專利名稱：光接收器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種光接收器裝置。
背景技術：
存在對光接收器裝置的高頻特性進行改進的需要。日本專利申請公開第2007-274032號公開了ー個光接收器裝置的示例。圖I示出了ー個光接收器裝置的電路結 構示例。如圖I所示，光接收器裝置具有光接收元件10、TIA(轉阻放大器)20等。信號光I光耦合到光接收元件10。光接收元件10的陽極耦接到TIA 20的輸入端。光接收元件10的陰極耦接到正電源(例如，5V)。TIA 20具有放大器元件21和反饋電阻器R1。光接收元件10將光信號轉換為電信號。TIA20將電信號電流轉換為電壓并輸出該信號電壓。對光接收器裝置的高頻特性的需要正在逐年增長。
發明內容
本發明的目的是提供一種改進了高頻特性的光接收器裝置。根據本發明的ー個方面，提供了ー種光接收器裝置，其包括光接收元件，其具有第一電極和第二電極，第一電極作為輸出電極，第二電極稱接到不同于地電位的電位；放大器裝置，其上表面上具有放大器元件、連接端，連接端包括信號電極和接地電極；第一導體，其將光接收元件的第一電極的電位耦接到信號電極，該第一導體從放大器裝置的上表面側引入；以及第ニ導體，其將光接收元件的第二電極的電位耦接到接地電極，該第二導體從放大器裝置的上表面側引入。在所述光接收器裝置中，將不同于地電位的電位耦接到光接收元件，并且所述光接收元件承受反向偏壓。但是，考慮到相對于光接收元件的輸出端(第一電極)的高頻波，將電源電位作為基準電位。發明人已對此進行了研究。在本發明中，耦接到施加反向偏壓的電源的電極(第二電極)從放大器裝置上表面通過電容器耦接至構造了放大器裝置的連接端的接地電極。使用該結構，可以改進光接收元件與放大器裝置之間的傳輸特性。因此，可以改進光接收器裝置的高頻特性。接地電極可以設置在信號電極的兩側。光接收元件可以具有這樣的結構，其中兩個光接收部分以級聯耦接結構相耦接；第一電極可以是兩個光接收部分的公共耦接點；以及第ニ電極可以是兩個光接收部分中位于公共耦接點相對側的電極中的至少ー個。光接收元件可以安裝在這樣的光接收元件載體上，該光接收元件載體具有提取第一電極電位的第一圖案和提取第ニ電極電位的第二圖案。第二圖案可以設置在第一圖案的兩側；并且第一電容器可以設置在第二圖案的兩偵れ第一導體可以是使第一圖案與信號電極耦接的接合線；而第二導體可以是使第二圖案上的第一電容器與接地電極耦接的接合線。
公共耦接點相對側的電極可以耦接到不同于地電位的電位。公共耦接點相對側的電極可以通過隔直流部分耦接到一起。隔直流部分可以是第一電容器。電容量大于第一電容器的電容量的第二電容器可以與第一電容器并聯地稱接到第二電極的電位。
圖I示出了光接收器裝置的電路圖的示例；圖2A示出了光接收器裝置的俯視圖；圖2B示出了沿圖2A的線A-A’所取的局部剖視圖；圖3A示出了根據第一實施例的光接收器裝置的俯視圖；圖3B示出了沿圖3A的線B-B’所取的局部剖視圖；圖4示出了根據第二實施例的光接收器裝置的電路圖；圖5示出了根據第二實施例的光接收器裝置的俯視圖；圖6示出了根據第三實施例的光接收器裝置的俯視圖；圖7示出了根據第三實施例的光接收器裝置的光電轉換增益的頻率特性；圖8示出了根據第四實施例的光接收器裝置的俯視圖；以及圖9示出了根據第五實施例的光接收器裝置的俯視圖。
