(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオード、ダミーフォトダイオード及びトランスインピーダンスアンプを備え、フォトダイオードとトランスインピーダンスアンプはＰＤ用配線を介して接続され、ダミーフォトダイオードとトランスインピーダンスアンプはダミーＰＤ用配線を介して接続され、
前記フォトダイオードと前記ダミーフォトダイオードは同一の特性を有し、
前記ＰＤ用配線と前記ダミーＰＤ用配線は同一の特性を有し、
前記フォトダイオードに信号光を導波する光導波構造を有し、前記ダミーフォトダイオードに信号光を導波する光導波構造を有さない、
光受信デバイスにおいて、
前記フォトダイオード、前記ダミーフォトダイオード、前記ＰＤ用配線、前記ダミーＰＤ用配線、前記光導波構造、前記トランスインピーダンスアンプを、それぞれ複数有し、
前記フォトダイオードと前記ダミーフォトダイオードが全体として千鳥状に配置されている、
ことを特徴とする、光受信デバイス。
【請求項２】
前記フォトダイオードと前記ダミーフォトダイオードを同一の構造とした、請求項１に記載の光受信デバイス。
【請求項３】
前記ＰＤ用配線と前記ダミーＰＤ用配線を同一の構造とした、請求項１又は２に記載の光受信デバイス。
【請求項４】
前記光導波構造は、前記フォトダイオードに対して垂直の垂直光導波構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光受信デバイス。
【請求項５】
前記光導波構造は、前記フォトダイオードに対して斜めの斜め光導波構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光受信デバイス。
【請求項６】
前記フォトダイオード、前記ダミーフォトダイオード、前記ＰＤ用配線及び前記ダミーＰＤ用配線が集積された半導体基板と、前記トランスインピーダンスアンプが集積されたＴＩＡチップを、フリップチップ接続したことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光受信デバイス。
【請求項７】
前記フォトダイオード、前記ダミーフォトダイオード、前記ＰＤ用配線、前記ダミーＰＤ用配線及び前記トランスインピーダンスアンプを半導体基板に集積したことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光受信デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光受信デバイスに関し、より詳細には、フォトダイオード(ＰＤ)とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)との間の配線による特性劣化を抑制する光受信デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のフォトダイオード(ＰＤ)とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)を備える光受信デバイスにおいて、特許文献１〜３には、例えば図７に記載されるように、信号光が入射するフォトダイオード(ＰＤ)１０１とその信号を増幅する増幅器１０５に加えて、光信号を入力しないダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２と、その出力に接続されたダミー増幅器１０６を差動増幅器１０７の前段に接続する構成が記載されている。このとき、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２、増幅器１０５とダミー増幅器１０６は同一の構成とすることが一般的である。
【０００３】
このような構成を採用することによって、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の差動増幅器１０７の前段を対称化し、コモンモードノイズを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−１０５５２４号公報
【特許文献２】特許第２５３１０７０号公報
【特許文献３】特許第３４０２８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら特許文献１〜３には、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２に誘起される雑音を一致させることを目的として構造を同一とすることは記載されているものの、フォトダイオード(ＰＤ)１０１と増幅器１０５との間、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とダミー増幅器１０６との間の配線の影響については言及されていない。また、これら特許文献１〜３に記載されるものは、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２に対し遮光電極などによって遮光を行うことを必要とするものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、信号光が入射するフォトダイオード(ＰＤ)１０１とその信号を増幅する増幅器１０５に加えて、光信号を入力しないダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とその信号を増幅するダミー増幅器１０６を、差動増幅器１０７の前段に接続する構成のトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８を備える光受信デバイスにおいて、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２のみならず、それらとトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)を接続する配線も含めて同一の特性とするとともに、フォトダイオード(ＰＤ)１０１に信号光を入射するための光導波構造を設けた、光受信デバイスである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、遮光電極のような遮光のための追加の構成を省くとともに、コモンモードノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１である光受信デバイスを示す回路図である。
