JP2004327584A - Optical interconnection circuit, method for manufacturing thereof and electronic apparatus - Google Patents

Optical interconnection circuit, method for manufacturing thereof and electronic apparatus Download PDF

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Takayuki Kondo
貴幸 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical interconnection circuit which can perform light control introduced into an optical waveguide with high precision, enables easy miniaturization, and can be easily manufactured. <P>SOLUTION: The optical interconnection circuit is equipped with a surface light emitting laser 1 and a first light receiving element 5 constituted of minute tiling-like element formed on a substrate 10 and a first light receiving element, an optical waveguide 4 having optical waveguide material which is formed on the substrate 10 and optically coupled with a light emitting part 1a of the surface light emitting laser 1 and a light receiving part 5a of the first light receiving element 5, an integrated circuit chip 20 which is flip chip mounted on the substrate 10 and arranged so as to cover at least a part of the optical waveguide 4, and a photodiode 2 which is included by the integrated circuit chip 20 and formed at a position facing the optical waveguide 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光インターコネクション回路、光インターコネクション回路の製造方法、電気光学装置及び電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、平面型表示装置として、エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置、及び液晶表示装置等が用いられている。これらの表示装置において、大型化及び大容量表示化に伴う信号の遅延等を解消するために、データ伝達に光信号を利用する技術が検討されている。また、コンピュータにおいては集積回路の内部構造の微細化によりCPU内部の動作速度(動作クロック)が年々向上しているが、CPUと記憶装置等の周辺装置とを繋ぐバスにおけるデータ伝達速度はほぼ限界に達しつつあり、コンピュータの処理速度のボトルネックとなっている。このバスにおけるデータ伝達においても光信号を利用することができればコンピュータの処理速度の限界を著しく高めることができる。
【0003】
光信号を利用してデータ伝達するには発光素子から発光された光信号を所定の場所まで伝達して受光素子等に入力する光伝送手段が必要になる。従来のこのような光伝送手段として、光ファイバを利用した技術、あるいは基板上に形成した光導波路を利用した技術(例えば下記特許文献1)がある。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−167060号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光伝送手段として光ファイバを利用した場合、発光素子及び受光素子等の光部品との接続が繁雑になり、その製造に多大なコスト及び時間がかかるとともに光伝送手段の小型化が困難になるという問題がある。
【0006】
これに対し、基板上に形成した光導波路を利用することにより光伝送媒体と発光素子及び受光素子等との接続を簡単にすることが考えられ、そのため、上記平面型表示装置やコンピュータに適用可能な程度の微細化及び製造容易化が図られた光導波路を有する光伝送手段の確立が要望される。また、安定した光伝送を行うために、外部環境変化や素子劣化等の経年変化によらずに光導波路へ導入する光量を制御することも必要となる。特に発光素子として半導体レーザを用いた場合、この半導体レーザは周囲温度等によりレーザ効率が変化するため光学的に光量をモニタして制御することが求められる。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、光導波路に導入する光量制御を精度良く行うことができ、しかも容易に微細化でき、簡易に製造できる光インターコネクション回路、光インターコネクション回路の製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の光インターコネクション回路は、基板上に設けられた微小タイル状素子からなる発光素子及び第1の受光素子と、前記基板上に設けられ、前記発光素子の発光部及び前記第1の受光素子の受光部と光学的に結合された光導波路材を有する光導波路と、前記基板にフリップチップ実装され、前記光導波路の少なくとも一部を覆うように配置された集積回路チップと、前記集積回路チップに含まれ前記光導波路と対向する位置に設けられた第2の受光素子とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、微小タイル状素子からなる発光素子から発光した光信号は光導波路を伝播して受光機能を有する別の微小タイル状素子である第1の受光素子に到達することができ、微小タイル状素子間で光信号の送受信を行うことができる。したがって、非常に高速な信号伝送手段を簡易に実現することができる。また、微小タイル状素子を非常に小さな形状(例えば、数百μm四方以下の面積と数十μm以下の厚さをもつもの)にすることで、非常に微細な光信号伝送手段を簡易に製造することができる。ここで、光導波路を形成する光導波路材としては、透明樹脂あるいはゾルゲルガラス等の透明材料を適用することができる。ゾルゲルガラスとはガラス成分を含む溶液を加熱する等して固体ガラスに変質させたものである。
そして、発光素子から発光した光の一部は光導波路から漏洩する場合があるが、この光導波路と対向する位置に第2の受光素子を設けたことにより、第2の受光素子がこの漏洩した漏洩光を受光する。したがって、第2の受光素子は漏洩光に基づく受光信号に基づいて光導波路を伝播する光の光量、ひいては発光素子の出力(発光量)をモニタリングすることができる。そして、このモニタ結果に基づいて発光素子の出力を調整することにより光導波路に導入する光の光量を制御することができる。
また、本発明によれば、上記第2の受光素子を含む集積回路チップは導電部材であるバンプ等を介して基板上にフリップチップ実装されているので、集積回路チップと基板との間にクリアランスが形成される。したがって、光導波路や発光素子を前記クリアランスに設けることで、第2の受光素子を含む集積回路チップと光導波路及び発光素子との接触を回避でき、受光素子や発光素子、あるいは光導波路の損傷を防止することができる。
また、本発明によれば、上述したように前記クリアランスに光導波路や発光素子を配置可能であるとともに、発光素子を微小タイル状素子として形成しているので、発光素子の出力をモニタリングできる半導体集積回路を、極めてコンパクト化することができ、しかもこの半導体集積回路を既存の製造技術を用いて簡易に製造することができる。
ここで、微小タイル状素子は化合物半導体でもシリコン半導体でもよく、微小タイル状素子が接着される基板もシリコン半導体基板でも化合物半導体基板でもよい。したがって、従来、1つのモノリシック基板では形成することができなかった化合物半導体とシリコン半導体とが3次元に組み合わされたハイブリッド基板(面発光レーザの出力を高精度にモニタリングできる半導体集積回路)を極めてコンパクトに形成することができる。
【0009】
ここで、第2の受光素子は前記漏洩光を受光可能なように光導波路の一部と対向していればよく、発光素子と対向する位置に(発光素子近傍に)配置されていなくてもよい。
【0010】
一方、前記集積回路チップは前記発光素子を覆うように配置され、前記第2の受光素子は前記発光素子と対向する位置に設けられている構成とすることにより、漏洩光を介して発光素子の出力をより精度良くモニタリングすることができる。また、集積回路チップは発光素子を覆うように配置されているので、第2の受光素子に入射する外部からの外乱光を集積回路チップで遮ることができ、発光素子の出力を更に高精度にモニタリングすることができる。
【0011】
本発明の光インターコネクション回路において、前記集積回路チップは、前記第2の受光素子が受光した受光量に基づいて前記発光素子の発光量を制御する自動出力制御回路を有することを特徴とする。
本発明によれば、第2の受光素子の受光量に基づいて発光素子の発光量を制御する自動出力制御回路を設けたことにより、温度変化、経年変化及び製造品位等に影響されずに、所望発光量の発光光を長年に渡って安定に出力するコンパクトな半導体集積回路を安価に提供することができる。なお、この自動出力制御回路は基板に設けられている構成であってもよい。
【0012】
ここで、発光素子からの発光量と光導波路から漏洩する漏洩光の光量とが比例関係にある場合は、自動出力制御回路は第2の受光素子の受光量情報を比例計算した結果に基づいて発光素子の発光量を制御することができる。一方、例えば発光素子の発光位置と漏洩光の漏洩位置(第2の受光素子の漏洩光検出位置)との距離条件や、光導波路の光伝達特性(光伝達損失特性、導波損失特性)といった検出条件に起因して、発光素子からの発光量と光導波路から漏洩する漏洩光の光量とが比例関係にない場合は、発光素子からの発光量と光導波路から漏洩する漏洩光の光量との関係を前記検出条件に基づいて予め導出しておき、自動出力制御回路は前記導出した結果に基づいて前記発光素子の発光量を制御すればよい。
【0013】
本発明の光インターコネクション回路において、前記光導波路は前記発光素子からの光の一部を外部に漏洩する漏洩部を有し、前記第2の受光素子は前記漏洩した光を受光することを特徴とする。
本発明によれば、光導波路の一部にこの光導波路を伝播する光の一部を漏洩する漏洩部を積極的に設けることで、この光導波路を伝播する光の光量、ひいては発光素子の出力を精度良くモニタリングすることができる。つまり、光導波路を形成する光導波路材が上述したような透明材料である場合には光導波路を伝播する光の一部は自然に漏洩するが、不透明材料である場合等においては自然に漏洩しない場合が考えられる。そこで、このような不透明材料を使用した場合等においても漏洩部を設けることで発光素子の発光量を精度良くモニタリングすることができる。
【0014】
この場合において、前記光導波路を形成する光導波路材の表面に設けられた光反射膜を備え、前記漏洩部は前記光反射膜の一部に形成された開口部を有する構成とすることが可能である。これにより、光導波路を伝播する光の一部は前記開口部を介して外部に漏洩し、第2の受光素子に入射することができる。また、反射膜を設けることにより、漏洩部(開口部)以外からの光の漏洩を抑えることができるため、光導波路の導波損失(伝達損失)を抑えて良好な光伝達効率を得ることができる。
【0015】
なお、漏洩部としては、例えば光導波路が前記透明材料(透明樹脂やゾルゲルガラス)からなる場合、この光導波路の漏洩部形成予定領域を他の領域に対して異なる反射率(屈折率)になるように処理した領域とすることもできる。例えば、光導波路の漏洩部形成予定領域を構成する材料に光散乱粒子を混ぜたり、光散乱部材を設けたり、あるいはエンボス加工等により凹凸形状にしたりすることで光散乱部とし、この光散乱部を前記漏洩部としてもよい。また、漏洩部形成予定領域の材料を他の領域の材料と異なる材料で形成することも可能である。
【0016】
この場合において、前記漏洩部は前記光導波路のうち前記発光素子近傍に設けられていることが好ましい。これにより、第2の受光素子は発光素子近傍に設けられた漏洩部からの漏洩光を受光することで、発光素子の出力を精度良くモニタリングできる。
【0017】
更に、この場合において、前記漏洩部は前記発光素子の発光軸上に配置されていることが好ましく、これに伴って、前記第2の受光素子の受光部も前記発光素子の発光軸上に配置されていることが好ましい。これにより、発光素子の出力を更に精度良くモニタリングできる。
【0018】
本発明の光インターコネクション回路において、前記光導波路は前記基板の平面に沿って面状又は線状に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、例えば、発光機能を有する第1の微小タイル状素子(発光素子)と受光機能を有する第2の微小タイル状素子(第1の受光素子)との間を面状又は線状に設けられた光導波路材で繋ぐことで、光信号がその光導波路材を伝播し、第1の微小タイル状素子と第2の微小タイル状素子との間で光信号を伝送することができる。また、例えば、発光機能を有する1つの第1の微小タイル状素子と受光機能を有する複数の第2の微小タイル状素子とを被うように光導波路材を面状又は線状に設けることで、1つの第1の微小タイル状素子から出力された光信号を複数の第2のタイル状素子で同時に受信することができ、より高速な信号伝送を行うことができる。一方、発光機能を有する複数の第1の微小タイル状素子と受光機能を有する複数の第2微小タイル状素子とを被うように光導波路材を面状又は線状に設けることで、複数の第1の微小タイル状素子と複数の第2の微小タイル状素子との間で高速な信号伝達をすることもできる。ここで、各第1の微小タイル状素子毎に出力する光信号の光の波長を異なるものとすることで、光信号によるバスを簡易に構成することができる。
【0019】
本発明の光インターコネクション回路において、前記発光素子は面発光レーザであることを特徴とする。
本発明によれば、発光素子を面発光レーザにすることで、微小な発光素子を設けることができる。ここで、面発光レーザは、化合物半導体からなるものであるので、シリコンと格子整合せず、エピタキシーなどの半導体プロセスによって直接にシリコン集積回路上に形成することが非常に困難である。そこで、一旦、ガリウム・ヒ素基板に面発光レーザを形成し、次いで、その面発光レーザを微小タイル形状にチップ化することで形成する。このようにチップ化することで、シリコンなどの基板上の任意の位置に面発光レーザを配置することができる。
