JP2993213B2 - 光相互接続集積回路システム - Google Patents
光相互接続集積回路システムInfo
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
- H04B10/801—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に集積回路の光結
合に関し、さらに詳しくは、ホログラムによりプレーナ
光導波管に配向された変調光ビームによる集積回路間の
データ転送に関する。
合に関し、さらに詳しくは、ホログラムによりプレーナ
光導波管に配向された変調光ビームによる集積回路間の
データ転送に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子集積回路の高密度化が進むにつれ
て、回路相互接続に伴う静電容量による伝搬遅延が回路
のスピードを制限する要因となった。回路相互接続によ
って課せられる制限を克服するため、光相互接続を用い
ることが研究された。多くの光相互接続方法がGoodman
et. al., "Optical Interconnections for VLSI System
s," Proceedings of IEEE, vol 72, No. 7, July 1984
において提唱された。ある方法は、集積回路の端部近傍
に配置された一般にレーザである複数の光電子トランス
ミッタから成っていた。この光電子トランスミッタは、
光ビームを集積回路の上に配置されたホログラム経路素
子に光を配向させた。光ビームは、転送すべきデータが
重畳されるように変調された。ホログラム経路素子は、
光ビームを選択的に回折させて集積回路の表面に設けら
れた光電子レシーバに配向させていた。
て、回路相互接続に伴う静電容量による伝搬遅延が回路
のスピードを制限する要因となった。回路相互接続によ
って課せられる制限を克服するため、光相互接続を用い
ることが研究された。多くの光相互接続方法がGoodman
et. al., "Optical Interconnections for VLSI System
s," Proceedings of IEEE, vol 72, No. 7, July 1984
において提唱された。ある方法は、集積回路の端部近傍
に配置された一般にレーザである複数の光電子トランス
ミッタから成っていた。この光電子トランスミッタは、
光ビームを集積回路の上に配置されたホログラム経路素
子に光を配向させた。光ビームは、転送すべきデータが
重畳されるように変調された。ホログラム経路素子は、
光ビームを選択的に回折させて集積回路の表面に設けら
れた光電子レシーバに配向させていた。
【０００３】また、別の方法は、光導波管を用いてい
た。特に重要なのはプレーナ光導波管であった。この方
法では、光電子トランスミッタとレシーバとが上記の２
つの方法のいずれかのように配置されていた。光信号
が、光電子レシーバに向かって直接回折されずに、ホロ
グラム素子によりプレーナ光導波管内に回折された。つ
ぎに、信号はプレーナ光導波管を介してある一点から別
の点に伝搬し、その後ホログラム素子により回折されて
プレーナ導波管を出て、集積回路の表面上の光電子レシ
ーバに結像された。
た。特に重要なのはプレーナ光導波管であった。この方
法では、光電子トランスミッタとレシーバとが上記の２
つの方法のいずれかのように配置されていた。光信号
が、光電子レシーバに向かって直接回折されずに、ホロ
グラム素子によりプレーナ光導波管内に回折された。つ
ぎに、信号はプレーナ光導波管を介してある一点から別
の点に伝搬し、その後ホログラム素子により回折されて
プレーナ導波管を出て、集積回路の表面上の光電子レシ
ーバに結像された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光相互接続に対するこ
のような方法では、ホログラム経路素子を集積回路の光
電子レシーバと精密に整合させなければならなかった。
光源によって発光される変調光ビームがホログラム経路
素子によって適切な光電子レシーバに配向されるために
は、光電子トランスミッタまたは他の光源をホログラム
経路素子に対して精密に整合させなければならなかっ
た。必要な整合精度を達成することにより、１つのパッ
ケージ内に製造することが極めて困難な課題となった。
一般に、必要な許容差の種類は、パッケージ製造ではな
くてデバイス製造工程と関連していた。また、さまざま
素子の物理的な配置によりパッケージはかなり大きくな
った。光電子トランスミッタおよびレシーバの製造要件
により、これらの方法の有効性はさらに制限された。一
般に、光電子デバイスはガリウムヒ素またはリン化イン
ジウム等のＩＩＩ−Ｖ族複合材料から作られた。このよ
うな材料は、近赤外線スペクトルで発光する。従って、
相互接続すべき集積回路はＩＩＩ−Ｖ族基板上に製造す
るか、あるいはＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層構造をシ
