JP2017126949A

JP2017126949A - 光電変換器

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Publication number: JP2017126949A
Application number: JP2016006180A
Authority: JP
Inventors: 梅沢　俊匡; Toshimasa Umezawa; 俊匡梅沢; 赤羽　浩一; Koichi Akaha; 浩一赤羽; 松本　敦; Atsushi Matsumoto; 敦松本; 敦史菅野; Atsushi Kanno; 直克山本; Naokatsu Yamamoto; 川西　哲也; Tetsuya Kawanishi; 哲也川西
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2017-07-20
Also published as: WO2017122610A1; US20190020319A1; CN108463946A; DE112017000387T5

Abstract

【課題】電力損失が低く、周波数特性の良好な光電変換器を提供する。
【解決手段】光信号を電気信号に変換して増幅する光電変換器であって、光信号を電気信号に変換して出力端１１から出力する光電変換素子１０と、出力端から出力される電気信号の入力端２１及び入力端の後段に配置され、入力端に直列接続された直流遮断用コンデンサ２３を有し、電気信号を増幅する高周波増幅器２０と、光電変換素子へバイアス電圧又はバイアス電流を印加するバイアス電源Ｇと入力端との間に配置され、直流遮断用コンデンサに対し並列接続されたインダクタンス素子３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号を電気信号に変換して増幅する光電変換器に関し、特に狭帯域型の光電変換器に関する。

光通信における伝送容量は、年々増加の一途をたどっている。このため今後も、その伝送容量を高めていく必要がある。ここで光通信には、固定型と、無線と光通信を組み合わせた光ファイバー無線型とが存在する。現在の光通信は、大容量伝送が可能な固定型が基幹通信網（バックボーン回線）として利用されているが、今後は、例えば、モバイルバックホール（末端のアクセス回線と中心部の基幹通信網(バックボーン回線)を繋ぐ中継回線）への応用などを想定した場合、光ファイバー無線技術が重要になると考えられる。

光ファイバー無線において伝送容量を増やすためには、一般にキャリア周波数を高くすることが有利とされる。これは、中心周波数に対して約２０％の幅が周波数帯域幅として得られるためである。つまり、中心周波数が１０ＧＨｚの場合、周波数帯域幅は約２ＧＨｚとなるが、中心周波数が１００ＧＨｚの場合、周波数帯域幅は約２０ＧＨｚとなり、周波数帯域幅が広がる。

一方、光ファイバー無線技術におけるキー技術に狭帯域型光検出器がある。これは、ある特定の周波数で変調された光信号を高周波の電気信号へ変換を行う光電気変換器である。この光電気変換器（以下、フォトレシーバ）の実用化及び量産化を考えた場合、周波数特性の安定化及び生産の低コスト化は非常に重要なファクターであると考えられる。

ここで、フォトレシーバは、固定型の光通信において広く一般的に使用されており、主にフォトダイオードと高周波アンプ（トランスインピーダンスアンプ）とで構成される。周波数帯域としてはＤＣ（直流）〜３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）帯のフォトレシーバが製品化・市販化されている。一方、光ファイバー無線応用などに使用されるマイクロ波・ミリ波帯における高周波アンプを内蔵した狭帯域型フォトレシーバの製品や研究報告例は極めて少なく、周波数特性の安定化及び生産の低コスト化についての報告はほとんど無く、フォトダイオードモジュール単体と狭帯域（パワー）アンプモジュール単体を電気コネクタにより接続する例がほとんどである。

例えば、非特許文献１には、フォトダイオードと高周波アンプを外部接続する例が示されている。また、非特許文献２には、一般的に使用されているフォトダイオードと高周波アンプとの接続方法が示されており、内部バイアス駆動によりフォトダイオードを動作させる例と、外部バイアス駆動によりフォトダイオードを動作させる例とが示されている。

S.Babiel, A.Stohr, A.Kanno and T.Kawanishi, "Radio-over-Fiber Photonic Wireless Bridge in the W-Band", IEEE International conference on Communications 2013, pp. 838-842, Workshop on optical-wireless integrated technology for systems and network 2013 11.3 Gbps Limiting Transimpedance Amplifier With RSSITEXAS Instrument ONET8501T

