JPH0626248B2 - 集積回路の相互接続方法および集積回路 - Google Patents
集積回路の相互接続方法および集積回路Info
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- JPH0626248B2 JPH0626248B2 JP62123607A JP12360787A JPH0626248B2 JP H0626248 B2 JPH0626248 B2 JP H0626248B2 JP 62123607 A JP62123607 A JP 62123607A JP 12360787 A JP12360787 A JP 12360787A JP H0626248 B2 JPH0626248 B2 JP H0626248B2
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/61—Coherent receivers
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12004—Combinations of two or more optical elements
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- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/61—Coherent receivers
- H04B10/63—Homodyne, i.e. coherent receivers where the local oscillator is locked in frequency and phase to the carrier signal
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- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェハ上に集積化された回路素子の間
の信号伝送に関する。特に、光学的手段による電子回路
素子間の相互接続に関する。
の信号伝送に関する。特に、光学的手段による電子回路
素子間の相互接続に関する。
本発明は、同じ半導体ウェハ上の回路素子を接続する場
合にも利用でき、別個の半導体ウェハ上の回路素子を接
続する場合にも利用できる。ここで「ウェハ」とは、比
較的寸法の小さいチップおよび比較的大きなスライスを
含む。また、「集積回路」とは、電子素子、光学素子ま
たは電子光学的素子により構成される回路を含む。
合にも利用でき、別個の半導体ウェハ上の回路素子を接
続する場合にも利用できる。ここで「ウェハ」とは、比
較的寸法の小さいチップおよび比較的大きなスライスを
含む。また、「集積回路」とは、電子素子、光学素子ま
たは電子光学的素子により構成される回路を含む。
本発明は、回路素子間が光学的に接続された集積回路に
おいて、 ひとつの光源からの出力を分岐し、一方を変調用の光搬
送波信号として用い、他方をホモダイン検波用の局部発
振信号として用いることにより、 簡単な回路構成で、集積回路内の素子間を光学的に相互
接続するものである。
おいて、 ひとつの光源からの出力を分岐し、一方を変調用の光搬
送波信号として用い、他方をホモダイン検波用の局部発
振信号として用いることにより、 簡単な回路構成で、集積回路内の素子間を光学的に相互
接続するものである。
集積回路の性能および寸法は、電気的な相互接続の特性
により制限される場合がある。例えば、集積回路内の一
部の回路素子から他の部分の回路素子に信号を伝送する
場合に、電極や配線の容量およびインダクタンスによ
り、信号に時間的な遅延が生じる。この遅延を削減する
ため、回路素子を電気的に接続するのではなく光学的に
接続し、受信側では、到来した信号を直接検波する相互
接続方法が提案されている。このような相互接続方法に
ついては、例えば、グッドマン他、「オプティカル・イ
ンタコネクション・フォー・VLSIシステムズ」、IEEE会
報第72巻第７号1984年７月（J.W.Goodman et al,"Optic
al Interconnection for VLSI Systems"，Pro.IEEE，Vo
