半導体装置
【課題】 電子集積回路装置間を接続する高密度配置された隣接する光導波路間のクロストークを低減した半導体装置を提供する。
【解決手段】 支持基板１と、支持基板上１に接続固定された電子集積回路装置２と、前記支持基板１上に位置し、電子集積回路装置２から出力される電気信号を光信号に変換する発光素子４と、支持基板１上に位置し、光信号を電気信号に変換して電子集積回路装置２に入力する受光素子５と、発光素子４と光学的に接続する第１の光導波路と、受光素子５と光学的接続し、光の伝搬方向が第１の光導波路における光の伝搬方向と逆方向であり、第１の光導波路と隣接する第２の光導波路と、を含み、支持基板１上に位置する一対の光導波路対と、を具備する半導体装置を提供することができる。
【解決手段】 支持基板１と、支持基板上１に接続固定された電子集積回路装置２と、前記支持基板１上に位置し、電子集積回路装置２から出力される電気信号を光信号に変換する発光素子４と、支持基板１上に位置し、光信号を電気信号に変換して電子集積回路装置２に入力する受光素子５と、発光素子４と光学的に接続する第１の光導波路と、受光素子５と光学的接続し、光の伝搬方向が第１の光導波路における光の伝搬方向と逆方向であり、第１の光導波路と隣接する第２の光導波路と、を含み、支持基板１上に位置する一対の光導波路対と、を具備する半導体装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光送受信を利用した情報処理システムに使用される半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子集積回路素子に関する技術であるＩＣ（集積回路）技術やＬＳＩ（大規模集積回路）技術の進歩により、これらの動作速度や集積規模が向上し、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；マイクロプロセッサ）の高性能化やメモリチップの高速大容量化が急速に進展している。このような状況下では、特に高速デジタル信号伝送およびＭＰＵとメモリチップ間の高速バス等を必要とする場合においては、信号配線の高速、高密度化による電気信号の遅延やクロストーク悪化が高性能化等に対する障害となっている。この問題を解消し得る技術として、光配線（光インターコネクション）を利用することが注目されている。この光配線は、機器装置間、機器装置内ボード間、ボード内チップ間等の様々なレベルで適用可能と考えられており、例えばボード内チップ間のように比較的短距離の信号伝送には、光導波路を光信号の伝送路とした光送受信システムが有効である。
【０００３】
このような光配線を利用した光送受信システムに用いられる半導体装置に関して、例えば特開平５−４８０７３号公報には、電子素子集積回路と光素子とが同一基板上に設けられた光電子集積回路のチップの複数個が配置され、かつ光導波路が設けられた支持基板を有し、このチップは、光素子と光導波路とが光学的に接続する位置に配置されたことを特徴とする半導体装置が開示されている。
【０００４】
この半導体装置は、図５および図６に断面図で、また図７に一部破断斜視図で示すように、Ｓｉ基板２８上に、光導波路２５および金属配線２６が形成されており、フォトダイオード２０、レーザダイオード２１と電子集積回路を同じチップ上に配置した光電子集積回路のチップ２３がこのＳｉ基板２８に貼り付けられ、かつ、チップ２３は、フォトダイオード２０、レーザダイオード２１と光導波路２５とが光学的に接続するように、またＳｉ基板２８上の金属配線２６とチップ２３上のボンディングパッドとが電気的に接続するように位置合わせされている構成のものである。
【０００５】
この構成によれば、電子素子が集積された電子集積回路の半導体基板上にレーザダイオード２１、フォトダイオード２０等の光素子を配置した光電子集積回路のチップ２３を用い、チップ２３間の信号伝送を電気配線で行なう代りに光信号を光導波路２５に通して行なうため、チップ２３間配線の抵抗、容量、インダクタンスに起因する遅延がなくなるというものである。また、光信号を伝送する光導波路２５は従来の電気配線と同様にフォトリソグラフィによってパターニングされるため、製造歩留まりおよび信頼度に優れているというものである。さらに、マルチチップ方式の半導体装置のチップ２３間の電気配線の抵抗、容量、インダクタンスによる遅れがなくなるため、パッケージ内のシステムの演算処理速度が約５０パーセント向上し、また、光信号を伝送する光導波路２５は従来の電気配線と同様にフォトリソグラフィによってパターニングされるため、電気配線と同等の製造歩留まりおよび信頼度が得られたというものである。
【特許文献１】特開平５−４８０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５〜図７に示す半導体装置を開示した特開平５−４８０７３号公報には、発光素子と受光素子の配置方向に関する詳細な記述がなく、図５〜図７に示したような配置では、受光素子であるフォトダイオード２０、発光素子であるレーザダイオード２１および光導波路２５を隣接して複数配置させると、隣接する光導波路２５中の光の伝搬方向が同じであるため、隣接する光導波路２５に結合された受光素子２０への光の漏れ（クロストーク）を避けるために光導波路２５間の間隔を広く配置する必要があり、高集積化を妨げているという問題点があった。
【０００７】
その一例として、光導波路のコア部およびクラッド部の屈折率差（Δｎ）が０．３％で光導波路長が２０ｍｍの場合の、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量の計算値を、図８に線図で示す。図８において、横軸は隣接する光導波路の間隔（単位：μｍ）を、縦軸はその光導波路間のクロストーク量（単位：ｄＢ）を表し、黒四角のプロットおよび特性曲線はクロストーク量の変化を示している。この図８に示す結果は、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を、例として２０ｄＢ以下に抑制しようとする場合には、隣接する光導波路の間隔を２２μｍ以上にする必要があることを示している。
【０００８】
また、前述のような従来の半導体装置では、受光素子、発光素子および光導波路を隣接して複数配置させると、受光素子および発光素子に接続される図示しない電気配線間において電気的クロストークが発生してしまう等の問題点があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて本発明者が鋭意研究に努めた結果完成されたものであり、その目的は、高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減した、光送受信を利用した情報処理システムに好適な半導体装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減するとともに、電気配線間の電気的クロストークも低減した、光送受信を利用した情報処理システムに好適な半導体装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明のさらに他の目的は、低コストで、およびより小さな損失で製造することができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体装置は、支持基板と、前記支持基板上に接続固定された電子集積回路装置と、前記支持基板上に位置し、前記電子集積回路装置から出力される電気信号を光信号に変換する発光素子と、前記支持基板上に位置し、光信号を電気信号に変換して前記電子集積回路装置に入力する受光素子と、前記発光素子と光学的に接続する第１の光導波路と、前記受光素子と光学的接続し、光の伝搬方向が前記第１の光導波路における光の伝搬方向と逆方向であり、前記第１の光導波路と隣接する第２の光導波路と、を含み、前記支持基板上に位置する一対の光導波路対と、を具備する。
【００１３】
また、本発明の半導体装置は、前記発光素子および前記受光素子が交互に位置をずらせて配置されている。
【００１４】
また、本発明の半導体装置は、前記発光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられ、前記受光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられている。
【００１５】
また、本発明の半導体装置は、前記発光素子および前記受光素子をそれぞれ複数有し、前記光導波路対が、第１の光導波路対と、前記第１の光導波路対と接続する受光素子および発光素子と異なる受光素子および発光素子と接続し、前記第１の光導波路対の延出方向と異なる方向に向けて配置される第２の光導波路対と、から構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体装置によれば、隣接する光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされていることから、隣接する光導波路中の光の伝搬方向が逆方向であるため隣接する光導波路に光信号が漏れたとしても、その光導波路に結合された受光素子はその漏れてきた光信号の伝搬方向の反対側に配置されているので、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減することができる。また、隣接する光導波路間でのクロストークを低減することができるため、それら隣接する光導波路間の間隔をより狭くすることができるので、より高密度の光配線を実現することができる。
