JP2001284635A - 立体形状を有する光電融合デバイス - Google Patents
立体形状を有する光電融合デバイスInfo
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- H01L2924/1015—Shape
- H01L2924/1017—Shape being a sphere
Abstract
(57)【要約】
【課題】高速演算素子のピンボトルネックを解決し、超
高速演算や超並列処理に適用可能な光電融合デバイスを
提供することにある。 【解決手段】光電融合デバイスでは、半導体の立体形状
結晶１０１の表面に、少なくとも、発光デバイスと受光
デバイスを含む光デバイス１０２が複数集積され、立体
形状結晶１０１の内部を光配線１０５の媒体として用い
て発光デバイスと受光デバイス間で光を授受する。
高速演算や超並列処理に適用可能な光電融合デバイスを
提供することにある。 【解決手段】光電融合デバイスでは、半導体の立体形状
結晶１０１の表面に、少なくとも、発光デバイスと受光
デバイスを含む光デバイス１０２が複数集積され、立体
形状結晶１０１の内部を光配線１０５の媒体として用い
て発光デバイスと受光デバイス間で光を授受する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｓｉ球等の立体形
状の半導体結晶上に形成された光電融合デバイス、特に
ニューロコンピュータ等に適用される光電融合演算素子
装置に関する。
状の半導体結晶上に形成された光電融合デバイス、特に
ニューロコンピュータ等に適用される光電融合演算素子
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＰＵの高速動作のために、これまで行
われている手法の１つは、配線幅を狭くし、集積密度を
上げることである。この方法は、デバイスが増えるにつ
れて配線数が飛躍的に増えてしまうため、集積度が配線
数に制限される状況（ピンボトルネック）になってい
る。これを解決する幾つかの方法が提案されている。
われている手法の１つは、配線幅を狭くし、集積密度を
上げることである。この方法は、デバイスが増えるにつ
れて配線数が飛躍的に増えてしまうため、集積度が配線
数に制限される状況（ピンボトルネック）になってい
る。これを解決する幾つかの方法が提案されている。
【０００３】（１）光配線 これは、電気配線の一部を光配線で置き換えることでピ
ンボトルネックを解消しようとするのものである。そし
て、光の電磁無誘導性および高帯域性を利用してトータ
ルの電気配線数を減少させようとするものである。しか
しながら、従来のように光配線を光ファイバや半導体導
波路で行おうとすると電気配線とは桁違いに太い導波路
になってしまい、特定の電気配線のみを置き換えられる
にすぎない柔軟性のないものとなってしまう。
ンボトルネックを解消しようとするのものである。そし
て、光の電磁無誘導性および高帯域性を利用してトータ
ルの電気配線数を減少させようとするものである。しか
しながら、従来のように光配線を光ファイバや半導体導
波路で行おうとすると電気配線とは桁違いに太い導波路
になってしまい、特定の電気配線のみを置き換えられる
にすぎない柔軟性のないものとなってしまう。
【０００４】一方、開放系たとえば空間に伝送する方法
も提案されているが、この場合、伝送路そのものは自由
度が大きいので高密度配線可能であるが、反面、発光素
子と受光素子の位置合わせがきわめて煩雑になり、高密
度に集積することは困難で、トータルの演算処理能力
は、電気配線のみの場合に比べ効果が小さいと考えられ
る。
も提案されているが、この場合、伝送路そのものは自由
度が大きいので高密度配線可能であるが、反面、発光素
子と受光素子の位置合わせがきわめて煩雑になり、高密
度に集積することは困難で、トータルの演算処理能力
は、電気配線のみの場合に比べ効果が小さいと考えられ
る。
【０００５】（２）球状ＩＣ 一方、光配線を用いることなく電気配線のみでこの問題
を解決しようする試みの１つに、球状Ｓｉ基板（本明細
書ではＳｉ球と称する）の使用がある。Ｓｉ球は、通常
の平板Ｓｉ基板にくらべ、球の表面を利用しているので
空間の利用効率が上がるため、単位体積あたりの集積度
が、Ｓｉ球の半径に反比例して増加する。また、配線長
も短くなるので、集積度×配線長の効果で演算スピード
が向上することが予想される。しかし、この方法は高速
動作の観点からは決定的な方法ではない。なぜなら、球
の半径を小さくするにつれ配線幅および配線間隔も短く
なるため、高抵抗や電磁誘導ノイズの影響が急激に大き
くなるからである。
を解決しようする試みの１つに、球状Ｓｉ基板（本明細
書ではＳｉ球と称する）の使用がある。Ｓｉ球は、通常
の平板Ｓｉ基板にくらべ、球の表面を利用しているので
空間の利用効率が上がるため、単位体積あたりの集積度
が、Ｓｉ球の半径に反比例して増加する。また、配線長
も短くなるので、集積度×配線長の効果で演算スピード
が向上することが予想される。しかし、この方法は高速
動作の観点からは決定的な方法ではない。なぜなら、球
の半径を小さくするにつれ配線幅および配線間隔も短く
なるため、高抵抗や電磁誘導ノイズの影響が急激に大き
くなるからである。
【０００６】以上のように、現時点では、演算素子の高
速化あるいはピンボトルネックの問題を本質的に解決す
る方法は提案されていないといってよい。
速化あるいはピンボトルネックの問題を本質的に解決す
る方法は提案されていないといってよい。
【０００７】本発明の目的は、高速演算素子のピンボト
ルネック等を解決し、超高速演算等とくに超並列処理に
適用可能な演算素子（ＣＰＵ）などの、光デバイスが表
面に形成され半導体の立体形状結晶の内部を光伝送路と
して用いる光電融合デバイスを提供することにある。
ルネック等を解決し、超高速演算等とくに超並列処理に
適用可能な演算素子（ＣＰＵ）などの、光デバイスが表
面に形成され半導体の立体形状結晶の内部を光伝送路と
して用いる光電融合デバイスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光電融合デバイスは、半導体の立体形状結晶の表面
に、少なくとも、発光デバイスと受光デバイスを含む光
デバイスが複数集積され、該立体形状結晶の内部を光配
線媒体として用いて該発光デバイスと受光デバイス間で
光を授受することを特徴とする。この基本構成におい
て、半導体の立体形状結晶は、典型的には、ＦＥＴやト
ランジスタ等の電子デバイスをモノリシックに容易に表
