JP2003139979A - Photoelectric merging element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高速信号処理装置
における信号処理回路チップ間の信号伝送に光を用いる
いわゆる光インターコネクションにおいて特に同一配線
基板上に信号処理チップと電気配線および光配線を設け
た光電融合素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called optical interconnection in which light is used for signal transmission between signal processing circuit chips in a high-speed signal processing device, and in particular, a signal processing chip, an electric wiring and an optical wiring are provided on the same wiring board. It also relates to optoelectronic devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】中央処理装置（ＣＰＵ）のデータ処理速
度の高速化に代表される電子回路による信号処理装置の
高速化は止まるところを知らない。一方、それに伴い信
号処理チップ間の配線接続においても高速信号伝送が要
求されているが、これらチップ間の配線はその容量が大
きいため、信号伝送に必要とされる消費電力が増大した
り、高速信号によるノイズ発生が大きくなるなど、電気
信号による配線には限界が生じ始めている。2. Description of the Related Art The speeding up of signal processing devices by electronic circuits, represented by the speeding up of data processing speed of central processing units (CPUs), cannot be stopped. On the other hand, along with this, high-speed signal transmission is required also in the wiring connection between the signal processing chips. However, since the wiring between these chips has a large capacity, the power consumption required for signal transmission increases and Wiring due to electric signals is beginning to be limited, such as noise generation due to signals becoming large.
【０００３】これらの問題を解消する方法として、信号
を光に変換してチップ間を配線するいわゆる光インター
コネクションを用いた光電融合素子が提案されている。
これは処理回路チップの出力を一旦光信号に変換し光導
波路または導光路を通すいわゆる光配線により別のチッ
プに伝送し、そこで再び電気信号に変換した後に信号処
理を行うというものである。この方法によれば、従来消
費電力の発生源である信号配線における電気的充放電が
不用となるため大幅な消費電力の低減が実現されると共
に、配線からの電磁輻射によるノイズがなくなるなど多
大な効果が期待される。As a method for solving these problems, an optoelectronic device using a so-called optical interconnection for converting a signal into light and wiring between chips has been proposed.
This is such that the output of the processing circuit chip is once converted into an optical signal and is transmitted to another chip by so-called optical wiring that passes through an optical waveguide or a light guide path, and is converted into an electric signal again and then signal processing is performed. According to this method, since electric charging and discharging in the signal wiring, which is a conventional source of power consumption, is unnecessary, a large reduction in power consumption is realized, and noise due to electromagnetic radiation from the wiring is eliminated. Expected to be effective.
【０００４】しかしながら全ての電気配線を光に置き換
えた完全な光化は行われず、一部を光化するのが実際的
である。これは、例えばＣＰＵとメモリ間のデータのや
り取りに代表されるようにデータの書き込み又は読み出
しを制御する信号は、ハイ・レベルもしくはロー・レベ
ルの直流（ＤＣ）的な信号であり、これらは単純にその
ままの状態で光に変換するとかえって電力消費量が増え
ることになるため、電気のままで送る方が良い。一方、
データ信号は、高速でハイ・レベル、ロー・レベルが入
れ替わるため、高速性の要求と低消費電力の要求を同時
に満足する光で送る方が電力消費量およびノイズ発生量
共に低減できる。従って電気配線と光配線が混合した光
電融合素子が必須となる。電気・光融合回路配線構造の
一例としては、例えば特開２００１−２１７５１２号公
報に記載されている技術が挙げられる。However, the complete optical conversion in which all electric wirings are replaced with light is not carried out, and it is practical to convert a part of them into optical. This is because a signal that controls writing or reading of data, as represented by data exchange between a CPU and a memory, is a high-level or low-level direct current (DC) signal, and these are simple. It is better to send electricity as it is, since converting to light as it is will increase power consumption. on the other hand,
Since the high level and the low level of the data signal are switched at high speed, it is possible to reduce both the power consumption and the noise generation amount by transmitting the data signal with light that simultaneously satisfies the requirements of high speed and low power consumption. Therefore, an optoelectronic device in which electric wiring and optical wiring are mixed is essential. As an example of the electric / optical fusion circuit wiring structure, for example, the technique described in JP 2001-217512 A can be mentioned.
【０００５】従来の光電融合素子の一例を図１に示す。
図１（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−
Ａ’断面図である。本例では、基板１上の電気配線８と
ハンダバンプ９により接続実装された処理回路を内蔵し
た電子回路チップ２１の４つのチャンネルの出力端子４
１〜４４のうち２チャンネル４２、４３からの電気信号
は高速信号のため電気では長い距離を伝送する事が出来
ず、従って発光回路素子３１内に形成された面発光レー
ザ等による発光素子５１、５２により電気−光変換され
る。その出力信号である光信号は基板１上のマイクロミ
ラー７１により９０°方向を変換された後導光路１０
１、１０２を通して基板１上をある距離伝送された後、
再度マイクロミラー７２により９０°方向を変換され、
その後、受光回路素子３２の受光素子６１，６２により
光電変換され、電気信号として電子回路チップ２２の入
力端子８２、８３に送られる。一方、電子回路チップ２
１の出力端子４１、４４からの電気信号は比較的低速信
号のため、光への変換は必要なく、そのまま電気配線２
０１、２０２により電子回路チップ２２の入力端子８
１、８４まで送られる。An example of a conventional optoelectronic device is shown in FIG.
1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is A- in FIG.
It is an A'sectional view. In this example, the output terminals 4 of the four channels of the electronic circuit chip 21 incorporating the processing circuit connected and mounted by the electrical wiring 8 on the substrate 1 and the solder bumps 9 are mounted.