【００１７】
また本発明の半導体装置によれば、発光素子および受光素子が、隣接する光導波路について交互に位置をずらせて配置されているときには、光導波路の間隔を広げることなく、発光素子および受光素子間、ならびにそれら発光素子および受光素子が接続される電気配線の位置もそれに対応してずらせて配置することによりそれら電気配線間の距離を長くして配置することができ、受発光素子間の電気的なクロストークを小さくすることができ、より高密度の光配線を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の半導体装置によれば、交互に位置をずらせて配置された発光素子および受光素子それぞれ複数個が一体的にアレイ状に設けられているときには、発光素子および受光素子のアレイを支持基板上にそれぞれ配置するのみでこの半導体装置を製造できるため、複数の発光素子および受光素子をそれぞれ個別に基板上に配置する必要が無く、この半導体装置を製造する際の発光素子および受光素子を支持基板上に配置する工数およびコストを低減することができ、複数の発光素子および受光素子の位置ずれが小さくなるので、光信号伝搬の損失を小さくすることができる。
【００１９】
以上により、本発明によれば、高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減するとともに、電気配線間の電気的クロストークも低減した、光送受信システムに好適な半導体装置を提供することができ、低コストで、およびより小さな損失で製造することができる半導体装置を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の半導体装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す上面図および断面図である。図１（ａ）は、発光素子４、受光素子５および光導波路６が形成された支持基板１の上面図であり、（ｂ）は上に、電子集積回路素子９が設置されている電子集積回路装置２が、導体バンプ３により支持基板１上に接続固定されている様子を示す本発明の半導体装置の断面図である。図１（ｂ）の半導体装置の断面図に示すように、発光素子４および受光素子５は、これらと同じく支持基板１上に形成された光導波路６により光学的に接続されている。また、電子集積回路装置２の電気信号の入出力は、導体バンプ３により発光素子４、受光素子５と電気的に接続され、これら素子４、５との間で電気信号が授受されることによって行なわれる。なお、電子集積回路装置２は、この例のように基板に電子集積回路素子９が設置されて構成されたものであってもよいし、電子集積回路素子９いわゆるＩＣチップ自体であってもよい。そして、本発明の半導体装置は、図１（ａ）に示す複数の隣接する光導波路６において、光の伝搬方向が逆方向とされていることを特徴とする。
【００２２】
ここで、本発明の半導体装置の支持基板１上に設けられた発光素子４および受光素子５について説明する。これら発光素子４および受光素子５は、それぞれ光信号を発光および受光するものであり、光通信等に用いられる光素子が用いられる。より具体的には、発光素子４については発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）等が該当する。また、受光素子５については、ｐｉｎ型フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＭＳＭ型フォトダイオード等が該当する。そして、これら発光素子４および受光素子５は、同じ電子集積回路装置２の下においては隣接する光導波路６について交互に配置されており、これにより隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。
【００２３】
また、図１（ｂ）においては、面発光型の発光素子４および面受光型の受光素子５がそれぞれ動作面を上向きにして支持基板１上に配置されており、それぞれの動作面の上に光導波路６の端部が配置されている。これら光導波路６の端部には斜め面からなる反射面が形成されており、発光素子４からの光は発光素子４上の反射面で反射されて光導波路６を伝搬し、また、光導波路６を伝搬する光は受光素子５上の反射面で反射されて受光素子５に入射するものである。
【００２４】
なお、発光素子４および受光素子５は面動作型ではなく、端面発光型や端面受光型でもよい。また、発光素子４および受光素子５と光導波路６との接続は、反射面を介した結合の他、グレーティングを介した結合でもよく、発光素子４および受光素子５の素子端面での直接の結合や、方向性結合器構造による結合でもよい。また、発光素子４および受光素子５は、支持基板１上で光導波路６の上部に配置してもよい。
【００２５】
次に、図２は、隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５が、図示していない電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせて、いわゆるジグザグ状に位置するように配置されている、本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示す図１（ａ）と同様の上面図である。図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してある。この例においては、支持基板１に設けられた発光素子４（図において右上がりの斜線を施した）および受光素子５（図において左上がりの斜線を施した）は、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置されている。そして、図示していない電子集積回路基板２間でそれら電子集積回路装置２と電気的にそれぞれ接続される発光素子４および受光素子５間は、それぞれの電子集積回路装置２間で発光素子４と受光素子５とが光接続されるように光導波路６により接続されており、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。
【００２６】
これらの発光素子４および受光素子５が隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された支持基板１には、図示していない２つの電子集積回路基板２が、図１（ｂ）に示す例と同様に、同じく図２には図示していない導体バンプ３により配置され、導体バンプ３により発光素子４、受光素子５とそれぞれ電気的に接続されて電気信号の授受を行なう。
【００２７】
なお、本発明の半導体装置のこのような例において、発光素子４および受光素子５を交互に位置をずらせてジグザグ状に配置する場合の、発光素子４の並びと受光素子５の並びとの間の長さは、発光素子４および受光素子５がそれぞれ接続される電気配線（図示せず）間のクロストークが発生することによって信号の誤伝達を引き起こすことから、発光素子４および受光素子５に接続される電気配線（図示せず）間のクロストークが発生しない長さ以上としておくことが望ましい。このような長さは、例えば１０μｍから２０μｍ以上とすることである。
【００２８】
次に、図３は、支持基板１において図示しない電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された発光素子４および受光素子５が、それぞれ複数個が一体的にアレイ状に設けられて、受光素子アレイ化および発光素子アレイ化されている、本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す図１（ａ）および図２と同様の上面図である。図３においても、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してある。この例においては、電子集積回路装置２の下において支持基板１に設けられた発光素子４および受光素子５は、隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置されており、これらの発光素子４および受光素子５は、それぞれ複数個が発光素子アレイ７および受光素子アレイ８として一体的にアレイ状に設けられている。
【００２９】
ここで、複数個の発光素子４および受光素子５が一体的にアレイ状に設けられているとは、発光素子４および受光素子５がそれぞれ一つの基板上にモノリシックに形成され、あるいはハイブリッド的に実装されて配列されることにより、図３に例を示すような発光素子アレイ７および受光素子アレイ８となっていることをいう。
【００３０】
隣接して配置された図示していない電子集積回路基板２と電気的にそれぞれ接続されるこれらの発光素子アレイ７および受光素子アレイ８中の発光素子４および受光素子５の電子集積回路装置２間は、それぞれの発光素子４と受光素子５とが光接続されるように光導波路６により接続されており、隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。
【００３１】
これらの発光素子４および受光素子５が発光素子アレイ７および受光素子アレイ８として設けられて発光素子４および受光素子５が図示しない電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された支持基板１には、図示していない２つの電子集積回路装置２が、図１（ｂ）に示す例と同様に、同じく図３には図示していない導体バンプ３により支持基板１上に配置され、導体バンプ３により発光素子４、受光素子５とそれぞれ電気的に接続されて電気信号の授受を行なう。