面に形成できるＳｉの結晶であるが、Ｇｅ等の他の半導
体結晶でも用途に応じて用いうる。形状も、典型的に
は、球であるが、立方体等の他の形状も用い得る。本発
明の重要な点は、立体形状結晶の内部を光伝送路として
用いて、Ｓｉ球等の表面に光デバイス（典型的には、Ｉ
Ｃと光デバイス）が複数集積されたことを特徴とする光
電融合デバイスを構成することにある。この光デバイス
は、その構成材料の一部にＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡ
ｓ、ＡｌＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ等のいわゆるＩＩＩ
−ＶＮ半導体材料（ＩＩＩ族及びＶ族化合物半導体材料
のうち、Ｖ族材料としてＮ（窒素）を含むものを本明細
書ではこう表記する）あるいはＳｉＧｅ等のＩＶ族半導
体材料が用いられうる。
明の光電融合デバイスは、半導体の立体形状結晶の表面
に、少なくとも、発光デバイスと受光デバイスを含む光
デバイスが複数集積され、該立体形状結晶の内部を光配
線媒体として用いて該発光デバイスと受光デバイス間で
光を授受することを特徴とする。この基本構成におい
て、半導体の立体形状結晶は、典型的には、ＦＥＴやト
ランジスタ等の電子デバイスをモノリシックに容易に表
面に形成できるＳｉの結晶であるが、Ｇｅ等の他の半導
体結晶でも用途に応じて用いうる。形状も、典型的に
は、球であるが、立方体等の他の形状も用い得る。本発
明の重要な点は、立体形状結晶の内部を光伝送路として
用いて、Ｓｉ球等の表面に光デバイス（典型的には、Ｉ
Ｃと光デバイス）が複数集積されたことを特徴とする光
電融合デバイスを構成することにある。この光デバイス
は、その構成材料の一部にＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡ
ｓ、ＡｌＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ等のいわゆるＩＩＩ
−ＶＮ半導体材料（ＩＩＩ族及びＶ族化合物半導体材料
のうち、Ｖ族材料としてＮ（窒素）を含むものを本明細
書ではこう表記する）あるいはＳｉＧｅ等のＩＶ族半導
体材料が用いられうる。
【０００９】上記基本構成に基づいて、以下の如き構成
も可能である。前記光デバイスは、半導体の立体形状結
晶と光デバイス間の格子定数の差を調整して品質の良い
結晶成長を確保する為の格子整合調整用のバッファ層を
介して前記半導体の立体形状結晶の表面に形成されう
る。
も可能である。前記光デバイスは、半導体の立体形状結
晶と光デバイス間の格子定数の差を調整して品質の良い
結晶成長を確保する為の格子整合調整用のバッファ層を
介して前記半導体の立体形状結晶の表面に形成されう
る。
【００１０】前記発光デバイスは、それから発光される
光が、自然放出光或いは誘導放出光であり、前記半導体
の立体形状結晶内部に放射され、かつ該放出光が該半導
体結晶内部で吸収されない様に該光の波長が該半導体結
晶のバンドギャップ波長よりも長い。
光が、自然放出光或いは誘導放出光であり、前記半導体
の立体形状結晶内部に放射され、かつ該放出光が該半導
体結晶内部で吸収されない様に該光の波長が該半導体結
晶のバンドギャップ波長よりも長い。
【００１１】前記発光デバイスは、光を前記半導体の立
体形状結晶内部に放射して、１つ或いは複数の前記受光
デバイスが該光を受光できる様に形成されうる。前記発
光デバイスは、それから発光される光が、自然放出光或
いは誘導放出光であり、外部に光を発光できる様にも形
成されうる。
体形状結晶内部に放射して、１つ或いは複数の前記受光
デバイスが該光を受光できる様に形成されうる。前記発
光デバイスは、それから発光される光が、自然放出光或
いは誘導放出光であり、外部に光を発光できる様にも形
成されうる。
【００１２】前記受光デバイスは、１つ或いは複数の前
記発光デバイスから前記半導体の立体形状結晶内部に放
射された光を受光できる様に形成されうる。前記受光デ
バイスは、外部からの光を受光できる様にも形成されう
る。
記発光デバイスから前記半導体の立体形状結晶内部に放
射された光を受光できる様に形成されうる。前記受光デ
バイスは、外部からの光を受光できる様にも形成されう
る。
【００１３】また、前記発光デバイスは、１つの受光デ
バイスに向けて光を前記半導体の立体形状結晶内部に放
射できる発光デバイスと、複数の受光デバイスに向けて
光を該半導体の立体形状結晶内部に放射できる発光デバ
イスとを含んで、柔軟な配線を高い集積度で構成されう
る。
バイスに向けて光を前記半導体の立体形状結晶内部に放
射できる発光デバイスと、複数の受光デバイスに向けて
光を該半導体の立体形状結晶内部に放射できる発光デバ
イスとを含んで、柔軟な配線を高い集積度で構成されう
る。
【００１４】また、前記半導体の立体形状結晶の表面に
電子デバイスと光デバイスが複数集積されており、該電
子デバイスは、前記発光デバイスの発光・消光を制御す
る機能、前記受光デバイスで受けた光を電気信号に変え
る機能、およびその電気信号をもとに論理演算する機能
の少なくとも１つの機能を有しうる。
電子デバイスと光デバイスが複数集積されており、該電
子デバイスは、前記発光デバイスの発光・消光を制御す
る機能、前記受光デバイスで受けた光を電気信号に変え
る機能、およびその電気信号をもとに論理演算する機能
の少なくとも１つの機能を有しうる。
【００１５】
【作用】以上の様に、本発明の最大の特徴は、Ｓｉ球等
の内部を光インタコネクトの光路として利用する点にあ
る。
の内部を光インタコネクトの光路として利用する点にあ
る。
【００１６】典型的には、Ｓｉ球の上にＩＣが形成され
たデバイス（ボールＩＣと称する）表面で電気コネクト
の配線を張ると同時に、ボールＩＣの内部を光インタコ
ネクトの光路として利用する点にある。このためには、
Ｓｉ等に吸収されない波長帯の発光デバイスを、Ｓｉ球
等上に形成する必要がある。かつ、その光デバイスが、
Ｓｉ等と同じ環境で動作する必要がある。本発明では、
典型的には、発光デバイスにＩＩＩ−ＶＮ材料を、受光
デバイスにＩＩＩ−ＶＮあるいはＳｉＧｅを用いること
で、この問題を解決している。ＧａＮｘＡｓ１−ｘに代
表されるＩＩＩ−ＶＮ材料はｘ＝０．２程度でＳｉと格
子整合する。また、ｘ＝０．０３程度で１．３μｍ程度
の波長の光を発する活性層となり得る。また、ＧａＮＡ
ｓ／ＡｌＮＡｓの多層膜を高反射ミラーとして用いるこ
とができるため、高効率ＬＥＤや面発光レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ）を作製できる。ほぼ同構造で受光デバイスも作製
