JP2001244485A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2001244485A JP2001244485A JP2000055572A JP2000055572A JP2001244485A JP 2001244485 A JP2001244485 A JP 2001244485A JP 2000055572 A JP2000055572 A JP 2000055572A JP 2000055572 A JP2000055572 A JP 2000055572A JP 2001244485 A JP2001244485 A JP 2001244485A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 高速信号は光で入出力し、パッケージ内で低
速に速度変換した信号のみ電気で入出力することによ
り、電気の実装限界を打破することにある。 【解決手段】 光信号を基板の垂直方向から入射するよ
うな構造を有する光信号処理層と、半導体電子回路層を
別個に作製し、光信号処理層の電気電極面と半導体電子
回路表面の電気電極面を、通常のフリップチップ・ボン
ディング技術で接合するものであり、該半導体装置の裏
面は従来の半導体集積電子回路と同じであり、放熱に関
してはこれまでのパッケージ技術を利用可能である。ま
た、光信号処理層は、通常の半導体作製技術を用いて光
導波路部と受・発光素子部を一連のプロセスで作製する
ため、光・電気融合集積回路に外部から光学系を通して
入光する場合のような困難な光学系位置合わせは必要で
はない。
速に速度変換した信号のみ電気で入出力することによ
り、電気の実装限界を打破することにある。 【解決手段】 光信号を基板の垂直方向から入射するよ
うな構造を有する光信号処理層と、半導体電子回路層を
別個に作製し、光信号処理層の電気電極面と半導体電子
回路表面の電気電極面を、通常のフリップチップ・ボン
ディング技術で接合するものであり、該半導体装置の裏
面は従来の半導体集積電子回路と同じであり、放熱に関
してはこれまでのパッケージ技術を利用可能である。ま
た、光信号処理層は、通常の半導体作製技術を用いて光
導波路部と受・発光素子部を一連のプロセスで作製する
ため、光・電気融合集積回路に外部から光学系を通して
入光する場合のような困難な光学系位置合わせは必要で
はない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信における送
信用或いは受信用の半導体装置に関するものである。特
に、通信速度が高速化されてパッケージ内に電気信号が
入り難いような状況において効果を発揮するものであ
る。また、高速信号は光で入出力し、パッケージ内で低
速に速度変換した信号のみ電気で入出力することによ
り、電気の実装限界を打破するものである。
信用或いは受信用の半導体装置に関するものである。特
に、通信速度が高速化されてパッケージ内に電気信号が
入り難いような状況において効果を発揮するものであ
る。また、高速信号は光で入出力し、パッケージ内で低
速に速度変換した信号のみ電気で入出力することによ
り、電気の実装限界を打破するものである。
【０００２】
【従来の技術】インターネット需要等の急速な増加に対
し、通信容量の拡大が急務になっている。光通信におけ
る通信容量を拡大する方法としては、個々の通信の処理
速度を上げて複数の信号を多重する時間分割多重（ＴＤ
Ｍ）方式と、異なる複数の波長を利用して信号を多重す
る波長多重（ＷＤＭ）方式が提案されている。時間分割
多重方式を採用した場合、必然的にファイバ内を流れる
信号の速度を速くする必要があるが、現在１０Ｇｂｉｔ
／ｓから４０Ｇｂｉｔ／ｓへ上げるための努力がなされ
ている。今後、更にこの通信速度が上がることは必至で
ある。４０Ｇｂｉｔ／ｓの電気信号をパッケージに入れ
られた半導体集積回路（ＩＣ）へ入出力することは、技
術的に困難はあるものの、現時点に於いて達成されてい
る。
し、通信容量の拡大が急務になっている。光通信におけ
る通信容量を拡大する方法としては、個々の通信の処理
速度を上げて複数の信号を多重する時間分割多重（ＴＤ
Ｍ）方式と、異なる複数の波長を利用して信号を多重す
る波長多重（ＷＤＭ）方式が提案されている。時間分割
多重方式を採用した場合、必然的にファイバ内を流れる
信号の速度を速くする必要があるが、現在１０Ｇｂｉｔ
／ｓから４０Ｇｂｉｔ／ｓへ上げるための努力がなされ
ている。今後、更にこの通信速度が上がることは必至で
ある。４０Ｇｂｉｔ／ｓの電気信号をパッケージに入れ
られた半導体集積回路（ＩＣ）へ入出力することは、技
術的に困難はあるものの、現時点に於いて達成されてい
る。
【０００３】しかしながら、電気信号の速度が６０Ｇｂ
ｉｔ／ｓ程度以上になると、電気信号特有の表皮効果な
どによりロスが大きくなり、信号をパッケージに入出力
することが極めて困難となる。このような問題点を解決
