JPH0567770A - 光電子集積回路装置 - Google Patents
光電子集積回路装置Info
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Abstract
る光電子集積回路装置を光結合し易く且つ製造し易い構
造とする。また、各光電子ICチップへの給電方法を確
実且つ簡便なものとする。 【構成】 光配線基板1に光電子ICチップ4を取りつ
ける凸部6を複数形成し、その凸部6の周囲を反射膜2
が被覆する傾斜面5とする。この傾斜面5は、光電子I
Cチップ4の発光素子11や受光素子12の位置に対応
し、光電子ICチップ4の発光素子11から射出された
光は、傾斜面5で反射して光導波路3に沿って伝播し、
再び傾斜面5で反射して他の光電子ICチップ4の受光
素子12に入射する。傾斜面5に反射膜2を有している
ため、光の全反射のために特殊な角度とする加工は不要
であり、反射膜2は電源用の配線としても機能する。
Description
光素子を混成させた光電子集積回路を複数光結合させた
光電子集積回路装置に関する。
ューターの如きシステムにおいては、最近ますますその
小型化や高性能化の要求が高まっている。これらのシス
テムを構成する主要素の1つに、半導体電子回路技術が
有るが、高集積化のために金属配線のパターンを微細化
した場合では、伝送遅延の問題が生じ、さらに配線間の
スぺースを狭めた時では、誘導ノイズや相互干渉等が問
題となる。
イス間の伝送を光結合とする方法が着目されてきてい
る。このような光結合を行う装置の例として、特開昭6
1−121014号公報では、受光素子と発光素子が形
成された基板に光配線板を取りつけ、この光配線板にV
形溝及び光導波路を形成する装置が開示されている。す
なわち、発光素子からの光はV形溝の側面で反射し、光
導波路中を伝播し、受光素子に到達する。
記載される光結合技術では、光配線板自体がSiO2 に
よって構成される。また、V形溝の側面での光の反射
は、SiO2 の臨界角以下の全反射を利用する。このた
めV形溝はその形状が制限され、そのV形溝を形成する
ために製造工程が複雑化することになる。
成した多数の光電子集積回路基板を光配線基板に接続す
る場合、各光電子集積回路基板に対して電源電圧の供給
等の目的で電気的な配線を施す必要があるが、電気的な
配線をワイヤボンディングによって行う場合では、その
ワイヤの引き回しなどが複雑化し、短絡如き問題も新た
に発生する。
み、基板間の光結合を行う装置であって、特にその製造
工程から量産して好適な構造を有する光電子集積回路装
置の提供を第1の目的とする。さらに、本発明は基板間
の電源等の配線にも有利な構造の光電子集積回路装置の
提供を第2の目的とする。
するために、本発明の光電子集積回路装置は、電子回路
と発光素子と受光素子が形成された光電子集積回路基板
と、前記発光素子及び前記受光素子に対向する傾斜面を
有し、且つその傾斜面に連続した光導波路が設けられる
共に、該傾斜面に前記基板間の光結合用の光を反射する
反射膜が形成された光配線基板と具備することを特徴と
する。
回路と発光素子と受光素子が形成された構造を有し、発
光素子や受光素子を当該基板の周囲側に配置すること
で、電子回路部を基板に中央部に配し、その中央部にて
前記光配線基板に取りつけられる構造にできる。また、
光電子集積回路基板自体が複数の基板を主面に垂直な方
向に積層した3次元構造であったり、光結合用の光が光
電子集積回路基板を透過する波長の光であっても良い。
成される基板であり、前記発光素子や受光素子の光の射
出方向や受光方向を主面に垂直な方向とし、当該光配線
基板の傾斜面を基板主面に対して45°とすることで、
光導波路は基板主面内方向のものとなる。このような光
配線基板としては、シリコン基板等が用いられるが、特
にこれに限定されるものではない。
が形成され、その反射膜によって光結合の光が反射され
る。この反射膜には、前記第2の目的を達成するため
に、導電性を持たせることで配線を兼ねることができ
る。配線と反射膜が兼用となる場合、全面に被着した反
射膜の一部を電子回路の部分や他の領域でパターニング
して電源線の如き配線に用いることができる。
反射されて光導波路に至り、或いは光導波路からの光が
傾斜面で反射して受光素子に至る。この傾斜面には、反
射膜が形成されているため、その反射膜によって全反射
が可能であり、傾斜面の角度は、基板主面に沿った導波
路に対しては例えば45°で良いことになる。
電源供給などのために、電気的な配線が必要であるが、
本発明では、反射膜に導電性を持たせることで、配線を
兼ねることできる。従って、電源供給のための新たな配
線が不要となる。
施例について説明する。
集積回路装置の斜視図である。平板状の光配線基板1の
表面には、複数の光電子ICチップ4が配列されて実装
されており、複数の光電子ICチップ4の間には導波路
3が形成されている。
述するような方法によって加工したものであり、光電子
ICチップ4を配すべき領域に対応して略正方形状に突
設された複数の凸部6が基板表面に形成されている。各
凸部6の周囲は基板主面より45°の角度に立ち上がっ