できるほか、より作製の容易なＳｉ／Ｇｅを用いて受光
デバイスを作製することもできる。球面等の上に配置さ
れた発光デバイス（たとえばＬＥＤ）は、内部に光を放
射することで全ての受光デバイス（たとえばＰＤ）に受
光させることもできる。すなわち、Ｓｉ球等の内部を３
次元光伝送路として用いることができる。光源にＬＤを
用いた場合は指向性が鋭くなるので、或る特定の受光デ
バイス（ＰＤ）に転送することが可能である。光源や受
光デバイスの制御はそれらの近傍に配置された電子回路
で行ないうる。受光デバイス周辺の電子回路は単にＯＥ
変換するだけでなく、その場で所望の処理が可能な演算
回路を持ちうる。受光デバイスは、受信信号を近傍のＩ
Ｃで処理したり、処理した結果を、Ｓｉ球等の表面伝い
に電気配線で伝送したり、Ｓｉ球等の内部に向かって新
たに送信したりできる。最終的な演算結果を電気信号あ
るいは光信号で外部に出力してもよい。
たデバイス（ボールＩＣと称する）表面で電気コネクト
の配線を張ると同時に、ボールＩＣの内部を光インタコ
ネクトの光路として利用する点にある。このためには、
Ｓｉ等に吸収されない波長帯の発光デバイスを、Ｓｉ球
等上に形成する必要がある。かつ、その光デバイスが、
Ｓｉ等と同じ環境で動作する必要がある。本発明では、
典型的には、発光デバイスにＩＩＩ−ＶＮ材料を、受光
デバイスにＩＩＩ−ＶＮあるいはＳｉＧｅを用いること
で、この問題を解決している。ＧａＮｘＡｓ１−ｘに代
表されるＩＩＩ−ＶＮ材料はｘ＝０．２程度でＳｉと格
子整合する。また、ｘ＝０．０３程度で１．３μｍ程度
の波長の光を発する活性層となり得る。また、ＧａＮＡ
ｓ／ＡｌＮＡｓの多層膜を高反射ミラーとして用いるこ
とができるため、高効率ＬＥＤや面発光レーザ（ＶＣＳ
ＥＬ）を作製できる。ほぼ同構造で受光デバイスも作製
できるほか、より作製の容易なＳｉ／Ｇｅを用いて受光
デバイスを作製することもできる。球面等の上に配置さ
れた発光デバイス（たとえばＬＥＤ）は、内部に光を放
射することで全ての受光デバイス（たとえばＰＤ）に受
光させることもできる。すなわち、Ｓｉ球等の内部を３
次元光伝送路として用いることができる。光源にＬＤを
用いた場合は指向性が鋭くなるので、或る特定の受光デ
バイス（ＰＤ）に転送することが可能である。光源や受
光デバイスの制御はそれらの近傍に配置された電子回路
で行ないうる。受光デバイス周辺の電子回路は単にＯＥ
変換するだけでなく、その場で所望の処理が可能な演算
回路を持ちうる。受光デバイスは、受信信号を近傍のＩ
Ｃで処理したり、処理した結果を、Ｓｉ球等の表面伝い
に電気配線で伝送したり、Ｓｉ球等の内部に向かって新
たに送信したりできる。最終的な演算結果を電気信号あ
るいは光信号で外部に出力してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ本発明
の実施の形態を説明する。
の実施の形態を説明する。
【００１８】（実施例１）本実施例は、ＳｉボールＩＣ
上に発光ダイオード（ＬＥＤ（light emitting diod
e））およびフォトダイオード（ＰＤ）を配置（活性層
はＧａＩｎＮＡｓが主体）したものである。
上に発光ダイオード（ＬＥＤ（light emitting diod
e））およびフォトダイオード（ＰＤ）を配置（活性層
はＧａＩｎＮＡｓが主体）したものである。
【００１９】図１は本実施例を説明する模式図である。
図１中、１０１は球形状を有する直径約１ｍｍのＳｉ球
であり、１０２および１０３は、夫々、その表面に形成
された光デバイス（光源（ＬＥＤ）および受光デバイス
（ＰＤ））および電子デバイス（ＣＭＯＳロジック等）
である。また、１０４はそれらを結合する電気配線（Ａ
ｌなど）であり、Ｓｉ球１０１表面に配置されている。
１０５はＬＥＤ１０２から発する光がＳｉ球１０１内部
を伝搬してできる光配線である。
図１中、１０１は球形状を有する直径約１ｍｍのＳｉ球
であり、１０２および１０３は、夫々、その表面に形成
された光デバイス（光源（ＬＥＤ）および受光デバイス
（ＰＤ））および電子デバイス（ＣＭＯＳロジック等）
である。また、１０４はそれらを結合する電気配線（Ａ
ｌなど）であり、Ｓｉ球１０１表面に配置されている。
１０５はＬＥＤ１０２から発する光がＳｉ球１０１内部
を伝搬してできる光配線である。
【００２０】以下、本実施例の製造方法について述べ
る。ボールＩＣの作製方法は、従来の報告例と全く同じ
でよい。たとえば、以下の様に行われる。
る。ボールＩＣの作製方法は、従来の報告例と全く同じ
でよい。たとえば、以下の様に行われる。
【００２１】（１）まず、Ｓｉ球１０１を作製する。粒
状多結晶Ｓｉを直径２ｍｍのパイプの中に入れて溶融
し、ほぼ球形状の単結晶にする。この後、ボールベアリ
ングを作製する要領で表面研磨を行い、１ｍｍφの真球
にする。
状多結晶Ｓｉを直径２ｍｍのパイプの中に入れて溶融
し、ほぼ球形状の単結晶にする。この後、ボールベアリ
ングを作製する要領で表面研磨を行い、１ｍｍφの真球
にする。
【００２２】（２）次に、ＩＣプロセスパイプの中を通
して、酸化や拡散プロセスを行う。パターン焼き付け
は、たとえば、特開平１０−２９４２５４号公報や特開
平１１−５４４０６号公報に開示されている方法で実現
可能である。前者では、Ｓｉ球材料の球面に対応した回
路パターンを備え、該Ｓｉ球材料の球面に該回路パター
ンを全球面の半分以上の領域に渡って一括露光する。後
者では、球状ＩＣの中心を通る軸を任意に取り決め、該
軸を中心にして球状ＩＣを間欠的に回転させながら、こ
の回転角に対応する球状ＩＣ表面の露光領域を、これに
対応するマスクを用いて露光する。ここまでの工程でＳ
ｉボールＩＣが完成する（図２参照）。
して、酸化や拡散プロセスを行う。パターン焼き付け
は、たとえば、特開平１０−２９４２５４号公報や特開
平１１−５４４０６号公報に開示されている方法で実現
可能である。前者では、Ｓｉ球材料の球面に対応した回
路パターンを備え、該Ｓｉ球材料の球面に該回路パター
ンを全球面の半分以上の領域に渡って一括露光する。後
者では、球状ＩＣの中心を通る軸を任意に取り決め、該
軸を中心にして球状ＩＣを間欠的に回転させながら、こ
の回転角に対応する球状ＩＣ表面の露光領域を、これに
対応するマスクを用いて露光する。ここまでの工程でＳ
ｉボールＩＣが完成する（図２参照）。
【００２３】次に、ＳｉボールＩＣプロセスがほぼ終了
したあと、光デバイスを作製する。まず、球全体を窒化
膜３０１等でカバーし、光デバイス作製部分（約１０μ
