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WO2007013128A1 - 半導体チップモジュール - Google Patents

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WO2007013128A1
WO2007013128A1 PCT/JP2005/013588 JP2005013588W WO2007013128A1 WO 2007013128 A1 WO2007013128 A1 WO 2007013128A1 JP 2005013588 W JP2005013588 W JP 2005013588W WO 2007013128 A1 WO2007013128 A1 WO 2007013128A1
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WO
WIPO (PCT)
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optical waveguide
semiconductor chip
optical
light
waveguide
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2005/013588
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English (en)
French (fr)
Inventor
Masayuki Kato
Shigenori Aoki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to JP2007526756A priority patent/JP4603581B2/ja
Publication of WO2007013128A1 publication Critical patent/WO2007013128A1/ja
Priority to US12/019,058 priority patent/US7536066B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Definitions

  • the present invention provides, for example, mounting technology for realizing high-capacity high-speed signal transmission between LSIs (Large Scale Integration) of ITdnformation Technology), in particular, high-speed signal transmission between LSIs using light.
  • the present invention relates to a semiconductor chip module suitable for use in an optical wiring structure (for example, an optical wiring LSI module).
  • optical links data transmission using optical fibers
  • optical links that have a wide transmission bandwidth and are not subject to disturbance are used for interconnections with transmission distances of several tens of meters or more, such as between server housings.
  • the CPU 102 is mounted on the substrate 100 via the package substrate 101, and a plurality of memories 103 (in this case, DRAM) are mounted in the vicinity of the package substrate 101 on the substrate 100.
  • FIG. 15 (B) Schematic cross-sectional view along the line in FIG. 15 (A)]. Being connected by
  • Patent Documents 1 to 7 were obtained as a result of conducting prior art investigations on optical interconnections and optical modulators.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which a reflection structure and a control electrode are provided at the end of an optical waveguide, and the optical path is inverted with a small size and low loss (for example, see FIG. 2). Specifically, an example applied to a directional coupler is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses an interface configuration that generates an optical signal with an electric signal force using an optical modulator that uses an electro-optic effect in order to perform high-speed data transfer (see, for example, FIG. 1).
  • Patent Document 3 an optical signal propagating in an optical waveguide substrate is emitted to the outside of the substrate and connected to an optical fiber (see, for example, FIG. 4), and a multilayer optical waveguide structure is generated by voltage application.
  • a configuration in which an optical signal is switched between upper and lower layers using a change in refractive index (electro-optic effect) is disclosed (for example, see FIG. 13).
  • Patent Document 4 discloses a configuration using a Bragg reflection type waveguide as a reflection structure in an optical circuit configuration using an optical waveguide, with respect to a strain measurement device by detecting a wavelength change! / ⁇ (See Figure 2, for example).
  • Patent Document 5 discloses a configuration in which an LSI, an optical element, a drive circuit for controlling the optical element, and wiring means (optical waveguide) between the optical elements are housed in the same package as an optoelectronic integrated element. (See Figure 1 for example).
  • Patent Document 6 discloses a configuration using a reflective optical modulator in a wavelength division multiplexing network (see, for example, FIG. 17).
  • Patent Document 7 discloses a waveguide type optical modulator using an organic electro-optic material (specifically, a Mahahender type optical modulator) (for example, see FIG. 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 5-2116
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-250671
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 6-69490
  • Patent Document 4 JP-A-8-94328
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36197
  • Patent Document 6 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-197006
  • Patent Document 7 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-109457
  • the electrical wiring by the circuit board 100 used for the connection between the CPU 102 and the memory (DRAM in this case) 103 has a transmission speed exceeding several GHz. As a result, waveform rounding and attenuation are remarkably increased.
  • the differential transmission method and pre-emphasis equalizing technology combined with waveform shaping and amplification can cope with some high frequencies, but the power required for inter-LSI signal transmission will increase. .
  • the wiring length between LSIs becomes longer due to mounting reasons, the above-mentioned countermeasure becomes very difficult.
  • electromagnetic interference between wirings due to high frequency noise becomes a problem.
  • an optical interconnection configuration in which light that can be transmitted at high speed and does not interfere with each other is used for signal transmission.
  • the connection between the CPU and other devices including LSIs such as memory
  • the CPU 111 is mounted on the board 110 and a plurality of devices are installed near the CPU 111. It is conceivable to mount each optical transceiver 112 and connect each optical transceiver 112 and another device (not shown) via, for example, a multi-core optical fiber or an optical waveguide.
  • the optical transceiver 112 includes, for example, a light source for converting an electrical signal transmitted from the CPU 111 to another device into an optical signal, and an optical signal transmitted to the CPU 111 from another device manufacturer. It is conceivable that an optical detector for converting the light into an electric signal and a drive control circuit for driving and controlling these are integrated.
  • the optical interconnection configuration as described above also increases the size.
  • the CPU 111 is mounted on the board (system board) 110 via the package board in order to adjust the connection pitch without being soldered directly. For this reason, If the size of the knock board becomes large, a mounting area that is as large as the size of the knock board is required.
  • CPU heatsink fins (not shown) are required.
  • the mounting area is also necessary.
  • optical wiring such as an optical element or optical waveguide directly under the chip.
  • the present invention was devised in view of such problems, and enables a large number of optical waveguide elements to be mounted in the vicinity of a semiconductor chip (for example, LSI) at high density while keeping costs low.
  • the objective is to provide a semiconductor chip module that is small in size, capable of high-speed modulation, and capable of realizing a low latency (low delay) optical interconnection.
  • the semiconductor chip module of the present invention transmits a semiconductor chip mounted on a circuit board and an optical signal obtained by modulating light from an external light source to other devices.
  • An optical waveguide element, and the transmission optical waveguide element is perpendicular to the surface of the circuit board when mounted on the circuit board with respect to the input optical waveguide to which light from an external light source is input.
  • An output optical waveguide that outputs optical signals to other devices, an optical path switching structure for guiding the light guided through the input optical waveguide to the output optical waveguide, and the input optical waveguide or output.
  • an optical modulator that is provided in the optical waveguide and modulates light of an external light source based on an electric signal from the semiconductor chip.
  • the input optical waveguide and the output optical waveguide are both configured to extend to the element end face on the semiconductor chip side
  • the optical path switching structure includes a light reflecting surface on the element end face and an inclined waveguide portion of the input optical waveguide.
  • an inclined waveguide portion of the output optical waveguide connected to the inclined waveguide portion of the input optical waveguide via a light reflecting surface, and light guided through the inclined waveguide portion of the input optical waveguide is reflected by light. It is preferable that the light is reflected on the surface and guided to the inclined optical waveguide portion of the output optical waveguide.
  • the optical path switching structure includes a grating force bra provided in the vicinity of the element end face on the semiconductor chip side of the input optical waveguide and the output optical waveguide, and the light guided through the input optical waveguide is transmitted by the grating force bra. You may comprise so that it may be guide
  • a circuit board so as to be connected to a receiving optical waveguide element having a receiving input optical waveguide for guiding an optical signal of another device power to the element end face on the semiconductor chip side, and to the receiving input optical waveguide.
  • a receiving optical waveguide element having a receiving input optical waveguide for guiding an optical signal of another device power to the element end face on the semiconductor chip side, and to the receiving input optical waveguide.
  • photoelectric conversion elements that convert optical signals into electrical signals Configure as exempt.
  • the receiving optical waveguide element is provided with a reflected light processing optical waveguide having a light absorption structure for absorbing light reflected by the end face of the element so as to be connected to the receiving input optical waveguide.
  • the receiving optical waveguide element is disposed at a position shifted in a direction perpendicular to the surface of the circuit board in a state of being mounted on the circuit board with respect to the receiving input optical waveguide.
  • a plurality of transmission optical waveguide elements are provided, and the plurality of transmission optical waveguide elements are arranged in a direction parallel to the surface of the circuit board.
  • a common light source that can supply light to each of the plurality of transmission optical waveguide elements as an external light source.
  • the transmission optical waveguide element is mounted on the circuit board from the electrode of the optical modulator and extends to the bottom of the element, and an electrode pad formed on the bottom of the element and connected to the electrical wiring It is preferable to be connected to an electrical wiring formed on the circuit board via an electrode pad so as to be electrically connected to the semiconductor chip.
  • the photoelectric conversion element is mounted on the circuit board via a wiring block having electric wiring so as to be electrically connected to the semiconductor chip.
  • the light modulator is made of a material capable of producing an electro-optic effect.
  • the transmitting optical waveguide element or the receiving optical waveguide element is preferably a polymer optical waveguide element.
  • the semiconductor chip module of the present invention is characterized by comprising a plurality of the semiconductor chip modules described above and connecting the plurality of semiconductor chip modules to each other through optical fibers.
  • a plurality of semiconductor chips and transmission optical waveguide elements are provided on the circuit board. It is preferable that a plurality of receiving optical waveguide elements are provided on the circuit board.
  • the size is reduced so that a large number of optical waveguide elements can be mounted in the vicinity of the semiconductor chip (for example, LSI) while keeping the cost low, and further, It has the advantages of being capable of high-speed modulation and realizing low-latency (low-delay) optical interconnection.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a semiconductor chip module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of components mounted on the semiconductor chip module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 (A) and 3 (B) are schematic views showing the configuration of an optical waveguide element constituting the semiconductor chip module that works on the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an optical waveguide element that constitutes the semiconductor chip module according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 3 (B). is there.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the drive voltage of the optical modulator provided in the semiconductor chip module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 (A) to FIG. 6 (F) are schematic cross-sectional views for explaining a method for manufacturing an optical waveguide element constituting the semiconductor chip module according to the first embodiment of the present invention. .
  • FIG. 7 is a schematic bottom view showing the configuration of an optical waveguide element that constitutes the semiconductor chip module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a mounted state of the photodetector that constitutes the semiconductor chip module that is effective in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a mounted state of the semiconductor chip module that is relevant to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 (A) is a diagram showing an overall configuration of an example of the configuration of optical interconnection between a CPU chip module and a memory chip module as a semiconductor chip module that is effective in the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 10 (B) shows the area indicated by symbol A in Fig. 10 (A). It is a schematic diagram which shows the detail.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration example of optical interconnection in the case of connecting a plurality of CPU chip modules as semiconductor chip modules according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration example of optical interconnection in a multi-chip module in which a plurality of CPU chip modules are connected as a semiconductor chip module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 A schematic cross-sectional view showing an optical waveguide element that constitutes a semiconductor chip module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic perspective view showing a configuration of an optical waveguide element that constitutes a semiconductor chip module that works on the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 15 is a schematic plan view showing a conventional semiconductor chip module in which the CPU and DRAM are connected by electrical wiring
  • Fig. 15 (B) is a cross-sectional view along the line X-X in Fig. 15 (A). 'Is a cross-sectional view along the line.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration example of optical interconnection between semiconductor chips. Explanation of symbols
  • Optical path switching structure (light traveling direction changing structure)
  • Optical modulator optical modulation means
  • a electrode pad (signal electrode pad)
  • Grating force bra (light traveling direction change structure, optical path switching structure)
  • Photodetector chip (PD chip; photodetector chip; photoelectric conversion element array; photodetector array)
  • the semiconductor chip module that is effective in the present embodiment includes a semiconductor chip 2 mounted on a knock board (circuit board) 1 and a semiconductor chip 2 on a package board 1. And an optical transmission / reception element (input / output element) 3 including an optical waveguide element and a photoelectric conversion element mounted in the vicinity of the side surface.
  • the semiconductor chip module is passed through an optical fiber 4 (for example, an optical fiber sheet). And connected to an external light source 5 and other devices (not shown; including other systems and semiconductor chips).
  • optical fiber 4 for example, an optical fiber sheet
  • other devices not shown; including other systems and semiconductor chips.
  • optical transmission / reception elements 3 are mounted in the vicinity of each side surface of the semiconductor chip 2,
  • each input / output unit is indicated by lZO # 1, IZO # 2, lZO # 3, and lZO # 4, respectively.
  • the semiconductor chip 2 is an IC chip including an LSI such as a CPU and a memory (for example, DRAM).
  • the optical transmission / reception element 3 includes a plurality (here, two) transmission optical waveguide elements 6 and a plurality (here, two) reception optical waveguide elements 7. And a photoelectric conversion element 8 and an optical fiber connector 9.
  • the transmission optical waveguide element 6 is used to transmit an optical signal obtained by modulating light from the external light source 5 installed outside to another device.
  • it is configured as a polymer optical waveguide element.
  • the transmission optical waveguide element 6 includes an input optical waveguide 10 to which light from the external light source 5 is input, and other optical waveguide elements.
  • An output optical waveguide 11 for outputting an optical signal to the device, an optical path switching structure 12 for guiding the light guided through the input optical waveguide 10 to the output optical waveguide 11, and an output optical waveguide 11 provided from the semiconductor chip 2
  • an optical modulator 13 for modulating the light from the external light source 5 based on the electric signal. Since this transmission optical waveguide element 6 includes an optical modulator 13, it is also referred to as an optical modulation element.
  • reference numeral 60 denotes an optical wiring transmission array in which a plurality of transmission optical waveguide elements 6 are integrated.
  • reference numeral 70 denotes an optical wiring receiving array in which a plurality of receiving optical waveguide elements 7 are integrated.
  • reference numeral 75 denotes an optical wiring transmission / reception array in which a plurality of transmission optical waveguide elements 6 and a plurality of reception optical waveguide elements 7 are integrated.
  • FIG. 2 FIG. 3 (A) and FIG. 3 (B)
  • two transmission optical waveguide elements 6 and two reception optical waveguide elements 7 are provided for easy explanation.
  • the number of these optical waveguide elements is not limited to this.
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 are shown in Fig. 2, Fig. 3 (A) and Fig. 3 (B). As described above, both extend from the element end face 6A connected to the optical fiber connector 9 to the element end face 6B on the semiconductor chip 2 side.
  • the output optical waveguide 11 is mounted on the substrate / cage substrate 1 with respect to the input optical waveguide 10 as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). It is provided in parallel to a position (different position) shifted in a direction perpendicular to the thickness (the thickness direction of the semiconductor chip 2). That is, the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 have a multilayer structure, and have parallel waveguide portions 1 OA and 11 A that are parallel to each other at intervals in the element height direction.
  • the input optical waveguide 10 includes an inclined waveguide portion 10B (for example, a bent waveguide) that is inclined upward in the vertical direction near the element end face 6B on the semiconductor chip 2 side.
  • the output optical waveguide 11 includes an inclined waveguide portion 11B (for example, a bent waveguide) that is inclined downward in the vertical direction in the vicinity of the element end face 6B on the semiconductor chip 2 side.
  • the end portion of the inclined waveguide portion 10B of the input optical waveguide 10 and the end portion of the inclined waveguide portion 11B of the output optical waveguide 11 are connected at the element end face 6B on the semiconductor chip 2 side. Since the connection part (waveguide end face) 14 of these inclined waveguide parts 10B and 11B is exposed to the outside at the element end face 6B, this part functions as a light reflecting surface.
  • a metal film, a dielectric multilayer film, or the like for example, on this portion by, for example, vapor deposition or sputtering.
  • the light propagating through the parallel waveguide portion 10A of the input optical waveguide 10 is guided to the inclined waveguide portion 10B in the vicinity of the element end face 6B on the semiconductor chip 2 side, and is perpendicular to the element end face 6B.
  • the light propagates in the direction opposite to the propagation direction of the light propagating through 10.
  • the light reflection between the multilayered optical waveguides is performed by the light reflecting structure (optical path switching structure) 12 that reflects light obliquely in the vertical direction at the element end surface 6B.
  • a plurality of optical waveguide elements for transmission 6 are arranged in the vicinity of the semiconductor chip 2 on the package substrate 1 on which the semiconductor chip 2 such as an LSI is mounted. So that it can be integrated at high density.
