optical power supply converter, but in the first embodiment, since the incident directions are different, the plurality of optical fiber cables are connected separately.
  • optical fiber cables fixed to the emission points O1 and O2 are routed in a bundled state, one of them is fixed in a posture perpendicular to the main surface 10a at the emission point O1, and the other is fixed to the main surface 10a at the emission point O2. Fix in a posture parallel to.
  • the optical fiber cable that incidents light perpendicularly to the main surface 10a from the emission point O1 and the other optical fiber cables in parallel without bending.
  • the optical power supply converter 1B is provided with a reflecting portion 21 facing the inclined end surface 10c on the support substrate 3.
  • the reflective portion 21 includes a reflective film 21b formed of a metal film containing, for example, Au, Al, etc. on the reflective surface of the base material 21a.
  • the reflective surface of the base material 21a is tilted by 45 ° with respect to the support substrate 3 at a predetermined angle ⁇ 2.
  • the position of the emission point O2B is set so that the incident region on the inclined end surface 10c is the same as in the case of FIG. Is arranged at the emission point O2B.
  • the light incident on the inclined end surface 10c so as to overlap the light vertically incident on the main surface 10a reaches the light absorption region 11a, and the amount of light received by the light receiving unit 15 is increased, thereby increasing the optical power supply converter 1A. Increase the output current without doing. Since the light feeding converter 1B has parallel incident directions of light from a plurality of optical fiber cables, it is not necessary to bend the optical fiber cables and can be connected compactly.
  • the light receiving amount of the light receiving unit 15 is increased and the optical power supply converter 1B is output without increasing.
  • the current can be increased. Since the incident directions of light from the plurality of optical fiber cables are parallel, the plurality of optical fiber cables can be connected compactly without bending. Further, it is easy to arrange a plurality of reflecting portions so as to correspond to each side of the semiconductor light receiving element 2 having a polygonal shape other than the rectangle.
  • the predetermined angle ⁇ 2 may be appropriately set according to the incident direction of the light.
  • the optical power supply converter 1C obtained by modifying a part of the second embodiment will be described.
  • the same reference numerals are given to the parts common to those of the second embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the support substrate 3 of the second embodiment is, for example, a ceramic substrate, but the optical power supply converter 1C has a silicon (Si) substrate 30 instead of the support substrate 3.
  • the surface of the silicon substrate 30 is the (100) plane, and as shown in FIG. 7, etching is performed from the surface by anisotropic etching using a known alkaline etching solution (KOH aqueous solution or the like) to (111).
  • KOH aqueous solution or the like etching is performed from the surface by anisotropic etching using a known alkaline etching solution (KOH aqueous solution or the like) to (111).
  • KOH aqueous solution or the like known alkaline etching solution
  • the (111) surface of the silicon substrate 30 exposed by anisotropic etching is a smooth surface having an inclination of 54.7 ° with respect to the (100) surface as a predetermined angle ⁇ 3.
  • a reflective portion 31 having a reflective film 31a formed on the (111) surface by a metal film containing, for example, Au, Al, or the like reflects the light emitted from the emission point O2C toward the inclined end surface 10c.
  • the (111) surface inclined by 45 ° with respect to the surface is exposed by anisotropic etching on the silicon substrate 30 whose surface is angled from the (100) surface, and the same as in FIG. 4, although only one surface is used.
  • the reflective portion 31 can also be formed.
  • An appropriate position of the emission point O2C is set, and the optical fiber cable is arranged at the emission point O2C in parallel with the optical fiber cable that incidents light perpendicularly to the main surface 10a from the emission point O1.
  • the light emitted from the emission point O2C is parallel to the light emitted from the emission point O1 and vertically incident on the main surface 10a, and the light reflected by the reflecting unit 31 is in a direction parallel to the main surface 10a. It tilts 19.4 ° and travels diagonally. Then, the light incident on the inclined end surface 10c is refracted by the inclined end surface 10c and reaches the light absorption region 11a.