ｍ程度）を平面に研磨およびポリッシングする（図３参
照）。窒化膜３０１で覆うのは、成長中、電子デバイス
１０３を保護すると共にこれを選択成長用マスクとして
使用するためである。ここでは、図３に示す様に、（１
１１）面およびそれに準ずる面（全部で８面）３０２を
用いた。
したあと、光デバイスを作製する。まず、球全体を窒化
膜３０１等でカバーし、光デバイス作製部分（約１０μ
ｍ程度）を平面に研磨およびポリッシングする（図３参
照）。窒化膜３０１で覆うのは、成長中、電子デバイス
１０３を保護すると共にこれを選択成長用マスクとして
使用するためである。ここでは、図３に示す様に、（１
１１）面およびそれに準ずる面（全部で８面）３０２を
用いた。
【００２４】必要であれば再び窒化膜等で全体を覆った
あと、デバイス作製領域のみに窓を開ける。開口部に応
じて選択成長するので本実施例では円筒状になるよう開
口部を制御した。図４は、この工程後のＳｉ球（光デバ
イス作製領域）１０１の断面図ある。
あと、デバイス作製領域のみに窓を開ける。開口部に応
じて選択成長するので本実施例では円筒状になるよう開
口部を制御した。図４は、この工程後のＳｉ球（光デバ
イス作製領域）１０１の断面図ある。
【００２５】以下、光デバイスの結晶成長について説明
する。この技術としては、本出願人による特願平１１−
１３６５１５号明細書に開示されたものを用いることが
できる。この結晶成長技術では、電子デバイスの形成さ
れた(100)面を有するＳｉウエハ上に、選択成長用マス
クが形成され、Ｓｉとは格子定数の異なる或はＳｉとほ
ぼ等しい格子定数の第1のＩＩＩ−Ｖ材料（ＩＩＩ−Ｖ
Ｎ材料など）から成る薄膜を成膜したあと、該第1のＩ
ＩＩ−Ｖ材料より長い格子定数を有する第2のＩＩＩ−
ＶＮ材料及び第1のＩＩＩ−Ｖ材料より短い格子定数を
有する第3のＩＩＩ−ＶＮ材料から成る多層薄膜が歪み
補償されながら積層され、その間、前記選択成長用マス
ク上を横方向成長することで、前記第1のＩＩＩ−Ｖ材
料とほぼ等しい格子定数を有する第4のＩＩＩ−ＶＮ材
料結晶を選択的に成膜し、且つ該第4のＩＩＩ−ＶＮ材
料結晶上に化合物半導体光デバイスを積層している。
する。この技術としては、本出願人による特願平１１−
１３６５１５号明細書に開示されたものを用いることが
できる。この結晶成長技術では、電子デバイスの形成さ
れた(100)面を有するＳｉウエハ上に、選択成長用マス
クが形成され、Ｓｉとは格子定数の異なる或はＳｉとほ
ぼ等しい格子定数の第1のＩＩＩ−Ｖ材料（ＩＩＩ−Ｖ
Ｎ材料など）から成る薄膜を成膜したあと、該第1のＩ
ＩＩ−Ｖ材料より長い格子定数を有する第2のＩＩＩ−
ＶＮ材料及び第1のＩＩＩ−Ｖ材料より短い格子定数を
有する第3のＩＩＩ−ＶＮ材料から成る多層薄膜が歪み
補償されながら積層され、その間、前記選択成長用マス
ク上を横方向成長することで、前記第1のＩＩＩ−Ｖ材
料とほぼ等しい格子定数を有する第4のＩＩＩ−ＶＮ材
料結晶を選択的に成膜し、且つ該第4のＩＩＩ−ＶＮ材
料結晶上に化合物半導体光デバイスを積層している。
【００２６】本実施例では以下の様に成長させた。ま
ず、ガスソースＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法を用い
て、前記（１１１）面に準ずる面３０２のみにＧａＮｘ
Ａｓ１−ｘをバッファ層として積層する。ここでは、Ｇ
ａＡｓに格子整合するよう窒素組成Ｘを０．２から０ま
で徐々に変化させた。この後、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡ
ｓを活性層とするＬＥＤ構造あるいは面発光レーザ（ve
rtical cavity surface emitting laser（ＶＣＳＥ
Ｌ））構造を作製する。ＬＥＤを例に説明する。
ず、ガスソースＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法を用い
て、前記（１１１）面に準ずる面３０２のみにＧａＮｘ
Ａｓ１−ｘをバッファ層として積層する。ここでは、Ｇ
ａＡｓに格子整合するよう窒素組成Ｘを０．２から０ま
で徐々に変化させた。この後、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡ
ｓを活性層とするＬＥＤ構造あるいは面発光レーザ（ve
rtical cavity surface emitting laser（ＶＣＳＥ
Ｌ））構造を作製する。ＬＥＤを例に説明する。
【００２７】図５において、５０１はＳｉ球、５０２は
上記バッファ層、５０３はＬＥＤ、５０４はｐｉｎ−Ｐ
Ｄ、５０５は入射光、５０６は出射光、５０７は電極パ
ッドである。ＬＥＤ部分の拡大図が図６である。バッフ
ァ層５０２のウエハに、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ反射層
（反射率９０％）６０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ単
一量子井戸（ＳＱＷ）活性層６０３、ｐ型ＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ反射層（反射率９０％）６０４を形成する。ＬＥ
Ｄにもかからず反射層６０２、６０３を設けたのは出射
効率（所望の方向に効率的に多くの光を取り出す）を高
めるためである。
上記バッファ層、５０３はＬＥＤ、５０４はｐｉｎ−Ｐ
Ｄ、５０５は入射光、５０６は出射光、５０７は電極パ
ッドである。ＬＥＤ部分の拡大図が図６である。バッフ
ァ層５０２のウエハに、ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ反射層
（反射率９０％）６０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ単
一量子井戸（ＳＱＷ）活性層６０３、ｐ型ＧａＡｓ／Ａ
ｌＡｓ反射層（反射率９０％）６０４を形成する。ＬＥ
Ｄにもかからず反射層６０２、６０３を設けたのは出射
効率（所望の方向に効率的に多くの光を取り出す）を高
めるためである。
【００２８】障壁層７０２で挟まれた単一の井戸層７０
１を持つ活性層６０３の具体的なエネルギーバンド構造
を図７に示した。共振器長が１波長となるようクラッド
層７０３の厚さを制御した。また、ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ
Ａｓ反射層６０４の一層のＡｌＡｓをその中央部を除い
て酸化することで電流狭窄層６０５を形成している。
