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JP3538731B2 - Submount for receiving photodiode - Google Patents

Submount for receiving photodiode

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Publication number
JP3538731B2
JP3538731B2 JP29236699A JP29236699A JP3538731B2 JP 3538731 B2 JP3538731 B2 JP 3538731B2 JP 29236699 A JP29236699 A JP 29236699A JP 29236699 A JP29236699 A JP 29236699A JP 3538731 B2 JP3538731 B2 JP 3538731B2
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JP
Japan
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light
wavelength
submount
layer
substrate
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美樹 工原
康博 猪口
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光を使って信号を
やり取りする装置の部品に関わり、特に二波長の光を同
時に送受信するような通信系の部品に関する。発光素子
(LD、LED)や受光素子(PD、APD)のような
能動部品でなく、これらの素子の基台になる受動部品、
特にサブマウントに関する。単純な素子であるトランジ
スタの場合、金属ケースがコレクタになっている。つま
りチップの底部がケースに直付けになっている。ダイオ
ードの場合も金属ケースにチップが直接に固定される。
ケース自体がアノードかカソードである。だからサブマ
ウントは不要である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to components of a device for exchanging signals using light, and more particularly to components of a communication system for simultaneously transmitting and receiving light of two wavelengths. Not passive components such as light-emitting devices (LD, LED) and light-receiving devices (PD, APD), but passive components that serve as the basis for these devices.
Especially regarding submounts. In the case of a transistor which is a simple element, a metal case serves as a collector. That is, the bottom of the chip is directly attached to the case. In the case of a diode as well, the chip is directly fixed to the metal case.
The case itself is the anode or cathode. So no submount is needed.

【0002】光学素子(LD、PD、LED)もダイオ
ードであり、カソードとアノードしかない。単純な二極
構造であるが事情が少し異なる。LDやPDの他にモニ
タ用PD、AMPなどがあるし回路の自由度を高めるた
めLD、PDのチップ側をグランドにすることができな
い場合がある。だから光学素子のチップ底部を直接にパ
ッケージ(ケース)にボンディングできない。この場合
にチップ底部とケースを電気的に遮断する必要がある。
そのためケースとチップの間に挿入される絶縁体板がサ
ブマウントである。また放熱を良くしたり、熱膨張係数
を合わせたり、高さ調整のためにもサブマウントが用い
られ、この場合は必ずしも絶縁体でなくてもよい。金属
ケースに収容される装置の場合、サブマウントというの
はパッケージ(ケース)とチップの間に挿入されパッケ
ージとチップを保持する機能をもつ受動部品である。だ
から両面にボンディング用のメタライズ面が設けられ
る。
An optical element (LD, PD, LED) is also a diode, and has only a cathode and an anode. Although it is a simple bipolar structure, the situation is slightly different. In addition to LDs and PDs, there are monitoring PDs, AMPs, and the like, and the chip side of the LDs and PDs may not be able to be grounded to increase the degree of freedom of the circuit. Therefore, the chip bottom of the optical element cannot be directly bonded to the package (case). In this case, it is necessary to electrically disconnect the chip bottom from the case.
Therefore, the insulator plate inserted between the case and the chip is a submount. A submount is also used for improving heat radiation, adjusting the thermal expansion coefficient, and adjusting the height. In this case, the submount is not necessarily required to be an insulator. In the case of a device housed in a metal case, a submount is a passive component inserted between a package (case) and a chip and having a function of holding the package and the chip. Therefore, metallized surfaces for bonding are provided on both surfaces.

【0003】近年平面実装型の送信、受信装置が開発さ
れている。その場合Siベンチ(Siプラットフォー
ム)の上にチップを固定しリードフレームに取り付け樹
脂パッケージによって覆うような構造になる。その場合
はリードフレームにチップを付けるということはない。
チップはSiベンチに取り付ける。直接に固定すること
もあるが高さを調整するために薄い部材を入れることも
ある。そのような矩形部材もサブマウントと呼ぶことが
ある。その場合、サブマウントはSiベンチとチップの
間に介在する受動部品ということになる。だからサブマ
ウントという概念も広がりを持つようになってきた。そ
れで本発明ではサブマウント或いは光学部品と呼ぶこと
にする。光学部品といっても本質はサブマウントであっ
てケースやベンチとチップの間に介在するものを意味す
る。
[0003] In recent years, a planar mounting type transmitting / receiving device has been developed. In this case, the structure is such that the chip is fixed on a Si bench (Si platform) and attached to a lead frame and covered with a resin package. In that case, the chip is not attached to the lead frame.
The chip is mounted on a Si bench. It may be fixed directly or may contain a thin member to adjust its height. Such a rectangular member may also be called a submount. In that case, the submount is a passive component interposed between the Si bench and the chip. That's why the concept of a submount has also expanded. Therefore, in the present invention, it will be referred to as a submount or an optical component. The optical component is essentially a submount, which means that it is interposed between the case or bench and the chip.

【0004】[0004]

【従来の技術】サブマウントはケースの上に直接固定さ
れその上にPD、LDチップを取り付ける。矩形の不透
明絶縁体で表面と裏面にはメタライズしてある。ケース
やチップをボンドするためにメタライズしておかなけれ
ばならない。ケース側から光が入ることはないのでサブ
マウントは当然に不透明である。チップの熱を除去する
ため熱伝導率が高いことも要求される。サブマウント材
料としてセラミックなどの誘電体がよく用いられる。現
在用いられているサブマウントはアルミナ製のものが多
い。サブマウント自身が透明でなければならないという
用途はこれまでなかった。だから透明のサブマウントと
いうものは存在しない。現在存在するサブマウントはm
/i/mの3層構造を持つ単純な矩形板である。
2. Description of the Related Art A submount is directly fixed on a case, and PD and LD chips are mounted thereon. A rectangular opaque insulator is metallized on the front and back surfaces. It must be metallized to bond cases and chips. Since no light enters from the case side, the submount is naturally opaque. A high thermal conductivity is also required to remove the heat of the chip. A dielectric such as ceramic is often used as a submount material. Many of the currently used submounts are made of alumina. There has never been a use where the submount itself must be transparent. So there is no transparent submount. The existing submount is m
/ I / m is a simple rectangular plate having a three-layer structure.

【0005】但し開口部を有するサブマウントというの
は存在する。先述のように表面実装型装置において背面
(裏面)入射型のPDを用いた場合である。このような
ものを使うのは多くない。
However, there is a submount having an opening. As described above, this is a case where a back (back) incident type PD is used in the surface mount device. We don't often use such things.

【0006】例えば、1.55μm光を受信し、1.3
μm光を送信するような送受信器において、1.55μ
m光受信PDとして図1のようなものが提案されてい
る。平坦なSiベンチ1の中央には縦方向にV溝2が穿
たれている。V溝2の終端部近傍にPDチップ3を固定
している。PDチップ3は裏面入射型であり、チップ底
部にはリング状のn電極6があり、その中に多層膜フィ
ルタ5が形成されている。PDチップの上方にはp領域
からなる受光部4が設けられている。n電極6の下に矩
形環状のサブマウント7が取り付けられる。Siベンチ
の表面にはメタライズパターンがあってメタライズにサ
ブマウント7が半田づけされる。PDの底面のn電極を
直接にメタライズに接合することもできるが、ここでは
開口部を有するサブマウントを使っている。V溝2には
光ファイバ8が埋め込まれ接着剤によって固定される。
V溝の終端はミラー面9となっている。光ファイバ8を
出た光はミラー面9で反射されて多層膜フィルタ5を経
て底面からPD3に入り受光部4にいたる。
For example, 1.55 μm light is received, and 1.3
1.55 μm in a transceiver that transmits μm light
As shown in FIG. 1, an m-light receiving PD has been proposed. A V-groove 2 is formed in the center of the flat Si bench 1 in the vertical direction. The PD chip 3 is fixed near the end of the V groove 2. The PD chip 3 is of a back-illuminated type, and has a ring-shaped n-electrode 6 at the bottom of the chip, in which a multilayer filter 5 is formed. Above the PD chip, a light receiving section 4 composed of a p region is provided. A rectangular annular submount 7 is mounted below the n-electrode 6. There is a metallization pattern on the surface of the Si bench, and the submount 7 is soldered to the metallization. Although the n-electrode on the bottom surface of the PD can be directly bonded to the metallization, a submount having an opening is used here. An optical fiber 8 is embedded in the V groove 2 and fixed by an adhesive.
The end of the V-groove is a mirror surface 9. The light leaving the optical fiber 8 is reflected by the mirror surface 9, passes through the multilayer filter 5, enters the PD 3 from the bottom surface, and reaches the light receiving unit 4.