するため、６０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速信号は光信号で
入出力し、６０Ｇｂｉｔ／ｓ以下の低速信号のみ電気で
入出力する光・電気インターフェースを有する光・電気
融合集積回路（ＯＥＩＣ）の研究開発が行われている。
このような光・電気融合インターフェースを採用した１
つの例として、高効率のフォトダイオードと４０Ｇｂｉ
ｔ／ｓ以上の高速動作可能なＩnＰ系デジタル集積回路
をモノリシック集積したレシーバ機能を有するデジタル
光・電気融合集積回路が実現されている。
ｉｔ／ｓ程度以上になると、電気信号特有の表皮効果な
どによりロスが大きくなり、信号をパッケージに入出力
することが極めて困難となる。このような問題点を解決
するため、６０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速信号は光信号で
入出力し、６０Ｇｂｉｔ／ｓ以下の低速信号のみ電気で
入出力する光・電気インターフェースを有する光・電気
融合集積回路（ＯＥＩＣ）の研究開発が行われている。
このような光・電気融合インターフェースを採用した１
つの例として、高効率のフォトダイオードと４０Ｇｂｉ
ｔ／ｓ以上の高速動作可能なＩnＰ系デジタル集積回路
をモノリシック集積したレシーバ機能を有するデジタル
光・電気融合集積回路が実現されている。
【０００４】ここで、フォトダイオードとしては、面型
構造の受光部を有する素子を採用しているが、この場
合、電子回路の電極端子面に対し垂直方向に光信号を入
出力する必要があり、パッケージに入れる場合には、図
２に示すように、側面に電気端子を配置し、垂直にファ
イバ接続端子を設ける必要がある。実際に該光・電気融
合集積回路をパッケージに実装する場合には、光学系の
位置合わせが極めて困難であり、また、該パッケージを
ボードに実装することを考慮すると、側面に電気入出力
端子と垂直に光入出力端子が存在することは好ましい構
造とはいえない。なお、光通信用に通常用いられる波長
１．５５μｍ帯の光はＩnＰ基板を透過することができ
るため、基板の裏面から信号光を入射しても基板表面に
形成したフォトダイオードに給光することができる。
構造の受光部を有する素子を採用しているが、この場
合、電子回路の電極端子面に対し垂直方向に光信号を入
出力する必要があり、パッケージに入れる場合には、図
２に示すように、側面に電気端子を配置し、垂直にファ
イバ接続端子を設ける必要がある。実際に該光・電気融
合集積回路をパッケージに実装する場合には、光学系の
位置合わせが極めて困難であり、また、該パッケージを
ボードに実装することを考慮すると、側面に電気入出力
端子と垂直に光入出力端子が存在することは好ましい構
造とはいえない。なお、光通信用に通常用いられる波長
１．５５μｍ帯の光はＩnＰ基板を透過することができ
るため、基板の裏面から信号光を入射しても基板表面に
形成したフォトダイオードに給光することができる。
【０００５】また、導波路型の受光部を有するフォトダ
イオードを、アナログ増幅回路と集積した光・電気融合
集積回路も報告されている。導波路型の素子を用いる場
合、光導波路との整合性が良く、外部光ファイバとの接
続という点においては優れているが、そのサイズが横長
となり素子の微細化の点で問題があると共に、光閉じ込
めのためのクラッド層を必要とするため、素子構造が面
型の場合に比べて厚くなる。このため、アナログ増幅回
路程度であればモノリシック集積することも可能である
が、回路規模の大きなデジタル信号処理用集積回路とモ
ノリシック集積することは極めて困難であるため、実現
されるに至っていない。
イオードを、アナログ増幅回路と集積した光・電気融合
集積回路も報告されている。導波路型の素子を用いる場
合、光導波路との整合性が良く、外部光ファイバとの接
続という点においては優れているが、そのサイズが横長
となり素子の微細化の点で問題があると共に、光閉じ込
めのためのクラッド層を必要とするため、素子構造が面
型の場合に比べて厚くなる。このため、アナログ増幅回
路程度であればモノリシック集積することも可能である
が、回路規模の大きなデジタル信号処理用集積回路とモ
ノリシック集積することは極めて困難であるため、実現
されるに至っていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光・電気インターフェ
ースを有する光・電気融合集積回路を実現するに当た
り、実装という観点から光及び電気入出力端子は全てパ
ッケージの側面に配置したいという要望がある。そのた
め、面型の受・発光素子を用いた光・電気融合集積回路
では、何処かで垂直光路変換を行う必要がある。パッケ
ージ筐体にミラー等の光路変換部を持たせることも図３
に示すように可能であるが、光・電気融合集積回路をパ
ッケージに実装する場合に光学系の位置合わせが困難と
なる。
ースを有する光・電気融合集積回路を実現するに当た
り、実装という観点から光及び電気入出力端子は全てパ
ッケージの側面に配置したいという要望がある。そのた
