(57)【要約】【課題】  ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を簡易な構成によって得ることが可能な受光素子、及び該受光素子を備える光受信器を提供する。【解決手段】  光受信器１は、光受信部３及び制御部５を備えている。光受信部３は受光素子８を備えている。受光素子８はＡＰＤ１０を有しており、ＡＰＤ１０の受光領域１１を除く表面１１１上にはパッシベーション膜１１５を介して光導電体１３が設けられている。これにより、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための信号を光導電体１３から得ることができるので、簡易な構成によって該信号を得ることができる。また、光導電体１３は微弱光に対する出力電流Ｉ２の線形性が良いので、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための出力電流Ｉ２を精度良く得ることができる。【選択図】  図１
2005183538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に受光領域を有するアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードの前記表面に設けられた光導電体と
を備えることを特徴とする受光素子。
【請求項２】
前記光導電体が、前記アバランシェフォトダイオードの前記受光領域の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記光導電体が、光を透過する材料からなり、前記アバランシェフォトダイオードの前記受光領域を覆うように前記表面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の受光素子。
【請求項４】
前記アバランシェフォトダイオードの前記表面と前記光導電体との間に設けられた絶縁体をさらに備え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受光素子。
【請求項５】
前記絶縁体が、前記アバランシェフォトダイオードの前記表面上に形成されたパッシベーション膜であることを特徴とする請求項４に記載の受光素子。
【請求項６】
前記絶縁体が、前記アバランシェフォトダイオードの前記受光領域に対応する開口を有し、前記アバランシェフォトダイオードの前記表面上に載置された絶縁性基板であることを特徴とする請求項４または５に記載の受光素子。
【請求項７】
信号光を受信する光受信器であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の受光素子と、
前記受光素子を内蔵するパッケージと
を備え、
前記パッケージが、前記信号光を集光して前記受光素子の前記アバランシェフォトダイオード及び前記光導電体へ該信号光を提供するレンズを備えることを特徴とする光受信器。
【請求項８】
信号光を受信する光受信器であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の受光素子と、
前記アバランシェフォトダイオードが所定のアバランシェ増倍率を維持するように、前記アバランシェフォトダイオードへの電源電圧または前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を、前記光導電体の出力電流値に基づいて制御する制御手段と
を備えることを特徴とする光受信器。
【請求項９】
或る光量の光が入射したときの前記アバランシェフォトダイオードのＰＩＮモードにおける出力電流値及び前記光導電体の出力電流値をそれぞれＩava2及びＩdtr2として、前記信号光が入射したときの前記アバランシェフォトダイオードの平均出力電流値が以下の値
ｍ・Ｉdtr1・（Ｉava2／Ｉdtr2）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉdtr1：光導電体からの出力電流値）に近づくように、前記制御手段が、前記アバランシェフォトダイオードへの電源電圧または前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項８に記載の光受信器。
【請求項１０】
前記制御手段が、
前記光導電体からの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、
入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、前記第２の出力における電流量が前記第１の出力における電流量とほぼ等しくなるよう構成され、前記第１の出力が前記アバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の前記入力に前記電源電圧を供給する電源回路と、
前記変換回路からの前記電圧信号と前記カレントミラー回路の前記第２の出力における電流量とに基づいて、前記電源電圧を制御する電圧制御回路と
を備えることを特徴とする請求項８または９に記載の光受信器。
【請求項１１】
前記制御手段が、
前記光導電体からの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、
入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、前記第２の出力における電流量が前記第１の出力における電流量とほぼ等しくなるよう構成され、前記第２の出力が前記アバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の前記入力に前記電源電圧を供給する電源回路と、
前記カレントミラー回路の前記第１の出力における電流量を、前記変換回路からの前記電圧信号に基づいて制御する電流制御回路と
を備えることを特徴とする請求項８または９に記載の光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アバランシェフォトダイオードを備える受光素子、及び該受光素子を備える光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光通信システムにおいては、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）を用いた光受信器が用いられる。ＡＰＤは、信号光電流の増幅作用を有し、微弱な光信号を扱う光ファイバ通信システムの受光素子として好適である。
【０００３】
ところで、ＡＰＤは、温度変動などによってそのアバランシェ増倍率が変化するという特性を有している。これは、アバランシェ増倍作用を生じさせる際に、ＡＰＤへ印加電圧として比較的高い逆バイアス電圧が印加されることによる。すなわち、ＡＰＤは、ＰＮ接合のブレークダウン電圧付近で動作することとなるので、その動作特性が環境温度などの変化に対して非常に敏感になる。従って、温度変動などが生じても一定の増倍率が得られるように、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御することが好ましい。
【０００４】