具體實施例方式以下將給出對根據第一對比實施例的光接收器裝置的描述。[第一對比實施例]圖2A和圖2B示出了根據第一對比實施例的光接收器裝置的示意圖。圖2A示出了光接收器裝置的俯視圖。圖2B示出了沿圖2A的線A-A’所取的局部剖視圖。光接收元件10具有設置在半導體基底10-1的正面上的光接收元件臺面(mesa) 10-2(光接收部分)、設置在光接收臺面10_2兩側的偽(dummy)臺面10_3、以及設置在半導體基底10-1的反面上的透鏡10-4。圖2A示出了光接收元件臺面10-2和偽臺面10-3的電路圖。光接收元件臺面10-2的上表面由p型半導體制成。作為陽極電極的輸出電極10-21設置在光接收元件臺面10-2的上表面上。作為陰極電極的電源電極10-31設置在每個偽臺面10-3的上表面上。電源電極10-31從作為光接收元件臺面10-2的下部的n型半導體區域引入。透鏡10-4采集進入的信號光并且將所采集的信號光提供給光接收元件臺面 10-2。光接收元件10安裝在光接收元件載體30上。光接收元件載體30由諸如陶瓷之類的絕緣體制成。信號圖案30-1和電源圖案30-2設置在光接收元件載體30的表面上。信號圖案30-1耦接到光接收元件臺面10-2的輸出電極10-21。電源圖案30-2耦接到每個偽臺面10-3的電源電極10-31。電源圖案30-2耦接到正電源。從而,光接收元件10通過電源圖案30-2承受反向偏壓。另一方面，圖I的TIA 20包括由半導體制成的TIA芯片20_1。TIA芯片20_1具有示意地示出的放大器元件21。TIA芯片20-1具有反饋電阻器、電源電路等。信號導體20-11耦接到放大器元件21的輸入端。信號導體20-11具有信號電極20-111。接地電極20-12設置在信號導體20-11和信號電極20-111的兩側。接地電極20-12通過通孔電極20-13耦接到反面的地電位。信號電極20-111和接地電極20-12作為具有給定特性阻抗的輸入端。光接收元件載體30和TIA芯片20-1安裝在基體載體(base carrier) 50上。基體載體50由導體制成并且耦接到地電位。地電位通過TIA芯片20-1的通孔電極20-13耦接到接地電極20-12。接合線40將設置在光接收元件載體30上的信號圖案30-1與設置在TIA芯片20-1上的信號電極20-111耦接在一起。對光接收器裝置的高頻特性的需要逐年增長。例如，縮小光接收元件臺面10-2的尺寸并且減小寄生電容可以改進光接收元件10的高頻特性。但是，當進一步縮小光接收元件臺面10-2的尺寸時，在光接收元件臺面10-2的光接收區域中可能不能獲得光耦合。根據以下實施例的光接收器裝置改進了高頻特性。 [第一實施例]圖3A和圖3B示出了根據第一實施例的光接收器裝置100。圖3A示出了光接收器裝置100的俯視圖。圖3B示出了沿圖3A的線B-B’所取的局部剖視圖。在第一實施例中，本發明被應用于采用圖2中所示光接收元件10的光接收器裝置。在圖3A和圖3B中，光接收元件10具有與圖2A和圖2B所示相同的結構。光接收元件10具有設置在半導體基底10-1的正面上的光接收元件臺面10-2和偽臺面10-3。另夕卜，圖3A示出了光接收元件臺面10-2和偽臺面10-3的電路圖。光接收元件臺面10-2具有p-i-n型的光接收元件結構。例如，半導體基底10_1由InP制成。并且，光接收臺面10-2的p-i-n結構具有這樣的結構，其中從基底側開始順序層疊11型111 、;[型(或n型)InGaAs、以及p型InGaAs。在該實施例中,光接收元件臺面10-2的上表面作為陽極端，而光接收元件臺面10-2的下表面(基底側)作為陰極端。作為光接收元件10的輸出端(并且作為第一電極)的輸出電極10-21設置在光接收元件臺面10-2的上表面上。偽臺面10-3設置在光接收元件臺面10-2的兩側。電源電極10-31(作為第二電極)設置在每個偽臺面10-3的上表面上。偽臺面10-3不使用電。偽臺面10-3將光接收元件臺面10-2陰極端的電位提取到與光接收元件臺面10-2 —樣高。