(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１半導体層と、受光面より入射した光信号を吸収する光吸収半導体層と、第２半導体層と、が積層された、メサ形状のメサ部と、
前記メサ部の上部に配置された電極部と、
前記メサ部の側面の一部を覆い、かつ、前記電極部の外周の一部から前記メサ部の外部へ向かって延伸するように配置された配線部と、を含む、入射した光信号を電気信号に変換する少なくとも１の受光素子と、
光ファイバからの光信号を、前記少なくとも１の受光素子の前記受光面に集光するレンズと、
を含む光モジュールであって、
前記配線部は、前記受光面における光信号の強度分布の長手方向に沿って配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールであって、
前記強度分布は、楕円形状であり、
前記配線部は、当該楕円形状の長軸方向に沿って配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光モジュールであって、
前記受光素子の前記受光面の中心は、前記レンズの光軸に対して垂直な第１の方向にずらして配置されるとともに、
前記配線部は、前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に沿った位置に配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の光モジュールであって、
前記受光素子は、裏面入射型受光素子であることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光モジュールであって、
前記受光素子は、前記受光面の法線方向が前記レンズの光軸に対して傾斜するように配置され、
前記配線部は、前記傾斜方向に沿った位置に配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の光モジュールであって、
前記受光素子は、裏面入射型受光素子もしくは表面入射型受光素子であることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか一項に記載の光モジュールであって、
前記光モジュールは、更に、
前記光ファイバからの光信号が入射する、一列に並んだ複数のバンドパスフィルタと、
前記複数のバンドパスフィルタの表面において反射した光信号を反射するとともに、前記バンドバスフィルタに対向して配置された全反射ミラーと、を含み、
前記少なくとも１の受光素子は、所定の間隔で並んだ複数の受光素子であって、
前記集光レンズは、前記バンドパスフィルタから出射した各光信号を、対応する前記各受光素子の各受光面に集光することを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１または２に記載の光モジュールであって、
前記メサ部は、更に、前記吸収層と前記第１半導体層との間に反射層を含み、
前記電極部は、リング形状であって、
前記光ファイバからの光信号は、前記レンズを介して、前記メサ部に入射し、前記吸収層で吸収された後、更に、前記光信号の少なくとも一部が前記反射層で反射されることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
少なくとも第１半導体層と、受光面より入射した光信号を電気信号に変換する吸収する光吸収半導体層と、前記第２半導体層と、が積層された、メサ形状のメサ部と、前記メサ部の上部に形成された電極部と、前記メサ部の側面の一部を覆うように、前記電極部の外周の一部から、前記メサ部の外部へ向かって延伸して形成された配線部と、を含む、入射した光信号を電気信号に変換する受光素子と、
光ファイバからの光信号を、前記受光素子の受光面に集光するレンズと、を含む光モジュールであって、
前記受光素子の前記受光面の中心軸は、前記レンズの光軸に対して該光軸に垂直な第１の方向にずらして配置されるとともに、
前記配線部は、前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に沿った位置に配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載の光モジュールであって、
前記受光素子は、裏面入射型受光素子であることを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
少なくとも第１半導体層と、受光面より入射した光信号を吸収する光吸収半導体層と、第２半導体層と、が積層された、メサ形状のメサ部と、
前記メサ部の上部に配置された電極部と、
前記メサ部の側面の一部を覆い、かつ、前記電極部の外周の一部から前記メサ部の外部へ向かって延伸するように配置された配線部と、を含む、入射した光信号を電気信号に変換する少なくとも１の受光素子と、
光ファイバからの光信号を、前記少なくとも１の受光素子の前記受光面に集光するレンズと、
を含む光モジュールであって、
