(57)【要約】【課題】接地電位を安定させることが可能な光デバイスを提供すること。【解決手段】本発明は、接地電位を有する金属ブロック１２と、金属ブロック１２上に設けられたキャリア１４と、キャリア１４上に設けられ、キャリア１４を貫通するビア配線１５を介して金属ブロック１２と接続された接地パターン１８と、筐体１０に収納され、カソードが電源に接続され、アノードが接地パターン１８に接続されたＰＤ２０と、ＰＤ２０のカソードと電源との間に一端が接続され、他端が接地パターン１８と接続されたキャパシタＣ１とを具備する光デバイスである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電位を有する導体と、
前記導体上に設けられたキャリアと、
前記キャリア上に設けられ、前記キャリアを貫通するビア配線を介して前記導体と接続された接地パターンと、
カソードが電源に接続され、アノードが前記接地パターンに接続された受光素子と、
前記受光素子のカソードと前記電源との間に一端が接続され、他端が前記接地パターンに接続された第１キャパシタと、を具備することを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記キャリア上に設けられ、前記受光素子のアノードと接続された信号配線を具備し、
前記信号配線と前記接地パターンとは伝送線路を形成し、
前記信号配線は負荷抵抗を介して前記接地パターンに接続されていることを特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【請求項３】
１対の前記第１キャパシタのそれぞれの一端が、前記受光素子のカソードと接続する共通の配線と接続され、前記一対の第１キャパシタは前記信号配線を基準として互いに線対称になるように設けられていることを特徴とする請求項２記載の光デバイス。
【請求項４】
一端が前記受光素子と前記第１キャパシタとの間に接続され、他端が前記接地パターンに接続された第２キャパシタと、
一端が前記第２キャパシタの一端と前記受光素子の一端との間に接続され、他端が前記接地パターンに接続された第３キャパシタと、を具備することを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の光デバイス。
【請求項５】
前記第２キャパシタの容量値は前記第３キャパシタの容量値より大きく、
前記第１キャパシタの容量値は前記第２キャパシタの容量値より大きいことを特徴とする請求項４記載の光デバイス。
【請求項６】
前記導体の側面に前記受光素子を搭載するサブキャリアをさらに具備し、
前記サブキャリア上には、前記受光素子のアノードと接続する他の信号配線と、前記受光素子のカソードと接続する前記共通の配線が設けられてなることを特徴とする請求項３記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号を受信する光デバイスには、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）などの受光素子が用いられている。電気信号を伝送するため、例えばストリップライン及びマイクロストリップラインなどのような伝送路が受光素子に接続される。特許文献１には、ＰＤとトランスインピーダンスアンプとを搭載した受光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６９６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光素子は、直流の電源電圧を印加され、光素子を高周波の電気信号に変換し出力する。しかしながら、光素子の接地電位が不安定になることがある。不安定な接地電位は、光デバイスの特性の劣化の原因となる。本願発明は、上記課題に鑑み、接地電位を安定させることが可能な光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、接地電位を有する導体と、前記導体上に設けられたキャリアと、前記キャリア上に設けられ、前記キャリアを貫通するビア配線を介して前記導体と接続された接地パターンと、カソードが電源に接続され、アノードが前記接地パターンに接続された受光素子と、前記受光素子のカソードと前記電源との間に一端が接続され、他端が前記接地パターンに接続された第１キャパシタと、を具備する光デバイスである。
【０００６】
上記構成において、前記キャリア上に設けられ、前記受光素子のアノードと接続された信号配線を具備し、前記信号配線と前記接地パターンとは伝送線路を形成し、前記信号配線は負荷抵抗を介して前記接地パターンに接続されている構成とすることができる。
【０００７】