  • the light incident on the inclined end surface 10c so as to overlap the light vertically incident on the main surface 10a reaches the light absorption region 11a, and the amount of light received by the light receiving unit 15 is increased, thereby increasing the optical power supply converter 1C. Increase the output current without doing. Since the light feeding converter 1C has parallel incident directions of light from a plurality of optical fiber cables, it can be connected compactly without bending the optical fiber cables.
  • the actions and effects of the optical power supply converters 1A to 1C will be described.
  • the optical power transfer converters 1A to 1C superimpose the light incident on the main surface 10a and the light incident on the inclined end surface 10c and the like on the light receiving unit 15, convert the light into a current by the light receiving unit 15, and supply the light to the outside. Therefore, it is possible to receive and supply light emitted from a plurality of optical fiber cables without increasing the optical power supply converters 1A to 1C.
  • the optical power supply converters 1B and 1C each include reflection portions 21, 31 and the like facing the inclined end face 10c and the like. Then, the light parallel to the light perpendicularly incident on the main surface 10a and incident on the reflecting portions 21, 31 and the like is reflected by the reflecting portions 21, 31 and the like toward the corresponding inclined end faces 10c and the like. Therefore, the emission points O1, O2B, O2C, etc. of the plurality of optical fiber cables can be arranged so as to emit in the direction perpendicular to the main surface 10a, and the optical fiber cables do not need to be bent. The optical fiber cable can be easily connected to 1C and can be connected compactly.