一方、狭帯域型フォトレシーバは、高出力、高出力線形成が重要なファクターとなるため、高周波アンプの変わりに、マイクロ波回路で一般的に使用されるリニアアンプを使用する方が良好な特性が得られやすい。これらのリニアアンプはフォトダイオード接続のための内部バイアス回路は設けられていないため、非特許文献２で提示されるような内部バイアス駆動によりフォトダイオードを動作させる接続方法をとることができない。一方、外部バイアス駆動によりフォトダイオードを動作させる接続方法では、接続が可能となるが、接続時に用いるワイヤインダクタスが大きくなる傾向がある。

このため、動作周波数が１０ＧＨｚ（ギガヘルツ）程度と低い場合、フォトレシーバ全体の周波数特性に問題は生じる可能性は低いが、動作周波数が高くなるに従い（特に３０ＧＨｚ以上）、ワイヤインダクタンスが周波数特性（帯域幅及び平坦性）に影響を与える。したがって、フォトダイオードと高周波アンプとを接続するワイヤは、より高い周波数域で可能な限り短くすることが好ましい。また、リニアアンプの入力部は一般に直流遮断用コンデンサによって直流がカットされており、フォトダイオードからの光電流をモニターすることができない（広帯域型の高周波増幅器は直流から動作可能で、入力部は低インピーダンス設計となっている）これはフォトダイオードと光ファイバー間の光調芯ができないことを意味し、光ファイバーを含む光学系の組み立てを困難にする。

以上のように、従来のフォトレシーバには、２つのモジュール（フォトダイオードと高周波アンプ）をコネクタ接続するため高周波損失が生じ、結果として光電気変換効率が低下する（電力損失が高い）という問題がある。また、周波数特性が悪いという問題がある。また、２モジュール（フォトダイオードと高周波アンプ）分の実装スペースが必要となるためフォトレシーバが大型化し、小型送受信実験装置が設計しづらいという問題がある。さらに、２モジュール（フォトダイオードと高周波アンプ）を個別に購入する必要があり、生産が高コスト化するという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力損失が低く、周波数特性の良好な光電変換器を提供することにある。

本発明に係る光電変換器は、光信号を電気信号に変換して増幅する光電変換器であって、前記光信号を電気信号に変換して出力端から出力する光電変換素子と、前記出力端から出力される電気信号の入力端及び前記入力端の後段に配置され、前記入力端に直列接続された直流遮断用コンデンサを有し、前記電気信号を増幅する高周波増幅器と、前記光電変換素子へバイアス電圧又はバイアス電流を印加するバイアス電源と前記入力端との間に配置され、前記直流遮断用コンデンサに対し並列接続されたインダクタンス素子とを備える。

上記の構成によれば、高周波増幅器は、入力端に直列接続された直流遮断用コンデンサを有し、光電変換素子へバイアス電圧又はバイアス電流を印加するバイアス電源と入力端との間に配置され、直流遮断用コンデンサに対し並列接続されたインダクタンス素子とを備えている。このため、外部から供給されるバイアス電圧又はバイアス電流は、高周波増幅器へ流れ込むことなく、光電変換素子へと印加される。また、光電変換素子が発生した高周波信号は、インダクタンス素子により遮断（ブロック）されてバイアス側へ流れ込まず高周波増幅器へと流れ込む。このため、外部バイアス駆動によりフォトダイオードを動作させることができる。また、電力損失が低く、周波数特性が良好となる。

本発明に係る光電変換器は、前記光電変換素子の出力端と前記高周波増幅器の入力端とが、フリップチップ実装によるバンプ、ボンディングワイヤ又は貫通電極のいずれかにより接続されている。