【0020】
本発明の光インターコネクション回路において、前記受光素子はフォトダイオードであることを特徴とする。
本発明によれば、1つのモノリシック基板では形成することができない、面発光レーザとフォトダイオードとの組み合わせを有する半導体集積回路を極めてコンパクトにかつ容易に形成することができる。
【0021】
本発明の光インターコネクション回路の製造方法は、基板上に微小タイル状素子からなる発光素子及び第1の受光素子を接着する工程と、前記基板上に前記発光素子の発光部及び前記第1の受光素子の受光部と光学的に結合される光導波路材を含む光導波路を設ける工程と、第2の受光素子を含む集積回路チップを前記光導波路の少なくとも一部を覆うにように前記基板にフリップチップ実装する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、微小タイル状素子からなる発光素子の出力を高精度にモニタリングできる光インターコネクション回路を、既存の製造技術を用いて簡易に製造することができる。また本発明によれば、上記光インターコネクション回路を容易にコンパクト化することができる。
【0022】
ここで、前記光導波路を形成する光導波路材の表面に、その一部に開口部を有する光反射膜を形成する工程を有し、前記光反射膜を、該光反射膜形成用材料を含む液体材料の液滴を吐出することで形成する構成とすることができる。これにより、光導波路を伝播する光の一部を漏洩する漏洩部を液滴吐出法に基づいて材料消費の無駄を抑えつつ所望の位置に容易に形成できる。
【0023】
本発明の電子機器は、上記記載の光インターコネクション回路を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、所望発光量の光信号を長年に渡って安定して光導波路に導入できるコンパクトな光インターコネクション回路を構成要素とする電子機器を安価に提供できる。そして、例えば集積回路に本発明の光インターコネクション回路を適用することで高速に信号処理でき且つコンパクトな電子機器を安価に提供できる。また、本発明によれば、例えば表示装置に光インターコネクション回路を適用することで高品位な画像を表示できる電気機器を提供できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光インターコネクション回路について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の光インターコネクション回路の一実施形態を示す概略断面図である。
図1において、光インターコネクション回路は、基板10上に設けられた微小タイル状素子からなる発光素子1及び第1の受光素子5と、基板10上に設けられ、発光素子1の発光部1a及び第1の受光素子5の受光部5aと光学的に結合された光導波路材を有する光導波路4と、基板10にフリップチップ実装され、光導波路4の少なくとも一部を覆うように配置された集積回路チップ20と、集積回路チップ20に含まれ、光導波路4と対向する位置に設けられた第2の受光素子2とを備えている。本実施形態において、発光素子1は面発光レーザであり、第2の受光素子2はフォトダイオードである。面発光レーザ(発光素子)1は基板10の表面(上面)に貼り付けられている。また、第1の受光素子5もフォトダイオードであり、フォトダイオード(第1の受光素子)5も基板10の表面(上面)に貼り付けられている。
【0025】
面発光レーザ1及びフォトダイオード5を含む微小タイル状素子は、微小なタイル形状(板形状)の半導体デバイスであり、例えば、厚さが数十μm以下であり、面積が数百μm以下の四角形板状部材である。微小タイル状素子の製造方法については後で説明する。なお、面発光レーザ1を含む微小タイル状素子の形状は、四角形に限定されず他の形状であってもよい。
【0026】
基板10としては、ガラス、プラスチック、ガラスエポキシ基板、セラミック、半導体基板、シリコンなど任意のものを適用することができる。集積回路チップ20は、基板10の所望位置に設けられたボンディングパッド(図示せず)と、導電部材からなるバンプ21とを介して、基板10上にフリップチップ実装されている。そして、集積回路チップ20内の回路は、バンプ21及びボンディングパッドを介して基板10に設けられている配線(図示せず)と電気的に接続されている。その基板10の配線は面発光レーザ1と電気的に接続されている。したがって、面発光レーザ1はバンプ21等を介して集積回路チップ20内の回路と電気的に接続されている。
【0027】
本実施形態において、集積回路チップ20は基板10上の面発光レーザ1を覆うように配置されている。そして、集積回路チップ20は、第2の受光素子であるフォトダイオード2と、フォトダイオード2の検出値(受光量)に基づいて面発光レーザ1の発光量(出力)を制御するAPC(Auto Power Control)ドライバ回路(自動出力制御回路)3とを備えている。フォトダイオード2は面発光レーザ1の上面に対向するように配置されている。ここで、フォトダイオード2の受光部は面発光レーザ1の発光軸上に配置されていることが好ましい。
【0028】
図2は図1の平面図であって特に光導波路4について示した図である。光導波路4は透明樹脂あるいはゾルゲルガラス等の光導波路材からなるものであって、基板10の表面に線状に形成されている。そして、光導波路4の一端部は前記面発光レーザ(第1の微小タイル状素子)1の発光部1aを覆っており、他端部は第1の受光素子(第2の微小タイル状素子)5を覆っている。第1の受光素子5は基板10の表面に貼り付けられており、光導波路4を形成する光導波路材は少なくとも面発光レーザ1の発光部1aと第1の受光素子5の受光部5aとを被うように基板10の表面に形成されている。
なお、基板10がシリコンである場合、このシリコンからなる基板10に第1の受光素子5として直接フォトダイオードを形成することも可能である。あるいは、光信号受信用の第1の受光素子5を、発光素子1と対向する位置に設けられた集積回路チップ20に設ける構成とすることも可能である。この場合、光信号受信用の第1の受光素子5は発光素子1の発光軸上に配置され、一方、光量モニタ用の第2の受光素子であるフォトダイオード2は、例えば、発光素子1の発光軸とずれた位置であって且つ光導波路4からの漏洩光を受光可能な位置に配置される。
【0029】
このような構成により、第1の微小タイル状素子である面発光レーザ1の発光部1aから発光した光は、光導波路4を伝播し、第2の微小タイル状素子である第1の受光素子5の受光部5aに到達する。そこで、発光部1aの発光動作を制御して光信号を発光部1aから発光すると、その光信号が光導波路4を伝播し、光導波路4を伝播してきた光信号を受光部5aで検出することができる。
【0030】
また、面発光レーザ1から発光された光信号は、光導波路4を伝播して第1の受光素子5に入射するとともに、第1の受光素子5の上を通過する。これにより、1個の面発光レーザ1から複数個の発光素子5へ略同時に光信号を送信することができる。ここで、第1の発光素子5の厚さを20μm以下とすることにより、基板との段差が十分小さくなるため、図1のように段差を乗り越えて連続的に光導波路4を形成できる。段差部において連続的に光導波路4を形成しても、段差が小さいため、散乱などの光の伝達損失はほとんど無視できる。そのため段差部に段差緩和のための特別な構造や光学素子を必要としない。よって低コストかつ簡便に作製できる。また、光導波路4をなす光導波路材の厚さを数十μm以下にすることができる。
【0031】
一方、面発光レーザ1から発光した光の一部は、図1に示すように、光導波路4を上方向に伝播した後、外部に漏洩する漏洩光となる。そして、集積回路チップ20に設けられているフォトダイオード2はこの漏洩光を受光するようになっている。
【0032】
次に、APCドライバ回路3による面発光レーザ1の出力制御について図3を参照して説明する。先ず、面発光レーザ1から発光された光のうちの大部分は光信号L1として光導波路4を長手方向に伝播する。一方、光導波路4の外部に漏洩した漏洩光L2は第2の受光素子であるフォトダイオード2に入射する。ここで、面発光レーザ1から放射される光信号L1の光量と漏洩光(モニター光)L2の光量とは比例関係にある。すなわち、光信号L1の光量が減少したときはそれに比例して漏洩光L2の光量も減少する。
【0033】
漏洩光L2はフォトダイオード2に入射するので、フォトダイオード2には漏洩光L2の光量に対応した電流が流れる。APCドライバ回路3は、フォトダイオード2を流れる電流の値を検出値として検出信号に変換し、その検出値と所定の基準値とを比較する。さらに、APCドライバ回路3は、その比較結果が一定値となるように、面発光レーザ1の駆動電圧又は駆動電流を制御する。これらにより、面発光レーザ1の発光量(光信号L1及び漏洩光L2)はフィードバック制御され、周囲温度及び経年変化などに影響されずに長年に渡って所望の値に保たれる。
【0034】
なお、APCドライバ回路3を集積回路チップ20に設ける代わりに基板10に設けてもよい。また、APCドライバ回路3はAPC回路部とドライバ回路部とに分離した構成としてよい。さらに、APC回路部をフォトダイオード2の出力を検出する検出回路(プリアンプなどを含む)とAPC回路に分離した構成としてもよい。
【0035】
以上説明したように、本実施形態によれば、面発光レーザ1から発光した光信号は光導波路4を伝播して光信号受信用の第1の受光素子5に到達することができ、素子間で光信号の送受信を行うことができる。したがって、非常に高速な信号伝送手段を簡易に実現することができる。また、素子を非常に小さな形状にすることで、非常に微細な光信号伝送手段を簡易に製造することができる。そして、面発光レーザ1から発光した光のうち透明材料からなる光導波路4から漏洩する漏洩光を、光導波路4と対向する位置に設けられた光量モニタ用の第2の受光素子であるフォトダイオード2で受光することにより、フォトダイオード2は漏洩光に関する受光信号に基づいて光導波路4を伝播する光の光量、ひいては面発光レーザ1の出力(発光量)をモニタリングすることができる。したがって、このモニタ結果に基づいて面発光レーザ1の出力を調整することができ、光導波路4に導入する光の光量を制御することができる。
【0036】
また、フォトダイオード2を含む集積回路チップ20は基板10上にフリップチップ実装されているので、集積回路チップ20と基板10との間にクリアランスが形成される。したがって、光導波路4や面発光レーザ1をこのクリアランスに設けることで、フォトダイオード2を含む集積回路チップ20と光導波路4及び面発光レーザ1との接触を回避でき、フォトダイオード2や面発光レーザ1、あるいは光導波路4の損傷を防止することができる。そして、基板10と集積回路20とのクリアランスに光導波路4や面発光レーザ1を配置し、しかも面発光レーザ1を微小タイル状素子として形成しているので、面発光レーザ1の出力をモニタリングできる半導体集積回路を極めてコンパクト化することができ、しかもこの半導体集積回路を既存の製造技術を用いて簡易に製造することができる。
【0037】
図4は光導波路4の他の実施形態を示す図であって図4(a)は側断面図、図4(b)は平面図である。この光導波路4を形成する光導波路材の表面には、所定位置に開口部6aを有する光反射膜6が設けられている。すなわち、光導波路材の表面のうち開口部6a以外の全部に光反射膜6が設けられている。この光反射膜6は金属膜により構成されている。この金属膜(光反射膜)6の形成材料としては、例えば、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、銅、ニッケル、チタン、クロム、亜鉛等が挙げられる。
【0038】
本実施形態において、金属膜6は液滴吐出法に基づいて形成される。液滴吐出法は、液滴吐出ヘッドの吐出ノズルから液体材料の液滴を所定面に対して吐出することによりこの所定面上に膜パターンを形成する方法である。本実施形態では、金属微粒子を分散媒に分散した液体材料の液滴を光導波路材の表面に吐出して配置することで金属膜6を形成する。これにより、材料消費の無駄を抑えつつ、所望の位置に開口部6aを有する金属膜6を容易に形成することができる。なお、光導波路材の表面に液体材料の液滴を配置するに際し、この光導波路材の表面に対して撥液性(または親液性)を制御する表面処理を予め施しておくことが好ましい。
【0039】
そして、この開口部6aが、光導波路4を伝播する光の一部を漏洩する漏洩部となっており、集積回路チップ20に設けられたフォトダイオード2はこの開口部6aを介して漏洩した漏洩光L2を受光する。ここで、開口部(漏洩部)6aは光導波路4を形成する光導波路材の表面のうちフォトダイオード2近傍に設けられていることが好ましく、更に、面発光レーザ1の発光軸上に配置されていることが好ましい。
【0040】
以上説明したように、面発光レーザ1から発光する光の一部を外部に積極的に漏洩する漏洩部6aを設けることにより、フォトダイオード2は漏洩光を良好にモニタリングできる。また、本実施形態のように、光導波路材の開口部(漏洩部)6a以外の全面に反射膜6を設けることにより、漏洩部6a以外からの光の漏洩を抑えることができるので、光導波路4は良好な光伝達効率を得ることができる。
【0041】
なお、漏洩部は、他の領域より光の漏洩量が多ければよく、例えばこの漏洩部形成予定領域を他の領域と異なる材料により形成したり、光反射率(屈折率)を他の領域と異ならせる処理、例えば、漏洩部形成予定領域に光散乱粒子を混ぜたり、光散乱部材を設けたり、あるいはエンボス加工等により凹凸形状にしたりすることで漏洩部を形成してもよい。
【0042】
なお、上記各実施形態において、発光素子1としては、VCSEL(面発光レーザ)の他、例えば、LED、又はDFB(Distributed Feedback)レーザを備えるものとすることができる。発光デバイスとして、LEDはもっとも構造が単純で作製が容易であるが、光信号の変調速度が数百Mbps程度と遅い。これに対してVCSELは、10Gbpsを超える非常に高速な変調が可能である上、しきい値電流が小さく発光効率が高いので低消費電力で駆動できる。DFBレーザは、変調速度は1Gbps程度と面発光レーザには及ばないものの、微小タイル形状の端部から基板10の平面と平行な方向、すなわち光導波路4に沿った方向へレーザ光を出射するため、面発光レーザより効率よく光信号を伝播することができる。なお、DFBレーザには、電界吸収変調器を内蔵させることもできる。こうすると10Gbpsを越える変調速度が得られるため、DFBの効率的な光信号伝播性と高速変調とを両立することも可能となる。
【0043】
第2の受光素子2や第1の受光素子5は、例えば、フォトダイオードの他、例えばフォトトランジスタを備えるものとすることができる。ここで、フォトダイオードとしては、PIN型フォトダイオード、APD(アバランシェフォトダイオード)、MSM(Metal−Semiconductor−Metal)型フォトダイオードを用途に応じて選ぶことができる。APDは、光感度、応答周波数ともに高い。MSM型フォトダイオードは、構造が単純で増幅用トランジスタとともに集積化しやすい。