特許文献１には、ＡＰＤの増倍率を制御する構成を備える光受信器が開示されている。この光受信器の構成を図１３に示す。この光受信器は、同一基板上に信号受光用領域１０１及び受光用モニター領域１０２を有しており、光ファイバ１０３からの信号光をこれらの領域において受光する。なお、信号受光用領域１０１には、ＡＰＤが構成されている。そして、受光用モニター領域１０２からのモニタ信号（出力電流値）に基づいて、信号受光用領域１０１における増倍率が制御される。
【特許文献１】特開昭６３−７７１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の光受信器では、受光用モニター領域１０２といったモニタ用光検出手段がＡＰＤの同一基板上に設けられている。しかしながら、このような構成の光受信器を製造する際には、層構造が異なる二種類の半導体受光素子を同一基板上に作り込む必要があり、製造工程が複雑になる。従って、製造工程の増加や歩留まりの低下による製造コスト増を招いてしまう。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を簡易な構成によって得ることが可能な受光素子、及び該受光素子を備える光受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明による受光素子は、表面に受光領域を有するアバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードの表面に設けられた光導電体とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記した受光素子では、光導電体がＡＰＤの表面上に設けられている。これにより、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を光導電体から得ることができるので、フォトダイオードをＡＰＤの同一基板上に形成する場合と比較して格段に簡易な構成によって該信号を得ることができる。
【０００９】
また、光導電体は、比較的応答時間が遅いため良好な高周波特性を必要とする光検出には適さないが、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための光量モニタといった比較的緩やかな光検出には適している。さらに、光導電体は、微弱な光に対しても線形性の良い応答を示す。従って、上記した受光素子によれば、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を精度よく得ることができる。
【００１０】
また、受光素子は、光導電体が、アバランシェフォトダイオードの受光領域の周囲に配置されていることを特徴としてもよい。これによって、受光素子に入射した光をＡＰＤ及び光導電体のそれぞれへ好適に配分することができる。
【００１１】
また、受光素子は、光導電体が、光を透過する材料からなり、アバランシェフォトダイオードの受光領域を覆うように表面上に配置されていることを特徴としてもよい。これによって、受光素子に入射した光の光軸や入射範囲の変動に影響されることなく、入射光をＡＰＤ及び光導電体のそれぞれへ好適に配分することができる。
【００１２】
また、受光素子は、アバランシェフォトダイオードの表面と光導電体との間に設けられた絶縁体をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、ＡＰＤと光導電体との間のクロストークを防止することができるので、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号をさらに精度よく得ることができる。
【００１３】
また、受光素子は、絶縁体が、アバランシェフォトダイオードの表面上に形成されたパッシベーション膜であることを特徴としてもよい。また、受光素子は、絶縁体が、アバランシェフォトダイオードの受光領域に対応する開口を有し、アバランシェフォトダイオードの表面上に載置された絶縁性基板であることを特徴としてもよい。これらのうち少なくとも一方の構成によって、ＡＰＤと光導電体との間のクロストークを好適に防止することができる。
【００１４】
また、本発明による光受信器は、信号光を受信する光受信器であって、請求項１〜４のいずれか一項に記載の受光素子と、受光素子を内蔵するパッケージとを備え、パッケージが、信号光を集光して受光素子のアバランシェフォトダイオード及び光導電体へ該信号光を提供するレンズを備えることを特徴とする。この光受信器によれば、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を光導電体から精度良く得ることができるので、光導電体からの出力信号に基づいてＡＰＤのアバランシェ増倍率を精度良く制御することが可能となる。また、信号光を集光するレンズを備えることによって、ＡＰＤ及び光導電体へ信号光を好適に入射させることができる。
【００１５】
また、光受信器は、信号光を受信する光受信器であって、上記したいずれかの受光素子と、アバランシェフォトダイオードが所定のアバランシェ増倍率を維持するように、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧またはアバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を、光導電体の出力電流値に基づいて制御する制御手段とを備えることを特徴としてもよい。この光受信器によれば、光導電体からの出力電流値に基づいてＡＰＤのアバランシェ増倍率を良好に制御することができる。
【００１６】
また、光受信器は、或る光量の光が入射したときのアバランシェフォトダイオードのＰＩＮモードにおける出力電流値及び光導電体の出力電流値をそれぞれＩava2及びＩdtr2として、信号光が入射したときのアバランシェフォトダイオードの平均出力電流値が以下の値
ｍ・Ｉdtr1・（Ｉava2／Ｉdtr2）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉdtr1：光導電体からの出力電流値）に近づくように、制御手段が、アバランシェフォトダイオードへの電源電圧またはアバランシェフォトダイオードを流れる電流のうち少なくとも一方を制御することを特徴としてもよい。これによって、所望のアバランシェ増倍率を精度良く実現することができる。
【００１７】
また、光受信器は、制御手段が、光導電体からの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、第２の出力における電流量が第１の出力における電流量とほぼ等しくなるよう構成され、第１の出力がアバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、カレントミラー回路の入力に電源電圧を供給する電源回路と、変換回路からの電圧信号とカレントミラー回路の第２の出力における電流量とに基づいて、電源電圧を制御する電圧制御回路とを備えることを特徴としてもよい。この光受信器では、カレントミラー回路の第２の出力における電流量が第１の出力からＡＰＤに供給される電流量に略等しくなることを利用して、第２の出力における電流量に基づいてＡＰＤへの電源電圧を制御している。これによって、ＡＰＤのアバランシェ増倍率をさらに良好に制御することができる。
【００１８】
