(57)【要約】【課題】制作が容易で高速化及び小型化が可能な受光素子を実現する。【解決手段】フォトダイオードを実装した受光素子において、受光部側に伝送線路が形成されたフォトダイオードと、上面及び側面に伝送の向きを鋭角に折り返す伝送線路を形成し、側面部分にフォトダイオードの厚みと同一の深さの窪みを形成してフォトダイオードをマウントした高周波基板ブロックとを備え、フォトダイオードの伝送線路と高周波基板ブロックの側面の伝送線路をワイヤで接続する。【選択図】　　　　　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードを実装した受光素子において、
受光部側に伝送線路が形成されたフォトダイオードと、
上面及び側面に伝送の向きを鋭角に折り返す伝送線路を形成し、側面部分に前記フォトダイオードの厚みと同一の深さの窪みを形成して前記フォトダイオードをマウントした高周波基板ブロックとを備え、
前記フォトダイオードの伝送線路と前記高周波基板ブロックの側面の伝送線路をワイヤで接続したことを特徴とする受光素子。
【請求項２】
前記高周波基板ブロックの上面に形成された伝送線路のストリップ導体の幅を変化させたことを特徴とする
請求項１記載の受光素子。
【請求項３】
前記高周波基板ブロックが、
アルミナで形成されたことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の受光素子。
【請求項４】
前記高周波基板ブロックが、
窒化アルミニウムで形成されたことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の受光素子。
【請求項５】
前記伝送線路が、
コプレーナ線路であることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の受光素子。
【請求項６】
前記伝送線路が、
マイクロストリップ線路であることを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載の受光素子。
【請求項７】
前記高周波基板ブロックの伝送線路に終端抵抗を設けたことを特徴とする
請求項５若しくは請求項６記載の受光素子。
【請求項８】
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体と左右の接地平面導体との間にそれぞれ終端抵抗を設けたことを特徴とする
請求項５記載の受光素子。
【請求項９】
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体とどちらか一方の接地平面導体との間に終端抵抗を設けたことを特徴とする
請求項５記載の受光素子。
【請求項１０】
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体と接地平面導体との間に終端抵抗を設けたことを特徴とする
請求項６記載の受光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードを実装した受光素子に関し、特に制作が容易で高速化及び小型化が可能な受光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年インターネットの普及に伴い多くの情報量を送受信する必要性が上がってきた。このような多くの情報量を送受信する技術としてＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：波長分割多重）が存在する。
【０００３】
このようなＷＤＭを用いた通信は光ファイバを用いた光通信であり、受信側では光信号を電気信号に変換する高速のフォトダイオード等の高速の光電気変換素子が必要になる。
【０００４】
また、現在のＷＤＭの伝送速度は”２．５Ｇｂｐｓ（ｂｉｔｓ　ｐｅｒ　ｓｅｃｏｎｄ）”や”１０Ｇｂｐｓ”であるが、次世代通信技術として”４０Ｇｂｐｓ”が注目されている。
【０００５】
”２．５Ｇｂｐｓ”や”１０Ｇｂｐｓ”の光通信を行う場合には、周波数帯がマイクロ波帯であるため、光電気変換素子であるフォトダイオードを受光素子内に比較的容易に実装できるものの、”４０Ｇｂｐｓ”の光通信の場合にはミリ波帯域であるため、フォトダイオードを受光素子内に実装することの困難性が増大する。
【０００６】
図６はこのような従来の受光素子の一例を示す断面図である。図６において１は光信号が伝播する光ファイバ、２はマイクロミラー、３は”４０Ｇｂｐｓ”の動作が可能な表面入射型のフォトダイオード、４は高周波の伝送線路、５はボンディング用のワイヤである。
【０００７】
光ファイバ１の出射光はマイクロミラー２で反射されフォトダイオード３の受光面に入射され、フォトダイオード３の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード３の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【０００８】
ここで、図６に示す従来例の動作を説明する。図６中”ＯＬ０１”に示す光ファイバ１の出射光はマイクロミラー２に入射され、図６中”ＲＬ０１”に示すマイクロミラー２における反射光はフォトダイオード３の受光面に入射される。
【０００９】
フォトダイオード３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００１０】
また、図７はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図７において３，４及び５は図６と同一符号を付してあり、６は光信号が伝播し先端部が斜めにカットされた光ファイバである。
【００１１】
光ファイバ６の出射光はフォトダイオード３の受光面に入射され、フォトダイオード３の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード３の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【００１２】
ここで、図７に示す従来例の動作を説明する。図７中”ＴＬ１１”に示す光ファイバ６内を伝播する光は、図７中”ＲＦ１１”に示す反射面（光ファイバ６の先端部が斜めにカットされた部分）で反射され、図７中”ＲＬ１１”に示すような反射光としてフォトダイオード３の受光面に入射される。