The electrical signals from the two channels 42 and 43 of the channels 1 to 44 cannot be electrically transmitted over a long distance because they are high-speed signals. Therefore, a light emitting element 51 such as a surface emitting laser formed in the light emitting circuit element 31 is used. Electric-optical conversion is performed by 52. The optical signal which is the output signal is converted in the direction of 90 ° by the micro mirror 71 on the substrate 1 and then the light guide path 10
After being transmitted a certain distance on the substrate 1 through 1, 102,
The 90 ° direction is converted again by the micro mirror 72,
After that, photoelectric conversion is performed by the light receiving elements 61 and 62 of the light receiving circuit element 32, and the signals are sent to the input terminals 82 and 83 of the electronic circuit chip 22 as electric signals. On the other hand, electronic circuit chip 2
Since the electric signals from the output terminals 41 and 44 of No. 1 are relatively low-speed signals, conversion to light is not necessary and the electric wiring 2
The input terminal 8 of the electronic circuit chip 22 by 01 and 202
Sent up to 1,84.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記の例では、光配線
２本および電気配線２本の単純な光電融合素子を示した
が、通常この種の回路規模は大きく、配線数はそれぞれ
数百本となってくることが多い。そのため配線のスペー
スは膨大となることから、基板上への配線のレイアウト
に困難を伴い、その結果、光電融合素子はその集積度が
上げられないのが実情である。In the above example, a simple optoelectronic device having two optical wirings and two electric wirings is shown. However, a circuit scale of this kind is usually large, and the number of wirings is several hundreds, respectively. It often becomes. As a result, the wiring space becomes enormous, which makes it difficult to lay out the wiring on the substrate, and as a result, the degree of integration of the optoelectronic device cannot be increased.
【０００７】また、電気配線に関しては、微細加工技術
の進展に伴い、その微細度が年々向上し、線幅はサブミ
クロンのサイズが実現されて来ているが、一方の光配線
に関しては、その断面サイズは光が入射するための回折
限界に依存して最低サイズが規定されており、むやみに
微細化することは出来ず、数ミクロンのサイズが必要で
ある。この状態においては、電気配線は高密度化が可能
であるが、光配線は電気配線とは同一密度での配線は出
来ず、結果として配線密度のアンバランスとレイアウト
の困難さを伴い、前述と同様に光電融合素子の集積度が
上げられない結果となる。With respect to electrical wiring, the fineness of the wiring has been improved year by year with the progress of fine processing technology, and the line width has been reduced to the submicron size. The minimum cross-sectional size is defined depending on the diffraction limit for the incidence of light, and it cannot be unnecessarily miniaturized, requiring a size of several microns. In this state, the electrical wiring can be densified, but the optical wiring cannot be wired with the same density as the electrical wiring, resulting in imbalance of wiring density and difficulty of layout. Similarly, the integration degree of the optoelectronic device cannot be increased.
【０００８】したがって本発明の目的は、集積度の向上
を可能とする光電融合素子を提供することにある。Therefore, it is an object of the present invention to provide an optoelectronic device capable of improving the degree of integration.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】従来の問題は、光電融合
素子を実現する際に、電子回路素子において用いられて
いた電気配線技術と、一方光通信用素子に用いられてい
た導波路、導光路等の光配線技術を単に組み合わせた技
術によって実現しようとしていることに起因するもので
あり、上記のような問題解決には全く新しい方法が必要
である事が認識されるに至った。The problems of the prior art include the electric wiring technology used in electronic circuit elements when realizing optoelectronic devices, and the waveguides and waveguides used in optical communication elements. It is due to the fact that it is attempted to be realized by a technique that simply combines optical wiring techniques such as an optical path, and it has been recognized that a completely new method is necessary to solve the above problems.
【００１０】本発明は上記問題を解決するため、具体的
には全く新規な発想に基づく部材により電気配線と光配
線の両者を兼ね備える機能を有する配線媒体を提供する
ものであり、その結果全体の配線本数を大幅に減らす事
を可能とし、結果として、光電融合素子の集積度を上げ
る事を可能とするものである。In order to solve the above problems, the present invention specifically provides a wiring medium having a function of having both electric wiring and optical wiring by a member based on a completely new idea, and as a result, the whole of the wiring medium is provided. It is possible to significantly reduce the number of wirings, and as a result, it is possible to increase the integration degree of the optoelectronic device.
【００１１】すなわち、上記目的は、電気信号を出力す
る電気信号出力部と、電気信号を入力する電気信号入力
部と、光信号を出射する発光部と、光信号を受信する受
光部と、前記電気信号出力部および電気信号入力部と電
気的に接続され且つ前記発光部および受光部と光学的に
結合された電気および光を通す電気光配線とを備えた光
電融合素子により、達成されるものである。That is, the object is to provide an electric signal output section for outputting an electric signal, an electric signal input section for inputting the electric signal, a light emitting section for emitting an optical signal, a light receiving section for receiving the optical signal, and What is achieved by an optoelectronic fusion device including an electric and optical wiring for electrically transmitting light and light which is electrically connected to an electric signal output portion and an electric signal input portion and is optically coupled to the light emitting portion and the light receiving portion. Is.
【００１２】ここで、電気光配線は、金属とその酸化物
または窒化物を用いて構成することができる。金属とし
ては、例えばＩｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ａ
ｌ、Ｗ、ＭｇおよびＣｄからなる群より選択された少な
くとも１つを用いることができる。また電気光配線は、
表面近傍部に導電性を付与した透光性部材から構成する
ことができる。透光性部材はＳｉを含むことができる。
また電気光配線は、表面近傍部に透光性を付与した導電
性部材から構成することができる。さらに、電気光配線
は、１つ又は複数の有機透明導電材料から構成すること
ができる。この場合、有機透明導電材料は、例えばポリ
アニリン、ポリイソチアナフテン、ポリアセン、ポリフ
ェニレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレ
ン、ポリピロールおよびポリチオフェンからなる群より
選択することができる。Here, the electro-optical wiring can be formed by using a metal and its oxide or nitride. Examples of the metal include In, Sn, Zn, Ti, Cr, Sb, and A.
At least one selected from the group consisting of 1, W, Mg and Cd can be used. In addition, electro-optical wiring,
It can be composed of a light-transmissive member having conductivity near the surface. The translucent member may include Si.