リコン基板上に成長させなければならなかった。前者の
方法では、半導体産業においてシリコンが圧倒的な地位
を占めていたので光相互接続を利用できる用途が著しく
限定された。後者の方法では、特に困難な障害があっ
た。信頼性の高い光電子デバイスの製造が可能なほど結
晶欠陥密度の低いシリコン基板上にＩＩＩ−Ｖ族エピタ
キシャル層構造を成長させることは極めて困難であっ
た。
のような方法では、ホログラム経路素子を集積回路の光
電子レシーバと精密に整合させなければならなかった。
光源によって発光される変調光ビームがホログラム経路
素子によって適切な光電子レシーバに配向されるために
は、光電子トランスミッタまたは他の光源をホログラム
経路素子に対して精密に整合させなければならなかっ
た。必要な整合精度を達成することにより、１つのパッ
ケージ内に製造することが極めて困難な課題となった。
一般に、必要な許容差の種類は、パッケージ製造ではな
くてデバイス製造工程と関連していた。また、さまざま
素子の物理的な配置によりパッケージはかなり大きくな
った。光電子トランスミッタおよびレシーバの製造要件
により、これらの方法の有効性はさらに制限された。一
般に、光電子デバイスはガリウムヒ素またはリン化イン
ジウム等のＩＩＩ−Ｖ族複合材料から作られた。このよ
うな材料は、近赤外線スペクトルで発光する。従って、
相互接続すべき集積回路はＩＩＩ−Ｖ族基板上に製造す
るか、あるいはＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層構造をシ
リコン基板上に成長させなければならなかった。前者の
方法では、半導体産業においてシリコンが圧倒的な地位
を占めていたので光相互接続を利用できる用途が著しく
限定された。後者の方法では、特に困難な障害があっ
た。信頼性の高い光電子デバイスの製造が可能なほど結
晶欠陥密度の低いシリコン基板上にＩＩＩ−Ｖ族エピタ
キシャル層構造を成長させることは極めて困難であっ
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的および利点
は、単一の集積回路内においてデータ転送を可能にし、
また複数の集積回路の相互接続を可能にする光相互接続
構造を提供することである。固有基板上に製造された光
電子トランスミッタおよびレシーバは、プレーナ光導波
管に取り付けられる。プレーナ光導波管は、光電子トラ
ンスミッタからの発光をプレーナ光導波管に配向させる
ホログラム素子を内蔵している。この光導波管では、発
光がホログラム素子によって規定される方位角方向に伝
搬する。このプレーナ光導波管内に内蔵されたその他の
素子は、この発光を回折させて、プレーナ光導波管から
出し、光電子レシーバに向ける。光相互接続構造全体
は、相互接続される集積回路とは別に製造・試験され
る。その後、相互接続構造は、制御コラプス・チップ接
続（半田バンプ）技術により集積回路に取付けられる。
は、単一の集積回路内においてデータ転送を可能にし、
また複数の集積回路の相互接続を可能にする光相互接続
構造を提供することである。固有基板上に製造された光
電子トランスミッタおよびレシーバは、プレーナ光導波
管に取り付けられる。プレーナ光導波管は、光電子トラ
ンスミッタからの発光をプレーナ光導波管に配向させる
ホログラム素子を内蔵している。この光導波管では、発
光がホログラム素子によって規定される方位角方向に伝
搬する。このプレーナ光導波管内に内蔵されたその他の
素子は、この発光を回折させて、プレーナ光導波管から
出し、光電子レシーバに向ける。光相互接続構造全体
は、相互接続される集積回路とは別に製造・試験され
る。その後、相互接続構造は、制御コラプス・チップ接
続（半田バンプ）技術により集積回路に取付けられる。
【実施例】本発明は、光電子トランスミッタおよびレシ
ーバが性能および信頼性の点で個別に最適化されている
構造を提供することにより、従来技術の制限に対処す
る。光電子トランスミッタおよびレシーバは、プレーナ
光導波管内に内蔵されたホログラム素子と精密に整合す
るようにプレーナ光導波管に取り付けられ、光相互接続
構造を形成する。光相互接続構造全体は、相互接続すべ
き集積回路に取付けられる前に試験される。適切な手段
を用いて、任意の数の集積回路をこの光相互接続部に取
付けることができる。ただし、好的な実施例では、フリ
ップ・チップまたは半田バンプ技術としても知られる、
制御コラプス・チップ接続技術を用いている。制御コラ
プス・チップ接続技術は、L.F. Miller により"Control
led Collapse Reflow Chip Joining", IBM Journal of
Research and Development, vol13, May 1969に説明さ
れている。
ーバが性能および信頼性の点で個別に最適化されている
構造を提供することにより、従来技術の制限に対処す
る。光電子トランスミッタおよびレシーバは、プレーナ
光導波管内に内蔵されたホログラム素子と精密に整合す