前記受光素子の前記受光面の中心は、前記レンズの光軸に対して垂直な第１の方向にずらして配置されるとともに、
前記配線部は、前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に沿った位置に配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光モジュールは、更に、
前記光ファイバからの光信号が入射する、一列に並んだ複数のバンドパスフィルタと、
前記複数のバンドパスフィルタの表面において反射した光信号を反射するとともに、前記バンドバスフィルタに対向して配置された全反射ミラーと、を含み、
前記少なくとも１の受光素子は、所定の間隔で並んだ複数の受光素子であって、
前記集光レンズは、前記バンドパスフィルタから出射した各光信号を、対応する前記各受光素子の各受光面に集光することを特徴とする光モジュール。
【請求項１３】
少なくとも第１半導体層と、受光面より入射した光信号を吸収する光吸収半導体層と、
第２半導体層と、が積層された、メサ形状のメサ部と、
前記メサ部の上部に配置された電極部と、
前記メサ部の側面の一部を覆い、かつ、前記電極部の外周の一部から前記メサ部の外部
へ向かって延伸するように配置された配線部と、を含む、入射した光信号を電気信号に変
換する少なくとも１の受光素子と、
光ファイバからの光信号を、前記少なくとも１の受光素子の前記受光面に集光するレン
ズと、
を含む光モジュールであって、
前記少なくとも１の受光素子は、前記受光面の法線方向が前記レンズの光軸に対して傾斜するように配置され、
前記配線部は、前記傾斜方向に沿った位置に配置されることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信装置に用いられる光モジュールは、一般に、光ファイバと、レンズと、受光素子とを含む。当該光モジュールにおいて、光ファイバは、光モジュールの外部から入力される光信号をレンズへ出射し、当該レンズは、当該光信号を受光素子の受光面に収束する。そして、当該受光素子は、受光した光信号を電気信号に変換する。
【０００３】
しかしながら、光ファイバからレンズを介して受光素子へ出射した光信号の一部が、受光素子の受光面で反射され、当該反射光が光ファイバに戻る戻り光の問題が発生する場合がある。この場合、結果として、光通信装置の電気信号にノイズが発生する。
【０００４】
上記のような受光素子の受光面における光信号の反射に起因するノイズを抑制する技術として、レンズの光軸の中心から、受光素子をずらして配置する技術（下記特許文献１参照）や、受光素子の受光面の法線方向を、レンズの光軸に対して、傾斜するように受光素子を配置する技術が知られている（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１６２９４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４１０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにレンズの光軸の中心に対して受光素子をずらして配置する場合、光ファイバからの入射光がレンズの中心を通過しないことから、収差が生じ、受光素子における受光面での結像歪が生じる。また、受光素子の受光面の法線方向をレンズの光軸に対して傾斜するように受光素子を配置する場合、レンズを通過した光線は、当該受光面において、円形状ではなく楕円形状となり、同様に、結像歪が生じる。
【０００７】
ここで、高速伝送方式に用いられる受光素子は、その高速応答のために受光素子の受光径を小さくして接合容量を抑え、受光素子の容量成分(C)及び抵抗(R)からなるＣＲ時定数を下げる必要がある。特に、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の性能が要求される場合、受光素子の受光径が１０μｍ程度と、シングルモードファイバのモードフィールド径とほぼ同じサイズまで小さくする必要がある。よって、当該受光径内に入射光を適切に結合させることが困難となる。この場合において、上記のように受光素子における受光面において結合歪が生じる構成を用いた場合、当該受光系内に入射光を有効に結合させることがより困難となり、結果として、受光素子の受光感度が低下する場合がある。
【０００８】