１を持つ活性層６０３の具体的なエネルギーバンド構造
を図７に示した。共振器長が１波長となるようクラッド
層７０３の厚さを制御した。また、ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ
Ａｓ反射層６０４の一層のＡｌＡｓをその中央部を除い
て酸化することで電流狭窄層６０５を形成している。
【００２９】以上の層の成長後、正電極６０６および負
電極６０７を形成する。そして、前記窒化膜を除去した
あと電極６０６、６０７とＩＣ１０３とを配線する。
電極６０７を形成する。そして、前記窒化膜を除去した
あと電極６０６、６０７とＩＣ１０３とを配線する。
【００３０】本実施例の光源は面発光型ＬＥＤ構造のた
め、ほぼ全立体角に光を放射できる構造になっている。
放射角を大きくするために、球面レンズがついた構造を
作り付けてもよい。たとえば、前記（１１１）面および
それに準ずる面をレンズ状（たとえば凹レンズ状）にエ
ッチングした上で、そこに上記ＬＥＤ構造を成長すれば
よい。
め、ほぼ全立体角に光を放射できる構造になっている。
放射角を大きくするために、球面レンズがついた構造を
作り付けてもよい。たとえば、前記（１１１）面および
それに準ずる面をレンズ状（たとえば凹レンズ状）にエ
ッチングした上で、そこに上記ＬＥＤ構造を成長すれば
よい。
【００３１】以上は、光源についての製造方法である
が、受光デバイスも同様な方法(バッファ層で格子整合
の調整をした後にデバイスの結晶成長を行う)で作製で
きる。これらの光デバイスは上記の選択成長技術で一度
に作製してもよいし、別々に作製してもよい。本実施例
では選択成長で一度に成長した（図５参照）。
が、受光デバイスも同様な方法(バッファ層で格子整合
の調整をした後にデバイスの結晶成長を行う)で作製で
きる。これらの光デバイスは上記の選択成長技術で一度
に作製してもよいし、別々に作製してもよい。本実施例
では選択成長で一度に成長した（図５参照）。
【００３２】本実施例の動作方法について説明する。ま
ず、もっとも基本的な動作について説明する。本実施例
の発光デバイスの場合、ＤＢＲ層６０２、６０４を用い
活性層６０３にＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓを用いたこと
で、動作電流０．０５ｍＡ、動作電圧１．５Ｖで駆動で
きるため、１．５Ｖ以上で動作するＣＭＯＳ回路のロジ
ック信号でダイレクトに駆動できる。また、受光デバイ
スも、１．５Ｖ程度の逆バイアスをかけることで十分な
受光感度を得ることができる。また、ともに面型ＬＥＤ
および面型ｐｉｎ−ＰＤ構造のため、ほぼ全立体角に光
を放射し、全立体角からの光を受光できる構造になって
いる。これは、（１１１）面に準ずる８面の何れかに配
置したＬＥＤから発した光が、他の７面の受光デバイス
で受信できることを意味する。
ず、もっとも基本的な動作について説明する。本実施例
の発光デバイスの場合、ＤＢＲ層６０２、６０４を用い
活性層６０３にＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓを用いたこと
で、動作電流０．０５ｍＡ、動作電圧１．５Ｖで駆動で
きるため、１．５Ｖ以上で動作するＣＭＯＳ回路のロジ
ック信号でダイレクトに駆動できる。また、受光デバイ
スも、１．５Ｖ程度の逆バイアスをかけることで十分な
受光感度を得ることができる。また、ともに面型ＬＥＤ
および面型ｐｉｎ−ＰＤ構造のため、ほぼ全立体角に光
を放射し、全立体角からの光を受光できる構造になって
いる。これは、（１１１）面に準ずる８面の何れかに配
置したＬＥＤから発した光が、他の７面の受光デバイス
で受信できることを意味する。
【００３３】次に信号の流れについて説明する。図１に
おいて、ボールＩＣ外部から、ＣＭＯＳ等からなるプロ
セッサエレメント（ＰＥ）１０３に電気信号が入力され
ると、そこで演算が行われたあと、その出力が電気配線
１０４あるいは光配線１０５で他のＰＥに伝送される。
電気配線１０４は通常のＩＣと同様に信号を伝送する。
光配線１０５は発光デバイスを介してＳｉ球１０１のな
かに広い立体角で光を放射する。放射された光は受光デ
バイスにより受光され、電気信号に変換される。
おいて、ボールＩＣ外部から、ＣＭＯＳ等からなるプロ
セッサエレメント（ＰＥ）１０３に電気信号が入力され
ると、そこで演算が行われたあと、その出力が電気配線
１０４あるいは光配線１０５で他のＰＥに伝送される。
電気配線１０４は通常のＩＣと同様に信号を伝送する。
光配線１０５は発光デバイスを介してＳｉ球１０１のな
かに広い立体角で光を放射する。放射された光は受光デ
バイスにより受光され、電気信号に変換される。
【００３４】このとき、受信される光については、前記
電気配線に流れる信号によって特定の受光デバイスのみ
に受信させたり、特定の受光デバイスの受信感度を制御
できたりする。本実施例では、これらの演算およびデー
タ転送を１個のボールＩＣ内および表面で行うことを基
本動作とする。
電気配線に流れる信号によって特定の受光デバイスのみ
に受信させたり、特定の受光デバイスの受信感度を制御
できたりする。本実施例では、これらの演算およびデー
タ転送を１個のボールＩＣ内および表面で行うことを基
本動作とする。
【００３５】本実施例においては、電子デバイスも光デ
バイスも球上に配置することで、電気配線と光配線が干
渉することなく、これらのデバイスを効率的にインタコ
ネクトできることが最大の効果である。
バイスも球上に配置することで、電気配線と光配線が干
渉することなく、これらのデバイスを効率的にインタコ
ネクトできることが最大の効果である。
【００３６】（実施例２）本実施例は、ＳｉボールＩＣ
上のＶＣＳＥＬ（活性層はＧａＩｎＮＡｓが主体）およ
びＰＤ（活性層はＧａＩｎＮＡｓあるいはＳｉＧｅ）が
形成され、これらがＧａＡｓに格子整合しない例であ
る。
上のＶＣＳＥＬ（活性層はＧａＩｎＮＡｓが主体）およ
びＰＤ（活性層はＧａＩｎＮＡｓあるいはＳｉＧｅ）が
形成され、これらがＧａＡｓに格子整合しない例であ
る。
【００３７】図８は本実施例を説明する模式図（断面
図）である。実施例１と異なるのは、バッファ層５０２
の格子定数がＳｉとＧａＡｓの間の任意の値であるこ
と、光源に面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いているこ
とである。
図）である。実施例１と異なるのは、バッファ層５０２
の格子定数がＳｉとＧａＡｓの間の任意の値であるこ