るようにプレーナ光導波管に取り付けられ、光相互接続
構造を形成する。光相互接続構造全体は、相互接続すべ
き集積回路に取付けられる前に試験される。適切な手段
を用いて、任意の数の集積回路をこの光相互接続部に取
付けることができる。ただし、好的な実施例では、フリ
ップ・チップまたは半田バンプ技術としても知られる、
制御コラプス・チップ接続技術を用いている。制御コラ
プス・チップ接続技術は、L.F. Miller により"Control
led Collapse Reflow Chip Joining", IBM Journal of
Research and Development, vol13, May 1969に説明さ
れている。
【０００６】本発明の１つの実施例を図１に示す。基本
構造は、Kapany and Burke, Optical Waveguides, pp 1
8-34, Academic Press, 1972において説明されているも
のと同様なプレーナ光導波管の複数の層から構成されて
いる。これらのプレーナ光導波管は、図１においてプレ
ーナ光導波管１１，１２として示されている。プレーナ
光導波管１１，１２は互いに接続され、プレーナ光導波
管１２の底部には光透明層１３が取り付けられている。
ホログラム素子１４，１６，１６’は、プレーナ光導波
管１１とプレーナ光導波管１２との間に設けられてい
る。適切な材料を用いて、ホログラム素子１４，１６，
１６’は、層１１と一体化させてもよい。同様に、ホロ
グラム素子１７，１８は、プレーナ光導波管１２と光透
明層１３との間に設けられている。これらのホログラム
素子は、Howard M. Smith, Principles of Holography,
Wiley and Sons, 1969において説明されているものと
同様なものである。光電子トランスミッタ１９，２１お
よび光電子レシーバ２２，２２’，２３は、光透明層１
３の底部に取付けられている。光透明層１３の目的は、
プレーナ光導波管１２と光電子トランスミッタ１９，２
１および光電子レシーバ２２，２２’，２３との間に間
隔を設けることである。光電子トランスミッタ１９，２
１および光電子レシーバ２２，２２’，２３は、H. Kre
ssel, Semiconductor, Devices, Topics in Applied Ph
ysics, vol 39, Springer Verlag, 1982において説明さ
れているものと同様なものである。
構造は、Kapany and Burke, Optical Waveguides, pp 1
8-34, Academic Press, 1972において説明されているも
のと同様なプレーナ光導波管の複数の層から構成されて
いる。これらのプレーナ光導波管は、図１においてプレ
ーナ光導波管１１，１２として示されている。プレーナ
光導波管１１，１２は互いに接続され、プレーナ光導波
管１２の底部には光透明層１３が取り付けられている。
ホログラム素子１４，１６，１６’は、プレーナ光導波
管１１とプレーナ光導波管１２との間に設けられてい
る。適切な材料を用いて、ホログラム素子１４，１６，
１６’は、層１１と一体化させてもよい。同様に、ホロ
グラム素子１７，１８は、プレーナ光導波管１２と光透
明層１３との間に設けられている。これらのホログラム
素子は、Howard M. Smith, Principles of Holography,
Wiley and Sons, 1969において説明されているものと
同様なものである。光電子トランスミッタ１９，２１お
よび光電子レシーバ２２，２２’，２３は、光透明層１
３の底部に取付けられている。光透明層１３の目的は、
プレーナ光導波管１２と光電子トランスミッタ１９，２
１および光電子レシーバ２２，２２’，２３との間に間
隔を設けることである。光電子トランスミッタ１９，２
１および光電子レシーバ２２，２２’，２３は、H. Kre
ssel, Semiconductor, Devices, Topics in Applied Ph
ysics, vol 39, Springer Verlag, 1982において説明さ
れているものと同様なものである。
【０００７】光電子トランスミッタ１９は、ホログラム
素子１４と精密に整合している。光電子トランスミッタ
１９は、被変調光ビーム２４を発光し、このビーム２４
は光透明層１３を通り、光透明層１３とプレーナ光導波
管１２との間の界面を９０度の角度で通り、そしてプレ
ーナ光導波管１２を通って、ホログラム素子１４に当た
る。ホログラム素子１４は、被変調光ビーム２４を図１
において被変調光ビーム２４，２４’として示される複
数の被変調光ビームに分解する。被変調光ビーム２４，
２４’は、ホログラム素子１４によって回折され、被変
調光ビーム２４，２４’はプレーナ光導波管１１に入
る。被変調光ビーム２４，２４’は、プレーナ光導波管
１１内の反射により、ホログラム素子１４からプレーナ
光導波管１１を介して伝搬する。被変調光ビーム２４，
２４’が伝搬する方向は、ホログラム素子１４の特性お