なお、第1の受光素子5と第2の受光素子2とで異なる特性を有する受光素子を用いることができる。例えば、第2の受光素子2は光量モニタ用であるため、入射光量と出力信号とのリニアリティ(直線性)が重要である一方、光量の時間平均を計測するため高速応答性はある程度許容される。一方、第1の受光素子5は光信号受信用であるため、高速応答性が重要である一方、受信する光信号はON・OFFパルス信号であるためリニアリティはある程度許容される。このような観点に基づいて、第1及び第2の受光素子として用いるデバイスは適宜選択される。
【0044】
そして、面発光レーザ1及び第1の受光素子5は、基板10に設けられた集積回路、又はEL表示回路、プラズマディスプレイ、液晶表示回路などの電子回路(図示せず)と電気的に接続されている。これにより、集積回路などからなるコンピュータシステムをコンパクトでありながら従来よりも高速にすることができる。また、基板10に設けられた平面ディスプレイなどの走査信号を本実施形態の光インターコネクション回路によって高速に伝送することができ、平面型表示装置における画面の大型化及び高品位化を促進することができる。
【0045】
図1においては、面発光レーザ1と第1の受光素子5とがそれぞれ1つずつ、一本の光導光路4に結合されているが、第1の受光素子5の個数は複数個であってもよい。この場合、一つの面発光レーザ1から送信された光信号は、一本の光導光路4を伝播して、複数の第1の受光素子5で同時に検出される。これは一対多のバスラインと同じである。また、面発光レーザ1と第1の受光素子5とのそれぞれが複数個であってもよい。ここで、各面発光レーザ1は、放射する光の波長が異なるものとしてもよい。また、各第1の受光素子5は、少なくとも1つの面発光レーザ1が放射する光の波長に対応して、波長選択機能をもつ受光手段であることが好ましい。これらにより、複数の面発光レーザ1からそれぞれ送信された複数の光信号が、1つの光導波路4を同時に伝播して、複数の第1の受光素子5のそれぞれに検出されることができる。したがって、複数の光信号を並列に送受信することができるバスを簡易に構成することができる。
【0046】
また、光導波路4は、図1においては直線状に形成されているが、曲線状に形成したり複数に分岐させることもできる。また、ループ状に形成してもかまわない。また、複数のタイル状素子を覆うようにシート状(面状)に形成してもよい。もちろん一つの基板10の表面に複数の組の面発光レーザ1、第1の受光素子5、及び光導波路30を形成してもかまわない。さらに、基板10の表裏両面に面発光レーザ1、受光素子、及び光導波路4を形成することもできる。
【0047】
上記フォトダイオード2には、所望波長(例えば面発光レーザ1の発光波長)の光のみを透過させるフィルタを設けてもよい。このようにすると、フォトダイオード2に入射する光が面発光レーザ1から放射された光のみとなるので、外乱光の影響を受けずに面発光レーザ1の発光量を高精度に検出することができる。
【0048】
上記集積回路チップ20は、パラレル信号をシリアル信号に変換する変換回路を含むものとしてもよい。このようにすると、CPUなどから出力されたパラレル信号を集積回路チップ20においてシリアル信号に変換し、そのシリアル信号で面発光レーザ1を駆動させることで、光信号にかかるシリアル信号を含ませることができる。
【0049】
<光導波路の製造方法>
次に、上記実施形態に係る光インターコネクション回路における光導波路4の製造方法について、図5〜図8を参照して説明する。図5は光導波路4の製造方法を示す模式側面図である。
【0050】
先ず、基板10の上面に上記第1微小タイル状素子(面発光レーザ)及び第2微小タイル状素子(第1の受光素子)を接着しておく。その後、光導波路4の製造工程に入る。そして、図5(a)に示すように、基板10の上面と第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子(図示せず)の上面の全体に、液状の光硬化樹脂4cをコーティングする。このコーティングは、スピンコート法、ロールコート法、スプレイコート法などで行う。
【0051】
次いで液状の光硬化樹脂4cに対して、所望パターンのマスクを介して紫外線(UV)を照射する。これにより、液状の光硬化樹脂4cにおける所望領域だけが硬化しパターニングされる。そして、硬化していない樹脂を洗浄などにより除去することで、図5(b)に示すように、硬化された光導波路材からなる光導波路4dが形成される。
【0052】
図6は光導波路4の製造方法についての他の例を示す模式側面図である。先ず、基板10の上面に上記第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子を接着しておく。その後、光導波路4の製造工程に入る。そして、図6(a)に示すように、基板10の上面と第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子(図示せず)の上面全体に樹脂4eをコーティングして硬化させる。このコーティングは、スピンコート法、ロールコート法、スプレイコート法などで行う。次いで、樹脂4eにおける所望領域にレジストマスク41を形成する。このレジストマスク41の形成領域は光導波路4を形成する領域と同じである。
【0053】
次いで、図6(b)に示すように、レジストマスク41の上から基板10全体についてドライエッチング又はウエットエッチングを施し、レジストマスク41の下以外にある樹脂4eを除去する。このようにフォトリソパターニングして、レジストマスク41を除去することで、光導波路材からなる光導波路4fが形成される。基本的にエピタキシャルリフトオフ法に基づくものである。
【0054】
図7は光導波路4の製造方法についての他の例を示す模式側面図である。先ず、基板10の上面に上記第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子を接着しておく。その後、光導波路4の製造工程に入る。そして、基板10の上面と第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子(図示せず)の上面全体に、撥液処理を施して撥液表面51を設ける。
【0055】
次いで、図7(a)に示すように、撥液表面51における所望パターン領域に紫外線を照射することなどして、撥液表面51のなかに所望パターンの親液表面52を設ける。次いで、図7(b)に示すように、親液表面52のなかに、インクジェットノズルまたはディスペンサなどから液状の光導波路材4gを滴下する。光導波路材4gとしては、透明樹脂又はゾルゲルガラスを用いる。そして、基板10上に滴下された光導波路材4gを硬化させることで、光導波路材からなる光導波路4hが形成される。ゾルゲルガラスで光導波路4gを形成する場合は、金属アルコキシドに酸を加えて加水分解した溶液などをインクジェットノズルまたはディスペンサなどから親液表面52に滴下する。次いで、滴下した溶液に熱などのエネルギーを加えてガラス化し光導波路4hとする。
【0056】
図8は光導波路4の製造方法についての他の例を示す模式側面図である。先ず、基板10の上面に上記第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子を接着しておく。その後、光導波路4の製造工程に入る。そして、図8(a)に示すように、基板10の上面並びに第1微小タイル状素子及び第2微小タイル状素子の上面であって、光導波路4を設けようとする領域を被うように、液状の樹脂4iを塗布する。
【0057】
次いで、光導波路30のパターン形状52をもつ型であるスタンパ51を、基板10の上方から基板10の表面に押し付ける。次いで、図8(b)に示すように、基板10の表面からスタンパ51を持ち上げる。これらにより、スタンパ51を用いたパターン転写法により、基板10上に所望パターン形状の光導波路材からなる光導波路4jが形成される。
【0058】
光導波路4の製造方法は、上記図5〜図8に示す方法以外に、次に述べる方法を用いてもよい。例えば、スクリーン印刷又はオフセット印刷などの印刷法を用いて、光導波路4をなす光導波路材を設けてもよい。また、スリット状の隙間から液状の樹脂を吐出するスリットコート法を用いて、光導波路4をなす光導波路材を設けてもよい。スリットコート法としては、毛細管現象を用いて樹脂などの所望部材を基板10に塗布する手法を採用してもよい。
【0059】
<微小タイル状素子の製造方法>
次に、上記面発光レーザ1をなす微小タイル状素子の製造方法と、その微小タイル状素子を基板(最終基板)に接着する方法とについて、図9〜図18を参照して説明する。本製造方法では、微小タイル状素子としての化合物半導体デバイス(化合物半導体素子)を最終基板となるシリコン・LSIチップ上に接着する場合について説明するが、半導体デバイスの種類及びLSIチップの種類に関係なく本発明を適用することができる。なお、本実施形態における「半導体基板」とは、半導体物資から成る物体をいうが、板形状の基板に限らず、どのような形状であっても半導体物資であれば「半導体基板」に含まれる。本微小タイル状素子の製造方法では、エピタキシャルリフトオフ法を基礎として用いている。
【0060】
(第1工程)
図9は本半導体集積回路の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。図9において、基板110は半導体基板であり、例えばガリウム・ヒ素化合物半導体基板とする。基板110における最下位層には、犠牲層111を設けておく。犠牲層111は、アルミニウム・ヒ素(AlAs)からなり、厚さが例えば数百nmの層である。例えば、犠牲層111の上層には機能層112を設ける。機能層112の厚さは、例えば1μmから10(20)μm程度とする。そして、機能層112において半導体デバイス(面発光レーザ1)113を作成する。半導体デバイス113としては、例えば面発光レーザ(VCSEL)のほかに他の機能素子、例えば高電子移動度トランジスタ(HEMT)、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)などからなるドライバ回路又はAPC回路などを形成してもよい。これらの半導体デバイス113は、何れも基板110上に多層のエピタキシャル層を積層して素子が形成されたものである。また、各半導体デバイス113には、電極も形成し、動作テストも行う。
【0061】
(第2工程)
図10は本半導体集積回路の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。本工程においては、各半導体デバイス113を分割するように分離溝121を形成する。分離溝121は、少なくとも犠牲層111に到達する深さをもつ溝とする。例えば、分離溝の幅及び深さともに10μmから数百μmとする。また、分離溝121は、後述するところの選択エッチング液が当該分離溝121を流れるように、行き止まりなく繋がっている溝とする。さらに、分離溝121は、碁盤のごとく格子状に形成することが好ましい。また、分離溝121相互の間隔を数十μmから数百μmとすることで、分離溝121によって分割・形成される各半導体デバイス113のサイズを、数十μmから数百μm四方の面積をもつものとする。分離溝121の形成方法としては、フォトリソグラフィとウェットエッチングによる方法、またはドライエッチングによる方法を用いる。また、クラックが基板に生じない範囲でU字形溝のダイシングで分離溝121を形成してもよい。
【0062】
(第3工程)
図11は本半導体集積回路の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。本工程においては、中間転写フィルム131を基板110の表面(半導体デバイス113側)に貼り付ける。中間転写フィルム131は、表面に粘着剤が塗られたフレキシブルなフィルムである。
【0063】
(第4工程)
図12は本半導体集積回路の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。本工程においては、分離溝121に選択エッチング液141を注入する。本工程では、犠牲層111のみを選択的にエッチングするために、選択エッチング液141として、アルミニウム・ヒ素に対して選択性が高い低濃度の塩酸を用いる。
【0064】
(第5工程)
図13は本半導体集積回路の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。本工程においては、第4工程での分離溝121への選択エッチング液141の注入後、所定時間の経過により、犠牲層111のすべてを選択的にエッチングして基板110から取り除く。
【0065】
(第6工程)
図14は本半導体集積回路の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。第5工程で犠牲層111が全てエッチングされると、基板110から機能層112が切り離される。そして、本工程において、中間転写フィルム131を基板110から引き離すことにより、中間転写フィルム131に貼り付けられている機能層112を基板110から引き離す。これらにより、半導体デバイス113が形成された機能層112は、分離溝121の形成及び犠牲層111のエッチングによって分割されて、所定の形状(例えば、微小タイル形状)の半導体素子(上記実施形態の「面発光レーザ1」)とされ、中間転写フィルム131に貼り付け保持されることとなる。ここで、機能層の厚さが例えば1μmから10μm程度、大きさ(縦横)が例えば数十μmから数百μmであるのが好ましい。
【0066】
(第7工程)
図15は本半導体集積回路の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。本工程においては、(微小タイル状素子161が貼り付けられた)中間転写フィルム131を移動させることで、最終基板171(透明基板10)の所望の位置に微小タイル状素子161(面発光レーザ1)をアライメントする。ここで、最終基板171は、例えば、シリコン半導体からなり、LSI領域172が形成されている。また、最終基板171の所望の位置には、微小タイル状素子161を接着するための接着剤173を塗布しておく。接着剤は微小タイル状素子に塗布してもかまわない。
【0067】
(第8工程)
図16は本半導体集積回路の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。本工程においては、最終基板171の所望の位置にアライメントされた微小タイル状素子161を、中間転写フィルム131越しに裏押し治具181で押しつけて最終基板171に接合する。ここで、所望の位置には接着剤173が塗布されているので、その最終基板171の所望の位置に微小タイル状素子161が接着される。
【0068】
(第9工程)
図17は本半導体集積回路の製造方法の第9工程を示す概略断面図である。本工程においては、中間転写フィルム131の粘着力を消失させて、微小タイル状素子161から中間転写フィルム131を剥がす。中間転写フィルム131の粘着剤は、UV硬化性又は熱硬化性のものにしておく。UV硬化性の粘着剤とした場合は、裏押し治具181を透明な材質にしておき、裏押し治具181の先端から紫外線(UV)を照射することで中間転写フィルム131の粘着力を消失させる。熱硬化性の接着剤とした場合は、裏押し治具181を加熱すればよい。あるいは第6工程の後で、中間転写フィルム131を全面紫外線照射するなどして粘着力を全面消失させておいてもよい。粘着力が消失したとはいえ実際には僅かに粘着性が残っており、微小タイル状素子161は非常に薄く軽いので中間転写フィルム131に保持される。