【0007】これは受光だけの素子であり、別に発光素
子(LD)を含むモジュールがあり両者はWDMフィル
タによって分離される。だから直接に受信光をPDに導
いても良いのであるが、ここでは多層膜フィルタ5を入
れている。送信光が1.3μm、受信光が1.55μm
だとする。多層膜フィルタ5はPDの受光面に1.3μ
m帯を除去し、1.55μm帯を透過させるものであ
る。WDMフィルタで1.3μm光と1.55μm光を
分離するといっても消光比が低くて受光側にも1.3μ
m光が僅かに混入する。PDは1.3μm帯にも1.5
5μm帯にも感度をもつ。もしも送信光の1.3μmが
PDに入ると送信側と受信側の間でクロストークが発生
することになる。クロストークは最小限に抑えなければ
ならない。WDMフィルタの機能を補うために多層膜フ
ィルタを入れ1.3μm光をさらに除いているのであ
る。従来例のPDがどうして1.3μmにも1.55μ
mにも感度があるのかということを説明する。
This is a device only for receiving light, and there is another module including a light emitting device (LD), which is separated by a WDM filter. Therefore, the received light may be directly guided to the PD, but here, the multilayer filter 5 is provided. Transmit light 1.3 μm, receive light 1.55 μm
Suppose The multilayer filter 5 has 1.3 μm on the light receiving surface of the PD.
The m band is removed and the 1.55 μm band is transmitted. Even though the 1.3 μm light and the 1.55 μm light are separated by the WDM filter, the extinction ratio is low and the light receiving side is 1.3 μm.
m light is slightly mixed. PD is 1.5 in 1.3 μm band
It also has sensitivity in the 5 μm band. If 1.3 μm of the transmission light enters the PD, crosstalk occurs between the transmission side and the reception side. Crosstalk must be minimized. In order to supplement the function of the WDM filter, a multilayer filter is inserted to further remove 1.3 μm light. Why conventional PD is 1.55μ even at 1.3μm
It will be explained whether m also has sensitivity.

【0008】図2によって受信用PDの内部の層構造を
説明する。これは表面入射型の標準的なPDである。図
1のものは裏面入射であるが層の構造は殆ど同じで電極
の形状が違うだけである。
Referring to FIG. 2, the internal layer structure of the receiving PD will be described. This is a standard PD of the front-illuminated type. 1 is incident on the back side, but the layer structure is almost the same and only the shape of the electrode is different.

【0009】n−InP基板12の上に、n−InPバ
ッファ層13、n−InGaAs受光層14、n−In
P窓層15がエピタキシャル成長している。上方の中央
部にはZn拡散領域16が形成される。これは表面(上
面)入射型であるからリング状のp電極17がZn拡散
領域16の上に設けられる。p電極で囲まれる部分が光
の入る開口であり、ここに反射防止膜18が形成してあ
る。これは誘電体多層膜で所望の波長の光が反射しない
ように組み合わせている。チップ周辺のpn接合が表面
に露呈する部分はパッシベーション膜19が防護してい
る。裏面には一様なn電極20が設けられる。n電極
(カソード)を正にp電極(アノード)を負に逆バイア
スして用いる。
On an n-InP substrate 12, an n-InP buffer layer 13, an n-InGaAs light receiving layer 14, an n-InP
The P window layer 15 is epitaxially grown. A Zn diffusion region 16 is formed in the upper central part. Since this is a front (top) incident type, a ring-shaped p-electrode 17 is provided on the Zn diffusion region 16. A portion surrounded by the p-electrode is an opening through which light enters, and an antireflection film 18 is formed here. This is combined so that light of a desired wavelength is not reflected by the dielectric multilayer film. The portion where the pn junction around the chip is exposed on the surface is protected by the passivation film 19. A uniform n-electrode 20 is provided on the back surface. The n-electrode (cathode) is used with a positive reverse bias and the p-electrode (anode) is negatively biased.

【0010】このPDはInGaAsを受光層とするか
ら広い感度を持つ。図3はInGaAs受光層PDの感
度曲線を示すグラフである。0.95μmの辺りの立上
がりPはInP窓層のバンドギャップに対応する。1.
67μm辺りの立下りRはInGaAsのバンドギャッ
プに対応する。その間の領域Qではほぼ一様な感度を示
す。InPとInGaAsのバンドギャップの広がりが
1.3μm、1.55μmを含むから送信光、受信光の
両方の波長の光に対して感度がある。
This PD has a wide sensitivity because it uses InGaAs as a light receiving layer. FIG. 3 is a graph showing a sensitivity curve of the InGaAs light receiving layer PD. The rising P around 0.95 μm corresponds to the band gap of the InP window layer. 1.
The fall R around 67 μm corresponds to the band gap of InGaAs. In the area Q in between, the sensitivity is almost uniform. Since the band gaps of InP and InGaAs include 1.3 μm and 1.55 μm, they are sensitive to light having both wavelengths of transmission light and reception light.

【0011】WDMフィルタで送信光と受信光を分ける
のであるが不十分であるから、PDの入り口に1.3μ
m光を遮断する多層膜フィルタ5を追加しているのであ
る。1.3μm光はWDMフィルタと多層膜フィルタ5
により二重に遮断される。
Although the WDM filter separates the transmitted light and the received light, it is insufficient.
That is, a multilayer filter 5 that blocks m light is added. 1.3 μm light is transmitted through WDM filter and multilayer filter 5
Is doubly blocked by

【0012】図1の素子では、多層膜フィルタ5と開口
を有するサブマウント7を重ね、さらにPDチップ3を
取り付けている。この場合サブマウントは別段不要なの
でフィルタに直接にPDのリング状n電極を取り付けて
も良い。
In the device shown in FIG. 1, a multilayer filter 5 and a submount 7 having an opening are overlapped, and a PD chip 3 is further attached. In this case, a submount is not required separately, so that the ring-shaped n-electrode of the PD may be directly attached to the filter.

【0013】しかし1.3μm光遮断フィルタとサブマ
ウントを重ねた図1の従来例には二つの問題がある。サ
ブマウントは本来矩形状の板であるが、光を通す場合
は、窓を加工しなければならない。丸窓、角窓いずれに
してもサブマウントに機械加工しなければならないので
加工コストが掛かる。もう一つは多層膜フィルタの問題
である。1.55μm光を通し1.3μm光を遮断する
というが、多層膜フィルタは強い入射角度依存性があ
る。垂直入射の場合のみ所望の消光比があるが斜め入射
光にはその機能がない。1.3μm光であっても斜め入
射のものは一部がPDに侵入してしまう。それに多層膜
フィルタは不要光を本質的には反射することによって排
除する。吸収して消滅させるのではない。多層膜は異な
る屈折率n、nの薄膜を交互に積層して、ある波長
には透過特性、ある波長には反射特性を与えるものであ
る。屈折率は本質的に実数部しか考慮しない。
However, the conventional example of FIG. 1 in which the 1.3 μm light blocking filter and the submount are overlapped has two problems. The submount is essentially a rectangular plate, but if light is to be transmitted, the window must be processed. Regardless of the round window or square window, the sub-mount must be machined, which increases the processing cost. Another problem is a multilayer filter. It is said that light of 1.55 μm is transmitted and light of 1.3 μm is blocked, but the multilayer filter has strong incident angle dependence. There is a desired extinction ratio only for normal incidence, but obliquely incident light has no function. Even with 1.3 μm light, a part of the light obliquely incident enters the PD. In addition, multilayer filters essentially eliminate unwanted light by reflecting it. It is not absorbed and extinguished. The multilayer film is formed by alternately laminating thin films having different refractive indices n 1 and n 2 so as to provide transmission characteristics at a certain wavelength and reflection characteristics at a certain wavelength. The refractive index essentially only takes into account the real part.

