JP2003224293A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光送受信システムに
使用される、光の送受信デバイスである電子集積回路素
子と受光素子・発光素子とを同一基板上に設けた光電子
集積回路素子が複数個配置された半導体装置に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a plurality of optoelectronic integrated circuit elements for use in an optical transmission / reception system in which an electronic integrated circuit element which is a light transmitting / receiving device and a light receiving element / light emitting element are provided on the same substrate. The present invention relates to a semiconductor device that has been manufactured.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電子集積回路素子に関する技術であるＩ
Ｃ（集積回路）技術やＬＳＩ（大規模集積回路）技術の
進歩により、これらの動作速度や集積規模が向上し、Ｍ
ＰＵ（Micro-Processing Unit；マイクロプロセッサ）
の高性能化やメモリチップの高速大容量化が急速に進展
している。このような状況下では、特に高速デジタル信
号伝送およびＭＰＵとメモリチップ間の高速バス等を必
要とする場合においては、信号配線の高速・高密度化に
よる電気信号の遅延やクロストーク悪化が高性能化等に
対する障害となっている。この問題を解消し得る技術と
して、光配線（光インターコネクション）を利用するこ
とが注目されている。この光配線は、機器装置間・機器
装置内ボード間・ボード内チップ間等の様々なレベルで
適用可能と考えられており、例えばボード内チップ間の
ように比較的短距離の信号伝送には、光導波路を光信号
の伝送路とした光送受信システムが有効である。2. Description of the Related Art I is a technology relating to electronic integrated circuit devices.
Due to advances in C (integrated circuit) technology and LSI (large-scale integrated circuit) technology, the operating speed and integration scale of these have improved, and M
PU (Micro-Processing Unit)
High performance and high-speed and large-capacity memory chips are rapidly advancing. Under such circumstances, particularly when high-speed digital signal transmission and a high-speed bus between the MPU and the memory chip are required, electrical signal delay and crosstalk deterioration due to high-speed and high-density signal wiring are highly effective. It is an obstacle to the change. Utilization of optical wiring (optical interconnection) is drawing attention as a technique capable of solving this problem. It is considered that this optical wiring can be applied at various levels such as between equipment devices, between boards in equipment equipment, and between chips in board.For example, for signal transmission over a relatively short distance such as between chips in board. An optical transmission / reception system in which an optical waveguide is used as an optical signal transmission line is effective.
【０００３】このような光配線を利用した光送受信シス
テムに用いられる半導体装置に関して、例えば特開平５
−48073号公報には、電子素子集積回路と光素子とが同
一基板上に設けられた光電子集積回路のチップの複数個
が配置され、かつ光導波路が設けられた支持基板を有
し、このチップは、光素子と光導波路とが光学的に接続
する位置に配置されたことを特徴とする半導体装置が開
示されている。A semiconductor device used in an optical transmission / reception system using such optical wiring is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5
JP-A-48073 discloses that a plurality of chips of an optoelectronic integrated circuit in which an electronic device integrated circuit and an optical device are provided on the same substrate are arranged, and a supporting substrate provided with an optical waveguide is provided. Discloses a semiconductor device characterized in that an optical element and an optical waveguide are arranged at a position where they are optically connected.
【０００４】この半導体装置は、図５および図６に断面
図で、また図７に一部破断斜視図で示すように、Ｓｉ基
板28上に、光導波路25および金属配線26が形成されてお
り、フォトダイオード20・レーザダイオード21と電子集
積回路を同じチップ上に配置した光電子集積回路のチッ
プ23がこのＳｉ基板28に貼り付けられ、かつ、チップ23
は、フォトダイオード20・レーザダイオード21と光導波
路25とが光学的に接続するように、またＳｉ基板28上の
金属配線26とチップ23上のボンディングパッドとが電気
的に接続するように位置合わせされている構成のもので
ある。In this semiconductor device, an optical waveguide 25 and a metal wiring 26 are formed on a Si substrate 28 as shown in the sectional views of FIGS. 5 and 6 and the partially broken perspective view of FIG. A chip 23 of an optoelectronic integrated circuit in which the photodiode 20 / laser diode 21 and the electronic integrated circuit are arranged on the same chip is attached to the Si substrate 28, and the chip 23
Is aligned so that the photodiode 20 / laser diode 21 and the optical waveguide 25 are optically connected, and that the metal wiring 26 on the Si substrate 28 and the bonding pad on the chip 23 are electrically connected. It has a structure that has been configured.
【０００５】この構成によれば、電子素子が集積された
電子集積回路の半導体基板上にレーザダイオード21・フ
ォトダイオード20等の光素子を配置した光電子集積回路
のチップ23を用い、チップ23間の信号伝送を電気配線で
行なう代りに光信号を光導波路25に通して行なうため、
チップ23間配線の抵抗・容量・インダクタンスに起因す
る遅延がなくなるというものである。また、光信号を伝
送する光導波路25は従来の電気配線と同様にフォトリソ
グラフィによってパターニングされるため、製造歩留ま
りおよび信頼度に優れているというものである。さら
に、マルチチップ方式の半導体装置のチップ23間の電気
配線の抵抗・容量・インダクタンスによる遅れがなくな
るため、パッケージ内のシステムの演算処理速度が約５
０パーセント向上し、また、光信号を伝送する光導波路
25は従来の電気配線と同様にフォトリソグラフィによっ
てパターニングされるため、電気配線と同等の製造歩留
まりおよび信頼度が得られたというものである。According to this structure, the chip 23 of the optoelectronic integrated circuit in which the optical elements such as the laser diode 21 and the photodiode 20 are arranged on the semiconductor substrate of the electronic integrated circuit in which the electronic elements are integrated is used, and Since an optical signal is transmitted through the optical waveguide 25 instead of being transmitted by electric wiring,
The delay due to the resistance, capacitance, and inductance of the wiring between the chips 23 is eliminated. Further, the optical waveguide 25 for transmitting an optical signal is patterned by photolithography as in the case of conventional electric wiring, and therefore has excellent manufacturing yield and reliability. Furthermore, since the delay due to the resistance, capacitance, and inductance of the electrical wiring between the chips 23 of the multi-chip type semiconductor device is eliminated, the processing speed of the system in the package is about 5
Optical waveguide that improves 0% and transmits optical signals
Since 25 is patterned by photolithography similarly to the conventional electric wiring, the manufacturing yield and reliability equivalent to those of the electric wiring were obtained.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５〜
図７に示す半導体装置を開示した特開平５−48073号公
報には、発光素子と受光素子の配置方向に関する詳細な
記述がなく、図５〜図７に示したような配置では、受光
素子であるフォトダイオード20・発光素子であるレーザ
ダイオード21および光導波路25を隣接して複数配置させ
ると、隣接する光導波路25中の光の伝搬方向が同じであ
るため、隣接する光導波路25に結合された受光素子20へ
の光の漏れ（クロストーク）を避けるために光導波路25
間の間隔を広く配置する必要があり、高集積化を妨げて
いるという問題点があった。However, as shown in FIG.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-48073, which discloses the semiconductor device shown in FIG. 7, does not have a detailed description regarding the arrangement direction of the light emitting element and the light receiving element. In the arrangement shown in FIGS. When a plurality of a certain photodiode 20 / laser diode 21 which is a light emitting element and a plurality of optical waveguides 25 are arranged adjacent to each other, since the propagation directions of light in the adjacent optical waveguides 25 are the same, they are coupled to the adjacent optical waveguides 25. In order to avoid light leakage (crosstalk) to the light receiving element 20, the optical waveguide 25
There is a problem in that it is necessary to dispose a wide space between them, which hinders high integration.
