(57)【要約】【課題】互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンクに用いる受信ユニットにおいて、光ファイバを介して同時に伝送された可視領域の信号光および赤外領域の信号光を互いに分離して電気信号に変換できる光ファイバ・リンク用受信ユニット、並びにそれを用いた電子機器および光ファイバ・リンクシステムを提供する。【解決手段】光ファイバ・リンク用受信ユニット３６は、赤外波長の信号光を受光して電気信号に変換するためのフォトダイオードＰＤ１と、可視波長の信号光を受光して電気信号に変換するためのフォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４と、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０上に配置された近赤外光のみを透過する干渉フィルター２５と、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１〜２４上に配置された可視光のみを透過する干渉フィルター２６とを備える。【選択図】図１
2008096834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンクに用いる受信ユニットであって、上記複数の信号光をそれぞれ受光して電気信号に変換する複数の受光素子を備える受信ユニットにおいて、
赤外光を遮断する赤外光遮断フィルターと、
可視光を遮断する可視光遮断フィルターとをさらに備え、
上記複数の受光素子は、可視波長の信号光と赤外波長の信号光とを含む複数の信号光を受光するものであって、可視波長の信号光を受光して電気信号に変換するための可視光用受光素子と、赤外波長の信号光を受光して電気信号に変換するための赤外光用受光素子とを含み、
上記赤外光遮断フィルターは、上記可視光用受光素子への信号光の入射経路上で、かつ上記赤外光用受光素子への信号光の入射経路から外れた位置に配置され、
上記可視光遮断フィルターは、上記赤外光用受光素子への上記信号光の入射経路上で、かつ上記可視光用受光素子への上記信号光の入射経路から外れた位置に配置されていることを特徴とする光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項２】
上記複数の受光素子は、互いに共通する半導体基板内に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項３】
上記可視光遮断フィルターは、上記赤外光用受光素子の受光面上に配置された、近赤外光のみを透過する第１の干渉フィルターであり、
上記赤外光遮断フィルターは、上記可視光用受光素子の受光面上に配置された、可視光のみを透過する第２の干渉フィルターであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項４】
上記可視光用受光素子は、上記可視波長の信号光として赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光を受光するものであって、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子を含み、
上記第１の受光素子の受光面上には上記第２の干渉フィルターを介して、赤色光を透過する赤色フィルターが設けられ、
上記第２の受光素子の受光面上には上記第２の干渉フィルターを介して、緑色光を透過する緑色フィルターが設けられ、
上記第３の受光素子の受光面上には上記第２の干渉フィルターを介して、青色光を透過する青色フィルターが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項５】
上記第１の干渉フィルターおよび第２の干渉フィルターは各々、二酸化チタン層と二酸化ケイ素層とが交互に積層されてなることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項６】
上記赤外光用受光素子のピーク感度波長が、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であり、
上記第１の受光素子のピーク感度波長が、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、
上記第２の受光素子のピーク感度波長が、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であり、
上記第３の受光素子のピーク感度波長が、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項７】
上記赤色フィルター、緑色フィルター、および青色フィルターは、顔料分散型感光性樹脂で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項８】
光ファイバから入射した信号光を上記複数の受光素子の受光面上に集光する凸レンズをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニット。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニットを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンクシステムであって、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光ファイバ・リンク用受信ユニットと、
上記可視波長の信号光と上記赤外波長の信号光とを同時に光ファイバを介して光ファイバ・リンク用受信ユニットへ送出する光ファイバ・リンク用送信ユニットとを備えることを特徴とする光ファイバ・リンクシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンク（光ファイバを介した通信）に用いる受信ユニット、それを用いたパーソナルコンピュータや携帯情報端末、デジタルオーディオ機器などの電子機器、および上記受信ユニットを用いた光ファイバ・リンクシステムに関するものである。本発明は、特に、上記光ファイバとして全プラスチックファイバ（ＡＰＦ）を使用して短距離での多重通信を行う光ファイバ・リンクに用いる受信ユニット、並びにそれを用いた電子機器および光ファイバ・リンクシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光通信システムの１種として、光ファイバを介して信号（特にデータ信号）を信号光として伝送することで情報の通信を行う光ファイバ・リンクシステムが使用されている。
【０００３】
光ファイバ・リンクシステムは、信号光を発する光源を含む送信ユニットと、該信号光を受光するための受光素子を含む受信ユニットとを、光ファイバを介して接続したものである。送信ユニットは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）と発光ダイオード駆動回路とで構成される。また、受信ユニットは、例えば受光素子と信号処理回路とで構成される。送信ユニットおよび受信ユニットはそれぞれ、それらに取り付けられたコネクタによって光ファイバと接続される。光ファイバ・リンクシステムでは、送信ユニットと受信ユニットとの間で光ファイバを介して信号光の伝送（特にデータ信号の通信）を行うことができる。
【０００４】
通信距離（送信ユニットと受信ユニットとの距離）が５０ｍを超える長距離光通信を行う光ファイバ・リンクシステムでは、一般的にシングルモードファイバ（ＳＭＦ）が用いられている。上記シングルモードファイバは、石英を構成材料として用いた光ファイバであり、そのコア径は一般的に５〜１０μｍと小さい。そのため、シングルモードファイバを用いた光ファイバ・リンクシステムでは、一般的に、光源および受光素子と光ファイバとの光学調整が困難であり、また、光学調整のための追加の素子を設けるために素子数が増える。長距離光通信を行う光ファイバ・リンクシステムでは、一般的に、ピーク波長が１３００ｎｍ以上１５５０ｎｍ以下の長波長である信号光が用いられている。このような長波長の信号光を用いる光ファイバ・リンクシステムでは、一般に、この信号光を受光する受光素子として、Ｇｅ（ゲルマニウム）やＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）で形成された素子が使用されている。
【０００５】
一方、光ファイバ・リンクシステムにおいて、全プラスチックファイバ（ＡＰＦ：all plastic fiber）を使用することも、従来から行われている。全プラスチックファイバは、一般的に、コア径が例えば９７０μｍと比較的大きく、角型コネクタや丸型コネクタを用いて光源および受光素子と接続されるので、シングルモードファイバと比較して、光源や受光素子との接続が容易である。また、プラスチックファイバは、低コストである。
【０００６】
全プラスチックファイバを使用した光ファイバ・リンクシステムは、一般的に、通信距離が長い通信に向かないことから、通信距離が５０ｍ以下である短距離光通信に用いるのが良いとされている。ただし、これは、上記光源として発光ダイオードを用いた場合であり、上記光源として半導体レーザを用いた場合には、通信距離を長くすることができるので、通信距離が５０ｍを超える光通信にも使用できると考えられる。
【０００７】
通信距離５０ｍ以下の短距離光通信を行う光ファイバ・リンクシステムでは、家庭内やオフィス内での使用を想定して全プラスチックファイバが使用されることが多い。これは、家庭内やオフィス内での使用においては、全プラスチックファイバが有する接続容易性や低コストといった利点が特に活きるからである。