【0014】つまり多層膜フィルタは不要な光を吸収す
るのでなく反射することによって排斥しているにすぎな
い。不要光は生き残る。多層膜フィルタで除去された波
長の光というのは透過しないというだけのことで、フィ
ルタで反射された後あちこちで反射され散乱される。散
乱された不要光が斜めにPDに入ってくることがある。
これはクロストークを引きおこす。さらに1.3μm光
を排除するという明確な目的があっても膜厚の組み合わ
せはなお多様である。入射角によって反射が異なるから
入射角が異なると別の設計をしてフィルタを製作する必
要がある。
That is, the multilayer filter merely rejects unnecessary light by reflecting it instead of absorbing it. Unwanted light survives. The light of the wavelength removed by the multilayer filter is simply not transmitted, and is reflected and scattered everywhere after being reflected by the filter. The scattered unnecessary light may enter the PD obliquely.
This causes crosstalk. In addition, even though there is a clear purpose of rejecting 1.3 μm light, combinations of film thicknesses are still diverse. Since the reflection differs depending on the incident angle, it is necessary to design the filter differently when the incident angle differs.

【0015】このように多層膜フィルタで不要光を排除
するというのは常套手段であるが、いまだ欠点の多い方
法と言わねばならない。受信モジュールだけでもWDM
フィルタの不完全性などによるクロストークの問題があ
った。しかし送信装置と受信装置が一体化した送受信モ
ジュールの場合クロストークはより深刻である。狭い空
間に送信信号を発生するLDと、受信信号を受けるPD
とが狭い空間に隣接して設けられるからである。
It is common practice to eliminate unnecessary light with a multilayer filter as described above, but it must be said that this method still has many disadvantages. WDM with just receiving module
There was a problem of crosstalk due to imperfect filters and the like. However, in the case of a transmitting / receiving module in which a transmitting device and a receiving device are integrated, crosstalk is more serious. LD that generates transmission signal in narrow space, PD that receives reception signal
Is provided adjacent to a narrow space.

【0016】図4、図5によって送受信モジュールの従
来例を説明する。図4においてガラスブロックによって
WDMフィルタ21が形成されている。その他の様式の
WDMフィルタでもよい。送信受信の経路が異なるもの
の一例だということを示したいだけである。二等辺三角
柱状ガラスブロック22、23の斜辺面に多層膜ミラー
24を蒸着などで形成してある。これは45度入射光に
対して、λ(送信光)を透過し、λ(受信光)を反
射するような多層膜である。WDMフィルタ21の三方
にLD25、PD26、ファイバ27を設ける。LD2
5で生じた送信光λはWDMフィルタ21を直進して
光ファイバ27に入りこの中を伝搬する。反対向きに光
ファイバ27を伝搬してきた光はWDMフィルタ21で
反射されてPD26に入る。WDMフィルタの波長によ
る選択反射、選択透過の比率のことを消光比という。こ
れは良くても1:1000程度である。だからLD25
のλ が僅かであるがPD26に混入する可能性もあ
る。これは受信光、送信光の経路が違うのでまだしもク
ロストークを抑制しやすい。
Referring to FIGS. 4 and 5, the transmission / reception module
A conventional example will be described. In Fig. 4 by the glass block
A WDM filter 21 is formed. Other styles
A WDM filter may be used. Different transmission / reception routes
I just want to show that this is an example. Isosceles triangle
Multilayer mirror on the hypotenuse surface of columnar glass blocks 22 and 23
24 is formed by vapor deposition or the like. This is for 45 degree incident light
On the other hand, λ1(Transmitted light) and λ2(Received light)
It is a multilayer film that emits light. Three sides of WDM filter 21
, An LD 25, a PD 26, and a fiber 27 are provided. LD2
Transmitted light λ generated at 51Goes straight through the WDM filter 21
It enters the optical fiber 27 and propagates through it. Light in opposite direction
The light propagating through the fiber 27 is passed through the WDM filter 21.
The light enters the PD 26 after being reflected. Depending on the wavelength of the WDM filter
The ratio of selective reflection and selective transmission is called the extinction ratio. This
It is about 1: 1000 at best. So LD25
Λ 1Although it is slight, it may be mixed into PD26.
You. This is still a problem because the paths of the received light and transmitted light are different.
Easy to suppress loss talk.

【0017】図5はPDの極めて近くを送信光が通過す
るようになっている送受信モジュールである。ハウジン
グ30の中に光ファイバ31が挿入され、その先端部に
LD32が設置される。光ファイバ31の途中上方にP
D33が設けられる。PD33の直下にファイバ31を
斜めに横切るようなWDMフィルタ34を設ける。LD
32から出た送信光λは先端から光ファイバ31の中
へ入る。λはWDMフィルタ34を透過して光ファイ
バ内を左方へ伝搬してゆく。受信光λは光ファイバの
中を右方へ伝搬しWDMフィルタ34で選択的に反射さ
れてPD33の裏面に入り屈折して上方の受光部35に
至り光電流を生ずる。同時に双方向に通信するがLDの
送信光λがWDMフィルタの不完全性のために一部が
PDに向かう。経路が近接しているからそのような漏れ
光強度はかなりある。またLDから出て光ファイバに入
らなかった光が散乱されてPDに入ることもある。その
ようなλの漏れ光や迷光を防ぐために図1の装置は、
多層膜フィルタを、WDMフィルタとは別にPDの底部
に挿入する。
FIG. 5 shows a transmission / reception module in which transmission light passes very close to the PD. The optical fiber 31 is inserted into the housing 30, and the LD 32 is installed at the tip thereof. P
D33 is provided. A WDM filter 34 that diagonally crosses the fiber 31 is provided immediately below the PD 33. LD
The transmission light λ 1 exiting from 32 enters the optical fiber 31 from the tip. λ 1 passes through the WDM filter 34 and propagates to the left in the optical fiber. The received light λ 2 propagates rightward in the optical fiber, is selectively reflected by the WDM filter 34, enters the back surface of the PD 33, is refracted, reaches the upper light receiving unit 35, and generates a photocurrent. At the same time communicate bidirectionally transmit light lambda 1 of LD part toward the PD for imperfection of the WDM filter. Such leakage light intensity is substantial because the paths are close. Also, light that has exited the LD and did not enter the optical fiber may be scattered and enter the PD. The apparatus of Figure 1 in order to prevent light leakage and stray light such lambda 1,
The multilayer filter is inserted at the bottom of the PD separately from the WDM filter.

【0018】異なる波長の光を使う同時双方向通信でP
Dが両方の光に感度をもつものである場合、WDMフィ
ルタがあっても送信光の一部がPDに入る。すると送信
部と受信部の間にクロストークが生じる。WDMフィル
タの不足を補うために図1の装置ではPDの入り口に
1.3μmを反射する多層膜フィルタを設けている。
In simultaneous two-way communication using light of different wavelengths, P
If D is sensitive to both lights, some of the transmitted light will enter the PD, even with a WDM filter. Then, crosstalk occurs between the transmission unit and the reception unit. In order to compensate for the shortage of the WDM filter, the apparatus shown in FIG. 1 has a multilayer filter that reflects 1.3 μm at the entrance of the PD.

【0019】ところが多層膜フィルタは先ほども述べた
ように、垂直入射の1.3μmを完全に反射するように
というような設計がなされている。だから垂直入射でな
い1.3μm光は通してしまう。角度依存性が強くてど
のような方向から入っても1.3μm光は排除するとい
うような好都合なものでない。斜めからの1.3μm光
はPDへ入ってしまう。
However, as described above, the multilayer filter is designed to completely reflect 1.3 μm of normal incidence. Therefore, 1.3 μm light that is not perpendicularly incident passes through. Since the angle dependence is strong, 1.3 μm light is not eliminated regardless of the direction from which light enters. 1.3 μm light obliquely enters the PD.