【図２】本発明の実施例１である光受信デバイスによって、コモンモードノイズが抑制されることを示す図である。
【図３】本発明の実施例１の光受信デバイスに設ける光導波構造の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施例１の光受信デバイスに設ける光導波構造の別の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施例２である光受信デバイスに設ける光導波構造の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２である光受信デバイスの光導波構造の別の一例を示す図である。
【図７】背景技術の例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面で共通する構成部分については、理解を助けるため、共通する番号を付与している。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の実施例１である光受信デバイスを示す回路図である。
図１に記載される実施例１の光受信デバイスは、信号光が入射するフォトダイオード(ＰＤ)１０１と、光信号を入力しないダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２と、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第一の入力を介して入力されるフォトダイオード(ＰＤ)１０１の信号を増幅する増幅器１０５、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第二の入力を介して入力されるダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２の信号を増幅するダミー増幅器１０６、増幅器１０５の出力とダミー増幅器１０６の出力を入力とする差動増幅器１０７からなるトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８、そして、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第一の入力を電気的に接続するＰＤ用配線１０３、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第二の入力を電気的に接続するダミーＰＤ用配線１０４を設けるとともに、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２の特性を同一とし、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４の特性を同一とすることによって、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８に含まれる増幅器１０５とダミー増幅器１０６の入力側をできるだけ対称としている。
【００１１】
図１に記載される実施例１の光受信デバイスと、図７に示される背景技術と比較すると、図１に記載される実施例１の光受信デバイスは、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４について、特性を同一とする点が相違している。
【００１２】
なお、ここでいう「特性」とは、フォトダイオード(ＰＤ)１０１、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２、ＰＤ用配線１０３、ダミーＰＤ用配線１０４について、それらに誘起される雑音の量を含む電気的特性のことを指す。これらの特性を同一とするために、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２の構造、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４の構造として、できるだけ同一の構造を採用することが最も容易な手法である。しかしながら、この「特性を同一」とすることは、必ずしも完全に特性を同一とすることを意味するものではなくある程度の許容範囲があること、更には、実際に製造するときの製造誤差等があることを踏まえれば、この「同一の構造」も完全に同一の構造にすることを意味するものではなく、ある程度の許容範囲がある。
【００１３】
一般に、信号光が入射することによって、フォトダイオード(ＰＤ)１０１が生成する信号は、非常に高い周波数成分を含む。更に、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２に誘起される雑音も非常に高い周波数成分を含むことが多い。そして、そのような非常に高い周波数成分に対して分布定数回路とみなすことができるＰＤ用配線１０３やダミーＰＤ用配線１０４の特性が異なるとすると、その上を、フォトダイオード(ＰＤ)１０１やダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２が生成する信号が伝搬するときには、入力信号波形が一致していたと仮定しても、出力信号波形は互いに異なった形に変化することとなる。加えて、フォトダイオード(ＰＤ)１０１が生成する信号は微弱であるため、ＰＤ用配線１０３やダミーＰＤ用配線１０４に誘起される雑音も無視することはできず、出力信号波形は互いに更に異なるものとなる。