た傾斜面5とされている。この光配線基板1の全面に
は、反射膜2が所要の膜厚で形成されており、傾斜面5
の表面も反射膜2が覆う。凸部6以外の光配線基板1の
表面には、シリコン酸化膜7が形成されており、このシ
リコン酸化膜7の一部であって凸部6同士の間に光導波
路3が形成されている。
その他の金属膜であり、傾斜面5の反射率を金属反射に
よって著しく高めるものである。この反射膜2は、金属
膜であるために、導電性に優れており、本実施例では、
特に光電子ICチップ4への電源供給用の配線として機
能する。
うための光路となり、光配線基板1の表面に被着された
シリコン酸化膜7に形成されているために、その光路は
基板主面に沿ったものとなる。一対の光電子ICチップ
4の間には、双方向の伝送や異なる信号を伝送するため
に、複数本の光導波路3が一の傾斜面5から他の傾斜面
5までの間に連続的に設けられる。一対の光電子ICチ
ップ4の光結合に用いられる各光導波路3は平行に延在
され、各光導波路3の間は屈折率の高い高屈折率部8と
される。この高屈折率部8は、プロトン等のイオン注入
等により形成される。
体チップであって、その一方の主面の中央部に半導体集
積回路からなる電子回路部10を有し、その電子回路部
10の周囲に発光素子11や受光素子12を有する、光
素子と電子素子の混成基板である。電子回路部10は、
発光素子11や受光素子12の駆動回路や信号処理回路
或いは演算処理回路やメモリ等の集積回路部分である。
実装の際には、本実施例では、光電子ICチップ4の素
子形成面が光配線基板1側に向かい、電子回路部10が
凸部6に接触するかたちで取りつけられる。この光電子
ICチップ4の発光素子11の光の射出方向は、チップ
主面に対して垂直な方向であり、同じく受光素子12は
チップ主面に対して垂直方向な方向からなる光線に感度
を有する。発光素子11と受光素子12の位置は、各光
電子ICチップ4の端部に近い周辺領域であり、その位
置は光配線基板1の傾斜面5に対応した位置である。
子を示す図である。光配線基板1の凸部6上に取りつけ
られた各光電子ICチップ4は、その受光素子12と発
光素子11が傾斜面5上に位置することになる。傾斜面
5は反射膜2が形成されており、45°に加工されて反
射鏡として機能する。このため発光素子11からチップ
の主面に垂直に射出された光線は、その傾斜面5で反射
し、光導波路3に導出される。また、その光導波路3か
らの光は、傾斜面5で反射し、主面に垂直な光線とされ
て受光素子12に受光される。
電子ICチップ4の電源供給用に用いられるため、所要
の配線パターンとなるようにパターニングされる。ま
た、光電子ICチップ4の部分では、該チップの電源用
の端子と接続される。この反射膜2を利用した電源ライ
ン、接地ライン等は、各光電子ICチップ4で共通化す
ることができ、チップ数が多い場合に極めて有効であ
る。
は、光電子ICチップ4同士の光結合が反射膜2が被覆
する傾斜面5を有した光配線基板1によって行われるた
め、光による相互干渉や信号歪みのない信号伝送がなさ
れる。また、入射する光を全反射するための傾斜面5の
構造は、反射膜2を被覆した構造とされ、次に説明する
ような工程により得られるものである。
も機能するため、光電子ICチップ4の数が多くなる場
合に、有効な配線構造となる。
の光電子集積回路装置の製造方法の一例について説明す
る。
1を加工し、傾斜面22を伴う凸部23を該シリコン基
板21の表面に形成する。このような凸部23の形成
は、ドライエッチングの如き異方性エッチングを用いて
行われ、傾斜面22は主面に対して45°の角度をなす
ように加工される。次いで、凸部23の形成されたシリ
コン基板21の全面に反射膜24を被着する。反射膜2
4がアルミニューム膜である場合には、蒸着等により形
成できる。
た後、フォトリソグラフィ技術により、その反射膜24
を所要の電源供給用のパターンにパターニングする。
1上の全面に、導波路を形成するための材料層としてシ
リコン酸化膜25が例えばCVD法等により形成され
る。このシリコン酸化膜25の膜厚は、凸部23の間の
凹部が充分に埋められる厚みである。
カニカルポリッシング等によってシリコン酸化膜25の
膜厚を減らし、図8に示すように、凸部23の上面が露
出する程度までシリコン酸化膜25を削る。凸部23上
の反射膜24が露出しない程度にシリコン酸化膜25を
削る場合には、凸部23において電源供給のためのコン
タクトホールを形成する。
25に対してプロトンを注入して、高屈折率層を形成す
る。この高屈折率層のパターンは、平行な導波路を形成
するパターンであり、図示しないレジスト等をマスクと
してイオン注入される。
後、図10に示すように、受光素子や発光素子及び電子
回路部が既に形成された光電子ICチップ26が各凸部
23上に載置される。この時、光電子ICチップ26の
電源供給用端子が反射膜24に接続し、光電子ICチッ
プ26の受光素子や発光素子は傾斜面22上に位置する
ように載置される。
の変形例であり、本実施例の光配線基板31は、第1の
実施例と同様に、傾斜面39を周囲に有する凸部33を
表面に有し、その傾斜面39の表面には反射膜32が形