  • the optical path switching structure (light traveling direction changing structure) 12 includes the light reflecting surface of the element end face, the inclined waveguide portion 10B of the input optical waveguide 10, and the input optical waveguide 10. And the inclined waveguide portion 11B of the output optical waveguide 11 connected to the inclined waveguide portion 10B via the light reflecting surface 14, and the light guided through the inclined waveguide portion 10B of the input optical waveguide 10 is the light reflecting surface. It is configured to be reflected by 14 and guided to the inclined optical waveguide portion 11B of the output optical waveguide 11.
  • the output optical waveguide 11 is provided with a waveguide type optical modulator (light modulation means) 13 that modulates the intensity of light propagating in the waveguide.
  • the optical modulator 13 is formed in a part of the transmission optical waveguide element 6 so that it can be integrated with the package substrate 1 on which the semiconductor chip 2 such as an LSI is mounted.
  • the optical modulator 13 is configured as an optical modulator that utilizes a change in refractive index due to the electro-optic effect. For this reason, at least a portion of the optical modulator 13 of the output optical waveguide 11 is formed of a material capable of producing an electro-optic effect.
  • an organic material capable of producing an electro-optic effect or an inorganic material capable of producing an electro-optic effect can be used.
  • an organic material capable of producing an electro-optic effect for example, a material obtained by mixing an organic dye capable of producing an electro-optic effect into a polymer material can be used.
  • the refractive index can be changed by adjusting the composition of the base polymer material.
  • An optical waveguide made of an organic material capable of producing an electro-optic effect can be formed by spin coating a liquid organic material on a substrate and using a photolithography technique or the like.
  • examples of the inorganic material capable of producing an electro-optic effect include, for example, lithium niobate which is a crystalline material having an electro-optic effect, lead lanthanum zirconate titanate (PLZT), and zirconate titanate.
  • Lead (PZT) can be used.
  • PLZT and PZT propagate These are preferably used because the crystal axis can be selected so that the loss does not depend on the polarization state of the light.
  • the refractive index can be changed by changing the concentration of lanthanum La (the refractive index decreases as the La concentration increases).
  • An optical waveguide having an inorganic material force capable of producing an electro-optic effect can be formed using a crystal film forming method such as a sol-gel method or a MOCVD method. However, an etching process is required for core formation.
  • the optical modulator 13 may be configured as follows using a material having an electro-optic effect that changes its refractive index when a voltage is applied.
  • a part of the output optical waveguide 11 is branched to include a Matsuhatsu type optical waveguide 15 having two optical waveguide arms (branch waveguide portions) 11C and 11D.
  • the modulation electrodes (signal electrodes and drive electrodes) 16A and 16B and the ground electrode 16C are provided so as to sandwich the respective optical waveguide arms 11C and 11D.
  • a voltage (signal voltage, drive voltage) is applied to these modulation electrodes 16A and 16B, an electric field is applied to each of the optical waveguide arms 11C and 11D, and light propagating in the respective arms 11C and 11D is transmitted.
  • reference numerals 17A, 17B, and 17C denote modulation lead wires and ground lead wires connected to the modulation electrodes 16A and 16B and the ground electrode 16C, respectively.
  • Reference numerals 18A, 18B, and 18C denote modulation electrode pads and ground electrode pads formed at end portions of the modulation lead wires and ground lead wires 17A, 17B, and 17C, respectively.
  • the optical waveguide arm 11C is formed on the optical waveguide substrate 19 with the lower cladding layer 11Y, the optical waveguide core layer (core layer) 11CZ, and the upper cladding layer 1 IX in this order. Laminated and configured.
  • the optical waveguide arm 11D is configured by laminating a lower cladding layer 11Y, an optical waveguide core layer (core layer) 11DZ, and an upper cladding layer 1 IX in this order on an optical waveguide substrate 19.
  • the input optical waveguide 10 is configured by laminating an upper cladding layer 1 IX, an optical waveguide core (core layer) 10Z, and a lower cladding layer 11Y in this order on an optical waveguide substrate 19.
  • a modulation electrode 16A is provided on the upper side of the layer 1 IX. Further, a modulation electrode 16B is provided above the upper clad layer 1 IX above the optical waveguide core (core layer) 11DZ constituting the optical waveguide arm 11D. Further, a ground electrode 16C as a common electrode is provided below the lower cladding layer 11Y below the optical waveguide cores 11CZ and 11DZ constituting both optical waveguide arms 11C and 11D.
  • the modulation electrodes 16A and 16B and the ground electrode 16C are provided on both the optical waveguide arms 11C and 11D.
  • the modulation electrode and the ground electrode are provided on one of the optical waveguide arms. It is also possible to provide
  • the Mach-Zehnder type optical modulator 13 configured as described above, an electric field is applied to one or both optical waveguide arms (here, both optical waveguide arms 11C and 11D), and the refractive index is changed by the electro-optic effect, The phase of the light propagating in each of the optical waveguide arms 11C and 11D is shifted, the light is interfered at the site where the two optical waveguide arms 11C and 11D are coupled, and the amplitude of the light is switched to the maximum or minimum, and the light A signal will be generated.
  • the effective optical path length of the two branched optical waveguide arms changes due to a slight refractive index difference or length difference that occurs in the optical waveguide formation process, resulting in an electrode.
  • the state (modulation signal OFF state)
  • the phase difference occurs in the light propagating through each of the optical waveguide farms 11C and 11D, and the optical output after interference does not become maximum or minimum.
  • one electrode here, fine adjustment electrode (bias electrode) 16 A ] By applying a fine-tuning voltage (bias voltage) to [].
  • modulation electrodes 16A and 16B and a ground electrode 16C are provided on both of the two optical waveguide arms 11C and 11D, and a fine adjustment voltage is applied to the modulation electrode 16A provided on one optical waveguide arm 11C.
  • Bias voltage is constantly applied, and voltage is applied to the modulation electrode 16B provided on the other optical waveguide arm 11D.
  • the electrode 16A is also referred to as a fine adjustment electrode (bias electrode).
  • a noise electrode may be provided separately from the modulation electrodes 16A and 16B.
  • FIG. 5 shows the relationship between the voltage applied to the modulation electrode 16B and the intensity of the optical output after interference.
  • the range of the voltage (drive voltage) applied to the modulation electrode 16B when modulating the light intensity is indicated by the reference numerals 1, 2, 3, 4,. Although it is possible to select a plurality of ranges, it is preferable to select a low voltage region that allows high-speed modulation.
  • optical modulator 13 is provided in the output optical waveguide 11 here, it is not limited to this, and may be provided in the input optical waveguide 10.
  • the transmission optical waveguide device 6 including the optical modulator 13 configured as described above is manufactured as follows.
  • Figures 6 (A) to 6 (F) are figures.
  • an optical waveguide substrate 19 used for forming the transmitting optical waveguide element 6 is prepared.
  • the optical waveguide substrate 19 is formed by bonding a plurality of transmission optical waveguide elements 6 from the pitch (for example, 250 ⁇ m) of an optical fiber array (for example, an optical fiber sheet) used for optical wiring.
  • the thickness is equivalent to the value obtained by subtracting the thickness (for example, 5 ⁇ m) of the adhesive layer formed when the optical wiring transmission array is formed.
  • a ground electrode 16C (including an extraction wiring 17C extending to the side surface of the substrate) is provided in a region on the optical waveguide substrate 19 where the optical modulator 13 is formed, for example. It is formed by a combination of sputtering and etching.
  • the ground electrode 16C is, for example, Cr
  • the lower cladding layer 11Y is formed by, for example, spin coating using an optical waveguide material (here, EO polymer) having an electro-optic effect (EO effect). To do.
  • an optical waveguide material here, EO polymer
  • EO effect electro-optic effect
  • patterning is performed using, for example, a photolithography technique, and the input optical An optical waveguide core pattern constituting the waveguide 10 and the output optical waveguide 11 is formed.
  • the optical modulator 13 provided in the output optical waveguide 11 is configured as a Mach-Zehnder optical modulator, so that the two optical waveguide arms 11C, 11D
  • the optical waveguide cores 11CZ and 11DZ constituting the are formed.
  • reference numeral 10Z denotes an optical waveguide core constituting the input optical waveguide 10.
  • the upper cladding layer is embedded so as to embed the patterned optical waveguide cores 10Z, 11CZ, 11DZ, for example, by spin coating. 1 Form IX.
  • the surface of the upper cladding layer 11X above the optical waveguide cores 11CZ and 11DZ constituting the two optical waveguide arms 11C and 11D of the Mach-Zehnder optical modulator 13 On the top, modulation electrodes 16A and 16B are formed, respectively. In this way, the transmission optical waveguide element 6 is manufactured.
  • a plurality of transmission optical waveguide elements 6 configured as described above are prepared and arranged in a direction parallel to the surface of the cage substrate 1. That is, in the present embodiment, the transmission optical waveguide element 6 configured as described above has a unit structure, and a plurality of transmission optical waveguide elements 6 are integrated as shown in FIG.
  • the optical wiring transmission array (optical signal transmission unit) 60 is mounted on the package substrate 1 together with the semiconductor chip 2 as shown in FIG.
  • a predetermined thickness for example, 0.25 mm; optical fiber array
  • a plurality of flat plate-shaped transmitting optical waveguide elements 6 having a thickness corresponding to the pitch are produced.
  • a plurality (two in this case) of transmitting optical waveguide elements 6 standing (that is, with one side of the transmitting optical waveguide element 6 facing down) Adhering the front surface of one transmitting optical waveguide element 6 and the back surface of another transmitting optical waveguide element 6 to each other, Create [See Fig. 3 (A)]. As shown in FIGS.
  • the optical wiring transmission array 60 is mounted on the package substrate 1 so that the bottom surface of the optical wiring transmission array 60 (side surface of the optical waveguide element 6 for transmission) and the surface of the package substrate 1 face each other. is doing. Note that the adhesive layer is omitted in FIG.
  • the pitch between the input optical waveguides 10 provided in each transmission optical waveguide element 6 is equal to the thickness of the transmission optical waveguide element 6 (for example, 0.25 mm).
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 are formed on the package substrate 1 so as to be aligned at different positions in the thickness direction of the optical wiring transmission array 60 (direction perpendicular to the substrate surface). Therefore, the optical wiring transmission array 60 can be joined to, for example, the optical fiber connector 9 via the optical fiber array 20 (for example, two optical fiber sheets) in which optical fibers are stacked in two stages and integrated. (See Figure 9).
  • a connection method a butt joint method using a general optical adhesive can be used as a connection method.
  • each optical fiber constituting the optical fiber array 20 is connected to one external light source (common light source) 5, and each transmission optical waveguide element 6 is connected to each other.
  • the light from the common light source 5 is supplied and modulated by the optical modulators 13 provided in the respective transmission optical waveguide elements 6 as shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). . That is, the light from one external light source 5 is branched into a plurality of light beams and input to each transmission optical waveguide element 6 through a plurality of optical fibers, and the light provided in each transmission optical waveguide element 6 Modulate with modulator 1!
  • the force using one common light source as the external light source 5 is not limited to this.
  • a plurality of common light sources may be provided so that they can be used as a backup when one common light source fails.
  • the modulation electrodes 16A and 16B of the optical modulator 13 are electrically connected to terminals (for example, LSI terminals) of the semiconductor chip 2, and the optical modulator 13 is an LSI (for example, CMOS). It is driven directly by the signal voltage (low voltage signal; output signal) of the semiconductor chip 2.
  • the two optical waveguide arms 11 constituting the optical modulator 13 C, 1 ID of the transmission optical waveguide element 6 extends from the modulation electrodes 16A, 16B to the side surface of the transmission optical waveguide element 6 (the bottom surface when mounted on the package substrate 1).
  • Modulation lead wires (electric wires) 17A, 17B are formed on the surface.
  • a pull-out for the dalland inside the transmission optical waveguide element 6 extends from the common ground electrode 16C to the side surface of the transmission optical waveguide element 6.
  • Wiring (electrical wiring) 17C is formed.
  • modulation electrode pads 18A, 18B and a ground electrode pad 18C are formed as connection points at the end portions of the lead wires 17A, 17B, 17C extending to the side surface of the transmission optical waveguide element 6.
  • the bottom surface is an electrode pad surface on which the electrode pads formed on the side surfaces of the transmitting optical waveguide elements 6 are arranged.
  • the optical wiring transmission array 60 and the photodetector (PD) 8 are mounted from the region where the semiconductor chip 2 is mounted.
  • Electrical wiring 22 (here, a multi-layer wiring having a three-dimensional wiring structure) extending to the area where the wiring block 30 is mounted is formed.
  • the knock board 1 for example, a general multilayer printed board may be used.
  • the electrical wiring 22 formed inside the knock board 1 extends to the surface of the board in each mounting area, and wiring pads 23 are formed at the ends thereof.
  • the semiconductor chip 2 is connected to the package substrate 1 by connecting the terminals (for example, LSI terminals) of the semiconductor chip 2 to the wiring pads 23 formed on the substrate surface.
  • LSI2 is mounted on a ball grid array (BGA) on package substrate 1.
  • the wiring pad 23 formed on the substrate surface and the side surface of each transmission optical waveguide element 6 (the bottom surface of the optical wiring transmission array 60) are formed.
  • the optical wiring transmission array 60 is mounted on the package substrate 1 by soldering the electrode pads 18A to 18C, for example.
  • the bonding between the wiring node 23 and the electrode pads 18A to 18C may be performed using, for example, a conductive paste.
  • the modulation electrodes 16A and 16B of each optical modulator 13 and the terminals (for example, LSI terminals) of the semiconductor chip 2 are electrically connected by the electric wiring, and the optical modulator 13 is connected to the optical modulator 13 from the semiconductor chip 2.
  • the electrical signal (LSI signal) is now supplied! /
  • the optical modulator 13 is preferably provided in the vicinity of the element end face of the transmitting optical waveguide element 6 on the semiconductor chip 2 side. For example, a wiring distance within several millimeters can be realized.
  • the receiving optical waveguide element 7 is provided in the vicinity of the side surface of the semiconductor chip 2 on the package substrate 1 and is used for receiving optical signals from other devices.
  • it is configured as a polymer optical waveguide element.
  • the receiving optical waveguide element 7 includes an input optical waveguide (receiving optical waveguide for receiving) that guides optical signals from other devices to the element end face on the semiconductor chip 2 side, and the input optical waveguide via the element end face.
  • Light absorption structure that absorbs light that is reflected without being received by the photoelectric conversion element at the end face of the element (for example, light absorbing material such as application of light absorbing material may be applied to the other end etc.
  • a reflected light processing optical waveguide for example, light absorbing material such as application of light absorbing material may be applied to the other end etc.
  • the reception input optical waveguide is formed in the same manner as the input optical waveguide 10 of the transmission optical waveguide element 6 described above.
  • the reflected light processing optical waveguide is formed in the same manner as the output optical waveguide 11 of the transmission optical waveguide element 6 described above.
  • the manufacturing method of the receiving optical waveguide element 7 is the same as the manufacturing method of the transmitting optical waveguide element 6 described above.
  • the receiving optical waveguide element 7 does not need to be provided with an optical modulator.
  • a reflection film is not formed on the element end surface (waveguide end surface) where the end of the inclined waveguide portion of the receiving input optical waveguide and the end of the inclined waveguide portion of the reflected light processing optical waveguide intersect.
  • a light receiving surface of a photoelectric conversion element 8 to be described later is bonded to the waveguide end face with, for example, an optical adhesive 24 or the like. In this way, by filling the transparent medium (optical adhesive) between the photoelectric conversion element 8 and the waveguide end face, the light that has propagated through the receiving input optical waveguide is suppressed from being reflected, and the light is efficiently used. It can be guided to the light receiving surface of the photoelectric conversion element 8 well.
  • the receiving input optical waveguide is configured to have an inclined waveguide portion, and
  • the reason for providing the reflected light processing optical waveguide is to suppress the influence of return light and stray light as much as possible.
  • a plurality (two in this case) of receiving optical waveguide elements 7 configured as described above are prepared and arranged in a direction parallel to the surface of the knock board 1. That is, in the present embodiment, the receiving optical waveguide element 7 configured as described above has a unit structure, and a plurality of receiving optical waveguide elements 7 are integrated as shown in FIG.
