(57)【要約】【課題】  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な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ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を有している。ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３は、光ファイバ１５からの信号光Ｌ１を同じ光軸Ａでもって受光するように並んで配置されている。この構成によって、ＡＰＤ１１とＰＩＮ−ＰＤ１３との間にクロストークが発生しない。また、信号光Ｌ１の偏波状態等によって信号光Ｌ１の光量が変動することがない。制御部５は、ＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２に基づいて、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率が所望の値となる電源電圧Ｐ１を生成する。以上の構成によれば、ＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１１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。【選択図】  図１
2005093610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を受信する光受信器であって、
前記信号光の一部を受光する受光領域が第１の基板の表面上に形成されたアバランシェフォトダイオードと、
前記信号光の他の一部を受光する受光領域が第２の基板の表面上に形成された受光素子と、
前記アバランシェフォトダイオード及び前記受光素子を主面上に搭載する搭載部材と
を備え、
前記アバランシェフォトダイオード及び前記受光素子が、それぞれ前記第１の基板の裏面及び前記第２の基板の裏面と前記搭載部材の前記主面とが対向するように前記搭載部材上に並んで配置されていることを特徴とする光受信器。
【請求項２】
前記受光素子が、ＰＩＮフォトダイオードまたは光導電素子であることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記アバランシェフォトダイオードの前記受光領域の１辺、及び前記受光素子の前記受光領域の１辺が、互いに沿って延びていることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記受光素子が、前記アバランシェフォトダイオードの周囲に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信器。
【請求項５】
前記信号光のプロファイルのピーク位置が、前記アバランシェフォトダイオードの前記受光領域上に存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光受信器。
【請求項６】
前記搭載部材が、該搭載部材の前記主面と隣接し且つ前記信号光を伝搬する光伝送媒体の光軸と交差する方向に延びており前記信号光を反射する斜面を有し、
前記アバランシェフォトダイオード及び前記受光素子が、それぞれ前記斜面上に突き出すように前記主面上に搭載されており、該第１の基板及び該第２の基板が前記信号光を透過する材料からなり、
前記第１の基板の前記裏面及び前記第２の基板の前記裏面と前記光伝送媒体の一端とが、前記斜面を介して光学的に結合されている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器。
【請求項７】
前記搭載部材を搭載するリードフレームをさらに備え、
前記搭載部材及び前記リードフレームが、樹脂でモールドされていることを特徴とする請求項６に記載の光受信器。
【請求項８】
前記アバランシェフォトダイオード及び前記受光素子を内蔵するパッケージをさらに備え、
前記パッケージが、前記信号光を集光して前記アバランシェフォトダイオード及び前記受光素子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請求項１〜５のいずれか一項に記載の光受信器。
【請求項９】
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、前記受光素子からの出力電流値に基づいて制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光受信器。
【請求項１０】
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受光素子の出力電流値をそれぞれＩava2及びＩpin2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・Ｉpin1・（Ｉava2／Ｉpin2）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉpin1：受光素子からの出力電流値）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９に記載の光受信器。
【請求項１１】
前記制御手段が、
前記受光素子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９または１０に記載の光受信器。
【請求項１２】
前記制御手段が、
前記受光素子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９または１０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、信号光をアバランシェフォトダイオードにより検出す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、受光素子として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１６（ａ）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、アバランシェフォトダイオードが構成されている。そして、受光用モニター領域１０２における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。
【０００５】
また、特許文献２には、ＡＰＤの増倍率を制御する別の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１６（ｂ）に示す。この光受信器は、ＡＰＤ１０５及びフォトダイオード１０６を備えており、光ファイバ１０４からの信号光をＡＰＤ１０５において受光するとともに、ＡＰＤ１０５の受光面で反射した信号光をフォトダイオード１０６において受光する構成となっている。そして、フォトダイオード１０６における出力電流値に基づいて、ＡＰＤ１０５における増倍率が制御される。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−７７１７１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１０５５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された光受信器では、同一基板の同一面に信号受光用領域１０１及び受光用モニター領域１０２を隣接して設けているので、信号受光用領域１０１と受光用モニター領域１０２との間でクロストークが発生する可能性が高い。クロストークが発生すると、受光用モニター領域１０２における信号光の検出精度が悪化するので、信号受光用領域１０１における増倍率を精度良く制御することが困難となる。