【００３２】
このような本発明の半導体装置について、その製造方法の工程例を説明する。
【００３３】
まず、支持基板１の表面に複数本の光導波路６を形成する。支持基板１は、発光素子４、受光素子５、光導波路６および電子集積回路装置２の支持基板となるとともに、電気配線等が形成されることにより各種光素子、光部品および半導体素子等の高周波電子部品が実装されるものである。この支持基板１には、例えばガラス基板の他にシリコン基板、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板、ムライト基板、窒化アルミニウム基板、ポリイミド基板、エポキシ基板等が用いられる。
【００３４】
光導波路６は、発光素子４および受光素子５間における光信号の接続を行なうものであり、コア部およびクラッド部からなる。コア部およびクラッド部からなる光導波路６を形成する材料には、光導波路として通常用いられる材料を使用することができ、特に制限はされない。具体的には、石英、ガラス等の無機系光学材料や、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）、ポリカーボネート、アクリレート、フッ素化アクリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、重水素化ＰＭＭＡ、重水素化シリコーン、シロキサンポリマ、ポリスチレン、ポリシラン等の一般的な有機系光学材料を使用することができる。
【００３５】
これらの材料により光導波路６を形成する方法は、一般的な光導波路を形成する方法を使用することができ、特に制限はされない。具体的には、支持基板１上に例えば熱蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、重合法、熱拡散法、イオン交換法、イオン注入法、エピタキシャル成長法、スピンコート法や印刷法等によってこれらの材料を成膜し、周知のフォトリソグラフィにより導波路形状にパターニングし、ウエットまたはドライエッチング法等により所望の導波路形状に加工することにより形成すればよい。
【００３６】
次いで、前述の支持基板１の表面に光導波路６を形成する工程とは別に、支持基板１上に発光素子４および受光素子５を設置する。発光素子４および受光素子５はそれぞれ光信号を発光および受光するものである。
【００３７】
支持基板１上に発光素子４および受光素子５を設置する方法としては、支持基板１の基板とは別途に発光素子４および受光素子５を作製し、その後、それらを支持基板１上に配置してもよく、また、発光素子４および受光素子５を直接、支持基板１の基板に形成することによって設置してもよい。なお、このとき、隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向になるように、発光素子４および受光素子５を配置する。
【００３８】
また、電子集積回路装置２は、チップサイズパッケージ基板、マルチチップモジュール基板、インターポーザ等のいわゆる電子集積回路素子実装用基板に電子集積回路素子９が設置されたものである場合には、シリコン基板、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板、ムライト基板、窒化アルミニウム基板、ポリイミド基板、エポキシ基板等などからなる回路基板に、半導体記録装置やマイクロプロセッサ等の電気信号の処理を行なう複数あるいは単一の電子集積回路素子９が設置されるものである。また、電子集積回路素子９すなわちいわゆるＩＣチップ自体を電子集積回路装置として用いても構わない。
【００３９】
最後に、発光素子４および受光素子５が設置され、これらが光導波路６で接続された支持基板１上に導体バンプ３を介して電子集積回路装置２を配置することで、本発明の半導体装置となる。
【００４０】
このようにして本発明の半導体装置を製造する際に、支持基板１において隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５を、交互に位置をずらせて配置し、最後に、発光素子４および受光素子５が設置され、これらが光導波路６で接続された支持基板１上に、導体バンプ３を介して電子集積回路装置２を配置することで、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５が隣接する光導波路６について交互に位置をずらせて配置されている本発明の半導体装置となる。
【００４１】
また、支持基板１において隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５を設置する際に、電子集積回路装置２の下において交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された発光素子４および受光素子５を、複数個が一体的にアレイ状に設けられた発光素子アレイ７および受光素子アレイ８として設置し、このように発光素子４および受光素子５が設置された支持基板１上に導体バンプ３を介して電子集積回路装置２を配置することで、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６により接続された受光素子５および発光素子４が、それぞれ複数個が一体的にアレイ状に設けられている本発明の半導体装置となる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の半導体装置の実施例を示す。
【００４３】
［実施例１］
まず、支持基板となるアルミナ電気回路基板上に、受光素子としてＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として面発光型半導体レーザを、それらの並びが交互になるように配置した。
【００４４】
次いで、その支持基板の表面に、シロキサンポリマの有機溶媒溶液をスピンコート法によって塗布し、８５℃／３０分および２７０℃／３０分の熱処理を行ない、厚さ８μｍの下部クラッド層（屈折率１．４４０５，λ＝１．３μｍ）を形成した。
【００４５】
次に、シロキサンポリマとテトラ−ｎ−ブトキシチタンとの混合液をスピンコート法によって下部クラッド層の上に塗布し、８５℃／３０分および１５０℃／３０分の熱処理を行ない、厚さ７μｍのコア層（屈折率１．４４５０，λ＝１．３μｍ）を形成した。
【００４６】
次いで、スパッタリング法により、コア層の上にアルミニウム膜を０．５μｍの厚さで成膜した。
【００４７】
次いで、このアルミニウム膜の上にフォトレジスト層をスピンコート法により１μｍの厚さで成膜した。
【００４８】
次いで、フォトマスクを用いて露光をし、現像をした後、酢酸、硝酸、燐酸の混合液によってアルミニウム膜をエッチング加工することで、アルミニウム膜に、光導波路のコア部となるパターンを転写した。
【００４９】
次いで、このアルミニウム膜のパターンをマスクとしてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってコア層をエッチングして、光導波路のコア部を形成した。
【００５０】
次いで、アルミニウム膜のパターンを除去した後に、コア部および下部クラッド層の上にシロキサンポリマの有機溶媒溶液をスピンコート法によって塗布し、８５℃／３０分および２７０℃／３０分の熱処理を行ない、厚さ８μｍの上部クラッド層（屈折率１．４４０５，λ＝１．３μｍ）を形成した。
【００５１】
これにより、発光素子と受光素子とを配置した支持基板上に、複数個の電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する光導波路を形成した。
【００５２】
その後、この発光素子および受光素子が配置された支持基板上に、電子集積回路装置間で互いの発光素子と受光素子とが接続されるようにして、導体バンプを介して電子集積回路装置を配置した。
【００５３】
これにより、支持基板上に、電子集積回路装置が複数個配置されるとともに、電子集積回路装置の下に位置するように発光素子と受光素子とが交互に設けられ、さらに、電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。
【００５４】
以上のようにして得られた本発明の半導体装置と、従来の半導体装置とを用いて、隣接する２本の光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測定した。この測定においては、まず１つの発光素子から出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。また、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定した。ここで、従来の半導体装置において、隣接した光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の半導体装置において、隣接した光導波路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｃとした。
【００５５】