【０００７】その一例として、光導波路のコア部および
クラッド部の屈折率差（Δｎ）が0.3％で光導波路長が2
0ｍｍの場合の、隣接する光導波路に結合された受光素
子へのクロストーク量の計算値を、図８に線図で示す。
図８において、横軸は隣接する光導波路の間隔（単位：
μｍ）を、縦軸はその光導波路間のクロストーク量（単
位：ｄＢ）を表し、黒四角のプロットおよび特性曲線は
クロストーク量の変化を示している。この図８に示す結
果は、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロ
ストーク量を、例として20ｄＢ以下に抑制しようとする
場合には、隣接する光導波路の間隔を22μｍ以上にする
必要があることを示している。As an example thereof, the refractive index difference (Δn) between the core portion and the clad portion of the optical waveguide is 0.3% and the optical waveguide length is 2
The calculated value of the amount of crosstalk to the light receiving element coupled to the adjacent optical waveguide in the case of 0 mm is shown in a diagram in FIG.
In FIG. 8, the horizontal axis represents the distance between adjacent optical waveguides (unit:
μm), and the vertical axis represents the crosstalk amount (unit: dB) between the optical waveguides, and the black square plot and the characteristic curve show the change in the crosstalk amount. The results shown in FIG. 8 indicate that when the amount of crosstalk to the light receiving element coupled to the adjacent optical waveguides is to be suppressed to 20 dB or less, for example, the interval between the adjacent optical waveguides must be 22 μm or more. Indicates that there is.
【０００８】また、前述のような従来の半導体装置で
は、受光素子・発光素子および光導波路を隣接して複数
配置させると、受光素子および発光素子に接続される図
示しない電気配線間において電気的クロストークが発生
してしまう等の問題点があった。Further, in the conventional semiconductor device as described above, when a plurality of light receiving elements / light emitting elements and optical waveguides are arranged adjacent to each other, an electrical cross is made between the electric wirings (not shown) connected to the light receiving elements and the light emitting elements. There was a problem such as the occurrence of talk.
【０００９】本発明は上記事情に鑑みて本発明者が鋭意
研究に努めた結果完成されたものであり、その目的は、
高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素
子へのクロストークを低減した、光送受信システムに好
適な半導体装置を提供することにある。The present invention has been completed as a result of intensive research conducted by the present inventor in view of the above circumstances, and its purpose is to:
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device suitable for an optical transmission / reception system, which reduces crosstalk to light receiving elements coupled to adjacent optical waveguides arranged at high density.
【００１０】また、本発明の他の目的は、高密度配置さ
れた隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロス
トークを低減するとともに、電気配線間の電気的クロス
トークも低減した、光送受信システムに好適な半導体装
置を提供することにある。Another object of the present invention is to reduce the crosstalk to the light receiving elements coupled to the adjacent optical waveguides arranged at high density and to reduce the electrical crosstalk between the electric wirings. It is to provide a semiconductor device suitable for a transmission / reception system.
【００１１】また、本発明のさらに他の目的は、低コス
トで、およびより小さな損失で製造することができる半
導体装置を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device which can be manufactured at low cost and with smaller loss.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
支持基板上に、電子集積回路素子ならびに複数個の受光
素子および発光素子が同一基板上に設けられた光電子集
積回路素子が複数個配置されるとともに、前記光電子集
積回路素子間で前記受光素子と前記発光素子とを接続す
る複数本の光導波路が形成されて成り、隣接するこれら
光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされているこ
とを特徴とするものである。The semiconductor device of the present invention comprises:
A plurality of optoelectronic integrated circuit elements in which an electronic integrated circuit element and a plurality of light receiving elements and light emitting elements are provided on the same substrate are arranged on a supporting substrate, and the light receiving element and the optoelectronic integrated circuit element are provided between the optoelectronic integrated circuit elements. It is characterized in that a plurality of optical waveguides for connecting to the light emitting element are formed, and the light propagating directions in the adjacent optical waveguides are opposite to each other.
【００１３】また、本発明の半導体装置は、上記構成に
おいて、隣接する前記光導波路により接続された前記受
光素子および前記発光素子が、前記光電子集積回路素子
において隣接する前記光導波路について交互に位置をず
らせて配置されていることを特徴とするものである。Further, in the semiconductor device of the present invention, in the above structure, the light receiving element and the light emitting element connected by the adjacent optical waveguides are alternately positioned with respect to the adjacent optical waveguides in the optoelectronic integrated circuit element. The feature is that they are arranged in a staggered manner.
【００１４】また、本発明の半導体装置は、上記構成に
おいて、交互に位置をずらせて配置された前記受光素子
および前記発光素子が、前記光電子集積回路素子におい
てそれぞれ複数個が一体的にアレイ状に形成されている
ことを特徴とするものである。In the semiconductor device of the present invention, in the above structure, a plurality of the light receiving elements and the light emitting elements, which are alternately arranged at different positions, are integrated into an array in the optoelectronic integrated circuit element. It is characterized by being formed.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置によれば、支
持基板上に、電子集積回路素子ならびに複数個の受光素
子および発光素子が同一基板上に設けられた光電子集積
回路素子が複数個配置されるとともに、前記光電子集積
回路素子間で前記受光素子と前記発光素子とを接続する
複数本の光導波路が形成されて成り、隣接するこれら光
導波路における光の伝搬方向が逆方向とされていること
から、隣接する光導波路中の光の伝搬方向が逆方向であ
るため隣接する光導波路に光信号が漏れたとしても、そ
の光導波路に結合された受光素子はその漏れてきた光信
号の伝搬方向の反対側に配置されているので、隣接する
光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減
することができる。また、隣接する光導波路間でのクロ
ストークを低減することができるため、それら隣接する
光導波路間の間隔をより狭くすることができるので、よ
り高密度の光配線を実現することができる。According to the semiconductor device of the present invention, a plurality of optoelectronic integrated circuit elements each having an electronic integrated circuit element and a plurality of light receiving elements and light emitting elements provided on the same substrate are arranged on a supporting substrate. In addition, a plurality of optical waveguides that connect the light receiving element and the light emitting element are formed between the optoelectronic integrated circuit elements, and the light propagating directions in the adjacent optical waveguides are opposite to each other. Therefore, even if an optical signal leaks to an adjacent optical waveguide because the propagation direction of light in the adjacent optical waveguide is the opposite direction, the light receiving element coupled to the optical waveguide does not propagate the leaked optical signal. Since they are arranged on the opposite side of the direction, crosstalk to the light receiving element coupled to the adjacent optical waveguide can be reduced. Further, since crosstalk between the adjacent optical waveguides can be reduced, the interval between the adjacent optical waveguides can be further narrowed, so that a higher density optical wiring can be realized.
【００１６】また本発明の半導体装置によれば、隣接す
る光導波路により接続された受光素子および発光素子
が、光電子集積回路素子において隣接する光導波路につ
いて交互に位置をずらせて配置されているときには、受
光素子および発光素子が接続される電気配線の位置もそ
れに対応させてずらされて配置されることとなるため、
送受光素子間の電気的なクロストークを小さくすること
ができ、より高密度の光配線を実現することができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, when the light receiving element and the light emitting element connected by the adjacent optical waveguides are arranged in the optoelectronic integrated circuit element so as to be alternately displaced with respect to the adjacent optical waveguides, Since the position of the electric wiring to which the light receiving element and the light emitting element are connected is also shifted correspondingly,
The electrical crosstalk between the light transmitting / receiving elements can be reduced, and a higher density optical wiring can be realized.
【００１７】また、本発明の半導体装置によれば、交互
に位置をずらせて配置された受光素子および発光素子
が、光電子集積回路素子においてそれぞれ複数個が一体
的にアレイ状に形成されているときには、受光素子およ
び発光素子が、それぞれ個別の素子を基板上に配置する
必要がなく、受光素子および発光素子を複数個アレイ上
に形成した光電子集積回路素子を基板上に配置するのみ
でそれぞれの受光素子および発光素子の一括配置が可能
なため、この半導体装置を製造する際の受光素子および
発光素子を基板上に配置する工数およびコストを低減す
ることができ、複数の受光素子および発光素子の位置ず
れが小さくなるので、光信号伝搬の損失を小さくするこ
とができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, when a plurality of light receiving elements and light emitting elements, which are alternately arranged at different positions, are integrally formed in an array in the optoelectronic integrated circuit element. , The light receiving element and the light emitting element do not need to be individually arranged on the substrate, and only the optoelectronic integrated circuit element formed by forming the plurality of light receiving elements and the light emitting elements on the array is arranged on the substrate to receive the light. Since the element and the light emitting element can be collectively arranged, it is possible to reduce the man-hour and the cost for disposing the light receiving element and the light emitting element on the substrate when manufacturing this semiconductor device, and the positions of the plurality of light receiving elements and the light emitting elements. Since the shift is small, the loss of optical signal propagation can be reduced.