よび配向によって決まる。
素子１４と精密に整合している。光電子トランスミッタ
１９は、被変調光ビーム２４を発光し、このビーム２４
は光透明層１３を通り、光透明層１３とプレーナ光導波
管１２との間の界面を９０度の角度で通り、そしてプレ
ーナ光導波管１２を通って、ホログラム素子１４に当た
る。ホログラム素子１４は、被変調光ビーム２４を図１
において被変調光ビーム２４，２４’として示される複
数の被変調光ビームに分解する。被変調光ビーム２４，
２４’は、ホログラム素子１４によって回折され、被変
調光ビーム２４，２４’はプレーナ光導波管１１に入
る。被変調光ビーム２４，２４’は、プレーナ光導波管
１１内の反射により、ホログラム素子１４からプレーナ
光導波管１１を介して伝搬する。被変調光ビーム２４，
２４’が伝搬する方向は、ホログラム素子１４の特性お
よび配向によって決まる。
【０００８】被変調光ビーム２４，２４’は、ホログラ
ム素子１６，１６’にそれぞれ当たるまで、プレーナ光
導波管１１を介して伝搬する。ホログラム素子１６，１
６’は、被変調光ビーム２４，２４’をプレーナ光導波
管１１の面に対して９０度の角度で回折させて、プレー
ナ導波管１１から出す。つぎに、被変調光ビーム２４，
２４’は、プレーナ光導波管１２を通り、プレーナ光導
波管１２と光透明層１３との間の界面を通り、そして光
透明層１３を通る。光電子レシーバ２２，２２’は、ホ
ログラム素子１６，１６’とそれぞれ精密に整合されて
おり、被変調光ビーム２４，２４’が光電子レシーバ２
２，２２’によって受光されるようになっている。
ム素子１６，１６’にそれぞれ当たるまで、プレーナ光
導波管１１を介して伝搬する。ホログラム素子１６，１
６’は、被変調光ビーム２４，２４’をプレーナ光導波
管１１の面に対して９０度の角度で回折させて、プレー
ナ導波管１１から出す。つぎに、被変調光ビーム２４，
２４’は、プレーナ光導波管１２を通り、プレーナ光導
波管１２と光透明層１３との間の界面を通り、そして光
透明層１３を通る。光電子レシーバ２２，２２’は、ホ
ログラム素子１６，１６’とそれぞれ精密に整合されて
おり、被変調光ビーム２４，２４’が光電子レシーバ２
２，２２’によって受光されるようになっている。
【０００９】光電子トランスミッタ２１は、ホログラム
素子１７と精密に整合している。光電子トランスミッタ
２１は、被変調光ビーム２６を発光し、この光ビーム２
６は光透明層１３を通り、ホログラム素子１７に当た
る。被変調光ビーム２６は、ホログラム素子１７によっ
て回折され、光ビーム２６はプレーナ光導波管１２に入
る。被変調光ビーム２６は、プレーナ光導波管１２内の
反射により、ホログラム素子１７からプレーナ光導波管
を介して伝搬する。プレーナ光導波管内の反射は、導波
管の材料の屈折率と導波管に直接近接する媒体の屈折率
との関係によって決まる。従って、被変調光ビーム２６
がプレーナ光導波管１１とプレーナ光導波管１２との間
の界面で反射するためには、プレーナ光導波管１１とプ
レーナ光導波管１２との間に小さな空気間隙が存在しな
ければならず、あるいはプレーナ光導波管１１とプレー
ナ光導波管１２との間の界面において被変調光ビーム２
６が反射する小さな鏡面が存在しなければならない。一
般に、この小さい鏡面は、アルミニウム薄膜被着または
その他反射率の高い膜でできている。被変調光ビーム２
６が伝搬する方向は、ホログラム素子１７の特性および
配向によって決まる。被変調光ビーム２６は、ホログラ
ム素子１８に当たるまで、プレーナ光導波管１２を介し
て伝搬する。ホログラム素子１８は、被変調光ビーム２
６をプレーナ光導波管１２の面に対して９０度の角度で
回折させて、プレーナ導波管１２から出す。被変調光ビ
ーム２６は、光透明層１３を通り、ここで光ビーム２６
はホログラム素子１８と精密に整合された光電子レシー
バ２３によって受光される。
素子１７と精密に整合している。光電子トランスミッタ
２１は、被変調光ビーム２６を発光し、この光ビーム２
６は光透明層１３を通り、ホログラム素子１７に当た
る。被変調光ビーム２６は、ホログラム素子１７によっ
て回折され、光ビーム２６はプレーナ光導波管１２に入
る。被変調光ビーム２６は、プレーナ光導波管１２内の
反射により、ホログラム素子１７からプレーナ光導波管
を介して伝搬する。プレーナ光導波管内の反射は、導波
管の材料の屈折率と導波管に直接近接する媒体の屈折率
との関係によって決まる。従って、被変調光ビーム２６
がプレーナ光導波管１１とプレーナ光導波管１２との間
の界面で反射するためには、プレーナ光導波管１１とプ
レーナ光導波管１２との間に小さな空気間隙が存在しな
ければならず、あるいはプレーナ光導波管１１とプレー
ナ光導波管１２との間の界面において被変調光ビーム２
６が反射する小さな鏡面が存在しなければならない。一
般に、この小さい鏡面は、アルミニウム薄膜被着または
その他反射率の高い膜でできている。被変調光ビーム２
６が伝搬する方向は、ホログラム素子１７の特性および
配向によって決まる。被変調光ビーム２６は、ホログラ