また、光受信器は、制御手段が、光導電体からの出力電流値を電圧信号に変換する変換回路と、入力、第１の出力、及び第２の出力を有し、第２の出力における電流量が第１の出力における電流量とほぼ等しくなるよう構成され、第２の出力がアバランシェフォトダイオードに接続されたカレントミラー回路と、カレントミラー回路の入力に電源電圧を供給する電源回路と、カレントミラー回路の第１の出力における電流量を、変換回路からの電圧信号に基づいて制御する電流制御回路とを備えることを特徴としてもよい。この光受信器では、カレントミラー回路の第２の出力における電流量が第１の出力からＡＰＤに供給される電流量に略等しくなることを利用して、第１の出力における電流量を制御することによって第２の出力からＡＰＤに供給される電流量を制御している。これによって、ＡＰＤのアバランシェ増倍率をさらに良好に制御することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による受光素子によれば、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を簡易な構成によって且つ精度良く得ることが可能となる。また、本発明による光受信器によれば、光導電体からの出力信号に基づいて、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を精度良く制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による受光素子及び光受信器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
（実施の形態）
図１は、本発明による受光素子及び光受信器の実施形態を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態の光受信器１は、光受信部３、制御部５、増幅器９、及び光ファイバ１５を備えている。光ファイバ１５は、光受信器１の外部から伝搬した信号光Ｌ１を一端１５ａから光受信部３へ提供する。
【００２２】
光受信部３は、受光素子８を備えている。受光素子８は、表面１１１に受光領域１１を有するＡＰＤ１０、及び光導電体１３を備えている。光導電体１３は、受光領域１１を除くＡＰＤ１０の表面１１１上に設けられている。受光素子８は、ＡＰＤ１０の表面１１１が光ファイバ１５の光軸Ａと交差するように配置されており、ＡＰＤ１０の受光領域１１及び光導電体１３は、光ファイバ１５の一端１５ａとそれぞれ光学的に結合されている。そして、ＡＰＤ１０は、光ファイバ１５の一端１５ａから光軸Ａに沿って照射される信号光Ｌ１の一部、例えば信号光Ｌ１の光量のうち９０〜９９％を受光する。また、光導電体１３は、光ファイバ１５の一端１５ａから光軸Ａに沿って照射される信号光Ｌ１の他の一部、例えば信号光Ｌ１の光量のうち１〜１０％を受光する。
【００２３】
ＡＰＤ１０は、受光した信号光Ｌ１を出力電流Ｉ１に変換するための素子である。ＡＰＤ１０のカソード電極は制御部５に電気的に接続されており、ＡＰＤ１０のアノード電極は増幅器９に電気的に接続されている。ＡＰＤ１０は、カソード電極に制御部５から電源電圧Ｐ１を受けることによって作動し、受光領域１１に信号光Ｌ１が入射すると、その受光量に応じた出力電流Ｉ１を生成する。このとき、ＡＰＤ１０内部では、信号光Ｌ１の入射によって発生した光電流がアバランシェ増倍作用により所定の増倍率で増倍されることにより、出力電流Ｉ１が生成される。ＡＰＤ１０は、生成した出力電流Ｉ１をアノード電極から増幅器９へ提供する。増幅器９は、ＡＰＤ１０からの出力電流Ｉ１を電圧信号に変換するとともに増幅することにより受信信号Ｓ１を生成し、該受信信号Ｓ１を光受信器１の外部へ提供する。
【００２４】
光導電体１３は、受光量に応じて抵抗値が変化する材料からなる。光導電体１３の材料としては、ＣｄＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓなどが例示される。光導電体１３は、受光した信号光Ｌ１を出力電流Ｉ２に変換する。光導電体１３には２つの電極が電気的に接続されており、該２つの電極間に所定の電圧が印加される。そして、２つの電極のうち少なくとも一方の電極は制御部５に電気的に接続されている。光導電体１３に信号光Ｌ１が入射すると、光導電体１３の抵抗値が変化して、２つの電極間に流れる電流（すなわち出力電流Ｉ２）の値が変化する。そして、この出力電流Ｉ２が光導電体１３からの出力信号として制御部５に提供される。
【００２５】
制御部５は、本実施形態における制御手段であり、ＡＰＤ１０が所定のアバランシェ増倍率を維持するように、ＡＰＤ１０への電源電圧Ｐ１を光導電体１３からの出力電流値に基づいて制御する。すなわち、制御部５は、光導電体１３からの出力電流Ｉ２によって、光導電体１３に入射した信号光Ｌ１の光量を検出する。制御部５は、ＡＰＤ１０の受光領域１１に入射する信号光Ｌ１の光量に応じて発生する光電流が所定の増倍率でアバランシェ増倍されるように、光導電体１３に入射した信号光Ｌ１の光量に基づいてＡＰＤ１０への電源電圧Ｐ１を生成する。制御部５は、例えばＣＰＵ等を搭載した演算装置や電気回路などによって構成されることができる。
【００２６】
ここで、制御部５の上記した機能について、さらに詳細に説明する。図２は、ＡＰＤ１０の電源電圧に対する出力電流の特性を示すグラフである。なお、図２に示すグラフでは、ＡＰＤ１０の受光領域１１に入射する光の光量を一定としている。図２を参照すると、ＡＰＤ１０に或る電圧ＶＢよりも小さい電源電圧が印加されている場合には、ＡＰＤ１０は入射光量に応じた光電流Ｉ０を発生する（この状態を、ＡＰＤ１０におけるＰＩＮモードと称する）。また、ＡＰＤ１０に電圧ＶＢよりも大きな電源電圧が印加されている場合には、ＡＰＤ１０においてアバランシェ増倍作用が生じ、ＡＰＤ１０からの出力電流値は光電流Ｉ０に所定の増倍率を掛けた値となる。
【００２７】
アバランシェ増倍作用は、ＡＰＤ１０へ電源電圧として比較的高い逆バイアス電圧が印加されることにより生じる。このとき、ＡＰＤ１０は、ＰＮ接合のブレークダウン電圧付近で動作することとなるので、その動作特性はＡＰＤ１０の温度などの変化に対して非常に敏感になる。例えば、図２において、グラフＡ、Ｂ、ＣはそれぞれＡＰＤ１０の温度がＴＭ、ＴＬ、ＴＨ（ＴＬ＜ＴＭ＜ＴＨ）のときのグラフである。このように、一定の光量下で且つＡＰＤ１０への電源電圧が同じ値（例えばＶＭ）であっても、温度変化によってＡＰＤ１０からの出力電流値がＩＨ、ＩＭ、ＩＬなどのように変動することとなる。
【００２８】
図２に示したグラフにおいて、例えば所定の入射光量に対して出力電流ＩＭ（＝ｍ・Ｉ０、ｍ：所望のアバランシェ増倍率）を得ようとすれば、ＡＰＤ１０の特性の変動に応じて電源電圧値をＶＬ、ＶＭ、ＶＨなどのように変化させるとよい。従来より、サーミスタ等を用いてＡＰＤの温度を測定し、ＡＰＤの温度に基づいて電源電圧を変化させる方法が主に用いられているが、ＡＰＤの温度特性にも個体差があるため、この方法では所望のアバランシェ増倍率ｍを精度良く得ることが難しい。
【００２９】
これに対し、本実施形態の制御部５では、光導電体１３からの出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御する。まず、光受信器１に光ファイバ１５を介して或る光量の光を入射させ、このときのＡＰＤ１０のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の値及び光導電体１３の出力電流Ｉ２の値をそれぞれＩava2（Ａ）及びＩdtr2（Ａ）とする。そして、ＡＰＤ１０に信号光Ｌ１が入射したときのＡＰＤ１０の出力電流Ｉ１の平均値が以下の式