【００１８】以下、本発明の半導体装置について図面を
参照しつつ詳細に説明する。The semiconductor device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１９】図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発
明の半導体装置の実施の形態の一例を示す下面図および
断面図である。図１（ａ）は、発光素子４・受光素子５
および電子集積回路素子９が設置されている光電子集積
回路素子２が、導体バンプ３により支持基板１上に接続
固定されている様子を示す支持基板１を除いた状態の下
面図であり、図１（ｂ）に半導体装置の断面図で示すよ
うに、発光素子４および受光素子５は、支持基板１上に
形成された光導波路６により接続されている。そして、
本発明の半導体装置は、図１（ａ）に示す複数の隣接す
る光導波路６において、光の伝搬方向が逆方向とされて
いることを特徴とする。1A and 1B are a bottom view and a cross-sectional view showing an example of an embodiment of a semiconductor device of the present invention, respectively. FIG. 1A shows a light emitting element 4 and a light receiving element 5.
2 is a bottom view of a state in which the optoelectronic integrated circuit element 2 on which the electronic integrated circuit element 9 is installed is connected and fixed to the support substrate 1 by the conductor bumps 3, and the support substrate 1 is removed. As shown in the sectional view of the semiconductor device in (b), the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are connected by an optical waveguide 6 formed on the supporting substrate 1. And
The semiconductor device of the present invention is characterized in that the light propagating directions are opposite to each other in the plurality of adjacent optical waveguides 6 shown in FIG.
【００２０】ここで、本発明の半導体装置の光電子集積
回路素子に設けられた発光素子４および受光素子５につ
いて説明する。これら発光素子４および受光素子５は、
それぞれ光信号を発光および受光するものであり、光通
信等に用いられる光素子が用いられる。より具体的に
は、発光素子４については発光ダイオード（ＬＥＤ）・
半導体レーザ（ＬＤ）等が該当する。また、受光素子５
については、ｐｉｎ型フォトダイオード・アバランシェ
フォトダイオード（ＡＰＤ）・ＭＳＭ型フォトダイオー
ド等が該当する。そして、これら発光素子４および受光
素子５は、それぞれの光電子集積回路素子２において、
隣接する光導波路６について交互に配置されており、こ
れにより隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆
方向とされている。Now, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 provided in the optoelectronic integrated circuit element of the semiconductor device of the present invention will be described. The light emitting element 4 and the light receiving element 5 are
Each of them emits and receives an optical signal, and an optical element used for optical communication or the like is used. More specifically, for the light emitting element 4, a light emitting diode (LED)
A semiconductor laser (LD) or the like is applicable. In addition, the light receiving element 5
As for, the pin type photodiode, avalanche photodiode (APD), MSM type photodiode, and the like are applicable. The light emitting element 4 and the light receiving element 5 are the same as those in the respective optoelectronic integrated circuit elements 2.
The adjacent optical waveguides 6 are alternately arranged so that the light propagating directions in the adjacent optical waveguides 6 are opposite to each other.
【００２１】次に、図２は、隣接する光導波路６により
接続された受光素子５および発光素子４が、光電子集積
回路素子２において隣接する光導波路６について交互に
位置をずらせて、いわゆるジグザグ状に位置するように
配置されている、本発明の半導体装置の実施の形態の他
の例を示す図１（ａ）と同様の下面図である。図２にお
いて、図１と同様の箇所には同じ符号を付してある。こ
の例においては、光電子集積回路素子２に設けられた発
光素子４（図において右上がりの斜線を施した）および
受光素子５（図において左上がりの斜線を施した）は、
隣接する光導波路について交互に位置をずらせてジグザ
グ状に配置されている。そして、隣接して配置された光
電子集積回路素子２の発光素子４および受光素子５間
は、それぞれの発光素子４と受光素子５とが光接続され
るように光導波路６により接続されており、隣接する光
導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。Next, in FIG. 2, the light-receiving elements 5 and the light-emitting elements 4 connected by the adjacent optical waveguides 6 are alternately displaced with respect to the adjacent optical waveguides 6 in the optoelectronic integrated circuit element 2, and a so-called zigzag shape is formed. FIG. 3 is a bottom view similar to FIG. 1A, showing another example of the embodiment of the semiconductor device of the present invention, which is arranged so as to be located in FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In this example, the light emitting element 4 (shown with a diagonal line rising to the right in the figure) and the light receiving element 5 (shown with a diagonal line rising to the left in the figure) provided in the optoelectronic integrated circuit element 2 are
The adjacent optical waveguides are alternately arranged and arranged in a zigzag pattern. The light emitting element 4 and the light receiving element 5 of the optoelectronic integrated circuit element 2 arranged adjacent to each other are connected by an optical waveguide 6 so that the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are optically connected. The light propagating directions in the adjacent optical waveguides 6 are opposite to each other.
【００２２】これらの発光素子４および受光素子５が隣
接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザ
グ状に配置され、隣接して配置された光電子集積回路素
子２の発光素子４および受光素子５間がそれぞれ光導波
路６により接続されている各光電子集積回路素子２は、
図１（ｂ）に示す例と同様に、図２には図示していない
導体バンプ３により、同じく図２には図示していない支
持基板１上に配置されている。The light emitting element 4 and the light receiving element 5 are arranged alternately in a zigzag pattern with respect to the adjacent optical waveguide 6, and the light emitting element 4 and the light receiving element 5 of the optoelectronic integrated circuit element 2 arranged adjacent to each other. The optoelectronic integrated circuit elements 2 whose spaces are connected by the optical waveguides 6,
Similar to the example shown in FIG. 1B, the conductor bumps 3 not shown in FIG. 2 are arranged on the supporting substrate 1 not shown in FIG.
【００２３】なお、本発明の半導体装置のこのような例
において、受光素子５および発光素子４を交互に位置を
ずらせてジグザグ状に配置する場合の、受光素子５の並
びと発光素子４の並びとの間の長さは、受光素子５およ
び発光素子４がそれぞれ接続される電気配線（図示せ
ず）間のクロストークが発生することによって受光感度
および発光効率の低下の発生等の影響が引き起こされる
ことから、受光素子５および発光素子４に接続される電
気配線（図示せず）間のクロストークが発生しない長さ
以上としておくことが望ましい。このような長さは、例
えば具体的な長さとしては、10μｍから20μｍ以上とし
ておくことが望ましい。In such an example of the semiconductor device of the present invention, when the light receiving elements 5 and the light emitting elements 4 are arranged alternately in a zigzag pattern, the light receiving elements 5 and the light emitting elements 4 are arranged. The length between the light receiving element 5 and the light emitting element 4 is affected by crosstalk between the electric wirings (not shown) to which the light receiving element 5 and the light emitting element 4 are connected, which causes a decrease in light receiving sensitivity and light emitting efficiency. Therefore, it is preferable that the length is equal to or longer than the length at which crosstalk between the electric wirings (not shown) connected to the light receiving element 5 and the light emitting element 4 does not occur. It is desirable that such a length is, for example, a specific length of 10 μm to 20 μm or more.