より具体的には、上記のように受光素子をオフセット配置した場合を例として、図１３を用いて、下記に説明する。図１３は、本発明の課題を説明するための図である。具体的には、図１３は、例えば、直径１．５ｍｍの球レンズを、集光レンズとして用い、１５μｍの受光径を持つ受光素子をオフセット配置した場合におけるシミュレーション結果を示す。図１３に示した円は、受光素子の受光径に相当する。また、図１３に示す点は、光強度に相当し、点の密度が高い場所ほど光強度が強いことを表す。図１３に示すように、受光素子をオフセット配置した場合には、収差により、結像歪が生じ、図１３下方に結像が伸びる。また、図１３に示すように、受光径の外部にも光が到達する。当該外部に到達する光は、後述する受光素子内部の吸収層まで到達できず、受光素子の受光感度に寄与することができない。図１３に示した例においては、約９８％の光は受光径内に分布するが、残りの約２％の光線は、受光径の外部に分布する。なお、受光素子の受光径が小さくなるにつれて、受光径の外部に分布する光が増加する。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、受光素子の受光面における反射に起因するノイズの発生を抑制するとともに、当該受光素子の受光感度の低下を抑制する光モジュールを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の光モジュールは、少なくとも第１半導体層と、受光面より入射した光信号を吸収する光吸収半導体層と、第２半導体層と、が積層された、メサ形状のメサ部と、前記メサ部の上部に配置された電極部と、前記メサ部の側面の一部を覆い、かつ、前記電極部の外周の一部から前記メサ部の外部へ向かって延伸するように配置された配線部と、を含む、入射した光信号を電気信号に変換する少なくとも１の受光素子と、光ファイバからの光信号を、前記少なくとも１の受光素子の前記受光面に集光するレンズと、を含む光モジュールであって、前記配線部は、前記受光面における光信号の強度分布に基づいた位置に配置されることを特徴とする。
【００１１】
（２）上記（１）に記載の光モジュールにおいて、前記配線部は、前記強度分布の長手方向に沿って配置されることを特徴とする。
【００１２】
（３）上記（２）に記載の光モジュールにおいて、前記強度分布は、楕円形状であり、前記配線部は、当該楕円形状の長軸方向に沿って配置されることを特徴とする。
【００１３】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記受光素子の前記受光面の中心は、前記レンズの光軸に対して垂直な第１の方向にずらして配置されるとともに、前記配線部は、前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に沿った位置に配置されることを特徴とする。
【００１４】
（５）上記（４）に記載の光モジュールにおいて、前記受光素子は、裏面入射型受光素子であることを特徴とする。
【００１５】
（６）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光モジュールにおいて、前記受光素子は、前記受光面の法線方向が前記レンズの光軸に対して傾斜するように配置され、前記配線部は、前記傾斜方向に沿った位置に配置されることを特徴とする。
【００１６】
（７）上記（６）に記載の光モジュールにおいて、前記受光素子は、裏面入射型受光素子もしくは表面入射型受光素子であることを特徴とする。
【００１７】
（８）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載光モジュールは、更に、前記光ファイバからの光信号が入射する、一列に並んだ複数のバンドパスフィルタと、前記複数のバンドパスフィルタの表面において反射した光信号を反射するとともに、前記バンドバスフィルタに対向して配置された全反射ミラーと、を含み、前記少なくとも１の受光素子は、所定の間隔で並んだ複数の受光素子であって、前記集光レンズは、前記バンドパスフィルタから出射した各光信号を、対応する前記各受光素子の各受光面に集光することを特徴とする。
【００１８】
（９）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載光モジュールにおいて、前記メサ部は、更に、前記吸収層と前記第１半導体層との間に反射層を含み、前記電極部は、リング形状であって、前記光ファイバからの光信号は、前記レンズを介して、前記メサ部に入射し、前記吸収層で吸収された後、更に、前記光信号の少なくとも一部が前記反射層で反射されることを特徴とする。
【００１９】
（１０）本発明の他の側面における光モジュールは、少なくとも第１半導体層と、受光面より入射した光信号を電気信号に変換する吸収する光吸収半導体層と、前記第２半導体層と、が積層された、メサ形状のメサ部と、前記メサ部の上部に形成された電極部と、前記メサ部の側面の一部を覆うように、前記電極部の外周の一部から、前記メサ部の外部へ向かって延伸して形成された配線部と、を含む、入射した光信号を電気信号に変換する受光素子と、光ファイバからの光信号を、前記受光素子の受光面に集光するレンズと、を含む光モジュールであって、前記受光素子の前記受光面の中心軸は、前記レンズの光軸に対して該光軸に垂直な第１の方向にずらして配置されるとともに、前記配線部は、前記第１の方向とは逆の方向である第２の方向に沿った位置に配置されることを特徴とする。
【００２０】
（１１）上記（１０）に記載の光モジュールにおいて、前記受光素子は、裏面入射型受光素子であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態における光モジュールの全体構成について説明するための図である。
