(57)【要約】【課題】高速応答に最適で、製造性に優れる光受信器を提供する。【解決手段】光ファイバ１０からの入射光を受光する裏面入射形のＰＤ２と、ＰＤ２が実装される基板３Ａと、基板３Ａが実装される同軸型パッケージ４と、ＰＤ２からの電気信号を増幅するプリアンプＩＣ５とを具える。特に、基板３Ａには反射面３ａを設けて、入射光Ｌの光路を屈折させてＰＤ２に入射させる。基板３Ａの内部に入射光Ｌが透過して反射面３ａに当たり、反射面３ａで光路を屈折させて、基板３Ａに実装されたＰＤ２の受光部２ａに入射光Ｌを入射させる。【選択図】　図１
2004140030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバからの入射光を受光する裏面入射形の受光素子と、
前記受光素子が実装される基板と、
前記基板が実装される同軸型パッケージとを具え、
前記基板には、
入射光の光路を屈折させて受光素子に入射させる反射面を具えることを特徴とする光受信器。
【請求項２】
更に、基板には、入射光の光路溝を具えることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
【請求項３】
光路溝は、エッチングにより形成されたことを特徴とする請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
基板は、Ｓｉ単結晶、ガラス、セラミックのいずれかにより形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光受信器。
【請求項５】
受光素子は、その端面が入射光の光軸に対して非直交となるように基板上に実装されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光受信器。
【請求項６】
受光素子は、ＩｎＧａＡｓ系材料又はＩｎＧａＡｓＰ系材料から形成され、波長１μｍ帯から１．６μｍ帯を受光層とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光受信器。
【請求項７】
一端に光ファイバを具えるピッグテールタイプ又は一端に光コネクタとの接続部を有するレセプタクルタイプであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光受信器。
【請求項８】
同軸型パッケージは、鉄、銅、銅−ニッケル合金、ステンレスのいずれかにて形成されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光受信器。
【請求項９】
光路を屈折させて裏面入射形の受光素子に入射光を入射させる反射面を基板に形成する工程と、
入射光を受光する前記受光素子を前記基板に実装してサブモジュールを形成する工程と、
前記サブモジュールを同軸型パッケージに実装する工程と、
前記パッケージに具えるリードピンと前記受光素子とをワイヤにて接続する工程とを具えることを特徴とする光受信器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる光受信器及びその製造方法に関するものである。特に、高感度で高速対応に適し、製造性に優れる光受信器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の光受信器の縦断面構造を示し、（Ａ）は、正面断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の切断Ｂ−Ｂにおける側面断面図である。図７に示す光受信器１００は、一般に、ＣＡＮタイプパッケージと呼ばれる同軸型パッケージを用いたピッグテールタイプと称されるもので、以下のようにして形成される。まず、パッケージ１０３上にサブマウント１０２を固定した後、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）１０１をサブマウンド１０２に半田付けして固定する。パッケージ１０３には、電源供給や電気信号の取り出しを行うリードピン１０４が複数貫通されており、リードピン１０４とＰＤ１０１間、リードピン１０４とサブマウント１０２間をそれぞれワイヤ１０５で接続する。そして、このサブマウント１０２を覆うように頂上部に集光レンズ１０６を具えるキャップ１０７を被せ、レンズ１０６の上方に光ファイバ１０８を固定し、カバー（図７において光ファイバ１０８とパッケージ１０３とをつなぐ破線で示す）で覆って完成する。この光受信器１００においてＰＤ１０１は、集光レンズ１０６を介して光ファイバ１０８からの入射光を受光する。
【０００３】