【００１３】
フォトダイオード３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００１４】
また、図８はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図８において４及び５は図６と同一符号を付してあり、１ａは光信号が伝播する光ファイバ、７は逆メサにエッチングされた表面入射型のフォトダイオードである。
【００１５】
光ファイバ１ａの出射光はフォトダイオード７の側面に入射され、フォトダイオード７の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード７の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【００１６】
ここで、図８に示す従来例の動作を説明する。図８中”ＯＬ２１”に示す光ファイバ１ａの出射光は、フォトダイオード７の側面において図８中”ＡＧ２１”に示すファセット角で屈折し、図８中”ＲＬ２１”に示すような屈折光としてフォトダイオード７の受光面に入射される。
【００１７】
同様に、図８中”ＯＬ２２”に示す光ファイバ１ａの出射光は、フォトダイオード７の側面において図８中”ＡＧ２１”に示すファセット角で屈折し、図８中”ＲＬ２２”に示すような屈折光としてフォトダイオード７の受光面に入射される。
【００１８】
フォトダイオード７に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００１９】
また、図９はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図９において４及び５は図６と同一符号を付してあり、１ｂは光信号が伝播する光ファイバ、８は導波路型のフォトダイオードである。
【００２０】
光ファイバ１ｂの出射光はフォトダイオード８の光導波路に入射され、フォトダイオード８の近傍には伝送線路４が配置され、フォトダイオード８の電極と伝送線路４はワイヤ５によって接続される。
【００２１】
ここで、図９に示す従来例の動作を説明する。図９中”ＯＬ３１”に示す光ファイバ１ｂの出射光は、フォトダイオード８の光導波路に入射される。そして、フォトダイオード８に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ５を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００２２】
また、図１０はこのような従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。図１０において３及び４は図６と同一符号を付してあり、１ｃは光信号が伝播する光ファイバ、９は折り返し伝送線路、１０及び１１はワイヤである。
【００２３】
光ファイバ１ｃの出射光はフォトダイオード３の受光面に入射され、フォトダイオード３の近傍には折り返し伝送線路９及び伝送線路４が配置される。また、フォトダイオード３の電極と折り返し伝送線路９はワイヤ１０によって接続され、折り返し伝送線路９と伝送線路４はワイヤ１１によって接続される。
【００２４】
ここで、図１０に示す従来例の動作を説明する。図１０中”ＯＬ４１”に示す光ファイバ１ｃの出射光は、フォトダイオード３の受光面に入射される。
【００２５】
フォトダイオード３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はワイヤ１０を介して折り返し伝送線路９に伝播し、折り返し伝送線路９で伝送の向きが９０度折り返され、さらに、ワイヤ１１を介して伝送線路４に伝播して、受光素子の外部に取り出される。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６に示す従来例ではマイクロミラー２を用いた折り返しミラー型であるため、受光素子内にマイクロミラー２を実装する必要性があり、部品点数が増え、小型化が困難であると言った問題点があった。
【００２７】
また、図７に示す従来例では反射をさせるための光ファイバの先端部分の加工が困難であり、光結合効率が悪く、ハーメチックシールが困難であると言った問題点があった。
【００２８】
また、図８に示す従来例ではフォトダイオードを逆メサ構造に安定して形成することが困難であり、屈折光をうまく受光部に集光するための光学的な配置も困難であると言った問題点があった。
【００２９】
また、図９に示す従来例では光導波路に光ファイバの出射光を効率よく光結合させることが困難であり、効率よく光結合させるためのスポットサイズ変換部の集積化等が困難であると言った問題点があった。
【００３０】
また、図１０に示す従来例では折り返し伝送線路の仕様の周波数帯が”２．５ＧＢｐｓ”であり”４０ＧＢｐｓ”等の高速化が困難であると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、制作が容易で高速化及び小型化が可能な受光素子を実現することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
フォトダイオードを実装した受光素子において、
受光部側に伝送線路が形成されたフォトダイオードと、上面及び側面に伝送の向きを鋭角に折り返す伝送線路を形成し、側面部分に前記フォトダイオードの厚みと同一の深さの窪みを形成して前記フォトダイオードをマウントした高周波基板ブロックとを備え、前記フォトダイオードの伝送線路と前記高周波基板ブロックの側面の伝送線路をワイヤで接続したことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３２】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの上面に形成された伝送線路のストリップ導体の幅を変化させたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３３】
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックが、