Further, the electro-optical wiring can be composed of a conductive member having a translucent property in the vicinity of the surface. Further, the electro-optical wiring can be composed of one or more organic transparent conductive materials. In this case, the organic transparent conductive material can be selected, for example, from the group consisting of polyaniline, polyisothianaphthene, polyacene, polyphenylene, polyparaphenylene, polyphenylenevinylene, polypyrrole and polythiophene.
【００１３】また、本光電融合素子は、電気信号出力部
が複数設けられ、各電気信号出力部が多重伝送可能な電
気信号を出力でき、電気信号入力部が複数設けられ、各
電気信号入力部が多重伝送された電気信号を入力して所
望の電気信号を検出できるものであり、電気光配線が前
記複数の電気信号出力部および複数の電気信号入力部と
電気的に接続されるようにすることができる。さらに、
本光電融合素子は、発光部が複数設けられ、各発光部が
多重伝送可能な光信号を出射でき、受光部が複数設けら
れ、各受光部が多重伝送された光信号を受信して所望の
光信号を検出できるものであり、電気光配線が前記複数
の発光部および複数の受光部と光学的に結合されるよう
にすることができる。Further, in the optoelectronic device, a plurality of electric signal output sections are provided, each electric signal output section can output an electric signal that can be multiplexed and transmitted, and a plurality of electric signal input sections are provided, and each electric signal input section is provided. Is capable of detecting a desired electric signal by inputting the multiplexed electric signal, and the electro-optical wiring is electrically connected to the plurality of electric signal output units and the plurality of electric signal input units. be able to. further,
This optoelectronic device is provided with a plurality of light emitting portions, each light emitting portion can emit an optical signal that can be multiplexed and transmitted, and a plurality of light receiving portions are provided, and each light receiving portion receives the multiplexed optical signal and receives a desired signal. An optical signal can be detected, and the electro-optical wiring can be optically coupled to the plurality of light emitting units and the plurality of light receiving units.
【００１４】また、本発明に係る電気光配線は、表面近
傍部に導電性を付与した透光性部材から構成することが
でき、または表面近傍部に透光性を付与した導電性部材
から構成することができる。この場合、表面近傍部内側
に低屈折率部を有するようにすることができる。The electro-optical wiring according to the present invention can be composed of a translucent member having conductivity in the vicinity of the surface, or a conductive member having transparency in the vicinity of the surface. can do. In this case, the low refractive index portion can be provided inside the surface vicinity portion.
【００１５】さらに、本発明に係る電気光配線の作製方
法は、基板上に透光性を有する配線パターンを形成する
工程と、前記配線パターンの表面近傍部に導電性を付与
する工程とを備えることができ、または基板上に導電性
を有する配線パターンを形成する工程と、前記配線パタ
ーンの表面近傍部に透光性を付与する工程とを備えるこ
とができる。Further, the method for producing an electro-optical wiring according to the present invention comprises a step of forming a transparent wiring pattern on a substrate and a step of imparting conductivity to the vicinity of the surface of the wiring pattern. Or a step of forming a conductive wiring pattern on the substrate, and a step of imparting translucency to the vicinity of the surface of the wiring pattern.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明は、光配線を形成する薄膜
光導波路もしくは薄膜導光路を透明導電性部材とし、電
気配線を兼ねる機能を持たせたものである。また本発明
は、光配線を形成する薄膜光導波路もしくは薄膜導光路
の表面層を導電性部材とし、電気配線を兼ねる機能を持
たせたものである。更に詳しくは透光性の光配線材料の
表面近傍を導電性とするために、導電性材料を付加、添
加または注入するものである。また本発明の他の形態
は、光配線を形成する薄膜光導波路もしくは薄膜導光路
の中心部分を導電性部材とし、電気配線を兼ねる機能を
持たせたものである。また本発明の他の形態は、光配線
を形成する薄膜光導波路もしくは薄膜導光路それ自体を
良好な導電性とし、電気配線を兼ねる機能を持たせるも
のである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a thin film optical waveguide or a thin film optical waveguide forming an optical wiring is made of a transparent conductive member and has a function also serving as an electric wiring. Further, according to the present invention, the thin film optical waveguide forming the optical wiring or the surface layer of the thin film light guiding path is made of a conductive member to have a function also serving as electric wiring. More specifically, in order to make the vicinity of the surface of the translucent optical wiring material conductive, a conductive material is added, added or injected. Further, according to another aspect of the present invention, the thin film optical waveguide forming the optical wiring or the central portion of the thin film optical waveguide is made of a conductive member so as to have a function also serving as electric wiring. According to another aspect of the present invention, the thin-film optical waveguide forming the optical wiring or the thin-film optical waveguide itself has good conductivity and has a function also as electric wiring.
【００１７】以下、図にしたがって本発明を詳述する
が、まず基本構造である電気光配線の実施例を説明し、
その後、この電気光配線をもちいた光電融合素子の実施
例を説明する。The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, an embodiment of electro-optical wiring, which is a basic structure, will be described.
Then, an example of the optoelectronic device using this electro-optical wiring will be described.
【００１８】（基本構造実施例１）図２に本発明の基本
構造である電気光配線の第１の実施例を示す。図２
（ａ）は幅方向断面、（ｂ）は長手方向断面をそれぞれ
示す図である。本実施例では、基板１上に例えばＩｎ２
Ｏ３（酸化インジウム）、ＳｎＯ２（酸化スズ）やＺｎ
Ｏ３（酸化亜鉛）等が蒸着あるいはスパッタリング等に
より着膜された後に、ウエットまたはドライエッチング
等により配線パターン１０３が形成される。上記Ｉｎ２
Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ３はそれ自身が透明かつ導電性
を有しているが、更に導電性を増すためには金属イオン
注入、金属拡散または水素雰囲気中での還元により、表
面近傍を金属リッチとする。また、例えばＳｉＯＮｘ
（シリコン窒化酸化膜）、ＳｉＮｘ（シリコン窒化膜）
などの透明絶縁材料の場合は、これが蒸着あるいはスパ
ッタリング等により着膜された後に、ウエットまたはド
ライエッチング等により配線パターン１０３が形成され
る。この場合、屈折率１．８〜２．０のＳｉＯＮｘをコ
ア１０４とし、屈折率１．４６のＳｉＯ２をクラッド１
０６と成るように形成することにより良好な導波路が得
られる。更にその後水素雰囲気でＳｉＯＮｘ表面近傍部
１０５を還元させかつイオン注入によりＰ（燐）をドー
プすることによりｎ＋Ｓｉとして表面層に導電性を付与
する。その結果配線パターン１０３の内部１０４は光導
波路または導光路として機能し、表面近傍部１０５は電
気配線として機能する。(Embodiment 1 of Basic Structure) FIG. 2 shows a first embodiment of the electro-optical wiring which is the basic structure of the present invention. Figure 2
(A) is a figure which shows a cross section in a width direction, and (b) is a figure which shows a cross section in a longitudinal direction, respectively. In this embodiment, for example, In 2 is formed on the substrate 1.