上記のようなＣＡＮパッケージを用いる光受信器では、通常、上面入射形の受光素子が用いられる。上面入射形の受光素子は、例えば、以下のように形成される。図８は、上面入射形の受光素子を模式的に示す断面図である。まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１０の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなる受光層１１１をエピタキシャル成長させ、この受光層１１１の中央部にＺｎを拡散させてｐ型の拡散層１１２を形成し、ｐ−ｎ接合を得る。受光層１１１の上には、ｐ−ｎ接合を保護するようにＳｉＮｘ層１１３を形成する。次に、裏面（図８において基板１１０の下面）にｎ型電極１１４、拡散層１１２上にｐ型電極１１５を形成して、上面入射形の受光素子が得られる。そして、ＳｉＮｘ層１１３の一部を覆うように、かつｐ型電極１１５と電気的に接続されるようにボンディングパッド１１６を形成し、ワイヤ１０５のスペースを確保する。このような上面入射形の受光素子は、通常、図８に示すように拡散層１１２が露出されている上面側から光を受光する。
【０００４】
一方、従来、裏面入射形の受光素子を用いた光モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。図９は、裏面入射形の受光素子を模式的に示す断面図である。裏面入射形の受光素子は、例えば、以下のようにして得られる。まず、上記上面入射形の受光素子と同様にｎ型ＩｎＰ基板１２０の上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓからなる受光層１２１をエピタキシャル成長させ、この受光層１２１の中央部にＺｎを拡散させてｐ型の拡散層１２２を形成し、ｐ−ｎ接合を得る。受光層１２１の上には、ｐ−ｎ接合を保護するようにＳｉＮｘ層１２３を形成する。次に、裏面（図９において基板１２０の下面）に光を入射できるように適当な開口部を設けて基板１２０の一部が露出するようにｎ型電極１２４を形成すると共に、拡散層１２２を覆うようにｐ型電極１２５を形成して、裏面入射形の受光素子が得られる。このような裏面入射形の受光素子は、通常、図９に示すように基板１２０が露出されている裏面側から光を受光する。また、裏面入射形の受光素子では、図９に示すようにｐ型電極１２５上に金などのメッキ（図示せず）を行い、ワイヤ１０５を直接ボンディングする。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１９９００６号公報（図３、４、８参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、光通信システムが広く普及しつつある状況で、光受信器もより低コストで、かつより短時間で量産できるようにすることが望まれている。また、伝送容量の増大も望まれており、従来１５６Ｍｂｐｓや６２２Ｍｂｐｓ程度であったものが、１Ｇｂｐｓ、２．５Ｇｂｐｓ或いはそれ以上といった高速大容量伝送が要求されるようになってきている。
【０００７】
上記ＣＡＮパッケージタイプの光受信器では、従来、受光層を入射光に対向させて光軸にほぼ直交するように実装させることが簡単にできる上面入射形の受光素子が用いられている。しかし、上面入射形の受光素子では、同軸型パッケージへの実装が容易であるが、応答速度がせいぜい１Ｇｂｐｓ程度であり、より高速大容量伝送に用いるには、限界がある。
【０００８】
一方、高速対応に適した受光素子として、裏面入射形のものが知られている。しかし、同軸型パッケージに裏面入射形の受光素子を実装する場合、入射光を透過させるために基板に切り欠きなどを設けなければならない。ところが、一般に基板には、切り欠きなどを形成しにくく、製造性が悪いという問題がある。
【０００９】
他方、特許文献１では、同軸型パッケージを用いた光受信器について何ら検討されていない。
【００１０】
ここで、同軸型パッケージ、特に、金属製の同軸型パッケージは、溶接によりほぼ完璧に気密シールができる、放熱性に優れる、外部からの電磁ノイズの遮断性が高い、という優れた特性を有する。かつ、従来、汎用されているパッケージであって大量生産されており、経済性にも優れる。そこで、本発明の主目的は、同軸型パッケージを用いて、高速応答に最適で、製造性に優れる光受信器及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏面入射形の受光素子を用い、入射光を屈折させる反射面を基板に設けることで上記目的を達成する。
【００１２】
即ち、本発明光受信器は、光ファイバからの入射光を受光する裏面入射形の受光素子と、前記受光素子が実装される基板と、前記基板が実装される同軸型パッケージとを具える。そして、前記基板には、入射光の光路を屈折させて受光素子に入射させる反射面を具える。
【００１３】
このような光受信器は、以下の工程により製造することが好ましい。
（１）　光路を屈折させて裏面入射形の受光素子に入射光を入射させる反射面を基板に形成する工程。
（２）　入射光を受光する前記受光素子を前記基板に実装してサブモジュールを形成する工程。
（３）　サブモジュールを同軸型パッケージに実装する工程。
（４）　パッケージに具えるリードピンと前記受光素子とをワイヤにて接続する工程。