在該實施例中，正電位(例如，5V)耦接到電源電極10-31。因此，光接收元件10承受反向偏壓。透鏡10-4設置在半導體基底10-1的反面上。透鏡10-4采集入射光并將所采集的光提供給光接收元件臺面10-2。光接收元件載體30由諸如陶瓷之類的絕緣體制成。信號圖案30-1根據設置在光接收元件10的光接收元件臺面10-2上的輸出電極10-21而設置在光接收元件載體30上。電源圖案30-2根據設置在每個偽臺面10-3上的電源電極10-31設置在信號圖案30-1的兩側。兩個電源圖案30-2在光接收元件載體30上的一區域中耦接到一起，并且它們都耦接到正電源。信號圖案30-1與電源圖案30-2之間的距離被確定為形成具有給定特性阻抗的傳輸線。信號圖案30-1與電源圖案30-2設置在與其上安裝有光接收元件載體30的光接收元件10的面成直角的面上。光接收元件載體30的兩個電源圖案30-2上分別具有作為第一電容器的電容器31。電容器31具有上表面電極31-1和下表面電極31-2。下表面電極31-2與電源圖案30-2耦接到一起。另ー方面，作為放大器裝置的TIA芯片20-1例如由InP制成。TIA芯片20_1具有包括HBT (異質結雙極晶體管)的放大器元件21。信號導體21-11耦接到放大器元件21的輸入端。信號電極20-111設置在信號導體20-11的邊緣上。接地電極20-12設置在信號導體20-11與信號電極20-111的兩側。通孔電極20-13設置在接地電極20-12上，并且耦接到設置在TIA芯片20_1的反面上的反面電極。信號電極20-111和接地電極20-12作為具有給定阻抗的輸入端。信號導體20-11和接地電極20-12將輸入端(信號電極20-111與接地電極20-12)與放大器元件21耦接在一起，并且形成具有給定特性阻抗的傳輸線。TIA芯片20-1和安裝光接收元件10的光接收元件載體30均安裝在由諸如鎢銅(Cuff)或鐵鎳鈷(FeNiCo)之類的導體制成的基體載體50上。基體載體50耦接到地電位并 且將該地電位施加給TIA芯片20-1的反面電極。接合線40 (作為第一耦接導體)將設置在光接收元件載體30上的信號圖案30-1與耦接到TIA芯片20-1的信號導體20-11的信號電極20-111耦接在一起。接合線41 (作為第二耦接導體)將安裝在每個電源圖案30-2上的電容器31的上表面電極31-1與TIA芯片20-1的每個接地電極20-12耦接在一起。使用該結構，在考慮到高頻波的情況下，將耦接到向光接收元件10施加反向偏壓的電源的電極(在該實施例中，其為光接收元件10的電源電極10-31)與TIA芯片20-1上的接地電極20-12耦接到一起。根據該實施例，從高頻波來看，改進了光接收元件10的基準電位(光接收元件10的電源電極10-31)與TIA芯片20-1上的接地電極20-12之間的共用性。這可以使得從光接收元件10到TIA芯片20-1的信號路徑的傳輸特性得到改進。由于耦接是在其中設置有TIA芯片20-1的信號導體20-11的上表面側上使用接合線40和41建立的，因此抑制了不必要的電感。使用該結構，改進了光接收器裝置100的高頻特性。在該實施例中，通過將正電源耦接到陰極端來對光接收元件10施加反向偏壓。但是，這種結構不限于該實施例。例如，也可以通過向陽極端施加負偏壓來對光接收元件10施加反向偏壓。[第二實施例]接下來，將給出第二實施例的描述。第二實施例采用使用平衡型光接收元件的光接收器裝置。圖4示出了根據第二實施例的光接收器裝置101的電路結構。如圖4所示，在光接收器裝置101中，光接收元件IOa和光接收元件IOb以單向級聯耦接的結構彼此耦接。輸出信號從兩個光接收元件IOa和IOb的公共耦接點提取。這兩個光接收元件IOa和IOb的另一端均耦接到向其施加反向偏壓的電源。在圖4中，光接收元件IOa的另一端耦接到正電源，而光接收元件IOb的另一端耦接到負電源。從公共耦接點提取的輸出信號饋入TIA 20中。TIA 20將該輸出信號轉換為電壓信號。具有反相的光信號I和2分別光耦接到兩個光接收元件IOa和10b。從而，可以放大來自光接收元件IOa和IOb的信號幅度。該實施例在進行了相位調制的數字光信號的光電轉換中更加優選。