【図２】図１に示したステム上部に配置された受光素子の配置について説明するための図である。
【図３】図２に示した受光素子の上面を拡大した概略図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ断面の概略を示す図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向からみた上面の概略を示す図である。
【図６】第１の実施形態における受光素子のｘ軸方向、ｙ軸方向のトレランスカーブを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における光モジュールの全体構成について説明するための図である。
【図８】図７に示した分波フィルタの構成について説明するための図である。
【図９】図８に示した各受光素子の配置について説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施形態における光モジュールの全体構成について説明するための図である。
【図１１】第３の実施形態における受光素子の受光面における結像の様子を説明するための図である。
【図１２】第３の実施形態における受光素子の断面の概略を示す図である。
【図１３】本発明の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの構成について説明するための図である。本実施形態に係る光モジュール１００は、図１に示すように、主に、受光素子１０１と、受光素子支持部材１０２と、プリアンプなどの搭載素子１０３と、レンズ１０４を含む。なお、当該受光素子１０１、支持部材１０２、搭載素子１０３、レンズ１０４等は、例えば、同軸型のパッケージである収容部１０６内に設けられる。
【００２４】
収容部１０６は、レンズ収容後部１０６ａと、レンズ収容前部１０６ｂと、を含む。レンズ収容部１０６は、例えば、一体的に形成された金属製の部材であり、円柱形状の外形を有するレンズ収容後部１０６ａと、当該レンズ収容後部１０６ａの外径より小さな外径の円柱形状の外形を有するレンズ収容前部１０６ｂと、を含む。また、レンズ収容後部１０６ａとレンズ収容前部１０６ｂとの間にレンズ１０４が配置される。
【００２５】
光ファイバ収容部１０７は、レンズ収容前部１０６ｂの上部に設けられた孔に配置される。光ファイバ収容部１０７は、例えば、円筒形状の金属で形成される。当該光ファイバ収容部１０７には、コネクタ１０８若しくはフェルールで覆われた光ファイバ１０９が配置される。
【００２６】
レンズ収容部１０６ｂの下部に配置されたステム１１１上には、支持部材１０２と、搭載素子１０３が配置される。また、支持部材１０２上には、受光素子１０１が配置される。具体的には、例えば、受光素子１０１は、後述するように、レンズ１０４の光軸１１３からずらして配置（オフセット配置）される。ここで、受光素子１０１は、光に対応する光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）を含む。受光素子１０１や搭載素子１０３は、例えば、金属で形成されるリードピン１１０を介して、光モジュール１００の外部に配置されるフレキシブル基板と電気的に接続される。つまり、受光素子１０１や搭載素子１０３から出力される電気信号は、リードピン１１０を介して、フレキシブル基板１１２に伝送される。
【００２７】
次に、光ファイバ１０９から出射される光信号の経路について説明する。光ファイバ１０９は、光信号をレンズ１０４に出射する。ここで、図１に示すように、光ファイバの中心軸１１３はレンズ１０４の光軸より少し左側にずれて配置される。逆に、受光素子１０１はレンズ１０４の光軸より少し右側にずれて配置される。これにより、光ファイバ１０９からの出射光は、レンズ１０４の中心軸からずれてレンズ１０４に入射し、当該レンズ１０４からの出射光は、受光素子１０１の受光面に対して、斜めに入射する。したがって、受光素子１０１の受光面における反射光も受光面に対して斜めに反射する。これにより、当該反射光が、再びレンズ１０４を介して、光ファイバ１０９に戻ることを抑制することができる。なお、ここで、出射光の光軸とは、進行する光束の中心となる仮想的な光線に相当する。
【００２８】
図２は、図１に示したステム上部に配置された受光素子の配置について説明するための図である。図２に示すように、ステム１１１の上面には支持部材１０２上に設けられた受光素子１０１及び搭載素子１０３が配置される。具体的には、受光素子１０１の受光部が、ステム１１１の中心よりプラスｙ軸方向にわずかにずらして配置（オフセット配置）される。なお、当該プラスｙ軸方向が図３のオフセット方向に相当する。また、上記においてはステム１１１の中心がレンズの光軸１１３に略一致するものとする。
【００２９】