【００１４】
従来、パッケージの中心軸が光軸と同軸となる同軸型パッケージを用いた光受信器では、パッケージの中心に実装することで、入射光を容易に受光層に入射することができるため、上面入射形の受光素子がよく用いられている。しかし、上面入射形の受光素子を用いた光受信器は、裏面入射形の受光素子を用いた場合と比較して、より高速な応答ができず、また、製造性も劣る。
【００１５】
受光素子の応答速度は、一般に、負荷抵抗Ｒと接合容量Ｃｊの積で決められ、これらの積が大きいほど、応答速度が小さくなる。また、接合容量Ｃｊは、接合面積、即ち、ｐ−ｎ接合径に比例する。これらのことから、上面入射形の受光素子のｐ−ｎ接合径と、裏面入射形の受光素子のｐ−ｎ接合径とが等しいとすると、同じ応答速度でありながら、裏面入射形の受光素子の方が有効受光面を格段に大きくすることができる（図８、図９比較参照）。従って、裏面入射形の受光素子を用いた場合、複雑な光学系にて光ファイバからの入射光を厳密に集光しなくてもよく、集光における設計の許容範囲が広い。また、裏面入射形の受光素子を用いた場合、受光素子と光ファイバとの相対的な位置関係のずれに対する許容範囲も広いことから、受光素子を比較的ラフに実装することができる。これらのことから、裏面入射形の受光素子を用いた場合、光ファイバの調芯の必要がほとんどなく、実装時間を短縮することができ、より製造性に優れる。
【００１６】
一方、上面入射形の受光素子と裏面入射形の受光素子において、有効受光面の大きさを同じくした場合、上面入射形の受光素子のｐ−ｎ接合径を裏面入射形の受光素子のｐ−ｎ接合径よりも大幅に広げなければならない（図１０（Ａ）、（Ｂ）比較参照）。ｐ−ｎ接合径が大きくなることから、上面入射形の受光素子の方が接合容量Ｃｊが大きくなるため、応答速度が遅くなり、より高速な対応に適さなくなる。
【００１７】
また、上面入射形の受光素子では、図８に示すようにＳｉＮｘ層１１３の一部を覆うようにボンディングパッド１１６を形成し、その上にワイヤ１０５を接合する。このとき、ワイヤ１０５の接合部１０５ａは、通常、つぶされて広がり、拡散層１１２の一部を覆うことがある。従って、上面入射形の受光素子では、有効受光面がますます小さくなるため、より厳密な集光が求められて生産性が悪くなる。
【００１８】
他方、同軸型パッケージにおいて裏面入射形の受光素子を用いる場合、基板に切り欠きなどを設けて受光素子を実装することが考えられるが、切り欠きの形成が困難であることから、従来は、裏面入射形の受光素子を同軸型パッケージに実装することが検討されていなかった。
【００１９】
そこで、本発明では、より高速応答が可能で、実装位置の許容範囲が広く、比較的簡易な構成の光学系を利用することができる裏面入射形の受光素子を用いると共に、同軸型パッケージへの実装を可能にするべく、入射光の光路を屈折させる反射面を基板に設けることを規定する。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
本発明において受光素子は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やアバラシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの半導体受光素子が挙げられる。また、波長１μｍ帯から１．６μｍ帯といった長波長帯域を受光層とする場合、ＩｎＧａＡｓ系材料又はＩｎＧａＡｓＰ系材料で形成された受光素子が高感度で好ましい。その他、上記波長帯域を受光層とする場合、Ｇｅなどの材料で形成された受光素子でもよい。上記よりも短波長帯域を受光層とする場合、Ｓｉなどの材料で形成された受光素子でもよい。受光素子のサイズは、例えば、ＩｎＧａＡｓ系材料からなる受光素子の場合、幅０．５〜０．７ｍｍ×長さ０．５〜０．７ｍｍ×厚み０．２〜０．５ｍｍ程度が挙げられる。また、本発明では、特に、裏面入射形の受光素子を用いる。裏面入射形の受光素子は、通常、受光部が円形であるため受光し易く、上記のように実装の際のトレランス（実装位置ずれに対する耐性）に優れている。また、受光部の大きさをボンディングパッドの大きさまで小さくできるため、ｐ−ｎ接合面積が小さく、接合容量Ｃｊを小さくできる。これらのことから、裏面入射形の受光素子は、１Ｇｂｐｓ以上の高速作動が可能であり、高速応答に最適である。
【００２１】
上記受光素子は、後述する基板に実装する。基板への実装は、ＰｂＳｎ半田やＡｕＳｎ半田による半田付けが挙げられる。半田付けは、瞬時に行うことができるように自動ダイ（半導体チップ）ボンダなどの自動半田付け装置を用いることが好ましい。自動ダイボンダには、実装用パターンの位置及び半導体チップ吸着コレットに吸着されたチップの形状をパターン認識させておくと、位置精度よく受光素子を実装することができて好ましい。
【００２２】