【００２４】次に、図３は、光電子集積回路素子２にお
いて隣接する光導波路６について交互に位置をずらせて
ジグザグ状に配置された受光素子５および発光素子４
が、それぞれ複数個が一体的にアレイ状に形成されて、
受光素子アレイ化および発光素子アレイ化されている、
本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す
図１（ａ）および図２と同様の下面図である。図３にお
いても、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付
してある。この例においては、光電子集積回路素子２に
設けられた発光素子４および受光素子５は、隣接する光
導波路について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置
されており、これらの発光素子４および受光素子５は、
それぞれ複数個が発光素子アレイ７および受光素子アレ
イ８として一体的にアレイ状に形成されている。Next, referring to FIG. 3, in the optoelectronic integrated circuit device 2, the adjacent optical waveguides 6 are alternately displaced and arranged in a zigzag pattern, and the light receiving devices 5 and the light emitting devices 4 are arranged.
However, each of them is integrally formed into an array,
Light receiving element array and light emitting element array,
FIG. 7 is a bottom view similar to FIGS. 1A and 2 showing still another example of the embodiment of the semiconductor device of the present invention. Also in FIG. 3, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. In this example, the light emitting elements 4 and the light receiving elements 5 provided in the optoelectronic integrated circuit element 2 are arranged in zigzag with the positions of the adjacent optical waveguides alternately shifted, and these light emitting elements 4 and the light receiving elements are arranged. 5 is
A plurality of light emitting element arrays 7 and a plurality of light receiving element arrays 8 are integrally formed in an array.
【００２５】ここで、複数個の発光素子４および受光素
子５が一体的にアレイ状に形成されているとは、受光素
子５および発光素子４がそれぞれ一つの基板上にモノリ
シックに形成され、あるいはハイブリッド的に実装され
て配列されることにより、図３に例を示すような発光素
子アレイ７および受光素子アレイ８となっていることを
いう。Here, the plurality of light emitting elements 4 and the light receiving elements 5 are integrally formed in an array form means that the light receiving elements 5 and the light emitting elements 4 are monolithically formed on one substrate respectively, or It means that the light emitting element array 7 and the light receiving element array 8 as shown in FIG. 3 are formed by being mounted and arranged in a hybrid manner.
【００２６】隣接して配置された光電子集積回路素子２
のこれらの発光素子アレイ７および受光素子アレイ８中
の発光素子４および受光素子５間は、それぞれの発光素
子４と受光素子５とが光接続されるように光導波路６に
より接続されており、隣接する光導波路６における光の
伝搬方向が逆方向とされている。Optoelectronic integrated circuit element 2 disposed adjacent to each other
The light emitting elements 4 and the light receiving elements 5 in the light emitting element array 7 and the light receiving element array 8 are connected by an optical waveguide 6 so that the respective light emitting elements 4 and the light receiving elements 5 are optically connected, The light propagating directions in the adjacent optical waveguides 6 are opposite to each other.
【００２７】これらの発光素子４および受光素子５が発
光素子アレイ７および受光素子アレイ８として設けら
れ、隣接して配置された光電子集積回路素子２の発光素
子４および受光素子５間がそれぞれ光導波路６により接
続されている各光電子集積回路素子２は、図１（ｂ）に
示す例と同様に、図３には図示していない導体バンプ３
により、同じく図３には図示していない支持基板１上に
配置されている。The light emitting element 4 and the light receiving element 5 are provided as a light emitting element array 7 and a light receiving element array 8, respectively, and an optical waveguide is provided between the light emitting element 4 and the light receiving element 5 of the optoelectronic integrated circuit element 2 arranged adjacent to each other. Each optoelectronic integrated circuit element 2 connected by 6 has conductor bumps 3 not shown in FIG. 3 similarly to the example shown in FIG.
Are arranged on the supporting substrate 1 which is not shown in FIG.
【００２８】このような本発明の半導体装置について、
その製造方法の工程例を説明する。Regarding such a semiconductor device of the present invention,
A process example of the manufacturing method will be described.
【００２９】まず、支持基板１の表面に複数本の光導波
路６を形成する。支持基板１は、光導波路６および光電
子集積回路素子２の支持基板となるとともに、電気配線
等が形成されることにより各種光素子・光部品および半
導体素子等の高周波電子部品が実装されるものである。
この支持基板１には、例えばガラス基板の他にシリコン
基板・アルミナ基板・ガラスセラミックス基板・ムライ
ト基板・ポリイミド基板等が用いられる。First, a plurality of optical waveguides 6 are formed on the surface of the supporting substrate 1. The support substrate 1 serves as a support substrate for the optical waveguide 6 and the optoelectronic integrated circuit element 2 and also has various optical elements, optical components, and high-frequency electronic components such as semiconductor elements mounted thereon by forming electrical wiring and the like. is there.
As the supporting substrate 1, for example, a silicon substrate, an alumina substrate, a glass ceramics substrate, a mullite substrate, a polyimide substrate or the like is used in addition to the glass substrate.
【００３０】光導波路６は、発光素子４および受光素子
５間における光信号の接続を行なうものであり、コア部
およびクラッド部からなる。コア部およびクラッド部か
らなる光導波路６を形成する材料には、光導波路として
通常用いられる材料を使用することができ、特に制限は
されない。具体的には、石英・ガラス等の無機系光学材
料や、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）・ポリ
カーボネート・アクリレート・フッ素化アクリレート・
ポリエーテルイミド・ポリイミド・ＢＣＢ（ベンゾシク
ロブテン）・フッ素化ポリイミド・フッ素樹脂・重水素
化ＰＭＭＡ・重水素化シリコーン・シロキサンポリマ・
ポリスチレン・ポリシラン等の一般的な有機系光学材料
を使用することができる。The optical waveguide 6 connects an optical signal between the light emitting element 4 and the light receiving element 5, and is composed of a core portion and a clad portion. As a material for forming the optical waveguide 6 composed of the core portion and the clad portion, a material usually used as an optical waveguide can be used and is not particularly limited. Specifically, inorganic optical materials such as quartz and glass, PMMA (polymethylmethacrylate), polycarbonate, acrylate, fluorinated acrylate,
Polyetherimide, polyimide, BCB (benzocyclobutene), fluorinated polyimide, fluororesin, deuterated PMMA, deuterated silicone, siloxane polymer,
A general organic optical material such as polystyrene or polysilane can be used.
【００３１】これらの材料により光導波路６を形成する
方法は、一般的な光導波路を形成する方法を使用するこ
とができ、特に制限はされない。具体的には、支持基板
１上に例えば熱蒸着法・スパッタリング法・ＣＶＤ法・
重合法・熱拡散法・イオン交換法・イオン注入法・エピ
タキシャル成長法・スピンコート法や印刷法等によって
これらの材料を成膜し、周知のフォトリソグラフィによ
り導波路形状にパターニングし、ウエットまたはドライ
エッチング法等により所望の導波路形状に加工すること
により形成すればよい。As a method of forming the optical waveguide 6 from these materials, a general method of forming an optical waveguide can be used, and there is no particular limitation. Specifically, for example, thermal evaporation method, sputtering method, CVD method,
Polymerization method, thermal diffusion method, ion exchange method, ion implantation method, epitaxial growth method, spin coating method, printing method, etc. are used to form a film, and patterning is performed by well-known photolithography into a waveguide shape, and wet or dry etching is performed. It may be formed by processing into a desired waveguide shape by a method or the like.
【００３２】次いで、前述の支持基板１の表面に光導波
路６を形成する工程とは別に、光電子集積回路素子２上
に電子集積回路素子９ならびに発光素子４および受光素
子５を設置する。電子集積回路素子９は電気信号の処理
を行なうものであり、発光素子４および受光素子５はそ
れぞれ光信号を発光および受光するものである。Next, apart from the step of forming the optical waveguide 6 on the surface of the support substrate 1 described above, the electronic integrated circuit element 9 and the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are placed on the optoelectronic integrated circuit element 2. The electronic integrated circuit element 9 processes electric signals, and the light emitting element 4 and the light receiving element 5 emit and receive optical signals, respectively.
