JP2001237411A - Optoelectric integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、光電子集積回路
装置に関し、特に、超高速情報処理に適用して好適なも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optoelectronic integrated circuit device, and more particularly, to an optoelectronic integrated circuit device suitable for ultra-high-speed information processing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＬＳＩの集積度が増加し、集積される回
路ブロックの数が増えてくると、従来の導電配線による
クロック信号の分配または信号の伝送に要する遅延時間
は回路ブロック内単位回路の演算時間よりはるかに長く
なる。このため、クロックスキューが原因となるタイミ
ングトラブルを生じ、信号の遅延とともにＬＳＩの動作
速度を制限するようになっている。2. Description of the Related Art As the degree of integration of LSIs increases and the number of integrated circuit blocks increases, the delay time required for clock signal distribution or signal transmission by conventional conductive wiring increases in the unit circuit of the circuit block. It is much longer than the calculation time. For this reason, timing troubles due to clock skew occur, and the operating speed of the LSI is limited along with signal delay.
【０００３】一方、導電配線の遅延時間の弊害を解決す
る手段として、光導波路による光配線が考えられてきた
が、ＬＳＩの配線の幅を決めるデザインルール自体が、
半導体が発光する光の波長より小さくなってきた現状で
は、単純に導電配線を光導波路配線に置き換えても配線
密度はかえって減少してしまう。これは、光導波路の幅
は伝送される光の波長の数倍は必要だからである。On the other hand, as a means for solving the adverse effect of the delay time of the conductive wiring, an optical wiring using an optical waveguide has been considered. However, the design rule itself for determining the width of the wiring of the LSI is as follows.
In the current situation where the wavelength of light emitted from a semiconductor has become smaller, the wiring density is reduced even if the conductive wiring is simply replaced with an optical waveguide wiring. This is because the width of the optical waveguide needs to be several times the wavelength of the transmitted light.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、面状光導波路のコンセプトが提案されている。In order to solve this problem, the concept of a planar optical waveguide has been proposed.
【０００５】すなわち、特公平５−１７７１２号公報
（半導体集積構造）には、面状光導波路をＬＳＩの配線
層に接して設け（同公報の図２の構造）、光は全ての単
位回路の受信部に入射（方向性の限定なし）することが
開示されている。これに加えて、光放送バス（ブロード
キャスト）のコンセプトが開示されているが、光信号が
回路ブロックを指定するアドレッシングのコンセプトは
開示されていない。That is, in Japanese Patent Publication No. Hei 5-17712 (semiconductor integrated structure), a planar optical waveguide is provided in contact with a wiring layer of an LSI (the structure shown in FIG. 2 of the same publication), and light is transmitted to all the unit circuits. It is disclosed that the light is incident on the receiving unit (the direction is not limited). In addition to this, the concept of an optical broadcasting bus (broadcast) is disclosed, but the concept of addressing in which an optical signal specifies a circuit block is not disclosed.
【０００６】一方、特公平６−４２５２７号公報（光導
波路を用いた情報処理装置）には、基板上に複数のＩＣ
チップを設け、その上に分配手段としてのプレーナ光導
波路および光源と光検出器とを設けたサブシステムが開
示されている。そして、その中に、異なる波長の光を出
射する複数の光源と、基板に複数のプレーナ光導波路が
積層されている構成と、各プレーナ光導波路で通信波長
が異なる方式と、分配手段（光導波路）上に配置された
複数の画素、の具体例が開示されている。ここでも上記
特公平５−１７７１２号公報と同様にブロードキャスト
のコンセプトが開示されているが、更に、アドレッシン
グはＡＴＭ（非同期転送モード）通信のように光パルス
のパケット中に埋め込むこと、光の波長（周波数）多重
または位相変調によることが開示されている。On the other hand, Japanese Patent Publication No. 6-42527 (an information processing apparatus using an optical waveguide) discloses a plurality of ICs on a substrate.
A subsystem is disclosed in which a chip is provided, on which a planar optical waveguide as a distribution means and a light source and a photodetector are provided. A plurality of light sources that emit light of different wavelengths therein, a plurality of planar optical waveguides laminated on a substrate, a method in which communication wavelengths are different in each planar optical waveguide, a distribution unit (optical waveguide) 3) discloses a specific example of a plurality of pixels arranged thereon. Here also, the broadcast concept is disclosed as in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. Hei 5-17712, but the addressing is further performed by embedding in an optical pulse packet as in ATM (Asynchronous Transfer Mode) communication, and by using the light wavelength ( Frequency) multiplexing or phase modulation.
【０００７】なお、特開平５−２１８３８４号公報（光
導波路付き半導体集積回路）には、電子デバイス層の一
方の面に電子配線層、他方の面に光導波路（複数層）を
構成し、素子分離用絶縁体中に光導波路を埋設する構
成、光素子と光導波路との結合の実施例として回折格
子、が開示されているが、すでに述べた、光導波路の幅
が配線幅より大きい現状からは効果の少ない構成であ
る。Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-218384 (semiconductor integrated circuit with optical waveguide) discloses an electronic device layer in which an electronic wiring layer is formed on one surface and an optical waveguide (a plurality of layers) is formed on the other surface. A configuration in which an optical waveguide is embedded in an isolation insulator, a diffraction grating as an example of coupling between an optical element and an optical waveguide has been disclosed. Is a configuration with little effect.
【０００８】しかし、上記の特公平６−４２５２７号公
報では、クロックは導電配線で分配することが記載され
ている。上述のように最近のＬＳＩではクロックスキュ
ーの問題が１００万ゲートを超えるＬＳＩでは動作の保
証の上で重要な問題となっている。また、光の波長（光
の周波数）を回路ブロックのアドレッシングに使うこと
が開示されているが、受光側に光の選択機構を設けるこ
とは大きな面積を専有することを意味する。光パルスの
パケット中にアドレスを埋め込むことが開示されている
が、電話のＡＴＭシステムで検討されているように、最
悪状態では交信数分だけ情報伝達速度は遅れる。[0008] However, Japanese Patent Publication No. 6-42527 describes that clocks are distributed by conductive wiring. As described above, in recent LSIs, the problem of clock skew is an important problem in guaranteeing operation in LSIs exceeding 1 million gates. Further, although it is disclosed that the wavelength of light (frequency of light) is used for addressing a circuit block, providing a light selection mechanism on the light receiving side means occupying a large area. It is disclosed that an address is embedded in a packet of an optical pulse. However, as discussed in a telephone ATM system, in the worst case, the information transmission speed is delayed by the number of communications.
【０００９】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、集積度が増大しても、クロックスキューを防止
することができ、高速で信号処理を行うことができる光
電子集積回路装置を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide an optoelectronic integrated circuit device which can prevent clock skew and perform signal processing at high speed even if the degree of integration increases. is there.
【００１０】この発明が解決しようとする他の課題は、
本明細書の以下の記述によって明らかとなるであろう。[0010] Another problem to be solved by the present invention is:
It will be clear from the description below.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決する有効な対策について鋭意検
討を行った。その概要について説明すると以下のとおり
である。Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied effective measures for solving the above-mentioned problems of the prior art. The outline is as follows.
【００１２】１）光導波路で入出力を一対一に接続する
ことなく、光導波面を用いて、回路ブロック間の信号送
受信を行う。これにより、波長がデザインルールより大
きい問題を解決する。1) Signal transmission and reception between circuit blocks is performed using an optical waveguide surface without connecting the input and output in a one-to-one relationship with the optical waveguide. This solves the problem that the wavelength is larger than the design rule.
【００１３】２）勿論距離の近い局所配線は従来の金属
配線で行う方が単純でしかも速度も速いので従来の金属
配線層、より一般的には電子配線層も同時に用いる。2) Of course, local wirings with a short distance are simpler and faster than conventional metal wirings. Therefore, a conventional metal wiring layer, more generally an electronic wiring layer, is also used at the same time.