  • the support substrate of the optical power supply converter 1C is a silicon substrate 30, and the reflecting portion 31 and the like are formed on the (111) surface of the silicon substrate 30. Since the reflecting portion 31 or the like can be formed flat at a constant inclination angle, it is possible to form the reflecting portion 31 or the like having high accuracy of the incident angle on the inclined end surface 10c or the like and having a high reflectance. Therefore, the light reflected by the reflecting unit 31 or the like having a high reflectance can be superimposed on the light perpendicularly incident on the main surface 10a and incident on the light receiving unit 15, so that the light feeding converter 1C does not need to be enlarged. It can receive light from multiple optical fiber cables and supply power.
  • optical power supply converters 1A to 1C formed on the n-InP substrate as the semiconductor substrate 10 has been described, but the configuration of the present invention is not limited to this, and for example, light formed on a silicon substrate, a GaAs substrate, or the like. It can also be applied to a power supply converter.
  • a person skilled in the art can carry out the embodiment in a form in which various modifications are added to the above embodiment without departing from the spirit of the present invention, and the present invention also includes such modified embodiments.
  • Optical power supply converter 2 Semiconductor light receiving element 3: Supporting substrate 4, 5: Wiring 6: Optical fiber cable 10: Semiconductor substrate 10a: Main surface 10b: Back surface 10c to 10f: Inclined end surface 11: InGaAs layer 11a: Optical Absorption region 12: n-InP layer 12a: p-type diffusion region 13: Dielectric film 15: Light receiving part 16: Circular electrode 17: Substrate electrode 21 to 24: Reflection part 30: Silicon substrate 31 to 34: Reflection part O1 to O5 , O2B to O5B, O2C to O5C: Emission point

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Abstract

【課題】大型化せずに複数の光ファイバケーブルから光を受けて給電することができる光給電コンバータを提供すること。 【解決手段】半導体基板(10)の主面(10a)側に受光部(15)を備えた半導体受光素子(2)を有し、この主面(10a)に対して垂直に入射した光が受光部(15)で変換された電流を外部に供給する光給電コンバータ(1A～1C)において、半導体基板(10)は、主面(10a)に対して鋭角に交差する少なくとも１つの傾斜端面(10c)を有し、主面(10a)に垂直に入射した光と重なるように、主面(10a)に平行な方向又は斜め方向から傾斜端面(10c)に入射した光を屈折させて受光部(15)に入射させるように構成した。