【００１４】
図２は、図７に示される背景技術と、図１に示される実施例１における、出力波形の相違を示す図である。
図７に示される背景技術では、フォトダイオード(ＰＤ)１０１と増幅器１０５の間の配線と、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とダミー増幅器１０６の間の配線の特性が必ずしも一致しない。したがって、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２に誘起された雑音が一致したとしても、フォトダイオード(ＰＤ)１０１と増幅器１０５の間の配線を伝搬した後の雑音、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とダミー増幅器１０６の間の配線を伝搬した後の雑音は必ずしも一致しない。それに加えて、フォトダイオード(ＰＤ)１０１と増幅器１０５の間の配線に誘起される雑音と、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とダミー増幅器１０６の間の配線に誘起される雑音も一致しない。その結果、それら雑音が差動増幅器１０７に入力されるときには完全な同相入力とはならないので、それらは互いに打ち消しあうことなく、その差分が差動増幅器１０７の出力に現れることとなる。
【００１５】
図２(a)に示される出力波形は、図７に示されるような背景技術における出力信号であって、これら雑音の影響が現れ、波形が乱れている。
これに対し、図１に示される実施例１では、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第一の入力を電気的に接続するＰＤ用配線１０３、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第二の入力を電気的に接続するダミーＰＤ用配線１０４を設け、光信号を入力しないダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２とトランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８の第二の入力を電気的に接続するダミーＰＤ用配線１０４を設けるとともに、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４の特性を同一とすることによって、分布定数回路とみなすことができるＰＤ用配線１０３、ダミーＰＤ用配線１０４による波形の変化が一致し、ＰＤ用配線１０３、ダミーＰＤ用配線１０４に誘起される雑音も一致するから、結局、雑音は差動増幅器１０７によって打ち消され、その出力に現れないこととなる。
【００１６】
すなわち、このような回路構成をとることにより、コモンモードノイズを低減させ、その結果として、図２(b)に示される実施例１の出力波形では、雑音の影響が殆ど出力に影響せず綺麗な波形となっている。
【００１７】
加えて、実施例１では、図３ないし図４に示すような光導波構造をとることによって、遮光電極のような遮光のための構成を特別に設けることなく、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２に光が入射することを防いでいる。また、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８が集積されたＴＩＡチップ３０２に迷光が入射して誤動作を引き起こすことも防いでいる。更に、このような面入射（垂直入射）型の構造にすることで、光導波構造とフォトダイオード(ＰＤ)１０１の間で高効率の光結合が実現される。
【００１８】
なお、光導波構造は、樹脂またはポリマー材料を用いて半導体基板上に作製することができる。このとき、フォトダイオード側にのみ光導波構造を形成しても、実質的に電気的対称性を保つことができるため、コモンモードノイズの低減効果を損なわない。
【００１９】
図３に示すものでは、垂直光導波構造３０１を用いて信号光をフォトダイオード(ＰＤ)に導いているが、この垂直光導波構造３０１はフォトダイオード(ＰＤ)１０１にのみ存在し、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２には存在しない。このため、信号光はフォトダイオード(ＰＤ)１０１にのみ導かれ、実質的に、ダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２は遮光されていることとなる。
【００２０】
図４に示すものは、図３に示す垂直光導波構造３０１に代えて斜め光導波構造４０１を有するものであって、図３に示すものと同様に、信号光はフォトダイオード(ＰＤ)１０１にのみ導かれるものである。この斜め光導波構造４０１の傾きの方向は、図４に示すものに限られることなく、反対の方向に傾いていてもよい。
【００２１】
なお、実施例１の光受信デバイスを実際に製造するときには各種の構造をとることができる。
たとえば、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４が集積された半導体基板３０３と、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８が集積されたＴＩＡチップ３０２を、図３，図４に示されるように別体とし、ＰＤ用ＴＩＡ入力パッド３０４，ダミーＰＤ用ＴＩＡ入力パッド３０５を介して互いにフリップチップ接続してもよい。また、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８をすべて一体として半導体基板３０３に集積してもよい。
【００２２】