受光素子が実装される基板（サブマウント）は、Ｓｉ単結晶、ガラス、又はＡｌＮ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などのセラミックで形成されたものが好ましい。特に、Ｓｉ単結晶は、フォトリソグラフィーの技術で精度よく加工できて好ましい。ガラスは、透光性を有すると共に、比較的安価であるため経済性がよく好ましい。また、セラミックは、機械加工が自由にできて好ましい。その他、エポキシ樹脂や液晶ポリマーなどの樹脂で形成されたものでもよい。基板のサイズは、上記受光素子が搭載できる大きさがあればよく、例えば、幅０．５〜１．２５ｍｍ×長さ１．０〜３．０ｍｍ×厚さ０．５〜１．０ｍｍ程度が挙げられる。基板には、受光素子を実装できるように、予め実装用パターンを形成しておくことが好ましい。
【００２３】
本発明では、上記基板に、入射光の光路を屈折させて受光素子に入射させる反射面を設ける。同軸型パッケージにおいて、裏面入射形の受光素子を実装するために、本発明者らが種々検討した結果、基板に反射面を設けて入射光の光路を屈折させると、基板に切り欠きなどを設けることなく受光素子への入射を可能にするとの知見を得た。そこで、本発明では、入射光の光路を屈折させる反射面を基板に設ける。反射面は、例えば、基板に傾斜面を設け、その傾斜面に金（Ａｕ）などの金属をメッキして形成してもよい。また、反射面は、少なくとも一つあればよく、受光素子の受光層に入射光の入射が可能であれば、複数設けてもよい。
【００２４】
また、入射光をより確実に反射面に導入するために、基板に光路溝を設けることが好ましい。このとき、光路溝を形成する少なくとも一面を反射面としてもよい。光路溝は、例えば、エッチングにより形成する方法が挙げられる。具体的には、いわゆるフォトエッチングの手法を用いて形成する方法が挙げられる。より具体的には、基板に絶縁層としてＳｉＯ２膜などの酸化膜をプラズマＣＶＤ法などの化学蒸着法（ＣＶＤ）で形成し、この被覆膜の一部及び基板の一部をケミカルエッチングなどにより除去して、基板に光路溝を形成する。このとき、反射面とする面だけでなく、光路溝の各面にＡｕメッキなどの金属メッキを施すと、反射効率が向上して出力電流の増大が図れて好ましい。
【００２５】
なお、上記被覆膜及び光路溝、反射面が形成された基板上には、受光素子の位置合わせマークを兼ねる実装用パターンを形成する。実装用パターンの形成は、例えば、Ａｕ−Ｓｎなどをメッキすることなどが挙げられる。上記光路溝、反射面及び実装用パターンは、材料基板の全面に亘って繰り返し形成し、その後個々に切り出すことで反射面、光路溝、実装用パターンを具える基板を得ることができる。
【００２６】
基板に対して受光素子の配置は、光ファイバからの入射光の光軸に対して受光素子の端面（入射光と対向する面）がほぼ直交するように行ってもよい。この配置の場合、入射光が受光素子の端面で反射されて光ファイバ側に戻り、送信側の発光素子の動作を不安定にすることがある。そこで、受光素子は、その端面の垂線が入射光の光軸に対して非直交となるように、即ち傾きをもって基板上に実装されることが好ましい。具体的には、受光素子の端面の垂線が光軸に対して４〜８°程度傾いていることが好ましい。
【００２７】
本発明では、上記反射面を設けた基板に受光素子を実装したサブモジュールを実装するパッケージとして、同軸型パッケージを用いる。同軸型パッケージとは、パッケージの中心軸が入射光と同軸のものである。一般に市販されているＣＡＮタイプパッケージと呼ばれるものを利用してもよい。パッケージ材料には、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銅−ニッケル合金（Ｃｕ−Ｎｉ）、ステンレスや、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉなどの鉄合金、その他の金属が好ましい。金属製の同軸型パッケージは、強固でハーメチックシール（完全密閉）ができるため長期安定性に優れると共に、放熱性が高く、外部からの電磁ノイズを遮断する機能も有している。また、一般に、比較的廉価でありコストを低減することができる。サブモジュールのパッケージへの実装は、パッケージにサブモジュール実装用のグランドやポールを必要に応じて設けておき、ＡｕＳｎ半田、ＡｕＰｂ半田やＳｕＰｂ半田による半田付けすることが挙げられる。半田付けは、自動ダイボンダにより行ってもよい。
【００２８】
本発明光受信器は、一端に光ファイバを具えるピッグテールタイプ又は一端に光コネクタとの接続部を有するレセプタクルタイプが挙げられる。いずれのタイプも、受光素子は、光ファイバと光学的に結合する。より具体的な構成は、前者は、頂上部に集光レンズを具えるキッャプを固定した同軸型パッケージを支持する金属製スリーブに、光ファイバを固定した円筒状の金属製ホルダーを装着させた構成が挙げられる。後者は、一端に光ファイバフェルールを具えるコネクタとの接続部を具え、他端にサブモジュールを実装した同軸型パッケージを具える構成が挙げられる。レセプタクルタイプは、光ファイバの取り回しが不要であるため、扱い易い。