この結果、従来の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂが、出力Ａの約０．１％〜１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約０．０００１％以下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００５６】
［実施例２］
［実施例１］と同様にして本発明の半導体装置を作製するのに際して、受光素子としてＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として面発光型半導体レーザを、支持基板にその並びが交互に、また発光素子と受光素子との位置を２０μｍずらせたものとなるようにジグザグに配置した。
【００５７】
これにより、支持基板上に、電子集積回路装置が複数個配置されるとともに、発光素子および受光素子が交互にジグザグに設けられ、さらに、電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。
【００５８】
以上のようにして得られた本発明の半導体装置と、［実施例１］で比較した従来の半導体装置とを用いて、２本の光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測定した。この測定においては、まず１つの発光素子から出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。次に、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定した。ここで、従来の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｃとした。この結果、従来の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂが、出力Ａの約０．１％〜１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約０．０００１％以下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００５９】
またさらに、電子集積回路装置において発光素子および受光素子が接続される電気配線間の電気的なクロストークを比較したところ、従来の半導体装置におけるクロストークが約０．１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストークは約０．００１％以下であり、本発明の半導体装置による電気的なクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００６０】
［実施例３］
［実施例１］と同様にして本発明の半導体装置を作製するのに際して、受光素子としてＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として面発光型半導体レーザを、受光素子および発光素子がそれぞれ４０μｍ間隔で一体的にアレイ状に設けられて、その並びが交互に、また発光素子と受光素子との位置を２０μｍずらせたものとなるように配置した。
【００６１】
これにより、支持基板上に、電子集積回路装置が複数個配置されるとともに、発光素子および受光素子が交互に位置をずらせて、それぞれ複数個が一体的に形成されたアレイが配置され、さらに、電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。
【００６２】
以上のようにして得られた本発明の半導体装置と、［実施例１］で比較した従来の半導体装置とを用いて、２本の光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測定した。この測定においては、まず１つの発光素子から出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。次に、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定した。ここで、従来の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｃとした。この結果、従来の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂが、出力Ａの約０．１％〜１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約０．０００１％以下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００６３】
またさらに、電子集積回路装置において発光素子および受光素子が接続される電気配線間の電気的なクロストークを比較したところ、従来の半導体装置におけるクロストークが約０．１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストークは約０．００１％以下であり、本発明の半導体装置による電気的なクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００６４】
またさらに、光導波路とそれぞれアレイ化された発光素子および受光素子との配置プロセスにおける各発光素子および各受光素子とそれらに接続された光導波路との接続位置のずれ量も、従来の半導体装置におけるずれ量が約０．５μｍであったのに対し、本発明の半導体素子におけるずれ量は約０．１μｍ以下あり、本発明の半導体装置によれば、従来の半導体装置に比べて発光素子および受光素子と光導波路との位置合わせ精度の向上について効果があることを確認した。
【００６５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【００６６】
例えば、光導波路は、支持基板上に形成された光導波路のみではなく、別途基板上に形成した光導波路を剥がして形成した、フィルム状の光導波路でもよい。
また、光導波路は１個の発光素子と複数個の受光素子とを接続するために、または１個の受光素子と複数個の発光素子とを接続するために、複数に分岐してもよい。
【００６７】
また、１個の電子集積回路装置２からの他の電子集積回路装置２への光導波路６の接続の方向は、図１〜３に示すような一方向に限定されるわけではなく、例として図４に支持基板１の上面図（一部のみ図示）で示すように、複数の方向（図４に示す例では４方向）に、交互に配置された発光素子４および受光素子５からの光導波路６が接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す上面図および断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示す上面図である。
【図３】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す上面図である。
【図４】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す上面図である。
【図５】従来の半導体装置の例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置の例を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の例を示す一部破断斜視図である。
【図８】隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量の計算値結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・・支持基板
２・・・・電子集積回路装置
３・・・・導体バンプ
４・・・・発光素子
５・・・・受光素子
６・・・・光導波路
７・・・・発光素子アレイ
８・・・・受光素子アレイ
９・・・・電子集積回路素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は光送受信を利用した情報処理システムに使用される半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子集積回路素子に関する技術であるＩＣ（集積回路）技術やＬＳＩ（大規模集積回路）技術の進歩により、これらの動作速度や集積規模が向上し、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；マイクロプロセッサ）の高性能化やメモリチップの高速大容量化が急速に進展している。このような状況下では、特に高速デジタル信号伝送およびＭＰＵとメモリチップ間の高速バス等を必要とする場合においては、信号配線の高速、高密度化による電気信号の遅延やクロストーク悪化が高性能化等に対する障害となっている。この問題を解消し得る技術として、光配線（光インターコネクション）を利用することが注目されている。この光配線は、機器装置間、機器装置内ボード間、ボード内チップ間等の様々なレベルで適用可能と考えられており、例えばボード内チップ間のように比較的短距離の信号伝送には、光導波路を光信号の伝送路とした光送受信システムが有効である。
【０００３】
このような光配線を利用した光送受信システムに用いられる半導体装置に関して、例えば特開平５−４８０７３号公報には、電子素子集積回路と光素子とが同一基板上に設けられた光電子集積回路のチップの複数個が配置され、かつ光導波路が設けられた支持基板を有し、このチップは、光素子と光導波路とが光学的に接続する位置に配置されたことを特徴とする半導体装置が開示されている。
