专利名称：光接收器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种光接收器装置。
背景技术：
存在对光接收器装置的高频特性进行改进的需要。日本专利申请公开第2007-274032号公开了ー个光接收器装置的示例。图I示出了ー个光接收器装置的电路结 构示例。如图I所示，光接收器装置具有光接收元件10、TIA(转阻放大器)20等。信号光I光耦合到光接收元件10。光接收元件10的阳极耦接到TIA 20的输入端。光接收元件10的阴极耦接到正电源(例如，5V)。TIA 20具有放大器元件21和反馈电阻器R1。光接收元件10将光信号转换为电信号。TIA20将电信号电流转换为电压并输出该信号电压。对光接收器装置的高频特性的需要正在逐年增长。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进了高频特性的光接收器装置。根据本发明的ー个方面，提供了ー种光接收器装置，其包括光接收元件，其具有第一电极和第二电极，第一电极作为输出电极，第二电极稱接到不同于地电位的电位；放大器装置，其上表面上具有放大器元件、连接端，连接端包括信号电极和接地电极；第一导体，其将光接收元件的第一电极的电位耦接到信号电极，该第一导体从放大器装置的上表面侧引入；以及第ニ导体，其将光接收元件的第二电极的电位耦接到接地电极，该第二导体从放大器装置的上表面侧引入。在所述光接收器装置中，将不同于地电位的电位耦接到光接收元件，并且所述光接收元件承受反向偏压。但是，考虑到相对于光接收元件的输出端(第一电极)的高频波，将电源电位作为基准电位。发明人已对此进行了研究。在本发明中，耦接到施加反向偏压的电源的电极(第二电极)从放大器装置上表面通过电容器耦接至构造了放大器装置的连接端的接地电极。使用该结构，可以改进光接收元件与放大器装置之间的传输特性。因此，可以改进光接收器装置的高频特性。接地电极可以设置在信号电极的两侧。光接收元件可以具有这样的结构，其中两个光接收部分以级联耦接结构相耦接；第一电极可以是两个光接收部分的公共耦接点；以及第ニ电极可以是两个光接收部分中位于公共耦接点相对侧的电极中的至少ー个。光接收元件可以安装在这样的光接收元件载体上，该光接收元件载体具有提取第一电极电位的第一图案和提取第ニ电极电位的第二图案。第二图案可以设置在第一图案的两侧；并且第一电容器可以设置在第二图案的两侦れ第一导体可以是使第一图案与信号电极耦接的接合线；而第二导体可以是使第二图案上的第一电容器与接地电极耦接的接合线。
公共耦接点相对侧的电极可以耦接到不同于地电位的电位。公共耦接点相对侧的电极可以通过隔直流部分耦接到一起。隔直流部分可以是第一电容器。电容量大于第一电容器的电容量的第二电容器可以与第一电容器并联地稱接到第二电极的电位。
图I示出了光接收器装置的电路图的示例；图2A示出了光接收器装置的俯视图；图2B示出了沿图2A的线A-A’所取的局部剖视图；图3A示出了根据第一实施例的光接收器装置的俯视图；图3B示出了沿图3A的线B-B’所取的局部剖视图；图4示出了根据第二实施例的光接收器装置的电路图；图5示出了根据第二实施例的光接收器装置的俯视图；图6示出了根据第三实施例的光接收器装置的俯视图；图7示出了根据第三实施例的光接收器装置的光电转换增益的频率特性；图8示出了根据第四实施例的光接收器装置的俯视图；以及图9示出了根据第五实施例的光接收器装置的俯视图。
具体实施例方式以下将给出对根据第一对比实施例的光接收器装置的描述。[第一对比实施例]图2A和图2B示出了根据第一对比实施例的光接收器装置的示意图。图2A示出了光接收器装置的俯视图。图2B示出了沿图2A的线A-A’所取的局部剖视图。光接收元件10具有设置在半导体基底10-1的正面上的光接收元件台面(mesa) 10-2(光接收部分)、设置在光接收台面10_2两侧的伪(dummy)台面10_3、以及设置在半导体基底10-1的反面上的透镜10-4。图2A示出了光接收元件台面10-2和伪台面10-3的电路图。光接收元件台面10-2的上表面由p型半导体制成。作为阳极电极的输出电极10-21设置在光接收元件台面10-2的上表面上。作为阴极电极的电源电极10-31设置在每个伪台面10-3的上表面上。电源电极10-31从作为光接收元件台面10-2的下部的n型半导体区域引入。透镜10-4采集进入的信号光并且将所采集的信号光提供给光接收元件台面 10-2。