Description

光給電コンバータ
　本発明は、光ファイバケーブルを介して入力した光を電流に変換して出力する光給電コンバータに関する。
　給電設備がない遠隔地、給電による微弱な電磁界がノイズとなる環境、防爆を必要とする環境、電気的相互影響がある超高電圧設備内等、特殊な環境では電源ケーブルを介して電子機器類を作動させる電力を供給できない場合がある。そのため、電子機器類の傍まで光ファイバケーブルを介して光を送り、この光を電流に変換して給電する光給電コンバータが利用される。
　光給電コンバータの出力を大きくするために、例えば特許文献１のようにバンドギャップエネルギーが異なる複数の光吸収領域を備えることにより、光給電コンバータの光電変換効率を向上させる技術が知られている。また、例えば特許文献２のように、出力電圧を高くするためにアレイ状に分割された受光部を直列に接続した光給電コンバータが知られている。
特開２０１０－１１４２３５号公報 米国特許出願公開第２０１１／０１０８０８１号明細書
　ところで、光給電コンバータの出力を大きくするためには、光ファイバケーブルを介して特許文献１，２のような光給電コンバータに入力する光入力を大きくすることも有効である。しかし、一般的なシングルモード光ファイバでは、光が伝搬するコアの直径が１０μｍ程度と小さい。そのため、例えば１Ｗを超える大きい光入力に対して、ファイバフューズ現象によってコアが損傷する場合があり、光入力を大きくすることには限界がある。
　そこで、コアの損傷を避けるために複数の光ファイバケーブルを介して光を送り、これらに対応する複数の光給電コンバータを配設すること、又は複数の光ファイバケーブルに対応する複数の受光部を有する大型の受光素子を備えた光給電コンバータを配設することが検討されている。しかし、複数の光給電コンバータを配設するので大きい設置スペースが必要になる、又は大型の受光素子を有するので光給電コンバータが大きくなるという課題があった。また、複数の光給電コンバータ又は大型の受光素子を有する光給電コンバータが必要なので、製造コストが増加することが避けられない。
　本発明の目的は、大型化せずに複数の光ファイバケーブルから光を受けて給電することができる光給電コンバータを提供することである。
　請求項１の発明の光給電コンバータは、半導体基板の主面側に受光部を備えた半導体受光素子を有し、前記主面に垂直に入射した光が前記受光部で変換された電流を外部に給電する光給電コンバータにおいて、前記半導体基板は、前記主面に対して鋭角に交差する少なくとも１つの傾斜端面を有し、前記主面に垂直に入射した光と重なるように、前記主面に平行な方向又は斜め方向から前記傾斜端面に入射した光を屈折させて前記受光部に入射させるように構成したことを特徴としている。
　上記構成によれば、主面に垂直に入射した光と傾斜端面に入射した光を受光部に重ねて入射させ、受光部で電流に変換して外部に供給する。従って、光給電コンバータを大型化せずに複数の光ファイバケーブルから出射される光を受けて給電することができる。
　請求項２の発明の光給電コンバータは、請求項１の発明において、前記半導体受光素子を支持する支持基板を有し、前記支持基板は、前記傾斜端面に臨む反射部を備え、前記反射部が、前記主面に垂直に入射する光に平行に入射する光を反射させて前記傾斜端面に入射させるように構成したことを特徴としている。
　上記構成によれば、主面に垂直に入射する光に平行な光であって、反射部に入射する光を反射部が傾斜端面に向けて反射する。従って、複数の光ファイバケーブルを主面に垂直な方向に出射するように配設することができ、光ファイバケーブルの曲げが不要なので、光ファイバケーブルの接続が容易になると共にコンパクトに接続することができる。
　請求項３の発明の光給電コンバータは、請求項２の発明において、前記支持基板はシリコン基板であり、前記反射部が前記シリコン基板の（１１１）面に形成されたことを特徴としている。
　上記構成によれば、反射部を一定の傾斜角で平坦に形成できるので、傾斜端面における高い入射位置精度を確保し且つ高い反射率を有する反射部を形成することができる。従って、高い反射率の反射部で反射した光を高精度で受光部に入射させることができるので、光給電コンバータを大型化せずに複数の光ファイバケーブルから出射される光を受けて給電することができる。
　本発明の光給電コンバータによれば、大型化せずに複数の光ファイバケーブルから光を受けて給電することができる。
本発明の実施例１に係る光給電コンバータの要部平面図である。 図１のII－II線要部断面図である。 複数の傾斜端面を備えた光給電コンバータの例を示す図である。 図２と異なる向きに半導体受光素子を固定した光給電コンバータの例を示す図である。 実施例２に係る反射部を備えた光給電コンバータを示す図である。 実施例２に係る複数の反射部を備えた光給電コンバータを示す図である。 実施例３に係る反射部を備えた光給電コンバータを示す図である。 実施例３に係る複数の反射部を備えた光給電コンバータを示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
