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光接收模塊及光發(fā)送模塊的制作方法_2

文檔序號:8338558閱讀:來源:國知局
一個方向上。4通道量的聚光透鏡40將來自光分波回路170的光朝著包含在受光元件陣列150中的4通道量的各個受光元件50會聚。此外,在本實(shí)施方式中,如圖1及圖2所示,將該聚光透鏡40排列的一個方向作為X軸,將平面142內(nèi)與X軸垂直的軸作為Y軸,將離開支持基板103的方向作為正Y方向。另外,將垂直于平面142的軸作為Z軸,將朝向受光元件陣列150的方向作為正Z方向。還有,在本實(shí)施方式中透鏡陣列140是以一體方式形成的,但也可以是將一個聚光透鏡40各自分別形成的透鏡一體化的所謂混合透鏡陣列,或者其他多個聚光透鏡使互相的光軸平行而排列在一個方向上的透鏡陣列。
[0036]圖3是用于對受光元件陣列150的受光元件50進(jìn)行說明的圖。受光元件50是背面入射型的光電二極管,在半導(dǎo)體基板53的一側(cè)的面上形成受光部51,在受光部51中將入射光轉(zhuǎn)換為電信號。在本實(shí)施方式中,入射的光的波長為1.3μηι區(qū)域或者1.55μηι區(qū)域,半導(dǎo)體基板53是對于該波長具有充分透射特性的InP基板,但也可以是其他的波長區(qū)域以及基板材料。在半導(dǎo)體基板53的另一個面上,形成朝著透鏡陣列140突出的球面形狀的受光元件透鏡55。例如,受光元件透鏡55是通過對半導(dǎo)體基板53選擇性刻蝕而形成的。但不局限于此,也可以例如在半導(dǎo)體基板53上另外形成透鏡。來自透鏡陣列140的光從受光元件透鏡55向半導(dǎo)體基板53的內(nèi)側(cè)入射,通過受光元件透鏡55再向受光部51會聚。但是,受光元件50可以不具有受光元件透鏡55,也可以在半導(dǎo)體基板53的背面另外設(shè)置透鏡。
[0037]還有,在本說明書中,“受光元件透鏡55將來自透鏡陣列140的光向受光部51會聚”只要是從受光元件透鏡55到受光部51之間的光的方向比從透鏡陣列140到受光元件透鏡55之間的光的方向更接近聚光透鏡40的中心軸的方向即可(但是,該中心軸上的光除外),不局限于焦點(diǎn)F位于受光部51上的情況。
[0038]另外,這里使用了“焦點(diǎn)”這一表達(dá)來說明光的會聚程度,而作為光線最會聚的點(diǎn)的“光束腰”也基本是同義,即使不考慮“焦點(diǎn)的位置”而考慮“光束腰的位置”,本發(fā)明的思想也沒有變化?;氐綀D1,透鏡陣列140相對于支持基板103,經(jīng)由底座105用粘著劑等固定劑106固定,但為了抑制受光部51中的光反射衰減量,將聚光透鏡40的中心偏移,配置在比受光部51的中心更靠上方、也就是正Y方向上。通過這樣的配置,聚光透鏡的出射光線相對于受光部傾斜入射,在受光部面上的反射,與向受光部的入射光線反射到不同的方向。由此,從光分波回路170出射的光入射到受光元件陣列150的各個受光元件50,但由于與受光部51的中心軸偏移,因此能夠抑制在受光部51的表面上的光反射衰減量。這里,例如在圖2中使透鏡陣列140向X方向移動,將各聚光透鏡40的中心偏移,由此也能夠抑制光反射衰減量。但是,在X方向上偏移的情況下,可能在反射鏡或者濾光片70的端面等處發(fā)生反射,反射光被其他通道的受光部51接受等成為光串?dāng)_的原因。所以,在本實(shí)施方式中,以離開受光部51的中心軸的Y方向上的偏差比X方向上的偏差更大的方式配置聚光透鏡40,抑制光反射衰減量。由此,能夠抑制產(chǎn)生光串?dāng)_所導(dǎo)致的信號惡化,同時抑制光反射造成的衰減量。
[0039]而焦點(diǎn)F位于受光部51上的情況是受光限度最大的狀態(tài)。不過,由于照射受光面的光是接近于點(diǎn)的狀態(tài),因此由于空間電荷效應(yīng)可能導(dǎo)致高頻特性降低。空間電荷效應(yīng)是指在受光部51的耗盡層內(nèi)部局部高密度地產(chǎn)生電荷(電子空穴對),由此產(chǎn)生與外部偏置電壓施加給耗盡層內(nèi)部的本來的電場反向的內(nèi)部電場,抵消了本來的電場強(qiáng)度,因此高頻特性降低的現(xiàn)象。
[0040]圖4是用于說明受光部51中接受的光的斑直徑R相對于圖1中所示的聚光透鏡40與受光元件50的距離L的關(guān)系的曲線圖。圖5A?5E是概要性表示與圖4的距離L的范圍A?E分別對應(yīng)的焦點(diǎn)F的位置的圖。圖6A?6E是與圖4的距離L的范圍A?E分別對應(yīng)、分別表不對應(yīng)于聚光透鏡40的中心軸和受光部51的中心軸的偏移的、受光效率及反射返回光的損耗的曲線圖。這里,“反射返回光的損耗”是將反射返回光相對于入射光的比用對數(shù)表示的值,這個值較大時,是能夠?qū)⒐夥瓷渌p量降低的值。還有,在圖4中,距離L是將焦點(diǎn)F位于受光元件透鏡55的表面的情況作為基準(zhǔn)(O),另外,能夠受光的斑直徑R,當(dāng)受光部51的半徑為I時,例如光束腰的斑直徑約為0.18?1.00的范圍,在曲線圖中表示出最小值MIN?最大值MAX。這里,最小值MIN不局限于這個值,是為了避免空間電荷效應(yīng)的問題而確定的。