  • the optical wiring receiving array (optical signal receiving unit) 70 is mounted on the knock substrate 1 together with the semiconductor chip 2 as shown in FIG.
  • the optical wiring receiving array 70 is formed and mounted in the same manner as the optical wiring transmitting array 60 described above.
  • optical wiring receiving array 70 and the above-described optical wiring transmitting array 60 are integrated into an optical wiring transmission / reception array (optical signal transmission / reception unit) 75, which is packaged together with the semiconductor chip 2. It is mounted on board 1 [see Fig. 3 (A)].
  • a plurality (two in this case) of transmitting optical waveguide elements 6 and a plurality (here, two) of receiving optical waveguide elements 7 are arranged side by side in a direction parallel to the surface of the package substrate 1. (See Figure 2 and Figure 9).
  • the input optical waveguide and the reflected light processing optical waveguide are disposed on the package substrate 1 in the thickness direction of the optical wiring reception array 70 (substrate The optical wiring receiving array 70 is arranged in two stages because it is aligned at a position (different position) that is shifted in the direction perpendicular to the surface (thickness direction of the semiconductor chip 1).
  • the optical fiber array 20 can be joined to the optical fiber array 20 stacked and integrated via an optical fiber connector 9 (see FIG. 9). The other end of each optical fiber constituting the optical fiber array 20 is connected to another device.
  • the receiving optical waveguide element 7 may be configured not to include the reflected light processing optical waveguide but to include only the input optical waveguide.
  • the photoelectric conversion element 8 is an element that converts an optical signal into an electric signal.
  • photoelectric conversion The element 8 is mounted on the knock board 1 so as to be connected to the element end face of the receiving optical waveguide element 7 on the semiconductor chip 2 side.
  • a photodetector such as a photodiode (photo detector; PD) may be used.
  • a photodetector such as a photodiode (photo detector; PD)
  • PD photo detector
  • FIG. 8 an array-shaped photodetector chip 80 in which the light receiving surfaces 8A of a plurality of (in this case, two) photodetectors 8 are integrally formed so as to be arranged in an array (for example, a pitch of 0.25 mm) 80 (PD chip; photodetector chip; photoelectric conversion element array; photodetector array).
  • the arrayed photodetector chip 80 is configured such that one photoelectric conversion element 8 is provided for each of the plurality of receiving optical waveguide elements 7.
  • the photoelectric conversion element 8 is electrically connected to a terminal (for example, an LSI terminal) of the semiconductor chip 2, and converts an electric signal obtained by converting the received optical signal into a semiconductor chip (for example, an LSI). ) Can be sent to!
  • the arrayed PD chip 80 is first bonded to the wiring block 30, and the arrayed PD chip 80 is mounted on the wiring block 30.
  • the signal electrode 31 formed in the vicinity of the light receiving surface 8A of each PD8 constituting the PD chip 80 is a signal electrode lead-out wiring extending to the electrode pad (signal electrode pad) 32A on the bottom surface of the wiring block 30. (Electrical wiring) Connected to 33A by wire bonding, for example.
  • the substrate of the PD chip 80 is connected to the ground electrode lead wiring (electrical wiring) 33B extending to the electrode pad (ground electrode pad) 32B on the bottom surface of the wiring block 30, whereby each PD8 is connected to the common lead wiring. It is grounded via 33B.
  • the bottom surface of the wiring block 30 is an electrode pad surface in which the electrode pads 32A and 32B are integrated.
  • the wiring pads 23 formed on the substrate surface of the knock substrate 1 and the bottom surface of the wiring block 30 are provided.
  • the formed electrode pads 32A and 32B are mounted on the wiring block 30 package substrate 1 on which the arrayed PD chip 80 is mounted, for example, by soldering (see FIG. 9). ).
  • the bonding between the wiring pad 23 and the electrode pads 32A and 32B may be performed using, for example, a conductive paste.
  • the photoelectric conversion element 8 is received so that its light receiving surface is in contact with the waveguide end face exposed on the element end face on the semiconductor chip 2 side of the receiving optical waveguide element 7.
  • the optical waveguide element 7 is bonded to the element end face on the semiconductor chip 2 side by an optical adhesive 24, for example. That is, in this embodiment, the receiving optical waveguide element 7 is provided in the vicinity of the side surface of the semiconductor chip 2, but the light receiving surface (light detection surface) 8A of the photoelectric conversion element 8 is the waveguide of the receiving optical waveguide element 7.
  • the photoelectric conversion element 8 is disposed between the side face of the semiconductor chip 2 and the element end face of the receiving optical waveguide element 7 so as to be in contact with the end face.
  • a structure in which the photoelectric conversion element 8 (photoelectric conversion element array 80) is bonded to the reception optical waveguide element 7 (optical wiring reception array 70) is referred to as an optical waveguide composite structure.
  • the force with which the light receiving surface 8A of the photoelectric conversion element 8 is in contact with the waveguide end face of the receiving optical waveguide element 7 is not limited to this.
  • the light receiving surface 8A of the photoelectric conversion element 8 may be separated from the waveguide end surface force of the receiving optical waveguide element 7 as long as the light emitted from the waveguide end surface force of the receiving optical waveguide element 7 can be received.
  • the light emitted from the waveguide end face of the receiving optical waveguide element 7 may be optically coupled to the light receiving surface 8A of the photoelectric conversion element 8 using a lens.
  • the semiconductor chip 2 As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 9, the semiconductor chip 2, the optical wiring transmission array 60, the optical wiring reception array 70, and the photoelectric conversion element 8 (photoelectric conversion element 8)
  • the semiconductor chip module is configured as a single integrated mounting of the conversion element chip 80)
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 are provided in parallel to a position (different position) shifted in the thickness direction of the semiconductor chip 2 (direction perpendicular to the substrate surface). Utilizing the reflection at the end face of the transmitting optical waveguide element 6 located near the conductor chip 2 By changing the traveling direction of the light so that the traveling direction of light (the propagation direction of the light) is reversed between the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11, the light from the external light source 5 is temporarily After guiding near the semiconductor chip 2 and modulating near the semiconductor chip 2, the modulated optical signal can be transmitted to other devices. In this way, the optical system necessary for optical interconnection can be mounted at high density around the semiconductor chip 2! /.
  • the semiconductor chip module according to the present embodiment is configured as described above, the light that is supplied by the common light source 5 installed on the outside and divided into a plurality of parts is supplied to the semiconductor chip 2 (for example, an LSI). ) Guided to the optical modulator 13 of the optical wiring transmission array 60 arranged in the vicinity at high density, and directly modulated by the drive signal (low voltage signal) of the semiconductor chip 2 to generate an optical signal (transmission signal), etc. Will be sent to other devices.
  • an optical signal transmitted from another device is guided to the photoelectric conversion element 8 via the optical wiring receiving array 70 arranged in the vicinity of the semiconductor chip 2 at a high density, and is generated by the photoelectric conversion element 8.
  • the generated photocurrent is sent to the semiconductor chip 2, amplified by an amplifier circuit built in the semiconductor chip 2, and received as an electrical signal (received signal).
  • the optical interconnection has been reduced in size so that it can be mounted in a large number and in the vicinity of the semiconductor chip 2 (for example, LSI) while keeping the cost low. There is an advantage that can be realized.
  • the optical wiring structures in the vicinity of the semiconductor chip 2 for example, LSI
  • a driver IC for high-speed light modulation is not necessary.
  • Small and low-cost optical interconnection can be realized.
  • the optical interconnection using the common light source 5 since the optical interconnection using the common light source 5 is used, the cost for the light source can be kept low.
  • the semiconductor chip 2 can be used for connection between the package substrate 1 and many terminals such as a signal terminal, a power supply terminal, and a ground terminal of the semiconductor chip 2 as in the past. For this reason, for example, it is not possible to use a semiconductor chip 2 (for example, LSI) as it is conventionally designed, without having to newly design a semiconductor chip 2 (for example, LSI) containing an optical element or the like.
  • a semiconductor chip 2 for example, LSI
  • the driving signal (for example, LSI signal) of the semiconductor chip 2 is directly used. Since optical signals are generated by optically modulating light, high-speed modulation is possible, and low latency (low delay) optical interconnection can be realized.
  • the semiconductor chip module is configured to include the receiving optical waveguide element 7 and the photoelectric conversion element 8, but the present invention is not limited to this example.
  • the optical waveguide element 6 may be provided.
  • the optical wiring transmission array 60 that constitutes one LSI optical module and the light that constitutes another LSI optical module.
  • the wiring receiving array 70 to the optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet), optical interconnection between a plurality of LSI optical modules can be realized.
  • FIG. 10 (B) is an enlarged view of part A in FIG. 10 (A).
  • a CPU module and a memory module are prepared as the semiconductor chip module in the above-described embodiment, and these are arranged as an optical fiber array. Connect using 20 (eg fiber optic sheet).
  • the CPU module includes an optical wiring transmission array 60, an optical wiring reception array, which are provided with a CPU 2A, an optical modulator 13, and a light reflecting surface 14 on a package substrate 1. 70, an optical fiber connector [for example, MT (Mechanically Transferable) connector] 9, and a PD array 80 connected to the PD connection surface 70A of the optical distribution receiving array 70.
  • an optical fiber connector for example, MT (Mechanically Transferable) connector
  • the memory module includes an optical wiring transmission array 60, an optical wiring reception array 70, and an optical fiber provided with a memory 2B and an optical modulator 13 on a package substrate 1.
  • the connector 9 and the PD array 80 connected to the PD connection surface 70A of the optical distribution receiving array 70 are implemented.
  • one optical waveguide constituting each of the optical wiring transmission array 60 and the optical wiring reception array 70 is schematically shown for ease of explanation.
  • the optical wiring transmission array 60 and the optical wiring reception array 70 are configured as an array of a plurality of optical waveguides (including a reflected light processing optical waveguide in some cases).
  • connection surface of the optical wiring transmission array 60 and the optical wiring reception array 70 has an optical fiber connector.
  • MT connector (For example, MT connector) It has a standardized interface so that it can be connected to 9.
  • the required number of optical fibers for guiding the light from the external light source 5 may be prepared (branched) and connected to each of the CPU module and the memory module.
  • an optical fiber and an optical fiber connector for example, an optical fiber sheet constituting an optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet) are operated from an external light source 5 that operates as follows.
  • (For example, MT connector) 9 The light supplied via 9 is guided to the input optical waveguide 10 of the optical wiring transmission array 60 constituting the CPU module, and the light reflection formed on the end face of the optical wiring transmission array 60. The light is reflected by the surface 14, is provided at a position shifted in a direction perpendicular to the substrate surface with respect to the input optical waveguide 10, and is guided to the output optical waveguide 11.
  • the optical modulator 13 provided in the output optical waveguide 11 is driven by an electric signal having the power of CPU 2A, the light propagating through the output optical waveguide 11 is modulated, and the modulated optical signal is converted into an optical fiber.
  • the data is transmitted to the memory module via the optical fibers constituting the connector 9 and the optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet).
  • the output optical waveguide 11 of the CPU module is an optical wiring receiving array constituting a memory module via an optical fiber constituting an optical fiber connector 9 and an optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet). Since it is connected to 70 input optical waveguides (receiving optical waveguides) 40, the optical signal modulated by the optical modulator 13 of the CPU module is guided to the input optical waveguide 40 of the memory module, and an optical wiring receiving array The light enters the light receiving surface of the PD constituting the PD array 80 via the PD connection surface 70A on the end face of 70, and is converted into an electric signal by the PD and sent to the memory 2B.
  • the light supplied from the external light source 5 via the optical fiber constituting the optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet) and the optical fiber connector 9 is input to the optical wiring transmission array 60 constituting the memory module.
  • the optical modulator 13 provided in the output optical waveguide 11 is driven by the electrical signal from the memory 2B, the light propagating through the output optical waveguide 11 is modulated, and the modulated optical signal is transmitted to the optical fiber connector 9 and The data is transmitted to the CPU module via the optical fiber constituting the optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet).
  • the output optical waveguide 11 of the memory module is connected to the optical wiring receiving array 70 constituting the CPU module via the optical fiber constituting the optical fiber connector 9 and the optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet). Since it is connected to the input optical waveguide 40, the optical signal modulated by the optical modulator 13 of the memory module is guided to the input optical waveguide 40 of the CPU module, and the PD connection surface 70A on the end face of the optical wiring receiving array 70 The light is incident on the light receiving surface of the PD constituting the PD array 80, converted into an electrical signal by the PD, and sent to the CPU.
  • the optical wiring receiving array 70 constituting the CPU module via the optical fiber constituting the optical fiber connector 9 and the optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet). Since it is connected to the input optical waveguide 40, the optical signal modulated by the optical modulator 13 of the memory module is guided to the input optical waveguide 40 of the CPU module, and the PD connection surface 70A on the end face of the optical wiring receiving array 70 The light is incident on the light receiving
  • the second configuration example is a configuration example in which a plurality (four in this case) of CPUs 2A are optically connected to each other.
  • a plurality (four in this case) of CPU modules are prepared as the semiconductor chip modules in the above-described embodiment, and an optical fiber array 20 (for example, an optical fiber) is prepared. These are connected to each other using a sheet, and also connected to the external light source 5 and mounted on one system board 50.
  • the system board 50 shows only a part of the area.
  • each CPU module has an optical transmission / reception element 3 including a CPU 2A, an optical wiring transmission array, an optical wiring reception array, an optical fiber connector (for example, an MT connector), and a PD array on the package substrate 1. And is configured as an implementation.
  • the optical wiring transmission array and the optical wiring reception array are arranged near the side surfaces of the CPU 2A constituting each CPU module. Will be implemented.
  • four CPU modules are connected to each other
  • an optical fiber array 20 that supplies light from the external light source 5 to each CPU module 20
  • a light supply system may be configured by superimposing (for example, an optical fiber sheet) and an optical fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet) for connecting the CPUs 2A to each other.
  • the high-speed transmission line between CPU2A is an optical connection, and other power sources and ground
  • Connections with other devices are made as electrical connections using electrical wiring in the board.
  • the third configuration example is a configuration example when the configuration of the second configuration example described above is a multi-chip module (MCM).
  • MCM multi-chip module
  • a plurality of (here, four) CPUs 2A are mounted on one common package substrate as the semiconductor chip module in the above-described embodiment, and these are optically mounted.
  • the fiber array 20 (for example, an optical fiber sheet) is used for connection.
  • an optical transmission / reception element including an optical wiring transmission array, an optical wiring reception array, an optical fiber connector, and a PD array is provided in the vicinity of each side surface of each CPU 2A 3 will be implemented.
  • one optical transmission / reception element 3 is mounted near each of the two side surfaces of one CPU 2A.
  • the semiconductor chip module according to the present embodiment is the above-mentioned first as shown in FIG.
  • the difference from the embodiment is that a grating force bra 52 is used as the light traveling direction changing structure (optical path switching structure) 12 of the transmission optical waveguide element 6.
  • the present semiconductor chip module differs in the optical waveguide structure of the transmitting optical waveguide element 6.
  • the optical waveguide structure of the transmission optical waveguide element 6 has a first cladding layer 53, a first grating layer 54, and a first optical waveguide substrate 19 on the optical waveguide substrate 19, as shown in FIG.
  • the first core layer 55, the second cladding layer 56, the second core layer 57, and the second grating layer 58 are laminated in this order.
  • FIG. 13 shows a part of the vicinity of the element end face 6B on the semiconductor chip side of the transmission optical waveguide element 6.
  • the first cladding layer 53, the first grating layer 54, the first core layer 55 (waveguide core), and the second cladding layer 56 form an input optical waveguide 10 to which light having an external light source power is input.
  • the second clad layer 56, the second core layer 57 (waveguide core), and the second grating layer 58 constitute an output optical waveguide 11 that outputs an optical signal to another device.