図３は、図２に示した受光素子１０１の上面を拡大した概略図である。図３に示すように、受光素子１０１は、半導体基板３０１と当該半導体基板３０１上に形成された受光部３０２、当該受光部３０２と配線部３０３を介して接続されるｐ電極パッド３０４、ｎ電極パッド３０５を含む。具体的には、受光部３０２は、当該受光部３０２の外周から延伸する配線部３０３を介して、ｐ電極パッド３０４に接続される。なお、ｐ電極パッド３０４やｎ電極パッド３０５は、例えば、ハンダ付けを用いて支持部材１０２等に接続することから、受光部３０２と比較して、大きな面積を有するように形成される。
【００３０】
図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面の概略を示す図である。図５は、図４のＶ−Ｖ方向からみた上面の概略を示す図である。なお、図５において、５０１はメサ部４１０の直径に相当する。図４に示すように、受光素子１０１周辺においては、図４の下方から順に、低反射膜４０１、半導体基板４０２、ｎ型半導体コンタクト層４０３が形成される。また、当該ｎ型半導体コンタクト層４０３上には、ｎ型半導体層４０５、吸収層４０６、ｐ型半導体層４０７、ｐ型半導体コンタクト層４０９が積層され、メサ形状のメサ部４１０を形成する。また、当該メサ部４１０の上部や側面部及びｎ型半導体コンタクト層４０３の上部を覆うように、パッシベーション膜４０４が形成される。そして、当該パッシベーション膜４０４で覆われたメサ部４１０の上部にｐ電極４０８が形成される。当該ｐ電極４０８は、ｐ電極４０８の外周の一部から延伸するようにして形成された配線部４１２を介して、ｐ電極パッド３０４に接続される。当該配線部４１２は、図５に示すように、メサ部４１０の側面の一部のみを覆うように必要最小限の幅で形成される。これは、当該配線部４１２を、メサ部４１０の側面全部に形成すると、当該メサ部４１０側面の配線部４１２が寄生容量成分となることから、必要最小限の幅とするものである。また、当該配線部４１２及びｐ電極４０８は、例えば、Ａｕを蒸着して形成する。また、当該配線部４１２やｐ電極４０８は、入射した光の高反射材として機能する。更に、メサ部４１０からみてｐ電極４０８と反対側にはｎ電極４１１が形成される。
【００３１】
次に、図４下方から入射する光の経路について説明する。図４からわかるように本実施の形態における受光素子は、裏面入射メサ型ＰＩＮ-ＰＤに相当する。なお、当該入射光は、図１に示したレンズ１０４から入射する光に相当することはいうまでもない。当該入射光は、吸収層４０６を通過する際に吸収され、電気信号に変換される。このとき、吸収層４０６は当該入射した光を１００％吸収することができない。よって、吸収層４０６で吸収されなかった光は、ｐ型半導体層４０７及びｐ型半導体コンタクト層４０９を通過し、ｐ電極４０８や配線部４１２で反射され、再び吸収層４０６へ入射する。一方、配線部４１２が形成されていないメサ部４１０の側面では、光を反射する配線部４１２が形成されていないことから、光の反射は低減する。
【００３２】
ここで、図１を用いて説明したように、本実施の形態においては、レンズ１０４の光軸１１２の中心から、受光素子１０１の受光面をプラスｙ方向にオフセット配置する。よって、レンズ１０４の収差による結像ボケが生じる方向は、マイナスｙ方向となる。したがって、配線部４１２を当該結像ボケが生じる方向に沿って設ける。これにより、配線部４１２をメサ部４１０側面の他の方向に設けた場合と比べて、マイナスｙ方向における受光面の位置の許容範囲を広げることができる。また、図１３に示したように、本実施の形態においては、受光径の外部にも光が分布するが、当該受光径外部に分布した光のうちの一部が少なくとも配線部４１２で反射させることができ、結果として、受光感度を向上させることができる。
【００３３】
具体的には、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態における受光素子を用いた場合におけるｘ軸方向、ｙ軸方向のトレランスカーブを示す図である。なお、図６において、縦軸が結合効率(Coupling Efficiency)を示し、横軸が受光面の中心からの距離(Distance)を示す。図６に示すように、結合損−３ｄＢを基準にした場合の結合範囲を受光径と定義すると、受光径は、ｘ軸方向に１６μｍ、ｙ軸方向に１８μｍである。つまり、上記のように配線部４１２を設けることにより、ｙ軸方向の受光径がｘ軸方向の受光径よりも１３％程度大きくすることができることがわかる。また、図６に示すように、ｙ軸方向の受光径の中心もずれ、受光径が配線部４１２を配置した方向に広がる。なお、受光径の定義は、上記の他その他の結合損を基準としてもよい。
【００３４】
ここで、例えば、光ファイバ１０９としてシングルモードファイバを用いた場合、当該光ファイバ１０９のモードフィールド径は、約１０μｍ程度であり、集光レンズ１０４の像倍率を１とした場合、受光素子１０１の受光面でもモードフィールド径は、約１０μｍとなる。この場合、ｘ軸方向における受光径との差は、約６μｍとなる。一方、ｙ軸方向における受光径は約８μｍとなる。つまり、本実施の形態によれば、製造過程における位置決めの許容範囲をｙ軸方向に約２μｍ広げることができる。