ｍ・Ｉdtr1・（Ｉava2／Ｉdtr2）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉdtr1：信号光Ｌ１に対する光導電体１３からの出力電流Ｉ２の電流値（Ａ））に近づくように、電源電圧Ｐ１を制御する。これにより、温度変化などの影響を受けることなくＡＰＤ１０において所望のアバランシェ増倍率ｍが得られる。なお、出力電流Ｉ１の平均値とは、符号化されている信号光Ｌ１に応じた出力電流Ｉ１における、複数の符号にわたる充分な時間の時間平均値を意味する。出力電流Ｉ１の平均値は、例えば積分回路などによって生成されることができる。
【００３０】
次に、光受信部３について詳細に説明する。図３は、本実施形態の光受信部３を示す断面図である。図３を参照すると、光受信部３は、受光素子８及びパッケージ３０を備えている。
【００３１】
パッケージ３０は、受光素子８を内蔵している。パッケージ３０は、いわゆる同軸型ＣＡＮパッケージの構成を有しており、キャップ３１、レンズ３２、ステム３３、及びリードピン３４ａ〜３４ｄを備えている。
【００３２】
ステム３３は、導電性を有する円盤状の部材である。ステム３３には、複数のリードピン３４ａ〜３４ｄがステム３３の厚さ方向に貫通して取り付けられている。リードピン３４ａ〜３４ｄは、ステム３３とは絶縁されている。ステム３３の主面３３ａ上には、受光素子８が載置されている。ステム３３は、受光素子８においてＡＰＤ１０の裏面に形成されたカソード電極１１ｂに、はんだ等を介して電気的に接続されている。また、ステム３３は、図示しないボンディングワイヤを介してリードピン３４ｃと電気的に接続されている。
【００３３】
ＡＰＤ１０のアノード電極１１ｃは、ボンディングワイヤ３５ａを介してリードピン３４ａと電気的に接続されている。ＡＰＤ１０は、リードピン３４ｃを介して電源電圧Ｐ１を受けるとともに、リードピン３４ａを介して光受信部３の外部へ出力電流Ｉ１を提供する。本実施形態では、リードピン３４ｃは制御部５（図１参照）に電気的に接続されており、リードピン３４ａは増幅器９（図１参照）に電気的に接続されている。
【００３４】
受光素子８の光導電体１３の２つの電極のうちの一方の電極１４ａは、ボンディングワイヤ３５ｂを介してリードピン３４ｂと電気的に接続されている。また、光導電体１３の図示しない他方の電極は、図示しないボンディングワイヤを介してリードピン３４ｄと電気的に接続されている。光導電体１３は、リードピン３４ｂ及びリードピン３４ｄを介して電極間に所定の電圧を受けるとともに、該電極間に流れる出力電流Ｉ２をリードピン３４ｂ及びリードピン３４ｄの両方またはいずれか一方を介して光受信部３の外部へ提供する。本実施形態では、リードピン３４ｄが制御部５（図１参照）に電気的に接続されており、リードピン３４ｂが所定の電源端に電気的に接続されている。
【００３５】
キャップ３１は、受光素子８を覆うための部材である。キャップ３１は、一端が塞がれた円筒形状をしており、例えばステンレス、鉄、鉄ニッケル合金、真鍮等の金属材料からなる。キャップ３１は、その他端がステム３３の主面３３ａに接するようにステム３３に固定されている。キャップ３１の一端には、ＡＰＤ１０の受光領域１１及び光導電体１３と光学的に結合された球状のレンズ３２が設けられている。また、レンズ３２は、光ファイバ１５の一端１５ａと受光素子８との間に位置している。光ファイバ１５の一端１５ａから照射された信号光Ｌ１は、レンズ３２によって集光され、ＡＰＤ１０の受光領域１１及び光導電体１３へ入射する。
【００３６】
図４は、ステム３３上に載置された受光素子８を示す平面図である。また、図５は、図４に示す受光素子８のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。まず図５を参照すると、受光素子８は、半導体基板１１３、ｎ型バッファ層１２０、ｎ型受光層１１９、増倍層１１８、ｐ型半導体層１１７、アノード電極１１ｃ、及びカソード電極１１ｂを備えており、これらはＡＰＤ１０を構成する。このうち、ｎ型バッファ層１２０、ｎ型受光層１１９、増倍層１１８は、半導体基板１１３上に順に積層されている。
【００３７】
半導体基板１１３は、例えばＳが添加された高濃度ｎ型ＩｎＰからなる。ｎ型バッファ層１２０は、例えばｎ型ＩｎＰからなり、その厚さは例えば１μｍ以下である。ｎ型受光層１１９は、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓからなり、その厚さは例えば２μｍ以下である。増倍層１１８は、例えばｎ型ＩｎＰからなり、その厚さは例えば２μｍ以下である。また、ｐ型半導体層１１７は、増倍層１１８内における表面付近の所定領域に、例えばＣｄイオンが打ち込まれて形成されている。アノード電極１１ｃは、ｐ型半導体層１１７上の一部に設けられており、例えばＡｕ及びＺｎの積層構造を有している。カソード電極１１ｂは、半導体基板１１３のｎ型バッファ層１２０と接する面とは反対側の面に設けられており、例えばＡｕ、Ｇｅ、及びＮｉの積層構造を有している。
【００３８】
また、ＡＰＤ１０の表面１１１上すなわち増倍層１１８上には、開口１１６を有するパッシベーション膜１１５が形成されている。パッシベーション膜１１５は、本実施形態における絶縁体である。パッシベーション膜１１５は、例えばＳｉＯＮといった酸化物からなる。そして、開口１１６によって露出したｐ型半導体層１１７が、ＡＰＤ１０における受光領域１１となる。また、パッシベーション膜１１５上の一部には、光導電体１３が設けられている。
【００３９】
ＡＰＤ１０を動作させるときは、アノード電極１１ｃとカソード電極１１ｂとの間に比較的大きな電圧を印加する。ＡＰＤ１０では、例えば波長１．０〜１．６μｍの信号光Ｌ１が受光領域１１に入射すると、該信号光Ｌ１がｎ型受光層１１９において吸収される。そして、入射した信号光Ｌ１の光量に応じたキャリアがｎ型受光層１１９において発生し、このキャリアが高電界下の増倍層１１８においてアバランシェ増倍される。アバランシェ増倍されたキャリアは、アノード電極１１ｃから出力電流Ｉ１（図１参照）として取り出される。
【００４０】
ここで、図４を参照すると、ＡＰＤ１０の受光領域１１の平面形状は円形状となっている。そして、光導電体１３は、円形状の受光領域１１の円周の一部に沿って延びている。光導電体１３の電極１４ａ及び１４ｂは、それぞれ光導電体１３の両端に設けられている。
【００４１】
次に、制御部５について詳細に説明する。図６は、制御部５の内部回路を示す回路図である。
【００４２】
図６を参照すると、制御部５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７と、変換回路１７と、カレントミラー回路２１と、電圧制御回路１９とを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、本実施形態における電源回路であり、入力７ａ及び７ｂ、並びに出力７ｃを有している。入力７ａは、所定電圧（例えば３．３Ｖ）の電源端に電気的に接続されている。出力７ｃは、カレントミラー回路２１に電気的に接続されている。入力７ｂは電圧制御回路１９に電気的に接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７は制御信号Ｓ３（後述）を電圧制御回路１９から受ける。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、電源端からの電源電圧を制御信号Ｓ３に基づいて変圧し、電源電圧Ｐ１を生成する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、出力７ｃからカレントミラー回路２１へ電源電圧Ｐ１を供給する。
