JPS59501431A - 光結合集積回路アレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光結合集積回路アレイ 技術分野 本発明は集積回路（ＩＣ）＃に集積回路アレイに係る。

本発明の背景 過去２０年間、計算機の動作速度は側桁も増加し、一方それらの価格は、念激に 減少した。このすべてが半導体デバイス及び集積回路の発展により可能になった 。この技術により、数千の回路要素を谷１ｉ１１１１インチ程度の部分の半導体 材料チップ上に適合させろことができる。典型的な場合、数百のそのような回路 が共通のウェハ上に。

そろえて同時に作られる。しかし、そのようなプロセスの歩留りは、充てん密度 及び各チップの寸法が増すのにつれ、減少する傾向がある。加えて熱分散は充て ん密度が増加するとともに１問題となる傾向がある。最後に。

要索数が増すにつれ、チップ表面領域の次第に多くが。

イ目互接続リードによりとられるようになる。現在のＩＣの場合、チップの６υ ないし９０パーセントがそのように占められる。更に、チップの大きさが増すに つれ、増加したリード長が、デバイスが動作する速度を決める制限要因になる。

本発明の要約 不発明に従うと、集積回路チップは積み貫ねられ、三次元アレイが形成され、そ の場合チップ間の結合は光学的に行われる。これにより、より小さく充てん密度 を下げることができ、そ−の結果対応して歩留りを高くすることが可能になる。

加えて、より小さく光てん密度の低いチップは、相互接続リードに必要なチップ 表面領域を減すのに役立つ。それはまた相互接続リードの長さを減し。

それにより動作速度を上げることが可能である。

図面の簡単な説明 第１図は集積回路の光学的に結合されたアレイの展開図。

第２図は第１図のアレイを貫く断面図。

第６ないし第５図はそのようなアレイ中に用いられるＬＥＤ及び光検出器の実施 例を示す図。

第６図は結合開口中の焦点合せ手段の使用を示す図で図面を参照すると、第１図 は本発明に従うｎ個の集積回路チップ１１−１．１１−２−・・１１−ｎから成 る三次元アレイ１ｏの展開図である。チップはそれらの広いプレーナ表面を、隣 接するヒートシンクのプレーナ表面に平行でかつ接触させて、ヒートシンク（２ 〜１゜１２−２・・・１２（ｎ＋１）間に配置させると有利である。

回路に電気的パワーを供給し、適切な場合には情報信号を７レイ中に結合し、が つアレイから取り出すために各チップには１３及び１４のような必要な電気的コ ネクりが設けられる。１を号はまた光ファイバー６及び１７により、光学的にア レイ中に結合されかつ取り出すことがでごる。加えて、光学的手段はアレイの集 積回路中に信号を結合するために用いられる。これは第２図中に詳細に示されて おり、この図はアレイを貫く断面である。対応する要素を示すために第１図中に 用いられているのと同じ参照数字を用いろと、第２図はヒートシンク１２−１中 の開口２０を貢いて延びるファイバ１６と、ファイバ１６から放出された放射エ ネルギーを受けるために。

チップ１１−１中に組込まれた光検出器２１を示す。チップ１１−１及び１１− ２中に４人されたＬＥＤ２２及び２５とそれに付随した光検出器１９，２４及び ２７が示されている。放射エネルギーはヒートシンク１２−２中り）ｆｊｉ１０ ２３を通してＬ　Ｅ　Ｄ　２２及び光検出器２４間に結合される。同イアｋに放 射エネルギーはヒートシンク１２−２中の開口２６を通して、ＬＥＤ２５及び光 検出器２７間に結合される。加えて、ソース２２がらの放射エネルギーは、中間 のチップ及びヒートシンク中の２８及び２９のような開口を辿して、チップ１１ −ｎ上の検出器１９に下方に回けられるように示されている。これにより、信− 号は’Ｍ　”、、ｌ生す−トを必要とすることなく、チップ中に容易に結合され 、従来技術において導電性リードは集積回路の原点部分から、外部接続を通して 、第２のチップの周辺に走り２次に第２の集積回路の受信位置まで坑ずろ。チッ プ」二のプこ質的な要素を用いるのに加え。

これらの接続に含まれるリード長は、得られる回路の動作速度の上限となる傾向 がある。

ＩＣチップ１１−１ないし１１−ｎは現在のＩＣチップと本質的に同様であるが 、それらが直接遷移半導体材料（すなわち、ｆ）ａＡｓ　、　Ｉｎｐ及びＩｎＣ ）ａＡｓＰ　）で作るのが有利であることが異り、それによりその上の各種の位 置に低パワーＬＥＤ及び光検出器を含めることができる。

（たとえば、Ｆ、Ｈ，アイセン（Ｅｊｓｅｎ　）による論文’　ＧａＡｓ集積回 路用材料及びプロセス”　＋　ｓＹｍｐ＋　ＧａＡｓａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　 Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　で発表された　Ｉｎ５ｔ、Ｐｈｙｓ。