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 have an upper and lower two-layer structure, and are connected by a grating force bra 52 in a region near the element end face 6B on the semiconductor chip side.
  • the waveguide core 55 of the input optical waveguide 10 and the waveguide core 57 of the output optical waveguide 11 are flat at different positions (different positions) shifted in the thickness direction of the semiconductor chip (direction perpendicular to the substrate surface).
  • the first grating layer 54 of the input optical waveguide 10 and the second grating layer 58 of the output optical waveguide 11 are provided with a grating in the waveguide core proximity region near the element end face located near the semiconductor chip.
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 are connected by the grating force bra 52 in the vicinity of the element end face 6B.
  • the grating may be formed by periodically changing the refractive index along the waveguide core (optical waveguide) so as to have a periodic structure of refractive index in the light traveling direction. it can.
  • the grating force bra 52 for example, those disclosed in IEICE Transactions CI, Vol. J80-CI, No. 10, pp. 461-468 (1997) can be used. With this configuration, the light propagating through the lower input optical waveguide 10 is transferred to the upper output optical waveguide 11 by the grating force bra 52 and propagates in the opposite direction through the output optical waveguide 11. become.
  • the optical system required for optical interconnection can be mounted with high density in the vicinity of the semiconductor chip on the substrate (package substrate) on which the semiconductor chip such as LSI is mounted.
  • the optical path switching structure (light traveling direction changing structure) 12 has a grating force provided in the vicinity of the element end face 6B on the semiconductor chip side of the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11.
  • a light beam guided by the input optical waveguide 10 is provided so as to be guided to the output optical waveguide 11 by the grating force bra 52.
  • the processing accuracy of the element end face can be relaxed compared to the case of the first embodiment described above. Further, it is not necessary to expose the end portions of the respective optical waveguides to the element end faces.
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 are laminated as described above, a two-layer structure is used. Therefore, in order to facilitate the formation of the electrode of the optical modulator, As shown in FIG. 14, the input optical waveguide 10 is preferably provided on the lower side, the output optical waveguide 11 is provided on the upper side, and the optical modulator 13 is preferably provided on the upper output optical waveguide 11.
  • the input optical waveguide 10 and the output optical waveguide 11 are stacked to form the waveguide core of the input optical waveguide 10 and the waveguide core of the output optical waveguide 11.
  • the optical wiring transmission array is formed on the same substrate 19.
  • a plurality of transmission optical waveguide elements 6 are formed as a part of the optical wiring transmission array.
  • the Mach-Zehnder type optical modulator 13 is formed in the same manner as in the first embodiment described above, the two optical waveguide arms 11C, 11D of the Matsuhatsu-type optical modulator 13 are the optical waveguide substrate 19 It will be lined up in a direction parallel to the surface.
  • the transmitting optical waveguide elements 6 can be mounted with higher density.
  • a Mach-Zehnder optical modulator may be formed so that the two optical waveguide arms 11C and 11D are aligned in a direction perpendicular to the surface of the optical waveguide substrate 19.
  • lead wires (electric wires) 17A to 17C connected to the respective electrodes (modulation electrodes 16A and 16B, ground electrode 16C) are transmitted from the electrodes 16A to 16C of the optical modulator 13 to the transmission optical waveguide. It extends to the back side of the optical waveguide substrate 19 through the surface of the element end face 6B located in the vicinity of the semiconductor chip of the element 6, and electrode pads 18A to 18C are formed at the ends thereof.
  • the plurality of receiving optical waveguide elements 7 are also integrally formed on the same substrate 19 in the same manner as the transmitting optical waveguide element 6 described above.
  • the optical wiring receiving array is formed on the same substrate 19.
  • a plurality of receiving optical waveguide elements 7 are formed as a part of the optical wiring receiving array.
  • two optical waveguides are formed on the upper and lower sides.
  • the receiving input optical waveguide is a semiconductor chip so that the light propagating through the receiving input optical waveguide is reflected by the element end face 6B (PD light receiving surface) and does not affect the return light.
  • the element end face 6B PD light receiving surface
  • a reflected light processing optical waveguide as in the first embodiment. That is, the direction parallel to the surface of the optical waveguide substrate 19 with respect to the receiving input optical waveguide ( It is also preferable to provide an optical waveguide for reflected light processing in parallel with a position shifted in the horizontal direction (different position). In this case, if the reflected light processing optical waveguide is terminated immediately in the vicinity of the end face of the element, the interval between the individual receiving input optical waveguides can be narrowed, and the receiving optical waveguide element 7 can be made denser. Can be implemented.
  • the semiconductor chip module that is effective in the present embodiment, it is possible to mount a large number and a high density in the vicinity of the semiconductor chip (for example, LSI) while keeping the cost low as in the first embodiment described above.
  • the advantage is that optical interconnection with a reduced size can be realized.
  • a light reflecting structure or a grating force bra is used as the light traveling direction changing structure (optical path switching structure) of the transmission optical waveguide element 6, but the structure is limited to these structures. However, other structures may be used as long as the structure guides the light guided through the input optical waveguide 10 to the output optical waveguide 11.

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Abstract

　コストを低く抑えながら、半導体チップ（例えばＬＳＩ）の近傍に光導波路素子を多数かつ高密度に実装できるようにし、かつ、高速変調が可能で、低レイテンシ（低遅延）の光インターコネクションを実現できるようにするために、半導体チップモジュールにおいて、回路基板（１）上の半導体チップ（２）の側面近傍に実装する送信用光導波路素子（３）を、外部光源からの光が入力される入力光導波路と、入力光導波路に対して回路基板に実装された状態で回路基板の表面に垂直な方向へずれた位置に設けられ、他のデバイスへ光信号を出力する出力光導波路と、入力光導波路を導かれた光を出力光導波路へ導くための光路切換構造と、入力光導波路又は出力光導波路に設けられ、半導体チップからの電気信号に基づいて外部光源からの光を変調する光変調器とを有するものとする。

Description

明 細 書
半導体チップモジユーノレ
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、 ITdnformation Technology)機器の LSI(Large Scale Integration )間において大容量の高速信号伝送を実現するための実装技術、特に、光を用いて LSI間の高速信号伝送を実現するための光'電気配線構造 (例えば光配線 LSIモジ ユール）に用いて好適の半導体チップモジュールに関する。
背景技術
[0002] 近年、データ通信に用いられる伝送帯域は増大の一途を迪り、高速'大容量化が 進んでいる。
現在、例えばサーバの筐体間などのように、伝送距離が数十メートル以上のインタ 一コネクションには、伝送帯域が広ぐ外乱を受け難い光リンク (光ファイバを用いた データ伝送）が利用されて 、る。
[0003] 一方、例えば CPUやメモリ（例えば DRAM)などの LSIの処理能力が増大し、高速 化するにしたがって、例えばサーバなどの情報機器では、 LSI間の信号伝送を高速 に行なう光インターコネクションを実現すベぐ伝送帯域幅を拡大することが必要にな つてきている。
従来、 CPUとメモリ（ここでは DRAM)との間で高速'大容量の信号伝送 (データ転 送）を行なうために、例えば図 15 (A)に示すように、サーバのシステムボード 100 (以 下、単に基板という）上にパッケージ基板 101を介して CPU102を実装するとともに、 基板 100上のパッケージ基板 101の近傍に複数のメモリ 103 (ここでは DRAM)を実 装するようにしている。
[0004] この場合、 CPU102と DRAM103とは、図 15 (B) [図 15 (A)の 線に沿う模 式的断面図]に示すように、基板 100内に形成された多層の電気配線 104によって 接続されること〖こなる。
このような構成において、 CPU102とメモリ 103との間の伝送帯域幅を大幅に拡大 するためには、単一配線における伝送速度を高め、配線本数を増やすことが必要に なる。
[0005] なお、光インターコネクションや光変調器に関し、先行技術調査を行なった結果、 以下の特許文献 1〜7が得られた。
特許文献 1には、光導波路の端部に反射構造及び制御用電極を設け、光路を小 型'低損失で反転させる構造が開示されている (例えば図 2参照)。具体的には、方 向性結合器に適用する例が開示されている。
[0006] 特許文献 2には、高速データ転送を行うため、電気光学効果を用いた光変調器で 電気信号力も光信号を生成するインターフェース構成が開示されている (例えば図 1 参照)。
特許文献 3には、光導波路基板内を伝搬する光信号を基板の外部に出射させ、光 ファイバに接続する構成 (例えば図 4参照）、及び、多層の光導波路構造において、 電圧印加で生じた屈折率変化 (電気光学効果)を利用して、上下層間で光信号をス イッチングさせる構成が開示されて 、る（例えば図 13参照)。