l.72，No.7，July 1984）に詳しく説明されている。
により制限される場合がある。例えば、集積回路内の一
部の回路素子から他の部分の回路素子に信号を伝送する
場合に、電極や配線の容量およびインダクタンスによ
り、信号に時間的な遅延が生じる。この遅延を削減する
ため、回路素子を電気的に接続するのではなく光学的に
接続し、受信側では、到来した信号を直接検波する相互
接続方法が提案されている。このような相互接続方法に
ついては、例えば、グッドマン他、「オプティカル・イ
ンタコネクション・フォー・VLSIシステムズ」、IEEE会
報第72巻第７号1984年７月（J.W.Goodman et al,"Optic
al Interconnection for VLSI Systems"，Pro.IEEE，Vo
l.72，No.7，July 1984）に詳しく説明されている。
しかし、従来提案されている相互接続方法では、直接検
波を行うために低雑音、多段増幅が必要であり、このた
め、受信側の回路素子をすべてシリコンで形成できるも
のの、その製造方法が非常に複雑である欠点があった。
また、送信側では、直接検波が可能な精度に十分な強度
で光信号を変調する必要があるために、シリコン集積回
路とは別個に光変調器を設けるか、またはIII−Ｖ族材
料で光源と共に変調器を製造する必要があった。この場
合にも製造方法が複雑になる欠点があった。
波を行うために低雑音、多段増幅が必要であり、このた
め、受信側の回路素子をすべてシリコンで形成できるも
のの、その製造方法が非常に複雑である欠点があった。
また、送信側では、直接検波が可能な精度に十分な強度
で光信号を変調する必要があるために、シリコン集積回
路とは別個に光変調器を設けるか、またはIII−Ｖ族材
料で光源と共に変調器を製造する必要があった。この場
合にも製造方法が複雑になる欠点があった。
本発明は、以上の問題点を解決し、簡単な回路構成で回
路素子間を光学的に接続する集積回路の相互接続方法を
提供し、さらにその方法を用いた集積回路を提供するこ
とを目的とする。
路素子間を光学的に接続する集積回路の相互接続方法を
提供し、さらにその方法を用いた集積回路を提供するこ
とを目的とする。
本発明の第一の要点は集積回路の相互接続方法であり、
ひとつのコヒーレント光源からの出力を分岐し、一方を
変調用の光搬送波信号として用い、他方をホモダイン検
波用の局部発振信号として用いることを特徴とする。す
なわち、第一の回路素子と第二の回路素子との間を光学
的に接続する集積回路の相互接続方法において、光源か
ら供給される光搬送波を分岐し、分岐された光搬送波の
一方を上記第一の回路素子の出力で変調し、分岐された
光搬送波の他方を局部発振信号として利用し、変調され
た光搬送波をホモダイン検波して上記第二の回路素子に
供給することを特徴とする。
ひとつのコヒーレント光源からの出力を分岐し、一方を
変調用の光搬送波信号として用い、他方をホモダイン検
波用の局部発振信号として用いることを特徴とする。す
なわち、第一の回路素子と第二の回路素子との間を光学
的に接続する集積回路の相互接続方法において、光源か
ら供給される光搬送波を分岐し、分岐された光搬送波の
一方を上記第一の回路素子の出力で変調し、分岐された
光搬送波の他方を局部発振信号として利用し、変調され
た光搬送波をホモダイン検波して上記第二の回路素子に
供給することを特徴とする。
本発明の第二の要点は上記の相互接続方法を利用した集
積回路であり、第一の回路素子と第二の回路素子とを備
え、光源から供給される光搬送波を上記第一の回路素子
の出力信号で変調する光変調器と、この光変調器の出力
光を電気信号に変換して上記第二の回路素子に供給する
光検波器とを備えた集積回路において、上記光源から供
給される光搬送波を分岐して上記光検波器に供給する光
供給手段を備え、上記光検波器はホモダイン検波手段を
含むことを特徴とする。
積回路であり、第一の回路素子と第二の回路素子とを備
え、光源から供給される光搬送波を上記第一の回路素子
の出力信号で変調する光変調器と、この光変調器の出力
光を電気信号に変換して上記第二の回路素子に供給する
光検波器とを備えた集積回路において、上記光源から供
給される光搬送波を分岐して上記光検波器に供給する光