【００１４】３）回路ブロック間の情報送信は回路ブロ
ックの出力に電気結合（直流的に接続または交流的にカ
ップリング）した発光素子を上記光導波面と光結合し
て、光導波面にいわゆるブロードキャストする。3) For transmitting information between the circuit blocks, a light emitting element electrically coupled to the output of the circuit block (connected DC or coupled AC) is optically coupled to the optical waveguide surface, and is broadcast on the optical waveguide surface. .
【００１５】４）回路ブロック間の情報送信は回路ブロ
ックの入力に電気結合した受光素子を上記光導波面と光
結合させて行う。4) Information transmission between circuit blocks is performed by optically coupling a light receiving element electrically coupled to an input of the circuit block with the optical waveguide surface.
【００１６】５）光導波面へは、複数の回路ブロックを
発光素子、受光素子を介して光結合させて並列または時
系列的に多重情報送受信を行う。5) A plurality of circuit blocks are optically coupled to an optical waveguide surface via a light emitting element and a light receiving element to transmit or receive multiplexed information in parallel or in time series.
【００１７】６）このためには、発光素子が光導波面へ
発信する光学情報には送信先を示す識別記号を付与す
る。この識別信号は、光の光量、位相の変調周波数であ
る場合（この場合は各回路ブロックに固有の周波数が割
り当てられている場合を考えると良く分かる）、または
情報列の先頭に付加したアドレスコードである場合（こ
の場合は、情報の送受信が回路ブロックＡ、Ｂ間、Ｃ、
Ｄ間と時系列的に行われることもある。）など用途に応
じて適宜選択することができる。6) To this end, an optical information transmitted from the light emitting element to the optical waveguide surface is provided with an identification symbol indicating a transmission destination. This identification signal is a light quantity of light and a modulation frequency of a phase (in this case, it is well understood that a unique frequency is assigned to each circuit block), or an address code added to the head of the information sequence (In this case, the information transmission / reception is performed between the circuit blocks A and B, C,
It may be performed in time series with the interval between D. ) Can be appropriately selected depending on the application.
【００１８】７）このためには、受光素子が光導波面か
ら取り込む信号に含まれる識別信号を識別する回路部を
各回路ブロックに設ける。7) To this end, a circuit section for identifying an identification signal included in a signal taken by the light receiving element from the optical waveguide surface is provided in each circuit block.
【００１９】８）情報の発信受信が時系列的に行われる
場合は、受信側で識別結果を返信（して情報の送信を要
求）する光送信、送信側で情報を送り終えた場合の送信
終了を宣言する光送信が必要となる。この送信終了宣言
で他の回路ブロックが同じ周波数を使って情報の送受信
ができるようになる。この方式は同一光導波面に結合す
る回路ブロックの数に制限はない。8) When information transmission and reception are performed in time series, optical transmission in which the receiving side returns an identification result (requests information transmission), and transmission in the case where information has been transmitted by the transmitting side. Optical transmission to declare termination is required. This transmission end declaration enables other circuit blocks to transmit and receive information using the same frequency. This method does not limit the number of circuit blocks coupled to the same optical waveguide surface.
【００２０】９）各回路ブロックに周波数を特性する方
式は、並行送受信が可能な分だけ高速の情報処理ができ
るが、周波数弁別回路の性能によって、交信できる回路
ブロックの数に限りがある。9) The frequency characteristic of each circuit block enables high-speed information processing as much as parallel transmission and reception is possible, but the number of circuit blocks that can communicate is limited by the performance of the frequency discriminating circuit.
【００２１】この発明は、本発明者による以上のような
検討に基づいて案出されたものである。The present invention has been devised based on the above study by the present inventors.
【００２２】すなわち、上記課題を解決するために、こ
の発明の第１の発明による光電子集積回路装置は、複数
の電子素子が設けられた少なくとも一層の電子素子層
と、複数の電子配線が設けられた少なくとも一層の電子
配線層と、少なくとも一層の光導波面と、複数の発光素
子および複数の受光素子とを同一の基板上に有し、複数
の電子素子および複数の電子配線は複数の回路ブロック
を構成し、発光素子は回路ブロックの出力部に接続さ
れ、受光素子は回路ブロックの入力部に接続され、か
つ、複数の発光素子のうちの少なくとも一つの発光素子
および複数の受光素子のうちの少なくとも一つの受光素
子は少なくとも一層の光導波面のうちの同一の光導波面
に光結合され、複数の発光素子のうちの少なくとも一つ
の発光素子は信号で強度変調された信号光パルスを同一
の光導波面へ結合するとともに、少なくとも一つの発光
素子はクロック周波数で強度変調されたクロック光パル
スを同一の光導波面へ結合し、このクロック光パルスを
同一の光導波面に光結合した受光素子が受光し、この受
光素子が入力部に接続されている回路ブロックのクロッ
ク周波数および位相を制御するようにしたことを特徴と
する光電子集積回路装置である。That is, in order to solve the above problems, an optoelectronic integrated circuit device according to a first aspect of the present invention includes at least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements and a plurality of electronic wirings. At least one electronic wiring layer, at least one optical waveguide surface, a plurality of light-emitting elements and a plurality of light-receiving elements on the same substrate, and the plurality of electronic elements and the plurality of electronic wirings include a plurality of circuit blocks. The light emitting element is connected to an output of the circuit block, the light receiving element is connected to an input of the circuit block, and at least one of the plurality of light emitting elements and the plurality of light receiving elements. One light receiving element is optically coupled to the same optical waveguide surface of at least one optical waveguide surface, and at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements has a signal intensity. The tuned signal light pulse is coupled to the same optical waveguide surface, and at least one light emitting element couples the clock light pulse intensity-modulated at the clock frequency to the same optical waveguide surface, and the clock light pulse is coupled to the same optical waveguide surface. An optoelectronic integrated circuit device characterized in that a light receiving element optically coupled to the light receiving element receives light, and the light receiving element controls a clock frequency and a phase of a circuit block connected to an input unit.
【００２３】この発明の第１の発明においては、例え
ば、クロック周波数として複数のクロック周波数を用
い、これらの複数のクロック周波数を複数の回路ブロッ
クに割り当てて回路ブロックを指定する信号とする。あ
るいは、クロック周波数を複数の回路ブロックに割り当
て、信号光パルスに回路ブロックを指定するアドレス信
号光パルス列を加える。クロック光パルスは信号光パル
スが結合する光導波面とは異なる光導波面に結合するよ
うにしてもよい。また、クロック光パルスは信号光パル
スと異なる波長の光パルスとしてもよい。In the first aspect of the present invention, for example, a plurality of clock frequencies are used as clock frequencies, and the plurality of clock frequencies are assigned to a plurality of circuit blocks to be used as signals for designating the circuit blocks. Alternatively, a clock frequency is assigned to a plurality of circuit blocks, and an address signal light pulse train specifying the circuit block is added to the signal light pulses. The clock light pulse may be coupled to an optical waveguide surface different from the optical waveguide surface to which the signal light pulse is coupled. Further, the clock light pulse may be a light pulse having a different wavelength from the signal light pulse.