圖5示出了光接收器裝置101的俯視圖。圖5中所示的與第一實施例相同的部件具有與第一實施例相同的參考標號。光接收元件10具有光接收元件臺面10-2和10-5，它們作為構成半導體基底10-1的正面上的平衡型光接收元件的兩個光接收元件IOa和10b。偽臺面10-3被布置為鄰近光接收元件臺面10-2。光接收元件臺面10-2和光接收元件臺面10-5以級聯的結構彼此耦接。圖5示出了光接收元件臺面10-2和10-5以及偽臺面10-3的電路圖。光接收元件臺面10-2的上表面作為兩個光接收部分的公共耦接點。作為平衡型光接收元件的輸出端的輸出電極10-21設置在光接收元件臺面10-2的上表面上。耦接到用于向光接收元件臺面10-5施加反向偏壓的負電源的負電源電極10-51設置在光接收元件 臺面10-5的上表面上。耦接到用于向光接收元件臺面10-2施加反向偏壓的正電源的正電源電極10-31設置在偽臺面10-3的上表面上。即，正電源電極10-31和負電源電極10-51作為施加電功率的電極(第二電極)。在考慮到高頻波的情況下，相對于信號電極10-21，正電源電極10-31和負電源電極10-51具有基準電位。透鏡10-4根據光接收元件臺面10-2和10-5設置在半導體基底10-1的反面上。電源圖案30-2和30-3設置在光接收元件載體30上的信號圖案30_1的兩側。電源圖案30-2與電源圖案30-3電隔離。電源圖案30-2耦接到偽臺面10_3的正電源電極10-31，并且耦接到外部正電源。電源圖案30-3耦接到光接收元件臺面10-5的負電源電極10-51，并且耦接到外部負電源。電容器31安裝在電源圖案30-2上。電容器32安裝在電源圖案30-3上。電容器31的下表面電極耦接到電源圖案30-2。電容器32的下表面電極耦接到電源圖案30-3。電容器31和32的上表面電極31-1和32-1通過接合線分別耦接到每個接地電極20-12。在該實施例中，TIA芯片20-1的兩個接地電極20-12中的一個通過電容器31耦接到與正電源相耦接的電源圖案30-2。另一個接地電極通過電容器32耦接到與負電源相耦接的電源圖案30-3。在該實施例中，和第一實施例一樣，也改進了從光接收元件10到TIA芯片20-1的信號路徑的傳輸特性。盡管在該實施例中平衡型光接收元件耦接在正電源與負電源之間，但是光接收元件也可以耦接在正電源與地電位之間。在該情況下，光接收元件臺面10-5的負電源電極10-51通過電源圖案30-3耦接到地電位。并且，電容器32可以被移除，而電源圖案30-3可以通過接合線41直接耦接到接地電極20-12。[第三實施例]接下來，將給出第三實施例的描述。在第三實施例中，接合線42將電容器31和32的上表面電極31-1和32-1耦接在一起。其他結構與第二實施例相同。圖6示出了根據第三實施例的光接收器裝置102。圖6示出了光接收元件臺面10-2和10-5以及偽臺面10-3的電路圖。在光接收器裝置102中，耦接到平衡型光接收元件10的電源通過隔直流部分耦接在一起。在該實施例中，電容器31和32被用作隔直流部分。可以提供另一電容器，并且在隔直流之后，電容器31和32的電位可以耦接在一起。根據該實施例，考慮高頻波而將兩個電源在平衡型光接收元件10中耦接在一起。兩個電源與TIA芯片20-1的傳輸路徑的地電位耦接在一起。使用該結構，進一步改進了高頻特性。