　図１、図２に示すように、光給電コンバータ１Ａは、半導体受光素子２と、半導体受光素子２を支持する支持基板３を有する。支持基板３には、１対の配線４，５が形成されている。半導体受光素子２は、光ファイバケーブル６等を介してそれらの出射端の位置に相当する出射点Ｏ１，Ｏ２から出射された光（例えば１～１．６μｍの波長領域の赤外光）を電流に変換し、１対の配線４，５を介して外部に給電する。
　半導体受光素子２は、ｎ－ＩｎＰ基板である半導体基板１０の（１００）面を主面１０ａとして、主面１０ａ側に形成されたＩｎＧａＡｓ層１１内の光吸収領域１１ａと、ＩｎＧａＡｓ層１１上に形成されたｎ－ＩｎＰ層１２内のｐ型拡散領域１２ａを有する受光部１５（フォトダイオード）を備えている。ｎ－ＩｎＰ層１２は、誘電体膜１３（例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ２膜等）に覆われている。
　ｐ型拡散領域１２ａは、ｎ－ＩｎＰ層１２の所定の領域に例えばＺｎをドープして形成され、このｐ型拡散領域１２ａと接するＩｎＧａＡｓ層１１の領域が光吸収領域１１ａに相当する。ｐ型拡散領域１２ａは主面１０ａ側から見て例えば正八角形に形成されているが、矩形を含む多角形や円形に形成されてもよい。
　半導体受光素子２は、ｐ型拡散領域１２ａを縁取るように形成され且つｐ型拡散領域１ａに接続する環状電極１６と、環状電極１６の外側で半導体基板１０に接続する基板電極１７を有する。環状電極１６は配線４に接続され、基板電極１７は配線５に接続されている。そして、半導体基板１０内を進行して受光部１５の光吸収領域１１ａに入射した光の一部が、電流に変換され、環状電極１６と基板電極１７を介して配線４，５から外部に給電される。
　半導体受光素子２は、主面１０ａ側を支持基板２に向けて固定されている。そして主面１０ａに対向する半導体基板１０の裏面１０ｂ側の出射点Ｏ１から、主面１０ａに垂直に光を入射させ、光吸収領域１１ａに到達させる。
　半導体基板１０は、主面１０ａに対して鋭角に交差するように形成された傾斜端面１０ｃを有する。この傾斜端面１０ｃの主面１０ａに対する交差角θ１は任意の鋭角に設定することができ、ここでは例えば６２°である。傾斜端面１０ｃは、ウェハの状態の半導体基板１０をダイシングブレードによってダイシングする際に、通常は主面１０ａに対して垂直な姿勢のダイシングブレードを傾けることによって形成される。傾斜端面１０ｃには、主面１０ａに平行に光を入射させ、この光を傾斜端面１０ｃで屈折させることにより光吸収領域１１ａに到達させる。尚、傾斜端面１０ａは、ダイシングによって入射光の波長以上の高さ（深さ）の微細な凹凸を有する粗面に形成され、入射光の反射を低減する。
　主面１０ａに垂直に入射する光を出射する光ファイバケーブルの出射点Ｏ１は、出射される光の発散角を考慮して光の全部が光吸収領域１１ａに入射するように、半導体受光素子２から適切な離隔距離が設定される。同様に、傾斜端面１０ｃに入射する光を出射する光ファイバケーブルの出射点Ｏ２の位置は、出射される光の発散角と傾斜端面１０ｃにおける屈折角を考慮して光の全部が光吸収領域１１ａに到達するように、適切に設定される。
　例えば、発散角が５°、交差角θ１が６２°の場合、光軸における屈折角が８．４°になり、光吸収領域１１ａに入射するように半導体受光素子２から１５０μｍ離隔させた位置に出射点Ｏ２を設定する。こうして、主面１０ａに垂直に入射した光と重なるように傾斜端面１０ｃに入射した光を光吸収領域１１ａに到達させ、受光部１５における受光量を増加させることによって、光給電コンバータ１Ａを大きくせずに出力電流を増加させる。
　図３に示すように、半導体基板１０は傾斜端面１０ｃだけでなく、例えば出射点Ｏ３から光を入射させる傾斜端面１０ｄ等の複数の傾斜端面を備えていてもよい。受光部１５における受光量を一層増加させて、光給電コンバータ１Ａを大きくせずに出力電流を一層増加させることができる。尚、矩形状の半導体受光素子２では、最大でその４辺に対応する４つの傾斜端面を有することができるが、六角形や八角形等の多角形状にして多角形の各辺に対応する傾斜端面に夫々光を入射させるように構成することもできる。
　また、図４に示すように、半導体受光素子２は、例えばエポキシ系の接着剤１８によって、裏面１０ｂ側を支持基板３に固定してもよい。この場合、出射点Ｏ１から主面１０ａに垂直に入射する光は、誘電体膜１３側から環状電極１６の内側に入射して光吸収領域１１ａに到達する。一方、出射点Ｏ２から主面１０ａに平行に入射する光は、傾斜端面１０ｃで屈折して光吸収領域１１ａに到達する。