【０００８】
全プラスチックファイバを使用して短距離光通信を行う従来の光ファイバ・リンクシステムの一例においては、信号光として波長が６５０ｎｍの光が使用され、受光素子として、ＯＰＩＣ（登録商標：Optical ICの略）受光素子と呼ばれるＩＣチップが使用されている。
【０００９】
ＯＰＩＣ受光素子は、受光素子と信号処理回路とを１つの基板（チップ）上に集積したものである。より詳細には、ＯＰＩＣ受光素子は、シリコンを構成材料として使用したＰＩＮ（p-intrinsic-n）フォトダイオードまたはバイポーラＩＣに、動作速度が速いフォトダイオードを組み込んだものである。ＯＰＩＣ受光素子は、例えば非特許文献１に開示されている。
【００１０】
非特許文献１に開示されたＯＰＩＣ（登録商標）受光素子の構成を図７に基づいて説明する。
【００１１】
図７に示すように、ＯＰＩＣ（登録商標）受光素子は、１つのシリコン基板１０１内に、信号光を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤ１０１と、ＮＰＮトランジスタ１３０とが並設されたものである。ＮＰＮトランジスタ１３０は、フォトダイオードＰＤ１０１から出力された電気信号を処理する信号処理回路を構成するものである。なお、信号処理回路におけるＮＰＮトランジスタ１３０以外の部分（図示しない）もシリコン基板１０１内に設けられている。
【００１２】
シリコン基板１０１は、ｐ型シリコンからなるＰ型基板１０２と、Ｐ型基板１０２上に形成されたｎ型シリコンからなるエピタキシャル層であるＮ型エピタキシャル層１０３とを備えている。さらに、シリコン基板１０１は、Ｐ型基板１０２とＮ型エピタキシャル層１０３との間における所定の位置に形成されたｎ型シリコンからなるＮ型埋め込み層１０４およびｐ型シリコンからなるＰ型埋め込み層１０５とを備えている。したがって、シリコン基板１０１は、一般的に埋め込みエピタキシャルウェハと呼ばれる構成を備えている。Ｎ型埋め込み層１０４およびＰ型埋め込み層１０５は、Ｐ型基板１０２とＮ型エピタキシャル層１０３との界面の方向に沿って交互に並ぶように、それぞれ複数形成されている。
【００１３】
１つのＮ型埋め込み層１０４上の一部領域には、Ｎ型エピタキシャル層１０３を介してＰ型アノード拡散層１０８が形成されている。
【００１４】
フォトダイオードＰＤ１０１は、カソードとしてのＮ型埋め込み層１０４と、アノードとしてのＰ型アノード拡散層１０８と、Ｎ型埋め込み層１０４およびＰ型アノード拡散層１０８の間に介在する部分のＮ型エピタキシャル層１０３と、Ｎ型カソード取り出し層１１７とで構成されている。また、Ｐ型アノード拡散層１０８におけるＮ型エピタキシャル層１０３側と反対側の面が、フォトダイオードＰＤ１０１の受光面１２０として機能する。なお、Ｎ型カソード取り出し層１１７は、Ｎ型埋め込み層１０４の電位を第１メタル配線１１１（後述）へと取り出すためのものであり、Ｎ型エピタキシャル層１０３における、カソードとして機能するＮ型埋め込み層１０４を覆っている部分の一部に形成されている。
【００１５】
他のＮ型埋め込み層１０４上の一部領域には、Ｎ型エピタキシャル層１０３を介してＰ型ベース拡散層１０７が形成されている。さらに、Ｐ型ベース拡散層１０７上の一部領域には、エミッタ拡散層１１０が形成されている。なお、Ｐ型アノード拡散層１０８、Ｐ型ベース拡散層１０７、およびエミッタ拡散層１１０は、酸化工程、フォトリソグラフィ工程、拡散工程を繰り返し行うことによって形成されている。
【００１６】
ＮＰＮトランジスタ１３０は、Ｎ型埋め込み層１０４をコレクタとして、Ｐ型ベース拡散層１０７をベースとして、エミッタ拡散層１１０をエミッタとしてそれぞれ備えている。なお、Ｎ型エピタキシャル層１０３における、コレクタとして機能するＮ型埋め込み層１０４を覆っている部分の一部には、Ｎ型埋め込み層１０４の電位を第１メタル配線（後述）１１１へと取り出すためのＮ型コレクタ層１１６が形成されている。
【００１７】
Ｎ型エピタキシャル層１０３におけるＰ型埋め込み層１０５と重なる部分には、フォトダイオードＰＤ１０１およびＮＰＮトランジスタ１３０などのような隣接する素子同士を分離するための素子分離層１０５が形成されている。素子分離層１０５は、ｐ型シリコンを酸化することによって形成されたシリコン酸化層である。
【００１８】
Ｎ型エピタキシャル層１０３上には、シリコン酸化膜１１９が形成されている。シリコン酸化膜１１９には、所定の箇所（Ｐ型アノード拡散層１０８上の箇所、エミッタ拡散層１１０上の箇所、Ｎ型コレクタ層１１６上の箇所、Ｎ型カソード取り出し層１１７上の箇所）の各々にコンタクト開口部が設けられている。コンタクト開口部の各々には、第１メタル配線１１１が形成されている。さらに、シリコン酸化膜１１９上には、ＣＶＤ（化学気相成長）法によりシリコン酸化膜である層間絶縁膜１１２が形成され、層間絶縁膜１１２上には、遮光用の第２メタル配線１１３が形成されている。第２メタル配線１１３上には、ＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜からなる表面保護膜１１４が形成されている。
【００１９】
上記ＯＰＩＣ（登録商標）受光素子においては、受光面１２０からフォトダイオードＰＤ１０１内部に入射された信号光がフォトダイオードＰＤ１０１によって電気信号へと光電変換され、該電気信号が、（フォトダイオードＰＤ１０１が形成されているのと同一の）シリコン基板１０１内に形成された信号処理回路により所望の出力電気信号に変換されて外部へ出力される。
【００２０】
したがって、上記ＯＰＩＣ（登録商標）受光素子を用いた光ファイバ・リンク用受信ユニットは、光ファイバを介して同時に伝送された信号光を電気信号に変換することができる。
【００２１】
また、特許文献１にはバイアス条件によって可視光の波長を識別するカラーセンサーが開示されている。
【００２２】
また、特許文献２には、フォトダイオード上に赤、緑、青の３色のカラーフィルタ層が形成され、該３色のカラーフィルタ層のそれぞれの上に着色されたマイクロレンズが形成された固体撮像装置が開示されている。
【００２３】
また、特許文献３には、可視光領域の光信号を色分解して電気信号に変換する複数の光電変換要素を含む複数のセンサアレイと、赤外線を電気信号に変換する複数の光電変換要素を含むセンサアレイとが並置して配列されているイメージセンサが開示されている。
【００２４】
また、特許文献４には、発光波長の異なる複数の発光素子を１つのパッケージに装着した電・光変換装置が開示されている。
【非特許文献１】蝦名 清志 編著，「オプト・デバイスの基礎と応用」，ＱＣ出版社，２００５年７月１５日，ｐ.１５３−１５４
【特許文献１】特開２０００−２２３７３４号公報（平成１２年８月１１日公開）
【特許文献２】特開昭６４−７５６２号公報（昭和６４年１月１１日公開）
【特許文献３】特開平６−２１７０７９号公報（平成６年８月５日公開）
【特許文献４】特開昭６０−２３６２７２号公報（昭和６０年１１月２５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、図７に示すＯＰＩＣ（登録商標）受光素子には、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を分離する手段は何ら設けられておらず、また、１種類の受光素子しか設けられていない。そのため、上記ＯＰＩＣ（登録商標）受光素子は、１種類の波長の信号光（例えば波長が６５０ｎｍの信号光）しか電気信号に変換できない。したがって、上記ＯＰＩＣ（登録商標）受光素子を用いた光ファイバ・リンク用受信ユニットは、１種類の信号しか受信できず、同時に複数の信号を通信する多重通信には使用できないという問題がある。
【００２６】
昨今では、パーソナルコンピュータや携帯情報端末等の普及が著しく、取り扱う情報量も膨大になっている。そのために、光ファイバ・リンクの通信速度を向上させることが要望されている。
【００２７】
そこで、従来より、複数の信号光を多重化して光ファイバを介して伝送することで通信速度を向上させた光通信（波長多重光通信）が提案されている。波長多重光通信としては、０．４〜２０ｎｍの波長間隔で互いに異なる波長を持つ複数の信号光を多重化して光ファイバを介して伝送する波長多重光通信が提案されている。しかしながら、このような波長多重光通信では、受信機で信号光を分離することが難しく、したがってＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させることが難しい。
【００２８】
また、光ファイバを介して伝送された、互いに大きく異なる波長を持つ赤外波長の信号光（赤外領域にピーク波長を有する信号光；以下「赤外信号光」と称する）および可視波長の信号光（可視領域にピーク波長を有する信号光；以下「可視信号光」と称する）を互いに分離して受光し個別に電気信号に変換できる受信ユニットは、知られていない。そのため、赤外信号光および可視信号光を用いた波長多重光通信が実現できない。
【００２９】
そこで、赤外信号光（例えば波長７８０ｎｍの近赤外光）および可視信号光（例えば、波長６５０ｎｍの赤色光、緑色光、および青色光）を用いた波長多重光通信を実現するために、赤外信号光（例えば波長７８０ｎｍの近赤外光）および可視信号光（例えば、波長６５０ｎｍの赤色光、緑色光、および青色光）を互いに分離して受光し個別に電気信号に変換できる受信ユニットが求められている。
【００３０】
なお、特許文献１〜４には、光ファイバ・リンクに用いる受信ユニットについて、何ら開示も示唆もされていない。