【0069】
(第10工程)
本工程は、図示していない。本工程においては、加熱処理などを施して、微小タイル状素子161を最終基板171に本接合する。
【0070】
(第11工程)
図18は本半導体集積回路の製造方法の第11工程を示す概略断面図である。本工程においては、微小タイル状素子161(面発光レーザ1)の電極と最終基板171(透明基板10)上の回路を配線191により電気的に繋ぎ、一つのLSIチップなどの半導体集積回路を完成させる。最終基板171としては、シリコン半導体のみならず、ガラス基板、石英基板又はプラスチックフィルムを適用してもよい。
【0071】
これらにより、最終基板171である透明基板10が例えばプラスチックであっても、その透明基板10上の所望位置にガリウム・ヒ素製の面発光レーザ1を形成するというように、面発光レーザ1をなす半導体素子を当該半導体素子とは材質の異なる基板上に形成することが可能となる。また、半導体基板上で面発光レーザ1を完成させてから微小タイル形状に切り離すので、半導体集積回路を作成する前に、予め面発光レーザ1をテストして選別することが可能となる。
【0072】
また、上記製造方法によれば、半導体素子(面発光レーザ1)を含む機能層のみを、微小タイル状素子として半導体基板から切り取り、フィルムにマウントしてハンドリングすることができるので、面発光レーザ1を個別に選択して透明基板10に接合することができ、ハンドリングできる面発光レーザ1のサイズを従来の実装技術のものよりも小さくすることができる。したがって、所望発光量及び所望状態のレーザ光を出力するコンパクトな半導体集積回路を、簡便に低コストで提供することができる。
【0073】
そして、図9〜図18を参照して説明した工程により形成した微小タイル状素子からなる面発光レーザを基板上に接着した後、図5〜図8を参照して説明した工程により基板上に発光素子の発光部と光学的に結合される光導波路材を含む光導波路を設け、次いでフォトダイオード2を含む集積回路チップ20を面発光レーザ1(光導波路4)を被うように基板にフリップチップ実装することで、図1に示した光インターコネクション回路が製造される。
【0074】
<電子機器>
上記実施形態の光インターコネクション回路を備えた電子機器の例について説明する。図19は上述した実施形態に係る表示装置を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータ(情報処理装置)の構成を示す斜視図である。同図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、上述した表示装置ユニット1106とから構成されている。
【0075】
図19に示す電子機器は、上記実施形態の光インターコネクション回路を備えているので、所望発光量の光信号を長年に渡って安定して光導波路に導入できるコンパクトな光インターコネクション回路を構成要素とする電子機器を安価に提供できる。そして、例えば集積回路に本発明の光インターコネクション回路を適用することで高速に信号処理でき且つコンパクトな電子機器を安価に提供できる。また、本発明によれば、例えば表示装置に光インターコネクション回路を適用することで高品位な画像を表示できる電気機器を提供できる。
【0076】
なお、上述した例に加えて、他の例として、携帯電話、腕時計型電子機器、液晶テレビ、ビューファインダ型やモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、電子ペーパー、タッチパネルを備えた機器等が挙げられる。本発明の電気光学装置は、こうした電子機器の表示部としても適用できる。なお、本実施形態の電子機器は液晶装置を備えるもの、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
【0077】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光インターコネクション回路の一実施形態を示す概略側断面図である。
【図2】光導波路を含む要部を示す平面図である。
【図3】本実施形態に係る自動出力制御回路の動作を示す説明図である。
【図4】本発明の光インターコネクション回路の他の実施形態を示す図であって光導波路を含む要部を示す図である。
【図5】光導波路の製造方法の一例を示す説明図である。
【図6】光導波路の製造方法の他の例を示す説明図である。
【図7】光導波路の製造方法の他の例を示す説明図である。
【図8】光導波路の製造方法の他の例を示す説明図である。
【図9】微小タイル状素子の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。
【図10】同上の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。
【図11】同上の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。
【図12】同上の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。
【図13】同上の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。
【図14】同上の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。
【図15】同上の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。
【図16】同上の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。
【図17】同上の製造方法の第9工程を示す概略断面図である。
【図18】同上の製造方法の第11工程を示す概略断面図である。
【図19】本発明の電子機器の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…面発光レーザ(発光素子)、1a…発光部、
2…フォトダイオード(第2の受光素子)、
3…APCドライバ回路(自動出力制御回路)、4…光導波路、
5…第1の受光素子、5a…受光部、6…光反射膜、
6a…開口部(漏洩部)、10…基板、20…集積回路チップ、
21…バンプ、L1…光信号、L2…漏洩光
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical interconnection circuit, a method for manufacturing an optical interconnection circuit, an electro-optical device, and an electronic apparatus.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a flat display device, an electroluminescence display device, a plasma display device, a liquid crystal display device, and the like have been used. In these display devices, technologies for using optical signals for data transmission are being studied in order to eliminate signal delays and the like accompanying large-sized and large-capacity displays. In computers, the operating speed (operating clock) inside the CPU has been improving year by year due to the miniaturization of the internal structure of the integrated circuit, but the data transmission speed on the bus connecting the CPU and peripheral devices such as storage devices is almost limited. And is becoming a bottleneck in computer processing speed. If optical signals can be used for data transmission on this bus, the processing speed limit of the computer can be significantly increased.
[0003]
In order to transmit data using an optical signal, an optical transmission means for transmitting an optical signal emitted from a light emitting element to a predetermined location and inputting the signal to a light receiving element or the like is required. As such conventional optical transmission means, there is a technique using an optical fiber or a technique using an optical waveguide formed on a substrate (for example, Patent Document 1 below).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-167060
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an optical fiber is used as an optical transmission means, connection with optical components such as a light-emitting element and a light-receiving element becomes complicated, and it takes a lot of cost and time to manufacture the optical transmission means, and it is difficult to reduce the size of the optical transmission means. Problem.
[0006]
On the other hand, by using an optical waveguide formed on a substrate, it is conceivable to simplify the connection between an optical transmission medium and a light emitting element, a light receiving element, and the like. There is a demand for the establishment of an optical transmission means having an optical waveguide which has been miniaturized to a certain degree and which is easy to manufacture. In addition, in order to perform stable optical transmission, it is necessary to control the amount of light introduced into the optical waveguide irrespective of an aging change such as an external environment change or element deterioration. In particular, when a semiconductor laser is used as a light emitting element, since the laser efficiency of the semiconductor laser changes depending on the ambient temperature or the like, it is required to optically monitor and control the amount of light.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of accurately controlling the amount of light introduced into an optical waveguide, and can be easily miniaturized, and can be easily manufactured. It is an object to provide a method and an electronic device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical interconnection circuit according to the present invention includes a light-emitting element and a first light-receiving element each formed of a small tile-shaped element provided on a substrate, and the light-emitting element provided on the substrate. An optical waveguide having an optical waveguide material optically coupled to the light emitting section and the light receiving section of the first light receiving element; and a flip chip mounted on the substrate, and disposed so as to cover at least a part of the optical waveguide. And a second light receiving element included in the integrated circuit chip and provided at a position facing the optical waveguide.