【００３３】光電子集積回路素子２上に発光素子４およ
び受光素子５を設置する方法としては、光電子集積回路
素子２の基板とは別途に発光素子４および受光素子５を
作製し、その後、光電子集積回路素子２上に配置しても
よく、また、発光素子４および受光素子５を直接、光電
子集積回路素子２の基板に形成することによって設置し
てもよい。なお、このとき、隣接する光導波路６におけ
る光の伝搬方向が逆方向になるように、発光素子４およ
び受光素子５を配置する。As a method of installing the light emitting element 4 and the light receiving element 5 on the optoelectronic integrated circuit element 2, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are produced separately from the substrate of the optoelectronic integrated circuit element 2, and then the optoelectronic integrated element is manufactured. It may be arranged on the circuit element 2, or may be arranged by directly forming the light emitting element 4 and the light receiving element 5 on the substrate of the optoelectronic integrated circuit element 2. At this time, the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are arranged so that the light propagating directions in the adjacent optical waveguides 6 are opposite to each other.
【００３４】最後に、発光素子４および受光素子５が設
置された光電子集積回路素子２の基板上に導体バンプ３
を形成し、この導体バンプ３を介して光電子集積回路素
子２を支持基板１上に配置することで、本発明の半導体
装置となる。Finally, the conductor bump 3 is formed on the substrate of the optoelectronic integrated circuit element 2 on which the light emitting element 4 and the light receiving element 5 are installed.
Is formed, and the optoelectronic integrated circuit element 2 is arranged on the support substrate 1 via the conductor bumps 3, whereby the semiconductor device of the present invention is obtained.
【００３５】このようにして本発明の半導体装置を製造
する際に、光電子集積回路素子２において隣接する光導
波路６により接続された受光素子５および発光素子４
を、交互に位置をずらせて配置し、最後に、発光素子４
および受光素子５を設置された光電子集積回路素子２の
基板上に導体バンプ３を形成し、これを支持基板１上に
配置することで、隣接する光導波路６により接続された
受光素子５および発光素子４が光電子集積回路素子２に
おいて隣接する光導波路６について交互に位置をずらせ
て配置されている本発明の半導体装置となる。When the semiconductor device of the present invention is manufactured in this manner, the light receiving element 5 and the light emitting element 4 connected by the adjacent optical waveguides 6 in the optoelectronic integrated circuit element 2 are connected.
Are alternately staggered, and finally, the light emitting element 4
By forming the conductor bump 3 on the substrate of the optoelectronic integrated circuit element 2 on which the light receiving element 5 is installed and disposing the conductor bump 3 on the support substrate 1, the light receiving element 5 and the light emission connected by the adjacent optical waveguide 6 In the semiconductor device of the present invention, the elements 4 are arranged in the optoelectronic integrated circuit element 2 such that the adjacent optical waveguides 6 are alternately displaced.
【００３６】また、光電子集積回路素子２において隣接
する光導波路６により接続された発光素子４および受光
素子５を設置する際に、交互に位置をずらせてジグザグ
状に配置された受光素子５および発光素子４を複数個が
一体的にアレイ状に形成された、受光素子アレイ８およ
び発光素子アレイ７として設置し、このように発光素子
４および受光素子５が設置された光電子集積回路素子２
の基板上に導体バンプ３を形成し、支持基板１上に配置
することで、交互に位置をずらせて配置された受光素子
５および発光素子４が、光電子集積回路素子２において
それぞれ複数個が一体的にアレイ状に形成されている本
発明の半導体装置となる。When the light emitting elements 4 and the light receiving elements 5 connected by the adjacent optical waveguides 6 are installed in the optoelectronic integrated circuit element 2, the light receiving elements 5 and the light emitting elements 5 arranged in a zigzag pattern are alternately displaced. Optoelectronic integrated circuit element 2 in which a plurality of elements 4 are integrally formed as an array and installed as light receiving element array 8 and light emitting element array 7, and light emitting element 4 and light receiving element 5 are thus installed
In the optoelectronic integrated circuit element 2, a plurality of light-receiving elements 5 and light-emitting elements 4 are integrated by arranging the conductor bumps 3 on the substrate of FIG. The semiconductor device of the present invention is formed in an array form.
【００３７】[0037]
【実施例】次に、本発明の半導体装置の実施例を示す。EXAMPLES Next, examples of the semiconductor device of the present invention will be described.
【００３８】［実施例１］まず、支持基板となるアルミ
ナ基板の表面に、シロキサンポリマの有機溶媒溶液をス
ピンコート法によって塗布し、85℃／30分および270℃
／30分の熱処理を行ない、厚さ８μｍの下部クラッド層
（屈折率1.4405，λ＝1.3μｍ）を形成した。[Example 1] First, an organic solvent solution of a siloxane polymer was applied on the surface of an alumina substrate to be a supporting substrate by spin coating, and the temperature was 85 ° C / 30 minutes and 270 ° C.
A heat treatment was performed for / 30 minutes to form a lower clad layer (refractive index 1.4405, λ = 1.3 μm) having a thickness of 8 μm.
【００３９】次に、シロキサンポリマとテトラ−ｎ−ブ
トキシチタンとの混合液をスピンコート法によって下部
クラッド層の上に塗布し、85℃／30分および150℃／30
分の熱処理を行ない、厚さ７μｍのコア層（屈折率1.44
50，λ＝1.3μｍ）を形成した。Next, a mixed solution of a siloxane polymer and tetra-n-butoxytitanium was applied onto the lower clad layer by spin coating, and the temperature was 85 ° C./30 minutes and 150 ° C./30.
Heat treatment for 7 minutes to obtain a 7 μm thick core layer (refractive index 1.44
50, λ = 1.3 μm) was formed.
【００４０】次いで、スパッタリング法により、コア層
の上にアルミニウム膜を0.5μｍの厚さで成膜した。Next, an aluminum film having a thickness of 0.5 μm was formed on the core layer by the sputtering method.
【００４１】次いで、このアルミニウム膜の上にフォト
レジスト層をスピンコート法により１μｍの厚さで成膜
した。Then, a photoresist layer having a thickness of 1 μm was formed on the aluminum film by spin coating.
【００４２】次いで、フォトマスクを用いて露光をし、
現像を行なうことで、アルミニウム膜に、光導波路のコ
ア部となるパターンを転写した。Next, exposure is performed using a photomask,
By performing development, a pattern to be the core portion of the optical waveguide was transferred to the aluminum film.
【００４３】次いで、このアルミニウム膜のパターンを
マスクとしてＣＦ4ガスおよびＯ2ガスを用いたＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）によってコア層をエッチン
グして、光導波路のコア部を形成した。Then, using the pattern of the aluminum film as a mask, RIE using CF 4 gas and O 2 gas is performed.
The core layer was etched by (reactive ion etching) to form the core portion of the optical waveguide.
【００４４】次いで、アルミニウム膜のパターンを除去
した後に、コア部および下部クラッド層の上にシロキサ
ンポリマの有機溶媒溶液をスピンコート法によって塗布
し、85℃／30分および270℃／30分の熱処理を行ない、
厚さ８μｍの上部クラッド層（屈折率1.4405，λ＝1.3
μｍ）を形成した。Then, after removing the pattern of the aluminum film, an organic solvent solution of a siloxane polymer is applied on the core portion and the lower clad layer by spin coating, and heat treatment is performed at 85 ° C./30 minutes and 270 ° C./30 minutes. The
8 μm thick upper clad layer (refractive index 1.4405, λ = 1.3
μm) was formed.
【００４５】これにより、支持基板上に、複数個の光電
子集積回路素子間で受光素子と発光素子とを接続する光
導波路を形成した。Thus, an optical waveguide for connecting the light receiving element and the light emitting element among the plurality of optoelectronic integrated circuit elements was formed on the supporting substrate.
【００４６】また、別途、受光素子としてＭＳＭ型フォ
トダイオードを、発光素子として半導体レーザを、それ
ぞれ真空プロセスおよびフォトリソグラフィプロセスに
て形成し、光電子集積回路素子にその並びが交互になる
ように配置した。Separately, an MSM photodiode as a light-receiving element and a semiconductor laser as a light-emitting element are formed by a vacuum process and a photolithography process, respectively, and they are arranged in an optoelectronic integrated circuit element so that their arrangement is alternated. .