め、面型の受・発光素子を用いた光・電気融合集積回路
では、何処かで垂直光路変換を行う必要がある。パッケ
ージ筐体にミラー等の光路変換部を持たせることも図３
に示すように可能であるが、光・電気融合集積回路をパ
ッケージに実装する場合に光学系の位置合わせが困難と
なる。
【０００７】このような実装上の問題点を解決するため
の１つの手段として、図４に示すように、面型受・発光
素子を用いた光・電気融合集積回路の裏面或いは表面に
光導波路層を作製し、かつ光導波路層内にミラー等の垂
直光路変換部を設ける構造が提案されている。しかしな
がら、基板の裏面に光導波路層を作製する場合には、光
・電気融合集積回路の放熱効率が低下する点で問題があ
る。また、基板上面に設ける場合には、段差が存在する
半導体素子上に光導波路を作製する必要があると共に、
金属配線の間をすり抜けて光信号を受・発光素子に入出
力させなければならず、且つ、素子の表面には金属電極
が存在するため、光路の取り方が極めて困難であるとい
う問題があった。
の１つの手段として、図４に示すように、面型受・発光
素子を用いた光・電気融合集積回路の裏面或いは表面に
光導波路層を作製し、かつ光導波路層内にミラー等の垂
直光路変換部を設ける構造が提案されている。しかしな
がら、基板の裏面に光導波路層を作製する場合には、光
・電気融合集積回路の放熱効率が低下する点で問題があ
る。また、基板上面に設ける場合には、段差が存在する
半導体素子上に光導波路を作製する必要があると共に、
金属配線の間をすり抜けて光信号を受・発光素子に入出
力させなければならず、且つ、素子の表面には金属電極
が存在するため、光路の取り方が極めて困難であるとい
う問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１に係る半導体装置は、光信号の入力又は出
力端子を有する光信号処理層と、該光信号処理層とは異
なる基板上に形成された電気信号の入力又は出力端子を
有する集積電子回路層より構成され、かつ、これらが１
つのパッケージ内に集積されることにより光信号及び電
気信号の入力出力端子が該パッケージの側面に設置され
ていることを特徴とする。上記課題を解決する本発明の
請求項２に係る半導体装置は、請求項１記載の前記光信
号処理層は、光導波路部と光素子部を有する基板によっ
て実現されていることを特徴とする。上記課題を解決す
る本発明の請求項３に係る半導体装置は、請求項２記載
の前記光導波路部の端部に、光ファイバと接続するため
のスポットサイズ変換部が形成されていることを特徴と
する。上記課題を解決する本発明の請求項１に係る半導
体装置は、請求項２又は３記載の前記光導波路部と前記
光素子部は前記基板の対向する面に各々形成され、前記
光導波路部と前記光素子部は前記基板に形成された光路
変換部を介して結合していることを特徴とする。上記課
題を解決する本発明の請求項５に係る半導体装置は、請
求項１，２，３又は４記載の前記光信号処理層と前記電
子回路層が、金属等の導電体で接合されることにより、
該層間では電気信号のみがやり取りされることを特徴と
する。上記課題を解決する本発明の請求項６に係る半導
体装置は、請求項１，２，３，４又は５記載の前記光入
出力端子には６０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光信号が、ま
た、前記電気入出力端子には６０Ｇｂｉｔ／ｓ未満の低
速電気信号が入出力されることを特徴とする。
明の請求項１に係る半導体装置は、光信号の入力又は出
力端子を有する光信号処理層と、該光信号処理層とは異
なる基板上に形成された電気信号の入力又は出力端子を
有する集積電子回路層より構成され、かつ、これらが１
つのパッケージ内に集積されることにより光信号及び電
気信号の入力出力端子が該パッケージの側面に設置され
ていることを特徴とする。上記課題を解決する本発明の
請求項２に係る半導体装置は、請求項１記載の前記光信
号処理層は、光導波路部と光素子部を有する基板によっ
て実現されていることを特徴とする。上記課題を解決す
る本発明の請求項３に係る半導体装置は、請求項２記載
の前記光導波路部の端部に、光ファイバと接続するため
のスポットサイズ変換部が形成されていることを特徴と
する。上記課題を解決する本発明の請求項１に係る半導
体装置は、請求項２又は３記載の前記光導波路部と前記
光素子部は前記基板の対向する面に各々形成され、前記
光導波路部と前記光素子部は前記基板に形成された光路
変換部を介して結合していることを特徴とする。上記課
題を解決する本発明の請求項５に係る半導体装置は、請
求項１，２，３又は４記載の前記光信号処理層と前記電
子回路層が、金属等の導電体で接合されることにより、
該層間では電気信号のみがやり取りされることを特徴と
する。上記課題を解決する本発明の請求項６に係る半導
体装置は、請求項１，２，３，４又は５記載の前記光入
出力端子には６０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速光信号が、ま