上記構成において、１対の前記第１キャパシタのそれぞれの一端が、前記受光素子のカソードと接続する共通の配線と接続され、前記一対の第１キャパシタは前記信号配線を基準として互いに線対称になるように設けられている構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、一端が前記受光素子と前記第１キャパシタとの間に接続され、他端が前記接地パターンに接続された第２キャパシタと、一端が前記第２キャパシタの一端と前記受光素子の一端との間に接続され、他端が前記接地パターンに接続された第３キャパシタと、を具備する構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記第２キャパシタの容量値は前記第３キャパシタの容量値より大きく、前記第１キャパシタの容量値は前記第２キャパシタの容量値より大きい構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記導体の側面に前記受光素子を搭載するサブキャリアをさらに具備し、前記サブキャリア上には、前記受光素子のアノードと接続する他の信号配線と、前記受光素子のカソードと接続する前記共通の配線が設けられてなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接地電位を安定させることが可能な光デバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は実施例１に係る光デバイスを例示する平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のキャリア付近における線Ａ−Ａに沿った断面を例示する断面図である。
【図２】図２は光デバイスの等価回路を例示する回路図である。
【図３】図３（ａ）は周波数特性を示すグラフである。図３（ｂ）は位相特性を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は比較例に係る光デバイスを例示する平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図５】図５は光デバイスの等価回路を例示する回路図である。
【図６】図６は実施例２に係る光デバイスを例示する平面図である。
【図７】図７は光デバイスの等価回路を例示する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１（ａ）は実施例１に係る光デバイス１００を例示する平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のキャリア１４付近における線Ａ−Ａに沿った断面を例示する断面図である。
【００１５】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、光デバイス１００の筐体１０は、金属ブロック１２（導体層）、キャリア１４、ＰＤキャリア１６（サブキャリア）を内部に収納している。また筐体１０には電源ピン１１及び接地ピン１３が設けられている。筐体１０の内底面に金属ブロック１２が設けられ、金属ブロック１２の上面にキャリア１４とＰＤキャリア１６とが設けられている。金属ブロック１２は接地電位と接続された筐体１０の内底面に例えばロウ付けなどにより固定されている。
【００１６】
キャリア１４は配線基板の機能を備え、その上面に接地パターン１８、信号配線１９及び抵抗Ｒ１（負荷抵抗）が設けられている。信号配線１９と接地パターン１８及び金属ブロック１２とは、ＰＤ２０の出力信号である高周波信号を伝送するための伝送線路を構成している。詳細には、信号配線１９の両側に接地パターン１８が配置された領域ではコプレーナラインが構成されている。また、信号配線１９の両側に接地パターン１８が配置されていない領域では、信号配線１９と、その下面の金属ブロック１２とでマイクロストリップラインが構成されている。信号配線１９は、その両側に設けられた抵抗Ｒ１を介して接地パターン１８に電気的に接続されている。キャパシタＣ１及びＣ２（第１キャパシタ及び第２キャパシタ）は接地パターン１８の上に設けられている。接地パターン１８は、キャリア１４を貫通するビア配線１５を介して金属ブロック１２に電気的に接続されている。
【００１７】
ＰＤキャリア１６の上面には、配線パターン２４、２５及び２６、並びに抵抗Ｒ２が設けられている。図示していないが、ＰＤキャリア１６上面の配線パターン２４及び２５はＰＤキャリア１６の側面にまで延長されて設けられている。またＰＤキャリア１６上面において配線パターン２５の両側に配置された配線パターン２４は、ＰＤキャリア１６側面においてＰＤ２０と抵抗Ｒ２とに共通に接続されている。ＰＤキャリア１６の側面に延長された配線パターン２４及び２５は、ＰＤキャリア１６の側面においてＰＤ２０と接続される。ＰＤ２０のカソード側電極は配線パターン２４と接続され、ＰＤ２０のアノード側電極は配線パターン２５と接続される。ＰＤキャリア２０に設けられた抵抗Ｒ２は接地電位を安定させるためのダンピング抵抗として機能する。配線パターン２５は、ワイヤ７０によって信号配線１９と接続される。
