JPH02150089A - オプトエレクトロニク送・受信装置 - Google Patents
オプトエレクトロニク送・受信装置Info
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- JPH02150089A JPH02150089A JP1256917A JP25691789A JPH02150089A JP H02150089 A JPH02150089 A JP H02150089A JP 1256917 A JP1256917 A JP 1256917A JP 25691789 A JP25691789 A JP 25691789A JP H02150089 A JPH02150089 A JP H02150089A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/40—Transceivers
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G02B6/4246—Bidirectionally operating package structures
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- G—PHYSICS
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- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/103—Integrated devices the at least one element covered by H10F30/00 having potential barriers, e.g. integrated devices comprising photodiodes or phototransistors
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光送信器と、光受信器と、波長選択性ビーム
スプリッタ−と、接続ファイバーを備えた光結合器と、
光送信器のための駆動回路および光受信器のための前置
増幅器回路を含む制御装置とを備えたオプトエレクトロ
ニク送・受信装置に関する。
スプリッタ−と、接続ファイバーを備えた光結合器と、
光送信器のための駆動回路および光受信器のための前置
増幅器回路を含む制御装置とを備えたオプトエレクトロ
ニク送・受信装置に関する。
オプティカルおよびオプトエレクトロニク送・受信機能
を有する光導波路デバイスの構成は比較的費用が掛かる
。というのは、非常に種々異なっている機能はハイブリ
ッド構成によって纏められる種々異なった材料を必要と
するからである。このことは特に高帯域加入者ステーシ
ランの接続デバイスである両方向性送・受信（ジーール
に当てはまる。このような変換器がコスト的に良好に製
作可能になるならば、この技術は高範囲に亘って使用さ
れるようになるであろう。
を有する光導波路デバイスの構成は比較的費用が掛かる
。というのは、非常に種々異なっている機能はハイブリ
ッド構成によって纏められる種々異なった材料を必要と
するからである。このことは特に高帯域加入者ステーシ
ランの接続デバイスである両方向性送・受信（ジーール
に当てはまる。このような変換器がコスト的に良好に製
作可能になるならば、この技術は高範囲に亘って使用さ
れるようになるであろう。
この種の送・受信装置を出来る限り僅かな費用でもって
実現することは既に行われている。その場合、現在開発
が行われているいわゆるフリービームモジュールが得ら
れる０種々異なった材料から成る非常に多くの部品を有
するマウント技術に関するこの解決方法の他に、■−Ｖ
族化合物半導体から成るオプティカルおよびオプトエレ
クトロニクチップを用いたマルチチップ方法を用いてこ
の問題を克服することも行われている。
実現することは既に行われている。その場合、現在開発
が行われているいわゆるフリービームモジュールが得ら
れる０種々異なった材料から成る非常に多くの部品を有
するマウント技術に関するこの解決方法の他に、■−Ｖ
族化合物半導体から成るオプティカルおよびオプトエレ
クトロニクチップを用いたマルチチップ方法を用いてこ
の問題を克服することも行われている。
本発明は、冒頭で述べた種類のオプトエレクトロニク送
・受信装置において、出来る限り多数の個別部品を、構
成技術が僅かな費用で済みかつ経済的に製作可能であり
従ってコスト的に良好である半導体デバイス内に組込む
か集積することを課題とする。
・受信装置において、出来る限り多数の個別部品を、構
成技術が僅かな費用で済みかつ経済的に製作可能であり