【０００４】
この半導体装置は、図５および図６に断面図で、また図７に一部破断斜視図で示すように、Ｓｉ基板２８上に、光導波路２５および金属配線２６が形成されており、フォトダイオード２０、レーザダイオード２１と電子集積回路を同じチップ上に配置した光電子集積回路のチップ２３がこのＳｉ基板２８に貼り付けられ、かつ、チップ２３は、フォトダイオード２０、レーザダイオード２１と光導波路２５とが光学的に接続するように、またＳｉ基板２８上の金属配線２６とチップ２３上のボンディングパッドとが電気的に接続するように位置合わせされている構成のものである。
【０００５】
この構成によれば、電子素子が集積された電子集積回路の半導体基板上にレーザダイオード２１、フォトダイオード２０等の光素子を配置した光電子集積回路のチップ２３を用い、チップ２３間の信号伝送を電気配線で行なう代りに光信号を光導波路２５に通して行なうため、チップ２３間配線の抵抗、容量、インダクタンスに起因する遅延がなくなるというものである。また、光信号を伝送する光導波路２５は従来の電気配線と同様にフォトリソグラフィによってパターニングされるため、製造歩留まりおよび信頼度に優れているというものである。さらに、マルチチップ方式の半導体装置のチップ２３間の電気配線の抵抗、容量、インダクタンスによる遅れがなくなるため、パッケージ内のシステムの演算処理速度が約５０パーセント向上し、また、光信号を伝送する光導波路２５は従来の電気配線と同様にフォトリソグラフィによってパターニングされるため、電気配線と同等の製造歩留まりおよび信頼度が得られたというものである。
【特許文献１】特開平５−４８０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５〜図７に示す半導体装置を開示した特開平５−４８０７３号公報には、発光素子と受光素子の配置方向に関する詳細な記述がなく、図５〜図７に示したような配置では、受光素子であるフォトダイオード２０、発光素子であるレーザダイオード２１および光導波路２５を隣接して複数配置させると、隣接する光導波路２５中の光の伝搬方向が同じであるため、隣接する光導波路２５に結合された受光素子２０への光の漏れ（クロストーク）を避けるために光導波路２５間の間隔を広く配置する必要があり、高集積化を妨げているという問題点があった。
【０００７】
その一例として、光導波路のコア部およびクラッド部の屈折率差（Δｎ）が０．３％で光導波路長が２０ｍｍの場合の、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量の計算値を、図８に線図で示す。図８において、横軸は隣接する光導波路の間隔（単位：μｍ）を、縦軸はその光導波路間のクロストーク量（単位：ｄＢ）を表し、黒四角のプロットおよび特性曲線はクロストーク量の変化を示している。この図８に示す結果は、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を、例として２０ｄＢ以下に抑制しようとする場合には、隣接する光導波路の間隔を２２μｍ以上にする必要があることを示している。
【０００８】
また、前述のような従来の半導体装置では、受光素子、発光素子および光導波路を隣接して複数配置させると、受光素子および発光素子に接続される図示しない電気配線間において電気的クロストークが発生してしまう等の問題点があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて本発明者が鋭意研究に努めた結果完成されたものであり、その目的は、高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減した、光送受信を利用した情報処理システムに好適な半導体装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減するとともに、電気配線間の電気的クロストークも低減した、光送受信を利用した情報処理システムに好適な半導体装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明のさらに他の目的は、低コストで、およびより小さな損失で製造することができる半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の半導体装置は、支持基板と、前記支持基板上に接続固定された電子集積回路装置と、前記支持基板上に位置し、前記電子集積回路装置から出力される電気信号を光信号に変換する発光素子と、前記支持基板上に位置し、光信号を電気信号に変換して前記電子集積回路装置に入力する受光素子と、前記発光素子と光学的に接続する第１の光導波路と、前記受光素子と光学的接続し、光の伝搬方向が前記第１の光導波路における光の伝搬方向と逆方向であり、前記第１の光導波路と隣接する第２の光導波路と、を含み、前記支持基板上に位置する一対の光導波路対と、を具備する。
【００１３】
また、本発明の半導体装置は、前記発光素子および前記受光素子が交互に位置をずらせて配置されている。
【００１４】
また、本発明の半導体装置は、前記発光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられ、前記受光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられている。
【００１５】
また、本発明の半導体装置は、前記発光素子および前記受光素子をそれぞれ複数有し、前記光導波路対が、第１の光導波路対と、前記第１の光導波路対と接続する受光素子および発光素子と異なる受光素子および発光素子と接続し、前記第１の光導波路対の延出方向と異なる方向に向けて配置される第２の光導波路対と、から構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体装置によれば、隣接する光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされていることから、隣接する光導波路中の光の伝搬方向が逆方向であるため隣接する光導波路に光信号が漏れたとしても、その光導波路に結合された受光素子はその漏れてきた光信号の伝搬方向の反対側に配置されているので、隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減することができる。また、隣接する光導波路間でのクロストークを低減することができるため、それら隣接する光導波路間の間隔をより狭くすることができるので、より高密度の光配線を実現することができる。
【００１７】
また本発明の半導体装置によれば、発光素子および受光素子が、隣接する光導波路について交互に位置をずらせて配置されているときには、光導波路の間隔を広げることなく、発光素子および受光素子間、ならびにそれら発光素子および受光素子が接続される電気配線の位置もそれに対応してずらせて配置することによりそれら電気配線間の距離を長くして配置することができ、受発光素子間の電気的なクロストークを小さくすることができ、より高密度の光配線を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の半導体装置によれば、交互に位置をずらせて配置された発光素子および受光素子それぞれ複数個が一体的にアレイ状に設けられているときには、発光素子および受光素子のアレイを支持基板上にそれぞれ配置するのみでこの半導体装置を製造できるため、複数の発光素子および受光素子をそれぞれ個別に基板上に配置する必要が無く、この半導体装置を製造する際の発光素子および受光素子を支持基板上に配置する工数およびコストを低減することができ、複数の発光素子および受光素子の位置ずれが小さくなるので、光信号伝搬の損失を小さくすることができる。
【００１９】
以上により、本発明によれば、高密度配置された隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストークを低減するとともに、電気配線間の電気的クロストークも低減した、光送受信システムに好適な半導体装置を提供することができ、低コストで、およびより小さな損失で製造することができる半導体装置を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の半導体装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２１】
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す上面図および断面図である。図１（ａ）は、発光素子４、受光素子５および光導波路６が形成された支持基板１の上面図であり、（ｂ）は上に、電子集積回路素子９が設置されている電子集積回路装置２が、導体バンプ３により支持基板１上に接続固定されている様子を示す本発明の半導体装置の断面図である。図１（ｂ）の半導体装置の断面図に示すように、発光素子４および受光素子５は、これらと同じく支持基板１上に形成された光導波路６により光学的に接続されている。また、電子集積回路装置２の電気信号の入出力は、導体バンプ３により発光素子４、受光素子５と電気的に接続され、これら素子４、５との間で電気信号が授受されることによって行なわれる。なお、電子集積回路装置２は、この例のように基板に電子集積回路素子９が設置されて構成されたものであってもよいし、電子集積回路素子９いわゆるＩＣチップ自体であってもよい。そして、本発明の半導体装置は、図１（ａ）に示す複数の隣接する光導波路６において、光の伝搬方向が逆方向とされていることを特徴とする。