【００４７】その後、この受光素子および発光素子が配
置された光電子集積回路素子を、光電子集積回路素子間
で互いの受光素子と発光素子とが接続されるようにし
て、支持基板上に形成した光導波路と受光素子および発
光素子とが結合するように支持基板の表面に導体バンプ
を介して配置した。After that, the optoelectronic integrated circuit element on which the light receiving element and the light emitting element are arranged is formed on a supporting substrate so that the light receiving element and the light emitting element are connected to each other between the optoelectronic integrated circuit elements. The waveguide was arranged on the surface of the support substrate via conductor bumps so that the waveguide was coupled to the light receiving element and the light emitting element.
【００４８】これにより、支持基板上に、電子集積回路
素子と受光素子および発光素子とが交互に同一基板上に
設けられた光電子集積回路素子が複数個配置されるとと
もに、光電子集積回路素子間で受光素子と発光素子とを
接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接する
これら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされて
いる本発明の半導体装置を作製した。As a result, a plurality of optoelectronic integrated circuit elements in which the electronic integrated circuit elements and the light receiving elements and the light emitting elements are alternately provided on the same substrate are arranged on the supporting substrate, and the optoelectronic integrated circuit elements are arranged between the optoelectronic integrated circuit elements. A semiconductor device according to the present invention was produced in which a plurality of optical waveguides connecting the light receiving element and the light emitting element are provided, and the light propagating directions in the adjacent optical waveguides are opposite to each other.
【００４９】以上のようにして得られた本発明の半導体
装置と、従来の半導体装置とを用いて、隣接する２本の
光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測
定した。この測定においては、まず１つの発光素子から
出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を
伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光され
た出力を測定し、これを出力Ａとした。次に、隣接する
光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定
した。ここで、従来の半導体装置において、隣接された
光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同
じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の
半導体装置において、隣接された光導波路に接続された
受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果
を出力Ｃとした。Using the semiconductor device of the present invention thus obtained and the conventional semiconductor device, the amount of crosstalk to the light receiving element coupled to two adjacent optical waveguides was measured. In this measurement, first, the light output from one light emitting element propagates through the optical waveguide connected to this light emitting element, and the output received by the light receiving element connected to this optical waveguide is measured. The output is A. Next, the output received by the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide was measured. Here, in the conventional semiconductor device, the result when the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide is in the same column as the light receiving element of the output A is set as the output B. Further, in the semiconductor device of the present invention, the result when the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide is in the same column as the light receiving element of the output A is set as the output C.
【００５０】この結果、従来の半導体装置におけるクロ
ストーク量、すなわち出力Ｂは、出力Ａの約0.1％〜１
％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロ
ストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約0.0001％以
下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減
の効果を確認することができた。As a result, the crosstalk amount in the conventional semiconductor device, that is, the output B is about 0.1% to 1 of the output A.
%, The amount of crosstalk in the semiconductor device of the present invention, that is, the output C is about 0.0001% or less of the output A, and the effect of reducing the crosstalk by the semiconductor device of the present invention can be confirmed. It was
【００５１】［実施例２］［実施例１］と同様にして本
発明の半導体装置を作製するのに際して、受光素子とし
てＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として半導体
レーザを、それぞれ真空プロセスおよびフォトリソグラ
フィプロセスにて形成し、光電子集積回路素子にその並
びが交互に、また発光素子と受光素子との位置を20μｍ
ずらせたものとなるように配置した。[Embodiment 2] When a semiconductor device of the present invention is manufactured in the same manner as in [Embodiment 1], an MSM photodiode is used as a light receiving element, a semiconductor laser is used as a light emitting element, and a vacuum process and photolithography, respectively. Formed by a process, the arrangement is alternately arranged on the optoelectronic integrated circuit element, and the position of the light emitting element and the light receiving element is 20 μm.
It was arranged so that it would be offset.
【００５２】これにより、支持基板上に、電子集積回路
素子と受光素子および発光素子とが交互に位置をずらせ
て同一基板上に設けられた光電子集積回路素子が複数個
配置されるとともに、光電子集積回路素子間で受光素子
と発光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて
成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が
逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。As a result, a plurality of optoelectronic integrated circuit elements, in which the electronic integrated circuit elements and the light receiving elements and the light emitting elements are alternately displaced from each other and provided on the same substrate, are arranged on the supporting substrate, and the optoelectronic integrated circuits are arranged. A semiconductor device according to the present invention was produced in which a plurality of optical waveguides connecting the light receiving element and the light emitting element were provided between the circuit elements, and the light propagating directions in the adjacent optical waveguides were opposite to each other.
【００５３】以上のようにして得られた本発明の半導体
装置と、［実施例１］で比較した従来の半導体装置とを
用いて、２本の光導波路に結合された受光素子へのクロ
ストーク量を測定した。この測定においては、まず１つ
の発光素子から出力された光が、この発光素子に接続さ
れた光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光
素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。
次に、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光さ
れた出力を測定した。ここで、従来の半導体装置におい
て、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａ
の受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。
また、本発明の半導体装置において、隣接された光導波
路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に
有る場合の結果を出力Ｃとした。この結果、従来の半導
体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂは、出
力Ａの約0.1％〜１％であったのに対し、本発明の半導
体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出
力Ａの約0.0001％以下であり、本発明の半導体装置によ
るクロストーク低減の効果を確認することができた。Using the semiconductor device of the present invention obtained as described above and the conventional semiconductor device compared in [Example 1], crosstalk to a light receiving element coupled to two optical waveguides is obtained. The quantity was measured. In this measurement, first, the light output from one light emitting element propagates through the optical waveguide connected to this light emitting element, and the output received by the light receiving element connected to this optical waveguide is measured. The output is A.
Next, the output received by the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide was measured. Here, in the conventional semiconductor device, the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide outputs the output A.
The result in the case of being in the same column as the light receiving element of was set as the output B.
Further, in the semiconductor device of the present invention, the result when the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide is in the same column as the light emitting element of the output A is set as the output C. As a result, the crosstalk amount in the conventional semiconductor device, that is, the output B is about 0.1% to 1% of the output A, whereas the crosstalk amount in the semiconductor device of the present invention, that is, the output C, is the output A. Is about 0.0001% or less, and the effect of reducing crosstalk by the semiconductor device of the present invention can be confirmed.
【００５４】またさらに、光電子集積回路素子において
発光素子および受光素子が接続される電気配線間の電気
的なクロストークを比較したところ、従来の半導体装置
におけるクロストークは約0.1％であったのに対し、本
発明の半導体装置におけるクロストークは約0.001％以
下であり、本発明の半導体装置による電気的なクロスト
ーク低減の効果を確認することができた。Furthermore, when the electrical crosstalk between the electrical wirings to which the light emitting element and the light receiving element are connected in the optoelectronic integrated circuit element is compared, the crosstalk in the conventional semiconductor device is about 0.1%. On the other hand, the crosstalk in the semiconductor device of the present invention was about 0.001% or less, and the effect of reducing the electrical crosstalk by the semiconductor device of the present invention could be confirmed.