【００３１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンクに用いる受信ユニットにおいて、光ファイバを介して同時に伝送された可視信号光および赤外信号光を互いに分離して個別に電気信号に変換できる光ファイバ・リンク用受信ユニット、並びにそれを用いた電子機器および光ファイバ・リンクシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明にかかる光ファイバ・リンク用受信ユニットは、上記課題を解決するために、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンクに用いる受信ユニットであって、上記複数の信号光をそれぞれ受光して電気信号に変換する複数の受光素子を備える受信ユニットにおいて、赤外光を遮断する赤外光遮断フィルターと、可視光を遮断する可視光遮断フィルターとをさらに備え、上記複数の受光素子は、可視波長の信号光と赤外波長の信号光とを含む複数の信号光を受光するものであって、可視波長の信号光を受光して電気信号に変換するための可視光用受光素子と、赤外波長の信号光を受光して電気信号に変換するための赤外光用受光素子とを含み、上記赤外光遮断フィルターは、上記可視光用受光素子への信号光の入射経路上で、かつ上記赤外光用受光素子への信号光の入射経路から外れた位置に配置され、上記可視光遮断フィルターは、上記赤外光用受光素子への上記信号光の入射経路上で、かつ上記可視光用受光素子への上記信号光の入射経路から外れた位置に配置されていることを特徴としている。
【００３３】
上記構成によれば、可視光用受光素子への信号光の入射経路上には、赤外光を遮断する赤外光遮断フィルターが配置され、可視光を遮断する可視光遮断フィルターが配置されていない。これにより、赤外波長の信号光は、赤外光遮断フィルターによって概ね遮断されて可視光用受光素子へ入射せず、可視波長の信号光は、概ね遮断されることなく可視光用受光素子へ入射する。また、上記構成によれば、赤外光用受光素子への信号光の入射経路上には、可視光を遮断する可視光遮断フィルターが配置され、赤外光を遮断する赤外光遮断フィルターが配置されていない。これにより、可視波長の信号光は、可視光遮断フィルターによって概ね遮断されて赤外光用受光素子へ入射せず、赤外波長の信号光は、概ね遮断されることなく赤外光用受光素子へ入射する。
【００３４】
したがって、上記構成によれば、光ファイバを介して受信ユニットに同時に伝送される可視波長の信号光および赤外波長の信号光のうち、可視波長の信号光は可視光用受光素子へ選択的に入射して可視光用受光素子で電気信号に変換され、赤外波長の信号光は赤外光用受光素子へ選択的に入射して可視光用受光素子で電気信号に変換される。それゆえ、光ファイバを介して同時に伝送された可視領域の信号光および赤外領域の信号光を互いに分離して個別に電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い光ファイバ・リンク用受信ユニットを実現できる。
【００３５】
なお、本願明細書において、「赤外光を遮断する」および「可視光を遮断する」とはそれぞれ、赤外光を主として（５０％より多く）遮断することを指すものとする。
【００３６】
また、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットにおいて、上記複数の受光素子は、互いに共通する半導体基板内に並設されていることが好ましい。
【００３７】
上記構成によれば、光ファイバ・リンク用受信ユニットの小型化を図ることができる。
【００３８】
また、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットにおいて、上記可視光遮断フィルターは、上記赤外光用受光素子の受光面上に配置された、近赤外光のみを透過する第１の干渉フィルターであり、上記赤外光遮断フィルターは、上記可視光用受光素子の受光面上に配置された、可視光のみを透過する第２の干渉フィルターであることが好ましい。
【００３９】
上記構成によれば、上記可視光遮断フィルターとして近赤外光のみを透過する第１の干渉フィルターが用いられているので、可視波長の信号光は、第１の干渉フィルターによってほぼ完全に遮断されて赤外光用受光素子へはほぼ入射しない。また、上記構成によれば、上記可視光遮断フィルターとして可視光のみを透過する第２の干渉フィルターが用いられているので、赤外波長の信号光は、第２の干渉フィルターによってほぼ完全に遮断されて可視光用受光素子へはほぼ入射しない。
【００４０】
さらに、上記構成によれば、第１の干渉フィルターは上記赤外光用受光素子の受光面上に配置され、第２の干渉フィルターは上記可視光用受光素子の受光面上に配置されている。これにより、第１の干渉フィルターの外側を回りこんで、第１の干渉フィルターを通ることなく赤外光用受光素子の受光面上に入射する可視領域の信号光、および、第２の干渉フィルターの外側を回りこんで、第２の干渉フィルターを通ることなく可視光用受光素子の受光面上に入射する赤外領域の信号光を最小限に抑えることができる。
【００４１】
したがって、上記構成によれば、光ファイバを介して同時に伝送された可視領域の信号光および赤外領域の信号光をより完全に分離して個別に電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比をさらに向上できる。
【００４２】
なお、本願明細書において、「近赤外光のみを透過する」とは、透過光のピーク波長が７５０ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の赤外領域にあり、かつ、透過光におけるピーク波長の強度に対して８５％以上の強度にある波長領域が８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の赤外領域にあることを指すものとする。また、本願明細書において、「可視光のみを透過する」とは、透過光のピーク波長が３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の可視領域にあり、かつ、透過光におけるピーク波長の強度に対して８５％以上の強度にある波長領域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視領域にあることを指すものとする。
【００４３】
また、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットにおいて、上記可視光用受光素子は、上記可視波長の信号光として赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光を受光するものであって、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子を含み、上記第１の受光素子の受光面上には上記第２の干渉フィルターを介して、赤色光を透過する赤色フィルターが設けられ、上記第２の受光素子の受光面上には上記第２の干渉フィルターを介して、緑色光を透過する緑色フィルターが設けられ、上記第３の受光素子の受光面上には上記第２の干渉フィルターを介して、青色光を透過する青色フィルターが設けられていることが好ましい。
【００４４】
上記構成によれば、第１の受光素子の受光面上には、赤色フィルターおよび第２の干渉フィルターを介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外波長の信号光、赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光のうち、緑色波長の信号光および青色波長の信号光は赤色フィルターで、赤外波長の信号光は第２の干渉フィルターでそれぞれ遮断され、赤色波長の信号光が選択的に第１の受光素子の受光面上に入射して第１の受光素子で電気信号に変換される。
【００４５】
また、上記構成によれば、第２の受光素子の受光面上には、緑色フィルターおよび第２の干渉フィルターを介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外波長の信号光、赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光のうち、赤色波長の信号光および青色波長の信号光は緑色フィルターで、赤外波長の信号光は第２の干渉フィルターでそれぞれ遮断され、緑色波長の信号光が選択的に第２の受光素子の受光面上に入射して第２の受光素子で電気信号に変換される。
【００４６】
また、上記構成によれば、第３の受光素子の受光面上には、青色フィルターおよび第２の干渉フィルターを介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外波長の信号光、赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光のうち、赤色波長の信号光および緑色波長の信号光は青色フィルターで、赤外波長の信号光は第２の干渉フィルターでそれぞれ遮断され、青色波長の信号光が選択的に第３の受光素子の受光面上に入射して第３の受光素子で電気信号に変換される。
【００４７】
これらにより、光ファイバを介して同時に伝送された赤外波長の信号光、赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光を互いに分離して、赤外光用受光素子、第１の受光素子、第２の受光素子、および第３の受光素子で個別に電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い光ファイバ・リンク用受信ユニットを実現できる。また、赤外波長の信号光、赤色波長の信号光、緑色波長の信号光、および青色波長の信号光の４種類の信号光を同時に電気信号に変換できるので、２種類の信号光しか同時に電気信号に変換できない受信ユニットと比較して、通信速度を少なくとも２倍に向上させることができる。