た、前記電気入出力端子には６０Ｇｂｉｔ／ｓ未満の低
速電気信号が入出力されることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】［実施例１］本発明の第１の実施
例として、特に受信用の光・電気融合集積回路に関して
その構成例を示す。なお、ここでは受信用を例として記
述するが、発信用の光・電気融合集積回路に関しても、
受光素子が発光素子に置き換わるだけで、本実施例の構
造が適用できることはいうまでもない。
例として、特に受信用の光・電気融合集積回路に関して
その構成例を示す。なお、ここでは受信用を例として記
述するが、発信用の光・電気融合集積回路に関しても、
受光素子が発光素子に置き換わるだけで、本実施例の構
造が適用できることはいうまでもない。
【００１０】まず、図１に通常の光通信における受信シ
ステム概念を示す。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓ程度の高
速の光入力信号を、ファイバアンプ１００等で増幅した
後、フォトダイオードなどの光・電気変換素子を用いた
識別器（ＤＦＦ）２００で電気信号に変換すると同時
に、信号の０／１を識別する。この識別された信号を、
低速度変換器（ＤＥＭＵＸ）３００と呼ばれる分離回路
を用いて、複数の低速信号、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ
の４チャンネルに分離する。本発明の半導体装置は、こ
の識別器２００と低速変換器３００を１つのパッケージ
の中に入れることにより、該パッケージヘは高速な光信
号が入力され、該パッケージ内の電子回路によって低速
信号に変換された電気信号を該パッケージの外に取り出
すものである。
ステム概念を示す。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓ程度の高
速の光入力信号を、ファイバアンプ１００等で増幅した
後、フォトダイオードなどの光・電気変換素子を用いた
識別器（ＤＦＦ）２００で電気信号に変換すると同時
に、信号の０／１を識別する。この識別された信号を、
低速度変換器（ＤＥＭＵＸ）３００と呼ばれる分離回路
を用いて、複数の低速信号、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓ
の４チャンネルに分離する。本発明の半導体装置は、こ
の識別器２００と低速変換器３００を１つのパッケージ
の中に入れることにより、該パッケージヘは高速な光信
号が入力され、該パッケージ内の電子回路によって低速
信号に変換された電気信号を該パッケージの外に取り出
すものである。
【００１１】本発明の第１の実施例に係る光入出力端子
３０と電気入出力端子４０を有するパッケージ部５０の
概念図を図５に示す。本発明の半導体装置の内、前記パ
ッケージ部５０の中に入れられる光信号処理層２０と集
積電子回路層１０よりなる光・電気融合集積回路６０の
概念図を図６（ａ）（ｂ）に示す。図６（ａ）は鳥瞰図
であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中の面ａｂｃｄにお
ける断面図である。
３０と電気入出力端子４０を有するパッケージ部５０の
概念図を図５に示す。本発明の半導体装置の内、前記パ
ッケージ部５０の中に入れられる光信号処理層２０と集
積電子回路層１０よりなる光・電気融合集積回路６０の
概念図を図６（ａ）（ｂ）に示す。図６（ａ）は鳥瞰図
であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中の面ａｂｃｄにお
ける断面図である。
【００１２】集積電子回路層１０は、基板１１上に集積
電子回路（ＩＣ）１２を形成したものであり、ボンディ
ング用パッド１３が付設されている。光信号処理層２０
は、基板２１上に光導波路２２を形成したものであり、
光導波路２２はコア部２３を上下のクラッド部２４，２
５で挟んだ構造である。光信号処理層２０内の基板２１
の下面には、面型フォトダイオード２６として受光素子
が設けられ、また、光路変換部として４５°ミラー２７
が設けられている。光通信用に通常用いられる波長１．
５５μｍ帯の光はＩnＰ基板を透過することができるた
め、基板２１の裏面から信号光を入射しても基板２１の
表面に形成したフォトダイオード２６に給光することが
できる。そこで、基板２１の一方にフォトダイオード２
６及びその金属電極部を設け、他方に光導波路配線と光
路変換部が設けられている。ここで、光導波路２２を構
成する材料としては、有機材料、半導体材料、石英系材
料、或いはハイブリッド材料などを用いることが可能で
ある。また、光路変換部として４５°ミラー２７を用い
る例が記載されているが、フォトダイオード２６に給光
できるような光路変換であればどんな構造でもよく、特
に４５°に限定するものではない。
電子回路（ＩＣ）１２を形成したものであり、ボンディ
ング用パッド１３が付設されている。光信号処理層２０