【００５５】［実施例３］［実施例１］と同様にして本
発明の半導体装置を作製するのに際して、受光素子とし
てＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として半導体
レーザを、それぞれ真空プロセスおよびフォトリソグラ
フィプロセスにて形成し、光電子集積回路素子に、受光
素子および発光素子がそれぞれ40μｍ間隔で一体的にア
レイ状に形成されて、その並びが交互に、また発光素子
と受光素子との位置を20μｍずらせたものとなるように
配置した。[Embodiment 3] When a semiconductor device of the present invention is manufactured in the same manner as in [Embodiment 1], an MSM photodiode is used as a light receiving element, a semiconductor laser is used as a light emitting element, and a vacuum process and photolithography, respectively. Formed by a process, the light receiving elements and the light emitting elements are integrally formed in an array at an interval of 40 μm on the optoelectronic integrated circuit element, and their arrangement is alternated, and the positions of the light emitting element and the light receiving element are shifted by 20 μm. It is arranged so that
【００５６】これにより、支持基板上に、電子集積回路
素子と受光素子および発光素子とが交互に位置をずらせ
て、それぞれ複数個が一体的にアレイ状に形成されて同
一基板上に設けられた光電子集積回路素子が複数個配置
されるとともに、光電子集積回路素子間で受光素子と発
光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成
り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆
方向とされている本発明の半導体装置を作製した。As a result, the electronic integrated circuit elements and the light receiving elements and the light emitting elements are alternately displaced on the supporting substrate, and a plurality of them are integrally formed in an array and provided on the same substrate. A plurality of optoelectronic integrated circuit elements are arranged, and a plurality of optical waveguides for connecting the light receiving element and the light emitting element are provided between the optoelectronic integrated circuit elements, and the propagation directions of light in the adjacent optical waveguides are opposite to each other. A semiconductor device of the present invention, which is considered to be oriented, was manufactured.
【００５７】以上のようにして得られた本発明の半導体
装置と、［実施例１］で比較した従来の半導体装置とを
用いて、２本の光導波路に結合された受光素子へのクロ
ストーク量を測定した。この測定においては、まず１つ
の発光素子から出力された光が、この発光素子に接続さ
れた光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光
素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。
次に、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光さ
れた出力を測定した。ここで、従来の半導体装置におい
て、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａ
の受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。
また、本発明の半導体装置において、隣接された光導波
路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に
有る場合の結果を出力Ｃとした。この結果、従来の半導
体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂは、出
力Ａの約0.1％〜１％であったのに対し、本発明の半導
体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出
力Ａの約0.0001％以下であり、本発明の半導体装置によ
るクロストーク低減の効果を確認することができた。Using the semiconductor device of the present invention obtained as described above and the conventional semiconductor device compared in [Example 1], crosstalk to the light receiving element coupled to the two optical waveguides is obtained. The quantity was measured. In this measurement, first, the light output from one light emitting element propagates through the optical waveguide connected to this light emitting element, and the output received by the light receiving element connected to this optical waveguide is measured. The output is A.
Next, the output received by the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide was measured. Here, in the conventional semiconductor device, the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide outputs the output A.
The result in the case of being in the same column as the light receiving element of was set as the output B.
Further, in the semiconductor device of the present invention, the result when the light receiving element connected to the adjacent optical waveguide is in the same column as the light emitting element of the output A is set as the output C. As a result, the crosstalk amount in the conventional semiconductor device, that is, the output B is about 0.1% to 1% of the output A, whereas the crosstalk amount in the semiconductor device of the present invention, that is, the output C, is the output A. Is about 0.0001% or less, and the effect of reducing crosstalk by the semiconductor device of the present invention can be confirmed.
【００５８】またさらに、光電子集積回路素子において
発光素子および受光素子が接続される電気配線間の電気
的なクロストークを比較したところ、従来の半導体装置
におけるクロストークは約0.1％であったのに対し、本
発明の半導体装置におけるクロストークは約0.001％以
下であり、本発明の半導体装置による電気的なクロスト
ーク低減の効果を確認することができた。Furthermore, when the electrical crosstalk between the electric wirings to which the light emitting element and the light receiving element are connected in the optoelectronic integrated circuit element is compared, it is found that the crosstalk in the conventional semiconductor device is about 0.1%. On the other hand, the crosstalk in the semiconductor device of the present invention was about 0.001% or less, and the effect of reducing the electrical crosstalk by the semiconductor device of the present invention could be confirmed.
【００５９】またさらに、光導波路とそれぞれアレイ化
された発光素子および受光素子との配置プロセスにおけ
る各発光素子および各受光素子とそれらに接続された光
導波路との接続位置のずれ量も、従来の半導体装置にお
けるずれ量は約0.5μｍであったのに対し、本発明の半
導体装置におけるずれ量は約0.1μｍ以下であり、本発
明の半導体装置によれば、従来の半導体装置に比べて受
光素子および発光素子と光導波路の位置合わせ精度の向
上について効果があることを確認した。Further, in the process of arranging the light emitting element and the light receiving element arrayed with the optical waveguide, the shift amount of the connection position between each light emitting element and each light receiving element and the optical waveguide connected to them is also the same as in the conventional case. The deviation amount in the semiconductor device was about 0.5 μm, whereas the deviation amount in the semiconductor device of the present invention was about 0.1 μm or less. It was also confirmed that it was effective in improving the alignment accuracy of the light emitting element and the optical waveguide.
【００６０】なお、本発明は以上の実施の形態の例に何
ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。The present invention is not limited to the examples of the above embodiments, and various modifications may be added without departing from the scope of the present invention.
【００６１】例えば、光導波路は、発光素子および受光
素子の上や下に形成されて光接続されていてもよく、発
光素子および受光素子と同じ平面上で間に形成されてそ
の端面に光接続されていてもよい。また、光導波路は基
板上に形成された光導波路のみではなく、例えば、別途
基板上に形成した光導波路を剥がして形成した、フィル
ム状の光導波路でもよい。また、光導波路は１個の発光
素子と複数個の受光素子とを接続するために、または１
個の受光素子と複数個の発光素子とを接続するために、
複数に分岐してもよい。また、発光素子および受光素子
と光導波路との接続は、ミラーを介した結合でもよく、
グレーティングを介した結合でもよく、発光素子および
受光素子の素子端面での直接の結合でもよい。For example, the optical waveguide may be formed above or below the light emitting element and the light receiving element for optical connection, or may be formed between the light emitting element and the light receiving element on the same plane and optically connected to the end face thereof. It may have been done. The optical waveguide is not limited to the optical waveguide formed on the substrate, and may be, for example, a film-shaped optical waveguide formed by peeling off the optical waveguide separately formed on the substrate. Further, the optical waveguide is used to connect one light emitting element and a plurality of light receiving elements, or
In order to connect one light receiving element and a plurality of light emitting elements,
You may branch into a plurality. Further, the light emitting element and the light receiving element may be connected to the optical waveguide by coupling through a mirror,
The coupling may be via a grating or may be direct coupling at the element end faces of the light emitting element and the light receiving element.
【００６２】また、１個の光電子集積回路素子２からの
他の光電子集積回路素子２への光導波路６の接続の方向
は、図１〜３に示すような一方向に限定されるわけでは
なく、例として図４に光電子集積回路素子２の下面図で
示すように、複数の方向（図４に示す例では４方向）
に、交互に配置された発光素子４および受光素子５から
の光導波路６が接続されてもよい。The direction of connection of the optical waveguide 6 from one optoelectronic integrated circuit element 2 to another optoelectronic integrated circuit element 2 is not limited to one direction as shown in FIGS. As an example, as shown in the bottom view of the optoelectronic integrated circuit element 2 in FIG. 4, a plurality of directions (4 directions in the example shown in FIG. 4)
Alternatively, the optical waveguides 6 from the light emitting elements 4 and the light receiving elements 5 arranged alternately may be connected.
【００６３】[0063]
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、支持基板
上に、電子集積回路素子ならびに複数個の受光素子およ
び発光素子が同一基板上に設けられた光電子集積回路素
子が複数個配置されるとともに、前記光電子集積回路素
子間で前記受光素子と前記発光素子とを接続する複数本
の光導波路が形成されて成り、隣接するこれら光導波路
における光の伝搬方向が逆方向とされていることから、
隣接する光導波路中の光の伝搬方向が逆方向であるため
隣接する光導波路に光信号が漏れたとしても、その光導
波路に結合された受光素子はその漏れてきた光信号の伝
搬方向の反対側に配置されているので、隣接する光導波
路に結合された受光素子へのクロストークを低減するこ
とができる。また、隣接する光導波路間でのクロストー
クを低減することができるため、それら隣接する光導波
路間の間隔をより狭くすることができるので、より高密
度の光配線を実現することができる。According to the semiconductor device of the present invention, a plurality of optoelectronic integrated circuit elements each having an electronic integrated circuit element and a plurality of light receiving elements and light emitting elements provided on the same substrate are arranged on a supporting substrate. Along with that, a plurality of optical waveguides that connect the light receiving element and the light emitting element are formed between the optoelectronic integrated circuit elements, and the propagation directions of light in the adjacent optical waveguides are opposite directions. ,
Even if an optical signal leaks to an adjacent optical waveguide because the light propagating direction in the adjacent optical waveguide is the opposite direction, the light receiving element coupled to the optical waveguide has the opposite propagation direction of the leaked optical signal. Since it is arranged on the side, it is possible to reduce crosstalk to the light receiving element coupled to the adjacent optical waveguide. Further, since crosstalk between the adjacent optical waveguides can be reduced, the interval between the adjacent optical waveguides can be further narrowed, so that a higher density optical wiring can be realized.