ム素子１８に当たるまで、プレーナ光導波管１２を介し
て伝搬する。ホログラム素子１８は、被変調光ビーム２
６をプレーナ光導波管１２の面に対して９０度の角度で
回折させて、プレーナ導波管１２から出す。被変調光ビ
ーム２６は、光透明層１３を通り、ここで光ビーム２６
はホログラム素子１８と精密に整合された光電子レシー
バ２３によって受光される。
【００１０】被変調光ビーム２４，２６は、光電子トラ
ンスミッタ１９，２１へのデータ入力に基づいて、光電
子トランスミッタ１９，２１によって変調される。この
データは、光電子レシーバ２２，２２’，２３によって
被変調光ビーム２４，２４’，２６から取り出される。
故に、データは光相互接続構造を介して、光電子トラン
スミッタ１９，２１から光電子レシーバ２２，２２’，
２３へ転送される。
ンスミッタ１９，２１へのデータ入力に基づいて、光電
子トランスミッタ１９，２１によって変調される。この
データは、光電子レシーバ２２，２２’，２３によって
被変調光ビーム２４，２４’，２６から取り出される。
故に、データは光相互接続構造を介して、光電子トラン
スミッタ１９，２１から光電子レシーバ２２，２２’，
２３へ転送される。
【００１１】光相互接続構造の製造により、この構造の
個々の素子の最適化が可能となる。ホログラム素子１
４，１６，１６’，１７，１８は、ニクロム酸ゼラチン
膜，感光ポリマ膜，プレーナ導波管１１，１２に直接光
蝕刻された回折格子またはその他の適切な手段から作ら
れる。光電子トランスミッタ１９，２１および光電子レ
シーバ２２，２２’，２３は、最適な条件の下で独立し
て製作され、対応するホログラム素子と精密に整合する
ように光透明層１３に取付けられる。光相互接続構造全
体は、１つのユニットとして試験される。最後に、集積
回路が光相互接続構造に接続され、最終組立段階におけ
る半田バンプ接続に伴い整合許容差はより緩やかにな
る。
個々の素子の最適化が可能となる。ホログラム素子１
４，１６，１６’，１７，１８は、ニクロム酸ゼラチン
膜，感光ポリマ膜，プレーナ導波管１１，１２に直接光
蝕刻された回折格子またはその他の適切な手段から作ら
れる。光電子トランスミッタ１９，２１および光電子レ
シーバ２２，２２’，２３は、最適な条件の下で独立し
て製作され、対応するホログラム素子と精密に整合する
ように光透明層１３に取付けられる。光相互接続構造全
体は、１つのユニットとして試験される。最後に、集積
回路が光相互接続構造に接続され、最終組立段階におけ
る半田バンプ接続に伴い整合許容差はより緩やかにな
る。
【００１２】図２は、光電子トランスミッタ１９の詳細
を示す。この詳細図の細目は、光電子トランスミッタ２
１および光電子レシーバ２２，２２’，２３に共通であ
る。一般に、基板２７はリン化インジウムである。リン
化インジウム系デバイスは、近赤外線帯域で光を発光
し、この帯域はリン化インジウム基板の吸収エッジ以上
である。その結果、基板２７は、能動面２８上に製作さ
れたリン化インジウム光電子トランスミッタによって発
光される光を透過する。光電子トランスミッタ１９のす
べての電極は、能動面２８上に配置される。ガリウムヒ
素を用いることができるが、ただし被変調光ビーム２４
が基板２７を通過するように処置を講ずるものとする。
これは、例えば、基板２７に穴をあけて、光ビーム２４
が通過するようにすることによって実現できる。別の方
法として、ガリウムヒ素基板の吸収エッジ以上の波長を
発光するトランスミッタにインジウム・ガリウムヒ素の
能動層を用いる方法がある。基板２７が透明層１３に取
付けられ、能動面２８を光相互接続構造とは反対の方向
を向くようにする。そのため、上述のように被変調光ビ
ーム２４は能動面２８で生成され、基板２７を通過して
透明層１３に至る。半田バンプ２９は、能動面２８の露
出面上の光電子レシーバ１９の電極に対するコンタクト
上に設けられる。半田バンプ２９は、制御コラプス・チ
ップ接続技術を用いて、光相互接続構造を相互接続すべ
き集積回路に接続することを可能にする。
を示す。この詳細図の細目は、光電子トランスミッタ２
１および光電子レシーバ２２，２２’，２３に共通であ
る。一般に、基板２７はリン化インジウムである。リン
化インジウム系デバイスは、近赤外線帯域で光を発光
し、この帯域はリン化インジウム基板の吸収エッジ以上
である。その結果、基板２７は、能動面２８上に製作さ
れたリン化インジウム光電子トランスミッタによって発
光される光を透過する。光電子トランスミッタ１９のす
べての電極は、能動面２８上に配置される。ガリウムヒ
素を用いることができるが、ただし被変調光ビーム２４
が基板２７を通過するように処置を講ずるものとする。
これは、例えば、基板２７に穴をあけて、光ビーム２４
が通過するようにすることによって実現できる。別の方
法として、ガリウムヒ素基板の吸収エッジ以上の波長を
発光するトランスミッタにインジウム・ガリウムヒ素の
能動層を用いる方法がある。基板２７が透明層１３に取
付けられ、能動面２８を光相互接続構造とは反対の方向