【００１８】
電源ピン１１は、ワイヤ３０、３４及びマイクロストリップライン２８を介してキャパシタＣ１の一端（上面電極）に電気的に接続されている。マイクロストリップライン２８は、絶縁材料の上面に配線パターン２８ａが設けられた構造を有している。マイクロストリップライン２８は、導電性の台座２９上に設けられている。台座２９は、ロウ付けによって金属性の筐体１０の内底面と電気的に接続されている。台座２９は、ワイヤ３２を介して接地ピン１３と電気的に接続されていることから、筐体１０の内底面は接地電位に接続されることになる。また筐体１０の内底面に設けられた金属ブロック１２も接地電位と接続されることになる。
【００１９】
キャパシタＣ１の一端（上面電極）はワイヤ３６を介してキャパシタＣ２の一端（上面電極）と接続され、キャパシタＣ２の一端はワイヤ３８を介して配線パターン２６と接続されている。配線パターン２６は抵抗Ｒ２及び配線パターン２４を介してＰＤ２０のカソードと電気的に接続されている。キャパシタＣ１及びＣ２の他端（下面電極）は接地パターン１８に接続されている。なお、本実施例ではキャパシタＣ１及びＣ２、抵抗Ｒ２、配線パターン２４及び２６は、線Ｂに対して線対称になるように１対ずつ設けられている。
【００２０】
信号配線１９はキャパシタＣ３を介して同軸コネクタの配線４０に接続されている。接地パターン１８は、抵抗Ｒ３（終端抵抗）、伝送線路２３、キャパシタＣ４を介して同軸コネクタの配線４２と接続されている。キャパシタＣ３及びＣ４は信号の直流（Direct Current：ＤＣ）成分をカットするフィルタとして機能する。配線４０及び４２は筐体１０の側面に設けられた同軸コネクタ（図示せず）の中心導体である。この同軸コネクタは、光デバイス１００の外側に設けられた、例えば差動回路と接続される。
【００２１】
光信号は、筐体１０に設けられたレンズ２１を介してＰＤ２０に入射する。ＰＤ２０は光信号を電気信号に変換し、信号配線１９に出力する。ＰＤ２０が出力する信号は信号配線１９及びキャパシタＣ３を介して配線４０に入力される。配線４０は信号を光デバイス１００の外部に設けられた外部回路（一例として差動回路）に出力する。配線４２は外部回路に接地電位を出力する。
【００２２】
図２は光デバイス１００の等価回路を例示する回路図である。図２に矢印で示すように、抵抗Ｒ２を含む経路を経路Ｄ１とする。図２の電源Ｖ１は図１（ａ）の電源ピン１１に対応する。インダクタＬ１はワイヤ３０に相当する。インダクタＬ２は配線パターン２８ａ、キャパシタＣａはマイクロストリップライン２８の絶縁材料の誘電率に相当する。インダクタＬ３はワイヤ３４、インダクタＬ４はワイヤ３６、インダクタＬ５はワイヤ３８にそれぞれ対応する。一方、ＰＤ２０の出力側には、信号配線１９が接続されている。信号配線１９の両側に接地パターン１８が設けられた領域ではコプレーナライン２２ａによる伝送線路が構成される。また、信号配線１９の両側に接地パターン１８が設けられない領域においては、マイクロストリップライン２２ｂによる伝送線路が構成される。インダクタＬ６はコプレーナライン２２ａにおける信号配線１９に相当し、キャパシタＣ５は信号配線１９と接地パターン１８との間の容量である。インダクタＬ７はマイクロストリップライン２２ｂにおける信号配線１９に相当し、キャパシタＣ７は信号配線１９と金属ブロック１２との間の容量である。配線４０は、同軸コネクタ側の出力端（出力端子Ｏｕｔ１に相当）と接続される伝送線路であり、インダクタＬ８、及びインダクタＬ８と筐体１０（又は金属ブロック１２）との間のキャパシタＣ８によって構成される。配線４２は、同軸コネクタ側の出力端（出力端子Ｏｕｔ２に相当）と接続される伝送線路であり、インダクタＬ８、及びインダクタＬ８と筐体１０（又は金属ブロック１２）との間のキャパシタＣ８によって構成される。配線４２はキャパシタＣ４及び抵抗Ｒ３を介して接地パターン１８と接続されている。キャパシタＣ４と抵抗Ｒ３との間には伝送線路２３が設けられている。伝送線路２３はインダクタＬ７と、インダクタＬ７と金属ブロック１２との間のキャパシタＣ７によって構成される。インダクタＬ１２はビア配線１５に対応する。すなわち、ビア配線１５の径は小さいため、接地パターン１８と金属ブロック１２との間には、インダクタＬ１２が介在することになる。なお、金属ブロック１２と筐体１０の内底面とは大きな面積で電気的に接続されているのでその間のインダクタンスは無視できる。電源Ｖ１は外部に設けられた電源である。