供給手段を備え、上記光検波器はホモダイン検波手段を
含むことを特徴とする。
光変調器および光検波器は、第一の回路素子および第二
の回路素子と同じウェハ上に配置し、同じ材料で集積化
できる。ウェハはシリコン製であることが望ましく、光
搬送波の周波数はシリコンの吸収周波数帯のバンド端ま
たはその近傍の周波数であることが望ましい。
の回路素子と同じウェハ上に配置し、同じ材料で集積化
できる。ウェハはシリコン製であることが望ましく、光
搬送波の周波数はシリコンの吸収周波数帯のバンド端ま
たはその近傍の周波数であることが望ましい。
ここで「光」とは、可視光だけでなく、電磁スペクトル
の赤外および紫外領域の放射を含む。
の赤外および紫外領域の放射を含む。
ホモダイン検波は、被変調光信号を検波する方法として
最も感度のよい方法であり、変調度が小さくても大きな
利得が得られることが一般的に知られている。しかし、
ホモダイン検波では、到来した搬送波と同じ周波数およ
び位相の信号（以下「局部発振信号」という）を発生さ
せる必要があり、特に搬送波信号がドリフトするような
場合には実施が困難である。本発明では、光搬送波を分
岐させ、一方を変調し、変調されていない光搬送波を局
部発振信号として利用する。このため、二つの光搬送波
の周波数および位相を正確に一致させることができる。
最も感度のよい方法であり、変調度が小さくても大きな
利得が得られることが一般的に知られている。しかし、
ホモダイン検波では、到来した搬送波と同じ周波数およ
び位相の信号（以下「局部発振信号」という）を発生さ
せる必要があり、特に搬送波信号がドリフトするような
場合には実施が困難である。本発明では、光搬送波を分
岐させ、一方を変調し、変調されていない光搬送波を局
部発振信号として利用する。このため、二つの光搬送波
の周波数および位相を正確に一致させることができる。
第１図は本発明第一実施例の集積回路を示す。
シリコンウェハ１上には、相互接続されるべき第一の回
路素子Ａおよび第二の回路素子Ｂが設けられている。こ
れらの回路素子Ａ、Ｂを相互に接続するために導波路２
が設けられ、この導波路２により、回路素子Ａに設けら
れた光変調器３と回路素子Ｂに設けられた光検波器４と
が接続される。
路素子Ａおよび第二の回路素子Ｂが設けられている。こ
れらの回路素子Ａ、Ｂを相互に接続するために導波路２
が設けられ、この導波路２により、回路素子Ａに設けら
れた光変調器３と回路素子Ｂに設けられた光検波器４と
が接続される。
シリコンウェハ１の外部には発光スペクトル幅の狭いレ
ーザ光源５が設けられ、ここから、変調されていない光
搬送波が光変調器３に供給される。光変調器３は、回路
素子Ａが出力した電気信号により光搬送波を変調する。
変調された信号は、導波路２を経由して光検波器４に送
出される。
ーザ光源５が設けられ、ここから、変調されていない光
搬送波が光変調器３に供給される。光変調器３は、回路
素子Ａが出力した電気信号により光搬送波を変調する。
変調された信号は、導波路２を経由して光検波器４に送
出される。
光検波器４には、導波路２を経由した被変調光搬送波と
ともに、レーザ光源５から、局部発振信号路６を経由し
て変調されていない光搬送波が供給される。同一のコヒ
ーレント光源の出力を利用しているので、局部発振信号
路６を経由した光搬送波の位相および周波数は、導波路
２を経由した被変調光搬送波の位相および周波数とそれ
ぞれ一致する。したがって、レーザ光源５の周波数ドリ
フト、およびそれに伴う光搬送波の周波数ドリフトが生
じても、局部発振信号の周波数も同時にドリフトし、ド
リフトによる影響は生じない。
ともに、レーザ光源５から、局部発振信号路６を経由し
て変調されていない光搬送波が供給される。同一のコヒ
ーレント光源の出力を利用しているので、局部発振信号
路６を経由した光搬送波の位相および周波数は、導波路
２を経由した被変調光搬送波の位相および周波数とそれ
ぞれ一致する。したがって、レーザ光源５の周波数ドリ
フト、およびそれに伴う光搬送波の周波数ドリフトが生
じても、局部発振信号の周波数も同時にドリフトし、ド
リフトによる影響は生じない。
ホモダイン検波は検波感度が高いので、光変調器３をシ
リコンを主材料として製造した場合でも良好な伝送特性