圖7示出了根據第三實施例的光接收器裝置102的歸ー化的光電轉換増益的頻率特性。另外，圖7示出了第二對比實施例的頻率特性。第二對比實施例具有這樣的結構，其中移除了圖6中的電容器31和32以及接合線41和42。如圖7所示，對于第二對比實施例，3dB帶寬約為16GHz。相比之下，在第三實施例中，3dB帶寬約為20GHz。因此，圖7意味著第三實施例中改進了高頻特性。[第四實施例]
接下來，將給出第四實施例的描述。圖8示出了根據第四實施例的光接收器裝置103的俯視圖。在該實施例中，作為第二電容器的電容器33和34進ー步設置在第三實施例的結構中的光接收元件載體30上。圖8示出了光接收元件臺面10-2和10-5以及偽臺面10-3的電路圖。與作為第一電容器的電容器31和32 —樣，電容器33和34也具有上表面電極和下表面電極。電容器33的下表面電極耦接到光接收元件載體30上的電源電極30-2。電容器34的下表面電極耦接到光接收元件載體30上的電源電極30-3。電容器34的上表面電極34-1通過接合線43耦接到電容器31的上表面電極31-1。電容器33的上表面電極
33-1通過接合線44耦接到電容器32的上表面電極32-1。電容器33和34的電容量比電容器31和32的電容量大，并且電容器33和34的通頻帶比電容器31和32的通頻帶小。當提供電容器33和34時，基準電位與接地電極20-12在寬頻帶中共用。從而，進ー步改善了高頻特性。[第五實施例]以下將給出第五實施例的描述。圖9示出了根據第五實施例的光接收器裝置104的俯視圖。在光接收器裝置104中，第四實施例的電容器33和34設置在基體載體50上。圖9示出了光接收元件臺面10-2和10-5以及偽臺面10-3的電路圖。電容器33和34的下表面電極耦接到基體載體50，從而接地。與第四實施例一祥，電容器33的上表面電極33-1耦接到電容器32的上表面電極，并且電容器34的上表面電極
34-1耦接到電容器31的上表面電極。在該實施例中，對于直流，電容器31和32的上表面的電位被電容器33和34阻擋，并且在考慮到高頻波的情況下，電容器31和32的上表面的電位耦接到基體載體50的地電位。基體載體50的地電位通過通孔電極20-13耦接到TIA芯片20-1的接地電極20-12的地電位。從而，上表面電極31-1和32-1通過基體載體50與接地電極20-12耦接在一起。在該實施例中，電容器33和34設置在基體載體50上。因此，光接收器裝置104的安裝比光接收器裝置103的安裝更容易。在該實施例中，電容器33和34安裝在基體載體50上。因此，接合線43和44比第四實施例的情況更長。但是，電容器33和34通過比電容器31和32頻帶低的頻帶。因此，較長的接合線43和44的電感對較低頻帶不具有太大影響。根據上述實施例，提供了ー種具有改善了的高頻特性的光接收器裝置。本發明不限于上述實施例。光接收元件10可以是利用雪崩倍増的APD(雪崩光電ニ極管)。盡管在上述實施例中光接收元件10安裝在光接收元件載體30上，但是光接收元件10也可以安裝在基體載體50上。在該情況下，基體載體50可以由絕緣體制成，并且信號圖案30-1以及電源圖案30-2和30-3可以設置在基體載體50上作為圖案。電容器31和32可以安裝在設置在基體載體50上的電源圖案30-2和30-3上。 光接收元件10可以安裝在TIA芯片20-1上。在該情況下，信號圖案30_1以及電源圖案30-2和30-3可以安裝在TIA芯片20_1上作為圖案。電容器31和32可以設置在TIA芯片20-1上。可替換地，電容器31和32可以由TIA芯片20_1上的MM(金屬-絕緣體-金屬)電容器制成。