According to the present invention, an optical signal emitted from a light emitting element composed of a small tile element can propagate through an optical waveguide to reach a first light receiving element that is another small tile element having a light receiving function, Optical signals can be transmitted and received between the micro tiled elements. Therefore, a very high-speed signal transmission means can be easily realized. In addition, the minute tile-shaped element is formed into a very small shape (for example, an element having an area of several hundred μm square or less and a thickness of several tens μm or less) to easily manufacture a very fine optical signal transmission means. can do. Here, as an optical waveguide material forming the optical waveguide, a transparent material such as a transparent resin or sol-gel glass can be applied. Sol-gel glass is obtained by transforming a solution containing a glass component into a solid glass by heating or the like.
A part of the light emitted from the light emitting element may leak from the optical waveguide, but the second light receiving element is provided at a position facing the optical waveguide, so that the second light receiving element leaks. Receives leaked light. Therefore, the second light receiving element can monitor the light amount of the light propagating through the optical waveguide based on the light receiving signal based on the leaked light, and thus the output (light emission amount) of the light emitting element. Then, by adjusting the output of the light emitting element based on the monitoring result, the amount of light introduced into the optical waveguide can be controlled.
Further, according to the present invention, since the integrated circuit chip including the second light receiving element is flip-chip mounted on the substrate via bumps or the like which are conductive members, a clearance is provided between the integrated circuit chip and the substrate. Is formed. Therefore, by providing an optical waveguide and a light emitting element in the clearance, contact between the integrated circuit chip including the second light receiving element and the optical waveguide and the light emitting element can be avoided, and damage to the light receiving element, the light emitting element, or the optical waveguide can be prevented. Can be prevented.
Further, according to the present invention, as described above, an optical waveguide and a light emitting element can be arranged in the clearance, and the light emitting element is formed as a small tile-shaped element, so that the output of the light emitting element can be monitored. The circuit can be made extremely compact, and the semiconductor integrated circuit can be easily manufactured using existing manufacturing techniques.
Here, the micro tile element may be a compound semiconductor or a silicon semiconductor, and the substrate to which the micro tile element is bonded may be a silicon semiconductor substrate or a compound semiconductor substrate. Therefore, a hybrid substrate (a semiconductor integrated circuit capable of monitoring the output of a surface emitting laser with high accuracy) in which a compound semiconductor and a silicon semiconductor are three-dimensionally combined, which cannot be formed by a single monolithic substrate, is extremely compact. Can be formed.
[0009]
Here, the second light receiving element only needs to face a part of the optical waveguide so as to be able to receive the leaked light, and does not need to be arranged at a position facing the light emitting element (near the light emitting element). Good.
[0010]
On the other hand, the integrated circuit chip is disposed so as to cover the light emitting element, and the second light receiving element is provided at a position facing the light emitting element. The output can be monitored more accurately. In addition, since the integrated circuit chip is disposed so as to cover the light emitting element, external disturbance light incident on the second light receiving element can be blocked by the integrated circuit chip, and the output of the light emitting element can be more precisely. Can be monitored.
[0011]
In the optical interconnection circuit according to the present invention, the integrated circuit chip includes an automatic output control circuit that controls the amount of light emitted from the light emitting element based on the amount of light received by the second light receiving element.
According to the present invention, by providing the automatic output control circuit that controls the light emission amount of the light emitting element based on the light reception amount of the second light receiving element, without being affected by temperature change, aging, manufacturing quality, etc. A compact semiconductor integrated circuit that stably outputs a desired amount of emitted light for many years can be provided at low cost. The automatic output control circuit may be provided on a substrate.
[0012]
Here, when the amount of light emitted from the light emitting element and the amount of leaked light leaking from the optical waveguide are in a proportional relationship, the automatic output control circuit calculates the amount of light received from the second light receiving element based on the result of proportional calculation. The amount of light emitted from the light emitting element can be controlled. On the other hand, for example, the distance condition between the light emitting position of the light emitting element and the leak position of the leak light (the leak light detecting position of the second light receiving element), and the light transmission characteristics of the optical waveguide (light transmission loss characteristics, waveguide loss characteristics). If the amount of light emitted from the light emitting element and the amount of leaked light leaking from the optical waveguide are not in a proportional relationship due to the detection condition, the amount of light emitted from the light emitting element and the amount of leaked light leaking from the optical waveguide are not determined. The relationship may be derived in advance based on the detection condition, and the automatic output control circuit may control the light emission amount of the light emitting element based on the derived result.
[0013]
In the optical interconnection circuit according to the aspect of the invention, the optical waveguide has a leakage portion that leaks a part of light from the light emitting element to the outside, and the second light receiving element receives the leaked light. And
According to the present invention, by providing a leak portion for partially leaking light propagating through the optical waveguide in a part of the optical waveguide, the light amount of the light propagating through the optical waveguide, and thus the output of the light emitting element, Can be accurately monitored. That is, when the optical waveguide material forming the optical waveguide is a transparent material as described above, part of the light propagating through the optical waveguide leaks naturally, but does not leak naturally when it is an opaque material. The case is conceivable. Therefore, even when such an opaque material is used, the amount of light emitted from the light-emitting element can be monitored accurately by providing the leakage portion.
[0014]
In this case, it is possible to include a light reflecting film provided on a surface of an optical waveguide material forming the optical waveguide, and the leakage portion can have an opening formed in a part of the light reflecting film. It is. Thus, a part of the light propagating through the optical waveguide leaks outside through the opening and can enter the second light receiving element. Further, by providing the reflective film, it is possible to suppress light leakage from portions other than the leakage portion (opening), and thus it is possible to suppress the waveguide loss (transmission loss) of the optical waveguide and obtain good light transmission efficiency. it can.
[0015]
When the optical waveguide is made of the transparent material (transparent resin or sol-gel glass), for example, the leakage part has a different reflectance (refractive index) from the area where the leakage part is to be formed in the optical waveguide to other areas. The region may be processed as described above. For example, a light scattering portion is formed by mixing light scattering particles in a material constituting a region where a leakage portion is to be formed of an optical waveguide, providing a light scattering member, or forming an uneven shape by embossing or the like. May be used as the leakage part. Further, the material of the region where the leakage portion is to be formed can be made of a material different from the material of the other region.
[0016]
In this case, it is preferable that the leaking part is provided near the light emitting element in the optical waveguide. Thus, the second light receiving element can accurately monitor the output of the light emitting element by receiving the light leaked from the leak portion provided near the light emitting element.
[0017]
Further, in this case, it is preferable that the leaking part is arranged on the light emitting axis of the light emitting element, and accordingly, the light receiving part of the second light receiving element is also arranged on the light emitting axis of the light emitting element. It is preferred that Thereby, the output of the light emitting element can be monitored more accurately.
[0018]
In the optical interconnection circuit according to the present invention, the optical waveguide is formed in a planar or linear shape along a plane of the substrate.
According to the present invention, for example, a plane or line is formed between a first micro tile element having a light emitting function (light emitting element) and a second micro tile element having a light receiving function (first light receiving element). The optical signal propagates through the optical waveguide material by being connected by the optical waveguide material provided in the shape, and the optical signal can be transmitted between the first micro tile element and the second micro tile element. it can. Further, for example, by providing an optical waveguide material in a planar or linear shape so as to cover one first micro tile element having a light emitting function and a plurality of second micro tile elements having a light receiving function. Optical signals output from one first micro tiled element can be received simultaneously by a plurality of second tiled elements, and higher-speed signal transmission can be performed. On the other hand, by providing an optical waveguide material in a planar or linear shape so as to cover a plurality of first micro tile elements having a light emitting function and a plurality of second micro tile elements having a light receiving function, High-speed signal transmission can be performed between the first micro tile element and the plurality of second micro tile elements. Here, by setting the wavelength of the light of the optical signal to be output to each of the first minute tile-shaped elements to be different, it is possible to easily configure the bus using the optical signal.
[0019]
In the optical interconnection circuit according to the present invention, the light emitting element is a surface emitting laser.
According to the present invention, a minute light emitting element can be provided by using a surface emitting laser as the light emitting element. Here, since the surface emitting laser is made of a compound semiconductor, it is very difficult to directly form a silicon integrated circuit by a semiconductor process such as epitaxy without lattice matching with silicon. Therefore, a surface emitting laser is formed once on a gallium arsenide substrate, and then the surface emitting laser is formed by chipping into a minute tile shape. By forming such a chip, the surface emitting laser can be disposed at an arbitrary position on a substrate such as silicon.
[0020]
In the optical interconnection circuit according to the present invention, the light receiving element is a photodiode.
According to the present invention, a semiconductor integrated circuit having a combination of a surface emitting laser and a photodiode, which cannot be formed by a single monolithic substrate, can be formed extremely compactly and easily.
[0021]
The method of manufacturing an optical interconnection circuit according to the present invention includes the steps of: adhering a light emitting element composed of a micro tile element and a first light receiving element on a substrate; and a light emitting section of the light emitting element and the first light receiving element on the substrate. Providing an optical waveguide including an optical waveguide material optically coupled to a light receiving portion of the light receiving element; and providing an integrated circuit chip including a second light receiving element on the substrate so as to cover at least a part of the optical waveguide. Flip-chip mounting.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical interconnection circuit which can monitor the output of the light emitting element which consists of a micro tile-shaped element with high precision can be easily manufactured using the existing manufacturing technique. Further, according to the present invention, the optical interconnection circuit can be easily made compact.
[0022]
Here, the method includes a step of forming a light reflection film having an opening in a part of the surface of the optical waveguide material forming the light waveguide, wherein the light reflection film includes the light reflection film forming material. A structure in which droplets of a liquid material are ejected can be employed. This makes it possible to easily form a leak portion that leaks a part of light propagating through the optical waveguide at a desired position based on the droplet discharge method while suppressing waste of material consumption.
[0023]
According to another aspect of the invention, an electronic apparatus includes the above-described optical interconnection circuit.
According to the present invention, it is possible to provide an inexpensive electronic device including a compact optical interconnection circuit that can stably introduce an optical signal having a desired light emission amount into an optical waveguide for many years. For example, by applying the optical interconnection circuit of the present invention to an integrated circuit, high-speed signal processing and compact electronic equipment can be provided at low cost. Further, according to the present invention, it is possible to provide an electric device capable of displaying a high-quality image by applying an optical interconnection circuit to a display device, for example.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an optical interconnection circuit of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of the optical interconnection circuit of the present invention.
In FIG. 1, the optical interconnection circuit includes a light emitting element 1 and a first light receiving element 5 each composed of a micro tile-shaped element provided on a substrate 10, and a light emitting unit 1a of the light emitting element 1 provided on the substrate 10. An optical waveguide 4 having an optical waveguide material optically coupled to the light receiving portion 5a of the first light receiving element 5; and an integrated circuit mounted on the substrate 10 by flip-chip and arranged to cover at least a part of the optical waveguide 4 A circuit chip 20 and a second light receiving element 2 included in the integrated circuit chip 20 and provided at a position facing the optical waveguide 4 are provided. In the present embodiment, the light emitting element 1 is a surface emitting laser, and the second light receiving element 2 is a photodiode. The surface emitting laser (light emitting element) 1 is attached to the surface (upper surface) of the substrate 10. The first light receiving element 5 is also a photodiode, and the photodiode (first light receiving element) 5 is also attached to the surface (upper surface) of the substrate 10.
[0025]
The minute tile-shaped element including the surface emitting laser 1 and the photodiode 5 is a semiconductor device having a minute tile shape (plate shape), for example, a thickness of several tens μm or less and an area of several hundred μm. 2 The following rectangular plate-like members are shown. A method for manufacturing the micro tile element will be described later. Note that the shape of the minute tile-shaped element including the surface emitting laser 1 is not limited to a square, and may be another shape.