従ってコスト的に良好である半導体デバイス内に組込む
か集積することを課題とする。
この課題を解決するために、本発明は、光送信器が■−
ｖ族化合物半導体材料から構成されたレーザチップとし
てシリコンウェハ内に設けられ、光受信器が■−Ｖ族化
合物半導体材料から構成された受光ダイオードとして前
記シリコンウェハ内に設けられるか、または金属・半導
体ダイオードとしてシリコンウェハ内にモノリシックに
集積され、シリコンウェハ内には波長選択性ビームスプ
リッタ−と、制御装置と、光ガイドのために必要な光導
体と、光結合器とがモノリシックに集積されることを特
徴とする。
ｖ族化合物半導体材料から構成されたレーザチップとし
てシリコンウェハ内に設けられ、光受信器が■−Ｖ族化
合物半導体材料から構成された受光ダイオードとして前
記シリコンウェハ内に設けられるか、または金属・半導
体ダイオードとしてシリコンウェハ内にモノリシックに
集積され、シリコンウェハ内には波長選択性ビームスプ
リッタ−と、制御装置と、光ガイドのために必要な光導
体と、光結合器とがモノリシックに集積されることを特
徴とする。
本発明の有利な実施態様は請求項２以下に記載されてい
る。
る。
本発明によって得られる利点は特に、多数の個別部品の
代わりに、オプトエレクトロニク送・受信装置が十分な
モノリシックシリコン構成技術にて製作されることにあ
る。その際、第１の透過ウィンドーの当該波長範囲（約
１．３μｍ）および第２の透過ウィンドーの当該波長範
囲（約１．５μｍ）ではシリコンはほぼ完全に透明であ
るということが利用される。このシリコン構成技術は必
要な機械的、光学的および電子的機能を出来る限り集積
化するためにシリコンマイク−メカニクス技術およびＩ
Ｃ技術を使用する。このことからチップとして使用する
ことの出来るモジュールは高々２個、つまりエレクトロ
オプティク変換器（レーザ）および必要な場合にはオプ
トエレクトロニク変換器（受光ダイオード）にすぎない
、これらのチップは必要な場合には増幅器機能を含むこ
とも出来る。
代わりに、オプトエレクトロニク送・受信装置が十分な
モノリシックシリコン構成技術にて製作されることにあ
る。その際、第１の透過ウィンドーの当該波長範囲（約
１．３μｍ）および第２の透過ウィンドーの当該波長範
囲（約１．５μｍ）ではシリコンはほぼ完全に透明であ
るということが利用される。このシリコン構成技術は必
要な機械的、光学的および電子的機能を出来る限り集積
化するためにシリコンマイク−メカニクス技術およびＩ
Ｃ技術を使用する。このことからチップとして使用する
ことの出来るモジュールは高々２個、つまりエレクトロ
オプティク変換器（レーザ）および必要な場合にはオプ
トエレクトロニク変換器（受光ダイオード）にすぎない
、これらのチップは必要な場合には増幅器機能を含むこ
とも出来る。
内部設置または外部設置されるチップは■−Ｖ族半導体
材料、特にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰから構成される。
材料、特にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰから構成される。
シリコン内でのその他の機能は次の通りである。
〔光ガイド〕シリコン内に光学的に有効にドーピングさ
れた層またはシリコン−酸化物−窒素酸化物層を備えた
シリコン細片としてまたは条帯状導体としてシリコン上
に形成された誘電体光導体によって行われる。
れた層またはシリコン−酸化物−窒素酸化物層を備えた
シリコン細片としてまたは条帯状導体としてシリコン上
に形成された誘電体光導体によって行われる。
〔ファイバー内への光入射〕ファイバーの固定のための
窪みまたは溝を用いたシリコン−光導体組合わせによっ
て行われる。突合わせ結合原理（バット・カップリング
）が使用される。または、光結合器は光導波路の舌片状
端部と接続ファイバーとをファイバーのスプライシング
にて接合した溶接接合部でもよい。
窪みまたは溝を用いたシリコン−光導体組合わせによっ
て行われる。突合わせ結合原理（バット・カップリング
）が使用される。または、光結合器は光導波路の舌片状
端部と接続ファイバーとをファイバーのスプライシング
にて接合した溶接接合部でもよい。
〔光の東線化〕シリコンマイクロメカニクス手段によっ
て製作可能であるレンズまたはフレネル光学素子によっ
て行われる。
て製作可能であるレンズまたはフレネル光学素子によっ
て行われる。
（電流の案内ならびに電気的絶縁）ＩＣ技術に基づいて
シリコンに内部設置または外部設置された導体路および
絶縁手段によって行われる。
シリコンに内部設置または外部設置された導体路および
絶縁手段によって行われる。