アルミナで形成されたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３４】
請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックが、
窒化アルミニウムで形成されたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３５】
請求項５記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記伝送線路が、
コプレーナ線路であることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３６】
請求項６記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である受光素子において、
前記伝送線路が、
マイクロストリップ線路であることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３７】
請求項７記載の発明は、
請求項５若しくは請求項６記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路に終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３８】
請求項８記載の発明は、
請求項５記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体と左右の接地平面導体との間にそれぞれ終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００３９】
請求項９記載の発明は、
請求項５記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体とどちらか一方の接地平面導体との間に終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００４０】
請求項１０記載の発明は、
請求項６記載の発明である受光素子において、
前記高周波基板ブロックの伝送線路のストリップ導体と接地平面導体との間に終端抵抗を設けたことにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る受光素子の一実施例を示す正面図、側面図及び平面図であり、図２は本発明に係る受光素子の一実施例を示す斜視図である。
【００４２】
図１及び図２において１２はアルミナ等を用いた高周波基板ブロック、１３は表面入射型のフォトダイオード、１４はボンディング用のワイヤである。
【００４３】
図１中”ＴＨ５１”に示す厚さが、例えば”１ｍｍ”程度の高周波基板ブロック１２の上面及び側面にＣＰＷ（Ｃｏｐｌａｎａｒ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ：コプレーナ線路）等のミリ波高周波伝送線路を形成する。すなわち、図１中”ＣＷ５１”に示すように、伝送の向きが鋭角、例えば、９０度折り返されるような伝送線路が形成される。
【００４４】
また、高周波基板ブロック１２の伝送線路が形成された側面部分にはフォトダイオード１３をマウントするための窪みが図１中”ＨＬ５１（図２中”ＨＬ６１”）”に示すように形成され、図１中”ＰＤ５１”に示す円形の受光面及び受光面側に形成された伝送線路が外側にくるようにフォトダイオード１３がマウントされる。
【００４５】
但し、図１中”ＨＬ５１（図２中”ＨＬ６１”）”に示す窪みの深さは図１中”ＰＷ５１（図２中”ＰＷ６１”）”に示すフォトダイオード１３の厚みと同一である。このため、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２上の伝送線路が同一平面に位置することになる。
【００４６】
そして、ワイヤ１４によって高周波基板ブロック１２上の伝送線路と、フォトダイオード１３上の伝送線路とがボンディングされ、電気的に接続が取られる。
【００４７】
この時、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２上の伝送線路が同一平面に位置するため、最短のワイヤでボンディングすることが可能になり、インダクタンスの低減に寄与する。
【００４８】
ここで、図１及び図２に示す実施例の動作を説明する。図２中”ＯＬ６１”に示す光ファイバ（図示せず。）からの出射光は図２中”ＰＤ６１”に示すフォトダイオード１３の円形の受光部に入射される。
【００４９】
フォトダイオード１３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はフォトダイオード１３上の伝送線路に伝播し、ワイヤ１４を介して高周波基板ブロック１２上に形成された伝送線路で伝送の向きが９０度折り返されて伝播し、図２中”ＯＥ６１”に示すように受光素子の外部に取り出される。
【００５０】
すなわち、光ファイバのセンタ部分の加工やフォトダイオードを逆メサ構造に形成する必要がないので制作が容易になる。
【００５１】
また、図１中”ＴＨ５１”に示す高周波基板ブロック１２の厚さが”１ｍｍ”程度であり、従来例のように受光素子内にマイクロミラーを実装する必要性がないので小型化が容易である。
【００５２】
また、光ファイバ自体を受光素子内に引込む必要性がないので、ハーメチックシールが可能である。
【００５３】
さらに、光ファイバの出射光（円形）を単純にフォトダイオードの円形の受光部に入射させるだけなので、受光部の直径が光ファイバの出射光（円形）の直径よりも大きければ光学的な配置や光結合効率に問題が生じない。
【００５４】
この結果、高周波基板ブロック１２の上面及び側面に伝送の向きを鋭角、例えば、９０度折り返す伝送線路を形成し、高周波基板ブロック１２の側面部分にフォトダイオード１３の厚みと同一の深さの窪みを形成し、当該窪みにフォトダイオード１３がマウントし、高周波基板ブロック１２上の伝送線路とフォトダイオード１３上の伝送線路とをワイヤでボンディングすることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【００５５】