[0007] 特許文献 4には、波長変化を検出することによる歪測定装置に関し、光導波路を用 いた光回路構成において、反射構造としてブラッグ反射型導波路を用いる構成が開 示されて!/ヽる（例えば図 2参照)。
特許文献 5には、光電子集積素子として、 LSI,光素子，光素子を制御するための 駆動回路，光素子との間の配線手段 (光導波路)を同一パッケージ内に収納した構 成が開示されて!、る (例えば図 1参照)。
[0008] 特許文献 6には、波長多重ネットワークにおいて反射型光変調器を用いる構成が 開示されて 、る（例えば図 17参照)。
特許文献 7には、有機系の電気光学材料を用いた導波路型光変調器 (具体的には マハツエンダー型の光変調器)が開示されている (例えば図 1参照)。
特許文献 1：特開平 5— 2116号公報
特許文献 2：特開 2000— 250671号公報
特許文献 3：特開平 6— 69490号公報
特許文献 4：特開平 8 - 94328号公報
特許文献 5：特開 2001 - 36197号公報 特許文献 6：特開 2001— 197006号公報
特許文献 7：特開 2004— 109457号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] しかしながら、上述の CPU102とメモリ（ここでは DRAM) 103との間の接続（LSI間 の接続）に用いられているような回路基板 100による電気配線は、伝送速度が数 GH zを超えると、波形なまりや減衰が著しく増大する。
この場合、差動伝送方式とし、プリエンファシスゃィコライジング技術を組み合わせ 、波形整形や増幅を行なうことによって、ある程度の高周波対応はできるものの、 LSI 間信号伝送に必要な電力が増大してしまうことになる。また、実装上の都合で LSI間 の配線長が長くなると、上述のような対応は非常に難しくなる。さらに、配線本数を増 やした場合、高周波数ィ匕に伴う配線間の電磁干渉が問題となってくる。
[0010] このような電気配線による課題を解決する方法の一つとして、高速伝送が可能で、 相互干渉しない光を信号伝送に用いる光インターコネクション構成が考えられる。 例えば CPUと他のデバイス (メモリなどの LSIを含む）との間の接続を光インターコ ネクシヨン構成とする場合、図 16に示すように、基板 110上に CPU111を実装すると ともに、 CPU111の近傍に複数の光トランシーバ 112を実装し、各光トランシーバ 11 2と他のデバイス（図示せず)を例えば多心の光ファイバや光導波路を介して接続す ることが考免られる。
[0011] この場合、光トランシーバ 112は、例えば、 CPU111から他のデバイスへ送信され る電気信号を光信号に変換するための光源と、他のデバイスカゝら CPU111へ送信さ れてきた光信号を電気信号に変換するための光検知器と、これらを駆動制御するた めの駆動制御回路とを一体に構成したものとすることが考えられる。
このような光インターコネクション構成は、技術的には実現可能であるものの、実際 に製品化するにあたっては、コストが高くなつてしまう。
[0012] また、上述のような光インターコネクション構成ではサイズも大きくなつてしまう。実際 には、上述のように、 CPU111は、基板 (システムボード） 110上に直接半田付けせ ずに、接続ピッチを調整するためにパッケージ基板を介して実装される。このため、 ノ ッケージ基板のサイズが大きくなつてしま ヽ、 ノ ッケージ基板のサイズ分だけ大き な実装面積が必要になってしまう。また、 CPUの放熱フィン（図示せず)も必要であり
、その装着面積も必要である。
[0013] この点、サイズに関しては、小型の光トランシーバを製作すれば、面積的には従来 と同等レベルにすることも可能であると思われる力 コストに関しては、 1本の配線毎 に光源及び光検知器を設けるのでは桁違いにコストが高くなつてしまうため、実用化 に至って 、な 、状況である。
なお、光インターコネクションに関しては、 LSIとパッケージ基板との間に光素子を 搭載したインターポーザを用いる方法も提案されて ヽる（例えば上記特許文献 5参照
) o
[0014] し力しながら、 LSIの基板実装部には数千ピンの端子が存在するため、チップ直下 に光素子や光導波路などの光配線を配置するは得策でない。
ところで、シリコンフォト-タスの研究分野では、光インターコネクションが高コストで あるという課題を解決する方法として、光源や光検知器をシリコン LSIの内部に形成 する研究がなされており、これが実現すれば、光インターコネクションの著しい低コス ト化が実現し、より短距離の伝送にも適用できるようになると思われる。
[0015] し力しながら、現時点では lOGbpsを超える直接変調は実現しておらず、実用化の 見通しも立っていない。仮に実現できたとしても、半導体レーザの直接変調は、発光 の立ち上がりに百ピコ秒以上を要するため、例えば CPUとメモリとの間の伝送におい ては、遅延時間が問題となると考えられる。この点、現実には上述の特許文献 5の実 用ィ匕も難しいと思われる。
[0016] 一方、外部に設けられた共通光源力 の光を複数に分割し、それぞれを外部変調 器で変調して光信号を生成する方式 (例えば上述の特許文献 2参照)を採用すること ち考免られる。
し力しながら、従来の外部変調器は通信装置に用いるために開発されたものである ため、 LSIの近傍に配置し、多数かつ高密度で実装できる形態のものは存在しない。 したがって、従来の光変調器を光インターコネクションに適用するに当たっては何ら かの工夫が必要である。 [0017] 本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、コストを低く抑えながら、半導 体チップ (例えば LSI)の近傍に光導波路素子を多数かつ高密度に実装できるように してサイズを小さくし、さらに、高速変調が可能で、低レイテンシ (低遅延)の光インタ 一コネクションを実現できるようにした、半導体チップモジュールを提供することを目 的とする。
課題を解決するための手段
[0018] このため、本発明の半導体チップモジュールは、回路基板上に実装された半導体 チップと、外部光源力ゝらの光を変調して得られた光信号を他のデバイスへ送信する 送信用光導波路素子とを備え、送信用光導波路素子が、外部光源からの光が入力 される入力光導波路と、入力光導波路に対して、回路基板に実装された状態で回路 基板の表面に垂直な方向へずれた位置に設けられ、他のデバイスへ光信号を出力 する出力光導波路と、入力光導波路を導かれた光を出力光導波路へ導くための光 路切換構造と、入力光導波路又は出力光導波路に設けられ、半導体チップからの電 気信号に基づいて外部光源力 の光を変調する光変調器とを有することを特徴とし ている。
[0019] 特に、入力光導波路及び出力光導波路が、いずれも半導体チップ側の素子端面 まで延びるように構成し、光路切換構造を、素子端面の光反射面と、入力光導波路 の傾斜導波路部と、入力光導波路の傾斜導波路部に光反射面を介して接続される 出力光導波路の傾斜導波路部とを備えるものとし、入力光導波路の傾斜導波路部を 導かれた光が光反射面で反射して出力光導波路の傾斜光導波路部へ導かれるよう に構成するのが好ましい。
[0020] なお、光路切換構造を、入力光導波路及び出力光導波路の半導体チップ側の素 子端面近傍に設けられるグレーティング力ブラを備えるものとし、入力光導波路を導 かれた光がグレーティング力ブラによって出力光導波路へ導かれるように構成しても 良い。
好ましくは、他のデバイス力 の光信号を半導体チップ側の素子端面まで導く受信 用入力光導波路を備える受信用光導波路素子と、受信用入力光導波路に接続され るように回路基板上に実装され、光信号を電気信号に変換する光電変換素子とを備 免るものとして構成する。
[0021] この場合、受信用光導波路素子を、受信用入力光導波路に接続されるように素子 端面で反射した光を吸収する光吸収構造を有する反射光処理用光導波路を備える ものとするのが好ましい。さらに、受信用光導波路素子を、受信用入力光導波路に対 して回路基板に実装された状態で回路基板の表面に垂直な方向へずれた位置に設 けるのが好ましい。
ここで、送信用光導波路素子と受信用光導波路素子は、回路基板の表面に平行な 方向に並べて設けるのが好まし!/、。
[0022] また、送信用光導波路素子を複数備えるものとし、複数の送信用光導波路素子を 回路基板の表面に平行な方向に並べて設けるのが好ましい。
さらに、外部光源として、複数の送信用光導波路素子のそれぞれに光を供給しうる 共通光源を備えるのが好まし 、。
一方、受信用光導波路素子を複数備えるものとし、複数の受信用光導波路素子を 回路基板の表面に平行な方向に並べて設けるのも好ま 、。
[0023] 特に、送信用光導波路素子を、光変調器の電極から回路基板に実装された状態 で素子底面まで延びる電気配線と、素子底面に形成され、電気配線が接続される電 極パッドとを備えるものとし、半導体チップに電気的に接続されるように、電極パッドを 介して回路基板に形成された電気配線に接続されるようにするのが好ましい。
また、光電変換素子を、半導体チップに電気的に接続されるように、電気配線を有 する配線ブロックを介して回路基板上に実装するのが好ましい。
[0024] さらに、光変調器を、電気光学効果を生じうる材料によって構成するのが好ましい。
また、送信用光導波路素子又は受信用光導波路素子はポリマ光導波路素子である ことが好ましい。
本発明の半導体チップモジュールは、上述の半導体チップモジュールを複数備え 、複数の半導体チップモジュールを光ファイバで相互に接続して構成されることを特 徴としている。
[0025] 特に、回路基板上に半導体チップ及び送信用光導波路素子を複数備えるものとす るのが好ましい。 また、回路基板上に受信用光導波路素子を複数備えるものとするのが好ましい。 発明の効果
[0026] したがって、本発明の半導体チップモジュールによれば、コストを低く抑えながら、 半導体チップ (例えば LSI)の近傍に光導波路素子を多数かつ高密度に実装できる ようにしてサイズを小さくし、さらに、高速変調が可能で、低レイテンシ (低遅延)の光 インターコネクションを実現できるという利点がある。 図面の簡単な説明
[0027] [図 1]本発明の第 1実施形態にカゝかる半導体チップモジュールの全体構成を示す模 式図である。
[図 2]本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールに実装される構成部 品の構成を示す模式図である。
[図 3]図 3 (A) ,図 3 (B)は、本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュール を構成する光導波路素子の構成を示す模式図である。
[図 4]本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールを構成する光導波路 素子の構成を示す模式的断面図であって、図 3 (B)の X—X線に沿う断面図である。
[図 5]本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールに備えられる光変調 器の駆動電圧を説明するための図である。
[図 6]図 6 (A)〜図 6 (F)は、本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジユー ルを構成する光導波路素子の製造方法を説明するための模式的断面図である。
[図 7]本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールを構成する光導波路 素子の構成を示す模式的底面図である。
[図 8]本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールを構成するフォトディ テクタの実装状態を示す模式図である。
[図 9]本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールの実装状態を示す模 式的断面図である。
[図 10]図 10 (A)は、本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールとして の CPUチップモジュールとメモリチップモジュールとの間の光インターコネクションの 構成例の全体構成を示す図であり、図 10 (B)は、図 10 (A)中、符号 Aで示す領域の 詳細を示す模式図である。
[図 11]本発明の第 1実施形態にカゝかる半導体チップモジュールとしての CPUチップ モジュールを複数接続する場合の光インターコネクションの構成例を示す模式図で ある。
[図 12]本発明の第 1実施形態にカゝかる半導体チップモジュールとしての CPUチップ モジュールを複数接続したマルチチップモジュールにおける光インターコネクション の構成例を示す模式図である。
圆 13]本発明の第 2実施形態に力かる半導体チップモジュールを構成する光導波路 素子を示す模式的断面図である。
圆 14]本発明の第 2実施形態に力かる半導体チップモジュールを構成する光導波路 素子の構成を示す模式斜視図である。
[図 15]図 15 (A)は、 CPUと DRAMとを電気配線によって接続する従来の半導体チ ップモジュールを示す模式的平面図であり、図 15 (B)は図 15 (A)の X— X' 線に沿 う断面図である。
[図 16]半導体チップ間の光インターコネクションの構成例を示す模式図である。 符号の説明
1 ノ ッケージ基板（回路基板）
2 半導体チップ
2A CPU
2B メモリ
3 光送受信用素子
4 光ファイバ
5 外部光源
6 送信用光導波路素子
6A, 6B 素子端面
7 受信用光導波路素子
8 光電変換素子 光ファイバコネクタ
入力光導波路
出力光導波路
A， 11A 平行導波路部
B, 11B 傾斜導波路部
C, 11D 光導波路アーム
Z, 11CZ, 11DZ 光導波路コア層（コア層）X 上部クラッド層
Y 下部クラッド層
光路切換構造 (光進行方向転換構造） 光変調器 (光変調手段）
光反射面 (接続部，導波路端面） マッハツエンダ型光導波路
A, 16B 変調用電極 (信号電極，駆動電極)C グランド電極
A, 17B 変調用引出配線
C グランド用引出配線
A, 18B 変調用電極パッド
C グランド電極パッド
光導波路用基板
光ファイノくアレイ
電気配線
配線パッド
光学接着剤
配線ブロック
信号電極
A 電極パッド (信号電極パッド）
B 電極パッド（グランド電極パッド） 33A 信号電極用引出配線 (電気配線）
33B グランド電極用引出配線 (電気配線）
40 入力光導波路 (受信用入力光導波路）
50 システムボード
52 グレーティング力ブラ (光進行方向転換構造，光路切換構造）
53 第 1クラッド層
54 第 1グレーティング層
55 第 1コア層
56 第 2クラッド層
57 第 2コア層
58 第 2グレーティング層
60 光配線送信アレイ
70 光配線受信アレイ
70A PD接続面
75 光配線送受信アレイ
80 フォトディテクタチップ (PDチップ；光検知器チップ；光電変換素子アレイ；光検 知器アレイ）
発明を実施するための最良の形態
[0029] 以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体チップモジュールについて 説明する。
[第 1実施形態]
まず、本発明の第 1実施形態に力かる半導体チップモジュールについて、図 1,図 2を参照しながら説明する。
[0030] 本実施形態に力かる半導体チップモジュールは、図 1に示すように、ノ ッケージ基 板（回路基板） 1上に実装された半導体チップ 2と、パッケージ基板 1上の半導体チッ プ 2の側面近傍に実装された光導波路素子及び光電変換素子を含む光送受信用 素子 (入出力用素子) 3とを備える。
そして、半導体チップモジュールは、光ファイバ 4 (例えば光ファイバシート）を介し て外部光源 5及び他のデバイス（図示せず;他のシステムや半導体チップを含む）に 接続されている。
[0031] なお、ここでは、 4つの光送受信用素子 3を半導体チップ 2の各側面近傍に実装し、
4つの他のデバイスに接続した構成例（図 1中、各入出力部を、それぞれ lZO# 1, I ZO # 2, lZO # 3, lZO # 4で示している）を示している。
ここで、半導体チップ 2は、例えば CPU,メモリ（例えば DRAM)などの LSIを含む I Cチップである。
[0032] また、光送受信用素子 3は、図 2に示すように、複数 (ここでは 2つ）の送信用光導波 路素子 6と、複数 (ここでは 2つ)の受信用光導波路素子 7と、光電変換素子 8と、光フ アイバコネクタ 9とを含むものとして構成される。
このうち、送信用光導波路素子 6は、外部に設置されている外部光源 5からの光を 変調して得られた光信号を他のデバイスへ送信するために用いられるものである。こ こでは、例えばポリマ光導波路素子として構成される。
[0033] 本実施形態では、送信用光導波路素子 6は、図 3 (A) ,図 3 (B)に示すように、外部 光源 5からの光が入力される入力光導波路 10と、他のデバイスへ光信号を出力する 出力光導波路 11と、入力光導波路 10を導かれた光を出力光導波路 11へ導くため の光路切換構造 12と、出力光導波路 11に設けられ、半導体チップ 2からの電気信 号に基づいて外部光源 5からの光を変調する光変調器 13とを備える。この送信用光 導波路素子 6は光変調器 13を備えるため、光変調素子ともいう。
[0034] なお、図 3 (A)中、符号 60は複数の送信用光導波路素子 6を一体化した光配線送 信アレイを示している。また、図 3 (A)中、符号 70は複数の受信用光導波路素子 7を 一体化した光配線受信アレイを示している。図 3 (A)中、符号 75は複数の送信用光 導波路素子 6及び複数の受信用光導波路素子 7を一体化した光配線送受信アレイ を示している。
[0035] また、図 2,図 3 (A) ,図 3 (B)では、説明を分力り易くするため、送信用光導波路素 子 6及び受信用光導波路素子 7をそれぞれ 2つずつ設けているが、これらの光導波 路素子の数はこれに限られるものではない。
ここでは、入力光導波路 10及び出力光導波路 11は、図 2,図 3 (A) ,図 3 (B)に示 すように、いずれも、光ファイバコネクタ 9に接続される素子端面 6Aから半導体チップ 2側の素子端面 6Bまで延びて 、る。