【００２４】この発明の第２の発明による光電子集積回
路装置は、複数の電子素子が設けられた少なくとも一層
の電子素子層と、複数の電子配線が設けられた少なくと
も一層の電子配線層と、少なくとも一層の光導波面と、
複数の発光素子および複数の受光素子とを同一の基板上
に有し、複数の電子素子および複数の電子配線は複数の
回路ブロックを構成し、発光素子は回路ブロックの出力
部に接続され、受光素子は上記回路ブロックの入力部に
接続され、かつ、複数の発光素子のうちの少なくとも一
つの発光素子および複数の受光素子のうちの少なくとも
一つの受光素子は少なくとも一層の光導波面のうちの同
一の光導波面に光結合され、複数の発光素子のうちの少
なくとも二つの発光素子は互いに異なる周波数で強度変
調された複数の信号光パルスを同一の光導波面へ光結合
し、これらの複数の信号光パルスを複数の受光素子が受
光し、選択された少なくとも二つの回路ブロック間で異
なる周波数を用いて同時にそれぞれ独立に信号を伝送す
るようにしたことを特徴とする光電子集積回路装置であ
る。According to a second aspect of the present invention, there is provided an optoelectronic integrated circuit device comprising: at least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements; at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings; A further optical waveguide surface,
A plurality of light-emitting elements and a plurality of light-receiving elements are provided on the same substrate, a plurality of electronic elements and a plurality of electronic wirings form a plurality of circuit blocks, and the light-emitting elements are connected to an output section of the circuit block to receive light. The element is connected to the input of the circuit block, and at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are the same among at least one optical waveguide surface. At least two of the plurality of light emitting elements are optically coupled to the optical waveguide surface, and at least two of the plurality of light emitting elements are optically coupled to the same optical waveguide surface with a plurality of signal light pulses intensity-modulated at different frequencies from each other. A plurality of light-receiving elements receive light, and signals are simultaneously and independently transmitted using different frequencies between at least two selected circuit blocks. An optical electronic integrated circuit device according to claim.
【００２５】この発明の第２の発明においては、例え
ば、複数の回路ブロックに周波数を割り当て、回路ブロ
ックの入力部に周波数弁別回路を設ける。また、複数の
回路ブロックに一つの周波数を割り当て、信号光パルス
に回路ブロックを指定するアドレス信号光パルス列を加
える。互いに異なる周波数のそれぞれの周波数のクロッ
ク光パルスを信号光パルスと同時に光導波面へ結合する
ようにしてもよい。また、クロック光パルスは信号光パ
ルスが光結合する光導波面とは異なる光導波面に結合す
るようにしてもよい。さらに、クロック光パルスは信号
光パルスと異なる波長の光パルスとしてもよい。In the second aspect of the present invention, for example, a frequency is allocated to a plurality of circuit blocks, and a frequency discriminating circuit is provided at an input portion of the circuit block. One frequency is assigned to a plurality of circuit blocks, and an address signal light pulse train for designating the circuit block is added to the signal light pulses. Clock light pulses having different frequencies from each other may be simultaneously coupled to the optical waveguide surface simultaneously with the signal light pulse. Further, the clock light pulse may be coupled to an optical waveguide surface different from the optical waveguide surface to which the signal light pulse is optically coupled. Further, the clock light pulse may be a light pulse having a different wavelength from the signal light pulse.
【００２６】この発明の第３の発明は、複数の電子素子
が設けられた少なくとも一層の電子素子層と、複数の電
子配線が設けられた少なくとも一層の電子配線層と、少
なくとも一層の光導波面と、複数の発光素子および複数
の受光素子とを同一の基板上に有し、複数の電子素子お
よび複数の電子配線は複数の回路ブロックを構成し、発
光素子は回路ブロックの出力部に接続され、受光素子は
回路ブロックの入力部に接続され、かつ、複数の発光素
子のうちの少なくとも一つの発光素子および複数の受光
素子のうちの少なくとも一つの受光素子は少なくとも一
層の光導波面のうちの同一の光導波面に光結合され、発
光素子は信号光パルスを光結合した同一の光導波面へ供
給し、この信号光パルスを同一の光導波面へ光結合した
受光素子が受光し、複数の回路ブロックのうちの選択さ
れた少なくとも二つの回路ブロック間で信号を伝送する
ようにした光電子集積回路装置であって、発光素子また
は受光素子の同一の光導波面への光結合は、発光素子ま
たは受光素子を同一の光導波面に投影した位置の同一の
光導波面に設けられた、発光面または受光面側に凸の反
射面による光の反射により行われることを特徴とする光
電子集積回路装置である。According to a third aspect of the present invention, at least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements, at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings, and at least one optical waveguide surface are provided. Having a plurality of light emitting elements and a plurality of light receiving elements on the same substrate, a plurality of electronic elements and a plurality of electronic wirings constituting a plurality of circuit blocks, the light emitting elements being connected to an output portion of the circuit block, The light receiving element is connected to an input portion of the circuit block, and at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are the same among at least one light guide surface. The light emitting element is optically coupled to the optical waveguide surface, and the light emitting element supplies the signal light pulse to the same optical waveguide surface optically coupled, and the light receiving element optically coupled to the signal optical pulse receives the signal light pulse. An opto-electronic integrated circuit device configured to transmit a signal between at least two circuit blocks selected from a plurality of circuit blocks, wherein the light coupling of the light emitting element or the light receiving element to the same optical waveguide surface is performed by the light emitting element Alternatively, the opto-electronic integrated circuit device is characterized in that reflection is performed by light reflected by a light-emitting surface or a light-receiving surface-side reflecting surface provided on the same optical waveguide surface at a position where the light-receiving element is projected on the same optical waveguide surface. is there.
【００２７】この発明の第３の発明において、反射面
は、典型的には円錐形であるが、その他の任意の形状で
あってよい。In the third aspect of the present invention, the reflecting surface is typically conical, but may have any other shape.
【００２８】この発明の第４の発明は、複数の電子素子
が設けられた少なくとも一層の電子素子層と、複数の電
子配線が設けられた少なくとも一層の電子配線層と、少
なくとも一層の光導波面と、複数の発光素子および複数
の受光素子とを同一の基板上に有し、複数の電子素子お
よび複数の電子配線は複数の回路ブロックを構成し、発
光素子は回路ブロックの出力部に接続され、受光素子は
回路ブロックの入力部に接続され、かつ、複数の発光素
子のうちの少なくとも一つの発光素子および複数の受光
素子のうちの少なくとも一つの受光素子は少なくとも一
層の光導波面のうちの同一の光導波面に光結合され、発
光素子は信号光パルスを光結合した光導波面へ供給し、
信号光パルスを光導波面へ光結合した受光素子が受光
し、複数の回路ブロックのうちの少なくとも二つの回路
ブロック間で信号を伝送するようにした光電子集積回路
装置であって、発光素子から発生する信号光パルスまた
は受光素子が受光する信号光パルスの波長は、電子素子
層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーに対応
する波長より長波長であることを特徴とする光電子集積
回路装置である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided at least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements, at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings, and at least one optical waveguide surface. Having a plurality of light emitting elements and a plurality of light receiving elements on the same substrate, a plurality of electronic elements and a plurality of electronic wirings constituting a plurality of circuit blocks, the light emitting elements being connected to an output portion of the circuit block, The light receiving element is connected to an input portion of the circuit block, and at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are the same among at least one light guide surface. Optically coupled to the optical waveguide surface, the light emitting element supplies the signal light pulse to the optically coupled optical waveguide surface,
An optoelectronic integrated circuit device in which a light receiving element optically coupling a signal light pulse to an optical waveguide surface receives light and transmits a signal between at least two of the plurality of circuit blocks, the light emitting element being generated from the light emitting element. The optoelectronic integrated circuit device is characterized in that the wavelength of the signal light pulse or the signal light pulse received by the light receiving element is longer than the wavelength corresponding to the band gap energy of the semiconductor forming the electronic element layer.