【０００８】
また、特許文献２に開示された光受信器では、必然的に信号光がＡＰＤ１０５の斜め方向から入射する構成となる。しかしながら、ＡＰＤ１０５の受光面に対して斜め方向から信号光を入射させると、その反射率は信号光の偏波状態によって変動する。また、偏波依存性を解消する方法として多層膜を形成する方法もあるが、半導体素子であるＡＰＤ１０５の受光面上にそのような多層膜を形成することは困難である。従って、この光受信器では、光ファイバ１０４からの信号光の偏波状態によってフォトダイオード１０６へ入射する信号光の光量が変動するので、ＡＰＤ１０５におけるアバランシェ増倍率を精度良く制御することが難しい。
【０００９】
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精度良く制御することが可能な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】
【００１０】
上記した課題を解決するために、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、信号光の一部を受光する受光領域が第１の基板の表面上に形成されたアバランシェフォトダイオードと、信号光の他の一部を受光する受光領域が第２の基板の表面上に形成された受光素子と、アバランシェフォトダイオード及び受光素子を主面上に搭載する搭載部材とを備え、アバランシェフォトダイオード及び受光素子が、それぞれ第１の基板の裏面及び第２の基板の裏面と搭載部材の主面とが対向するように搭載部材上に並んで配置されていることを特徴とする。
【００１１】
上記した光受信器では、ＡＰＤと受光素子とが、第１の基板、第２の基板といった互いに別の基板上に形成されているので、ＡＰＤと受光素子との間のクロストークを防止できる。さらに、上記した光受信器では、信号光が、搭載部材上に並んで配置されたＡＰＤ及び受光素子それぞれの受光領域へ向けて、同一の光軸でもってまとめて照射されることができる。従って、信号光を反射させる必要がなく、或いは多層膜付きの反射手段を容易に用いることができるので、信号光の偏波状態等によって該信号光の光量が変動することなくＡＰＤ及び受光素子の受光領域へ該信号光を入射させることが可能となる。従って、上記した光受信器によれば、受光素子の出力電流に基づいて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。
【００１２】
また、光受信器は、受光素子が、ＰＩＮフォトダイオードまたは光導電素子であることを特徴としてもよい。出力電流値が受光量に対してほぼ線形であるこれらの素子を用いることによって、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を容易に制御することができる。
【００１３】
また、光受信器は、アバランシェフォトダイオードの受光領域の１辺、及び受光素子の受光領域の１辺が、互いに沿って延びていることを特徴としてもよい。これによって、ＡＰＤの受光領域と受光素子の受光領域との間に存在する、信号光を受光しないスペースを狭くできる。従って、ＡＰＤ及び受光素子のそれぞれにおいて、信号光を効率よく受光することができる。
【００１４】
また、光受信器は、受光素子が、アバランシェフォトダイオード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、ＡＰＤが信号光の一部を受光し、受光素子の受光領域が該信号光の他の一部を受光する構成を容易に実現することができる。
【００１５】
また、光受信器は、信号光のプロファイルのピーク位置が、アバランシェフォトダイオードの受光領域上に存在することを特徴としてもよい。受光素子は、ＡＰＤのアバランシェ増倍率を制御できればよいので、ＡＰＤほど受光量を必要としない。この光受信器によれば、信号光プロファイルの中心部分付近をＡＰＤにおいて受光するとともに、信号光プロファイルの裾部分の全部または一部を受光素子において受光することとなるので、信号光の光量をＡＰＤ及び受光素子へ好適に配分することができる。
【００１６】
また、光受信器は、搭載部材が、該搭載部材の主面と隣接し且つ信号光を伝搬する光伝送媒体の光軸と交差する方向に延びており信号光を反射する斜面を有し、アバランシェフォトダイオード及び受光素子が、それぞれ斜面上に突き出すように主面上に搭載されており、該第１の基板及び該第２の基板が信号光を透過する材料からなり、第１の基板の裏面及び第２の基板の裏面と光伝送媒体の一端とが、斜面を介して光学的に結合されていることを特徴としてもよい。これによって、ＡＰＤ及び受光素子がそれぞれ搭載部材上に並んで配置されるとともに、ＡＰＤの受光領域が信号光の一部を受光し、受光素子の受光領域が該信号光の他の一部を受光する構成を好適に実現することができる。
【００１７】
また、光受信器は、搭載部材を搭載するリードフレームをさらに備え、搭載部材及びリードフレームが、樹脂でモールドされていることが好ましい。
【００１８】
また、光受信器は、アバランシェフォトダイオード及び受光素子を内蔵するパッケージをさらに備え、パッケージが、信号光を集光してアバランシェフォトダイオード及び受光素子へ該信号光を提供するレンズを備えることが好ましい。
【００１９】
また、光受信器は、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、受光素子からの出力電流値に基づいて制御する制御手段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のアバランシェ増倍率を良好に制御することができる。
【００２０】
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受光素子の出力電流値をそれぞれＩava2及びＩpin2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・Ｉpin1・（Ｉava2／Ｉpin2）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉpin1：受光素子からの出力電流値）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。
【００２１】
また、光受信器は、制御手段が、受光素子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。
【００２２】
また、光受信器は、制御手段が、受光素子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】
【００２３】
本発明による光受信器によれば、受光素子の出力電流に基づいて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】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら本発明による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。
【００２５】
（実施の形態）