O 3 (indium oxide), SnO 2 (tin oxide), Zn
After deposition of O 3 (zinc oxide) or the like by vapor deposition or sputtering, the wiring pattern 103 is formed by wet or dry etching. In 2 above
O 3 , SnO 2 , and ZnO 3 are transparent and conductive by themselves, but in order to further increase the conductivity, metal ion implantation, metal diffusion, or reduction in a hydrogen atmosphere causes metal near the surface. Rich Also, for example, SiONx
(Silicon oxynitride film), SiNx (silicon nitride film)
In the case of a transparent insulating material such as, the wiring pattern 103 is formed by wet or dry etching after the film is deposited by vapor deposition or sputtering. In this case, SiONx having a refractive index of 1.8 to 2.0 is used as the core 104, and SiO 2 having a refractive index of 1.46 is used as the cladding 1.
A good waveguide can be obtained by forming so as to have a thickness of 06. After that, the SiONx surface vicinity portion 105 is reduced in a hydrogen atmosphere, and P (phosphorus) is doped by ion implantation to give conductivity to the surface layer as n + Si. As a result, the inside 104 of the wiring pattern 103 functions as an optical waveguide or a light guide path, and the surface vicinity portion 105 functions as an electric wiring.
【００１９】光入出射用の端面１０７は表面の導電層お
よび界面の低屈折率層を除去することにより形成され
る。図２（ｂ）において矢印２０１は電気的伝送を、矢
印２０２は光伝送を示す。The light entrance / exit end face 107 is formed by removing the conductive layer on the surface and the low refractive index layer on the interface. In FIG. 2B, an arrow 201 indicates electric transmission and an arrow 202 indicates optical transmission.
【００２０】（基本構造実施例２）図３に本発明の基本
構造である電気光配線の第２の実施例を示す。図３
（ａ）は幅方向断面、（ｂ）は長手方向断面をそれぞれ
示す図である。本実施例では、基板１’上に例えばＩｎ
（インジウム）やＳｎ（錫）、Ｚｎ（亜鉛）等の金属材
料を蒸着あるいはスパッタリング等により着膜し、その
後、ウエットまたはドライエッチング等により配線パタ
ーン１０３’を形成する。さらにその後酸素雰囲気中で
加熱する事により、表面層を酸化し金属酸化物を形成す
る。その結果、配線パターン１０３’の内部１０４’
は、例えばＩｎのように金属のままであるため、電気配
線として機能する。一方表面近傍部１０５’は酸化処理
により例えば屈折率２．０のＩｎ２Ｏ３とすることによ
り透光性を有し光導波路または導光路として機能する。
その際、光導波路の層と電気配線の層の界面部分で光吸
収により損失が生じるため、伝送距離が長い場合は酸化
処理条件を適当に選ぶことにより、酸化の度合いを変え
界面部分に屈折率のやや低い層（低屈折率部）１０６’
を設ける事が必要である。(Second Embodiment of Basic Structure) FIG. 3 shows a second embodiment of the electro-optical wiring which is the basic structure of the present invention. Figure 3
(A) is a figure which shows a cross section in a width direction, and (b) is a figure which shows a cross section in a longitudinal direction, respectively. In the present embodiment, for example In
A metal material such as (indium), Sn (tin), and Zn (zinc) is deposited by vapor deposition or sputtering, and then a wiring pattern 103 'is formed by wet or dry etching. Then, by heating in an oxygen atmosphere, the surface layer is oxidized to form a metal oxide. As a result, the inside 104 'of the wiring pattern 103'
Since it is a metal such as In, it functions as an electric wiring. On the other hand, the surface vicinity portion 105 ′ has a light-transmitting property and functions as an optical waveguide or a light guide path by being made into In 2 O 3 having a refractive index of 2.0 by oxidation treatment.
At that time, since light loss occurs at the interface between the optical waveguide layer and the electrical wiring layer, when the transmission distance is long, the degree of oxidation can be changed by appropriately selecting the oxidation treatment conditions, and the refractive index at the interface can be changed. Slightly lower layer (low refractive index portion) 106 '
It is necessary to provide.
【００２１】電気的接続用の端面１０７’は表面近傍部
１０５’を一部除去することにより形成する事が可能で
ある。図３（ｂ）において矢印２０１’は電気的伝送
を、矢印２０２’は光伝送を示す。The end surface 107 'for electrical connection can be formed by partially removing the surface vicinity portion 105'. In FIG. 3B, an arrow 201 'indicates electrical transmission and an arrow 202' indicates optical transmission.