【００２３】
図１（ａ）、図１（ｂ）及び図２に示したように、実施例１においては、キャパシタＣ１及びＣ２が接地パターン１８に接続されている。図２に示すように、ＰＤ２０とキャパシタＣ１とＣ２との間には、抵抗Ｒ１が介在しているだけで、ビア配線１５に対応するインダクタＬ１２は介在しない。ＰＤ２０を高周波動作させた場合、キャパシタＣ１及びＣ２のインピーダンスは低下し、インダクタＬ１２のインピーダンスは増大する。図２に矢印で示す経路Ｄ１はインダクタＬ１２を含まないため、高周波動作時のインダクタＬ１２のインピーダンスの増大は経路Ｄ１に関与しない。すなわち、高周波動作時の経路Ｄ１のインピーダンスは低下する。経路Ｄ１のインピーダンスの低下により、ＰＤ２０の出力信号に対して経路Ｄ１は影響しやすくなる。抵抗Ｒ２は電源ラインの寄生インダクタンスと寄生容量とにより生じるＬＣ共振による周波数特性の変動を抑えている。高周波動作時の経路Ｄ１のインピーダンス低下は、抵抗Ｒ２による接地電位の安定化に寄与する。
【００２４】
実施例１の光デバイス１００について、周波数特性及び位相特性の測定を行った。図３（ａ）は周波数特性を示すグラフである。横軸はＰＤ２０が出力する信号の周波数、縦軸は図２の出力端子Ｏｕｔ１から出力される信号の強度を表す。図３（ｂ）は位相特性を示すグラフである。縦軸は出力端子Ｏｕｔ１から出力される信号の位相を表す。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、０〜２５ＧＨｚにおいて信号の損失はほとんど生じない。上述のように、高周波信号に対しても接地電位が安定するためである。図３（ｂ）に示すように、位相はほぼ０°を維持している。このように、２０ＧＨｚ付近のような高周波数においても、周波数特性及び位相特性は良好である。
【００２６】
図４（ａ）は比較例に係る光デバイス１００Ｒを例示する平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。図５は光デバイス１００Ｒの等価回路を例示する回路図である。図４（ａ）から図５において図１及び図２に相当する部分は同じ符号を付している。
【００２７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、比較例ではキャパシタＣ１及びＣ２が金属ブロック１７上に配置されている。金属ブロック１７は金属ブロック１２上に設けられており、金属ブロック１２は前記したように筐体１０の内底面に接続されている。筐体１０の内底面は台座２９及びワイヤ３２を介して接地ピン１３と接続されている。このため、筐体１０の内底面の電位は安定した接地電位である。金属ブロック１２はその底面全体が筐体１０の内底面と接続されているので、金属ブロック１２全体も安定した接地電位と考えることができる。また、金属ブロック１７もその底面全体が金属ブロック１２と接続されていることから、その電位は安定した接地電位と考えることができる。一方、接地パターン１８は断面積の小さなビア配線１５を介して金属ブロック１２と接続されている。このため、接地パターン１８の電位は高周波的には筐体１０内底面の接地電位との間で差異を生じる。ＰＤ２０を外来ノイズから遮断する観点からは、キャパシタＣ１及びＣ２は安定した接地電位と接続されるべきである。比較例はこの観点から構成されたものであり、キャパシタＣ１及びＣ２は安定した接地電位が供給される金属ブロック１７に接続されている。しかし、ＰＤ２０の動作周波数が高くなると、抵抗Ｒ２による安定化のための経路Ｄ２（図５参照）にはインダクタＬ１２が介在することになる。インダクタＬ１２は特に周波数が高い側で高インピーダンスになるため、周波数が高くなるにしたがって、抵抗Ｒ２による安定化効果が低下する。これは、周波数が高い側での周波数特性及び位相特性の劣化につながる。実際に測定を行ったところ、比較例では周波数が２０ＧＨｚを超えると周波数特性、位相特性とも劣化が生じる。
【００２８】
図１（ａ）に示したように、キャパシタＣ１及びＣ２は、線Ｂを挟んで線対称となるように設けられている。キャパシタＣ１及びＣ２とＰＤ２０との間を接続する配線パターンのインダクタンスも対称となる。ＰＤ２０の２つのカソードに同等のインダクタンスが接続されるため、特性（周波数特性及び位相特性）が改善する。また、１対のうち一方の配線が長くなることもないため、インダクタンスが低減される。インダクタンスの低減により、信号の損失が抑制される。キャパシタＣ１及びＣ２の容量値は任意に定めることができる。キャパシタＣ１の容量値はキャパシタＣ２の容量値より大きいことが好ましい。ＰＤ２０に近いキャパシタほど小さな容量値を有することで、特性が改善する。キャパシタの容量値が大きいほうが、広い周波数範囲で接地電位は安定する。しかし、容量値が大きいキャパシタは電極の面積が大きくなってしまうため、寄生インダクタンスが増大し高周波で安定しないようになる。逆に容量値が小さいと狭い周波数帯域でしか接地電位は安定しない。そこで、小さい容量値のキャパシタをＰＤ２０から近くに、大きい容量値のキャパシタを遠くに配置している。これにより広い周波数範囲で接地電位が安定し、かつ寄生インダクタンスの増大を抑制することができる。