【００４８】
また、本発明に係る受信ユニットにおいて、上記第１の干渉フィルターおよび第２の干渉フィルターは各々、二酸化チタン層と二酸化ケイ素層とが交互に積層されてなることが好ましい。
【００４９】
上記構成によれば、高屈折率層（二酸化チタン層）と低屈折率層（二酸化ケイ素層）との屈折率比が十分大きいため、上記第１の干渉フィルターおよび上記第２の干渉フィルターのそれぞれの波長選択性を向上させることができる。それゆえ、光ファイバを介して同時に伝送された可視領域の信号光および赤外領域の信号光を互いにより完全に分離して電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い光ファイバ・リンク用受信ユニットを実現できる。また、上記シリコン酸化および二酸化チタンは、安価な材料であるため、安価な光ファイバ・リンク用受信ユニットを実現できる。
【００５０】
また、本発明に係る受信ユニットにおいて、上記赤外光用受光素子のピーク感度波長が、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であり、上記第１の受光素子のピーク感度波長が、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、上記第２の受光素子のピーク感度波長が、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であり、上記第３の受光素子のピーク感度波長が、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５１】
上記構成によれば、上記赤外光用受光素子、上記第１の受光素子、上記第２の受光素子、および上記第３の受光素子のそれぞれにより、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の近赤外光、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の緑色光、および４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色光を効率よく電気信号に変換することができる。したがって、上記構成によれば、光ファイバを介して同時に伝送された近赤外領域の信号光、赤色領域の信号光、緑色領域の信号光、および青色領域の信号光をより完全に分離して個別に電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比をさらに向上できる。
【００５２】
また、本発明に係る受信ユニットにおいて、上記赤色フィルター、緑色フィルター、および青色フィルターは、顔料分散型感光性樹脂で形成されていることが好ましい。
【００５３】
上記構成によれば、上記赤色フィルター、緑色フィルター、および青色フィルターが、耐湿性および耐光性を有する着色剤である顔料を含むので、耐湿性および耐光性を有する受信ユニットを実現できる。また、上記構成によれば、上記赤色フィルター、緑色フィルター、および青色フィルターは、感光性樹脂で形成されているため、フォトリソグラフィを使用して精度良く形成することができる。
【００５４】
また、本発明に係る受信ユニットにおいて、光ファイバから入射した信号光を上記複数の受光素子の受光面上に集光する凸レンズをさらに備えることが好ましい。
【００５５】
上記構成によれば、光ファイバから入射した信号光を凸レンズによって上記複数の受光素子の受光面上に集光することで、光ファイバから信号光が入射する領域が上記複数の受光素子の受光面より大きく広がる場合においても、多くの信号光を上記複数の受光素子の受光面上に入射させることができる。その結果、Ｓ／Ｎ比をさらに向上できる。
【００５６】
本発明に係る電子機器は、上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットを備えることを特徴としている。
【００５７】
上記構成によれば、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットを備えるので、光ファイバを介して同時に伝送された可視波長の信号光および赤外波長の信号光を互いに分離して個別に電気信号に変換できる電子機器を実現できる。
【００５８】
本発明に係る光ファイバ・リンクシステムは、上記課題を解決するために、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバを介して同時に伝送することで多重通信を行う光ファイバ・リンクシステムであって、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットと、上記可視波長の信号光と上記赤外波長の信号光とを同時に光ファイバを介して光ファイバ・リンク用受信ユニットへ送出する光ファイバ・リンク用送信ユニットとを備えることを特徴としている。
【００５９】
上記構成によれば、本発明に係る光ファイバ・リンク用受信ユニットを備えるので、可視波長の信号光および赤外波長の信号光を光ファイバを介して同時に伝送する多重通信を、高いＳ／Ｎ比で実現できる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、以上のように、光ファイバを介して同時に伝送された可視信号光および赤外信号光を互いに分離して個別に電気信号に変換できる光ファイバ・リンク用受信ユニット、並びにそれを用いた電子機器および光ファイバ・リンクシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明の実施の形態について図１〜図６に基づいて説明すると以下の通りである。
【００６２】
まず、本発明の実施の一形態に係る光ファイバ・リンク用受信ユニット（以下、単に「受信ユニット」と称する）について図１および図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態にかかる光ファイバ・リンクシステムの構成を概略的に示すブロック図である。
【００６３】
本実施形態にかかる光ファイバ・リンクシステムは、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバ３４を介して同時に伝送することで多重通信を行うものであって、図２に示すように、受信ユニット３８と、複数の信号光を同時に光ファイバ３４を介して受信ユニット３８へ送出する光ファイバ・リンク用送信ユニット（以下、単に「送信ユニット」と称する）３０とを備えている。
【００６４】
本実施形態における送信ユニット３０は、上記複数の信号光として、波長７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の近赤外領域にピーク波長を有する赤外信号光、赤色波長の信号（波長５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色領域にピーク波長を有する信号光；以下「赤色信号光」と称する）、緑色波長の信号（波長５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下緑色領域にピーク波長を有する信号光；以下「緑色信号光」と称する）、および青色波長の信号（波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色領域にピーク波長を有する信号光；以下「青色信号光」と称する）の４種類の信号光を同時に送出する。なお、光ファイバ３４および送信ユニット３０については、後述する。
【００６５】
受信ユニット３８は、上記多重通信に用いるものであって、図２に示すように、送信ユニット３０から送出された互いに異なる波長を持つ複数の信号光を、光ファイバ３４を介して受光して電気信号に光電変換する受光部３６と、該電気信号を所望の出力電気信号（電気信号を増幅したものなど）に変換して外部へ出力する信号処理回路３７と、光ファイバ３４と受光部３６とを接続するコネクタ３５とを備えている。信号処理回路３７は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のそれぞれから出力された電気信号を処理する４つの信号処理回路で構成されている。なお、コネクタ３５については、後述する。
【００６６】
次に、受信ユニット３８の受光部３６の構成について図１に基づいて詳細に説明する。図１は、受信ユニット３８の受光部３６の構成を表す断面図である。
【００６７】
図１に示すように、受光部３６は、図２に示す光ファイバ３４から入射される４種類の信号光のうち赤外信号光を受光して電気信号に光電変換するためのフォトダイオード（受光素子、赤外光用受光素子）ＰＤ１と、上記４種類の信号光のうち赤色信号光を受光して電気信号に光電変換するためのフォトダイオード（受光素子、可視光用受光素子、第１の受光素子）ＰＤ２と、上記４種類の信号光のうち緑色信号光を受光して電気信号に光電変換するためのフォトダイオード（受光素子、可視光用受光素子、第２の受光素子）ＰＤ３と、上記４種類の信号光のうち青色信号光を受光して電気信号に光電変換するためのフォトダイオード（受光素子、可視光用受光素子、第３の受光素子）ＰＤ４とを備えている。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４は、共通のシリコン基板（半導体基板）１内に並設されている。また、図１には示していないが、シリコン基板１内には、図７と同様にトランジスタを含む信号処理回路３７が並設されている。