第３ないし第５図は本発明を実施するためのＬ　Ｅ　Ｄ及び光検出器構造の例を 詳細に示す。第３図の実施例において、相対する伝導形の基板材料６１のメサ上 に堆積させた第１の伝導形材料のエピタキシャル層６ｏが、フォトダイオードを 形成する。説明のため、基板はｎ形を特徴とし、エピタキシャル層はｐ形材料で あることを特徴とする。上部表面は絶縁層３３で被覆され、その中には層３０上 の開口が形成されている。フォトダイオードへのオーム性接触は２層３ｏ上に第 １の金属（すなわち金）層をまた基板６１の底部表面に第２の金属層ろ４を堆積 させることにより５作成される。放射エネルギーは層ろ４中の開口を通して、ダ イオードに結合され、それから取り出される。

５ 信号エミッタとして用いられる時、駆動電流が上部電極３５に供給され、放射エ ネルギーは第６図に示されるように、下部電極３４中の開口を通して引き出され る。

検出器として用いるならば放射エネルギーは電極６４中の開口を通して、ダイオ ード上に向けられ、得られる出力電流は電極３５上に現われる。

フォトダイオードから導かれた放射エネルギーの焦点を合せ、従・つて他の光検 出器への寄生の結合を除くため。

電極３５はメサ３２の側面を下方に延びろと有利である。

第４図の実施例は、基本的に第６図と同じで、ｎ形半導体材料の層４０がｐ形材 料の下の基板４１のメサ上に堆積され、フォトダイオードを形成する。オーム性 接触は絶縁層４６中の開口を通して、第１の金属コネクタ４４により、ダイオー ドに作成され、第２の金属コネクタ４７は基板４１の下部表面と接触する。この 実施例において、放射エネルギーは上部金属コネクタ４４中の開口４５を通して 、フォトダイオード中に結合され、それから引き出される。

第５図は本発明と関連して用いられるプレーナダイオード構造を示いその場合フ ォトダイオード（ま適当なドーパントをチップ基板５Ｇ中に拡散し、相対する伝 導形の領域、たとえばｎ形基板中のｐ影領域５１を形成することにより作られる 。金属コネクタ５２は絶縁層中の開口５８を通して、領域５１へのオーム性接触 を作る。

６　待人昭５９−５０１４３１　（ｓ）第２の金属コネクタ５５は基板の底部表 面へのオーム性接触を作る。

この実施例において、放射エネルギーは絶縁層５３及び第２の金属コネクタ５５ 中の開口５６の両方又は一方を通して、ダイオード中に結合され、それから取り 出される。このようにして、光の結合はチップと他のチップ。

すなわちアレイ中で相対して配置されたチップ間あるいはチップとファイバ間又 はその任意の組合せの間で同時に行うことができる。

速度を犠牲にしないような方法で、多数の比較的小さなＩＣを、単一のパッケー ジ中に組み立てられることが。

本発明の利点である。小さなチップに対する製作歩留りが、大きなチップの歩留 りより常に大きい限り、単一の大きなチップ中に同じ機能を組込む場合より２本 発明に従い光学的に結合されたアレイでは、使用できる加工されたウェハの割合 は大きい。加えて、現在のＩＣのパッケージは典型的な場合その中のＩＣチップ よりはるかに太きい。その理由は、多くの電気的接続を機械的にとり出す必要が あるからである。それに対し、光学的に結合されたチップアレイは外部接続は少 く、外部ｄ、ｃ、接続及び光フアイバリボンのみが必要であるように設計できる 。

第１図及び第２図に示されるように、チップ間にヒートシンクを設けることがで きる。もし必要ならばヒートシンクは冷却液体用の導管を含むように厚く作るこ とができる。加えて、第６図に示されるように、光結合効率を増ずため、結合開 口中にレンズを含めることができる。

第６図中てルンズ６０が結合開口６１中に配置されているのが示されている。後 者はチップ又はヒートシンクのいずれかの中に配置することができ、それを通し てエネルギーが伝達さ」ｔろ。球状カラスレンズを用いることにより、製作中方 向性の配置をする必要がなくなる可能性がある。

ｎ−形基板 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　それぞれが一対の広いプレーナ表面を有する少くとも２個の集積回路チップ から成り。 該チップはそれらの広いプレーナ表面を相互に本質的に平行にして、＠接するも う一方と積み重ねられる集積回路アレイにおいて。 該チップの一つの上に配置された少くとも一つの放射エネルギーソース及び該ソ ースから放出された放射エネルギーを受けるために、該チップの他方の上に配置 された少（とも１個の放射エネルギー検出器（２４）を含む手段（２２）を％徴 とするアレイ。 ２、請求の範囲第１項に記載されたアレイにおいて。 ｎが２以上の整数であるとき、ｎ個のチップの複数のチップ。 該チップ間に分布した多数の放射エネルギーソース及び放射エネルギー検出器が 含まれ、各ソースは放射エネルギーを少くとも１個の該検出器に結合するのに適 していることを特徴とするアレイ。 ３　請求の範囲第１項に記載されたアレイにおいて。 チップの隣接した対の間に、ヒートシンクが配置されていることを特徴とするア レイ。 ４　請求の範囲第６項に記載されたアレイにおいて。 該ヒートシンクを通して放射エネルギーを結合するための手段（２３）を特徴と するアレイ。 ５　請求の範囲第４項に記載されたアレイにおいて。 該手段は開口であることを特徴とするアレイ。 ６、請求の範囲第４項に記載されたアレイにお（・て。 該手段は開口（６１）及び該開口中に配置された焦点合せ手段（６０）から成る ことを特徴とずろアレイ。 １