【００４３】
カレントミラー回路２１は、抵抗素子２１１及び２１３、並びにｐｎｐ型のトランジスタ２１５及び２１７を含んでいる。また、カレントミラー回路２１は、入力２１ａ、出力２１ｂ（第２の出力）及び出力２１ｃ（第１の出力）を有している。そして、カレントミラー回路２１は、出力２１ｂにおける電流量が出力２１ｃにおける電流量とほぼ等しくなるように構成されている。すなわち、トランジスタ２１５のエミッタ端子は、抵抗素子２１１を介して入力２１ａに電気的に接続されている。トランジスタ２１７のエミッタ端子は、抵抗素子２１３を介して入力２１ａに電気的に接続されている。カレントミラー回路２１の入力２１ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ７の出力７ｃに電気的に接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７から電源電圧Ｐ１が供給される。トランジスタ２１５のベース端子とトランジスタ２１７のベース端子とは、ノード２１９を介して互いに電気的に接続されている。ノード２１９は、トランジスタ２１７のコレクタ端子に電気的に接続されている。トランジスタ２１５のコレクタ端子は、カレントミラー回路２１の出力２１ｂに電気的に接続されている。トランジスタ２１７のコレクタ端子は、カレントミラー回路２１の出力２１ｃを介してＡＰＤ１０のカソード電極１１ｂに電気的に接続されている。なお、ＡＰＤ１０のアノード電極１１ｃは、前述したように増幅器９に電気的に接続されている。
【００４４】
変換回路１７は、バッファアンプ１７１及び抵抗素子１７３を含んでいる。また、変換回路１７は、入力１７ａ、出力１７ｂ及び１７ｃを有している。抵抗素子１７３の一端は、ノード１７５及び入力１７ａを介して光導電体１３の電極１４ｂに電気的に接続されている。なお、光導電体１３の電極１４ａは、所定の電源端（例えば３．３Ｖ）に電気的に接続されている。抵抗素子１７３の他端は、基準電位線に電気的に接続されている。バッファアンプ１７１の＋側入力端子はノード１７５に電気的に接続されており、バッファアンプ１７１の−側入力端子はバッファアンプ１７１の出力端子に電気的に接続されている。バッファアンプ１７１の出力端子は、出力１７ｃを介してモニタ用端子に電気的に接続されるとともに、出力１７ｂを介して抵抗素子２５の一端に電気的に接続されている。抵抗素子２５の他端は、ノード２７及びダイオード２３を介して基準電位線に電気的に接続されている。
【００４５】
電圧制御回路１９は、ＯＰアンプ１９１、抵抗素子１９３及び１９５を含んでいる。また、電圧制御回路１９は、入力１９ａ及び１９ｃ、並びに出力１９ｂを有している。ＯＰアンプ１９１の−側入力端子は、入力１９ａを介してノード２７に電気的に接続されているとともに、抵抗素子１９５を介してＯＰアンプ１９１の出力端子に電気的に接続されている。ＯＰアンプ１９１の出力端子は、電圧制御回路１９の出力１９ｂを介してＤＣ−ＤＣコンバータ７の入力７ｂに電気的に接続されている。ＯＰアンプ１９１の＋側入力端子は、ノード１９７に電気的に接続されている。ノード１９７は、抵抗素子１９３を介して基準電位線に電気的に接続されるとともに、電圧制御回路１９の入力１９ｃを介してカレントミラー回路２１の出力２１ｂに電気的に接続されている。
【００４６】
続いて、本実施形態による光受信器１及び受光素子８の動作について説明する。図１及び図３に示したとおり、光ファイバ１５を伝搬した信号光Ｌ１が光受信部３に照射されると、該信号光Ｌ１の一部がＡＰＤ１０の受光領域１１に入射し、該信号光Ｌ１の他の一部が光導電体１３に入射する。
【００４７】
再び図６を参照すると、光導電体１３の電極１４ａと電極１４ｂとの間には３．３Ｖの電圧が印加されており、光導電体１３に信号光Ｌ１が入射することによって光導電体１３の抵抗値が変化し、入射光量に応じた出力電流Ｉ２が流れる。出力電流Ｉ２は、変換回路１７に入力され、ノード１７５及び抵抗素子１７３を通って基準電位線に達する。このとき、抵抗素子１７３によってノード１７５に電位Ｖ１が生じ、該電位Ｖ１がバッファアンプ１７１に入力されることにより、光導電体１３への入射光量に応じた電圧信号Ｓ２が生成される。
【００４８】
変換回路１７において生成された電圧信号Ｓ２は、変換回路１７の出力１７ｂから出力され、抵抗素子２５及びノード２７を介して電圧制御回路１９に入力される。なお、このとき、光導電体１３に過大な光量の光が入力されて電圧信号Ｓ２の電圧値が規定値を超えると、ダイオード２３が作動してＯＰアンプ１９１に過大な電流が流れない仕組みになっている。
【００４９】
一方、ＡＰＤ１０のカソード電極１１ｂとアノード電極１１ｃとの間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ７からカレントミラー回路２１を介して電源電圧Ｐ１が逆バイアス電圧として印加されている。そして、ＡＰＤ１０に信号光Ｌ１が入射すると、ＡＰＤ１０において入射光量に応じた出力電流Ｉ１が流れる。出力電流Ｉ１は、増幅器９によって電圧信号に変換されて受信信号Ｓ１となり、該受信信号Ｓ１が光受信器１の外部へ提供される。このとき、カレントミラー回路２１の作用により、抵抗素子２１１及びトランジスタ２１５を流れる電流Ｉ３の電流量は、抵抗素子２１３及びトランジスタ２１７を流れる電流Ｉ１の電流量とほぼ等しくなる。電流Ｉ３は、カレントミラー回路２１の出力２１ｂから出力され、電圧制御回路１９の入力１９ｃ、ノード１９７、及び抵抗素子１９３を順に通って基準電位線へ流れる。電圧制御回路１９の抵抗素子１９３に電流Ｉ３が流れると、ノード１９７に電位Ｖ２が生じる。電位Ｖ２は、ＯＰアンプ１９１の＋側入力端子に入力される。
【００５０】
また、変換回路１７において生成され、電圧制御回路１９へ入力された電圧信号Ｓ２は、ＯＰアンプ１９１の−側端子に入力される。そして、ＯＰアンプ１９１の出力端子は抵抗素子１９５を介して負帰還されているので、電圧信号Ｓ２と電位Ｖ２との差が所定倍率で増幅され、制御信号Ｓ３が生成される。すなわち、制御信号Ｓ３の値は、ＡＰＤ１０の出力電流Ｉ１の電流値と、光導電体１３の出力電流Ｉ２の電流値とが所定の比率から乖離したときに大きくなる。ＤＣ−ＤＣコンバータ７は、電圧制御回路１９から制御信号Ｓ３を受けると、この制御信号Ｓ３の値が０に近づくように電源電圧Ｐ１の電圧値を調整する。
【００５１】