を向くようにする。そのため、上述のように被変調光ビ
ーム２４は能動面２８で生成され、基板２７を通過して
透明層１３に至る。半田バンプ２９は、能動面２８の露
出面上の光電子レシーバ１９の電極に対するコンタクト
上に設けられる。半田バンプ２９は、制御コラプス・チ
ップ接続技術を用いて、光相互接続構造を相互接続すべ
き集積回路に接続することを可能にする。
【００１３】典型的な用途で用いられる本発明の別の実
施例を図３に示す。本発明のいくつかの特長は、図３に
示されている。まず第１に、追加プレーナ光導波管１
２’がプレーナ光導波管１１とプレーナ光導波管１２と
の間に追加されている。プレーナ光導波管１２’は、ホ
ログラム素子１７’，１８’を含む。異なるプレーナ光
導波管はシステムの別の機能用として使用することがで
きる。例えば、プレーナ光導波管１１は、被変調光ビー
ム２４に変調されたクロック信号を伝搬させるために用
いてもよい。被変調光ビーム２６は、プレーナ光導波管
１２によって伝搬されるライト／リード信号を表すこと
もある。
施例を図３に示す。本発明のいくつかの特長は、図３に
示されている。まず第１に、追加プレーナ光導波管１
２’がプレーナ光導波管１１とプレーナ光導波管１２と
の間に追加されている。プレーナ光導波管１２’は、ホ
ログラム素子１７’，１８’を含む。異なるプレーナ光
導波管はシステムの別の機能用として使用することがで
きる。例えば、プレーナ光導波管１１は、被変調光ビー
ム２４に変調されたクロック信号を伝搬させるために用
いてもよい。被変調光ビーム２６は、プレーナ光導波管
１２によって伝搬されるライト／リード信号を表すこと
もある。
【００１４】図３において特に重要な点は、プレーナ光
導波管１２’によって伝搬される被変調光ビーム・アレ
イ２６’である。光電子トランスミッタ２１’は、トラ
ンスミッタのアレイを表す。例えば、６４ビット幅のデ
ータ・バスは、８ｘ８のアレイを必要とする。これは、
かなりスペース効率の高いデータ転送法となる。光電子
トランスミッタ２１’は、被変調光ビーム・アレイ２
６’を発光する。アレイ２６’は、ホログラム素子１
７’によりプレーナ光導波管１２’内に回折される。ア
レイ２６’は、ホログラム素子１８’によってプレーナ
光導波管１２’から回折されて出されるまで、プレーナ
光導波管１２’を伝搬する。最後に、被変調光ビーム・
アレイ２６’は、光電子レシーバ２３’によって受光さ
れる。
導波管１２’によって伝搬される被変調光ビーム・アレ
イ２６’である。光電子トランスミッタ２１’は、トラ
ンスミッタのアレイを表す。例えば、６４ビット幅のデ
ータ・バスは、８ｘ８のアレイを必要とする。これは、
かなりスペース効率の高いデータ転送法となる。光電子
トランスミッタ２１’は、被変調光ビーム・アレイ２
６’を発光する。アレイ２６’は、ホログラム素子１
７’によりプレーナ光導波管１２’内に回折される。ア
レイ２６’は、ホログラム素子１８’によってプレーナ
光導波管１２’から回折されて出されるまで、プレーナ
光導波管１２’を伝搬する。最後に、被変調光ビーム・
アレイ２６’は、光電子レシーバ２３’によって受光さ
れる。
【００１５】被変調光ビーム・アレイ２６’の伝搬によ
り、別の要素が検討対象となる。アレイ２６’は、プレ
ーナ光導波管１２’を伝搬するにつれて拡散する傾向が
ある。アレイ２６’を再結像するためには、ホログラム
素子を設ける必要があることが当業者には理解される。
このような再結像素子は、二次元平面図の制限のため図
３には図示されていないが、プレーナ光導波管１２と１
２’との間の界面にアレイ２６’が当たる最初の点に配
置される。この第１の再結像素子は、プレーナ光導波管
１２と１２’との間の界面にアレイ２６’が当たる第２
の点にアレイ２６’を結像させる働きをする。この第２
の点において、アレイ２６’は再び拡散し始める。従っ
て、第２の再結像素子が、プレーナ光導波管１２と１
２’との間の界面にアレイ２６’が当たる第３の点に配
置される。この第２の再結像素子は、アレイ２６’をホ
ログラム素子１８’に結像させる。注目すべき点は、図
３において、光ビーム２４，２４’およびアレイ２６’
は同一の垂直面にはないことである。上記の再結像素子
は、光ビーム２４，２４’の光路にはない。また、図１
で説明したように、プレーナ光導波管１１とプレーナ光
導波管１２’との間に小さな空気間隙を設けるか、ある
いはプレーナ光導波管１１とプレーナ光導波管１２’と
の間の界面に被変調光ビーム・アレイ２６’が反射する
小さな鏡面を設ける必要がある。
り、別の要素が検討対象となる。アレイ２６’は、プレ
ーナ光導波管１２’を伝搬するにつれて拡散する傾向が
ある。アレイ２６’を再結像するためには、ホログラム
素子を設ける必要があることが当業者には理解される。
このような再結像素子は、二次元平面図の制限のため図
３には図示されていないが、プレーナ光導波管１２と１
２’との間の界面にアレイ２６’が当たる最初の点に配
置される。この第１の再結像素子は、プレーナ光導波管
１２と１２’との間の界面にアレイ２６’が当たる第２