【００６８】
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の各々は、カソードとしてのＮ型埋め込み層４と、アノードとしてのＰ型アノード拡散層８と、Ｎ型埋め込み層４およびＰ型アノード拡散層８の間に介在する部分のＮ型エピタキシャル層３と、Ｎ型カソード取り出し層７とで構成されている。また、Ｐ型アノード拡散層８におけるＮ型エピタキシャル層３側と反対側の面が、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２０，２１，２２，２３として機能する。
【００６９】
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の各々は、カソードとしてＮ型埋め込み層４を備え、アノードとしてＰ型アノード拡散層８を備えている。フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４では、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２０，２１，２２，２３に入射した光により光キャリアが生成され、該光キャリアがＰ型アノード拡散層８に流れ込むことにより電気信号が生成される。
【００７０】
フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４は、各々が光電変換しようとする信号光に対して感度を有していればよいが、フォトダイオードＰＤ１が、ピーク感度波長が７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のフォトダイオードであり、フォトダイオードＰＤ２が、ピーク感度波長が５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるフォトダイオードであり、フォトダイオードＰＤ３が、ピーク感度波長が５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であるフォトダイオードであり、フォトダイオードＰＤ４が、ピーク感度波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるフォトダイオードであることが好ましい。これにより、フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、およびＰＤ４のそれぞれによって、７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の近赤外光、５８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の緑色光、および４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色光を効率よく電気信号に変換することができる。したがって、光ファイバ３４を介して同時に伝送された近赤外領域の信号光、赤色領域の信号光、緑色領域の信号光、および青色領域の信号光をより完全に分離して個別に電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比をさらに向上できる。
【００７１】
そして、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０上には、可視光を遮断し、赤外光を透過する干渉フィルター（可視光遮断フィルター、第１の干渉フィルター）２５が形成されている。したがって、干渉フィルター２５は、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０への信号光の入射経路上に配置されている。干渉フィルター２５は、近赤外光のみを透過する特性を有している。すなわち、干渉フィルター２５は、透過光のピーク波長が７５０ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の赤外領域にあり、かつ、透過光におけるピーク波長の強度に対して８５％以上の強度にある波長領域が８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の赤外領域にある。干渉フィルター２５は、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３上には形成されていない。したがって、干渉フィルター２５は、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３への信号光の入射経路から外れた位置に配置されている。
【００７２】
フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のそれぞれの受光面２１，２２，２３上には、近赤外光を遮断し、可視光および１．１μｍ以上の赤外光を透過する干渉フィルター（赤外光遮断フィルター）２６が形成されている。したがって、干渉フィルター２６は、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３への信号光の入射経路上に配置されている。干渉フィルター２６は、可視光のみを透過する特性を有している。すなわち、干渉フィルター２６は、透過光のピーク波長が３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の可視領域にあり、かつ、透過光におけるピーク波長の強度に対して８５％以上の強度にある波長領域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視領域にある。干渉フィルター２６は、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０上には形成されていない。したがって、干渉フィルター２６は、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０への信号光の入射経路から外れた位置に配置されている。なお、受光部３６における干渉フィルター２５および干渉フィルター２６が形成されていない表面には、金属材料などの遮光材料によりマスキングを行うことが好ましい。
【００７３】
干渉フィルター２５および干渉フィルター２６は、高屈折率材料からなる高屈折率層と、上記高屈折率材料よりも相対的に屈折率が低い低屈折率材料からなる低屈折率層とをスパッタ法などにより交互に積層することにより形成されている。
【００７４】
上記高屈折率材料としては、高屈折率を有する材料であれば制限なく使用できるが、屈折率がより高い材料、特に屈折率が２．４である二酸化チタン（ＴｉＯ２）を使用することが好ましい。上記低屈折率材料としては、上記高屈折率材料よりも屈折率が低い材料であれば制限なく使用できるが、屈折率がより低い材料、特に屈折率が１．４６である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２；「シリコン酸化物(silicon oxide)」とも呼ばれる）を使用することが好ましい。
【００７５】
したがって、上記高屈折率材料として二酸化チタンを用い、かつ上記低屈折率材料として二酸化ケイ素を用いることが特に好ましい。これにより、高屈折率層と低屈折率層との屈折率比が十分大きくすることができ、干渉フィルター２５，２６の波長選択性を向上させることができる。それゆえ、光ファイバ３４を介して同時に伝送された可視信号光および赤外信号光を互いにより完全に分離して、Ｓ／Ｎ比を向上できる。また、二酸化チタンおよび二酸化ケイ素は安価な材料であるため、製造コストを低減できる。
【００７６】
そして、干渉フィルター２５と干渉フィルター２６とは、上記高屈折率層および上記低屈折率層の積層回数を異ならせることによって異なる透過特性が付与されている。
【００７７】
なお、干渉フィルター２５および干渉フィルター２６は、高屈折率層および低屈折率層の厚みを所望の透過中心波長の１／４とする公知の手法によって実現してもよい。
【００７８】
また、フォトダイオードＰＤ２の受光面２１には、干渉フィルター２６を介して色フィルター（赤色フィルター）２７が、フォトダイオードＰＤ３の受光面２２には、干渉フィルター２６を介して可視光領域では緑色光を透過する色フィルター（緑色フィルター）２８が、フォトダイオードＰＤ４の受光面２３には、干渉フィルター２６を介して色フィルター（青色フィルター）２９が、それぞれ形成されている。色フィルター２７は、赤色光および赤外光を透過するフィルターであり、色フィルター２８は、可視光領域では緑色光を透過するフィルターであり、色フィルター２９は、青色光および紫外光を透過するフィルターである。
【００７９】
本実施形態では、色フィルター２７，２８，２９は、感光性樹脂中に顔料を分散させてなる顔料分散型感光性樹脂によって形成されている。色フィルター２７、色フィルター２８、および色フィルター２９は、それぞれ、赤色顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂、緑色顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂、および青色顔料を感光性樹脂中に分散させてなる顔料分散型感光性樹脂によって形成されている。
【００８０】