【００２２】
ここで、本発明の半導体装置の支持基板１上に設けられた発光素子４および受光素子５について説明する。これら発光素子４および受光素子５は、それぞれ光信号を発光および受光するものであり、光通信等に用いられる光素子が用いられる。より具体的には、発光素子４については発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）等が該当する。また、受光素子５については、ｐｉｎ型フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＭＳＭ型フォトダイオード等が該当する。そして、これら発光素子４および受光素子５は、同じ電子集積回路装置２の下においては隣接する光導波路６について交互に配置されており、これにより隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。
【００２３】
また、図１（ｂ）においては、面発光型の発光素子４および面受光型の受光素子５がそれぞれ動作面を上向きにして支持基板１上に配置されており、それぞれの動作面の上に光導波路６の端部が配置されている。これら光導波路６の端部には斜め面からなる反射面が形成されており、発光素子４からの光は発光素子４上の反射面で反射されて光導波路６を伝搬し、また、光導波路６を伝搬する光は受光素子５上の反射面で反射されて受光素子５に入射するものである。
【００２４】
なお、発光素子４および受光素子５は面動作型ではなく、端面発光型や端面受光型でもよい。また、発光素子４および受光素子５と光導波路６との接続は、反射面を介した結合の他、グレーティングを介した結合でもよく、発光素子４および受光素子５の素子端面での直接の結合や、方向性結合器構造による結合でもよい。また、発光素子４および受光素子５は、支持基板１上で光導波路６の上部に配置してもよい。
【００２５】
次に、図２は、隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５が、図示していない電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせて、いわゆるジグザグ状に位置するように配置されている、本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示す図１（ａ）と同様の上面図である。図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してある。この例においては、支持基板１に設けられた発光素子４（図において右上がりの斜線を施した）および受光素子５（図において左上がりの斜線を施した）は、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置されている。そして、図示していない電子集積回路基板２間でそれら電子集積回路装置２と電気的にそれぞれ接続される発光素子４および受光素子５間は、それぞれの電子集積回路装置２間で発光素子４と受光素子５とが光接続されるように光導波路６により接続されており、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。
【００２６】
これらの発光素子４および受光素子５が隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された支持基板１には、図示していない２つの電子集積回路基板２が、図１（ｂ）に示す例と同様に、同じく図２には図示していない導体バンプ３により配置され、導体バンプ３により発光素子４、受光素子５とそれぞれ電気的に接続されて電気信号の授受を行なう。
【００２７】
なお、本発明の半導体装置のこのような例において、発光素子４および受光素子５を交互に位置をずらせてジグザグ状に配置する場合の、発光素子４の並びと受光素子５の並びとの間の長さは、発光素子４および受光素子５がそれぞれ接続される電気配線（図示せず）間のクロストークが発生することによって信号の誤伝達を引き起こすことから、発光素子４および受光素子５に接続される電気配線（図示せず）間のクロストークが発生しない長さ以上としておくことが望ましい。このような長さは、例えば１０μｍから２０μｍ以上とすることである。
【００２８】
次に、図３は、支持基板１において図示しない電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された発光素子４および受光素子５が、それぞれ複数個が一体的にアレイ状に設けられて、受光素子アレイ化および発光素子アレイ化されている、本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す図１（ａ）および図２と同様の上面図である。図３においても、図１および図２と同様の箇所には同じ符号を付してある。この例においては、電子集積回路装置２の下において支持基板１に設けられた発光素子４および受光素子５は、隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置されており、これらの発光素子４および受光素子５は、それぞれ複数個が発光素子アレイ７および受光素子アレイ８として一体的にアレイ状に設けられている。
【００２９】
ここで、複数個の発光素子４および受光素子５が一体的にアレイ状に設けられているとは、発光素子４および受光素子５がそれぞれ一つの基板上にモノリシックに形成され、あるいはハイブリッド的に実装されて配列されることにより、図３に例を示すような発光素子アレイ７および受光素子アレイ８となっていることをいう。
【００３０】
隣接して配置された図示していない電子集積回路基板２と電気的にそれぞれ接続されるこれらの発光素子アレイ７および受光素子アレイ８中の発光素子４および受光素子５の電子集積回路装置２間は、それぞれの発光素子４と受光素子５とが光接続されるように光導波路６により接続されており、隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向とされている。
【００３１】
これらの発光素子４および受光素子５が発光素子アレイ７および受光素子アレイ８として設けられて発光素子４および受光素子５が図示しない電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６について交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された支持基板１には、図示していない２つの電子集積回路装置２が、図１（ｂ）に示す例と同様に、同じく図３には図示していない導体バンプ３により支持基板１上に配置され、導体バンプ３により発光素子４、受光素子５とそれぞれ電気的に接続されて電気信号の授受を行なう。
【００３２】
このような本発明の半導体装置について、その製造方法の工程例を説明する。
【００３３】
まず、支持基板１の表面に複数本の光導波路６を形成する。支持基板１は、発光素子４、受光素子５、光導波路６および電子集積回路装置２の支持基板となるとともに、電気配線等が形成されることにより各種光素子、光部品および半導体素子等の高周波電子部品が実装されるものである。この支持基板１には、例えばガラス基板の他にシリコン基板、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板、ムライト基板、窒化アルミニウム基板、ポリイミド基板、エポキシ基板等が用いられる。
【００３４】
光導波路６は、発光素子４および受光素子５間における光信号の接続を行なうものであり、コア部およびクラッド部からなる。コア部およびクラッド部からなる光導波路６を形成する材料には、光導波路として通常用いられる材料を使用することができ、特に制限はされない。具体的には、石英、ガラス等の無機系光学材料や、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）、ポリカーボネート、アクリレート、フッ素化アクリレート、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、重水素化ＰＭＭＡ、重水素化シリコーン、シロキサンポリマ、ポリスチレン、ポリシラン等の一般的な有機系光学材料を使用することができる。
【００３５】
これらの材料により光導波路６を形成する方法は、一般的な光導波路を形成する方法を使用することができ、特に制限はされない。具体的には、支持基板１上に例えば熱蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、重合法、熱拡散法、イオン交換法、イオン注入法、エピタキシャル成長法、スピンコート法や印刷法等によってこれらの材料を成膜し、周知のフォトリソグラフィにより導波路形状にパターニングし、ウエットまたはドライエッチング法等により所望の導波路形状に加工することにより形成すればよい。
【００３６】
次いで、前述の支持基板１の表面に光導波路６を形成する工程とは別に、支持基板１上に発光素子４および受光素子５を設置する。発光素子４および受光素子５はそれぞれ光信号を発光および受光するものである。
【００３７】