の点にアレイ２６’を結像させる働きをする。この第２
の点において、アレイ２６’は再び拡散し始める。従っ
て、第２の再結像素子が、プレーナ光導波管１２と１
２’との間の界面にアレイ２６’が当たる第３の点に配
置される。この第２の再結像素子は、アレイ２６’をホ
ログラム素子１８’に結像させる。注目すべき点は、図
３において、光ビーム２４，２４’およびアレイ２６’
は同一の垂直面にはないことである。上記の再結像素子
は、光ビーム２４，２４’の光路にはない。また、図１
で説明したように、プレーナ光導波管１１とプレーナ光
導波管１２’との間に小さな空気間隙を設けるか、ある
いはプレーナ光導波管１１とプレーナ光導波管１２’と
の間の界面に被変調光ビーム・アレイ２６’が反射する
小さな鏡面を設ける必要がある。
【００１６】図３に示される本発明の別の特長は、信号
が回路の一部から同じ回路の別の部分へ、あるいは隣接
する回路へ、あるいは隣接していない回路へ伝搬できる
ことである。集積回路３１，３２，３３は、基板３４に
結合されている。これにより、多くの構成となりうる。
集積回路システム全体は、１つの超ＬＳＩ（ＵＬＳＩ）
回路となりうる。また、このシステムは、ウェーハ・ス
ケール技術を用いて製造された複数の回路となりうる。
ウェーハ・スケール技術では、非常に多くの関連回路が
単一の基板上に製造され、ついで相互接続されて、ウェ
ーハ形状を維持しつつ１つの機能システムを形成する。
あるいは、このシステムはシリコン・イン・シリコン技
術を用いても製造でき、それはこのとき個別に処理した
集積回路を特別に用意したシリコン基板に装着するもの
であり、ウェーハ・スケール・システムに類似する。
が回路の一部から同じ回路の別の部分へ、あるいは隣接
する回路へ、あるいは隣接していない回路へ伝搬できる
ことである。集積回路３１，３２，３３は、基板３４に
結合されている。これにより、多くの構成となりうる。
集積回路システム全体は、１つの超ＬＳＩ（ＵＬＳＩ）
回路となりうる。また、このシステムは、ウェーハ・ス
ケール技術を用いて製造された複数の回路となりうる。
ウェーハ・スケール技術では、非常に多くの関連回路が
単一の基板上に製造され、ついで相互接続されて、ウェ
ーハ形状を維持しつつ１つの機能システムを形成する。
あるいは、このシステムはシリコン・イン・シリコン技
術を用いても製造でき、それはこのとき個別に処理した
集積回路を特別に用意したシリコン基板に装着するもの
であり、ウェーハ・スケール・システムに類似する。
【００１７】図３において、相互接続構造は、集積回路
システムに取付けられ、集積回路３１，３２，３３の間
で相互接続を行なう。光電子トランスミッタ２１および
光電子レシーバ２２’，２３’は集積回路３１に結合す
る。光電子トランスミッタ１９および光電子レシーバ２
２，２３は集積回路３２に結合する。光電子トランスミ
ッタ・アレイ２１’は集積回路３３に結合する。集積回
路３２の一部から集積回路３２の一部に相互接続するこ
とは、光電子トランスミッタ１９，被変調光ビーム２
４，ホログラム素子１４，１６，プレーナ光波動管１１
および光電子レシーバ２２によって行なわれる。同時
に、光電子トランスミッタ１９，被変調光ビーム２４，
２４’，ホログラム素子１４，１６’，プレーナ光導波
管１１および光電子レシーバ２２’によって同じデータ
が集積回路３１に転送される。データは、光電子トラン
スミッタ２１，被変調光ビーム２６，ホログラム素子１
７，１８，プレーナ光導波管１２および光電子レシーバ
２３により、集積回路３１から集積回路３２に転送され
る。集積回路３３からのデータは、光電子トランスミッ
タ・アレイ２１’，被変調光ビーム・アレイ２６’，ホ
ログラム素子１７’，１８’，プレーナ光導波管１２’
および光電子レシーバ２３’によって集積回路３１に転
送される。本発明を利用することにより、銅／ポリイミ
ドなど従来の相互接続技術が適宜同時に利用できないわ
けではないことに注目されたい。
システムに取付けられ、集積回路３１，３２，３３の間
で相互接続を行なう。光電子トランスミッタ２１および
光電子レシーバ２２’，２３’は集積回路３１に結合す
る。光電子トランスミッタ１９および光電子レシーバ２
２，２３は集積回路３２に結合する。光電子トランスミ
ッタ・アレイ２１’は集積回路３３に結合する。集積回
路３２の一部から集積回路３２の一部に相互接続するこ
とは、光電子トランスミッタ１９，被変調光ビーム２
４，ホログラム素子１４，１６，プレーナ光波動管１１
および光電子レシーバ２２によって行なわれる。同時
に、光電子トランスミッタ１９，被変調光ビーム２４，
２４’，ホログラム素子１４，１６’，プレーナ光導波
管１１および光電子レシーバ２２’によって同じデータ
が集積回路３１に転送される。データは、光電子トラン
スミッタ２１，被変調光ビーム２６，ホログラム素子１
７，１８，プレーナ光導波管１２および光電子レシーバ
２３により、集積回路３１から集積回路３２に転送され
る。集積回路３３からのデータは、光電子トランスミッ