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。
【００２６】
光受信部３は、ＡＰＤ１１及びＰＩＮフォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤとする）１３を備えている。ＡＰＤ１１は、光ファイバ１５の一端１５ａと光学的に結合された受光領域１１１を有している。ＰＩＮ―ＰＤ１３は、光ファイバ１５の一端１５ａと光学的に結合された受光領域１３１を有している。ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３は、受光領域１１１及び受光領域１３１が信号光Ｌ１の光軸Ａに対して交差する方向に並ぶように、後述する搭載部材上に配置されている。そして、受光領域１１１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、受光領域１３１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。
【００２７】
ＡＰＤ１１は、受光領域１１１において受光した信号光Ｌ１を出力電流Ｉ１に変換するための素子である。ＡＰＤ１１のカソード電極は制御部５に電気的に接続されており、ＡＰＤ１１のアノード電極は増幅器９に電気的に接続されている。ＡＰＤ１１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１１１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、ＡＰＤ１１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。ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１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。
【００２８】
ＰＩＮ−ＰＤ１３は、本実施形態における受光素子であり、受光領域１３１において受光した信号光Ｌ１を出力電流Ｉ２に変換する。ＰＩＮ−ＰＤ１３はＡＰＤ１１が形成された半導体基板（第１の基板）とは別の半導体基板（第２の基板）に形成されており、該基板同士は非接触状態となっている。ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極は図示しない所定の電源端に電気的に接続されており、ＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極は制御部５に電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、受光領域１３１に信号光Ｌ１が入射すると、その受光量に応じた出力電流Ｉ２を生成する。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、生成した出力電流Ｉ２をアノード電極から制御部５へ提供する。
【００２９】
制御部５は、本実施形態における制御手段であり、ＡＰＤ１１が所定のアバランシェ増倍率を維持するように、ＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１をＰＩＮ−ＰＤ１３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、ＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２によって、ＰＩＮ−ＰＤ１３に入射した信号光Ｌ１の光量を検出する。制御部５は、ＡＰＤ１１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、ＰＩＮ−ＰＤ１３に入射した信号光Ｌ１の光量に基づいてＡＰＤ１１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。
【００３０】
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、ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１の受光領域１１１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、ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１は入射光量に応じた光電流Ｉ０を発生する（この状態を、ＡＰＤ１１におけるＰＩＮモードと称する）。また、ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１においてアバランシェ増倍作用が生じ、ＡＰＤ１１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。
【００３１】
アバランシェ増倍作用は、ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１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。
【００３２】
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、ＡＰＤ１１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。
【００３３】
これに対し、本実施形態の制御部５では、ＰＩＮ−ＰＤ１３からの出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の値及びＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の値をそれぞれＩava2（Ａ）及びＩpin2（Ａ）とする。そして、ＡＰＤ１１に信号光Ｌ１が入射したときのＡＰＤ１１の出力電流Ｉ２の平均値が以下の式
ｍ・Ｉpin1・（Ｉava2／Ｉpin2）
（ｍ：所望のアバランシェ増倍率、Ｉpin1：信号光Ｌ１に対するＰＩＮ−ＰＤ１３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ＡＰＤ１１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Ｉ２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Ｉ２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Ｉ２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。
【００３４】
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、ＡＰＤ１１、ＰＩＮ−ＰＤ１３、及びパッケージ１５９を備えている。
【００３５】
パッケージ１５９は、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を内蔵している。パッケージ１５９は、いわゆる同軸型ＣＡＮパッケージの構成を有しており、ステム１６０、キャップ１６１、レンズ１６２、サブマウント１６５、及びリードピン１６３ａ〜１６３ｄを備えている。
【００３６】
ステム１６０は、導電性を有する円盤状の部材である。ステム１６０には、複数のリードピン１６３ａ〜１６３ｄがステム１６０の厚さ方向に貫通して取り付けられている。リードピン１６３ａ〜１６３ｄは、ステム１６０とは絶縁されている。