と、光源に面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いているこ
とである。
【００３８】図８中、１０１は球形状を有する直径約１
ｍｍのＳｉ球であり、８０１は面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ）、８０２はリング状の受光面を持つｐｉｎ−ＰＤ、
８０３は電極パッド、８０４はＶＣＳＥＬ８０１からの
出射ビーム、８０５は他のＶＣＳＥＬからｐｉｎ−ＰＤ
８０２への入射光である。
ｍｍのＳｉ球であり、８０１は面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ）、８０２はリング状の受光面を持つｐｉｎ−ＰＤ、
８０３は電極パッド、８０４はＶＣＳＥＬ８０１からの
出射ビーム、８０５は他のＶＣＳＥＬからｐｉｎ−ＰＤ
８０２への入射光である。
【００３９】本実施例の製造は以下の様に行われる。ボ
ールＩＣの作製方法は、実施例１と全く同じでよい。Ｓ
ｉ−ＩＣプロセスがほぼ終了したあと、光デバイスを次
の様に作製する。
ールＩＣの作製方法は、実施例１と全く同じでよい。Ｓ
ｉ−ＩＣプロセスがほぼ終了したあと、光デバイスを次
の様に作製する。
【００４０】球全体を窒化膜等でカバーし、光デバイス
の作製部分（約１０μｍ程度）を平面に研磨および化学
ポリッシングする。ここでは、（００１）面およびそれ
に準ずる面（全部で６面）を用いた（図９参照）。むろ
ん、実施例１のように（１１１）面に準ずる面でも構わ
ない。
の作製部分（約１０μｍ程度）を平面に研磨および化学
ポリッシングする。ここでは、（００１）面およびそれ
に準ずる面（全部で６面）を用いた（図９参照）。むろ
ん、実施例１のように（１１１）面に準ずる面でも構わ
ない。
【００４１】必要であれば再び窒化膜等で全体を覆った
あと、光デバイスの作製領域のみ窓を開けてもよい。実
施例１と同様、窒化膜で覆うのは、電子デバイスを保護
するためと、選択成長用マスクとして使用するためであ
る。本実施例では、５μｍφの開口部をもつ窒化膜を新
たに作製した。以下、光デバイスの結晶成長について説
明する。
あと、光デバイスの作製領域のみ窓を開けてもよい。実
施例１と同様、窒化膜で覆うのは、電子デバイスを保護
するためと、選択成長用マスクとして使用するためであ
る。本実施例では、５μｍφの開口部をもつ窒化膜を新
たに作製した。以下、光デバイスの結晶成長について説
明する。
【００４２】ガスソースＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法
を用いて、前記（００１）面に準ずる面のみにＧａＮｘ
Ａｓ１−ｘをバッファ層５０２として積層する。ここで
は、窒素組成Ｘを０．２からｙ（０．２＞ｙ＞０）まで
徐々に変化させた。本実施例ではｙ＝０．０５を用い
た。この後、所望の光源および受光デバイスを作製す
る。
を用いて、前記（００１）面に準ずる面のみにＧａＮｘ
Ａｓ１−ｘをバッファ層５０２として積層する。ここで
は、窒素組成Ｘを０．２からｙ（０．２＞ｙ＞０）まで
徐々に変化させた。本実施例ではｙ＝０．０５を用い
た。この後、所望の光源および受光デバイスを作製す
る。
【００４３】ここでは、光源としてＶＣＳＥＬを例に説
明する。再度、図６を用いて説明する。図６において、
５０２はＧａＮＡｓバッファ層、６０２はｎ型ＡｌＮＡ
ｓ／ＧａＮＡｓ反射層（反射率９９．９％）、６０３は
アンドープ活性層、６０４はｐ型ＡｌＰＡｓ／ＧａＮＡ
ｓ反射層（反射率９９．９９％）である。ｐ型反射層６
０４にＡｌＰＡｓ／ＧａＮＡｓの組み合わせを用いたの
は、ＧａＮＡｓバッファ層５０２に格子整合し、２層の
屈折率差を大きく取れ、かつ、価電子帯のヘテロ障壁を
小さくできるためである。ｎ型反射層６０２にＡｌＮＡ
ｓ／ＧａＮＡｓの組み合わせを用いたのは、ＧａＮＡｓ
バッファ層５０２に格子整合し、伝導帯のヘテロ障壁を
小さくできるためである。この結果、光学的には、少な
い層数で高反射膜を実現でき、電気的には、ヘテロ障壁
に起因する直列抵抗を下げることができて、低電流かつ
低電圧で動作するＶＣＳＥＬ８０１を作製することがで
きた。
明する。再度、図６を用いて説明する。図６において、
５０２はＧａＮＡｓバッファ層、６０２はｎ型ＡｌＮＡ
ｓ／ＧａＮＡｓ反射層（反射率９９．９％）、６０３は
アンドープ活性層、６０４はｐ型ＡｌＰＡｓ／ＧａＮＡ
ｓ反射層（反射率９９．９９％）である。ｐ型反射層６
０４にＡｌＰＡｓ／ＧａＮＡｓの組み合わせを用いたの
は、ＧａＮＡｓバッファ層５０２に格子整合し、２層の
屈折率差を大きく取れ、かつ、価電子帯のヘテロ障壁を
小さくできるためである。ｎ型反射層６０２にＡｌＮＡ
ｓ／ＧａＮＡｓの組み合わせを用いたのは、ＧａＮＡｓ
バッファ層５０２に格子整合し、伝導帯のヘテロ障壁を
小さくできるためである。この結果、光学的には、少な
い層数で高反射膜を実現でき、電気的には、ヘテロ障壁
に起因する直列抵抗を下げることができて、低電流かつ
低電圧で動作するＶＣＳＥＬ８０１を作製することがで
きた。
【００４４】活性層６０３の構造を図７を再度用いて説
明する。ＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０１（厚さ８ｎｍ、発
光波長１．３５μｍ、歪み−０．５％（引っ張り歪
み））、ＩｎＧａＡｓ障壁層７０２（厚さ１０ｎｍ、歪
み０．５％（圧縮歪み））から構成し、井戸数を１とす
ることで、発振波長が１．３μｍ程度になるように設定
した。歪みは必要に応じて制御してもよい。重要な点
は、この活性層６０３がＩＩＩ−ＶＮとＩＩＩ−Ｖ半導
体材料からなっており、Ｓｉ球内を光伝送路として用い
得る様にＳｉの吸収端波長よりも長い波長（たとえば
１．３μｍ）の発光波長を有し、かつ、伝導帯のバンド
オフセットが大きく取れることで温度特性に優れる構造
になっていることである。
明する。ＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０１（厚さ８ｎｍ、発
光波長１．３５μｍ、歪み−０．５％（引っ張り歪
み））、ＩｎＧａＡｓ障壁層７０２（厚さ１０ｎｍ、歪
み０．５％（圧縮歪み））から構成し、井戸数を１とす
ることで、発振波長が１．３μｍ程度になるように設定
した。歪みは必要に応じて制御してもよい。重要な点
は、この活性層６０３がＩＩＩ−ＶＮとＩＩＩ−Ｖ半導
体材料からなっており、Ｓｉ球内を光伝送路として用い
得る様にＳｉの吸収端波長よりも長い波長（たとえば
１．３μｍ）の発光波長を有し、かつ、伝導帯のバンド
オフセットが大きく取れることで温度特性に優れる構造