【００２９】この発明において、電子素子が形成される
半導体基板または半導体層がＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ
のように発光性の半導体の場合は、半導体基板あるいは
半導体層に形成される。これに対して、電子素子が形成
される半導体基板または半導体層がＳｉのように非発光
性の場合は、例えば、半導体基板あるいは半導体層上に
ヘテロエピタキシャル成長技術により格子定数の比較的
近いＧａＡｓ、ＧａＰ等の半導体をヘテロエピタキシャ
ル成長させ、場合により更にその上に多元化合物半導体
層をエピタキシャル成長させ、その中に形成する。In the present invention, the semiconductor substrate or semiconductor layer on which the electronic element is formed is made of GaAs, GaP, InP.
In the case of a luminescent semiconductor as described above, it is formed on a semiconductor substrate or a semiconductor layer. On the other hand, when the semiconductor substrate or the semiconductor layer on which the electronic element is formed is non-emissive such as Si, for example, GaAs or GaP having a relatively close lattice constant is formed on the semiconductor substrate or the semiconductor layer by a heteroepitaxial growth technique. And the like are heteroepitaxially grown, and if necessary, a multi-component compound semiconductor layer is further epitaxially grown thereon and formed therein.
【００３０】電子素子は、電界効果トランジスタ（ＭＩ
ＳＦＥＴやＭＥＳＦＥＴなどの各種のものがある）、バ
イポーラトランジスタなどであり、これらの中の一種ま
たは二種類以上が用いられる。The electronic element is a field effect transistor (MI)
And various types such as SFETs and MESFETs), bipolar transistors, and the like, and one or more of these are used.
【００３１】電子配線は、金属（Ａｌ、Ｃｕなど）、多
結晶シリコン、ＴｉＮなどの導電体による相互接続のほ
か、二つの導電体間の誘導結合、導電膜間の容量結合な
どであってもよい。The electronic wiring may be interconnected by a conductor such as a metal (such as Al or Cu), polycrystalline silicon, or TiN, or may be inductively coupled between two conductors or capacitively coupled between conductive films. Good.
【００３２】上述のように構成されたこの発明の第１の
発明による光電子集積回路装置によれば、回路ブロック
のクロック周波数および位相をクロック光パルスにより
制御することができることにより、集積度が増加し、集
積する回路ブロックの数が増えても、クロックスキュー
の問題が発生することがなく、クロックスキューによる
タイミングトラブルを防止することができる。According to the optoelectronic integrated circuit device according to the first aspect of the present invention configured as described above, the clock frequency and phase of the circuit block can be controlled by the clock light pulse, so that the degree of integration is increased. Even when the number of circuit blocks to be integrated increases, the problem of clock skew does not occur, and timing trouble due to clock skew can be prevented.
【００３３】上述のように構成されたこの発明の第２の
発明による光電子集積回路装置によれば、回路ブロック
間の信号の伝送を異なる周波数を用いて行うことによ
り、配線本数が多くなったのと同等の効果を得ることが
でき、実効的に配線密度の向上を図ることができる。According to the optoelectronic integrated circuit device according to the second aspect of the present invention configured as described above, the number of wirings is increased by transmitting signals between circuit blocks using different frequencies. The same effect as described above can be obtained, and the wiring density can be effectively improved.
【００３４】上述のように構成されたこの発明の第３の
発明による光電子集積回路装置によれば、反射面を介し
て発光素子および受光素子と光導波面との光結合を行う
ことにより、ブロードキャストを容易かつ確実に行うこ
とができる。According to the optoelectronic integrated circuit device according to the third aspect of the present invention configured as described above, the light-emitting element and the light-receiving element are optically coupled to the optical waveguide surface via the reflection surface, thereby enabling broadcast. It can be done easily and reliably.
【００３５】上述のように構成されたこの発明の第４の
発明による光電子集積回路装置によれば、発光素子から
の信号光パルスおよび受光素子が受光する信号光パルス
の波長が、電子層を構成する半導体のバンドギャップエ
ネルギーに対応する波長よりも長波長であることによ
り、信号光パルスが電子素子層で吸収されることがな
く、光による電流リークを防止することができる。According to the optoelectronic integrated circuit device according to the fourth aspect of the present invention, the wavelength of the signal light pulse from the light emitting element and the wavelength of the signal light pulse received by the light receiving element constitute the electronic layer. Since the wavelength is longer than the wavelength corresponding to the band gap energy of the semiconductor, the signal light pulse is not absorbed by the electronic element layer, and current leakage due to light can be prevented.
【００３６】[0036]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
【００３７】図１はこの発明の第１の実施形態による光
導波面を用いた光電子集積回路装置を示す断面図、図２
はこの光電子集積回路装置の平面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an optoelectronic integrated circuit device using an optical waveguide according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the optoelectronic integrated circuit device.
【００３８】図１および図２に示すように、この光電子
集積回路装置においては、半導体基板１の全面または所
定の領域に電子配線層２および光導波面を構成する光導
波層３が二次元的な広がりを持って順次積層されてい
る。所定領域における半導体基板１および電子配線層２
によりｎ個の回路ブロックＢi （ｉ＝１、２、・・・、
ｎ）が形成されている。各回路ブロックＢi の半導体基
板１の上部の電子素子層４には、その回路ブロックに持
たせる機能に応じて複数の電子素子Ｄが形成されてい
る。これらの電子素子Ｄは、その回路ブロックの機能を
実現することができるように、電子配線層２に形成され
た一層または多層の電子配線Ｗにより相互に電気的に接
続されている。また、各回路ブロックＢi の入力部およ
び出力部にはそれぞれ受光素子Ｐi および発光素子Ｌi
が接続されている。これらの受光素子Ｐi および発光素
子Ｌi は光導波層３、すなわち光導波面に光結合してい
る。さらに、各受光素子Ｐi および各発光素子Ｌi の上
方の部分における光導波層３の上部には、各受光素子Ｐ
i の受光面および各発光素子Ｌi の発光面にそれらの先
端が向くように円錐状の反射部材５が埋め込まれてい
る。この反射部材５は、その錐面による反射により、光
導波層３を伝播する光が各受光素子Ｐi の受光面に効率
的に入射し、あるいは、各発光素子Ｌi から発光した光
が効率的に光導波層３に送られるようにするためのもの
である。As shown in FIGS. 1 and 2, in this optoelectronic integrated circuit device, the electronic wiring layer 2 and the optical waveguide layer 3 forming the optical waveguide surface are two-dimensionally formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 or on a predetermined region. The layers are sequentially stacked with a spread. Semiconductor substrate 1 and electronic wiring layer 2 in predetermined region
, N circuit blocks B i (i = 1, 2,...,
n) is formed. The electronic element layer 4 of the upper part of the semiconductor substrate 1 of each circuit block B i, a plurality of electronic devices D according to the function to give to the circuit block is formed. These electronic elements D are electrically connected to each other by a single or multilayer electronic wiring W formed on the electronic wiring layer 2 so that the function of the circuit block can be realized. Further, each of the inputs and outputs of each circuit block B i receiving element P i and the light emitting element L i
Is connected. These light receiving elements P i and the light emitting element L i is the optical waveguide layer 3, that is optically coupled to the optical wavefront. Further, the light receiving elements P i and the light emitting elements Li are located above the optical waveguide layer 3 at the portions above the light receiving elements P i.
i their tips to the light emitting surface of the light-receiving surface and the light-emitting elements L i conical reflecting member 5 so that the faces are embedded in. The reflection member 5, by the reflection due to the conical surface, efficiently incident light propagating through the optical waveguide layer 3 on the light receiving surface of the light receiving elements P i, or light emitted from the light emitting element L i efficiency This is for the purpose of being transmitted to the optical waveguide layer 3.