【００３７】
ステム１６０の主面１６０ａ上には、サブマウント１６５が載置されている。サブマウント１６５は、本実施形態における搭載部材であり、主面１６５ａ上にＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を搭載する。サブマウント１６５は、絶縁性を有しており、例えばセラミック、アルミナ、ジルコニア、窒化アルミ等のうち少なくとも１種類の材料からなる。
【００３８】
サブマウント１６５の主面１６５ａには、配線パターン１６６ａ及び１６６ｂが並んで形成されている。配線パターン１６６ａ上にはＡＰＤ１１が載置され、配線パターン１６６ａとＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂとがはんだ等を介して電気的に接続される。また、配線パターン１６６ｂ上にはＰＩＮ−ＰＤ１３が載置され、配線パターン１６６ｂとＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂとがはんだ等を介して電気的に接続される。配線パターン１６６ａは、図示しないボンディングワイヤを介してリードピン１６３ｃと電気的に接続されている。また、配線パターン１６６ｂは、図示しないボンディングワイヤを介してリードピン１６３ｄに電気的に接続されている。
【００３９】
ＡＰＤ１１のアノード電極１１ｃは、ボンディングワイヤ１６４ａを介してリードピン１６３ａと電気的に接続されている。ＡＰＤ１１は、リードピン１６３ｃを介して電源電圧Ｐ１を受けるとともに、リードピン１６３ａ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１６３ｃ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１６３ａは増幅器９（図１参照）に電気的に接続されている。
【００４０】
ＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極１３ｃは、ボンディングワイヤ１６４ｂを介してリードピン１６３ｂと電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、リードピン１６３ｄを介して所定の電源電圧を受けるとともに、リードピン１６３ｂを介して光受信部３の外部へ出力電流Ｉ２を提供する。本実施形態では、リードピン１６３ｂ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１６３ｄは所定の電源端に電気的に接続されている。
【００４１】
キャップ１６１は、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を覆うための部材である。キャップ１６１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１６１は、その他端がステム１６０の主面１６０ａに接するようにステム１６０に固定されている。キャップ１６１の一端には、ＡＰＤ１１の受光領域１１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３の受光領域１３１と光学的に結合された球状のレンズ１６２が設けられている。また、レンズ１６２は、光ファイバ１５の一端１５ａとＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３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１６２によって集光され、ＡＰＤ１１の受光領域１１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３の受光領域１３１へ入射する。
【００４２】
図４（ａ）は、サブマウント１６５上に載置されたＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を示す平面図である。また、図５は、図４（ａ）に示すＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。まず図５を参照すると、ＡＰＤ１１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を備えている。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の表面１１３ａ上に順に積層されている。また、ＡＰＤ１１は、半導体基板１１３の裏面１１３ｂがサブマウント１６５の主面１６５ａと対向するようにサブマウント１６５上に載置されている。
【００４３】
半導体基板１１３は、本実施形態における第１の基板であり、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の裏面１１３ｂ上に設けられており、例えばＡｕ、Ｇｅ、及びＮｉの積層構造を有している。
【００４４】
また、ｐ型半導体層１１７上を除く増倍層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、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の表面が、ＡＰＤ１１における受光領域１１１となる。
【００４５】
ＡＰＤ１１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。ＡＰＤ１１では、例えば波長１．０〜１．６μｍの信号光Ｌ１が受光領域１１１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。
【００４６】
また、ＰＩＮ−ＰＤ１３は、半導体基板１３３、ｎ型バッファ層１４０、ｎ型受光層１３９、ｎ型半導体層１３７、ｐ型半導体層１３８、アノード電極１３ｃ、及びカソード電極１３ｂを備えている。このうち、ｎ型バッファ層１４０、ｎ型受光層１３９、及びｎ型半導体層１３７は、半導体基板１３３の主面１３３ａ上に順に積層されている。また、ＰＩＮ−ＰＤ１３は、半導体基板１３３の裏面１３３ｂとサブマウント１６５の主面１６５ａとが対向するようにサブマウント１６５上に載置されている。
【００４７】
半導体基板１３３は、本実施形態における第２の基板である。半導体基板１３３は、例えば高濃度ｎ型ＩｎＰからなり、その厚さは例えば１５０μｍ〜３００μｍである。ｎ型バッファ層１４０は、例えばｎ型ＩｎＰからなり、その厚さは例えば１μｍ〜２μｍである。ｎ型受光層１３９は、例えばｎ型ＩｎＧａＡｓからなり、その厚さは例えば２μｍ〜４μｍである。ｎ型半導体層１３７は、例えばｎ型ＩｎＰからなり、その厚さは例えば１μｍ〜２μｍである。また、ｐ型半導体層１３８は、ｎ型半導体層１３７及びｎ型受光層１３９における所定領域に、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１３ｃは、ｐ型半導体層１３８上の一部に設けられている。カソード電極１３ｂは、半導体基板１３３の裏面１３３ｂ上に設けられている。
【００４８】
また、ｐ型半導体層１３８上を除くｎ型半導体層１３７上には、開口１３６を有するパッシベーション膜１３５が形成されている。パッシベーション膜１３５は、例えばＳｉＯＮといった酸化物からなる。そして、開口１３６によって露出したｐ型半導体層１３８の表面が、ＰＩＮ−ＰＤ１３における受光領域１３１となる。