【００６４】また本発明の半導体装置によれば、隣接す
る光導波路により接続された受光素子および発光素子
が、光電子集積回路素子において隣接する光導波路につ
いて交互に位置をずらせて配置されているときには、受
光素子および発光素子が接続される電気配線の位置もそ
れに対応させてずらされて配置されることとなるため、
送受光素子間の電気的なクロストークを小さくすること
ができ、より高密度の光配線を実現することができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, when the light receiving element and the light emitting element connected by the adjacent optical waveguides are arranged in the optoelectronic integrated circuit element so as to be alternately displaced with respect to the adjacent optical waveguides, Since the position of the electric wiring to which the light receiving element and the light emitting element are connected is also shifted correspondingly,
The electrical crosstalk between the light transmitting / receiving elements can be reduced, and a higher density optical wiring can be realized.
【００６５】また、本発明の半導体装置によれば、交互
に位置をずらせて配置された受光素子および発光素子
が、光電子集積回路素子においてそれぞれ複数個が一体
的にアレイ状に形成されているときには、受光素子およ
び発光素子が、それぞれ個別の素子を基板上に配置する
必要がなく、受光素子および発光素子を複数個アレイ上
に形成した光電子集積回路素子を基板上に配置するのみ
でそれぞれの受光素子および発光素子の一括配置が可能
なため、この半導体装置を製造する際の受光素子および
発光素子を基板上に配置する工数およびコストを低減す
ることができ、複数の受光素子および発光素子の位置ず
れが小さくなるので、光信号伝搬の損失を小さくするこ
とができる。Further, according to the semiconductor device of the present invention, when a plurality of light receiving elements and light emitting elements, which are alternately arranged at different positions, are integrally formed in an array in the optoelectronic integrated circuit element. , The light receiving element and the light emitting element do not need to be individually arranged on the substrate, and only the optoelectronic integrated circuit element formed by forming the plurality of light receiving elements and the light emitting elements on the array is arranged on the substrate to receive the light. Since the element and the light emitting element can be collectively arranged, it is possible to reduce the man-hour and the cost for disposing the light receiving element and the light emitting element on the substrate when manufacturing this semiconductor device, and the positions of the plurality of light receiving elements and the light emitting elements. Since the shift is small, the loss of optical signal propagation can be reduced.
【００６６】以上により、本発明によれば、高密度配置
された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロ
ストークを低減するとともに、電気配線間の電気的クロ
ストークも低減した、光送受信システムに好適な半導体
装置を提供することができ、低コストで、およびより小
さな損失で製造することができる半導体装置を提供する
ことができた。As described above, according to the present invention, the optical transmission / reception in which the crosstalk to the light receiving elements coupled to the adjacent optical waveguides arranged at high density is reduced and the electrical crosstalk between the electric wirings is also reduced. A semiconductor device suitable for a system can be provided, and a semiconductor device that can be manufactured at low cost and with smaller loss can be provided.
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の半導
体装置の実施の形態の一例を示す下面図および断面図で
ある。1A and 1B are a bottom view and a cross-sectional view, respectively, showing an example of an embodiment of a semiconductor device of the present invention.
【図２】本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示
す下面図である。FIG. 2 is a bottom view showing another example of the embodiment of the semiconductor device of the present invention.
【図３】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の
例を示す下面図である。FIG. 3 is a bottom view showing still another example of the embodiment of the semiconductor device of the present invention.
【図４】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の
例を示す下面図である。FIG. 4 is a bottom view showing still another example of the embodiment of the semiconductor device of the present invention.
【図５】従来の半導体装置の例を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor device.
【図６】従来の半導体装置の例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a conventional semiconductor device.
【図７】従来の半導体装置の例を示す一部破断斜視図で
ある。FIG. 7 is a partially cutaway perspective view showing an example of a conventional semiconductor device.
【図８】隣接する光導波路に結合された受光素子へのク
ロストーク量の計算値結果を示す線図である。FIG. 8 is a diagram showing a calculation result of a crosstalk amount to a light receiving element coupled to an adjacent optical waveguide.
１・・・・基板 ２・・・・光電子集積回路素子 ３・・・・導体バンプ ４・・・・発光素子 ５・・・・受光素子 ６・・・・光導波路 ７・・・・発光素子アレイ ８・・・・受光素子アレイ ９・・・・電子集積回路素子 1 ... substrate 2 ... Optoelectronic integrated circuit device 3 ... Conductor bump 4 ... Light emitting element 5 ... Light receiving element 6 ... Optical waveguide 7 ... Light emitting element array 8 ... Light receiving element array 9 ... Electronic integrated circuit device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 由里子 京都府相楽郡精華町光台３丁目５番地３号 京セラ株式会社中央研究所内 (72)発明者 棚橋 成夫 京都府相楽郡精華町光台３丁目５番地３号 京セラ株式会社中央研究所内 Ｆターム(参考） 2H047 KA03 MA07 RA08 TA05 TA11 TA47 5F089 AA06 AB08 AB09 AC07 AC10 AC16 CA21 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yuriko Ueno Kyoto Prefecture Soraku-gun Seika Town Hikaridai 3-5-3 Kyocera Central Research Institute (72) Inventor Naruo Tanahashi Kyoto Prefecture Soraku-gun Seika Town Hikaridai 3-5-3 Kyocera Central Research Institute F term (reference) 2H047 KA03 MA07 RA08 TA05 TA11 TA47 5F089 AA06 AB08 AB09 AC07 AC10 AC16 CA21
Claims (3)
に複数個の受光素子および発光素子が同一基板上に設け
られた光電子集積回路素子が複数個配置されるととも
に、前記光電子集積回路素子間で前記受光素子と前記発
光素子とを接続する複数本の光導波路が形成されて成
り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆
方向とされていることを特徴とする半導体装置。1. An electronic integrated circuit element and a plurality of optoelectronic integrated circuit elements having a plurality of light receiving elements and light emitting elements provided on the same substrate are arranged on a supporting substrate, and the optoelectronic integrated circuit elements are arranged between the optoelectronic integrated circuit elements. A semiconductor device comprising a plurality of optical waveguides that connect the light receiving element and the light emitting element, and the light propagating directions in the adjacent optical waveguides are opposite to each other.
前記受光素子および前記発光素子が、前記光電子集積回
路素子において隣接する前記光導波路について交互に位
置をずらせて配置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。2. The light receiving element and the light emitting element, which are connected by the adjacent optical waveguides, are arranged so as to be alternately displaced with respect to the adjacent optical waveguides in the optoelectronic integrated circuit element. Claim 1
The semiconductor device described.
光素子および前記発光素子が、前記光電子集積回路素子
においてそれぞれ複数個が一体的にアレイ状に形成され
ていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。3. A plurality of the light receiving elements and the light emitting elements, which are alternately arranged at different positions, are integrally formed in an array in the optoelectronic integrated circuit element. 2. The semiconductor device according to 2.
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| JP2005202382A (en) * | 2003-12-18 | 2005-07-28 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Optical printed circuit board, surface mounting type semiconductor package, and mother board |
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2002
- 2002-01-28 JP JP2002019022A patent/JP4646479B2/en not_active Expired - Fee Related
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