在第一至第三實施例中，在TIA芯片20-1的接地電極20-12中設置有通孔電極。但是，該結構不總是必須的。在上述實施例中，用于信號傳輸的基準電位從光接收元件10通過電容器31和32耦接到接地電極20-12。因此，即使TIA芯片20_1的接地電極20-12不耦接到TIA芯片20-1的地電位，但考慮到高頻波，接地電極20-12也接地。可以使用平衡型光接收元件，并且進行了相位調制的光信號可以被轉換為電信號。可以使用多個光接收器裝置作為一個光接收單元以用于DP-QPSK (雙極化正交相移鍵控)光通信。在第二至第五實施例中，兩個光接收部分(光接收元件臺面10-2和10-5)集成在公共的半導體基底上作為平衡型光接收元件10。但是，該結構不限于上述實施例。例如，平衡型光接收元件可以具有這樣的結構，其中分離的光接收元件芯片可以以級聯耦接結構相耦接。本發明不限于具體公開的實施例和變型，在不脫離本發明的范圍的情況下，還可以包括其他實施例和變型。
權利要求
1.ー種光接收器裝置，包括 光接收元件，其具有第一電極和第二電極，所述第一電極作為輸出電極，以及所述第二電極耦接到不同于地電位的電位； 放大器裝置，其上表面上具有放大器元件、連接端子，所述連接端子包括信號電極和接地電極； 第一導體，其將所述光接收元件的第一電極的電位耦接到所述信號電極，所述第一導體從所述放大器裝置的上表面側引入；以及 第二導體，其將所述光接收元件的第二電極的電位耦接到所述接地電極，所述第二導體從所述放大器裝置的上表面側引入。
2.如權利要求I所述的光接收器裝置，其中所述接地電極設置在所述信號電極的兩偵れ
3.如權利要求I所述的光接收器裝置，其中 所述光接收元件具有其中兩個光接收部分以級聯耦接結構相耦接的結構； 所述第一電極是所述兩個光接收部分的公共耦接點；以及 所述第二電極是所述兩個光接收部分的位于所述公共耦接點的相對側的電極中的至少ー個。
4.如權利要求I至3中任一項所述的光接收器裝置，其中所述光接收元件安裝在光接收元件載體上，所述光接收元件載體具有提取所述第一電極的電位的第一圖案和提取所述第二電極的電位的第二圖案。
5.如權利要求4所述的光接收器裝置，其中 所述第二圖案設置在所述第一圖案的兩側；以及 第一電容器設置在所述第二圖案的兩側。
6.如權利要求4所述的光接收器裝置，其中 所述第一導體是將所述第一圖案與所述信號電極耦接的接合線；以及 所述第二導體是將所述第二圖案上的第一電容器與所述接地電極耦接的接合線。
7.如權利要求3所述的光接收器裝置，其中所述公共耦接點的相對側的電極耦接到不同于地電位的電位。
8.如權利要求3或7所述的光接收器裝置，其中公共耦接點的相對側的電極通過隔直流部分稱接在一起。
9.如權利要求8所述的光接收器裝置，其中所述隔直流部分為第一電容器。
10.如權利要求I所述的光接收器裝置，其中電容量大于第一電容器的電容量的第二電容器與第一電容器并聯地耦接到所述第二電極的電位。
全文摘要
本發明提供了一種光接收器裝置，其包括光接收元件，其具有第一電極和第二電極，第一電極作為輸出電極，第二電極耦接到不同于地電位的電位；放大器裝置，其上表面上具有放大器元件、連接端子，連接端子包括信號電極和接地電極；第一導體，其將光接收元件的第一電極的電位耦接到信號電極，該第一導體從放大器裝置的上表面側引入；以及第二導體，其將光接收元件的第二電極的電位耦接到接地電極，該第二導體從放大器裝置的上表面側引入。
文檔編號H04B10/12GK102761362SQ20111010578
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者武智勝, 澤田宗作, 立巖義弘 申請人:住友電氣工業株式會社