光接收元件10安装在光接收元件载体30上。光接收元件载体30由诸如陶瓷之类的绝缘体制成。信号图案30-1和电源图案30-2设置在光接收元件载体30的表面上。信号图案30-1耦接到光接收元件台面10-2的输出电极10-21。电源图案30-2耦接到每个伪台面10-3的电源电极10-31。电源图案30-2耦接到正电源。从而,光接收元件10通过电源图案30-2承受反向偏压。另一方面，图I的TIA 20包括由半导体制成的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具有反馈电阻器、电源电路等。信号导体20-11耦接到放大器元件21的输入端。信号导体20-11具有信号电极20-111。接地电极20-12设置在信号导体20-11和信号电极20-111的两侧。接地电极20-12通过通孔电极20-13耦接到反面的地电位。信号电极20-111和接地电极20-12作为具有给定特性阻抗的输入端。光接收元件载体30和TIA芯片20-1安装在基体载体(base carrier) 50上。基体载体50由导体制成并且耦接到地电位。地电位通过TIA芯片20-1的通孔电极20-13耦接到接地电极20-12。接合线40将设置在光接收元件载体30上的信号图案30-1与设置在TIA芯片20-1上的信号电极20-111耦接在一起。对光接收器装置的高频特性的需要逐年增长。例如，缩小光接收元件台面10-2的尺寸并且减小寄生电容可以改进光接收元件10的高频特性。但是，当进一步缩小光接收元件台面10-2的尺寸时，在光接收元件台面10-2的光接收区域中可能不能获得光耦合。根据以下实施例的光接收器装置改进了高频特性。 [第一实施例]图3A和图3B示出了根据第一实施例的光接收器装置100。图3A示出了光接收器装置100的俯视图。图3B示出了沿图3A的线B-B’所取的局部剖视图。在第一实施例中，本发明被应用于采用图2中所示光接收元件10的光接收器装置。在图3A和图3B中，光接收元件10具有与图2A和图2B所示相同的结构。光接收元件10具有设置在半导体基底10-1的正面上的光接收元件台面10-2和伪台面10-3。另夕卜，图3A示出了光接收元件台面10-2和伪台面10-3的电路图。光接收元件台面10-2具有p-i-n型的光接收元件结构。例如，半导体基底10_1由InP制成。并且，光接收台面10-2的p-i-n结构具有这样的结构，其中从基底侧开始顺序层叠11型111 、;[型(或n型)InGaAs、以及p型InGaAs。在该实施例中,光接收元件台面10-2的上表面作为阳极端，而光接收元件台面10-2的下表面(基底侧)作为阴极端。作为光接收元件10的输出端(并且作为第一电极)的输出电极10-21设置在光接收元件台面10-2的上表面上。伪台面10-3设置在光接收元件台面10-2的两侧。电源电极10-31(作为第二电极)设置在每个伪台面10-3的上表面上。伪台面10-3不使用电。伪台面10-3将光接收元件台面10-2阴极端的电位提取到与光接收元件台面10-2 —样高。在该实施例中，正电位(例如，5V)耦接到电源电极10-31。因此，光接收元件10承受反向偏压。透镜10-4设置在半导体基底10-1的反面上。透镜10-4采集入射光并将所采集的光提供给光接收元件台面10-2。光接收元件载体30由诸如陶瓷之类的绝缘体制成。信号图案30-1根据设置在光接收元件10的光接收元件台面10-2上的输出电极10-21而设置在光接收元件载体30上。电源图案30-2根据设置在每个伪台面10-3上的电源电极10-31设置在信号图案30-1的两侧。两个电源图案30-2在光接收元件载体30上的一区域中耦接到一起，并且它们都耦接到正电源。信号图案30-1与电源图案30-2之间的距离被确定为形成具有给定特性阻抗的传输线。信号图案30-1与电源图案30-2设置在与其上安装有光接收元件载体30的光接收元件10的面成直角的面上。光接收元件载体30的两个电源图案30-2上分别具有作为第一电容器的电容器31。电容器31具有上表面电极31-1和下表面电极31-2。下表面电极31-2与电源图案30-2耦接到一起。另ー方面，作为放大器装置的TIA芯片20-1例如由InP制成。TIA芯片20_1具有包括HBT (异质结双极晶体管)的放大器元件21。信号导体21-11耦接到放大器元件21的输入端。信号电极20-111设置在信号导体20-11的边缘上。接地电极20-12设置在信号导体20-11与信号电极20-111的两侧。