　従って、図２の場合と同様に受光部１５における受光量を増加させて、光給電コンバータ１Ａを大きくせずに出力電流を増加させることができる。また、図３と同様に、複数の傾斜端面１０ｃ，１０ｄ等からも光を入射させて光給電コンバータ１Ａの出力電流を一層増加させることもできる。尚、図示を省略するが、環状電極１６、基板電極１７は、配線４，５に相当する配線端子にワイヤボンディングによって接続される。
　上記実施例１の一部を変更した光給電コンバータ１Ｂについて説明する。実施例１と共通の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
　複数の光ファイバケーブルは、通常束ねた状態で引き回されて光給電コンバータに接続されるが、上記実施例１では入射方向が異なるので、複数の光ファイバケーブルを分けて接続することになる。例えば出射点Ｏ１、Ｏ２に夫々固定する光ファイバケーブルが束ねた状態で引き回され、そのうちの一方を出射点Ｏ１において主面１０ａに垂直な姿勢に固定し、他方を出射点Ｏ２において主面１０ａに平行な姿勢に固定する。
　このとき光ファイバケーブルの曲げを小さくすることは困難であるため、この光ファイバケーブルの曲げのためのスペースが大きくなる。それ故、出射点Ｏ１から主面１０ａに垂直に光を入射させる光ファイバケーブルと、これ以外の光ファイバケーブルを曲げずに平行に配設することが好ましい。
　そこで、例えば図５に示すように、光給電コンバータ１Ｂは、傾斜端面１０ｃに臨む反射部２１を支持基板３に備えている。反射部２１は、基材２１ａの反射面に、例えばＡｕ、Ａｌ等を含む金属膜によって形成された反射膜２１ｂを備えている。基材２１ａの反射面は、支持基板３に対して所定の角度θ２として４５°傾いている。
　傾斜端面１０ｃにおける入射領域が図２の場合と同等になるように出射点Ｏ２Ｂの位置を設定して、出射点Ｏ１から主面１０ａに垂直に光を入射させる光ファイバケーブルと平行に光ファイバケーブルを出射点Ｏ２Ｂに配設する。これにより、主面１０ａに垂直に入射した光と重なるように傾斜端面１０ｃに入射した光を光吸収領域１１ａに到達させ、受光部１５における受光量を増加させることによって、光給電コンバータ１Ａを大きくせずに出力電流を増加させる。光給電コンバータ１Ｂは、複数の光ファイバケーブルからの光の入射方向が平行なので、光ファイバケーブルを曲げる必要がなく、コンパクトに接続することができる。
　また、図６のように、複数の傾斜端面１０ｃ～１０ｆに対応する反射部２１～２４を配設することによって、受光部１５の受光量を増加させて光給電コンバータ１Ｂを大きくせずに出力電流を増加させることができる。複数の光ファイバケーブルからの光の入射方向が平行なので、複数の光ファイバケーブルを曲げずにコンパクトに接続することができる。また、矩形以外の多角形状の半導体受光素子２の各辺に対応するように複数の反射部を配設することも容易である。尚、所定の角度θ２は、光の入射方向に応じて適宜設定してもよい。
　上記実施例２の一部を変更した光給電コンバータ１Ｃについて説明する。実施例２と共通の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
　上記実施例２の支持基板３は例えばセラミック基板であるが、光給電コンバータ１Ｃは支持基板３の代わりにシリコン（Ｓｉ）基板３０を有する。このシリコン基板３０の表面は（１００）面であり、図７に示すように、公知のアルカリ性のエッチング液（ＫＯＨ水溶液等）を用いた異方性エッチングによって表面からエッチングをして、（１１１）面が露出した凹部３０ａを形成する。そして、凹部３０ａ内に半導体受光素子２を配設し、（１１１）面を反射部３１として利用する。
　異方性エッチングによって露出するシリコン基板３０の（１１１）面は、（１００）面に対して所定の角度θ３として５４．７°の傾斜を有する平滑面である。この（１１１）面に例えばＡｕ、Ａｌ等を含む金属膜によって反射膜３１ａを形成した反射部３１が、出射点Ｏ２Ｃから出射された光を傾斜端面１０ｃに向けて反射させる。尚、表面が（１００）面から角度を持ったシリコン基板３０に、表面に対して４５°傾斜した（１１１）面を異方性エッチングによって露出させ、１面だけではあるが図４と同様の反射部３１を形成することもできる。
　適切な出射点Ｏ２Ｃの位置を設定して、出射点Ｏ１から主面１０ａに垂直に光を入射させる光ファイバケーブルと平行に、光ファイバケーブルを出射点Ｏ２Ｃに配設する。出射点Ｏ２Ｃから出射される光は、出射点Ｏ１から出射されて主面１０ａに垂直に入射する光に平行であり、反射部３１で反射された光は、主面１０ａに平行な方向に対して１９．４°傾いて斜めに進行する。そして、傾斜端面１０ｃに入射した光は、傾斜端面１０ｃで屈折して光吸収領域１１ａに到達する。