は、基板２１上に光導波路２２を形成したものであり、
光導波路２２はコア部２３を上下のクラッド部２４，２
５で挟んだ構造である。光信号処理層２０内の基板２１
の下面には、面型フォトダイオード２６として受光素子
が設けられ、また、光路変換部として４５°ミラー２７
が設けられている。光通信用に通常用いられる波長１．
５５μｍ帯の光はＩnＰ基板を透過することができるた
め、基板２１の裏面から信号光を入射しても基板２１の
表面に形成したフォトダイオード２６に給光することが
できる。そこで、基板２１の一方にフォトダイオード２
６及びその金属電極部を設け、他方に光導波路配線と光
路変換部が設けられている。ここで、光導波路２２を構
成する材料としては、有機材料、半導体材料、石英系材
料、或いはハイブリッド材料などを用いることが可能で
ある。また、光路変換部として４５°ミラー２７を用い
る例が記載されているが、フォトダイオード２６に給光
できるような光路変換であればどんな構造でもよく、特
に４５°に限定するものではない。
【００１３】図６の光信号処理層２０のみを拡大した構
造を図７に示す。光信号処理層２０上に形成される光導
波路２２はマルチモード（ＭＭ）でも、シングルモード
（ＳＭ）でも構わない。図７（ａ）は、マルチモード光
導波路２２ａを示し、図７（ｂ）はシングルモード光導
波路２２ｂを示す。シングルモード光導波路２２ｂなど
の様にコアサイズが小さく、且つ、コア部とクラッド部
の屈折率差が大きく、外部ファイバとの接続損失に問題
があるような場合には、光導波路端部に光スポットのサ
イズ変換を行うスポットサイズ（ＳＳ）変換部２２ｃを
設ければ良い。スポットサイズ変換部２２ｃの構造に関
しても、接続効率が向上するような構造であれば何でも
利用可能であり、特に構造を限定するものではない。
造を図７に示す。光信号処理層２０上に形成される光導
波路２２はマルチモード（ＭＭ）でも、シングルモード
（ＳＭ）でも構わない。図７（ａ）は、マルチモード光
導波路２２ａを示し、図７（ｂ）はシングルモード光導
波路２２ｂを示す。シングルモード光導波路２２ｂなど
の様にコアサイズが小さく、且つ、コア部とクラッド部
の屈折率差が大きく、外部ファイバとの接続損失に問題
があるような場合には、光導波路端部に光スポットのサ
イズ変換を行うスポットサイズ（ＳＳ）変換部２２ｃを
設ければ良い。スポットサイズ変換部２２ｃの構造に関
しても、接続効率が向上するような構造であれば何でも
利用可能であり、特に構造を限定するものではない。
【００１４】集積電子回路１２を一方の面に形成した基
板１１と、光信号処理層２０である基板２１とは、それ
ぞれの金属電極部を利用した、通常のフリップチップ・
ボンディング技術を用いて接合する。即ち、光信号処理
層２０の電気電極面と集積電子回路層１０の電気電極面
とを、フリップ・ボンディング部９０にて結合するので
ある。このとき、基板１１と基板２１の相関距離が重要
であるが、現存の技術として、図８のように基板１１，
２１のどちらか一方或いは双方にガイド部１を形成して
位置決めをする方法や、ボンディング用材料の量を調整
する事によって位置決めをする方法などが存在するた
め、これらを利用すれば、高さ位置を人為的に制御可能
である。なお、ここでは集積電子回路層１０と光信号処
理層２０の電気的コンタクトを取る方法として、フリッ
プチップ・ボンディング技術を用いて説明しているが、
電気的に導通が取れる方法ならどのような方法でも良
く、特にボンディング方法を限定するものではない。
板１１と、光信号処理層２０である基板２１とは、それ
ぞれの金属電極部を利用した、通常のフリップチップ・
ボンディング技術を用いて接合する。即ち、光信号処理
層２０の電気電極面と集積電子回路層１０の電気電極面
とを、フリップ・ボンディング部９０にて結合するので
ある。このとき、基板１１と基板２１の相関距離が重要
であるが、現存の技術として、図８のように基板１１，
２１のどちらか一方或いは双方にガイド部１を形成して
位置決めをする方法や、ボンディング用材料の量を調整
する事によって位置決めをする方法などが存在するた
め、これらを利用すれば、高さ位置を人為的に制御可能
である。なお、ここでは集積電子回路層１０と光信号処
理層２０の電気的コンタクトを取る方法として、フリッ
プチップ・ボンディング技術を用いて説明しているが、
電気的に導通が取れる方法ならどのような方法でも良
く、特にボンディング方法を限定するものではない。
【００１５】［実施例２］本発明の第２の実施例とし
て、受・発光素子に導波路型素子を用いる場合の例を示
す。基本的な構造は前記実施例１と同様である。また、
実施例１と同様に、ここでは受信用光・電気融合集積回
路の構造を示すが、発信用光・電気融合集積回路であっ
ても、受光素子が発光素子に置き換わるだけで本実施例
の構造が適用できることはいうまでもない。本実施例の
概念図を図１０に示す。図１０では、パッケージ部５０
も記載してあるが、実施例１に示した図６（ｂ）との違
いは、光信号処理層２０の構造だけである。