【００２９】
本発明光受信器は、更に、受光素子からの電気信号を増幅する増幅素子を具える。増幅素子は、例えば、Ｓｉ−ＩＣやＧａＡｓ−ＩＣなどのプリアンプＩＣが挙げられる。増幅素子のサイズは、例えば、幅０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ×長さ０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ×厚み０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度が挙げられる。このような増幅素子は、導電性エポキシ樹脂などによるボンディングにて同軸型パッケージ上に直接実装してもよいし、同軸型パッケージを実装したボード（回路基板）に実装して、ワイヤにてパッケージと接続してもよい。前者の場合、増幅素子は、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属ワイヤにて、受光素子と直接接続する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜ピッグテールタイプ＞
（実施例１）
図１は、本発明光受信器を模式的に示すものであり、（Ａ）は、光受信器全体を説明する縦断面図、（Ｂ）は、受光素子を基板に実装した状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は、（Ａ）においてレンズ付きキャップを除いた状態の正面図、（Ｄ）は、内部に入射光を透過させない基板に受光素子を実装した状態を示す拡大断面図である。本発明光受信器１は、光ファイバ１０からの入射光を受光する裏面入射形のＰＤ２と、ＰＤ２が実装される基板３Ａと、基板３Ａが実装される同軸型パッケージ４と、ＰＤ２からの電気信号を増幅するプリアンプＩＣ５とを具える。特に、基板３Ａには反射面３ａを設けて、入射光Ｌの光路を屈折させてＰＤ２に入射させる。
【００３１】
本発明光受信器１は、以下のように製造した。
（１）　基板に反射面を形成する工程
本例において基板３Ａは、ガラス製で、幅１．２５ｍｍ×長さ２．０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのものを用いた。本例において幅とは、図１（Ｃ）において上下方向の大きさ、長さとは、同（Ｂ）において上下方向の最大の大きさ、厚さとは、同左右方向の大きさであり、後述するＰＤ２についても同様である。この基板３Ａの一面を研磨して傾斜を設け、この傾斜面にＡｕメッキを施して反射面３ａを形成する。また、基板３Ａには、反射面３ａを形成した後、Ａｕ−Ｓｎで厚さ３μｍのメッキを施してＰＤ２の実装用パターン（図示せず）を設ける。
【００３２】
（２）　サブモジュールを形成する工程
本例においてＰＤ２は、図９に示すＩｎＧａＡｓＰ系材料で形成された波長１μｍ帯から１．６μｍ帯を受光層とする裏面入射形の受光素子で、幅０．５ｍｍ×長さ０．５ｍｍ×厚さ０．２ｍｍ、有効受光面の径ｒが５０μｍのものを用いた。上記実装用パターンを設けた基板３Ａの上に、図１（Ｂ）に示すように受光部２ａ側の面と対向する面をパターンに接させてＰＤ２を実装し、サブモジュール６Ａを形成する。本例においてＰＤ２は、自動ダイボンダによりＡｕＳｎ半田で半田付けした。
【００３３】
（３）　パッケージへの実装工程
本例において同軸型パッケージ４は、Ｆｅ製で直径５．６ｍｍのものを用いた。パッケージ４には、上記サブモジュール６Ａを実装させるグランド７を設けておく。また、パッケージ４には、電源供給や電気信号の取り出しを行うリードピン４ａを必要数挿通させておく。リードピン４ａは、必要に応じて３〜６本といった形態が考えられる。本例では、４本とし、各リードピン４ａの直径はφ０．４５ｍｍとした。本例においてサブモジュール６Ａは、ＰＤ２の受光層が光ファイバ１０からの入射光Ｌの光軸とほぼ平行するように、即ち、基板３Ａの反射面３ａが光軸と対向するように実装した。サブモジュール６Ａの実装は、自動ダイボンダによりＡｕＳｎ半田で半田付けにより行った。このとき、ＰＤ２の受光部２ａは、図１（Ａ）において左側を向いた状態である。また、サブモジュール６Ａの実装は、図１（Ａ）に示す状態から９０°回転させてリードピン４ａの軸方向が水平方向になるように配置して行うと、作業性がよい。
【００３４】
更に、本例では、プリアンプＩＣ５を導電性エポキシ樹脂によるボンディングにて上記同軸型パッケージ４上に実装する。本例ではプリアンプＩＣ５として、幅０．８ｍｍ×長さ０．８ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＳｉ−ＩＣを用いた。なお、幅とは、図１（Ｃ）において上下方向の大きさ、長さとは、同左右方向の大きさ、厚さとは、図１（Ａ）において上下方向の大きさである。
【００３５】
（４）　ワイヤによる接続工程