【0020】それに誘電体多層膜というのは反射か?し
からずんば透過か?という二者択一しかないのである。
誘電体は複素屈折率によって論ぜられ、虚数部は吸収を
表現する。しかし誘電体の屈折率の虚数部は波長依存性
が少ない。
Is the dielectric multilayer film a reflection? Is it transparent? There is only one alternative.
Dielectrics are discussed by their complex index of refraction, and the imaginary part represents absorption. However, the imaginary part of the refractive index of the dielectric has little wavelength dependence.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】PDの入り口に設けて
不要光を排斥できるような光学部品を提供することが本
発明の目的である。送受信モジュールにおいてPDに送
信光の漏れ光や迷光が入るのを防ぐことができる光学部
品を提供することが本発明の第2の目的である。誘電体
多層膜フィルタのように角度依存性がなく、どのような
入射角の不要光をも排除できる光学部品を提供すること
が第3の目的である。熱に強くて実装容易な光学部品を
提供することが第4の目的である。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical component which can be provided at the entrance of a PD so as to reject unnecessary light. It is a second object of the present invention to provide an optical component that can prevent leakage or stray light of transmission light from entering a PD in a transmission / reception module. It is a third object of the present invention to provide an optical component which does not have an angle dependency like a dielectric multilayer filter and can eliminate unnecessary light at any incident angle. A fourth object is to provide an optical component that is resistant to heat and easy to mount.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明の光学部品は、必
要な波長の光を透過する(半導体、絶縁体)基板の一面
或いは両面に除去すべき波長の光を吸収する波長選択層
(エピ層)を設けたものである。例えばλを通す透光
性基板の上にλを吸収する波長選択層(エピ層)を形
成する。これは送信光λと受信光λを用いる送受信
モジュールのPD取り付けのためのサブマウントとして
用いることができる。通常のサブマウントは不透明であ
って光を通すということは一般的でなかった。不透明セ
ラミックの一部を切り欠いて必要光を通すということは
あったがサブマウントの本体は不透明であった。ところ
が本発明では透明のサブマウントを提供する。透明とい
っても所望の光に対しては透明だが不要光に対しては不
透明なのである。
The optical component of the present invention comprises a wavelength selective layer (epitaxial layer) that absorbs light of a wavelength to be removed on one or both sides of a substrate (semiconductor or insulator) that transmits light of a required wavelength. Layer). For example to form a wavelength selective layer which absorbs lambda 1 on the transparent substrate through the lambda 2 (epi layer). This can be used as a sub-mount for PD mounting of the transceiver module using a transmission light lambda 1 and the receiving light lambda 2. Conventional submounts were opaque and it was not common to pass light. Although the opaque ceramic was partially cut away to allow the necessary light to pass, the submount body was opaque. However, the present invention provides a transparent submount. Although it is transparent, it is transparent for desired light but opaque for unnecessary light.

【0023】サブマウントであって、PDチップをパッ
ケージに取り付ける間接の台座という意味があり、パッ
ケージやチップに半田付けしなければならないから、両
面あるいは少なくとも片面にはメタライズ面を設ける。
メタライズ面は半田付けに必要な面積だけあればよい。
中央部は光を通す必要がある。だからメタライズ面は表
面、裏面の周辺部だけに設ける。中央部の光を通す部分
は露呈していても良いが反射防止膜を設けるとさらに良
い。
Since the submount is an indirect pedestal for mounting the PD chip to the package and must be soldered to the package or chip, a metallized surface is provided on both surfaces or at least one surface.
The metallized surface only needs to have an area necessary for soldering.
The central part needs to pass light. Therefore, the metallized surface is provided only on the peripheral portion of the front surface and the back surface. The central portion through which light passes may be exposed, but it is more preferable to provide an antireflection film.

【0024】透光性基板は、半導体結晶が最適である。
しかしそれに限らずガラス、セラミック、誘電体などの
板等を用いることができる。
A semiconductor crystal is optimal for the light-transmitting substrate.
However, the invention is not limited thereto, and a plate of glass, ceramic, dielectric, or the like can be used.

【0025】波長選択層(エピ層)も半導体層が最適で
ある。波長選択層のバンドギャップは遮断すべき光の波
長によって決まる。バンドギャップが決まると物質が限
定される。波長選択層として半導体薄膜以外に、誘電体
薄膜、アモルファス薄膜を用いることもできる。アモル
ファスは結晶でないがやはりバンドギャップというもの
があり疑義なく定義できる。誘電体というのは強誘電体
という狭い意味に使うこともある。ここではより広く半
導体と金属を除く絶縁体というような意味である。つま
り誘電率の虚数部があまり大きくない材料の事である。
The semiconductor layer is also optimal for the wavelength selection layer (epi layer). The band gap of the wavelength selection layer is determined by the wavelength of light to be cut off. Once the bandgap is determined, the material is limited. In addition to the semiconductor thin film, a dielectric thin film or an amorphous thin film can be used as the wavelength selection layer. Although amorphous is not crystalline, it still has a band gap and can be defined without any doubt. Dielectric is sometimes used in the narrow sense of ferroelectric. Here, it means broadly an insulator excluding semiconductors and metals. That is, it is a material whose imaginary part of the dielectric constant is not so large.

【0026】波長選択層はバンドギャップが定義できれ
ばよいのでアモルファスでも良いと述べた。同じ意味で
多結晶でも単結晶でもよいのである。材料が同じなら多
結晶でも単結晶でもバンドギャップは変わらない。しか
し最もよいのは半導体単結晶基板の上に半導体の波長選
択層をエピタキシャル成長させたものである。
It has been described that the wavelength selection layer may be amorphous as long as the band gap can be defined. In the same sense, polycrystal or single crystal may be used. If the material is the same, the band gap does not change whether it is polycrystal or single crystal. However, it is best that a semiconductor wavelength selective layer is epitaxially grown on a semiconductor single crystal substrate.

【0027】本発明の光の除去機構はフォトダイオード
の原理に似た物である。しかしフォトダイオードのよう
に逆バイアスを掛けることはできない。受動部品である
から積極的に電圧を掛けたりできないのである。フォト
ダイオードにおいて逆バイアスによって空乏層を作り、
ここで光を電子正孔対に光電変換し、逆バイアス電圧に
よって電子はn領域へ、正孔はp領域へと引き寄せ光電
流とする。
The light removing mechanism of the present invention is similar to the principle of a photodiode. However, it cannot be reverse biased like a photodiode. Because it is a passive component, it cannot actively apply voltage. Creating a depletion layer by reverse bias in the photodiode,
Here, light is photoelectrically converted into an electron-hole pair, and electrons are drawn to the n-region and holes are drawn to the p-region by a reverse bias voltage to be a photocurrent.

【0028】本発明の場合、電圧が掛けられないから逆
バイアスは存在しない。しかしそれは差し支えないこと
である。PDにおいて逆バイアスがあるのは光電流を電
極に流すためである。光を電子・正孔対に変換する光電
変換自体は逆バイアスに無関係におこる。光のエネルギ
ーがバンドギャップより大きければ必ず起こるのであ
る。その確率も逆バイアスによらない。
In the case of the present invention, no reverse bias exists because no voltage is applied. But that is no problem. The reverse bias in the PD is to allow a photocurrent to flow through the electrode. The photoelectric conversion itself that converts light into electron-hole pairs occurs irrespective of reverse bias. It happens whenever the light energy is greater than the band gap. The probability does not depend on the reverse bias.