【００３５】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。具体的には、例えば、上記においては受光素子１０１として裏面入射メサ型ＰＩＮ−ＰＤを用いる場合について説明したが、裏面入射メサ型ＡＰＤを用いてもよい。また、配線部４１２をｐ電極４０８としたがｎ電極４１１で構成してもよい。さらに、上記においては光モジュール１００のパッケージとして同軸型を用いる場合いついて説明したが、例えば、箱型のバタフライパッケージを用いても、同様のオフセット配置は可能であるため、箱型のパッケージを用いてもよい。また、上記においては、配線部４１２をレンズ１０４の収差による結像ボケが生じる方向に沿って配置したが、完全に沿わなくても一定の効果を得ることができる。具体的には、結像ボケが生じる方向に対して、±４５°、好ましくは±３０°の範囲内に配線部４１２を配置することが望ましい。
【００３６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施の形態における光モジュール２００は、波長の異なる複数の光信号を受信する波長多重受信モジュールであることが、主に、第１の実施形態と異なる。なお、下記において第１の実施形態と同様である点については説明を省略する。
【００３７】
図７は、本実施の形態における光モジュールの全体構成について説明するための図である。図７に示すように、本実施の形態における光モジュール２００は、主に、分波フィルタ７０２、レンズ７０３、サブマウント７０４上に設けられた複数の受光素子１０１を含む。なお、分波フィルタ７０２、レンズ７０３、サブマウント７０４等は、例えば、箱型のパッケージ７０１内に設けられる。
【００３８】
光ファイバ１０９は、光モジュール２００のパッケージ７０１の一端に配置され、後述する分派フィルタ７０２に光ファイバ１０９からの光信号を出射する。図７に示すように当該パッケージ７０１は、例えば、いわゆる箱型のパッケージに相当する。光ファイバ１０９は、波長の異なる複数の光信号が多重された波長多重信号を分波フィルタ７０２に出射する。なお、本実施の形態においては、一例として、当該波長多重信号が波長の異なる４の光信号を含むものとして説明する。
【００３９】
分波フィルタ７０２は、当該光ファイバ１０９からの波長多重信号７０５を各信号波長に分波する。具体的には、分波フィルタ７０２は、図８に示すように、光ファイバ１０９から入射した光を全反射する全反射ミラー８０２、第１乃至第４のバンドパスフィルタ８０３ａ乃至ｄを含むフィルタ部８０３を含む。また、各バンドバスフィルタ８０３ａ乃至ｄから出射する光を対応する各受光素子１０１に集光するように、分波フィルタ７０２の出射側にレンズ７０３を配置する。
【００４０】
各受光素子１０１は、レンズ７０３に対向する位置にサブマウント７０４上に並んで設けられる。具体的には、図９に示すように、各受光素子１０１は、例えば、サブマウント７０４のレンズ７０３側の表面に、所定の間隔で並んで設けられる。また、各受光素子１０１は、レンズ７０３からの対応する光信号を受光する。また、第１の実施形態と同様に、各受光素子１０１は、ｐ電極パッド９０１やｎ電極パッド９０２を介して、搭載素子１０３に電気的に接続される。
【００４１】
次に、本実施の形態における光ファイバ１０９から入射した光の経路について説明する。図８に示すように、光ファイバ１０９からの光信号は、ｚ軸に対して所定の角度で第1のバンドパスフィルタ８０３ａに入射する。第１のバンドバスフィルタ８０３ａは、予め設定された波長のみ透過し、その他の波長の光は当該第１のバンドバスフィルタ８０３ａの表面で入射各に対応する反射角度で反射する。当該第１のバンドパスフィルタ８０３ａの表面で反射した反射光は、全反射ミラー８０２で反射し、第２のバンドパスフィルタ８０３ｂに、光ファイバ１０９からの光信号と同じ角度で入射する。同様に、第２のバンドバスフィルタ８０３ｂは、予め設定された波長のみ透過し、その他の波長の光は、当該第２のバンドバスフィルタ８０３ｂの表面で入射角に対応する反射角度で反射する。以下同様に、第１乃至第４のバンドパスフィルタ８０３ａ乃至ｄが、各所定の波長の光を透過することにより、光ファイバ１０９からの光信号が分波される。具体的には、例えば、図９の例の場合、ｚ軸に対して光ファイバ１０９からの入射光の角度はｚ軸に対して１０°とする。上記のように、当該入射光は、当該入射角を保ったままジグザグに分波フィルタ７０２内を進行するとともに、各バンドパスフィルタ８０３ａ乃至ｄからの出射光も当該角度を維持しつつ、レンズ７０３へ出射する。
【００４２】
バンドパスフィルタ８０３からの出射光は、レンズ７０３を通過し、各受光素子１０１に入射する。このとき、レンズ７０３が、各受光素子１０１表面に垂直になるように出射光を曲げるように構成すると、上記いわゆる戻り光の問題が生じる。したがって、本実施の形態においては、受光素子１０１の表面に光が垂直に入射しないようにする必要があり、この場合、レンズ７０３からの出射光がレンズ７０３の中心を通る経路にできない。よって、上記と同様に、レンズ７０３の収差が問題となる。