[0036] 特に、出力光導波路 11は、図 3 (A) ,図 3 (B)に示すように、入力光導波路 10に対 して、ノ¾ /ケージ基板 1に実装された状態で基板表面に垂直な方向（半導体チップ 2 の厚さ方向）にずれた位置 (異なる位置）に平行に設けられている。つまり、入力光導 波路 10及び出力光導波路 11は、多層構造になっており、素子高さ方向に間隔をあ けて互!、に平行な平行導波路部 1 OA, 11 Aを有する。
[0037] 一方、入力光導波路 10は、半導体チップ 2側の素子端面 6B近傍に垂直方向上側 に傾斜した傾斜導波路部 10B (例えば曲がり導波路)を備える。同様に、出力光導波 路 11は、半導体チップ 2側の素子端面 6B近傍に垂直方向下側に傾斜した傾斜導 波路部 11B (例えば曲がり導波路)を備える。そして、入力光導波路 10の傾斜導波 路部 10Bの端部と出力光導波路 11の傾斜導波路部 11Bの端部とが、半導体チップ 2側の素子端面 6Bで交わって接続されている。これらの傾斜導波路部 10B, 11Bの 接続部（導波路端面） 14は素子端面 6Bで外部に露出しているため、この部分は光 反射面として機能することになる。
[0038] なお、素子端面 6Bの光反射面 14の反射率を高めるために、この部分に例えば金 属膜ゃ誘電体多層膜などを例えば蒸着法やスパッタリング法によって形成するのが 好ましい。
これにより、入力光導波路 10の平行導波路部 10Aを伝搬してきた光は、半導体チ ップ 2側の素子端面 6B近傍で傾斜導波路部 10Bに導かれ、素子端面 6Bに垂直方 向上側から斜めに入射し、素子端面 6Bで垂直方向下側へ斜めに反射して、出力光 導波路 11の傾斜導波路部 11Bに導かれ、出力光導波路 11の平行導波路部 11Aを 、入力光導波路 10を伝搬する光の伝搬方向に対して反対方向へ伝搬して 、くように なっている。
[0039] このように、本実施形態では、素子端面 6Bにおいて光を垂直方向に斜めに反射さ せる光反射構造 (光路切換構造） 12によって、多層の光導波路間での光の移動 (光 路の切り換え)を実現し、入力光導波路 10を伝搬してきた光の進行方向（光の伝搬 方向）を切り換え、入力光導波路 10を伝搬する光の進行方向に対して、出力光導波 路 11を伝搬する光の進行方向が反対になるように構成することで、複数の送信用光 導波路素子 6を、 LSIなどの半導体チップ 2を実装するパッケージ基板 1上の半導体 チップ 2の近傍に高密度に集積することができるようにして 、る。
[0040] このため、本実施形態では、光路切換構造 (光進行方向転換構造） 12は、素子端 面の光反射面と、入力光導波路 10の傾斜導波路部 10Bと、入力光導波路 10の傾 斜導波路部 10Bに光反射面 14を介して接続される出力光導波路 11の傾斜導波路 部 11Bとを備え、入力光導波路 10の傾斜導波路部 10Bを導かれた光が光反射面 1 4で反射して出力光導波路 11の傾斜光導波路部 11Bへ導かれるように構成されて 、ることになる。
[0041] また、出力光導波路 11には、その一部に導波路内を伝搬する光の強度を変調する 導波路型の光変調器 (光変調手段） 13が設けられている。このように、光変調器 13を 送信用光導波路素子 6の一部に形成することで、 LSIなどの半導体チップ 2を実装す るパッケージ基板 1と一体ィ匕できるようにして 、る。
本実施形態では、光変調器 13は、電気光学効果による屈折率変化を利用した光 変調器として構成している。このため、出力光導波路 11の少なくとも光変調器 13の 部分は電気光学効果を生じうる材料によって形成されている。
[0042] 例えば、電気光学効果を生じうる材料としては、電気光学効果を生じうる有機系材 料や電気光学効果を生じうる無機系材料を用いることができる。
ここで、電気光学効果を生じうる有機系材料としては、例えば、電気光学効果を発 現しうる有機色素をポリマ材料に混合することによって得られるものを用いることがで きる。この場合、ベースとなるポリマ材料の組成調整によって屈折率を変えることがで きる。このため、ポリマ材料の組成調整によって、光導波路を構成するコア及びクラッ ドの双方の材料を得ることができる。なお、電気光学効果を生じうる有機系材料から なる光導波路は、基板上に液状の有機系材料をスピンコートし、フォトリソグラフィ技 術等を用いて形成することができる。
[0043] 一方、電気光学効果を生じうる無機系材料としては、例えば、電気光学効果を有す る結晶材料であるニオブ酸リチウム、ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛 (PLZT)、チ タン酸ジルコン酸鉛 (PZT)などを用いることができる。但し、 PLZTや PZTは、伝搬 損失が光の偏光状態に依存しな 、ように結晶軸を選べるため、これらを用いるのが 好ましい。この場合、ランタン Laの濃度を変えることによって屈折率を変えることがで きる (La濃度が増えると、屈折率が下がる)。このため、 La濃度の調整によって、光導 波路を構成するコア及びクラッドの双方の材料を得ることができる。なお、電気光学 効果を生じうる無機系材料力もなる光導波路は、例えばゾルゲル法、 MOCVD法な どの結晶成膜法を用いて形成することができる。但し、コアの形成については、エツ チングプロセスが必要である。
[0044] 具体的には、光変調器 13は、電圧を印加すると屈折率が変化する電気光学効果 を有する材料によって、以下のように構成すれば良 、。
つまり、例えば図 3 (B)に示すように、出力光導波路 11の一部を分岐させて、 2つの 光導波路アーム (分岐導波路部） 11C, 11Dを有するマツハツ ンダ型光導波路 15 を備えるものとし、それぞれの光導波路アーム 11C, 11Dを挟むように、変調用電極 (信号電極，駆動電極） 16A, 16B及びグランド電極 16Cを設ける。そして、これらの 変調用電極 16A, 16Bに電圧 (信号電圧，駆動電圧)を印加し、それぞれの光導波 路アーム 11C, 11Dに電界をかけて、それぞれのアーム 11C, 11D内を伝搬する光 の位相を変えて光の強度を変調するマツハツヱンダ型光変調器として構成すれば良 い。なお、図 3 (B)中、符号 17A, 17B, 17Cは、それぞれ変調用電極 16A, 16B及 びグランド電極 16Cに接続された変調用引出配線及びグランド用引出配線である。 また、符号 18A, 18B, 18Cは、それぞれ変調用引出配線及びグランド用引出配線 17A, 17B, 17Cの端部に形成された変調用電極パッド及びグランド電極パッドであ る。
[0045] ここでは、図 4に示すように、光導波路アーム 11Cは、光導波路用基板 19上に、下 部クラッド層 11Y,光導波路コア層（コア層） 11CZ,上部クラッド層 1 IXを順に積層さ せて構成する。また、光導波路アーム 11Dは、光導波路用基板 19上に、下部クラッ ド層 11Y,光導波路コア層（コア層） 11DZ,上部クラッド層 1 IXを順に積層させて構 成する。さらに、入力光導波路 10は、光導波路用基板 19上に、上部クラッド層 1 IX, 光導波路コア（コア層） 10Z,下部クラッド層 11Yを順に積層させて構成する。
[0046] そして、光導波路アーム 11Cを構成する光導波路コア 11CZの上方の上部クラッド 層 1 IXの上側に変調用電極 16Aを設けている。また、光導波路アーム 11Dを構成 する光導波路コア (コア層） 11DZの上方の上部クラッド層 1 IXの上側に変調用電極 16Bを設けている。さらに、双方の光導波路アーム 11C, 11Dを構成する光導波路 コア 11CZ, 11DZの下方の下部クラッド層 11Yの下側に共通電極としてのグランド 電極 16Cを設けている。
[0047] なお、ここでは、双方の光導波路アーム 11C, 11Dに変調用電極 16A, 16B及び グランド電極 16Cを設けて 、るが、 、ずれか一方の光導波路アームに変調用電極及 びグランド電極を設けるようにしても良 、。
このように構成されるマッハツエンダ型光変調器 13では、一方又は双方の光導波 路アーム (ここでは双方の光導波路アーム 11C, 11D)に電界を加え、電気光学効果 によって屈折率を変化させて、それぞれの光導波路アーム 11C, 11D内を伝搬する 光の位相をシフトさせ、 2つの光導波路アーム 11C, 11Dが結合する部位で光を干 渉させて、光の振幅を最大又は最小に切り換え、光信号を生成することになる。
[0048] なお、分岐された 2つの光導波路アームは、光導波路の形成プロセスで発生する 僅かな屈折率の差や長さの差によって、その実効的な光路長が変わってしまい、電 極に電圧を印カロして 、な 、状態 (変調信号オフ状態)で、それぞれの光導波路ァー ム 11C, 11D内を伝搬する光に位相差が生じ、干渉後の光出力が最大又は最小に ならない場合がある（図 5参照)。この場合、一方の光導波路アームに微調整用の電 圧 (バイアス電圧）を印加して差動動作させることで位相差が生じな 、ようにすれば良 い。
[0049] 例えば図 5に示すように、実効的な光路長差によって干渉後の光出力の最小値に オフセットが生じている場合、一方の電極 [ここでは微調整用電極 (バイアス電極） 16 A]に微調整用の電圧 (バイアス電圧）を印加することで、オフセットが生じないように すれば良い。
本実施形態では、 2つの光導波路アーム 11C, 11Dの双方に変調用電極 16A, 1 6B及びグランド電極 16Cを設け、一方の光導波路アーム 11Cに設けられた変調用 電極 16Aに微調整用の電圧 (バイアス電圧）を定常的に印加しておくようにし、他方 の光導波路アーム 11Dに設けられた変調用電極 16Bに電圧を印加して 、な 、状態 (変調信号オフ状態)で、それぞれの光導波路アーム 11C, 11D内を伝搬してきた光 が干渉し、光出力がほぼゼロになるようにしている。なお、一方の光導波路アーム 11 Cに設けられた変調用電極 16Aには、微調整用の電圧 (バイアス電圧）が印加される ため、この電極 16Aを微調整用電極 (バイアス電極）ともいう。また、変調用電極 16A , 16Bとは別にノィァス電極を設けても良い。
[0050] なお、図 5は、変調用電極 16Bへの印加電圧と干渉後の光出力の強度との関係を 示している。図 5に示すように、光の強度を変調する場合に、変調用電極 16Bに印加 する電圧 (駆動電圧)の範囲としては、図 5中、符号 1, 2, 3, 4· · ·で示すような複数 の範囲を選択しうるが、高速変調が可能で、なるべく低電圧な領域を選択するのが好 ましい。
[0051] なお、ここでは、光変調器 13を出力光導波路 11に設けているが、これに限られるも のではなぐ入力光導波路 10に設けても良い。
上述のように構成される光変調器 13を備える送信用光導波路素子 6は、図 6 (A)〜 図 6 (F)に示すように、以下のようにして作製される。なお、図 6 (A)〜図 6 (F)は、図
3 (B)の X—X線に沿う断面図を示して 、る。
[0052] まず、図 6 (A)に示すように、送信用光導波路素子 6を形成するために用いる光導 波路用基板 19を用意する。
ここで、光導波路用基板 19は、光配線を行なうために用いられる光ファイバアレイ（ 例えば光ファイバシート）のピッチ (例えば 250 μ m)から、複数の送信用光導波路素 子 6を接着して光配線送信アレイとする際に形成される接着層の厚さ (例えば 5 μ m) を差し引いた値に相当する厚さを有するものとする。
[0053] 次いで、図 6 (B)に示すように、光導波路用基板 19上の光変調器 13を形成する領 域に、グランド電極 16C (基板側面まで延びる引出配線 17Cを含む）を、例えばスパ ッタ法とエッチングを組み合わせて形成する。ここで、グランド電極 16Cは、例えば Cr
(クロム） ,Ni (ニッケル） ,Au (金)などカゝらなる多層構造の電極として構成すれば良!、
[0054] 次に、図 6 (C)に示すように、電気光学効果 (EO効果)を有する光導波路材料 (ここ では EOポリマ）を用いて、例えばスピンコート法によって、下部クラッド層 11Yを形成 する。
次 ヽで、下部クラッド層 11Yよりも屈折率を高くした電気光学効果を有する光導波 路材料を用いてコア層を形成した後、例えばフォトリソグラフィ技術を用いてパター- ングを行なって、入力光導波路 10及び出力光導波路 11を構成する光導波路コアの パターンを形成する。
[0055] 本実施形態では、図 6 (D)に示すように、出力光導波路 11に設けられる光変調器 1 3をマッハツエンダ型光変調器として構成するため、 2つの光導波路アーム 11C, 11 Dを構成する光導波路コア 11CZ, 11DZが形成される。なお、図 6 (D)中、符号 10Z は入力光導波路 10を構成する光導波路コアを示して 、る。
次に、図 6 (E)に示すように、下部クラッド層 11Yと同じ材料を用いて、例えばスピン コート法によって、パター-ングされた光導波路コア 10Z, 11CZ, 11DZを埋め込む ように上部クラッド層 1 IXを形成する。
[0056] 次いで、図 6 (F)に示すように、マッハツエンダ型光変調器 13の 2つの光導波路ァ ーム 11C, 11Dを構成する光導波路コア 11CZ, 11DZの上方の上部クラッド層 11X の表面上に、それぞれ変調用電極 16A, 16Bを形成する。このようにして、送信用光 導波路素子 6が作製される。
ところで、本実施形態では、上述のように構成される送信用光導波路素子 6を複数 個用意し、ノ¾ケージ基板 1の表面に平行な方向に並べて配列している。つまり、本 実施形態では、上述のように構成される送信用光導波路素子 6を単位構造とし、図 3 (A)に示すように、複数の送信用光導波路素子 6を一体化して、多チャンネルの光 配線送信アレイ (光信号送信部） 60とし、図 9に示すように、半導体チップ 2とともに、 パッケージ基板 1上に実装して 、る。
[0057] 具体的には、一般的な光導波路技術を用いて、上述のようにして [図 6 (A)〜(F) 参照]、所定の厚さ（例えば 0. 25mm;光ファイバアレイのピッチに相当する厚さ）を 有する平板状の送信用光導波路素子 6を複数個作製する。次に、複数 (ここでは 2つ )の送信用光導波路素子 6を立てた状態で (即ち、送信用光導波路素子 6の一方の 側面が下側になるようにして）、端面をあわせながら、一の送信用光導波路素子 6の 表面と他の送信用光導波路素子 6の裏面とを互いに接着して光配線送信アレイ 60を 作製する [図 3 (A)参照]。そして、図 3 (A) ,図 3 (B) ,図 9に示すように、入力光導波 路 10と出力光導波路 11とが基板表面に垂直な方向（半導体チップ 2の厚さ方向）に ずれた位置にくるように、光配線送信アレイ 60の底面 (送信用光導波路素子 6の側 面）とパッケージ基板 1の表面とを対向させて、光配線送信アレイ 60をパッケージ基 板 1上に実装している。なお、図 3 (A)では接着層は省略している。
[0058] この場合、各送信用光導波路素子 6に備えられる入力光導波路 10間のピッチは、 送信用光導波路素子 6の厚さ（例えば 0. 25mm)と等しくなる。
本実施形態では、入力光導波路 10と出力光導波路 11が、パッケージ基板 1上に、 光配線送信アレイ 60の厚さ方向（基板表面に垂直な方向）の異なる位置に揃えて形 成されているため、光配線送信アレイ 60は、光ファイバを 2段に積み重ねて一体ィ匕さ れた光ファイバアレイ 20 (例えば 2枚の光ファイバシート）に例えば光ファイバコネクタ 9を介して接合することができる（図 9参照)。ここで、接続法としては、一般的な光学 接着剤を用いたバットジョイント法を用いることができる。
[0059] そして、図 1に示すように、光ファイバアレイ 20を構成する各光ファイバの他端を、 1 つの外部光源 (共通光源） 5に接続し、それぞれの送信用光導波路素子 6に対して 共通光源 5からの光を供給し、図 3 (A) ,図 3 (B)に示すように、それぞれの送信用光 導波路素子 6に備えられる光変調器 13で変調するようにしている。つまり、 1つの外 部光源 5からの光を、複数に分岐し、複数の光ファイバを介してそれぞれの送信用光 導波路素子 6に入力し、それぞれの送信用光導波路素子 6に備えられる光変調器 1 3によって変調するようにして!/、る。
[0060] なお、ここでは、外部光源 5として 1つの共通光源を用いている力 これに限られるも のではない。例えば、一の共通光源が故障してしまった場合のバックアップとして利 用できるように、複数の共通光源を設けても良い。
ところで、本実施形態では、光変調器 13の変調用電極 16A, 16Bが半導体チップ 2の端子 (例えば LSI端子）に電気的に接続されており、光変調器 13は、 LSI (例え ば CMOS)などの半導体チップ 2の信号電圧 (低電圧信号；出力信号）によって直接 駆動されるようになっている。
[0061] ここでは、図 3 (B)に示すように、光変調器 13を構成する 2つの光導波路アーム 11 C, 1 IDに設けられている変調用電極 16A, 16Bから送信用光導波路素子 6の側面 (パッケージ基板 1に実装した状態では底面となる)まで延びるように、送信用光導波 路素子 6の表面に変調用引出配線 (電気配線） 17A, 17Bが形成されている。また、 2つの光導波路アーム 11C, 11Dに設けられて!/、る共通のグランド電極 16Cから送 信用光導波路素子 6の側面まで延びるように、送信用光導波路素子 6の内部にダラ ンド用引出配線 (電気配線） 17Cが形成されている。さらに、送信用光導波路素子 6 の側面まで延びる各引出配線 17A, 17B, 17Cの端部には、接続ポイントとして変調 用電極パッド 18A, 18B,グランド電極パッド 18Cが形成されている。
[0062] ここで、複数 (ここでは 2つ）の送信用光導波路素子 6を一体ィ匕して光配線送信ァレ ィ 60とした場合、図 7に示すように、光配線送信アレイ 60の底面は、各送信用光導 波路素子 6の側面に形成された各電極パッドが配列された電極パッド面となる。 一方、半導体チップ (例えば LSI) 2が実装されるパッケージ基板 1には、図 9に示す ように、半導体チップ 2が実装される領域から光配線送信アレイ 60やフォトディテクタ (PD) 8が実装された配線ブロック 30を実装する領域まで延びる電気配線 22 (ここで は 3次元的な配線構造の多層配線としている）が形成されている。ノ ッケージ基板 1と しては、例えば一般的な多層プリント基板を用いれば良い。なお、ノ ッケージ基板 1 の内部に形成される電気配線 22は、それぞれの実装領域において基板表面まで延 びており、その端部に配線パッド 23が形成されている。