上記の構成によれば、光電変換素子の出力端と高周波増幅器の入力端とが、フリップチップ実装によるバンプ、ボンディングワイヤ又は貫通電極のいずれかにより接続されている。このため、光電変換素子の出力端及び高周波増幅器の入力端間のインダクタンスを小さくすることができ、効果的に電力損失を低くできる。また、周波数特性も良好となる。また、上記構成とすることで、光電変換器の部品点数及び組み立て工数を削減することができ、その結果、光電変換器（フォトレシーバーモジュール）製作の製造コストを削減することができる。

本発明に係る光電変換器は、前記光電変換素子の出力端及び前記高周波増幅器の入力端間のインダクタンスが、５００ｐＨ以下である。

上記の構成によれば、光電変換素子の出力端及び高周波増幅器の入力端間のインダクタンスが５００ｐＨ以下であるため、電力損失がより低く、より効果的に周波数特性を良好なものとなる。

本発明に係る光電変換器の前記高周波増幅器は、３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域のうち特定の帯域を増幅する。

上記の構成によれば、高周波増幅器は、３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域のうち特定の帯域を増幅する。このため、周波数特性が劣化しやすい３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域に適用するため、より効果的に周波数特性を改善することができる。

本発明に係る光電変換器は、前記コンデンサの静電容量が１ｐＦ（ピコファラット）〜数百ｐＦ（ピコファラット）であり、前記インダクタンス素子のインダクタンスが０．２ｎＨ（ナノヘンリー）以上である。

上記の構成によれば、コンデンサの静電容量が１ｐＦ（ピコファラット）〜数百ｐＦ（ピコファラット）であり、インダクタンス素子のインダクタンスが０．２ｎＨ（ナノヘンリー）以上であるため、バイアスが高周波増幅器側に流れ込むのを効果的に防止でき、また、光電変換素子で発生する高周波信号がバイアス側へ流れ込むのを効果的に遮断することができる。

本発明によれば、電力損失が低く、周波数特性の良好な光電変換器を提供することができる。

実施形態に係る光電変換器の回路図である。実施形態に係る光電変換器の接続方法を示す構成図である。実施例に係る光電変換器の周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例に係る光電変換器の伝達特性のシミュレーション結果を示す図である。実施例に係る光電変換器の伝達特性の実機及びシミュレーション結果を示す図である。比較例に係る光電変換器の回路図である。比較例に係る光電変換器の他の回路図である。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る光電変換器の回路図である。図２は、実施形態に係る光電変換器の接続方法を示す構成図である。以下、図１及び図２を参照して本実施形態に係る光電変換器の構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る光電変換器（フォトレシーバ）は、光電変換素子１０と、高周波増幅器２０と、インダクタンス素子３０とを備える。光電変換素子１０は、例えば、フォトダイオードであり、光信号を電気信号に変換して出力端１１から出力する。また、光電変換素子１０は、出力端１１のほか、接地用端子（ＧＮＤ）１２を有する。

高周波増幅器２０は、例えば、リニアアンプであり、光電変換素子１０の出力端１１から出力される電気信号を増幅する増幅器である。ここで、高周波増幅器２０は、３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域のうち特定の帯域を増幅する狭帯域型の増幅器である。

高周波増幅器２０は、光電変換素子１０からの電気信号が入力される入力端２１と、接地用端子（ＧＮＤ）２２と、入力端２１の後段に配置され、入力端２１に直列接続された直流遮断用コンデンサ２３とを有する。ここで、この実施形態では、直流遮断用コンデンサ２３の静電容量が１ｐＦ（ピコファラット）〜数百ｐＦ（ピコファラット）となるよう設計されている。

インダクタンス素子３０は、光電変換素子１０へバイアス電圧又はバイアス電流を印加するバイアス電源Ｇと高周波増幅器２０の入力端２１との間に配置され、直流遮断用コンデンサ２３に対し並列接続されている。ここで、この実施形態では、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．２ｎＨ（ナノヘンリー）以上となるよう設計されている。

なお、光電変換素子１０の出力端１１及び高周波増幅器２０の入力端２１間のインダクタンスは、５００ｐＨ以下であることが好ましい。光電変換素子１０の出力端１１及び高周波増幅器２０の入力端２１間のインダクタンスを、５００ｐＨ以下とすることで、高周波帯域、特に３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の高周波帯域の信号を増幅する際の周波数特性が向上する。