[0026]
As the substrate 10, any material such as glass, plastic, glass epoxy substrate, ceramic, semiconductor substrate, and silicon can be used. The integrated circuit chip 20 is flip-chip mounted on the substrate 10 via bonding pads (not shown) provided at desired positions on the substrate 10 and bumps 21 made of a conductive member. The circuit in the integrated circuit chip 20 is electrically connected to wiring (not shown) provided on the substrate 10 via the bump 21 and the bonding pad. The wiring of the substrate 10 is electrically connected to the surface emitting laser 1. Therefore, the surface emitting laser 1 is electrically connected to a circuit in the integrated circuit chip 20 via the bumps 21 and the like.
[0027]
In the present embodiment, the integrated circuit chip 20 is disposed so as to cover the surface emitting laser 1 on the substrate 10. The integrated circuit chip 20 includes an APC (Auto Power) for controlling the light emitting amount (output) of the surface emitting laser 1 based on the photodiode 2 as the second light receiving element and the detection value (light receiving amount) of the photodiode 2. (Control) driver circuit (automatic output control circuit) 3. The photodiode 2 is arranged so as to face the upper surface of the surface emitting laser 1. Here, the light receiving section of the photodiode 2 is preferably arranged on the light emitting axis of the surface emitting laser 1.
[0028]
FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 and particularly shows the optical waveguide 4. The optical waveguide 4 is made of an optical waveguide material such as a transparent resin or sol-gel glass, and is formed linearly on the surface of the substrate 10. One end of the optical waveguide 4 covers the light emitting section 1a of the surface emitting laser (first micro tile element) 1, and the other end thereof is a first light receiving element (second micro tile element). 5 is covered. The first light receiving element 5 is attached to the surface of the substrate 10, and the optical waveguide material forming the optical waveguide 4 includes at least the light emitting section 1 a of the surface emitting laser 1 and the light receiving section 5 a of the first light receiving element 5. It is formed on the surface of the substrate 10 so as to cover it.
When the substrate 10 is made of silicon, a photodiode can be directly formed as the first light receiving element 5 on the substrate 10 made of silicon. Alternatively, the first light receiving element 5 for receiving an optical signal may be provided on an integrated circuit chip 20 provided at a position facing the light emitting element 1. In this case, the first light receiving element 5 for receiving an optical signal is disposed on the light emitting axis of the light emitting element 1, while the photodiode 2, which is the second light receiving element for monitoring the amount of light, It is arranged at a position shifted from the light emitting axis and capable of receiving the leaked light from the optical waveguide 4.
[0029]
With such a configuration, light emitted from the light emitting unit 1a of the surface emitting laser 1 as the first micro tile element propagates through the optical waveguide 4, and the first light receiving element as the second micro tile element. 5 reaches the light receiving section 5a. Therefore, when the light emitting operation of the light emitting unit 1a is controlled to emit an optical signal from the light emitting unit 1a, the optical signal propagates through the optical waveguide 4, and the optical signal transmitted through the optical waveguide 4 is detected by the light receiving unit 5a. Can be.
[0030]
In addition, an optical signal emitted from the surface emitting laser 1 propagates through the optical waveguide 4 to enter the first light receiving element 5 and pass over the first light receiving element 5. Thus, an optical signal can be transmitted from one surface emitting laser 1 to a plurality of light emitting elements 5 substantially simultaneously. Here, by setting the thickness of the first light emitting element 5 to 20 μm or less, the step with the substrate becomes sufficiently small, so that the optical waveguide 4 can be continuously formed over the step as shown in FIG. Even if the optical waveguide 4 is continuously formed at the step portion, light transmission loss such as scattering can be almost ignored because the step is small. Therefore, a special structure or an optical element for reducing the step is not required in the step. Therefore, it can be easily manufactured at low cost. Further, the thickness of the optical waveguide material forming the optical waveguide 4 can be reduced to several tens μm or less.
[0031]
On the other hand, part of the light emitted from the surface emitting laser 1 becomes leaked light that leaks to the outside after propagating upward through the optical waveguide 4 as shown in FIG. The photodiode 2 provided on the integrated circuit chip 20 receives the leaked light.
[0032]
Next, output control of the surface emitting laser 1 by the APC driver circuit 3 will be described with reference to FIG. First, most of the light emitted from the surface emitting laser 1 propagates in the optical waveguide 4 in the longitudinal direction as an optical signal L1. On the other hand, the leaked light L2 leaked to the outside of the optical waveguide 4 enters the photodiode 2 as the second light receiving element. Here, the light quantity of the light signal L1 emitted from the surface emitting laser 1 and the light quantity of the leak light (monitor light) L2 are in a proportional relationship. That is, when the light amount of the optical signal L1 decreases, the light amount of the leakage light L2 also decreases in proportion thereto.
[0033]
Since the leak light L2 is incident on the photodiode 2, a current corresponding to the amount of the leak light L2 flows through the photodiode 2. The APC driver circuit 3 converts the value of the current flowing through the photodiode 2 into a detection signal as a detection value, and compares the detection value with a predetermined reference value. Further, the APC driver circuit 3 controls the drive voltage or drive current of the surface emitting laser 1 so that the comparison result becomes a constant value. As a result, the light emission amount (optical signal L1 and leakage light L2) of the surface emitting laser 1 is feedback-controlled, and is maintained at a desired value for many years without being affected by ambient temperature, aging, and the like.
[0034]
The APC driver circuit 3 may be provided on the substrate 10 instead of being provided on the integrated circuit chip 20. Further, the APC driver circuit 3 may be configured to be separated into an APC circuit section and a driver circuit section. Further, the APC circuit section may be configured to be separated into a detection circuit (including a preamplifier) for detecting the output of the photodiode 2 and an APC circuit.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, the optical signal emitted from the surface emitting laser 1 can propagate through the optical waveguide 4 and reach the first light receiving element 5 for receiving the optical signal. Can transmit and receive optical signals. Therefore, a very high-speed signal transmission means can be easily realized. Further, by forming the element in a very small shape, a very fine optical signal transmission means can be easily manufactured. Then, of the light emitted from the surface emitting laser 1, the leakage light leaking from the optical waveguide 4 made of a transparent material is converted into a photodiode which is a second light receiving element for light amount monitoring provided at a position facing the optical waveguide 4. By receiving the light at 2, the photodiode 2 can monitor the amount of light propagating through the optical waveguide 4 based on the light receiving signal related to the leaked light, and thus the output (light emission amount) of the surface emitting laser 1. Therefore, the output of the surface emitting laser 1 can be adjusted based on the monitoring result, and the amount of light introduced into the optical waveguide 4 can be controlled.
[0036]
Since the integrated circuit chip 20 including the photodiode 2 is flip-chip mounted on the substrate 10, a clearance is formed between the integrated circuit chip 20 and the substrate 10. Therefore, by providing the optical waveguide 4 and the surface emitting laser 1 in this clearance, contact between the integrated circuit chip 20 including the photodiode 2 and the optical waveguide 4 and the surface emitting laser 1 can be avoided. 1 or the optical waveguide 4 can be prevented from being damaged. Since the optical waveguide 4 and the surface emitting laser 1 are arranged in the clearance between the substrate 10 and the integrated circuit 20, and the surface emitting laser 1 is formed as a small tile-shaped element, the output of the surface emitting laser 1 can be monitored. The semiconductor integrated circuit can be made extremely compact, and the semiconductor integrated circuit can be easily manufactured using existing manufacturing techniques.
[0037]
4A and 4B are diagrams showing another embodiment of the optical waveguide 4, FIG. 4A is a side sectional view, and FIG. 4B is a plan view. A light reflecting film 6 having an opening 6a at a predetermined position is provided on the surface of the optical waveguide material forming the optical waveguide 4. That is, the light reflecting film 6 is provided on the entire surface of the optical waveguide material except the opening 6a. This light reflection film 6 is made of a metal film. Examples of a material for forming the metal film (light reflection film) 6 include gold, silver, aluminum, magnesium, copper, nickel, titanium, chromium, and zinc.
[0038]
In the present embodiment, the metal film 6 is formed based on a droplet discharge method. The droplet discharge method is a method of forming a film pattern on a predetermined surface by discharging liquid material droplets from a discharge nozzle of a droplet discharge head onto a predetermined surface. In the present embodiment, the metal film 6 is formed by discharging and arranging a droplet of a liquid material in which metal fine particles are dispersed in a dispersion medium on the surface of the optical waveguide material. This makes it possible to easily form the metal film 6 having the opening 6a at a desired position while suppressing waste of material consumption. When a liquid material droplet is placed on the surface of the optical waveguide material, it is preferable that the surface of the optical waveguide material is previously subjected to a surface treatment for controlling the liquid repellency (or lyophilicity).
[0039]
The opening 6a serves as a leaking part for leaking a part of the light propagating through the optical waveguide 4, and the photodiode 2 provided in the integrated circuit chip 20 leaks through the opening 6a. The light L2 is received. Here, the opening (leakage portion) 6 a is preferably provided near the photodiode 2 on the surface of the optical waveguide material forming the optical waveguide 4, and is further disposed on the light emitting axis of the surface emitting laser 1. Is preferred.
[0040]
As described above, the provision of the leak portion 6a that actively leaks a part of the light emitted from the surface emitting laser 1 to the outside enables the photodiode 2 to monitor the leak light satisfactorily. Further, by providing the reflection film 6 on the entire surface of the optical waveguide material other than the opening (leakage portion) 6a as in the present embodiment, it is possible to suppress light leakage from portions other than the leakage portion 6a. No. 4 can obtain good light transmission efficiency.
[0041]
It is sufficient that the leakage portion has a larger amount of light leakage than the other region. For example, the region where the leakage portion is to be formed is formed of a different material from the other region, or the light reflectance (refractive index) is different from that of the other region. The leaking portion may be formed by a process of making the leaking portion different, for example, by mixing light scattering particles in a region where the leaking portion is to be formed, by providing a light scattering member, or by embossing or the like to form an uneven shape.
[0042]
In each of the above embodiments, the light emitting element 1 may include, for example, an LED or a DFB (Distributed Feedback) laser in addition to the VCSEL (surface emitting laser). As a light emitting device, an LED has the simplest structure and is easy to manufacture, but the modulation speed of an optical signal is as slow as several hundred Mbps. On the other hand, VCSELs can perform very high-speed modulation exceeding 10 Gbps, and can be driven with low power consumption because the threshold current is small and the luminous efficiency is high. The DFB laser emits laser light in a direction parallel to the plane of the substrate 10, that is, along the optical waveguide 4, from the edge of the minute tile shape, although the modulation speed is about 1 Gbps, which is inferior to a surface emitting laser. The optical signal can be transmitted more efficiently than the surface emitting laser. It should be noted that the DFB laser may have a built-in electro-absorption modulator. In this way, a modulation speed exceeding 10 Gbps can be obtained, so that it is possible to achieve both efficient optical signal propagation of the DFB and high-speed modulation.
[0043]
The second light receiving element 2 and the first light receiving element 5 may include, for example, a phototransistor in addition to a photodiode. Here, as the photodiode, a PIN photodiode, an APD (avalanche photodiode), and an MSM (Metal-Semiconductor-Metal) photodiode can be selected according to the application. APD has high light sensitivity and high response frequency. The MSM photodiode has a simple structure and is easily integrated with an amplifying transistor.
Note that light receiving elements having different characteristics between the first light receiving element 5 and the second light receiving element 2 can be used. For example, since the second light receiving element 2 is used for monitoring the amount of light, the linearity (linearity) between the amount of incident light and the output signal is important, but the high-speed response is allowed to some extent because the time average of the amount of light is measured. . On the other hand, the first light receiving element 5 is for receiving an optical signal, so that high-speed response is important. On the other hand, the received optical signal is an ON / OFF pulse signal, so that the linearity is allowed to some extent. Devices used as the first and second light receiving elements are appropriately selected based on such a viewpoint.