次に、ＰＤ２と実装したプリアンプＩＣ５間、ＰＤ２とリードピン４ａ間、プリアンプＩＣ５とリードピン４ａ間、サブモジュール６Ａとグランド７間をそれぞれ直径３０μｍのＡｕワイヤ８で接続する。接続は、自動ワイヤボンダにより連続的に行った。また、ワイヤの接続は、上記（３）と同様に図１（Ａ）においてリードピン４ａの軸方向が水平方向になるように配置して行うと、作業性がよい。なお、図１では、全てのワイヤを記載していない。
【００３６】
（５）　サブモジュール６Ａ及びプリアンプＩＣ５を実装したパッケージ４に対し、頂上部に集光レンズ１１を具えるキャップ１２を被せ、電気溶接によりパッケージ４にキャップ１２を固定する。このとき、図１（Ａ）に示すようにリードピン４ａの軸方向が垂直方向となるように配置して行うと作業性がよい。次に、キャップ１２を固定したパッケージ４を金属製スリーブ（図示せず）に取り付け、光ファイバ１０を固定した円筒状の金属製ホルダー１３をスリーブの上方に挿入する。そして、光ファイバ１０から入射光Ｌを基板３Ａに入れ、反射面３ａで反射させてＰＤ２の受光部２ａに入射して、最適な出力となるところでホルダー１３をスリーブに固定する。最後に、ホルダー１３にカバー１４を挿通させてピッグテールタイプの本発明光受信器１が完成する。
【００３７】
この構成により、本例では、図１（Ａ）に示すように基板３Ａの内部に入射光Ｌが透過して上記反射面３ａに当たり、反射面３ａで光路を屈折させて、基板３Ａに実装されたＰＤ２の受光部２ａに入射光Ｌを入射させることができる。
【００３８】
本発明光受信器は、上記のように裏面入射形の受光素子を用いることで、１Ｇｂｐｓ以上の高速動作が可能であり、より高速応答に適したものを提供することができる。特に、基板に入射光の反射面を設けることで光路を屈折させることができるため、同軸型パッケージであっても、効率よく製造することができる。
【００３９】
上記実施例１では、基板３Ａの内部に入射光を透過させるものを説明したが、入射光を透過させない基板３Ａ’、例えば、Ｓｉ単結晶からなる基板を用いてもよい。
このとき、図１（Ｄ）に示すように反射面３ａが入射光Ｌに接するように反射面３ａを図１（Ｄ）において上方に向けてサブモジュール６Ａ’をパッケージ４に実装するとよい。
【００４０】
（実施例２）
上記実施例１では、基板に反射面のみ具えるものを説明したが、反射面により確実に入射光を導入するためには、基板に光路溝をも具えることが好ましい。そこで、基板に反射面に加えて光路溝を具える例を説明する。図２は、光路溝を具える本発明光受信器を模式的に示すものであり、（Ａ）は、光受信器全体を説明する縦断面図、（Ｂ）は、受光素子を基板に実装した状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は、（Ａ）においてレンズ付きキャップを除いた状態の正面図である。本発明光受信器２０は、基本的構成は実施例１と同様であり、異なる点は、基板３Ｂに光路溝３ｂを具える点である。以下、この点を中心に説明する。
【００４１】
本例では、以下のようにして基板３Ｂに反射面３ａ及び光路溝３ｂを形成した。Ｓｉ（｛１００｝面）からなる材料基板上に絶縁層として厚さ１μｍのＳｉＯ２膜（図示せず）をプラズマＣＶＤ法にて形成する。次に、ＳｉＯ２層の一部及び材料基板をケミカルエッチングにより除去して、光ファイバ１０からの入射光ＬをＰＤ２に導くための光路溝３ｂを形成する。本例において光路溝３ｂは、幅２００μｍ、最大の長さ５００μｍ、深さ１００μｍとした。なお、幅とは、図２（Ｃ）において上下方向の大きさ、最大の長さとは、図２（Ｂ）において上下方向の最大の大きさ、深さとは、同左右方向の大きさである。また、本例では、光路溝３ｂの各面（｛１１１｝面）にＡｕメッキを施し、一面を反射面３ａとした。
【００４２】
上記反射面３ａ及び光路溝３ｂを設けた材料基板に上記実施例１と同様に実装用パターンを形成した後切り出して基板３Ｂを得る。この基板３Ｂ上にＰＤ２を実装してサブモジュール６Ｂを得る。本例においてサブモジュール６Ｂは、実施例１と同様にＰＤ２の受光部２ａ側の面と対向する面を実装用パターンに接させて、ＰＤ２が光路溝３ｂの一部を覆うように基板３Ｂ上に実装した。基板３Ｂの大きさは、幅５００μｍ、長さ１０００μｍ、厚さ１０００μｍとした。なお、本例において幅とは、図２（Ｃ）において上下方向の大きさ、長さとは、同（Ｂ）において上下方向の大きさ、厚さとは、同左右方向の大きさである。以下、実施例１で説明した製造工程と同様である。
【００４３】
この構成により、本例では、図２（Ａ）に示すように基板３Ｂの光路溝３ｂに入射光Ｌが導入されて反射面３ａに当たり、反射面３ａで光路を屈折させて、基板３Ｂに実装されたＰＤ２の受光部２ａに入射光Ｌを入射させることができる。
【００４４】
（実施例３）