【００３９】電子素子Ｄとしては、回路ブロックに持た
せる機能や使用する半導体基板１などに応じて、ＭＩＳ
ＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタなどの
うちの１種類または２種類以上のものを用いることがで
きる。電子配線４としては、Ａｌ、Ｃｕなどの金属、多
結晶シリコン、ＴｉＮ等の導電配線のほか、二つの導電
体間の誘導結合や導電膜間の容量結合などを用いること
ができる。さらに、受光素子Ｐi としてはフォトダイオ
ード、発光素子Ｌi としては発光ダイオードなどを用い
ることができる。この場合、発光素子Ｌi の発光波長は
半導体基板１、したがって電子素子層４を構成する半導
体のバンドギャップエネルギーに対応する波長よりも長
波長に選ばれている。具体的には、例えば、半導体基板
１がＳｉ基板であり、電子素子層４がＳｉ層である場合
を考えると、発光素子Ｌi としては、ＩｎＰＡｓ、Ｇａ
ＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎ
ＰＡｓなどを用いた発光ダイオードを用いることができ
る。As the electronic element D, the MIS is selected according to the function of the circuit block and the semiconductor substrate 1 to be used.
One or more of FETs, MESFETs, bipolar transistors, and the like can be used. As the electronic wiring 4, a metal such as Al or Cu, a conductive wiring such as polycrystalline silicon or TiN, or an inductive coupling between two conductors or a capacitive coupling between conductive films can be used. Further, the photodiode as the light receiving element P i, as the light emitting element L i may be used such as a light emitting diode. In this case, the emission wavelength of the light emitting element L i is the semiconductor substrate 1, thus than the wavelength corresponding to the semiconductor band gap energy which constitute the electronic element layer 4 is selected to a longer wavelength. Specifically, for example, a semiconductor substrate 1 is a Si substrate, considering the case where the electronic element layer 4 is Si layer, the light emitting element L i, InPAs, Ga
InAs, AlInAs, AlGaInAs, GaIn
A light-emitting diode using PAs or the like can be used.
【００４０】半導体基板１はバルクの半導体基板であっ
てもよいし、いわゆるＳＯＩ（Semiconductor on Insul
ator）基板のような支持基板上に半導体層を設けたもの
であってもよい。次に、上述のように構成されたこの第
１の実施形態による光電子集積回路装置の動作について
説明する。The semiconductor substrate 1 may be a bulk semiconductor substrate or a so-called SOI (Semiconductor on Insul
ator) The semiconductor layer may be provided on a supporting substrate such as a substrate. Next, the operation of the optoelectronic integrated circuit device according to the first embodiment configured as described above will be described.
【００４１】ｎ個の回路ブロックＢ1 、Ｂ2 、・・・、
Ｂn に互いに異なるクロック周波数ｆ1 、ｆ2 、・・
・、ｆn を割り当て、これらの周波数を回路ブロックを
指定する信号とする。いま、一例として、回路ブロック
Ｂ1 から回路ブロックＢ2 に情報を送信する場合を考え
る。まず、回路ブロックＢ1 の出力部に接続された発光
素子Ｌ1 から発光する光をクロック周波数ｆ2 で強度変
調し、周波数ｆ2 のクロック光パルスを発生させる。こ
の周波数ｆ2 のクロック光パルスは光導波層３に発信さ
れる。このとき、このクロック光パルスは、円錐状の反
射部材５の錐面で反射されて放射状に光導波層３内を伝
播する。すなわち、発光素子Ｌ1 から発光する周波数ｆ
2 のクロック光パルスを、光導波層３にブロードキャス
トする。この周波数ｆ2 のクロック光パルスは、光導波
層３に光結合した全ての受光素子に入射するが、このク
ロック周波数ｆ2 で識別される回路ブロックＢ2 の受光
素子Ｐ2 により受光されたときに、この回路ブロックＢ
2 の識別信号を受信したことを示す識別信号光パルス
を、この回路ブロックＢ2 の出力部に接続された発光素
子Ｌ2 から光導波層３にブロードキャストする。この識
別信号光パルスが情報信号の送信側である回路ブロック
Ｂ1 の入力部に接続された受光素子Ｐ1 により受光され
たとき、回路ブロックＢ1 からの情報信号の発信が要求
される。そして、この要求により回路ブロックＢ1 から
情報信号が信号光パルスとして光導波層３にブロードキ
ャストされ、この情報信号が回路ブロックＢ2 により受
信される。この情報信号の送信のシーケンスを図３に示
す。N circuit blocks B 1 , B 2 ,.
B n have different clock frequencies f 1 , f 2 ,.
, F n , and these frequencies are used as signals for specifying circuit blocks. Now, as an example, consider the case of transmitting information from the circuit block B 1 to the circuit block B 2. First, light emitted from the light-emitting element L 1 connected to the output of the circuit block B 1 intensity-modulated at the clock frequency f 2, to generate optical clock pulses of frequency f 2. The clock light pulse having the frequency f 2 is transmitted to the optical waveguide layer 3. At this time, the clock light pulse is reflected on the conical surface of the conical reflection member 5 and propagates radially in the optical waveguide layer 3. That is, the frequency f of the light emitting from the light-emitting element L 1
The two clock light pulses are broadcast to the optical waveguide layer 3. The clock light pulse having the frequency f 2 is incident on all the light receiving elements optically coupled to the optical waveguide layer 3, but is received by the light receiving element P 2 of the circuit block B 2 identified by the clock frequency f 2. The circuit block B
An identification signal light pulse indicating that it has received the second identification signal, broadcast from the light-emitting element L 2 connected to the output of the circuit block B 2 to the optical waveguide layer 3. When the identification signal light pulse is received by the circuit block receiving element P 1 the connected to the input of B 1 which is the transmission side of the information signal, transmission of information signals from the circuit block B 1 is required. Then, the information signal from the circuit block B 1 This request is broadcast to the optical waveguide layer 3 as a signal light pulse, the information signal is received by the circuit block B 2. FIG. 3 shows a sequence of transmitting the information signal.
【００４２】回路ブロックＢ2 においては、受光素子Ｐ
2 により受光されたクロック光パルスにより、その内部
の動作に用いられるクロック周波数および位相が制御さ
れるようになっている。In the circuit block B 2 , the light receiving element P
The clock frequency and phase used for internal operation are controlled by the clock light pulse received by 2 .
【００４３】この第１の実施形態によれば、次のような
種々の利点を得ることができる。すなわち、回路ブロッ
クＢi の入力部に接続された受光素子Ｐi が受光するク
ロック光パルスによりこの回路ブロックのクロック周波
数および位相を制御するようにしているので、従来のＬ
ＳＩにおけるような複雑な長距離配線に伴うクロックス
キューを有効に防止することができる。このため、光電
子集積回路装置の集積度が増加し、集積される回路ブロ
ックの数が増えても、クロックスキューが原因となるタ
イミングトラブルが生じることがなくなり、高速で信号
処理を行うことができる。また、発光素子Ｌi の発光波
長が電子素子層４を構成する半導体のバンドギャップエ
ネルギーに対応する波長よりも長波長であるので、電子
素子層４により信号光パルスやクロック光パルスが吸収
されて光リークによる電子素子の誤動作などが生じるの
を防止することができ、動作の信頼性の向上を図ること
ができる。さらに、発光素子Ｌi および受光素子Ｐi を
光導波層３に対応した位置に円錐状の反射部材５を設け
ていることにより、発光素子Ｌi から発光して光導波層
３にブロードキャストされる光および光導波層３から受
光素子Ｐi に入射する光を有効に利用することができ
る。According to the first embodiment, the following various advantages can be obtained. That is, since the light receiving elements P i that is connected to the input of the circuit block B i is to control the clock frequency and phase of the circuit block by the clock light pulse received, the conventional L
Clock skew accompanying complicated long-distance wiring as in SI can be effectively prevented. For this reason, even if the degree of integration of the optoelectronic integrated circuit device increases and the number of integrated circuit blocks increases, timing troubles due to clock skew do not occur, and signal processing can be performed at high speed. Further, since the emission wavelength of the light emitting element L i is a semiconductor band wavelength longer than the wavelength corresponding to the gap energy which constitute the electronic element layer 4 is absorbed the signal light pulse and optical clock pulses by the electronic element layer 4 It is possible to prevent malfunction of the electronic element due to light leakage, and to improve the reliability of the operation. Further, by providing the reflecting member 5 of the conical light-emitting element L i and the light receiving element P i at a position corresponding to the optical waveguide layer 3, is broadcast to the optical waveguide layer 3 and the light emitting from the light emitting element L i it is possible to effectively utilize the light incident from the light and the optical waveguide layer 3 to the light receiving elements P i.