[0044]
The surface emitting laser 1 and the first light receiving element 5 are electrically connected to an integrated circuit provided on the substrate 10 or an electronic circuit (not shown) such as an EL display circuit, a plasma display, and a liquid crystal display circuit. ing. As a result, a computer system including an integrated circuit and the like can be made faster than before, while being compact. In addition, a scanning signal from a flat display provided on the substrate 10 can be transmitted at high speed by the optical interconnection circuit of the present embodiment, and the screen size and quality of the flat display device can be increased. it can.
[0045]
In FIG. 1, the surface emitting laser 1 and the first light receiving element 5 are respectively connected to one light guide path 4 one by one, but the number of the first light receiving elements 5 is plural. Is also good. In this case, an optical signal transmitted from one surface emitting laser 1 propagates through one light guide path 4 and is simultaneously detected by a plurality of first light receiving elements 5. This is the same as a one-to-many bus line. Further, each of the surface emitting laser 1 and the first light receiving element 5 may be plural. Here, each of the surface emitting lasers 1 may emit a different wavelength of light. Further, it is preferable that each first light receiving element 5 is a light receiving means having a wavelength selecting function corresponding to a wavelength of light emitted by at least one surface emitting laser 1. Thus, a plurality of optical signals respectively transmitted from the plurality of surface emitting lasers 1 can be simultaneously propagated through one optical waveguide 4 and detected by each of the plurality of first light receiving elements 5. Therefore, a bus that can transmit and receive a plurality of optical signals in parallel can be easily configured.
[0046]
Although the optical waveguide 4 is formed in a straight line in FIG. 1, it may be formed in a curved line or branched into a plurality. Further, it may be formed in a loop shape. Further, it may be formed in a sheet shape (plane shape) so as to cover a plurality of tile elements. Needless to say, a plurality of sets of the surface emitting laser 1, the first light receiving element 5, and the optical waveguide 30 may be formed on the surface of one substrate 10. Furthermore, the surface emitting laser 1, the light receiving element, and the optical waveguide 4 can be formed on both the front and back surfaces of the substrate 10.
[0047]
The photodiode 2 may be provided with a filter that transmits only light having a desired wavelength (for example, the emission wavelength of the surface emitting laser 1). In this case, since the light incident on the photodiode 2 is only the light emitted from the surface emitting laser 1, the light emission amount of the surface emitting laser 1 can be detected with high accuracy without being affected by disturbance light. it can.
[0048]
The integrated circuit chip 20 may include a conversion circuit that converts a parallel signal into a serial signal. In this case, the parallel signal output from the CPU or the like is converted into a serial signal in the integrated circuit chip 20 and the surface emitting laser 1 is driven by the serial signal, so that the serial signal related to the optical signal can be included. it can.
[0049]
<Method of manufacturing optical waveguide>
Next, a method of manufacturing the optical waveguide 4 in the optical interconnection circuit according to the above embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic side view showing a method for manufacturing the optical waveguide 4.
[0050]
First, the first minute tile-shaped element (surface emitting laser) and the second minute tile-shaped element (first light receiving element) are adhered to the upper surface of the substrate 10. After that, the manufacturing process of the optical waveguide 4 is started. Then, as shown in FIG. 5A, the entire surface of the upper surface of the substrate 10 and the upper surfaces of the first micro-tile-shaped element and the second micro-tile-shaped element (not shown) is coated with a liquid photocurable resin 4c. . This coating is performed by a spin coating method, a roll coating method, a spray coating method, or the like.
[0051]
Next, the liquid photocurable resin 4c is irradiated with ultraviolet rays (UV) through a mask having a desired pattern. Thereby, only the desired region in the liquid photo-curable resin 4c is cured and patterned. Then, by removing the uncured resin by washing or the like, an optical waveguide 4d made of a cured optical waveguide material is formed as shown in FIG. 5B.
[0052]
FIG. 6 is a schematic side view showing another example of the method for manufacturing the optical waveguide 4. First, the first micro tile element and the second micro tile element are bonded to the upper surface of the substrate 10. After that, the manufacturing process of the optical waveguide 4 is started. Then, as shown in FIG. 6A, the upper surface of the substrate 10 and the entire upper surfaces of the first micro tile element and the second micro tile element (not shown) are coated with the resin 4e and cured. This coating is performed by a spin coating method, a roll coating method, a spray coating method, or the like. Next, a resist mask 41 is formed in a desired region of the resin 4e. The region where the resist mask 41 is formed is the same as the region where the optical waveguide 4 is formed.
[0053]
Next, as shown in FIG. 6B, the entire substrate 10 is subjected to dry etching or wet etching from above the resist mask 41 to remove the resin 4e other than under the resist mask 41. By performing photolithography patterning and removing the resist mask 41 in this manner, an optical waveguide 4f made of an optical waveguide material is formed. Basically, it is based on the epitaxial lift-off method.
[0054]
FIG. 7 is a schematic side view showing another example of the method for manufacturing the optical waveguide 4. First, the first micro tile element and the second micro tile element are bonded to the upper surface of the substrate 10. After that, the manufacturing process of the optical waveguide 4 is started. Then, a liquid-repellent surface 51 is provided by performing liquid-repellent treatment on the upper surface of the substrate 10 and the entire upper surfaces of the first microtile-shaped elements and the second microtile-shaped elements (not shown).
[0055]
Next, as shown in FIG. 7A, a desired pattern area on the liquid-repellent surface 51 is irradiated with ultraviolet rays or the like to form a lyophilic surface 52 having a desired pattern in the liquid-repellent surface 51. Next, as shown in FIG. 7B, 4 g of a liquid optical waveguide material is dropped onto the lyophilic surface 52 from an ink jet nozzle or a dispenser. As the optical waveguide material 4g, a transparent resin or sol-gel glass is used. Then, by curing the optical waveguide material 4g dropped on the substrate 10, the optical waveguide 4h made of the optical waveguide material is formed. When the optical waveguide 4g is formed of sol-gel glass, a solution or the like obtained by adding an acid to a metal alkoxide and hydrolyzing the solution is dropped onto the lyophilic surface 52 from an inkjet nozzle or a dispenser. Next, energy such as heat is applied to the dropped solution to vitrify it, thereby obtaining an optical waveguide 4h.
[0056]
FIG. 8 is a schematic side view showing another example of the method for manufacturing the optical waveguide 4. First, the first micro tile element and the second micro tile element are bonded to the upper surface of the substrate 10. After that, the manufacturing process of the optical waveguide 4 is started. Then, as shown in FIG. 8A, the upper surface of the substrate 10 and the upper surfaces of the first and second minute tile-shaped elements are covered with the region where the optical waveguide 4 is to be provided. Then, a liquid resin 4i is applied.
[0057]
Next, a stamper 51 having a pattern shape 52 of the optical waveguide 30 is pressed from above the substrate 10 onto the surface of the substrate 10. Next, as shown in FIG. 8B, the stamper 51 is lifted from the surface of the substrate 10. Thus, an optical waveguide 4j made of an optical waveguide material having a desired pattern shape is formed on the substrate 10 by a pattern transfer method using the stamper 51.
[0058]
As a method of manufacturing the optical waveguide 4, a method described below may be used in addition to the method shown in FIGS. For example, an optical waveguide material forming the optical waveguide 4 may be provided by using a printing method such as screen printing or offset printing. Further, an optical waveguide material forming the optical waveguide 4 may be provided by using a slit coating method of discharging a liquid resin from the slit-shaped gap. As the slit coating method, a method of applying a desired member such as a resin to the substrate 10 using a capillary phenomenon may be employed.
[0059]
<Manufacturing method of micro tile element>
Next, a method of manufacturing the minute tile-shaped element forming the surface emitting laser 1 and a method of bonding the minute tile-shaped element to a substrate (final substrate) will be described with reference to FIGS. In the present manufacturing method, a case in which a compound semiconductor device (compound semiconductor device) as a minute tile-shaped element is bonded onto a silicon / LSI chip serving as a final substrate will be described. The present invention can be applied. The “semiconductor substrate” in the present embodiment refers to an object made of a semiconductor material, but is not limited to a plate-shaped substrate, and any shape of semiconductor material is included in the “semiconductor substrate”. . In the method for manufacturing the micro tile element, the epitaxial lift-off method is used as a basis.
[0060]
(First step)
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a first step of the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit. In FIG. 9, a substrate 110 is a semiconductor substrate, for example, a gallium-arsenic compound semiconductor substrate. A sacrificial layer 111 is provided on the lowest layer of the substrate 110. The sacrificial layer 111 is made of aluminum arsenic (AlAs) and has a thickness of, for example, several hundred nm. For example, a functional layer 112 is provided above the sacrificial layer 111. The thickness of the functional layer 112 is, for example, about 1 μm to 10 (20) μm. Then, a semiconductor device (surface emitting laser 1) 113 is formed in the functional layer 112. As the semiconductor device 113, for example, in addition to a surface emitting laser (VCSEL), other functional elements, for example, a driver circuit or an APC circuit including a high electron mobility transistor (HEMT), a hetero bipolar transistor (HBT), and the like are formed. Is also good. In each of these semiconductor devices 113, an element is formed by laminating a multilayer epitaxial layer on a substrate 110. Further, an electrode is formed on each semiconductor device 113, and an operation test is also performed.
[0061]
(2nd process)
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a second step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In this step, an isolation groove 121 is formed so as to divide each semiconductor device 113. The separation groove 121 is a groove having a depth that reaches at least the sacrifice layer 111. For example, both the width and the depth of the separation groove are set to 10 μm to several hundred μm. In addition, the separation groove 121 is a groove that is connected without a dead end so that a selective etching solution to be described later flows through the separation groove 121. Further, it is preferable that the separation grooves 121 are formed in a lattice shape like a go board. Further, by setting the interval between the separation grooves 121 to several tens μm to several hundred μm, the size of each semiconductor device 113 divided and formed by the separation grooves 121 has an area of several tens μm to several hundred μm square. Shall be. As a method for forming the separation groove 121, a method using photolithography and wet etching, or a method using dry etching is used. Further, the separation groove 121 may be formed by dicing a U-shaped groove to the extent that cracks do not occur in the substrate.
[0062]
(3rd step)
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a third step of the method of manufacturing the semiconductor integrated circuit. In this step, the intermediate transfer film 131 is attached to the surface of the substrate 110 (on the semiconductor device 113 side). The intermediate transfer film 131 is a flexible film having a surface coated with an adhesive.
[0063]
(4th process)
FIG. 12 is a schematic sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit. In this step, the selective etching solution 141 is injected into the separation groove 121. In this step, in order to selectively etch only the sacrificial layer 111, low concentration hydrochloric acid having high selectivity to aluminum and arsenic is used as the selective etching solution 141.
[0064]
(Fifth step)
FIG. 13 is a schematic sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In this step, after injecting the selective etching solution 141 into the separation groove 121 in the fourth step, the entire sacrificial layer 111 is selectively etched and removed from the substrate 110 after a predetermined time has elapsed.
[0065]
(Sixth step)
FIG. 14 is a schematic sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. When the sacrificial layer 111 is entirely etched in the fifth step, the functional layer 112 is separated from the substrate 110. Then, in this step, by separating the intermediate transfer film 131 from the substrate 110, the functional layer 112 attached to the intermediate transfer film 131 is separated from the substrate 110. As a result, the functional layer 112 on which the semiconductor device 113 is formed is divided by forming the separation groove 121 and etching the sacrificial layer 111 to form a semiconductor element having a predetermined shape (for example, a minute tile shape) (“ The surface emitting laser 1) is attached and held on the intermediate transfer film 131. Here, it is preferable that the thickness of the functional layer is, for example, about 1 μm to 10 μm, and the size (length and width) is, for example, several tens μm to several hundred μm.