[0041]作為具體的例子,例如一般25Gb/s的光電二極管的有效受光半徑若為8.0 μ m,則期望的范圍的最大值MAX的斑直徑R與該有效受光半徑為相同程度。另外,期望的范圍的最小值MIN的斑直徑R,被確定為不發(fā)生空間電荷效應(yīng)的問題,也與光電二極管的性能有關(guān),但大約為2?3 μ m程度。
[0042]圖4中距離L的范圍B表示受光部51中的斑直徑R小于期望的范圍的最小值MIN的情況。這時,如圖5B所不,焦點(diǎn)F位于受光部51表面,或者位于其附近。受光部51表面的斑直徑R小于期望的范圍的最小值MIN時,如上所述,可能由于空間電荷效應(yīng)導(dǎo)致高頻特性降低。
[0043]圖4中距離L的范圍A如圖5A所示,是焦點(diǎn)F位于與受光部51的聚光透鏡40側(cè)相反一側(cè)的情況。這時,斑直徑R是最小值MIN以上,但由于需要廣闊地使用受光元件透鏡55的面積,因此有時導(dǎo)致光照射到比受光元件透鏡55更廣闊的范圍。另外,即使收斂在受光元件透鏡55的范圍內(nèi),由于特別是通過刻蝕等形成的受光元件透鏡55越遠(yuǎn)離中心越容易偏離理想的曲面,使用受光元件透鏡55的外側(cè)的結(jié)果是可能使不照射在受光部51上的光增加。因此,距離L的范圍A會利用受光元件透鏡55的廣闊范圍,所以認(rèn)為不使用它更好。
[0044]圖4中距離L的位置D如圖所示,焦點(diǎn)F位于受光元件透鏡55的表面上,但在這種情況下,存在著在受光元件透鏡55的表面反射,受光靈敏度惡化的風(fēng)險,認(rèn)為不使用更好。另外,如圖6D所示,與圖6A?6C的曲線圖比較,受光效率良好的范圍狹窄,即使為了降低反射返回光的影響而使聚光透鏡40的中心軸從受光部的中心偏移,也會導(dǎo)致受光效率降低。
[0045]圖4中距離L的范圍E如圖5E所示,焦點(diǎn)F位于聚光透鏡40和受光元件50之間。這種情況下,來自聚光透鏡40的光以在聚光透鏡40和受光元件透鏡55之間聚結(jié)到焦點(diǎn)F之后逐漸擴(kuò)散開的狀態(tài)入射到受光元件透鏡55。從受光元件透鏡55入射到半導(dǎo)體基板53的內(nèi)側(cè)的光是擴(kuò)散率比入射前更受抑制而到達(dá)受光部51的。所以,入射到受光元件50的光沒有通過受光元件透鏡55完全會聚,從受光部51偏離的光增多的概率升高。另外,如圖6E所示,即使聚光透鏡40的中心軸相對于受光部的中心沒有偏移的情況下受光效率也低,對于距離L的范圍E也認(rèn)為不適于使用。
[0046]圖4中距離L的范圍C如圖5C所示,焦點(diǎn)F位于半導(dǎo)體基板53的內(nèi)側(cè)。這種情況下,來自聚光透鏡40的光以逐漸變窄的狀態(tài)入射到受光元件透鏡55。入射到受光元件透鏡55的光在半導(dǎo)體基板53內(nèi)聚結(jié)到焦點(diǎn)F之后,逐漸擴(kuò)散開而到達(dá)受光部51。斑直徑R是從最小值MIN到最大值MAX的范圍,若參照圖6C,則對于較大的偏移也能維持高的受光效率,另外,反射返回光的影響限制在小的偏移范圍內(nèi)。所以,由于偏移的容許范圍大,因此能夠避免反射返回光的影響,同時獲得高的受光效率。
[0047]如以上所述,通過將焦點(diǎn)F在半導(dǎo)體基板53的內(nèi)側(cè)的圖4的距離L作為范圍C,能夠在高受光效率的范圍大、不受反射返回光的影響的范圍內(nèi)確定光軸的偏移。進(jìn)一步地,如圖1所示那樣將聚光透鏡40的中心軸相比較X方向向Y方向移動更大時,也能夠維持高的受光效率,同時抑制光反射衰減量。另外,由于偏移量的容許范圍大,因此即使在搭載位置發(fā)生不一致的情況下,也能夠收斂在受光效率高的范圍內(nèi)。所以,能夠成為傳輸效率更高的光接收模塊。
[0048]焦點(diǎn)F位于半導(dǎo)體基板53的內(nèi)側(cè)的距離L的范圍C是根據(jù)透鏡陣列140和受光元件陣列150的距離L、以及半導(dǎo)體基板53的厚度(受光元件透鏡55和受光部51的距離)、聚光透鏡40以及受光元件透鏡55的光學(xué)參數(shù)而確定的。
[0049]如圖1中說明的,將透鏡陣列140固定在支持基板103上時,經(jīng)由底座105使用固定劑106,而固定劑
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