【0029】どこが違うか?というと逆バイアスがない
と光電流が流れないということだけである。光電変換に
よって発生した電子・正孔対は同じ層の中で再結合して
消滅してしまう。光電流となって外部に引き出されると
いうことがない。バイアスがないからInGaAsP吸
収層では電子、正孔ともに電界によって高速で動くとい
うことはない。拡散で動くだけであるが濃度差はないの
で熱運動するだけである。熱運動だから平均の速度は殆
ど0である。ということは同じところに滞留するという
ことである。やがて電子は正孔と衝突して再結合する。
結局λの光が消滅したということになる。
What is different? The only thing is that the photocurrent does not flow without the reverse bias. Electron-hole pairs generated by photoelectric conversion recombine and disappear in the same layer. No photocurrent is drawn out to the outside. Since there is no bias, both electrons and holes do not move at high speed due to the electric field in the InGaAsP absorption layer. It only moves by diffusion, but only heat moves because there is no concentration difference. The average speed is almost 0 because of thermal motion. That means staying in the same place. Eventually, the electrons collide with holes and recombine.
Eventually, the light of λ 1 has disappeared.

【0030】それでは吸収層にどれほどの厚みが必要か
?という事が問題となる。吸収層では不要な波長の光に
対する吸収係数αというものが定義できる。これは単位
長さ進行したときのエネルギー減衰比率である。バンド
ギャップより小さいエネルギーの光に対しては0である
が、バンドギャップより大きい波長の光に対して有限の
値をもつ。光が距離xだけ進行するとexp(−αx)
に減衰する。厚みをdとするとこの薄膜によって不要光
はexp(−αd)に減少する。必要な減衰率を1/1
00とか1/1000とか決めると、厚みdが決定され
る。
Then, what thickness is necessary for the absorption layer? That is a problem. In the absorption layer, an absorption coefficient α for light of an unnecessary wavelength can be defined. This is the energy decay rate when the unit length has advanced. It is 0 for light having an energy smaller than the band gap, but has a finite value for light having a wavelength larger than the band gap. When light travels the distance x, exp (-αx)
Attenuate. Assuming that the thickness is d, this thin film reduces unnecessary light to exp (−αd). Required attenuation rate is 1/1
When 00 or 1/1000 is determined, the thickness d is determined.

【0031】例えば、λ=1.42μmのInGaA
sPだと、1.3μmに対するαはα=104cm-1
ある。d=5μmとすると、これが1/100以下にな
る。
For example, InGaAs of λ g = 1.42 μm
For sP, α for 1.3 μm is α = 10 4 cm −1 . If d = 5 μm, this becomes 1/100 or less.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】本発明のサブマウント(光学部
品)は、透光性基板+波長選択性層よりなる。透光性基
板自体は必要光も不要光も透過する。波長選択層(エピ
層)は必要光だけ通し不要光は通さない。単に通さない
というだけでなくて吸収してしまう。本発明はエピ層に
よって不要光を吸収するので不要光はそこで消滅する。
どのような角度で入射したものでも吸収できる。これが
誘電体多層膜と全く違うところである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The submount (optical component) of the present invention comprises a light-transmitting substrate and a wavelength-selective layer. The translucent substrate itself transmits both necessary light and unnecessary light. The wavelength selection layer (epi layer) transmits only necessary light and does not transmit unnecessary light. It is absorbed not only simply not passing. In the present invention, unnecessary light is absorbed by the epi layer, and the unnecessary light disappears there.
Any incident light can be absorbed. This is completely different from a dielectric multilayer film.

【0033】多層膜は屈折率の実部だけを使って不要光
を100%反射するよう設計する。しかし多層膜は一定
角度で入射した光だけを反射できるだけである。迷光の
ように入射角がランダムである物に対しては役に立たな
い。しかも反射された不要光はさらに反射されてPDに
戻ってくる。多層膜フィルタにはこのような本質的な不
利がある。
The multilayer film is designed to reflect 100% of unnecessary light using only the real part of the refractive index. However, the multilayer film can only reflect light incident at a certain angle. It is useless for objects with random angles of incidence, such as stray light. Moreover, the reflected unnecessary light is further reflected and returns to the PD. Multilayer filters have these inherent disadvantages.

【0034】本発明は、多層膜フィルタに比べて格段に
優れる。しかも本発明はフィルタとして使うのでなくサ
ブマウント、つまりPDの基台として用いるのである。
The present invention is far superior to a multilayer filter. Moreover, the present invention is not used as a filter but as a submount, that is, used as a base of a PD.

【0035】本発明の原理を述べる。半導体と絶縁体は
伝導帯と価電子帯の間に禁制帯(バンドギャップ)を持
ちフェルミ順位がバンドギャップ内にある。フェルミ順
位が伝導帯にないので自由電子がない。だから金属にな
らず半導体か絶縁体になる。半導体と絶縁体の違いはバ
ンドギャップの広さとドーパントの量によるもので相対
的なものである。ここでは絶縁体と半導体を区別しな
い。バンドギャップに不純物順位が存在しなければ、バ
ンドギャップのエネルギーより低いエネルギーの光は吸
収されない。だから半導体・絶縁体を透過してゆく。
The principle of the present invention will be described. Semiconductors and insulators have a forbidden band (band gap) between the conduction band and the valence band, and the Fermi order is within the band gap. There are no free electrons because the Fermi order is not in the conduction band. Therefore, it is not a metal but a semiconductor or an insulator. The difference between a semiconductor and an insulator is relative to each other due to the width of the band gap and the amount of the dopant. Here, no distinction is made between insulators and semiconductors. If the impurity order does not exist in the band gap, light having an energy lower than the energy of the band gap is not absorbed. Therefore, it penetrates semiconductors and insulators.

【0036】バンドギャップのエネルギーをEgとする
と、これに対応する光子の波長はλ=hc/Eg(h
はプランク定数、cは光速)で与えられる。これをバン
ドギャップ波長と呼ぶ。その半導体・絶縁体を特徴づけ
る物理量である。光が半導体・絶縁体に吸収されるとい
う事はバンドギャップを越えて電子が遷移したというこ
とである。だからバンドギャップ以上のエネルギーをも
つ光しか半導体・絶縁体によって吸収されない。つまり
不純物順位のない半導体・絶縁体の場合、λ<λ の光
は吸収され、λ>λの光は透過する。
The energy of the band gap is defined as Eg.
And the corresponding photon wavelength is λg= Hc / Eg (h
Is the Planck constant, and c is the speed of light). This is a van
It is called the gap wavelength. Characterize the semiconductor and insulator
Physical quantity. When light is absorbed by semiconductors and insulators
This means that electrons have transitioned across the band gap.
And So even energy above the band gap
Only light is absorbed by the semiconductor / insulator. I mean
In the case of a semiconductor / insulator having no impurity order, λ <λ gLight of
Is absorbed and λ> λgLight is transmitted.

【0037】不要光をλ、必要光をλとする。双方
向通信の場合は、送信光λ、受信光λに対応する。
基板のバンドギャップ波長をλg2とする。基板は両方
の光を通すのであるから、λg2はいずれの波長よりも
短い。エピ層の波長をλg1とする。エピ層はλを通
し、λを吸収するのであるから、λg1はλより短
く、λより長い。
It is assumed that unnecessary light is λ 1 and required light is λ 2 . In the case of bidirectional communication, it corresponds to the transmission light λ 1 and the reception light λ 2 .
The bandgap wavelength of the substrate is λg2 . Since the substrate transmits both lights, λ g2 is shorter than either wavelength. The wavelength of the epi layer is λ g1 . Since the epi layer passes through λ 2 and absorbs λ 1 , λ g1 is shorter than λ 2 and longer than λ 1 .

【0038】 エピ層; λ<λg1<λ (1) 基板 ; λg2<λ、λ (2) となる。条件(1)、(2)は非対称である。条件
(1)は必須であるが、基板に関する条件(2)は任意
である。
Λ 1g12 (1) Substrate; λ g21 , λ 2 (2) Conditions (1) and (2) are asymmetric. The condition (1) is essential, but the condition (2) for the substrate is optional.

【0039】基板についても、 基板 ; λ<λg2<λ (3) であって差し支えない。この場合、基板もエピ層も同じ
形の不等式(1)、(3)を満足する事になる。その場
合、エピ層自体が不要であって、基板だけで所定の目的
を達成することができる。しかしそうであってもエピ層
があって悪いということはない。基板については(2)
+(3)の条件であればよい。
As for the substrate, the substrate may satisfy the following condition : λ 1g22 (3). In this case, both the substrate and the epi layer satisfy the inequalities (1) and (3) of the same shape. In that case, the epi layer itself is unnecessary, and the predetermined object can be achieved only with the substrate. But even so, there's nothing wrong with the epi layer. About substrate (2)
The condition of + (3) may be used.