上記実施例２では、基板に反射面を一つ具えるものを説明したが、反射面は二つあってもよい。そこで、反射面を二つ具える例を説明する。図３は、反射面を二つ具える本発明光受信器を模式的に示すものであり、（Ａ）は、光受信器全体を説明する縦断面図、（Ｂ）は、受光素子を基板に実装した状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は、（Ａ）においてレンズ付きキャップを除いた状態の正面図である。本発明光受信器３０は、基本的構成は実施例２と同様であり、異なる点は、基板３Ｃに二つの反射面を具える点である。以下、この点を中心に説明する。
【００４５】
本例では、上記実施例２と同様にして基板３Ｃに光路溝３ｂ’を形成した。即ち、Ｓｉ（｛１００｝面）からなる基板３Ｃ上に厚さ１μｍのＳｉＯ２膜（図示せず）をプラズマＣＶＤ法にて形成し、このＳｉＯ２層の一部及び材料基板をケミカルエッチングにより除去して、光路溝３ｂ’を形成する。本例において光路溝３ｂ’は、幅２００μｍ、最大の長さ５００μｍ、深さ１００μｍとした。なお、幅とは、図３（Ｃ）において上下方向の大きさ、最大の長さとは、図３（Ｂ）において左右方向の最大の大きさ、深さとは、同上下方向の大きさである。また、本例では、光路溝３ｂ’の各面（｛１１１｝面）にＡｕメッキを施し、対向する二面を反射面３ａとした。
【００４６】
上記反射面３ａ及び光路溝３ｂ’を設けた材料基板に上記実施例２と同様に実装用パターンを形成した後切り出して基板３Ｃを得る。この基板３Ｃ上にＰＤ２を実装してサブモジュール６Ｃを得る。本例においてサブモジュール６Ｃは、実施例２と同様にＰＤ２の受光部２ａ側の面と対向する面を実装用パターンに接させて、ＰＤ２が光路溝３ｂ’の一部を覆うように基板３Ｃ上に実装した。基板３Ｃの大きさは、幅５００μｍ、長さ１０００μｍ、厚さ１０００μｍとした。なお、本例において幅とは、図３（Ｃ）において上下方向の大きさ、長さとは、同（Ｂ）左右方向の大きさ、厚さとは、図３（Ｂ）において上下方向の大きさである。
【００４７】
本例において上記サブモジュール６Ｃは、同軸パッケージ４上にグランドを設けずパッケージ４上に直接配置し、自動ダイボンダによりＡｕＳｎ半田で半田付けにより実装を行った。より具体的には、サブモジュール６Ｃは、ＰＤ２の受光層が光ファイバ１０からの入射光Ｌの光軸とほぼ直交するように、即ち、基板３Ｃの反射面３ａが光軸と対向するように実装した。このとき、ＰＤ２の受光部２ａは、図３（Ａ）において上側を向いた状態である。以下、実施例１で説明した製造工程と同様である。
【００４８】
この構成により、本例では、図３（Ａ）に示すように基板３Ｃの一方の反射面３ａにあたった入射光Ｌは、光路を屈折させて光路溝３ｂ’に導入され、光路溝３ｂ’を経てもう一方の反射面３ａに当たり、この反射面３ａで再び光路を屈折させて、ＰＤ２の受光部２ａに入射させることができる。
【００４９】
（実施例４）
上記の実施例１〜３では、増幅素子を同軸型パッケージ上に直接実装したものを示したが、図４に示すように別途具えるボード上に実装してもよい。図４は、ピッグテール型の本発明光受信器において、ボードに実装した状態を示す説明図である。このような光受信器は、以下のようにして得ることができる。まず、ボード４０上に配線パターン４１を形成すると共に、同軸型パッケージ４に貫通する複数のリードピン４ａを折り曲げておく。そして、リードピン４ａと配線パターン４１とを半田付けして光受信器１をボード４０上に実装する。また、ボード４０の後方にプリアンプＩＣ５を配置して、プリアンプＩＣ５と配線パターン４１とをワイヤ４２で接続する。
【００５０】
この構成により、光受信器１のＰＤ２とプリアンプＩＣ５とは、ＰＤ２とリードピン４ａとを接続するワイヤ（図示せず）、リードピン４ａ、ワイヤ４２、配線パターン４１を介して接続される。なお、ボード４０上には、プリアンプＩＣ５の後方に電子回路部品（図示せず）を搭載してもよい。また、図４では、実施例１に示す基板３Ａを例示しているが、図２及び３に示した基板３Ｂ、３Ｃを用いてももちろんよく、グランド７も適宜必要に応じて設けるとよい。
【００５１】
（実施例５）
図５は、受光素子の端面を入射光の光軸に対して傾きをもって基板に実装した状態を示すサブモジュールの正面図である。図５に示すサブモジュール６Ｄは、実施例２で用いた基板３Ｂに対して、ＰＤ２の端面２ｂ（入射光と対向する面）の垂線を入射光の光軸５０に対してθ＝８°傾斜させて実装している。この配置により、本発明光受信器は、入射光が端面２ｂで反射されても、光ファイバ１０側に戻ることがなく、送信側の発光素子の動作を不安定にするという不具合をなくすることができる。このような実装は、実施例１や実施例２のようにＰＤの端面が入射光の光軸と対向するように配置される場合に適用するとよい。また、後述するレセプタクルタイプにおいても、このような実装が適用できる。
【００５２】
＜レセプタクルタイプ＞
（実施例６）