【００２２】（基本構造実施例３）図４に本発明の基本
構造である電気光配線の第３の実施例を示す。図４
（ａ）は幅方向断面、（ｂ）は長手方向断面をそれぞれ
示す図である。本実施例では、基板１”上に例えば透明
導電性高分子として例えばポリアニリンを印刷等により
所望のパターン１０３”に形成する。これによって配線
パターン１０３”は、光を透過することにより光導波路
または導光路として機能する一方で、導電性を有するこ
とにより電気配線としても機能する。端面１０７”は配
線パターン１０３”を一部除去することにより形成する
事が可能である。図４（ｂ）において矢印２０１”は電
気的伝送を、矢印２０２”は光伝送を示す。(Embodiment 3 of Basic Structure) FIG. 4 shows a third embodiment of the electro-optical wiring which is the basic structure of the present invention. Figure 4
(A) is a figure which shows a cross section in a width direction, and (b) is a figure which shows a cross section in a longitudinal direction, respectively. In this embodiment, for example, polyaniline as a transparent conductive polymer is formed on the substrate 1 ″ in a desired pattern 103 ″ by printing or the like. As a result, the wiring pattern 103 ″ functions as an optical waveguide or a light guide path by transmitting light, and also functions as an electric wiring by having conductivity. The end face 107 ″ partially removes the wiring pattern 103 ″. 4B, an arrow 201 ″ indicates electric transmission and an arrow 202 ″ indicates optical transmission.
【００２３】（光電融合素子実施例１）図５に本発明に
よる前述の電気光配線をもちいた光電融合素子の第１の
実施例を示す。図５（ａ）はその平面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。本実施例におい
て、電気および光を通す電気光配線１１１、１１２は上
記基本構造実施例１、２、３で述べた材料により形成さ
れている。本実施例は、図５に示す様にレイアウトする
事によって、面発光レーザ等による発光素子（発光部）
５１、５２とそれぞれ光学的に結合された電気光配線１
１１、１１２を介して光信号を受光素子（受光部）６
１、６２に伝える機能と、出力端子（電気信号出力部）
４１、４４とそれぞれ電気的に接続された電気光配線１
１１、１１２を介して電気信号を入力端子（電気信号入
力部）８１、８４へ伝える機能とを併せ持つ。(Embodiment 1 of Optoelectronic Fusion Device) FIG. 5 shows a first embodiment of an optoelectronic fusion device using the above-mentioned electro-optical wiring according to the present invention. 5A is a plan view thereof, and FIG. 5B is a sectional view taken along line AA ′ in FIG. In this embodiment, the electro-optical wirings 111 and 112 for transmitting electricity and light are formed of the materials described in the first, second and third embodiments of the basic structure. In this embodiment, by laying out as shown in FIG. 5, a light emitting element (light emitting portion) by a surface emitting laser or the like is used.
Electro-optical wiring 1 optically coupled to 51 and 52, respectively
A light receiving element (light receiving portion) 6 receives an optical signal via 11, 112.
Function to transmit to 1, 62, and output terminal (electrical signal output section)
Electro-optical wiring 1 electrically connected to 41 and 44, respectively
It also has a function of transmitting an electric signal to the input terminals (electrical signal input section) 81, 84 via 11, 112.
【００２４】すなわち、本実施例では、基板１上の電気
配線８とハンダバンプ９により接続実装された処理回路
を内蔵した電子回路チップ２１の４つのチャンネルの出
力端子４１〜４４のうち２チャンネル４２、４３からの
電気信号は、発光回路素子３１内に形成された面発光レ
ーザ等による発光素子５１、５２により電気−光変換さ
れる。その出力である光信号は基板１上のマイクロミラ
ー７１により９０°方向を変換された後、電気光配線１
１１、１１２を通して基板１上をある距離伝送され、そ
の後、再度マイクロミラー７２により９０°方向を変換
された後、受光回路素子３２の受光素子６１，６２によ
り光電変換され、電気信号として電子回路チップ２２の
入力端子８２、８３に送られる。一方、電子回路チップ
２１の出力端子４１、４４からの電気信号は同様に電気
光配線１１１、１１２を通して電子回路チップ２２の入
力端子８１、８４まで送られる。That is, in this embodiment, two channels 42 of the output terminals 41 to 44 of the four channels of the electronic circuit chip 21 incorporating the processing circuit connected and mounted by the electric wiring 8 and the solder bumps 9 on the substrate 1 are used. The electric signal from 43 is electro-optically converted by the light emitting elements 51 and 52 formed by the surface emitting laser or the like formed in the light emitting circuit element 31. The output optical signal is converted in 90 ° direction by the micro mirror 71 on the substrate 1, and then the electro-optical wiring 1
After being transmitted over a certain distance on the substrate 1 through 11, 112, the 90 ° direction is converted again by the micro mirror 72, and then photoelectrically converted by the light receiving elements 61, 62 of the light receiving circuit element 32, and an electronic circuit chip as an electric signal. It is sent to the input terminals 82 and 83 of 22. On the other hand, electric signals from the output terminals 41 and 44 of the electronic circuit chip 21 are similarly sent to the input terminals 81 and 84 of the electronic circuit chip 22 through the electro-optical wirings 111 and 112.
【００２５】この結果、従来技術おいて使用されていた
電気配線が不要となり、図１と図５を対比する事で明確
なように、配線に使用する面積を減少させる事が可能と
なり、かつ光電融合素子の集積度を大幅に上げる事が可
能となる。As a result, the electric wiring used in the prior art becomes unnecessary, and as is clear from the comparison between FIG. 1 and FIG. 5, the area used for wiring can be reduced and the photoelectric conversion can be reduced. It is possible to significantly increase the integration degree of the fusion element.
【００２６】（光電融合素子実施例２）図６に本発明に
よる前述の電気光配線をもちいた光電融合素子の第２の
実施例を示す。図６（ａ）はその平面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図である。本実施例におい
て、電気および光を通す電気光配線１００は上記基本構
造実施例１、２、３で述べた材料により形成されてい
る。本実施例は、図６に示すレイアウト構成とすること
により、面発光レーザ等による発光素子（発光部）５
１、５２と光学的に結合された電気光配線１００を介し
て互いに異なる強度の光信号を多重光信号として受光素
子（受光部）６１、６２に伝える機能と、更に、出力端
子（電気信号出力部）４１、４４と電気的に接続された
電気光配線１００を介して互いに異なるレベルの電気信
号を多重電気信号として入力端子（電気信号入力部）８
１、８４へ伝える機能とを併せ持つ。(Embodiment 2 of optoelectronic fusion device) FIG. 6 shows a second embodiment of the optoelectronic fusion device using the above-mentioned electro-optical wiring according to the present invention. 6A is a plan view thereof, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. In this embodiment, the electro-optical wiring 100 that allows electricity and light to pass through is made of the material described in the first, second, and third embodiments of the basic structure. In this embodiment, the light emitting element (light emitting portion) 5 such as a surface emitting laser is provided by using the layout configuration shown in FIG.