[0063] そして、半導体チップ実装領域 (例えば LSI実装領域)では、基板表面に形成され た配線パッド 23に半導体チップ 2の端子 (例えば LSI端子）を接続することによって、 半導体チップ 2がパッケージ基板 1上に実装される。例えば LSI2はパッケージ基板 1 上にボールグリッドアレイ（BGA; Ball Grid Array)実装されることになる。
一方、半導体チップ 2と同様に、光配線送信アレイ実装領域において、基板表面に 形成された配線パッド 23と、各送信用光導波路素子 6の側面 (光配線送信アレイ 60 の底面）に形成された電極パッド 18A〜18Cとを、例えばはんだ接合することによつ て、光配線送信アレイ 60がパッケージ基板 1上に実装されることになる。なお、配線 ノッド 23と電極パッド 18A〜18Cとの接合は例えば導電ペーストを用いて行なっても 良い。 [0064] これにより、各光変調器 13の変調用電極 16A, 16Bと半導体チップ 2の端子（例え ば LSI端子）とが電気配線によって電気的に接続され、光変調器 13に半導体チップ 2からの電気信号 (LSI信号）が供給されるようになって!/、る。
なお、電気配線 22をできるだけ短くするために、光変調器 13は送信用光導波路素 子 6の半導体チップ 2側の素子端面近傍に設けるのが好ましい。例えば数ミリ以内の 配線距離を実現することができる。
[0065] ところで、受信用光導波路素子 7は、パッケージ基板 1上の半導体チップ 2の側面 近傍に設けられ、他のデバイスからの光信号を受信するために用いられるものである 。ここでは、例えばポリマ光導波路素子として構成される。
本実施形態では、受信用光導波路素子 7は、他のデバイスからの光信号を半導体 チップ 2側の素子端面まで導く入力光導波路 (受信用入力光導波路)と、入力光導 波路に素子端面を介して接続され、素子端面で光電変換素子によって受光されず に反射した光を吸収する光吸収構造 (例えば光吸収材料を塗布するなどの光を吸収 する処理を他の末端などに施しておけば良い）を有する反射光処理用光導波路とを 備える。
[0066] ここで、受信用入力光導波路は、上述の送信用光導波路素子 6の入力光導波路 1 0と同様に形成している。また、反射光処理用光導波路は、上述の送信用光導波路 素子 6の出力光導波路 11と同様に形成している。なお、受信用光導波路素子 7の作 製方法は、上述の送信用光導波路素子 6の作製方法と同様である。
但し、当然のことながら、受信用光導波路素子 7には光変調器を設ける必要はない 。また、受信用入力光導波路の傾斜導波路部の端部と反射光処理用光導波路の傾 斜導波路部の端部とが交わる素子端面 (導波路端面）には反射膜は形成せず、この 導波路端面には、図 9に示すように、後述する光電変換素子 8の受光面を例えば光 学接着剤 24などで接着している。このように、光電変換素子 8と導波路端面との間に 透明媒体 (光学接着剤)を充填することによって、受信用入力光導波路を伝搬してき た光が反射するのを抑制し、光を効率良く光電変換素子 8の受光面に導くことができ るようにしている。
[0067] ここで、受信用入力光導波路を、傾斜導波路部を有するものとして構成し、さらに、 反射光処理用光導波路を設けているのは、戻り光や迷光の影響をできるだけ抑える ためである。
本実施形態では、上述のように構成される受信用光導波路素子 7を複数個（ここで は 2つ）用意し、ノ ッケージ基板 1の表面に平行な方向に並べて配列している。つまり 、本実施形態では、上述のように構成される受信用光導波路素子 7を単位構造とし、 図 3 (A)に示すように、複数の受信用光導波路素子 7を一体化して、多チャンネルの 光配線受信アレイ (光信号受信部） 70とし、図 9に示すように、半導体チップ 2とともに 、 ノ ッケージ基板 1上に実装している。なお、光配線受信アレイ 70は、上述の光配線 送信アレイ 60と同様に形成され、実装される。
[0068] 具体的には、光配線受信アレイ 70と上述の光配線送信アレイ 60とを一体化して光 配線送受信アレイ (光信号送受信部） 75とし、これを、半導体チップ 2とともに、パッケ ージ基板 1上に実装している [図 3 (A)参照]。
この結果、複数 (ここでは 2つ）の送信用光導波路素子 6と複数 (ここでは 2つ）の受 信用光導波路素子 7とが、パッケージ基板 1の表面に平行な方向に並べて設けられ ることになる（図 2,図 9参照)。
[0069] 本実施形態では、上述の光配線送信アレイ 60の場合と同様に、入力光導波路と反 射光処理用光導波路は、パッケージ基板 1上に、光配線受信アレイ 70の厚さ方向（ 基板表面に垂直な方向；半導体チップ 1の厚さ方向）へずれた位置 (異なる位置）に 揃えて設けられているため、光配線受信アレイ 70は、光ファイバ (例えば光ファイバ シート）を 2段に積み重ねて一体ィ匕された光ファイバアレイ 20に例えば光ファイバコネ クタ 9を介して接合することができる（図 9参照)。なお、光ファイバアレイ 20を構成す る各光ファイバの他端は、他のデバイスに接続されて 、る。
[0070] なお、本実施形態では、光電変換素子 8と光学接着剤 24とで屈折率が異なり、界 面での反射を解消することが難 、ことを考慮して、反射光が光学系全体にお 、てノ ィズとならないように、光吸収構造を有する反射光処理用光導波路を設けているが、 これに限られるものではない。例えば、受信用光導波路素子 7は、反射光処理用光 導波路を備えず、入力光導波路のみを備えるものとして構成しても良い。
[0071] 光電変換素子 8は、光信号を電気信号に変換する素子である。ここでは、光電変換 素子 8は、受信用光導波路素子 7の半導体チップ 2側の素子端面に接続されるように 、 ノ ッケージ基板 1上に実装されている。
光電変換素子 8としては、例えばフォトダイオードなどの光検知器 (フォトディテクタ； PD)を用いれば良い。ここでは、図 8に示すように、複数 (ここでは 2つ）のフォトディテ クタ 8の受光面 8Aがアレイ状（例えばピッチ 0. 25mm)に並ぶように一体形成された アレイ状のフォトディテクタチップ 80 (PDチップ；光検知器チップ；光電変換素子ァレ ィ;光検知器アレイ）を用いている。このアレイ状のフォトディテクタチップ 80は、複数 の受信用光導波路素子 7のそれぞれに対して光電変換素子 8が 1つずつ設けられる ように構成される。
[0072] また、光電変換素子 8は、半導体チップ 2の端子 (例えば LSI端子）に電気的に接 続されており、受信した光信号を変換して得られた電気信号を半導体チップ (例えば LSI)へ送信できるようになって!/、る。
ここでは、図 8に示すように、まずアレイ状の PDチップ 80を配線ブロック 30に接合 して、配線ブロック 30上にアレイ状の PDチップ 80を実装している。この場合、 PDチ ップ 80を構成する各 PD8の受光面 8A近傍に形成されている信号電極 31は、配線 ブロック 30の底面の電極パッド (信号電極パッド） 32Aまで延びる信号電極用引出配 線 (電気配線） 33Aに例えばワイヤーボンディングで接続される。一方、 PDチップ 80 の基板は、配線ブロック 30の底面の電極パッド (グランド電極パッド） 32Bまで延びる グランド電極用引出配線 (電気配線） 33Bに接続され、これにより、それぞれの PD8 が共通の引出配線 33Bを介して接地されるようにしている。なお、配線ブロック 30の 底面は電極パッド 32A, 32Bが集約された電極パッド面になっている。
[0073] そして、半導体チップ (例えば LSI) 2と同様に、ノ^ケージ基板 1上の PD実装領域 において、ノ ッケージ基板 1の基板表面に形成された配線パッド 23と、配線ブロック 30の底面に形成された電極パッド 32A, 32Bとを、例えばはんだ接合することによつ て、アレイ状の PDチップ 80がマウントされた配線ブロック 30力 パッケージ基板 1上 に実装されることになる（図 9参照)。なお、配線パッド 23と電極パッド 32A, 32Bとの 接合は例えば導電ペーストを用いて行なっても良 、。
[0074] これにより、各光電変換素子 (ここでは PD) 8の端子 (電極)と、半導体チップ 2の端 子 (例えば LSI端子）とが電気配線によって電気的に接続され、各光電変換素子 8〖こ よって受信されて変換された電気信号が、半導体チップ (例えば LSI) 2へ送信される ようになっている。
本実施形態では、図 9に示すように、光電変換素子 8は、その受光面が受信用光導 波路素子 7の半導体チップ 2側の素子端面に露出している導波路端面に接するよう に、受信用光導波路素子 7の半導体チップ 2側の素子端面に例えば光学接着剤 24 によって接着されている。つまり、本実施形態では、半導体チップ 2の側面近傍に受 信用光導波路素子 7が設けられているが、光電変換素子 8の受光面 (光検知面) 8A が受信用光導波路素子 7の導波路端面に接するように、光電変換素子 8が、半導体 チップ 2の側面と受信用光導波路素子 7の素子端面との間に配設されている。なお、 受信用光導波路素子 7 (光配線受信アレイ 70)に光電変換素子 8 (光電変換素子ァ レイ 80)を接着したものを、光導波路複合体構造という。
[0075] なお、ここでは、光電変換素子 8の受光面 8Aが受信用光導波路素子 7の導波路端 面に接するようにしている力 これに限れるものではない。例えば、受信用光導波路 素子 7の導波路端面力 出射された光を受光できるのであれば、光電変換素子 8の 受光面 8Aが受信用光導波路素子 7の導波路端面力 離れていても良い。また、例 えばレンズを用いて、受信用光導波路素子 7の導波路端面から出射された光を、光 電変換素子 8の受光面 8Aに光学的に結合させるようにしても良 、。
[0076] このように、本実施形態では、図 9に示すように、ノ ッケージ基板 1上に、半導体チ ップ 2、光配線送信アレイ 60、光配線受信アレイ 70及び光電変換素子 8 (光電変換 素子チップ 80)を一体に搭載したものとして、半導体チップモジュールが構成される ここで、それぞれの部品をパッケージ基板 1上に実装するに際しては、一般的な電 子部品の表面実装技術を用いることができる。この場合、高精度の光学ァライメント は不要であるため、低コストィ匕に向いている。
[0077] 特に、本実施形態では、半導体チップ 2の厚さ方向（基板表面に垂直な方向）へず れた位置 (異なる位置）に平行に入力光導波路 10及び出力光導波路 11を設け、半 導体チップ 2近傍に位置する送信用光導波路素子 6の端面における反射を利用して 光の進行方向を転換し、入力光導波路 10と出力光導波路 11とで光の進行方向（光 の伝搬方向）が反対になるように構成することで、外部光源 5からの光を、一旦、半導 体チップ 2近傍まで導き、半導体チップ 2近傍で変調した後、変調された光信号を他 のデバイスへ向けて送信できるようにしている。このようにして、半導体チップ 2の周囲 に光インターコネクションに必要な光学系を高密度に実装できるようにして!/、る。
[0078] 本実施形態に力かる半導体チップモジュールは、上述のように構成されるため、外 部に設置された共通光源 5によって供給され、複数に分割された光が、半導体チップ 2 (例えば LSI)近傍に高密度に配置された光配線送信アレイ 60の光変調器 13まで 導かれ、半導体チップ 2の駆動信号 (低電圧信号)によって直接変調されて光信号（ 送信信号)が生成され、他のデバイスへ向けて送信されることになる。
[0079] 一方、他のデバイスから送信されてきた光信号は、半導体チップ 2近傍に高密度に 配置された光配線受信アレイ 70を介して光電変換素子 8まで導かれ、光電変換素子 8で生成された光電流が半導体チップ 2へ送られ、半導体チップ 2に内蔵された増幅 回路で増幅されて、電気信号 (受信信号)として受信されること〖こなる。
したがって、本実施形態に力かる半導体チップモジュールによれば、コストを低く抑 えながら、半導体チップ 2 (例えば LSI)の近傍に多数かつ高密度に実装できるように してサイズを小さくした光インターコネクションを実現できるという利点がある。
[0080] 特に、本実施形態では、光配線構造を全て半導体チップ 2 (例えば LSI)近傍に高 密度に配置することが可能であり、また、例えば高速光変調のドライバ ICなどが不要 であるため、小型で低コストの光インターコネクションを実現することができる。また、 共通光源 5を用いた光インターコネクションとしているため、光源に力かるコストを低く 抑えることができる。
[0081] また、半導体チップ 2の直下は、従来と同様に、半導体チップ 2の信号端子、電源 端子、アース端子などの多数の端子とパッケージ基板 1との接続に利用できるように している。このため、例えば光素子などを内蔵する半導体チップ 2 (例えば LSI)を新 たに設計する必要がなぐ従来設計のままの半導体チップ 2 (例えば LSI)を用いるこ とがでさること〖こなる。
[0082] また、本実施形態では、半導体チップ 2の駆動信号 (例えば LSI信号)を用いて直 接的に光の変調を行なって光信号を生成するようにしているため、高速変調が可能 で、低レイテンシ (低遅延）の光インターコネクションを実現できると 、う利点もある。 なお、本実施形態では、半導体チップモジュールを、受信用光導波路素子 7や光 電変換素子 8も備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなぐ例え ば、半導体チップ 2及び送信用光導波路素子 6を備えるものとして構成することもでき る。
[0083] ところで、上述のように構成される本実施形態に力かる半導体チップモジュールを 用いれば、一の LSI光モジュールを構成する光配線送信アレイ 60と、他の LSI光モ ジュールを構成する光配線受信アレイ 70とを、光ファイバアレイ 20 (例えば光フアイ バシート）を用いて接続することで、複数の LSI光モジュール間の光インターコネクシ ヨンを実現することができる。
[0084] 以下、上述の本実施形態に力かる半導体チップモジュールを用いた光接続の構成 例を説明する。
[第 1構成例]
第 1構成例は、図 10 (A) , (B)に示すように、 CPU2Aとメモリ 2Bとの間を光接続す る場合の構成例である。なお、図 10 (B)は、図 10 (A)の A部を拡大したものである。
[0085] 本構成例では、図 10 (A) , (B)に示すように、上述の実施形態における半導体チッ プモジュールとして、 CPUモジュールと、メモリモジュールとを用意し、これらを、光フ アイバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を用いて接続して 、る。
ここで、 CPUモジュールは、図 10 (A) , (B)に示すように、パッケージ基板 1上に、 CPU2A、光変調器 13及び光反射面 14を備える光配線送信アレイ 60、光配線受信 アレイ 70、光ファイバコネクタ [例えば MT (Mechanically Transferable)コネクタ] 9、及 び、光配信受信アレイ 70の PD接続面 70Aに接続される PDアレイ 80を実装したもの として構成される。
[0086] メモリモジュールは、図 10 (A) , (B)に示すように、パッケージ基板 1上に、メモリ 2B 、光変調器 13を備える光配線送信アレイ 60、光配線受信アレイ 70、光ファイバコネ クタ 9、及び、光配信受信アレイ 70の PD接続面 70Aに接続される PDアレイ 80を実 装したものとして構成される。 なお、図 10 (A) , (B)では、説明を分力り易くするために、光配線送信アレイ 60及 び光配線受信アレイ 70を構成する光導波路を、それぞれ 1つずっ模式的に示してい る力 実際には、光配線送信アレイ 60及び光配線受信アレイ 70は、複数の光導波 路 (場合によっては反射光処理用光導波路も含む)をアレイ状に配列されたものとし て構成される。
[0087] また、光配線送信アレイ 60や光配線受信アレイ 70の接続面は、光ファイバコネクタ
(例えば MTコネクタ） 9と接続できるように、標準化されたインターフェースを持つもの としている。
さらに、外部光源 5からの光を導くための光ファイバは、所要の本数だけ用意し (分 岐し）、 CPUモジュール及びメモリモジュールのそれぞれに接続すれば良い。
[0088] このようにして CPU2Aとメモリ 2Bとの間を光接続する場合、以下のように動作する 外部光源 5から光ファイバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を構成する光ファイバ 及び光ファイバコネクタ（例えば MTコネクタ） 9を介して供給された光は、 CPUモジュ ールを構成する光配線送信アレイ 60の入力光導波路 10へ導かれ、光配線送信ァレ ィ 60の端面に形成された光反射面 14で反射され、入力光導波路 10に対して基板 表面に垂直な方向へずれた位置に設けられて 、る出力光導波路 11へ導かれる。そ して、出力光導波路 11に設けられて 、る光変調器 13が CPU2A力もの電気信号に よって駆動され、出力光導波路 11を伝搬する光が変調され、変調された光信号が、 光ファイバコネクタ 9及び光ファイバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を構成する光 ファイバを介してメモリモジュールへ向けて送信される。
[0089] ここでは、 CPUモジュールの出力光導波路 11は、光ファイバコネクタ 9及び光ファ ィバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を構成する光ファイバを介して、メモリモジュ ールを構成する光配線受信アレイ 70の入力光導波路 (受信用入力光導波路) 40に 接続されているため、 CPUモジュールの光変調器 13で変調された光信号は、メモリ モジュールの入力光導波路 40へ導かれ、光配線受信アレイ 70の端面の PD接続面 70Aを介して、 PDアレイ 80を構成する PDの受光面に入射し、 PDで電気信号に変 換され、メモリ 2Bへ送られる。 [0090] 一方、外部光源 5から光ファイバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を構成する光 ファイバ及び光ファイバコネクタ 9を介して供給された光は、メモリモジュールを構成 する光配線送信アレイ 60の入力光導波路 10へ導かれ、光配線送信アレイ 60の端 面に形成された光反射面 14で反射され、入力光導波路 10に対して基板表面に垂 直な方向へずれた位置に設けられている出力光導波路 11へ導かれる。そして、出力 光導波路 11に設けられている光変調器 13がメモリ 2Bからの電気信号によって駆動 され、出力光導波路 11を伝搬する光が変調され、変調された光信号が、光ファイバ コネクタ 9及び光ファイバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を構成する光ファイバを 介して CPUモジュールへ向けて送信される。