て、受・発光素子に導波路型素子を用いる場合の例を示
す。基本的な構造は前記実施例１と同様である。また、
実施例１と同様に、ここでは受信用光・電気融合集積回
路の構造を示すが、発信用光・電気融合集積回路であっ
ても、受光素子が発光素子に置き換わるだけで本実施例
の構造が適用できることはいうまでもない。本実施例の
概念図を図１０に示す。図１０では、パッケージ部５０
も記載してあるが、実施例１に示した図６（ｂ）との違
いは、光信号処理層２０の構造だけである。
【００１６】図１０に示すように、本実施例の光信号処
理層２０は、基板２１の一方に受光素子として導波路型
フォトダイオード２８及び光導波路２２が形成したもの
である。光信号処理層２０のみを拡大した構造を図１１
に示す。光導波路２２としては、マルチモード光導波路
２２ａでも、シングルモード光導波路２２ｂでも構わな
い。シングルモード光導波路２２ｂなどの様にコアサイ
ズが小さく、かつ、コア部とクラッド部の屈折率差が大
きく、外部ファイバとの接続損失に問題があるような場
合には、実施例１と同様、光導波路端部に光スポットの
サイズ変換を行うスポットサイズ変換部を設ければ良
い。スポットサイズ変換部の構造に関しても、接続効率
が向上するような構造であれば何でも利用可能であり、
特に構造を限定するものではない。
理層２０は、基板２１の一方に受光素子として導波路型
フォトダイオード２８及び光導波路２２が形成したもの
である。光信号処理層２０のみを拡大した構造を図１１
に示す。光導波路２２としては、マルチモード光導波路
２２ａでも、シングルモード光導波路２２ｂでも構わな
い。シングルモード光導波路２２ｂなどの様にコアサイ
ズが小さく、かつ、コア部とクラッド部の屈折率差が大
きく、外部ファイバとの接続損失に問題があるような場
合には、実施例１と同様、光導波路端部に光スポットの
サイズ変換を行うスポットサイズ変換部を設ければ良
い。スポットサイズ変換部の構造に関しても、接続効率
が向上するような構造であれば何でも利用可能であり、
特に構造を限定するものではない。
【００１７】また、光導波路を構成する材料としては、
前記実施例１と同様、有機材料、半導体材料、石英系材
料、或いはハイブリッド材料などを用いることが可能で
ある。本実施例のように、導波路型構造の受・発光素子
を用いる場合、基板２１を通過するような光路とする必
要がないため、基板材料として任意の材料が選択可能で
ある。更に、図１２のように、現在石英系導波路として
一般的なＰＬＣ基板２９上に導波路型フォトダイオード
２８として受・発光素子及びＰＬＣ光導波路２２ｄを集
積したものであっても良い。なお、ここでは集積電子回
路層１０と光信号処理層２０の電気的コンタクトを取る
方法として、フリップチップ・ボンディング技術を用い
て説明しているが、電気的導通が取れる方法ならどのよ
うな方法でも良く、特にボンディング方法を限定するも
のではない。
前記実施例１と同様、有機材料、半導体材料、石英系材
料、或いはハイブリッド材料などを用いることが可能で
ある。本実施例のように、導波路型構造の受・発光素子
を用いる場合、基板２１を通過するような光路とする必
要がないため、基板材料として任意の材料が選択可能で
ある。更に、図１２のように、現在石英系導波路として
一般的なＰＬＣ基板２９上に導波路型フォトダイオード
２８として受・発光素子及びＰＬＣ光導波路２２ｄを集
積したものであっても良い。なお、ここでは集積電子回
路層１０と光信号処理層２０の電気的コンタクトを取る
方法として、フリップチップ・ボンディング技術を用い
て説明しているが、電気的導通が取れる方法ならどのよ
うな方法でも良く、特にボンディング方法を限定するも
のではない。
【００１８】［実施例３］上記実施例１及び２では受・
発光素子が１つしかない場合のみを記述しているが、受
・発光素子が複数あるような場合には、図９に示すよう
に四つの光信号処理層２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ
を設けることにより対応可能である。ここでは、電気信
号用端子と光信号用端子がパッケージ部５０の異なる辺
に配置されているが、電気信号端子と光信号端子とを同
一辺に配置することも可能であり、それぞれの端子がパ
ッケージ部５０の側面に配置されること以外、特にこれ
らの配置を限定するものではない。
発光素子が１つしかない場合のみを記述しているが、受
・発光素子が複数あるような場合には、図９に示すよう
に四つの光信号処理層２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ
を設けることにより対応可能である。ここでは、電気信
号用端子と光信号用端子がパッケージ部５０の異なる辺
に配置されているが、電気信号端子と光信号端子とを同
一辺に配置することも可能であり、それぞれの端子がパ
ッケージ部５０の側面に配置されること以外、特にこれ
らの配置を限定するものではない。
【００１９】また、図９では光信号処理層２０ａ〜２０