【００４９】
ＰＩＮ−ＰＤ１３では、例えば波長１．０〜１．６μｍの信号光Ｌ１が受光領域１３１に入射すると、該信号光Ｌ１がｎ型受光層１３９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１３９において発生し、該キャリアがアノード電極１３ｃから出力電流Ｉ２（図１参照）として取り出される。
【００５０】
ここで、図４（ａ）を参照すると、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３の平面形状はそれぞれ矩形を呈している。そして、ＡＰＤ１１の受光領域１１１は、円形の一部を切り欠いた形状をしている。また、ＰＩＮ−ＰＤ１３の受光領域１３１は、ＡＰＤ１１の受光領域１１１の切り欠き部分を補完する形状をしている。そして、受光領域１１１の切り欠いた部分の辺１１２、及び受光領域１３１の１辺１３２は、互いに沿って延びている。すなわち、ＡＰＤ１１の側面１１４とＰＩＮ−ＰＤ１３の側面１３４とは互いに隙間をあけて対向しており、受光領域１１１の辺１１２がＡＰＤ１１の側面１１４に沿って延びており、受光領域１３１の辺１３２がＰＩＮ−ＰＤ１３の側面１３４に沿って延びている。
【００５１】
ここで、図４（ｂ）は、受光領域１１１及び１３１における信号光Ｌ１のプロファイルの一例を示すグラフである。図４（ｂ）に示すように、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３は、信号光Ｌ１のプロファイルのピーク位置が、ＡＰＤ１１の受光領域１１１上に存在するようにサブマウント１６５上にそれぞれ配置されている。本実施形態では、信号光Ｌ１のプロファイルのピーク位置が信号光Ｌ１の光軸Ａと一致するので、信号光Ｌ１の光軸ＡがＡＰＤ１１の受光領域１１１と交差するようにＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３がそれぞれ配置されている。なお、図４（ｂ）に示すプロファイルのうち、ピークを含む一部分Ｂ１がＡＰＤ１１に入射する部分であり、他の一部分Ｂ２がＰＩＮ−ＰＤ１３に入射する部分である。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂに電気的に接続されている。なお、ＡＰＤ１１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。
【００５５】
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ＰＩＮ−ＰＤ１３のアノード電極１３ｃに電気的に接続されている。なお、ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂ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。
【００５６】
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。
【００５７】
続いて、本実施形態による光受信器１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ＡＰＤ１１の受光領域１１１に入射し、該信号光Ｌ１の他の一部がＰＩＮ−ＰＤ１３の受光領域１３１に入射する。
【００５８】
再び図６を参照すると、ＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂとアノード電極１３ｃとの間には３．３Ｖの逆バイアス電圧が印加されており、ＰＩＮ−ＰＤ１３に信号光Ｌ１が入射することによって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、ＰＩＮ−ＰＤ１３への入射光量に応じた電圧信号Ｓ２が生成される。
【００５９】
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、ＰＩＮ−ＰＤ１３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。
【００６０】
一方、ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１に信号光Ｌ１が入射すると、ＡＰＤ１１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。
【００６１】
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、ＡＰＤ１１の出力電流Ｉ１の電流値と、ＰＩＮ−ＰＤ１３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。
【００６２】
以上に説明した動作によって、ＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１が制御され、ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の電流値（＝Ｉava2）及びＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の電流値（＝Ｉpin2）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／Ｉpin2）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（ＡＰＤ１１における受光量：０．９５μＷ）
出力電流Ｉ２：５０ｎＡ（ＰＩＮ−ＰＤ１３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
【００６３】
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
【００６４】
本実施形態による光受信器１は、以下の効果を有する。すなわち、光受信器１によれば、ＡＰＤ１１とＰＩＮ−ＰＤ１３とが互いに別の半導体基板１１３、１３３上に形成されているので、ＡＰＤ１１とＰＩＮ−ＰＤ１３との間のクロストークを防止できる。さらに、光受信器１では、光ファイバ１５からの信号光Ｌ１が、並んで配置されたＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３の受光領域１１１及び１３１へ向けて、同一の光軸Ａでもってまとめて照射される。従って、特許文献２のように信号光Ｌ１を反射させていないので、信号光Ｌ１の偏波状態等によって該信号光Ｌ１の光量が変動することなく、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３へ該信号光Ｌ１を入射させることが可能となる。従って、本実施形態の光受信器１によれば、ＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２に基づいてＡＰＤ１１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。
【００６５】
また、受光素子としては、本実施形態のようにＰＩＮ−ＰＤを用いることが好ましい。ＰＩＮ−ＰＤは出力電流値が受光量に対してほぼ線形なので、光受信器１が受光素子としてＰＩＮ−ＰＤ１３を備えることにより、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を容易に制御することができる。
【００６６】