なお、色フィルター２７，２８，２９は、顔料分散型感光性樹脂以外の材料、例えば染料で樹脂を染めたものであってもよいが、耐湿性および耐光性を有し、フォトリソグラフィ工程を用いて精度良くパターニングできるという利点を有することから、本実施の形態のように顔料分散型感光性樹脂によって形成されたものであることが好ましい。
【００８１】
受光部３６では、以上の構成によって、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０上には、干渉フィルター２５を介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光のうち、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光緑色は干渉フィルター２５で遮断され、赤外信号光が選択的にフォトダイオードＰＤ１の受光面２０上に入射してフォトダイオードＰＤ１で電気信号に変換される。
【００８２】
また、以上の構成によって、フォトダイオードＰＤ２の受光面２１上には、色フィルター２７および干渉フィルター２６を介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光のうち、緑色信号光および青色信号光は色フィルター２７で、赤外信号光は干渉フィルター２６でそれぞれ遮断され、赤色信号光が選択的にフォトダイオードＰＤ２の受光面２１上に入射してフォトダイオードＰＤ２で電気信号に変換される。
【００８３】
また、以上の構成によって、フォトダイオードＰＤ３の受光面２２上には、色フィルター２８および干渉フィルター２６を介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光のうち、赤色信号光および青色信号光は色フィルター２８で、赤外信号光は干渉フィルター２６でそれぞれ遮断され、緑色信号光が選択的にフォトダイオードＰＤ３の受光面２２上に入射してフォトダイオードＰＤ３で電気信号に変換される。
【００８４】
また、以上の構成によって、フォトダイオードＰＤ４の受光面２３上には、色フィルター２９および干渉フィルター２６を介して上記複数の信号光が入射する。これにより、赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光のうち、赤色信号光および緑色信号光は色フィルター２９で、赤外信号光は干渉フィルター２６でそれぞれ遮断され、青色信号光が選択的にフォトダイオードＰＤ４の受光面２３上に入射してフォトダイオードＰＤ４で電気信号に変換される。
【００８５】
これらにより、受光部３６では、光ファイバ３４を介して同時に伝送された赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光を互いに分離して、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４で個別に電気信号に変換し、それぞれに対応する４つの信号処理回路（信号処理回路３７）で所望の出力電気信号に変換できる。その結果、Ｓ／Ｎ比の高い受信ユニットを実現できる。また、赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光の４種類の信号光を同時に電気信号に変換できるので、１種類の信号光しか同時に電気信号に変換できない受信ユニットと比較して４倍に、２種類の信号光しか同時に電気信号に変換できない受信ユニットと比較して２倍に、通信速度を向上させることができる。
【００８６】
送信ユニット３０から出力される赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光は、互いに波長範囲が重複していないことが理想的であるが、送信ユニット３０内の発光ダイオードの発光波長がばらつくことに起因して互いの発光波長範囲が重複することがある。送信ユニット３０内の発光ダイオードの出力波長範囲が互いに重複する例を図３に示す。
【００８７】
図３に示すように送信ユニット３０内の複数の発光ダイオードの出力波長範囲に互いに重複する部分Ａが存在する場合、この重複部分の光がノイズとなる可能性がある。しかしながら、この重複部分の波長は、干渉フィルター２５，２６および色フィルター２７〜２９のうちの少なくとも２つの透過帯域端に相当するので、この重複部分の波長の光は、干渉フィルター２５，２６および色フィルター２７〜２９によってほぼ遮断され、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３の何れにもほとんど入射しない。それゆえ、上記の重複部分によるＳ／Ｎ比の低下を回避できる。
【００８８】
シリコン基板１は、ｐ型シリコンからなるＰ型基板２と、Ｐ型基板２上に形成されたｎ型シリコンからなるエピタキシャル層であるＮ型エピタキシャル層３とを備えている。さらに、シリコン基板１は、Ｐ型基板２とＮ型エピタキシャル層３との間における所定の位置に形成されたｎ型シリコンからなるＮ型埋め込み層４およびｐ型シリコンからなるＰ型埋め込み層５とを備えている。したがって、シリコン基板１は、一般的に埋め込みエピタキシャルウェハと呼ばれる構成を備えている。Ｎ型埋め込み層４およびＰ型埋め込み層５は、Ｐ型基板２とＮ型エピタキシャル層３との界面の方向に沿って交互に並ぶように、それぞれ複数形成されている。
【００８９】
Ｎ型エピタキシャル層３におけるＮ型埋め込み層４を覆っている部分の一部には、Ｎ型埋め込み層４の電位を第１メタル配線１１ａ（後述）へと取り出すためのｎ型シリコンからなるＮ型カソード取り出し層７が形成されている。
【００９０】
Ｎ型埋め込み層４上の一部領域（受光面２０，２１，２２，２３を形成すべき領域）には、Ｎ型エピタキシャル層３を介してＰ型アノード拡散層８が形成されている。Ｐ型アノード拡散層８とＮ型エピタキシャル層３とを合わせた平面が平坦となるように、Ｐ型アノード拡散層８は、Ｎ型エピタキシャル層３に食い込む形態で形成されている。
【００９１】
Ｎ型エピタキシャル層３におけるＰ型埋め込み層５と重なる部分には、隣接するフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４同士を分離するための素子分離層６が形成されている。素子分離層６は、ｐ型シリコンを酸化することによって形成されたシリコン酸化層である。
【００９２】
Ｎ型エピタキシャル層３上には、シリコン酸化膜９が形成されている。シリコン酸化膜９には、Ｐ型アノード拡散層８上の箇所、およびＮ型カソード取り出し層７上の箇所に、コンタクト開口部（開口）が設けられている。Ｎ型カソード取り出し層７上の箇所、およびＰ型アノード拡散層８上の箇所に設けられたコンタクト開口部には、それぞれ第１メタル配線１１ａおよび第１メタル配線１１ｂが形成されている。第１メタル配線１１ａおよび第１メタル配線１１ｂは、シリコン酸化膜９に設けられたコンタクト開口部を通して、Ｎ型カソード取り出し層７およびＰ型アノード拡散層８と電気的に接続されている。第１メタル配線１１ａおよび第１メタル配線１１ｂは、信号処理回路３７（図１には示していない）と電気的に接続されている。このため、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４による光電変換によって生成した電気信号を信号処理回路３７（図１には示していない）へ出力させることができる。
【００９３】
また、シリコン酸化膜９上には、層間絶縁膜１２が第１メタル配線１１ａ，１１ｂを覆うように形成されている。層間絶縁膜１２は、シリコン酸化膜からなる絶縁膜であり、第１メタル配線１１ａ，１１ｂと第２メタル配線１３（後述）とを電気的に絶縁するためのものである。
【００９４】
さらに、層間絶縁膜１２上には、遮光用の第２メタル配線１３が形成されている。第２メタル配線１３は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のそれぞれの受光面２０，２１，２２，２３の周囲からフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のそれぞれの内部に入射する光を遮光するためのものである。これにより、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の周囲からフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のそれぞれの内部に入射する光によるノイズの影響を低減することができる。なお、第２メタル配線１３は、配線、表面電位シールドといった、電気的機能を有することもできる。
【００９５】
また、第２メタル配線１３を覆うように、第２メタル配線１３を外部から電気的に絶縁すると共に第２メタル配線１３を保護するための表面保護膜１４が形成されている。表面保護膜１４は、シリコン酸化膜からなる。
【００９６】
次に、受光部３６の製造方法について説明する。
【００９７】
Ｐ型基板上１の所定の位置にＮ型埋め込み層４及びＰ型埋め込み層３を形成し、その上にＮ型エピタキシャル層４を形成する。続いて、シリコン基板１のＮ型エピタキシャル層４の表面からＰ型の素子分離層５を形成し、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のＮ型カソード取り出し層７を形成する。次に、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３のＰ型アノード拡散層９を形成する。Ｐ型アノード拡散層９は、酸化工程、フォトリソ工程、および拡散工程を行うことにより形成される。
【００９８】