が得られる。また、光検波器４についてもシリコンで製
造でき、集積回路内のすべての回路素子をシリコンで製
造できる。このような集積回路は製造が容易である。ま
た、場合によっては、シリコン上に他の材料を成長させ
て光変調器を形成しても本発明を同様に実施できる。
リコンを主材料として製造した場合でも良好な伝送特性
が得られる。また、光検波器４についてもシリコンで製
造でき、集積回路内のすべての回路素子をシリコンで製
造できる。このような集積回路は製造が容易である。ま
た、場合によっては、シリコン上に他の材料を成長させ
て光変調器を形成しても本発明を同様に実施できる。
シリコンの場合には、1100nm程度までの波長で動作する
光検波器であれば容易に製造でき、ホモダイン検波によ
り変調度が小さい信号でも容易に検出できるので、その
ような波長またはその波長（すなわち吸収バンド端また
はその近傍）で動作するシリコン光変調器は有用であ
る。また、ホモダイン検波された信号の増幅は、直接検
波の場合に比較して容易であり、ひとつの狭帯域増幅器
を利用するだけで増幅でき、この点でも製造が容易であ
る。
光検波器であれば容易に製造でき、ホモダイン検波によ
り変調度が小さい信号でも容易に検出できるので、その
ような波長またはその波長（すなわち吸収バンド端また
はその近傍）で動作するシリコン光変調器は有用であ
る。また、ホモダイン検波された信号の増幅は、直接検
波の場合に比較して容易であり、ひとつの狭帯域増幅器
を利用するだけで増幅でき、この点でも製造が容易であ
る。
光導波路２、局部発振信号路６およびレーザ光源５から
光変調器３への光路の少なくとも一部には、ウェハに接
着された光ファイバを利用することもでき、またはウェ
ハに接着されていない光ファイバを利用することもでき
る。また、例えばウェハをエッチングしてチャネルを形
成し、このチャネルを適当にドープした二酸化ケイ素ま
たは他の光学的に透明な材質で埋めて、ウェハ内に導波
路を形成してもよい。このような導波路については、例
えばミウラ他、Jap.Jl.Appl.Phys.第19巻第７号1980年
７月第L327〜L374頁に説明されている。また、自由空間
（すなわち大気）を通して光伝送を行うこともできる
が、その場合には位置合わせの問題および散乱の問題が
生じる。一般に、レーザ光源からウェハへの光路および
ウェハ間の光路には光ファイバを利用することが望まし
く、同一ウェハ上の回路素子間の光路はウェハ自体に形
成された光導波路を用いることが望ましい。
光変調器３への光路の少なくとも一部には、ウェハに接
着された光ファイバを利用することもでき、またはウェ
ハに接着されていない光ファイバを利用することもでき
る。また、例えばウェハをエッチングしてチャネルを形
成し、このチャネルを適当にドープした二酸化ケイ素ま
たは他の光学的に透明な材質で埋めて、ウェハ内に導波
路を形成してもよい。このような導波路については、例
えばミウラ他、Jap.Jl.Appl.Phys.第19巻第７号1980年
７月第L327〜L374頁に説明されている。また、自由空間
（すなわち大気）を通して光伝送を行うこともできる
が、その場合には位置合わせの問題および散乱の問題が
生じる。一般に、レーザ光源からウェハへの光路および
ウェハ間の光路には光ファイバを利用することが望まし
く、同一ウェハ上の回路素子間の光路はウェハ自体に形
成された光導波路を用いることが望ましい。
第２図は本発明第二実施例の集積回路を示す。
この集積回路は、回路素子Ａと回路素子Ｂとの間が複数
の導波路２により接続される。回路素子Ａおよび回路素
子Ｂには、同一のレーザ光源５から、それぞれ導波路２
の数と同じ数に分岐された光搬送波が供給される。回路
素子Ａには導波路２毎に光変調器が設けられ、それぞれ
の光変調器が個々の入力光搬送波を変調して導波路２に
送出する。回路素子Ｂには、各々の導波路２に対応して
光検波器が設けられ、局部発振信号路６から供給される
光搬送波を利用して、導波路２から到来した被変調光搬
送波のホモダイン検波を行う。
の導波路２により接続される。回路素子Ａおよび回路素
子Ｂには、同一のレーザ光源５から、それぞれ導波路２
の数と同じ数に分岐された光搬送波が供給される。回路
素子Ａには導波路２毎に光変調器が設けられ、それぞれ