また、図２に示すように、光電変換素子１０と高周波増幅器２０とは、フリップチップ実装、ワイヤボンディング又は貫通電極のいずれかの方法により接続されている。図２（ａ）は、光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと、高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとをワイヤボンディングにより接続した例を示す図である。図２（ａ）に示す例では、光電変換素子１０の出力端１１と高周波増幅器２０の入力端２１、及び光電変換素子１０の接地用端子１２と高周波増幅器２０の接地用端子２２とがボンディングワイヤＷで夫々接続されている。また、図２（ａ）に示す例の場合、インダクタンス素子３０はボンディングワイヤＷにより実現され、ボンディングワイヤＷの長さやループ形状等によりインダクタンスが調整される。

なお、光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと、高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとをスペーサを介して積層したのち、光電変換素子１０の出力端１１と高周波増幅器２０の入力端２１、及び光電変換素子１０の接地用端子１２と高周波増幅器２０の接地用端子２２とがボンディングワイヤＷで夫々接続するようにしてもよい。

図２（ｂ）は、光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと、高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとをフリップチップ接続により接続した例を示す図である。図２（ｂ）に示す例では、光電変換素子１０の出力端１１と高周波増幅器２０の入力端２１、及び光電変換素子１０の接地用端子１２と高周波増幅器２０の接地用端子２２とがバンプＢにより夫々接続されている。また、図２（ｂ）に示す例の場合、インダクタンス素子３０はバンプＢにより実現され、バンプＢの形状等によりインダクタンスが調整される。

図２（ｃ）は、光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと、高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとをＳｉ貫通電極ＴＳＶにより接続した例を示す図である。図２（ｃ）に示す例では、光電変換素子１０の出力端１１と高周波増幅器２０の入力端２１、及び光電変換素子１０の接地用端子１２と高周波増幅器２０の接地用端子２２とがＳｉ貫通電極ＴＳＶにより夫々接続されている。また、図２（ｃ）に示す例の場合、インダクタンス素子３０はＳｉ貫通電極ＴＳＶにより実現され、Ｓｉ貫通電極ＴＳＶの長さや形状等によりインダクタンスが調整される。

図２を参照して説明したように、光電変換素子１０と高周波増幅器２０とをフリップチップ実装、ワイヤボンディング又は貫通電極のいずれかの方法により接続することで、光電変換素子１０の出力端１１及び高周波増幅器２０の入力端２１間のインダクタンスを５００ｐＨ以下とすることができ、増幅時の周波数特性が向上する。また、図２に示す構成とすることで、光電変換器の部品点数及び組み立て工数を削減することができ、その結果、光電変換器（フォトレシーバーモジュール）製作の製造コストを削減することができる。

図３は、図１を参照して説明した光電変換器の周波数特性のシミュレーション結果である。図４は、図１を参照して説明した光電変換器の光電変換素子１０と高周波増幅器２０との間の伝達特性のシミュレーション結果である。図５は、図１を参照して説明した実施形態に係る光電変換器の伝達特性の実機及びシミュレーション結果である。

図３は、高周波増幅器２０として９０〜１００ＧＨｚの周波数帯域の実測値（Ｓパラメータ）を使用し、この高周波増幅器２０に光電変換素子１０としてフォトダイオードを接続したシミュレーション結果である。図３の横軸は周波数（ＧＨｚ）、図３の縦軸は光電変換素子１０及び高周波増幅器２０の利得（ｄＢ）である。

図３には、光電変換素子１０と高周波増幅器２０との接続インダクタンスが２０ｐＨ（ピコヘンリー）、５０ｐＨ、１００ｐＨ、２００ｐＨの場合についてシミュレーションした結果を示した。図３に示すシミュレーション結果からは、光電変換素子１０と高周波増幅器２０との接続インダクタンスが低い２０ｐＨ及び５０ｐＨの場合に、周波数の変化に対する利得の変化が小さくフラットで良好な周波数特性が得られ、光電変換素子１０と高周波増幅器２０との接続インダクタンスが高い１００ｐＨ及び２００ｐＨの場合に、周波数の変化に対する利得の変化が大きく周波数特性が劣化（具体的には、高周波側で利得が低下）することがわかる。すなわち、図３のシミュレーション結果からは、光電変換素子１０と高周波増幅器２０との接続インダクタンスは、低いことが好ましいことがわかる。