[0066]
(Seventh step)
FIG. 15 is a schematic sectional view showing a seventh step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In this step, by moving the intermediate transfer film 131 (to which the minute tile-shaped element 161 is attached), the minute tile-shaped element 161 (the surface emitting laser 1) is moved to a desired position on the final substrate 171 (the transparent substrate 10). A) Align. Here, the final substrate 171 is made of, for example, a silicon semiconductor, and has an LSI region 172 formed therein. In addition, an adhesive 173 for bonding the micro tile element 161 is applied to a desired position of the final substrate 171. The adhesive may be applied to the minute tile-shaped element.
[0067]
(Eighth step)
FIG. 16 is a schematic sectional view showing an eighth step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In this step, the minute tile-shaped element 161 aligned at a desired position on the final substrate 171 is pressed by the backing jig 181 over the intermediate transfer film 131 and joined to the final substrate 171. Here, since the adhesive 173 is applied to the desired position, the micro tile element 161 is bonded to the desired position on the final substrate 171.
[0068]
(Ninth step)
FIG. 17 is a schematic sectional view showing a ninth step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In this step, the adhesive force of the intermediate transfer film 131 is eliminated, and the intermediate transfer film 131 is peeled off from the minute tile-shaped element 161. The adhesive of the intermediate transfer film 131 is UV-curable or thermosetting. In the case of using a UV curable adhesive, the back pressing jig 181 is made of a transparent material, and the adhesive force of the intermediate transfer film 131 is lost by irradiating ultraviolet rays (UV) from the tip of the back pressing jig 181. Let it. When a thermosetting adhesive is used, the back pressing jig 181 may be heated. Alternatively, after the sixth step, the adhesive force may be completely eliminated by irradiating the intermediate transfer film 131 with ultraviolet light over the entire surface. Although the adhesive force has disappeared, the adhesiveness actually remains slightly, and the micro tile element 161 is held on the intermediate transfer film 131 because it is very thin and light.
[0069]
(Tenth step)
This step is not shown. In this step, the minute tile element 161 is fully bonded to the final substrate 171 by performing a heat treatment or the like.
[0070]
(Eleventh process)
FIG. 18 is a schematic sectional view showing an eleventh step of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. In this step, the electrodes of the minute tile-shaped element 161 (surface emitting laser 1) and the circuit on the final substrate 171 (transparent substrate 10) are electrically connected by wiring 191 to complete a semiconductor integrated circuit such as one LSI chip. Let it. As the final substrate 171, not only a silicon semiconductor but also a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic film may be used.
[0071]
Thus, even if the transparent substrate 10 as the final substrate 171 is made of plastic, for example, the surface emitting laser 1 made of gallium / arsenic is formed at a desired position on the transparent substrate 10. The semiconductor element can be formed over a substrate made of a different material from the semiconductor element. Further, since the surface emitting laser 1 is completed on the semiconductor substrate and then cut into a minute tile shape, it is possible to test and sort the surface emitting laser 1 in advance before forming a semiconductor integrated circuit.
[0072]
Further, according to the above manufacturing method, only the functional layer including the semiconductor element (the surface emitting laser 1) can be cut out from the semiconductor substrate as a minute tile-shaped element and mounted on a film for handling. Can be individually selected and bonded to the transparent substrate 10, and the size of the surface emitting laser 1 that can be handled can be made smaller than that of the conventional mounting technology. Therefore, a compact semiconductor integrated circuit that outputs a desired amount of light and a desired state of laser light can be provided easily and at low cost.
[0073]
Then, after a surface emitting laser composed of micro tile elements formed by the process described with reference to FIGS. 9 to 18 is adhered on the substrate, the surface emitting laser is adhered to the substrate by the process described with reference to FIGS. An optical waveguide including an optical waveguide material that is optically coupled to a light emitting portion of a light emitting element is provided. Then, an integrated circuit chip 20 including a photodiode 2 is flipped on a substrate so as to cover the surface emitting laser 1 (optical waveguide 4). By mounting on a chip, the optical interconnection circuit shown in FIG. 1 is manufactured.
[0074]
<Electronic equipment>
An example of an electronic device including the optical interconnection circuit of the above embodiment will be described. FIG. 19 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile personal computer (information processing device) including the display device according to the above-described embodiment. In the figure, a personal computer 1100 includes a main body 1104 having a keyboard 1102, and the above-described display device unit 1106.
[0075]
Since the electronic apparatus shown in FIG. 19 includes the optical interconnection circuit of the above embodiment, a compact optical interconnection circuit capable of stably introducing an optical signal of a desired light emission amount into an optical waveguide for many years is included in the electronic apparatus. Electronic equipment can be provided at low cost. For example, by applying the optical interconnection circuit of the present invention to an integrated circuit, high-speed signal processing and compact electronic equipment can be provided at low cost. Further, according to the present invention, it is possible to provide an electric device capable of displaying a high-quality image by applying an optical interconnection circuit to a display device, for example.
[0076]
In addition to the above-described example, as other examples, a mobile phone, a wristwatch type electronic device, a liquid crystal television, a viewfinder type or a monitor direct-view type video tape recorder, a car navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, a word processor, Examples include a workstation, a videophone, a POS terminal, electronic paper, and a device equipped with a touch panel. The electro-optical device according to the invention can be applied to a display unit of such an electronic apparatus. Note that the electronic device of the present embodiment may be a device having a liquid crystal device, or an electronic device having another electro-optical device, such as an organic electroluminescence display device or a plasma display device.
[0077]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments. The shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are merely examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side sectional view showing one embodiment of an optical interconnection circuit of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a main part including an optical waveguide.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an operation of the automatic output control circuit according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the optical interconnection circuit of the present invention, showing a main part including an optical waveguide.
FIG. 5 is an explanatory view illustrating an example of a method for manufacturing an optical waveguide.
FIG. 6 is an explanatory view showing another example of a method for manufacturing an optical waveguide.
FIG. 7 is an explanatory view showing another example of a method for manufacturing an optical waveguide.
FIG. 8 is an explanatory view showing another example of a method for manufacturing an optical waveguide.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing a micro tile element.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the manufacturing method.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the above manufacturing method.
FIG. 12 is a schematic sectional view showing a fourth step of the manufacturing method according to the embodiment.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the above manufacturing method.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the above manufacturing method.
FIG. 15 is a schematic sectional view showing a seventh step of the above manufacturing method.
FIG. 16 is a schematic sectional view showing an eighth step of the above manufacturing method.
FIG. 17 is a schematic sectional view showing a ninth step of the above manufacturing method.
FIG. 18 is a schematic sectional view showing an eleventh step of the manufacturing method.
FIG. 19 illustrates an example of an electronic device of the invention.
[Explanation of symbols]
1. Surface emitting laser (light emitting element), 1a Light emitting unit,
2. Photodiode (second light receiving element),
3: APC driver circuit (automatic output control circuit), 4: optical waveguide,
5 ... first light receiving element, 5a ... light receiving section, 6 ... light reflection film,
6a: opening (leakage), 10: substrate, 20: integrated circuit chip,
21: bump, L1: optical signal, L2: leaked light

Claims (13)

基板上に設けられた微小タイル状素子からなる発光素子及び第1の受光素子と、
前記基板上に設けられ、前記発光素子の発光部及び前記第1の受光素子の受光部と光学的に結合された光導波路材を有する光導波路と、
前記基板にフリップチップ実装され、前記光導波路の少なくとも一部を覆うように配置された集積回路チップと、
前記集積回路チップに含まれ前記光導波路と対向する位置に設けられた第2の受光素子とを備えることを特徴とする光インターコネクション回路。
A light emitting element and a first light receiving element, each of which is composed of a small tile-shaped element provided on a substrate,
An optical waveguide provided on the substrate and having an optical waveguide material optically coupled to a light emitting unit of the light emitting element and a light receiving unit of the first light receiving element;
An integrated circuit chip that is flip-chip mounted on the substrate and arranged to cover at least a part of the optical waveguide,
An optical interconnection circuit comprising: a second light receiving element included in the integrated circuit chip and provided at a position facing the optical waveguide.
前記集積回路チップは前記発光素子を覆うように配置され、前記第2の受光素子は前記発光素子と対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光インターコネクション回路。2. The optical interconnection circuit according to claim 1, wherein the integrated circuit chip is disposed so as to cover the light emitting element, and the second light receiving element is provided at a position facing the light emitting element. 前記集積回路チップは、前記第2の受光素子が受光した受光量に基づいて前記発光素子の発光量を制御する自動出力制御回路を有することを特徴とする請求項1又は2記載の光インターコネクション回路。3. The optical interconnection according to claim 1, wherein the integrated circuit chip has an automatic output control circuit that controls an amount of light emitted from the light emitting element based on an amount of light received by the second light receiving element. circuit. 前記光導波路は前記発光素子からの光の一部を外部に漏洩する漏洩部を有し、前記第2の受光素子は前記漏洩した光を受光することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の光インターコネクション回路。The light guide according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical waveguide has a leak portion that leaks a part of light from the light emitting element to the outside, and the second light receiving element receives the leaked light. The optical interconnection circuit according to claim 1. 前記光導波路を形成する光導波路材の表面に設けられた光反射膜を備え、前記漏洩部は前記光反射膜の一部に形成された開口部を有することを特徴とする請求項4記載の光インターコネクション回路。5. The optical waveguide according to claim 4, further comprising a light reflecting film provided on a surface of an optical waveguide material forming the optical waveguide, wherein the leaking portion has an opening formed in a part of the light reflecting film. Optical interconnection circuit. 前記漏洩部は前記光導波路のうち前記発光素子近傍に設けられていることを特徴とする請求項4又は5記載の光インターコネクション回路。The optical interconnection circuit according to claim 4, wherein the leakage portion is provided near the light emitting element in the optical waveguide. 前記漏洩部は前記発光素子の発光軸上に配置されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項記載の光インターコネクション回路。The optical interconnection circuit according to any one of claims 4 to 6, wherein the leakage part is arranged on a light emitting axis of the light emitting element. 前記第2の受光素子の受光部は前記発光素子の発光軸上に配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項記載の光インターコネクション回路。The optical interconnection circuit according to any one of claims 1 to 7, wherein a light receiving section of the second light receiving element is arranged on a light emitting axis of the light emitting element. 前記光導波路は前記基板の平面に沿って面状又は線状に形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項記載の光インターコネクション回路。The optical interconnection circuit according to any one of claims 1 to 8, wherein the optical waveguide is formed in a planar shape or a linear shape along a plane of the substrate. 前記発光素子は面発光レーザであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項記載の光インターコネクション回路。The optical interconnection circuit according to claim 1, wherein the light emitting element is a surface emitting laser. 前記第2の受光素子はフォトダイオードであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項記載の光インターコネクション回路。The optical interconnection circuit according to claim 1, wherein the second light receiving element is a photodiode. 基板上に微小タイル状素子からなる発光素子及び第1の受光素子を接着する工程と、
前記基板上に前記発光素子の発光部及び前記第1の受光素子の受光部と光学的に結合される光導波路材を含む光導波路を設ける工程と、
第2の受光素子を含む集積回路チップを前記光導波路の少なくとも一部を覆うにように前記基板にフリップチップ実装する工程とを有することを特徴とする光インターコネクション回路の製造方法。
Adhering a light emitting element and a first light receiving element each composed of a micro tile element on a substrate;
Providing an optical waveguide including an optical waveguide material optically coupled to the light emitting unit of the light emitting element and the light receiving unit of the first light receiving element on the substrate;
Flip-chip mounting an integrated circuit chip including a second light receiving element on the substrate so as to cover at least a part of the optical waveguide.
請求項1〜請求項11のいずれか一項記載の光インターコネクション回路を備えたことを特徴とする電子機器。An electronic device comprising the optical interconnection circuit according to claim 1.
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