図６は、本発明光受信器においてレセプタクルタイプの例を示す縦断面図である。上記実施例１〜５では、ピッグテールタイプの光受信器を説明したが、本発明光受信器は、レセプタクルタイプのものも適用できる。本発明光受信器６０は、光ファイバフェルール７１を具えるコネクタ７０の接続部６１を図６において上方に具え、サブモジュール６を実装した同軸型パッケージ４’を同下方に具える。接続部６１は、光ファイバフェルール７１が挿入される挿入孔６２を有する。本例では、挿入孔６２の端部（図６において下方側）には、光ファイバ６３を具えるスタブ６４を配置させている。同軸型パッケージ４’は、サブモジュール６を実装するポール９、電源供給や電気信号の取り出しを行うリードピン４ａを具える。また、同軸型パッケージ４’には、実施例１などと同様に頂上部に集光レンズ１１を具えるキャップ１２を被せている。なお、図６では、プリアンプＩＣを省略しているが、同軸型パッケージ４’上に実装している。
【００５３】
このような光受信器も、上記実施例１などと同様に、より高速応答が可能であると共に、生産性に優れる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明光受信器によれば、裏面入射形の受光素子を用いることで、より高速応答が可能であるという優れた効果を奏し得る。そのため、本発明光受信器は、１Ｇｂｐｓ以上といった高速大容量伝送への適用が可能である。
また、本発明光受信器は、上記受光素子を実装する基板に入射光の光路を屈折させる反射面を設けることで、基板に切り欠きなどを設ける必要がなく、同軸型パッケージに実装させることができる。かつ、裏面入射形の受光素子を用いることで、複雑な光学系を必要とせず、実装位置の許容範囲が広い。これらのことから、本発明光受信器は、生産性に優れ、より短時間で製造が可能であると推測される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明光受信器を模式的に示すものであり、（Ａ）は、光受信器全体を説明する縦断面図、（Ｂ）は、受光素子を基板に実装した状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は、（Ａ）においてレンズ付きキャップを除いた状態の正面図、（Ｄ）は、内部に入射光を透過させない基板に受光素子を実装した状態を示す拡大断面図である。
【図２】光路溝を具える本発明光受信器を模式的に示すものであり、（Ａ）は、光受信器全体を説明する縦断面図、（Ｂ）は、受光素子を基板に実装した状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は、（Ａ）においてレンズ付きキャップを除いた状態の正面図である。
【図３】反射面を二つ具える本発明光受信器を模式的に示すものあり、（Ａ）は、光受信器全体を説明する縦断面図、（Ｂ）は、受光素子を基板に実装した状態を示す拡大断面図、（Ｃ）は、（Ａ）においてレンズ付きキャップを除いた状態の正面図である。
【図４】ピッグテール型の本発明光受信器において、ボードに実装した状態を示す説明図である。
【図５】受光素子の端面を入射光の光軸に対して傾きをもって基板に実装した状態を示すサブモジュールの正面図である。
【図６】本発明光受信器においてレセプタクルタイプの例を示す縦断面図である。
【図７】従来の光受信器の縦断面構造を示し、（Ａ）は、正面断面図、（Ｂ）は、（Ａ）の切断Ｂ−Ｂにおける側面断面図である。
【図８】上面入射形の受光素子を模式的に示す断面図である。
【図９】裏面入射形の受光素子を模式的に示す断面図である。
【図１０】有効受光面の大きさを同じくした受光素子を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は、上面入射形の受光素子、（Ｂ）は、裏面入射形の受光素子である。
【符号の説明】
１、２０、３０、６０　光受信器　２　ＰＤ　２ａ　受光部　２ｂ　端面
３Ａ、３Ａ’、３Ｂ、３Ｃ　基板　３ａ　反射面　３ｂ、３ｂ’　光路溝
４、４’　同軸型パッケージ　４ａ　リードピン　５　プリアンプＩＣ
６、６Ａ、６Ａ’、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ　サブモジュール　７　グランド　８　ワイヤ
９　ポール　１０　光ファイバ　１１　集光レンズ　１２　キャップ　１３　ホルダー
１４　カバー
４０　ボード　４１　実装用パターン　４２　ワイヤ
５０　光軸
６１　接続部　６２　挿入孔　６３　光ファイバ　６４　スタブ
７０　コネクタ　７１　光ファイバフェルール
１００　光受信器　１０１　ＰＤ　１０２　サブマウント　１０３　パッケージ
１０４　リードピン　１０５　ワイヤ　１０５ａ　接合部　１０６　集光レンズ
１０７　キャップ　１０８　光ファイバ
１１０、１２０　ｎ型ＩｎＰ基板　１１１、１２１　受光層　１１２、１２２　拡散層
１１３、１２３　ＳｉＮｘ層　１１４、１２４　ｎ型電極　１１５、１２５　ｐ型電極
１１６　ボンディングパッド
【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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