[0091] ここでは、メモリモジュールの出力光導波路 11は、光ファイバコネクタ 9、光ファイバ アレイ 20 (例えば光ファイバシート）を構成する光ファイバを介して、 CPUモジュール を構成する光配線受信アレイ 70の入力光導波路 40に接続されているため、メモリモ ジュールの光変調器 13で変調された光信号は、 CPUモジュールの入力光導波路 4 0へ導かれ、光配線受信アレイ 70の端面の PD接続面 70Aを介して、 PDアレイ 80を 構成する PDの受光面に入射し、 PDで電気信号に変換され、 CPUへ送られる。
[第 2構成例]
第 2構成例は、図 11に示すように、複数 (ここでは 4つ）の CPU2Aを相互に光接続 する場合の構成例である。
[0092] 本構成例では、図 11に示すように、上述の実施形態における半導体チップモジュ ールとして、複数（ここでは 4つ）の CPUモジュールを用意し、光ファイバアレイ 20 (例 えば光ファイバシート）を用いて、これらを相互に接続するとともに、外部光源 5にも接 続し、 1枚のシステムボード 50上に実装している。なお、図 11中、システムボード 50 はその一部の領域のみを示して 、る。
[0093] ここで、各 CPUモジュールは、パッケージ基板 1上に、 CPU2Aと、光配線送信ァレ ィ、光配線受信アレイ、光ファイバコネクタ（例えば MTコネクタ）及び PDアレイを含む 光送受信用素子 3とを実装したものとして構成される。
このように、複数の CPUモジュールを相互に接続する場合、各 CPUモジュールを 構成する CPU2Aのそれぞれの側面近傍に光配線送信アレイ及び光配線受信ァレ ィを実装することになる。ここでは、 4つの CPUモジュールを相互に接続しているため
、一の CPUモジュールを構成する CPU2Aの 2つの側面近傍にそれぞれ 1つずつ光 配線送信アレイ及び光配線受信アレイを実装して!/、る。
[0094] ここでは、外部光源 5からの光を各 CPUモジュールに供給する光ファイバアレイ 20
(例えば光ファイバシート）と、各 CPU2A間を相互に接続する光ファイバアレイ 20 ( 例えば光ファイバシート）とを重ね合わせて (一体化して）、光供給系を構成して ヽる。 また、ここでは、 CPU2A間の高速伝送線を光接続とし、そのほかの電源、グランド
、他のデバイスとの接続などは基板内の電気配線による電気的な接続として 、る。
[0095] なお、その他の構成及び動作などは、上述の第 1構成例と同様である。
[第 3構成例]
第 3構成例は、図 12に示すように、上述の第 2構成例の構成をマルチチップモジュ ール (MCM)とした場合の構成例である。
本構成例では、図 12に示すように、上述の実施形態における半導体チップモジュ ールとして、 1枚の共通のパッケージ基板上に複数（ここでは 4つ）の CPU2Aを実装 し、これらを、光ファイバアレイ 20 (例えば光ファイバシート）を用いて接続している。
[0096] このように、複数の CPU 2Aを相互に接続する場合、各 CPU 2Aのそれぞれの側面 近傍に、光配線送信アレイ、光配線受信アレイ、光ファイバコネクタ及び PDアレイを 含む光送受信用素子 3を実装することになる。ここでは、 4つの CPU2Aを相互に接 続しているため、一の CPU2Aの 2つの側面近傍にそれぞれ 1つずつ光送受信用素 子 3を実装している。
[0097] なお、その他の構成や動作などは、上述の第 1構成例及び第 2構成例と同様である このように、マルチチップモジュールとして構成すれば、電気配線の微細化、配線 長の短縮が可能であり、全体のサイズを小さくすることができるという利点がある。
[第 2実施形態]
次に、本発明の第 2実施形態に力かる半導体チップモジュールについて、図 13を 参照しながら説明する。
[0098] 本実施形態に力かる半導体チップモジュールは、図 13に示すように、上述の第 1 実施形態のものに対し、送信用光導波路素子 6の光進行方向転換構造 (光路切換 構造） 12として、グレーティング力ブラ 52を用いている点が異なる。
このため、本半導体チップモジュールは、送信用光導波路素子 6の光導波路構造 が異なる。
[0099] つまり、本実施形態では、送信用光導波路素子 6の光導波路構造は、図 13に示す ように、光導波路用基板 19上に、第 1クラッド層 53、第 1グレーティング層 54、第 1コ ァ層 55、第 2クラッド層 56、第 2コア層 57、第 2グレーティング層 58を順に積層させた 構造になっている。なお、図 13では、送信用光導波路素子 6の半導体チップ側の素 子端面 6Bの近傍領域の一部を示して 、る。
[0100] ここで、第 1クラッド層 53、第 1グレーティング層 54、第 1コア層 55 (導波路コア）、第 2クラッド層 56によって、外部光源力もの光が入力される入力光導波路 10が構成さ れ、第 2クラッド層 56、第 2コア層 57 (導波路コア）、第 2グレーティング層 58によって 、他のデバイスへ光信号を出力する出力光導波路 11が構成される。
特に、本実施形態では、入力光導波路 10と出力光導波路 11とは、上下 2層構造に なっており、半導体チップ側の素子端面 6Bの近傍領域でグレーティング力ブラ 52に よって接続されている。
[0101] つまり、入力光導波路 10の導波路コア 55と出力光導波路 11の導波路コア 57は、 半導体チップの厚さ方向（基板表面に垂直な方向）へずれた位置 (異なる位置）に平 行に設けられている。また、入力光導波路 10の第 1グレーティング層 54及び出力光 導波路 11の第 2グレーティング層 58には、半導体チップ近傍に位置する素子端面 近傍の導波路コア近接領域にグレーティングが設けられている。これにより、入力光 導波路 10と出力光導波路 11が、素子端面 6Bの近傍領域でグレーティング力ブラ 52 によって接続されること〖こなる。
[0102] ここで、グレーティングは、光の進行方向に対して屈折率の周期構造を持つように、 導波路コア (光導波路）に沿って周期的に屈折率を変化させることによって形成する ことができる。
なお、グレーティング力ブラ 52としては、例えば電子情報通信学会論文誌 C-I, Vol. J80-C-I, No.10, pp.461-468(1997)に開示されているものを用いることができる。 [0103] このように構成すると、下層の入力光導波路 10を伝搬してきた光は、グレーティング 力ブラ 52によって、上層の出力光導波路 11へ移り、出力光導波路 11を反対方向へ 伝搬していくことになる。
このように、本実施形態では、グレーティング力ブラ 52による導波光と放射光の結 合を利用して、多層の光導波路 10, 11間での光の移動（光路の切り換え）を実現し、 入力光導波路 10を伝搬してきた光の進行方向（光の伝搬方向）を転換して、入力光 導波路 10を伝搬する光の進行方向に対して、出力光導波路 11を伝搬する光の進 行方向が反対になるように構成することで、外部光源からの光を、一旦、半導体チッ プ近傍まで導き、半導体チップ近傍で変調した後、変調された光信号を他のデバィ スへ向けて送信できるようにしている。これにより、 LSIなどの半導体チップを実装す る基板 (パッケージ基板)上の半導体チップの近傍に光インターコネクションに必要な 光学系を高密度に実装できることになる。
[0104] このため、本実施形態では、光路切換構造 (光進行方向転換構造） 12は、入力光 導波路 10及び出力光導波路 11の半導体チップ側の素子端面 6Bの近傍に設けられ るグレーティング力ブラ 52を備え、入力光導波路 10を導かれた光がグレーティング力 ブラ 52によって出力光導波路 11へ導かれるように構成されて 、ることになる。
なお、本実施形態では、素子端面における反射を利用しないため、上述の第 1実 施形態の場合と比較して、素子端面の加工精度を緩和することができる。また、それ ぞれの光導波路の端部を素子端面に露出させなくても良い。
[0105] ところで、本実施形態では、上述のように入力光導波路 10と出力光導波路 11とを 積層させた 2層構造にしているため、光変調器の電極の形成を容易にするために、 図 14に示すように、入力光導波路 10を下側に設け、出力光導波路 11を上側に設け 、上側の出力光導波路 11に光変調器 13を設けるのが好ましい。
また、本実施形態では、上述のように、入力光導波路 10と出力光導波路 11とを積 層させて形成することで、入力光導波路 10の導波路コアと出力光導波路 11の導波 路コアが半導体チップの厚さ方向（基板表面に垂直な方向）へずれた位置 (異なる位 置）に平行に設けられることになるため、複数の送信用光導波路素子 6は同一基板 1 9上に一体的に形成され、光導波路用基板 19を下にした状態で、そのままパッケ一 ジ基板 1上に実装される。この場合、光配線送信アレイが同一基板 19上に形成され ること〖こなる。また、光配線送信アレイの一部として複数の送信用光導波路素子 6が 形成されること〖こなる。
[0106] この場合、マッハツエンダ型光変調器 13は、上述の第 1実施形態と同様に形成す るため、マツハツヱンダ型光変調器 13の 2つの光導波路アーム 11C, 11Dは光導波 路用基板 19の表面に平行な方向に並ぶことになる。ここで、隣り合う送信用光導波 路素子 6でマッハツエンダ型光変調器 13の位置を光導波路長手方向へずらすことで 、送信用光導波路素子 6をより高密度に実装できるようになる。なお、 2つの光導波路 アーム 11C, 11Dが光導波路基板 19の表面に垂直な方向に並ぶように、マッハツエ ンダ型光変調器を形成しても良 、。
[0107] また、それぞれの電極 (変調用電極 16A, 16B,グランド電極 16C)に接続される引 出配線 (電気配線） 17A〜17Cは、光変調器 13の電極 16A〜16Cから送信用光導 波路素子 6の半導体チップ近傍に位置する素子端面 6Bの表面を経て光導波路用 基板 19の裏面側まで延びており、その末端に電極パッド 18A〜18Cが形成されて いる。
[0108] 一方、複数の受信用光導波路素子 7も、上述の送信用光導波路素子 6と同様に、 同一基板 19上に一体的に形成する。この場合、光配線受信アレイが同一基板 19上 に形成されることになる。また、光配線受信アレイの一部として複数の受信用光導波 路素子 7が形成されることになる。上述の送信用光導波路素子 6では、上下に 2つの 光導波路を形成しているが、受信用光導波路素子 7では、少なくとも受信用入力光 導波路のみを形成すれば良 、。
[0109] 特に、受信用入力光導波路を伝搬してきた光が素子端面 6B (PD受光面)で反射 し、これが戻り光となって影響を与えないように、受信用入力光導波路は、半導体チ ップ側の素子端面近傍で、光導波路用基板 19の表面に平行な方向（水平方向）に 傾斜した傾斜導波路部 (例えば曲がり導波路部）を有するものとして構成するのが好 ましい。
さらに、上述の第 1実施形態と同様に、反射光処理用光導波路を設けるのも好まし い。つまり、受信用入力光導波路に対して光導波路用基板 19の表面に平行な方向（ 水平方向）にずれた位置 (異なる位置）に平行に反射光処理用光導波路を設けるの も好ましい。この場合、反射光処理用光導波路は素子端面近傍ですぐに終端させる ようにすれば、個々の受信用入力光導波路の間隔を狭くすることができ、受信用光 導波路素子 7をより高密度に実装できるようになる。
[0110] なお、その他の構成や動作については、上述の第 1実施形態と同様である。
したがって、本実施形態に力かる半導体チップモジュールによれば、上述の第 1実 施形態と同様に、コストを低く抑えながら、半導体チップ (例えば LSI)の近傍に多数 かつ高密度に実装できるようにしてサイズを小さくした光インターコネクションを実現 できるという利点がある。
[その他]
なお、上述の各実施形態では、送信用光導波路素子 6の光進行方向転換構造 (光 路切換構造)として、光反射構造やグレーティング力ブラを用いているが、これらの構 成に限られるものではなぐ入力光導波路 10を導かれた光を出力光導波路 11へ導 くための構造であれば他の構成を用いても良!、。
[0111] また、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなぐ本発明の趣旨を 逸脱しな ヽ範囲で種々変形することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 回路基板上に実装された半導体チップと、
外部光源力ゝらの光を変調して得られた光信号を他のデバイスへ送信する送信用光 導波路素子とを備え、
前記送信用光導波路素子が、
前記外部光源からの光が入力される入力光導波路と、
前記入力光導波路に対して、前記回路基板に実装された状態で前記回路基板の 表面に垂直な方向へずれた位置に設けられ、前記他のデバイスへ光信号を出力す る出力光導波路と、
前記入力光導波路を導かれた光を前記出力光導波路へ導くための光路切換構造 と、
前記入力光導波路又は前記出力光導波路に設けられ、前記半導体チップからの 電気信号に基づいて前記外部光源力 の光を変調する光変調器とを有することを特 徴とする、半導体チップモジュール。
[2] 前記入力光導波路及び前記出力光導波路が、いずれも前記半導体チップ側の素 子端面まで延びており、
前記光路切換構造が、前記素子端面の光反射面と、前記入力光導波路の傾斜導 波路部と、前記入力光導波路の傾斜導波路部に前記光反射面を介して接続される 前記出力光導波路の傾斜導波路部とを備え、前記入力光導波路の傾斜導波路部を 導かれた光が前記光反射面で反射して前記出力光導波路の傾斜光導波路部へ導 かれるように構成されることを特徴とする、請求項 1記載の半導体チップモジュール。
[3] 前記光路切換構造が、前記入力光導波路及び前記出力光導波路の前記半導体 チップ側の素子端面近傍に設けられるグレーティング力ブラを備え、前記入力光導 波路を導かれた光が前記グレーティング力ブラによって前記出力光導波路へ導かれ るように構成されることを特徴とする、請求項 1記載の半導体チップモジュール。
[4] 前記他のデバイス力 の光信号を前記半導体チップ側の素子端面まで導く受信用 入力光導波路を備える受信用光導波路素子と、
前記受信用入力光導波路に接続されるように前記回路基板上に実装され、光信号 を電気信号に変換する光電変換素子とを備えることを特徴とする、請求項 1〜3のい ずれ力 1項に記載の半導体チップモジュール。
[5] 前記受信用光導波路素子が、前記受信用入力光導波路に接続されるように前記 素子端面で反射した光を吸収する光吸収構造を有する反射光処理用光導波路を備 えることを特徴とする、請求項 4記載の半導体チップモジュール。
[6] 前記受信用光導波路素子が、前記受信用入力光導波路に対して前記回路基板に 実装された状態で前記回路基板の表面に垂直な方向へずれた位置に設けられてい ることを特徴とする、請求項 4又は 5記載の半導体チップモジュール。
[7] 前記送信用光導波路素子と前記受信用光導波路素子が、前記回路基板の表面に 平行な方向に並べて設けられて ヽることを特徴とする、請求項 4〜6の ヽずれか 1項 に記載の半導体チップモジュール。
[8] 前記送信用光導波路素子を複数備え、
前記複数の送信用光導波路素子が、前記回路基板の表面に平行な方向に並べて 設けられていることを特徴とする、請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の半導体チッ プモジユーノレ。
[9] 前記外部光源として、前記複数の送信用光導波路素子のそれぞれに光を供給しう る共通光源を備えることを特徴とする、請求項 8記載の半導体チップモジュール。
[10] 前記受信用光導波路素子を複数備え、
前記複数の受信用光導波路素子が前記回路基板の表面に平行な方向に並べて 設けられて 、ることを特徴とする、請求項 4〜9の 、ずれか 1項に記載の半導体チッ プモジユーノレ。
[11] 前記送信用光導波路素子は、前記光変調器の電極から前記回路基板に実装され た状態で素子底面まで延びる電気配線と、前記素子底面に形成され、前記電気配 線が接続される電極パッドとを備え、前記半導体チップに電気的に接続されるよう〖こ 、前記電極パッドを介して前記回路基板に形成された電気配線に接続されて ヽるこ とを特徴とする、請求項 1〜10のいずれか 1項に記載の半導体チップモジュール。
[12] 前記光電変換素子が、前記半導体チップに電気的に接続されるように、電気配線 を有する配線ブロックを介して前記回路基板上に実装されていることを特徴とする、 請求項 4〜： L 1の!、ずれか 1項に記載の半導体チップモジュール。
[13] 前記光変調器が、電気光学効果を生じうる材料によって構成されて ヽることを特徴 とする、請求項 1〜 12のいずれか 1項に記載の半導体チップモジュール。
[14] 前記送信用光導波路素子が、ポリマ光導波路素子であることを特徴とする、請求項
1〜13のいずれ力 1項に記載の半導体チップモジュール。
[15] 前記受信用光導波路素子が、ポリマ光導波路素子であることを特徴とする、請求項
4〜 14のいずれ力 1項に記載の半導体チップモジュール。
[16] 請求項 1〜15のいずれか 1項に記載の半導体チップモジュールを複数備え、 前記複数の半導体チップモジュールを光ファイバで相互に接続して構成されること を特徴とする、半導体チップモジュール。
[17] 前記回路基板上に前記半導体チップ及び前記送信用光導波路素子を複数備える ことを特徴とする、請求項 1〜15のいずれ力 1項に記載の半導体チップモジュール。
[18] 前記回路基板上に前記受信用光導波路素子を複数備えることを特徴とする、請求 項 17記載の半導体チップモジュール。
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