続いて、各素子の所定の箇所にコンタクト開口部を設け、第１メタル配線１１ａおよび１１ｂを形成する。次に、シリコン酸化膜を材料としてＣＶＤ法により層間絶縁膜１２を形成する。次に、遮光用の第２メタル配線１３を形成する。最後に、シリコン酸化膜を材料としてＣＶＤ法により表面保護膜１４を形成する。
【００９９】
ウェハ表面にスパッタ法などにより、高屈折材料の二酸化チタンと低屈折材料のシリコン酸化膜を交互に被膜し、干渉フィルター３８，３９を形成する。このとき、干渉フィルター３８に赤外光のみを透過する特性を持たせ、干渉フィルター３９に可視光のみを透過する特性を持たせるために、干渉フィルター３８を形成する工程と干渉フィルター３９を形成する工程とでは、二酸化チタン膜とシリコン酸化膜とを交互に被膜する回数を異ならせる。その後、必要に応じて、二酸化チタン膜およびシリコン酸化膜で被膜しなかった箇所をメタル材料によりマスキングする。
【０１００】
次に、可視光のみを透過する干渉フィルター２６上に顔料分散型感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ工程（パターン露光および現像）によりパターニングし、熱処理を行うことにより、色フィルター２７〜２９の各々を形成する。本実施形態では、色フィルター２７〜２９を赤，緑，青の３種類形成するため、フォトリソグラフィ工程および熱処理を３回ずつ行う。こうして、色フィルター２７〜２９が形成され、受光部３６が完成する。
【０１０１】
次に、本実施の形態にかかる受信ユニットを用いた光ファイバ・リンクシステムについて図２に基づいて説明する。
【０１０２】
本実施の形態にかかる光ファイバ・リンクシステムは、前述した通り、光ファイバ３４を介して接続された送信ユニット３０および受信ユニット３８を備え、受信ユニット３８は、コネクタ３５、受光部３６、および信号処理回路３７を備えている。
【０１０３】
送信ユニット３０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）３２と、発光ダイオード３２を駆動する駆動回路３１と、発光ダイオード３２を光ファイバ３４と接続するコネクタ３３とを備えている。発光ダイオード３２は、波長７５０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の近赤外領域にピーク波長を有する赤外信号光を発光する発光ダイオードと、赤色信号光を発光する発光ダイオードと、緑色信号光を発光する発光ダイオードと、青色信号光を発光する発光ダイオードとで構成されている。駆動回路３１は、入力電気信号に基づいて発光ダイオード３２を駆動することで、入力電気信号を信号光に変換する。
【０１０４】
送信ユニット３０としては、例えば特許文献４に開示されている電・光変換装置を使用することができる。送信ユニット３０として上記電・光変換装置を使用した場合、送信ユニット３０は、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を１つのパッケージにて出力できる。
【０１０５】
光ファイバ３４としては、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）よりも全プラスチックファイバ（ＡＰＦ）を使用することが好ましい。これは、全プラスチックファイバ（ＡＰＦ）は、一般的にシングルモードファイバと比較して面積が大きいため、送信ユニット３０および受信ユニット３８と光ファイバ３４との光学調整が比較的容易であるからである。なお、光ファイバ３４として、マルチモードファイバを使用してもよい。
【０１０６】
コネクタ３３およびコネクタ３５としては、角型コネクタや丸型コネクタなどを用いることができる。コネクタ３３およびコネクタ３５として角型コネクタや丸型コネクタを使用することにより、送信ユニット３０の発光ダイオード３２および受信ユニット３８の受光部３６と、全プラスチックファイバからなる光ファイバ３４とを、容易に接続することができる。
【０１０７】
上記光ファイバ・リンクシステムでは、前述したようにＳ／Ｎ比を向上できる受信ユニット３８を備えるので、可視波長の信号光および赤外波長の信号光を光ファイバを介して同時に伝送する多重通信を、高いＳ／Ｎ比で実現できる。
【０１０８】
次に、本発明の他の実施の形態に係る受信ユニットについて図４および図５に基づいて説明する。図４は、本実施の形態にかかる受信ユニットの構成を示す概略平面図である。図５は、本実施の形態にかかる受信ユニットの構成を示す概略側面図であって、コネクタ３５と受光部との位置関係を示すためのものである。なお、図４では、コネクタ３５、受光部における受光面以外の部分、透明樹脂、およびフレームの図示を省略しており、図５では、信号処理回路の図示を省略している。
【０１０９】
図５に示すように、本実施形態に係る受信ユニット３８Ａは、受光部３６Ａと、前述のコネクタ３５と、フレーム４２と、透明樹脂４０とを備えている。受信ユニット３８Ａは、図４に示すように、前述の信号処理回路３７を構成する４つの信号処理回路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄをさらに備えている。
【０１１０】
受光部３６Ａは、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４（図１参照）の受光面２０，２１，２２，２３の配置を変更した以外は、図１に示す受光部３６を備える受信ユニットと同一の構成を備えている。受光部３６Ａでは、図４に示すように、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４（図１参照）の受光面２０，２１，２２，２３は、光ファイバ３４（図２参照）から信号光（複数の信号光を多重化したもの）が入射する光照射領域５０の中心の周りに、互いに隣接するように配置されている。
【０１１１】
そして、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４（図１参照）の受光面２０，２１，２２，２３は、図４に示すように、それらの中心から光照射領域５０の中心までの距離が等しくなるように配置されている。図４では、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４（図１参照）の受光面２０，２１，２２，２３が、光照射領域５０の中心にほぼ接するように配置されている。これにより、信号光を受光面２０，２１，２２，２３に均等に入射させることができる。
【０１１２】
また、受光部３６Ａは、図５に示すように、コネクタ３５からの光が受光面２０，２１，２２，２３に対して垂直に入射するように配置されている。これにより、信号光を受光面２０，２１，２２，２３に対してより均等に入射させることができる。
【０１１３】
また、信号処理回路３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄは、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４のそれぞれから出力された電気信号を処理するものであり、図４に示すように、受光面２０，２１，２２，２３のそれぞれの外側に配置されている。受光部３６Ａは、図５に示すように、フレーム４２上に設置されており、透明樹脂４０によりモールドされている。
【０１１４】
なお、受光部３６Ａにおける受光面２０，２１，２２，２３の配置順序は、図４に示す配置順序に限定されるものではなく、図４に示す配置順序から受光面２０と受光面２１とを入れ替えた配置順序でもよく、図４に示す配置順序から受光面２０と受光面２２とを入れ替えた配置順序でもよく、図４に示す配置順序から受光面２０と受光面２３とを入れ替えた配置順序でもよく、図４に示す配置順序から受光面２１と受光面２２とを入れ替えた配置順序でもよく、図４に示す配置順序から受光面２２と受光面２３とを入れ替えた配置順序でもよい。これらの配置順序であっても、図４に示す配置順序と同様に、信号光を受光面２０，２１，２２，２３に均等に入射させることができる。
【０１１５】
本実施形態に係る受信ユニットは、種々の電子機器に組み込むことができる。これにより、信号を光ファイバを介して高速で受信できる電子機器を実現することができる。上記受信ユニットを備える電子機器としては、例えば、データ信号を上記受信ユニットで受信して処理するパーソナルコンピュータや携帯情報端末等の情報処理装置、デジタルオーディオ信号を上記受信ユニットで受信して信号処理するデジタルオーディオ機器などが挙げられる。
【０１１６】
次に、本発明のさらに他の実施の形態に係る受信ユニットについて図６に基づいて説明する。図６は、本実施の形態にかかる受信ユニットの構成を示す概略側面図である。なお、図６では、コネクタ３５および信号処理回路３７の図示を省略している。
【０１１７】
図６に示すように、本実施形態に係る受信ユニット３８Ｂは、透明樹脂４０に代えて、凸レンズ部４１ａを有する透明樹脂４１を備える以外は、図４および図５に示す受信ユニット３８Ａと同一の構成を備えている。
【０１１８】
透明樹脂４１は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などからなる。なお、透明樹脂４１に代えてガラスなどを用いてもよい。
【０１１９】
凸レンズ部４１ａは、光ファイバ３４から入射した信号光をフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４（図１参照）の受光面２０，２１，２２，２３上に集光するものである。凸レンズ部４１ａは、その中心軸と受光面２０，２１，２２，２３の中心との距離が互いに等しくなるように設けられている。