The function of transmitting optical signals of different intensities as multiplexed optical signals to the light receiving elements (light receiving portions) 61 and 62 through the electro-optical wiring 100 optically coupled with the optical terminals 1 and 52, and further to the output terminal (electrical signal output Section) 41, 44 through an electric optical wiring 100 electrically connected to the input terminals (electrical signal input section) 8 as multiplexed electrical signals having different electrical signals.
It also has the function of transmitting to 1, 84.
【００２７】上記多重光信号および多重電気信号の合成
・分離方式に関して図７（ａ）〜（ｃ）に従って説明す
る。図７（ａ）の信号は、上記発光素子５１の出力信号
もしくは出力端子４１の出力信号であり出力レベルは０
もしくは１を取る。図７（ｂ）の信号は上記発光素子５
２もしくは出力端子４４の出力信号であり出力レベルは
０もしくは２を取る。この光信号および電気信号は電気
光配線１００により伝送され、受光素子６１、６２また
は入力端子８１、８４では図７（ａ）および（ｂ）の信
号が加算された（ｃ）のような波形の信号として受信さ
れる。このレベルは０、１、２、３のいずれかの値とな
るため、周知の閾値回路によりレベルを判別することに
より二つの信号を分離して検出することができる。A method of synthesizing / demultiplexing the multiplexed optical signal and the multiplexed electrical signal will be described with reference to FIGS. The signal in FIG. 7A is the output signal of the light emitting element 51 or the output signal of the output terminal 41, and the output level is 0.
Or take 1. The signal in FIG. 7B corresponds to the light emitting element 5 described above.
2 or the output signal of the output terminal 44, and the output level is 0 or 2. The optical signal and the electric signal are transmitted through the electro-optical wiring 100, and the light receiving elements 61 and 62 or the input terminals 81 and 84 have waveforms as shown in FIG. 7C in which the signals of FIGS. 7A and 7B are added. It is received as a signal. Since this level has a value of 0, 1, 2, or 3, two signals can be separated and detected by discriminating the level by a well-known threshold circuit.
【００２８】すなわち、本実施例では、基板１上の電気
配線８とハンダバンプ９により接続実装された処理回路
を内蔵した電子回路チップ２１の４つのチャンネルの出
力端子４１〜４４のうち２チャンネル４２、４３からの
電気信号は、発光回路素子３１内に形成された面発光レ
ーザ等による発光素子５１、５２により電気−光変換さ
れる。その出力である互いに異なる強度の多重光信号は
基板１上のマイクロミラー７１により９０°方向を変換
された後、電気光配線１００を通して基板１上をある距
離伝送され、その後、再度マイクロミラー７２により９
０°方向を変換された後、受光回路素子３２の受光素子
６１，６２により光電変換され、電気信号として電子回
路チップ２２の入力端子８２、８３に送られ、それぞれ
レベル判別により所望の信号が受信される。一方、電子
回路チップ２１の出力端子４１、４４からの互いに異な
るレベルの電気信号は同様に電気光配線１００を通して
電子回路チップ２２の入力端子８１、８４まで送られ、
それぞれレベル判別により所望の信号が受信される。That is, in this embodiment, two channels 42 of the output terminals 41 to 44 of the four channels of the electronic circuit chip 21 incorporating the processing circuit connected and mounted by the electric wiring 8 on the substrate 1 and the solder bumps 9 are used. The electric signal from 43 is electro-optically converted by the light emitting elements 51 and 52 formed by the surface emitting laser or the like formed in the light emitting circuit element 31. The output multiple optical signals having mutually different intensities are converted in the direction of 90 ° by the micro mirror 71 on the substrate 1, and then transmitted over the substrate 1 through the electro-optical wiring 100 for a certain distance, and then by the micro mirror 72 again. 9
After the 0 ° direction has been converted, it is photoelectrically converted by the light receiving elements 61 and 62 of the light receiving circuit element 32 and sent to the input terminals 82 and 83 of the electronic circuit chip 22 as electric signals, and the desired signals are received by the level discrimination, respectively. To be done. On the other hand, electric signals of different levels from the output terminals 41 and 44 of the electronic circuit chip 21 are similarly sent to the input terminals 81 and 84 of the electronic circuit chip 22 through the electro-optical wiring 100,
A desired signal is received by the level discrimination.