【００２９】
金属ブロック１２及びビア配線１５は例えばコバール、金（Ａｕ）、及び銅（Ｃｕ）などの金属により形成されている。接地パターン１８、配線パターン２４及び２６は例えばＡｕ、アルミニウム（Ａｌ）などの金属により形成されている。キャリア１４及びＰＤキャリア１６は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁体により形成されている。ワイヤは例えばＡｕなどの金属により形成されている。伝送線路は、例えばコプレーナライン、又はストリップラインなどとしてもよい。
【実施例２】
【００３０】
実施例２はキャパシタの数を増やした例である。図６は実施例２に係る光デバイス２００を例示する平面図である。キャパシタＣ１０（第３キャパシタ）が接地パターン１８の上に設けられている。ＰＤ２０に遠い順からキャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ１０が配置されている。なお、キャパシタＣ１及びＣ２と同様に、１対のキャパシタＣ１０は線Ｂに対して線対称である。キャパシタＣ１０の容量値はキャパシタＣ２の容量値より小さい。キャパシタＣ２の一端（上面電極）とキャパシタＣ１０の一端（上面電極）との間はワイヤ３８によって接続される。キャパシタＣ１０の一端（上面電極）と配線パターン２６の間はワイヤ３９によって接続される。
【００３１】
図７は光デバイス２００の等価回路を例示する回路図である。図７に示すように、ワイヤ３８に対応するインダクタＬ５と抵抗Ｒ２との間にワイヤ３９に対応するインダクタＬ１４が直列接続されている。Ｌ５〜Ｌ１４間にキャパシタＣ１０の一端（上部電極）が接続され、キャパシタＣ１０の他端（下部電極）は、キャパシタＣ１及びＣ２と同様に接地パターン１８と接続されている。抵抗Ｒ２を含む経路を経路Ｄ３とする（図７の矢印）。
【００３２】
実施例２によれば、実施例１と同様に、キャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ１０の接地電位と、抵抗Ｒ１の接地電位との差異が小さくなる。接地電位の差異の縮小により、光デバイス２００の特性の劣化が抑制される。キャパシタＣ１０が、キャパシタＣ１及びＣ２に対して並列に接続されている。高周波帯域では、ＰＤ２０のアノード側から見てキャパシタＣ１、Ｃ２及びＣ１０のインピーダンスが小さくなるため、経路Ｄ３による接地電位の安定が効果的に行われる。なお、キャパシタの数は変更可能であり、４対以上でもよい。
【００３３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０                                筐体
１２、１７                          金属ブロック
１４                                キャリア
１５                                ビア配線
１６                                ＰＤキャリア
１８                                接地パターン
１９                                信号配線
２０                                ＰＤ
２２ａ                              コプレーナライン
２２ｂ、２８                        マイクロストリップライン
１００、１００Ｒ、２００            光デバイス
Ｒ１〜Ｒ３                          抵抗
【図１】
2014157945.tif 000003
【図２】
2014157945.tif 000004
【図３】
2014157945.tif 000005
【図４】
2014157945.tif 000006
【図５】
2014157945.tif 000007
【図６】
2014157945.tif 000008
【図７】
2014157945.tif 000009