ｄが複数の基板により構成されているが、図１３の様に
共通の基板２１上に複数の光信号処理層２０ｅを形成す
ることも可能である。また、集積電子回路層１０と光信
号処理層２０の電気的コンタクトを取る方法として、フ
リップチップ・ボンディング技術を想定しているが、電
気的導通が取れる方法ならどのような方法でも良く、特
にボンディング方法を限定するものではない。
ｄが複数の基板により構成されているが、図１３の様に
共通の基板２１上に複数の光信号処理層２０ｅを形成す
ることも可能である。また、集積電子回路層１０と光信
号処理層２０の電気的コンタクトを取る方法として、フ
リップチップ・ボンディング技術を想定しているが、電
気的導通が取れる方法ならどのような方法でも良く、特
にボンディング方法を限定するものではない。
【００２０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
従来の集積電子回路実装技術を踏襲し、かつ光信号の位
置合わせトレランスの大きなデジタル光・電気融合集積
回路を実現できる。また、作製プロセスに関しても、電
子回路部分と光信号処理部分を別々に作製できるため、
それぞれの機能毎に最適な構造を選択することが可能で
ある。更に、高速光信号入出力端子と低速電気信号入出
力端子をパッケージの側面に配置できるため、１００Ｇ
ｂｉｔ／ｓ以上の超高速光通信集積回路に関して、電気
の実装限界を打破し、かつ、ボード実装も容易な半導体
装置を実現できる。
従来の集積電子回路実装技術を踏襲し、かつ光信号の位
置合わせトレランスの大きなデジタル光・電気融合集積
回路を実現できる。また、作製プロセスに関しても、電
子回路部分と光信号処理部分を別々に作製できるため、
それぞれの機能毎に最適な構造を選択することが可能で
ある。更に、高速光信号入出力端子と低速電気信号入出
力端子をパッケージの側面に配置できるため、１００Ｇ
ｂｉｔ／ｓ以上の超高速光通信集積回路に関して、電気
の実装限界を打破し、かつ、ボード実装も容易な半導体
装置を実現できる。
【図１】光通信における受信系処理の概略図である。
【図２】面型受光素子を用いた場合のパッケージモジュ
ールの従来例を示す説明図である。
ールの従来例を示す説明図である。
【図３】光路変換部を内蔵したパッケージの例を示す説
明図である。
明図である。
【図４】基板裏面に光導波路を設けた光・電気融合集積
回路の例を示す説明図である。
回路の例を示す説明図である。
【図５】本発明による光・電気入出力端子を有するパッ
ケージ概要を示す説明図である。
ケージ概要を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る光・電気入力端子
を有する半導体装置に関し、図６（ａ）は鳥瞰図であ
り、図６（ｂ）は図６（ａ）中のａｂｃｄ面の断面図で
ある。
を有する半導体装置に関し、図６（ａ）は鳥瞰図であ
り、図６（ｂ）は図６（ａ）中のａｂｃｄ面の断面図で
ある。
【図７】図６における光信号処理層の拡大図であり、図
７（ａ）はマルチモード光導波路の場合、図７（ｂ）は
シングルモード光導波路の場合を示す。
７（ａ）はマルチモード光導波路の場合、図７（ｂ）は
シングルモード光導波路の場合を示す。
【図８】集積電子回路層と光信号処理層の相関距離を制
御する例を示す説明図である。
御する例を示す説明図である。
【図９】光入出力信号が複数ある場合の構成例を示す説
明図である。
明図である。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る光・電気入力端
子を有する半導体装置を示す説明図である。
子を有する半導体装置を示す説明図である。
【図１１】図１０における光信号処理層の拡大図であ
る。
る。
【図１２】光信号処理層にＰＬＣを利用する場合の例の
説明図である。
説明図である。
【図１３】共通基板上に光入出力信号が複数ある場合の
構成例を示す説明図である。
構成例を示す説明図である。
１ ガイド部 １０ 集積電子回路層 １１ 基板 １２ 集積電子回路（ＩＣ） １３ ボンディング用パッド ２０，２０ａ〜２０ｅ 光信号処理層 ２１ 基板 ２２ 光導波路 ２２ａ マルチモード光導波路 ２２ｂ シングルモード光導波路 ２２ｃ スポットサイズ変換部 ２２ｄ ＰＬＣ光導波路 ２３ コア部 ２４，２５ クラッド部 ２６ 面型フォトダイオード ２７ ４５°ミラー ２８ 導波路型フォトダイオード ２９ ＰＬＣ基板 ３０ 光入出力端子 ４０ 電気入出力端子 ５０ パッケージ部 ６０ 光・電気融合集積回路 ９０ フリップボンディング部 １００ ファイバアンプ ２００ 識別器（ＤＦＦ） ３００ 低速度変換器（ＤＥＭＵＸ）