通孔电极20-13设置在接地电极20-12上，并且耦接到设置在TIA芯片20_1的反面上的反面电极。信号电极20-111和接地电极20-12作为具有给定阻抗的输入端。信号导体20-11和接地电极20-12将输入端(信号电极20-111与接地电极20-12)与放大器元件21耦接在一起，并且形成具有给定特性阻抗的传输线。TIA芯片20-1和安装光接收元件10的光接收元件载体30均安装在由诸如钨铜(Cuff)或铁镍钴(FeNiCo)之类的导体制成的基体载体50上。基体载体50耦接到地电位并 且将该地电位施加给TIA芯片20-1的反面电极。接合线40 (作为第一耦接导体)将设置在光接收元件载体30上的信号图案30-1与耦接到TIA芯片20-1的信号导体20-11的信号电极20-111耦接在一起。接合线41 (作为第二耦接导体)将安装在每个电源图案30-2上的电容器31的上表面电极31-1与TIA芯片20-1的每个接地电极20-12耦接在一起。使用该结构，在考虑到高频波的情况下，将耦接到向光接收元件10施加反向偏压的电源的电极(在该实施例中，其为光接收元件10的电源电极10-31)与TIA芯片20-1上的接地电极20-12耦接到一起。根据该实施例，从高频波来看，改进了光接收元件10的基准电位(光接收元件10的电源电极10-31)与TIA芯片20-1上的接地电极20-12之间的共用性。这可以使得从光接收元件10到TIA芯片20-1的信号路径的传输特性得到改进。由于耦接是在其中设置有TIA芯片20-1的信号导体20-11的上表面侧上使用接合线40和41建立的，因此抑制了不必要的电感。使用该结构，改进了光接收器装置100的高频特性。在该实施例中，通过将正电源耦接到阴极端来对光接收元件10施加反向偏压。但是，这种结构不限于该实施例。例如，也可以通过向阳极端施加负偏压来对光接收元件10施加反向偏压。[第二实施例]接下来，将给出第二实施例的描述。第二实施例采用使用平衡型光接收元件的光接收器装置。图4示出了根据第二实施例的光接收器装置101的电路结构。如图4所示，在光接收器装置101中，光接收元件IOa和光接收元件IOb以单向级联耦接的结构彼此耦接。输出信号从两个光接收元件IOa和IOb的公共耦接点提取。这两个光接收元件IOa和IOb的另一端均耦接到向其施加反向偏压的电源。在图4中，光接收元件IOa的另一端耦接到正电源，而光接收元件IOb的另一端耦接到负电源。从公共耦接点提取的输出信号馈入TIA 20中。TIA 20将该输出信号转换为电压信号。具有反相的光信号I和2分别光耦接到两个光接收元件IOa和10b。从而，可以放大来自光接收元件IOa和IOb的信号幅度。该实施例在进行了相位调制的数字光信号的光电转换中更加优选。
图5示出了光接收器装置101的俯视图。图5中所示的与第一实施例相同的部件具有与第一实施例相同的参考标号。光接收元件10具有光接收元件台面10-2和10-5，它们作为构成半导体基底10-1的正面上的平衡型光接收元件的两个光接收元件IOa和10b。伪台面10-3被布置为邻近光接收元件台面10-2。光接收元件台面10-2和光接收元件台面10-5以级联的结构彼此耦接。图5示出了光接收元件台面10-2和10-5以及伪台面10-3的电路图。光接收元件台面10-2的上表面作为两个光接收部分的公共耦接点。作为平衡型光接收元件的输出端的输出电极10-21设置在光接收元件台面10-2的上表面上。耦接到用于向光接收元件台面10-5施加反向偏压的负电源的负电源电极10-51设置在光接收元件 台面10-5的上表面上。耦接到用于向光接收元件台面10-2施加反向偏压的正电源的正电源电极10-31设置在伪台面10-3的上表面上。即，正电源电极10-31和负电源电极10-51作为施加电功率的电极(第二电极)。在考虑到高频波的情况下，相对于信号电极10-21，正电源电极10-31和负电源电极10-51具有基准电位。透镜10-4根据光接收元件台面10-2和10-5设置在半导体基底10-1的反面上。电源图案30-2和30-3设置在光接收元件载体30上的信号图案30_1的两侧。电源图案30-2与电源图案30-3电隔离。电源图案30-2耦接到伪台面10_3的正电源电极10-31，并且耦接到外部正电源。电源图案30-3耦接到光接收元件台面10-5的负电源电极10-51，并且耦接到外部负电源。电容器31安装在电源图案30-2上。电容器32安装在电源图案30-3上。电容器31的下表面电极耦接到电源图案30-2。