なお、図１及び図２に示す実施例では高周波基板ブロック１２上に光電気変換された電気信号を他の伝送線路や増幅器等の素子に導くための伝送線路を形成しているが、高周波基板ブロック１２上に外部端子を直接接続するための伝送線路を形成しても構わない。
【００５６】
図３はこのような本発明に係る受光素子の他の実施例を示す正面図、側面図及び平面図であり、図４はこのような本発明に係る受光素子の他の実施例を示す斜視図である。
【００５７】
図３及び図４において１３及び１４は図１及び図２と同一符号を付してあり、１２ａはアルミナ等を用いた高周波基板ブロックである。
【００５８】
図３中”ＴＨ７１”に示す厚さが”１ｍｍ”程度の高周波基板ブロック１２ａの上面及び側面にコプレーナ線路等のミリ波高周波伝送線路を形成する。すなわち、図３中”ＣＷ７１”に示すように、伝送の向きが９０度折り返されるような伝送線路が形成される。
【００５９】
但し、高周波基板ブロック１２ａの上面の伝送線路は図３中”ＷＧ７１”に示すように、”０．２ｍｍ”程度の外部端子に直接接続するため出力端部分で伝送線路のストリップ導体の幅が広がるように形成されている。
【００６０】
また、高周波基板ブロック１２ａの伝送線路が形成された側面部分にはフォトダイオード１３をマウントするための窪みが図３中”ＨＬ７１（図４中”ＨＬ８１”）”に示すように形成され、図３中”ＰＤ７１”に示す円形の受光面及び受光面側に形成された伝送線路が外側にくるようにフォトダイオード１３がマウントされる。
【００６１】
但し、図３中”ＨＬ７１（図４中”ＨＬ８１”）”に示す窪みの深さは図３中”ＰＷ７１（図４中”ＰＷ８１”）”に示すフォトダイオード１３の厚みと同一である。このため、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２ａ上の伝送線路が同一平面に位置する。
【００６２】
そして、ワイヤ１４によって高周波基板ブロック１２ａ上の伝送線路と、フォトダイオード１３上の伝送線路とがボンディングされ、電気的に接続が取られる。
【００６３】
この時、フォトダイオード１３上の伝送線路と、高周波基板ブロック１２ａ上の伝送線路が同一平面に位置するため、最短のワイヤでボンディングすることが可能になり、インダクタンスの低減に寄与する。
【００６４】
ここで、図３及び図４に示す実施例の動作を説明する。図４中”ＯＬ８１”に示す光ファイバ（図示せず。）からの出射光は図４中”ＰＤ８１”に示すフォトダイオード１３の円形の受光部に入射される。
【００６５】
フォトダイオード１３に入射された光信号は光電気変換されて電気信号となり、当該電気信号はフォトダイオード１３上の伝送線路に伝播し、ワイヤ１４を介して高周波基板ブロック１２ａ上に形成された伝送線路で伝送の向きが９０度折り返されて伝播し、図４中”ＯＥ８１”に示すように受光素子の外部に取り出される。
【００６６】
また、図１〜図４の説明に際して、高周波基板ブロックとしてはアルミナを例示しているが、誘電率が”１０”程度のものであれば良く、例えば、窒化アルミニウム等であっても構わない。また、誘電率が”１２”程度である半導体基板を高周波基板として代用できる
【００６７】
また、必要に応じて、高周波基板ブロック上の伝送線路に終端抵抗を設けても構わない。図５はこのような終端抵抗を設けた受光素子の一実施例を示す正面図である。
【００６８】
図５において１２，１３，１４は図１と同一符号を付してあり、１５及び１６は抵抗値が”１００Ω”の終端抵抗である。すなわち、伝送線路のストリップ導体と左右の接地平面導体との間に”１００Ω”の２つの抵抗が並列接続されているので実質的に”５０Ω”の終端がなされたことになる。
【００６９】
勿論、”１００Ω”の抵抗が並列接続ではなく、”５０Ω”の抵抗を伝送線路のストリップ導体と左若しくは右の何れか一方の接地平面導体との間に接続しても構わない。
【００７０】
また、高周波基板ブロック上に形成した伝送線路として、コプレーナ線路を例示しているが、マイクロストリップ線路等であっても構わない。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９及び請求項１０の発明によれば、高周波基板ブロックの上面及び側面に伝送の向きを９０度折り返す伝送線路を形成し、高周波基板ブロックの側面部分にフォトダイオードの厚みと同一の深さの窪みを形成し、当該窪みにフォトダイオードがマウントし、高周波基板ブロック上の伝送線路とフォトダイオード上の伝送線路とをワイヤでボンディングすることにより、制作が容易で高速化及び小型化が可能になる。また、ハーメチックシールが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る受光素子の一実施例を示す正面図、側面図及び平面図である。
【図２】本発明に係る受光素子の一実施例を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る受光素子の他の実施例を示す正面図、側面図及び平面図である。
【図４】本発明に係る受光素子の他の実施例を示す斜視図である。
【図５】終端抵抗を設けた受光素子の一実施例を示す正面図である。
【図６】従来の受光素子の一例を示す断面図である。
【図７】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【図８】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【図９】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【図１０】従来の受光素子の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，６　光ファイバ
２　マイクロミラー
３，７，８，１３　フォトダイオード
４　伝送線路
５，１０，１１，１４　ワイヤ
９　折り返し伝送線路
１２，１２ａ　高周波基板ブロック
【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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