また、本実施形態の光受信器１では、ＡＰＤ１１の受光領域１１１の辺１１２、及びＰＩＮ−ＰＤ１３の受光領域１３１の辺１３２が、互いに沿って延びている。光受信器はこのような構成を有することが好ましく、この構成によって、受光領域１１１と受光領域１３１との間に存在する、信号光Ｌ１を受光しないスペースを狭くできる。従って、ＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３のそれぞれにおいて、信号光Ｌ１を効率よく受光することができる。
【００６７】
また、本実施形態の光受信器１では、光ファイバ１５の一端１５ａから照射された信号光Ｌ１のプロファイルのピーク位置が、ＡＰＤ１１の受光領域１１１上に存在している。ＰＩＮ−ＰＤ１３は、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を制御できればよいので、ＡＰＤ１１ほど受光量を必要としない。従って、光受信器は上記した構成を有することが好ましく、この構成によって、信号光プロファイルの中心部分付近（図４（ｂ）のＢ１）をＡＰＤ１１において受光するとともに、信号光プロファイルの裾部分の一部（図４（ｂ）のＢ２）をＰＩＮ−ＰＤ１３において受光することとなる。従って、ＡＰＤ１１の受光量がＰＩＮ−ＰＤ１３の受光量よりも多くなり、信号光Ｌ１の光量をＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３へ好適に配分することができる。
【００６８】
また、本実施形態による光受信器１では、ＡＰＤ１１が所定のアバランシェ増倍率ｍを維持するように、ＡＰＤ１１への電源電圧Ｐ１をＰＩＮ−ＰＤ１３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、ＡＰＤ１１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。
【００６９】
（第１の変形例）
図７は、上記した実施形態による光受信器１の第１変形例として、光受信部３ａを示す断面図である。本変形例の光受信部３ａが上記した実施形態の光受信部３と異なる点は、パッケージ１５９ａがサブマウントを備えていない点である。すなわち、本変形例ではステム１６０がＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３を搭載する搭載部材となっている。図７を参照すると、パッケージ１５９ａでは、ステム１６０の主面１６０ａ上にＡＰＤ１１及びＰＩＮ−ＰＤ１３が載置されている。本変形例では、ステム１６０は導電性の材料からなり、ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂ及びＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３ｂとステム１６０とがはんだ等を介して互いに電気的に接続されている。ステム１６０は、リードピン１６３ｃと電気的に接続されており、ＡＰＤ１１のカソード電極１１ｂ及びＰＩＮ−ＰＤ１３のカソード電極１３へリードピン１６３ｃを介して電源電圧等が供給される。光受信器は、上記した実施形態の光受信部３に代えて本変形例のような光受信部３ａを備えてもよい。
【００７０】
（第２の変形例）
図８（ａ）は、上記した実施形態による光受信器１の第２変形例として、ＡＰＤ６１及びＰＩＮ−ＰＤ６６を示す平面図である。本変形例では、ＡＰＤ６１の受光領域６３及びＰＩＮ−ＰＤ６６の受光領域６８がそれぞれ半円形を呈している。そして、受光領域６３における半円形の直線部分の辺６５、及び受光領域６８における半円形の直線部分の辺７０は、互いに沿って延びている。すなわち、ＡＰＤ６１の側面６４とＰＩＮ−ＰＤ６６の側面６９とは互いに隙間をあけて対向しており、受光領域６３の辺６５がＡＰＤ６１の側面６４に沿って延びており、受光領域６８の辺７０がＰＩＮ−ＰＤ６６の側面６９に沿って延びている。また、信号光の光軸Ａが、受光領域６３及び６８とは交差しておらず、ＡＰＤ６１とＰＩＮ−ＰＤ６６との間の隙間を通っている。
【００７１】
ＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤは、本変形例のＡＰＤ６１及びＰＩＮ−ＰＤ６６のような形態でもよい。この場合、図８（ｂ）に示すように、信号光Ｌ１のプロファイルのうち、ピーク位置を除く半分Ｂ３をＡＰＤ６１において受光し、ピーク位置を除く別の半分Ｂ４をＰＩＮ−ＰＤ６６において受光することとなる。
【００７２】
（第３の変形例）
図９（ａ）は、上記した実施形態による光受信器１の第３変形例として、ＡＰＤ７５及びＰＩＮ−ＰＤ８１を示す平面図である。本変形例では、ＡＰＤ７５の受光領域７９及びＰＩＮ−ＰＤ８１の受光領域８３がそれぞれ円形を呈している。ＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤは、本変形例のＡＰＤ７５及びＰＩＮ−ＰＤ８１のような形態でもよい。この場合、図９（ｂ）に示すように、信号光Ｌ１のプロファイルのうち、ピーク位置を除く半分Ｂ５をＡＰＤ７５において受光し、ピーク位置を除く別の半分Ｂ６をＰＩＮ−ＰＤ８１において受光することとなる。ただし、受光領域７９及び８３の中心がプロファイルの裾部分に位置するため、上記した第２の変形例と比較して受光量は低下する。
【００７３】
（第４の変形例）
図１０（ａ）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、ＡＰＤ７５及び光導電素子９０を示す平面図である。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した光導電素子９０のII−II断面を示す断面図である。本変形例の光受信器は、上記した第３変形例のＰＩＮ−ＰＤ８１に代えて、光導電素子９０を備えている。光導電素子９０は、本変形例における受光素子であり、基板９１及び光導電体９２を有している。光導電体９２は、受光量に応じて抵抗値が変化する材料からなり、光導電体９２が設けられた領域は、光導電素子９０において信号光Ｌ１を受ける受光領域となる。光導電体９２は、例えばＣｄＳ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓなどのうち少なくとも１種類の材料からなる。
【００７４】
光導電体９２は、基板９１上に円形に形成されている。基板９１は、本変形例における第２の基板である。基板９１は、例えば絶縁性材料からなり、その平面形状が矩形を呈している。基板９１は、ＡＰＤ７５と並んでステム１６０上に載置されている。そして、光導電体９２が、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（図３参照）の一部を受光するように、光ファイバ１５の一端１５ａと光導電体９２とが互いに光学的に結合されている。
【００７５】
また、光導電素子９０は、２つの電極９３ａ及び９３ｂを有している。電極９３ａ及び９３ｂは、それぞれ光導電体９２上に離れて配置されている。電極９３ａ及び９３ｂは、それぞれリードピン１６３ｂ及び１６３ｄ（図３参照）に電気的に接続される。そして、電極９３ａと９３ｂとの間にリードピン１６３ｂ及び１６３ｄを介して所定電圧が印加される。光導電体９２に信号光Ｌ１が入射すると、光導電体９２の抵抗値が変化して、電極９３ａと電極９３ｂとの間に流れる電流（すなわち出力電流）の値が変化する。そして、この出力電流が制御部５（図１参照）に提供されることにより、光導電体９２に入射した信号光Ｌ１の光量が検出される。