【００２９】本発明における電気配線および光導波路ま
たは導光路の両者を兼用させることの出来る電気光配線
の材料としては、無機系材料としてはＩｎおよびＩｎ２
Ｏ３、ＳｎおよびＳｎＯ２、ＺｎおよびＺｎＯ、Ｔｉお
よびＴｉＯ３、ＣｒおよびＣｒ２Ｏ３、ＴｉおよびＴｉ
Ｎ、ＳｂおよびＳｂ２Ｏ３、ＡｌおよびＡｌ２Ｏ３、Ｓ
ｉおよびＳｉＯ２、ＷおよびＷＯ３、ＭｇおよびＭｇ
Ｏ、ＣｄおよびＣｄＯ等が用いられる。有機系材料とし
てはポリアニリン、ポリイソチアナフテン、ポリアセ
ン、ポリフェニレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニ
レンビニレン、ポリピロール、ポリチオフェンなどのい
わゆる導電性高分子と呼ばれる材料、ポリピフェニレ
ン、ポリピリジノピリジン、ポリシアノジェン、ポリア
レンメタイドに代表されるラダーポリマーが好適な化合
物としてあげられる。この場合、導電性の制御のためヨ
ウ素や過塩素酸塩などを適宜混合させてもよい。導電性
高分子の中では、ポリイソチアナフテン、ポリイソナフ
トチオフェンはドーピングせずとも十分な導電性が得ら
れるものであり好ましい。また、導電性高分子の側鎖に
アルキル基などを導入することで汎用の溶媒に可溶化さ
せることもできる。ポリ−３オクチルチオフェンなどは
その代表的な化合物である。この材料の場合、テトラヒ
ドロフランなどの汎用溶媒に可溶なため、スクリーン印
刷といった塗布プロセスにてパターン膜が形成できるた
め非常に簡便に電気光配線を形成することが可能であ
る。Ｆｅ−フタロシアニンをテトラジンのリガンドでつ
ないだポリマー、Ｃｏ−フタロシアニンをＣＮリガンド
でつないだポリマー、ＳＮポリマーなどの高分子化合物
も使用できる。また、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ，ＴＭＴＳＦ−
ＴＣＮＱ，ＰＶＫ−Ｉ２、ＰＶＫ−ＴＮＦに代表される
電荷移動錯体と呼ばれる一連の化合物も使用することが
できる。使用される電圧、電流によってはいわゆる高分
子ゲル電解質と呼ばれるイオン導電性化合物も使用する
ことができる。以上、本発明に使用できる材料を例示し
たが、導電性および透光性の良好な材料であれば、本例
示化合物に限定されるものではない。Inorganic materials such as In and In 2 are used as materials for the electro-optical wiring that can be used as both the electric wiring and the optical waveguide or the light guide path in the present invention.
O 3 , Sn and SnO 2 , Zn and ZnO, Ti and TiO 3 , Cr and Cr 2 O 3 , Ti and Ti
N, Sb and Sb 2 O 3 , Al and Al 2 O 3 , S
i and SiO 2 , W and WO 3 , Mg and Mg
O, Cd, CdO and the like are used. As the organic material, polyaniline, polyisothianaphthene, polyacene, polyphenylene, polyparaphenylene, polyphenylene vinylene, polypyrrole, materials called so-called conductive polymers such as polythiophene, polypiphenylene, polypyridinopyridine, polycyanogen, Ladder polymers typified by polyallene metaids are mentioned as suitable compounds. In this case, iodine, perchlorate or the like may be appropriately mixed in order to control the conductivity. Among the conductive polymers, polyisothianaphthene and polyisonaphthothiophene are preferable because they can obtain sufficient conductivity without doping. In addition, by introducing an alkyl group or the like into the side chain of the conductive polymer, it can be solubilized in a general-purpose solvent. Poly-3 octyl thiophene is a typical compound. Since this material is soluble in a general-purpose solvent such as tetrahydrofuran, a pattern film can be formed by a coating process such as screen printing, so that the electro-optical wiring can be formed very easily. Polymer compounds such as Fe-phthalocyanine linked with a tetrazine ligand, Co-phthalocyanine linked with a CN ligand, and SN polymer can also be used. In addition, TTF-TCNQ, TMTSF-
A series of compounds called charge transfer complexes represented by TCNQ, PVK-I 2 and PVK-TNF can also be used. Depending on the voltage and current used, an ion conductive compound called a so-called polymer gel electrolyte can also be used. The materials that can be used in the present invention have been exemplified above, but the materials are not limited to the exemplified compounds as long as they have good conductivity and translucency.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、電気配線と光配線の両
機能を併せ持つ電気光配線の実現により、電気および光
配線をひとつの配線媒体で実現することが可能となり、
結果として光電融合素子の集積度を大幅に向上させるこ
とが可能となる。According to the present invention, by realizing the electro-optical wiring having both the functions of the electric wiring and the optical wiring, it becomes possible to realize the electric and optical wiring by one wiring medium,
As a result, the integration degree of the optoelectronic device can be significantly improved.
【図１】従来の光電融合素子の一例を示す図で、（ａ）
はその平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional optoelectronic device, in which FIG.
Is a plan view thereof, and (b) is a sectional view taken along line AA ′ in (a).
【図２】本発明における電気光配線の第１の実施例を示
す図で、（ａ）は幅方向断面、（ｂ）は長手方向断面を
それぞれ示す図である。2A and 2B are diagrams showing a first embodiment of the electro-optical wiring according to the present invention, FIG. 2A being a cross section in the width direction and FIG. 2B being a cross section in the longitudinal direction.
【図３】本発明における電気光配線の第２の実施例を示
す図で、（ａ）は幅方向断面、（ｂ）は長手方向断面を
それぞれ示す図である。3A and 3B are diagrams showing a second embodiment of the electro-optical wiring according to the present invention, FIG. 3A being a cross section in the width direction and FIG. 3B being a cross section in the longitudinal direction.
【図４】本発明における電気光配線の第３の実施例を示
す図で、（ａ）は幅方向断面、（ｂ）は長手方向断面を
それぞれ示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the electro-optical wiring according to the present invention, (a) is a cross section in the width direction, and (b) is a diagram showing a cross section in the longitudinal direction.
【図５】本発明に係る光電融合素子の第１の実施例を示
す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）における
Ａ−Ａ’断面図である。5A and 5B are views showing a first embodiment of the optoelectronic device according to the present invention, FIG. 5A is a plan view thereof, and FIG. 5B is a sectional view taken along line AA ′ in FIG.
【図６】本発明に係る光電融合素子の第２の実施例を示
す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）における
Ａ−Ａ’断面図である。6A and 6B are diagrams showing a second embodiment of the optoelectronic device according to the present invention, FIG. 6A is a plan view thereof, and FIG. 6B is a sectional view taken along line AA ′ in FIG.
【図７】（ａ）〜（ｃ）は多重光信号および多重電気信
号の合成・分離方式を説明するための図である。7A to 7C are diagrams for explaining a method of combining / separating a multiplexed optical signal and a multiplexed electrical signal.