【０１２０】
本実施形態に係る受信ユニット３８Ｂでは、光ファイバ３４から入射した信号光を凸レンズ部４１ａによってフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４（図１参照）の受光面２０，２１，２２，２３上に集光することで、透明樹脂４１表面における光ファイバ３４から信号光が入射する領域が受光面２０，２１，２２，２３より大きく広がる場合においても、多くの信号光を受光面２０，２１，２２，２３上に入射させることができる。その結果、Ｓ／Ｎ比をさらに向上できる。
【０１２１】
なお、上述した実施の形態にかかる受信ユニットでは、赤外信号光、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光の４波長の信号光を受光するものであったが、構成簡素化および製造工程簡略化のために、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光の３波長の可視信号光のうちの１波長の可視信号光を受光する部分を省略して、赤外信号光と２波長の可視信号光とを受光する構成としてもよく、また、赤色信号光、緑色信号光、および青色信号光の３波長の可視信号光のうちの２波長の可視信号光を受光する部分を省略して、赤外信号光と１波長の可視信号光とを受光する構成としてもよい。
【０１２２】
また、受信ユニットを構成する複数の受光素子（フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４）は、上述した実施の形態では同一の半導体基板（シリコン基板１）内に設けていたが、別々に半導体基板（シリコン基板１）内に設けてもよい。ただし、受信ユニットの小型化を図るためには、複数の受光素子を同一の半導体基板内に設けることが好ましい。
【０１２３】
また、上述した実施の形態では、受光素子（フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４）と信号処理回路とを同一の半導体基板（シリコン基板１）内に設けていたが、受光素子と信号処理回路とを別々に設けてもよい。ただし、受信ユニットの小型化を図るためには、受光素子と信号処理回路とを同一の半導体基板内に設けることが好ましい。また、信号処理回路３７は、必ずしも受信ユニット３８内部に設ける必要はなく、受信ユニット３８外部に設けてもよい。
【０１２４】
また、上述した実施の形態においては、可視光遮断フィルターとして、近赤外光のみを透過する特性を持ち、高屈折率層と低屈折率層とを積層した構成の干渉フィルター２５を用いていた。しかしながら、可視光遮断フィルターは、赤外光を透過し、可視光を遮断するフィルターであればよい。したがって、例えば、干渉フィルター２５に代えて、赤色フィルターと青色フィルターとを積層した積層フィルターなどのような、複数の色フィルターを積層した積層フィルターを用いてもよい。また、上述した実施の形態においては、干渉フィルター２５は、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０上に配置されていた。しかしながら、干渉フィルター２５は、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０への信号光の入射経路上で、かつフォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３への上記信号光の入射経路から外れた位置であれば、受光面２０から離れた位置に配置されていてもよい。ただし、干渉フィルター２５を通ることなくフォトダイオードＰＤ１の受光面２０上に入射する可視領域の信号光を最小限に抑えるために、干渉フィルター２５は、フォトダイオードＰＤ１の受光面２０上に配置されていることが好ましい。
【０１２５】
また、上述した実施の形態においては、赤外光遮断フィルターとして、可視光のみを透過する特性を持ち、高屈折率層と低屈折率層とを積層した構成の干渉フィルター２６を用いていた。しかしながら、上記赤外光遮断フィルターは、可視光を透過し、赤外光を遮断するフィルターであればよい。したがって、例えば、干渉フィルター２６に代えて、可視光および紫外光を透過し、赤外光を遮断するフィルターを用いてもよい。また、上述した実施の形態においては、干渉フィルター２６は、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３上に配置されていた。しかしながら、干渉フィルター２６は、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３への信号光の入射経路上で、かつフォトダイオードＰＤ１の受光面２０への上記信号光の入射経路から外れた位置であれば、受光面２１，２２，２３から離れた位置に配置されていてもよい。ただし、干渉フィルター２６を通ることなくフォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３上に入射する可視領域の信号光を最小限に抑えるために、干渉フィルター２６は、フォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３上に配置されていることが好ましい。
【０１２６】
また、上述した実施の形態においては、干渉フィルター２６がフォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３上に配置され、色フィルター２７〜２９が干渉フィルター２６上に配置されていた。しかしながら、逆に、色フィルター２７〜２９がフォトダイオードＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４の受光面２１，２２，２３上に配置され、干渉フィルター２６が色フィルター２７〜２９上に配置されていてもよい。
【０１２７】
また、本実施の形態においては、図２に示した送信ユニット３０の光源として発光ダイオード３２を使用した光ファイバ・リンクシステムについて説明した。このような発光ダイオードを使用した光ファイバ・リンクシステムは、光ファイバ３４として全プラスチックファイバを使用した場合、上述したように通信距離が５０ｍ以下の短距離通信に好適に使用できる。しかしながら、送信ユニット３０の光源として発光ダイオード３２に代えて半導体レーザを使用することもできる。これにより、光ファイバ３４として全プラスチックファイバを使用した場合においても、通信距離が約５０ｍを超える長距離通信に好適に使用できる。
【０１２８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、互いに異なる波長を持つ複数の信号光を光ファイバ（特に全プラスチックファイバ）を介して同時に伝送することで多重通信（特に短距離での多重通信）を行う光ファイバ・リンクに用いる受信ユニット、それを用いたパーソナルコンピュータや携帯情報端末、デジタルオーディオ機器などの電子機器、および上記受信ユニットを用いた光ファイバ・リンクシステムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光ファイバ・リンク用受信ユニットが備える受光部の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光ファイバ・リンクシステムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】２つの発光ダイオードの互いに重複する発光波長範囲を示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる光ファイバ・リンク用受信ユニットの構成を示す概略平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる光ファイバ・リンク用受信ユニットの構成を示す側面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態にかかる、凸レンズが表面に形成された構成の光ファイバ・リンク用受信ユニットを示す概略断面図である。
【図７】従来の光ファイバ・リンク用受信ユニットが備える受光素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１    シリコン基板（半導体基板）
２５    干渉フィルター（可視光遮断フィルター、第１の干渉フィルター）
２６    干渉フィルター（赤外光遮断フィルター、第２の干渉フィルター）
２７    色フィルター（赤色フィルター）
２８    色フィルター（緑色フィルター）
２９    色フィルター（青色フィルター）
３０    送信ユニット
３４    光ファイバ
３６    受光部
３６Ａ  受光部
３８    受信ユニット
３８Ａ  受信ユニット
３８Ｂ  受信ユニット
４１ａ  凸レンズ部（凸レンズ）
ＰＤ１  フォトダイオード（受光素子、赤外光用受光素子）
ＰＤ２  フォトダイオード（受光素子、可視光用受光素子、第１の受光素子）
ＰＤ３  フォトダイオード（受光素子、可視光用受光素子、第２の受光素子）
ＰＤ４  フォトダイオード（受光素子、可視光用受光素子、第３の受光素子）
【図１】
2008096834.tif 000003
【図２】
2008096834.tif 000004
【図３】
2008096834.tif 000005
【図４】
2008096834.tif 000006
【図５】
2008096834.tif 000007
【図６】
2008096834.tif 000008
【図７】
2008096834.tif 000009