の光変調器が個々の入力光搬送波を変調して導波路２に
送出する。回路素子Ｂには、各々の導波路２に対応して
光検波器が設けられ、局部発振信号路６から供給される
光搬送波を利用して、導波路２から到来した被変調光搬
送波のホモダイン検波を行う。
回路素子Ａ、Ｂは同一のウェハ上に配置されていてもよ
く、別個のウェハ上に配置されていてもよい。この実施
例では、レーザ光源５の両端面からの出力ビームを使用
している。これらの二つの出力ビームは、周波数および
位相が一致している。これらのビームをそれぞれ回路素
子Ａと回路素子Ｂとで別々に使用してもよく、組み合わ
せて使用してもよい。
く、別個のウェハ上に配置されていてもよい。この実施
例では、レーザ光源５の両端面からの出力ビームを使用
している。これらの二つの出力ビームは、周波数および
位相が一致している。これらのビームをそれぞれ回路素
子Ａと回路素子Ｂとで別々に使用してもよく、組み合わ
せて使用してもよい。
第３図は本発明第三実施例の集積回路を示す。
この実施例は回路素子数が増加した場合の例を示す。こ
れらの回路素子Ａ、Ｂは、ひとつのレーザ光源５から光
搬送波が供給される。この実施例の場合にも、自由空間
により相互接続を行うことができるが、望ましくは、光
ファイバ等の導波路を利用する。さらに回路素子数が増
加した場合には、光変調器と光検出器との間でそれぞれ
10ないし100 ミリワットの光パワーを利用できるよう
に、気体レーザ等の大パワーの光源を使用することが望
ましい。
れらの回路素子Ａ、Ｂは、ひとつのレーザ光源５から光
搬送波が供給される。この実施例の場合にも、自由空間
により相互接続を行うことができるが、望ましくは、光
ファイバ等の導波路を利用する。さらに回路素子数が増
加した場合には、光変調器と光検出器との間でそれぞれ
10ないし100 ミリワットの光パワーを利用できるよう
に、気体レーザ等の大パワーの光源を使用することが望
ましい。
導波路２は、電子回路素子の間の信号を光により伝達す
るだけでなく、集積光素子または電子光学素子の一部と
して利用することもできる。また、光検波器は複数の光
変調器からの信号を受信することもできる。さらに、ホ
モダイン検波の感度が高いので、複数の回路素子の出力
した電気信号を組み合わせて単一の導波路で伝送し、受
信側でこれらを分離することもできる。
るだけでなく、集積光素子または電子光学素子の一部と
して利用することもできる。また、光検波器は複数の光
変調器からの信号を受信することもできる。さらに、ホ
モダイン検波の感度が高いので、複数の回路素子の出力
した電気信号を組み合わせて単一の導波路で伝送し、受
信側でこれらを分離することもできる。
光伝送により生じる信号遅延は、使用する光学材料の光
速に依存する。シリカ内の光速は約２×10８m/sであ
り、１cmの光路で生じる遅延は50ピコ秒程度である。光
伝送を行う距離は１メートル以下であることが望まし
い。
速に依存する。シリカ内の光速は約２×10８m/sであ
り、１cmの光路で生じる遅延は50ピコ秒程度である。光
伝送を行う距離は１メートル以下であることが望まし
い。
以上説明したように、本発明は、簡単な回路構成で集積
回路素子間を光学的に接続することができ、回路素子間
の信号伝送速度を高速化することができる効果がある。
本発明の集積回路は構造が簡単であり、しかも、光変調
器および光検波器はシリコン製でもよいことから、ウェ
ハ上のすべての回路素子をシリコンで製造でき、製造が
非常に容易である。
回路素子間を光学的に接続することができ、回路素子間
の信号伝送速度を高速化することができる効果がある。
本発明の集積回路は構造が簡単であり、しかも、光変調
器および光検波器はシリコン製でもよいことから、ウェ
ハ上のすべての回路素子をシリコンで製造でき、製造が
非常に容易である。
第１図は本発明第一実施例集積回路を示す図。 第２図は本発明第二実施例集積回路を示す図。 第３図は本発明第三実施例集積回路を示す図。 １……シリコンウェハ、２……光導波路、３……光変調
器、４……光検波器、５……レーザ光源、６……局部発
振信号路。
器、４……光検波器、５……レーザ光源、６……局部発
振信号路。
Claims (11)
- 【請求項１】第一の回路素子と第二の回路素子との間を