　これにより、主面１０ａに垂直に入射した光と重なるように傾斜端面１０ｃに入射した光を光吸収領域１１ａに到達させ、受光部１５における受光量を増加させることによって、光給電コンバータ１Ｃを大きくせずに出力電流を増加させる。光給電コンバータ１Ｃは、複数の光ファイバケーブルからの光の入射方向が平行なので、光ファイバケーブルを曲げずにコンパクトに接続することができる。
　また、図８に示すように、向きが異なる４つの（１１１）面を露出させて四角錐台状に凹入させた凹部３０ａを形成することにより、複数の傾斜端面１０ｃ～１０ｆに対応する反射部３１～３４を形成する。これにより光給電コンバータ１Ｃを大きくすることなく受光部１５の受光量を増加させて、出力電流を増加させることができる。また、複数の光ファイバケーブルからの光の入射方向が平行なので、光ファイバケーブルを曲げずにコンパクトに接続することができる。
　上記光給電コンバータ１Ａ～１Ｃの作用、効果について説明する。
　光給電コンバータ１Ａ～１Ｃは、主面１０ａに垂直に入射した光と傾斜端面１０ｃ等に入射した光を受光部１５に重ねて入射させ、受光部１５で電流に変換して外部に供給する。従って、光給電コンバータ１Ａ～１Ｃを大きくすることなく、複数の光ファイバケーブルから出射される光を受けて給電することができる。
　光給電コンバータ１Ｂ，１Ｃは、傾斜端面１０ｃ等に臨む反射部２１，３１等を夫々備えている。そして、主面１０ａに垂直に入射する光に平行な光であって、反射部２１，３１等に入射する光を、反射部２１，３１等が対応する傾斜端面１０ｃ等に向けて反射する。従って、複数の光ファイバケーブルの出射点Ｏ１，Ｏ２Ｂ、Ｏ２Ｃ等を主面１０ａに垂直な方向に出射するように配設することができ、光ファイバケーブルの曲げが不要なので、光給電コンバータ１Ｂ，１Ｃへの光ファイバケーブルの接続が容易になると共に、コンパクトに接続できる。
　光給電コンバータ１Ｃの支持基板はシリコン基板３０であり、反射部３１等がシリコン基板３０の（１１１）面に形成されている。反射部３１等を一定の傾斜角で平坦に形成できるので、傾斜端面１０ｃ等における入射角の高い精度を確保し且つ高い反射率を有する反射部３１等を形成することができる。従って、高い反射率の反射部３１等で反射した光を主面１０ａに垂直に入射する光に高精度で重ねて受光部１５に入射させることができるので、光給電コンバータ１Ｃを大きくすることなく複数の光ファイバケーブルから光を受けて給電することができる。
　半導体基板１０としてｎ－ＩｎＰ基板に形成された光給電コンバータ１Ａ～１Ｃの例を説明したが、本発明の構成はこれに限られるものではなく、例えばシリコン基板やＧａＡｓ基板等に形成された光給電コンバータにも適用することができる。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態も包含するものである。
１Ａ～１Ｃ　：光給電コンバータ
２　　　：半導体受光素子
３　　　：支持基板
４，５　：配線
６　　　：光ファイバケーブル
１０　　：半導体基板
１０ａ　：主面
１０ｂ　：裏面
１０ｃ～１０ｆ　：傾斜端面
１１　　：ＩｎＧａＡｓ層
１１ａ　：光吸収領域
１２　　：ｎ－ＩｎＰ層
１２ａ　：ｐ型拡散領域
１３　　：誘電体膜
１５　　：受光部
１６　　：環状電極
１７　　：基板電極
２１～２４　：反射部
３０　　：シリコン基板
３１～３４　：反射部
Ｏ１～Ｏ５，Ｏ２Ｂ～Ｏ５Ｂ，Ｏ２Ｃ～Ｏ５Ｃ　：出射点

Claims (3)

  1. 　半導体基板の主面側に受光部を備えた半導体受光素子を有し、前記主面に垂直に入射した光が前記受光部で変換された電流を外部に給電する光給電コンバータにおいて、
    　前記半導体基板は、前記主面に対して鋭角に交差する少なくとも１つの傾斜端面を有し、
    　前記主面に垂直に入射した光と重なるように、前記主面に平行な方向又は斜め方向から前記傾斜端面に入射した光を屈折させて前記受光部に入射させるように構成したことを特徴とする光給電コンバータ。
  2. 　前記半導体受光素子を支持する支持基板を有し、
    　前記支持基板は、前記傾斜端面に臨む反射部を備え、
    　前記反射部が、前記主面に垂直に入射する光に平行に入射する光を反射させて前記傾斜端面に入射させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の光給電コンバータ。
  3. 　前記支持基板はシリコン基板であり、前記反射部が前記シリコン基板の（１１１）面に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の光給電コンバータ。
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