【００７６】
本変形例による光受信器によれば、上記した実施形態の光受信器１と同様の効果が得られる。すなわち、光導電素子９０の出力電流値に基づいて、ＡＰＤ７５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、ＣｄＳなどの光導電体は出力電流値が受光量に対してほぼ線形なので、光受信器が受光素子として光導電素子９０を備えることにより、ＡＰＤ７５のアバランシェ増倍率を容易に制御することができる。一般的に光導電体は、特に微弱な光に対して線形性のよい特性を示すので、ＡＰＤ７５のアバランシェ増倍率を制御するための光検出用素子として非常に適している。
【００７７】
（第５の変形例）
図１１は、上記した実施形態による光受信器１の第５変形例として、ＡＰＤ７５及び光導電素子４４を示す平面図である。本変形例では、光導電素子４４が、ＡＰＤ７５の周囲に配置されている。すなわち、ＡＰＤ７５を枠状の基板４５が囲んでおり、該基板４５上に光導電体４６が形成されている。そして、光導電素子４４の電極４７ａ及び４７ｂは、光導電体４６上の４隅のうち対角線上の２隅に配置されている。また、信号光Ｌ１の光軸Ａが、ＡＰＤ７５の受光領域７９と交差するようにＡＰＤ７５及び光導電素子４４が配置される。
【００７８】
本変形例の構成によれば、ＡＰＤ７５の受光領域７９が光ファイバ１５の一端１５ａから光軸Ａに沿って照射される信号光Ｌ１（図３参照）の一部を受光し、光導電体４６が信号光Ｌ１の他の一部を受光する構成を容易に実現することができる。
【００７９】
（第６の変形例）
図１２（ａ）は、上記した実施形態による光受信器１の第６変形例として、ＡＰＤ１１及び光導電素子９４を示す平面図である。本変形例では、ＡＰＤ１１の受光領域１１１は、上記した実施形態と同様に円形の一部を切り欠いた形状をしている。また、光導電素子９４が有する光導電体９６は、ＡＰＤ１１の受光領域１１１の切り欠き部分を補完する形状をしている。そして、受光領域１１１の切り欠いた部分の辺１１２及び光導電体９６の１辺９６ａは、互いに沿って延びている。すなわち、ＡＰＤ１１の側面１１４と光導電素子９４の側面９８とは互いに隙間をあけて対向しており、受光領域１１１の辺１１２がＡＰＤ１１の側面１１４に沿って延びており、光導電体９６の辺９６ａが光導電素子９４の側面９８に沿って延びている。光導電体９６の両端のそれぞれには、電極９７ａ及び９７ｂが設けられている。また、ＡＰＤ１１及び光導電素子９４は、信号光Ｌ１の光軸ＡがＡＰＤ１１の受光領域１１１と交差するようにステム１６０上に配置される。光受信器は、本変形例の構成によって、上記した実施形態の効果と同様の効果が得られる。
【００８０】
（第７の変形例）
図１２（ｂ）は、上記した実施形態による光受信器１の第７変形例として、ＡＰＤ１１及び光導電素子４０を示す平面図である。本変形例では、ＡＰＤ６１の受光領域６３及び光導電素子４０の光導電体４２がそれぞれ半円形を呈している。そして、受光領域６３における半円形の直線部分の辺６５、及び光導電体４２における半円形の直線部分の辺４２ａは、互いに沿って延びている。すなわち、ＡＰＤ６１の側面６４と光導電素子４０の側面４９とは互いに隙間をあけて対向しており、受光領域６３の辺６５がＡＰＤ６１の側面６４に沿って延びており、光導電体４２の辺４２ａが光導電素子４０の側面４９に沿って延びている。半円形の光導電体４２の両端には、電極４３ａ及び４３ｂがそれぞれ設けられている。また、信号光の光軸Ａは、受光領域６３及び光導電体４２とは交差しておらず、ＡＰＤ６１と光導電素子４０との間の隙間を通っている。ＡＰＤ及び光導電素子は、本変形例のＡＰＤ６１及び光導電素子４０のような形態でもよく、上記した第２変形例と同様の効果が得られる。
【００８１】
（第８の変形例）
図１３は、上記した実施形態による光受信器１の第８変形例として、光受信部３ｂを示す平面図である。また、図１４は、図１３に示した光受信部３ｂのIV−IV断面を示す断面図である。図１３及び図１４を参照すると、本変形例の光受信部３ｂは、光ファイバ１５といった光伝送媒体、シリコンベンチ３１、リードフレーム３２、ＡＰＤ３３、及びＰＩＮ−ＰＤ３４を備えている。
【００８２】
シリコンベンチ３１は、ＡＰＤ３３及びＰＩＮ−ＰＤ３４を搭載するための搭載部材である。シリコンベンチ３１は、リードフレーム３２上に載置されている。シリコンベンチ３１は、その平面形状が矩形であり、斜面３１ａ、第１の面３１ｂ、及び第２の面３１ｃを有している。第１の面３１ｂは、本変形例においてＡＰＤ３３及びＰＩＮ−ＰＤ３４を搭載する主面であり、第２の面３１ｃよりも底面からの高さが高くなっている。第２の面３１ｃ上には光ファイバ１５が載置される。斜面３１ａは、第１の面３１ｂに隣接して第１の面３１ｂと第２の面３１ｃとの間に設けられており、光ファイバ１５の一端１５ａから出射される信号光Ｌ１の光軸Ａ（すなわち、光ファイバ１５の光軸）と交差する方向に延びている。斜面３１ａは、信号光Ｌ１が該斜面３１ａにおいて反射する反射面となっている。また、斜面３１ａには、偏波依存性を解消するための多層膜が形成されている。
【００８３】
シリコンベンチ３１の第１の面３１ａ上には、配線パターン３５ａ及び３５ｂが設けられている。配線パターン３５ａ及び３５ｂは、光軸Ａと交差する方向に並んで配置されている。配線パターン３５ａ上には、ＡＰＤ３３の裏面とシリコンベンチ３１の第１の面３１ａとが対向するようにＡＰＤ３３が載置されており、ＡＰＤ３３の一部は斜面３１ａ上に突き出している。ＡＰＤ３３のカソード電極３３ｄは、はんだ等を介して配線パターン３５ａと電気的に接続されている。また、配線パターン３５ｂ上にはＰＩＮ−ＰＤ３４の裏面とシリコンベンチ３１の第１の面３１ａとが対向するようにＰＩＮ−ＰＤ３４が載置されており、ＰＩＮ−ＰＤ３４の一部が斜面３１ａ上に突き出している。ＰＩＮ−ＰＤ３４のカソード電極（図示せず）は、はんだ等を介して配線パターン３５ｂと電気的に接続されている。
【００８４】
ＡＰＤ３３の受光領域３３ｂは、信号光Ｌ１を透過する材料からなる半導体基板３３ａ（第１の基板）の表面上に形成されている。そして、半導体基板３３ａの裏面は、斜面３１ａにおいて反射した信号光Ｌ１を受光領域３３ｂが受光するように、斜面３１ａを介して光ファイバ１５の一端１５ａと光学的に結合されている。また、ＰＩＮ−ＰＤ３４についてもＡＰＤ３３と同様に、受光領域３４ｂが、信号光Ｌ１を透過する材料からなる半導体基板３４ａ（第２の基板）の表面上に形成されている。そして、半導体基板３４ａの裏面は、斜面３１ａにおいて反射した信号光Ｌ１を受光領域３４ｂが受光するように、斜面３１ａを介して光ファイバ１５の一端１５ａと光学的に結合されている。
【００８５】
ＡＰＤ３３の受光領域３３ｂ上にはアノード電極３３ｃが設けられており、アノード電極３３ｃはボンディングワイヤ３６ａを介してリードピン３２ｅに電気的に接続されている。ＰＩＮ−ＰＤ３４の受光領域３４ｂ上にはアノード電極３４ｃが設けられており、アノード電極３４ｃはボンディングワイヤ３６ｄを介してリードピン３２ｂに電気的に接続されている。また、配線パターン３５ａはボンディングワイヤ３６ｂを介してリードピン３２ｆと電気的に接続されており、配線パターン３５ｂはボンディングワイヤ３６ｃを介してリードピン３２ｃと電気的に接続されている。
【００８６】