支持基板１上に発光素子４および受光素子５を設置する方法としては、支持基板１の基板とは別途に発光素子４および受光素子５を作製し、その後、それらを支持基板１上に配置してもよく、また、発光素子４および受光素子５を直接、支持基板１の基板に形成することによって設置してもよい。なお、このとき、隣接する光導波路６における光の伝搬方向が逆方向になるように、発光素子４および受光素子５を配置する。
【００３８】
また、電子集積回路装置２は、チップサイズパッケージ基板、マルチチップモジュール基板、インターポーザ等のいわゆる電子集積回路素子実装用基板に電子集積回路素子９が設置されたものである場合には、シリコン基板、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板、ムライト基板、窒化アルミニウム基板、ポリイミド基板、エポキシ基板等などからなる回路基板に、半導体記録装置やマイクロプロセッサ等の電気信号の処理を行なう複数あるいは単一の電子集積回路素子９が設置されるものである。また、電子集積回路素子９すなわちいわゆるＩＣチップ自体を電子集積回路装置として用いても構わない。
【００３９】
最後に、発光素子４および受光素子５が設置され、これらが光導波路６で接続された支持基板１上に導体バンプ３を介して電子集積回路装置２を配置することで、本発明の半導体装置となる。
【００４０】
このようにして本発明の半導体装置を製造する際に、支持基板１において隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５を、交互に位置をずらせて配置し、最後に、発光素子４および受光素子５が設置され、これらが光導波路６で接続された支持基板１上に、導体バンプ３を介して電子集積回路装置２を配置することで、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５が隣接する光導波路６について交互に位置をずらせて配置されている本発明の半導体装置となる。
【００４１】
また、支持基板１において隣接する光導波路６により接続された発光素子４および受光素子５を設置する際に、電子集積回路装置２の下において交互に位置をずらせてジグザグ状に配置された発光素子４および受光素子５を、複数個が一体的にアレイ状に設けられた発光素子アレイ７および受光素子アレイ８として設置し、このように発光素子４および受光素子５が設置された支持基板１上に導体バンプ３を介して電子集積回路装置２を配置することで、電子集積回路装置２の下において隣接する光導波路６により接続された受光素子５および発光素子４が、それぞれ複数個が一体的にアレイ状に設けられている本発明の半導体装置となる。
【実施例】
【００４２】
次に、本発明の半導体装置の実施例を示す。
【００４３】
［実施例１］
まず、支持基板となるアルミナ電気回路基板上に、受光素子としてＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として面発光型半導体レーザを、それらの並びが交互になるように配置した。
【００４４】
次いで、その支持基板の表面に、シロキサンポリマの有機溶媒溶液をスピンコート法によって塗布し、８５℃／３０分および２７０℃／３０分の熱処理を行ない、厚さ８μｍの下部クラッド層（屈折率１．４４０５，λ＝１．３μｍ）を形成した。
【００４５】
次に、シロキサンポリマとテトラ−ｎ−ブトキシチタンとの混合液をスピンコート法によって下部クラッド層の上に塗布し、８５℃／３０分および１５０℃／３０分の熱処理を行ない、厚さ７μｍのコア層（屈折率１．４４５０，λ＝１．３μｍ）を形成した。
【００４６】
次いで、スパッタリング法により、コア層の上にアルミニウム膜を０．５μｍの厚さで成膜した。
【００４７】
次いで、このアルミニウム膜の上にフォトレジスト層をスピンコート法により１μｍの厚さで成膜した。
【００４８】
次いで、フォトマスクを用いて露光をし、現像をした後、酢酸、硝酸、燐酸の混合液によってアルミニウム膜をエッチング加工することで、アルミニウム膜に、光導波路のコア部となるパターンを転写した。
【００４９】
次いで、このアルミニウム膜のパターンをマスクとしてＣＦ４ガスおよびＯ２ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってコア層をエッチングして、光導波路のコア部を形成した。
【００５０】
次いで、アルミニウム膜のパターンを除去した後に、コア部および下部クラッド層の上にシロキサンポリマの有機溶媒溶液をスピンコート法によって塗布し、８５℃／３０分および２７０℃／３０分の熱処理を行ない、厚さ８μｍの上部クラッド層（屈折率１．４４０５，λ＝１．３μｍ）を形成した。
【００５１】
これにより、発光素子と受光素子とを配置した支持基板上に、複数個の電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する光導波路を形成した。
【００５２】
その後、この発光素子および受光素子が配置された支持基板上に、電子集積回路装置間で互いの発光素子と受光素子とが接続されるようにして、導体バンプを介して電子集積回路装置を配置した。
【００５３】
これにより、支持基板上に、電子集積回路装置が複数個配置されるとともに、電子集積回路装置の下に位置するように発光素子と受光素子とが交互に設けられ、さらに、電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。
【００５４】
以上のようにして得られた本発明の半導体装置と、従来の半導体装置とを用いて、隣接する２本の光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測定した。この測定においては、まず１つの発光素子から出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。また、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定した。ここで、従来の半導体装置において、隣接した光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の半導体装置において、隣接した光導波路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｃとした。
【００５５】
この結果、従来の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂが、出力Ａの約０．１％〜１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約０．０００１％以下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００５６】
［実施例２］
［実施例１］と同様にして本発明の半導体装置を作製するのに際して、受光素子としてＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として面発光型半導体レーザを、支持基板にその並びが交互に、また発光素子と受光素子との位置を２０μｍずらせたものとなるようにジグザグに配置した。
【００５７】
これにより、支持基板上に、電子集積回路装置が複数個配置されるとともに、発光素子および受光素子が交互にジグザグに設けられ、さらに、電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。
【００５８】
以上のようにして得られた本発明の半導体装置と、［実施例１］で比較した従来の半導体装置とを用いて、２本の光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測定した。この測定においては、まず１つの発光素子から出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。次に、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定した。ここで、従来の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｃとした。この結果、従来の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂが、出力Ａの約０．１％〜１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約０．０００１％以下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００５９】
またさらに、電子集積回路装置において発光素子および受光素子が接続される電気配線間の電気的なクロストークを比較したところ、従来の半導体装置におけるクロストークが約０．１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストークは約０．００１％以下であり、本発明の半導体装置による電気的なクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００６０】
［実施例３］
［実施例１］と同様にして本発明の半導体装置を作製するのに際して、受光素子としてＭＳＭ型フォトダイオードを、発光素子として面発光型半導体レーザを、受光素子および発光素子がそれぞれ４０μｍ間隔で一体的にアレイ状に設けられて、その並びが交互に、また発光素子と受光素子との位置を２０μｍずらせたものとなるように配置した。