なお、図３のシミュレーション結果では、光電変換素子１０と高周波増幅器２０との接続インダクタンスが低い２０ｐＨ及び５０ｐＨの場合に、周波数の変化に対する利得の変化が小さくフラットで良好な周波数特性が得られているが、光電変換素子１０の出力端１１及び高周波増幅器２０の入力端２１間のインダクタンスの最適値は、光電変換素子１０側のデバイスパラメータや周波数帯によって変わってくることから、５００ｐＨ以下であることが好ましい。

図４には、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．１ｎＨ（ナノヘンリー）、０．２ｎＨ、０．５ｎＨ、１ｎＨの場合についてシミュレーションした結果を示した。なお、図３のシミュレーション結果は、図１における高周波増幅器２０の入力端２１及びバイアス電源Ｇ間の周波数特性を示したものである。ここで、図４の横軸は周波数（ＧＨｚ）、図４の縦軸は伝達損失（ｄＢ）である。

図４に示すシミュレーション結果からは、インダクタンス素子３０のインダクタンスが小さいほど伝達損失が大きく、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．２ｎＨの場合に伝達損失が急激に小さくなることがわかる。特に、３０ＧＨｚ以上の周波数帯では、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．１ｎＨの場合では、伝達損失が−４．５ｄｂであるのに対し、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．２ｎＨの場合では、伝達損失が−１．５ｄｂと急激に改善されていることがわかる。このことから、周波数が３０ＧＨｚ以上の帯域での伝達損失を抑制するためには、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．２ｎＨ以上であることが好ましいことがわかる。また、図４の結果からは、周波数が３０ＧＨｚ以上の帯域では、インダクタンス素子３０のインダクタンスが１ｎＨの場合に伝達損失が略無くなる（略ゼロ）となることがわかる。このことから、インダクタンス素子３０のインダクタンスは、１ｎＨ以上であることがより好ましいことがわかる。

図５には、図１を参照して説明した実施形態に係る光電変換器の実機での伝達特性及びシミュレーションでの伝達特性の結果を示した。ここで、図５の横軸は周波数（ＧＨｚ）、図５の縦軸は光電変換素子１０及び高周波増幅器２０の利得（ｄＢ）である。図５に示す光電変換器の実機では、光電変換素子１０と高周波増幅器２０とをワイヤボンディングにより接続し、その接続インダクタンスが５０ｐＨ（ピコヘリンリー）となるように調整した。

図５に示すように、実機においても周波数の変化に対する利得の変化が小さくフラットであり、極めて良好な周波数特性が得られている。特に、Ｗ帯（７５〜１１０ＧＨｚ帯）は、光電変換素子１０（フォトダイオード）と高周波増幅器２０（アンプ）間を接続するボンディングワイヤのインダクタンス（Ｌ）が大きい場合、周波数特性の劣化が著しいことが、図３のシミュレーション結果から確認できている。

しかし、図５に示す実機での実験例では、その影響は軽微に留まり、実機での実験結果とシミュレーションでの結果は良く一致していることが確認できる。これは本実装方法の大きな効果であると考えられる。また、図２に示すような光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと、高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとフリップチップ実装、ワイヤボンディング又は貫通電極等の方法により接続するハイブリッド集積では、光電変換素子１０（フォトダイオード）のモジュール単体と、高周波増幅器２０（アンプ）のモジュール単体とを接続する場合に比べ、接続損失を低く抑えることができる。このため、結果として、光電気変換を高効率に行うことが可能であり、さらに光電変換器（フォトレシーバ）の製造コスト削減にも寄与する。