になっていることである。
【００４５】上記結晶成長後、正電極６０６および負電
極６０７を形成する。前記窒化膜を除去したあと、電極
６０６、６０７とボールＩＣ１０３とを配線する。
極６０７を形成する。前記窒化膜を除去したあと、電極
６０６、６０７とボールＩＣ１０３とを配線する。
【００４６】実施例２においても、以上は光源について
の製造方法であるが、受光デバイスも同様な方法でよ
い。上記の選択成長技術で一度に作製してもよいし、別
々に作製してもよい。選択成長で別々に成長した例が図
８に示してある。ＶＣＳＥＬ８０１の活性層は、Ｓｉ球
内部を光伝送路とできる様にＩＩＩ−ＶＮ半導体材料を
用いる必要があるが、受光デバイス８０２の活性層には
１．３μｍ帯を受光てきるＳｉＧｅを用いてもよい。こ
のためには、選択成長を光源用と受光デバイス用に別々
に行う必要がある。
の製造方法であるが、受光デバイスも同様な方法でよ
い。上記の選択成長技術で一度に作製してもよいし、別
々に作製してもよい。選択成長で別々に成長した例が図
８に示してある。ＶＣＳＥＬ８０１の活性層は、Ｓｉ球
内部を光伝送路とできる様にＩＩＩ−ＶＮ半導体材料を
用いる必要があるが、受光デバイス８０２の活性層には
１．３μｍ帯を受光てきるＳｉＧｅを用いてもよい。こ
のためには、選択成長を光源用と受光デバイス用に別々
に行う必要がある。
【００４７】いずれにせよ、Ｓｉ球上に形成できて、Ｓ
ｉ球内部を透過できる光を出す光源およびその光を受光
できる受光デバイスであれば、上記本実施例の構造に限
定されるものではない。
ｉ球内部を透過できる光を出す光源およびその光を受光
できる受光デバイスであれば、上記本実施例の構造に限
定されるものではない。
【００４８】本実施例の動作原理について説明する。本
実施例のＶＣＳＥＬの場合、反射層と活性層にＩＩＩ−
ＶＮ半導体材料を用いたことで、動作電流０．１ｍＡ、
動作電圧１．５Ｖで駆動できるため、１．５Ｖ以上で動
作するＣＭＯＳ回路のロジック信号でダイレクトに駆動
できる。また、受光デバイスも１．５Ｖ程度の逆バイア
スをかけることで十分な受光感度を得ることができる。
実施例のＶＣＳＥＬの場合、反射層と活性層にＩＩＩ−
ＶＮ半導体材料を用いたことで、動作電流０．１ｍＡ、
動作電圧１．５Ｖで駆動できるため、１．５Ｖ以上で動
作するＣＭＯＳ回路のロジック信号でダイレクトに駆動
できる。また、受光デバイスも１．５Ｖ程度の逆バイア
スをかけることで十分な受光感度を得ることができる。
【００４９】図１において、ボールＩＣ外部から、ＣＭ
ＯＳ等からなるプロセッサエレメント（ＰＥ）１０３に
電気信号が入力されると、そこで必要な演算が行われた
あと、その出力が電気配線１０４あるいは光配線１０５
で他のＰＥに伝送される。電気配線１０４は通常のＩＣ
と同様に信号を伝送する。実施例１と異なり、本実施例
ではレーザを用いているので、光の指向性が高く特定の
受光デバイスのみに信号が伝送される。たとえば、図９
のように、（００１）面から出射された光信号は（００
−１）面上の受光デバイス１０２のみが受光する。ある
いは、（１００）面から出射された光信号は（−１０
０）面にある受光デバイス１０２のみが受光する。受光
した信号は、近傍のＰＥで処理され、電気配線１０４あ
るいは光配線１０５を通じて伝送され、最終的に所望の
演算結果を得る。この様に、電気配線と光配線を有機的
に結びつけることができる。
ＯＳ等からなるプロセッサエレメント（ＰＥ）１０３に
電気信号が入力されると、そこで必要な演算が行われた
あと、その出力が電気配線１０４あるいは光配線１０５
で他のＰＥに伝送される。電気配線１０４は通常のＩＣ
と同様に信号を伝送する。実施例１と異なり、本実施例
ではレーザを用いているので、光の指向性が高く特定の
受光デバイスのみに信号が伝送される。たとえば、図９
のように、（００１）面から出射された光信号は（００
−１）面上の受光デバイス１０２のみが受光する。ある
いは、（１００）面から出射された光信号は（−１０
０）面にある受光デバイス１０２のみが受光する。受光
した信号は、近傍のＰＥで処理され、電気配線１０４あ
るいは光配線１０５を通じて伝送され、最終的に所望の
演算結果を得る。この様に、電気配線と光配線を有機的
に結びつけることができる。
【００５０】（実施例３）本実施例は、光源としてＬＤ
とＬＥＤとを組み合わせる例に関わる。実施例１では光
源としてＬＥＤを、実施例２では光源としてＬＤを用い
たが、場合によっては本実施例の様に混在させてもよ
い。
とＬＥＤとを組み合わせる例に関わる。実施例１では光
源としてＬＥＤを、実施例２では光源としてＬＤを用い
たが、場合によっては本実施例の様に混在させてもよ
い。
【００５１】図１０はその構成例を模式的に示したもの
である。図１０において、１０２ａは１×Ｎ光配線用の
光デバイスであり、実施例１のものを用いることで、１
つのＰＥからの出力を多出力（ファンアウト）すること
ができる。一方、１０２ｂは、１×１光配線用の光デバ
イスであり、実施例２のものを用いることで１×１の光
接続が可能になる。１×Ｎ光配線にくらべ、配線の柔軟
性は失われるが高速のデータ転送が可能になる。
である。図１０において、１０２ａは１×Ｎ光配線用の
光デバイスであり、実施例１のものを用いることで、１
つのＰＥからの出力を多出力（ファンアウト）すること
ができる。一方、１０２ｂは、１×１光配線用の光デバ
イスであり、実施例２のものを用いることで１×１の光
接続が可能になる。１×Ｎ光配線にくらべ、配線の柔軟
性は失われるが高速のデータ転送が可能になる。
【００５２】場合によっては１個のＰＥに、１０２ａお
よび１０２ｂ両方の機能を有する光デバイスを配置して
もよい。この様に、電気配線と同様に光配線で１×１お
よび１×Ｎ接続を可能にでき、トータルではＮ×Ｎの接
続が容易に可能になるため、飛躍的なデータ処理速度の
向上をはかることができる。
よび１０２ｂ両方の機能を有する光デバイスを配置して
もよい。この様に、電気配線と同様に光配線で１×１お
よび１×Ｎ接続を可能にでき、トータルではＮ×Ｎの接
続が容易に可能になるため、飛躍的なデータ処理速度の
向上をはかることができる。
【００５３】
【発明の効果】以上に説明した様に、本発明により以下
の如き効果が奏される。 （１）Ｓｉ球等の立体形状半導体結晶の表面に光源およ
び受光デバイス（典型的には、ＩＣおよび複数の光源お
よび受光デバイス）を配置することで、内部を伝送路と
することができるため、飛躍的に配線密度および転送容
量を上げられる。
の如き効果が奏される。 （１）Ｓｉ球等の立体形状半導体結晶の表面に光源およ