〔光パワーの測定および変換〕受光ダイオードまたはモ
ニター用ダイオードが金属−半導体ダイオードとして、
特に白金シリサイドシッットキーバリャーダイオードと
してシリコンウェハ内に設けられる。または、熱に変換
されたレーザチップ光線に感応する基本センサとして拡
散シリコン領域、ダイオードまたはトランジスタを備え
てブリッジ回路内に組込まれたボロメータ−１もしくは
シリコン内に集積されたレーザチップの温度測定手段を
使用することが出来る。
ニター用ダイオードが金属−半導体ダイオードとして、
特に白金シリサイドシッットキーバリャーダイオードと
してシリコンウェハ内に設けられる。または、熱に変換
されたレーザチップ光線に感応する基本センサとして拡
散シリコン領域、ダイオードまたはトランジスタを備え
てブリッジ回路内に組込まれたボロメータ−１もしくは
シリコン内に集積されたレーザチップの温度測定手段を
使用することが出来る。
〔光のフィルタリングまたは遮蔽〕シリコン上の金属層
および誘電体層、もしくはシリコン表面の光学的格子に
よつて行われる。異なった波長のために必要なフィルタ
リング（ＷＤＭ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｄｉｖｔｓｉ
ｏｎ−ＭｕｌｔｉｐＩｅｘｉｎｇ−Ｆｉｌ’ｔｅｒ、波
長分割マルチブレクシングフィルター）はシリコン内に
導波路を備えた方向性結合器としてまたは表面格子とし
て実現することが出来る。
および誘電体層、もしくはシリコン表面の光学的格子に
よつて行われる。異なった波長のために必要なフィルタ
リング（ＷＤＭ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｄｉｖｔｓｉ
ｏｎ−ＭｕｌｔｉｐＩｅｘｉｎｇ−Ｆｉｌ’ｔｅｒ、波
長分割マルチブレクシングフィルター）はシリコン内に
導波路を備えた方向性結合器としてまたは表面格子とし
て実現することが出来る。
〔電気信号の増幅〕受光ダイオードにおけるようなまた
は高帯域増幅器のシリコン内への通常の集積化における
ような金属−半導体−ＰｔＳｉ技術のトランジスタによ
って行われる。
は高帯域増幅器のシリコン内への通常の集積化における
ような金属−半導体−ＰｔＳｉ技術のトランジスタによ
って行われる。
特に有利なことは、部品を（ウェハと共に）製作するこ
とができ、かつ同様に事前検査もしくは経年変化試験を
行うことが出来ることである。完全な機能部品だけが組
立てによって再加工される。
とができ、かつ同様に事前検査もしくは経年変化試験を
行うことが出来ることである。完全な機能部品だけが組
立てによって再加工される。
従って補修は回避される。
完成品装置はヒートシンクとしても使用される例えば底
板上に組立てられる。この底板はカバーとして外側へ向
くキャップを担持し、かつ光導波路のホルダーを担持し
ている。
板上に組立てられる。この底板はカバーとして外側へ向
くキャップを担持し、かつ光導波路のホルダーを担持し
ている。
さらに、完成品装置は底板およびヒートシンクとして使
用されかつファイバーホルダーおよびコネクタホルダー
を含むリードフレーム条帯上に組立てられる。このよう
な装置は特に高周波数の要求に対しても特にコスト的に
良好に構成することが出来る。というのは、高帯域モジ
ュールのデータ量は１ギガビット／秒以上の範囲にまで
広がうているからである。リードフレーム構成における
装置のカプセル化は金属−セラミックス技術にて、例え
ばガラス化または接着されたセラミックキャップおよず
金属キャップを用いて、またはファイバーホルダー内に
簡単に入れることの出来るプラスチックケースによって
行うことが出来る。プラスチックケースの場合には、シ
リコン基体と特に同様にシリコンから成るカバーとが設
けられる。
用されかつファイバーホルダーおよびコネクタホルダー
を含むリードフレーム条帯上に組立てられる。このよう
な装置は特に高周波数の要求に対しても特にコスト的に
良好に構成することが出来る。というのは、高帯域モジ
ュールのデータ量は１ギガビット／秒以上の範囲にまで
広がうているからである。リードフレーム構成における
装置のカプセル化は金属−セラミックス技術にて、例え
ばガラス化または接着されたセラミックキャップおよず
金属キャップを用いて、またはファイバーホルダー内に
簡単に入れることの出来るプラスチックケースによって
行うことが出来る。プラスチックケースの場合には、シ
リコン基体と特に同様にシリコンから成るカバーとが設
けられる。
部品のためのマウント技術としては特にグイボンディン
グとワイヤボンディングとを組合わせて使用することが
好ましい。
グとワイヤボンディングとを組合わせて使用することが
好ましい。
さらに、今日のモジュール構成技術を補うために本発明