以上に説明した動作によって、ＡＰＤ１０への電源電圧Ｐ１が制御され、ＡＰＤ１０は所望のアバランシェ増倍率ｍを維持することができる。なお、本実施形態においては、或る光量の光が入射したときのＡＰＤ１０のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の電流値（＝Ｉava2）及び光導電体１３の出力電流Ｉ２の電流値（＝Ｉdtr2）をまず測定し、それらの比と所望のアバランシェ増倍率ｍとの積ｍ（Ｉava2／Ｉdtr2）に基づいて、抵抗素子１９３の抵抗値を定めるとよい。また、アバランシェ増倍率ｍを変更する場合は、抵抗素子１９３の抵抗値を変更するとよい。抵抗素子１９３をデジタルポテンショメータとすれば、外部信号によってアバランシェ増倍率ｍを変化させることが可能になる。以下に、図６に示した回路図における数値例を記しておく。
出力電流Ｉ１：１０μＡ（ＡＰＤ１０における受光量：０．９５μＷ）
出力電流Ｉ２：５０ｎＡ（光導電体１３における受光量：０．０５μＷ）
電流Ｉ３：１０μＡ
抵抗素子１７３：１００ｋΩ
抵抗素子１９３：５００ｋΩ
抵抗素子１９５：ＯＰアンプ１９１に関する閉ループが発振しない程度に大きいことが好ましい
抵抗素子２１１：１ｋΩ
抵抗素子２１３：１ｋΩ
電源電圧Ｐ１：５０Ｖ
電位Ｖ１：５ｍＶ
電位Ｖ２：５ｍＶ
【００５２】
あるいは、抵抗素子２１１、抵抗素子２１３、及び電流Ｉ３については、以下の数値とすることもできる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ７の消費電力を上記数値の場合と比べて１１／２０に低減することができる。
電流Ｉ３：１μＡ
抵抗素子２１１：１０ｋΩ
抵抗素子２１３：１ｋΩ
抵抗素子１９３：５ＭΩ
【００５３】
本実施形態による受光素子８は、以下の効果を有する。すなわち、本実施形態による受光素子８では、光導電体１３がＡＰＤ１０の表面１１１上に設けられている。これにより、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための信号を光導電体１３から得ることができるので、ＡＰＤ１０上に光導電体１３及び電極１４ａ、１４ｂを形成するだけの簡易な構成によって該信号を得ることができる。また、光導電体１３は、比較的応答時間が遅いため良好な高周波特性を必要とする光検出には適さないが、本実施形態のようなＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための光量モニタといった比較的緩やかな光検出には適している。また、光導電体１３は、光量が比較的小さい光に対しても線形性の良い応答を示す。本実施形態では、信号光Ｌ１のうち光導電体１３に入射する割合は１〜１０％と少ないが、信号光Ｌ１の受光量に対する出力電流Ｉ２の線形性は良好となる。従って、本実施形態による受光素子８によれば、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御するための信号を精度よく得ることができる。
【００５４】
また、図１３に示した光受信器のようにＡＰＤの光量モニタとしてフォトダイオードを用いた場合、ＡＰＤ及びフォトダイオードのアノード電極及びカソード電極をパッケージの４本のリードピンに接続する際の構成が複雑になる。また、フォトダイオードの一方の電極（通常はカソード電極）とＡＰＤのカソード電極とを接続する（または、共通とする）ことによりリードピンを３本とする（３端子化）構成も考えられるが、この場合、端子間の電圧が高くなり、高電圧で動作させる回路が増えてしまう。なお、フォトダイオードの一方の電極をＡＰＤのアノード電極に接続すると、ＡＰＤの実効容量が増えて、ＡＰＤの感度が劣化してしまうおそれがある。これらの問題点に対し、本実施形態による受光素子８によれば、ＡＰＤ１０及び光導電体１３の各電極を４本のリードピン３４ａ〜３４ｄのそれぞれに簡易な構成によって接続することができる。また、光導電体１３の一方の電極をＡＰＤ１０のアノード電極１１ｃに接続しても、光導電体１３の抵抗値が主信号系初段アンプの入力インピーダンスより充分大きければ、実効容量がほとんど増加しないので容易に３端子化できる。
【００５５】
また、本実施形態による受光素子８では、光導電体１３が、ＡＰＤ１０の表面１１１上にパッシベーション膜１１５を介して設けられている。従って、ＡＰＤ１０と光導電体１３との間のクロストークを防止することができる。この受光素子８によれば、微弱な信号光Ｌ１に対する光導電体１３の良好な線形性に加え、ＡＰＤ１０と光導電体１３との間のクロストークを防いでいるので、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための出力電流Ｉ２を光導電体１３からさらに精度良く得ることができる。なお、光導電体１３からの出力電流Ｉ２を時定数の大きな積分回路によって平均化すれば、より一層高精度な出力信号を得ることができる。
【００５６】
また、本実施形態による受光素子８は、絶縁体として、ＡＰＤ１０の表面１１１上に形成されたパッシベーション膜１１５を備えている。受光素子８は絶縁体としてこのようなパッシベーション膜１１５を備えることが好ましく、これによって、ＡＰＤ１０と光導電体１３との間のクロストークを好適に防止することができる。
【００５７】
また、本実施形態による光受信器１は、上記した効果を有する受光素子８と、受光素子８を内蔵するパッケージ３０とを備えている。この光受信器１によれば、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための出力電流Ｉ２を光導電体１３から精度良く得ることができるので、光導電体１３からの出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を精度良く制御することが可能となる。また、本実施形態による光受信器１では、パッケージ３０がレンズ３２を備えている。これによって、ＡＰＤ１０の受光領域１１及び光導電体１３へ信号光を好適に入射させることができる。
【００５８】
また、本実施形態による光受信器１は、ＡＰＤ１０が所定のアバランシェ増倍率ｍを維持するように、ＡＰＤ１０への電源電圧Ｐ１を光導電体１３からの出力電流Ｉ２の電流値に基づいて制御する制御部５を備えている。光受信器１はこのような制御部５を備えることが好ましく、これによって、光導電体１３からの出力電流Ｉ２の電流値に基づいてＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率ｍを良好に制御することができる。
【００５９】
（第１の変形例）
図７は、上記した実施形態による受光素子８の第１変形例として、受光素子８ａを示す平面図である。また、図８は、図７に示した受光素子８ａのII−II断面を示す断面図である。本変形例の受光素子８ａが上記した実施形態の受光素子８と異なる点は、光導電体１３ａが、ＡＰＤ１０の受光領域１１の周囲に設けられている点である。すなわち、図７及び図８を参照すると、光導電体１３ａは、その平面形状がＡＰＤ１０の受光領域１１と同心のリング状であり、ＡＰＤ１０の受光領域１１を囲んでいる。そして、光導電体１３ａの電極１４ｃ及び１４ｄは、光導電体１３ａ上であって且つリング状の光導電体１３ａの中心に対して対称な位置に設けられている。
【００６０】
光導電体は、本変形例の光導電体１３ａのように、ＡＰＤ１０の受光領域１１の周囲に設けられていてもよい。前述したように、ＡＰＤ１０において受光する信号光Ｌ１の割合は９０〜９９％であり、光導電体１３において受光する信号光Ｌ１の割合は１〜１０％である。従って、本変形例のように、信号光Ｌ１のプロファイルのピークがＡＰＤ１０の受光領域１１内に位置するようにＡＰＤ１０を配置し、光導電体１３ａが信号光Ｌ１のプロファイルの裾部分の光を受光するように光導電体１３ａをＡＰＤ１０の受光領域１１の周囲に配置するとよい。これによって、受光素子８ａに入射した信号光Ｌ１をＡＰＤ１０及び光導電体１３ａのそれぞれへ好適に配分することができる。