タ・アレイ２１’，被変調光ビーム・アレイ２６’，ホ
ログラム素子１７’，１８’，プレーナ光導波管１２’
および光電子レシーバ２３’によって集積回路３１に転
送される。本発明を利用することにより、銅／ポリイミ
ドなど従来の相互接続技術が適宜同時に利用できないわ
けではないことに注目されたい。
【００１８】以上より、改善された製造性および高度な
信頼性を有する高密度相互接続が可能な改善された光相
互接続構造が提供されたことが明かである。光電子トラ
ンスミッタおよびレシーバは集積回路とは独立して製造
されるので、光電子トランスミッタおよびレシーバは性
能および信頼性の点で最適化が図られる。そして、この
光電子トランスミッタおよびレシーバは、製造環境にお
いてホログラム素子と精密に整合される。相互接続構造
全体は、ユニットとして試験され、その後制御コラプス
・チップ接続半田バンプ技術を用いて相互接続すべき集
積回路に接続される。
信頼性を有する高密度相互接続が可能な改善された光相
互接続構造が提供されたことが明かである。光電子トラ
ンスミッタおよびレシーバは集積回路とは独立して製造
されるので、光電子トランスミッタおよびレシーバは性
能および信頼性の点で最適化が図られる。そして、この
光電子トランスミッタおよびレシーバは、製造環境にお
いてホログラム素子と精密に整合される。相互接続構造
全体は、ユニットとして試験され、その後制御コラプス
・チップ接続半田バンプ技術を用いて相互接続すべき集
積回路に接続される。
【図１】本発明の実施例の断面図である。
【図２】本発明に一般に用いられる光電子デバイスであ
る。
る。
【図３】複数の集積回路を相互接続する本発明の実施例
の断面図である。
の断面図である。
１１，１２ 光導波管 １３ 光透明層 １４，１６，１６’１７，１８ ホログラム素子 １９，２１ 光電子トランスミッタ ２２，２２’，２３ 光電子レシーバ ２４，２４’，２６ 被変調光ビーム ２７ 基板 ２８ 能動面 ２９ 半田バンプ ２６’ 再結像アレイ ３１，３２，３３ 集積回路 ３４ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/138
Claims (1)
- 【請求項１】 集積回路を光相互接続する方法であっ
て： プレーナ光導波管上にホログラム素子を合成する段階； ホログラム素子を有する複数の光導波管を互いに積層さ
せる段階； 前記複数のプレーナ光導波管上に光透明層を積層させる
段階； 前記複数のプレーナ光導波管の対応するホログラム素子
と整合した光電子トランスミッタおよび光電子レシーバ
を前記光透明層に取付ける段階； 前記光電子トランスミッタおよびレシーバを集積回路に
電気結合させる段階； 光電子トランスミッタの光を集積回路からのデータで変
調させる段階； 光電子トランスミッタの光を発光側ホログラム素子に配
向させる段階； 光電子トランスミッタの光をプレーナ光導波管を介して
受光側ホログラム素子まで伝搬させる段階； 受光側ホログラム素子からの光を対応する光電子レシー
バに配向させる段階；および被変調光に基づき、集積回
路においてデータを再生する段階； によって構成されることを特徴とする集積回路を光相互
接続する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US576914 | 1990-09-04 | ||
| US07/576,914 US5061027A (en) | 1990-09-04 | 1990-09-04 | Solder-bump attached optical interconnect structure utilizing holographic elements and method of making same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347655A JPH06347655A (ja) | 1994-12-22 |
| JP2993213B2 true JP2993213B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=24306534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3240301A Expired - Fee Related JP2993213B2 (ja) | 1990-09-04 | 1991-08-28 | 光相互接続集積回路システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5061027A (ja) |
| JP (1) | JP2993213B2 (ja) |
Families Citing this family (64)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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