によるシリコン構成技術は金属−半導体トランジスタお
よび金属−半導体ダイオードを使用出来るようにしたと
いう利点が奏される。
によるシリコン構成技術は金属−半導体トランジスタお
よび金属−半導体ダイオードを使用出来るようにしたと
いう利点が奏される。
（実施例〕
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。
。
図は本発明の一実施例を示す概略図である。
図示されたオプトエレクトロニク送・受信装置は主とし
て光送信器としてのレーザチップ１と、光受信器として
のフォトダイオードチップ２とから構成されている。チ
ップ１．２は両チップまたは一方のレーザチップｌが■
−Ｖ族化合物半導体、特にＩ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ Ｐから構成され、シリコンウェハ３内に
設けられ、このシリコンウェハに例えば接着によって固
定されている。シリコンウェハ３内にモノリシックに集
積可能な構成要素として、光受信器２は金属−半導体ダ
イオード、特に白金シリサイド・シッットキーバリャー
ダイオードとしてもウェハ３内に設けることが出来る。
て光送信器としてのレーザチップ１と、光受信器として
のフォトダイオードチップ２とから構成されている。チ
ップ１．２は両チップまたは一方のレーザチップｌが■
−Ｖ族化合物半導体、特にＩ ｎ Ｐ ／ Ｉ ｎ Ｇ
ａ Ａ ｓ Ｐから構成され、シリコンウェハ３内に
設けられ、このシリコンウェハに例えば接着によって固
定されている。シリコンウェハ３内にモノリシックに集
積可能な構成要素として、光受信器２は金属−半導体ダ
イオード、特に白金シリサイド・シッットキーバリャー
ダイオードとしてもウェハ３内に設けることが出来る。
光入射および光出射のために光導波路として単一モード
形接続ファイバー・９が備えられている。接続ファイバ
ー９を固定するためにシリコンウェハ３には、異方性エ
ツチングによって製作可能である例えば■形溝が形成さ
れている。シリコンウェハ３内に集積されている光導波
路７に接続ファイバー９を結合するための光結合器８と
して、例えば“バットカプラー（Ｂｕｔｔ Ｃｏｕｐ
ｌｅｒ）”または導波路舌片が使用され、これらはファ
イバー９に溶接される。他の適当な結合または固定手段
としては、′サーモソニック（Ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ
）”または“ネイルヘッド（Ｎａｔｌｈｅａｄ）”結合
（ボンディング）が知られている。
形接続ファイバー・９が備えられている。接続ファイバ
ー９を固定するためにシリコンウェハ３には、異方性エ
ツチングによって製作可能である例えば■形溝が形成さ
れている。シリコンウェハ３内に集積されている光導波
路７に接続ファイバー９を結合するための光結合器８と
して、例えば“バットカプラー（Ｂｕｔｔ Ｃｏｕｐ
ｌｅｒ）”または導波路舌片が使用され、これらはファ
イバー９に溶接される。他の適当な結合または固定手段
としては、′サーモソニック（Ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ
）”または“ネイルヘッド（Ｎａｔｌｈｅａｄ）”結合
（ボンディング）が知られている。
装置のために必要な他の構成要素はシリコンウェハ３内
にモノリシックに集積される。波長選択性ビームスプリ
ッタ−４として方向性結合器または他の適当な波長マル
チプレクサ／デマルチプレクサが使用される。レーザダ
イオードｌの駆動回路５ならびに受光ダイオード２の増
幅器回路６はシリコンウェハ３内にモノリシックに集積
されている。調節器段と駆動段とを含む駆動回路５のた
めの電気信号入力端には符号１０が付され、モニター用
ダイオード１３の電気モニター用出力端には符号１１が
付されている。受光ダイオード２の前置増幅器回路６の
電気出力端には符号１２が付されている。送信器チップ
１と光導波路７との光結合１４、および受信器チップ２
と光導波路７との光結合１４は、例えば多層式ブレーナ
形導波路カプラー、チーバードカプラーまたはグレーテ
ィングカプラーによって行われる。
にモノリシックに集積される。波長選択性ビームスプリ
ッタ−４として方向性結合器または他の適当な波長マル
チプレクサ／デマルチプレクサが使用される。レーザダ
イオードｌの駆動回路５ならびに受光ダイオード２の増
幅器回路６はシリコンウェハ３内にモノリシックに集積
されている。調節器段と駆動段とを含む駆動回路５のた
めの電気信号入力端には符号１０が付され、モニター用
ダイオード１３の電気モニター用出力端には符号１１が
付されている。受光ダイオード２の前置増幅器回路６の
電気出力端には符号１２が付されている。送信器チップ