【0040】つまりより広義には、本発明は エピ層; λ<λg1<λ (1) 基板 ; λg2<λ (4)That is, in a broader sense, the present invention relates to an epilayer; λ 1g12 (1) substrate; λ g22 (4)

【0041】ということを要求する。つまり基板は必要
光(λ)を透過すれば良く、不要光は透過しても吸収
してもよい。だからバンドギャップの狭い半導体に限ら
ずバンドギャップの広い絶縁体としてもよい。エピ層は
必要光(λ)を通し、不要光(λ)を吸収するので
なければならない。これは不要光波長からバンドギャッ
プが制限を受ける。エピ層はバンドギャップの狭い半導
体であることが多い。
Is required. That is, the substrate only needs to transmit necessary light (λ 2 ), and unnecessary light may be transmitted or absorbed. Therefore, not only a semiconductor with a narrow band gap but also an insulator with a wide band gap may be used. The epi layer must transmit the required light (λ 2 ) and absorb the unwanted light (λ 1 ). This is limited in the band gap by the unnecessary light wavelength. The epi layer is often a semiconductor with a narrow band gap.

【0042】本発明に課される条件は広く(1)+
(4)であるが、実際には(1)+(2)の場合が最も
重要である。その理由を次に述べる。
The conditions imposed on the present invention are broadly (1) +
As for (4), the case of (1) + (2) is most important in practice. The reason will be described below.

【0043】エピ層は任意の混晶比の結晶を作製できる
からλg1は自由に決めることができる。だからλ
λの間の値としてλg1を与えることができる。しか
し基板となるとチョコラルスキー法、ブリッジマン法等
の成熟した結晶成長技術によって大量に安価に製造でき
る必要がある。そうなると自由に結晶構造を選ぶことが
できない。大量に単結晶基板を作ることができ入手容易
なものは、Si、GaAs、InP、GaPぐらいであ
る。だからλg2はあまり選択の余地がないのである。
次に基板材料とエピ層の材料の組み合わせを挙げる。
(エピ層)/(基板)というように左にエピ層、右に基
板材料を書いている。
Since the epi layer can produce crystals having an arbitrary mixed crystal ratio, λ g1 can be freely determined. Therefore, λ g1 can be given as a value between λ 1 and λ 2 . However, a substrate needs to be mass-produced at low cost by a mature crystal growth technique such as the Czochralski method or the Bridgman method. In that case, the crystal structure cannot be freely selected. A large number of single crystal substrates which can be easily obtained are Si, GaAs, InP and GaP. Therefore, λ g2 has little choice.
Next, combinations of substrate materials and epilayer materials will be described.
The epilayer is written on the left, and the substrate material is written on the right, such as (epilayer) / (substrate).

【0044】1.InGaAsP/InP 2.GaInNAs/GaAs 3.GaAsSb/InP 4.AlGaAsSb/InAs 5.TlInGaP/InP 6.TlInGaP/GaAs 7.TlInGaAs/InP 8.Si/Ge直接接合したもの 9.Ge/GaAs直接接合したもの 10.Ge/InP直接接合したもの 11.GaInAsBi/InP 12.BGaInAs/GaAs1. InGaAsP / InP 2. GaInNAs / GaAs 3. GaAsSb / InP 4. AlGaAsSb / InAs 5. TlInGaP / InP 6. TlInGaP / GaAs 7. TlInGaAs / InP 8. Si / Ge directly bonded 9. Ge / GaAs directly bonded 10. Ge / InP directly bonded 11. GaInAsBi / InP 12. BGaInAs / GaAs

【0045】いずれも、不要光が1.3μm、必要光が
1.55μmの場合に適用できる組み合わせである。エ
ピタキシャル薄膜のバンドギャップ波長λg1が1.4
μm程度になるようにできる。
Each of these combinations is applicable when the unnecessary light is 1.3 μm and the required light is 1.55 μm. The band gap wavelength λ g1 of the epitaxial thin film is 1.4.
It can be set to about μm.

【0046】8〜10の組み合わせにおいて、Siのバ
ンドギャップ波長は1.1μm、GaAsのバンドギャ
ップ波長は0.87μm、InPのバンドギャップ波長
は0.92μmである。Geのバンドギャップ波長は
1.55μmであるが、Si、GaAs、InPと貼り
合わせると、バンドギャップ波長λg1を1.4μm程
度にすることができる。
In the combinations of 8 to 10, the band gap wavelength of Si is 1.1 μm, the band gap wavelength of GaAs is 0.87 μm, and the band gap wavelength of InP is 0.92 μm. Ge has a band gap wavelength of 1.55 μm, but when bonded to Si, GaAs, and InP, the band gap wavelength λ g1 can be reduced to about 1.4 μm.

【0047】これは送受信モジュールに1.3μm光と
1.55μm光を使い、境界波長が1.4μmだからで
ある。本発明はもちろんその他の波長の組み合わせに対
しても適用できる。その他の波長の組み合わせだと境界
の波長が1.4μmでなくなるので、(エピ層)/(基
板)の組み合わせも違ってくる。
This is because 1.3 μm light and 1.55 μm light are used for the transmission / reception module, and the boundary wavelength is 1.4 μm. The present invention can of course be applied to other combinations of wavelengths. In other combinations of wavelengths, since the boundary wavelength is not 1.4 μm, the combination of (epi layer) / (substrate) is also different.

【0048】[0048]

【実施例】本発明者は、光の入射方向に無関係に不要光
(例えば1.3μm)に対して一定の除去能力を持つフ
ィルタ(例えばInGaAsPのエピタキシャル層を)
を(例えばInP)基板上に、設けた光学部品(サブマ
ウント)を提案する。不要光を排除するため半導体薄膜
を用いるという極めて斬新なアイデアである。多層膜は
方向依存性が強く迷光排除には無力である。本発明は半
導体の吸収を用いて不要光を吸収してしまう。そもそも
除去可能な入射光の方向性をなくすためには吸収体を使
うしかない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present inventor has proposed a filter (for example, an InGaAsP epitaxial layer) having a constant removal ability for unnecessary light (for example, 1.3 .mu.m) regardless of the incident direction of light.
(For example, InP) is proposed on an optical component (submount) provided on a substrate. This is a very novel idea of using a semiconductor thin film to eliminate unnecessary light. The multilayer film has a strong direction dependency and is ineffective for eliminating stray light. In the present invention, unnecessary light is absorbed by using absorption of a semiconductor. In the first place, the only way to eliminate the directionality of the incident light that can be removed is to use an absorber.

【0049】ここでは送信光λが1.3μm帯、受信
光λが1.55μm帯である双方向光送受信モジュー
ルを実施例とする。PDにとって不要光は1.3μm、
必要光は1.55μmで境界波長は1.4μm程度であ
る。境界波長が1.4μmの場合、薄い吸収層で高い吸
収率を得ることができ波長選択性を有する材料としてI
nGaAsPの四元系のエピタキシャル層が好適であ
る。
Here, a bidirectional optical transmitting / receiving module in which the transmission light λ 1 is in the 1.3 μm band and the reception light λ 2 is in the 1.55 μm band is described as an embodiment. Unnecessary light for PD is 1.3 μm,
The required light is 1.55 μm and the boundary wavelength is about 1.4 μm. When the boundary wavelength is 1.4 μm, a high absorption rate can be obtained with a thin absorption layer, and a material having wavelength selectivity is I.
A quaternary epitaxial layer of nGaAsP is preferred.