図６及び図７は、比較例に係る光電変換器の回路図である。図６及び図７は、一般的に使用されている光電変換素子（フォトダイオード）と高周波増幅器（アンプ）との接続を示した回路図である。図６及び図７は、光電変換素子（フォトダイオード）とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）とを接続した回路図である。

図６は、内部バイアス駆動を行う場合の回路図であり、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）が光電変換素子（フォトダイオード）との接続用に設計されているため、光電変換素子（フォトダイオード）のＧＳＧ電極をトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）に接続することで、光電変換素子からの電流（光電流）をモニター（計測）することが可能である。図６では、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）から内部バイアス駆動で光電変換素子（フォトダイオード）を動作させているおり、図６に示す比較例の場合、光電変換素子（フォトダイオード）からの光電流をＲＳＳＩによりモニター（計測）することができる。図７は、外部バイアス駆動を行う場合の回路図であり、ＡＰＤＢｉａｓに電流計及び電源バイアスを加えた動作を行う。

一方、本実施形態の光電変換器である狭帯域型フォトレシーバは、高出力、高出力線形成が重要なファクターとなるため、トランスインピーダンスアンプの変わりにマイクロ波回路で一般的に使用されるリニアアンプを使用している。これらのリニアアンプでは光電変換素子（フォトダイオード）接続のための内部バイアス回路は設けられていないため、図６に示したような内部バイアス駆動を行うことはできない。

このため、図７に示した外部バイアス駆動による接続を行う必要があるが、この場合、光電変換素子（フォトダイオード）と高周波増幅器（リニアアンプ）とを接続する際に用いるワイヤ（配線）が長くなるためインダクタスが大きくなる傾向をもつ。動作周波数が１０ＧＨｚ（ギガヘルツ）程度と低い場合には、光電変換器（フォトレシーバ）全体の周波数特性に問題は生じる可能性は低い。

しかしながら、高周波(特に３０ＧＨｚ以上の周波数帯)になるに従い、光電変換素子（フォトダイオード）と高周波増幅器（リニアアンプ）とを接続するワイヤ（配線）のインダクタンスが周波数特性（帯域幅及び平坦性）に影響を与える。従って、光電変換素子（フォトダイオード）と高周波増幅器（リニアアンプ）との接続は可能な限り短いことが好ましいが、従来の接続方法では、光電変換素子（フォトダイオード）と高周波増幅器（リニアアンプ）とを接続するワイヤ（配線）が長くなるためインダクタンスが周波数特性に影響を与えてしまう。

また、リニアアンプの入力部は一般に容量によって直電流がカットされており、光電変換素子（フォトダイオード）からの光電流をモニター（計測）することができないため、光電変換素子（フォトダイオード）と光ファイバー間の光調芯ができず、光ファイバーを含む光学系の組み立てが困難となる。

一方、本実施形態による光電変換器では、光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとが、フリップチップ実装、ワイヤボンディング又は貫通電極のいずれかの方法により接続されている。このため、光電変換素子１０の出力端１１及び高周波増幅器２０の入力端２１間のインダクタンスを小さく、具体的には、５００ｐＨ（ピコヘンリー）以下とすることができる。この結果、効果的に電力損失を低減でき、かつ、周波数特性も良好な光電変換器を得ることができる。また、上記構成とすることで、光電変換器の部品点数及び組み立て工数を削減することができ、その結果、光電変換器（フォトレシーバーモジュール）製作の製造コストを削減することができる。

以上のように、本実施形態に係る光電変換器は、光信号を電気信号に変換して増幅する光電変換器であって、光信号を電気信号に変換して出力端１１から出力する光電変換素子１０と、出力端１１から出力される電気信号の入力端２１及び入力端２１の後段に配置され、入力端２１に直列接続された直流遮断用コンデンサ２３を有し、電気信号を増幅する高周波増幅器２０と、光電変換素子１０へバイアス電圧又はバイアス電流を印加するバイアス電源Ｇと入力端２１との間に配置され、直流遮断用コンデンサ２３に対し並列接続されたインダクタンス素子３０とを備えている。