【００６１】
（第２の変形例）
図９は、上記した実施形態による受光素子８の第２変形例として、受光素子８ｂを示す断面図である。本変形例の受光素子８ｂは、上記した第１変形例の受光素子８ａにおいて、基板１６をさらに備える構成となっている。すなわち、受光素子８ｂは絶縁体として基板１６といった絶縁性基板を備えており、基板１６はＡＰＤ１０の表面１１１上（本変形例では、パッシベーション膜１１５上）に載置されている。基板１６は、ＡＰＤ１０の受光領域１１に対応する開口１６ａを有しており、信号光Ｌ１が受光領域１１へ好適に入射できるようになっている。
【００６２】
本変形例の光導電体１３ｂは、第１変形例の光導電体１３ａと同様に、その平面形状がＡＰＤ１０の受光領域１１と同心のリング状であり、ＡＰＤ１０の受光領域１１を囲んでいる。また、本変形例では、光導電体１３ｂが基板１６上に設けられている。そして、光導電体１３ｂの電極１４ｃ及び１４ｄは、第１変形例と同様の位置に設けられている。
【００６３】
本変形例の受光素子８ｂは、絶縁体として基板１６を備えている。受光素子が備える絶縁体としては、パッシベーション膜１１５だけでなく、基板１６のような絶縁性基板であってもよい。或いは、受光素子は、パッシベーション膜１１５を備えず、絶縁体として基板１６のみを備えてもよい。これによって、ＡＰＤ１０と光導電体１３ｂとの間のクロストークを好適に防止することができる。
【００６４】
（第３の変形例）
図１０は、上記した実施形態による受光素子８の第３変形例として、受光素子８ｂを示す平面図である。また、図１１は、図１０に示した受光素子８ｂのIII−III断面を示す断面図である。なお、本変形例において、受光素子８ｂのＡＰＤ１０の構成はアノード電極１１ｄを除いて上記した実施形態と同様である。
【００６５】
本変形例の受光素子８ｂでは、配線１１ｄが、表面１１１上において受光領域１１を囲むように設けられており、ｐ型半導体層１１７と電気的に接続されている。そして、配線１１ｄは、表面１１１上において受光領域１１から離れた領域に設けられたアノード電極１１ｅまで延びており、アノード電極１１ｅと電気的に接続されている。アノード電極１１ｅは、例えば上記した実施形態のリードピン３４ａ（図３参照）にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
【００６６】
また、配線１１ｄ上及び表面１１１上には、絶縁層１１５ａが形成されている。絶縁層１１５ａは、光Ｌ１を透過する絶縁性材料からなる。そして、表面１１１上（本変形例では絶縁層１１５ａ上）における受光領域１１を覆う領域に、光導電体１３ｃが設けられている。光導電体１３ｃは、光Ｌ１を透過（半透過でもよい）させるとともに受光量に応じて抵抗値が変化する材料、例えばポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（イソシアナフテン）、ポリビニルカルバゾール（主剤）及びトリニトロフルオレノン（添加剤）、ポリカーボネート（主剤）及びチタニルフタロシアニン（添加剤）、またはポリカーボネート（主剤）及び銅フタロシアニン（添加剤）といった有機材料、或いはＣｄｓ、Ｇｅといった無機材料からなる。
【００６７】
本変形例において、光導電体１３ｃは所定方向に延びる矩形状に形成されている。光導電体１３ｃの一端は、絶縁層１１５ａ上に設けられた配線１４ｅに電気的に接続されており、光導電体１３ｃの他端は、絶縁層１１５ａ上に設けられた配線１４ｆに電気的に接続されている。配線１４ｅ及び１４ｆは、光導電体１３ｃから離れる方向へ延びており、その先端部上にそれぞれ電極２６ａ及び２６ｂが設けられている。電極１４ｅ及び１４ｆは、例えば上記した実施形態のリードピン３４ｂ及び３４ｄ（図３参照）にそれぞれボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
【００６８】
また、図１１に示すように、光導電体１３ｃ上にはマスク層２２が設けられている（図１０では図示を省略）。マスク層２２は、受光領域１１に対応する開口２２ａを有しており、開口２２ａを除く領域に入射した光Ｌ１を遮蔽する。
【００６９】
光導電体は、本変形例の光導電体１３ｂのように、光Ｌ１を透過する材料からなり、ＡＰＤ１０の受光領域１１を覆うように設けられていてもよい。これによって、従来の光受信器（図１３参照）よりも格段に簡素な構成でもって、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を制御するための信号をＳ／Ｎ比よく得ることができる。また、受光素子８ｂに入射した光Ｌ１の光軸や入射範囲の変動に影響されることなく、光Ｌ１をＡＰＤ１０及び光導電体１３ｃのそれぞれへ好適な比率で配分することができる。
【００７０】
また、例えば同一基板上においてＡＰＤを覆うようにフォトダイオードを形成した場合、ＡＰＤの容量が増大してＡＰＤの信号精度が劣化するおそれがあるが、本変形例のように光導電体１３ｂによってＡＰＤ１０を覆う構成とすれば、ＡＰＤ１０の容量にはほとんど影響しない。
【００７１】
また、本変形例のように、受光素子８ｂは、受光領域１１に対応する開口２２ａを有するマスク層２２を備えていることが好ましい。これによって、受光素子８ｂに入射した光Ｌ１の光軸の変動の影響や、光Ｌ１の入射範囲の変動の影響をさらに低減することができる。
【００７２】
なお、本変形例による受光素子８ｂは、次の変形が可能である。すなわち、マスク層２２に代えて、受光領域１１に対応する開口を有する電極１４ｅ及び１４ｆを光導電体１３ｂ上に設けてもよい。また、光導電体１３ｂの電極１４ｅまたは１４ｆを、ＡＰＤ１０のカソード電極１１ｂに電気的に接続してもよい。また、ＡＰＤ１０のカソード電極１１ｂ側から光を入射し、該光をＡＰＤ１０において検出するとともに、ＡＰＤ１０から漏れた光を光導電体１３ｃにおいて検出してもよい。
【００７３】
また、絶縁層１１５ａを設けずに、光導電体１３ｂの電極１４ｅまたは１４ｆをＡＰＤ１０の配線１１ｄ（またはアノード電極１１ｅ）に電気的に接続してもよい。なお、この場合、光導電体１３ｂの抵抗値が、アノード電極１１ｅに接続される高速増幅器のインピーダンスよりも充分に大きいことが好ましい。
【００７４】
（第４の変形例）
図１２は、上記した実施形態による光受信器１の第４変形例として、制御部６の内部回路を示す回路図である。本変形例による制御部６は、以下の点を除き、上記した実施形態の制御部５（図６参照）と同様の構成を備えている。すなわち、本変形例による制御部６は、上記した実施形態の電圧制御回路１９及びＤＣ−ＤＣコンバータ７に代えて、電流制御回路１８及びＤＣ−ＤＣコンバータ５１を備えている。また、本変形例による制御部６では、上記した実施形態と異なり、カレントミラー回路２１の出力２１ｂ（第２の出力）がＡＰＤ１０のカソード電極１１ｂに電気的に接続されており、カレントミラー回路２１の出力２１ｃ（第１の出力）が電流制御回路１８に電気的に接続されている。
【００７５】