【0050】図6は実施にかかる光学部品(サブマウン
ト)の断面図である。半絶縁性のInP基板40の上に
InGaAsP吸収層41がクロライド法によるエピタ
キシャル成長によって成膜してある。InP基板40の
下面には周辺部のみにメタライズ面42が形成してあ
る。吸収層41の上面には周辺部のみにメタライズ面4
3が形成される。メタライズ面はサブマウントとしてチ
ップをパッケージに固定する場合、半田づけなどのため
に必要である。全面にメタライズできないのは光を通す
必要があるからである。基板下面の中央部には誘電体多
層膜よりなる反射防止膜45が設けられる。基板上面の
中央部には同じ反射防止膜46が設けられる。これは必
要な波長の光を反射しないようにした多層膜である。つ
まりここでは1.55μmに対する反射防止膜である。
しかし反射防止膜45、46はなくても良い。
FIG. 6 is a sectional view of an optical component (submount) according to the embodiment. An InGaAsP absorption layer 41 is formed on a semi-insulating InP substrate 40 by epitaxial growth using a chloride method. On the lower surface of the InP substrate 40, a metallized surface 42 is formed only at the peripheral portion. On the upper surface of the absorption layer 41, only the metallized surface 4
3 is formed. The metallized surface is necessary for soldering when fixing the chip to the package as a submount. The entire surface cannot be metallized because light must pass through. An antireflection film 45 made of a dielectric multilayer film is provided at the center of the lower surface of the substrate. The same antireflection film 46 is provided at the center of the upper surface of the substrate. This is a multilayer film that does not reflect light of a required wavelength. That is, here, it is an antireflection film for 1.55 μm.
However, the antireflection films 45 and 46 may not be provided.

【0051】ここでInP基板40は200μmの厚み
を持つ。InGaAsP吸収層41は5μmの厚みをも
つ。InPの吸収端波長は図3の立ち上がりP(約0.
9μm)の辺りに対応する。だから1.3μm光も1.
55μm光もInP基板を透過する。選択性を持つのは
InGaAsP薄膜41である。
Here, the InP substrate 40 has a thickness of 200 μm. The InGaAsP absorption layer 41 has a thickness of 5 μm. The absorption edge wavelength of InP is the rising P of FIG.
9 μm). Therefore, 1.3μm light is also 1.
55 μm light also passes through the InP substrate. The InGaAsP thin film 41 has selectivity.

【0052】InGaAsPといっても二つの混晶パラ
メータをもつ。ここではパラメータの表記は省略してい
る。InPとの格子整合条件で一つパラメータが減少す
るが、それでも一つの自由度が残っているから自在に吸
収端波長を決定することができる。ここでは吸収端波長
λg1=1.42μmとしている。
InGaAsP has two mixed crystal parameters. Here, the notation of the parameter is omitted. One parameter decreases under the lattice matching condition with InP, but one degree of freedom still remains, so that the absorption edge wavelength can be freely determined. Here, the absorption edge wavelength λ g1 = 1.42 μm.

【0053】図7は得られたフィルタの透過率の波長依
存性を示すグラフである。横軸は波長(μm)、縦軸は
透過率(%)である。1.36μm以下の波長に対し透
過率はほとんど0%である。これ以下の波長の光は全部
吸収される。InGaAsP吸収層のバンドギャップが
1.42μmであるのに対応して、透過率のカーブは
1.41μmから立ち上がり1.42μmで50%の透
過率、1.45μmで80%の透過率を示す。1.52
μmで100%になり以後100%の透過率を保持す
る。1.3μmと1.55μmの透過率の比は、1:1
00以上であった。これはInGaAsPの吸収係数1
×10cm−1と、厚み5μmより推定される通りで
あった。
FIG. 7 is a graph showing the wavelength dependence of the transmittance of the obtained filter. The horizontal axis represents the wavelength (μm), and the vertical axis represents the transmittance (%). The transmittance is almost 0% for a wavelength of 1.36 μm or less. Light having a wavelength less than this is all absorbed. Corresponding to the band gap of the InGaAsP absorption layer being 1.42 μm, the transmittance curve rises from 1.41 μm and shows 50% transmittance at 1.42 μm and 80% transmittance at 1.45 μm. 1.52
It becomes 100% in μm and keeps 100% transmittance thereafter. The ratio of the transmittance between 1.3 μm and 1.55 μm is 1: 1.
00 or more. This is the absorption coefficient 1 of InGaAsP.
× 10 4 cm −1 , as estimated from the thickness of 5 μm.

【0054】このフィルタ付きサブマウントを用いて、
その上にPDを実装して1.3μm光と1.55μm光
の感度を評価した。図8はサブマウントの上にPDをの
せた状態を示す。本発明のサブマウントは下半部にあ
る。InP基板40の上にInGaAsP吸収層41が
エピ成長しており、InP基板40の裏面周辺部にメタ
ライズ面42が、InGaAsP吸収層41の表面周辺
部にメタライズ面43がある。中央部は1.55μm光
の反射防止膜45、46が堆積される。上面のメタライ
ズ面43にPD47の裏面電極(n電極)がボンディン
グされる。
Using this submount with a filter,
A PD was mounted thereon and the sensitivity of 1.3 μm light and 1.55 μm light was evaluated. FIG. 8 shows a state where the PD is placed on the submount. The submount of the present invention is in the lower half. An InGaAsP absorption layer 41 is epitaxially grown on the InP substrate 40, and a metallized surface 42 is provided on a peripheral portion of the back surface of the InP substrate 40, and a metallized surface 43 is provided on a peripheral portion of the front surface of the InGaAsP absorption layer 41. Antireflection films 45 and 46 for 1.55 μm light are deposited at the center. The back surface electrode (n-electrode) of the PD 47 is bonded to the metallized surface 43 on the upper surface.

【0055】これは図1、図5に示すような裏面入射型
のPDである。裏面にリング状n電極と開口部があり開
口部は反射防止膜で覆われている。PD47は図2に示
すのと同じ層構造を持っている。n−InP基板の上に
n−InPバッファ層、InGaAs受光層、InP窓
層2をエピ成長させ、中央部に亜鉛拡散によるp領域を
形成している。p電極は図2と違ってp領域の全体を覆
う盲板になっている。p領域の部分48が受光部とな
る。サブマウント自身は図1のようにSiベンチの上に
固定される。図8、図5ではSiベンチを省略している
が実際にはSiベンチなどを用いている。図1は受信だ
けの素子であり、図5は送受信の素子である。本発明は
何れにも適用できる。1.3μm光と1.55μm光の
感度比を測定する場合は、図1のような場合であれば、
光ファイバ8から1.3μm光と1.55μm光を通し
てPDに導き感度を測定し比較する。こうしたモジュー
ルにおいても、サブマウント自身の評価と同じ1:10
0の感度比を得た。
This is a back-illuminated type PD as shown in FIGS. The back surface has a ring-shaped n-electrode and an opening, and the opening is covered with an antireflection film. The PD 47 has the same layer structure as that shown in FIG. An n-InP buffer layer, an InGaAs light-receiving layer, and an InP window layer 2 are epitaxially grown on an n-InP substrate, and a p region is formed in the center by zinc diffusion. The p electrode is a blind plate that covers the entire p region, unlike FIG. The portion 48 of the p region becomes a light receiving portion. The submount itself is fixed on a Si bench as shown in FIG. 8 and 5, the Si bench is omitted, but an Si bench or the like is actually used. FIG. 1 shows elements for receiving only, and FIG. 5 shows elements for transmitting and receiving. The present invention can be applied to any of them. When measuring the sensitivity ratio between 1.3 μm light and 1.55 μm light, in the case of FIG. 1,
The light is guided to the PD through the 1.3 μm light and the 1.55 μm light from the optical fiber 8 and the sensitivity is measured and compared. In such a module, 1:10 which is the same as the evaluation of the submount itself is used.
A sensitivity ratio of 0 was obtained.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明は従来不透明のセラミックで作ら
れていたサブマウントを透明の板状にする。サブマウン
トからPDに光を導入することができる。基板の上に不
要光を吸収するエピ層を設けているからPDに不要光が
入るのを防ぐことができる。送受信型のモジュールでは
WDMフィルタによって二つの波長の光を分離するが、
いまだ不十分である。本発明の光学部品はWDMフィル
タの波長選択性の不完全性を補うことができる。送信光
が受信光に紛れるクロストークを防ぐことができる。単
純な部品であるが効果は大きい。
According to the present invention, a submount conventionally made of opaque ceramic is formed into a transparent plate. Light can be introduced from the submount to the PD. Since the epi layer that absorbs unnecessary light is provided on the substrate, unnecessary light can be prevented from entering the PD. In a transmission / reception type module, light of two wavelengths is separated by a WDM filter.
Still not enough. The optical component of the present invention can compensate for imperfect wavelength selectivity of the WDM filter. It is possible to prevent crosstalk in which transmitted light is mixed with received light. Although it is a simple part, the effect is great.