【００４４】そして、この光電子集積回路装置によれ
ば、回路ブロック間の信号の伝送を光により行うため、
回路ブロック間の配線を導電配線により行う従来のＬＳ
Ｉが直面している信号伝送速度、機能、コストなどの限
界を打破することができるとともに、信号レベルの異な
る各種回路ブロックを相互に結合することができること
により、飛躍的な高機能化を図ることができる。According to this opto-electronic integrated circuit device, signal transmission between circuit blocks is performed by light.
Conventional LS in which wiring between circuit blocks is performed by conductive wiring
To overcome the limits of signal transmission speed, function, cost, etc. that I face and to combine various circuit blocks with different signal levels with each other to achieve dramatic improvement in functionality Can be.
【００４５】次に、この発明の第２の実施形態による光
電子集積回路装置について説明する。Next, an optoelectronic integrated circuit device according to a second embodiment of the present invention will be described.
【００４６】第１の実施形態においては、情報を送信す
る相手の回路ブロックの識別をクロック周波数で行って
いるのに対し、この第２の実施形態においては、情報信
号の先頭に付加されたアドレス信号により回路ブロック
の識別を行う。具体的には、ｎ個の回路ブロックＢ1 、
Ｂ2 、・・・、Ｂn に一つのクロック周波数を割り当
て、信号光パルス列の先頭に各回路ブロックを指定する
アドレス信号光パルス列を付加したものを送信側の回路
ブロックの出力部に接続された発光素子から光導波層３
にブロードキャストする。このとき、アドレス信号で指
定された回路ブロックの入力部に接続された受光素子が
受光モードになり、情報を信号光パルスとして受信す
る。このようにして、回路ブロックから回路ブロックへ
情報信号が送信される。In the first embodiment, the circuit block to which information is transmitted is identified by the clock frequency, whereas in the second embodiment, the address added to the head of the information signal is identified. The circuit block is identified by the signal. Specifically, n circuit blocks B 1 ,
One clock frequency is assigned to B 2 ,..., B n , and a signal light pulse train with an address signal light pulse train designating each circuit block added to the head is connected to the output of the circuit block on the transmission side. Light emitting element to optical waveguide layer 3
Broadcast to. At this time, the light receiving element connected to the input section of the circuit block specified by the address signal enters the light receiving mode, and receives information as a signal light pulse. Thus, the information signal is transmitted from the circuit block to the circuit block.
【００４７】上記以外のことは第１の実施形態と同様で
あるので、説明を省略する。The other points are the same as in the first embodiment, and the description is omitted.
【００４８】この第２の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。According to the second embodiment, advantages similar to those of the first embodiment can be obtained.
【００４９】次に、この発明の第３の実施形態による光
電子集積回路装置について説明する。Next, an optoelectronic integrated circuit device according to a third embodiment of the present invention will be described.
【００５０】この第３の実施形態においては、少なくと
も二つの発光素子から発光する光を互いに異なる周波数
で強度変調して信号光パルスを得、これらの信号光パル
スを光導波層３にブロードキャストする。これらの信号
光パルスを複数の受光素子が受光し、規定された少なく
とも二つの回路ブロック間で上記の異なる周波数を用い
て同時にそれぞれ独立に情報信号を伝送する。In the third embodiment, light emitted from at least two light emitting elements is intensity-modulated at different frequencies to obtain signal light pulses, and these signal light pulses are broadcast to the optical waveguide layer 3. These signal light pulses are received by a plurality of light receiving elements, and information signals are simultaneously and independently transmitted between at least two specified circuit blocks using the above different frequencies.
【００５１】このとき、ｎ個の回路ブロックＢ1 、
Ｂ2 、・・・、Ｂn に異なる周波数を割り当てる。回路
ブロックの入力部に周波数弁別回路を設けておき、この
周波数弁別回路により周波数を弁別し、情報信号を送信
する回路ブロックの識別を行う。At this time, n circuit blocks B 1 ,
Assign different frequencies to B 2 ,..., B n . A frequency discriminating circuit is provided at an input portion of the circuit block, and the frequency discriminating circuit discriminates a frequency to identify a circuit block that transmits an information signal.
【００５２】この周波数弁別回路（波長識別素子）の具
体的な構造例（特開昭６０−２４１２７７号公報）を図
４に示す。図４に示すように、この例では、半導体基板
１として例えばｐ型Ｓｉ基板が用いられ、その中にｎ型
領域１１が設けられ、このｎ型領域１１中にｐ型領域１
２およびｎ+ 型コンタクト用領域１３が設けられてい
る。そして、半導体基板１とｎ型領域１１とのｐｎ接合
およびｐ型領域１２とｎ型領域１３とのｐｎ接合により
それぞれフォトダイオードが形成され、波長弁別回路が
構成されている。ここで、ｐ型領域１２とｎ型領域１１
とのｐｎ接合からなるフォトダイオードは短波長側、す
なわち高周波数側に受光感度が高く、半導体基板１とｎ
型領域１１とのｐｎ接合からなるフォトダイオードは長
波長側、すなわち低周波数側に受光感度が高い。この周
波数弁別回路によれば、広い周波数帯（波長帯）の受光
光の周波数を弁別することができる。FIG. 4 shows a specific example of the structure of this frequency discriminating circuit (wavelength discriminating element) (Japanese Patent Laid-Open No. 60-241277). As shown in FIG. 4, in this example, for example, a p-type Si substrate is used as the semiconductor substrate 1 and an n-type region 11 is provided therein.
2 and n + type contact regions 13 are provided. Then, a photodiode is formed by a pn junction between the semiconductor substrate 1 and the n-type region 11 and a pn junction between the p-type region 12 and the n-type region 13, thereby forming a wavelength discriminating circuit. Here, the p-type region 12 and the n-type region 11
The photodiode formed of a pn junction with the semiconductor substrate 1 has high light receiving sensitivity on the short wavelength side, that is, on the high frequency side, and the semiconductor substrate 1 and n
The photodiode formed of a pn junction with the mold region 11 has high light receiving sensitivity on the long wavelength side, that is, on the low frequency side. According to this frequency discrimination circuit, it is possible to discriminate the frequency of the received light in a wide frequency band (wavelength band).
【００５３】この第３の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な利点を得ることができる。According to the third embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
【００５４】次に、この発明の第４の実施形態による光
電子集積回路装置について説明する。図５にこの光電子
集積回路装置の断面構造を示す。この光電子集積回路装
置の平面図は例えば図２と同様である。Next, an optoelectronic integrated circuit device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a cross-sectional structure of the optoelectronic integrated circuit device. The plan view of this optoelectronic integrated circuit device is the same as, for example, FIG.