１ 基板 ２１，２２ 電子回路チップ ３１ 発光回路素子 ３２ 受光回路素子 ４１〜４５ 出力端子 ５１，５２ 発光素子 ６１，６２ 受光素子 ７１，７２ マイクロミラー ８１〜８４ 入力端子 ８ 電気配線 ９ ハンダバンプ １０３ 配線パターン １００，１１１，１１２ 電気光配線 1 substrate 21,22 Electronic circuit chip 31 Light emitting circuit element 32 Light receiving circuit element 41-45 output terminals 51,52 Light emitting element 61,62 Light receiving element 71,72 Micro mirror 81-84 input terminals 8 electrical wiring 9 solder bumps 103 wiring pattern 100,111,112 electro-optical wiring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 好之 東京都港区赤坂６丁目１番20号 国際新赤 坂ビル西館 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KB08 LA09 MA07 TA05 TA11 TA47 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yoshiyuki Ono 6-20 Akasaka, Minato-ku, Tokyo International New Red Saka Building West Building Inside Fuji Xerox Co., Ltd. F term (reference) 2H047 KA03 KB08 LA09 MA07 TA05 TA11 TA47
Claims (15)
電気信号を入力する電気信号入力部と、光信号を出射す
る発光部と、光信号を受信する受光部と、前記電気信号
出力部および電気信号入力部と電気的に接続され且つ前
記発光部および受光部と光学的に結合された電気および
光を通す電気光配線とを備えたことを特徴とする光電融
合素子。1. An electric signal output section for outputting an electric signal,
An electrical signal input unit for inputting an electrical signal, a light emitting unit for emitting an optical signal, a light receiving unit for receiving an optical signal, an electrical signal output unit and an electrical signal input unit, and the light emitting unit and An optoelectronic device comprising: a light-receiving portion and an electro-optical wiring optically coupled therethrough for transmitting electricity and light.
窒化物を用いて構成されることを特徴とする請求項１記
載の光電融合素子。2. The optoelectronic device according to claim 1, wherein the electro-optical wiring is composed of metal and its oxide or nitride.
ｒ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｗ、ＭｇおよびＣｄからなる群より選
択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項
２記載の光電融合素子。3. The metal is In, Sn, Zn, Ti, C
The optoelectronic device according to claim 2, wherein the optoelectronic device is at least one selected from the group consisting of r, Sb, Al, W, Mg, and Cd.
与した透光性部材から構成されることを特徴とする請求
項１記載の光電融合素子。4. The optoelectronic device according to claim 1, wherein the electro-optical wiring is composed of a translucent member having conductivity provided in the vicinity of the surface.
る請求項４記載の光電融合素子。5. The optoelectronic device according to claim 4, wherein the translucent member contains Si.
与した導電性部材から構成されることを特徴とする請求
項１記載の光電融合素子。6. The optoelectronic device according to claim 1, wherein the electro-optical wiring is composed of a conductive member having a translucent property in the vicinity of the surface.
導電材料から構成されることを特徴とする請求項１記載
の光電融合素子。7. The optoelectronic device according to claim 1, wherein the electro-optical wiring is composed of one or a plurality of organic transparent conductive materials.
リイソチアナフテン、ポリアセン、ポリフェニレン、ポ
リパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロ
ールおよびポリチオフェンからなる群より選択されるこ
とを特徴とする請求項７記載の光電融合素子。8. The photovoltaic according to claim 7, wherein the organic transparent conductive material is selected from the group consisting of polyaniline, polyisothianaphthene, polyacene, polyphenylene, polyparaphenylene, polyphenylenevinylene, polypyrrole and polythiophene. Fusion element.
信号出力部が多重伝送可能な電気信号を出力でき、電気
信号入力部が複数設けられ、各電気信号入力部が多重伝
送された電気信号を入力して所望の電気信号を検出でき
るものであり、電気光配線が前記複数の電気信号出力部
および複数の電気信号入力部と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光電
融合素子。9. An electric circuit comprising a plurality of electric signal output parts, each electric signal output part capable of outputting an electric signal capable of multiplex transmission, and a plurality of electric signal input parts being provided, wherein each electric signal input part is multiplexed and transmitted. 2. A device capable of inputting a signal to detect a desired electric signal, wherein the electro-optical wiring is electrically connected to the plurality of electric signal output units and the plurality of electric signal input units. 9. The optoelectronic device according to any one of to 8.
重伝送可能な光信号を出射でき、受光部が複数設けら
れ、各受光部が多重伝送された光信号を受信して所望の
光信号を検出できるものであり、電気光配線が前記複数
の発光部および複数の受光部と光学的に結合されている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光電
融合素子。10. A plurality of light emitting units are provided, each light emitting unit can emit an optical signal that can be multiplexed, and a plurality of light receiving units are provided, and each light receiving unit receives the multiplexed optical signal and outputs desired optical signals. 10. The optoelectronic device according to claim 1, wherein the electro-optical wiring is capable of detecting a signal and is optically coupled to the plurality of light emitting units and the plurality of light receiving units.
部材から構成されることを特徴とする電気光配線。11. An electro-optical wiring characterized by comprising a translucent member having conductivity provided in the vicinity of the surface.
部材から構成されることを特徴とする電気光配線。12. An electro-optical wiring comprising a conductive member having a light-transmitting property in the vicinity of the surface.
ことを特徴とする請求項１１または１２記載の電気光配
線。13. The electro-optical wiring according to claim 11, further comprising a low refractive index portion inside the surface vicinity portion.
を形成する工程と、前記配線パターンの表面近傍部に導
電性を付与する工程とを備えたことを特徴とする電気光
配線の作製方法。14. A method of manufacturing an electro-optical wiring, comprising: a step of forming a light-transmissive wiring pattern on a substrate; and a step of imparting conductivity to a portion in the vicinity of the surface of the wiring pattern. .
を形成する工程と、前記配線パターンの表面近傍部に透
光性を付与する工程とを備えたことを特徴とする電気光
配線の作製方法。15. A method of manufacturing an electro-optical wiring, comprising: a step of forming a wiring pattern having conductivity on a substrate; and a step of imparting translucency to a portion near a surface of the wiring pattern. .
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