【0057】たかがサブマウントに半導体膜を使うこと
に抵抗感があるかもしれない。半導体素子というと高価
に思われようが、今ではウエハサイズも大きくなりチッ
プあたりのウエハコストは低減している。またこのよう
な簡単な一層構造であると、非常に低コストでエピタキ
シャル成長できる。これに対して誘電体多層膜は、樹脂
フィルムの上に(誘電体多層膜/樹脂フィルム)多層膜
をコ−ティングしなければならないので層構造が複雑で
かえって高価になる。
There may be a sense of resistance in using a semiconductor film for the submount. Although semiconductor elements seem to be expensive, the wafer size is now increasing and the wafer cost per chip is decreasing. With such a simple single-layer structure, epitaxial growth can be performed at very low cost. On the other hand, the dielectric multilayer film must be coated on the resin film (dielectric multilayer film / resin film), so that the layer structure is complicated and rather expensive.

【0058】(誘電体多層膜/樹脂フィルム)構造の樹
脂フィルタは熱にも弱い。ためにLDやPDをダイボン
ディングしてから樹脂フィルタを挿入しなければならな
い。組立上においても問題がある。その点本発明のサブ
マウントは、LDやPDと同じ製法で作ることができ
る。取扱いも半導体素子と同様で、あらゆる面でPDや
LDなど半導体チップと同様の扱いができる。
The resin filter having the (dielectric multilayer film / resin film) structure is weak against heat. Therefore, a resin filter must be inserted after the LD or PD is die-bonded. There is also a problem in assembly. In this regard, the submount of the present invention can be manufactured by the same manufacturing method as that for LD and PD. Handling is the same as that of a semiconductor element, and can be handled in the same manner as a semiconductor chip such as a PD or LD in all aspects.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】V溝を有するSiベンチと裏面入射型PDを組
み合わせた従来例にかかる受光モジュールの一例を示す
断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a light receiving module according to a conventional example in which a Si bench having a V groove and a back-illuminated PD are combined.

【図2】InGaAs受光層をもつ従来例にかかる上面
入射型のPDの縦断面図。
FIG. 2 is a vertical sectional view of a top-incidence type PD according to a conventional example having an InGaAs light receiving layer.

【図3】InGaAs受光層を持つ従来例にかかるPD
の感度特性を示すグラフ。
FIG. 3 shows a conventional PD having an InGaAs light receiving layer.
5 is a graph showing the sensitivity characteristics of FIG.

【図4】PDとLDを同一のハウジングに収容しWDM
フィルタで送信光と受信光の経路を分けた従来例にかか
る送受信モジュールの概略構成図。
FIG. 4 is a diagram illustrating a WDM in which a PD and an LD are housed in the same housing.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a transmission / reception module according to a conventional example in which a path of transmission light and a path of reception light are separated by a filter.

【図5】PDとLDをSiベンチの同一直線上に設け
て、光ファイバの途中に設けたWDMフィルタで送信光
と受信光を分離した従来例にかかる送受信モジュールの
概略断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a transmission / reception module according to a conventional example in which a PD and an LD are provided on the same straight line of a Si bench, and transmission light and reception light are separated by a WDM filter provided in the middle of an optical fiber.

【図6】本発明の実施例にかかる光学部品の断面図。FIG. 6 is a sectional view of an optical component according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例にかかる光学部品の透過率の波
長依存性を示すグラフ。
FIG. 7 is a graph showing the wavelength dependence of the transmittance of the optical component according to the example of the present invention.

【図8】本発明の実施例にかかるサブマウントの上に裏
面入射型PDをのせた状態の断面図。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a back-illuminated type PD is placed on a submount according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Siベンチ 2 V溝 3 PD 4 受光部 5 多層膜フィルタ 6 n電極 7 サブマウント 8 光ファイバ 9 ミラー面 12 n−InP基板 13 n−InPバッファ層 14 n−InGaAs受光層 15 n−InP窓層 16 Zn拡散領域 17 p電極 18 反射防止膜 19 パッシベーション膜 20 n電極 21 多層膜フィルタ型WDM 22 三角柱ガラス 23 三角柱ガラス 24 多層膜ミラー 25 LD 26 PD 27 光ファイバ 30 ハウジング 31 光ファイバ 32 LD 33 PD 34 WDMフィルタ 35 受光部 40 InP基板 41 InGaAsP吸収層 42 メタライズ面 43 メタライズ面 45 反射防止膜 46 反射防止膜 47 PD 48 受光部 1 Si bench 2 V groove 3 PD 4 Receiver 5 Multilayer filter 6 n electrode 7 Submount 8 Optical fiber 9 Mirror surface 12 n-InP substrate 13 n-InP buffer layer 14 n-InGaAs light receiving layer 15 n-InP window layer 16 Zn diffusion region 17 p electrode 18 Anti-reflective coating 19 Passivation film 20 n electrodes 21 Multi-layer filter WDM 22 Triangular prism glass 23 Triangular prism glass 24 Multilayer mirror 25 LD 26 PD 27 Optical fiber 30 Housing 31 Optical fiber 32 LD 33 PD 34 WDM filter 35 Receiver 40 InP substrate 41 InGaAsP absorption layer 42 Metallized surface 43 Metallized surface 45 Anti-reflective coating 46 Anti-reflective coating 47 PD 48 Receiver

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−160259(JP,A) 特開 平9−139512(JP,A)Continuation of front page       (56) References JP-A-8-160259 (JP, A)                 JP-A-9-139512 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 パッケージと受信フォトダイオードチッ
プの間に介在しパッケージと前記フォトダイオードチッ
プの両者に固定される独立の部材であって、透光性の半
導体基板と、透過すべき光の波長λより短く排除すべ
き光の波長λより長いバンドギャップ波長λを有し
基板の一面或いは両面に形成されたエピタキシャル成長
した波長λの光を吸収する半導体単結晶薄膜の波長選
択層とよりなり、pn接合を有しないことを特徴とする
受信フォトダイオード用サブマウント。
1. An independent member interposed between a package and a receiving photodiode chip and fixed to both the package and the photodiode chip. The member is a light-transmitting semiconductor substrate and a wavelength λ of light to be transmitted. more the wavelength selective layer of the semiconductor single crystal thin film that absorbs a wavelength lambda 1 of light grown epitaxially formed on one surface or both surfaces of the substrate have a longer bandgap wavelength lambda g than the wavelength lambda 1 of the light to be rejected less than 2 A submount for a receiving photodiode characterized by having no pn junction.
【請求項2】 上下面の周辺部にメタライズ面を形成し
た事を特徴とする請求項1に記載の受信フォトダイオー
ド用サブマウント。
2. The sub-mount for a receiving photodiode according to claim 1, wherein metallized surfaces are formed in peripheral portions of upper and lower surfaces.
【請求項3】 基板がInP単結晶であり、波長選択層
がInGaAsP単結晶薄膜である事を特徴とする請求
項1又は2に記載の受信フォトダイオード用サブマウン
ト。
3. The sub-mount for a receiving photodiode according to claim 1, wherein the substrate is an InP single crystal, and the wavelength selection layer is an InGaAsP single crystal thin film.
【請求項4】 InGaAsPのバンドギャップ波長が
1.4μm帯であることを特徴とする請求項3に記載の
受信フォトダイオード用サブマウント。
4. The submount for a receiving photodiode according to claim 3, wherein the band gap wavelength of InGaAsP is in a 1.4 μm band.
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