また、シリコンベンチ３１上において、光ファイバ１５の一端１５ａ、ＡＰＤ３３、ＰＩＮ−ＰＤ３４、及び斜面３１ａが、シリコーン樹脂などの透明樹脂３８ｂによってモールドされている。これにより、光ファイバ１５の一端１５ａ、ＡＰＤ３３、ＰＩＮ−ＰＤ３４、及び斜面３１ａ相互の光学的結合関係が保持されている。また、光ファイバ１５、シリコンベンチ３１、リードフレーム３２、及び透明樹脂３８ｂによるモールド部分は、例えばエポキシ系の封止樹脂３８ａによってモールドされている。
【００８７】
光受信部は、前述した実施形態の光受信部３、或いは第１変形例の光受信部３ａ以外にも、たとえば本変形例のような形態とすることができる。本変形例による光受信部３ｂによれば、ＡＰＤ３３とＰＩＮ−ＰＤ３４とが並んで配置され、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の一部を受光領域３３ｂが受光し、信号光Ｌ１の他の一部を受光領域３４ｂが受光する構成を好適に実現することができる。また、偏波依存性を解消する多層膜は、シリコンベンチ３１上であれば容易に形成可能となる。
【００８８】
（第９の変形例）
図１５は、上記した実施形態による光受信器１の第９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ＡＰＤ１１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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
ＰＩＮ−ＰＤ１３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。
【００９３】
一方、ＡＰＤ１１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、ＡＰＤ１１に信号光Ｌ１が入射すると、ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１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。
【００９４】
以上に説明した動作によって、ＡＰＤ１１の出力電流Ｉ１が制御され、ＡＰＤ１１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ＡＰＤ１１のＰＩＮモードにおける出力電流Ｉ１の電流値（＝Ｉava2）及びＰＩＮ−ＰＤ１３の出力電流Ｉ２の電流値（＝Ｉpin2）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／Ｉpin2）に基づいて、抵抗素子１８３の抵抗値を定めるとよい。
【００９５】
本変形例では、制御部６が、ＡＰＤ１１が所定のアバランシェ増倍率ｍを維持するように、ＡＰＤ１１を流れる出力電流Ｉ１をＰＩＮ−ＰＤ１３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、ＡＰＤ１１のアバランシェ増倍率を良好に制御することができる。
【００９６】
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及び受光素子の受光領域の平面形状は、上記した実施形態及び変形例に示した形状以外にも、様々な形状とすることができる。
【００９７】
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９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】
【００９８】
【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（ａ）は、サブマウント上に載置されたＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤを示す平面図である。図４（ｂ）は、受光領域における信号光のプロファイルの一例を示すグラフである。
【図５】図５は、図４（ａ）に示すＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤ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光受信器の第１変形例として、光受信部を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）は、上記した実施形態による光受信器の第２変形例として、ＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤを示す平面図である。図８（ｂ）は、第２変形例の受光領域における信号光のプロファイルの一例を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は、上記した実施形態による光受信器の第３変形例として、ＡＰＤ及びＰＩＮ−ＰＤを示す平面図である。図９（ｂ）は、第３変形例の受光領域における信号光のプロファイルの一例を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）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、ＡＰＤ及び光導電素子を示す平面図である。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した光導電素子のII−II断面を示す断面図である。
【図１１】図１１は、上記した実施形態による光受信器の第５変形例として、ＡＰＤ及び光導電素子を示す平面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、上記した実施形態による光受信器の第６変形例として、ＡＰＤ及び光導電素子を示す平面図である。図１２（ｂ）は、上記した実施形態による光受信器の第７変形例として、ＡＰＤ及び光導電素子を示す平面図である。
【図１３】図１３は、上記した実施形態による光受信器の第８変形例として、光受信部を示す平面図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した光受信部のIV−IV断面を示す断面図である。
【図１５】図１５は、上記した実施形態による光受信器の第９変形例として、制御部の内部回路を示す回路図である。
【図１６】図１６は、従来の光受信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
１…光受信器、３、３ａ、３ｂ…光受信部、５、６…制御部、９…増幅器、１１…ＡＰＤ、１１ｂ、１３ｂ…カソード電極、１１ｃ、１３ｃ…アノード電極、１３…ＰＩＮ−ＰＤ、１５…光ファイバ、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、１１１、１３１…受光領域、１１３、１３３…半導体基板、１１５、１３５…パッシベーション膜、１１７、１３８…ｐ型半導体層、１１８…増倍層、１１９、１３９…ｎ型受光層、１２０、１４０…ｎ型バッファ層、１３７…ｎ型半導体層、１５９、１５９ａ…パッケージ、１６０…ステム、１６１…キャップ、１６２…レンズ、１６３ａ〜１６３ｄ…リードピン、１６４ａ、１６４ｂ…ボンディングワイヤ、１６５…サブマウント、１６６ａ、１６６ｂ…配線パターン、Ａ…光軸、Ｉ１、Ｉ２…出力電流、Ｌ１…信号光、Ｐ１…電源電圧。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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