光学的に接続する集積回路の相互接続方法において、 光源から供給される光搬送波を分岐し、 分岐された光搬送波の一方を上記第一の回路素子の出力
で変調し、 分岐された光搬送波の他方を局部発振信号として利用
し、変調された光搬送波をホモダイン検波して上記第二
の回路素子に供給する ことを特徴とする集積回路の相互接続方法。 - 【請求項２】第一の回路素子と第二の回路素子とを備
え、 光源から供給される光搬送波を上記第一の回路素子の出
力信号で変調する光変調器と、 この光変調器の出力光を電気信号に変換して上記第二の
回路素子に供給する光検波器と を備えた集積回路において、 上記光源から供給される光搬送波を分岐して上記光検波
器に供給する光供給手段を備え、 上記光検波器はホモダイン検出手段を含む ことを特徴とする集積回路。 - 【請求項３】光搬送波を伝達する光路の少なくとも一部
に光ファイバを含む特許請求の範囲第(2)項に記載の集
積回路。 - 【請求項４】光搬送波を伝達する光路の少なくとも一部
に回路素子と共に形成された導波路を含む特許請求の範
囲第(2)項に記載の集積回路。 - 【請求項５】光変調器および光検波器は共通の半導体ウ
ェハ上に形成された特許請求の範囲第(2)項に記載の集
積回路。 - 【請求項６】光変調器および光検波器は別個の半導体ウ
ェハ上に形成された特許請求の範囲第(2)項に記載の集
積回路。 - 【請求項７】光検波器は第二の回路素子と一体に形成さ
れた特許請求の範囲第(2)項に記載の集積回路。 - 【請求項８】光変調器は第一の回路素子と一体に形成さ
れた特許請求の範囲第(2)項に記載の集積回路。 - 【請求項９】光変調器および光検波器の少なくとも一方
はシリコン集積回路と一体にシリコンで形成された特許
請求の範囲第(2)項に記載の集積回路。 - 【請求項１０】光変調器および光復調器が複数組設けら
れ、 光供給手段はひとつの光源から供給された光搬送波を複
数組に分岐してそれぞれ上記光変調器および上記光復調
器に供給する構造である 特許請求の範囲第(2)項に記載の集積回路。 - 【請求項１１】光源はレーザ光源である特許請求の範囲
第(10)項に記載の集積回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8612072 | 1986-05-19 | ||
| GB868612072A GB8612072D0 (en) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | Homodyne interconnections of integrated circuits |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62285466A JPS62285466A (ja) | 1987-12-11 |
| JPH0626248B2 true JPH0626248B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=10598049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62123607A Expired - Lifetime JPH0626248B2 (ja) | 1986-05-19 | 1987-05-19 | 集積回路の相互接続方法および集積回路 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4844571A (ja) |
| EP (1) | EP0247722B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0626248B2 (ja) |
| AT (1) | ATE67909T1 (ja) |
| CA (1) | CA1280170C (ja) |
| DE (1) | DE3773262D1 (ja) |
| ES (1) | ES2025652T3 (ja) |
| GB (1) | GB8612072D0 (ja) |
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