电容器32的下表面电极耦接到电源图案30-3。电容器31和32的上表面电极31-1和32-1通过接合线分别耦接到每个接地电极20-12。在该实施例中，TIA芯片20-1的两个接地电极20-12中的一个通过电容器31耦接到与正电源相耦接的电源图案30-2。另一个接地电极通过电容器32耦接到与负电源相耦接的电源图案30-3。在该实施例中，和第一实施例一样，也改进了从光接收元件10到TIA芯片20-1的信号路径的传输特性。尽管在该实施例中平衡型光接收元件耦接在正电源与负电源之间，但是光接收元件也可以耦接在正电源与地电位之间。在该情况下，光接收元件台面10-5的负电源电极10-51通过电源图案30-3耦接到地电位。并且，电容器32可以被移除，而电源图案30-3可以通过接合线41直接耦接到接地电极20-12。[第三实施例]接下来，将给出第三实施例的描述。在第三实施例中，接合线42将电容器31和32的上表面电极31-1和32-1耦接在一起。其他结构与第二实施例相同。图6示出了根据第三实施例的光接收器装置102。图6示出了光接收元件台面10-2和10-5以及伪台面10-3的电路图。在光接收器装置102中，耦接到平衡型光接收元件10的电源通过隔直流部分耦接在一起。在该实施例中，电容器31和32被用作隔直流部分。可以提供另一电容器，并且在隔直流之后，电容器31和32的电位可以耦接在一起。根据该实施例，考虑高频波而将两个电源在平衡型光接收元件10中耦接在一起。两个电源与TIA芯片20-1的传输路径的地电位耦接在一起。使用该结构，进一步改进了高频特性。
图7示出了根据第三实施例的光接收器装置102的归ー化的光电转换増益的频率特性。另外，图7示出了第二对比实施例的频率特性。第二对比实施例具有这样的结构，其中移除了图6中的电容器31和32以及接合线41和42。如图7所示，对于第二对比实施例，3dB带宽约为16GHz。相比之下，在第三实施例中，3dB带宽约为20GHz。因此，图7意味着第三实施例中改进了高频特性。[第四实施例]
接下来，将给出第四实施例的描述。图8示出了根据第四实施例的光接收器装置103的俯视图。在该实施例中，作为第二电容器的电容器33和34进ー步设置在第三实施例的结构中的光接收元件载体30上。图8示出了光接收元件台面10-2和10-5以及伪台面10-3的电路图。与作为第一电容器的电容器31和32 —样，电容器33和34也具有上表面电极和下表面电极。电容器33的下表面电极耦接到光接收元件载体30上的电源电极30-2。电容器34的下表面电极耦接到光接收元件载体30上的电源电极30-3。电容器34的上表面电极34-1通过接合线43耦接到电容器31的上表面电极31-1。电容器33的上表面电极
33-1通过接合线44耦接到电容器32的上表面电极32-1。电容器33和34的电容量比电容器31和32的电容量大，并且电容器33和34的通频带比电容器31和32的通频带小。当提供电容器33和34时，基准电位与接地电极20-12在宽频带中共用。从而，进ー步改善了高频特性。[第五实施例]以下将给出第五实施例的描述。图9示出了根据第五实施例的光接收器装置104的俯视图。在光接收器装置104中，第四实施例的电容器33和34设置在基体载体50上。图9示出了光接收元件台面10-2和10-5以及伪台面10-3的电路图。电容器33和34的下表面电极耦接到基体载体50，从而接地。与第四实施例一祥，电容器33的上表面电极33-1耦接到电容器32的上表面电极，并且电容器34的上表面电极
34-1耦接到电容器31的上表面电极。在该实施例中，对于直流，电容器31和32的上表面的电位被电容器33和34阻挡，并且在考虑到高频波的情况下，电容器31和32的上表面的电位耦接到基体载体50的地电位。基体载体50的地电位通过通孔电极20-13耦接到TIA芯片20-1的接地电极20-12的地电位。从而，上表面电极31-1和32-1通过基体载体50与接地电极20-12耦接在一起。在该实施例中，电容器33和34设置在基体载体50上。因此，光接收器装置104的安装比光接收器装置103的安装更容易。在该实施例中，电容器33和34安装在基体载体50上。因此，接合线43和44比第四实施例的情况更长。但是，电容器33和34通过比电容器31和32频带低的频带。因此，较长的接合线43和44的电感对较低频带不具有太大影响。根据上述实施例，提供了ー种具有改善了的高频特性的光接收器装置。本发明不限于上述实施例。