【００６１】
これにより、支持基板上に、電子集積回路装置が複数個配置されるとともに、発光素子および受光素子が交互に位置をずらせて、それぞれ複数個が一体的に形成されたアレイが配置され、さらに、電子集積回路装置間で発光素子と受光素子とを接続する複数本の光導波路が設けられて成り、隣接するこれら光導波路における光の伝搬方向が逆方向とされている本発明の半導体装置を作製した。
【００６２】
以上のようにして得られた本発明の半導体装置と、［実施例１］で比較した従来の半導体装置とを用いて、２本の光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量を測定した。この測定においては、まず１つの発光素子から出力された光が、この発光素子に接続された光導波路を伝搬し、この光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定し、これを出力Ａとした。次に、隣接する光導波路に接続された受光素子で受光された出力を測定した。ここで、従来の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの受光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｂとした。また、本発明の半導体装置において、隣接された光導波路に接続された受光素子が出力Ａの発光素子と同じ列に有る場合の結果を出力Ｃとした。この結果、従来の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｂが、出力Ａの約０．１％〜１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストーク量、すなわち出力Ｃは、出力Ａの約０．０００１％以下であり、本発明の半導体装置によるクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００６３】
またさらに、電子集積回路装置において発光素子および受光素子が接続される電気配線間の電気的なクロストークを比較したところ、従来の半導体装置におけるクロストークが約０．１％であったのに対し、本発明の半導体装置におけるクロストークは約０．００１％以下であり、本発明の半導体装置による電気的なクロストーク低減の効果を確認することができた。
【００６４】
またさらに、光導波路とそれぞれアレイ化された発光素子および受光素子との配置プロセスにおける各発光素子および各受光素子とそれらに接続された光導波路との接続位置のずれ量も、従来の半導体装置におけるずれ量が約０．５μｍであったのに対し、本発明の半導体素子におけるずれ量は約０．１μｍ以下あり、本発明の半導体装置によれば、従来の半導体装置に比べて発光素子および受光素子と光導波路との位置合わせ精度の向上について効果があることを確認した。
【００６５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【００６６】
例えば、光導波路は、支持基板上に形成された光導波路のみではなく、別途基板上に形成した光導波路を剥がして形成した、フィルム状の光導波路でもよい。
また、光導波路は１個の発光素子と複数個の受光素子とを接続するために、または１個の受光素子と複数個の発光素子とを接続するために、複数に分岐してもよい。
【００６７】
また、１個の電子集積回路装置２からの他の電子集積回路装置２への光導波路６の接続の方向は、図１〜３に示すような一方向に限定されるわけではなく、例として図４に支持基板１の上面図（一部のみ図示）で示すように、複数の方向（図４に示す例では４方向）に、交互に配置された発光素子４および受光素子５からの光導波路６が接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す上面図および断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示す上面図である。
【図３】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す上面図である。
【図４】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す上面図である。
【図５】従来の半導体装置の例を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置の例を示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の例を示す一部破断斜視図である。
【図８】隣接する光導波路に結合された受光素子へのクロストーク量の計算値結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００６９】
１・・・・支持基板
２・・・・電子集積回路装置
３・・・・導体バンプ
４・・・・発光素子
５・・・・受光素子
６・・・・光導波路
７・・・・発光素子アレイ
８・・・・受光素子アレイ
９・・・・電子集積回路素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に接続固定された電子集積回路装置と、
前記支持基板上に位置し、前記電子集積回路装置から出力される電気信号を光信号に変換する発光素子と、
前記支持基板上に位置し、光信号を電気信号に変換して前記電子集積回路装置に入力する受光素子と、
前記発光素子と光学的に接続する第１の光導波路と、前記受光素子と光学的に接続し、光の伝搬方向が前記第１の光導波路における光の伝搬方向と逆方向であり、前記第１の光導波路と隣接する第２の光導波路と、を含み、前記支持基板上に位置する一対の光導波路対と、
を具備する半導体装置。
【請求項２】
前記発光素子および前記受光素子が交互に位置をずらせて配置されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記発光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられ、前記受光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられている請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記発光素子および前記受光素子をそれぞれ複数有し、
前記光導波路対が、
第１の光導波路対と、
前記第１の光導波路対と接続する受光素子および発光素子と異なる受光素子および発光素子と接続し、前記第１の光導波路対の延出方向と異なる方向に向けて配置される第２の光導波路対と、
から構成される請求項１乃至３のいずれか記載の半導体装置。
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に接続固定された電子集積回路装置と、
前記支持基板上に位置し、前記電子集積回路装置から出力される電気信号を光信号に変換する発光素子と、
前記支持基板上に位置し、光信号を電気信号に変換して前記電子集積回路装置に入力する受光素子と、
前記発光素子と光学的に接続する第１の光導波路と、前記受光素子と光学的に接続し、光の伝搬方向が前記第１の光導波路における光の伝搬方向と逆方向であり、前記第１の光導波路と隣接する第２の光導波路と、を含み、前記支持基板上に位置する一対の光導波路対と、
を具備する半導体装置。
【請求項２】
前記発光素子および前記受光素子が交互に位置をずらせて配置されている請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記発光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられ、前記受光素子が複数個一体的にアレイ状に設けられている請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記発光素子および前記受光素子をそれぞれ複数有し、
前記光導波路対が、
第１の光導波路対と、
前記第１の光導波路対と接続する受光素子および発光素子と異なる受光素子および発光素子と接続し、前記第１の光導波路対の延出方向と異なる方向に向けて配置される第２の光導波路対と、
から構成される請求項１乃至３のいずれか記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−５５０５４（Ｐ２００９−５５０５４Ａ）
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６２７４０（Ｐ２００８−２６２７４０）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【分割の表示】特願２００２−１７３０５５（Ｐ２００２−１７３０５５）の分割
【原出願日】平成１４年６月１３日（２００２．６．１３）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【分割の表示】特願２００２−１７３０５５（Ｐ２００２−１７３０５５）の分割
【原出願日】平成１４年６月１３日（２００２．６．１３）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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