【００５５】図５に示すように、この光電子集積回路装
置においては、支持基板２１の全面または所定の領域上
に光導波面を構成する光導波層３、電子配線層２２、電
子素子層４および電子配線層２が二次元的な広がりを持
って順次積層されている。これらの光導波層３、電子配
線層２２、電子素子層４、電子配線層２、回路ブロック
Ｂi （ｉ＝１、２、・・・、ｎ）、電子素子Ｄ、電子配
線Ｗ、受光素子Ｐi 、発光素子Ｌi および反射部材５
は、第１の実施形態におけるものと同様である。この場
合、電子素子層４はＳｉなどの元素半導体またはＧａＡ
ｓなどの化合物半導体からなる半導体層であり、具体的
には例えばＳＯＩ層である。支持基板２１は任意の基板
であってよく、例えばＳｉ基板である。As shown in FIG. 5, in this optoelectronic integrated circuit device, the optical waveguide layer 3, the electronic wiring layer 22, the electronic element layer 4, and the electronic waveguide layer constituting the optical waveguide surface are formed on the entire surface of the support substrate 21 or on a predetermined region. The wiring layers 2 are sequentially stacked with a two-dimensional spread. These optical waveguide layer 3, electronic wiring layer 22, electronic element layer 4, electronic wiring layer 2, circuit block B i (i = 1, 2,..., N), electronic element D, electronic wiring W, light receiving element P i , light emitting element Li and reflection member 5
Are the same as those in the first embodiment. In this case, the electronic element layer 4 is made of an elemental semiconductor such as Si or GaAs.
It is a semiconductor layer made of a compound semiconductor such as s, specifically, for example, an SOI layer. The support substrate 21 may be any substrate, for example, a Si substrate.
【００５６】この光電子集積回路装置の動作方法は第１
の実施形態と同様であるので、説明を省略する。The operation method of this optoelectronic integrated circuit device is the first method.
Since the third embodiment is the same as the first embodiment, the description is omitted.
【００５７】この第４の実施形態によれば、第１の実施
形態と同様な利点を得ることができる。According to the fourth embodiment, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
【００５８】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications based on the technical concept of the present invention are possible.
【００５９】例えば、上述の第１〜第４の実施形態にお
いて挙げた数値、構造、材料などはあくまでも例に過ぎ
ず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、材料な
どを用いてもよい。For example, the numerical values, structures, materials, and the like described in the first to fourth embodiments are merely examples, and different numerical values, structures, materials, and the like may be used as necessary. .
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上説明したように、この発明による光
電子集積回路装置によれば、集積度が増大しても、クロ
ックスキューを防止することができ、高速で信号処理を
行うことができるとともに、高機能化を図ることができ
る。As described above, according to the optoelectronic integrated circuit device of the present invention, even if the degree of integration increases, clock skew can be prevented, and signal processing can be performed at high speed. High functionality can be achieved.
【図１】この発明の第１の実施形態による光電子集積回
路装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an optoelectronic integrated circuit device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の第１の実施形態による光電子集積回
路装置を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the optoelectronic integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】この発明の第１の実施形態による光電子集積回
路装置の動作を説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the operation of the optoelectronic integrated circuit device according to the first embodiment of the present invention.
【図４】この発明の第３の実施形態による光電子集積回
路装置において用いる周波数弁別回路の構造例を示す断
面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a structural example of a frequency discriminating circuit used in an optoelectronic integrated circuit device according to a third embodiment of the present invention.
【図５】この発明の第４の実施形態による光電子集積回
路装置を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing an optoelectronic integrated circuit device according to a fourth embodiment of the present invention.
１・・・半導体基板、２、２２・・・電子配線層、３・
・・光導波層、４・・・電子素子層、５・・・反射部
材、Ｂi ・・・回路ブロック、Ｐi ・・・受光素子、Ｌ
i ・・・発光素子、Ｄ・・・電子素子、Ｗ・・・電子配
線DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2, 22 ... Electronic wiring layer, 3
· Optical waveguide layer, 4 ... electronic element layer, 5 ... reflector, B i ... circuit blocks, P i, ... light-receiving element, L
i: Light-emitting element, D: Electronic element, W: Electronic wiring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ Ｈ０１Ｓ 5/026 Ｆターム(参考） 2H047 KA02 KB09 MA07 QA07 RA00 TA00 5F038 BH19 CA05 CA16 CD09 DF01 DF02 DF11 EZ02 EZ04 EZ20 5F073 CA07 CA12 CA15 CB04 EA29 5F088 AA01 BA20 BB10 GA03 HA20──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 31/02 H01L 31/02 B H01S 5/026 F term (Reference) 2H047 KA02 KB09 MA07 QA07 RA00 TA00 5F038 BH19 CA05 CA16 CD09 DF01 DF02 DF11 EZ02 EZ04 EZ20 5F073 CA07 CA12 CA15 CB04 EA29 5F088 AA01 BA20 BB10 GA03 HA20
Claims (14)
一層の電子素子層と、 複数の電子配線が設けられた少なくとも一層の電子配線
層と、 少なくとも一層の光導波面と、 複数の発光素子および複数の受光素子とを同一の基板上
に有し、 上記複数の電子素子および上記複数の電子配線は複数の
回路ブロックを構成し、 上記発光素子は上記回路ブロックの出力部に接続され、
上記受光素子は上記回路ブロックの入力部に接続され、
かつ、上記複数の発光素子のうちの少なくとも一つの発
光素子および上記複数の受光素子のうちの少なくとも一
つの受光素子は上記少なくとも一層の光導波面のうちの
同一の光導波面に光結合され、 上記複数の発光素子のうちの少なくとも一つの発光素子
は信号で強度変調された信号光パルスを上記同一の光導
波面へ結合するとともに、少なくとも一つの発光素子は
クロック周波数で強度変調されたクロック光パルスを上
記同一の光導波面へ結合し、このクロック光パルスを上
記同一の光導波面に光結合した受光素子が受光し、この
受光素子が入力部に接続されている回路ブロックのクロ
ック周波数および位相を制御するようにしたことを特徴
とする光電子集積回路装置。At least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements, at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings, at least one optical waveguide surface, a plurality of light emitting elements and a plurality of The plurality of electronic elements and the plurality of electronic wirings constitute a plurality of circuit blocks, and the light emitting element is connected to an output unit of the circuit block;
The light receiving element is connected to an input section of the circuit block,
And at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are optically coupled to the same optical waveguide surface of the at least one optical waveguide surface. At least one of the light-emitting elements couples a signal light pulse intensity-modulated with a signal to the same optical waveguide surface, and at least one light-emitting element outputs a clock light pulse intensity-modulated at a clock frequency. The clock light pulse is coupled to the same optical waveguide surface, and the clock light pulse is received by the light receiving element optically coupled to the same optical waveguide surface, and the light receiving element controls the clock frequency and phase of the circuit block connected to the input section. An opto-electronic integrated circuit device, comprising:
ク周波数を用い、これらの複数のクロック周波数を上記
複数の回路ブロックに割り当てて回路ブロックを指定す
る信号としたことを特徴とする請求項１記載の光電子集
積回路装置。2. The photoelectric device according to claim 1, wherein a plurality of clock frequencies are used as said clock frequency, and said plurality of clock frequencies are assigned to said plurality of circuit blocks to provide a signal for designating a circuit block. Integrated circuit device.
ロックに割り当て、上記信号光パルスに回路ブロックを
指定するアドレス信号光パルス列を加えることを特徴と
する請求項１記載の光電子集積回路装置。3. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 1, wherein said clock frequency is assigned to said plurality of circuit blocks, and an address signal light pulse train for designating a circuit block is added to said signal light pulses.
スが結合する光導波面とは異なる光導波面に結合するこ
とを特徴とする請求項１記載の光電子集積回路装置。4. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 1, wherein said clock light pulse is coupled to an optical waveguide surface different from an optical waveguide surface to which said signal light pulse is coupled.
スと異なる波長の光パルスであることを特徴とする請求
項１記載の光電子集積回路装置。5. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 1, wherein the clock light pulse is a light pulse having a wavelength different from that of the signal light pulse.