光接收元件10可以是利用雪崩倍増的APD(雪崩光电ニ极管)。尽管在上述实施例中光接收元件10安装在光接收元件载体30上，但是光接收元件10也可以安装在基体载体50上。在该情况下，基体载体50可以由绝缘体制成，并且信号图案30-1以及电源图案30-2和30-3可以设置在基体载体50上作为图案。电容器31和32可以安装在设置在基体载体50上的电源图案30-2和30-3上。 光接收元件10可以安装在TIA芯片20-1上。在该情况下，信号图案30_1以及电源图案30-2和30-3可以安装在TIA芯片20_1上作为图案。电容器31和32可以设置在TIA芯片20-1上。可替换地，电容器31和32可以由TIA芯片20_1上的MM(金属-绝缘体-金属)电容器制成。在第一至第三实施例中，在TIA芯片20-1的接地电极20-12中设置有通孔电极。但是，该结构不总是必须的。在上述实施例中，用于信号传输的基准电位从光接收元件10通过电容器31和32耦接到接地电极20-12。因此，即使TIA芯片20_1的接地电极20-12不耦接到TIA芯片20-1的地电位，但考虑到高频波，接地电极20-12也接地。可以使用平衡型光接收元件，并且进行了相位调制的光信号可以被转换为电信号。可以使用多个光接收器装置作为一个光接收单元以用于DP-QPSK (双极化正交相移键控)光通信。在第二至第五实施例中，两个光接收部分(光接收元件台面10-2和10-5)集成在公共的半导体基底上作为平衡型光接收元件10。但是，该结构不限于上述实施例。例如，平衡型光接收元件可以具有这样的结构，其中分离的光接收元件芯片可以以级联耦接结构相耦接。本发明不限于具体公开的实施例和变型，在不脱离本发明的范围的情况下，还可以包括其他实施例和变型。
权利要求
1.ー种光接收器装置，包括 光接收元件，其具有第一电极和第二电极，所述第一电极作为输出电极，以及所述第二电极耦接到不同于地电位的电位； 放大器装置，其上表面上具有放大器元件、连接端子，所述连接端子包括信号电极和接地电极； 第一导体，其将所述光接收元件的第一电极的电位耦接到所述信号电极，所述第一导体从所述放大器装置的上表面侧引入；以及 第二导体，其将所述光接收元件的第二电极的电位耦接到所述接地电极，所述第二导体从所述放大器装置的上表面侧引入。
2.如权利要求I所述的光接收器装置，其中所述接地电极设置在所述信号电极的两侦れ
3.如权利要求I所述的光接收器装置，其中 所述光接收元件具有其中两个光接收部分以级联耦接结构相耦接的结构； 所述第一电极是所述两个光接收部分的公共耦接点；以及 所述第二电极是所述两个光接收部分的位于所述公共耦接点的相对侧的电极中的至少ー个。
4.如权利要求I至3中任一项所述的光接收器装置，其中所述光接收元件安装在光接收元件载体上，所述光接收元件载体具有提取所述第一电极的电位的第一图案和提取所述第二电极的电位的第二图案。
5.如权利要求4所述的光接收器装置，其中 所述第二图案设置在所述第一图案的两侧；以及 第一电容器设置在所述第二图案的两侧。
6.如权利要求4所述的光接收器装置，其中 所述第一导体是将所述第一图案与所述信号电极耦接的接合线；以及 所述第二导体是将所述第二图案上的第一电容器与所述接地电极耦接的接合线。
7.如权利要求3所述的光接收器装置，其中所述公共耦接点的相对侧的电极耦接到不同于地电位的电位。
8.如权利要求3或7所述的光接收器装置，其中公共耦接点的相对侧的电极通过隔直流部分稱接在一起。
9.如权利要求8所述的光接收器装置，其中所述隔直流部分为第一电容器。
10.如权利要求I所述的光接收器装置，其中电容量大于第一电容器的电容量的第二电容器与第一电容器并联地耦接到所述第二电极的电位。
全文摘要
本发明提供了一种光接收器装置，其包括光接收元件，其具有第一电极和第二电极，第一电极作为输出电极，第二电极耦接到不同于地电位的电位；放大器装置，其上表面上具有放大器元件、连接端子，连接端子包括信号电极和接地电极；第一导体，其将光接收元件的第一电极的电位耦接到信号电极，该第一导体从放大器装置的上表面侧引入；以及第二导体，其将光接收元件的第二电极的电位耦接到接地电极，该第二导体从放大器装置的上表面侧引入。
文档编号H04B10/12GK102761362SQ20111010578
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者武智胜, 泽田宗作, 立岩义弘 申请人:住友电气工业株式会社