電流制御回路１８は、ＯＰアンプ１８１、抵抗素子１８３及び１８５、並びにｎｐｎ型のトランジスタ１８９を含んでいる。また、電流制御回路１８は、入力１８ａ及び１８ｂを有している。ＯＰアンプ１８１の−側入力端子は、入力１８ａを介してノード２７に電気的に接続されているとともに、抵抗素子１８５を介してノード１８７に電気的に接続されている。ＯＰアンプ１８１の＋側入力端子は、基準電位線に電気的に接続されている。ＯＰアンプ１８１の出力端子は、トランジスタ１８９のベース端子に電気的に接続されている。トランジスタ１８９のコレクタ端子は、入力１８ｂを介してカレントミラー回路２１の出力２１ｃに電気的に接続されている。トランジスタ１８９のエミッタ端子は、ノード１８７及び抵抗素子１８３を介して基準電位線に電気的に接続されている。
【００７６】
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、本変形例における電源回路であり、入力５１ａ及び出力５１ｂを有している。入力５１ａは、所定電圧（例えば３．３Ｖ）の電源端に電気的に接続されている。出力５１ｂは、カレントミラー回路２１の入力２１ａに電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、上記した実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ７とは異なり、電源端からの電源電圧を予め定められた電源電圧Ｐ１（例えば８０Ｖ）に変換する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、出力５１ｂからカレントミラー回路２１へ電源電圧Ｐ１を供給する。
【００７７】
続いて、本変形例の動作について説明する。なお、上記した実施形態による光受信器１の動作と重複する動作については、説明を省略する。
【００７８】
光導電体１３に信号光Ｌ１が入射した後、変換回路１７において生成され、電流制御回路１８へ入力された電圧信号Ｓ２は、ＯＰアンプ１８１の−側端子に入力される。そして、ＯＰアンプ１８１において制御信号Ｓ４が生成される。制御信号Ｓ４はトランジスタ１８９のベース端子に入力され、トランジスタ１８９のコレクタ−エミッタ間に制御信号Ｓ４に応じた電流Ｉ３が流れる。電流Ｉ３が抵抗素子１８３を流れると、ノード１８７に電位Ｖ３が生じ、この電位Ｖ３が抵抗素子１８５を介してＯＰアンプ１８１の−側入力端子に負帰還される。従って、制御信号Ｓ４の電圧は電圧信号Ｓ２の電圧を所定倍した大きさとなり、制御信号Ｓ４の大きさに従って電流Ｉ３の電流量が決定される。
【００７９】
一方、ＡＰＤ１０のカソード電極１１ｂとアノード電極１１ｃとの間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１からカレントミラー回路２１を介して電源電圧Ｐ１が逆バイアス電圧として印加されている。そして、ＡＰＤ１０に信号光Ｌ１が入射すると、ＡＰＤ１０に出力電流Ｉ１が流れる。このとき、カレントミラー回路２１の作用により、抵抗素子２１１及びトランジスタ２１５を流れる電流Ｉ１の電流量は、抵抗素子２１３及びトランジスタ２１７を流れる電流Ｉ３の電流量とほぼ等しくなる。すなわち、電流Ｉ３の電流量は前述したように電流制御回路１８によって制御されているので、この電流Ｉ３とほぼ同じ電流量の出力電流Ｉ１がＡＰＤ１０に流れることとなる。出力電流Ｉ１は、増幅器９によって電圧信号に変換されて受信信号Ｓ１となり、該受信信号Ｓ１が光受信器１の外部へ提供される。
【００８０】
以上に説明した動作によって、ＡＰＤ１０の出力電流Ｉ１が制御され、ＡＰＤ１０は所望のアバランシェ増倍率ｍを維持することができる。なお、本変形例においても上記した実施形態と同様に、或る光量の光が入射したときのＡＰＤ１０のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の電流値（＝Ｉava2）及び光導電体１３の出力電流Ｉ２の電流値（＝Ｉdtr2）をまず測定し、それらの比と所望のアバランシェ増倍率ｍとの積ｍ（Ｉava2／Ｉdtr2）に基づいて、抵抗素子１８３の抵抗値を定めるとよい。
【００８１】
本変形例では、制御部６が、ＡＰＤ１０が所定のアバランシェ増倍率ｍを維持するように、ＡＰＤ１０を流れる出力電流Ｉ１を光導電体１３からの出力電流Ｉ２の電流値に基づいて制御している。光受信器１はこのような制御部６を備えることによっても、ＡＰＤ１０のアバランシェ増倍率を良好に制御することができる。
【００８２】
本発明による光受信器は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、ＡＰＤの受光領域及び光導電体の平面形状は、上記した実施形態や変形例の形状以外にも、様々な形状とすることができる。また、上記した実施形態では制御部がＡＰＤへの電源電圧を制御し、第４変形例では制御部がＡＰＤを流れる電流量を制御しているが、制御手段は電源電圧及び電流の双方を同時に制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、本発明による光受信器の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図２は、ＡＰＤの電源電圧に対する出力電流の特性を示すグラフである。
【図３】図３は、本実施形態の光受信部を示す断面図である。
【図４】図４は、ステム上に載置された受光素子を示す平面図である。
【図５】図５は、図４に示す受光素子のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図６】図６は、制御部の内部回路を示す回路図である。
【図７】図７は、上記した実施形態による受光素子の第１変形例を示す平面図である。
【図８】図８は、図７に示す受光素子のII−II断面を示す断面図である。
【図９】図９は、上記した実施形態による受光素子の第２変形例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、上記した実施形態による受光素子の第３変形例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した受光素子のIII−III断面を示す断面図である。
【図１２】図１２は、上記した実施形態による光受信器の第４変形例として、制御部の内部回路を示す回路図である。
【図１３】図１３は、従来の光受信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…光受信器、３…光受信部、５、６…制御部、８、８ａ、８ｂ…受光素子、９…増幅器、１０…ＡＰＤ、１１…受光領域、１１ｂ…カソード電極、１１ｃ…アノード電極、１３、１３ａ、１３ｂ…光導電体、１４ａ〜１４ｄ…電極、１５…光ファイバ、１６…基板、１６ａ…開口、１７…変換回路、１８…電流制御回路、１９…電圧制御回路、２１…カレントミラー回路、３０…パッケージ、３１…キャップ、３２…レンズ、３３…ステム、３４ａ〜３４ｄ…リードピン、３５ａ、３５ｂ…ボンディングワイヤ、１１１…表面、１１３…半導体基板、１１５…パッシベーション膜、１１６…開口、１１７…ｐ型半導体層、１１８…増倍層、１１９…ｎ型受光層、１２０…ｎ型バッファ層、Ｉ１、Ｉ２…出力電流、Ｌ１…信号光。
【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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