一層の電子素子層と、 複数の電子配線が設けられた少なくとも一層の電子配線
層と、 少なくとも一層の光導波面と、 複数の発光素子および複数の受光素子とを同一の基板上
に有し、 上記複数の電子素子および上記複数の電子配線は複数の
回路ブロックを構成し、 上記発光素子は上記回路ブロックの出力部に接続され、
上記受光素子は上記回路ブロックの入力部に接続され、
かつ、上記複数の発光素子のうちの少なくとも一つの発
光素子および上記複数の受光素子のうちの少なくとも一
つの受光素子は上記少なくとも一層の光導波面のうちの
同一の光導波面に光結合され、 上記複数の発光素子のうちの少なくとも二つの発光素子
は互いに異なる周波数で強度変調された複数の信号光パ
ルスを上記同一の光導波面へ光結合し、これらの信号光
パルスを上記複数の受光素子が受光し、選択された少な
くとも二つの回路ブロック間で上記異なる周波数を用い
て同時にそれぞれ独立に信号を伝送するようにしたこと
を特徴とする光電子集積回路装置。6. At least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements; at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings; at least one optical waveguide surface; The plurality of electronic elements and the plurality of electronic wirings constitute a plurality of circuit blocks, and the light emitting element is connected to an output unit of the circuit block;
The light receiving element is connected to an input section of the circuit block,
And at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are optically coupled to the same optical waveguide surface of the at least one optical waveguide surface. At least two of the light emitting elements optically couple a plurality of signal light pulses intensity-modulated at different frequencies to the same optical waveguide surface, and the plurality of light receiving elements receive these signal light pulses. An opto-electronic integrated circuit device wherein signals are simultaneously and independently transmitted between at least two selected circuit blocks using the different frequencies.
当て、上記回路ブロックの入力部に周波数弁別回路を設
けたことを特徴とする請求項６記載の光電子集積回路装
置。7. The opto-electronic integrated circuit device according to claim 6, wherein a frequency is allocated to said plurality of circuit blocks, and a frequency discriminating circuit is provided at an input portion of said circuit block.
を割り当て、信号光パルスに回路ブロックを指定するア
ドレス信号光パルス列を加えることを特徴とする請求項
６記載の光電子集積回路装置。8. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 6, wherein one frequency is assigned to the plurality of circuit blocks, and an address signal light pulse train for designating the circuit block is added to the signal light pulses.
波数のクロック光パルスを信号光パルスと同時に上記光
導波面へ結合することを特徴とする請求項１記載の光電
子集積回路装置。9. The opto-electronic integrated circuit device according to claim 1, wherein the clock light pulses of the respective different frequencies are coupled to the optical waveguide surface simultaneously with the signal light pulses.
が光結合する光導波面とは異なる光導波面に結合するこ
とを特徴とする請求項９記載の光電子集積回路装置。10. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 9, wherein the clock light pulse is coupled to an optical waveguide surface different from the optical waveguide surface to which the signal light pulse optically couples.
と異なる波長の光パルスであることを特徴とする請求項
９記載の光電子集積回路装置。11. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 9, wherein said clock light pulse is a light pulse having a wavelength different from that of a signal light pulse.
も一層の電子素子層と、 複数の電子配線が設けられた少なくとも一層の電子配線
層と、 少なくとも一層の光導波面と、 複数の発光素子および複数の受光素子とを同一の基板上
に有し、 上記複数の電子素子および上記複数の電子配線は複数の
回路ブロックを構成し、 上記発光素子は上記回路ブロックの出力部に接続され、
上記受光素子は上記回路ブロックの入力部に接続され、
かつ、上記複数の発光素子のうちの少なくとも一つの発
光素子および上記複数の受光素子のうちの少なくとも一
つの受光素子は上記少なくとも一層の光導波面のうちの
同一の光導波面に光結合され、 上記発光素子は信号光パルスを上記光結合した上記同一
の光導波面へ供給し、この信号光パルスを上記同一の光
導波面へ光結合した上記受光素子が受光し、上記複数の
回路ブロックのうちの選択された少なくとも二つの回路
ブロック間で信号を伝送するようにした光電子集積回路
装置であって、 上記発光素子または上記受光素子の上記同一の光導波面
への光結合は、上記発光素子または上記受光素子を上記
同一の光導波面に投影した位置の上記同一の光導波面に
設けられた、における発光面または受光面側に凸の反射
面による光の反射により行われることを特徴とする光電
子集積回路装置。12. At least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements; at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings; at least one optical waveguide surface; The plurality of electronic elements and the plurality of electronic wirings constitute a plurality of circuit blocks, and the light emitting element is connected to an output unit of the circuit block;
The light receiving element is connected to an input section of the circuit block,
The at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and the at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are optically coupled to the same optical waveguide surface of the at least one optical waveguide surface. The element supplies a signal light pulse to the same optically coupled optical waveguide surface, and the signal light pulse is optically coupled to the same optical waveguide surface, and the light receiving element receives the signal optical pulse, and is selected from the plurality of circuit blocks. An opto-electronic integrated circuit device for transmitting a signal between at least two circuit blocks, wherein the optical coupling of the light emitting element or the light receiving element to the same optical waveguide surface includes the light emitting element or the light receiving element. Provided on the same optical waveguide surface at the position projected on the same optical waveguide surface, by the reflection of light by a reflective surface convex on the light emitting surface or light receiving surface side Optoelectronic integrated circuit and wherein the dividing.
とする請求項１２記載の光電子集積回路装置。13. The optoelectronic integrated circuit device according to claim 12, wherein said reflection surface has a conical shape.
も一層の電子素子層と、 複数の電子配線が設けられた少なくとも一層の電子配線
層と、 少なくとも一層の光導波面と、 複数の発光素子および複数の受光素子とを同一の基板上
に有し、 上記複数の電子素子および上記複数の電子配線は複数の
回路ブロックを構成し、 上記発光素子は上記回路ブロックの出力部に接続され、
上記受光素子は上記回路ブロックの入力部に接続され、
かつ、上記複数の発光素子のうちの少なくとも一つの発
光素子および上記複数の受光素子のうちの少なくとも一
つの受光素子は上記少なくとも一層の光導波面のうちの
同一の光導波面に光結合され、 上記発光素子は信号光パルスを上記光結合した上記光導
波面へ供給し、上記信号光パルスを上記光導波面へ光結
合した受光素子が受光し、上記複数の回路ブロックのう
ちの少なくとも二つの回路ブロック間で信号を伝送する
ようにした光電子集積回路装置であって、 上記発光素子から発生する信号光パルスまたは上記受光
素子が受光する信号光パルスの波長は、上記電子素子層
を構成する半導体のバンドギャップエネルギーに対応す
る波長より長波長であることを特徴とする光電子集積回
路装置。14. At least one electronic element layer provided with a plurality of electronic elements; at least one electronic wiring layer provided with a plurality of electronic wirings; at least one optical waveguide surface; The plurality of electronic elements and the plurality of electronic wirings constitute a plurality of circuit blocks, and the light emitting element is connected to an output unit of the circuit block;
The light receiving element is connected to an input section of the circuit block,
The at least one light emitting element of the plurality of light emitting elements and the at least one light receiving element of the plurality of light receiving elements are optically coupled to the same optical waveguide surface of the at least one optical waveguide surface. The element supplies a signal light pulse to the optical waveguide surface optically coupled to the light receiving element, and the light receiving element optically coupled the signal light pulse to the optical waveguide surface receives the signal light pulse. At least two circuit blocks among the plurality of circuit blocks are used. An optoelectronic integrated circuit device for transmitting a signal, wherein a wavelength of a signal light pulse generated from the light emitting element or a signal light pulse received by the light receiving element is a band gap energy of a semiconductor constituting the electronic element layer. An opto-electronic integrated circuit device having a longer wavelength than the wavelength corresponding to (i).
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