【００４３】
具体的には、本実施の形態においては、図８に示すように、レンズ７０３から各受光素子１０１に入射する光は、受光素子１０１の法線方向に対して、プラスｙ方向に向かって角度を有する。この場合、上記第１の実施形態と同様に、レンズ７０３の収差による結像歪が生じる方向はマイナスｙ方向となる。したがって、本実施の形態においては、上記第１の実施形態と同様に、配線部４１２を当該結像歪が生じる方向に沿って設ける。これにより、配線部４１２を他の方向に設けた場合と比べて、マイナスｙ方向における受光面の位置の許容範囲を広げることができる。また、受光径の外部に分布する光のうちの一部を少なくとも配線部４１２で反射させることができ、結果として、各受光素子１０１の受光感度を向上させることができる。なお、上記のように、各バンドパスフィルタ８０３ａ乃至ｄを透過する光の出射角は同じであるため、各受光素子１０１の配置は、レンズ７０３からの各入射光について同じ向きにすればよい。
【００４４】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。例えば、上記においては、光ファイバ１０９から４の異なる波長を有する光信号が入力される場合について説明したが、その他の数の波長成分を有する光信号が入力される場合であってもよい。この場合、バンドパスフィルタ８０３の数や受光素子１０１の数は、光ファイバ１０９から出射される波長成分の数に応じて異なることはいうまでもない。また、第１の実施形態と同様に、受光素子１０１として裏面入射メサ型ＰＩＮ−ＰＤを用いてもよいし、裏面入射メサ型ＡＰＤを用いてもよい。また、例えば、配線部４１２は、ｐ電極４０８を延伸して形成してもよいし、またはｎ電極４１１を延伸して形成してもよい。さらに、上記においては、箱型のパッケージ７０１を用いる場合を例として説明したが、同軸型のパッケージを用いてもよい。また、上記においては、配線部４１２をレンズ１０４の収差による結像ボケが生じる方向に沿って配置したが、完全に沿わなくても一定の効果を得ることができる。具体的には、結像ボケが生じる方向に対して、±４５°、好ましくは±３０°の範囲内に配線部４１２を配置することが望ましい。
【００４５】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。本実施の形態においては、上記のような受光素子１０１のオフセット配置に代えて、レンズ１０４からの光の光軸１１２に対して、受光素子１０１の受光面の法線方向を傾けて受光素子１０１を配置する点が、主に、第１の実施形態と異なる。
【００４６】
図１０は、本発明の第３の実施形態における光モジュール２００の全体構成について説明するための図である。図１０に示すように、本実施の形態における光モジュール３００は、第１の実施の形態と同様に、光ファイバ１０９、レンズ１０４、受光素子１０１を含む。しかしながら、第１の実施の形態と異なり、光ファイバ１０９の先端は、光ファイバ１０９の中心軸１３１に対して略垂直であり、光ファイバ１０９からの出射光の光軸は、光ファイバ１０９の中心軸１３１に略同一とする。光ファイバ１０９からの出射光は、レンズ１０４を介して、受光素子１０１の受光面に集光する。
【００４７】
ここで、図１０に示すように、受光素子１０１は、図１０のｘ−ｙ平面に対して傾けて配置する。なお、図１０においては、当該傾斜角度をθとして示す。具体的には、例えば、図１０に示すように、断面からみて台形形状のサブマウント１３２上に受光素子１０１を配置することにより、ｘ−ｙ平面に対して受光素子１０１を傾けて配置する。これにより、受光素子１０１の受光面上での結像は円形状ではではなく楕円形状となり、また、当該楕円形状の長軸は傾斜角に依存する。このときの様子の概略を図１１に示す。図１１に示すように、受光素子１０１の受光面における結像５０２についての楕円形状の長軸に沿って、配線部４１２を設ける。これにより、配線部４１２を他の方向に設けた場合と比べて、ｙ方向における受光素子１０１の位置決めの許容範囲をマイナスｙ方向に広げることができる。
【００４８】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。具体的には、例えば、受光素子１０１としては、裏面入射メサ型ＰＩＮ−ＰＤを用いてもよいし、裏面入射メサ型ＡＰＤを用いてもよい。また、上記においては、配線部４１２を受光素子１０１における結像５０２の長軸方向に沿って配置したが、完全に沿わなくても一定の効果を得ることができる。具体的には、受光素子１０１における結像５０２の長軸方向に対して、±４５°、好ましくは±３０°の範囲内に配線部４１２を配置することが望ましい。
【００４９】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施の形態においては、受光素子１０１として表面入射メサ型ＰＩＮ−ＰＤを用いる点が、主に、第３の実施形態と異なる。なお、下記において、第３の実施形態と同様である点については説明を省略する。
【００５０】