このため、本実施形態に係る光電変換器は、外部から供給されるバイアス電圧又はバイアス電流が、直流遮断用コンデンサ２３により遮断され、高周波増幅器２０へ流れ込むことなく光電変換素子１０へと印加される。また、光電変換素子１０が発生した電気信号（高周波信号）は、インダクタンス素子により遮断（ブロック）されてバイアス電源Ｇ側へ流れ込まず高周波増幅器２０へと流れ込む。このため、外部バイアス駆動により光電変換素子１０を動作させることができ、電力損失が低く周波数特性が良好な光電変換器を得ることができる。

また、本実施形態に係る光電変換器は、光電変換素子１０の回路が形成された半導体チップと高周波増幅器２０の回路が形成された半導体チップとが、フリップチップ実装によるバンプ、ボンディングワイヤ又は貫通電極のいずれかにより接続されている。このため、光電変換素子１０の出力端１１及び高周波増幅器２０の入力端２１間のインダクタンスを小さく、具体的には、５００ｐＨ（ピコヘンリー）以下とすることができる。この結果、効果的に電力損失を低減でき、かつ、周波数特性も良好な光電変換器を得ることができる。また、上記構成とすることで、光電変換器の部品点数及び組み立て工数を削減することができ、その結果、光電変換器（フォトレシーバーモジュール）製作の製造コストを削減することができる。

また、本実施形態に係る光電変換器の高周波増幅器２０は、３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域のうち特定の帯域を増幅する狭帯域型の増幅器である。つまり、本実施形態に係る光電変換器は、周波数特性が劣化しやすい３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域の増幅に適用するため、効果的に電力損失を低減でき、かつ、周波数特性も良好な光電変換器を得ることができる。

また、本実施形態に係る光電変換器は、直流遮断用コンデンサ２３の静電容量が１ｐＦ（ピコファラット）〜数百ｐＦ（ピコファラット）であり、インダクタンス素子３０のインダクタンスが０．２ｎＨ（ナノヘンリー）以上となっている。このため、バイアス電源Ｇからのバイアスが高周波増幅器２０側に流れ込むのを効果的に防止できる。また、光電変換素子１０で発生する電気信号（高周波信号）がバイアス電源Ｇ側へ流れ込むのを効果的に遮断することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。例えば、上記実施形態では、光電変換素子１０（フォトダイオード）と高周波増幅器２０（アンプ）との接続について記載したが、光電変換素子１０（フォトダイオード）について同様の製造方法（接続方法）を適用することが可能である。

１０光電変換素子
１１出力端
１２接地用端子（ＧＮＤ）
２０高周波増幅器
２１入力端
２２接地用端子（ＧＮＤ）
２３直流遮断用コンデンサ
３０インダクタンス素子
Ｂバンプ
Ｇ電源
Ｗボンディングワイヤ
ＴＳＶＳｉ貫通電極

Claims

光信号を電気信号に変換して増幅する光電変換器であって、
前記光信号を電気信号に変換して出力端から出力する光電変換素子と、
前記出力端から出力される電気信号の入力端及び前記入力端の後段に配置され、前記入力端に直列接続された直流遮断用コンデンサを有し、前記電気信号を増幅する高周波増幅器と、
前記光電変換素子へバイアス電圧又はバイアス電流を印加するバイアス電源と前記入力端との間に配置され、前記直流遮断用コンデンサに対し並列接続されたインダクタンス素子と
を備えることを特徴とする光電変換器。
前記光電変換素子に出力端と前記高周波増幅器の入力端とが、
フリップチップ実装のバンプ、ボンディングワイヤ又は貫通電極のいずれかにより接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換器。
前記光電変換素子の出力端及び前記高周波増幅器の入力端間のインダクタンスが、５００ｐＨ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光電変換器。
前記高周波増幅器は、３０ＧＨｚ（ギガヘルツ）以上の帯域のうち特定の帯域を増幅することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換器。
前記コンデンサの静電容量が１ｐＦ（ピコファラット）〜数百ｐＦ（ピコファラット）であり、
前記インダクタンス素子のインダクタンスが０．２ｎＨ（ナノヘンリー）以上である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換器。