更には、ＰＤ用配線１０３の特性と、ダミーＰＤ用配線１０４の特性を同一に維持できるのであれば、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２を、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８に、ワイヤボンディングで接続してもよい。
【実施例２】
【００２３】
図５，図６は、本発明の実施例２である光受信デバイスに設ける光導波構造の一例を示す図であって、それぞれ、実施例１の図３，図４に対応するものである。
実施例２において、フォトダイオード(ＰＤ)アレイ５０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)アレイ５０２が千鳥状に配置されているのが実施例１と相違する点である。
【００２４】
このような千鳥状に配置することによって、実施例２では、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４の間隔を狭くすることができ、集積度をあげることができる。
なお、図５，図６では、フォトダイオード(ＰＤ)アレイ５０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)アレイ５０２が、それぞれフォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２を複数含むことによって、全体として複数の信号光を入力できるように構成しているが、このようなにＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４の間隔を狭くすることの前提として、必ずしも複数の信号光を入力できるように構成する必要はない。すなわち、１つの信号光のみの入力に対応するために、１つのフォトダイオード(ＰＤ)１０１と１つのダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２を単に斜めの位置に配置するものも実施例２における千鳥状の一種であるということができる。
【００２５】
また、図５，図６に示される実施例２では、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４が集積された半導体基板３０３と、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８が集積されたＴＩＡチップ３０２をフリップチップ接続しているので、ＰＤ用配線１０３、ダミーＰＤ用配線１０４の構造を一致させるために、フリップチップ接続のためのＰＤ用ＴＩＡ入力パッドアレイ５０３とダミーＰＤ用ＴＩＡ入力パッドアレイ５０４も、フォトダイオード(ＰＤ)アレイ５０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)アレイ５０２と同様に千鳥状に配置されているが、必ずしもこのような構成に限定される必要はない。例えば、フォトダイオード(ＰＤ)１０１とダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２、ＰＤ用配線１０３とダミーＰＤ用配線１０４、トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)１０８をすべて一体として半導体基板３０３に集積した場合には、このようなＰＤ用ＴＩＡ入力パッドアレイ５０３とダミーＰＤ用ＴＩＡ入力パッドアレイ５０４自体が存在しない。
【００２６】
実施例２はそれ以外の点では実施例１と大きく異なることはなく、用いられる電子回路も、それぞれの信号光に対し図１に示される実施例１と同様のものを用いている。また、実施例２においても、実施例１と同様に、図５に示す垂直光導波構造３０１や図６に示す斜め光導波構造４０１を設け、信号光はフォトダイオード(ＰＤ)１０１にのみ導くように構成することができる。
【００２７】
ここで、背景技術のように遮光電極によってダミーフォトダイオード(ＰＤ)に対する遮光を行う場合で、且つ、実施例２のように、全体として複数の信号光を入力できるように構成する場合には、この遮光電極によって散乱された光が迷光となって、他のフォトダイオード(ＰＤ)やダミーフォトダイオード(ＰＤ)に入射されてしまうという問題が発生する。これに対し、この実施例２のように、図５に示す垂直光導波構造３０１や図６に示す斜め光導波構造４０１を設け、そもそもダミーフォトダイオード(ＰＤ)１０２に光が入射されない構造とすることによって、そのような迷光による影響を防ぐことができ、出力をより綺麗な波形とすることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０１        フォトダイオード(ＰＤ)
１０２        ダミーフォトダイオード(ＰＤ)
１０３        ＰＤ用配線
１０４        ダミーＰＤ用配線
１０５        増幅器
１０６        ダミー増幅器
１０７        差動増幅器
１０８        トランスインピーダンスアンプ(ＴＩＡ)
３０１        垂直光導波構造
３０２        ＴＩＡチップ
３０３        半導体基板
３０４        ＰＤ用ＴＩＡ入力パッド
３０５        ダミーＰＤ用ＴＩＡ入力パッド
４０１        斜め光導波構造
５０１        フォトダイオード(ＰＤ)アレイ
５０２        ダミーフォトダイオード(ＰＤ)アレイ
５０３        ＰＤ用ＴＩＡ入力パッドアレイ
５０４        ダミーＰＤ用ＴＩＡ入力パッドアレイ
Ｓ        信号光
【図１】
0006659398.tif 000002
【図２】
0006659398.tif 000003
【図３】
0006659398.tif 000004
【図４】
0006659398.tif 000005
【図５】
0006659398.tif 000006
【図６】
0006659398.tif 000007
【図７】
0006659398.tif 000008