図１２は、本実施の形態における受光素子の断面の概略を示す図である。図１２に示すように、半導体基板４０２上にｎ型半導体コンタクト層４０３を積層し、当該ｎ型半導体コンタクト層４０３層上にメサ状に形成されたｎ型半導体層４０５、反射層１４１、吸収層４０６、ｐ型半導体層４０７、ｐ型半導体コンタクト層４０９を積層する。また、メサ部４１０の上面及び側面にはパッシベーション膜４０４を形成するとともに、メサ部４１０上面には図１２上方からみてリング状のｐ電極４０８を形成する。また、第１の実施形態と同様にメサ部４１０の側面の一部に配線部４１２を形成するとともに、半導体基板４０２のメサ部４１０と反対側の表面には低反射膜４０１を形成する。なお、吸収層４０６の下に反射層１４１を形成する方法としては、例えば、特開２００１−３０８３６７号公報に開示の方法や、いわゆるＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector)層を形成する方法を用いればよい。
【００５１】
ここで、図１２に示すように、上記第３の実施形態と同様に、受光素子１０１を、図１２のｘ−ｙ平面に対して傾けて配置する。したがって、受光素子１０１の受光面上での結像は円形状ではなく楕円形状となる。また、当該楕円形状の長軸の長さは、傾斜角に依存する。よって、第３の実施形態と同様に、本実施の形態においては、当該楕円形状の長軸に沿って、配線部４１２を設ける。また、当該配線部４１２は、受光素子１０１での反射層１４１での反射光の方向を配線部４１２の方向と略一致させる。具体的には、レンズ１０４の光軸１１２と、配線部４１２へ向かう方向１３３の間の角度（図１０の角度Φに相当）を９０°以上となるように配置する。これにより、配線部４１２を他の方向に設けた場合と比べて、ｙ方向における受光面の位置の許容範囲を広げることができるとともに、吸収層４０６における光信号の吸収効率を向上させることができる。
【００５２】
次に、レンズ１０４からの光信号の経路について説明する。上記のように、本実施の形態における受光素子１０１は、いわゆる表面入射型ＰＤであるため、メサ部４１０上方からレンズ１０４を通過した光信号が入射する。当該光信号のうち吸収層４０６で吸収されない光は、吸収層４０６下の反射層１４１で反射されて再度吸収層４０６に入射する。再度吸収層４０６に入射した光のうち吸収されなかった光は、吸収層４０６を通過して、配線部４１２で反射し、再度吸収層４０６で吸収される。これにより、吸収層４０６における光信号の吸収効率を向上させることができる。
【００５３】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。具体的には、例えば、上記においては受光素子１０１として表面入射メサ型ＰＩＮ−ＰＤを用いる場合について説明したが、表面入射メサ型ＡＰＤを用いてもよい。また、配線部４１２を、ｐ電極４０８を延伸して形成する場合について説明したが、ｎ電極４１１を延伸して形成するように構成してもよい。さらに、光モジュール３００のパッケージは、上記箱型または同軸型のいずれのパッケージを用いてもよい。なお、特許請求の範囲における第１の半導体層及び第２の半導体層はそれぞれ、例えば、上記第１乃至第４の実施形態におけるｎ型半導体層４０３及びｐ型半導体層４０７に相当する。また、上記においては、配線部４１２を受光素子１０１における結像５０２の長軸方向に沿って配置したが、完全に沿わなくても一定の効果を得ることができる。具体的には、受光素子１０１における結像５０２の長軸方向に対して、±４５°、好ましくは±３０°の範囲内に配線部４１２を配置することが望ましい。さらに、受光素子を入射光に対して傾けて配置することで反射光を抑制しつつ、光信号の吸収効率を向上させる形態を示したが、受光素子に対して、入射光を斜めに入射する構成においても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５４】
１００  光モジュール、１０１  受光素子、１０２  受光素子支持部材、１０３  搭載素子、１０４  レンズ、１０５  収容部、１０６  収容部、１０７  光ファイバ収容部、１０８  コネクタ、１０９  光ファイバ、１１０  リードピン、１１１  ステム、１１２  フレキシブル基板、１４１  反射層、３０１、４０２  半導体基板、３０２  受光部、３０３  配線部、３０４、９０１  ｐ電極パッド、３０５、９０２  ｎ電極パッド、４０１  低反射膜、４０３  ｎ型半導体コンタクト層、４０４  パッシベーション膜、４０５  ｎ型半導体層、４０６  吸収層、４０７  ｐ型半導体層、４０８  ｐ電極、４０９  ｐ型半導体コンタクト層、４１０  メサ部、４１１  ｎ電極、４１２  配線部、７０１  パッケージ、７０２  分波フィルタ、７０３  レンズ、７０４  サブマウント、８０２  全反射ミラー、８０３  バンドバスフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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