１と光導波路７との光結合１４、および受信器チップ２
と光導波路７との光結合１４は、例えば多層式ブレーナ
形導波路カプラー、チーバードカプラーまたはグレーテ
ィングカプラーによって行われる。
図は本発明の一実施例を示す概略図である。
ｌ・・・光送信器
２・・・光受信器
３・・・シリコンウェハ
４・・・波長選択性ビームスプリッタ−５・・・駆動回
路 ６・・・増幅器回路 ７・・・光導波路 ８・・・光結合器 ９・・・ファイバー １０・・・電気信号入力端 １１・・・電気モニター用出力端 １２・・・電気出力端 １３・・・モニター用ダイオード
路 ６・・・増幅器回路 ７・・・光導波路 ８・・・光結合器 ９・・・ファイバー １０・・・電気信号入力端 １１・・・電気モニター用出力端 １２・・・電気出力端 １３・・・モニター用ダイオード
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）光送信器と、光受信器と、波長選択性ビームスプリ
ッターと、接続ファイバーを備えた光結合器と、前記光
送信器のための駆動回路および前記光受信器のための前
置増幅器回路を含む制御装置とを備えたオプトエレクト
ロニク送・受信装置において、前記光送信器（１）はI
II−Ｖ族化合物半導体材料から構成されたレーザチップ
としてシリコンウェハ（３）内に設けられ、前記光受信
器（２）はIII−Ｖ族化合物半導体材料から構成された
受光ダイオードとして前記シリコンウェハ（３）内に設
けられるか、または金属・半導体ダイオードとして前記
シリコンウェハ（３）内にモノリシックに集積され、前
記シリコンウェハ（３）内には前記波長選択性ビームス
プリッター（４）と、前記制御装置（５、６）と、光ガ
イドのために必要な光導体（７）と、前記光結合器（８
）とがモノリシックに集積されることを特徴とするオプ
トエレクトロニク送・受信装置。 ２）光導波路（７）はシリコン内に光学的に有効にドー
ピングされた層またはシリコン−酸化物−窒素酸化物層
を備えたシリコン細片としてまたは条帯状導体としてシ
リコン上に形成されることを特徴とする請求項１記載の
装置。 ３）前記光結合器（８）は前記接続ファイバー（９）を
固定するために前記シリコンウェハ（３）に設けられた
窪みまたは溝を用いたシリコン−光導体（７）組合わせ
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の装置。 ４）前記光結合器（８）は突合わせ結合原理（バット・
カップリング）を使用することを特徴とする請求項１な
いし３の１つに記載の装置。 ５）前記光結合器（８）は前記光導波路（７）の舌片状
端部と前記接続ファイバー（９）とをファイバーのスプ
ライシングにて接合した溶接接合部であることを特徴と
する請求項１ないし３の１つに記載の装置。 ６）前記波長選択性ビームスプリッター（４）は方向性
結合器または表面格子であることを特徴とする請求項１
ないし５の１つに記載の装置。 ７）光パワーの測定および変換のために前記制御装置（
５、６）内に集積されたモニター用ダイオード（１３）
またはボロメーターが使用されることを特徴とする請求
項１ないし６の１つに記載の装置。 ８）必要な電気導体路はＩＣ技術に基づいて前記シリコ
ンウェハ（３）内に集積されることを特徴とする請求項
１ないし７の１つに記載の装置。 ９）電気信号の増幅のために金属−半導体−ＰｔＳｉ技
術によるトランジスタまたは高帯域増幅器が前記シリコ
ンウェハ（３）内にモノリシックに集積されることを特
徴とする請求項１ないし８の１つに記載の装置。 １０）前記III−Ｖ族化合物半導体材料はＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰであることを特徴とする請求項１ないし９の
１つに記載の装置。 １１）前記駆動装置（５）はレーザダイオードチップ（
１）内に、前記前置増幅器回路（６）は前記受光ダイオ
ードチップ（２）内に集積されることを特徴とする請求
項１ないし１０の１つに記載の装置。 １２）前記シリコンウェハ（３）内にモノリシックに集
積された金属−半導体ダイオードとして形成された前記
受光ダイオード（２）またはモニター用ダイオード（１
３）は白金シリサイドショットキーバリヤーダイオード
であることを特徴とする請求項１ないし１１の１つに記
載の装置。 １３）完成品装置はオプトエレクトロニク送・受信モジ
ュールとして使用するために底板またはリードフレーム
上に設けられてカプセル化されると共に、光導波路接続
端子が設けられることを特徴とする請求項１ないし１２
の１つに記載の装置。
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