び受光デバイス（典型的には、ＩＣおよび複数の光源お
よび受光デバイス）を配置することで、内部を伝送路と
することができるため、飛躍的に配線密度および転送容
量を上げられる。
【００５４】（２）この光伝送路はフレキシブルである
ため、Ｎ×Ｎ接続が容易なため、ピンボトルネックを解
決できる。
ため、Ｎ×Ｎ接続が容易なため、ピンボトルネックを解
決できる。
【００５５】（３）Ｓｉ球上にＧａＡｓＮ系の発光層を
積層できるため、きわめて消費電力の小さい光デバイス
が作製できる。
積層できるため、きわめて消費電力の小さい光デバイス
が作製できる。
【図１】図１は、本発明の実施例１の全体を示す正面図
である。
である。
【図２】図２は、Sｉ球上にＩＣと電気配線を形成した
段階の本発明の実施例１を示す正面図である。
段階の本発明の実施例１を示す正面図である。
【図３】図３は、ＩＣと電気配線を形成したSｉ球を窒
化膜で覆った後に光デバイス作製部分を平面状に研磨し
た段階の本発明の実施例１を示す正面図である。
化膜で覆った後に光デバイス作製部分を平面状に研磨し
た段階の本発明の実施例１を示す正面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１のSｉ球の光デバイ
ス作製領域の断面図である。
ス作製領域の断面図である。
【図５】図５は、Sｉ球の光デバイス作製領域に光デバ
イスを作製した段階の本発明の実施例１の断面図であ
る。
イスを作製した段階の本発明の実施例１の断面図であ
る。
【図６】図６は、Sｉ球の光デバイス作製領域に作製さ
れたＬＥＤ部分の断面図である。
れたＬＥＤ部分の断面図である。
【図７】図７は、発光デバイスの活性層のエネルギーバ
ンド構造図である。
ンド構造図である。
【図８】図８は、Sｉ球の光デバイス作製領域に光デバ
イスを作製した段階の本発明の実施例２の断面図であ
る。
イスを作製した段階の本発明の実施例２の断面図であ
る。
【図９】図９は、１×１の光の授受を説明する本発明の
実施例２の正面図である。
実施例２の正面図である。
【図１０】図１０は、１×１及び１×Ｎの光の授受を説
明する本発明の実施例３の正面図である。
明する本発明の実施例３の正面図である。
１０１ Ｓｉ球 １０２ 光デバイス（光源、受光デバイス） １０２ａ １×Ｎ光配線用光デバイス １０２ｂ １×１光配線用光デバイス １０３ 電子デバイス（ＩＣ） １０４ 球表面上の電気配線 １０５ 球内部の光配線（光伝送路） ３０１ 窒化膜 ３０２ （１１１）面 ５０２ バッファ層 ５０３ 光源（ＬＥＤ） ５０４、８０２ 受光デバイス（ＰＤ） ５０５、８０５ 入射光 ５０６、８０４ 出射光 ５０７、８０３ 電極パッド ６０２ ｎ型反射型 ６０３ 活性層 ６０４ ｐ型反射型 ６０５ 狭窄層 ６０６ 正電極 ６０７ 負電極 ７０１ 井戸層 ７０２ 障壁層 ７０３ クラッド層 ８０１ 光源（ＶＣＳＥＬ）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｓ 5/323 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ａ Ｆターム(参考） 5F041 AA25 CA04 CA12 CA33 CA34 CA65 CA66 CB01 5F049 MB07 NA20 PA03 PA04 RA01 RA07 SS03 SS06 UA01 UA20 5F073 AB14 AB17 BA09 CA17 CB04 CB08 DA06 DA21 DA27 EA14 5F089 AA01 AB03 AB08 AC05 AC06 AC07 AC09 AC10 CA20 CA21
Claims (11)
- 【請求項１】半導体の立体形状結晶の表面に、少なくと
も、発光デバイスと受光デバイスを含む光デバイスが複
数集積され、該立体形状結晶の内部を光配線媒体として
用いて該発光デバイスと受光デバイス間で光を授受する
ことを特徴とする光電融合デバイス。 - 【請求項２】前記半導体の立体形状結晶はＳｉ球であ
り、その表面に電子デバイスと光デバイスが複数集積さ
れている請求項１に記載の光電融合デバイス。 - 【請求項３】前記光デバイスは、その構成材料の一部に
ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＮＡｓ、ＧａＩｎＮ
ＡｓＰ等のＩＩＩ−ＶＮ半導体材料或いはＳｉＧｅ等の
ＩＶ族半導体材料が使われている請求項２に記載の光電
融合デバイス。 - 【請求項４】前記光デバイスは、格子整合調整用のバッ
ファ層を介して前記半導体の立体形状結晶の表面に形成
されている請求項１乃至３の何れかに記載の光電融合デ
バイス。 - 【請求項５】前記発光デバイスは、それから発光される
光が、自然放出光或いは誘導放出光であり、前記半導体
の立体形状結晶内部に放射され、かつ該光の波長が該半
導体の立体形状結晶のバンドギャップ波長よりも長い請
求項１乃至４の何れかに記載の光電融合デバイス。 - 【請求項６】前記発光デバイスは、光を前記半導体の立
体形状結晶内部に放射して、１つ或いは複数の前記受光
デバイスが該光を受光できる様に形成されている請求項
５に記載の光電融合デバイス。 - 【請求項７】前記発光デバイスは、それから発光される
光が、自然放出光或いは誘導放出光であり、外部に光を
発光できる様に形成されている請求項１乃至４の何れか
に記載の光電融合デバイス。 - 【請求項８】前記受光デバイスは、１つ或いは複数の前
記発光デバイスから前記半導体の立体形状結晶内部に放
射された光を受光できる様に形成されている請求項１乃
至７の何れかに記載の光電融合デバイス。 - 【請求項９】前記受光デバイスは、外部からの光を受光
できる様に形成されている請求項１乃至７の何れかに記
載の光電融合デバイス。 - 【請求項１０】前記発光デバイスは、１つの受光デバイ
スに向けて光を前記半導体の立体形状結晶内部に放射で
きる発光デバイスと、複数の受光デバイスに向けて光を
該半導体の立体形状結晶内部に放射できる発光デバイス
とを含む請求項１乃至９の何れかに記載の光電融合デバ
イス。 - 【請求項１１】前記半導体の立体形状結晶の表面に電子
デバイスと光デバイスが複数集積されており、該電子デ
バイスは、前記発光デバイスの発光・消光を制御する機
能、前記受光デバイスで受けた光を電気信号に変える機
能、およびその電気信号をもとに論理演算する機能の少
なくとも１つの機能を有する請求項１乃至１０の何れか
に記載の光電融合デバイス。
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