成されている。凸部33の周囲の凹部には、光導波路3
8が形成されている。
aに受光素子37,発光素子36,電子回路部35が形
成されるが、本実施例では、光結合に用いられる光の波
長が光電子ICチップ34を透過する波長の光とされ
る。従って、発光素子36で生成された光は、光電子I
Cチップ34を透過して傾斜面39の反射膜32で反射
し、光導波路38に向かう。また、光導波路38からの
光は傾斜面39の反射膜32で反射した後、光電子IC
チップ34を透過して受光素子37に受光されることに
なる。
る光による光結合では、電子回路部35の如き集積回路
を光配線基板31側にすることなく実装が可能である。
また、光電子ICチップ34毎に一方の主面34a側か
らプローブ等を使用しながら品質検査をすることができ
る。さらに、光電子ICチップ34の裏面にマイクロレ
ンズを形成することで、光の入出力効率を高くすること
ができる。
チップが3次元化された例である。その要部構造を図4
に示す。第2の実施例と同様に、本実施例の光配線基板
31は、傾斜面39を周囲に有する凸部33を表面に有
し、その傾斜面39の表面には反射膜32が形成されて
いる。凸部33の周囲の凹部には、光導波路38が形成
されている。
直方向に積層された基板42,43,44からなり、受
光素子45は最上層の基板44に形成され、発光素子4
6は中間の基板43に形成されている。これら受光素子
45や発光素子46の位置は、光配線基板31の傾斜面
39と平面上重なる位置であるが、発光素子46からの
光は、最下層の基板42を透過して、傾斜面39に到達
し、受光素子45に受光される光は、最下層の基板42
及び中間の基板43を透過したものである。
した場合では、配線経路が大幅に短縮され、配線遅延を
低減できることになる。なお、本実施例では、光電子I
Cチップを3枚の基板を積層する構造としたが、これに
限定されず、2枚やさらに多くの数の基板を積層した
り、他の種類の基板を組み合わせて積層するような構造
とすることも可能である。また、受光素子や発光素子を
基板主面な方向に複数個重なるように形成して、多重化
するような構造としても良い。
子ICチップ内で光結合される例である。図5の断面に
示すように、本実施例の光電子集積回路装置では、1つ
の光電子ICチップ55の内部での光結合のための光導
波路59が光配線基板51の表面に形成される。光配線
基板51の表面には、凸部53が形成され、この凸部5
3の端部が反射膜52の被覆された傾斜面54となる。
図5の断面では、一対の凸部53の間の光導波路59
は、当該光電子ICチップ55専用であり、他の光電子
ICチップとの光伝送には用いられない。他の光導波路
58は、他の実施例と同様に他の光電子ICチップとの
光結合に使用される。光電子ICチップ55には、他の
光電子ICチップとの光結合のための発光素子57及び
受光素子56が形成され、さらにチップ内の光結合のた
めの発光素子57i及び受光素子56iが形成される。
これら発光素子57,57i及び受光素子56,56i
は、それぞれ傾斜面54上に平面的に重なる位置に形成
されていることは言うまでもない。
び光配線基板51を用いた場合では、光電子ICチップ
55内での信号伝達を光によって行うことができ、電気
配線に固有な伝送歪みや相互干渉の問題等を解決できる
ことになる。
集積回路基板同士の光結合が反射膜に被覆された傾斜面
を有した光配線基板によって行われるため、光による相
互干渉や信号歪みのない信号伝送がなされる。また、入
射する光を全反射するための傾斜面の構造は、反射膜を
被覆した構造であり、特別な角度等を必要とせずに全反
射が可能であり、その製造工程も簡略化される。
用の配線としても機能するため、光電子集積回路基板毎
のワイヤボンディング等が不要となり、光電子集積回路
基板の数が多くなる場合に、有効な配線構造となる。
し、一部の光電子ICチップを分解しながら示す要部斜
視図である。
った断面図である。
示す要部断面図である。
示す要部断面図である。
示す要部断面図である。
における基板加工工程までの工程断面図である。
におけるシリコン酸化膜形成工程までの工程断面図であ
る。
におけるポリッシング工程までの工程断面図である。
におけるイオン注入工程までの工程断面図である。
法における光電子ICチップの取り付け工程までの工程
断面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 電子回路と発光素子と受光素子が形成さ
れた光電子集積回路基板と、少なくとも前記発光素子又
は前記受光素子に対向する傾斜面を有し、且つその傾斜
面に連続して光導波路が設けられる共に、該傾斜面に前
記光電子集積回路基板間の光結合用の光を反射する反射
膜が形成された光配線基板とを具備することを特徴とす
る光電子集積回路装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の光電子集積回路装置にお
いて、その反射膜は導電性を有し、基板への配線を兼ね
ることを特徴とする光電子集積回路装置。
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