───────────────────────────────────────────────────── 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 25/16 Ｆターム(参考） 2H037 BA04 BA13 CA04 CA07 CA10 DA03 DA04 DA06 5F041 CA34 CB32 DA12 DA20 DA75 DA83 EE06 FF14 5F088 AA01 BA02 BB01 EA07 EA20 JA03 JA09 JA14 JA20 KA10 LA01 5K002 AA03 AA07 BA07 DA03
Claims (6)
- 【請求項１】 光信号の入力又は出力端子を有する光信
号処理層と、該光信号処理層とは異なる基板上に形成さ
れた電気信号の入力又は出力端子を有する集積電子回路
層より構成され、かつ、これらが１つのパッケージ内に
集積されることにより光信号及び電気信号の入力出力端
子が該パッケージの側面に設置されていることを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】 前記光信号処理層は、光導波路部と光素
子部を有する基板によって実現されていることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記光導波路部の端部に、光ファイバと
接続するためのスポットサイズ変換部が形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記光導波路部と前記光素子部は前記基
板の対向する面に各々形成され、前記光導波路部と前記
光素子部は前記基板に形成された光路変換部を介して結
合していることを特徴とする請求項２又は３記載の半導
体装置。 - 【請求項５】 前記光信号処理層と前記電子回路層が、
金属等の導電体で接合されることにより、該層間では電
気信号のみがやり取りされることを特徴とする請求項
１，２，３又は４記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記光入出力端子には６０Ｇｂｉｔ／ｓ
以上の高速光信号が、また、前記電気入出力端子には６
０Ｇｂｉｔ／ｓ未満の低速電気信号が入出力されること
を特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055572A JP2001244485A (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000055572A JP2001244485A (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001244485A true JP2001244485A (ja) | 2001-09-07 |
Family
ID=18576667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000055572A Withdrawn JP2001244485A (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001244485A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004095869A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | 受光素子および受光装置 |
| US7782915B2 (en) | 2005-08-25 | 2010-08-24 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | Optical transmitting module including laser diode mounted on driver circuit |
| CN112234118A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-15 | 厦门大学 | 一种可见光通信的微型阵列光收发集成芯片及制作方法 |
-
2000
- 2000-03-01 JP JP2000055572A patent/JP2001244485A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004095869A (ja) * | 2002-08-30 | 2004-03-25 | Mitsubishi Electric Corp | 受光素子および受光装置 |
| US7782915B2 (en) | 2005-08-25 | 2010-08-24 | Sumitomo Electric Industries Ltd. | Optical transmitting module including laser diode mounted on driver circuit |
| CN112234118A (zh) * | 2020-09-28 | 2021-01-15 | 厦门大学 | 一种可见光通信的微型阵列光收发集成芯片及制作方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070501 |